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Die Erfindung betrifft eine integrierte Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung, die integral ist mit einer Ventilbrücke, aufweisend eine Variable-Steuerung-Vorrichtung und eine Aktuator-Vorrichtung am unteren Ende der Ventilbrücke, wobei die Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung die Höhe der Aktuator-Vorrichtung durch selektive Zufuhr von Öl ändert bzw. variiert.
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Ein Verbrennungsmotor generiert Leistung durch Verbrennen von Kraftstoff in einer Verbrennungskammer in einem Luftmedium, das in die Kammer gesaugt wird. Einlassventile werden durch eine Nockenwelle betätigt, um die Luft einzulassen, und die Luft wird in die Verbrennungskammer gezogen bzw. gesaugt, während die Einlassventile offen sind. Zusätzlich werden Auslassventile von der Nockenwelle betätigt, und, während die Auslassventile geöffnet sind, wird verbranntes Mischgas, welches Abgas ist, von der Verbrennungskammer ausgelassen.
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Ein optimaler Betrieb der Einlass-/Auslass-Ventile hängt von dem Lastbereich eines Motors ab. Mit anderen Worten variiert das Hub- oder Ventiltiming mit dem Lastbereich des Verbrennungsmotors.
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Eine Variabler-Ventilhub(VVL)-Vorrichtung ist entwickelt worden, um einen geeigneten Ventilbetrieb gemäß der Drehzahl eines Motors zu implementieren. Hierzu werden Ventile mit unterschiedlichen Hüben betätigt gemäß dem Lastbereich eines Verbrennungsmotors.
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Jedoch hat die herkömmliche Variabler-Ventilhub-Vorrichtung dahingehend ein Problem, dass das Volumen der Vorrichtung relativ groß ist, weil eine Vorrichtung, welche den Ventilhub ohne Zusammenhang und ohne Bezug zur Ventilbrücke variiert vorhanden ist, und eine Hydraulikdruck-Betriebskammer ist groß, wenn der Ventilhub durch Hydraulikdruck eingestellt wird. Zusätzlich hat sie ein Problem dahingehend, dass die Antwortgeschwindigkeit des Systems wesentlich kleiner ist, weil das Volumen des (hydraulischen) Betriebskreises zum Erzeugen des Drucks groß ist.
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Die
US 2005/0211206 A1 offenbart eine integrierte Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung, aufweisend einen Kipphebel, eine Befestigungsvorrichtung, eine Ventilbrücke, eine Aktuatorvorrichtung und eine Variable-Steuerung-Vorrichtung.
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Die
US 5 694 894 A beschreibt eine Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung, aufweisend eine Befestigungsvorrichtung, eine Aktuatorvorrichtung und eine Variable-Steuerung-Vorrichtung.
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Die Informationen in diesem Hintergrundabschnitt dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und stellen nicht den dem Fachmann bekannten Stand der Technik dar.
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Durch die Erfindung soll den oben genannten Problemen Rechnung getragen werden, und es wird eine integrierte Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung geschaffen, welche mit einer Ventilbrücke integriert ist. Die integrierte Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung weist auf: eine Aktuatorvorrichtung und eine Variable-Steuerung-Vorrichtung, die mit der Ventilbrücke integriert ist, sodass die integrierte Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung den Ventilhub steuern kann gemäß dem Lastbereich eines Verbrennungsmotors und welche ferner verbessertes Antwortverhalten hat.
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Durch die Erfindung wird bereitgestellt: eine integrierte-Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung, die mit einer Ventilbrücke integral ausgebildet ist, aufweisend einen Kipphebel, der an einem Kipphebelschaft rotiert (z.B. um den oder zusammen mit dem Schaft) und der eine Ölzuführleitung darin hat zum Zuführen von Öl, eine Befestigungsvorrichtung, welche einen Seitenabschnitt des Kipphebels durchdringt und welche Öl, welches von der Zuführleitung zugeführt wird, durch eine darin (in der Befestigungsvorrichtung) ausgebildete Ölpassage ausgibt oder auslässt, eine Ventilbrücke, welche am unteren Ende der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist und welche auf die Ventile Druck (mechanischen Betätigungsdruck) ausübt bzw. auf die Ventile drückt, eine Aktuator-Vorrichtung mit einem Aktuatorkolben, der in die Ventilbrücke eingesetzt ist bzw. in diese eingreift und der mit einer Ölzuführpassage ausgebildet ist zum Ausgeben des Öls, welches durch die Ölpassage passiert ist, und mit einer Aktuatorfeder (z.B. einer Schraubenfeder), die in den Aktuatorkolben eingesetzt ist und die eine Elastikkraft auf den Aktuatorkolben ausübt, eine Variable-Steuerung-Vorrichtung, die am unteren Ende des Aktuatorkolbens angeordnet ist und die durch den Druck des Öls, das durch die Ölzuführpassage zugeführt wird, sich bewegen kann bzw. bewegt wird, um die Höhe des Aktuatorkolbens bzw. die Höhenposition des Aktuatorkolbens zu ändern bzw. zu variieren.
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Ein Anschlagring, z.B. ein Schnappring, kann am Außenumfang des Aktuatorkolbens angeordnet sein.
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Die Variable-Steuerung-Vorrichtung kann aufweisen einen Variable-Steuerung-Kolben, der am unteren Ende des Aktuatorkolbens ausgebildet ist, um selektiv die Bewegung des Aktuatorkolbens nach oben oder nach unten zu blockieren, und der in ein Einsetzloch der Variable-Steuerung-Vorrichtung eingesetzt ist, das am unteren Abschnitt der Ventilbrücke ausgebildet ist, eine Variable-Steuerung-Feder, die den Variable-Steuerung-Kolben kontaktiert und die eine Elastikkraft auf den Variable-Steuerung-Kolben ausübt, und eine Platte, die die Variable-Steuerung-Feder hält bzw. abstützt. Eine Mehrzahl von Variable-Steuerung-Vorrichtungen kann vorgesehen sein.
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Der Variable-Steuerung-Kolben kann aufweisen: einen Körper, der eine Bewegung des Aktuatorkolbens nach oben oder nach unten blockiert, und einen Rand oder eine Schulter oder eine Kante, die die Bewegungen des Aktuatorkolbens beschränkt. Die Verlagerung bzw. Verschiebung des Aktuatorkolbens kann gleich dem Durchmesser des Körpers des Variable-Steuerung-Kolbens sein.
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Wie oben erläutert kann durch das Verwenden der Variable-Steuerung-Vorrichtung und durch das selektive Zuführen von Öl die Aktuatorvorrichtung den Ventilhub auf mehrere bzw. eine Vielzahl von unterschiedlichen Positionen einstellen. Sowohl die Strukturen als auch die Betriebsvorgänge sind einfach, da die Aktuatorvorrichtung und die Variable-Steuerung-Vorrichtung mit der Ventilbrücke integriert ausgebildet sind, und das Volumen der Kammer, welche durch den Hydraulikdruck betätigt wird, ist klein. Die Leistung der variablen Steuerung ist verbessert durch Vergrößern der Antwortgeschwindigkeit des Systems, weil das Volumen des Betriebs- bzw. Betätigungskreises (Hydraulikkreises), in welchem der Druck erzeugt bzw. generiert wird, klein ist.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, die aus der nachfolgenden Detailbeschreibung mit Bezug auf die Zeichnung besser ersichtlich werden.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen variable-Ventilhub-Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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2 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen variable-Ventilhub-Vorrichtung mit einer integrierten Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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3 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer exemplarische Aktuatorvorrichtung, einer Variable-Steuerung-Vorrichtung und einer Ventilbrücke gemäß der Erfindung.
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4A zeigt eine perspektivische Nicht-Explosionsansicht von 3.
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4B zeigt einen (teilweisen) Querschnitt entlang der in 4A mit B-B bezeichneten Linie.
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4C zeigt einen (teilweisen) Querschnitt entlang der in 4A mit C-C bezeichneten Linie.
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5 ist eine Querschnittansicht einer exemplarischen Ventilhub-Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem Großhub-Modus arbeitet.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht einer exemplarischen inneren Ventilbrücke in einem Großhub-Modus gemäß der Erfindung.
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7 zeigt eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Ventilhub-Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem Niedrighub-Modus arbeitet.
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8 zeigt eine Querschnittsansicht einer exemplarischen inneren Ventilbrücke gemäß der Erfindung in einem Niedrighub-Modus.
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9 zeigt ein Schaubild, welches die Variation des Ventilhubs gemäß der Erfindung darstellt.
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Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, wodurch eine gewisse vereinfachte Darstellung der zahlreichen Merkmale, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind, erfolgt. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der Erfindung wie hierin offenbart, inklusive z.B. spezifische Dimensionen, Orientierungen, Positionen und Gestaltungen, bestimmen sich zum Teil insbesondere auch durch die gewünschte Anwendung und die Verwendungsumgebung.
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In den Figuren werden für gleiche oder äquivalente Bauteile die gleichen Bezugszeichen über die gesamten Figuren hinweg verwendet.
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Es wird nunmehr im Detail Bezug genommen auf die zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung, von denen Beispiele in den anhängten Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben werden. Obwohl die Erfindung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese exemplarischen Ausführungsformen eingeschränkt ist. Im Gegenteil ist es vorgesehen, dass die Erfindung nicht nur diese exemplarischen Ausführungsformen umfasst, sondern dass sie auch zahlreiche Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen umfasst, insofern innerhalb des von den Patentansprüchen definierten Schutzumfangs.
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Die 1 und 2 zeigen eine Variabler-Ventilhub-Vorrichtung 100 mit einer integrierten Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3 zeigt eine Explosionsansicht einer Betätigungsvorrichtung 350, einer Variable-Steuerung-Vorrichtung 400 und einer Ventilbrücke 310 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Mit Bezug auf die 1–4 weist eine integrierte Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf: einen Variables-Ventil-Aktuator, welcher über einen Kipphebel 500 Ventile öffnet/schließt, wobei der Kipphebel 500 an einem Kipphebelschaft 570 rotierbar angeordnet ist und darin ausgebildet eine Ölzuführleitung 505 hat, der selektiv Öl zuführbar ist, eine Befestigungsvorrichtung, wie z.B. eine Schraube 520, die einen bzw. den Seitenabschnitt des Kipphebels 500 durchdringt und die Öl 51, das von der Ölzuführleitung 505 im Kipphebel 500 zugeführt wird, durch eine in der Befestigungsvorrichtung ausgebildete Ölpassage 525 ausgibt, eine Buchse 550, die mit dem unteren Ende der Schraube 520 verbunden ist, und eine Ventilbrücke 310, die am unteren Ende der Schraube 520 angeordnet ist und an deren unterem Ende ein Vorsprung ausgebildet ist und die auf die Ventile 200 drückt bzw. Druck ausüben kann.
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Weiter mit Bezug auf die 1–4 weist die integrierte Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung auf die Aktuatorvorrichtung 350 und die Variable-Steuerung-Vorrichtung 400. Die Aktuatorvorrichtung 350 stellt den Ventilhub ein, wobei sie in die Ventilbrücke 310 eingesetzt ist und nach oben und nach unten bewegbar ist bzw. bewegt wird. Ventileinsetzausnehmungen bzw. Ventileinsetznuten 380a und 380b sind an der unteren Seite der Ventilbrücke 310 ausgebildet, und ein Ventilkolben 240 bzw. ein Ventilstößelabschnitt kann in die Ventilbrücke 310 eingesetzt werden. Die Variable-Steuerung-Vorrichtung steuert die Bewegungen der Aktuatorvorrichtung 350.
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Mit Bezug auf 2 ist die Befestigungsvorrichtung, wie z.B. die Schraube 520, durch eine Mutter 510 befestigt. Öl, das von der Ölzuführleitung 505 zugeführt wird, kann sich durch die Ölpassage 525, die in der Befestigungsvorrichtung ausgebildet ist, bewegen, und eine Kugel 515 ist in etwa in der Mitte der Befestigungsvorrichtung 520 entlang der Längsrichtung gesehen angeordnet, um zu verhindern, dass Öl dort ungewünscht austritt.
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Mit Bezug auf die 2–3 weist die Aktuatorvorrichtung 350 auf: einen Aktuatorkolben 320, eine Aktuatorfeder 330 und einen Ring bzw. Anschlagring (z.B. einen Schnappring) 340. Der Aktuatorkolben 320 ist in die Ventilbrücke 310 eingesetzt, optional und bevorzugt in der Mitte der Ventilbrücke 310, und kontaktiert die Buchse 550. Eine Ölzuführpassage 325 ist derart ausgebildet, dass das Öl, welches durch die Ölpassage 525, die in der Schraube 520 ausgebildet ist, passiert ist, ausgelassen bzw. ausgegeben werden kann. Ein Abschnitt des Aktuatorkolbens 320 ist als eine Stufe oder Schulter ausgebildet, wobei der Ring 340 daran (anstoßend) platziert werden kann. Die Aktuatorfeder 330, welche in den Aktuatorkolben 320 eingesetzt ist, übt eine Elastikkraft auf den Aktuatorkolben 320 aus.
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Mit Bezug auf die 4B und 4C verhindert der Vorsprung 315, der an dem unteren Abschnitt der Ventilbrücke 311 ausgebildet ist, dass die Aktuatorfeder 330 sich zur Seite hin abbiegen kann, und er stützt gleichzeitig den Aktuatorkolben 320 dadurch fest ab.
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Mit Bezug auf die 3 und 4 weist die Variable-Steuerung-Vorrichtung 400 auf: einen Variable-Steuerung-Kolben 420, eine Variable-Steuerung-Feder 440 und eine Platte 460. Der (jeweilige) Variable-Steuerung-Kolben 420 ist in Einsetzlöcher von Variable-Steuerung-Vorrichtungen 390a, 390b und 390c eingesetzt, welche am unteren Abschnitt der Ventilbrücke 311 ausgebildet sind, und kann selektiv die Höhe des Aktuatorkolbens 320 variieren, indem er vor und zurück bewegt wird am unteren Ende des Aktuatorkolbens 320. Die (jeweilige) Platte 460, welche am äußersten Abschnitt der Einsetzlöcher der Variable-Steuerung-Vorrichtungen 390a, 390b und 390c angeordnet ist, führt Funktionen durch, wie z.B. ein Abstützen der Variable-Steuerung-Feder 440. Die Variable-Steuerung-Feder 440 kontaktiert den Variable-Steuerung-Kolben 420, sodass sie den Variable-Steuerung-Kolben 420 nach vorne (in Radialrichtung zum Aktuatorkolben 320 hin) drückt.
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Ferner mit Bezug auf die 3–4 weist der Variable-Steuerung-Kolben 420 auf einen Körper 422, der Funktionen ausübt, wie das Verhindern, dass der Aktuatorkolben 320 direkt nach unten gelangt, und einen Rand bzw. eine Schulter 421, die (radial) vom Körper 422 aus vorsteht und die eine Rolle spielt zum Verhindern, dass der Variable-Steuerung-Kolben 420 noch weiter nach vorne gelangt. Wenn Öl nicht zugeführt wird, ist die Höhe (nach unten hingesehen) des Aktuatorkolbens 320 niedrig, weil der Variable-Steuerung-Kolben 420 von der Variable-Steuerung-Feder 440 zu seinem höchsten (vordersten) Punkt vorsteht. Wenn jedoch Öl zugeführt wird, dann vergrößert sich die Abstiegsstrecke (Verlagerung nach unten) des Aktuatorkolbens 320, weil der Variable-Steuerung-Kolben 420 sich nach hinten bewegt durch den Hydraulikdruck, der von dem zugeführtem Öl erzeugt wird.
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Die Merkmale, die in den oben genannten Figuren dargestellt sind, zeigen drei Variable-Steuerung-Vorrichtungen 400, die gleichmäßig (im Winkelabstand) entlang dem (Umfang des) Aktuatorkolben(s) 320 als Mittelpunkt (der Anordnung) angeordnet sind. Aber die Anzahl der Variable-Steuerung-Vorrichtungen 400 ist nicht auf drei beschränkt, und eine Vielzahl von Variable-Steuerung-Vorrichtungen 400 kann vorgesehen sein. Dem Fachmann ist einleuchtend, dass die Anzahl der Variable-Steuerung-Vorrichtungen 400 modifiziert werden kann, und z.B. eine einzige sein kann oder eine Mehrzahl von derartigen Vorrichtungen 400 sein kann.
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Ferner, mit Bezug auf die 6 und 8, kann die Höhe D2 der Aufwärts- und Abwärtsbewegungen (Bewegungsstrecke der Hin- und Herbewegung) des Aktuatorkolbens 320 gleich dem Durchmesser D1 des Körpers 422 sein, und sie kann den gleichen Wert wie der Ventilhub D aufweisen, welcher definiert ist als die Differenz der Ventilhübe zwischen zwei Modi, nämlich zwischen dem Modus mit variabler Steuerung ein (Niedrighub-Modus) und dem Modus mit variabler Steuerung aus (Großhub-Modus).
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Nachfolgend wird der Betrieb der integrierten Variables-Ventil-Aktuator-Vorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindungen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt die perspektivische Ansicht einer Variabler-Ventilhub-Vorrichtung 100. Wenn der Kipphebel 500, der mit dem Kipphebelschaft bzw. der Kipphebelwelle 570 verbunden ist, rotiert, dann bewegen sich die Befestigungsvorrichtung, wie z.B. die Schraube 520, und die Buchse 550, die an dem Ende des Kipphebels 500 angeordnet ist, nach oben und nach unten (abwechselnd). Wenn die Buchse 550 Druck auf die Ventilbrücke 310 ausübt, dann übt die Ventilbrücke 310 Druck auf die Ventile 200 aus. Zunächst übt die Ventilbrücke 310 Druck auf den Ventilkolben 240 aus, und der Ventilkolben 240 bewegt sich nach oben und nach unten zusammen mit einem Ventilstößel 210 und einem Ventilteller 220, wobei die Elastikkraft einer Ventilfeder 230 Kraft speichert, um den Ventilstößel mit dem Ventilteller wieder zurückzudrücken. Dies wird durch die Rotation eines Nockens 600 erzielt. Wenn der Nocken 600 rotiert, kontaktiert die Nockenfläche des Nockens 600 die Kipphebelrolle 560, und der Kipphebel 560 rotiert um bzw. mit dem Kipphebelschaft 570. Dieser Vorgang wird erreicht durch selektives Zuführen von Öl, indem ein Magnetventil bzw. Solenoidventil 650 verwendet wird.
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Nachfolgend wird der Betriebsvorgang gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung für einen Großhub-Modus und für einen Niedrighub-Modus mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen erläutert.
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Während des Großhub-Modus wird die Zufuhr von Öl gestoppt. Wie aus den 5–6 ersichtlich ist, drückt die Variable-Steuerung-Vorrichtung 440 den Variable-Steuerung-Kolben 420 zum Boden der Ventilbrücke 310, da kein Öl zugeführt wird. Wenn der Variable-Steuerung-Kolben 420 durch die Elastikkraft der Variable-Steuerung-Feder 440 zum Aktuatorkolben 320 hin vorrückt, kann der Aktuatorkolben 320 wegen des Variable-Steuerung-Kolbens 420 nicht weiter nach unten verlagert werden, wenn der Kipphebel 500 am Kipphebelschaft 570 rotiert. Daher wird der Ventilhub erreicht soviel wie die Befestigungsvorrichtung 520 und die Buchse 550 sich nach unten verlagern. Auf diese Weise ist ein Großhub-Modus erzielt.
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Andererseits wird im Niedrighub-Modus Öl 51 mittels eines Solenoidventils 650 zugeführt. Wie in den 7–8 gezeigt, passiert das Öl 51 durch die Ölzuführleitung 505 und die Ölpassage 525 und dann durch die Ölzuführpassage 325, die im Aktuatorkolben 320 ausgebildet ist. Zu dieser Zeit bewegt sich der Variable-Steuerung-Kolben 420 zurück unter speichern der Elastikkraft in der Variable-Steuerung-Feder 440 und durch den Hydraulikdruck des zugeführten Öls 51. Daher, wenn der Kipphebel 500 rotiert, wird der Aktuatorkolben 320 um den Durchmesser D1 des Körpers 422 des Variable-Steuerung-Kolbens 420 nach unten verlagert, wobei er jedoch keinen Druck auf die Ventile 200 in dieser Zeit ausübt. Mit anderen Worten ist eine Leerbewegung bzw. ein Leerlauf erzielt. Als ein Ergebnis daraus verlagert sich der Aktuatorkolben 320 um die Strecke D2, wie aus 8 ersichtlich ist, sich auf die Verlagerung während des Großhub-Modus zusammendrückend. Die Verlagerung des Aktuatorkolbens 320 ist gleich dem Durchmesser D1 des Körpers 422 des Variable-Steuerung-Kolben 420. Daher sind D1 und D2 gleich der Differenz der Ventilhübe D, wie aus 9 ersichtlich ist.
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Wie oben beschrieben kann der Ventilhub unter unterschiedlichen Positionen durch selektives Variieren des Ventilhubzuführöls geändert bzw. variiert werden. Die Aktuatorvorrichtung 350 und die Variable-Steuerung-Vorrichtung 400 sind mit der Ventilbrücke 310 integral ausgebildet, d.h. die Ventilbrücke ist Bestandteil dieser Vorrichtungen. Damit sind die Strukturen und die Betätigungsvorgänge der Vorrichtungen einfacher, und das Volumen bzw. der Bauraum des Betätigungs-Hydraulikkreises, in welchem ein Druck erzeugt werden kann, ist kleiner als bei konventionellen Variabler-Ventilhub-Vorrichtungen. Ferner ist die Antwortgeschwindigkeit des Systems verbessert.
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Zur Erleichterung der Erläuterung und akkuraten Definition in den angehängten Ansprüchen sind Ausdrücke wie „oben“ oder „unten“, „vorne“ oder „hinten“, „innen“ oder „außen“ und der gleichen dazu verwendet, um Merkmale der exemplarischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen dieser Merkmale wie in den Figuren gezeigt zu erläutern.
