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Bezug zu verwandten Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-167199 , eingereicht am 29. August 2016, und nimmt deren Priorität in Anspruch, wobei der Gesamtinhalt jener Anmeldung hier durch Bezugnahme inkorporiert ist.
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Hintergrund der Erfindung
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[Gebiet der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine bevorzugte OHV-Ventilsteuerung, die für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, der in ein Fahrzeug, beispielsweise in ein Motorrad, eingebaut ist.
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[Beschreibung des Standes der Technik]
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Üblicherweise enthält, wie zum Beispiel in der Patentschrift 1 beschrieben ist, ein Ventiltrieb eine Kipphebelwelle und einen Kipphebel. Die Kipphebelwelle besitzt eine parallel zu einer Nockenwelle verlaufende Achse. Die Kipphebelwelle befindet sich an einer Stelle, an welcher sie von einer Kopplungsfläche wegsteht bei Betrachtung aus axialer Richtung der Nockenwelle, und wird von dem Zylinderkopf getragen. Der Kipphebel wird von der Kipphebelwelle schwenkfähig gehalten, sodass der Kipphebel einer Drehung einer luftauslassventilseitigen Ventilhubkurve an der Nockenwelle folgend verschwenkt wird.
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Patentschrift 1: japanische Patent-Offenlegungsschrift 2009-243401
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Bei einem herkömmlichen Ventiltrieb besteht die Möglichkeit, dass es zu einem sogenannten Ventilflattern oder Ventilspringen kommt. Das Ventilspringen ist ein Phänomen, bei dem ein Kipphebel von einer Erhebungkurve einer Ventilhubkurve abhebt, weil eine Trägheitskraft des Ventiltriebs größer wird als eine Reaktionskraft einer Ventilfeder, wenn die Drehzahl des Motors auf eine Drehzahl-Sollwert und darüber hinaus ansteigt. Wenn es zu diesem Phänomen des Ventilflatterns kommt, verhalten sich der Ventiltrieb, so zum Beispiel das Ventil und Kipphebel, instabil, was einen korrekten Betrieb des Ventils kaum zulässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Hinblick auf die oben angesprochenen Probleme ist es eines der Ziele der vorliegenden Erfindung, eine OHV-Ventilsteuerung für einen Motor anzugeben, die einen korrekten Betrieb eines Ventiltriebs auch dann sicherstellt, wenn der Motor bei hoher Drehzahl arbeitet.
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Eine OHV-Ventilsteuerung für einen Motor gemäß der Erfindung enthält eine Nockenwelle, einen Kipphebel und eine Kipphebelwelle. Die Nockenwelle wird von einem Zylinderkopf drehbar gelagert, sie enthält eine oder mehrere Ventilhubkurven und arbeitet zum Öffnen und Schließen eines Lufteinlassventils oder eines Luftauslassventils über die Ventilhubkurve. Der Kipphebel wird von der Ventilhubkurve der Nockenwelle verschwenkt und wirkt auf das Ventil ein, um dieses zu öffnen und zu schließen. Die Kipphebelwelle wird von dem Zylinderkopf gelagert und lagert ihrerseits schwenkfähig den Kipphebel. Der Kipphebel enthält einen Schwenkabschnitt, einen Kontaktabschnitt, einen Druckabschnitt und ein Schlupfteil. Der Schwenkabschnitt ist drehbar von der Kipphebelwelle gelagert und dient als Schwenkzentrum. Der Kontaktabschnitt steht von diesem Schwenkteil zu einer Seite der Ventilhubkurve vor und nimmt Druck von der Ventilhubkurve auf. Der Druckabschnitt steht von dem Schwenkteil zu einer Seite des Ventils hin vor und drückt gegen das Ventil beim Verschwenken, indem es in Berührung mit einem oberen Bereich des Ventils gelangt. Das Schlupfteil steht von dem Schwenkabschnitt in axialer Richtung außen zu einer Seite der Nockenwelle vor. Andererseits enthält die Nockenwelle eine Anschlagkurve an einer Stelle gegenüber dem Schlupfteil. Die Anschlagkurve enthält einen Anschlagabschnitt, mit dem das Schlupfteil in Berührung tritt, wenn der Kipphebel verschwenkt wird und eine vorbestimmte Position erreicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine linksseitige Ansicht eines Motorrads nach einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist eine linksseitige Ansicht eines Motors des Motorrads gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
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3 ist eine Zeichnung der Umgebung eines Zylinderkopfs bei Betrachtung von oben, wobei ein Zylinderkopfdeckel der Ausführungsform der Erfindung abgenommen ist;
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4 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie I-I in 3;
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5 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie II-II in 3;
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6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration im Bereich des Zylinderkopfs veranschaulicht, wo ein OHV-Ventiltriebmechanismus gemäß der Erfindung angeordnet ist;
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7 ist eine nach unten gerichtete perspektivische Ansicht eines Hauptteils gemäß einer OHV-Ventilsteuerung der Erfindung;
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8 ist eine Seitenansicht eines Hauptteils der OHV-Ventilsteuerung gemäß der Erfindung;
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9A ist eine Seitenansicht eines Vorgangs der OHV-Ventilsteuerung gemäß der Erfindung;
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9B ist eine Seitenansicht eines Vorgangs bei einem herkömmlichen Ventiltrieb zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung;
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10 ist eine nach oben weisende perspektivische Ansicht eines Hauptteils gemäß der OHV-Ventilsteuerung gemäß der Erfindung;
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11 ist eine Seitenansicht eines Hauptteils der OHV-Ventilsteuerung gemäß der Erfindung;
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12 ist eine Seitenansicht eines Arbeitsvorgangs eines Kipphebels gemäß der vorliegenden Erfindung;
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13 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III in 11 und zeigt den Bereich um eine Lagerstruktur des Kipphebels gemäß der Erfindung; und
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14 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Verschiebungs-Einstellverfahrens für den Kipphebel gemäß der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen einer OHV-Ventilsteuerung für einen Motor gemäß der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise bei einem Motor angewendet, der in ein Motorrad oder ein ähnliches Fahrzeug eingebaut ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein in 1 dargestelltes Motorrad 100 ein Beispiel. 1 ist eine linksseitige Ansicht des Motorrads 100 der Ausführungsform. Zunächst soll anhand der 1 ein Gesamtaufbau des Motorrads 100 beschrieben werden. In den einzelnen Zeichnungen einschließlich 1 ist in der nachfolgenden Beschreibung, falls notwendig, die Frontseite eines Fahrzeugs mit einem Pfeil Fr bezeichnet, die Rückseite des Fahrzeugs ist mit dem Pfeil Rr bezeichnet. Die rechte Seite des Fahrzeugs ist mit einem Pfeil R, die linke Seite mit einem Pfeil L bezeichnet.
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Das in 1 gezeigte Motorrad 100 kann typischerweise ein Off-Road-Motorrad sein. Das Motorrad 100 enthält ein Lenkkopfrohr 101 am oberen Teil einer Frontseite der Fahrzeugkarosserie, ferner eine (nicht dargestellte) Lenkwelle, die drehbar in das Lenkkopfrohr 101 eingesetzt ist. Die Lenkwelle enthält ein oberes Ende, an welchem eine Lenkstange 102 fest angebracht ist, ferner ein unteres Ende, an welchem eine Vordergabel 103 angebracht ist. Die Vordergabel 103 enthält ein unteres Ende, an dem ein Vorderrad 104 als gelenktes Rad drehbar gelagert ist.
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Ausgehend von dem Lenkkopfrohr 101 verläuft ein aus paarweisen linken und rechten Teilen bestehender Hauptrahmen 105 zum hinteren Teil der Fahrzeugkarosserie und ist schräg nach unten geneigt, wobei ein Abwärtsrohr 106 sich etwa vertikal nach unten erstreckt. Das Abwärtsrohr 108 ist nahe einem unteren Bereich nach rechts und nach links verzweigt, um Unterrahmen 106A zu bilden, und die paarweisen Unterrahmen 106A verlaufen in etwa rechtwinklig abgewinkelter Weise zum hinteren Teil der Fahrzeugkarosserie. Die paarweisen Unterrahmen 106A enthalten hintere Endbereiche, die an jeweils einen hinteren Endbereich des Hauptrahmens 105 über paarweise rechte und linke Karosserierahmen 107 gekoppelt sind.
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In einem Raum, der von dem rechten und dem linken Hauptrahmen 105, dem Abwärtsrohr 106 und dem Unterrahmen 106A sowie dem Karosserierahmen 107 umgeben ist, ist ein wassergekühlter Motor 10 als Antriebsquelle montiert. Ein Luftreiniger, ein Kraftstofftank und ähnliche Komponenten befinden sich oberhalb des Motors 10 in unten zu beschreibender Weise, in Vorwärts-Rückwärts-Richtung ist im oberen Bereich der Fahrzeugkarosserie ein Sattel 108 angeordnet. Vor dem Motor 10 befindet sich ein Gebläse 109.
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An dem Paar aus rechtem und linkem Karosserierahmen 107 sind im unteren Bereich etwa in der Mitte der Fahrzeugkarosserie in Vorwärts-Rückwärts-Richtung Frontendbereiche von Schwingarmen 110 in vertikaler Richtung schwenkbar von einem Schwenkzapfen 111 gelagert. Die Schwinge 110 enthält einen hinteren Endbereich, an welchem ein Hinterrad 112 als Antriebsrad drehbar gelagert ist. Ohne dass eine detaillierte Beschreibung erfolgt, ist die Schwinge 110 an der Fahrzeugkarosserie über einen Gestängemechanismus 113 und einen Stoßdämpfer (eine Hinterrad-Aufhängung), der mit dem Gestängemechanismus 113 gekoppelt ist, aufgehängt. Der Motor 10 befindet sich vor der Schwinge 110 und enthält ein Ausgangsende, an welchem ein Antriebskettenrad angebracht ist, und das Hinterrad 112 enthält eine Radachse, an welchem ein Kettenrad drehbar gelagert ist. Eine um das Antriebskettenrad und das Kettenrad geführte Kette koppelt diese Teile.
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Die OHV-Ventilsteuerung gemäß der Erfindung ist bei diesem Motor 10 an einem Fahrzeug, z. B. dem Motorrad 100 vorgesehen. 2 ist eine linksseitige Ansicht des Motors 10 als Anwendungsbeispiel für die Ausführungsform. Als erstes wird ein Gesamtaufbau des Motors 19 anhand der 2 erläutert. In den einzelnen bei der folgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen einschließlich der 2 sind notwendigenfalls die Frontseite eines Fahrzeugs mit einem Pfeil Fr und die Rückseite des Fahrzeugs mit einem Pfeil Rr bezeichnet. Die rechte Seite des Fahrzeugs ist mit einem Pfeil R, die linke Seite des Fahrzeugs mit einem Pfeil L bezeichnet.
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Der Motor 10 kann zum Beispiel ein Einzylinder-SOHC-Benzinmotor sein. Bei dieser Ausführungsform dient als Beispiel ein sogenannter Vierventilmotor, der zwei Einlassventile 30 und zwei Auslassventile 31 aufweist (siehe 6). In einer grundlegenden Konfiguration des Motors 10 nach 2 sind ein Zylinderblock 12, ein Zylinderkopf 13 und ein Zylinderkopfdeckel 14 integral in dieser Reihenfolge oberhalb eines Kurbelgehäuses 11 vereint. Eine Zylinderachsenlinie Z verläuft nahezu vertikal. In einer Kurbelkammer des Kurbelgehäuses 11 ist drehbar eine Kurbelwelle 15 gelagert (in 2 kurz mit der Achsenlinie der Kurbelwelle 15 veranschaulicht). Während die übrigen Darstellungen weggelassen sind, ist ein Kolben beweglich auf der Zylinderachsenlinie Z im Inneren der Zylinderbohrung 16 (siehe 4) des Zylinderblocks 12 angeordnet. Ein Kurbelzapfen der Kurbelwelle 15 und ein Kolbenzapfen des Kolbens sind untereinander über eine Pleuelstange verbunden. Der entlang der Zylinderachsenlinie Z hin- und hergehende Kolben im Inneren der Zylinderbohrung 16 treibt die Kurbelwelle 15 drehend an.
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In dem hinteren Bereich des Kurbelgehäuses 11 befindet sich ein mit diesem vereintes Getriebegehäuse 17. Ohne die übrigen Darstellungen erkennt man im Inneren dieses Getriebegehäuses 17 ein als mehrstufiges Getriebe ausgebildetes Getriebe. Die im Inneren des Kurbelgehäuses 11 angeordnete Kurbelwelle 15 und das Getriebe sind miteinander gekoppelt. Ein Ausgangsdrehmoment des Motors 10 wird auf das Antriebskettenrad übertragen, welches das Ausgangsende bildet, und zwar in einem Zustand, in welchem das Ausgangsdrehmoment entsprechend einem gewünschten Übersetzungsverhältnis über das Getriebe geändert wurde.
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Der Motor 10 enthält ohne besondere Darstellung ein Lufteinlasssystem, welches von dem Luftreiniger gelieferte Reinluft (Einlassluft) zuführt, ein Kraftstoffsystem, welches von einer Kraftstoff-Zuführeinrichtung Kraftstoff zuleitet, und ein Auspuffsystem, welches Auspuffgas nach Verbrennung im Inneren des Zylinders aus dem Motor ausleitet. Ferner enthält der Motor 10 ein Ventilsystem, welches antreibend ein Einlassventil und ein Auslassventil in dem Lufteinlasssystem beziehungsweise dem Auspuffsystem steuert, ein Kühlsystem, welches den Motor 10 kühlt, und ein Schmiersystem, welches bewegliche Teile des Motors 10 schmiert. Weiterhin ist ein Steuersystem (ECU; Engine Control Unit), welches die Tätigkeiten jedes dieser Systeme nach Maßgabe einer vorbestimmten Ablauffolge steuert, vorgesehen. Die Steuerung des Steuersystems bewirkt, dass mehrere funktionelle Systeme mit den oben beschriebenen Hilfsmaschinen zusammenwirken. Hierdurch wird von dem Motor 10 insgesamt ein störungsfreier und glatter Betriebsablauf erreicht.
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3 ist eine Zeichnung der Umgebung des Zylinderkopfs 13 bei Betrachtung von oben, wobei der Zylinderkopfdeckel 14 entfernt ist. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 3. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II in 3. In dem Lufteinlasssystem des Motors 10 öffnet sich eine Einlassöffnung 18 auf einer Rückseite des Zylinderkopfs 13 bei diesem Beispiel. Gereinigte Luft wird von dem Luftreiniger über ein Drosselventil in die Einlassöffnung 18 geleitet. Mit dieser Einlassöffnung ist ein (beispielsweise in 2 gezeigter) Drosselkörper 19 gekoppelt. Der Drosselkörper enthält in seinem Inneren einen Einlasskanal, der von dem Drosselventil geöffnet und geschlossen wird, um einen Einlassstromdurchsatz zu steuern. Auf einer stromabwärtigen Seite des Drosselventils befindet sich ein Einspritzventil zur Kraftstoffeinspritzung. Der Kraftstoff in dem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems wird mit einer Kraftstoffpumpe dem Einspritzventil zugeleitet. Ein durch Vermischen der Luft und des Kraftstoffs erhaltenes Luft-Kraftstoff-Gemisch gelangt durch die Einlassöffnung 18 und strömt dann in die Brennkammer 20 (siehe 4). In der Brennkammer 20 sitzt eine Zündkerze 21, die das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet, sodass dieses im Inneren der Brennkammer 20 verbrennt und explodiert.
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In dem Abgassystem öffnet sich eine Auslassöffnung 22 in einer Vorderseite des Zylinderkopfs 13 bei diesem Beispiel. Diese Auslassöffnung 22 kommuniziert mit der Brennkammer 20. Das im Inneren der Brennkammer 20 verbrannte und explodierte Luft-Kraftstoff-Gemisch wird als Abgas aus dem Motor 10 über die Auslassöffnung 22 ausgeleitet.
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Bei diesem Beispiel ist ein Durchmesser der Einlassöffnung 18, die in der hinteren Seite des Zylinderkopfs 3 mündet, größer ausgebildet als ein Durchmesser der Auslassöffnung 22, die in der Frontseite des Zylinderkopfs 13 mündet.
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In dem Zylinderkopf 13 befindet sich gemäß 3 eine OHV-Ventilsteuerung 23 gemäß der Erfindung. Die OHV-Ventilsteuerung 23 bildet das Ventilsystem des Motors 10. In einem grundlegenden Aufbau enthält die OHV-Ventilsteuerung 23 eine Nockenwelle 24, die von dem Zylinderkopf 13 drehbar gelagert ist und ein oder mehrere Ventilhubkurven aufweist. Die Nockenwelle 24 öffnet und schließt Ventile auf der Lufteinlassseite und der Luftauslassseite über diese Ventilhubkurve. Die OHV-Ventilsteuerung 23 enthält außerdem Kipphebel 25 und eine Kipphebelwelle 26. Die Kipphebel 25 werden von der Ventilhubkurve der Nockenwelle 24 verschwenkt und wirken auf die Ventile ein, um Öffnungs- und Schließvorgänge auszuführen. Die Kipphebelwelle 26 wird von dem Zylinderkopf 13 gelagert, und sie lagert die Kipphebel 25 schwenkfähig.
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Die Nockenwelle 24 befindet sich bei diesem Beispiel in horizontaler Anordnung in Rechts-Links-Richtung in einem Zustand, in welchem sie zu der Auslassseite des Zylinderkopfs 13 hin verlagert ist, das heißt zur Vorderseite des Zylinderkopfs 13 hin, und sie ist drehbar von Lagern 27 am rechten und am linken Ende der Nockenwelle 24 gelagert. Als Antriebsmechanismus der Nockenwelle 24 ist an einem linken Wellenendabschnitt der Nockenwelle 24 ein Nockenwellen-Kettenrad 28 angebracht. Dieses Nockenwellen-Kettenrad 28 ist über eine (nicht dargestellte) Steuerkette mit der Kurbelwelle 15 gekoppelt. In diesem Fall ist das Antriebskettenrad auf einem linken Endabschnitt der Kurbelwelle 15 angebracht. Die Steuerkette ist in vorbestimmter Weise zwischen diesem Antriebskettenrad und dem Nockenwellen-Kettenrad 28 geführt. Die Steuerkette läuft durch Antrieb der Kurbelwelle 15 als Antriebsquelle im Inneren eines Steuerkettengehäuses 29 um. Dies treibt die Nockenwelle 24 synchron mit der Kurbelwelle 15 drehend an.
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An der Nockenwelle 24 befinden sich eine einzelne lufteinlassseitige Ventilhubkurve 32 und ein Paar von luftauslassseitigen Ventilhubkurven 33 auf der rechten und der linken Seite der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32, um im Verein miteinander umzulaufen. Bei diesem Beispiel (siehe beispielsweise 4 und 6) ist das Einlassventil 30 mit einem Kipphebelantriebssystem ausgestattet. Das heißt, es sind die Kipphebel 25 und die diese lagernde Kipphebelwelle 26 vorgesehen. Die Kipphebelwelle 26 ist, wie zum Beispiel in den 3 und 4 gezeigt ist, auf der Rückseite der Nockenwelle 24 in einer Höhe angeordnet, die annähernd identisch ist mit derjenigen der Nockenwelle 24. Fixierte Wellenabschnitte 26a sowohl am rechten als auch am linken Ende der Kipphebelwelle 26 sind von dem Zylinderkopf 13 über Zapfenlager 34 gelagert.
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Die Kipphebel 25 enthalten einen Schwenkabschnitt 35, einen Kontaktabschnitt 36 und Druckabschnitte 37. Der Schwenkabschnitt 35 wird von der Kipphebelwelle 26 drehbar gelagert und fungiert als Schwenkzentrum. Der Kontaktabschnitt 36 steht von dem Schwenkabschnitt 35 zu einer Seite der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 vor, um von der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 Druck aufzunehmen. Die Druckabschnitte 37 stehen in Form eines Arms von dem Schwenkabschnitt 35 zu den Einlassventilen 30 hin ab, um mit den oberen Bereichen dieser Einlassventile 30 in Berührung zu treten und die Einlassventile 30 durch Andrücken zu bewegen.
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Der Kontaktabschnitt 36 wird gebildet durch eine Stößelrolle 36A, die an einem Endbereich der Kipphebel 35 auf der Luftauslassseite angebracht ist.
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Wie in 3 gezeigt ist, sind die Druckabschnitte 37 in Richtung der beiden Einlassventile 30 orientiert. Die Druckabschnitte 37 verlaufen ausgehend von dem Schwenkabschnitt 35 sich verzweigend in Form einer Gabel. Die Druckabschnitte 37 besitzen jeweilige distale Enden, die an oberen Endbereichen der Ventilschäfte 38 der Einlassventile 30 anliegen.
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Das Einlassventil 30 ist so konfiguriert, dass es zusammen mit dem Einlassventilschaft 38 in axialer Richtung hin- und hergeht (siehe zum Beispiel 6), indem der Einlassventilschaft 38 von einer Ventilführung geführt wird. Obschon detaillierte Darstellungen weggelassen sind, ist der Einlassventilschaft 38 von der elastischen Kraft einer Einlassventilfeder 39, die sich zwischen Ventilsitzen oben und unten befindet, ständig nach oben vorgespannt. Die Druckabschnitte 37, die die Einlassventilschäfte 38 gegen die elastische Kraft der Einlassventilfeder 39 nach unten drücken, spannen die Einlassventilschäfte 38 nach unten, das heißt sie drängen die Einlassventile 30 in die geöffnete Stellung.
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Bei diesem Beispiel ist dem Auslassventil 31 ein Direktantrieb zugeordnet, das heißt, das Auslassventil 31 wird im Wesentlichen direkt von der luftauslassseitigen Ventilhubkurve 33 angetrieben.
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Das Auslassventil 31 läuft in axialer Richtung zusammen mit einem Auslassventilschaft 40 hin und her, wobei der Auslassventilschaft 40 von einer Ventilführung geleitet wird. Obschon Einzelheiten hier nicht dargestellt sind, wird der Auslassventilschaft 40 von der elastischen Kraft einer Auslassventilfeder 41 zwischen oben und unten befindlichen Ventilsitzen ständig nach oben vorgespannt. Die auslassventilseitigen Ventilhubkurven 33, welche die Auslassventilschäfte 40 gegen die elastische Kraft der Auslassventilfedern 41 nach unten drücken, spannen die Auslassventilschäfte 40 nach unten, das heißt, sie drängen die Auslassventile 41 in die geöffnete Stellung.
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Bezugnehmend auf 4 befindet sich zwischen der luftauslassseitigen Ventilhubkurve 33 und einem oberen Endbereich des Auslassventilschafts 40 ein Schlepphebel 42, der von dem Zylinderkopf 41 über eine Spindel 42a schwenkfähig gelagert ist. Die luftauslassseitigen Ventilhubkurven 33, welche die Schlepphebel 42 andrücken, bewirken ein Nach-unten-Drücken der Auslassventilschäfte 40.
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Bei diesem Beispiel ist, wie oben erläutert wurde, der Durchmesser der Einlassöffnung 18 größer ausgebildet als der Durchmesser der Auslassöffnung 22. Dementsprechend sind die Einlassventile 30 mit größeren Durchmessern ausgebildet als die Auslassventile 31.
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Beim grundlegenden Betrieb der OHV-Ventilsteuerung 23 treibt die oben angesprochene Steuerkette im Inneren des Steuerkettengehäuses 29 die Nockenwelle 24 synchron mit der Drehung der Kurbelwelle 15 im Inneren des Zylinderkopfs 13 drehend an. Dementsprechend treiben die lufteinlassseitige Ventilhubkurve 32 und die luftauslassseitigen Ventilhubkurven 33 der Kurbelwelle 34 die Einlassventile 30 beziehungsweise die Auslassventile 31 zum Öffnen und Schließen in einer vorbestimmten zeitlichen Abfolge an.
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In der OHV-Ventilsteuerung 23 der vorliegenden Erfindung enthalten, wie beispielsweise in 7 dargestellt ist, die Kipphebel 25 ein Schlupfteil 43, welches von dem Schwenkabschnitt 35 zur Außenseite der axialen Richtung der Nockenwelle 24 absteht. Andererseits enthält die Nockenwelle 24 eine Anschlagkurve 44 an einer Stelle gegenüber dem Schlupfteil 43.
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Hierbei liegt, wie 8 zeigt, das Schlupfteil 43 an einer Stelle abgewandt von dem Kontaktabschnitt 36 der Kipphebel 25 in Bezug auf eine dazwischen liegende virtuelle Linie, welche die Drehachse L1 der Kipphebel 25 und eine Nockenwellen-Mittelachse Lc verbindet, betrachtet aus der Drehachsenrichtung des Kipphebels. Wenn demzufolge der Kipphebel 25 verschwenkt wird, indem der Kontaktabschnitt 36 von der luftauslassseitigen Ventilhubkurve 32 angedrückt wird, gelangt das Schlupfteil 43 in die Nähe der Anschlagkurve 44.
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Die Anschlagkurve 44 enthält einen Anschlagabschnitt 45 als Verschwenk-Begrenzungsabschnitt. Der Anschlagabschnitt 45 ist an einer Außenumfangsfläche der Anschlagkurve 44 ausgebildet. Der Anschlagabschnitt 45 ist ein Bereich, mit dem das Schlupfteil 43 in Kontakt tritt, wenn die Kipphebel 25 verschwenkt werden und eine vorbestimmte Stellung erreichen, beispielsweise dann, wenn die Schwenkhebel 25 über eine Maximum-Schwenkstellung hinaus verschwenkt werden, welche einem oberen Bereich 32a der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 entspricht.
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Insbesondere ist der Anschlagabschnitt 45 der Anschlagkurve 44 als durchgängige Fläche derart ausgebildet, dass ein Intervall zwischen dem Schlupfteil 43 und dem Anschlagabschnitt 45 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs verbleibt, wenn die Kipphebel 35 in einem Bereich eines Steuernockens 32A verschwenkt werden (angedeutet durch eine strichpunktierte Linie in 8), der den oberen Bereich 32a der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve enthält.
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Der Anschlagabschnitt 45 enthält einen ersten Bereich 45A und einen zweiten Bereich 45B. Der erste Bereich 45A entspricht dem Steuernocken 32A der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32. Der zweite Bereich 45B entspricht dem Bereich des von dem Bereich des Steuernockens 32A verschiedenen Bereichs der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32. Der zweite Bereich 35B ist annähernd als Umfang ausgebildet. Der erste Bereich 45a ist bezüglich des Umfangs des zweiten Bereichs 45B nach innen versetzt und besitzt einen Minimum-Radius an einer Stelle, welche dem oberen Bereich 32a der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 entspricht.
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In dem oben beschriebenen Fall befindet sich der Anschlagabschnitt 45 entlang einem gesamten Umfang der Anschlagkurve 44, und das Intervall zwischen dem Schlupfteil 43 und dem Anschlagabschnitt 45 ist derart ausgebildet, dass es bei jeder Drehstellung der Kipphebelwelle 26 innerhalb des vorbestimmten Bereichs verbleibt, auch wenn die Kipphebel 25 nicht verschwenkt werden.
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Wie in 8 gezeigt ist, befindet sich das Schlupfteil 43 abgewandt von dem Kontaktabschnitt 36, welcher den Druck von der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 der Kipphebel 25 aufnimmt, bezogen auf die dazwischen liegende virtuelle Linie, welche die Drehachse L2 der Kipphebel 25 und die Kurbelwellen-Mittelachse Lc verbindet, betrachtet in Drehachsenrichtung der Kipphebel. Damit vermeidet das Anordnen des Schlupfteils 43 und des Kontaktabschnitts 36, die zu der Nockenwelle hin ragen, eine gegenseitige Kollision und verbessert die Freiheit beim Gestalten des Intervalls zwischen dem Schlupfteil 43 und dem Anschlagabschnitt 45.
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Bei diesem Beispiel befindet sich das Schlupfteil 43 an den Kipphebeln 25 auf der Lufteinlassseite. Typischerweise ist das Einlassventil 30 groß bemessen im Vergleich zu dem Auslassventil 31, und das Gewicht der beweglichen Ventilteile auf der Lufteinlassseite ist größer als jenes auf der Luftauslassseite. Dementsprechend ist die Lufteinlassseite empfindlicher für Trägheitskräfte. Durch Anordnen des oben erläuterten Schlupfteils 43 an diesem Kipphebel auf der Lufteinlassseite jedoch wird gewährleistet, dass dieser Einfluss von Trägheitskräften reduziert wird.
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In der OHV-Ventilsteuerung 43 gemäß der Erfindung befindet sich insbesondere nur eine einzige Nockenwelle 24 innerhalb des Zylinderkopfs 13, und das Achsenzentrum dieser Nockenwelle 24 ist zu der Seite des Auslassventils 31 hin in Bezug auf die Zylinderachsenlinie Z versetzt bei Betrachtung aus der axialen Richtung der Nockenwelle 24, wie in 4 dargestellt ist.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, beträgt ein Winkel zwischen dem Einlassventil 30 und dem Auslassventil 31 θ als Ventileinschließwinkel. Der Ventileinschließwinkel θ ist eine Summe aus einem Neigungwinkel α einer Achsenlinie Li des Einlassventils 30 (des Einlassventilschafts 38) in Bezug auf die Zylinderachsenlinie Z und einem Neigungswinkel B einer Achsenlinie Le des Auslassventils 31 (des Auslassventilschafts 40) in Bezug auf die Zylinderachsenlinie Z. Bei diesem Beispiel gilt α < β, das heißt, der Neigungswinkel der Achsenlinie Li des Einlassventils 30 ist klein ausgebildet du liegt nahe bei der Zylinderachsenlinie Z, vergleichen mit der Achsenlinie Le des Auslassventils 31.
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Die Nockenwelle 24 befindet sich mit ihrem gesamten Körper auf der Außenseite des Auslassventils 31 bezüglich der Zylinderachsenlinie Z.
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Wie in 4 dargestellt ist, befindet sich die Nockenwelle 24 an einer Stelle, an der ein Teil von ihr sich mit der Achsenlinie Le des Auslassventils 31 überlappt bei Betrachtung aus der axialen Richtung der Nockenwelle 24.
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Die OHV-Ventilsteuerung 23 gemäß der Erfindung enthält die Kipphebel 25, die die Einlassventile 30 über die lufteinlassseitige Ventilhubkurve 32 seitens der Nockenwelle 24 zum Öffnen und Schließen bringen, und die Kipphebelwelle 26, welche diese Kipphebel 25 drehbar lagert.
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In diesem Fall enthalten die Kipphebel 25 bei dazwischen liegender Zylinderachsenlinie Z die Druckabschnitte 37, bei denen es sich um Betätigungsabschnitte bezüglich der Einlassventile 30 auf der Lufteinlassseite handelt, und den Kontaktabschnitt 36 mit der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 auf der Luftauslassseite.
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Die Kipphebel 25 sind mit der Achsenmitte der Kipphebelwelle 26 zu der Seite des Auslassventils 31 hin in Bezug auf die Zylinderachsenlinie Z versetzt, wenn die Betrachtung aus der axialen Richtung der Kipphebel 25 erfolgt.
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Darüber hinaus kann die OHV-Ventilsteuerung 23 gemäß Erfindung eine Lagerstruktur der Kipphebel 25 enthalten, in welcher die Drehachse der Kipphebel 25 parallel und geringfügig abgesetzt ist von der Mittelachsenlinie der fixierten Wellenabschnitte 26a auf der Zylinderkopfseite der Kipphebelwelle 26.
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10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Kipphebelwelle 26 veranschaulicht, die den einen und den anderen Kipphebel 25 drehbar lagert. 11 ist eine Seitenansicht aus der axialen Richtung der Kipphebelwelle 26. Wie in 11 gezeigt ist, ist die Kipphebelwelle 26 derart ausgebildet, dass die Mittelachsenlinie L1 der fixierten Wellenabschnitte 26a auf der Zylinderkopfseite und die Drehachse L2 der Kipphebel 25 in Bezug auf geringfügig nach oben abgesetzt sind.
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13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 11 und veranschaulicht den Umgebungsbereich der Lagerstruktur der Kipphebel 25. Beide Enden der Kipphebelwelle 26 werden von den Drehlagern 34 gelagert und sind mit Kappen 46 befestigt und gesichert, welche die Drehlager 34 von oben abdecken.
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Der Schwenkabschnitt 35 der Kipphebel 25 ist drehbar gelagert durch ein Paar Lagerabschnitte 37 in der Kipphebelwelle 26.
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Die Lagerabschnitte 47 sind derart ausgebildet, dass die Drehachse L2 der Kipphebel 25 sich gegenüber der Mittelachsenlinie L1 der fixierten Wellenabschnitte 26a der Kipphebelwelle 26 parallel und geringfügig nach oben verlagert. In diesem Fall verläuft die Drehachse L2 der Kipphebel 25 exzentrisch bezüglich der Mittelachsenlinie L1 der fixierten Wellenabschnitte 26a der Kipphebelwelle 26 bei Betrachtung in axialer Richtung der Kipphebelwelle 26. Dementsprechend weist die Kipphebelwelle 26 in dem Lagerabschnitt der Kipphebel 25 das auf, was als „exzentrische Lagerstruktur” bezeichnet wird.
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Die Verlagerungsrichtung der Drehachse L2 in Bezug auf die Mittelachsenlinie L1 ist notwendigenfalls einstellbar, indem man einen fixierten Zustand (Stellung und Lage) der Kipphebelwelle 26 gegenüber dem Zylinderkopf 13 ändert. Wie in den 10 und 11 dargestellt ist, ist beispielsweise der fixierte Wellenabschnitt 26a der Kipphebelwelle 26 so konfiguriert, dass er an dem Drehlagerabschnitt 34 des Zylinderkopfs 13 drehbar ist, während sich eine Nut 26a an einem Wellenende der Kipphebelwelle 26 befindet. Durch Einsetzen eines Werkzeugs in die Nut 26b und Drehen um die Mittelachsenlinie L1 bewegt sich die Drehachse L2 der Kipphebel 25 um die Mittelachsenlinie L1. Einhergehend damit bewegen sich auch der Schwenkabschnitt 35, der Kontaktabschnitt 36, die Druckabschnitte 37 und das Schlupfteil 43 der Kipphebel 25 drehend um die Mittelachsenlinie L1 (siehe 12). Diese Struktur dient einer Einstellung durch Drehen der Kipphebelwelle 26 und ermöglicht eine einfache Einstellung auch in einem Zustand, in welchem die Kipphebelwelle 26 an dem Zylinderkopf 13 gelagert ist.
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Alternativ kann gemäß 14 eine Struktur ein Einstellloch 48 an dem Wellenende der Kipphebelwelle 26 aufweisen, welches radial verläuft, und in welches ein Einsteller 49 einsetzbar ist. Durch geeignetes Drehen des in das Einstellloch 48 eingeführten Einstellers 49 gemäß Pfeil B in 14 ist eine Einstellung der Verschieberichtung der Drehachse L2 bezüglich der Mittelachsenlinie L1 möglich.
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Als nächstes werden die Haupt-Arbeitseffekte der OHV-Ventilsteuerung 27 gemäß der Erfindung beschrieben. Wie oben erläutert wurde, befindet sich bei diesem Beispiel das Schlupfteil 43 an den Kipphebeln 25, und die Anschlagkurve 44 einschließlich des Anschlagabschnitts 45 als Verschwenk-Beschränkungsabschnitt der Kipphebel 25 befindet sich an einer Stelle gegenüber dem Schlupfteil 43 auf der Seite der Nockenwelle 24.
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Diese Struktur reguliert ein übermäßiges Verschwenken der Kipphebel 25 durch das Schlupfteil 34 der Kipphebel 25 und den Anschlagabschnitt 25, der in Berührung mit dem Schlupfteil tritt, wenn es zu einem sogenannten Ventilspringen (Ventilflattern) kommt, sodass hier verhindert wird, dass das Ventilspringen exzessiv ausfällt. Bei dem Ventilspringen handelt es sich um ein Phänomen, wonach die Kipphebel 25 sich von dem Nocken der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 23 aufgrund der Trägheitskraft der beweglichen Teile (beispielsweis der Kipphebel 25) eines Ventilmechanismus, das heißt der OHV-Ventilsteuerung 23 trennen, wobei die Trägheitskraft größer wird als die von den Einlassventilfedern 39 während hoher Drehzahlen des Motors 10 aufgenommene reaktive Kraft.
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Diese Struktur reguliert eine Bewegung in der Weise, dass sie den Kipphebeln 25 keinen exzessiven Sprung ermöglicht (ein geringfügiges Springen ist erlaubt), indem das Schlupfteil 43 in Berührung mit dem ersten Abschnitt 45a des Anschlagabschnitts 45 tritt, wenn die Kipphebel 25 und die lufteinlassseitige Ventilhubkurve 32 sich über eine gewisse Lücke oder darüber hinaus voneinander trennen. Hierdurch wird der Sprung innerhalb eines geringen Bereichs gehalten.
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Zum Vergleich zeigt 9B den Fall, dass ein herkömmlicher Ventilmechanismus Anwendung findet (die Erläuterung verwendet hier Bezugszeichen, die identisch mit dem vorliegenden Beispiel sind). Da der herkömmliche Ventilmechanismus ursprünglich nicht das Schlupfteil 43 und den Anschlagabschnitt 45 enthält, werden, wenn es zu dem oben angesprochenen Ventilspringen kommt, die Kipphebel 25 durch die Trägheitskraft übermäßig stark verschwenkt, und es kommt zu einem signifikanten Sprung gemäß Pfeil A. Es besteht daher die Möglichkeit, dass die Trägheitskraft einen instabilen Betrieb der Einlassventile 30 bewirkt. Um dies zu vermeiden, war es früher üblich, die maximale Drehzahl des Motors 10 auf ein Maß zu beschränken, bei dem es unwahrscheinlich war, dass es zu einem Ventilspringen kam.
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Im Gegensatz dazu sind erfindungsgemäß das Schlupfteil 43, der Kipphebel 25 und die Anschlagkurve 44, in welcher der Anschlagabschnitt 45 ausgebildet ist, vorgesehen, um die Kipphebel 25 an der Ausführung übermäßig starker Sprünge im Verlauf einzuschränken (ein geringes Springen ist zulässig). Dies kann die Trägheitsmasse der Kipphebel 25, die anschließend auf die Einlassventile 30 einwirkt, auf Null (0) bringen. Im Hinblick darauf wird die Trägheitskraft seitens der Kipphebel 25, die abträglichen Einfluss auf die Einlassventile 30 bei deren Öffnen und Schließen hat, reduziert, was zusätzlich eine stabile Ventilbetätigung auch dann gewährleistet, wenn der Motor 10 mit hoher Drehzahl läuft.
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Deshalb verlagert sich der Bereich der Drehzahl des Motors 10, in welchem der Ventiltrieb ordnungsgemäß arbeitet, in Richtung höherer Drehzahlen, was eine höhere Drehzahl des Motors zulässt.
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Selbst dann, wenn die Drehzahlen des Motors 10 ansteigen und ein Sprunghub der herkömmlichen Struktur größer wird, lässt sich der Sprunghub bis auf ein gewisses Maß oder darunter reduzieren, und damit lässt sich ein Aufschlag reduzieren, den die Einlassventile 30 seitens der Ventilsitze des Zylinderkopfs 13 beim Schließen aufnehmen. In ähnlicher Weise legen sich die Kipphebel 25 beim Zurückgehen durch die Einlassventile 30 sanft an der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 an, was den Aufschlag auf die lufteinlassseitige Ventilhubkurve 32 verringert.
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Bei diesem Beispiel ist die Anschlagkurve 44 einschließlich des Anschlagabschnitts 45 an der Nockenwelle 24 ausgebildet. Daher befindet sich das Schlupfteil 43 und der Anschlagabschnitt 45 an einem Mittelpunkt zwischen den Kipphebeln 25 und der Nockenwelle 24, wodurch der Mechanismus kompakt gestaltet bleibt. Da der Anschlagabschnitt 45 mit der Nockenwelle 24 zusammenwirkt, lässt sich der Abstand zwischen dem Schlupfteil 43 und dem Anschlagabschnitt 45 einhergehend mit dem Verschwenken der Kipphebel 25 auf dem passenden Wert halten.
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Weiterhin ist der Anschlagabschnitt 45 der Anschlagkurve als durchgehende Fläche ausgebildet, sodass das Intervall zwischen dem Schlupfteil 43 und dem Anschlagabschnitt 45 in einem vorbestimmten Bereich verbleibt, wenn die Kipphebel 25 in einem Bereich des Steuernockens 32A verschwenkt werden (letzterer ist in 8 durch eine strichpunktierte Linie angegeben), die den oberen Bereich 32a der lufteinlassseitigen Ventilhubkurve 32 enthält. Im Hinblick darauf werden das Schlupfteil 43 und der Anschlagabschnitt 45 konstant geschlossen, wenn die Kipphebel 25 verschwenkt werden. Aus diesem Grund lässt sich das Springen oder Flattern zuverlässig auch dann einschränken, wenn eine andere Verschwenkposition als die maximale Verschwenkung vorliegt, und es ist darüber hinaus eine stabile Ventilbetätigung möglich.
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Noch bevorzugter ist der Anschlagabschnitt 45 als durchgehende Fläche ausgebildet, so dass das Intervall zwischen dem Schlupfteil 43 und dem Anschlagabschnitt 45 bei jeder Drehstellung der Kipphebelwelle 26 in einem vorbestimmten Bereich verbleibt, auch wenn die Kipphebel 25 nicht verschwenkt werden. Hierdurch lässt sich ein Springen der Kipphebel 25 zu jeder Zeit beschränken.
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Bei diesem Beispiel befindet sich das Schlupfteil 43 an den Kipphebeln 25 auf der Lufteinlassseite. Typischerweise ist das Einlassventil 30 groß bemessen im Vergleich zu dem Auslassventil 31, und das Gewicht der beweglichen Ventilteile auf der Lufteinlassseite ist größer als jenes auf der Luftauslassseite. Dementsprechend ist die Lufteinlassseite empfindlich bezüglich Trägheitskräfte, verglichen mit der Luftauslassseite, was die Betriebs-Grenzdrehzahl des Ventiltriebs herabsetzt. Allerdings beschränkt dieses Beispiel den Einfluss der Trägheitskraft der Ventiltriebteile auf der Lufteinlassseite, indem das oben angesprochene Schlupfteil 43 an den Kipphebeln 25 auf der Lufteinlassseite vorgesehen ist und ein übermäßiges Verschwenken beschränkend gesteuert wird. Im Hinblick darauf lässt sich die gewünschte Drehzahl des Ventiltriebs in wirksamer Weise heraufsetzen.
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Während die vorliegende Erfindung anhand der obigen verschiedenen Ausführungsformen erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Änderungen und ähnliche Modifikationen sind innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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