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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Ventilzeitsteuerung bzw. Ventilsteuerzeitsteuereinrichtung, die eine Ventilsteuerzeit mindestens entweder eines Einlassventils oder eines Auslassventils passend zu einem Maschinenbetriebszustand ändert.
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HINTERGRUND
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Eine Ventilzeitsteuerung mit einem Flügelrotor passt eine Ventilöffungs-/-schließzeit mindestens eines Einlassventils oder eines Auslassventils an, indem ein Phasenunterschied zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Maschine variiert wird. Die
JP-2003-120229A und die
JP-2009-523943A (
US-2010-0154732A1 ) zeigen eine Ventilzeitsteuerung, die mit einem Vorspannteil versehen ist, das einen Flügelrotor in die am weitesten nach vorn bzw. in Richtung „früh” verstellte Position oder die am weitesten verzögerte bzw. in Richtung „spät” verstellte Position relativ zu einem Gehäuse vorspannt.
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In der Ventilzeitsteuerung, die in der
JP-2003-120229A gezeigt ist, spannt ein spiralförmiges Vorspannteil einen Flügelrotor relativ zu einem Gehäuse hin zur am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position vor. Ein inneres Ende des Spiralvorspannteils greift in eine Nut ein, die in einem Vorsprung des Flügelrotors gebildet ist. Ein äußeres Ende des spiralförmigen Vorspannteils greift in Schrauben ein, die an zwei Positionen des Gehäuses vorgesehen sind. Weil ein Spiel des Spiralvorspannteils vergleichsweise groß ist, ist es wahrscheinlich, dass sich das innere Ende des Spiralvorspannteils aufgrund von Zentrifugalkraft, die auf das Vorspannteil wirkt, von der Nut trennen oder sich gegenüber der ursprünglichen Position verschieben kann. Wenn sich das innere Ende des Spiralvorspannteils radial nach außen verlagert, kann ein Drehmomentverlauf der Ventilzeitsteuerung vom Zieldrehmomentverlauf abweichen.
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In der Ventilzeitsteuerung, die in der
JP-2009-523943A gezeigt ist, wird ein inneres Ende des spiralförmigen Vorspannteils in Hakenform gebildet, um in einen Stift einzugreifen, der in einem Flügelrotor vorgesehen ist. Da jedoch ein Außendurchmesser des spiralförmigen Vorspannteils vergleichsweise groß ist, damit es in den Stift eingreifen kann, wird eine radiale Größe des Vorspannteils größer, so dass auch eine Größe der Ventilzeitsteuerung größer wird. Zudem ist zusätzlich zu einem Stift zum Eingriff in das äußere Ende des Vorspannteils ein zusätzlicher Stift notwendig, der in das innere Ende des Vorspannteils eingreift, was die Anzahl der Teile erhöhen kann.
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KURZE ERLÄUTERUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Ventilzeitsteuerung zu schaffen, die dazu fähig ist, ein Lösen und eine Verschiebung eines inneren Endes eines Vorspannteils mit einem einfachen Aufbau zu beschränken.
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Eine Ventilzeitsteuerung ist in einem Antriebskraftübertragungssystem vorgesehen, in dem eine Antriebskraft einer Maschine mit interner Verbrennung von einer Antriebswelle auf eine angetriebene Welle übertragen wird. Die Ventilzeitsteuerung passt eine Ventilsteuerzeit eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils einer Maschine mit interner Verbrennung an. Die Ventilzeitsteuerung umfasst ein Gehäuse, einen Flügelrotor und ein Vorspannteil.
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Das Gehäuse umfasst einen zylindrischen Abschnitt, Plattenabschnitte, die beide Enden des zylindrischen Abschnitts schließen bzw. abschließen, und einen Eingriffsabschnitt, der an einem der Plattenabschnitte vorgesehen ist. Die Plattenabschnitte und der zylindrische Abschnitt legen Aufnahmekammern in einer Umfangsrichtung des zylindrischen Abschnitts fest. Das Gehäuse dreht mit entweder der Antriebswelle oder der angetriebenen Welle um eine Mittelachse des zylindrischen Abschnitts.
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Der Flügelrotor umfasst einen zylindrischen Nabenabschnitt, der in dem Gehäuse aufgenommen ist, eine Vielzahl von Flügeln, die radial von dem Nabenabschnitt nach außen vorstehen, um jede der Aufnahmekammern in eine Verzögerungskammer und eine Frühverstellkammer zu unterteilen, und eine Eingriffsnut, die auf dem Nabenabschnitt in einer solchen Weise gebildet ist, dass sie radial nach außen vorsteht. Der Flügelrotor dreht passend zu einem Hydraulikdruck in der Verzögerungskammer und der Frühverstellkammer zusammen mit der anderen aus der Antriebswelle und der angetriebenen Welle um eine Mittelachse des zylindrischen Abschnitts in einer Verzögerungsrichtung oder einer Frühverstellrichtung relativ zu dem Gehäuse.
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Das Vorspannteil wird durch Aufwickeln eines Drahts spiralförmig geformt. Das Vorspannteil ist an einem der Plattenabschnitte in einer solchen Weise befestigt, dass sein inneres Ende in die Eingriffsnut eingreift und sein äußeres Ende in den Eingriffsabschnitt eingreift. Das Vorspannteil spannt den Flügelrotor in der Frühverstellrichtung oder der Verzögerungsrichtung relativ zu dem Gehäuse vor.
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In einem Fall, in dem ein innerster imaginärer Kreis, der durch eine Mittellinie des Drahts geht, durch C1 bezeichnet wird, ein äußerster imaginärer Kreis, der durch eine Mittellinie des Drahts geht, durch C2 bezeichnet wird, eine Mitte des imaginären Kreises C1 durch C1 bezeichnet wird, eine Mitte des imaginären Kreises C2 durch O2 bezeichnet wird, ein Kontaktpunkt zwischen dem inneren Ende und der Eingriffsnut durch p0 bezeichnet wird und eine imaginäre Linie, die sowohl durch die Mitte O1 als auch durch den Punkt p0 geht, durch L bezeichnet wird, greifen das innere Ende und das äußere Ende jeweils in die Eingriffsnut und den Eingriffsabschnitt in einer solchen Weise ein, dass die Mitte O2 sowohl von der Mitte O1 als auch von dem Punkt p0 getrennt ist, wodurch der Kreis C2 gegenüber dem Kreis C1 um einen spezifischen Betrag exzentrisch ist. In einer Wickelrichtung des Drahts sind in der Nähe der Linie L bestimmte Punkte definiert, in denen Spielspalte bzw. Abstände zwischen diesen Punkten kleiner als ein festgelegter Wert sind. Die Eingriffsnut und das innere Ende des Vorspannteils sind in der Nähe der bestimmten Punkte angeordnet.
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Daher wird das innere Ende an den bestimmten Punkten kaum durch den Draht verschoben, selbst wenn eine Zentrifugalkraft auf das innere Ende des Vorspannteils wirkt. Ein Lösen des innere Endes aus der Eingriffsnut und ein Verschieben des inneren Ende radial nach außen kann eingeschränkt werden. Darüber hinaus weicht die Drehmomentcharakteristik kaum von der Zieldrehmomentcharakteristik ab. Als ein Ergebnis kann die Betriebsgenauigkeit der Ventilzeitsteuerung hoch gehalten werden.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehenden genauen Beschreibung deutlicher, die mit Bezug auf die beigefügten Figuren durchgeführt wird. In den Figuren sind:
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1 eine Draufsicht, die eine Ventilzeitsteuerung zeigt, in der ein Flügelrotor an einer am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position gemäß einer ersten Ausführungsform positioniert ist;
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2 eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II in 1;
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3 eine schematische Ansicht, die die Ventilzeitsteuerung und ihre Umgebung nach der ersten Ausführungsform zeigt;
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4 eine Schnittansicht, die die Ventilzeitsteuerung zeigt, bei der ein Flügelrotor an einer am weitesten in Richtung „spät” verstellten Position entsprechend der ersten Ausführungsform positioniert ist;
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5 eine Draufsicht eines Vorspannteils nach der ersten Ausführungsform, das in einem freien bzw. nicht eingebauten Zustand vorliegt;
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6 eine Draufsicht, die eine Situation zeigt, in der ein Vorspannteil gemäß der ersten Ausführungsform an einem Gehäuse vorgesehen ist;
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7 eine Draufsicht, die eine Situation zeigt, in der ein äußeres Ende des Vorspannteils in einen Eingriffsabschnitt eingreift; und
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8 eine Draufsicht, die eine Ventilzeitsteuerung nach einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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GENAUE ERLÄUTERUNG
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Mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. In jeder Ausführungsform werden den im Wesentlichen gleichen Teilen und den Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und die identische Beschreibung wird nicht wiederholt.
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[Erste Ausführungsform]
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1 bis 7 zeigen eine Ventilzeitsteuerung nach einer ersten Ausführungsform.
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3 zeigt schematisch ein Antriebskraftübertragungssystem, in dem eine Ventilzeitsteuerung 10 verwendet wird. Eine Maschine 6 weist ein Kettenrad 81, das an einer Kurbelwelle 8 als einer Antriebswelle der Maschine 6 befestigt ist, ein Zahnrad 138, das koaxial mit einer Nockenwelle 7 als einer angetriebenen Welle verbunden ist, und ein Kettenrad 92 auf, das mit einer Nockenwelle 9 verbunden ist. Eine Kette 5 ist um das Kettenrad 81, das Kettenrad 92 und das Zahnrad 138 gewunden, wodurch eine Antriebskraft der Kurbelwelle 8 an die Nockenwellen 7 und 9 übertragen wird. Das Zahnrad 138 und ein Flügelrotor 16, die später beschrieben werden, bilden einen Teil der Ventilzeitsteuerung 10. Die Nockenwelle 7 treibt ein Auslassventil 71 und die Nockenwelle 9 treibt ein Einlassventil 91. Der Flügelrotor 16 ist mit der Nockenwelle 7 verbunden. Die Ventilzeitsteuerung 10 passt eine Ventilsteuerzeit des Auslassventils 71 an.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist die Ventilzeitsteuerung 10 mit einem Gehäuse 11, dem Flügelrotor 16 und einer Feder 26 versehen. Das Gehäuse 11 umfasst eine hintere Platte 12, ein Backengehäuse 13 und eine vordere Platte 14. Die hintere Platte 12, das Backengehäuse 13 und die vordere Platte 14 sind aus einem metallischen Material hergestellt. Eine Schraube 20 ist durch die vordere Platte 14 und das Backengehäuse 13 in die hintere Platte 12 eingeschraubt, wodurch die hintere Platte 12, das Backengehäuse 13 und die vordere Platte 14 koaxial miteinander verbunden sind. Das Backengehäuse 13 entspricht einem zylindrischen Abschnitt der vorliegenden Erfindung. Die hintere Platte 12 und die vordere Platte 14 entsprechen jeweils einem Plattenabschnitt der vorliegenden Erfindung.
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Das Zahnrad 138 ist an einem Außenumfang des Backengehäuses 13 gebildet. Die hintere Platte 12 weist in ihrem mittleren Abschnitt ein Durchgangsloch 128 auf. Außerdem weist die vordere Platte 14 in ihrem mittleren Abschnitt ein Durchgangsloch 148 auf.
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Das Gehäuse 11 nimmt den Flügelrotor 16 relativ dazu drehbar auf. Der Flügelrotor 16 ist mit der Nockenwelle 7 verbunden, um damit zu drehen. Das Gehäuse 11, der Flügelrotor 16 und die Nockenwelle 7 drehen sich im Uhrzeigersinn, wenn sie in 2 entlang einem Pfeil „X” gesehen werden. Diese Drehrichtung wird als eine Frühverstellrichtung bezeichnet.
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Das Backengehäuse 13 weist vier Backen 131, 132, 133 und 134 auf, die von seiner Umfangswand 130 wie in 1 gezeigt nach innen vorstehen. Benachbarte Backen definieren eine flügelförmige Aufnahmekammer 50.
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Der Flügelrotor 16 ist aus metallischem Material hergestellt. Der Flügelrotor 16 weist einen zylindrischen Nabenabschnitt 160 und vier Flügel 161, 162, 163 und 164 auf, die radial aus dem Nabenabschnitt 160 nach außen vorstehen. Der Nabenabschnitt 160 weist einen sich erstreckenden Abschnitt 166 auf, der sich in das Durchgangsloch 128 der hinteren Platte 12 erstreckt.
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Die Nockenwelle 7 erstreckt sich durch das Durchgangsloch der hinteren Platte 12, den Nabenabschnitt 160 und das Durchgangsloch 148 der vorderen Platte 14, wodurch die Ventilzeitsteuerung 10 an der Maschine 6 angebaut ist.
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Ein Außendurchmesser jedes Flügels 161–164 ist kleiner als ein Innendurchmesser der Umfangswand 130 des Gehäuses 13. Ein Außendurchmesser des Nabenabschnitts 160 ist kleiner als ein Innendurchmesser des Backengehäuses 13. Somit wird ein Spielspalt zwischen dem Flügelrotor und dem Backengehäuse 13 gebildet.
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Jeder der Flügel 161, 162, 163 und 164 ist drehbar in der zugehörigen Aufnahmekammer 50 aufgenommen. Jede der Kammern 50 wird durch den Flügel in eine Frühverstellkammer und eine Verzögerungskammer unterteilt. Eine Frühverstellrichtung und eine Verzögerungsrichtung des Flügelrotors 16 relativ zum Gehäuse 11 werden durch einen Pfeil in 1 angezeigt. Die Nockenwelle 7 und der Flügelrotor 16 können sich relativ zum Gehäuse 11 drehen.
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Eine Verzögerungskammer 51 ist zwischen dem Backen 131 und dem Flügel 161 definiert, und eine Verzögerungskammer 52 ist zwischen dem Backen 132 und dem Flügel 162 definiert. Eine Verzögerungskammer 53 ist zwischen dem Backen 133 und dem Flügel 163 definiert, und eine Verzögerungskammer 54 ist zwischen dem Backen 134 und dem Flügel 164 definiert. Eine Frühverstellkammer 55 ist zwischen dem Backen 134 und dem Flügel 161 definiert, und eine Frühverstellkammer 56 ist zwischen dem Backen 131 und dem Flügel 162 definiert. Eine Frühverstellkammer 57 ist zwischen dem Backen 132 und dem Flügel 163 definiert, und eine Frühverstellkammer 58 ist zwischen dem Backen 133 und dem Flügel 164 definiert.
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Wie in 2 gezeigt weist der Nabenabschnitt 160 einen Verzögerungsdurchlass 100 und einen Frühverstelldurchlass 110 auf. Jede Verzögerungskammer nimmt Arbeitsöl durch den Verzögerungsdurchlass 100 auf, und jede Frühverstellkammer nimmt Arbeitsöl durch den Verzögerungs- bzw. Frühverstelldurchlass 110 auf.
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Ein Schaltventil 3 ist zwischen dem Verzögerungsdurchlass 100 und dem Frühverstelldurchlass 110 vorgesehen. Das Schaltventil 3 ist elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU, electronic control unit) 4 verbunden. Die ECU 4 umfasst einen Mikrocomputer mit einer CPU (central processing unit, Zentralprozessoreinheit), einem ROM (read-only-memory, Nur-Lese-Speicher) und einem RAM (random access memory, Speicher mit wahlfreiem Zugriff). Die ECU 4 betreibt das Schaltventil 3 so, dass das Arbeitsöl einem der Durchlässe 100 und 110 zugeführt wird und aus dem anderen Durchlass abgeführt wird. Dadurch dreht sich der Flügelrotor 16 relativ zu dem Gehäuse 11, und ein Phasenunterschied der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle 8 wird angepasst.
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Wie in 1 gezeigt weist der erweiterte Abschnitt bzw. sich erstreckende Abschnitt 166 eine Eingriffsnut 167 auf, die sich radial nach außen erstreckt. Das Gehäuse 11 weist einen Eingriffsstift 24 auf, der in die hintere Platte 12 eingefügt ist. Der Eingriffsstift 24 steht um einen festgelegten Betrag von der hinteren Platte 12 in einer Richtung weg vom bzw. entgegengesetzt zum Backengehäuse 13 vor. Der Eingriffsstift 24 entspricht einem „Eingriffsabschnitt” und einem „Eingriffsstift” der vorliegenden Erfindung.
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Die Feder 26 wird durch Aufwickeln eines Drahts 260 in eine Spiralform gebildet. Der Draht 260 besteht aus metallischem Material wie Eisen und rostfreiem Stahl. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Draht 260 einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Feder 26 ist an einer Außenwandfläche der hinteren Platte 12 angeordnet. Ein inneres Ende 261 der Feder 26 greift in die Eingriffsnut 167 ein, und ein äußeres Ende 262 der Feder 26 greift in den Eingriffsstift 24 ein. Eine Vorspannkraft der Feder 26 wirkt als ein Drehmoment, das den Flügelrotor 16 relativ zu dem Gehäuse 11 in der Frühverstellrichtung dreht. Das heißt, die Feder 26 spannt den Flügelrotor 16 in der Frühverstellrichtung vor.
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Wenn die Nockenwelle 7 das Auslassventil 71 antreibt, variiert das variable Drehmoment, das die Nockenwelle 7 vom Auslassventil 71 empfängt, zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert. Eine positive Richtung des variablen Drehmoments zeigt die Verzögerungsrichtung des Flügelrotors 16 relativ zu dem Gehäuse 11 an, und eine negative Richtung des variablen Drehmoments zeigt die Frühverstellrichtung des Flügelrotors 16 relativ zu dem Gehäuse 11 an. Ein mittleres Drehmoment des variablen Drehmoments ist die bzw. dreht den Rotor in die positive Richtung, das heißt, die Frühverstellrichtung. Das Frühverstelldrehmoment, das die Feder 26 auf den Flügelrotor 16 ausübt, ist größer als das mittlere Drehmoment des variablen Drehmoments, das die Nockenwelle 7 aufnimmt.
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Wie in 1 gezeigt wird jeweils ein Dichtteil 28 an einem Außenumfang jedes Flügels 161 bis 164 vorgesehen. Das Dichtteil 28 besteht aus Kunstharzmaterial oder metallischem Material. Jedes der Dichtteile 28 ist gegenüber einer Innenwandoberfläche des Backengehäuses 13 durch eine Vorspannkraft einer Blattfeder vorgespannt. Somit wird verhindert, dass das Arbeitsöl zwischen den Kammern über eine Außenwand jedes Flügels und eine Innenwand des Backengehäuses 13 übertritt.
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Wie in 1 und 2 gezeigt weist der Flügel 161 einen Stopperstift 30 als ein Beschränkungsteil auf. Der Stopperstift 30 ist tassenförmig und ist in einem Durchgangsloch 17 in einer solchen Weise aufgenommen, dass er axial bewegbar ist. Der Stopperstift 30 weist ein Aufnahmeloch 31 auf, in dem eine Feder 34 aufgenommen ist. Ein Ende der Feder 34 ist mit der vorderen Endplatte 14 in Eingriff, und das andere Ende der Feder 34 ist mit einem Boden des Aufnahmelochs 31 in Eingriff.
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Die hintere Platte 12 weist ein Einpressloch 121 auf, in das ein Ring 36 eingefügt wird. Der Ring 36 weist ein Loch 37 auf, in das ein Endabschnitt 32 des Stopperstifts 30 eingefügt wird. Das heißt, dass das Loch 37 auf der Innenwand des Gehäuses 11 hin zum Flügelrotor 16 gebildet ist. Die Feder 34 spannt den Stopperstift 30 hin zum Ring 36 vor. Man bemerke, dass ein Innendurchmesser des Lochs 37 größer als ein Außendurchmesser des Endabschnitts 32 des Stopperstifts 30 ist.
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Wie in 2 gezeigt ist die relative Phase des Flügelrotors 16 relativ zu dem Gehäuse 11 festgelegt, wenn der Stopperstift 30 in das Loch 37 eingefügt ist. Bei dieser relativen Phase ist die Phase der Nockenwelle 7 relativ zur Kurbelwelle 8 am besten geeignet, um die Brennkraftmaschine 6 zu starten. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Auslassventil in der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position.
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Eine erste Druckkammer 40 ist an einem Boden des Einpresslochs 121 gebildet. Die erste Druckkammer 40 steht mit der Verzögerungskammer 51 in Verbindung. Eine um den Stopperstift 30 gebildete zweite Druckkammer 41 steht mit der Frühverstellkammer 55 in Verbindung. Der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer 40 und der zweiten Druckkammer 41 wirkt auf den Stopperstift bzw. -kolben 30 in einer Richtung, in der der Stopperstift bzw. -kolben 30 aus dem Loch 37 des Rings 36 herausgeht.
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Die Backe 131 weist eine Anschlagfläche 135 auf, die dem Flügel 161 gegenüberliegt. Wenn die Ventilzeitsteuerung 10 EIN ist, wird die Anschlagfläche 135 mit dem Flügel 161 so in Kontakt gebracht, dass die relative Drehung des Flügelrotors 16 in der Frühverstellrichtung eingeschränkt wird. Man bemerke, dass der Flügelrotor 16 in der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position ist, wenn der Flügel 161 mit der Anschlagfläche 135 in Kontakt ist, wie in 1 gezeigt.
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Zudem weist die Backe 134 eine Anschlagfläche 136 auf, die dem Flügel 161 gegenüberliegt. Wenn die Ventilzeitsteuerung 10 EIN ist, wird die Anschlagfläche 136 mit dem Flügel 161 so in Kontakt gebracht, dass die relative Drehung des Flügelrotors 16 in der Verzögerungsrichtung eingeschränkt wird. Man bemerke, dass der Flügelrotor 16 in der am weitesten in Richtung „spät” verstellten Position ist, wenn der Flügel 161 mit der Anschlagfläche 136 in Kontakt ist, wie in 4 gezeigt.
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Wie vorstehend erläutert ist der Flügelrotor 16 aus einer Position, in welcher der Flügel 161 mit der Anschlagfläche 135 in Kontakt ist, in eine Position relativ verdrehbar, in welcher der Flügel 161 mit der Anschlagfläche 136 in Kontakt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Drehwinkelbereich des Flügelrotors 16 ungefähr 20°.
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Als Nächstes wird nachstehend mit Bezug auf 5, 6 und 7 ein Aufbau der Feder 26 und ein Montageverfahren der Feder 26 an dem Gehäuse 11 beschrieben.
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Wie in 5 gezeigt, wird der Draht 260 von seinem inneren Ende 261 bis zu seinem äußeren Ende 262 in einer solchen Weise aufgewickelt, dass ein Abstand „CL” zwischen dem Draht 260 bzw. seinen Windungen im Wesentlichen konstant ist, bevor die Feder 26 in dem Gehäuse 11 montiert ist, das heißt, wenn die Feder 26 in einem freien Zustand ist. Das innere Ende 261 des Drahts 260 wird hin zu einer Mitte der Feder 26 gebogen. Das äußere Ende 262 ist nach außen hakenförmig.
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Wenn die Feder 26 an dem Gehäuse 11 montiert wird, ist die Feder 26 an der hinteren Platte 12 in einer solchen Weise angebracht, dass das innere Ende 261 in die Eingriffsnut 167 eingreift. 6 zeigt die Form der Feder 26, deren inneres Ende 261 in die Eingriffsnut 167 eingreift.
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Dann wird der Eingriffsstift 24 in ein Einfügeloch der hinteren Platte 12 eingefügt. Danach wird das äußere Ende 262 der Feder 26 in die Frühverstellrichtung eingeführt, um den Eingriffsstift 24 zu umgreifen. Dadurch wird die Feder 26 wie in 7 gezeigt an dem Gehäuse 11 befestigt. In diesem Zustand spannt die Feder 26 den Flügelrotor 16 in der Frühverstellrichtung vor.
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Nach der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 7 gezeigt, ein innerster imaginärer Kreis, der durch eine Punktstrichlinie veranschaulicht ist und durch eine Mittellinie des Drahts 260 geht, durch „C1” bezeichnet, und ein äußerster imaginärer Kreis, der durch eine Zweipunktstrichlinie veranschaulicht ist und durch eine Mittellinie des Drahts 260 geht, wird durch „C2” bezeichnet. Eine Mitte des imaginären Kreises „C1” wird durch „C1” bezeichnet, und eine Mitte des imaginären Kreises „C2” wird durch „O2” bezeichnet. Ein Kontaktpunkt zwischen dem inneren Ende 261 und der Eingriffsnut 167 wird durch „p0” bezeichnet. Eine imaginäre Linie, die durch die Mitte „O1” und den Punkt „p0” geht, wird durch „L” bezeichnet. Das innere Ende 261 und das äußere Ende 262 greifen jeweils in die Eingriffsnut 167 und den Eingriffsstift 24 in einer solchen Weise ein, dass die Mitte „O2” von der Mitte „O1” und dem Punkt „P0” getrennt ist, wodurch der Kreis „C2” um einen bestimmten Betrag „d1” exzentrisch zum Kreis „C1” ist. Die Mitte „O1” ist auf einer Achse „Ax1” des Nabenabschnitts 160 angeordnet. Ein Schnittpunkt zwischen dem Kreis „C1” und der Linie „L” wird als „p1” bezeichnet, und ein Schnittpunkt zwischen dem Kreis „C2” und der Linie „L” wird als „p2” bezeichnet.
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In einer Wickelrichtung des Drahts 260 werden in einer Umgebung der Linie „L” festgelegte Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” definiert. Spielspalte bzw. Abstände zwischen diesen Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” sind kleiner als ein festgelegter Wert. Die Eingriffsnut 167 und das innere Ende 261 der Feder 26 sind in einer Umgebung der festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” angeordnet.
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7 zeigt eine Situation, in welcher der Flügel 161 mit der Anschlagfläche 135 in Kontakt ist. Das bedeutet, dass der Flügelrotor 16 in der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position ist. In dieser Situation liegen die festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” mit Bezug auf den Nabenabschnitt 160 auf einer radial nach außen zeigenden Linie. Eine imaginäre Linie, die durch die Mitte „O1” und die Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” geht, wird als „L0” bezeichnet. Wenn der Flügelrotor 16 am weitesten in Richtung „früh” verstellt ist, ist die Linie „L0” an einer Frühverstellposition relativ zu der Linie „L” positioniert. Der Winkelunterschied zwischen der Linie „L0” und der Linie „L” beträgt ungefähr 8°.
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Zudem sind nach der vorliegenden Ausführungsform Spielspalte zwischen den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” des Drahts 260 im Wesentlichen null. Das bedeutet, dass sich der Draht 260 in der Spiralfeder 26 an den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” leicht berührt. Der vorstehend genannte Exzentrizitätsbetrag „d1” ist so festgelegt, dass sich der Draht 260 an den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” leicht berührt.
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Mit Bezug auf 1 bis 4 wird ein Betrieb der Ventilzeitsteuerung 10 beschrieben. 1 und 2 zeigen die Ventilzeitsteuerung 10, wenn die Maschine 6 ausgeschaltet ist.
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<Beim Starten der Maschine>
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Wenn die Maschine 6 ausgeschaltet ist, greift der Stopperstift 30 wie in 2 gezeigt in das Loch 37 des Rings 36 ein. Zur Zeit unmittelbar nach dem Einschalten der Maschine 6 wurde noch nicht ausreichend Arbeitsöl von der Ölpumpe 1 in die Verzögerungskammern 51, 52, 53 und 54, die Frühverstellkammern 55, 56, 57 und 58, die erste Druckkammer 40 und die zweite Druckkammer 41 bereitgestellt. Der Stopperstift 30 wird in dem Loch 37 des Rings 36 so gehalten, dass die Nockenwelle 7 an der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position relativ zur Kurbelwelle 8 gehalten wird. Daher wird während eines Zeitabschnitts, bis das Arbeitsöl ausreichend in jede Kammer zugeführt ist, verhindert, dass das Gehäuse 11 und der Flügelrotor 16 aufgrund des variablen Drehmoments vibrieren und miteinander zusammenstoßen, was Schlag- bzw. Klingelgeräusche erzeugen würde.
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<Nach dem Starten der Maschine>
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Wenn die Maschine gestartet ist und ausreichend Arbeitsöl von der Ölpumpe 1 in jede Kammer zugeführt ist, wird der Stopperstift 30 aufgrund des Hydraulikdrucks in der ersten und der zweiten Druckkammer 40 und 41 vom Ring 36 getrennt. Der Flügelrotor 16 kann sich relativ zu dem Gehäuse 11 drehen. Der Hydraulikdruck in den Verzögerungskammern und den Frühverstellkammern wird gesteuert, wodurch der Phasenunterschied zwischen der Nockenwelle 7 und der Kurbelwelle 8 angepasst wird.
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<Verzögern>
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Die ECU 4 steuert den Antriebsstrom, der dem Schaltventil 3 zugeführt wird. Das Schaltventil 3 ist so geschaltet, dass die Ölpumpe 1 mit dem Verzögerungsdurchlass 100 verbunden ist und der Frühverstelldurchlass 110 mit der Ölwanne 2 verbunden ist. Das von der Ölpumpe 1 abgegebene Arbeitsöl wird über den Verzögerungsdurchlass 100 den Verzögerungskammern 51, 52, 53 und 54 zugeführt. Der Hydraulikdruck in den Verzögerungskammern 51, 52, 53 und 54 wirkt auf die Flügel 161, 162, 163 und 164, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, das den Flügelrotor 16 in der Verzögerungsrichtung vorspannt. In diesem Moment wird das Arbeitsöl in den Frühverstellkammern 55, 56, 57 und 58 durch den Frühverstelldurchlass 110 in die Ölwanne 2 abgegeben. Das erzeugte Drehmoment wird größer als eine Vorspannkraft der Feder 6, so dass der Flügelrotor 16 relativ zu dem Gehäuse 11 in der Verzögerungsrichtung verdreht wird.
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<Frühverstellen>
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Die ECU 4 steuert den Antriebsstrom, der dem Schaltventil 3 zugeführt wird. Das Schaltventil 3 ist so geschaltet, dass die Ölpumpe 1 mit dem Frühverstelldurchlass 110 verbunden ist und der Verzögerungsdurchlass 100 mit der Ölwanne 2 verbunden ist. Das von der Ölpumpe 1 abgegebene Arbeitsöl wird den Frühverstellkammern 55, 56, 57 und 58 durch den Frühverstelldurchlass 110 zugeführt. Der Hydraulikdruck in den Frühverstellkammern 55, 56, 57 und 58 wirkt auf die Flügel 161, 162, 163 und 164, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, das den Flügelrotor 16 in der Frühverstellrichtung vorspannt. In diesem Moment wird das Arbeitsöl in den Verzögerungskammern 51, 52, 53 und 54 durch den Verzögerungsdurchlass 10 in die Ölwanne 2 abgegeben. Das erzeugte Drehmoment und die Vorspannkraft der Feder 26 drehen den Flügelrotor 16 relativ zu dem Gehäuse 11 in der Frühverstellrichtung.
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<Halten der Position des Flügelrotors>
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Wenn der Flügelrotor 16 in eine Zielphase gebracht ist, steuert die ECU 4 ein Last- bzw. Tastverhältnis des Antriebsstroms, der dem Schaltventil 3 zugeführt wird. Das Schaltventil 3 trennt die Ölpumpe 1 von dem Verzögerungsdurchlass 100 und dem Frühverstelldurchlass 110, wodurch das Arbeitsöl nicht aus der Verzögerungskammer 51, 52, 53 und 54 und der Frühverstellkammer 55, 56, 57 und 58 in die Ölwanne 2 abgegeben wird. Aus diesem Grund wird der Flügelrotor 16 in einer Zielphase gehalten.
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<Beim Stoppen der Maschine>
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Wenn ein Maschinenstopp verlangt wird, während die Ventilzeitsteuerung 10 in Betrieb ist, wird der Flügelrotor 16 in der Frühverstellrichtung relativ zum Gehäuse 11 gedreht. Der Flügelrotor 16 dreht in der Frühverstellrichtung, bis der Flügel 161 mit der Anschlagfläche 135 in Kontakt gebracht wird, und hält an der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position an, wie in 1 gezeigt. In dieser Situation schaltet die ECU 4 die Ölpumpe 1 ab, und das Schaltventil 3 verbindet den Frühverstelldurchlass 110 und die Ölwanne 2. Dadurch wird der Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer 41 so verringert, dass sich der Stopperstift 30 aufgrund der Vorspannkraft der Feder 34 zum Ring 36 hin bewegt. Als das Ergebnis wird der Stopperstift 30 in das Loch 37 des Rings 36 eingeführt.
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Nach der vorliegenden Ausführungsform sind die Eingriffsnut 167 und das innere Ende 261 der Feder 26 stets in der Nähe der festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” positioniert, während die Ventilzeitsteuerung in Betrieb ist, das heißt, während sich der Flügelrotor 16 relativ zu dem Gehäuse 11 dreht. Dadurch wird das innere Ende 161 selbst dann, wenn eine Zentrifugalkraft auf das innere Ende 261 der Feder 26 wirkt, kaum durch den Draht 260 an den festgelegten Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” verschoben. Es kann eingeschränkt werden, dass das innere Ende 261 der Feder 26 sich von der Eingriffsnut 167 trennt und das innere Ende 261 radial nach außen verschoben wird.
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Zudem berührt sich der Draht 260 der Feder 26 an den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” leicht. Dadurch kann die Verschiebung des inneren Endes 261 effektiv eingeschränkt werden, und eine zu starke Schwingung der Feder 26 aufgrund einer Resonanz kann eingeschränkt werden.
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Wie vorstehend erläutert sind nach der vorliegenden Ausführungsform das innere Ende 261 und das äußere Ende 262 jeweils mit der Eingriffsnut 167 und dem Eingriffsstift 24 in einer solchen Weise im Eingriff, dass die Mitte „O2” getrennt von der Mitte „O1” und dem Punkt „P0” ist, wodurch der Kreis „C2” um einen bestimmten Betrag „d1” exzentrisch gegenüber dem Kreis „C1” ist. Daher werden in einer Wickelrichtung des Drahts 260 in der Nähe der Linie „L” die festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” definiert. Die Spielspalte zwischen diesen Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” sind kleiner als ein festgelegter Wert. Die Eingriffsnut 167 und das innere Ende 261 der Feder 26 sind benachbart zu den festgelegten Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” angeordnet. Das bedeutet, dass sich der Draht 260 in der Spiralfeder 26 an den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” leicht berührt. Daher wird selbst dann das innere Ende 261 kaum durch den Draht 260 an den festgelegten Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” verschoben, wenn eine Zentrifugalkraft auf das innere Ende 261 der Feder 26 wirkt. Es kann eingeschränkt werden, dass sich das innere Ende 261 der Feder 26 aus der Eingriffsnut 167 trennt und das innere Ende 261 radial nach außen verschoben wird. Darüber hinaus weicht die Drehmomentcharakteristik kaum von der Zieldrehmomentcharakteristik ab. Als ein Ergebnis kann die Betriebsgenauigkeit der Ventilzeitsteuerung 10 hoch beibehalten werden.
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Zudem greift nach der vorliegenden Ausführungsform das innere Ende 261 der Feder 26 in die Eingriffsnut 167 ein, die auf dem Nabenabschnitt 60 des Flügelrotors 16 gebildet ist. Daher ist es unnötig, einen Eingriffsstift zu schaffen, der in das innere Ende 261 eingreift, wodurch der Aufbau vereinfacht werden kann.
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Zudem ist nach der vorliegenden Ausführungsform der Kreis „C2” exzentrisch zum Kreis „C1”, wodurch die Spielspalte zwischen den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” des Drahts 260 im Wesentlichen null sind. Das heißt, dass sich der Draht 260 in der Spiralfeder 26 an den mehreren Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” leicht berührt. Nach diesem Aufbau wird eine Verschiebung des inneren Endes 261 durch den Draht 260 an den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” weiter eingeschränkt. Weil eine übergroße Schwingung der Feder 26 aufgrund einer Resonanz eingeschränkt werden kann, kann ein Ermüdungswiderstand der Feder 26 verbessert werden.
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Bevor die Feder 26 in das Gehäuse 11 montiert ist, das bedeutet, wenn die Feder 26 in einem freien Zustand ist, ist der Draht 260 in einer solchen Weise gebildet, dass der Abstand „CL” zwischen den Windungen des Drahts im Wesentlichen konstant ist. Eine solche Feder 26 kann leicht mit geringen Kosten hergestellt werden. Daher ist es möglich, die Herstellkosten der Ventilzeitsteuerung 10 zu verringern.
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[Zweite Ausführungsform]
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Mit Bezug auf 8 wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der zweiten Ausführungsform unterscheiden sich eine Form des Vorspannteils und eine Position des Eingriffsabschnitts, der in ein äußeres Ende des Vorspannteils eingreift, von jenen in der ersten Ausführungsform.
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Eine Gesamtlänge des Drahts 260 der Feder 26 wird kürzer als in der ersten Ausführungsform hergestellt. Eine Position des Eingriffsstifts 24 unterscheidet sich von jener in der ersten Ausführungsform. Wie in 8 gezeigt greifen das innere Ende 261 und das äußere Ende 262 jeweils in die Eingriffsnut 167 und den Eingriffsstift 24 in einer solchen Weise ein, dass die Mitte „O2” getrennt von der Mitte „O1” und dem Punkt „P0” ist, wodurch der Kreis „C2” gegenüber dem Kreis „C1” um einen bestimmten Betrag „d2” exzentrisch ist. Der Eingriffsstift 24 ist in der Wickelrichtung in der Nähe der Linie „L” angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Eingriffsstift 24 an einer Position angeordnet, an welcher seine Achse „Ax2” die Linie „L0” schneidet.
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8 zeigt eine Situation, in der der Flügel 161 mit der Anschlagfläche 135 in Kontakt ist. Das bedeutet, dass der Flügelrotor 16 in der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position ist. In dieser Situation liegen die festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” und der Eingriffsstift 24 mit Bezug auf den Nabenabschnitt 160 auf einer radial nach außen zeigenden Linie. Das bedeutet, dass die Eingriffsnut 167 und das innere Ende 261 der Feder 26 in der Nähe der festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” liegen, und die festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” in der Nähe des Eingriffsstifts 24 angeordnet sind.
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Zudem sind die Spielspalte zwischen den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” des Drahts 260 im Wesentlichen null. Das bedeutet, dass sich der Draht 260 in der Spiralfeder 26 an den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” leicht berührt. Die vorstehend genannte exzentrische Größe „d2” wird so festgelegt, dass sich der Draht 260 an den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” leicht berührt. Zudem sind nach der vorliegenden Umwandlung die Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” des Drahts 260 zwischen dem sich erstreckenden Abschnitt 166 und dem Eingriffsstift 24 eingebettet.
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Nach der vorliegenden Ausführungsform sind die Eingriffsnut 167 und das innere Ende 261 der Feder 26 stets in der Nähe der festgelegten Punkte „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” und des Eingriffsstifts 24 angeordnet, während die Ventilzeitsteuerung 10 betrieben wird, das bedeutet, während sich der Flügelrotor 16 relativ zu dem Gehäuse 11 bewegt. Daher wird das innere Ende 261 kaum durch den Draht 260 an den festgelegten Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” und den Eingriffsstift 24 verschoben, selbst wenn eine Zentrifugalkraft auf das innere Ende 261 der Feder 26 wirkt. Es kann eingeschränkt werden, dass sich das innere Ende 261 der Feder 26 aus der Eingriffsnut 167 löst und sich das innere Ende 261 radial nach außen verschiebt.
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Zudem berührt sich nach der vorliegenden Ausführungsform der Draht 260 der Feder 26 leicht an den Punkten „sp1” bis „sp4”, und die festgelegten Punkte „sp1” bis „sp4” liegen mit dem Eingriffsstift 24 auf einer Linie. Somit kann die Verschiebung des inneren Endes 261 effektiv eingeschränkt werden, und eine zu große Schwingung der Feder 26 aufgrund einer Resonanz kann eingeschränkt werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist der Eingriffsstift 24 nach der vorliegenden Ausführungsform in der Nähe der Linie „L” in der Wickelrichtung des Drahts 260 angeordnet. Daher sind die Eingriffsnut 167 und das innere Ende 261 der Feder 26 in der Nähe der festgelegten Punkte „sp1” bis „sp4” angeordnet, und die festgelegten Punkte „sp1” bis „sp4” sind in der Nähe des Eingriffsstifts 24 angeordnet. Selbst wenn der Draht 26 an den festgelegten Punkten „sp1” bis „sp4” eine Kraft von dem inneren Ende 261 radial nach außen aufnimmt, wird die Verschiebung des Drahts 260 an den festgelegten Punkten „sp1” bis „sp4” durch den Eingriffsstift 24 eingeschränkt. Das bedeutet, dass der Eingriffsstift 24 auch als eine Sicherung des inneren Endes 261 der Feder 26 wirkt. Daher wird das Lösen und die Verschiebung des inneren Endes 261 der Feder 26 weiter eingeschränkt.
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[Andere Ausführungsformen]
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In den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist die Feder 26 an der hinteren Platte 12 vorgesehen. Die Feder 26 kann jedoch an der vorderen Platte 14 vorgesehen sein. Der Draht 260 der Feder 26 kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
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Solange der Kreis „C2” exzentrisch gegenüber dem Kreis „C1” ist, kann der Winkelunterschied zwischen der Linie „L0” und der Linie „L” in beliebiger Größe eingerichtet werden. In den Ausführungsformen, die in 7 und 8 gezeigt werden, beträgt der maximale Winkelunterschied 45°.
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In den vorstehend erläuterten Ausführungsformen sind die Spielspalte zwischen den Punkten „sp1”, „sp2”, „sp3” und „sp4” des Drahts 260 im Wesentlichen null. Sofern aber der Spielspalt kleiner als ein festgelegter Wert ist, ist der Spielspalt nicht stets null. Das heißt, dass sich die Punkte „sp1” bis „sp4” nicht immer leicht berühren müssen.
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In den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist das Spiel „CL” des Drahts 260 im Wesentlichen von seinem inneren Ende 261 bis zu seinem äußeren Ende 262 konstant, wenn die Feder 216 in einem freien Zustand ist. Das Spiel „CL” muss jedoch nicht immer konstant sein.
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In den vorstehend erläuterten Ausführungsformen greift das äußere Ende 262 der Feder 26 in den Eingriffsstift ein. Das äußere Ende 262 kann jedoch in eine Nut anstelle des Eingriffsstifts 24 eingreifen. Außerdem kann die Feder 26 den Flügelrotor 16 in der Verzögerungsrichtung vorspannen.
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In den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist der Flügelrotor 16 an der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position angeordnet, wenn die Maschine gestartet wird. Wenn die Maschine gestartet wird, kann der Flügelrotor 16 an der am weitesten in Richtung „spät” verstellten Position oder in einer mittleren Position zwischen der am weitesten in Richtung „früh” verstellten Position und der am weitesten in Richtung „spät” verstellten Position positioniert sein. Nebenbei bemerkt muss die Ventilzeitsteuerung keinen Stopperstift umfassen.
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Die Ventilzeitsteuerung kann zum Anpassen der Ventilsteuerzeit eines Einlassventils verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsformen beschränkt und kann für unterschiedliche Ausführungsformen verwendet werden.
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Eine Ventilzeitsteuerung (10) weist eine Spiralfeder (26) auf, die einen Flügelrotor (16) in einer Frühverstellrichtung vorspannt. Ein inneres Ende (261) und ein äußeres Ende (262) der Feder (26) sind jeweils mit einer Eingriffsnut (167) und einem Eingriffsstift (24) in einer solchen Weise in Eingriff, dass eine Mitte eines innersten imaginären Kreises (C1), der durch eine Mittellinie des Drahts (260) geht, von einer Mitte eines äußersten imaginären Kreises (C2) getrennt ist, der sowohl durch die Mittellinie des Drahts (260) als auch durch einen Eingriffspunkt zwischen dem inneren Ende (261) und der Eingriffsnut (167) geht. Der äußerste imaginäre Kreis (C2) ist gegenüber dem innersten imaginären Kreis (C1) um einen bestimmten Betrag (d1) exzentrisch.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-120229 A [0002, 0003]
- JP 2009-523943 A [0002, 0004]
- US 2010-0154732 A1 [0002]
