DE112015001969B4 - Variable Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren - Google Patents

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Abstract

Variable Ventiltriebvorrichtung (2) für Verbrennungsmotoren, umfassend:eine durch einen Zylinderkopf (1) drehbar gehaltene Nockenwelle (3);einen Nockenträger (4, 4A), der koaxial mit der Nockenwelle (3) angeordnet ist, mit der Nockenwelle (3) integral drehbar ist, in axialen Richtungen der Nockenwelle (3) bewegbar ist und eine Kombination einer ersten Nocke (41) und einer zweiten Nocke (42) aufweist, die an seinem äußeren Umfang ausgebildet sind, um wechselseitig verschiedene Betriebscharakteristika für ein Ventil (13) bereitzustellen, wobei die erste Nocke (41) und die zweite Nocke (42) nebeneinander angeordnet sind, wobei der Nockenträger (4, 4A) zu einer ersten Position bewegbar ist, um die erste Nocke (41) zum Betrieb des Ventils (13) zu verwenden, und zu einer zweiten Position, um die zweite Nocke (42) zum Betrieb des Ventils (13) zu verwenden; undeinen Nockenumschaltabschnitt (5) zur axialen Bewegung des Nockenträgers (4, 4A) relativ zur Nockenwelle (3), um zum Betrieb des Ventils (13) zwischen der ersten Nocke (41) und der zweiten Nocke (42) umzuschalten, wobeider Nockenumschaltabschnitt (5) umfasst:einen ausgesparten Abschnitt (43), der im äußeren Umfang des Nockenträgers (4, 4A) ausgebildet ist und ein Paar von Seitenwänden (43A, 43B) aufweist, die in axialen Richtungen der Nockenwelle (3) einander gegenüberliegen und variierende Breiten dazwischen in den axialen Richtungen der Nockenwelle (3) aufweisen; undeinen Umschaltstift (51), dessen distaler Endteil (51b) im ausgesparten Abschnitt (43) eingeführt ist und in den axialen Richtungen der Nockenwelle (3) bewegbar ist,wobei eine Seitenwand des Paars von Seitenwänden (43A, 43B) ein erster Umschaltnocken (43A) ist, der den Nockenträger (4, 4A) in die erste Position bewegt, und die andere Seitenwand des Paars von Seitenwänden (43A, 43B) ein zweiter Umschaltnocken (43B) ist, der den Nockenträger (4, 4A) in die zweite Position bewegt,wobei der Umschaltstift (51) gegen eine des Paars von Seitenwänden (43A, 43B) drückt, so dass der Nockenträger (4, 4A) dadurch axial relativ zur Nockenwelle (3) bewegt wird,wobei der Nockenumschaltabschnitt (5) weiterhin umfasst:ein Gehäuse (52), das sich in einer axialen Richtung der Nockenwelle (3) erstreckt und am Zylinderkopf (1) befestigt ist;einen Kolben (53), der im Gehäuse (52) vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, sich axial relativ zur Nockenwelle (3) zu bewegen, und der einen proximalen Teil des Umschaltstifts (51) hält;eine Kombination einer ersten hydraulischen Kammer (54) und einer zweiten hydraulischen Kammer (55), die beidseitig des Kolbens (53) innerhalb des Gehäuses (52) vorgesehen sind und axial relativ zur Nockenwelle (3) angeordnet sind; undein Ölsteuerventil (60), um der Kombination der ersten hydraulischen Kammer (54) und der zweiten hydraulischen Kammer (55) gesteuert hydraulische Drücke zuzuführen, wobeider Umschaltstift (51) axial relativ zur Nockenwelle (3) durch einen Unterschied zwischen den hydraulischen Drücken bewegt wird, die von dem Ölsteuerventil (60) der ersten und zweiten hydraulischen Kammer (54, 55) zugeführt werden,wobeider Kolben (53) eine Kombination einer ersten, mit der ersten hydraulischen Kammer (54) in Verbindung stehenden Öffnung (53a) und einer zweiten, mit der zweiten hydraulischen Kammer (55) in Verbindung stehenden Öffnung (53b) aufweist,das Gehäuse (52) aufweist: eine Kombination einer ersten Entlastungsbohrung (52C), die sich in der axialen Richtung der Nockenwelle (3) erstreckt und einen größeren Durchmesser als die erste Öffnung (53a) aufweist, und einer zweiten Entlastungsbohrung (52D), die sich in der axialen Richtung der Nockenwelle (3) erstreckt und einen größeren Durchmesser als die zweite Öffnung (53b) aufweist,bei einer axialen Bewegung des Kolbens (53) relativ zur Nockenwelle (3) die erste Öffnung (53a) und die erste Entlastungsbohrung (52C) miteinander in Verbindung stehen und die zweite Öffnung (53b) und die zweite Entlastungsbohrung (52D) miteinander in Verbindung stehen, undder Nockenträger (4, 4A) dazu eingerichtet ist, Zustände aufzuweisen, in denen er sich weder in der ersten Position noch in der zweiten Position befindet, wobei die Zustände umfassen: eine Kombination von Zuständen, in denen die erste Öffnung (53a) und die erste Entlastungsbohrung (52C) miteinander in Verbindung stehen, und Zuständen, in denen die zweite Öffnung (53b) und die zweite Entlastungsbohrung (52D) miteinander in Verbindung stehen.

Description

  • [Technisches Fachgebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren, die dazu ausgebildet ist, einen Nockenträger, der mit einer Mehrzahl von Nocken ausgestattet ist, die wechselseitig verschiedene Ventilbetriebscharakteristika aufweisen, in axialen Richtungen einer Nockenwelle zu bewegen.
  • [Stand der Technik]
  • Als variable Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren ist eine variable Ventiltriebvorrichtung bekannt, die dazu ausgebildet ist, einen Nockenträger, auf dessen äußeren Umfang eine Reihe von Nocken angeordnet sind, die wechselseitig verschiedene Ventilbetriebscharakteristika aufweisen, in axialen Richtungen einer Nockenwelle zu bewegen, um einen Wechsel zwischen den Nocken zum Betrieb eines Ventils zu erlauben (siehe zum Beispiel die unten angeführte Patentliteratur 1).
  • Diese variable Ventiltriebvorrichtung weist einen Umschaltstift auf, der derart angeordnet ist, dass er in radialen Richtungen des Nockenträgers Hin-und-Her-Bewegungen ausführen kann, um in eine im äußeren Umfang des Nockenträgers ausgebildete spiralförmige Führungsnut hinein und aus dieser herausgeführt zu werden, um Betätigungen zur Bewegung des Nockenträgers in axialen Richtungen zu erlauben.
  • [Zitatliste]
  • [Patentliteratur]
  • Patentliteratur 1: Japanische Patent-Veröffentlichung JP 4 330 618 B2
  • [Kurzdarstellung der Erfindung]
  • [Technische Aufgabe]
  • In der variablen Ventiltriebvorrichtung des Standes der Technik ist der Umschaltstift, der in die spiralförmige Führungsnut hinein und aus dieser hinausgeführt wird, jedoch im äußeren Umfang des Nockenträgers ausgebildet, so dass ein distales Ende des Umschaltstifts derart relativ zu den Seitenwänden der Führungsnut gleitet, dass jedes Mal, wenn der Umschaltstift in die Führungsnut eingeführt oder aus dieser herausgezogen wird, an jeder Seitenwand eine starke Reibung entsteht. Aus diesem Grund steht zu befürchten, dass ein Verschleiß des Umschaltstifts sowie der Seitenwände der Führungsnut stattfindet, was zu einer Reduzierung der Lebensdauer des Umschaltstifts und des Nockenträgers führt.
  • Die Druckschrift DE 10 2011 054 218 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern. Zur Betätigung von Gaswechselventilen mehrerer Zylinder einer Zylindergruppe ist mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle vorgesehen, auf welcher für jeden Zylinder ein Schiebenocken axial verschiebbar angeordnet ist. Um eine axiale Verschiebung der auf der jeweiligen Nockenwelle axial verschiebbar gelagerten Schiebenocken zu bewirken, ist ein gemeinsamer Aktuator vorgesehen.
  • Die Druckschrift DE 102 41 920 A1 offenbart einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die für mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Zylinder weist zumindest zwei gleich wirkende Gaswechselventile auf, die jeweils von einem ersten Ventilbetätigungselement oder einem zweiten Ventilbetätigungselement umschaltbar betätigbar sind, wobei das erste Ventilbetätigungselement axial auf der Nockenwelle verschiebbar ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die beschriebenen Probleme gemacht. Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, die dazu geeignet ist, einen Verschleiß sowohl eines Umschaltstifts als auch der Seitenwände eines ausgesparten Abschnitts eines Nockenträgers zu verhindern, um eine Reduzierung der Lebensdauer des Umschaltstifts sowie des Nockenträgers zu verhindern.
  • [Lösung der Aufgabe]
  • Erfindungsgemäß ist eine variable Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren vorgesehen, die umfasst: eine durch einen Zylinderkopf drehbar gehaltene Nockenwelle, einen Nockenträger, der koaxial mit der Nockenwelle angeordnet ist, mit der Nockenwelle integral drehbar ist, in axialen Richtungen der Nockenwelle bewegbar ist und der eine Kombination einer ersten Nocke und einer zweiten Nocke aufweist, die an ihrem äußeren Umfang ausgebildet sind, um wechselseitig verschiedene Betriebscharakteristika für ein Ventil bereitzustellen, wobei die erste Nocke und die zweite Nocke nebeneinander angeordnet sind, wobei der Nockenträger zu einer ersten Position bewegbar ist, um die erste Nocke zum Betrieb des Ventils zu verwenden, und zu einer zweiten Position, um die zweite Nocke zum Betrieb des Ventils zu verwenden, und einen Nockenumschaltabschnitt zur axialen Bewegung des Nockenträgers relativ zu der Nockenwelle, um zum Betrieb des Ventils zwischen der ersten Nocke und der zweiten Nocke zu schalten, wobei der Nockenumschaltabschnitt umfasst: einen ausgesparten Abschnitt, der im äußeren Umfang des Nockenträgers ausgebildet ist und ein Paar von Seitenwänden aufweist, die in axialen Richtungen der Nockenwelle einander gegenüberliegen und variierende Breiten dazwischen in den axialen Richtungen der Nockenwelle aufweisen, und einen Umschaltstift, dessen distaler Endteil im ausgesparten Abschnitt eingeführt ist und in den axialen Richtungen der Nockenwelle bewegbar ist, wobei eine Seitenwand des Paars von Seitenwänden ein erster Umschaltnocken ist, der den Nockenträger in die erste Position bewegt, und die andere Seitenwand des Paars von Seitenwänden ein zweiter Umschaltnocken ist, der den Nockenträger in die zweite Position bewegt, wobei der Umschaltstift gegen eine des Paars von Seitenwänden drückt, so dass der Nockenträger dadurch relativ zur Nockenwelle bewegt wird. Der Nockenumschaltabschnitt umfasst weiterhin: ein Gehäuse, das sich in einer axialen Richtung der Nockenwelle erstreckt und am Zylinderkopf befestigt ist; einen Kolben, der im Gehäuse vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, sich axial relativ zur Nockenwelle zu bewegen, und der einen proximalen Teil des Umschaltstifts hält; eine Kombination einer ersten hydraulischen Kammer und einer zweiten hydraulischen Kammer, die beidseitig des Kolbens innerhalb des Gehäuses vorgesehen sind und axial relativ zur Nockenwelle angeordnet sind; und ein Ölsteuerventil, um der Kombination der ersten hydraulischen Kammer und der zweiten hydraulischen Kammer gesteuert hydraulische Drücke zuzuführen, wobei der Umschaltstift axial relativ zur Nockenwelle durch einen Unterschied zwischen den hydraulischen Drücken bewegt wird, die von dem Ölsteuerventil der ersten und zweiten hydraulischen Kammer zugeführt werden. Der Kolben weist eine Kombination einer ersten, mit der ersten hydraulischen Kammer in Verbindung stehenden Öffnung und einer zweiten, mit der zweiten hydraulischen Kammer in Verbindung stehenden Öffnung auf. Das Gehäuse weist eine Kombination einer ersten Entlastungsbohrung, die sich in der axialen Richtung der Nockenwelle erstreckt und einen größeren Durchmesser als die erste Öffnung aufweist, und einer zweiten Entlastungsbohrung auf, die sich in der axialen Richtung der Nockenwelle erstreckt und einen größeren Durchmesser als die zweite Öffnung hat. Bei einer axialen Bewegung des Kolbens relativ zur Nockenwelle stehen die erste Öffnung und die erste Entlastungsbohrung miteinander in Verbindung und die zweite Öffnung und die zweite Entlastungsbohrung stehen miteinander in Verbindung. Der Nockenträger ist dazu eingerichtet, Zustände aufzuweisen, in denen er sich weder in der ersten Position noch in der zweiten Position befindet, wobei die Zustände umfassen: eine Kombination von Zuständen, in denen die erste Öffnung und die erste Entlastungsbohrung miteinander in Verbindung stehen, und Zuständen, in denen die zweite Öffnung und die zweite Entlastungsbohrung miteinander in Verbindung stehen.
  • [Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
  • Demnach umfasst der Nockenumschaltabschnitt gemäß der Erfindung einen im äußeren Umfang des Nockenträgers gebildeten ausgesparten Abschnitt mit einem Paar von Seitenwänden, die in den axialen Richtungen der Nockenwelle einander gegenüberliegen und variierende Breiten dazwischen in den axialen Richtungen der Nockenwelle aufweisen, und einen Umschaltstift, dessen distaler Endteil im ausgesparten Abschnitt eingeführt ist und in der axialen Richtung des Nockenträgers bewegbar ist.
  • Dementsprechend befindet sich der distale Endteil des Umschaltstifts in einem Zustand, in dem er im ausgesparten Abschnitt eingeführt ist, so dass der distale Endteil in der Lage ist, gegen eine des Paars von Seitenwänden zu drücken, um den Nockenträger relativ zu der Nockenwelle axial zu verschieben. Somit kann von einem wiederholten Einführen und Herausziehen des Umschaltstifts abgesehen werden, so dass ein Verschleiß des Umschaltstifts und des Paars von Seitenwänden verhindert werden kann. Infolgedessen können der Umschaltstift und der Nockenträger eine erhöhte Lebensdauer aufweisen.
  • Gemäß der Erfindung kann der Umschaltstift axial relativ zur Nockenwelle durch einen Unterschied zwischen den hydraulischen Drücken bewegt werden, die von dem Ölsteuerventil der ersten und zweiten hydraulischen Kammer zugeführt werden. Dementsprechend kann der Nockenträger hydraulische Drücke verwenden, um sich in die axialen Richtungen der Nockenwelle zu bewegen, was eine vereinfachte Konfiguration des Nockenumschaltabschnitts zur axialen Verschiebung des Nockenträgers relativ zur Nockenwelle erlaubt. Ferner kann durch die Erstreckung des Gehäuses in einer axialen Richtung der Nockenwelle verhindert werden, dass der Zylinderkopf zu hoch wird, so dass erfolgreich verhindert wird, dass die Höhe von Verbrennungsmotoren zunimmt.
  • Gemäß der Erfindung können bei einer axialen Bewegung des Kolbens relativ zur Nockenwelle die erste Öffnung und die erste Entlastungsbohrung miteinander in Verbindung stehen und die zweite Öffnung und die zweite Entlastungsbohrung miteinander in Verbindung stehen. Folglich können in Situationen, in denen der Nockenträger übermäßig hohe Lasten in eine der axialen Richtungen der Nockenwelle auf den distalen Endteil des Umschaltstifts ausübt, die hydraulischen Drücke von der ersten Öffnung der ersten hydraulischen Kammer durch die erste Entlastungsbohrung abgebaut werden, so dass verringerte Drücke in der ersten hydraulischen Kammer vorliegen.
  • Ferner können in Situationen, in denen der Nockenträger übermäßig hohe Lasten in die andere axiale Richtung der Nockenwelle auf den distalen Endteil des Umschaltstifts ausübt, die hydraulischen Drücke von der zweiten Öffnung der zweiten hydraulischen Kammer durch die zweite Entlastungsbohrung abgebaut werden, so dass verringerte hydraulische Drücke in der zweiten hydraulischen Kammer vorliegen. Infolgedessen kann der Umschaltstift abgeschwächte Stöße von dem Nockenträger aufnehmen, so dass der Umschaltstift erfolgreich geschützt wird.
  • Gemäß der Erfindung können in Situationen, in denen der Nockenträger in die eine axiale Richtung der Nockenwelle übermäßig hohe Lasten auf den distalen Endteil des Umschaltstifts ausübt, bevor der Nockenträger die erste Position erreicht, die hydraulischen Drücke von der ersten Öffnung der ersten hydraulischen Kammer durch die erste Entlastungsbohrung abgebaut werden, so dass verringerte hydraulische Drücke in der ersten hydraulischen Kammer vorliegen.
  • Außerdem können in Situationen, in denen der Nockenträger in die andere axiale Richtung der Nockenwelle übermäßig hohe Lasten auf den distalen Endteil des Umschaltstifts ausübt, bevor der Nockenträger die zweite Position erreicht, die hydraulischen Drücke von der zweiten Öffnung der zweiten hydraulischen Kammer durch die zweite Entlastungsbohrung abgebaut werden, so dass verringerte hydraulische Drücke in der zweiten hydraulischen Kammer vorliegen.
  • Außerdem wird in einem Zustand, in dem der Nockenträger in die erste Position bewegt ist, die Verbindung zwischen der ersten Öffnung und der ersten Entlastungsbohrung unterbrochen, so dass in der ersten hydraulischen Kammer erhöhte hydraulische Drücke vorliegen und der Nockenträger durch den Umschaltstift sicher in der ersten Position gehalten wird.
  • Des Weiteren wird in einem Zustand, in dem der Nockenträger in die zweite Position bewegt ist, die Verbindung zwischen der zweiten Öffnung und der zweiten Entlastungsbohrung unterbrochen, so dass in der zweiten hydraulischen Kammer erhöhte hydraulische Drücke vorliegen und der Nockenträger durch den Umschaltstift sicher in der zweiten Position gehalten wird.
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
    • 1 ist eine Schnittdarstellung eines Zylinderkopfs, der eine variable Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
    • 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Nockenträgers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 ist eine seitliche Schnittansicht einer Kombination des Nockenträgers und einer Nockenwelle in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist eine seitliche Schnittansicht einer Kombination der Nockenwelle, des Nockenträgers und eines Ventilumschaltabschnitts in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist ein Diagramm eines hydraulischen Kreislaufs, das einen Zustand eines Ölsteuerventils darstellt, in dem es einen hydraulischen Druck einer ersten hydraulischen Kammer in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zuführt.
    • 7 ist ein Diagramm des hydraulischen Kreislaufs, das einen Zustand des Ölsteuerventils darstellt, in dem es einen hydraulischen Druck einer zweiten hydraulischen Kammer in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zuführt.
    • 8 ist eine Vorderansicht eines Zustands des Nockenträgers, in dem er sich in einer ersten Position (einer Position, in der eine Hochgeschwindigkeitsnocke ausgewählt ist) in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet.
    • 9 ist eine Vorderansicht, in der sich der Umschaltstift in einem Zustand befindet, in dem er sich in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewegt.
    • 10 ist eine Vorderansicht eines Zustands des Nockenträgers, in dem dieser eine Bewegung in Richtung einer zweiten Position (einer Position, in der eine Niedriggeschwindigkeitsnocke ausgewählt wird) in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung begonnen hat.
    • 11 ist eine Vorderansicht eines Zustands des Nockenträgers, in dem dieser sich in der zweiten Position (einer Position, in der eine Niedriggeschwindigkeitsnocke ausgewählt ist) in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet.
    • 12 ist eine Draufsicht von Zuständen des Umschaltstifts, bei denen er die Seiten des Nockenträgers in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kontaktiert.
    • 13 ist eine Seitenansicht eines Zustands, in dem der Umschaltstift mit einer Seite des Nockenträgers in der variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Kontakt gebracht ist.
    • 14 ist eine perspektivische Ansicht eines Nockenträgers, der zweite Nocken als Ruhenocken in einer variablen Ventiltriebvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • In der Folge werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen variable Ventiltriebvorrichtungen für Verbrennungsmotoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1 bis 14 zeigen variable Ventiltriebvorrichtungen für Verbrennungsmotoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Zunächst wird eine Konfiguration von variablen Ventiltriebvorrichtungen für Verbrennungsmotoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • (Allgemeine Konfiguration der variablen Ventiltriebvorrichtung)
  • 1 zeigt eine Kombination eines Zylinderkopfs 1 und einer gegenüber dem Zylinderkopf 1 vorgesehenen Kopfhaube 1A, umfassend eine variable Ventiltriebvorrichtung 2 für Verbrennungsmotoren. Es wird darauf hingewiesen, dass in den vorliegenden Ausführungsformen der Zylinderkopf 1 zusammen mit der Kopfhaube 1A ausgebildet ist.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst die variable Ventiltriebvorrichtung 2 eine Kombination einer Nockenwelle 3, eines Nockenträgers 4 und eines über dem Nockenträger 4 angeordneten Nockenumschaltabschnitts 5, der dazu ausgebildet ist, zwischen den Nocken umzuschalten, um die Hubstellungen an Einlassventilen 13 zu variieren. Ferner umfasst der Zylinderkopf 1, wie in 1 gezeigt, an Enden von Auslassventilen eine Kombination von einer Nockenwelle 30, von Auslassnocken 40, usw.
  • (Kipphebel)
  • Wie in 1 oder 2 gezeigt, verwendet die variable Ventiltriebvorrichtung 2, gemäß den vorliegenden Ausführungsformen, Kipphebel 11, die durch die Drehung des Nockenträgers 4 gekippt werden. Die Kipphebel 11 umfassen jeweils einen proximalen Hebelendteil 11C, der eine auf der Unterseite gebildete Vertiefung aufweist. Die Hebel sind jeweils so angeordnet, dass die Vertiefung gegen einen Zapfen 12A eines Hydrostößels 12 (HLA, hydraulic lash adjuster) anstößt. Die Kipphebel 11 weisen jeweils in der Mitte eine zu drückende Rolle 11A auf, die durch einen Stift 11B drehbar gehalten ist.
  • Die zu drückende Rolle 11A ragt aus einer Oberseite des Kipphebels 11 hervor, so dass sie in Kontakt kommen kann mit einer der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42, welche eine Kombination einer ersten Nocke und einer zweiten Nocke am Nockenträger 4 entsprechen. Vorliegend bildet die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 eine erste Nocke und die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 eine zweite Nocke gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die Kipphebel 11 umfassen jeweils an ihrem anderen Ende einen distalen Hebelendteil 11D, dessen Unterseite mit einem oberen Ende eines Einlassventils 13 in Kontakt gebracht wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Einlassventile 13 jeweils derart angeordnet sind, dass sie sich relativ zum Zylinderkopf 1 axial vorwärts und rückwärts bewegen können und durch eine Ventilfeder 14 vorgespannt sind, so dass sie nach oben, das heißt in eine Schließrichtung einer Brennkammer 16 und eines durch das Einlassventil 13 zu öffnenden oder zu schließenden Ansaugkanals 15, gezogen werden.
  • (Nockenwelle)
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Nockenwelle 3 durch eine Kombination eines unteren Nockengehäuses 6 und eines oberen Nockengehäuses 7, die einen in einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 1 angeordneten Lagerabschnitt bilden, drehbar gehalten. Die Nockenwelle 3 ist mit einem Eingreifteil versehen, das über einen nicht gezeigten Riemen oder eine nicht gezeigte Kette, usw., zur Drehung mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle in Eingriff kommt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Kombination des unteren Nockengehäuses 6 und des oberen Nockengehäuses 7 durch die Kopfhaube 1A bedeckt ist, so dass sie im Zylinderkopf 1 eingebaut ist. Ferner ist die Drehzahl der Nockenwelle 3 gleich der Hälfte der Drehzahl der Kurbelwelle.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ist die Nockenwelle 3 in der variablen Ventiltriebvorrichtung 2 derart angeordnet, dass sie sich in einer Längsrichtung eines Verbrennungsmotors erstreckt, der den Zylinderkopf 1 als Bestandteil des Verbrennungsmotors aufweist (d.h. in einer Links-Rechts-Richtung in den Zeichnungen der 2 und der 4).
  • Wie in 4 gezeigt, ist ein Satz von zwei Einlassventilen 13 in jeder Brennkammer 16 angeordnet. Wenn also der Verbrennungsmotor beispielsweise ein Vierzylindermotor ist, sind gemäß den vorliegenden Ausführungsformen vier Sätze von Einlassventilen 13 vorhanden, die insgesamt acht Einlassventile umfassen. Wie in 2 gezeigt, weist die Nockenwelle 3 an einem äußeren Umfang eines vorgegebenen längsgerichteten Bereichs mit einer vorbestimmten axialen Breite einen Satz von Außenzähnen 31 auf, die dort umlaufend angeordnet sind.
  • Wie in den 2, 4 oder 5 gezeigt, weist die Nockenwelle 3 einen Positionierungsmechanismus 32 auf, der in einem Bereich vorgesehen ist, der an den mit dem Satz von Außenzähnen 31 ausgebildeten Bereich axial angrenzt. Der Positionierungsmechanismus 32 umfasst eine in der radialen Richtung der Nockenwelle 3 ausgesparte Aufnahme-Aussparung 33, eine in der Aufnahme-Aussparung 33 aufgenommene Feder 34 sowie eine Kugel 35, die in einer Position zur Aufnahme in der Aufnahme-Aussparung 33 angeordnet ist, wobei ein Teil des Positionierungsmechanismus von einer Oberfläche der Nockenwelle 3 herausragt.
  • Wie in der 4 oder der 5 gezeigt, soll die Kugel 35 mit einer von einer ersten Positionierungsnut 46 und von einer zweiten Positionierungsnut 47 eingreifen, die am Ende des in der Folge beschriebenen Nockenträgers 4 vorgesehen sind.
  • (Nockenträger)
  • Wie in der 2 oder 5 gezeigt, ist der Nockenträger 4 zylinderförmig ausgebildet, so dass er die Nockenwelle 3 umgibt. Der Nockenträger 4 weist an einem inneren Umfang einen Satz von darin ausgebildeten Innenzähnen 45 auf, die mit dem Satz von Außenzähnen 31 in Eingriff kommen. Somit ist der Nockenträger 4 zusammen mit der Nockenwelle 3 integral drehbar und der Nockenträger 4 ist relativ zur Nockenwelle 3 axial verschiebbar.
  • Ferner weist der innere Umfang am Nockenträger 4 einen Bereich auf, an dem der Satz von Innenzähnen 45 ausgebildet ist, und einen daran angrenzenden Bereich, der die erste Positionierungsnut 46 und die zweite Positionierungsnut 47 umfasst, die in einer umlaufend umgebenden Weise darin ausgebildet sind.
  • Die erste Positionierungsnut 46 und die zweite Positionierungsnut 47 wirken derart mit der Kugel 35 im am Ende der Nockenwelle 3 vorgesehenen Positionierungsmechanismus 32 zusammen, dass erstere mit der letzteren in Eingriff kommen, um eine Position des Nockenträgers 4 durch eine Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position und durch ein Einklicken entweder in der ersten oder in der zweiten Position festzulegen.
  • Wie in den 2 bis 5 gezeigt, weist der Nockenträger 4 Umfangsflächen auf, die mit einer axialen Anordnung von Kombinationen von Hochgeschwindigkeitsnocken 41 und Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 integral versehen sind, die jeweils verschiedene Ventilbetriebscharakteristika aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Paar von Kombinationen vorliegt, die jeweils aus einer integralen Kombination einer Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und einer Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 bestehen und die durch einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind.
  • In Situationen, in denen ein Paar von Hochgeschwindigkeitsnocken 41 ausgewählt wird, befinden sich die Hochgeschwindigkeitsnocken 41 jeweils über einem Kipphebel 11. In Situationen, in denen ein Paar von Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 ausgewählt wird, befinden sich die Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 jeweils über einem Kipphebel 11.
  • Mit anderen Worten sind der Abstand zwischen den Hochgeschwindigkeitsnocken 41, der Abstand zwischen den Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 und der Abstand zwischen den Einlassventilen 13 identisch eingerichtet. Außerdem ist der Nockenträger 4 zwischen der ersten Position, in dem die Hochgeschwindigkeitsnocken 41 zum Betrieb der Einlassventile 13 verwendet werden, und der zweiten Position, in der die Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 zum Betrieb der Einlassventile 13 verwendet werden, bewegbar.
  • Wie in 3 gezeigt, umfassen die Hochgeschwindigkeitsnocken 41 jeweils eine Kombination eines kreisförmigen Basisabschnitts 41A, der ein Basisteil bildet, und eines Nasenabschnitts 41B, der weiter radial nach außen herausragt, als der kreisförmige Basisabschnitt 41A. Die Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 umfassen jeweils eine Kombination eines kreisförmigen Basisabschnitts 42A, der den gleichen Radius wie der kreisförmige Basisabschnitt 41A der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 aufweist und einen Basisteil bildet, und eines Nasenabschnitts 42B, der radial weiter nach außen herausragt als der kreisförmige Basisabschnitt 42A, aber radial weniger weit herausragt als der Nasenabschnitt 41B der Hochgeschwindigkeitsnocke 41.
  • Das heißt, dass gemäß den vorliegenden Ausführungsformen der Nasenabschnitt 41B an der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 einen Nockenbuckel aufweist, der größer als ein Nockenbuckel am Nasenabschnitt 42B der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 ausgebildet ist. An der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 weist der Nasenabschnitt 41B einen größeren Vorsprung als der Vorsprung des Nasenabschnitts 42B der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 auf.
  • Dementsprechend kann in Situationen, in denen die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 zum Öffnen eines Einlassventils 13 verwendet wird, das Einlassventil 13 eine längere Öffnungsdauer aufweisen als in Situationen, in denen die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 zum Öffnen des Einlassventils 13 verwendet wird, so dass ein größeres Volumen an Einlassluft in die Brennkammer 16 angesaugt werden kann.
  • Wenn also der Nockenträger 4 zur Verwendung der Hochgeschwindigkeitsnocken 41 zum Öffnen der Einlassventile 13 in die erste Position geschaltet wird, ändert dieser die Betriebscharakteristika der Einlassventile 13 derart, dass der Verbrennungsmotor im Vergleich zu Situationen, in denen der Nockenträger zur Verwendung der Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 zum Öffnen der Einlassventile 13 in die zweite Position geschaltet wird, eine vergrößerte Leistung aufweist.
  • Wie in 4 gezeigt, sind in jeder Kombination einer Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und einer Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 diese axial aneinander angrenzend angeordnet, wobei deren kreisförmige Basisabschnitte 41A und 42A axial miteinander fluchten, so dass sie eine durchgehende Oberfläche bilden.
  • Ferner sind die Nasenabschnitte 41B und 42B der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 in Richtungen angeordnet, die im Wesentlichen phasengleich sind. Durch diese Anordnung der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 wird eine Anhebezeit eines Einlassventils 13 bestimmt, so dass es den Bewegungen der nicht gezeigten Kurbelwelle folgt.
  • Wie in 2, 3 oder 5 gezeigt, weist der Nockenträger 4 an einem äußeren Umfang eine Führungsnut 43 auf, die darin umlaufend ausgebildet ist und einen erfindungsgemäßen ausgesparten Abschnitt bildet. Die Führungsnut 43 weist ein Paar von einander gegenüberliegenden Seitenwänden auf. In dem Paar von Seitenwänden bildet eine Seitenwand eine erste Umschaltnocke 43A zur Verschiebung des Nockenträgers 4 in die erste Position, wobei die andere Seitenwand des Paars von Seitenwänden eine zweite Umschaltnocke 43B zur Verschiebung des Nockenträgers 4 in die zweite Position bildet.
  • Das heißt, dass die erste Umschaltnocke 43A und die zweite Umschaltnocke 43B ein erfindungsgemäßes Paar von Seitenwänden bilden, wobei die erste Umschaltnocke 43A eine Seitenwand des Paars von gegenüberliegenden Seitenwänden und die zweite Umschaltnocke 43B die andere Seitenwand des Paars von gegenüberliegenden Seitenwänden bildet.
  • Wie in 3, 4, 6 oder 7 gezeigt, umfasst die Führungsnut 43 einen Nutabschnitt maximaler Breite 43C, der eine maximale Nutbreite aufweist, einen Nutabschnitt minimaler Breite 43D, der eine minimale Nutbreite aufweist, und einen Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E, der den Nutabschnitt maximaler Breite 43C und den Nutabschnitt minimaler Breite 43D miteinander verbindet.
  • Der Nutabschnitt minimaler Breite 43D weist eine Nutbreite auf, die einen distalen Endteil 51b eines in der Folge beschriebenen Umschaltstifts 51 durchlässt. Der Nutabschnitt maximaler Breite 43C ist mit einer Nutbreite ausgebildet, die sich räumlich beidseitig der in der Nutbreitenrichtung äußeren Seiten des Nutabschnitts minimaler Breite 43D befindet, der dazwischen als Mittelteil dient, so dass sie jeweils den distalen Endteil 51b des Umschaltstifts 51 durchlassen. Demnach ist gemäß den vorliegenden Ausführungsformen die Führungsnut 43 mit Breiten ausgebildet, die in einer axialen Richtung der Nockenwelle 3 variieren.
  • (Nockenumschaltabschnitt)
  • Wie in den 5 bis 7 gezeigt, umfasst der Nockenumschaltabschnitt 5 eine Kombination eines Gehäuses 52, das sich in einer axialen Richtung der Nockenwelle 3 erstreckt und an der Kopfhaube 1A befestigt ist, und eines Kolbens 53, der innerhalb des Gehäuses 52 vorgesehen ist und dazu eingerichtet ist, sich in axialen Richtungen der Nockenwelle 3 zu bewegen, wobei er einen proximalen Teil 51a des Umschaltstifts 51 hält.
  • Ferner ist der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 in der Führungsnut 43 eingeführt. Beide axiale Enden des distalen Endteils 51b des Umschaltstifts 51 sind relativ zur Nockenwelle 3 entweder der ersten Umschaltnocke 43A oder der zweiten Umschaltnocke 43B gegenüberliegend angeordnet. Dementsprechend ist der Umschaltstift 51 in den axialen Richtungen der Nockenwelle 3 bewegbar und kann mit der ersten Umschaltnocke 43Aund der zweiten Umschaltnocke 43B in Kontakt kommen.
  • Das Gehäuse 52 weist darin angeordnete hydraulische Kammern 54 und 55 auf, wobei die hydraulischen Kammern 54 und 55, zwischen denen sich der Kolben 53 befindet, in einer axialen Richtung der Nockenwelle 3 angeordnet sind. Vorliegend entspricht die hydraulische Kammer 54 einer erfindungsgemäßen ersten hydraulischen Kammer und die hydraulische Kammer 55 einer erfindungsgemäßen zweiten hydraulischen Kammer.
  • Das Gehäuse 52 weist darin ausgebildete Ölbohrungen 52A und 52B auf, die sich über den hydraulischen Kammern 54 und 55 befinden. Die hydraulische Kammer 54 weist eine darin aufgenommene Schraubenfeder 56 auf, wobei die Schraubenfeder 56 den Kolben 53 hin zur hydraulischen Kammer 55 vorspannt. Dementsprechend kommt der Umschaltstift 51 mit der ersten Umschaltnocke 43A in Kontakt, wobei er den von der Schraubenfeder 56 ausgeübten Vorspannkräften ausgesetzt ist.
  • Der Kolben 53 weist eine darin ausgebildete Öffnung 53a auf, wobei die Öffnung 53a mit der hydraulischen Kammer 54 in Verbindung steht. Der Kolben 53 weist eine darin ausgebildete Öffnung 53b auf, wobei die Öffnung 53b mit der hydraulischen Kammer 55 in Verbindung steht. Vorliegend entspricht die Öffnung 53a einer erfindungsgemäßen ersten Öffnung und die Öffnung 53b einer erfindungsgemäßen zweiten Öffnung.
  • Das Gehäuse 52 weist eine darin ausgebildete Entlastungsbohrung 52C auf, die sich in einer axialen Richtung der Nockenwelle 3 erstreckt und mit einem größeren Durchmesser als die Öffnung 53a ausgebildet ist. Das Gehäuse 52 weist eine darin ausgebildete Entlastungsbohrung 52D auf, wobei sich die Entlastungsbohrung 52D in der axialen Richtung der Nockenwelle 3 erstreckt und mit einem größeren Durchmesser als die Öffnung 53b ausgebildet ist.
  • Wenn der Kolben 53 relativ zur Nockenwelle 3 axial bewegt wird, kommt die Entlastungsbohrung 52C mit der Öffnung 53a in Verbindung. Wenn der Kolben 53 relativ zur Nockenwelle 3 axial bewegt wird, kommt die Entlastungsbohrung 52D mit der Öffnung 53b in Verbindung.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen, wenn sich der Nockenträger 4 weder in der ersten Position, in der die Hochgeschwindigkeitsnocken 41 zum Betrieb der Einlassventile 13 verwendet werden, noch in der zweiten Position, in der die Niedriggeschwindigkeitsnocken 42 zum Betrieb der Einlassventile 13 verwendet werden, befindet, kann sich der Nockenumschaltabschnitt 5 in einer Kombination von Zuständen, in denen die Öffnung 53a und die Entlastungsbohrung 52C miteinander verbunden sind, und Zuständen, in denen die Öffnung 53b und die Entlastungsbohrung 52D miteinander verbunden sind, befinden. Vorliegend entspricht die Entlastungsbohrung 52C einer erfindungsgemäßen ersten Entlastungsbohrung und die Entlastungsbohrung 52D einer erfindungsgemäßen zweiten Entlastungsbohrung.
  • Der Nockenumschaltabschnitt 5 ist mit einem hydraulischen Kreislauf 57 ausgestattet. Der hydraulische Kreislauf 57 umfasst eine Kombination eines in der Kopfhaube 1A gebildeten und über die Ölbohrung 52A mit der hydraulischen Kammer 54 in Verbindung stehenden Ölkanals 58 und eines in der Kopfhaube 1A gebildeten und über die Ölbohrung 52B mit der hydraulischen Kammer 55 in Verbindung stehenden Ölkanals 59.
  • Der Ölkanal 58 ist dazu ausgebildet, zur Zufuhr von Öl von der Ölpumpe 66 in den Ölkanal 58 mit einem nicht dargestellten Ölkanal einer Ölpumpe 66 in Verbindung zu stehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Ölpumpe 66 eine mechanische Ölpumpe, die durch die Rotation der Kurbelwelle angetrieben wird, oder eine elektrische Pumpe sein kann.
  • Wie in 6 oder 7 gezeigt, umfasst der hydraulische Kreislauf 57 ein Ölsteuerventil (in der Folge einfach als OSV bezeichnet) 60, wobei das OSV 60 Ölkanäle aufweist, die mit dem Ölkanal 58 und dem Ölkanal 59 in Verbindung gebracht werden können. Das OSV 60 besteht aus einem Vierwege-Anschluss-Schieberventil, das einen in einer Hülse 61 eingefügten Schieber 62 umfasst und vier Anschlüsse 60a bis 60d aufweist.
  • Die Hülse 61 weist eine Kombination einer Schraubenfeder 63 und eines darin installierten elektromagnetischen Solenoids 64 auf, zwischen denen sich der Schieber 62 befindet. Im OSV 60 ist der elektromagnetische Solenoid 64 dazu ausgebildet, bei Erregung den Schieber 62 in eine Richtung zu drücken, in der die Schraubenfeder 63 gegen Vorspannkräfte der Schraubenfeder 63 zusammengedrückt wird. Wie in 6 gezeigt, wird in dieser Situation der Anschluss 60a mit dem Anschluss 60c in Verbindung gebracht, wobei der Anschluss 60b mit dem Anschluss 60d in Verbindung gebracht wird.
  • Dadurch können Ströme von Hochdrucköl vom Ölkanal 58 durch die Ölbohrung 52A in die hydraulische Kammer 54 geleitet werden, wobei hydraulische Drücke mit den Vorspannkräften der Schraubenfeder 56 zusammenwirken, um den Kolben 53 in der 6 nach links zu bewegen. In dieser Situation liegen im Ölkanal 59 niedrige Drücke vor, so dass Ölströme mit der Bewegung des Kolbens 53 nach links aus der hydraulischen Kammer 55 durch die Ölbohrung 52B in den Ölkanal 59 entlassen werden.
  • Wie in 7 gezeigt, wird im OSV 60 andererseits der Schieber 62 durch die Vorspannkräfte der Schraubenfeder 63 in Richtung des elektromagnetischen Solenoids 64 bewegt, so dass der Anschluss 60a mit dem Anschluss 60d und der Anschluss 60b mit dem Anschluss 60c in Verbindung gebracht wird.
  • Dadurch können Ströme von Hochdrucköl vom Ölkanal 59 durch die Ölbohrung 52B in die hydraulische Kammer 55 geleitet werden, so dass der Kolben 53 in der 7 nach rechts entgegen Vorspannkräften der Schraubenfeder 56 bewegt wird. In dieser Situation liegen im Ölkanal 58 niedrige Drücke vor, so dass Ölströme, mit der Bewegung des Kolbens 53 nach rechts, aus der hydraulischen Kammer 54 durch die Ölbohrung 52A in den Ölkanal 58 abgelassen werden.
  • Ferner umfasst der hydraulische Kreislauf 57 im Nockenumschaltabschnitt 5 eine Kombination eines in der Kopfhaube 1A gebildeten und mit der Entlastungsbohrung 52C in Verbindung stehenden Entlastungskanals 67 und eines in der Kopfhaube 1A gebildeten und mit der Entlastungsbohrung 52D und mit dem Entlastungskanal 67 in Verbindung stehenden Entlastungskanals 68.
  • Ferner weist die Kopfhaube 1A einen darin gebildeten Abflusskanal 69 auf. Der Abflusskanal 69 ist dazu eingerichtet, mit dem Entlastungskanal 67 und mit einem Ölkanal 59 in Verbindung zu stehen.
  • In einem Ölkanal 58 ist ein hydraulisches Drucksteuerventil 65 installiert. Das hydraulische Drucksteuerventil 65 weist einen in seinem Gehäuse 65A vorgesehen Ölkanal 65a auf, wobei der Ölkanal 65a eine darin eingebaute Kombination einer Kugel 65B und einer Schraubenfeder 65C aufweist. Die Schraubenfeder 65C ist dazu eingerichtet, die Kugel 65B in Richtung eines Endes der Ölpumpe 66 vorzuspannen, so dass sie den Ventilsitz 65b blockiert und diesen verschließt.
  • Wenn das hydraulische Drucksteuerventil 65 mit Öl von der Ölpumpe 66 versorgt wird, wird die Kugel 65B entgegen den Vorspannkräften der Schraubenfeder 65C vom Ventilsitz 65b abgehoben. Dadurch können Ölströme von der Ölpumpe 66 dem OSV 60 zugeführt werden.
  • Wenn ferner in der hydraulischen Kammer 54 oder in der hydraulischen Kammer 55 eine plötzliche Erhöhung des Hydraulikdrucks stattfindet, wird im hydraulischen Drucksteuerventil 65 die Kugel 65B gezwungen, den Ventilsitz 65b zu blockieren, so dass es diesen verschließt und ein hoher Hydraulikdruck im Ölkanal 58 oder im Ölkanal 59 aufrechterhalten wird.
  • Ferner weist der Abflusskanal 69 ein darin installiertes hydraulisches Drucksteuerventil 70 auf. Im Gehäuse 70A des hydraulischen Drucksteuerventils 70 ist ein Ölkanal 70a vorgesehen, der eine darin eingefügte Kombination einer Kugel 70B und einer Schraubenfeder 70C aufweist.
  • Die Schraubenfeder 70C ist dazu eingerichtet, die Kugel 70B in Richtung eines Endes des Gehäuses 52 (z.B. stromaufwärts der Ölströme) vorzuspannen, so dass sie den Ventilsitz 70b blockiert und diesen verschließt. Die Schraubenfeder 70C ist derart ausgebildet, dass sie Federkräfte ausübt, die als Federkräfte zum Öffnen des Ventilsitzes 70b dienen, in einer Situation, in der das hydraulische Drucksteuerventil 65 die Verbindung zwischen der Ölpumpe 66 und dem OSV 60 unterbricht und in der ein Druck in der hydraulischen Kammer 54 oder der hydraulischen Kammer 55 vorliegt, der gleich oder höher als ein vorbestimmter Druck ist.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ist somit der Nockenumschaltabschnitt 5 derart eingerichtet, dass der Umschaltstift 51 durch einen Unterschied zwischen den hydraulischen Drücken, die von dem OSV 60 den hydraulischen Kammern 54 und 55 zugeführt werden, gezwungen wird, sich axial relativ zur Nockenwelle 3 zu bewegen.
  • Wenn der Umschaltstift 51 in eine axiale Richtung der Nocken bewegt wird, wird der distale Endteil 51b der Umschaltnocke 51 in Kontakt mit der ersten Umschaltnocke 43A oder mit der zweiten Umschaltnocke 43B gebracht, so dass der Nockenträger 4 in eine axiale Richtung der Nockenwelle 3 bewegt wird. Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen können vorliegend die hydraulischen Drucksteuerventile 65 und 70 sowie das OSV 60 in der Kopfhaube 1A außerhalb des Zylinderkopfs 1 gebildet sein.
  • In der Folge werden die Funktionsweisen beschrieben.
  • Zunächst werden unter Bezugnahme auf die 6 bis 13 die Vorgänge, die zum Umschalten zwischen einer Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und einer Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 in der variablen Ventiltriebvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform notwendig sind, beschrieben. Wie in den 8 bis 13 gezeigt, weist die Nockenwelle 3 eine mit R bezeichnete Drehrichtung auf.
  • (Motorstopp)
  • Wenn der Motor abgeschaltet ist, wird die Ölpumpe 66 nicht angetrieben, so dass in der hydraulischen Kammer 54 und in der hydraulischen Kammer 55 niedrige hydraulische Drücke vorliegen, und der Kolben 53 durch die Schraubenfeder 56, in der 6 nach links, vorgespannt ist.
  • In dieser Situation, wird der Umschaltstift 51 in der Führungsnut 43 nach links bewegt und mit der ersten Umschaltnocke 43A in Kontakt gebracht, so dass der Nockenträger 4 gezwungen wird, sich nach links zu bewegen, und die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 infolgedessen mit ihrem kreisförmigen Basisabschnitt 41A mit einer zu drückenden Rolle 11A an einem Kipphebel 11 in Kontakt steht. Wenn der Motor gestartet wird, wird dementsprechend die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 zur Betätigung eines Einlassventils 13 verwendet, um dieses zu öffnen oder zu schließen.
  • (Betrieb unter Einsatz der Hochgeschwindigkeitsnocke 41)
  • Wenn während des Betriebs unter Einsatz der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 das elektromagnetische Solenoid 64 am OSV 60 erregt wird, wird der Schieber 62 entgegen den Vorspannkräften der Schraubenfeder 63 verschoben. Somit bewegt sich der Schieber 62 in eine Richtung, in der die Schraubenfeder 56 zusammengedrückt wird, und es wird eine Verbindung zwischen dem Anschluss 60a und dem Anschluss 60c und eine Verbindung zwischen dem Anschluss 60b und dem Anschluss 60d hergestellt.
  • Dadurch können Ströme von Hochdrucköl vom Ölkanal 58 durch die Ölbohrung 52A in die hydraulische Kammer 54 geführt werden, so dass der Kolben 53 und der Umschaltstift 51 gezwungen werden, sich in den 6 oder 8 nach links zu bewegen. In dieser Situation liegen im Ölkanal 59 niedrige Drücke vor, so dass Ölströme durch die Bewegung des Kolbens 53 nach links aus der hydraulischen Kammer 55 durch die Ölbohrung 52B in den Ölkanal 59 abgelassen werden.
  • Am Nockenträger 4 sind der Nutabschnitt maximaler Breite 43C und der Nutabschnitt minimaler Breite 43D durch den Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E miteinander verbunden, der in der Drehrichtung des Nockenträgers 4 herausragt. Wenn sich also der Kolben 53 in der 6 oder 8 nach links bewegt, durchläuft der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 den Nutabschnitt maximaler Breite 43C und kommt mit dem Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E in Kontakt, so dass axial nach links wirkende Kräfte auf den Nockenträger 4 ausgeübt werden.
  • Dadurch wird der Nockenträger 4 an der ersten Umschaltnocke 43A durch den Umschaltstift 51 nach links in Richtung der ersten Position bewegt. Gleichzeitig gleiten der kreisförmige Basisabschnitt 42A der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 sowie der kreisförmige Basisabschnitt 41A der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 ruckfrei relativ zur am Kipphebel 11 zu drückenden Rolle 11A, so dass der Basisabschnitt 41A der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 mit der zu drückenden Rolle 11A in Kontakt kommt.
  • Insbesondere ist am Nockenträger 4, wie in 12 gezeigt, der Nutabschnitt maximaler Breite 43C mit einer Nutbreite ausgebildet, die sich räumlich beidseitig der beiden äußeren Seiten (d.h. beider relativ zum Nockenträger 4 axial äußeren Seiten) des dazwischen als Mittelteil dienenden Nutabschnitts minimaler Breite 43D erstreckt, so dass sie jeweils den distalen Endteil 51b des Umschaltstifts 51 durchlassen.
  • In Situationen, in denen der Nockenträger 4 von der zweiten Position in die erste Position geschaltet wird, kommt während der Rotation des Nockenträgers 4 der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51, wie durch den Punkt L1 dargestellt, mit dem Nutabschnitt maximaler Breite 43C in Kontakt und bewegt sich anschließend, wie durch den Punkt L2 dargestellt, in den Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E.
  • Anschließend kommt der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51, wie durch den Punkt L3 dargestellt, mit dem Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E in Kontakt, wodurch der Nockenträger 4 gezwungen wird, sich zur ersten Position zu bewegen. Zu gegebener Zeit erreicht der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51, wie durch den Punkt L4 dargestellt, den Nutabschnitt minimaler Breite 43D, wenn der Nockenträger 4 seine Verschiebung in die erste Position vollendet.
  • Der Umschaltstift 51 wird also in eine axiale Richtung der Nockenwelle 3 bewegt. Gleichzeitig bewegt sich der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 vom Nutabschnitt maximaler Breite 43C durch den Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E, bis er mit dem Nutabschnitt minimaler Breite 43D in Kontakt kommt, wodurch der Nockenträger 4 bis in die erste Position bewegt wird.
  • Während sich der Nockenträger 4 relativ zur Nockenwelle 3, wie oben beschrieben, bis in die erste Position bewegt, wird, wie in 4 gezeigt, am Ende der Nockenwelle 3 die Kugel 35 aus der zweiten Positionierungsnut 47 gelöst und bis zur ersten Positionierungsnut 46 bewegt, so dass sie dort einrastet. Infolgedessen ist der Nockenträger 4 in der ersten Position an der Nockenwelle 3 befestigt, so dass die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 ausgewählt ist.
  • Ferner befindet sich in solchen Situationen, in denen die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 ausgewählt ist und der Nockenträger 4 sich in der ersten Position befindet, der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 in einer Position, um frei durch den Nutabschnitt minimaler Breite 43D der Führungsnut 43 zu laufen, bis auf die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 umgeschaltet wird.
  • Diese Anordnung erlaubt es, dass der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 nicht mit der ersten Umschaltnocke 43A oder der zweiten Umschaltnocke 43B in Kontakt kommt, so dass die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 in Position gehalten wird und ein ununterbrochener Betrieb der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 erlaubt wird.
  • (Betrieb unter Einsatz der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42)
  • Bei einem Wechsel von einem Zustand, in dem die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 ausgewählt ist, in Zustände, in denen die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 ausgewählt ist (in der zweiten Position), wird davon ausgegangen, dass das elektromagnetische Solenoid 64 im OSV 60 nicht erregt ist. Die Hülse 61 ist dann durch die Schraubenfeder 63 vorgespannt, so dass eine Verbindung zwischen dem Anschluss 60a und dem Anschluss 60d und eine Verbindung zwischen dem Anschluss 60b und dem Anschluss 60c hergestellt wird.
  • Dadurch können Ströme von Hochdrucköl vom Ölkanal 59 durch die Ölbohrung 52B in die hydraulische Kammer 55 geführt werden, so dass der Kolben 53 gezwungen wird, sich entgegen den Vorspannkräften der Schraubenfeder 63 in den 7 oder 9 nach rechts zu bewegen. In dieser Situation liegen im Ölkanal 58 niedrige Drücke vor, so dass Ölströme durch die Bewegung des Kolbens 53 nach rechts aus der hydraulischen Kammer 54 durch die Ölbohrung 52A in den Ölkanal 58 abgelassen werden.
  • Am Nockenträger 4 sind der Nutabschnitt maximaler Breite 43C und der Nutabschnitt minimaler Breite 43D durch den Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E miteinander verbunden, der in der Drehrichtung des Nockenträgers 4 herausragt. Wenn sich also der Kolben 53 nach rechts bewegt, durchläuft der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 den Nutabschnitt maximaler Breite 43C und kommt mit dem Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E in Kontakt, so dass axial nach rechts wirkende Kräfte auf den Nockenträger 4 ausgeübt werden.
  • Dadurch wird der Nockenträger 4 in einem in der 10 gezeigten Zustand bis zur zweiten Position bewegt. Gleichzeitig gleiten der kreisförmige Basisabschnitt 41A der Hochgeschwindigkeitsnocke 41 sowie der kreisförmige Basisabschnitt 42A der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 ruckfrei relativ zur am Kipphebel 11 zu drückenden Rolle 11A, so dass der Basisabschnitt 42A der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42, wie in 11 gezeigt, mit der zu drückenden Rolle 11A in Kontakt kommt.
  • Wenn sich der Nockenträger 4 relativ zur Nockenwelle 3 bewegt, wird demnach am Ende der Nockenwelle 3 die Kugel 35 aus der in 4 gezeigten ersten Positionierungsnut 46 gelöst und bis zur zweiten Positionierungsnut 47 bewegt, so dass sie dort einrastet. Infolgedessen ist der Nockenträger 4 in einer Position (die der zweiten Position entspricht) an der Nockenwelle 3 befestigt, in der die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 ausgewählt ist.
  • In Situationen, in denen der Nockenträger 4 von der ersten Position in die zweite Position geschaltet wird, kommt während der Rotation des Nockenträgers 4, wie in 12 gezeigt, der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51, wie durch den Punkt R1 dargestellt, mit dem Nutabschnitt maximaler Breite 43C in Kontakt und bewegt sich anschließend, wie durch den Punkt R2 dargestellt, in den Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E.
  • Wie durch den Punkt R3 dargestellt, bleibt anschließend der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 mit dem Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E in Kontakt, so dass der Nockenträger 4 zur zweiten Position bewegt wird. Zu gegebener Zeit erreicht der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51, wie durch den Punkt R4 dargestellt, den Nutabschnitt minimaler Breite 43D, wenn der Nockenträger 4 seine Verschiebung in die zweite Position vollendet.
  • Der Umschaltstift 51 wird also in eine axiale Richtung der Nockenwelle 3 bewegt. Gleichzeitig bewegt sich der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 vom Nutabschnitt maximaler Breite 43C durch den Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E, bis er mit dem Nutabschnitt minimaler Breite 43D in Kontakt kommt, wodurch der Nockenträger 4 bis in die zweite Position bewegt wird.
  • Ferner befindet sich in Situationen, in denen die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 ausgewählt ist und der Nockenträger 4 sich in der zweiten Position befindet, der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 in einer Position, um frei durch den Nutabschnitt minimaler Breite 43D der Führungsnut 43 zu laufen, bis auf die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 umgeschaltet wird. Diese Anordnung erlaubt es, dass der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 nicht mit der ersten Umschaltnocke 43A oder der zweiten Umschaltnocke 43B in Kontakt kommt, so dass die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 in Position gehalten wird und ein ununterbrochener Betrieb der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 erlaubt wird.
  • Wenn der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51, wie in 10 dargestellt, mit der zweiten Umschaltnocke 43B in Kontakt steht, wird vorliegend durch die Ölpumpe 66 eine hydraulische Last F1 auf den Kolben 53 in der hydraulischen Kammer 54 ausgeübt und durch den Nockenträger 4 eine Last F2 auf den Umschaltstift 51 ausgeübt. Bei einem Vergleich der hydraulischen Lasten F1 und F2 miteinander ist zu befürchten, dass der Umschaltstift 51 durch den Nockenträger 4 zurück, in 10 nach links, geschoben werden könnte, wenn F1 > F2 ist.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ist im hydraulischen Kreislauf 57 das hydraulische Drucksteuerventil 65 zwischen der Ölpumpe 66 und dem OSV 60 installiert. Wenn also in der hydraulischen Kammer 54 die Hydraulikdrücke durch die Verschiebung des Kolbens 53 durch den Nockenträger 4, in der 10 nach links, schlagartig erhöht werden, wird der Ventilsitz 65b (siehe 6) durch die Kugel 65B verschlossen, die durch die erhöhten hydraulischen Drücke im Ölkanal 59 dagegen gedrückt wird. Dadurch wird verhindert, dass der Umschaltstift 51 durch den Nockenträger 4 zurück verschoben wird.
  • Wenn in Situationen, in denen eine Umschaltung der Nockenposition von der Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 (als zweite Position) zur Hochgeschwindigkeitsnocke 42 (als erste Position) stattfindet, die hydraulischen Drücke in der hydraulischen Kammer 55 durch die Verschiebung des Kolbens 53 durch den Nockenträger 4 nach rechts schlagartig erhöht werden, wird der Ventilsitz 65b durch die Kugel 65B geschlossen, die durch die hydraulischen Drücke im Ölkanal 58 dagegen gedrückt wird. Somit wird der Umschaltstift 51 daran gehindert, durch den Nockenträger 4 zurück verschoben zu werden.
  • Wenn andererseits, während der Verschiebung des Nockenträgers 4 beispielsweise von der ersten Position zur zweiten Position, wie in 12 oder in 13 gezeigt, unter einer hydraulischen Steuerung durch das OSV 60, bestimmt wird, dass zum Zeitpunkt eines Anfangs einer Bewegung des Umschaltstifts 51 dieser nicht mit dem Nutabschnitt maximaler Breite 43C (durch den Punkt R1 dargestellt) in Kontakt kommen soll, um die Bewegung zu initiieren, sondern mit dem Nutabschnitt veränderlicher Breite 43 E (durch den Punkt R3 dargestellt), um die Bewegung zu initiieren, wird der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 mit einer, relativ zu axialen Richtungen der Nockenwelle 3 steil ansteigenden Steigung des Nutabschnitts veränderlicher Breite 43E in Kontakt gebracht. Unter dieser Bedingung könnte durch den Nockenträger 4 eine übermäßig große Last auf den distalen Endteil 51b des Umschaltstifts 51 ausgeübt werden, im Vergleich zu einer Situation, in der dieser mit dem Nutabschnitt maximaler Breite 43C in Kontakt kommt, wobei er die axialen Richtungen der Nockenwelle 3 in im Wesentlichen rechten Winkeln kreuzt.
  • Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ist die variable Ventiltriebvorrichtung 2 derart ausgebildet, dass zu Beginn einer Bewegung, bei der der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 mit dem Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E in Kontakt gebracht wird, in der hydraulischen Kammer 55 vorliegende hydraulische Drücke schlagartig erhöht werden, so dass Ölströme in der hydraulischen Kammer 55 von der Öffnung 53b durch die Entlastungsbohrung 52D in den Entlastungskanal 68 abgelassen werden. Dadurch werden die in der hydraulischen Kammer 55 vorliegenden Drücke reduziert, so dass durch den Nockenträger 4 ausgeübte übermäßige Lasten aufgenommen werden und der Umschaltstift 51 erfolgreich geschützt wird.
  • Wenn der Nockenträger 4 ferner in die zweite Position bewegt wird, wird die Öffnung 53b durch den Kolben 53 geschlossen, so dass die Verbindung zwischen der Öffnung 53b und der Entlastungsbohrung 52D unterbrochen wird. Dadurch werden in der hydraulischen Kammer 55 hohe hydraulische Drücke aufrechterhalten.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass selbst in Situationen, in denen der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 zu Beginn einer Verschiebung des Nockenträgers 4 von der zweiten Position zur ersten Position mit dem Nutabschnitt veränderlicher Breite 43E in Kontakt gebracht wird, Ölströme von der Öffnung 53a durch die Entlastungsbohrung 52C in den Entlastungskanal 67 abgelassen werden können.
  • Ferner umfasst die variable Ventiltriebvorrichtung 2 gemäß den vorliegenden Ausführungsformen den Entlastungskanal 69, in dem das hydraulische Drucksteuerventil 70 installiert ist, so dass in einen der Ölkanäle 58 und 59 und der Entlastungskanäle 67 und 68 abgelassene Ölströme durch das hydraulische Drucksteuerventil 70 in den Entlastungskanal 69 abgelassen werden können.
  • Das hydraulische Drucksteuerventil 70 ist dazu ausgebildet, sich zum Ablassen von Ölströme zu öffnen, wenn die hydraulischen Drücke im hydraulischen Kreislauf 57 gleich oder höher als ein vorbestimmter hydraulischer Druck sind, und sich zur Aufrechterhaltung hoher Drücke im hydraulischen Kreislauf 57 zu schließen, wenn die hydraulischen Drücke im hydraulischen Kreislauf 57 unter dem vorbestimmten hydraulischen Druck liegen. Somit kann die Arbeitslast der Ölpumpe 66 bei einem normalen Betrieb des Umschaltstifts 51, bei dem der Nockenträger 4 zwischen der ersten Position und der zweiten Position geschaltet wird, reduziert werden. Diese Anpassung erlaubt eine verbesserte Kraftstoffeffizienz im Motor und eine Verkleinerung der Ölpumpe 66.
  • Demnach umfasst in der variablen Ventiltriebvorrichtung 2 gemäß den vorliegenden Ausführungsformen der Nockenumschaltabschnitt 5 eine Kombination einer Führungsnut 43 und eines Umschaltstifts 51. Die Führungsnut 43 ist zusammen mit einer Kombination einer ersten Umschaltnocke 43A und einer zweiten Umschaltnocke 43B in einem äußeren Umfang des Nockenträgers 4 ausgebildet. Die erste Umschaltnocke 43A und die zweite Umschaltnocke 43B liegen in axialen Richtungen der Nockenwelle 3 einander gegenüber, wobei die Breiten dazwischen in den axialen Richtungen der Nockenwelle variieren. Der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 ist in der Führungsnut 43 eingeführt und ist in den axialen Richtungen der Nockenwelle 3 bewegbar.
  • Außerdem umfasst der Nockenumschaltabschnitt 5 eine Kombination eines Gehäuses 52, eines Kolbens 53, eine Kombination von hydraulischen Kammern 54 und 55 und ein OSV 60. Das Gehäuse 52 erstreckt sich in einer axialen Richtung der Nockenwelle 3 und ist am Zylinderkopf 1 befestigt. Der Kolben 53 ist innerhalb des Gehäuses 52 vorgesehen und ist dazu ausgebildet, sich relativ zur Nockenwelle 3 axial zu bewegen, wobei er den proximalen Teil 51a des Umschaltstifts 51 hält. Die hydraulischen Kammern 54 und 55 sind innerhalb des Gehäuses 52 vorgesehen und relativ zur Nockenwelle 3 axial angeordnet, wobei der Kolben 53 zwischen ihnen liegt. Das OSV 60 ist dazu ausgebildet, den hydraulischen Kammern 54 und 55 gesteuert hydraulische Drücke zuzuführen. Der Umschaltstift 51 wird durch einen Unterschied zwischen hydraulischen Drücken, die vom OSV 60 den hydraulischen Kammern 54 und 55 zugeführt werden, gezwungen, sich axial relativ zur Nockenwelle 3 zu bewegen.
  • Dementsprechend wird der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 in einen Zustand gebracht, in dem er in der Führungsnut 43 eingeführt ist. Somit ist der distale Endteil 51b des Umschaltstifts 51 dazu ausgebildet, gegen eine der ersten Umschaltnocken 43A und der zweiten Umschaltnocke 43B zu drücken, um den Nockenträger 4 zu einer axialen Bewegung relativ zur Nockenwelle 3 zu zwingen.
  • Somit kann von einem wiederholten Einführen und Herausziehen des distalen Endteils 51b des Umschaltstifts 51 aus der Führungsnut 43 abgesehen werden, so dass ein Verschleiß des Umschaltstifts 51, der ersten Umschaltnocke 43A und der zweiten Umschaltnocke 43B verhindert werden kann. Infolgedessen können der Umschaltstift 51 und der Nockenträger 4 eine erhöhte Lebensdauer aufweisen.
  • Ferner ist gemäß den vorliegenden Ausführungsformen in der variablen Ventiltriebvorrichtung 2 der Nockenumschaltabschnitt 5 zusammen mit dem Umschaltstift 51 dazu ausgebildet, durch einen Unterschied zwischen hydraulischen Drücken, die vom OSV 60 den hydraulischen Kammern 54 und 55 im Gehäuse 52 zugeführt werden, zu einer axialen Bewegung relativ zur Nockenwelle 3 gezwungen zu werden.
  • Dementsprechend kann der Nockenträger 4 hydraulische Drücke verwenden, um sich in die axialen Richtungen der Nockenwelle 3 zu bewegen, was eine vereinfachte Konfiguration des Nockenumschaltabschnitts 5 zur axialen Verschiebung des Nockenträgers relativ zur Nockenwelle 3 erlaubt.
  • Ferner kann durch die Erstreckung des Gehäuses 52 in einer axialen Richtung der Nockenwelle 3 verhindert werden, dass die Höhe des Zylinderkopfs 1 zu groß wird, so dass die Vergrößerung der Höhe von Verbrennungsmotoren erfolgreich verhindert wird.
  • Ferner umfasst gemäß den vorliegenden Ausführungsformen die variable Ventiltriebvorrichtung 2 den Kolben 53, welcher eine Kombination einer Öffnung 53a und einer Öffnung 53b aufweist. Die Öffnung 53a steht mit der hydraulischen Kammer 54 und die Öffnung 53b mit der hydraulischen Kammer 55 in Verbindung. Die variable Ventiltriebvorrichtung 2 umfasst das Gehäuse 52, das eine Kombination einer Entlastungsbohrung 52C und einer Entlastungsbohrung 52D aufweist. Die Entlastungsbohrung 52C erstreckt sich in der axialen Richtung der Nockenwelle 3 und weist einen größeren Durchmesser als die Öffnung 53a auf. Die Entlastungsbohrung 52D erstreckt sich in der axialen Richtung der Nockenwelle 3 und weist einen größeren Durchmesser als die Öffnung 53b auf. Wenn sich der Kolben 53 relativ zur Nockenwelle 3 axial bewegt, stehen die Öffnung 53a und die Entlastungsbohrung 52C miteinander in Verbindung und die Öffnung 53b und die Entlastungsbohrung 52D miteinander in Verbindung.
  • Außerdem ist der Nockenträger 4 bewegbar zur ersten Position, um die Hochgeschwindigkeitsnocke 41 zum Betrieb eines Ventils 13 zu verwenden, und zur zweiten Position, um die Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 zum Betrieb des Ventils 13 zu verwenden. Der Nockenträger 4 umfasst eine Kombination einer ersten Umschaltnocke 43A und einer zweiten Umschaltnocke 43B. Die erste Umschaltnocke 43A ist dazu ausgebildet, den Nockenträger 4 dahingehend zu betätigen, dass sich dieser zur ersten Position bewegt. Die zweite Umschaltnocke ist dazu ausgebildet, den Nockenträger 4 dahingehend zu betätigen, dass sich dieser zur zweiten Position bewegt.
  • Außerdem ist der Nockenträger 4 derart ausgebildet, Zustände aufzuweisen, in denen er sich weder in der ersten Position noch in der zweiten Position befindet, wobei diese eine Kombination von Zuständen umfassen, in denen die Öffnung 53a und die Entlastungsbohrung 52D miteinander in Verbindung stehen, und von Zuständen, in denen die Öffnung 53b und die Entlastungsbohrung 52C miteinander in Verbindung stehen.
  • Dementsprechend können in Situationen, in denen der Nockenträger 4 übermäßig hohe Lasten in eine der axialen Richtungen der Nockenwelle 3 auf den distalen Endteil 51b des Umschaltstifts 51 ausübt, bevor der Nockenträger 4 die erste Position erreicht, die Öffnung 53a und die Entlastungsbohrung 52C miteinander in Verbindung stehen und die Öffnung 53b und die Entlastungsbohrung 52D miteinander in Verbindung stehen.
  • Dementsprechend können in Situationen, in denen der Nockenträger 4 übermäßig hohe Lasten in eine der axialen Richtungen der Nockenwelle 3 auf den distalen Endteil 51b des Umschaltstifts 51 ausübt, hydraulische Drücke von der Öffnung 53a der hydraulischen Kammer 54 durch die Entlastungsbohrung 52C abgebaut werden, so dass verringerte hydraulische Drücke in der hydraulischen Kammer 54 vorliegen.
  • Außerdem können in Situationen, in denen der Nockenträger 4 übermäßig hohe Lasten in der anderen axialen Richtungen der Nockenwelle 3 auf den distalen Endteil 51b des Umschaltstifts 51 ausübt, bevor der Nockenträger 4 die zweite Position erreicht, hydraulische Drücke von der Öffnung 53b der hydraulischen Kammer 55 durch die Entlastungsbohrung 52D abgebaut werden, so dass verringerte hydraulische Drücke in der hydraulischen Kammer 55 vorliegen. Infolgedessen kann der Umschaltstift 51 abgeschwächte Stöße des Nockenträgers 4 aufnehmen, so dass der Umschaltstift 51 erfolgreich geschützt ist.
  • Außerdem wird in einem Zustand, in dem der Nockenträger 4 in die erste Position bewegt ist, die Verbindung zwischen der Öffnung 53a und der Entlastungsbohrung 52C unterbrochen, so dass in der hydraulischen Kammer 54 erhöhte hydraulische Drücke vorliegen und der Nockenträger 4 durch den Umschaltstift 51 sicher in der ersten Position gehalten wird.
  • Des Weiteren wird in einem Zustand, in dem der Nockenträger 4 in die zweite Position bewegt ist, die Verbindung zwischen der Öffnung 53b und der Entlastungsbohrung 52D unterbrochen, so dass in der hydraulischen Kammer 55 erhöhte hydraulische Drücke vorliegen und der Nockenträger 4 durch den Umschaltstift 51 sicher in der zweiten Position gehalten wird.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Obwohl vorliegend Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel kann im Gegensatz zu den Ausführungsformen einer zweistufigen variablen Ventiltriebvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine Kombination einer Hochgeschwindigkeitsnocke 41 und einer Niedriggeschwindigkeitsnocke 42 umfasst, ein Nockenträger 4A zweite Nocken umfassen, die als Ruhenocken 48 mit Umfangsflächen ohne Hub ausgebildet sind, so dass zusätzlich eine Ruhefunktion des Ventils ausgeführt werden kann, wie in 14 gezeigt. Eine solche Konfiguration erlaubt eine Vereinfachung der Struktur eines Nockenumschaltabschnitts 5, so dass ein Ventil 13 auf dem Nockenumschaltabschnitt 5 ruhen kann.
  • Es wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass der Fachmann Änderungen vornehmen kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle möglichen Modifikationen oder Äquivalente sind als von den folgenden Ansprüchen umfasst zu betrachten.
  • [Bezugszeichenliste]
  • 1
    Zylinderkopf
    1A
    Kopfhaube (des Zylinderkopfs)
    2
    variable Ventiltriebvorrichtung
    3,30
    Nockenwelle
    4, 4A
    Nockenträger
    5
    Nockenumschaltabschnitt
    13
    Einlassventil (als Ventil)
    41
    Hochgeschwindigkeitsnocke (als erste Nocke)
    42
    Niedriggeschwindigkeitsnocke (als zweite Nocke)
    43
    Führungsnut (als ausgesparte Nut)
    43A
    Erste Umschaltnocke (als Seitenwand)
    43B
    Zweite Umschaltnocke (als Seitenwand)
    48
    Ruhenocke (als zweite Nocke)
    51
    Umschaltstift
    51a
    proximaler Teil
    51b
    distaler Endteil
    52
    Gehäuse
    52C
    Entlastungsbohrung (als erste Entlastungsbohrung)
    52D
    Entlastungsbohrung (als zweite Entlastungsbohrung)
    53
    Kolben
    53a
    Öffnung (als erste Öffnung)
    53b
    Öffnung (als zweite Öffnung)
    54
    hydraulische Kammer (als erste hydraulische Kammer)
    55
    hydraulische Kammer (als zweite hydraulische Kammer)
    60
    Ölsteuerventil

Claims (1)

  1. Variable Ventiltriebvorrichtung (2) für Verbrennungsmotoren, umfassend: eine durch einen Zylinderkopf (1) drehbar gehaltene Nockenwelle (3); einen Nockenträger (4, 4A), der koaxial mit der Nockenwelle (3) angeordnet ist, mit der Nockenwelle (3) integral drehbar ist, in axialen Richtungen der Nockenwelle (3) bewegbar ist und eine Kombination einer ersten Nocke (41) und einer zweiten Nocke (42) aufweist, die an seinem äußeren Umfang ausgebildet sind, um wechselseitig verschiedene Betriebscharakteristika für ein Ventil (13) bereitzustellen, wobei die erste Nocke (41) und die zweite Nocke (42) nebeneinander angeordnet sind, wobei der Nockenträger (4, 4A) zu einer ersten Position bewegbar ist, um die erste Nocke (41) zum Betrieb des Ventils (13) zu verwenden, und zu einer zweiten Position, um die zweite Nocke (42) zum Betrieb des Ventils (13) zu verwenden; und einen Nockenumschaltabschnitt (5) zur axialen Bewegung des Nockenträgers (4, 4A) relativ zur Nockenwelle (3), um zum Betrieb des Ventils (13) zwischen der ersten Nocke (41) und der zweiten Nocke (42) umzuschalten, wobei der Nockenumschaltabschnitt (5) umfasst: einen ausgesparten Abschnitt (43), der im äußeren Umfang des Nockenträgers (4, 4A) ausgebildet ist und ein Paar von Seitenwänden (43A, 43B) aufweist, die in axialen Richtungen der Nockenwelle (3) einander gegenüberliegen und variierende Breiten dazwischen in den axialen Richtungen der Nockenwelle (3) aufweisen; und einen Umschaltstift (51), dessen distaler Endteil (51b) im ausgesparten Abschnitt (43) eingeführt ist und in den axialen Richtungen der Nockenwelle (3) bewegbar ist, wobei eine Seitenwand des Paars von Seitenwänden (43A, 43B) ein erster Umschaltnocken (43A) ist, der den Nockenträger (4, 4A) in die erste Position bewegt, und die andere Seitenwand des Paars von Seitenwänden (43A, 43B) ein zweiter Umschaltnocken (43B) ist, der den Nockenträger (4, 4A) in die zweite Position bewegt, wobei der Umschaltstift (51) gegen eine des Paars von Seitenwänden (43A, 43B) drückt, so dass der Nockenträger (4, 4A) dadurch axial relativ zur Nockenwelle (3) bewegt wird, wobei der Nockenumschaltabschnitt (5) weiterhin umfasst: ein Gehäuse (52), das sich in einer axialen Richtung der Nockenwelle (3) erstreckt und am Zylinderkopf (1) befestigt ist; einen Kolben (53), der im Gehäuse (52) vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, sich axial relativ zur Nockenwelle (3) zu bewegen, und der einen proximalen Teil des Umschaltstifts (51) hält; eine Kombination einer ersten hydraulischen Kammer (54) und einer zweiten hydraulischen Kammer (55), die beidseitig des Kolbens (53) innerhalb des Gehäuses (52) vorgesehen sind und axial relativ zur Nockenwelle (3) angeordnet sind; und ein Ölsteuerventil (60), um der Kombination der ersten hydraulischen Kammer (54) und der zweiten hydraulischen Kammer (55) gesteuert hydraulische Drücke zuzuführen, wobei der Umschaltstift (51) axial relativ zur Nockenwelle (3) durch einen Unterschied zwischen den hydraulischen Drücken bewegt wird, die von dem Ölsteuerventil (60) der ersten und zweiten hydraulischen Kammer (54, 55) zugeführt werden, wobei der Kolben (53) eine Kombination einer ersten, mit der ersten hydraulischen Kammer (54) in Verbindung stehenden Öffnung (53a) und einer zweiten, mit der zweiten hydraulischen Kammer (55) in Verbindung stehenden Öffnung (53b) aufweist, das Gehäuse (52) aufweist: eine Kombination einer ersten Entlastungsbohrung (52C), die sich in der axialen Richtung der Nockenwelle (3) erstreckt und einen größeren Durchmesser als die erste Öffnung (53a) aufweist, und einer zweiten Entlastungsbohrung (52D), die sich in der axialen Richtung der Nockenwelle (3) erstreckt und einen größeren Durchmesser als die zweite Öffnung (53b) aufweist, bei einer axialen Bewegung des Kolbens (53) relativ zur Nockenwelle (3) die erste Öffnung (53a) und die erste Entlastungsbohrung (52C) miteinander in Verbindung stehen und die zweite Öffnung (53b) und die zweite Entlastungsbohrung (52D) miteinander in Verbindung stehen, und der Nockenträger (4, 4A) dazu eingerichtet ist, Zustände aufzuweisen, in denen er sich weder in der ersten Position noch in der zweiten Position befindet, wobei die Zustände umfassen: eine Kombination von Zuständen, in denen die erste Öffnung (53a) und die erste Entlastungsbohrung (52C) miteinander in Verbindung stehen, und Zuständen, in denen die zweite Öffnung (53b) und die zweite Entlastungsbohrung (52D) miteinander in Verbindung stehen.
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