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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Nullhub-Nockenerhebung, die verwendet wird, um ein Gasaustauschventil zu deaktivieren, wenn der Motor in Betrieb ist.
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Einige der herkömmlichen Zylinderventil-Deaktivierungs-Mechanismen zum Deaktivieren der Gasaustauschventile während Betriebsmoden umfassen wenigstens eine Hub-Nockenerhebung (oder ventilaktivierende Nockenerhebung), die einen normalen Ventilhub für das Gasaustauschventil bereitstellt, und wenigstens eine Nullhub-Nockenerhebung (oder ventildeaktivierende Nockenerhebung), die einen Nullhub für das Gasaustauschventil bereitstellt. Bei solchen Ventil-Deaktivierungs-Mechanismen wird für einen effizienten Betrieb zur Erfüllung von Betriebsbedingungen bei wenigstens einem von mehreren Zylindern eine Nockenerhebungs-Umschaltung zwischen Hub- und Nullhub-Nockenerhebungen für Gasaustauschventile durchgeführt. Die Hub-Nockenerhebung und die Nullhub-Nockenerhebung bilden eine einstückige Nocke eines Nockenträgers.
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Als ein Beispiel für variable Ventiltriebvorrichtungen der obigen Art, die eine alternative Auswahl von Nockenerhebungen mit unterschiedlichen Nockenerhebungsprofilen vornehmen, ist eine variable Ventiltriebvorrichtung mit einer zerlegbaren Nockenwelle bekannt (siehe zum Beispiel das nachstehende Patentliteraturbeispiel 1). Die zerlegbare Nockenwelle umfasst eine Struktur, bei der an einer Welle Nockenträger, ein Nockenwellen-Positionssensor zur Anordnung an einer Endfläche der Welle, ein Kettenrad usw. an einer Welle montiert sind.
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Wie in 11 und 12 gezeigt, weisen bei einem Verbrennungsmotor, der vier in Reihe angeordnete Zylinder 1, 2, 3, 4 aufweist (wobei die Zylinder beginnend mit einem äußersten Zylinder in der Reihe entlang der Längsachse eines Zylinderkopfs gezählt werden und nummeriert sind), ein erster Kurbelzapfen 101, der dem Zylinder 1 #1, d. h. dem äußersten Zylinder, zugehörig ist, und ein vierter Kurbelzapfen 104, der dem Zylinder 4 #4, d. h., dem innersten Zylinder, zugehörig ist, keinen Versatz in der Dreh- oder Umfangsrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle 105 auf. Überdies weisen ein Kurbelzapfen 102, der dem Zylinder 2 #2 zugehörig ist, und ein Kurbelzapfen 103, der dem Zylinder 3 #3 zugehörig ist, keinen Versatz in der Drehrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle 105 auf, doch weisen sie in Bezug auf den ersten und den vierten Kurbelzapfen 101, 104 in der Drehrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle 105 einen Versatz von 180° auf. Wenn bei solchen Verbrennungsmotoren einige der Zylinder durch Deaktivieren einiger der Gasaustauschventile abgeschaltet werden sollen, werden die Gasaustauschventile für den Zylinder 2 #2 neben dem äußersten Zylinder und die Gasaustauschventile für den Zylinder 3 #3 neben dem innersten Zylinder deaktiviert, wenn der Motor in Betrieb ist. Dann arbeitet der Motor durch das Anheben von nur zwei Gasaustauschventilen für den äußersten Zylinder 1 #1 und den innersten Zylinder 4 #4 mit zwei Zylindern.
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STAND DER TECHNIK
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- Patentliteraturbeispiel 1: JP 2011-529552 A (= US 2011/0185995 A1 )
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Doch die in dem Patentliteraturbeispiel 1 beschriebene variable Ventiltriebvorrichtung kann eine Zunahme der Arbeitszeit für die Montage und einen Anstieg der Teilekosten mit sich bringen. Bei dem oben erwähnten Verbrennungsmotor mit vier Zylindern in Reihe besteht das Problem, dass die Motordrehmomentschwankung aufgrund eines langen Intervalls zwischen den Zündzeitpunkten, das 360°CA beträgt, hoch wird, wenn der Motor einen Zweizylinderbetrieb mit dem Zylinder 1 #1 und dem Zylinder 4 #4 durchführt. Da überdies bei dem oben genannten Vierzylinder-Verbrennungsmotor der Zylinder 2 #2 und der Zylinder 3 #3 in dem Mittelabschnitt zwischen dem äußersten und dem innersten Zylinder angeordnet sind, ist es nötig, variable Ventiltriebvorrichtungen an dem Mittelabschnitt der Kurbelwelle anzuordnen. In einem solchen Fall muss die Struktur der zerlegbaren Nockenwelle, mit der Nockenträger an der Nockenwelle in dem Mittelabschnitt axial beweglich sind, die Nockenwelle wie bei der Struktur des obigen Patentliteraturbeispiels 1 bilden. Daher kann der obige Vierzylinder-Verbrennungsmotor eine Zunahme der Arbeitszeit für die Montage und einen Anstieg der Teilekosten mit sich bringen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung, die angesichts der oben angeführten Probleme gemacht wurde, betrifft einen Viertakt-Verbrennungsmotor, bei dem ein Teil der Zylinder für eine teilweise Abschaltung deaktiviert wird, indem ein Nockenträger mit wenigstens einer Nullhubnocke an einer Nockenwelle bewegt wird, und zielt auf die Bereitstellung eines Viertakt-Verbrennungsmotors ab, der so konfiguriert ist, dass die Herstellung der Nockenwelle für die teilweise Abschaltung vereinfacht ist.
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Zur Erfüllung der obigen Aufgabe durch Lösen der oben angeführten Probleme wird nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Viertakt-Verbrennungsmotor bereitgestellt, umfassend mehrere Zylinder, die entlang einer Längsachse einer Kurbelwelle in Reihe angeordnet sind; eine Nockenwelle, die in Verbindung mit der Kurbelwelle drehbar ist; und einen Nockenträger an der Nockenwelle, der integral mit der Nockenwelle drehbar ist, aber entlang einer Längsachse der Nockenwelle axial beweglich ist, und wenigstens eine Nocke mit einer Hub-Nockenerhebung, die zur Aktivierung eines Gasaustauschventils verwendet wird, und eine Nullhub-Nockenerhebung, die zur Deaktivierung des Gasaustauschventils verwendet wird, umfasst, wobei der Nockenträger für eine teilweise Abschaltung, wenn der Motor in Betrieb ist, entlang der Langsachse der Nockenwelle bewegt wird, wobei der Viertakt-Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass für die teilweise Abschaltung nur ein innerster oder äußerster Zylinder in der Reihe entlang der Längsachse der Kurbelwelle deaktiviert wird, und der Nockenträger mit nur einem von Endabschnitten der Kurbelwelle, die entlang der Längsachse der Kurbelwelle beabstandet sind, gekoppelt ist, und die anderen Hub-Nockenerhebungen, die an der Nockenwelle positioniert sind, einstückig an der Nockenwelle gebildet sind.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist erwünscht, dass die mehreren Zylinder vier in Reihe angeordnete Zylinder 1, 2, 3, 4 sind, wobei die Zylinder beginnend mit einem äußersten Zylinder in der Reihe entlang der Längsachse der Kurbelwelle gezählt werden und nummeriert sind, ein Kurbelzapfen, der dem Zylinder 1 zugehörig ist, ein Kurbelzapfen, der dem Zylinder 3 zugehörig ist, ein Kurbelzapfen, der dem Zylinder 4 zugehörig ist, und ein Kurbelzapfen, der dem Zylinder 2 zugehörig ist, nacheinander in der Drehrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle um 90° CA beabstandet angeordnet sind, die Zylinder in der Reihenfolge 1-3-2-4 gezündet werden, und für die teilweise Abschaltung eine Deaktivierung des Zylinders 4 erfolgt.
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Da nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung für die teilweise Abschaltung nur der innerste oder der äußerste Zylinder in der Reihe entlang der Längsachse der Kurbelwelle deaktiviert wird, genügt es, den Nockenträger mit nur einem der Endabschnitte der Nockenwelle, die entlang der Längsachse der Nockenwelle beabstandet sind, zu koppeln. Somit ist es nach dem ersten Aspekt möglich, diesen Nockenträger von dem axialen Ende her an der Nockenwelle zu montieren. Dadurch wird nach dem ersten Aspekt eine Zunahme der Arbeitszeit für die Montage beschränkt. Zudem sind die anderen Hub-Nockenerhebungen nach dem ersten Aspekt einstücking an der Nockenwelle gebildet, wodurch die Montagearbeitszeit verringert wird und die Struktur der Nockenwelle vereinfacht wird. Daher wird nach dem ersten Aspekt das Verfahren zur Herstellung der Nockenwelle vereinfacht.
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Wenn, nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der Zylinder 4 #4 in dem Vierzylinder-Verbrennungsmotor 100 für einen Dreizylinderbetrieb deaktiviert wird, sind die Intervalle zwischen zwei benachbarten Zündzeitpunkten der drei Zylinder wie folgt: 270° CA–180° CA–270° CA. Der Motor bietet im Vergleich zu den Intervallen zwischen zwei benachbarten Zündzeitpunkten der drei Zylinder (d. h., 180° CA–360° CA–180°CA) im Fall einer Deaktivierung des Zylinders 4 #4 bei einem herkömmlichen Vierzylinder-Verbrennungsmotor verringerte Schwankungen hinsichtlich des Intervalls der Zündzeitpunkte und verringerte Drehmomentschwankungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Zylinderkopfabschnitts einer Ausführungsform eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine variable Ventiltriebvorrichtung bei der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
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3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die die variable Ventiltriebvorrichtung bei der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Nockenträgers bei der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine Draufsicht auf eine Nockenwelle der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 5.
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung von Kurbelzapfen und einer Kurbelwelle der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
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8 ist eine Vorderansicht, die die Anordnung der Kurbelzapfen und der Kurbelwelle der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
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9 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung der Kurbelzapfen und der Kurbelwelle der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
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10-1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand darstellt, in dem bei der variablen Ventiltriebvorrichtung der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung Hub-Nockenerhebungen eines Nockenträgers für einen Zylinder 4 gewählt sind.
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10-2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand darstellt, in dem bei der variablen Ventiltriebvorrichtung der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung ein zweiter Umschaltstift in einer Führungsnutstruktur eingesetzt ist.
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10-3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand darstellt, in dem bei der variablen Ventiltriebvorrichtung der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung eine Umschaltung von den Hub-Nockenerhebungen zu Nullhub-Nockenerhebungen bevorsteht.
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10-4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand darstellt, in dem bei der variablen Ventiltriebvorrichtung der Ausführungsform des Viertakt-Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung Nullhub-Nockenerhebungen des Nockenträgers für einen Zylinder 4 gewählt sind.
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11 ist eine Vorderansicht, die die Anordnung von Kurbelzapfen und einer Kurbelwelle eines herkömmlichen Viertakt-Verbrennungsmotors darstellt.
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12 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung der Kurbelzapfen und der Kurbelwelle des herkömmlichen Viertakt-Verbrennungsmotors darstellt.
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BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachstehend wird auf Basis der Zeichnungen eine Ausführungsform eines Viertakt-Verbrennungsmotors (nachstehend als ”Motor” bezeichnet) nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zur Vereinfachung bezeichnen bei der Ausführungsform Pfeile in den Zeichnungen eine Vorwärtsrichtung, eine Seitenrichtung nach links, und eine vertikale Richtung nach oben.
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AUFBAU DES VIERTAKT-VERBRENNUNGSMOTORS: Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine Ausführungsform eines Motors 100 einen Zylinderkopf 1. In den Zylinderkopf 1 sind eine variable Ventiltriebvorrichtung 2 für die Einlassseite und eine variable Ventiltriebvorrichtung 2A für die Auslassseite aufgenommen. Die Gesamtstruktur dieses Zylinderkopfs 1 ist im Allgemeinen jenem eines wohlbekannten Zylinderkopfs gleich und umfasst einen Zylinderkopfhauptkörper 1A und einen Zylinderkopfdeckel 1B. Wie am besten in 2 ersichtlich ist, umfasst die Ausführungsform des Motors 100 als mehrere Zylinder vier Zylinder, d. h., einen ersten Zylinder oder Zylinder 1 #1, einen zweiten Zylinder oder Zylinder 2 #2, einen dritten Zylinder oder Zylinder 3 #3, und einen vierten Zylinder oder Zylinder 4 #4, die in Reihe angeordnet sind, wobei sie beginnend mit einem äußersten Zylinder in der Reihe entlang der Längsachse einer Kurbelwelle 70 gezählt werden und nummeriert sind. Jeder aus dem Zylinder 1 #1, dem Zylinder 2 #2, dem Zylinder 3 #3 und dem Zylinder 4 #4 ist mit einem Paar von Gasaustauschventilen in der Form von Einlassventilen 13 und einem Paar von Gasaustauschventilen in der Form von Auslassventilen 13A versehen.
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ÜBERSICHT ÜBER DEN AUFBAU DER VARIABLEN VENTILTRIEBVORRICHTUNG: Die variablen Ventiltriebvorrichtungen 2, 2A weisen einen ähnlichen Aufbau auf, weshalb im Folgenden hauptsächlich der strukturelle Aufbau der variablen Ventiltriebvorrichtung 2 beschrieben wird. Wie in 2 ersichtlich ist, umfasst die variable Ventiltriebvorrichtung 2 eine Nockenwelle 3 und einen Nockenträger 4. Wie in 1 ersichtlich ist, umfasst die variable Ventiltriebvorrichtung 2 eine Nockenumschalteinheit 5, die über dem Nockenträger 4 angeordnet ist. Diese variable Ventiltriebvorrichtung 2 ist so gestaltet, dass sie eine Nockenerhebungs-Umschaltoperation durchführt, um den Hub eines jeden der Einlassventile 13 zu verändern. Zudem umfasst die variable Ventiltriebvorrichtung 2A, wie in 1 ersichtlich, eine auslassventilseitige Nockenwelle 3A, einen Nockenträger 4A und eine Nockenumschalteinheit 5A. Wie am besten in 2 ersichtlich ist, sind die Nockenträger 4, 4A nach der vorliegenden Ausführungsform nur an Positionen angeordnet, die dem Zylinder 4 #4, der als innerster Zylinder in der Reihe entlang der Längsachse der Kurbelwelle angeordnet ist, entsprechen. Daraus folgt, dass der Nockenträger 4 das Umschalten der Nockenerhebungen zwischen später beschriebenen Hub-Nockenerhebungen 41 und später beschriebenen Nullhub-Nockenerhebungen 42 nur an dem Zylinder 4 #4 durchführt.
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DER KIPPHEBEL: Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 verwendet die vorliegende Ausführungsform Kipphebel 11, die jeweils von einer solchen Art sind, dass sie oszillieren. Der Kipphebel 11 weist eine Vertiefung auf, die von der unteren Fläche seines einen Endabschnitts 11C nach innen ausgebildet ist und an einem Zapfen 12A eines hydraulischen Spielausgleichselements (hydraulic lash adjuster, HLA) 12 mit diesem in Kontakt gelangt. An dem Mittelpunktabschnitt des Kipphebels 11 wird eine Drucklagerrolle 11A durch einen Stift 11B drehbar gehalten. Diese Drucklagerrolle 11A steht so von der oberen Fläche des Kipphebels 11 vor, dass sie mit einer aus der später beschriebenen Hub-Nockenerhebung 41 und der später beschriebenen Nullhub-Nockenerhebung 42 des Nockenträgers 4 in Kontakt gelangen kann.
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Der Kipphebel 11 ist so angeordnet, dass die untere Fläche eines Nasenabschnitts 11D seines anderen Endabschnitts mit einem oberen Ende des Einlassventils 13 in Kontakt gelangt. Überdies ist das Einlassventil 13 so in dem Zylinderkopf 1 bereitgestellt, dass es axial vor und zurück bewegt werden kann und durch eine Ventilfeder 14 in eine angehobene Richtung (d. h., eine Richtung, in der eine Fluidstromverbindung zwischen einer Einlassöffnung und einer Verbrennungskammer geschlossen wird) vorgespannt wird.
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DIE NOCKENWELLE: Wie am besten in 1 ersichtlich ist, wird die Nockenwelle 3 drehbar gehalten durch ein unteres Nockengehäuse und ein oberes Nockengehäuse, die beide nicht gezeigt sind und so in einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfhauptkörpers 1A angeordnet sind, dass sie Lager bilden. Überdies umfasst diese Nockenwelle 3 einen Verbindungsaufbau 30, 30A, wodurch sie mittels einer Kette oder eines Riemens oder dergleichen (nicht gezeigt) in Verbindung mit der Kurbelwelle 70 gedreht werden kann (siehe zum Beispiel 7). Das nicht gezeigte untere Nockengehäuse und das nicht gezeigte obere Nockengehäuse sind durch den Zylinderkopfdeckel 1B abgedeckt und in den Zylinderkopf 1 aufgenommen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Nockenwelle 3 ist so festgelegt, dass sie die Hälfte (1/2) der Umdrehungsgeschwindigkeit der nicht gezeigten Kurbelwelle beträgt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist diese Nockenwelle 3 so angeordnet, dass sie sich in eine Richtung entlang der Längsachse des Motors 100 (der in 2 und 3 durch Pfeile angegebenen Vorwärtsrichtung) erstreckt. Wie am besten in 2 ersichtlich ist, ist eine äußere Umfangsfläche der Nockenwelle 3 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, der sich in ihrer axialen Richtung erstreckt, mit einem Außenkeilverzahnungssystem 31, das eine vorbestimmte Breite in der axialen Richtung aufweist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ausgeführt und davon umschlossen.
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Unter Bezugnahme auch auf 5 und 6 sind an dem Abschnitt (dem Abschnitt, an dem der Nockenträger 4 nicht angeordnet ist) der Nockenwelle 3, der dem Zylinder 1 #1, dem Zylinder 2 #2, dem Zylinder 3 #3, aber nicht dem Zylinder 4 #4 entspricht, Hub-Nockenerhebungen 41-1, 41-2, 41-3 einstückig ausgeführt. Aufgrund einer solchen Struktur wird die Nockenwelle 3 zusammengebaut, indem lediglich der Endabschnitt der Nockenwelle 3 in den Nockenträger 4 eingesetzt wird. Daher ist es nach der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Zunahme der Arbeitszeit für den Zusammenbau zu unterdrücken. Zudem sind die anderen Hub-Nockenerhebungen 41-1, 41-2 und 41-3 einstückig an der Nockenwelle 3 gebildet, wodurch die Arbeitszeit für die Montage verringert werden und die Struktur der Nockenwelle 3 vereinfacht werden kann. Daraus folgt, dass es nach dem ersten Aspekt möglich ist, das Verfahren der Herstellung der Nockenwelle 3 zu vereinfachen.
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Wie am besten in 3 ersichtlich ist, ist die Nockenwelle 3 mit einem Positionierungsmechanismus 32 versehen, der in einem Bereich angeordnet ist, welcher axial an einen Bereich angrenzt, in dem das Außenkeilverzahnungssystem 31 gebildet ist. Dieser Positionierungsmechanismus 32 umfasst eine Aufnahmevertiefung 33, die in Bezug auf die Nockenwelle 3 in einer radialen Richtung nach innen vertieft ist, eine Feder 34, die in der Aufnahmevertiefung 33 aufgenommen ist, und eine Kugel 35, die in der Aufnahmevertiefung 33 aufgenommen ist und so angeordnet ist, dass sie teilweise von der Oberfläche der Nockenwelle 3 vorsteht. Wie in 6 ersichtlich ist, ist diese Kugel 35 zwischen einer ersten Positionspositionierungsnut 46 und einer zweiten Positionspositionierungsnut 47 beweglich und wird sie durch diese beiden Positionierungsnuten arretiert.
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DER NOCKENTRÄGER: Mit Bezug auf 4 sowie 3 ist der Nockenträger 4 zylinderförmig, um das Einsetzen der Nockenwelle 3 zu ermöglichen. Eine innere Umfangsfläche dieses Nockenträgers 4 ist mit einem Innenkeilverzahnungssystem 45 versehen, mit dem das Außenkeilverzahnungssystem 31 an der Nockenwelle 3 zusammenpasst. Dadurch kann der Nockenträger 4 axial in Bezug auf die Achse der Nockenwelle beweglich, aber auf eine drehfeste Weise in Bezug auf die Nockenwelle 3, an der Nockenwelle 3 gehalten werden.
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Überdies ist die Innenfläche des Nockenträgers 4 in einem Bereich, der an jenen Bereich angrenzt, in dem das Innenkeilverzahnungssystem 45 gebildet ist, mit einer ersten Positionspositionierungsnut 46 und einer zweiten Positionspositionierungsnut 47 ausgeführt, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken. Die erste Positionspositionierungsnut 46 und die zweite Positionspositionierungsnut 47 sind dazu gestaltet, die Kugel 35 des Positionierungsmechanismus 32 an der Nockenwelle 3 zu arretieren. Dies hält den Nockenträger 4 in Bezug auf die Nockenwelle 3 an einer ersten Position oder einer zweiten Position, und zwar durch derartiges Einschnappen, dass die Kugel 35 durch eine Kraft, welche axial auf den Nockenträger 4 ausgeübt wird, gelöst werden kann.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 und 4 weist der Nockenträger 4 wenigstens eine Nocke auf, die eine zum Anheben des Einlassventils 13 bis zu einem vorbestimmten Hubausmaß vorgesehene Hub-Nockenerhebung 41 und eine zum Deaktivieren des Einlassventils 13 (Nullhub) vorgesehene Nullhub-Nockenerhebung 42, welche axial nebeneinander liegen, umfasst oder einstückig damit ausgeführt ist. Zudem verfügt der Nockenträger 4 über ein Paar dieser einstückigen Strukturen, die jeweils eine Hub-Nockenerhebung 41, 41 und eine Nullhub-Nockenerhebung 42 aufweisen und mit einer vorbestimmten Beabstandung dazwischen angeordnet sind. Wenn ein Paar von Hub-Nockenerhebungen 41 gewählt wird, werden die Hub-Nockenerhebungen 41 über den jeweiligen Kipphebeln 11 angeordnet, während bei der Wahl eines Paars von Nullhub-Nockenerhebungen 42 die Nullhub-Nockenerhebungen 42 über den jeweiligen Kipphebeln 11 angeordnet werden. Mit anderen Worten sind der Abstand zwischen den Hub-Nockenerhebungen 41 des Paars, der Abstand zwischen den Nullhub-Nockenerhebungen 42 des Paars und der Abstand zwischen dem Wirkpunkt eines der beiden Einlassventile 13 pro Zylinder und dem Wirkpunkt des anderen gleich groß. Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist der Nockenträger 4 zwischen der ersten Position, in der die Hub-Nockenerhebungen 41 die Einlassventile 13 aktivieren, und der zweiten Position, in der die Nullhub-Nockenerhebungen 42 die Einlassventile 13 deaktivieren, beweglich.
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Wie am besten in 4 ersichtlich ist, umfasst die Hub-Nockenerhebung 41 einen Basiskreisabschnitt 41A und einen Nasenabschnitt 41B, der radial weiter als der Basiskreisabschnitt 41A nach außen vorsteht. Die Nullhub-Nockenerhebung 41 umfasst einen Basiskreisabschnitt 42A mit dem gleichen Durchmesser wie dem Durchmesser des Basiskreisabschnitts 41A der zugrunde gelegten Hub-Nockenerhebung 41 und erstreckt sich in der Umfangsrichtung, umfasst aber keinerlei radial vorstehenden Abschnitt wie etwa einen Nasenabschnitt. Wie 4 zeigt, sind die Hub-Nockenerhebung 41 und die Nullhub-Nockenerhebung 42 jeder Nocke entlang der Längsachse nebeneinander angeordnet. Überdies sind die Basiskreisabschnitte 41A und 42A miteinander in der axialen Richtung bündig, um eine kontinuierliche Oberfläche zu erreichen. Die Hub-Nockenerhebung 41 definiert durch Festlegung ihrer Position in Bezug auf die Nockenwelle 3 die Hubzeit des Einlassventils 13, das in Verbindung mit der später beschriebenen Kurbelwelle 70 aktiviert wird.
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Unter Bezugnahme auf 3 und 4 ist der Nockenträger 4 mit einer Führungsnutstruktur 43 ausgeführt, die von seiner äußeren Umfangsfläche nach innen vertieft ist und sich kontinuierlich in einer Umfangsrichtung erstreckt. Die Führungsnutstruktur 43 weist ein Paar von axial beabstandeten und zueinander gewandten Seitenwandflächen auf, wovon eine einen ersten Nockenumschaltpfad 43A definiert, der bereitgestellt ist, um den Nockenträger 4 in die erste Position zu bewegen, während die andere davon einen zweiten Nockenumschaltpfad 43B definiert, der bereitgestellt ist, um den Nockenträger 4 in die zweite Position zu bewegen.
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Unter Bezugnahme auf 4 umfasst die Führungsnutstruktur 43 einen Abschnitt 43C mit einer größten Nutbreite, bei dem die Nutbreite am größten ist, einen Abschnitt 43D mit einer kleinsten Nutbreite, bei dem die Nutbreite am kleinsten ist, und einen Abschnitt 43E mit einer Nutumschaltbreite, der zwischen dem Abschnitt 43C mit der größten Nutbreite und dem Abschnitt 43D mit der kleinsten Nutbreite vorhanden ist und sie verbindet. Der Abschnitt 43D mit der kleinsten Nutbreite ist mit einer Umschaltstiftbreite breit genug, um den Durchgang eines aus einem ersten Umschaltstift 51 und einem zweiten Umschaltstift 52, die später beschrieben werden, zu ermöglichen. Der Abschnitt 43C mit der größten Nutbreite ist an beiden lateralen Seiten um eine Umschaltstiftbreite eines aus dem ersten Umschaltstift 51 und dem zweiten Umschaltstift 52 breiter als der Abschnitt 43D mit der kleinsten Nutbreite, so dass der eine aus dem ersten und dem zweiten Umschaltstift 51 und 52 hindurch gehen kann.
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DIE NOCKENUMSCHALTEINHEIT: Unter Bezugnahme auf 3 umfasst die Nockenumschalteinheit 5 den ersten Umschaltstift 51, den zweiten Umschaltstift 52, ein Zahnrad 53 und eine Feder 54, die den ersten Umschaltstift 51 in eine solche Richtung vorspannt, dass er von der Unterseite des Zylinderkopfdeckels 1B vorsteht. Der erste Umschaltstift 51 und der zweite Umschaltstift 52 sind in Bezug auf den Zylinderkopfdeckel 1B (siehe 1) in einer radialen Richtung in Bezug auf die Nockenwelle 3 hin und her beweglich und zum Einsatz in die Führungsnutstruktur 43 angeordnet. Zudem sind der erste Umschaltstift 51 und der zweite Umschaltstift 52 in einer parallelen Beziehung entlang der Längsachse der Nockenwelle 3 angeordnet. Der erste Umschaltstift 52 gelangt mit dem ersten Nockenumschaltpfad 43A in Kontakt, wenn er vorsteht, um in die Führungsnutstruktur 43 eingesetzt zu werden, während der zweite Umschaltstift 52 mit dem zweiten Nockenumschaltpfad 43B in Kontakt gelangt, wenn er vorsteht, um in die Führungsnutstruktur 43 eingesetzt zu werden. Überdies sind der erste Umschaltstift 51 und der zweite Umschaltstift 52 durch einen Verbindungsmechanismus 57 so verbunden, dass sich der erste und der zweite Umschaltstift 51 und 52 entlang einer radialen Richtung der Nockenwelle 3 in entgegengesetzte Richtungen bewegen.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst der Verbindungsmechanismus 57 eine erste Zahnstange 51B, die in der Seitenfläche des ersten Umschaltstifts 51 gebildet ist, eine zweite Zahnstange 52B, die in der Seitenfläche des zweiten Umschaltstifts 52 gebildet ist und zu der ersten Zahnstange 51B gewandt ist, und das Zahnrad 53, das mit der ersten Zahnstange 51B wie auch mit der zweiten Zahnstange 52B verzahnt ist. Die erste Zahnstange 51B ist an dem Boden einer ersten Vertiefung 51A gebildet, die von der Seitenfläche nach innen geschnitten ist und in einer Richtung entlang der Hin- und Herbewegung des ersten Umschaltstifts 51 verläuft. Die zweite Zahnstange 52B ist an dem Boden einer zweiten Vertiefung 52A gebildet, die von der Seitenfläche nach innen geschnitten ist und in einer Richtung entlang der Hin- und Herbewegung des zweiten Umschaltstifts 52 verläuft.
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Der erste Umschaltstift 51 ist so in eine nicht gezeigte erste Stiftöffnung, die durch den Zylinderkopfdeckel 1B hindurch gebildet ist, eingesetzt, dass er durch die erste Stiftöffnung gleitbeweglich ist. Der zweite Umschaltstift 52 ist so in eine nicht gezeigte zweite Stiftöffnung, die durch den Zylinderkopfdeckel 1B hindurch gebildet ist, eingesetzt, dass er durch die zweite Stiftöffnung gleitbeweglich ist. Die erste und die zweite Stiftöffnung sind in einer im Allgemeinen parallelen Beziehung angeordnet.
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Die nicht gezeigte erste Stiftöffnung ist durch einen Stopfen 55A (siehe 3) verschlossen, wobei die Feder 54 in Kontakt mit der Oberseite des ersten Umschaltstifts 51 eingesetzt ist. Zudem ist die nicht gezeigte zweite Stiftöffnung durch einen Stopfen 55B (siehe 3) verschlossen, wobei der zweite Umschaltstift 52 in die zweite Stiftöffnung eingesetzt ist. Das Zahnrad 53 ist durch eine nicht gezeigte Zahnradeinsetzöffnung, die durch die Seite des Zylinderkopfdeckels 1B hindurch gebildet ist, in einen Anordnungsraum eingesetzt. Das Zahnrad 53 ist so zwischen der ersten Zahnstange 51B des ersten Umschaltstifts 51 und der zweiten Zahnstange 52B des zweiten Umschaltstifts 52 angeordnet, dass es in diese eingreift. Das Zahnrad 53 weist einen Zahnradschaft 53A auf, wodurch es durch den Zylinderkopfdeckel 1B drehbar gehalten wird.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Zylinderkopfdeckel 1B mit einem ersten Hydraulikfluiddurchgang 60 ausgeführt, der mit einem oberen Abschnitt der nicht gezeigten ersten Stiftöffnung in Verbindung steht. Überdies ist der Zylinderkopfdeckel 1B mit einem zweiten Hydraulikfluiddurchgang 61 ausgeführt, der mit einem oberen Abschnitt der nicht gezeigten zweiten Stiftöffnung in Verbindung steht. Hydraulischer Druck wird unter Steuerung eines Hydraulikdruck-Umschaltmechanismus, der zum Beispiel ein elektromagnetisches Ventil verwendet, nur einem ausgewählten aus dem ersten Hydraulikfluiddurchgang 60 und dem zweiten Hydraulikfluiddurchgang 61 zugeführt. Dies bringt einen ausgewählten aus dem ersten und dem zweiten Umschaltstift 51 und 52 zum Vorstehen von der Unterseite des Zylinderkopfdeckels 1B.
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ANORDNUNG DER KURBELZAPFEN IN BEZUG AUF DIE KURBELWELLE: 7 und 8 zeigen ein Hauptantriebssystem der Ausführungsform des Motors 100. 9 ist eine Vorderansicht, bei der die 8 in der Richtung der Längsachse der Kurbelwelle 70 (durch einen Pfeil A angegeben) betrachtet wird und Kurbelzapfen 71, 72, 73, 74 in Bezug auf die Kurbelwelle 70 gezeigt sind. Wie am besten in 9 ersichtlich ist, sind bei der Ausführungsform des Motors 100 ein Kurbelzapfen 71, der dem Zylinder 1 #1 zugehörig ist, ein Kurbelzapfen 73, der dem Zylinder 3 #3 zugehörig ist, ein Kurbelzapfen 74, der dem Zylinder 4 #4 zugehörig ist, und ein Kurbelzapfen 72, der dem Zylinder 2 #2 zugehörig ist, in der Umfangsrichtung (durch einen Pfeil B angegeben) um die Längsachse der Kurbelwelle 70 um 90° CA nacheinander versetzt oder beabstandet angeordnet.
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Überdies werden nach der Ausführungsform des Motors 100 die Zylinder in der Reihenfolge 1-3-2-4 gezündet, was eine Deaktivierung des Zylinders 4 möglich macht. Wenn der Zylinder 4 #4 in dem Vierzylinder-Verbrennungsmotor 100 für einen Dreizylinderbetrieb deaktiviert ist, sind die Intervalle zwischen zwei benachbarten Zündzeitpunkten der drei Zylinder daher gemäß der Struktur der vorliegenden Ausführungsform wie folgt: 270° CA–180° CA–270° CA. Der Motor 100, den die vorliegende Ausführungsform betrifft, bietet, im Vergleich zu den Intervallen zwischen zwei benachbarten Zündzeitpunkten der drei Zylinder (d. h., 180° CA–360°CA–180°CA) im Fall einer Deaktivierung des Zylinders 4 #4 bei einem herkömmlichen Vierzylinder-Verbrennungsmotor, verringerte Schwankungen hinsichtlich des Intervalls der Zündzeitpunkte und verringerte Drehmomentschwankungen.
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WIE DIE VARIABLE VENTILTRIEBVORRICHTUNG WIRKT UND ARBEITET: Im Folgenden wird beschrieben, wie die variable Ventiltriebvorrichtung 2, die die vorliegende Erfindung betrifft, arbeitet, um die Nockenerhebung von der Hub-Nockenerhebung 41 zu der Nullhub-Nockenerhebung 42 umzuschalten.
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10-1 zeigt den Zustand des Motorbetriebs, bei dem durch die variable Nockentriebvorrichtung 2 die Hub-Nockenerhebung 41 gewählt ist. Die Position, die der Nockenträger 4 in diesem Zustand des Motorbetriebs einnimmt, wird als erste Position bezeichnet. In diesem Zustand steht der Basiskreisabschnitt 41A der Hub-Nockenerhebung 41 mit der Drucklagerrolle 11A des Kipphebels 11 in Eingriff. Dann ist der erste Umschaltstift 51 so eingesetzt, dass er durch den Abschnitt 43D mit der kleinsten Nutbreite der Führungsnutstruktur 43 hindurchgeht, wie am besten in 10-1 ersichtlich ist. Dabei greift die Kugel 35, die an der Nockenwelle 3 bereitgestellt ist (siehe 3), in die erste Positionspositionierungsnut 46 auf Seiten des Nockenträgers 3 (siehe 4) ein.
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Wenn, wie in 10-2 dargestellt, die Notwendigkeit zum Umschalten von diesem Zustand, in dem die Hub-Nockenerhebung 41 gewählt ist, zu dem Zustand, in dem die Nullhub-Nockenerhebung 42 gewählt ist, besteht, steht der zweite Umschaltstift 52 von dem Zylinderkopfdeckel 1B vor, um in die Führungsnutstruktur 43 eingesetzt zu werden. Um den zweiten Umschaltstift 52 herauszuschieben, wird durch den nicht gezeigten Hydraulikfluid-Umschaltmechanismus ein Hydraulikdruck über den zweiten Hydraulikfluiddurchgang 61 an die nicht gezeigte zweite Stiftöffnung angelegt. Der zweite Umschaltstift 52 wird in eine hervorstehende Richtung zu der Führungsnutstruktur 43 bewegt. Diese Bewegung des zweiten Umschaltstifts 52 in die hervorstehende Richtung entfernt den ersten Umschaltstift 51 durch die Drehung des Zahnrads 53 aus der Führungsnutstruktur 43, so dass er sich in seine Grundstellung in dem Zylinderkopfdeckel 1B (siehe 1) bewegt.
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Wie in 10-2 gezeigt, wird der zweite Umschaltstift 52 in die Führungsnutstruktur 43 eingesetzt. Dann, während sich der Nockenträger 4 dreht, wird der Nockenträger 4 durch die Wirkung des zweiten Nockenumschaltpfads 34, mit dem der zweite Umschaltstift 52 in Eingriff steht, über den in 10-3 gezeigten Zustand in eine zweite Position bewegt. Während dieser Bewegung gleiten der Basiskreisabschnitt 41A der Hub-Nockenerhebung 41 und der Basiskreisabschnitt 42A der Nullhub-Nockenerhebung 42 sanft an der Drucklagerrolle 11A des Kipphebels 11, bis der Basiskreisabschnitt 42A der Nullhubnocke 42 mit der Drucklagerrolle 11A in Eingriff steht, wie in 10-4 gezeigt.
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Wenn der Nockenträger 4 auf diese Weise in Bezug auf die Nockenwelle 3 verschoben wird, bewegt sich die Kugel 35 an der Nockenwelle 3 aus der ersten Positionspositionierungsnut 46 (siehe 4) zu der zweiten Positionspositionierungsnut 47 und greift in diese ein (siehe 4). Als Ergebnis wird der Nockenträger 4 in Bezug auf die Nockenwelle 3 an der Position (d. h., der zweiten Position) fixiert, an der die Nullhub-Nockenerhebung 42 gewählt ist. Wenn sich der Nockenträger 4 an der zweiten Position befindet, an der die Nullhubnocke 42 auf diese Weise gewählt ist, ist der zweite Umschaltstift 52 so eingesetzt, dass er durch den Abschnitt 43D mit der kleinsten Nutbreite der Führungsnutstruktur 43 hindurchgeht, bis die Nockenerhebung zu der Hub-Nockenerhebung 41 umgeschaltet wird.
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Wenn ein Bedarf zum Umschalten von der Nullhub-Nockenerhebung 42 zu der Hub-Nockenerhebung 41 besteht, wird über den ersten Hydraulikfluiddurchgang ein Hydraulikdruck auf einen oberen Abschnitt der oben genannten ersten Stiftöffnung ausgeübt, um den ersten Umschaltstift 51 herauszuschieben, bis er von der Unterseite des Zylinderkopfdeckels 1B vorsteht. Die Bewegung der ersten Zahnstange 51B des ersten Umschaltstifts 51 bringt das Zahnrad 53 zur Drehung. Dies verursacht, dass sich die zweite Zahnstange 52B in eine Richtung bewegt, die zu der Richtung der Bewegung der ersten Zahnstange 51B entgegengesetzt ist. Mit anderen Worten bewegt sich der zweite Umschaltstift 52 in eine Richtung zu der Unterseite des Zylinderkopfdeckels 1B in seine Grundstellung. Überdies verursacht die Drehung des Nockenträgers 4, während der erste Nockenumschaltpfad 43A der Führungsnutstruktur 43 mit dem ersten Umschaltstift 51 in Eingriff steht, dass sich der Nockenträger 4 in die in 10-1 gezeigte Position bewegt, um die Nockenerhebung, die mit der Drucklagerrolle 11A des Kipphebels 11 in Eingriff steht, von der Nullhubnocke 42 zu der Hubnocke 41 umzuschalten.
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Obwohl in der obigen Beschreibung eine Ausführungsform beschrieben wurde, wird Durchschnittsfachleuten offensichtlich sein, dass daran Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang und dem Prinzip der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass alle diese Änderungen und Äquivalente innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
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Zum Beispiel ist der Nockenträger 4 bei der vorhergehenden Beschreibung der Ausführungsform über dem Zylinder 4 #4 positioniert, doch kann er über dem Zylinder 1 #1 positioniert sein.
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Bezugszeichenliste
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- #1
- Zylinder 1
- #2
- Zylinder 2
- #3
- Zylinder 3
- #4
- Zylinder 4
- 3, 3A
- Nockenwelle
- 4, 4A
- Nockenträger
- 13
- Gasaustauschventil in der Form eines Einlassventils
- 13A
- Gasaustauschventil in der Form eines Auslassventils
- 41
- Hub-Nockenerhebung
- 42
- Nullhub-Nockenerhebung
- 70
- Kurbelwelle
- 100
- Motor (Viertakt-Verbrennungsmotor)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011-529552 A [0004]
- US 2011/0185995 A1 [0004]
