DE112009005395B4

DE112009005395B4 - Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112009005395B4
Application number: DE112009005395.5T
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Sunada; Woongseon Ryu; Akihiko Kawata; Motohiro Tsuzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2016-11-03
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: US8955476B2; US20120222635A1; DE112009005395T5; JPWO2011064852A1; WO2011064852A1; DE112009005395T8; JP5273257B2

Abstract

Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen variablen Mechanismus (20), der zwischen einem Nocken (14, 16) und einem Ventil (18) angeordnet ist, und der Ventilöffnungseigenschaften des Ventils (18) ändert; und einen Schaltmechanismus (24), der Betätigungszustände des variablen Mechanismus (20) wechselt, wobei der Schaltmechanismus (24) aufweist: eine Führungsschiene (64, 92, 94), die in einer Außenumfangsfläche einer Nockenwelle (12), die den Nocken (14, 16) aufweist, vorgesehen ist, und die mit einem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) versehen ist: einen vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c), der lösbar in dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) angeordnet ist; und ein Stellglied (66), das in der Lage ist, den vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) zur Führungsschiene (64, 92, 94) vorragen zu lassen, so dass der vorstehende Abschnitt (58c, 80c, 90c) mit dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) in Eingriff kommt, wobei der Schaltmechanismus (24) dafür ausgelegt ist, im Zusammenhang mit einer relativen Verschiebung zwischen dem vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) und dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d), die während eines Eingriffs zwischen dem vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) und dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) stattfindet, Betätigungszustände des variablen Mechanismus (20) zu wechseln, wobei eine Positionierung des vorstehenden Abschnitts (58c, 80c, 90c) relativ zum spiralförmigen Wandabschnitt (64d) so bestimmt ist, dass in einem Zustand, in dem das Stellglied (66) den vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) zur Führungsschiene (64, 92, 94) vorragen lässt, eine Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts und eine Mittelachsenlinie der Nockenwelle (12) einander senkrecht schneiden, und wobei der vorstehende Abschnitt (58c, 80c, 90c), aus der axialen Richtung der Nockenwelle (12) betrachtet, konisch ist, so dass er sich zum distalen Ende hin verjüngt.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Als Stand der Technik offenbart beispielsweise JP 2006-520869 A einen Ventilbetätigungsmechanismus für einen Verbrennungsmotor, der mit einem Nockenträger für jeweils einen Zylinder ausgestattet ist, wobei der Nockenträger mit zwei Arten von Nocken versehen ist, und der durch Bewegen des Nockenträgers in der axialen Richtung in Bezug auf die Nockenhauptachse, die drehend angetrieben wird, zwischen Ventilantriebsnocken für die einzelnen Zylinder wechselt. Konkret ist dieser Ventilbetätigungsmechanismus des Standes der Technik mit einer Führungsnut versehen, die in Spiralform an entgegengesetzten Enden an der Außenumfangsfläche jedes einzelnen Nockenträgers ausgebildet ist. Außerdem ist für jede Führungsnut ein elektrisches Stellglied vorgesehen, das einen Antriebsstift antreibt, der in die Führungsnut eingeführt oder aus ihr herausgebracht wird.
Gemäß dem oben beschriebenen herkömmlichen Ventilbetätigungsmechanismus wird der Nockenträger durch den Eingriff des Antriebsstifts mit einer Führungsnut in seiner axialen Richtung verschoben. Da dadurch zwischen den Ventilantriebsnocken für die einzelnen Zylinder gewechselt wird, kann der Hubweg des Ventils geändert werden.
JP H08-338213 A beschreibt ein Ventilsystem für einen Verbrennungsmotor.
WO 2009/136551 A1 und DE 42 30 877 A1 beschreiben beide eine Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Schaltmechanismus, der eine Führungsschiene, einen vorstehenden Abschnitt und ein Stellglied aufweist.
DE 199 45 340 A1 beschreibt einen auf unterschiedliche Hübe umschaltbaren Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
In einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung, in der Ventilöffnungseigenschaften im Zusammenhang mit der relativen Verschiebung geändert werden, die während des Eingriffs eines in einer Führungsschiene vorgesehenen spiralförmigen Wandabschnitts (einer Führungsnut) und eines vorstehenden Abschnitts (eines Antriebsstifts) stattfindet, wie in der oben beschriebenen herkömmlichen Ventilbetätigungsvorrichtung, erhöht eine kleine Kontaktfläche zwischen dem spiralförmigen Wandabschnitt und dem vorstehenden Abschnitt den Kontaktdruck (die Kontaktbelastung/Kontaktfläche), der (bzw. die) zwischen den beiden erzeugt wird. Infolgedessen ergibt sich das Problem, dass der Verschleiß in dem spiralförmigen Wandabschnitt oder dem vorstehenden Abschnitt zunimmt.
Die vorliegende Erfindung soll das oben beschriebene Problem lösen, und ihr Ziel ist die Schaffung einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die, wenn ein in einer Führungsschiene vorgesehener spiralförmiger Wandabschnitt und ein vorstehender Abschnitt miteinander in Eingriff gebracht werden, um die Ventilöffnungseigenschaften des Ventils zu ändern, eine Kontaktfläche zwischen den beiden sicherstellen kann, wodurch ein Kontaktdruck, der zwischen den beiden erzeugt wird, erfolgreich verringert werden kann.
PROBLEMLÖSUNG
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die aufweist:
einen variablen Mechanismus, der zwischen einem Nocken und einem Ventil angeordnet ist und Ventilöffnungseigenschaften des Ventils ändert; und
einen Wechsel- bzw. Schaltmechanismus, der Betätigungszustände des variablen Mechanismus wechselt,
wobei der Schaltmechanismus aufweist:
eine Führungsschiene, die in einer Außenumfangsfläche einer den Nocken aufweisenden Nockenwelle vorgesehen ist, und die mit einem spiralförmigen Wandabschnitt versehen ist:
einen vorstehenden Abschnitt, der lösbar in dem spiralförmigen Wandabschnitt positioniert wird; und
ein Stellglied, das dazu dient, den vorstehenden Abschnitt zur Führungsschiene vorragen zu lassen, so dass der vorstehende Abschnitt mit dem spiralförmigen Wandabschnitt in Eingriff kommt,
wobei der Schaltmechanismus dafür ausgelegt ist, im Zusammenhang mit einer relativen Verlagerung bzw. Verschiebung zwischen dem vorstehenden Abschnitt und dem spiralförmigen Wandabschnitt, die stattfindet, während der vorstehende Abschnitt und der spiralförmige Wandabschnitt miteinander in Eingriff stehen, Betätigungszustände des variablen Mechanismus zu wechseln, und
wobei eine Position des vorstehenden Abschnitts relativ zum spiralförmigen Wandabschnitt so bestimmt ist, dass in einem Zustand, in dem das Stellglied den vorstehenden Abschnitt zur Führungsschiene vorragen lässt, eine Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts und eine Mittelachsenlinie der Nockenwelle einander senkrecht schneiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der vorstehende Abschnitt konisch, so dass er sich zum distalen Ende hin verjüngt, wenn man ihn aus der axialen Richtung der Nockenwelle betrachtet.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung,
wobei eine Führungsfläche, die den distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts führt, wenn dieser in den spiralförmigen Wandabschnitt eingeführt ist, am distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts und/oder an einem oberen Abschnitt des spiralförmigen Wandabschnitts ausgebildet ist.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung,
wobei die Führungsfläche eine Oberfläche ist, die vom spiralförmigen Wandabschnitt schräg abwärts verläuft, wenn man den distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts und den oberen Abschnitt des spiralförmigen Wandabschnitts aus Richtung einer Normalen zu einer virtuellen Ebene, die einen Schnittpunkt zwischen der Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts und der Mittelachsenlinie der Nockenwelle beinhaltet, in dem Zustand betrachtet, in dem das Stellglied ihn in Richtung auf die Führungsschiene vorstehen lässt.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Position des vorstehenden Abschnitts in Relation zum spiralförmigen Wandabschnitt so bestimmt, dass die Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts und die Mittelachsenlinie der Nockenwelle einander in einem Zustand senkrecht schneiden, in dem das Stellglied den vorstehenden Abschnitt zur Führungsschiene vorragen lässt. Dadurch kann die Position des vorstehenden Abschnitts in Relation zum spiralförmigen Wandabschnitt so bestimmt werden, dass sie nicht durch die Neigung des spiralförmigen Wandabschnitts beeinflusst bzw. behindert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, eine Kontaktfläche zwischen dem spiralförmigen Wandabschnitt und dem vorstehenden Abschnitt sicherzustellen, wodurch ein Kontaktdruck, der zwischen den beiden erzeugt wird, erfolgreich verringert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein lokal begrenzter Kontakt mit dem spiralförmigen Wandabschnitt vermieden, wodurch ein Kontaktbereich zwischen dem spiralförmigen Wandabschnitt und dem vorstehenden Abschnitt in Linienform vom unteren Abschnitt zum oberen Abschnitt des spiralförmigen Wandabschnitts weitflächig sichergestellt werden kann. Daher kann der Kontaktdruck, der zwischen dem spiralförmigen Wandabschnitt und dem vorstehenden Abschnitt erzeugt wird, wirksam verringert werden.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Zuverlässigkeit, mit der der vorstehende Abschnitt in die Führungsschiene eingeführt wird, sichergestellt werden.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Zuverlässigkeit, mit der der vorstehende Abschnitt in die Führungsschiene eingeführt wird, sichergestellt werden. Außerdem kann als Folge der Gestaltung der Führungsfläche als Oberfläche, die vom spiralförmigen Wandabschnitt schräg nach unten verläuft, verhindert werden, dass der vorstehende Abschnitt und der spiralförmige Wandabschnitt miteinander in Eingriff kommen, wenn der vorstehende Abschnitt und der spiralförmige Wandabschnitt in einer Situation, in der das Stellglied den vorstehenden Abschnitt nicht vorragen lässt, miteinander in Kontakt kommen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau bzw. die Gestaltung einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Ganzen zeigt;
2 ist eine Draufsicht auf einen in 1 dargestellten variablen Ventilbetätigungsmechanismus, betrachtet vom proximalen Endabschnitt eines Ventils aus;
3 ist eine Ansicht eines ersten Kipphebels, gesehen aus der axialen Richtung einer Kipphebelwelle (der Richtung, die von einem Pfeil A in 2 angegeben ist);
4 ist eine Ansicht eines zweiten Kipphebels, gesehen aus der axialen Richtung der Kipphebelwelle (der vom Pfeil A angegebenen Richtung), wie in 3;
5 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau eines in 1 dargestellten Schaltmechanismus im Einzelnen erläutert;
6 ist eine Ansicht des Schaltmechanismus, betrachtet aus der axialen Richtung einer Nockenwelle (der Richtung eines Pfeils B in 5);
7 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand während eines Ventilbetätigungszustands (einer normalen Hubbetätigung) zeigt;
8 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand zu Beginn einer Ventilstoppbetätigung zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand bei Abschluss der Verschiebungsbetätigung zeigt;
10 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand während einer Haltebetätigung zeigt, bei der ein Schiebestift mit einem Raststift gehalten wird;
11 ist eine Abwicklungsdarstellung einer Führungsschiene;
12 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau zeigt, der als Vergleich mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dienen soll;
13 ist eine schematische Darstellung, die die Art und Weise der Positionierung des Schiebestifts in Bezug auf die Führungsschiene in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern soll;
14 ist eine schematische Darstellung, die zeigen soll, dass die Art und Weise, wie ein vorstehender Abschnitt und eine lastaufnehmende Oberfläche einander berühren, sich aufgrund einer Änderung der Positionierung des Schiebestifts in Bezug auf die Führungsschiene ändert;
15 ist eine schematische Darstellung, die erläutern soll, wie die Führungsschiene, die eine spiralförmige Nutform aufweist, an einem rundsäulenförmigen bzw. zylindrischen Abschnitt ausgebildet wird;
16 ist eine Ansicht der Führungsschiene, betrachtet aus der Richtung einer geraden Linie, die die Mittelachsenlinie der Nockenwelle senkrecht schneidet;
17 ist eine schematische Darstellung, die den Bereich zeigt, in dem ein Linienkontakt des vorstehenden Abschnitts des Schiebestifts mit der Seitenfläche in der Führungsschiene, die die Form einer spiralförmigen Nut aufweist, möglich ist;
18 ist eine schematische Darstellung, die die Form eines vorstehenden Abschnitts eines Schiebestifts in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern soll;
19 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand eines Kontakts zwischen einem vorstehenden Abschnitt 80c und einer lastaufnehmenden Oberfläche in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen soll;
20 ist eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Einstellung des Abstands zwischen der Führungsschiene und dem vorstehenden Abschnitt darstellen soll, wenn der vorstehende Abschnitt zur Führungsschiene vorragt;
21 ist eine schematische Darstellung, die die Änderung einer Kontaktbelastung gemäß dem Abstand zwischen dem vorstehenden Abschnitt und dem Wandabschnitt auf der Seite der lastaufnehmenden Oberfläche im geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene erläutern soll;
22 ist eine schematische Darstellung einer Art und Weise, wie der vorstehende Abschnitt mittels einer Tellerfeder geführt wird;
23 ist eine schematische Darstellung einer Art und Weise, wie der vorstehende Abschnitt mittels eines Dauermagneten geführt wird;
24 ist eine schematische Darstellung einer Art und Weise, wie der vorstehende Abschnitt mittels eines elektrischen Magneten geführt wird;
25 ist eine schematische Darstellung einer Art und Weise, wie der vorstehende Abschnitt mittels einer Öleinspritzdüse geführt wird;
26 ist eine schematische Darstellung, die die Form von Führungsflächen erläutern soll, die in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem vorstehenden Abschnitt eines Schiebestifts bzw. am oberen Abschnitt einer Nut einer Führungsschiene vorgesehen sind;
27 ist eine schematische Darstellung, die erläutern soll, wie es sich auswirkt, wenn die Führungsflächen im vorstehenden Abschnitt und in der Führungsschiene vorgesehen sind;
28 ist eine schematische Darstellung, die eine Zentripetalkraft erläutern soll, die am Schiebestift erzeugt wird, sobald der vorstehende Abschnitt und die Seitenwandfläche der Führungsschiene miteinander in Kontakt kommen;
29 ist eine schematische Darstellung, die die Kraft zeigen soll, die auf die Führungsfläche des vorstehenden Abschnitts wirkt, wenn die Führungsfläche des vorstehenden Abschnitts mit der Führungsfläche der Führungsschiene in Kontakt kommt;
30 ist eine schematische Darstellung, die einen anderen Aufbau zeigt, mit dem die Verringerung der Kontaktbelastung ermöglicht werden soll, die zwischen dem vorstehenden Abschnitt des Schiebestifts und einer lastaufnehmenden Oberfläche der Führungsschiene erzeugt wird;
31 ist eine schematische Darstellung einer Art und Weise, wie mittels einer Torsionsspiralfeder eine stiftfreigebende Vorspannkraft hinzugefügt wird;
32 ist eine schematische Darstellung einer Art und Weise, wie mittels einer Kompressionsspiralfeder eine stiftfreigebende Vorspannkraft hinzugefügt wird; und
33 ist eine schematische Darstellung einer Art und Weise, wie mittels eines Dauermagneten eine stiftfreigebende Vorspannkraft hinzugefügt wird.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
10: variable Ventilbetätigungsvorrichtung
12: Nockenwelle
14: Hauptnocken
16: Hilfsnocken
18: Ventil
20: variabler Mechanismus
24: Schaltmechanismus
26: ECU (elektronische Steuereinheit)
32: erster Kipphebel
34L, 34R: zweiter Kipphebel
48: erster Schaltstift
54L, 54R: zweiter Schaltstift
56: Rückstellfeder
58, 80, 90: Schiebestift
58c, 80c, 90c: vorstehender Abschnitt
62: Zylindrischer Abschnitt
64, 92, 94: Führungsschiene
64a: proximales Ende
64b: terminales Ende
64c: verflachter unterer Abschnitt
64d, 92d, 94d: lastaufnehmende Oberfläche (Seitenwandfläche)
64e: gegenüber liegende Oberfläche (Seitenwandfläche)
66: Stellglied
68: Magnetspule
70: Raststift
82: Tellerfeder
84, 102: Dauermagnet
86: elektrischer Magnet
88: Öleinspritzdüse
90f: Führungsfläche auf der Seite des vorstehenden Abschnitts
92f: Führungsfläche auf der Seite der Führungsschiene
96: Torsionsspiralfeder
100: Kompressionsspiralfeder
Pmax1, Pmax2: Verschiebungsende

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Zunächst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 15 beschrieben.
[Aufbau einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung im Ganzen]
1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 10 für einen Verbrennungsmotor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Ganzen zeigt.
Hier soll der Verbrennungsmotor 1 ein Vierzylinder-Reihenmotor mit vier Zylindern (Nr. 1 bis Nr. 4) sein, in denen der Verbrennungshub in der Reihenfolge Nr. 1, Nr. 3, Nr. 4, Nr. 2 stattfindet. Außerdem wird angenommen, dass zwei Ansaugventile und zwei Auslassventile in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen sind. Somit wird angenommen, dass der in 1 dargestellte Aufbau als Mechanismus zum Antreiben von zwei Ansaugventilen oder zwei Auslassventilen dient, die in jedem einzelnen Zylinder angeordnet sind.
Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Nockenwelle 12 auf. Die Nockenwelle 12 ist mittels einer Steuerkette oder eines Steuerriemens mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden und so gestaltet, dass sie sich mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle dreht. An der Nockenwelle 12 sind ein Hauptnocken 14 und zwei Hilfsnocken 16 pro Zylinder ausgebildet. Der Hauptnocken 14 ist zwischen zwei Hilfsnocken 16 angeordnet.
Der Hauptnocken 14 weist einen zur Nockenwelle 12 konzentrischen kreisbogenförmigen Basiskreisabschnitt 14a (siehe 3) und einen Nasenabschnitt 14b (siehe 3) auf, der so ausgebildet ist, dass ein Teil des Basiskreises in der radialen Richtung nach außen erweitert ist. Außerdem ist der Hilfsnocken 16 in der vorliegenden Ausführungsform als Nocken gestaltet, der nur einen Basiskreisabschnitt (einen Nullhub-Nocken) aufweist (siehe 4).
Ein variabler Mechanismus 20 ist zwischen dem Nocken 14, 16 und dem Ventil 18 jedes Zylinders angeordnet. Das heißt, die Nocken 14 und 16 sind so eingerichtet, dass ihre wirkenden bzw. angreifenden Kräfte über den variablen Mechanismus 20 auf die beiden Ventile 18 übertragen werden. Das Ventil 18 ist so ausgelegt, dass es mittels der angreifenden Kraft der Nocken 14 und 16 und der Vorspannkraft einer Ventilfeder 22 geöffnet und geschlossen werden kann.
Der variable Mechanismus 20 ist ein Mechanismus, der die Ventilöffnungseigenschaften des Ventils 18 durch Umschalten zwischen dem Zustand, in dem die angreifende Kraft des Hauptnockens 14 auf das Ventil 18 übertragen wird, und dem Zustand, in dem die angreifende Kraft des Hilfsnockens 16 auf das Ventil 18 übertragen wird, ändert. Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Hilfsnocken 16 ein Nullhub-Nocken ist, und dass daher der Zustand, in dem die angreifende Kraft des Hilfsnockens 16 auf das Ventil 18 übertragen wird, einen Zustand bedeutet, in dem weder ein Öffnen noch ein Schließen des Ventils 18 stattfindet (einen Ventilhaltezustand).
Außerdem weist der variable Ventilbetätigungsmechanismus 10 der vorliegenden Ausführungsform für jeden einzelnen Zylinder einen Schaltmechanismus 24 auf, der den jeweiligen variablen Mechanismus 20 so antreibt, dass dieser zwischen Betätigungszuständen des Ventils 18 umschaltet. Der Schaltmechanismus 24 ist so ausgelegt, dass er gemäß einem Ansteuerungssignal von einer ECU (einer elektronischen Steuereinheit) 26 angetrieben wird. Die ECU 26, bei der es sich um eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Betätigungszustands des Verbrennungsmotors 1 handelt, steuert den Schaltmechanismus 24 beispielsweise auf Basis des Ausgangssignals eines Kurbelpositionssensors 28. Der Kurbelpositionssensor 28 ist ein Sensor, der eine Drehzahl der Ausgangswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 1 erfasst.
(Aufbau des variablen Mechanismus)
Nun wird ein Aufbau des variablen Mechanismus 20 ausführlich unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben.
2 ist eine Draufsicht auf den in 1 dargestellten variablen Mechanismus 20 vom proximalen Endabschnitt des Ventils 18 her.
Der variable Mechanismus 20 weist eine Kipphebelwelle 30 auf, die parallel zur Nockenwelle 12 angeordnet ist. Wie in 2 dargestellt, sind ein erster Kipphebel 32 und ein Paar aus zweiten Kipphebeln 34R und 34L so an der Kipphebelwelle 30 angebracht, dass sie rotieren können. Der erste Kipphebel 32 ist zwischen den beiden zweiten Kipphebeln 34R und 34L angeordnet. Man beachte, dass in der vorliegenden Beschreibung der rechte wie der linke zweite Kipphebel 34R bzw. 34L einfach als zweiter Kipphebel 34 bezeichnet werden kann, wenn zwischen ihnen nicht ausdrücklich unterschieden wird.
3 ist eine Ansicht des ersten Kipphebels 32, gesehen aus der axialen Richtung der Kipphebelwelle 30 (der Richtung, die von einem Pfeil A in 2 dargestellt ist), und 4 ist eine Ansicht des zweiten Kipphebels 34 der Kipphebelwelle 30, gesehen aus der axialen Richtung (der Richtung, die vom Pfeil A dargestellt wird) wie in 3.
Wie in 3 dargestellt, ist eine erste Walze bzw. Rolle 36 an dem Endabschnitt, welcher der Kipphebelwelle 30 im ersten Kipphebel entgegengesetzt ist, an einer Stelle, wo ein Kontakt mit dem Hauptnocken 14 möglich ist, so angebracht, dass sie rotieren kann. Der erste Kipphebel 32 wird von einer an der Kipphebelwelle 30 angebrachten Spiralfeder 38 so vorgespannt, dass die erste Rolle 36 ständig am Hauptnocken 14 anliegt. Der erste Kipphebel 32, der gestaltet ist wie oben beschrieben, schwingt durch das Zusammenspiel der angreifenden Kraft des Hauptnockens 14 und der Vorspannkraft der Spiralfeder 38 mit der Kipphebelwelle 30 als Drehzapfen.
Wie in 4 dargestellt, liegt dagegen der proximale Endabschnitt des Ventils 18 (konkret der proximale Endabschnitt des Ventilschafts) an dem Endabschnitt an, welcher der Kipphebelwelle 30 im zweiten Kipphebel 34 entgegengesetzt ist. Darüber hinaus ist eine zweite Walze bzw. Rolle 40 an einem Mittelteil des zweiten Kipphebels 34 so angebracht, dass sie rotieren kann. Man beachte, dass der Außendurchmesser der zweiten Rolle 40 dem Außendurchmesser der ersten Rolle 36 gleich ist.
Außerdem wird angenommen, dass die Kipphebelwelle 30 über eine Spielausgleichseinrichtung 42 am anderen Ende des zweiten Kipphebels 34 von einem Nockenträger (oder beispielsweise einem Zylinderkopf) gelagert wird, bei dem es sich um ein stationäres Bauteil des Verbrennungsmotors 1 handelt. Daher wird der zweite Kipphebel 34 dadurch, dass er einer nach oben gerichteten Kraft von der Spielausgleichseinrichtung 42 ausgesetzt ist, in Richtung auf den Hilfsnocken 16 vorgespannt. Man beachte, dass in dem Fall, dass der Hilfsnocken ein Hubnocken mit einem Nasenabschnitt ist und kein Nullhub-Nocken wie in der vorliegenden Ausführungsform, der zweite Kipphebel 34 von der Ventilfeder 22 gegen den Hilfsnocken gedrückt wird, während der Hilfsnocken das Ventil 18 hebt.
Ferner ist die Position der zweiten Rolle 40 in Bezug auf die erste Rolle 36 so definiert, dass die axiale Mitte der zweiten Rolle 40 und die axiale Mitte der ersten Rolle 36 auf der gleichen geraden Linie L liegen, wie in 2 dargestellt, wenn die erste Rolle 36 am Basiskreisabschnitt 14a des Hauptnockens 14 anliegt (siehe 3) und die zweite Rolle 40 am Basiskreisabschnitt des Hilfsnockens 16 anliegt (siehe 4).
(Aufbau des Schaltmechanismus)
Nun wird ein Aufbau des Schaltmechanismus 24 ausführlich unter Bezugnahme auf 5 bis 6 beschrieben.
Der Schaltmechanismus 24, bei dem es sich um einen Mechanismus zum Umschalten zwischen gegenseitiger Verbindung und Trennung des ersten Kipphebels 32 und des zweiten Kipphebels 34 handelt, ermöglicht ein Umschalten der Betätigungszustände des Ventils 18 zwischen einem Zustand, in dem das Ventil betätigt wird, und einem Ventilstoppzustand durch Umschalten zwischen dem Zustand, in dem die angreifende Kraft des Hauptnockens 14 auf den zweiten Kipphebel 34 übertragen wird, und dem Zustand, in dem diese angreifende Kraft nicht auf den zweiten Kipphebel 34 übertragen wird.
5 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau des in 1 dargestellten Schaltmechanismus 24 im Einzelnen erläutert. Man beachte, dass in 5 der variable Mechanismus 20 anhand eines Querschnitts entlang der axialen Mitten der Rollen 36 und 40 dargestellt ist. Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist außerdem die Einbauposition der Nockenwelle 12 in Bezug auf die Einbauposition des variablen Mechanismus 20 in einem Zustand dargestellt, der sich, abgesehen von der axialen Position der Nockenwelle 12, von der tatsächlichen Einbauposition unterscheidet.
Wie in 5 dargestellt, ist ein erstes Stiftloch 46 durchgehend innerhalb einer ersten Spindel 44 der ersten Rolle in deren axialer Richtung ausgebildet, und die beiden Enden des ersten Stiftlochs 46 sind an beiden Seitenflächen des ersten Kipphebels 32 offen. Ein erster Schaltstift 48 mit einer Rundsäulen- bzw. zylindrischen Form ist verschiebbar in das erste Stiftloch 46 eingeführt.
Dagegen ist innerhalb einer zweiten Spindel 50L der zweiten Rolle 40 auf der Seite des zweiten Kipphebels 34L ein zweites Stiftloch 52L ausgebildet, von dem ein Endabschnitt, der dem ersten Kipphebel 32 entgegengesetzt ist, geschlossen ist, und von dem ein Endabschnitt auf der Seite des ersten Kipphebels 32 offen ist. Außerdem ist innerhalb einer zweiten Spindel 50R der zweiten Rolle 40 auf der Seite, wo sich der zweite Kipphebel 34R befindet, ein zweites Stiftloch 52R durchgehend in ihrer axialen Richtung ausgebildet, und beide Enden des zweiten Stiftlochs 52R sind an beiden Seitenflächen des zweiten Kipphebels 34R offen.
Ein zweiter Schaltstift 54L mit Rundsäulen- bzw. zylindrischen Form ist verschiebbar in das zweite Stiftloch 52L eingeführt. Außerdem ist innerhalb des zweiten Stiftlochs 52L eine Rückstellfeder 56 angeordnet, die den zweiten Schaltstift 54L in Richtung auf den ersten Kipphebel 32 (im Folgenden als „Vorwärtsrichtung des Schaltstifts” bezeichnet) vorspannt. Ein zweiter Schaltstift 54R mit Rundsäulen- bzw. zylindrischer Form ist verschiebbar in das zweite Stiftloch 52R eingeführt.
Die relativen Positionen der drei Stiftlöcher 46, 52L und 52R, die bisher beschrieben wurden, sind so definiert, dass die axialen Mitten der drei Stiftlöcher 46, 52L und 52R auf der gleichen geraden Linie L liegen, wenn die erste Rolle 36 am Basiskreisabschnitt 14a des Hauptnockens 14 anliegt (siehe 3) und die zweite Rolle 40 am Basiskreisabschnitt des Hilfsnockens 16 anliegt (siehe 4).
Nunmehr wird auch unter Bezugnahme auf 6 und auf die oben beschriebene 5 die Beschreibung des Schaltmechanismus 24 fortgesetzt. 6 ist eine Ansicht des Schaltmechanismus 24 aus der axialen Richtung der Nockenwelle 12 (der Richtung eines Pfeils B in 5). Man beachte, dass in den Figuren, die auf 6 folgen, die Beziehung zwischen einem Raststift 70 und einer Magnetspule 68 in vereinfachter Form dargestellt ist.
Der Schaltmechanismus 24 weist einen Schiebestift 58 auf, der mit Hilfe der Drehkraft des Nockens Druck auf die Schaltstifte 48, 54L und 54R ausübt, um sie zur Seite des zweiten Kipphebels 34L (in Rückwärtsrichtung des Schaltstifts) zu verschieben.
Wie in 5 dargestellt, weist der Schiebestift 58 einen Rundsäulen- bzw. zylindrischen Abschnitt 58a mit einer Stirnfläche auf, die an der Stirnfläche des zweiten Schaltstifts 54R anliegt. Der zylindrische Abschnitt 58a wird von einem Trägerbauteil 60 gelagert, das so am Nockenträger befestigt ist, dass es sich in der axialen Richtung vor und zurück bewegen und in der Umfangsrichtung rotieren kann.
Außerdem ist ein stabähnlicher Armabschnitt 58b an dem Endabschnitt, der dem zweiten Schaltstift 54R im zylindrischen Abschnitt 58a entgegengesetzt ist, so vorgesehen, dass er in der radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 58a nach außen ragt. Das heißt, der Armabschnitt 58b ist so gestaltet, dass er um die axiale Mitte des zylindrischen Abschnitts 58a rotieren kann. Wie in 6 dargestellt, ist der distale Endabschnitt des Armabschnitts 58b so gestaltet, dass er bis zu einer Stelle hinaufreicht, die der Umfangsfläche der Nockenwelle 12 gegenüber liegt. Außerdem ist ein kreisrunder vorstehende Abschnitt 58c am distalen Endabschnitt des Armabschnitts 58b so vorgesehen, dass er zur Umfangsfläche der Nockenwelle 12 vorragt.
An der Außenumfangsfläche, die dem vorstehenden Abschnitt 58c gegenüber liegt, ist an der Nockenwelle 12 ein Rundsäulen- bzw. zylindrischer Abschnitt 62 ausgebildet, der einen größeren Durchmesser aufweist als die Nockenwelle 12. In der Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 62 ist eine spiralförmige Führungsschiene 64 ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt. Hier weist die Führungsschiene 64 die Form einer spiralförmigen Nut auf.
Außerdem weist der Schaltmechanismus 24 ein Stellglied 66 auf, um den vorstehenden Abschnitt 58c in die Führungsschiene 64 einzuführen. Konkret weist das Stellglied 66 eine Magnetspule 68, die auf Basis des Befehls von der ECU 26 über eine Einschaltdauer gesteuert wird, und einen Raststift 70 auf, der an der Antriebsachse 68a der Magnetspule 68 anliegt. Der Raststift 70 ist zylindrisch geformt.
Ein Ende der Feder 72, die eine gegen die Schubkraft der Magnetspule 68 gerichtete Vorspannkraft ausübt, ist am Raststift 70 festgelegt, und das andere Ende der Feder 72 ist an einem Trägerbauteil 74 festgelegt, das am Nockenträger befestigt ist, bei dem es sich um ein stationäres Bauteil handelt. Gemäß diesem Aufbau kann der Raststift 70, wenn die Magnetspule 68 auf Basis des Befehls von der ECU 26 angesteuert wird, infolge der Schubkraft der Magnetspule 68, die die Vorspannkraft der Feder 72 überwindet, vorwärts bewegt werden, und wenn andererseits die Ansteuerung der Magnetspule 68 unterbrochen wird, können der Raststift 70 und die Antriebswelle 68a durch die Vorspannkraft der Feder 72 schnell an eine vorgegebene Position zurück bewegt werden. Außerdem wird der Raststift 70 durch das Trägerbauteil 74 an einer Bewegung in seiner axialen Richtung gehindert.
Darüber hinaus wird angenommen, dass die Magnetspule 68 an einem stationären Bauteil, beispielsweise einem Nockenträger, an einer Position befestigt ist, wo der Raststift 70 die Druckfläche 58d des distalen Endabschnitts des Armabschnitts 58b des Schiebestifts 58 (die Oberfläche, die der Oberfläche, wo der vorstehende Abschnitt 58c vorgesehen ist, entgegengesetzt ist) in Richtung auf die Führungsschiene 64 drücken kann. Anders ausgedrückt sind Form und Position der Druckfläche 58d so vorgesehen, dass der vorstehende Abschnitt 58c vom Raststift 70 zur Führungsschiene 64 gedrückt werden kann.
Der Armabschnitt 58b des Schiebestifts 58 ist so eingerichtet, dass er innerhalb eines Bereichs, der auf der Seite der Nockenwelle 12 vom zylindrischen Abschnitt 62 und von einem Anschlag 76 begrenzt wird, um die axiale Mitte des zylindrischen Abschnitts 58a rotieren kann. Weiter ist die Lagebeziehung jeder Komponente so eingerichtet, dass der Raststift 70, der von der Magnetspule 58 angetrieben wird, zuverlässig an der Druckfläche 58d des Armabschnitts 58b zur Anlage kommen kann, wenn der Armabschnitt 58b sich im oben genannten Bereich befindet und wenn die axiale Stellung des Schiebestifts 58 mit einem später beschriebenen Verschiebungsende Pmax1 übereinstimmt.
Die Spiralrichtung in der Führungsschiene 64 der Nockenwelle 12 ist so eingerichtet, dass dann, wenn die Nockenwelle 12, in die der vorstehende Abschnitt 58c eingeführt wurde, in einer in 6 dargestellten vorgegebenen Drehrichtung rotiert, der Schiebestift 58 bewirkt, dass die Schaltstifte 48, 54L und 54R in der Richtung verschoben werden, in der sie den Kipphebeln 32 und 34 näherkommen, während er sie entgegen der Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 in Rückwärtsrichtung zur Seite schiebt.
Hierbei wird die Stelle, wo der Schiebestift 58 sich in einem Zustand befindet, in dem der zweite Schaltstift 54L durch die Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 in sowohl das zweite Stiftloch 52L als auch das erste Stiftloch eingeführt ist, und in dem der erste Schaltstift 48 sowohl in das erste Stiftloch 46 als auch das zweite Stiftloch 52R eingeführt ist, als „Verschiebungsende Pmax1” bezeichnet. Wenn der Schiebestift 58 an diesem Verschiebungsende Pmax1 positioniert wird, werden der erste Kipphebel 32 und die zweiten Kipphebel 34R und 34L alle miteinander verbunden. Außerdem wird die Position, wo sich der Schiebestift 58 in einem Zustand befindet, in dem als Folge davon, dass beispielsweise vom Schiebestift 58 eine Kraft auf den Schaltstift 48 ausgeübt wird, der zweite Schaltstift 54L, der erste Schaltstift 48 und der zweite Schaltstift 54R jeweils nur in das zweite Stiftloch 52L, nur in das erste Stiftloch 46 und nur in das zweite Stiftloch 52R eingeführt sind, als „Verschiebungsende Pmax2” bezeichnet. Das heißt, wenn der Schiebestift 58 an diesem Verschiebungsende Pmax2 positioniert wird, werden der erste Kipphebel 32 und die zweiten Kipphebel 34R und 34L alle voneinander gelöst.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Position, wo sich das proximale Ende 64a der Führungsschiene 64 befindet, in der axialen Richtung der Nockenwelle 12 so eingerichtet, dass sie mit der Position übereinstimmt, an der sich der vorstehende Abschnitt 58c befindet, wenn sich der Schiebestift 58 am oben beschriebenen Verschiebungsende Pmax1 befindet. Ferner ist die Position, wo sich ein terminales Endes 64b der Führungsschiene 64 befindet, in der axialen Richtung der Nockenwelle 12 so eingerichtet, dass sie mit der Position übereinstimmt, an der sich der vorstehende Abschnitt 58c befindet, wenn sich der Schiebestift 58 am oben beschriebenen Verschiebungsende Pmax2 befindet. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform ist so gestaltet, dass der Schiebestift 58 innerhalb des Bereichs, in dem der vorstehende Abschnitt 58c von der Führungsschiene 64 geführt wird, zwischen dem Verschiebungsende Pmax1 und dem Verschiebungsende Pmax2 verschoben werden kann.
Wie in 6 dargestellt, ist die Führungsschiene 64 der vorliegenden Ausführungsform ferner mit einem verflachten unteren Abschnitt 64c als einem vorgegebenen Teilabschnitt auf der Seite des terminalen Endes 64b versehen, in dem die Tiefe der Führungsschiene 64 gemäß der Drehung der Nockenwelle 12 allmählich abnimmt, nachdem der Schiebestift 58 das Verschiebungsende Pmax2 erreicht hat. Man beachte, dass die Tiefe der Führungsschiene 64 an anderen Teilen außer dem verflachten unteren Abschnitt 64c konstant ist.
Außerdem ist der Armabschnitt 58b der vorliegenden Ausführungsform mit einem eingekerbten Abschnitt 58e versehen, der durch Einkerben eines Abschnitts einer Druckfläche 58d in konkaver Form ausgebildet ist. Die Druckfläche 58d ist so vorgesehen, dass sie mit dem Raststift 70 in Anlage gehalten wird, während der Schiebestift 58 vom Verschiebungsende Pmax1 zum Verschiebungsende Pmax2 verschoben wird. Ferner ist der eingekerbte Abschnitt 58e in einem Teil vorgesehen, wo er mit dem Raststift 70 in Eingriff gebracht werden kann, wenn der vorstehende Abschnitt 58c in einem Zustand, wo sich der Schiebestift 58 am oben beschriebenen Verschiebungsende Pmax2 befindet, durch die Wirkung des oben beschriebenen verflachten unteren Abschnitts 64c von der Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 62 abgenommen wird.
Außerdem ist der eingekerbte Abschnitt 58e so ausgebildet, dass er auf eine Weise mit dem Raststift in Eingriff gebracht werden kann, dass die Drehung des Armabschnitts 58b in der Richtung, in der der vorstehende Abschnitt 58c in die Führungsschiene 64 eingeführt wird, begrenzt werden kann und die Bewegung des Schiebestifts 58 in Vorwärtsrichtung des Schaltstifts begrenzt werden kann. Im eingekerbten Abschnitt 58e ist eine Führungsfläche 58f vorgesehen, die den Schiebestift 58 so führt, dass dieser sich vom zylindrischen Abschnitt 63 weg bewegt, während der Raststift 70 sich in den eingekerbten Abschnitt 58e bewegt.
[Funktionsweise der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform]
Nun wird die Funktionsweise der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 10 mit Bezug auf 7 bis 10 beschrieben.
(Im Ventilbetätigungszustand)
7 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand während eines Ventilbetätigungszustands (eines normalen Hubbetriebs) zeigt.
Wie in 7(B) dargestellt, ist in diesem Fall die Ansteuerung der Magnetspule 68 ausgeschaltet, und somit ist der Schiebestift 58 am Verschiebungsende Pmax1 getrennt von der Kurbelwelle 12 positioniert und ist der Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 ausgesetzt. Wie in 7(A) dargestellt, sind in diesem Zustand der erste Kipphebel 32 und die beiden zweiten Kipphebel 34 über die Schaltstifte 48 und 54L miteinander verbunden. Als Folge davon wird die angreifende Kraft des Hauptnockens 14 vom ersten Kipphebel 32 über die linken und rechten Kipphebel 34R und 34L auf beide Ventile 18 übertragen. Somit wird der normale Hubbetrieb des Ventils 18 gemäß dem Profil des Hauptnockens 14 durchgeführt.
(Zu Beginn der Ventilstoppbetätigung (Start der Schiebebetätigung))
8 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand zu Beginn einer Ventilstoppbetätigung zeigt.
Die Ventilstoppbetätigung wird beispielsweise dann durchgeführt, wenn von der ECU 26 eine Forderung nach Ausführung einer vorgegebenen Ventilstoppbetätigung, beispielsweise einer Schubunterbrechung für den Verbrennungsmotor 1, erfasst wird. Da die Ventilstoppbetätigung der vorliegenden Ausführungsform eine Betätigung ist, mit der die Schaltstifte 48, 54L und 54R mittels des Schiebestifts 58 mit Hilfe der Drehkraft der Nockenwelle 12 in ihrer Rückwärtsrichtung verschoben werden sollen, muss diese Betätigung durchgeführt werden, während die axialen Mitten dieser Schaltstifte 48, 54L und 54R auf der gleichen geraden Linie liegen, das heißt, während der erste Kipphebel 32 nicht schwingt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Führungsschiene 64 so eingerichtet, dass ein Bereich, in dem der Schiebestift 58 in Rückwärtsrichtung der Schaltstifte verschoben wird (ein Verschiebungsteilabschnitt) innerhalb des Basiskreis-Teilabschnitts liegt. Wenn die ECU 26, während die Magnetspule 68 angesteuert wird, eine Forderung nach Ausführung einer vorgegebenen Ventilstoppbetätigung der Reihe nach beginnend an einem Zylinder, an dem der Basiskreis-Teilabschnitt als erstes ankommt, erfasst, wird somit, wie in 8(B) dargestellt, der vorstehende Abschnitt 58c in die Führungsschiene 64 eingeführt, wodurch anschließend die Ventilstoppbetätigung der einzelnen Zylinder nacheinander gestartet wird. Konkret wird, während der vorstehende Abschnitt 58c, der in die Führungsschiene 64 eingeführt ist, von der Führungsschiene 64 geführt wird, mit Hilfe der Drehkraft der Nockenwelle 12 eine Verschiebebetätigung des Schiebestifts 58 in Richtung auf das Verschiebungsende Pmax2 gestartet, wie in 8(A) dargestellt. Während der Durchführung der Verschiebebetätigung bewegt sich der Schiebestift 58 in einem Zustand, in dem die Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 vom vorstehenden Abschnitt 58c aufgenommen wird, der an der Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 (der lastaufnehmenden Oberfläche 64d) anliegt, zum Verschiebungsende Pmax2.
(Bei Abschluss der Verschiebebetätigung)
9 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand bei Abschluss des Verschiebebetätigung zeigt.
9(A) stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem der Schiebestift 58 das Verschiebungsende Pmax2 erreicht hat und die Verschiebebetätigung zur Zeit einer Forderung nach einem Ventilstopp abgeschlossen ist, das heißt, zu einem Zeitpunkt, zu dem die Verbindung zwischen dem ersten Kipphebel 32 und den zweiten Kipphebeln 34R und 34L infolge davon, dass der erste Schaltstift 48 und der zweite Schaltstift 54L im ersten Stiftloch 46 bzw. im zweiten Stiftloch 52L aufgenommen werden, gelöst ist. Außerdem hat zu diesem Zeitpunkt, wie in 9(B) dargestellt, die Stelle, wo sich der vorstehende Abschnitt 58c in der Führungsschiene 64 befindet, noch nicht den verflachten unteren Abschnitt 64c erreicht.
Wenn die Verschiebebetätigung abgeschlossen ist, wie oben dargestellt, und der erste Kipphebel 32 und die zweiten Kipphebel 34R und 34L getrennt werden, beginnt der erste Kipphebel 32, der von der Spiralfeder 38 in Richtung auf den Hauptnocken 14 vorgespannt wird, aufgrund der Drehung des Hauptnockens 14 selbst zu schwingen. Infolgedessen wird die angreifende Kraft des Hauptnockens 14 nicht auf die beiden zweiten Kipphebel 34 übertragen. Da der Hilfsnocken 16, an dem der zweite Kipphebel 34 anliegt, ein Nullhubnocken ist, wird die Kraft, die das Ventil 18 antreibt, nicht mehr an die beiden Kipphebel 34 angelegt, auf die die angreifende Kraft des Hauptnockens 14 nun nicht mehr übertragen wird. Infolgedessen nimmt der zweite Kipphebel unabhängig von der Drehung des Hauptnockens 14 einen stationären Zustand an, und daher wird die Hubbetätigung des Ventils 18 an der Ventilschließposition unterbrochen.
(Während der Haltebetätigung des Verschiebungselements)
10 ist eine schematische Darstellung, die einen Steuerzustand während einer Haltebetätigung darstellt, die dazu dient, den Schiebestift 58 mit dem Raststift 70 zu halten.
Wenn die Kurbelwelle 12 sich weiter dreht, nachdem die Verschiebebetätigung, die in der oben beschriebenen 10 dargestellt ist, abgeschlossen wurde, nähert sich der vorstehende Abschnitt 58c dem verflachten unteren Abschnitt 64c, in dem die Tiefe der Nut allmählich abnimmt. Als Folge davon bewirkt die Wirkung des verflachten unteren Abschnitts 64c, dass der Schiebestift 58 sich in einer Richtung dreht, die ihn von der Nockenwelle 12 entfernt. Da die Tiefe der Nut aufgrund des verflachten unteren Abschnitts 64c abnimmt, wird der Raststift 70 dann ein wenig in der Rückwärtsrichtung verschoben. Wenn der Schiebestift 58 sich weiter dreht, bis der Raststift 70, der ständig von der Magnetspule 68 angetrieben wird, am eingekerbten Abschnitt 58e ankommt, wechselt anschließend der Teil auf der Seite des Schiebestifts 58, der am Raststift 70 anliegen soll, von der Druckfläche 58d auf den eingekerbten Abschnitt 58e.
Infolgedessen kommt der Raststift 70 mit dem eingekerbten Abschnitt 58e in Eingriff. Als Folge davon wird der Schiebestift 58 gehalten, wie in 10(B) dargestellt, wobei der vorstehende Abschnitt 58c von der Nockenwelle 12 beabstandet ist und die Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 vom Raststift 70 aufgenommen wird. Aus diesem Grund wird bei dieser Haltebetätigung, wie in 10(A) dargestellt, der Zustand, in dem der erste Kipphebel 32 und der zweite Kipphebel 34 voneinander getrennt sind, das heißt der Ventilstoppzustand, aufrechterhalten.
(Während der Ventilrückstellbetätigung)
Eine Ventilrückstellbetätigung, mit der die Betätigung vom Ventilstoppzustand zum Ventilbetätigungszustand zurückgebracht werden soll, beispielsweise wenn eine Forderung nach Ausführung einer vorgegebenen Ventilrückstellbetätigung, wie einer Forderung nach Rückkehr von einer Schubunterbrechung, wird von der ECU 26 erfasst. Eine solche Ventilrückstellbetätigung wird dadurch gestartet, dass die ECU 26 die Stromversorgung der Magnetspule 68 in einem Steuerzustand, der in 10 dargestellt ist, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ausschaltet (zu einem Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit, die für die Betätigung der Magnetspule 68 nötig ist, vor dem Startzeitpunkt des Basiskreis-Teilabschnitts liegt, in dem beispielsweise der Schaltstift 48 bewegt werden kann). Wenn die Stromversorgung der Magnetspule 68 ausgeschaltet wird, wird der Eingriff zwischen dem eingekerbten Abschnitt 58e des Schiebestifts 58 und dem Raststift 70 gelöst. Aufgrund dessen verschwindet die Kraft, mit der der erste Schaltstift 48 und der zweite Schaltstift 54L entgegen der Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 im ersten Stiftloch 46 bzw. im zweiten Stiftloch 52L festgehalten werden.
Wenn der Basiskreis-Teilabschnitt, in dem die Positionen der Schaltstifte 48, 54L und 54R übereinstimmen, ankommt, bewegen sich daher die Schaltstifte 48 und 54L wegen der Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 in Vorwärtsrichtung, wodurch sie zu einem Zustand zurückkehren, in dem der erste Kipphebel und die beiden zweiten Kipphebel 34 über die Schaltstifte 48 und 54L miteinander verbunden sind, das heißt zu einem Zustand, in dem ein Hubbetrieb des Ventils 18 durch die angreifende Kraft des Hauptnockens 14 möglich ist. Wenn die Schaltstifte 48 und 54L sich aufgrund der Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 in Vorwärtsrichtung bewegen, wird außerdem der Schiebestift 58 über den zweiten Schaltstift 54R vom Verschiebungsende Pmax2 zum Verschiebungsende Pmax1 zurückgebracht.
(Zusammenfassung)
Gemäß dem so gestalteten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 10 der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Betätigungszustände des Ventils 18 durch Bewegen der axialen Position des Schiebestifts 58 zwischen dem Verschiebungsende Pmax1 und dem Verschiebungsende Pmax2 und mit Hilfe des Ein- und Ausschaltens der Stromversorgung der Magnetspule 68, der Drehkraft der Nockenwelle 12 und der Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 zwischen dem Ventilbetätigungszustand und dem Ventilstoppzustand umzuschalten.
[Problem der Verringerung eines Kontaktdrucks, der zwischen Führungsschiene und Schiebestift erzeugt wird]
11 ist eine Abwicklungsdarstellung der Führungsschiene 64.
Der Schiebestift 58 wird beispielsweise über den Schaltstift 48 einer Vorspannkraft der Rückstellfeder 56 ausgesetzt. Wenn der Schiebestift 58 sich dadurch, dass er von der Führungsschiene 64 geführt wird, vom Verschiebungsende Pmax1 zum Verschiebungsende Pmax2 bewegt, wie in 11 dargestellt, bewegt sich daher der vorstehende Abschnitt 58c des Schiebestifts 58 innerhalb der Führungsschiene 64 entgegen der Vorspannkraft von der Rückstellfeder 56, während er gegen eine der Seitenwandflächen 64d der Führungsschiene 64 gedrückt wird. Hierin wird die Seitenwandfläche 64d konkret als „lastaufnehmende Oberfläche 64d” bezeichnet. Außerdem wird die Belastung, die zwischen der lastaufnehmenden Oberfläche 64d und dem vorstehenden Abschnitt 58c erzeugt wird, wenn der vorstehende Abschnitt 58c des Schiebestifts 58 in der Führungsschiene 64 gleitet, während er gegen die lastaufnehmende Oberfläche 64d gedrückt wird, als „Kontaktbelastung” bezeichnet. Darüber hinaus weist der „Kontaktdruck”, der zwischen der lastaufnehmenden Oberfläche 64d und dem vorstehenden Abschnitt 58c erzeugt wird, einen Wert auf, der der oben beschriebenen Kontaktbelastung geteilt durch die Kontaktfläche der beiden entspricht.
12 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau zeigt, der als Vergleich mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dienen soll. Genauer ist die im unteren Teil von 12(A) dargestellte Figur eine Ansicht des Schiebestifts und der Führungsschiene aus der axialen Richtung der Nockenwelle, und die Figur, die im oberen Teil von 12(A) dargestellt ist, ist eine Ansicht des Schiebestifts und der Führungsschiene aus Richtung der Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts des Schiebestifts. 12(B) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 12(A).
In dem in 12(A) dargestellten Aufbau wird die Positionierung des Schiebestifts in Bezug auf die Führungsschiene in einem Zustand bestimmt, in dem die Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts des Schiebestifts in Bezug auf die Mittelachsenlinie der Nockenwelle versetzt ist. Aus 12(B) geht hervor, dass bei einer derartigen Positionierung die lastaufnehmende Oberfläche und der vorstehende Abschnitt nur am oberen Abschnitt der lastaufnehmenden Oberfläche der Führungsschiene miteinander in Kontakt stehen. Eine solche Art des Kontakts bewirkt, dass die Kontaktfläche zwischen der lastaufnehmenden Oberfläche und dem vorstehenden Abschnitt abnimmt (zu einem Punktkontakt wird). Dadurch nimmt der Kontaktdruck (die Kontaktbelastung/Kontaktfläche), der (bzw. die) zwischen den beiden erzeugt wird, zu.
[Kennzeichnender Aufbau der ersten Ausführungsform]
13 ist eine schematische Darstellung, die die Art und Weise der Positionierung des Schiebestifts 58 in Bezug auf die Führungsschiene 64 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern soll.
Wie in 13(A) dargestellt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Positionierung des vorstehenden Abschnitts 58c in Bezug auf die Führungsschiene 64 so bestimmt, dass die Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts 58c und die Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 (die Mittelachsenlinie des spiralförmigen Wandabschnitts (der lastaufnehmenden Oberfläche 64d)) einander in einem Zustand senkrecht schneiden, in dem das Stellglied 66 den vorstehenden Abschnitt 58c des Schiebestifts 58 zur Führungsschiene 64 vorragen lässt. Gemäß dieser Art und Weise der Positionierung liegen die Seitenfläche des vorstehenden Abschnitts 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d einander parallel gegenüber, wie in 13(B) dargestellt, anders als bei dem oben beschriebenen und in 12 dargestellten Verfahren. Dies bewirkt, dass die Kontaktfläche zwischen der lastaufnehmenden Oberfläche 64d und dem vorstehenden Abschnitt 58c zunimmt (zu einem Linienkontakt wird), wodurch eine vorteilhafte Verringerung des Kontaktdrucks, der zwischen den beiden erzeugt wird, möglich ist. Im Folgenden wird mit Bezug auf 14 bis 16 der Grund beschrieben, warum es möglich ist, die Kontaktfläche zwischen der lastaufnehmenden Oberfläche 64d und dem vorstehenden Abschnitt 58c aufgrund der Art und Weise der Positionier der vorliegenden Ausführungsform zu vergrößern.
14 ist eine schematische Darstellung, die erläutern soll, dass die Art, wie sich der vorstehende Abschnitt 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d berühren, aufgrund einer Änderung der Position des Schiebestifts 58 in Bezug auf die Führungsschiene 64 ändert. Konkret ist 14(A) eine Darstellung des Schiebestifts 58 und der Führungsschiene 64, betrachtet aus der axialen Richtung der Nockenwelle 12; 14(B) ist eine Darstellung des Schiebestifts 58 und der Führungsschiene 64, betrachtet aus der Richtung einer geraden Linie, die senkrecht ist zur Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 (das heißt, bei der Art und Weise der Positionierung in der vorliegenden Ausführungsform, zur Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts 58); und 14(C) zeigt jeden in 14(B) dargestellten Querschnitt. Man beachte, dass die Stiftposition P2 in 14 die Position des vorstehenden Abschnitts 58c ist, die durch die oben beschriebene Art und Weise der Positionierung in der vorliegenden Ausführungsform bestimmt wird, und dass die Stiftposition P1 die Position ist, wo der vorstehende Abschnitt 58c in Bezug auf die Stiftposition P2 in Bewegungsrichtung des vorstehenden Abschnitts 58c in der Führungsschiene 64 hinten positioniert ist, während die Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts 58c parallel gehalten wird. Ferner ist die Stiftposition P3 eine Position, wo der vorstehende Abschnitt 58c, im Gegensatz zur Stiftposition P1, in Bezug auf die Stiftposition P2 in Bewegungsrichtung des vorstehenden Abschnitts 58c in der Führungsschiene 64 vorne positioniert ist.
Wie aus den drei Stiftpositionen P1 bis P3 in 14 ersichtlich ist, hat die Tatsache, dass die Kontaktfläche zwischen der lastaufnehmenden Oberfläche 64d und dem vorstehenden Abschnitt 58c an der Stiftposition P2 gemäß der Art und Weise der Positionierung in der vorliegenden Ausführungsform groß wird, mit der Tatsache zu tun, dass die Neigung der lastaufnehmenden Oberfläche (der Seitenwandfläche) 64d der Führungsschiene 64, die eine spiralförmige Nut aufweist, sich aufgrund der Änderung der Positionierung des Schiebestifts 58 in Bezug auf die Führungsschiene 64 ändert. Das heißt, die lastaufnehmende Oberfläche (die Seitenwandfläche) 64d der Führungsschiene 64 wird an der Stiftposition P2 zu einer Ebene, die senkrecht ist zur Nutbodenfläche (parallel zur Blickrichtung), wie vom Nutenquerschnitt S2 in 14(C) dargestellt, wenn man sie aus der Richtung einer geraden Linie betrachtet, die die Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 (die Nutbodenfläche der Führungsschiene) senkrecht schneidet. Wenn die Führungsschiene 64 jedoch aus der gleichen Richtung betrachtet wird wie die Stiftposition P2, weist die lastaufnehmende Oberfläche (die Seitenwandfläche) 64d der Führungsschiene an den Stiftpositionen P1 und P3, die in Bewegungsrichtung des vorstehenden Abschnitts 58c in der Führungsschiene 64 vor und hinter der Stiftposition P2 liegen, eine Neigung in Bezug auf die Nutbodenfläche auf, wie von den Nutenquerschnitten S1 und S3 in 14(C) dargestellt ist.
Der Grund dafür, dass sich die Neigung der lastaufnehmenden Oberfläche (Seitenwandfläche) 64d der Führungsschiene 64 einhergehend mit jeder Änderung der Stiftpositionen P1 bis P3 ändert, wie oben beschrieben, liegt nicht in einem Fehler während der maschinellen Bearbeitung der Führungsschiene 64, sondern in einem eigentümlichen Phänomen, das auftritt, wenn ein spiralförmiger Wandabschnitt (hier die Führungsschiene 64, die als spiralförmige Nut geformt ist) an einem zylindrischen Objekt (hier einem zylindrischen Abschnitt 62 der Nockenwelle 12) ausgebildet wird. Im Folgenden wird mit Bezug auf 15 und 16 der Grund dafür, dass sich die Neigung der lastaufnehmenden Oberfläche (der Seitenwandfläche) 64d der Führungsschiene 64 ändert, ausführlich beschrieben.
15 ist eine schematische Darstellung, die die Vorgehensweise bei der Ausbildung der Führungsschiene 64, die als spiralförmige Nut geformt ist, an einem zylindrischen Abschnitt erläutert.
Wenn die spiralförmige Führungsschiene 64 unter Verwendung eines Spanwerkzeugs (eines Schaftfräsers) an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 62 ausgebildet wird, wird der zylindrischen Abschnitt 62 relativ zum Werkzeug so positioniert, dass die Mittelachsenlinie des Werkzeugs und die Mittelachsenlinie des zylindrischen Abschnitts 62 einander senkrecht schneiden, wie links in 15(A) dargestellt. In diesem Zustand dringt das Werkzeug dann bis zu einer bestimmten Nuttiefe vor. Um eine Spiralnutform auszubilden, wird danach so vorgegangen, dass der zylindrischen Abschnitt 62 in einem Zustand, in dem das Werkzeug in den zylindrischen Abschnitt 62 eingedrungen ist, zum Rotieren gebracht und in Bezug auf die axiale Richtung bewegt wird.
Punkte X1 und Y1 in 15(A) zeigen jeweilige Kontaktpunkte zwischen einem unteren Endabschnitt und einem oberen Endabschnitt der Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 und dem Werkzeug zu dem Augenblick, wo die Bearbeitung an der in 15(A) dargestellten Position durchgeführt wird. Die Figur rechts in 15(A) ist eine Darstellung der Führungsschiene 64, betrachtet von oben aus der Richtung der Mittelachsenlinie des Werkzeugs. Wenn sie aus der Richtung dieser Figur betrachtet werden, befinden sich die Punkte X1 und Y1 an der gleichen Bewegungsposition. Man beachte, dass in dieser Figur die Punkte X1 und Y1 etwas zueinander versetzt dargestellt sind, damit man sie unterscheiden kann.
15(B) zeigt einen Zustand, in dem der zylindrische Abschnitt 62 in Bezug auf 15(A) um 15° rotiert hat und die Bearbeitung somit fortgeschritten ist. Die Punkte X2 und Y2 in 15(B) sind Punkte, die den oben beschriebenen Punkten X1 und Y1 in dem Augenblick entsprechen, in dem die Bearbeitung an den in 15(B) dargestellten Positionen durchgeführt wurde. Somit zeigt sich an der Position von 15(B), wo die Bearbeitung des Abschnitts um 15° fortgeschritten ist, ein Unterschied in der Bewegungsposition zwischen dem Punkt X1 und dem Punkt Y1, wenn sie aus der in der rechten Figur von 15(B) dargestellten Richtung betrachtet wird. Außerdem bewegt sich während der Bearbeitung auch der zylindrische Abschnitt 62 in der axialen Richtung. Aus der Richtung betrachtet, die von der rechten Figur in 15(B) dargestellt ist, durchlaufen der Punkt X1 auf der Innendurchmesserseite und der Punkt Y1 auf der Außendurchmesserseite nicht die gleiche Position in Bewegungsrichtung der Führungsschiene 64, und der Punkt Y1 durchläuft eine weiter innen liegende Region als der Punkt X1. Infolgedessen wird die Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 in Bezug auf die Nutbodenoberfläche schräg, außer an Stellen, wo die Mittelachsenlinie des Werkzeugs und die Mittelachsenlinie des zylindrischen Abschnitts 62 einander senkrecht schneiden. Man beachte, dass die Neigung der Seitenwandfläche umso stärker ist, je tiefer die Nut der Führungsschiene 64 ist (je höher die Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 ist), und ebenso wird die Neigung der Seitenwand umso stärker, je steiler die Neigung der Spirale ist.
Mit Bezug auf 14 wird die Beschreibung nun fortgesetzt.
Wenn die Führungsschiene 64 an der Stiftposition P1, die in Bewegungsrichtung des vorstehenden Abschnitts 58c in der Führungsschiene in Bezug auf die Stiftposition P2 eine hintere Position ist, aus der gleichen Richtung betrachtet wird wie die Stiftposition P2, weist die lastaufnehmende Oberfläche (die Seitenwandfläche) 64d der Führungsschiene 64 eine Neigung in Bezug auf die Innenseite der Nut auf wie vom Nutenquerschnitt S1 in 14(C) dargestellt. Daher kommen in diesem Fall der vorstehende Abschnitt 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d nur im oberen Abschnitt der lastaufnehmenden Oberfläche 64d in Kontakt (bilden einen Punktkontakt), ähnlich wie im oben beschriebenen Fall, der in 12 dargestellt ist. Wenn die Führungsschiene 64 an der Stiftposition P3, die in Bewegungsrichtung des vorstehenden Abschnitts 58c in der Führungsschiene in Bezug auf die Stiftposition P2 eine vordere Position ist, aus der gleichen Richtung betrachtet wird wie die Stiftposition P2, weist außerdem die lastaufnehmende Oberfläche (die Seitenwandfläche) 64d der Führungsschiene 64 eine Neigung in Bezug auf die Außenseite der Nut auf wie vom Nutenquerschnitt S3 in 14(C) dargestellt. Daher kommen in diesem Fall der vorstehende Abschnitt 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d nur im unteren Abschnitt der lastaufnehmenden Oberfläche 64d miteinander in Kontakt (bilden einen Punktkontakt).
Im Gegensatz dazu kommen gemäß der oben beschriebenen Art und Weise der Positionierung der vorliegenden Ausführungsform die Seitenfläche des vorstehenden Abschnitts 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d über der gesamten lastaufnehmenden Oberfläche 64d miteinander in Kontakt (bilden einen Linienkontakt), wie vom Nutenquerschnitt S2 in 14(C) dargestellt. Auf diese Weise erlaubt die Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der lastaufnehmenden Oberfläche 64d und dem vorstehenden Abschnitt 58c eine vorteilhafte Verringerung des Kontaktdrucks, der zwischen den beiden erzeugt wird.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird für die Beschreibung ein Beispiel verwendet, das so gestaltet ist, dass die Ventilöffnungseigenschaften des Ventils 18 vom Ventilbetätigungszustand zum Ventilstoppzustand wechseln, wenn der Schiebestift 58, an dem der vorstehende Abschnitt 58c befestigt ist, in Bezug auf den zylindrischen Abschnitt 62, dessen Position in der axialen Richtung der Nockenwelle 12 fixiert ist, relativ verschoben wird, wenn der vorstehende Abschnitt 58c, den das Stellglied 66 vorragen lässt, in die Führungsschiene 64 eingreift. Jedoch ist die variable Ventilbetätigungsvorrichtung, um die es in der vorliegenden Erfindung geht, nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt und kann beispielsweise auf die folgende Weise gestaltet sein. Das heißt, es ist ein Stellglied vorgesehen, das ein bewegliches Element aufweist, welches als vorstehender Abschnitt der vorliegenden Erfindung dient, und ein Bauteil, das einen zylindrischen Abschnitt, an dem die Führungsschiene befestigt ist, und zwei Nocken als Einheit aufweist, ist so an einer Nockenwelle befestigt, dass es sich in der axialen Richtung bewegen kann. Weiter ist die Gestaltung so, dass die Ventilöffnungseigenschaften sich ändern, wenn das oben beschriebene Bauteil, das den zylindrischen Abschnitt und zwei Arten von Nocken aufweist, in Bezug auf das Stellglied (den vorstehenden Abschnitt), dessen Position in der axialen Richtung der Nockenwelle begrenzt ist, wenn der vorstehende Abschnitt und die Führungsschiene ineinander greifen, relativ verschoben wird.
Ferner wurde für die oben beschriebene erste Ausführungsform ein Beispiel mit einem Aufbau verwendet, der die Führungsschiene 64 aufweist, die eine spiralförmige Nutform hat. Jedoch muss die Führungsschiene der vorliegenden Erfindung nicht in Nutform ausgebildet sein, vorausgesetzt, sie weist einen spiralförmigen Abschnitt auf, der mit dem vorstehenden Abschnitt in Eingriff gebracht werden kann, um die Ventilöffnungseigenschaften des Ventils 18 zu ändern.
Darüber hinaus wurde zwar in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem der Hilfsnocken 16 als Nullhub-Nocken gestaltet ist, aber der Hilfsnocken der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Nullhub-Nocken beschränkt. Das heißt, er kann ein Nocken mit einem Nasenabschnitt sein, mit dem ein kleinerer Hub als mit dem Hauptnocken 14 erhalten werden kann. Das heißt, der variable Ventilbetätigungsmechanismus der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Typ beschränkt, der zwischen dem Ventilbetätigungszustand und dem Ventilstoppzustand wechselt, sondern kann einer sein, der den Hubweg oder den Betätigungswinkel des Ventils in zwei Schritten ändert.
Man beachte, dass in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die lastaufnehmende Oberfläche 64d der Führungsschiene 64 dem „spiralförmigen Wandabschnitt” des oben beschriebenen ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung entspricht.
Zweite Ausführungsform
Nun wird mit Bezug auf 16 bis 19 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Es wird davon ausgegangen, dass die variable Ventilbetätigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform auf ähnliche Weise gestaltet ist wie die variable Ventilbetätigungsvorrichtung 10 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, abgesehen von den nachstehend beschriebenen Punkten.
16 ist eine Ansicht der Führungsschiene 64, betrachtet aus der Richtung einer geraden Linie, welche die Mittelachse der Nockenwelle 12 senkrecht schneidet. Man beachte, dass in 16, um die Beschreibung besser verständlich zu machen, die Neigung der Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 übertrieben dargestellt ist.
Um den Kontaktdruck zu verringern, der zwischen dem vorstehenden Abschnitt 58c und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d erzeugt wird, wird vorteilhafterweise die Kontaktfläche zwischen den beiden vergrößert. Zu diesem Zweck wird vorteilhafterweise der Kontaktabschnitt zwischen den beiden erweitert, beispielsweise von einem Punktkontakt in einen Linienkontakt. Um den Kontaktabschnitt zwischen den beiden zu erweitern, kann vorteilhafterweise ein breiter Kontakt mit dem vorstehenden Abschnitt 58c vom unteren Abschnitt zum oberen Abschnitt der lastaufnehmenden Oberfläche 64d sichergestellt werden.
Wenn die Führungsschiene 64 aus der Richtung einer geraden Linie betrachtet wird, welche die Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 senkrecht schneidet, so wird, wie bereits in der ersten Ausführungsform beschrieben, die Neigung der Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 größer, wenn der Abstand zur Mittelachse der Nockenwelle 12 größer wird (siehe die Stiftpositionen P1 und P3 in 14). In einem Fall, in dem der vorstehende Abschnitt 58c in Bezug auf die Führungsschiene 64 so positioniert ist, dass die Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 die Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts 58c senkrecht schneidet, wenn ein vorstehender Abschnitt, der eine zylindrische Form aufweist, die am Basisendabschnitt den gleichen Durchmesser aufweist wie am distalen Endabschnitt, wird es daher ebenso wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wahrscheinlicher, dass das distale Ende des vorstehenden Abschnitts an Positionen, die in seiner Bewegungsrichtung vorne liegen, mit der lastaufnehmenden Oberfläche 64d in Konflikt kommt, wie in 16 dargestellt. Infolgedessen wird es schwierig, in einer Region vom unteren Abschnitt zum oberen Abschnitt der lastaufnehmenden Oberfläche 64d einen ausreichenden Kontakt mit dem vorstehenden Abschnitt 58c sicherzustellen.
17 ist eine schematische Darstellung, die den Bereich zeigt, in dem ein Linienkontakt mit der Seitenfläche des vorstehenden Abschnitts des Schiebestifts in der Führungsschiene 64, die die Form einer spiralförmigen Nut aufweist, möglich ist. Man beachte, dass zwar genau genommen der Kontakt zwischen dem vorstehenden Abschnitt und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d kein Linienkontakt wird, sondern ein Kontakt in einer bandförmigen Region mit einer bestimmten Breite, aber dass dies hierin als Linienkontakt bezeichnet wird, weil damit eine Kontaktlänge in der Region vom unteren Abschnitt zum oberen Abschnitt der lastaufnehmenden Oberfläche 64d sichergestellt werden soll.
Wenn der vorstehende Abschnitt 58c in Bezug auf die Führungsschiene 64 so positioniert wird, dass die Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 und die Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts 58c einander senkrecht schneiden, wird der Bereich, in dem die lastaufnehmende Oberfläche 64d senkrecht ist zur Nutbodenfläche (das heißt der Bereich, in dem die Seitenfläche des vorstehenden Abschnitts parallel ist zur lastaufnehmenden Oberfläche 64d), durch den Umstand, dass die Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 geneigt ist, begrenzt. Somit ist ein Bereich, in dem ein Linienkontakt möglich ist, ein Bereich, der fächerförmig von der Mitte der Nockenwelle 12 (dem zylindrischen Abschnitt 62) ausgeht, wie in 17(A) dargestellt. Der Grund dafür, dass der Bereich der lastaufnehmenden Oberfläche 64d, in dem diese senkrecht ist zur Nutbodenfläche, auf diese Weise fächerförmig wird, ist, dass die maschinelle Bearbeitung der Führungsschiene 64 so durchgeführt wird, dass der zylindrische Abschnitt 62 einem Zustand rotieren gelassen wird, in dem der zylindrische Abschnitt 62 in Bezug auf das Werkzeug so positioniert ist, dass die Mittelachsenlinie des Werkzeugs und die Mittelachsenlinie des zylindrischen Abschnitts 62 einander senkrecht schneiden, wie bereits beschrieben.
Um einen lokalen Konflikt zwischen dem vorstehenden Abschnitt und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d, wie in 16 dargestellt, zu vermeiden und dadurch eine große Kontaktfläche zwischen den beiden sicherzustellen, ist es daher wirkungsvoll, einen Aufbau zu wählen, mit dem der vorstehende Abschnitt innerhalb des oben beschriebenen Bereichs einer Fächerform bleibt, wenn er aus der axialen Richtung der Nockenwelle 12 betrachtet wird.
18 ist eine schematische Darstellung, die die Form eines vorstehenden Abschnitts 80c des Schiebestifts 80 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern soll.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform wird die Positionierung des vorstehenden Abschnitts 80c in Relation zur Führungsschiene 64 so bestimmt, dass die Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 und die Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts 80c einander in einem Zustand, in dem das Stellglied 66 den vorstehenden Abschnitt 80c zur Führungsschiene 64 vorragen lässt, senkrecht schneiden.
Wie in 18(B) dargestellt, ist außerdem der vorstehende Abschnitt 80c in der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet, dass er zur Wellenmitte der Nockenwelle 12 hin schmäler wird, wenn er in einem Zustand, in dem das Stellglied 66 den vorstehenden Abschnitt 80c zur Führungsschiene 64 vorragen lässt, aus der axialen Richtung der Nockenwelle 12 betrachtet wird. Konkret ist der vorstehende Abschnitt 80c konisch, so dass er zum distalen Ende hin dünner wird, wenn er aus der axialen Richtung der Nockenwelle 12 betrachtet wird. Dadurch kann der vorstehende Abschnitt 80c so ausgebildet werden, dass er innerhalb des oben beschriebenen fächerförmigen Bereichs bleibt, wenn man ihn aus der axialen Richtung der Nockenwelle 12 betrachtet.
19 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand eines Kontakts zwischen dem vorstehenden Abschnitt 80c und der lastaufnehmenden Oberfläche 64 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen soll.
Als Folge davon, dass der vorstehende Abschnitt 80c so vorgesehen ist wie oben beschrieben, wird ein lokal begrenzter Kontakt mit der lastaufnehmenden Oberfläche 64d vermieden, wodurch ein breiter Linienkontaktbereich zwischen dem vorstehenden Teil 80c und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d vom unteren Abschnitt zum oberen Abschnitt der lastaufnehmenden Oberfläche sichergestellt werden kann, wie in 19 dargestellt. Auf diese Weise nimmt gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform die Kontaktfläche zwischen dem vorstehenden Abschnitt 80c und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d zu, wodurch der Kontaktdruck, der zwischen den beiden erzeugt wird, wirksam verringert werden kann.
Man beachte, dass die oben beschriebene zweite Ausführungsform so gestaltet ist, dass der vorstehende Abschnitt 80c konisch ist, so dass er zum distalen Ende hin dünner wird, wenn er aus der axialen Richtung der Nockenwelle 12 betrachtet wird. Jedoch ist die Ausbildung, bei der der vorstehende Abschnitt schmäler wird, nicht auf die oben beschriebene Form beschränkt, sondern der vorstehende Abschnitt der vorliegenden Erfindung kann auf beliebige Weise ausgebildet werden, vorausgesetzt, er wird zur Wellenmitte der Nockenwelle hin schmäler, wenn er in einem Zustand, wo das Stellglied ihn zur Führungsschiene hin vorragen lässt, aus der axialen Richtung der Nockenwelle betrachtet wird. Das heißt, der vorstehende Abschnitt kann beispielsweise so geformt sein, dass er nicht in einer geraden, sondern in einer gekrümmten Linie schmäler wird, wenn er aus der axialen Richtung der Nockenwelle betrachtet wird, oder er kann eine Form aufweisen, die schmäler wird, indem sie stufenweise umso dünner wird, je näher sie am distalen Ende liegt. Breit gefasst besteht die Idee der Form des vorstehenden Abschnitts in der vorliegenden Erfindung darin, dass der vorstehende Abschnitt auf beliebige Weise ausgebildet sein kann, vorausgesetzt, seine Breite am distalen Endabschnitt ist kleiner als die Breite am Basisendabschnitt, und die Breite des mittleren Abschnitts ist nicht größer als die am Basisendabschnitt, wenn er aus der axialen Richtung der Nockenwelle betrachtet wird. Diese Art der Ausbildung des vorstehenden Abschnitts ist von Vorteil, um den vorstehenden Abschnitt in dem fächerförmigen Bereich zu halten, in dem der in 17 dargestellte Linienkontakt möglich ist, im Gegensatz zu einem vorstehenden Abschnitt, der in zylindrischer Form ausgebildet ist.
[Anderer Aufbau, um eine Kontaktbelastung, die zwischen einem vorstehenden Abschnitt und einer lastaufnehmenden Oberfläche erzeugt wird, zu verringern]
Mit Bezug auf 20 bis 25 wird nun ein Aufbau beschrieben, mit dem die Kontaktbelastung, die zwischen dem vorstehenden Abschnitt des Schiebestifts und der lastaufnehmenden Oberfläche der Führungsschiene erzeugt wird, verringert wird. Man beachte, dass ein solcher Aufbau zusätzlich auf jeden Aufbau der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen angewendet werden kann, aber hier wird ein Beispiel beschrieben, bei dem dieser Aufbau auf den Aufbau der ersten Ausführungsform angewendet wird.
20 ist eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Einstellung des Abstands zwischen der Führungsschiene 64 und dem vorstehenden Abschnitt 58c, wenn der vorstehende Abschnitt zur Führungsschiene 64 vorragen gelassen wird, darstellen soll.
In einem Zustand, in dem der vorstehende Abschnitt 58c in einem geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64 zur Führungsschiene vorragen gelassen wird, ist die Position des vorstehenden Abschnitts 58c in der axialen Richtung der Nockenwelle 12 in Bezug auf die Führungsschiene 64, wie in 20 dargestellt, im Allgemeinen so eingestellt, dass die Mitte des vorstehenden Abschnitts 58c mit der Mitte der Nutbreite der Führungsschiene 64 übereinstimmt (das heißt, linke und rechte Abstände gleich sind). Gemäß dieser Einstellung kann auch im Falle eines Montagefehlers die Gefahr, dass der vorstehende Abschnitt 58c und die Seitenwandfläche der Führungsschiene 64 im geradlinigen Teilabschnitt miteinander in Konflikt kommen, minimiert werden. Wenn der vorstehende Abschnitt 58c im geradlinigen Teilabschnitt zu nahe an der lastaufnehmenden Oberfläche 64d positioniert wird, kann es außerdem sein, dass der vorstehende Abschnitt 58c und die Nutoberseite der Führungsschiene 64 miteinander in Konflikt kommen, was dazu führt, dass der vorstehende Abschnitt 58c nicht in die Führungsschiene 64 hineingelangen kann. Wenn der vorstehende Abschnitt 58c dagegen zu nahe an einer gegenüber liegenden Oberfläche 64e der Führungsschiene 64 positioniert wird, kann der vorstehende Abschnitt 58c selbst dann, wenn der vorstehende Abschnitt 58c im geradlinigen Teilabschnitt nicht in die Führungsschiene 64 hineingelangen kann, im folgenden schrägen Teilabschnitt (Verschiebungsteilabschnitt) in die Führungsschiene 64 hineingelangen. In der Vergangenheit bestand daher die Tendenz, den vorstehenden Abschnitt so einzubauen, dass er näher an der gegenüber liegenden Oberfläche der Führungsschiene lag, um einen Fehleingriff zwischen dem vorstehenden Abschnitt und der Führungsschiene zu vermeiden.
21 ist eine schematische Darstellung, die die Änderung einer Kontaktbelastung gemäß dem Abstand zwischen dem vorstehenden Abschnitt 58c und dem Wandabschnitt auf der Seite der lastaufnehmenden Oberfläche 64d im geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64 erläutern soll. Konkret zeigt 21(A) ein Beispiel, in dem der Abstand zwischen dem vorstehenden Abschnitt 58c und dem Wandabschnitt auf der Seite der lastaufnehmenden Oberfläche 64d klein ist, und 21(B) zeigt ein Beispiel, in dem der Abstand zwischen dem vorstehenden Abschnitt 58c und dem Wandabschnitt auf der Seite der lastaufnehmenden Oberfläche 64d groß ist.
Wenn der oben beschriebene Abstand klein ist, wie in 21(A) dargestellt, befindet sich der Punkt, an dem der vorstehende Abschnitt 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d aufeinander treffen, in der Nähe des geradlinigen Teilabschnitts der Führungsschiene 64. Da an einer solchen Stelle der Wandabschnitt der Führungsschiene 64 in Bezug auf den geradlinigen Teilabschnitt etwas geneigt ist, nimmt der Kontaktwinkel zwischen dem vorstehenden Abschnitt 58c und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d ab. Dadurch nimmt die Abstoßungskraft, die der vorstehende Abschnitt 58c von der lastaufnehmenden Oberfläche 64d aufnimmt, ab, und die Kontaktbelastung, die zwischen den beiden erzeugt wird, wird kleiner. Wenn dagegen, wie in 21(B) dargestellt, der oben beschriebene Abstand groß ist, befindet sich der Punkt, an dem der vorstehende Abschnitt 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d aufeinander treffen, im Vergleich zu 21(A) abseits vom geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64. An einer solchen Stelle wird der Winkel, in dem der vorstehende Abschnitt 58c und die lastaufnehmende Oberfläche 64d miteinander in Kontakt kommen, größer. Dadurch nimmt die Abstoßungskraft, die der vorstehende Abschnitt 58c von der lastaufnehmenden Oberfläche 64d aufnimmt, zu, und die Kontaktbelastung, die zwischen den beiden erzeugt wird, wird größer.
Wie bisher beschrieben, ist der Aufbau, mit dem der oben beschriebene Abstand im geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64 klein gehalten werden soll, wirksam, um die Kontaktbelastung zwischen dem vorstehenden Abschnitt 58c und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d zu verkleinern. Demgemäß kann ein Aufbau vorgesehen werden, der den vorstehenden Abschnitt 58c unter Nutzung des geradlinigen Teilabschnitts der Führungsschiene 64 gegen den Wandabschnitt auf der Seite der lastaufnehmenden Oberfläche 64d drängt (um ihn zu führen), wie bei den vier Arten von Beispielen, die in 22 bis 25 dargestellt sind.
22 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Führen des vorstehenden Abschnitts 58c mittels einer Tellerfeder 82 erläutern soll.
Der in 22 dargestellte Aufbau 22 ist an einer Stelle auf der Seite der gegenüber liegenden Oberfläche 64e im geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64 mit der Tellerfeder 82 versehen. Gemäß einem solchen Aufbau kann der vorstehende Abschnitt 58c unter Nutzung der Abstoßungskraft der Feder auf die Seite der lastaufnehmenden Oberfläche 64d geführt werden. Dadurch kann der oben beschriebene Abstand verkleinert werden, wodurch die Kontaktbelastung, die zwischen dem vorstehenden Abschnitt 58c und der lastaufnehmenden Oberfläche 64d erzeugt wird, beständig verkleinert werden kann.
23 ist eine schematische Darstellung, die eine Art und Weise der Führung des vorstehenden Abschnitts 58c mittels eines Dauermagneten 84 erläutern soll.
Der in 23 dargestellte Aufbau zeigt, dass der Dauermagnet 84 an einer Stelle auf der Seite der lastaufnehmenden Oberfläche 64d im geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64 vorgesehen ist. Gemäß diesem Aufbau kann der vorstehende Abschnitt 58c unter Nutzung der magnetischen Kraft, die vom Dauermagneten 84 ausgeübt wird, zur lastaufnehmenden Oberfläche 64d hin geführt werden.
24 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Führen des vorstehenden Abschnitts 58c mittels eines elektrischen Magneten 86 erläutern soll.
Der in 24 dargestellte Aufbau 24 ist an einer Stelle auf der Seite der lastaufnehmenden Oberfläche 64d im geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64 mit dem elektrischen Magneten versehen. Gemäß einem solchen Aufbau kann durch Bestromen des elektrischen Magneten 86 synchron mit der Handlung, die darin besteht, dass das Stellglied 66 den vorstehenden Abschnitt 58c zur Führungsschiene 64 vorragen lässt, der vorstehende Abschnitt 58c unter Nutzung der magnetischen Kraft, die vom elektrischen Magneten 86 ausgeübt wird, zur lastaufnehmenden Oberfläche 64d geführt werden.
25 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Führen des vorstehenden Abschnitts 58c mittels einer Öleinspritzdüse 88 erläutern soll.
Der in 25 dargestellte Aufbau ist mit der Öleinspritzdüse 88 versehen, die Öl zu einer Stelle auf der Seite der gegenüber liegenden Oberfläche 64e im geradlinigen Teilabschnitt der Führungsschiene 64 spritzt. Gemäß einem solchen Aufbau kann durch Ausbilden eines Ölwegs auf solche Weise, dass das Maschinenöl, das jeden Abschnitt des Verbrennungsmotors schmiert, auch zur Öleinspritzdüse 88 geliefert wird, der vorstehende Abschnitt 58c unter Nutzung des Entladungsdruck des Öls, das von der Öleinspritzdüse 88 eingespritzt wird, zur lastaufnehmenden Oberfläche 64d geführt werden.
Dritte Ausführungsform
Nun wird mit Bezug auf 26 bis 29 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Es wird angenommen, dass die variable Ventilbetätigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform so gestaltet ist, dass der nachstehend beschriebene Aufbau ebenfalls zu der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 10 hinzugefügt wird, die den in 18 und 19 dargestellten Aufbau der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform aufweist.
26 ist eine schematische Darstellung, die die Form von Führungsflächen 90f und 92f erläutern soll, die an einem vorstehenden Abschnitt 90c eines Schiebestifts 90c und am oberen Nutabschnitt einer Führungsschiene 92 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Konkret ist 26 eine schematische Darstellung des distalen Endabschnitts des vorstehenden Abschnitts 90c und des oberen Nutabschnitts der Führungsschiene 92, gesehen aus der Richtung einer Normalen zu einer virtuellen Ebene, die die Schnittlinie zwischen der Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts 90c und der Mittelachsenlinie der Nockenwelle 12 beinhaltet, in einem Zustand, in dem das Stellglied 66 den vorstehenden Abschnitt 90c des Schiebestifts 90 zur Führungsschiene 92 hin vorragen lässt.
Wie in 26 dargestellt, sind der distale Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts 90c und der obere Nutabschnitt der Führungsschiene 92 mit Führungsflächen 90f und 92f versehen, die den distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts 90c jeweils so führen, dass er in die Führungsschiene 92 eingeführt wird. Konkret sind diese Führungsflächen 90f und 92f als Oberfläche ausgebildet, die von der lastaufnehmenden Oberfläche (dem spiralförmigen Wandabschnitt) 92d abwärts geneigt ist, wenn der distale Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts 90c und der obere Nutabschnitt (die lastaufnehmende Oberfläche 92d) der Führungsschiene 92 aus der oben beschriebenen Normallinienrichtung betrachtet werden.
Wenn der Abstand zwischen dem vorstehenden Abschnitt 90c und der Seitenwandfläche der Führungsschiene 92 beim Einführen in die Führungsschiene 92 groß ist, nimmt die Kontaktbelastung, die zwischen den beiden erzeugt wird, zu, wie bereits mit Bezug auf 20 und 21 beschrieben. 26(A) zeigt einen Zustand, in dem der vorstehende Abschnitt 90c und die Führungsschiene 92 miteinander in Kontakt stehen, wenn der vorstehende Abschnitt 90c in die Führungsschiene 92 eingeführt ist. Ein solcher Kontaktzustand tritt wegen einer Lageabweichung in der axialen Richtung der Nockenwelle 12 zwischen dem vorstehenden Abschnitt 90c und der Führungsschiene 92 auf.
In der vorliegenden Ausführungsform wird infolge davon, dass die oben beschriebenen Führungsflächen 90f und 92f vorgesehen sind, auch dann, wenn die oben beschriebene Lageabweichung auftritt wie in 26(A) dargestellt, der distale Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts 90c von diesen Führungsflächen 90f und 92f so geführt, dass er in die Führungsschiene 902 eingepasst wird. Dadurch wird die oben beschriebene Lageabweichung korrigiert. Dadurch kann die Zuverlässigkeit sichergestellt werden, mit der der vorstehende Abschnitt 90c in die Führungsschiene 92 eingeführt wird, während gleichzeitig der oben beschriebene Abstand zwischen dem vorstehenden Abschnitt 90c und der Führungsschiene 92 verringert wird.
27 ist eine schematische Darstellung, die die Wirkung der Bereitstellung der oben beschriebenen Führungsflächen 90f und 92f im vorstehenden Abschnitt 90c und in der Führungsschiene 92 darstellt.
Durch Bereitstellen der oben beschriebenen Führungsflächen 90f und 92f wird die Einführung (der Eingriff) des vorstehenden Abschnitts 90c in die Führungsschiene 92 auch ohne den oben beschriebenen Abstand sichergestellt. Somit kann die Positionierung des vorstehenden Abschnitts 90c in Bezug auf die Führungsschiene 92 so bestimmt werden, dass die Einführung des vorstehenden Abschnitts 90c in die Führungsschiene 92 dadurch durchgeführt wird, dass er immer von den Führungsflächen 90f und 92f geführt wird, ohne den oben beschriebenen Abstand vorzusehen. Dadurch kann ein Aufbau erhalten werden, mit dem der vorstehende Abschnitt 90c mit der Seitenwandfläche (der lastaufnehmenden Oberfläche 92d) der Führungsschiene 92 im geradlinigen Teilabschnitt in Kontakt kommt, wie in 27 dargestellt, bevor der vorstehende Abschnitt 90c den geneigten Bereich der Führungsschiene 92 erreicht. Infolgedessen kann die Beschleunigung ≅ die Aufpralllast) beim Kontakt im Vergleich zu einem Fall, in dem der vorstehende Abschnitt 90c mit der lastaufnehmenden Oberfläche 92d der Führungsschiene 92 im geneigten Teilabschnitt kollidiert, verringert werden.
Durch Bestimmen der Position des vorstehenden Abschnitts 90c in Bezug auf die Führungsschiene 92 wie oben beschrieben kann ein Entlastungsteil (eine Stelle mit einer sanften Neigung), der so vorgesehen ist, dass er die Beschleunigung verringert, wenn der vorstehende Abschnitt 90c mit der lastaufnehmenden Oberfläche 92d in Kontakt kommt, verkürzt werden. Wenn die Länge des schrägen Teilabschnitts konstant ist und der Hubweg des vorstehenden Abschnitts 90c, der von der Führungsschiene 92 geführt wird, konstant ist, kann durch diese Verkürzung des Entlastungsbereichs die Neigung des gesamten schrägen Teilabschnitts gemäßigt werden, wodurch die Beschleunigung (≅ die Aufpralllast), die auf den vorstehenden Abschnitt 90c wirkt, wenn er den schrägen Teilabschnitt passiert, verringert wird.
28 ist eine schematische Darstellung, die eine Zentripetalkraft erläutern soll, die bei einem Kontakt zwischen dem vorstehenden Abschnitt und der Seitenwandfläche der Führungsschiene am Schiebestift erzeugt wird. Man beachte, dass die Beschreibung in Bezug auf 28 den Aufbau ohne die Führungsflächen 90f und 92f der vorliegenden Ausführungsform betrifft.
Wenn die Seitenwandfläche der Führungsschiene und der vorstehende Abschnitt des Schiebestifts miteinander in Kontakt kommen, wirkt eine Reibkraft zwischen der oben beschriebenen Seitenwandfläche, die um die Wellenmitte der Nockenwelle rotiert, und dem vorstehenden Abschnitt. Infolgedessen wirkt eine Kraft (eine Zentripetalkraft), die den vorstehenden Abschnitt zur Mitte der Nockenwelle zieht, auf den Schiebestift, der mit dem vorstehenden Abschnitt versehen ist. Infolgedessen kann es vorkommen, dass der vorstehende Abschnitt mit der Führungsschiene in Eingriff gehalten wird, auch wenn vom Stellglied kein Druck auf ihn ausgeübt wird. Wenn in solch einem Fall der vorstehende Abschnitt beispielsweise aufgrund einer Vibration, die vom Verbrennungsmotor 1 unter einer Bedingung, wo keine Forderung nach einem Stopp des Ventils ausgegeben wird, mit der Seitenwandfläche der Führungsschiene in Kontakt gebracht wird, werden der vorstehende Abschnitt und die Führungsschiene durch die Wirkung der oben beschriebenen Zentripetalkraft miteinander in Eingriff gebracht, so dass eine Verschiebung des Schiebestifts in der axialen Richtung möglich ist, so dass dieser den Ventilstoppzustand annimmt.
29 ist eine schematische Darstellung, die die Kraft darstellt, die auf die Führungsfläche 90f des vorstehenden Abschnitts 90c wirkt, wenn die Führungsfläche 90f des vorstehenden Abschnitts mit der Führungsfläche 92f der Führungsschiene 92 in Kontakt kommt.
Wenn die Führungsfläche 90f des vorstehenden Abschnitts 90c gegen die Führungsfläche 92f der Führungsschiene 92 gedrückt wird, wird im Aufbau der vorliegenden Ausführungsform, wie in 29 dargestellt, die Führungsfläche 90f des vorstehenden Abschnitts 90c einer senkrechten Reaktionskraft von der Führungsfläche 92f ausgesetzt. Wenn eine solche senkrechte Reaktionskraft wirkt, wirkt somit eine Vorspannkraft (im Folgenden als „stiftfreigebende Vorspannkraft” bezeichnet), die bewirkt, dass der Schiebestift 90 (der vorstehende Abschnitt 90c) aus der Führungsschiene 92 freigegeben wird, auf die Führungsfläche 90f des vorstehenden Abschnitts 90c.
Gemäß dem Aufbau, der die oben beschriebenen Führungsflächen 90f und 92f beinhaltet, kann auch dann, wenn der vorstehende Abschnitt 90c mit der Führungsschiene 92 in Kontakt gebracht wird, beispielsweise durch eine Vibration, die vom Verbrennungsmotor 1 erzeugt wird, die Einführung des vorstehenden Abschnitts 90c in die Führungsschiene 92 durch die oben beschriebene stiftfreigebende Vorspannkraft, die auf die Führungsfläche 90f des vorstehenden Abschnitts 90c wirkt, begrenzt werden. Dadurch kann das Auftreten eines unbeabsichtigten Ventilstoppzustands wegen der Wirkung der oben beschriebenen Zentripetalkraft während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 verhindert werden.
Die oben beschriebene dritte Ausführungsform ist so gestaltet, dass Führungsflächen 90f und 92f sowohl im distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts 90c des Schiebestifts 90 als auch im oberen Nutabschnitt der Führungsschiene 92 vorgesehen sind. Jedoch kann die vorliegende Erfindung, ohne auf diesen Aufbau beschränkt zu sein, so gestaltet sein, dass eine Führungsfläche wie oben beschrieben nur entweder im distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts oder im oberen Abschnitt des spiralförmigen Wandabschnitts der Führungsschiene vorgesehen ist.
[Anderer Aufbau zum Verringern einer Kontaktbelastung, die zwischen einem vorstehenden Abschnitt und einer lastaufnehmenden Oberfläche erzeugt wird]
Um die Kontaktbelastung (Aufpralllast) durch Verringern des Abstands zwischen dem vorstehenden Abschnitt 90c und der Seitenwandfläche der Führungsschiene 92 zu verringern, wird darüber hinaus in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform die Positionierung des vorstehenden Abschnitts 90c in Bezug auf die Führungsschiene 92 so bestimmt, dass der vorstehende Abschnitt 90c in die Führungsschiene 92 eingeführt wird, während er von den oben beschriebenen Führungsflächen 90f und 92f geführt wird. Anstelle des oben beschriebenen Aufbaus kann jedoch auch ein Aufbau übernommen werden, der in 30 dargestellt ist.
30 ist eine schematische Darstellung, die einen anderen Aufbau zeigt, der die Verringerung der Kontaktbelastung, die zwischen dem vorstehenden Abschnitt 90 des Schiebestifts und einer lastaufnehmenden Oberfläche 94d der Führungsschiene erzeugt wird, ermöglichen soll.
Der geradlinige Teilabschnitt der Führungsschiene 94, der in 30 dargestellt ist, ist so gestaltet, dass die Nut allmählich enger wird, je weiter die Position ab der Einführungsstelle des vorstehenden Abschnitts 90c (der Stifteinführungsstelle) zum geneigten Bereich kommt. Gemäß einem solchen Aufbau kann der oben beschriebene Abstand an der Stifteinführungsstelle ausreichend beibehalten werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Einführung des vorstehenden Abschnitts 90c in die Führungsschiene 94 sichergestellt wird. Außerdem werden gemäß dem oben beschriebenen Aufbau der vorstehende Abschnitt 90c und die lastaufnehmende Oberfläche 94d im geradlinigen Teilabschnitt miteinander in Kontakt gebracht, bei dem es sich um einen Teilabschnitt handelt, in dem die Beschleunigung, mit welcher der vorstehende Abschnitt 90c die lastaufnehmende Oberfläche kontaktiert, klein ist. Dadurch kann die Verringerung der oben beschriebenen Kontaktbelastung im Vergleich zu dem Fall, dass der vorstehende Abschnitt 90c mit der lastaufnehmenden Oberfläche 94d im schrägen Teilabschnitt kollidiert, verringert werden.
[Andere Gestaltungen, um die stiftfreigebende Vorspannkraft zu erhalten]
Ferner ist die oben beschriebene dritte Ausführungsform so gestaltet, dass die oben beschriebene stiftfreigebende Vorspannkraft unter Nutzung der oben beschriebenen Führungsflächen 90f und 92f erhalten wird. Jedoch ist ein Aufbau, mit dem die stiftfreigebende Vorspannkraft erhalten werden kann, nicht auf den oben beschriebenen beschränkt und kann beispielsweise ein Aufbau sein wie er nachstehend in 31 bis 33 dargestellt ist.
31 ist eine schematische Darstellung, die eine Art und Weise erläutern soll, wie eine stiftfreigebende Vorspannkraft mittels einer Torsionsspiralfeder 96 hinzugefügt wird.
Der in 31 dargestellte Aufbau ist mit einer Torsionsspiralfeder 96 versehen, die um die Drehachse des Schiebestifts 90 herum gewunden ist. Ein Ende der Torsionsspiralfeder 96 ist an einem Riegelabschnitt 90g des Schiebestifts 90 verrastet, und ihr anderes Ende ist an einem Trägerabschnitt 98 verrastet, der in einem stationären Bauteil des Verbrennungsmotors 1 enthalten ist, beispielsweise in einem Nockenträger oder dergleichen. Gemäß einem solchen Aufbau kann die oben beschriebene stiftfreigebende Vorspannkraft unter Nutzung der Abstoßungskraft der Torsionsspiralfeder 96 erhalten werden.
32 ist eine schematische Darstellung, die eine Art und Weise erläutern soll, wie eine stiftfreigebende Vorspannkraft unter Nutzung einer Kompressionsspiralfeder 100 hinzugefügt wird.
Der in 32 dargestellte Aufbau ist mit einer Kompressionsspiralfeder 100 versehen, von der ein Ende am Schiebestift 90 verrastet ist, und deren anderes Ende an einem nicht dargestellten Trägerabschnitt verrastet ist. Gemäß einem solchen Aufbau kann die oben beschriebene stiftfreigebende Vorspannkraft unter Nutzung der Abstoßungskraft der Kompressionsspiralfeder 100 erhalten werden.
33 ist eine schematische Darstellung, die eine Art und Weise der Hinzufügung einer stiftfreigebenden Vorspannkraft 102 mittels eines Dauermagneten erläutern soll.
Der in 33 dargestellte Aufbau weist einen Armabschnitt 90h, der sich zur in Bezug auf die Drehachse des Schiebestifts 90 gegenüber liegenden Seite eines Armabschnitts 90b erstreckt, und einen Dauermagneten 102 auf an einer Stelle, die nahe am Armabschnitt 90h liegt. Gemäß einem solchen Aufbau kann die oben beschriebene stiftfreigebende Vorspannkraft unter Nutzung der Abstoßungskraft des Dauermagneten 102 erhalten werden. Man beachte, dass der Aufbau so sein kann, dass eine Zugkraft einer (nicht dargestellten) Zugfeder anstelle der Anziehungskraft des Dauermagneten 102 verwendet wird.

Claims

Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen variablen Mechanismus (20), der zwischen einem Nocken (14, 16) und einem Ventil (18) angeordnet ist, und der Ventilöffnungseigenschaften des Ventils (18) ändert; und einen Schaltmechanismus (24), der Betätigungszustände des variablen Mechanismus (20) wechselt, wobei der Schaltmechanismus (24) aufweist: eine Führungsschiene (64, 92, 94), die in einer Außenumfangsfläche einer Nockenwelle (12), die den Nocken (14, 16) aufweist, vorgesehen ist, und die mit einem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) versehen ist: einen vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c), der lösbar in dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) angeordnet ist; und ein Stellglied (66), das in der Lage ist, den vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) zur Führungsschiene (64, 92, 94) vorragen zu lassen, so dass der vorstehende Abschnitt (58c, 80c, 90c) mit dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) in Eingriff kommt, wobei der Schaltmechanismus (24) dafür ausgelegt ist, im Zusammenhang mit einer relativen Verschiebung zwischen dem vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) und dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d), die während eines Eingriffs zwischen dem vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) und dem spiralförmigen Wandabschnitt (64d) stattfindet, Betätigungszustände des variablen Mechanismus (20) zu wechseln, wobei eine Positionierung des vorstehenden Abschnitts (58c, 80c, 90c) relativ zum spiralförmigen Wandabschnitt (64d) so bestimmt ist, dass in einem Zustand, in dem das Stellglied (66) den vorstehenden Abschnitt (58c, 80c, 90c) zur Führungsschiene (64, 92, 94) vorragen lässt, eine Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts und eine Mittelachsenlinie der Nockenwelle (12) einander senkrecht schneiden, und wobei der vorstehende Abschnitt (58c, 80c, 90c), aus der axialen Richtung der Nockenwelle (12) betrachtet, konisch ist, so dass er sich zum distalen Ende hin verjüngt.
Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei eine Führungsfläche (90f, 92f), die den in den spiralförmigen Wandabschnitt (64d) eingeführten distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts (58c, 80c, 90c) führt, im distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts (58c, 80c, 90c) und/oder in einem oberen Abschnitt des spiralförmigen Wandabschnitts (64d) ausgebildet ist.
Variable Ventilbetätigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Führungsfläche (90f, 92f) eine Oberfläche ist, die vom spiralförmigen Wandabschnitt (64d) nach unten geneigt ist, wenn man den distalen Endabschnitt des vorstehenden Abschnitts (58c, 80c, 90c) und den oberen Abschnitt des spiralförmigen Wandabschnitts (64d) in dem Zustand, in dem das Stellglied ihn zur Führungsschiene (64, 92, 94) vorragen lässt, aus Richtung einer Normalen zu einer virtuellen Ebene betrachtet, die einen Schnittpunkt zwischen der Mittelachsenlinie des vorstehenden Abschnitts (58c, 80c, 90c) und der Mittelachsenlinie der Nockenwelle (12) beinhaltet.