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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein variables Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor, dass so gestaltet ist, dass es einen Nockenträger, der mit mehreren Nocken versehen ist, die sich in den Ventilbetätigungseigenschaften voneinander unterscheiden, in einer axialen Richtung einer Nockenwelle bewegt.
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2. Stand der Technik
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Es ist ein variables Ventilbetätigungssystem für Verbrennungsmotoren bekannt, das so ausgeführt ist, dass es einen Nockenträger, an dessen Außenumfang mehrere Nocken gebildet sind, die sich in den Ventilbetätigungseigenschaften voneinander unterscheiden, in einer axialen Richtung einer Nockenwelle bewegt, wodurch ein Ventil betätigt wird (siehe zum Beispiel die nachstehend angeführte Japanische Patentschrift). Das variable Ventilbetätigungssystem umfasst Wählerstifte, die so in einem Betätigungselement angebracht sind, dass sie sich in einer radialen Richtung des Nockenträgers hin und her bewegen können, und arbeitet so, dass es den Wählerstift in spiralförmige Führungsnuten, die an einem Außenumfang des Nockenträgers gebildet sind, einsetzt oder daraus zurückzieht, um den Nockenträger in der axialen Richtung der Nockenwelle zu bewegen.
- Japanische Patentschrift Nr. 430618
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Das obige variable Ventilbetätigungssystem ist jedoch mit zwei Wählerstiften und Führungsnuten – eine für jeden Wählerstift – ausgestattet, um den Nockenträger hin und her zu bewegen, was zu einem komplizierten Aufbau seines Nockenwahlmechanismus führt. Außerdem ist es schwierig, die engen spiralförmigen Führungsnuten in dem Außenumfang des Nockenträgers maschinell zu fertigen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen vereinfachten Aufbau und Betrieb eines Nockenwahlmechanismus eines variablen Ventilbetätigungssystems für Verbrennungsmotoren zu schaffen, das so arbeitet, dass es einen Nockenträger, der mit mehreren Nocken versehen ist, in einer axialen Richtung einer Nockenwelle bewegt, um die Betätigungseigenschaften für ein Ventil des Verbrennungsmotors zu verändern.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die umfasst: (a) eine Nockenwelle, die so durch einen Zylinderkopf gehalten wird, dass sie drehbar ist; (b) einen Nockenträger, der koaxial mit der Nockenwelle so angeordnet ist, dass er zusammen mit der Nockenwelle drehbar ist, wobei der Nockenträger auch in einer axialen Richtung der Nockenwelle beweglich ist und mehrere Nocken aufweist, die sich in den Ventilbetätigungseigenschaften voneinander unterscheiden und nebeneinander an einem Außenumfang des Nockenträgers gebildet sind; und (c) einen Nockenwähler, der so arbeitet, dass er den Nockenträger in der axialen Richtung der Nockenwelle bewegt, um eine der Nocken, die ein Ventil betätigen, zu wählen. Die Nocken umfassen eine erste Nocke und eine zweite Nocke. Der Nockenträger ist zwischen einer ersten Stellung, in der die erste Nocke zur Bewegung des Ventils arbeitet, und einer zweiten Stellung, in der die zweite Nocke zur Bewegung des Ventils arbeitet, beweglich. Eine Führungsnut ist so in einem Außenumfang des Nockenträgers gebildet, dass sie sich über einen gesamten Umfang des Nockenträgers erstreckt. Der Nockenträger weist zwei Wände auf, die zueinander gewandt sind, um dazwischen die Führungsnut zu definieren. Eine der Wände bildet eine erste Wählernocke, die den Nockenträger in die erste Stellung bewegt. Die andere der Wände bildet eine zweite Wählernocke, die den Nockenträger in die zweite Stellung bewegt. Ein erster Wählerstift und ein zweiter Wählerstift, die in einer radialen Richtung der Nockenwelle in die Führungsnut eingesetzt und daraus zurückgezogen werden können, sind so angeordnet, dass sie sich parallel zueinander in eine Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung der Nockenwelle verläuft. Der erste Wählerstift kann mit der ersten Wählernocke in Kontakt gebracht werden. Der zweite Wählerstift kann mit der zweiten Wählernocke in Kontakt gebracht werden. Ein Verbindungsmechanismus ist bereitgestellt, der den ersten Wählerstift und den zweiten Wählerstift so miteinander koppelt, dass der erste und der zweite Wählerstift parallel zu einem Radius der Nockenwelle in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden.
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In der bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung kann der Verbindungsmechanismus versehen sein mit einer ersten Zahnstange, die an einer Seitenfläche des ersten Wählerstifts gebildet ist, einer zweiten Zahnstange, die an einer Seitenfläche des zweiten Wählerstifts gebildet ist, und einem Zahnrad, dass in Eingriff mit der ersten und der zweiten Zahnstange angeordnet ist.
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Der erste Wählerstift kann eine erste Aussparung aufweisen, die in seiner Seitenfläche gebildet ist und sich in eine Richtung erstreckt, in der sich der erste Wählerstift hin und her bewegt. Die erste Zahnstange ist an einem Boden der ersten Aussparung gebildet. Der zweite Wählerstift kann eine zweite Aussparung aufweisen, die in seiner Seitenfläche gebildet ist und sich in eine Richtung erstreckt, in der sich der zweite Wählerstift hin und her bewegt. Die zweite Zahnstange ist an einem Boden der zweiten Aussparung gebildet. Die erste Aussparung weist Endwände auf, die einander in der Richtung, in der sich der erste Wählerstift hin und her bewegt, zugewandt sind und so geformt sind, dass sie einen physischen Kontakt mit dem Zahnrad herstellen, um Grenzen eines Pfads zu definieren, entlang dessen sich der erste Wählerstift bewegt. Die zweite Aussparung weist Endwände auf, die einander in der Richtung, in der sich der zweite Wählerstift hin und her bewegt, zugewandt sind und so geformt sind, dass sie einen physischen Kontakt mit dem Zahnrad herstellen, um Grenzen eines Pfads zu definieren, entlang dessen sich der zweite Wählerstift bewegt.
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Die Führungsnut kann einen Abschnitt mit einer größten Breite, einen Abschnitt mit einer kleinsten Breite und einen Abschnitt mit einer sich verändernden Breite aufweisen, der sich zwischen dem Abschnitt mit der größten Breite und dem Abschnitt mit der kleinsten Breite erstreckt. Der Abschnitt mit der größten Breite weist in der Führungsnut die größte Breite auf. Der Abschnitt mit der kleinsten Breite weist in der Führungsnut die kleinste Breite auf. Der Abschnitt mit der kleinsten Breite weist eine Breite auf, die groß genug ist, um einem aus dem ersten Wählerstift oder dem zweiten Wählerstift einen Durchgang zu ermöglichen. Der Abschnitt mit der größten Breite weist eine Breite auf, die groß genug ist, um Zwischenräume sicherzustellen, die in einer Breitenrichtung der Führungsnut an beiden Seiten einer Umfangsmittellinie der Führungsnut liegen, wobei durch jeden davon einer aus dem ersten Wählerstift und dem zweiten Wählerstift verlaufen kann.
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Die zweite Nocke kann so geformt sein, dass sie das Ventil in eine Ruhestellung bringt. Eine solche Ventilruhenocke ist eine Nocke, die einen Hub des Ventils von null erzeugt.
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Eine Antriebskraft kann zu einem aus dem ersten Wählerstift und dem zweiten Wählerstift geliefert werden, um den einen aus dem ersten und dem zweiten Wählerstift zu bewegen. Einer aus dem ersten und dem zweiten Wählerstift kann mit einer Feder versehen sein, die so arbeitet, dass sie den ersten Wählerstift in die Führungsnut schiebt, wenn die Antriebskraft aufgehoben wird.
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Die oben beschriebene variable Ventilbetätigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren ist so ausgeführt, dass sie eine Vereinfachung des Aufbaus und des Betriebs eines Nockenwahlmechanismus gestattet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird näher verstanden werden aus der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen aufgefasst werden sollten, sondern nur dem Zweck der Erklärung und des Verständnisses dienen.
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In den Zeichnungen
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ist 1 eine Schnittansicht, die einen Zylinderkopf zeigt, in dem ein variables Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung angebracht ist;
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ist 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein variables Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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ist 3 eine perspektivische Ansicht, die einen Nockenträger eines variablen Ventilbetätigungssystems für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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ist 4 eine vertikale Schnittansicht eines Kopfdeckels, der mit einer Öffnung versehen ist, in die ein erster Wählerstift in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt ist;
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ist 5 eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4;
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ist 6 eine vertikale Schnittansicht eines Kopfdeckels, der mit einer Öffnung versehen ist, in die ein zweiter Wählerstift in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt ist;
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ist 7 eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 5;
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ist 8 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die veranschaulicht, wie ein Verbindungsmechanismus in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung anzubringen ist;
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ist 9-1 eine perspektivische Ansicht, die einen Nockenträger, der in einer ersten Stellung angeordnet ist, in der eine Hochgeschwindigkeitsnocke gewählt ist, in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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ist 9-2 eine perspektivische Ansicht, die das Umschalten zwischen einem ersten Wählerstift und einem zweiten Wählerstift in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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ist 9-3 eine perspektivische Ansicht, die einen Nockenträger in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, der mit der Bewegung in eine zweite Stellung, in der eine Niedergeschwindigkeitsnocke gewählt ist, begonnen hat;
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ist 9-4 eine perspektivische Ansicht, die einen Nockenträger, der in einer zweiten Stellung angeordnet ist, in der eine Niedergeschwindigkeitsnocke gewählt ist, in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
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ist 10 eine perspektivische Ansicht, die eine in einer Ruhestellung angeordnete zweite Nocke in einem variablen Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen in mehreren Ansichten auf gleiche Teile beziehen, und insbesondere auf 1 ist ein variables Ventilbetätigungssystem (auch als variables Ventilhebesystem bezeichnet) 2 für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
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ÜBERBLICK ÜBER DEN AUFBAU DES VARIABLEN VENTILBETÄTIGUNGSSYSTEMS
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Das variable Ventilbetätigungssystem 2 dieser Ausführungsform ist, wie in 1 veranschaulicht, in einem Zylinderkopf 1 des Verbrennungsmotors angebracht. Der Gesamtaufbau des Zylinderkopfs 1 ist mit jenem von typischen Zylinderköpfen im Wesentlichen identisch. Im Besonderen ist der Zylinderkopf 1 mit einem Kopfkörper 1A und einem Kopfdeckel 1B versehen. Wie in 2 veranschaulicht, umfasst das variable Ventilbetätigungssystem 2 eine Nockenwelle 3, einen Nockenträger 4 und einen Nockenwähler 5, der über dem Nockenträger 4 angeordnet ist und so wirkt, dass er einen Nockenwechsel vornimmt, um einen Hub jedes Ansaugventils 13 zu verändern. Wie in 1 ersichtlich, umfasst der Zylinderkopf 1 auch eine Auslassventilnockenwelle 30 und Auslassnocken 40.
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DER KIPPHEBEL
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Wie in 1 und 2 veranschaulicht, verwendet das variable Ventilbetätigungssystem 2 Kipphebel 11, die der Drehung des Nockenträgers 4 folgend oszillieren. In einer unteren Fläche eines Endes 11c eines jeden der Kipphebel 11 ist eine Aussparung gebildet, die in einem Kontakt mit der Oberseite eines Zapfens 12A eines Hydrostößels (hydraulic lash adjuster, HLA) 12 angeordnet ist. Jeder der Kipphebel 11 weist eine Stößelrolle 11A auf, die durch einen Stift 11B in ihrer Mitte geschwenkt wird. Die Stößelrolle 11a steht von einer oberen Fläche des Kipphebels 11 vor und ist entweder mit einer Hochgeschwindigkeitsnocke 41 oder einer Niedergeschwindigkeitsnocke 42, die durch den Nockenträger 4 gehalten werden, in Kontakt gebracht. Jeder der Kipphebel 11 weist eine Oberseite 11D auf, deren untere Fläche in Kontakt mit einem oberen Ende eines der Ansaugventile 13 gebracht ist. Die Ansaugventile 13 können sich in ihrer axialen Richtung hin und her bewegen und werden jeweils durch Ventilfedern 14 nach oben gedrückt, um Verbindungen zwischen der Ansaugöffnung und den Verbrennungskammern zu schließen.
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DIE NOCKENWELLE
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Wie in 1 veranschaulicht, wird die Nockenwelle 3 so durch ein unteres Nockengehäuse 6 und ein oberes Nockengehäuse 7 gehalten, dass sie drehbar ist. Das untere Nockengehäuse 6 und das obere Nockengehäuse 7 sind über dem Kopfkörper 1A angeordnet und dienen als Lager. Die Nockenwelle 3 ist mit einem Kopplungsmechanismus versehen, damit sie durch eine Kette oder einen Riemen (nicht gezeigt) zusammen mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) drehbar ist. Das untere Nockengehäuse 6 und das obere Nockengehäuse 7 sind durch einen Kopfdeckel 1B abgedeckt und in dem Zylinderkopf 1 angeordnet. Die Anzahl der Umdrehungen der Nockenwelle 3 beträgt die Hälfte von jener der Kurbelwelle. In dieser Ausführungsform ist die Nockenwelle 3 so ausgerichtet, dass sie sich in einer Längsrichtung des Verbrennungsmotors (d. h. einer in 2 durch einen Pfeil angegebenen Richtung) erstreckt. Wie in 2 ersichtlich, weist die Nockenwelle 3 Außenzähne 31 auf, die in einem vorgegebenen Bereich ihrer äußeren Umfangsfläche gebildet sind. Die Zähne 31 weisen in einer Umfangsrichtung der Nockenwelle 3 eine vorgegebene Breite auf.
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Wie in 2, 4 und 5 veranschaulicht, weist die Nockenwelle 3 einen Positionierungsmechanismus 32 auf, der in ihrer axialen Richtung neben den Zähnen 31 angeordnet ist. Der Positionierungsmechanismus 32 ist mit einer Aufnahmekammer 33, einer Feder 34 und einer Kugel 35 versehen. Die Aufnahmekammer 33 ist so gebildet, das sie sich in einer radialen Richtung der Nockenwelle 3 erstreckt. Die Feder 34 ist in der Aufnahmekammer 34 angeordnet. Die Kugel 35 ist zusammen mit der Feder 34 in der Aufnahmekammer 33 angebracht und steht teilweise von der Oberfläche der Nockenwelle 3 nach außen vor. Wie aus 5 ersichtlich, wird die Kugel 35 durch die Feder 34 in einen ständigen Eingriff mit entweder einer ersten Positionierungsnut 46 oder einer zweiten Positionierungsnut 47, die in dem später ausführlich beschriebenen Nockenträger 4 gebildet sind, gedrückt.
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DER NOCKENTRÄGER
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich, weist der Nockenträger 4 eine Hohlzylinderform auf, die die Nockenwelle 3 umgibt. In einem Innenumfang des Nockenträgers 4 sind Innenzähne 45 gebildet, die in die Außenzähne 31 der Nockenwelle 31 eingreifen, so dass sich die Nockenwelle 3 und der Nockenträger 4 zusammen drehen können, und der Nockenträger 4 kann sich in der axialen Richtung der Nockenwelle 3 entlang der Nockenwelle 3 bewegen.
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Die erste Positionierungsnut 46 und die zweite Positionierungsnut 47 weisen eine geschlossene ringförmige Form auf und sind in einem Abschnitt des Innenumfangs des Nockenträgers 4 neben dem Bereich, in dem die Innenzähne 45 maschinell gefertigt sind, ausgebildet. Die Kugel 35 des Positionierungsmechanismus 32 der Nockenwelle 3 wird in eine aus der ersten Positionierungsnut 46 und der zweiten Positionierungsnut 47 eingeschnappt, um den Nockenträger 4 in einer entsprechenden aus einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung anzuordnen.
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Wie in 2 und 3 veranschaulicht, hält der Nockenträger 4 an seinem Außenumfang zwei Nockeneinheiten, wovon jede mit der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 (auch als erste Nocke bezeichnet) und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 (auch als zweite Nocke), die einstückig miteinander ausgebildet sind, versehen ist. Die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 einer jeden der Nockeneinheiten sind in der axialen Richtung des Nockenträgers 4 nebeneinander angeordnet und unterscheiden sich hinsichtlich der Ventilbetätigungseigenschaften voneinander. Die Nockeneinheiten sind in der axialen Richtung der Nockenwelle 3 in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet. Wenn es erforderlich ist, die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 einer jeden der Nockeneinheiten zu wählen, wird die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 genau über einem entsprechenden der Kipphebel 11 angeordnet. Wenn es alternativ erforderlich ist, die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 einer jeden der Nockeneinheiten zu wählen, wird die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 genau über einem entsprechenden der Kipphebel 11 angeordnet. Die Abstände zwischen den Hochgeschwindigkeitsnocken 41, zwischen den Niedergeschwindigkeitsnocken 42 und zwischen den Ansaugventilen 13 sind so gewählt, dass sie untereinander identisch sind. Der Nockenträger 4 ist entlang der Nockenwelle 3 zwischen der ersten Stellung, in der jede der Hochgeschwindigkeitsnocken 41 eines der Ansaugventile 13 nach oben oder unten hebt, und der zweiten Stellung, in der jede der Niedergeschwindigkeitsnocken 41 eines der Ansaugventile 13 nach oben oder unten hebt, beweglich.
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Die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 einer jeden der Nockeneinheiten ist, wie deutlich in 3 veranschaulicht ist, mit einer kreisförmigen Basis 41A und einer Nase 41B versehen, die in einer radialen Richtung von einem Außenumfang der kreisförmigen Basis 41A vorspringt. Ebenso ist die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 einer jeden der Nockeneinheiten mit einer kreisförmigen Basis 42A und einer Nase 42B versehen, die in einer radialen Richtung von einem Außenumfang der kreisförmigen Basis 42A vorspring. Der Radius der kreisförmigen Basis 42A ist mit jenem der kreisförmigen Basis 41A identisch, wohingegen der Abstand der Nase 42B zwischen ihrer Drehachse (d. h. der Längsmittellinie der Nockenwelle 3) und ihrer Spitze oder ihrem Scheitelpunkt kürzer als jener der Nase 41B ist. Die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 einer jeden der Nockeneinheiten sind, wie in 3 ersichtlich, in der axialen Richtung des Nockenträgers 4 nebeneinander angeordnet. Die kreisförmigen Basen 41A und 42A erstrecken sich untereinander bündig in der axialen Richtung des Nockenträgers 4; mit anderen Worten weisen sie eine einzelne kontinuierliche Oberfläche auf, die sich parallel zu der axialen Richtung des Nockenträgers 4 erstreckt. Die Nasen 41B und 42B der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 sind in im Wesentlichen der gleichen Winkelrichtung ausgerichtet und drehen sich in im Wesentlichen der gleichen Phase. Die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 arbeiten derart, dass sie die Zeit, zu der das Ansaugventil 41 durch die Bewegung der Kurbelwelle des Motors nach oben oder unten gehoben werden soll, als eine Funktion ihrer Position in Bezug auf die Nockenwelle 3 spezifizieren.
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Wie in 2 und 3 deutlich veranschaulicht ist, weist der Nockenträger 4 auch eine Führungsnut 43 auf, die sich über seinen gesamten Umfang erstreckt. Die Führungsnut 43 ist durch zwei ringförmige innere Seitenwände des Nockenträgers 4, die zueinander gewandt sind, definiert. Eine der ringförmigen inneren Seitenwände ist als erste Wählernocke 43A zur Verschiebung des Nockenträgers 4 in die erste Stellung bereitgestellt. Die andere Seitenwand ist als eine zweite Wählernocke 43B zur Verschiebung des Nockenträgers 4 in die zweite Stellung bereitgestellt.
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Die Führungsnut 43 umfasst, wie in 3 veranschaulicht, einen Abschnitt 43C mit einer größten Breite, einen Abschnitt 43D mit einer kleinsten Breite und einen Abschnitt 43E mit einer sich verändernden Breite, der sich zwischen dem Abschnitt 43C mit der größten Breite und dem Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite erstreckt. Der Abschnitt 43C mit der größten Breite weist in der Führungsnut 43 die größte Breite auf, während der Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite in der Führungsnut 43 die kleinste Breite aufweist. Der Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite weist eine Breite auf, die groß genug ist, um jedem aus einem ersten Wählerstift 51 und einem zweiten Wählerstift 52, die später ausführlich beschrieben werden, einen Durchgang zu ermöglichen. Der Abschnitt 43C mit der größten Breite weist eine Breite auf, die groß genug ist, um Zwischenräume sicherzustellen, die in einer Breitenrichtung der Führungsnut 43 an der Außenseite und der Innenseite (d. h. an der rechten und linken Seite gesehen in 2) der Umfangsmittellinie der Führungsnut 43 liegen, wobei durch jeden davon einer aus dem ersten Wählerstift 41 und dem zweiten Wählerstift 52 verlaufen kann. Die Umfangsmittellinie der Führungsnut 43 erstreckt sich in einer Umfangsrichtung der Führungsnut 43 durch die Mitte des Abschnitts 43D mit der kleinsten Breite.
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DER NOCKENWÄHLER
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Wie in 2 veranschaulicht, umfasst der Nockenwähler 5 den ersten Wählerstift 51, den zweiten Wählerstift 52, ein Zahnrad 53, eine Feder 54 und Stöpsel 55A, 55B und 56 (siehe 8). Die Feder 54 spannt den ersten Wählerstift 51 so vor, dass dessen Kopf, wie in 4 veranschaulicht, von einer Innenfläche des Kopfdeckels 1B vorspringt. Der erste Wählerstift 51 und der zweite Wählerstift 52 können sich, wie in 4 und 6 veranschaulicht, in radialer Richtung der Nockenwelle 3 hin und her bewegen und sind so angeordnet, dass sie in die Führungsnut 43 eingesetzt werden können. Der erste Wählerstift 51 und der zweite Wählerstift 52 verlaufen parallel zueinander in einer Richtung, die senkrecht zu der axialen Richtung der Nockenwelle 3 verläuft. Wenn der Kopf des ersten Wählerstifts 51 zu der Führungsnut 43 hin vorsteht, kann er mit der Oberfläche der ersten Wählernocke 43A in Kontakt gebracht werden. Ebenso kann der Kopf des zweiten Wählerstifts 52 dann, wenn er zu der Führungsnut 43 hin vorsteht, mit der Oberfläche der zweiten Wählernocke 43B in Kontakt gebracht werden. Der erste und der zweite Wählerstift 51 und 52 sind, wie aus 5 ersichtlich, durch einen Verbindungsmechanismus 57 so miteinander verbunden oder gekoppelt, dass sie parallel zu dem Radius der Nockenwelle 3 in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden können.
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Der Verbindungsmechanismus 57 ist vom Zahnstangentyp und umfasst eine erste Zahnstange 51B, eine zweite Zahnstange 52B und ein Zahnrad 53. Die erste Zahnstange 51B ist an der Seitenfläche des ersten Wählerstifts 51 gebildet. Die zweite Zahnstange 52B ist an der Seitenfläche des zweiten Wählerstifts 52 gebildet und zu der ersten Zahnstange 51B gewandt. Das Zahnrad 53 ist in Eingriff sowohl mit der ersten Zahnstange 51B als auch mit der zweiten Zahnstange 52B angeordnet. Im Besonderen ist die erste Zahnstange 51B, wie in 5 veranschaulicht, an einem Boden einer ersten Aussparung 51A maschinell gefertigt, die in der Seitenfläche des ersten Wählerstifts 51 gebildet ist und sich in der Richtung, in der der erste Wählerstift 51 hin und her läuft, erstreckt. Ebenso ist die zweite Zahnstange 52B an einem Boden einer zweiten Aussparung 52A maschinell gefertigt, die in der Seitenfläche des zweiten Wählerstifts 52 gebildet ist und sich in der Richtung, in der der zweite Wählerstift 52 hin und her läuft, erstreckt. Wie deutlich in 5 veranschaulicht ist, weist die erste Aussparung 51A Endwände 51C auf, die einander in der Richtung, in der sich der erste Wählerstift 51 hin und her bwegt, zugewandt sind und so geformt sind, dass sie einen physischen Kontakt mit dem Zahnrad 53 herstellen, um Grenzen eines Pfads zu definieren, entlang dessen sich der erste Wählerstift 51 bewegt. Ebenso weist die zweite Aussparung 52A Endwände 52C auf, die einander in der Richtung, in der sich der zweite Wählerstift 52 hin und her bewegt, zugewandt sind und so geformt sind, dass sie einen physischen Kontakt mit dem Zahnrad 53 herstellen, um Grenzen eines Pfads zu definieren, entlang dessen sich der zweite Wählerstift 52 bewegt.
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Wie in 8 veranschaulicht, ist der erste Wählerstift 51 so in einem ersten Stiftloch 58A, das sich durch die Dicke des Kopfdeckels 1B erstreckt, angeordnet, dass er in einer axialen Richtung des ersten Stiftlochs 58A gleiten kann. Ebenso ist der zweite Wählerstift 52 so in einem zweiten Stiftloch 58B, das sich durch die Dicke des Kopfdeckels 1B erstreckt, angeordnet, dass er in einer axialen Richtung des zweiten Stiftlochs 58B gleiten kann. Das erste Stiftloch 58A und das zweite Stiftloch 58B erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander. Wie in 8 ersichtlich, stehen das erste Stiftloch 58A und zweite Stiftloch 58B in der Mitte ihrer Länge über eine Zahnradkammer 58C in Verbindung. In dem Kopfdeckel 1B ist auch ein Zahnradeinlass 59 gebildet, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Länge des ersten und des zweiten Stiftlochs 58A und 58B verläuft und mit der Zahnradkammer 58 in Verbindung steht.
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Wie in 8 veranschaulicht, ist der erste Wählerstift 51 in das erste Stiftloch 58A eingesetzt. Ebenso ist der zweite Wählerstift 52 in das zweite Stiftloch 58B eingesetzt. Die Feder 54 ist an dem oberen Ende des ersten Wählerstifts 51 in dem ersten Stiftloch 58A angebracht. Das erste Stiftloch 58A weist ein offenes Ende auf, das durch den Stöpsel 55A verschlossen ist. Das zweite Stiftloch 58B weist ein offenes Ende auf, das durch den Stöpsel 55B verschlossen wird, wenn der zweite Wählerstift 52 darin angeordnet ist. Der Einbau des Zahnrads 53 in die Zahnradkammer 58C wird erreicht, indem das Zahnrad 53 in den Zahnradeinlass 59, der in der Seitenfläche des Kopfdeckels 1B gebildet ist, eingesetzt wird. Das Zahnrad 53 wird in Eingriff sowohl mit der ersten Zahnstange 51B des ersten Wählerstifts 51 als auch mit der zweiten Zahnstange 52B des zweiten Wählerstifts 52 angeordnet. Wie in 7 veranschaulicht, weist das Zahnrad 53 eine Drehwelle 53A auf, die durch ein Lager 58D, das in dem Kopfdeckel 1B bereitgestellt ist, und ein Lager 56A, das in dem Stöpsel 56 bereitgestellt ist, drehbar gehalten wird.
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Wie in 4 veranschaulicht, ist in dem Kopfdeckel 1B ein erster Ölpfad 60 gebildet, der mit einem oberen Abschnitt des ersten Stiftlochs 58A in Verbindung steht. Der erste Ölpfad 60 steht auch mit einer in dem Kopfdeckel 1B gebildeten Ölverteilung 61 in Verbindung. Wie in 6 deutlich veranschaulicht ist, ist in dem Kopfdeckel 1B auch ein zweiter Ölpfad 62 gebildet, der mit einem oberen Abschnitt des zweiten Stiftlochs 58B in Verbindung steht. Der zweite Ölpfad 62 steht auch mit einer in dem Kopfdeckel 1B gebildeten Ölverteilung 63 in Verbindung. Die Ölverteilungen 61 und 63 sind mit einer Ölpumpe (nicht gezeigt) gekoppelt. Ein hydraulischer Wählermechanismus (nicht gezeigt), der zum Beispiel mit einem Magnetventil versehen ist, ist bereitgestellt, um eine der Ölverteilungen 61 und 63, der Hydraulikdruck von der Ölpumpe geliefert werden soll, zu wählen. Im Besonderen arbeitet der hydraulische Wählermechanismus, wie in 5 veranschaulicht, derart, dass er entweder den ersten Wählerstift 51 oder den zweiten Wählerstift 52 nach unten schiebt, damit dessen Kopf von der Innenfläche des Kopfdeckels 1B vorstehen kann.
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BETRIEB DES VARIABLEN VENTILBETÄTIGUNGSSYSTEMS
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Nachstehend wird der Betrieb des variablen Ventilbetätigungssystems 2 zum Umschalten zwischen der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 beschrieben.
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9-1 zeigt den Fall, in dem das variable Ventilbetätigungssystem 2 die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 wählt. Die Stellung des Nockenträgers 4 in einem solchen Zustand wird hier als die erste Stellung bezeichnet. In der ersten Stellung steht die kreisförmige Basis 41A der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 mit der Stößelrolle 11A eines jeden der Kipphebel 11 in Kontakt. Wie aus 5 ersichtlich, liegt der erste Wählerstift 51 in dem Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite der Führungsnut 43. Die Kugel 35 des Positionierungsmechanismus 32, der in der Nockenwelle 3 eingerichtet ist, greift in die erste Positionierungsnut 46 des Nockenträgers 4 ein.
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Wenn es erforderlich ist, von der Stellung, in der die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 gewählt ist, zu der in 9-4 veranschaulichten zweiten Stellung des Nockenträgers 4 umzuschalten, wird der zweite Wählerstift 52, wie in 9-2 veranschaulicht, nach unten geschoben, damit dessen Kopf von dem Kopfdeckel 1B in die Führungsnut 43 vorsteht. Diese Bewegung des zweiten Wählerstifts 52 wird erreicht, indem der hydraulische Wählermechanismus, wie oben beschrieben, den Hydraulikdruck von der Ölverteilung 63 durch den zweiten Ölpfad 62 zu dem zweiten Stiftloch 58B liefert. Dies verursacht, dass der zweite Wählerstift 52 zu der Führungsnut 43 bewegt wird. Gleichzeitig wird der erste Wählerstift 51, wie in 9-2 veranschaulicht, aus der Führungsnut 43 zu dem Kopfdeckel 1B gehoben.
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Wenn der zweite Wählerstift 52, wie in 9-2 gezeigt, nach unten in die Führungsnut 43 gehoben ist, arbeitet die zweite Wählernocke 34, mit der der zweite Wählerstift 52 in Kontakt steht, so, dass der Nockenträger 4 über wie in 9-3 veranschaulichte Stellung in die zweite Stellung umgeschalten wird. In der Stellung von 9-3 sorgen die kreisförmige Basis 41A der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und die kreisförmige Basis 42A der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 für eine sanfte Gleitbewegung der Stößelrolle 11A eines jeden der Kipphebel 11. Anschließend stellt dann die kreisförmige Basis 42A der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 einen Kontakt mit der Stößelrolle 11A her.
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Wenn der Nockenträger 4 in Bezug auf die Nockenwelle 3 bewegt wird, wird die Kugel 3 des Positionierungsmechanismus 32 in der Nockenwelle 3 aus der in 5 veranschaulichten ersten Positionierungsnut 46 bewegt und schnappt dann in die zweite Positionierungsnut 47 ein. Dies verursacht, dass der Nockenträger 4 in der zweiten Stellung, in der die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 gewählt ist, an der Nockenwelle 3 fixiert wird. In der zweiten Stellung des Nockenträgers 4 verläuft der zweite Wählerstift 52 durch den Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite der Führungsnut 43, bis das Umschalten zu der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 beginnt.
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Wenn es erforderlich ist, von der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 zu der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 umzuschalten, wird der Hydraulikdruck, wie in 4 veranschaulicht, von der Ölverteilung 61 über den ersten Ölpfad 60 zu dem oberen Abschnitt des ersten Stiftlochs 58A geliefert, um den Kopf des ersten Wählerstifts 51 aus der Innenfläche des Kopfdeckels 1B zu schieben. Die Bewegung der ersten Zahnstange 51B des ersten Wählerstifts 51 verursacht dann, dass sich das Zahnrad 53 dreht, wodurch die zweite Zahnstange 52B in eine Richtung gehoben wird, die zu der Bewegungsrichtung der ersten Zahnstange 51B entgegengesetzt ist. Im Besonderen zieht sich der zweite Wählerstift 52 in die Innenfläche des Kopfdeckels 1B zurück. Die Drehung des Nockenträgers 4, während die erste Wählernocke 43A in einem Kontakt mit dem ersten Wählerstift 51 angeordnet ist, verursacht, dass der Nockenträger 4 in die in 9-1 veranschaulichte erste Stellung geschoben wird, wodurch von der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 zu der Hochgeschwindigkeitsnocke 41, mit der die Stößelrolle 11A eines jeden der Kipphebel 11 in einen physischen Kontakt treten soll, umgeschaltet wird.
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Die erste Aussparung 51A des ersten Wählerstifts 51 weist, wie oben in 5 beschrieben, die Endwände 51C auf. Ebenso weist die zweite Aussparung 52A des zweiten Wählerstifts 52 die Endwände 52C auf. Die Endwände 51C und 52C dienen als Anschläge, auf die das Zahnrad 53 trifft, um die Grenzen der Pfade, entlang derer sich der erste Wählerstift 51 und der zweite Wählerstift 52 bewegen, zu begrenzen.
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In dieser Ausführungsform ist ein Nockenwahlmechanismus, der so arbeitet, dass er zwischen der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 umschaltet, implementiert durch die einzelne Führungsnut 43, die durch Seitenwände – die erste Wählernocke 43A und die zweite Wählernocke 43B – definiert ist, den ersten Wählerstift 51, der mit der ersten Wählernocke 43A in Kontakt gebracht werden kann, und den zweiten Wählerstift 52, der mit der zweiten Wählernocke 43B in Kontakt gebracht werden kann. Dies beseitigt die Notwendigkeit, mehrere Führungsnuten – eine für jeden aus dem ersten Wählerstift 51 und dem zweiten Wählerstift 52 – zu bilden, was zu einem vereinfachten Aufbau des Nockenwahlmechanismus des variablen Ventilbetätigungssystems 2 führt.
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In dieser Ausführungsform sind der erste Wählerstift 51 und der zweite Wählerstift 52 durch den Verbindungsmechanismus 57 miteinander gekoppelt, der so arbeitet, dass er sie in entgegengesetzte Richtungen nach oben oder unten hebt, was einen gleichzeitigen Kontakt des ersten Wählerstifts 51 und des zweiten Wählerstifts 52 mit der ersten Wählernocke 43A bzw. der zweiten Wählernocke 43B vermeidet und ebenfalls zu einer vereinfachten Art und Weise der Betätigung des ersten Wählerstifts 51 und des zweiten Wählerstifts 52 führt. Daher weist das variable Ventilbetätigungssystem 2 einen einfachen Aufbau des Nockenwahlmechanismus auf und erleichtert auch die Einfachheit, mit der der erste Wählerstift 51 und der zweite Wählerstift 52 bewegt werden.
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In dieser Ausführungsform besteht der Verbindungsmechanismus 57, der so arbeitet, dass er den ersten Wählerstift 51 und den zweiten Wählerstift 52 in entgegengesetzte Richtungen bewegt, aus zwei Zahnstangen, der ersten Zahnstange 51B und der zweiten Zahnstange 52B, und dem Zahnrad 53, was zu einem vereinfachten Aufbau des Verbindungsmechanismus 57 führt. Die Enden der ersten Aussparung 51A und der zweiten Aussparung 52A sind durch die Endwände 51C bzw. die Endwände 52C definiert, was zu einem vereinfachten Aufbau des Nockenwahlmechanismus führt.
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In dieser Ausführungsform ist der Abschnitt 43C mit der größten Breite des Nockenträgers 4, wie oben beschrieben, so gestaltet, dass er eine Breite aufweist, die groß genug ist, um Zwischenräume zu schaffen, die an beiden Seiten der durch den Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite verlaufenden Umfangsmittellinie der Führungsnut 43 liegen, wobei sich durch jeden davon einer aus dem ersten Wählerstift 51 und dem zweiten Wählerstift 52 bewegen kann. Wenn sich der Nockenträger 4 in der ersten Stellung befindet, liegt der erste Wählerstift 51 an einer solchen Position, dass er durch den Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite der Führungsnut 43 läuft. Vor oder nach der Bewegung des ersten Wählerstifts 51 durch den Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite kann der zweite Wählerstift 52 in den Abschnitt 43C mit der größten Breite eingesetzt werden. Das Verschieben des Nockenträgers 4 von der ersten Stellung in die zweite Stellung wird dadurch erreicht, dass der zweite Wählerstift 52 zu der Zeit in die Führungsnut 43 eingesetzt wird, zu der der Abschnitt 43C mit der größten Breite unter den zweiten Wählerstift 52 gelangt. Dann wird der zweite Wählerstift 52 durch die Drehung des Nockenträgers 4 von dem Abschnitt 43C mit der größten Breite zu dem Abschnitt 43E mit einer sich verändernden Breite bewegt. Beim Kontakt des zweiten Wählerstifts 52 mit dem Abschnitt 43E mit der sich verändernden Breite beginnt der Nockenträger 4, in die zweite Stellung bewegt zu werden. Wenn der zweite Wählerstift 52 den Abschnitt 43D mit der kleinsten Breite erreicht, ist die Bewegung des Nockenträgers 4 in die zweite Stellung abgeschlossen. Der Nockenträger 4 wird nicht in die erste Stellung zurückgeführt und wird in der zweiten Stellung gehalten, ohne dass es erforderlich ist, den zweiten Wählerstift 52 aus der Führungsnut 43 zurückzuziehen. Das Verschieben des Nockenträgers 4 von der zweiten Stellung in die erste Stellung wird dadurch erreicht, dass der erste Wählerstift 51 zu der Zeit in die Führungsnut 43 eingesetzt wird, zu der der Abschnitt 43C mit der größten Breite unter den ersten Wählerstift 51 gelangt. Beim Kontakt des ersten Wählerstifts 51 mit dem Abschnitt 43E mit einer sich verändernden Breite beginnt der Nockenträger 4, in die erste Stellung bewegt zu werden. Der Nockenträger 4 wird nicht in die zweite Stellung zurückgeführt und wird in der ersten Stellung gehalten, ohne dass es erforderlich ist, den ersten Wählerstift 51 aus der Führungsnut 43 zurückzuziehen. Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich ist, muss der Nockenwahlmechanismus, der so arbeitet, dass er zwischen der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 umschaltet, den ersten Wählerstift 51 und den zweiten Wählerstift 52 bei Abschluss der Verschiebung des Nockenträgers 4 zwischen der ersten und der zweiten Stellung nicht zurückziehen, was zu einer vereinfachten Art und Weise der Betätigung des ersten und des zweiten Wählerstifts 51 und 52 führt.
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In dieser Ausführungsform wird der Nockenträger 4, der mit der einzelnen Führungsnut 43 und einer Kombination aus dem ersten Wählerstift 51 und dem zweiten Wählerstift 52 versehen ist, in seiner axialen Richtung bewegt, um zwischen der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 und der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 umzuschalten. Herkömmliche variable Ventilbetätigungssysteme sind gewöhnlich so gestaltet, dass sie einen Tauchkolben verwenden, der einen Kolben in einer radialen Richtung eines Nockenträgers hin und her bewegt, um den Kolben in eine spiralförmige Nut, die in einem Außenumfang des Nockenträgers gebildet ist, einzusetzen oder daraus zurückzuziehen. Die Verwendung eines solchen Tauchkolbens führt zu einer Zunahme der Größe des Systems. Der Aufbau der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 dieser Ausführungsform beseitigt die Notwendigkeit des obigen Typs von Tauchkolben, weshalb er hinsichtlich der Höhe des Zylinderkopfs 1 verkleinert werden kann. Der Aufbau der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 gestattet auch, dass die gesamte Länge des Nockenträgers 4 verkürzt wird, was zu einer Verringerung der gesamten Größe der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 führt.
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Das variable Ventilbetätigungssystem 2 dieser Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, so gestaltet, dass die kreisförmigen Basen 41A und 42A mit der Stößelrolle 11A eines jeden der Kipphebel 11 in Kontakt gebracht werden, um den Nockenträger 4 zum Umschalten zwischen der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 zu bewegen. Dies schafft ein sanftes Umschalten zwischen der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42.
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Das variable Ventilbetätigungssystem 2 verwendet die Kugel 35, die erste Positionierungsnut 46 und die zweite Positionierungsnut 47, um den Nockenträger 4 durch einen Einschnappeingriff zwischen ihnen in Bezug auf die Nockenwelle 3 zu positionieren, wodurch Stabilität bei der Anordnung des Nockenträgers 4 entweder in der ersten Stellung oder in der zweiten Stellung sichergestellt wird.
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ANDERE MODIFIKATIONEN
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Form einer bevorzugten Ausführungsform offenbart wurde, um ihr besseres Verständnis zu erleichtern, sollte beachtet werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Deshalb ist die Erfindung so zu verstehen, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen an der gezeigten Ausführungsform umfasst, die ausgeführt werden können, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Prinzip der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel wird die Bewegung des ersten Wählerstifts 51 und des zweiten Wählerstifts 52 in entgegengesetzte Richtungen, wie oben beschrieben, durch den Zahnstangenmechanismus erreicht, der aus der ersten Zahnstange 51B, der zweiten Zahnstange 52B und dem Zahnrad 53 besteht, doch kann sie alternativ unter Verwendung eines anderen Mechanismus erfolgen, der so aufgebaut ist, dass er eine Wippbewegung des ersten und des zweiten Wählerstifts 51 und 52 erzeugt.
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Die Erfindung wird in der obigen Ausführungsform auf ein variables Ventilbetätigungssystem 2 angewendet, dass als Mechanismus zur Positionsumschaltung zwischen zwei Nocken gestaltet ist, um zwischen der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 (d. h. der ersten Stellung) und der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 (d. h. der zweiten Stellung) umzuschalten, doch kann das variable Ventilbetätigungssystem 2 alternativ, wie in 10 gezeigt, so aufgebaut sein, dass es einen Nockenträger 4A umfasst, der mit einer Ruhenocke 48 versehen ist, die eine Umfangsfläche aufweist, welche so geformt ist, dass ein Hub der Niedergeschwindigkeitsnocke 42 von null erreicht wird, um die Niedergeschwindigkeitsnocke 42 in eine Ruhestellung zu bringen.
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Das variable Ventilbetätigungssystem 2 der obigen Ausführungsform ist mit einem Doppelölzufuhrsystem versehen, das die Ölverteilungen 61 und 63 benutzt, kann aber alternativ so gestaltet sein, dass die Feder 54 verstärkt wird, um eine einzelne Ölverteilung vorzusehen. Im Besonderen ist eine Ölverteilung mit nur einem aus dem ersten und dem zweiten Wählerstift 51 und 52 verbunden. Die Antriebskraft wird der Ölverteilung geliefert, um den einen aus dem ersten und dem zweiten Wählerstift 51 und 52 zu bewegen, und wird dann aufgehoben, um den ersten Wählerstift 51 mit Hilfe der Feder 54 zu der Führungsnut 43 zu schieben. Zum Beispiel ist die Ölverteilung 62 mit dem zweiten Wählerstift 52 verbunden. Die Antriebskraft (d. h. der Hydraulikdruck), die auf den zweiten Wählerstift 52 ausgeübt wird, wird aufgehoben, um den ersten Wählerstift 51 mit Hilfe der Feder 54 in die Führungsnut 53 hinab zu heben. Dies verschiebt den Nockenträger 4 in die erste Stellung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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