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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor
und insbesondere auf eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung, die dazu
in der Lage ist, die Betriebseigenschaft von einem Ventil mechanisch
zu ändern.
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Hintergrund des Standes der
Technik
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Eine
im Stand der Technik bekannte variable Ventilbetätigungsvorrichtung, die beispielsweise
in der
JP 2003-239
712 A offenbart ist, ändert
mechanisch den Ventilanhebebetrag und die Ventilzeit in Übereinstimmung
mit dem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors. Bei der variablen
Ventilbetätigungsvorrichtung
(die nachstehend als Technologie des Standes der Technik bezeichnet
ist), die in der
JP 2003-239
712 A beschrieben ist, ist ein Steuerarm an einer Steuerwelle
befestigt, die parallel zu einer Nockenwelle positioniert ist. Ein
Ende eines Mitnehmers (Folgeeinrichtung) ist über dem Steuerarm eingebaut und
kann frei schwenken. Ein Schwenknocken ist über der Steuerwelle eingebaut
und kann frei schwenken, und ein Schwenkarm wird gegen die Oberfläche von
dem Schwenknocken gedrückt.
Eine erste Rolle und eine zweite Rolle, die unabhängig voneinander
sich drehen können,
sind konzentrisch über
dem Mitnehmer eingebaut. Die erste Rolle steht in Kontakt mit einem
Ventilnocken der Nockenwelle, wohingegen die zweite Rolle in Kontakt
mit einer flachen Oberfläche
(Kontaktfläche)
steht, die entgegengesetzt zu der Schwenknockenfläche von
dem Schwenknocken ausgebildet ist.
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Wenn
sich die Steuerwelle dreht, um die Drehposition des Steuerarms in
einer Situation zu ändern,
bei der der vorstehend beschriebene Aufbau angewendet wird, wird
der Mitnehmer versetzt, um den Abstand zwischen der Steuerwelle
und der Kontaktposition zwischen dem Schwenkarm und der zweiten
Rolle zu ändern,
wodurch sich der Anhebebetrag von dem Ventil ändert. Des Weiteren ändert sich
die Ventilzeit gleichzeitig, wenn die Umfangsposition von dem Ventilnocken,
der mit der ersten Rolle an der gleichen Drehposition der Nockenwelle
in Kontakt gelangt, sich ändert.
Anders ausgedrückt kann
die in der
JP 2003-239
712 A beschriebene Technologie des Standes der Technik
gleichzeitig den Anhebebetrag des Ventils und die Ventilzeit ändern durch
die Anwendung eines Motors zum Steuern der Drehposition von der
Steuerwelle.
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Inklusive
der vorstehend erwähnten
Druckschrift sind der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung
die folgenden Druckschriften als Stand der Technik, der zu der vorliegenden
Erfindung zugehörig
ist, bekannt:
- JP
2003-239 712 A ,
- JP 2002-371
816 A ,
- JP 7-63 023 A und
- JP 2004-108
302 A
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Offenbarung der Erfindung
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Wenn
die Technologie des Standes der Technik, die in der
JP 2003-239 712 A beschrieben ist,
angewendet wird, überträgt der Ventilnocken
eine Antriebskraft zu dem Schwenknocken über eine Rolle. Die Rolle schwenkt
um einen Drehpunkt des Mitnehmers gemäß der Drehung von dem Ventilnocken. Der
Schwenknocken schwenkt dann um die Steuerwelle in Koordination mit
dem Schwenken der Rolle. In einem derartigen Fall drückt die
Rolle nicht nur die Kontaktfläche
des Schwenknockens, sondern rollt auch entlang der Kontaktfläche so,
dass sie sich abwechselnd nach vorn und zurück bewegt. Genauer gesagt ist,
während
die Rolle mit einem Nockenbasiskreis des Ventilnockens in Kontakt
steht, die Rolle an einem Führungsende
der Kontaktfläche
des Schwenknockens positioniert. Daher bewegt sich, wenn der Ventilnocken
sich zum Anheben der Rolle dreht, die Position der Rolle an der
Kontaktfläche
des Schwenknockens zu der Steuerwelle hin. Wenn die Rolle entlang
der Kontaktfläche
der vorstehend beschriebenen Art und Weise sich hin- und hergehend bewegt,
wird die Drehbewegung des Ventilnockens in eine Schwenkbewegung
des Schwenknockens und in eine hin- und hergehende Bewegung der
Rolle an der Kontaktfläche
aufgeteilt. Dies führt
zu einer Abnahme bei der Effizienz der Antriebskraftübertragung
von der Nockenwelle zu dem Ventil.
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Die
vorliegende Erfindung soll das vorstehend erörterte Problem lösen. Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung
zu schaffen, die einen Verlust bei der Antriebskraftübertragung
zwischen der Nockenwelle und dem Ventil verringern kann.
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Die
vorstehend dargelegte Aufgabe ist durch eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung
gelöst,
die die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Eine Weiterbildung ist
in Anspruch 2 aufgezeigt. Eine Alternative ist Gegenstand des Anspruchs
3.
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Die
variable Ventilbetätigungsvorrichtung ändert mechanisch
die Betriebseigenschaft eines Ventils relativ zu der Drehung einer
Nockenwelle. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung weist Folgendes auf:
einen Antriebsnocken, der über
der Nockenwelle eingebaut ist; eine Steuerwelle, die parallel zu
der Nockenwelle positioniert ist und zu einem Ändern der Drehposition in kontinuierlicher
Weise oder schrittweise in der Lage ist; ein Schwenkelement, das über der
Steuerwelle eingebaut ist und um die Steuerwelle herum schwenken
kann; eine Schwenknockenfläche, die
an dem Schwenkelement ausgebildet ist, mit einem Ventilstützelement
in Kontakt gelangt, das das Ventil stützt, und das Ventil in eine
Anheberichtung drückt;
eine Gleitfläche,
die an dem Schwenkelement so ausgebildet ist, dass sie dem Antriebsnocken
zugewandt ist; eine Zwischenrolle, die zwischen dem Antriebsnocken
und dem Schwenkelement positioniert ist und mit sowohl der Gleitfläche als
auch einer Nockenfläche
von dem Antriebsnocken in Kontakt gelangt; ein Steuerelement, das
an der Steuerwelle befestigt ist und einen Schwenkdrehpunkt an einer Position
hat, die exzentrisch zu der Mitte von der Steuerwelle ist; und ein
Koppelelement, das die Zwischenrolle in einer derartigen Weise stützt, das
diese sich frei drehen kann, und das die Zwischenrolle mit dem Schwenkdrehpunkt
in einer derartigen Weise koppelt, das ein freies Schwenken ermöglicht wird; wobei
dann, wenn die Steuerwelle bei einer vorbestimmten Drehposition
positioniert ist, der Schwenkdrehpunkt entgegengesetzt zu der Zwischenrolle
in Bezug auf die Steuerwelle positioniert ist.
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Wenn
bei der vorliegenden Erfindung die Nockenwelle sich dreht, wird
ihre Drehbewegung von der Nockenfläche des Antriebsnockens zu
der Gleitfläche
des Schwenkelementes über
die Zwischenrolle übertragen
und zu einer Schwenkbewegung des Schwenkelementes umgewandelt. In
einem derartigen Fall weicht die Drehortskurve von der Zwischenrolle,
die um den Schwenkdrehpunkt ausgemittelt ist, von der Drehortskurve
der Gleitfläche,
die um die Steuerwelle herum ausgemittelt ist, ab aufgrund der Abweichung
zwischen dem Schwenkdrehpunkt und der Steuerwelle. Somit bewegt
sich die Zwischenrolle hin und her entlang der Gleitfläche. Wenn
die Steuerwelle an einer vorbestimmten Drehposition positioniert
ist, wird der Schwenkdrehpunkt so angeordnet, dass die Steuerwelle
zwischen dem Schwenkdrehpunkt und der Zwischenrolle positioniert
ist. Dadurch wird die Abweichung zwischen der Drehortskurve der Zwischenrolle
und der Drehortskurve der Gleitfläche verringert, wodurch die
hin- und hergehende Bewegung der Zwischenrolle entlang der Gleitfläche behindert
wird. Als ein Ergebnis kann das Ventil mit einer hohen Effizienz
angehoben werden, indem der Verlust der Antriebskraftübertragung
zwischen der Nockenwelle und dem Ventil verringert wird.
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Ein
Teil der Last, die die Zwischenrolle von dem Antriebsnocken aufnimmt,
wird zu dem Schwenkdrehpunkt über
das Koppelelement eingebracht. Die Steuerwelle wird in Abhängigkeit
von der Richtung der Last, die auf den Schwenkdrehpunkt eingebracht
wird, per Moment gedreht. Die Kraft, die die Zwischenrolle von dem
Antriebsnocken aufnimmt, variiert mit der Drehung des Antriebsnockens. Daher
variiert, wenn das Moment der Steuerwelle mitgeteilt wird, die Größe des mitgeteilten
Moments ebenfalls mit der Drehung des Antriebsnockens. Wenn das
der Steuerwelle mitgeteilte Moment variiert, kann die Steuerwelle
sich verdrehen, so dass die Drehposition variiert, wodurch die Steuergenauigkeit abnimmt.
Jedoch wird, während
die Steuerwelle in einer vorbestimmten Drehposition positioniert
ist, der Schwenkdrehpunkt entgegengesetzt zu der Zwischenrolle in
Bezug auf die Steuerwelle positioniert. Da dadurch das Moment verringert
wird, das der Steuerwelle mitgeteilt wird, wird die Schwankung der Drehposition
der Steuerwelle, die sich aus der Momentschwankung ergibt, behindert.
Folglich ist bei der vorliegenden Erfindung es möglich, eine variable Steuerung über die
Betriebseigenschaft von dem Ventil mit hoher Genauigkeit auszuüben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können bei
der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung
der Schwenkdrehpunkt, die Steuerwelle und die Zwischenrolle, im
Wesentlichen auf einer Gerade liegend, zueinander ausgerichtet sein.
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Dadurch
wird die Abweichung zwischen der Drehortskurve der Zwischenrolle,
die um den Schwenkdrehpunkt herum ausgemittelt ist, und der Drehortskurve
der Gleitfläche,
die um die Steuerwelle herum ausgemittelt ist, minimal gestaltet.
Die hin- und hergehende Bewegung der Zwischenrolle entlang der Gleitfläche wird
dann so minimal gestaltet, dass das Ventil mit einer hohen Effizienz
angehoben werden kann. Des Weiteren ist es ebenfalls möglich, die
Variation der Drehposition der Steuerwelle, die sich aus der Momentvariation
ergibt, minimal zu gestalten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann bei der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung die vorbestimmte
Drehposition eine Drehposition sein, die einen maximalen Anhebebetrag
dem Ventil mitteilt.
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Bei
einer Drehposition, die den maximalen Anhebebetrag dem Ventil mitteilt,
wird der Schwenkdrehpunkt so positioniert, dass die Steuerwelle
zwischen dem Schwenkdrehpunkt und der Zwischenrolle angeordnet ist.
Dies ermöglicht
ein maximales Gestalten der Effizienz der Antriebskraftübertragung
von der Nockenwelle zu dem Ventil, wenn die maximale Last erzeugt
wird. Da des Weiteren das der Steuerwelle mitgeteilte Moment minimal
gestaltet ist, wird die Variation der Drehposition der Steuerwelle,
die sich aus der Momentvariation ergibt, selbst dann verhindert,
wenn die maximale Last erzeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist alternativ bei der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung die
vorbestimmte Drehposition die am häufigsten angewendete Drehposition.
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Bei
der am häufigsten
angewendeten Drehposition wird der Schwenkdrehpunkt so positioniert, dass
die Steuerwelle zwischen dem Schwenkdrehpunkt und der Zwischenrolle
angeordnet ist. Dies ermöglicht
ein maximales Gestalten der Effizienz der Antriebskraftübertragung
von der Nockenwelle zu dem Ventil bei der häufigsten Situation. Des Weiteren ist
es ebenfalls möglich,
die Variation der Drehposition der Steuerwelle, die sich aus der
Momentvariation ergibt, bei der häufigsten Situation minimal
zu gestalten.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Seitenansicht von dem Aufbau von einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Die 2A und 2B zeigen,
wie die variable Ventilbetätigungsvorrichtung
während
eines großen
Anhebebetrages arbeitet, und insbesondere zeigt 2A einen
Zustand, der dann vorherrscht, wenn ein Ventil geschlossen wird,
und 2B zeigt einen Zustand, der dann vorherrscht,
wenn das Ventil geöffnet
wird.
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Die 3A und 3B zeigen,
wie die variable Ventilbetätigungsvorrichtung
während
eines geringen Anhebebetrages arbeitet, und insbesondere zeigt 3A einen
Zustand, der dann vorherrscht, wenn das Ventil geschlossen wird,
und 3B zeigt einen Zustand, der dann vorherrscht,
wenn das Ventil geöffnet
wird.
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4 zeigt
die Beziehung zwischen einem Ventilanhebebetrag und der Position
von einer Schwenkarmrolle an einer Schwenknockenfläche.
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5 zeigt
die Beziehung zwischen der Ventilzeit und dem Anhebebetrag.
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Bester Modus zum Ausführen der
Erfindung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf
die 1 bis 5 beschrieben.
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Aufbau
der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
eine Seitenansicht von dem Aufbau einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 hat
einen mechanischen Ventilzug der Schwenkarmart. Ein Antriebsnocken 122,
der über
einer Nockenwelle 120 eingebaut ist, wandelt eine Drehbewegung
der Nockenwelle 120 in einer Schwenkbewegung eines Schwenkarms
(Ventilbetätigungselement) 110 um.
Die Schwenkbewegung von dem Schwenkarm wird dann in eine Vertikalanhebebewegung
eines Ventils 104 umgewandelt, das durch den Schwenkarm 110 gestützt wird.
Der Antriebsnocken 122 hat zwei Nockenflächen 124a und 124b,
die sich in Hinblick auf das Profil unterscheiden. Eine Nockenfläche, die
eine Nicht-Betätigungsfläche 124a ist,
ist eine Umfangsfläche
von einem Nockenbasiskreis und ist mit einem feststehenden Abstand
von der Drehachse der Nockenwelle 120 ausgebildet. Die andere
Nockenfläche,
die eine Betätigungsfläche 124b ist,
ist so ausgebildet, dass der Abstand von der Drehachse der Nockenwelle 120 allmählich zunimmt und
dann nach der Spitze allmählich
abnimmt. In dieser Druckschrift wird der Ausdruck „Antriebsnockenfläche 124” dann verwendet,
wenn die Nicht-Betätigungsfläche 124a und
die Betätigungsfläche 124b nicht
voneinander unterschieden werden.
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Bei
der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 treibt
der Antriebsnocken 122 nicht direkt den Schwenkarm 110 an.
Ein Einstellmechanismus 130 ist zwischen dem Antriebsnocken 122 und
dem Schwenkarm 110 positioniert. Der Einstellmechanismus 130 kann
die Koordination zwischen der Drehbewegung des Antriebsnockens 122 und
der Schwenkbewegung des Schwenkarms 110 kontinuierlich ändern. Die
variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 kann
eine variable Steuerung über
den Einstellmechanismus 110 ausüben, um die Schwenkbewegung
und die Schwenkzeit von dem Schwenkarm 110 zu variieren,
und den Anhebebetrag und die Ventilzeit von dem Ventil 104 kontinuierlich ändern.
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Wie
dies nachstehend beschrieben ist, weist der Schwenkarm 110 hauptsächlich eine
Steuerwelle 132, einen Steuerarm 162, einen Verbindungsarm 164,
einen Schwenknockenarm 150, eine erste Rolle 172 und
eine zweite Rolle 174 auf. Die Position von der Steuerwelle 132 relativ
zu der Nockenwelle 120 ist so fixiert, dass die Steuerwelle 132 parallel
zu der Nockenwelle 120 ist. Die Drehposition von der Steuerwelle 132 kann
wunschgemäß durch
einen Aktuator (beispielsweise einen Motor), der nicht gezeigt ist, eingestellt
werden.
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Der
Steuerarm 162 ist an der Steuerwelle 132 in einer
einstückigen
Art und Weise befestigt. Der Steuerarm 162 ragt radial
von der Steuerwelle 132 vor, und der Vorsprung ist mit
einem bogenförmigen
Verbindungsarm 164 versehen. Ein Zapfen 166 wird
verwendet, um das nachlaufende Ende von dem Verbindungsarm 164 mit
dem Steuerarm 162 so zu kuppeln, dass der Verbindungsarm 164 sich
frei drehen kann. Der Zapfen ist exzentrisch zu der Mitte von der
Steuerwelle 132 positioniert und dient als ein Schwenkdrehpunkt
für den
Verbindungsarm 164.
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Der
Schwenknockenarm 150 ist durch die Steuerwelle 132 gestützt und
kann schwenken. Das Führungsende
von dem Schwenknockenarm 150 ist stromaufwärtig in
der Drehrichtung des Antriebsnockens 122 positioniert.
Eine Gleitfläche 156,
die mit der zweiten Rolle 174 in Kontakt gelangt, ist an
der Seite ausgebildet, an der der Schwenknockenarm 150 dem
Antriebsnocken 122 zugewandt ist. Die Gleitfläche 156 ist
allmählich
gekrümmt
zu dem Antriebsnocken 122 hin und ist so ausgebildet, dass
der Abstand zwischen dem Antriebsnocken 122 und dem Nockenbasiskreis
(Nicht-Betätigungsfläche 124a) zunimmt
bei einer Zunahme des Abstandes von der Mitte der Steuerwelle 132,
die ein Schwenkmittelpunkt ist.
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Eine
Schwenknockenfläche 152 ist
an der Seite ausgebildet, die zu der Gleitfläche 156 des Schwenknockenarms 150 entgegengesetzt
ist. Die Schwenknockenfläche 152 weist
eine Nicht-Betätigungsfläche 152a und
eine Betätigungsfläche 152b auf,
die verschiedene Profile haben. Die Nicht-Betätigungsfläche 152a ist
eine Umfangsfläche
des Nockenbasiskreises und ist bei einem feststehenden Abstand von
der Mitte der Steuerwelle 132 ausgebildet. Die andere Fläche, die
die Betätigungsfläche 152b ist,
ist zu dem Führungsende
des Schwenknockenarms 150 hin positioniert, sanft übergehend
und angrenzend bzw. fortlaufend zu der Nicht-Betätigungsfläche 152a mit dieser
verbunden und so ausgebildet, dass der Abstand von der Mitte der
Steuerwelle 132 (das heißt die Nockenhöhe) allmählich zunimmt
mit der Abnahme des Abstandes zu dem Führungsende von dem Schwenknockenarm 150.
In dieser Druckschrift wird der Ausdruck „Schwenknockenfläche 152” dann verwendet,
wenn die Nicht-Betätigungsfläche 152a und
die Betätigungsfläche 152b nicht
voneinander unterschieden werden.
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Die
erste Rolle 172 und die zweite Rolle 174 sind
zwischen der Gleitfläche 156 des
Schwenknockenarms 150 und der Antriebsnockenfläche 124 von dem
Antriebsnocken 122 positioniert. Die erste Rolle 172 und
die zweite Rolle 174 sind beide durch eine Kupplungswelle 176 gestützt, die
an dem Führungsende
von dem Verbindungsarm 164 befestigt ist, und können sich
frei drehen. Da der Verbindungsarm 164 an dem Zapfen 166 schwenken
kann, können
die Rollen 172 und 174 entlang der Gleitfläche 156 und der
Antriebsnockenfläche 124 schwenken,
während ein
feststehender Abstand von dem Zapfen 166 beibehalten wird.
Der Antriebsnocken 122 und der Schwenknockenarm 150 sind
in axialer Richtung versetzt. Daher steht die erste Rolle 172 mit
der Antriebsnockenfläche 124 in
Kontakt und die zweite Rolle 174 steht mit der Gleitfläche 156 in
Kontakt.
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Der
Schwenknockenarm 150 ist mit einer (nicht dargestellten)
so genannten Rückstellfeder (lost
motion spring) versehen. Die Rückstellfeder
ist eine Kompressionsfeder (Druckfeder). Die Kraft der Rückstellfederfeder
drückt
nicht nur die Gleitfläche 156 gegen
die zweite Rolle 174, sondern drückt auch die erste Rolle 172,
die koaxial und einstückig
mit der zweiten Rolle 174 ist, gegen die Antriebsnockenfläche 124.
Die erste Rolle 172 und die zweite Rolle 174 sind
so positioniert, dass sie zwischen der Gleitfläche 156 und der Antriebsnockenfläche 124 positioniert sind.
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Der
Schwenkarm 110 ist unterhalb des Schwenknockenarms 150 positioniert.
Der Schwenkarm 110 ist mit einer Schwenkarmrolle 112 versehen,
die der Schwenknockenfläche 152 zugewandt ist.
Die Schwenkarmrolle 112 ist in der Mitte des Schwenkarms 110 montiert
und kann sich frei drehen. Ein Ventilschaft 102 des Ventils 104 ist
mit einem Ende des Schwenkarms 110 in Eingriff. Das andere
Ende von dem Schwenkarm 110 ist durch eine hydraulisch
angetriebene Einstelleinrichtung 106 gestützt und
kann sich frei drehen. Der Ventilschaft 102 wird durch
eine (nicht gezeigte) Ventilfeder in eine Schließrichtung gedrückt, das
heißt
in die Richtung, in der der Schwenkarm 110 nach oben gedrückt wird. Diese
Druckkraft und die Hydraulikantriebseinstelleinrichtung 106 drücken die
Schwenkarmrolle 112 gegen die Schwenknockenfläche 152 des
Schwenknockenarms 150.
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1 zeigt
die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100,
die in einen Zustand versetzt ist, bei dem die Steuerwelle 132 in
einer vorherbestimmten Position (Basisdrehposition) ist. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
herrscht die Basisdrehposition der Steuerwelle 132 dann
vor, wenn das Ventil 104 maximal angehoben ist. Die Steuerwelle 132 wird
von der Basisdrehposition zu einer Drehposition eingestellt, um
einen geringfügigen
Anhebebetrag in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu liefern. Wenn
die Steuerwelle 132 bei der Basisdrehposition ist, wird
der Zapfen 166, der als ein Schwenkdrehpunkt dient, so positioniert, dass
die Steuerwelle 132 zwischen dem Zapfen und den Rollen 172 und 174 angeordnet
ist und im Wesentlichen mit den Rollen 172 und 174 und
der axialen Mitte der Steuerwelle 132 ausgerichtet ist,
wie dies in 1 gezeigt ist.
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Betriebsarten,
die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch die variable Ventilbetätigungsvorrichtung
ausgeführt
werden
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Nachstehend
sind unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 die
Betriebsarten beschrieben, die durch die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 ausgeführt werden.
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(1) Anhebevorgang der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung
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Ein
Anhebevorgang, der durch die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 ausgeführt wird,
ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 2A, 2B beschrieben.
Die 2A und 2B zeigen einen
Anhebevorgang oder Anhebebetrieb, der durch die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 ausgeführt wird,
während
die Steuerwelle 132 in der Basisdrehposition ist. 2A zeigt
einen Zustand der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100,
der sich dann ergibt, wenn das (in den 2A und 2B nicht
gezeigte) Ventil 104 in einer Anhebebetriebsabfolge geschlossen
wird. 2B zeigt einen Zustand der variablen
Ventilbetätigungsvorrichtung 100,
der sich dann ergibt, wenn das Ventil 104 in der Anhebebetätigungsabfolge
geöffnet
wird.
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Bei
der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 wird
die Drehbewegung des Antriebsnockens 122 zunächst zu
der ersten Rolle 172 übertragen,
die mit der Antriebsnockenfläche 124 in
Kontakt gelangt. Die erste Rolle 172 und die zweite Rolle 174, die
koaxial zueinander und einstückig
miteinander sind, schwenken an dem Zapfen 166. Die Schwenkbewegung
wird auf Gleitfläche 156 des
Schwenknockenarms 150 übertragen,
der die zweite Rolle 174 lagert. In diesem Fall ist eine
Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Antriebsnockenfläche 124 und
der Gleitfläche 156 vorhanden.
Da jedoch die beiden Rollen 172 und 174 sich unabhängig drehen
können, wird
der Reibungsverlust bei der Übertragung
einer Antriebskraft verringert. Da die Gleitfläche 156 konstant gegen
die zweite Rolle 174 durch die Kraft der (nicht gezeigten)
Rückstellfeder
gedrückt
wird, schwenkt der Schwenknockenarm 150 an der Steuerwelle 132 gemäß der Drehung
des Antriebsnockens 122, die über die zweite Rolle 174 übertragen wird.
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Genauer
gesagt ändert
sich, wenn die Nockenwelle 120 sich in dem in 2A gezeigten
Zustand dreht, die Kontaktposition P1, in der die erste Rolle 172 mit
der Antriebsnockenfläche 124 in
Kontakt steht, von der Nicht-Betätigungsfläche 124a zu der
Betätigungsfläche 124b,
wie dies in 2B gezeigt ist. Relativ wird
die erste Rolle 172 durch den Antriebsnocken 122 nach
unten gedrückt.
Dann wird die Gleitfläche 156 von
dem Schwenknockenarm 150 durch die zweite Rolle 174 nach
unten gedrückt,
die mit der ersten Rolle 172 einstückig ist. Dies bringt den Schwenknockenarm 150 dazu,
dass er sich in der Richtung des Uhrzeigersinns in 2A und 2B um
die Steuerwelle 132 dreht. Wenn sich die Nockenwelle 120 weiter
dreht, bis die Kontaktposition P1, in der die erste Rolle 172 mit
der Antriebsnockenfläche 124 in
Kontakt steht, die Spitze der Betätigungsfläche 124b passiert
hat, bewirkt die Kraft, die durch die Rückstellfeder und die Ventilfeder
erzeugt wird, dass der Schwenknockenarm 150 sich in der Richtung
des Gegenuhrzeigersinns in den 2A und 2B um
die Steuerwelle 132 dreht.
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Wenn
der Schwenknockenarm 150 sich um die Steuerwelle 132 dreht, ändert sich
die Kontaktposition P3, in der die Schwenkarmrolle 112 mit
der Schwenknockenfläche 152 in
Kontakt steht. In den 2A und 2B sind
die Kontaktpositionen, in denen die Schwenkarmrolle 112 mit
der Schwenknockenfläche 152 in
Kontakt steht, mit P3i und P3f bezeichnet. Dies dient dazu, zwischen
einer Anfangskontaktposition P3i und einer Endkontaktposition P3f zu
unterscheiden, die nachstehend beschrieben sind. In dieser Druckschrift
ist der Ausdruck „Kontaktposition
P3” einfach
verwendet, um die Kontaktposition zu bezeichnen, in der die Schwenkarmrolle 112 mit
der Schwenknockenfläche 152 in
Kontakt steht.
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Wenn
die Schwenkarmrolle 112 mit der Nicht-Betätigungsfläche 152a in
Kontakt steht, wie dies in 2A gezeigt
ist, ist der Abstand zwischen der Nicht-Betätigungsfläche 152a und
der Mitte der Steuerwelle 132 feststehend. Daher bleibt
die Position von der Schwenkarmrolle 112 innerhalb des
Raumes unverändert
ohne Rücksicht
auf die Kontaktposition. Folglich schwenkt der erste Schwenkarm 110 nicht,
so dass das Ventil 104 in einer fixierten Position gehalten
wird. Wenn die Schwenkarmrolle 112 in Kontakt mit der Nicht-Betätigungsfläche 152a steht, wird
die Positionsbeziehung zwischen den Komponenten der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 so
eingestellt, dass das Ventil 104 geschlossen wird.
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Wenn
die Kontaktposition B3, in der die Schwenkarmrolle 112 mit
der Schwenknockenfläche 152 in
Kontakt steht, sich von der Nicht-Betätigungsfläche 152a zu der Betätigungsfläche 152b ändert, wie
dies in 2B gezeigt ist, wird der erste
Schwenkarm 110 nach unten gemäß dem Abstand zwischen der
Betätigungsfläche 152b und
der Drehachse der Steuerwelle 132 gedrückt. Dies bewirkt, dass der
erste Schwenkarm 110 in Richtung des Uhrzeigersinns um
einen Punkt schwenkt, der durch die Hydraulikantriebseinstelleinrichtung 106 gestützt ist.
Das Ventil 104 wird dann nach unten gedrückt und
geöffnet durch
den ersten Schwenkarm 110.
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Wenn
die zweite Rolle 174 die Gleitfläche 156 nach unten
drückt,
während
sich der Antriebsnocken 122 dreht, unterscheidet sich die
Drehortskurve der zweiten Rolle 174, die um den Zapfen 166 ausgemittelt
ist, von der Drehortskurve der Gleitfläche 156, die um die
Steuerwelle 132 herum ausgemittelt ist, da der Zapfen 166 zu
der Steuerwelle 132 exzentrisch ist. Die Kontaktposition 22,
an der die zweite Rolle 174 mit der Gleitfläche 156 in
Kontakt steht, bewegt sich entlang der Gleitfläche 156 in Übereinstimmung mit
der Schwenkbewegung der zweiten Rolle 174 auf Grund des
Unterschiedes zwischen den Drehortskurven. Wenn der Betrag einer
derartigen Bewegung zunimmt, nimmt der Verlust bei der Übertragung
der Antriebskraft von der Nockenwelle 120 zu dem Ventil 104 zu.
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Bei
der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind jedoch die axiale Position C1 des Zapfens 166, der
ein Schwenkdrehpunkt ist, die axiale Position C0 der Steuerwelle 132 und
die axiale Position C2 der zweiten Rolle 174 im Wesentlichen
ausgerichtet, wie dies in 2A gezeigt
ist, wenn das Ventil 104 schließt, wobei die Steuerwelle 132 bei
der Basisdrehposition positioniert ist. Daher ist der Unterschied
zwischen der Drehortskurve der zweiten Rolle 174, die um
den Zapfen 166 ausgemittelt ist, und der Drehortskurve
der Gleitfläche 156,
die um die Steuerwelle 132 herum ausgemittelt ist, minimal
gestaltet, wenn das Ventil 104 angehoben wird. Somit bleibt
die Kontaktposition P2, bei der die zweite Rolle 174 mit der
Gleitfläche 156 in
Kontakt steht, praktisch unverändert,
wie dies in 2B gezeigt ist. Der Anhebebetrag
des Ventils 104 wird dann maximal sein, wenn die Steuerwelle 132 an
der Basisdrehposition positioniert ist. Daher wird die Antriebskraft,
die von dem Antriebsnocken 122 zu den Rollen 170 und 172 übertragen
wird, ebenfalls maximal sein. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
kann den Verlust bei der Übertragung
der Antriebskraft zwischen der zweiten Rolle 174 und der
Gleitfläche 156 dann
minimal gestalten, wenn die maximale Antriebskraft erzeugt wird,
wie dies vorstehend beschrieben ist.
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Die
Antriebskraft, die von dem Antriebsnocken 122 zu den Rollen 170 und 172 übertragen
wird, wird teilweise zu dem Zapfen 166 über den Verbindungsarm 164 übertragen.
Auf die Steuerwelle 132 wird ein Moment aufgebracht in
Abhängigkeit
von der Richtung der Last, die auf den Zapfen 166 einwirkt. Die
Antriebskraft, die von dem Antriebsnocken 122 zu den Rollen 170 und 172 übertragen
wird, variiert in Übereinstimmung
mit der Drehung des Antriebsnockens 122. Daher variiert,
wenn das Moment der Steuerwelle 132 mitgeteilt wird, die
Größe des mitgeteilten
Moments ebenfalls bei der Drehung des Antriebsnockens 122.
Wenn das der Steuerwelle 132 mitgeteilte Moment variiert,
variiert die Drehposition der Steuerwelle 132. Folglich
kann die Betriebseigenschaft des Ventils 104 nicht mit
einer hohen Genauigkeit gesteuert werden.
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Jedoch
sind bei der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die axiale Position C1 des Zapfens 166, der ein Schwenkdrehpunkt
ist, die axiale Position C0 der Steuerwelle 132 und die axiale
Position C2 der zweiten Rolle 174 im Wesentlichen ausgerichtet, wie
dies vorstehend erwähnt
ist, wenn das Ventil 104 schließt, wobei die Steuerwelle 132 in
der Basisdrehposition positioniert ist. Wenn die Steuerwelle 132 in der
Basisdrehposition positioniert ist, ist der Anhebebetrag des Ventils 104 maximal,
so dass die auf den Zapfen 166 einwirkende Last maximal
ist. Gemäß der variablen
Ventilbetätigungsvorrichtung 100 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird jedoch praktisch kein Moment der Steuerwelle 132 mitgeteilt,
da die Wirklinie der Last (die Linie, die die axiale Position C1
des Zapfens 166 mit der axialen Position C2 der zweiten
Rolle 174 verbindet) durch die axiale Position C0 der Steuerwelle 132 tritt.
Folglich wird die Variation der Drehposition der Steuerwelle, die
sich aus der Momentvariation ergibt, minimal sein.
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(2) Anhebebetragsänderungsbetrieb bei der variablen
Ventilbetätigungsvorrichtung
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Ein
Betrieb zur Änderung
eines Anhebebetrages, der durch das Ventil 104 (siehe 1;
in den 2 und 3 nicht
gezeigt) von der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 ausgeführt wird,
ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Die 3A und 3B zeigen
einen Betrieb, bei dem die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 dem
Ventil 104 einen geringen Anhebebetrag verleiht. 3A zeigt
einen Zustand der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100,
der sich dann ergibt, wenn das Ventil in einer Anhebebetriebsabfolge
geschlossen wird. 3B zeigt einen Zustand der variablen
Ventilbetätigungsvorrichtung 100,
der sich dann ergibt, wenn das Ventil 104 während der
Anhebebetriebsabfolge geöffnet
wird.
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Wenn
der Anhebebetrag sich von dem in den 2A und 2B gezeigten
Anhebebetrag zu dem in den 3A und 3B gezeigten
Anhebebetrag ändern
soll, wird die Steuerwelle 132 in einer vorbestimmten Richtung
aus der in 2A gezeigten Basisdrehposition
gedreht, bis die Position C1 des Zapfens 166 sich zu der
Position dreht, die in 3A gezeigt ist. Die erste Rolle 172 und
die zweite Rolle 174 werden durch den Verbindungsarm 164 so
gehalten, dass sie in einem vorbestimmten Abstand zu der Position
C1 des Zapfens 166 positioniert sind. Daher bewegen sich,
wenn die Position C1 des Zapfens 166 sich bewegt, die erste
Rolle 172 und die zweite Rolle 174 von den in 2A gezeigten
Positionen zu den in 3A gezeigten Positionen. Genauer
gesagt, bewegt sich die zweite Rolle 174 entlang der Gleitfläche 156 und
von der Steuerwelle 132 weg, während die erste Rolle 172 sich
entlang der Antriebsnockenfläche 124 und
entgegen der Drehrichtung des Nockens 122 bewegt.
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Wenn
die zweite Rolle 174 sich von der Steuerwelle 132 weg
bewegt, nimmt der Abstand zwischen dem Schwenkmittelpunkt C0 des
Schwenknockenarms 150 und der Kontaktposition P2, in der
die zweite Rolle 174 mit der Gleitfläche 156 in Kontakt steht,
zu, wodurch der Schwenkwinkel des Schwenknockenarms 150 abnimmt.
Der Grund dafür
ist, dass der Schwenkwinkel des Schwenknockenarms 150 umgekehrt
proportional zu dem Abstand zwischen dem Schwenkmittelpunkt C0 und
dem Schwingungseingabepunkt ist. Wie dies in den 2B und 3B gezeigt
ist, ist das Anheben (der Anhebebetrag) des Ventils 104 dann
maximal, wenn die erste Rolle 172 mit der Spitze der Betätigungsfläche 124b in
Kontakt ist, und der Anhebebetrag des Ventils 104 wird
durch die Kontaktposition B3f bestimmt, in der Schwenkarmrolle 112 mit
der Schwenknockenfläche 152 in
Kontakt steht, wenn das Ventilanheben maximal ist (nachstehend ist
diese als die Endkontaktposition bezeichnet). 4 zeigt
die Beziehung zwischen dem Ventilanheben (Ventilanhebebetrag) und der
Position der Schwenkarmrolle 112 an der Schwenknockenfläche 152.
Wie dies in 4 gezeigt ist, ist die Endkontaktposition
P3f durch den Schwenkwinkel des Schwenknockenarms 150 und die
Kontaktposition P3i bestimmt, bei der die Schwenkarmrolle 112 mit
der Schwenknockenfläche 152 in
Kontakt steht, wie dies in den 2A und 3A gezeigt
ist (nachstehend ist diese Position als die Anfangskontaktposition
bezeichnet).
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Bei
der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist die Gleitfläche 156 so
ausgebildet, dass der Abstand zu dem Nockenbasiskreis (Nicht-Betätigungsfläche 124a)
des Antriebsnockens 122 zunimmt bei einer Zunahme des Abstandes
zu dem Schwenkmittelpunkt C0. Daher neigt sich, wenn die vorstehend
erwähnte
Kontaktposition P2 sich von dem Schwenkmittelpunkt C0 des Schwenknockenarms 150 weg
bewegt, der Schwenknockenarm 150 in eine derartige Richtung,
dass die Gleitfläche 156 sich
der Antriebsnockenfläche 124 nähert. Der Schwenknockenarm 150 dreht
sich in der Richtung des Gegenuhrzeigersinns um die Steuerwelle 132 unter
Betrachtung in den Zeichnungen. Dadurch wird bewirkt, dass sich
die Anfangskontaktposition P3i der Schwenkarmrolle 112 an
der Schwenknockenfläche 152 von
der Betätigungsfläche 152b weg
bewegt, wie dies in 3A gezeigt ist.
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Wenn
die Steuerwelle 132 sich in einer vorbestimmten Richtung
von der Basisdrehposition aus dreht, wie dies vorstehend beschrieben
ist, nimmt der Schwenkwinkel des Schwenknockenarms 150 ab, und
die Anfangskontaktposition P3i bewegt sich von der Betätigungsfläche 152b weg.
Folglich bewegt sich die Endkontaktposition P3f, die die Schwenkarmrolle 112 erreichen
kann, zu der Nicht-Betätigungsfläche 152a,
wie dies in 4 gezeigt ist, wodurch der Anhebebetrag
von dem Ventil 104 abnimmt. Der Betätigungswinkel (der Betriebswinkel) des
Ventils 104 entspricht einer Periode (Kurbelwinkel), während der
die Schwenkarmrolle 112 an der Betätigungsfläche 152a positioniert
ist. Wenn jedoch die Endkontaktposition P3f sich zu der Nicht-Betätigungsfläche 152a bewegt,
nimmt der Betätigungswinkel
des Ventils 104 ebenfalls ab. Des Weiteren bewegt sich
die erste Rolle 172 entgegen der Drehrichtung der Nockenwelle 120.
Daher bewegt sich die Kontaktposition 21, in der die erste
Rolle 172 mit der Antriebsnockenfläche 124 in Kontakt
steht, wenn die Nockenwelle 120 in der gleichen Drehposition
ist, zu der Seite des Voreilwinkels des Antriebsnockens 122.
Dadurch wird die Schwenkzeit des Schwenknockenarms 150 in
Bezug auf die Phase der Nockenwelle 120 zu einem Voreilen
gebracht. Als ein Ergebnis eilt die Ventilzeit (die maximale Anhebezeit)
vor.
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5 zeigt
eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Anhebebetrag
und der Ventilzeit des Ventils 104, die durch die variable
Ventilbetätigungsvorrichtung 100 vorgesehen
werden. Wie dies in dieser Zeichnungen gezeigt ist, kann die variable
Ventilbetätigungsvorrichtung 100 den
Betriebswinkel (Betätigungswinkel)
erhöhen
und die Ventilzeit zu einem Nacheilen bringen, wenn der Anhebebetrag
des Ventils 104 zunimmt. Umgekehrt kann die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 den
Betätigungswinkel
(Betriebswinkel) verringern, und die Ventilzeit zu einem Voreilen
bringen, wenn der Anhebebetrag des Ventils 104 abnimmt.
Daher ist es, wenn beispielsweise das Ventil 104 ein Einlassventil
ist, möglich,
eine variable Steuerung über
die Betriebskennlinie ohne Verwendung eines VVT oder eines anderen
Ventilzeitsteuermechanismus so auszuüben, dass die Öffnungszeit
des Ventils 104 praktisch fixiert bleibt.
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Vorteile der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, dreht die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die Steuerwelle 132 so, dass die Drehposition eines Steuernockens 134 sich ändert, wodurch
die Kontaktposition P2, in der die zweite Rolle 174 mit
der Gleitfläche
in Kontakt steht, und die Kontaktposition 21, in der die erste
Rolle 172 mit der Antriebsnockenfläche 124 in Kontakt
steht, sich ändern.
Als ein Ergebnis kann die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
den Anhebebetrag, den Betriebswinkel und die Ventilzeit des Ventils 104 in
einer koordinierten Art und Weise ändern. Des Weiteren sind, wenn
die Steuerwelle 132 in der Basisdrehposition positioniert
ist, die axiale Position C1 des Zapfens 166, der ein Schwenkdrehpunkt ist,
die axiale Position C0 der Steuerwelle 132 und die axiale
Position C2 der zweiten Rolle 174 als im Wesentlichen auf
einer Gerade liegend zueinander ausgerichtet. Daher ist es möglich, zu
verhindern, dass die zweite Rolle 174 sich entlang der
Gleitfläche 156 hin-
und hergehend bewegt, was durch die Drehung des Antriebsnockens 122 bewirkt
wird, und das Ventil 104 mit einer hohen Effizienz anzuheben,
indem der Verlust bei der Übertragung
der Antriebskraft von der Nockenwelle 120 zu dem Ventil 104 verringert
wird. Darüber
hinaus kann eine variable Steuerung über die Betriebskennlinie des
Ventils 104 mit einer hohen Genauigkeit ausgeübt werden,
da es möglich
ist, die Variation der Drehposition der Steuerwelle zu verhindern,
die sich durch die Änderungen bei
dem Moment ergeben würde,
das der Steuerwelle 132 mitgeteilt wird.
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Andere Ausführungsbeispiele
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Während die
vorliegende Erfindung im Hinblick auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
vorstehend beschrieben ist, sollte verständlich sein, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt ist,
und dass Variationen ausgeführt
werden können,
ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wendet
das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
die vorliegende Erfindung bei einer Ventilbetätigungsvorrichtung der Schwenkarmart
an. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenfalls bei einer direkt
wirkenden oder anderen Ventilbetätigungsvorrichtung
angewendet werden.
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Das
vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
nimmt an, dass die Drehposition, die das maximale Anheben (maximale
Anhebebetrag) dem Ventil 104 mitteilt, die Basisdrehposition
der Steuerwelle 132 ist. Jedoch kann die Drehposition,
bei der das minimale Anheben (der minimale Anhebebetrag) mitgeteilt
wird, alternativ als die Basisdrehposition erachtet werden. Eine
andere Alternative ist es, eine Zwischendrehposition als die Basisdrehposition
zu erachten. Eine wiederum andere Alternative ist es, die am häufigsten
verwendete Drehposition als die Basisdrehposition zu erachten.
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Dies
ermöglicht
es, die Effizienz von der Antriebskraftübertragung von der Nockenwelle 120 zu dem
Ventil 104 in der am häufigsten
auftretenden Situation maximal zu gestalten, und die Variation bei der
Drehposition der Steuerwelle, die sich aus der Variation des Momentes
ergibt, in der am häufigsten auftretenden
Situation minimal zu gestalten.