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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die
den Zeitablauf des Öffnens
und Schließens
eines Einlassventils und/oder eines Abgasventils des Motors in Übereinstimmung
mit einem Motorbetriebszustand steuert.
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Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung
Nr.
9-250309 gibt eine
Ventilzeitsteuervorrichtung an, die eine elektromagnetische Bremse zum
Erzeugen einer Bremskraft verwendet, um einen Drehphasensteuermechanismus
zu betätigen
und dadurch die Drehphase einer Motornockenwelle relativ zu einer
Motorkurbelwelle zu steuern.
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Die oben genannte elektromagnetische Bremse
umfasst ein Bremsglied, das in einen Reibungskontakt mit einem Drehglied
des Drehphasensteuermechanismus gebracht wird, sodass die Bremskraft
von der elektromagnetischen Bremse über den Kontakt zwischen dem
Bremsglied und dem Drehglied auf den Drehphasensteuermechanismus übertragen
wird. Das Bremsglied und das Drehglied verschleißen jedoch ihre Kontaktoberfläche auch
unter normalen Betriebsbedingungen. Aufgrund des Reibungsverschleißes dieser
Glieder entsteht das Problem, dass die elektromagnetische Bremse
keine ausreichende Bremskraft ausüben kann, um den Drehphasensteuermechanismus
stabil über
eine längere
Einsatzdauer der Vorrichtung zu betätigen.
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Um dieses Problem zu lösen, kann
eine sogenannte "nicht-kontaktierende" Bremse anstatt der oben
genannten elektromagnetischen Bremse verwendet werden. Ein Beispiel
für eine
nicht-kontaktierende Bremse ist die in der japanischen offengelegten
Patentveröffentlichung
Nr.
2001-107712 angegebene
Wirbelstrombremse. Die Wirbelstrombremse entwickelt ein Magnetfeld über ein
Drehglied, wenn eine elektromagnetische Spule mit Strom versorgt wird,
wodurch ein Wirbelstrom in dem Drehglied induziert wird. Durch die
Interaktion des Wirbelstroms mit dem Magnetfeld wird das Drehglied
einer Bremskraft unterworfen. Die durch die Wirbelstrombremse erzeugte
Bremskraft hängt
von der Stärke
des in dem Drehglied verursachten Wirbelstroms ab, d. h.
von der Drehgeschwindigkeit des Drehglieds relativ zu dem Magnetfeld.
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Wenn eine derartige Wirbelstrombremse
in der Ventilzeitsteuervorrichtung verwendet wird, um den Drehphasensteuermechanismus
zu betätigen, entsteht
jedoch das andere Problem, dass wenn sich das Drehglied des Drehphasensteuermechanismus mit
niedriger Geschwindigkeit dreht, keine ausreichende Bremskraft erzeugt
werden kann. Die Ventilzeitsteuerreaktion der Ventilzeitsteuervorrichtung wird
also langsam, und gleichzeitig kann die eingestellte Drehphase zwischen
der Kurbelwelle und der Nockenwelle unter dem Einfluss eines alternierenden Drehmoments
der Nockenwelle (d. h. unter dem Einfluss
eines variablen Drehmoments, das durch die Gegenkraft zwischen einem
Nockenprofil und einer Ventilfeder verursacht wird) nicht stabil
gehalten werden. Aus den oben genannten Gründen ist die tatsächliche
Verwendung der Wirbelstrombremse in der Ventilzeitsteuervorrichtung
zum Betätigen
des Drehphasensteuermechanismus problematisch.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor anzugeben,
der eine nicht-kontaktierende Bremse zum Betätigen eines Drehphasensteuermechanismus
verwendet, um die Dauerhaftigkeit zu verbessern, ohne dass die Ventilzeitsteuerreaktion
verlangsamt wird und ohne dass die Drehphase einer Motornockenwelle
relativ zu einer Motorkurbelwelle aufgegeben wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung
ist eine Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor angegeben,
die umfasst: ein Antriebsdrehglied, das durch eine Kurbelwelle des
Motors gedreht wird; ein angetriebenes Drehglied zum Drehen einer Nockenwelle
des Motors bei einer Drehung des Antriebsdrehglieds; einen Drehphasensteuermechanismus
mit einem Zwischendrehglied, das relativ zu dem Antriebsdrehglied
und dem angetriebenen Drehglied gedreht wird, um eine relative Drehung zwischen
dem Antriebsdrehglied und dem angetriebenen Drehglied zu verursachen;
und einen Bremsmechanismus mit einer Hysteresebremse, die eine Bremskraft
erzeugt, damit sich das Zwischendrehglied relativ zu dem Antriebsdrehglied
und dem angetriebenen Drehglied dreht.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung ist eine Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor angegeben,
die umfasst: ein Antriebsdrehglied, das durch eine Kurbelwelle des
Motors angetrieben wird; ein angetriebenes Drehglied zum Drehen
einer Nockenwelle des Motors; ein Zwischendrehglied, das relativ
zu dem Antriebsdrehglied und dem angetriebenen Drehglied gedreht
wird, um eine relative Drehung zwischen dem Antriebsdrehglied und
dem angetriebenen Drehglied zu verursachen; eine Vorspanneinrichtung
zum Vorspannen des Zwischendrehglieds in einer bestimmten Drehrichtung;
eine Hysteresebremse, die selektiv eine Bremskraft auf das Zwischendrehglied
ausübt,
um das Zwischendrehglied in eine zu der bestimmten Drehrichtung
entgegengesetzten Richtung zu drehen.
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Andere Aufgaben und Merkmale der
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen verdeutlicht.
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1 ist
eine Schnittansicht einer Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Schnittansicht der Ventilzeitsteuervorrichtung entlang der
Linie A-A von 1, wobei
die Drehphase zwischen dem Antriebsdrehglied und dem angetriebenen
Drehglied zu der am weitesten verzögerten Phasenposition verschoben ist.
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3 ist
eine Schnittansicht der Ventilzeitsteuervorrichtung entlang der
Linie B-B von 1.
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4 ist
eine Schnittansicht der Ventilzeitsteuervorrichtung entlang der
Linie A-A von 1, wobei
die Drehphase zu einer am meisten vorgerückten Phasenposition verschoben
ist.
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5 ist
ein Kurvendiagramm, das die magnetische Hystereseschleife eines
Hystereserings zeigt.
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6 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Teils von 3.
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7A und 7B sind schematische Darstellungen
davon, wie eine Hysteresebremse eine Bremskraft erzeugt.
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8A ist
ein Kurvendiagramm, das die Variationen in der Bremskraft zeigt,
die durch die Hysteresebremse erzeugt werden.
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8B ist
ein Kurvendiagramm, das die Variationen in der Bremskraft zeigt,
die durch eine Wirbelstrombremse erzeugt werden.
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9 ist
eine Schnittansicht einer Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Teils einer Hysteresebremse der Ventilzeitsteuervorrichtung
aus der Richtung des Pfeils C in 9 gesehen.
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11 ist
eine vergrößerte Draufsicht
auf einen Teil eines Spulenjochs der Hysteresebremse aus der Richtung
des Pfeils D von 9 gesehen.
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12 ist
eine Schnittansicht einer Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
eine Schnittansicht der Ventilzeitsteuervorrichtung entlang der
Linie E-E von 12.
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14 ist
eine Schnittansicht der Ventilzeitsteuervorrichtung entlang der
Linie F-F von 12.
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15 ist
eine Schnittansicht der Ventilzeitsteuervorrichtung entlang der
Linie G-G von 12.
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16 ist
eine Schnittansicht einer Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung wird im
Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In der folgenden Beschreibung
werden die Angaben "vorne" und "hinten" verwendet, um die Position
eines Elements relativ zu einem anderen angegeben. Weiterhin werden ähnliche
Teile durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei auf eine wiederholte
Beschreibung dieser Teile verzichtet wird.
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Zuerst wird im Folgenden eine erste
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 8 erläutert.
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Eine Ventilzeitsteuervorrichtung
der ersten Ausführungsform
ist an einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors anzubringen,
um den Zeitablauf des Öffnens
und Schließens
eines Einlassventils des Motors in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand
zu steuern, wobei sie aber auch angewendet werden kann, um den Zeitablauf
des Öffnens und
Schließens
eines Abgasventils des Motors zu steuern.
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Wie in 1 gezeigt,
umfasst die Ventilzeitsteuervorrichtung der ersten Ausführungsform
eine Nockenwelle 1, die drehbar auf dem Zylinderkopf gehalten
wird, um das Einlassventil zu betätigen, ein ringförmiges Antriebsdrehglied 3,
die am Außenumfang
einen Zahnkranz 2 aufweist, der über eine Zeitsteuerkette (nicht
gezeigt) mit einer Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist,
um durch die Kurbelwelle gedreht zu werden, ein zylindrisches angetriebenes
Drehglied 7, das an einem vorderen Ende der Nockenwelle 1 mittels
einer Schraube 10 befestigt ist, um die Nockenwelle bei
einer Drehung des Antriebsdrehglieds 3 zu drehen, einen
Drehphasensteuermechanismus 4, der eine relative Drehphase
zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und dem angetriebenen Drehglied 7 steuert,
und einen Bestätigungsmechanismus
(Bremsmechanismus) 5, der den Drehphasensteuermechanismus 4 betätigt. Alternativ
hierzu kann das angetriebene Drehglied 7 ein integraler
Teil der Nockenwelle 1 sein. Eine VCT-Abdeckung (nicht gezeigt)
ist an dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfabdeckung befestigt,
um den Drehphasensteuermechanismus 4 und den Betätigungsmechanismus 5 aufzunehmen.
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Das Antriebsdrehglied 3 und
das angetriebene Drehglied 7 sind konzentrisch angeordnet,
sodass die Drehglieder 3 und 7 relativ zueinander
um eine Achse gedreht werden können.
Das Antriebsdrehglied 3 weist einen in der Axialrichtung
kurzen zylindrischen Teil auf, durch den ein gestuftes Loch 6 ausgebildet
ist, und das angetriebene Drehglied 7 weist an einer Position
in der Axialrichtung, die dem vorderen Ende der Nockenwelle 1 entspricht,
einen Flanschteil auf, der in dem gestuften Loch 6 aufgenommen
ist, um eine relative Drehung zwischen dem Antriebsglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7 zu ermöglichen. Ein zylindrischer
Teil 21 ist an einer Vorderseite des Antriebsdrehglieds 3 befestigt,
sodass der zylindrische Teil 21 zusammen mit dem Antriebsdrehglied 3 gedreht
werden kann.
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Der Drehphasensteuermechanismus 4 umfasst
ein Zwischendrehglied 18 mit einem zylindrischen Basisteil
und einem Flanschteil 18a, der an einem hinteren Ende des
Basisteils ausgebildet ist. Das Zwischendrehglied 18 wird
um das Antriebsdrehglied 7 durch Lager 29 gehalten,
sodass das Zwischendrehglied 18 relativ zu dem Antriebsdrehglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7 um die Achse gedreht werden
kann, wenn es eine Betätigungskraft
von dem Betätigungsmechanismus 5 empfängt, wodurch
eine relative Drehung zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7 verursacht wird.
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Der Drehphasensteuermechanismus 4 umfasst
weiterhin eine Radialführung,
eine Spiralführung,
einen beweglichen Teil und eine Verbindung zum Einstellen der Drehphase
zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und dem angetriebenen
Drehglied 7, wenn das Zwischendrehglied 18 gedreht
wird.
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Die Radialführung umfasst Radialführungsrillen 8,
die in dem Antriebsdrehglied 3 oder dem angetriebenen Drehglied 7 ausgebildet
sind. In der ersten Ausführungsform
sind drei Radialführungslinien 8 in
einer Vorderseite des Antriebsdrehglieds 3 ausgebildet.
Jede Führungsrille 8 weist
ein Paar von parallelen und einander gegenüberliegenden Wänden auf, die
sich wie in 2 gezeigt
beinahe radial von dem Antriebsdrehglied 3 erstrecken.
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Die Spiralführung umfasst eine konzentrische
Spiralführungsrille 15,
die in einer Rückfläche des
Flanschteils 18a des Zwischendrehglieds 18 ausgebildet
ist. Wie in 1 und 2 gezeigt, ist die Führungsrille 15 im
Querschnitt halbkreisförmig
und reduziert den Spiralradius entlang der Drehrichtung des Antriebsdrehglieds 3 graduell.
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Der bewegliche Teil umfasst Gleitelemente, die
jeweils gleitbar mit der Radialführung
und der Spiralführung
verbunden sind. In der ersten Ausführungsform umfasst der bewegliche
Teil drei Sätze
von Stiften 13 und 16 und Spiralfedern 17.
Jeder der Stifte 13 ist als säulenförmiger Vorsprung ausgebildet und
gleitbar in der Führungsrille 15 aufgenommen. Jeder
der Stifte 16 weist einen halbkugelförmigen Vorsprung 16a auf,
der gleitbar in der Führungsrille 15 aufgenommen
ist und durch die Feder 17 unter Spannung gehalten wird.
Wenn das Zwischendrehglied 18 in einer verzögernden
Richtung in Bezug auf das Antriebsdrehglied 3 gedreht wird,
gleiten die Stifte 13 und 16 jeweils in und entlang
der Führungsrillen 8 und 15,
um den beweglichen Teil radial nach innen zu führen. Andererseits gleiten
die Stifte 13 und 16 in und entlang der Führungsrillen 8 und 15,
um den beweglichen Teil radial nach außen zu führen, wenn das Zwischendrehglied 18 in
einer vorrückenden
Richtung in Bezug auf das Antriebsdrehglied 3 gedreht wird.
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Die Verbindung umfasst Verbindungshebel 9 und
Verbindungsarme 11, um den beweglichen Teil mit entsprechend
dem angetriebenen Drehglied 7 oder dem Antriebsdrehglied 3 zu
verbunden und dadurch die Drehphase zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7 um einen Grad einzustellen,
welcher der Radialbewegung des beweglichen Teils entspricht. In
der ersten Ausführungsform
umfasst die Verbindung drei Sätze
von Verbindungshebeln 9 und Verbindungsarmen 11.
Jeder Hebel 9 ist einstückig
mit dem Antriebsdrehglied 7 ausgebildet, sodass er sich
an einer von der Achse entfernten Position auf der Vorderseite des
Flanschteils des angetriebenen Drehglieds 7 radial nach
außen
erstreckt. Jeder der Arme 11 ist zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und
dem Zwischendrehglied 18 angeordnet und weist zwei Enden
auf: ein inneres Ende, das mittels eines Stiftes 12 schwenkbar
an dem Hebel 9 fixiert ist, und ein äußeres Ende, das mit den Stiften 13 und 16 verbunden
ist. Der Stift 13 ist einstückig mit einer Rückseite
des äußeren Endes des
Verbindungsarms 11 ausgebildet. Weiterhin ist ein Loch 14 an
einer Vorderseite des äußeren Endes des
Verbindungsarms 11 ausgebildet, sodass der Stift 16 in
dem Loch 14 zusammen mit der Feder 17 gehalten
wird.
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Der Betätigungsmechanismus 5 umfasst eine
Spiralfeder 19, die das Zwischendrehglied 18 konstant
in der Drehungsrichtung des Antriebsdrehglieds 3 vorspannt,
sowie eine Hysteresebremse 20, die selektiv eine Bremskraft
gegen die Spannung der Feder 19 erzeugt, um das Zwischendrehglied 18 in der
zu der Drehung des Antriebsdrehglieds 3 entgegengesetzten
Richtung zu drehen. Der Betätigungsmechanismus 5 gestattet
es der Hysteresebremse 20, ihre Bremskraft entsprechend
in Übereinstimmung
mit dem Motorbetriebszustand anzupassen, sodass sie eine Drehung
des Zwischendrehgliedes 18 relativ zu dem Antriebsdrehglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7 veranlasst oder das Zwischendrehglied 18 sperrt.
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Die Feder 19 ist auf der
Vorderseite des Flanschteils 18a des Zwischendrehglieds 18 angeordnet
und weist ein inneres Ende, das mit dem Basisteil des Zwischendrehglieds 18 verbunden
ist, und ein äußeres Ende
auf, das mit dem zylindrischen Teil 21 verbunden ist.
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Die Hysteresebremse 20 umfasst
einen Hysteresering (als erstes Glied) 23, der einen Hystereseteil 23a mit
einer magnetischen Hysteresekennlinie aufweist, eine elektromagnetische
Spule (als Magnetfeld-Steuereinheit) 24 zum Steuern eines
Magnetfelds und ein Spulenjoch (als zweites Glied) 25,
das einen magnetischen Teil aufweist, von dem das Magnetfeld über den
Hystereseteil 23a wie in 1 bis 3 gezeigt erzeugt wird. Die
Spule 24 und das Spulenjoch 25 werden nicht drehbar
durch die VCT-Abdeckung gehalten, und der Hysteresering 23 kann
relativ zu der Spule 24 und dem Spulenjoch 25 bewegt werden,
um eine Bremskraft auf den Hystereseteil 23a aufgrund der
magnetischen Hysteresekennlinie auszuüben, wenn sich der Hystereseteil 23a durch das
Magnetfeld bewegt. Eine Steuereinrichtung 35 ist vorgesehen,
um die Stromversorgung der Spule 24 in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand
zu steuern.
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Insbesondere ist der Hysteresering 23 allgemein
zylindrisch und mit einem Boden ausgebildet und weist eine Halteplatte 22 auf,
die mit einem vorderen Ende des Zwischendrehglieds 18 verbunden ist.
Wenigstens der Hystereseteil 23a des Hystereserings 23 ist
aus einem magnetisch halb-gehärteten Material
(d. h. einem Hysteresematerial) ausgebildet, um
die magnetische Hysteresekennlinie für den Hystereseteil 23a vorzusehen.
Dabei sieht die magnetische Hysteresekennlinie wie in 5 gezeigt eine Verzögerung von Änderungen
in der magnetischen Flussdichte B (T) nach Änderungen im Magnetfeld vor,
wenn das externe Magnetfeld H (A/m) variiert wird. Der Hystereseteil 23a ist
mit einer zylindrischen Form an einer äußeren Peripherie des Hystereserings 23 ausgebildet.
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Das Spulenjoch 25 ist allgemein
zylindrisch ausgebildet und umgibt die Spule 24. Eine innere
Peripherie des Spulenjochs 25 ist an dem vorderen Ende
des angetriebenen Drehglieds 7 über Lager 28 befestigt,
um eine Drehung des Antriebsdrehglieds 7 zu gestatten.
Das Spulenjoch 25 weist an einer Rückseite ein Paar von am Umfang
gegenüberliegenden zylindrischen
Oberflächen 26 und 27 auf,
wobei zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen 26 und 27 ein
zylindrischer Luftspalt vorhanden ist. Der Hystereseteil 23a des
Hystereserings 23 ist in dem Luftspalt zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen 26 und 27 angeordnet
und wird von den Oberflächen 26 und 27 beabstandet
gehalten. Der magnetische Teil umfasst Vorsprünge 26a und 27a,
die an den gegenüberliegenden
Oberflächen 26 und 27 des Spulenjochs 25 ausgebildet
sind und jeweils als Nord- und Südpole
dienen. Die Vorsprünge 26a und 27a sind
entlang des Umfangs in einer gestuften Konfiguration angeordnet.
In der ersten Ausführungsform
weisen die gegenüberliegenden
Oberflächen 26 und 27 des
Spulenjochs 25 sich axial erstreckende, gleichmäßig beabstandete
Vertiefungen 26b und 27b auf, wobei die Vorsprünge 26a und 27a durch
den Abstand zwischen benachbarten Vertiefungen derart definiert
werden, dass die Vorsprünge 26a und 27a jeweils
den Vertiefungen 27b und 26b gegenüberliegen.
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Bei einer Versorgung mit Strom induziert
die Spule 24 das Magnetfeld zwischen jedem der Vorsprünge 26a und
dem benachbarten Vorsprung 27a. Die Richtung des Magnetfelds
zwischen den Vorsprüngen 26a und 27a weist
einen Winkel relativ zu der Umfangsrichtung des Hystereserings 23 auf,
der durch die Pfeile von 6 angegeben
wird.
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Im Folgenden wird der Betrieb der
Hysteresebremse 20 mit Bezug auf 7A und 7B erläutert.
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Wenn das Magnetfeld zuerst über den
Hystereseteil 23a wie in 7A gezeigt
angelegt wird, entsteht ein magnetischer Fluss innerhalb des Hystereseteils 23a in
derselben Richtung, die das Magnetfeld zwischen den Vorsprüngen 26a und 27a aufweist.
Wenn der Hysteresering 23 nach Empfang einer externen Kraft
F wie in 7B gezeigt
gedreht wird, sieht der Hystereseteil 23a eine magnetische Hysteresekennlinie
vor, aufgrund welcher die Änderungen
des magnetischen Flusses innerhalb des Hystereseteils 23a gegenüber den Änderungen
des Magnetfelds zwischen den Vorsprüngen 26a und 27a verzögert werden,
was eine Verzerrung des Magnetfelds zwischen den Vorsprüngen 26a und 27a verursacht.
Um eine derartige Verzerrung zu beseitigen und das aus den Vorsprüngen 27a austretende
und in den Hystereseteil 23a eintretende Magnetfeld mit dem
aus dem Hystereseteil 23a austretenden und in die Vorsprünge 26a eintretenden
Magnetfeld auszurichten, wird ein Bremskraft F' gegen die Kraft F entwickelt, um die
Drehung des Hystereserings 23 zu bremsen. Wenn die Bremskraft
durch die Hysteresebremse 20 aufgrund einer Verzögerung von Änderungen
in der Magnetisierung des Hystereseteils 23a hinter den Änderungen
des Magnetfelds zwischen den Vorsprüngen 26a und 27a erzeugt
wird, ist die Stärke
der Bremskraft unabhängig
von der Drehgeschwindigkeit des Hystereserings 23 (d. h.
von der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Hysteresering 23a und
den Vorsprüngen 26a und 27a),
aber allgemein proportional zu der Intensität des Magnetfelds zwischen
den Vorsprüngen 26a und 27a (d. h. zu
der Größe des zu
der Spule 24 zugeführten
Magnetisierungsstroms).
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Die Leistung der Hysteresebremse 20 wird nun
mit derjenigen einer Wirbelstrombremse verglichen, wobei die Magnetisierungsströme a, b,
c und d (a < b < c < d) angelegt werden.
Die durch die Hysteresebremse 20 erzeugte Bremskraft hängt wie
in 8A gezeigt von dem
durch die Spule 24 zugeführten Strom ab und wird nicht
durch die Drehgeschwindigkeit des Hystereserings 23 beeinflusst,
obwohl die durch die Wirbelstrombremse erzeugte Bremskraft wie in 8B gezeigt in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit
des entsprechenden Drehglieds als auch von dem zu der Spule zugeführten Strom
variiert.
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In dem oben beschriebenen Aufbau
wird die Ventilzeitsteuervorrichtung wie folgt betrieben.
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Wenn der Motor gestartet wird oder
leer läuft, veranlasst
die Steuereinrichtung 35, dass die Spule 24 nicht
mit Strom versorgt wird, sodass der Hysteresering 23 von
der Bremskraft befreit wird. Das Zwischendrehglied 18 wird
in der vorrückenden
Richtung in Bezug auf das Antriebsdrehglied 3 unter der
Spannung der Feder 19 gedreht, wobei dann der bewegliche
Teil durch die Radialführung
und die Spiralführung
geführt
wird, um sich in der Richtung radial nach außen zu bewegen, wie in 2 gezeigt. Nach einer derartigen
radial nach außen
gerichteten Bewegung des beweglichen Teils veranlasst die Verbindung eine
relative Drehung zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und dem
angetriebenen Drehglied 7, um die Drehphase zwischen dem
Antriebsdrehglied 3 und dem angetriebenen Drehglied 7 (d. h.
die Drehphase der Nockenwelle 1 relativ zu der Kurbelwelle)
zu der am meisten verzögerten
Phase einzustellen. Dadurch können
der Motorbetrieb stabilisiert und die Kraftstoffeffizienz verbessert
werden.
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Wenn der Motor zu einem normalen
Betriebsmodus wechselt, gibt die Steuereinrichtung 35 einen
Befehl, um die Drehphase zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7 zu der am meisten vorgerückten Phasenposition
einzustellen. Die Steuereinrichtung 35 veranlasst eine Versorgung
der Spule 24 mit Strom, sodass das Zwischendrehglied 18 die
Bremskraft durch den Hysteresering 23 empfängt. Da
die Bremskraft gegen die Spannung der Feder 19 wirkt, wird
das Zwischendrehglied 18 in der verzögernden Richtung in Bezug auf
das Antriebsdrehglied 3 gedreht. Dann wird der bewegliche
Teil durch die Radialführung
und die Spiralführung
wie in 4 gezeigt geführt, sodass
es sich radial nach innen bewegt. Bei einer derartigen radial nach
innen gerichteten Bewegung des beweglichen Teils veranlasst die
Verbindung eine relative Drehung zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7, um die Drehphase zwischen
dem Antriebsdrehglied 3 und dem angetriebenen Drehglied 7 (d. h.
die Drehphase der Nockenwelle 1 relativ zu der Kurbelwelle)
zu der am meisten vorgerückten
Position einzustellen. Dadurch wird eine höhere Leistungserzeugung des
Motors ermöglicht.
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Um die Drehphase von der am meisten
vorgerückten
Phasenposition zu der am meisten verzögerten Phasenposition zu wechseln,
veranlasst die Steuereinrichtung 35, das die Spule 24 nicht
mit Energie versorgt wird. Das Zwischendrehglied 18 wird
in der vorrückenden
Richtung unter der Spannung der Feder 19 gedreht. Der bewegliche
Teil wird durch die Radialführung
und die Spiralführung
radial nach außen
bewegt, sodass die Verbindung eine relative Drehung zwischen dem
Antriebsdrehglied 3 und dem angetriebenen Drehglied 7 verursacht,
um die Drehphase zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und dem angetriebenen
Drehglied 7 zu der am meisten verzögerten Phasenposition einzustellen.
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Die Drehphase zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und
dem angetriebenen Drehglied 7 ist nicht auf die am meisten
verzögerte
und die am meisten vorgerückte
Phasenposition beschränkt,
sondern kann auf eine beliebige Phasenposition eingestellt werden,
indem die durch die Hysteresebremse 20 erzeugte Bremskraft
gesteuert wird. Die eingestellte Drehphase kann durch die von der
Hysteresebremse 20 erzeugte Bremskraft gehalten werden,
um die Spannung der Feder 19 auszugleichen.
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Wie oben beschrieben, kann die Hysteresebremse 20 eine
ausreichende Bremskraft auf das Zwischendrehglied 18 ausüben, ohne
dass ein Reibungskontakt zwischen dem Zwischendrehglied 18 und
dem Hysteresering 23 vorliegt. Es besteht keine Gefahr,
dass das Zwischendrehglied 18 und der Hysteresering 23 verschleißen, auch
wenn die Ventilzeitsteuervorrichtung über eine längere Zeitdauer betrieben wird.
Deshalb kann die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung eine große
Genauigkeit bei der Ventilzeitsteuerung aufrechterhalten und eine
hohe Zuverlässigkeit sicherstellen.
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Da die Bremskraft durch die Hysteresebremse 20 unabhängig von
der Drehgeschwindigkeit des Hystereserings 23 erzeugt wird,
ist die durch die Hysteresebremse 20 erzeugte Bremskraft
unabhängig von
der Drehgeschwindigkeit des Zwischendrehglieds 18. Deshalb
kann eine ausreichend große Bremskraft
auf das Zwischendrehglied 18 ausgeübt werden, sodass die Bremskraft
eine große
Spannung der Feder 19 ausgleichen kann, auch wenn die Drehgeschwindigkeit
des Zwischendrehgliedes 18 relativ niedrig ist. Die Ventilzeitsteuervorrichtung
der ersten Ausführungsform
kann verhindern, dass ihre Ventilzeitsteuerreaktion verschlechtert
wird, wenn sich der Motor mit geringer Geschwindigkeit dreht, und
dadurch eine unmittelbare Ventilzeitsteuerung in jedem beliebigen
Motorgeschwindigkeitsbereich erreichen. Die Ventilzeitsteuervorrichtung
kann auch verhindern, dass das Zwischendrehglied 18 unter
dem Einfluss eines großen
alternierenden Drehmoments der Nockenwelle 1 während einer
langsamen Drehung des Motors schlägt, und kann die Drehphase
zwischen dem Antriebsdrehglied 3 und dem angetriebenen
Drehglied 7 stabil halten. Da die Bremskraft proportional
zu dem zu der Spule 24 zugeführten Magnetisierungsstrom
zugeführt
wird, kann die Versorgung der Spule 24 mit Strom einfach
und genau gesteuert werden, um die Bremskraft in Übereinstimmung
mit dem Motorbetriebszustand einzustellen.
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Weiterhin ist der Hystereseteil 32a des
Hystereserings 23 in dem Luftspalt zwischen den gegenüberliegenden
zylindrischen Oberflächen 26 und 27 angeordnet,
wobei die Spule 24 das Magnetfeld zwischen den Vorsprüngen 26a und 27a erzeugt,
die auf den gegenüberliegenden
zylindrischen Oberflächen 26 und 27 entlang
des Umfangs in einer gestuften Konfiguration ausgebildet sind. Bei
einem derartig einfachen Aufbau kann das Magnetfeld einfacher und
genauer nur durch die Versorgung und Nichtversorgung der Spule 24 mit
Strom gesteuert werden als es mittels einer mechanischen Einrichtung
möglich wäre. Dadurch
kann eine Verkleinerung der Vorrichtung sowie eine Reduktion der
Herstellungskosten erreicht werden. Weiterhin kann die Radialgröße der Hysteresebremse 20 klein
gehalten werden, während
der Hystereseteil 23a den zylindrischen Oberflächen 26 und 27 mit
einer größeren Fläche gegenübersteht,
wodurch eine Verkleinerung der Vorrichtung ermöglicht wird.
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Außerdem sieht der Drehphasensteuermechanismus 4 einen
geringen Gleitwiderstand in dem beweglichen Teil vor, der durch
die Radial- und Spiralführungen
unter Verwendung der Gleitelemente zu führen ist (etwa durch den Stift 16,
der gleitbar in der Führungsrille 15 aufgenommen
ist). Da der Drehphasensteuermechanismus 4 mit einer relativ
kleinen Betätigungskraft
betätigt
werden kann, kann der Betätigungsmechanismus 5 in
vorteilhafter Weise eine kleinere Version der Hysteresebremse 20 verwenden,
um in den beschränkten
Raum des Motors zu passen.
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Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 9 bis 11 erläutert.
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Eine Ventilzeitsteuervorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist in ihrem Aufbau der ersten Ausführungsform ähnlich, mit Ausnahme der Hysteresebremse 120 des
Betätigungsmechanismus 5.
Die Hysteresebremse 120 umfasst einen Hysteresering (als
erstes Glied) 123 mit einem scheibenförmigen Hystereseteil 123a,
eine elektromagnetische Spule (als Magnetfeld-Steuereinheit) 124 und
ein Spulenjoch (als zweites Glied) 125.
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Insbesondere weist der Hysteresering 123 eine
Halteplatte 122 auf, die mit dem Zwischendrehglied 18 verbunden
ist und sich entlang der Rückseite des
Spulenjochs 125 erstreckt. Die
Halteplatte 122 ist an
einer äußeren Peripherie
mit dem scheibenförmigen
Hystereseteil 123a verbunden.
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Die Spule 124 ist an der äußeren Peripherie des
Spulenjochs 125 verbunden. Die Spule 124 und das
Spulenjoch 125 werden nicht-drehbar durch die VCT-Abdeckung
(nicht gezeigt) gehalten, und eine innere Peripherie des Spulenjochs 125 ist
an dem vorderen Ende des angetriebenen Drehglieds 7 mittels
der Lager 28 befestigt, um eine Drehung des angetriebenen
Drehglieds 7 zu gestatten.
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Das Spulenjoch 125 weist
ein Paar von axial gegenüberliegenden
scheibenförmigen
Oberflächen 126 und 127 auf, wobei zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen 126 und 127 ein
Luftspalt gelassen ist. Der scheibenförmige Hystereseteil 123a des Hystereserings 126 ist
in dem Luftspalt zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 126 und 127 angeordnet
und wird von den Oberflächen 126 und 127 beabstandet
gehalten. Wie in 10 und 11 gezeigt, umfasst der magnetische Teil des Spulenjochs 125 Vorsprünge 126a und 127a,
die auf den gegenüberliegenden
Oberflächen 126 und 127 des
Spulenjochs 125 ausgebildet sind und jeweils als Süd- und Nordpole
dienen. Die Vorsprünge 126a und 127a sind
entlang des Umfangs in einer gestuften Konfiguration angeordnet.
In der zweiten Ausführungsform
weisen die gegenüberliegenden
scheibenförmigen
Oberflächen 126 und 127 sich
radial erstreckende und gleichmäßig beabstandete
Vertiefungen 126b und 127b auf, um die Vorsprünge 126a und 127a durch den
Abstand zwischen benachbarten Vertiefungen derart zu definieren,
dass die Vorsprünge 126a und 127a jeweils
den Vertiefungen 127b und 126b gegenüberstehen.
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Bei einer Versorgung mit Strom induziert
die Spule 124 das Magnetfeld zwischen jedem Vorsprung 126a und
dem benachbarten Vorsprung 127a. Die Richtung des Magnetfeldes
zwischen den Vorsprüngen 126a und 127a weist
einen Winkel relativ zu der Umfangsrichtung des Hystereserings 123 auf,
wie durch die Pfeile in 10 angegeben.
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In dem oben beschriebenen Aufbau
erzeugt die Hysteresebremse 120 eine Bremskraft genauso wie
die Hysteresebremse 20, sodass die Bremskraft über den
Hysteresering 123 auf das Zwischendrehglied 18 ausgeübt wird.
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Weiterhin weist der bewegliche Teil
des Drehphasensteuermechanismus 4 eine Kugel 116 (als
Gleit-/Rollelement) auf, die in der Spiralrille 15 aufgenommen
ist.
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Die Ventilzeitsteuervorrichtung der
zweiten Ausführungsform
kann im wesentlichen dieselben Effekte vorsehen wie in der ersten
Ausführungsform. Weil
der scheibenförmige
Hystereseteil 123a des Hystereserings 123 in dem
Luftspalt zwischen den axial gegenüberliegenden scheibenförmigen Oberflächen 126 und 127 des
Spulenjochs 125 angeordnet ist, kann außerdem die Hysteresbremse 120 mit einer
in der Axialrichtung kürzeren
Länge vorgesehen
werden, wodurch die Axiallänge
der Vorrichtung reduziert wird. Dabei hängt das auf den Hysteresering 123 ausgeübte Bremsdrehmoment
von der erzeugten Bremskraft und dem Abstand zu der Drehachse ab.
Da der Hysteresering 123 derart angeordnet ist, dass sich
der Hystereseteil 123a radial nach außen erstreckt, kann das Bremsdrehmoment
einfach erhöht
und effizient auf das Zwischendrehglied 18 übertragen
werden.
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Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 12 bis 15 erläutert.
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Eine Ventilzeitsteuervorrichtung
gemäß der dritten
Ausführungsform
weist einen ähnlichen
Aufbau auf wie die erste Ausführungsform,
mit Ausnahme der Verbindung zwischen dem Hysteresering 23 und
dem Zwischendrehglied 18 sowie der Halterung für den Hysteresering 23.
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Insbesondere weist ein angetriebenes
Drehglied 207 eine kürzere
Länge auf
als das angetriebene Drehglied 7, sodass es nicht innerhalb
einer inneren Peripherie der Spule 24 angeordnet ist. Das
Zwischendrehglied 18 weist einen Flanschring 30 auf, der
einstückig
mit einem vorderen Ende des Basisteils des Zwischendrehglieds 18 ausgebildet
ist und sich radial nach außen
erstreckt. Das Spulenjoch 25 ist an einem stationären Teil
der Vorrichtung (in der dritten Ausführungsform an der VCT-Abdeckung 34) befestigt.
Weiterhin weist der Hysteresering 23 eine Halteplatte 222 auf,
die an ihrem einen Ende an dem Hystereseteil 23a befestigt
ist. Die Halteplatte 222 umfasst einen dicken Plattenteil 222a und
einen zylindrischen Teil 222b, der sich von dem Plattenteil 222a erstreckt
und einen stufenweise reduzierten Durchmesser aufweist. Der zylindrische
Teil 222b der Halteplatte des Hystereserings 23 wird
drehbar auf einer inneren Peripherie des Spulenjochs 24 durch radiale
Rollenlager 33 gehalten. Alternativ hierzu kann der zylindrische
Teil 222b durch die Lager 33 auf der VCT-Abdeckung 34 oder
dem anderen stationären
Teil der Vorrichtung gehalten werden.
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Der Flanschring 30 oder
die Halteplatte 222 weist eine radial ausgebildete Rille 31 auf,
während entsprechend
die Halteplatte 222 oder der Flanschring 30 einen
Vorsprung 32 aufweist, der gleitbar in die Rille 31 aufgenommen
ist. In der dritten Ausführungsform
ist die Rille 31 durch den Flanschring 30 ausgebildet
und erstreckt sich radial, wobei der Vorsprung 32 auf dem
Halteteil 222a der Halteplatte 222 ausgebildet
ist. Die gleitbare Aufnahme des Vorsprungs 32 in der Rille 31 gestattet
die radiale Verschiebung des Zwischendrehglieds 18 relativ
zu dem Hysteresering 23, verhindert aber eine relative
Drehung zwischen dem Zwischendrehglied 18 und dem Hysteresering 23.
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Die Ventilzeitsteuervorrichtung der
dritten Ausführungsform
kann im wesentlichen dieselben Effekte wie in der ersten Ausführungsform
vorsehen. Das Zwischendrehglied 18 kann aufgrund der radialen
Schwingung der Nockenwelle 1 während des Motorbetriebs radial
verschoben werden. Die Verbindung der Rille 21 mit dem
Vorsprung 32 erlaubt eine radiale Verschiebung des Zwischendrehglieds 18 relativ
zu dem Hysteresering 23, aber verhindert eine relative
Drehung zwischen dem Zwischendrehglied 18 und dem Hysteresering 23.
Deshalb kann eine radiale Verschiebung des Zwischendrehgliedes 18 durch
die Verbindung der Rille 31 mit dem Vorsprung 32 unterstützt werden,
wobei aber verhindert wird, dass der Hysteresering 23 durch
die radiale Verschiebung des Zwischendrehglieds 18 beeinflusst wird.
Weil der Hysteresering 23 auf dem Spulenjoch 25 über die
Lager 33 gehalten wird, kann weiterhin ein Zwischenraum
zwischen dem Hystereseteil 23a und den Vorsprüngen 26a und 27a der
gegenüberliegenden
zylindrischen Oberflächen 26 und 27 aufrechterhalten
werden, indem der Hysteresering 23 konzentrisch mit dem
Spulenjoch 25 angeordnet wird, sodass die Magnetisierung
des Hystereseteils 23a konstant stabilisiert wird.
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Der oben beschriebene Aufbau zum
Verbinden des Zwischendrehgliedes 18 mit dem Hysteresering 23 sowie
zum Halten der Hystereserings 23 wird verwendet, um die
erste Ausführungsform
zu modifizieren, wobei er jedoch auch auf die andere Ausführungsform
der Erfindung angewendet werden kann.
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Im Folgenden wird abschließend eine
vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 16 beschrieben.
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Eine Ventilzeitsteuervorrichtung
gemäß der vierten
Ausführungsform
weist einen ähnlichen
Aufbau auf wie in der ersten und dritten Ausführungsform, mit Ausnahme einer
Hysteresebremse 320 des Betätigungsmechanismus 5.
Die Hysteresebremse 320 umfasst einen Hysteresering (als
erstes Glied) 323 mit einem ringförmigen flachen Hystereseteil 323a,
ein Paar von ringförmigen
Dauermagnetblöcken
(als zweites Glied) 40 und 41, die einander axial gegenüberliegen,
und ein Drehglied (als Magnetfeld-Steuereinheit), das eine relative
Drehung zwischen den Dauermagnetblöcken 40 und 41 zur
Steuerung eines zwischen den Dauermagnetblöcken 40 und 41 erzeugten
Magnetfelds veranlasst.
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Insbesondere ist wenigstens der Hystereseteil 323a des
Hystereserings 323 aus einem magnetischen halb-gehärteten Material
ausgebildet, um eine magnetische Hysteresekennlinie wie in den vorausgehenden
Ausführungsformen
vorzusehen.
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Die Dauermagnetblöcke 40 und 41 weisen jeweils
Polflächen 40a und 41a auf,
wobei eine Luftspalt zwischen den Polflächen 40a und 41a gelassen
ist. Der Hystereseteil 323a des Hystereserings 323 ist
in dem Luftspalt zwischen den Polflächen 40a und 41a angeordnet
und wird mit einem Abstand zu den Polflächen 40a und 41a gehalten.
Die Polflächen 40a und 41a weisen
eine entgegengesetzte Polarität
auf und sind entlang des Umfangs voneinander beabstandet, um das
zwischen den Polflächen 40a und 41a erzeugte
Magnetfeld einzustellen.
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Das Drehglied umfasst einen fixierten
Basisblock 42, der nicht-drehbar an der VCT-Abdeckung 34 befestigt
ist, um den Dauermagnetblock 40 als eine Einheit zu halten,
einen beweglichen Basisblock 43, der den Dauermagnetblock 41 als
eine Einheit hält,
einen Motor 40 zum Drehen des Basisblocks 43 relativ
zu dem Basisblock 42, ein Schneckengetriebe 46,
durch den eine äußere Peripherie
des Basisblocks 43 mit dem Motor 40 verbunden
ist, und eine Steuereinrichtung 350, die den Betrieb des
Motors 40 steuert. Beide Basisblöcke 42 und 43 sind
ringförmig, sodass
sich der zylindrische Teil 322b der Halteplatte 322 durch
die Basisblöcke 42 und 43 erstreckt.
Eine innere Peripherie des Basisblocks 42 hält ein vorderes
Ende des zylindrischen Teils 322b der Halteplatte 322 mittels
einem Lager 45a, und eine innere Peripherie des Basisblocks 43 wird
auf dem zylindrischen Teil 322b der Halteplatte 322 über ein
Lager 45b gehalten.
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Wenn der Motor 44 auf einen
Befehl aus der Steuereinrichtung 350 hin betrieben wird,
wird der Basisblock 43 relativ zu dem Basisblock 42 gedreht, um
eine relative Drehung zwischen den Dauermagnetblöcken 40 und 41 zu
veranlassen, sodass das Magnetfeld zwischen den Polflächen 40a und 41a und über den
Hysteresering 323 gesteuert wird. Dann erzeugt die Hysteresebremse 320 eine
Bremskraft genauso wie die Hysteresebremse 20.
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Die Ventilzeitsteuervorrichtung der
vierten Ausführungsform
kann im wesentlichen dieselben Effekte vorsehen wie diejenigen der
weiter oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen. Außerdem ermöglicht die
Verwendung der Dauermagnetblöcke 40 und 41 einen
niedrigen Stromverbrauch, ohne dass die elektromagnetische Spule 24 oder 124 mit
Strom versorgt werden muss, um das Magnetfeld wie in den anderen
Ausführungsformen zu
erzeugen.
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Der gesamte Inhalt der japanischen
Patentanmeldung Nr.
2002-166411 (vom
7. Juni 2002) ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
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Die vorliegende Erfindung wurde mit
Bezug auf spezifische Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese
Ausführungsformen
beschränkt
ist. Es können durch
den Fachmann auf der Basis der vorstehenden Lehren verschiedene
Modifikationen und Variationen an den beschriebenen Ausführungsformen
vorgenommen werden. Der Umfang der Erfindung wird mit Bezug auf
die beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Beschriftungen zu 7A
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- Richtung des magnetischen Flusses
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Beschriftungen zu 8A und 8B
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- a: Bremskraft
- b: Drehgeschwindigkeit (U/min)