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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilbetätigungssystem in einem Verbrennungsmotor
und insbesondere ein solches Antriebssystem in einem Verbrennungsmotor,
das einen elektrischen Aktuator enthält, der eine Kraftausübung in
Ventilöffnungsrichtung
auf ein Motorventil ermöglicht,
das durch eine Feder in einer Ventilschließrichtung vorgespannt ist.
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2. Beschreibung der relevanten
Technik
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Ein
solches Ventilbetätigungssystem
ist herkömmlich,
zum Beispiel aus der
japanischen
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 3-92520 oder dgl.
bereits bekannt.
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In
dem obigen bekannten System wird jedoch das Motorventil nur durch
den elektrischen Aktuator geöffnet
und geschlossen. Aus diesem Grund kann die Betriebscharakteristik
des Motorventils in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand des Motors geändert werden. Jedoch muss der
Aktuator eine Antriebskraft entsprechend einem maximalen Hubbetrag
des Motorventils aufbringen, was zu einer erhöhten Menge an elektrischer
Energie führt,
die in dem Aktuator verbraucht wird.
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JP-A-60-164613 offenbart
ein anderes bekanntes Ventilbetätigungssystem,
das einen elektrischen Aktuator enthält.
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Die
EP-A-826 866 , als
für Artikel
54 (3) und (4) EPÜ relevanter
Stand der Technik, zeigt ein Ventilbetätigungssystem in einem Verbrennungsmotor, umfassend
einen elektrischen Aktuator, der eine Kraftausübung in einer Ventilöffnungsrichtung
auf ein Motorventil ermöglicht,
das durch eine Feder in einer Ventilschließrichtung vorgespannt ist,
worin der Aktuator mit einer von Komponenten eines Kraftübertragungsmittels
verbunden ist, das in der Lage ist, eine Kraft, die von einem an
einer Nockenwelle vorgesehenen Ventilbetätigungsnocken vorgesehen wird,
auf ein Motorventil zu übertragen,
so dass das Motorventil mit einem Hubbetrag angetrieben werden kann, der
durch Addition eines Hubbetrags des Motorventils auf der Basis eines
Nockenprofils des Ventilbetätigungsnockens
und eines Hubbetrags des Motorventils auf der Basis des Betriebs
des Aktuators erhalten wird. Dort sind die Komponenten des Kraftübertragungsmittels:
ein Innenring, der um eine zur Nockenwelle parallele Achse herum
drehbar ist; ein Außenring,
der um die gleiche Achse wie die des Innenrings herum drehbar ist
und den Innenring umgibt; sowie ein Träger, auf dem Planetenrotoren,
die zwischen den Innen- und
Außenringen
angeordnet sind, um Achsen herum drehbar gelagert sind, welche parallel
zur Achse der Innen- und Außenringe sind,
wobei der Träger
in betriebsmäßiger Zuordnung mit
einer Umlaufbewegung der Planetenrotoren um den Innenring herum
gedreht werden, wobei eine erste der Komponenten mit dem Motorventil
verbunden ist, eine zweite der Komponenten mit dem Ventilbetätigungsnocken
betriebsmäßig verbunden
ist und der Aktuator mit einer dritten der Komponenten verbunden
ist. Dort ist die Kraft des elektrischen Aktuators nicht unabhängig von
der Kraft des Ventilbetätigungsnockens
in der Ventilöffnungsrichtung.
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Die
EP 0 267 687 A offenbart
ein Ventilbetätigungssystem
in einem Verbrennungsmotor, worin ein Verbindungsumschaltmittel
zwischen zwei ersten Kipphebeln, die mit jeweiligen Ventilen in
Eingriff stehen, und einem zweiten Kipphebel, der dazwischen angeordnet
ist, vorgesehen ist, um einem Hochdrehzahlventilbetätigungsnocken
zu folgen, der an einer Nockenwelle vorgesehen ist, wobei das Verbindungsumschaltmittel
in der Lage ist, zwischen einem Verbindungszustand, in dem die ersten
Kipphebel mit den zweiten Kipphebeln verbunden sind, und einem Trennzustand,
in dem die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kipphebeln
gelöst
ist, umzuschalten, und ein Steuermittel zum Steuern/Regeln des Betriebs
des Verbindungsumschaltmittels, wobei das Steuermittel angeordnet
ist, um seinen Steuermodus in Abhängigkeit vom Betriebszustand
des Motors zwischen einem ersten Steuermodus, in dem das Verbindungsumschaltmittel
in den Trennzustand gebracht wird, und einem zweiten Steuermodus,
in dem das Verbindungsumschaltmittel in den Verbindungszustand gebracht
wird, umzuschalten.
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Die
EP 0 535 275 A offenbart
ein Ventilbetätigungssystem
mit hohlen Ventilstößeln. Indem
in die Kammer des Ventilstößels von
einer elektrischen Ölpumpe Öl gefördert wird,
wird die Ventilhubdauer durch den von der Pumpe zugeführten Öldruckpegel verändert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilbetätigungssystem
in einem Verbrennungsmotor anzugeben, worin die vom Aktuator verbrauchte
Menge an elektrischem Strom reduziert werden kann.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Ventilbetätigungssystem
in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch
1 angegeben.
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Das
System umfasst einen elektrischen Aktuator, der ermöglicht,
dass eine Kraft in Ventilöffnungsrichtung
auf ein Motorventil ausgeübt
wird, das durch eine Feder in Ventilschließrichtung vorgespannt ist,
worin der Aktuator mit einer von Komponenten eines Kraftübertragungsmittels
verbunden ist, das in der Lage ist, eine Kraft, die durch einen
von ersten und zweiten Ventilbetätigungsnocken,
die an einer Nockenwelle vorgesehen sind, erzeugt wird, auf das
Motorventil zu übertragen,
so dass das Motorventil mit einem Hubbetrag angetrieben werden kann,
der durch Addieren eines Hubbetrags des Motorventils basierend auf
einem Nockenprofil des ersten oder zweiten Ventilbetätigungsnockens
und eines Hubbetrags des Motorventils basierend auf dem Betrieb
des Aktuators erhalten wird.
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Mit
dieser Anordnung wird ein Teil des Hubbetrags des Motorventils von
einem der ersten und zweiten Ventilbetätigungsnocken aufgenommen.
Daher kann die von dem Aktuator aufgenommene Ventilöffnungskraft
klein sein im Vergleich zu einem System, in dem das Motorventil
nur durch den Aktuator angetrieben wird, und daher kann auch die
Menge an elektrischer Energie, die von dem Aktuator verbraucht sein
wird, klein sein.
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Die
Komponenten des Kraftübertragungsmittels
sind: ein Innenring, der um eine zur Nockenwelle parallele Achse
herum drehbar ist; ein Außenring,
der um dieselbe Achse wie der Innenring herum drehbar ist und den
Innenring umgibt; und ein Träger,
an dem Planetenrotoren, die zwischen den Innenund Außenringen
angeordnet sind, zur Drehung um zu den Achsen der Innen- und Außenringe
parallele Achsen herum drehbar gelagert sind, wobei der Träger in betriebsmäßiger Zuordnung
zu einer Umlaufbewegung der Planetenrotoren um den Innenring herum
gedreht wird, wobei eine erste der Komponenten mit dem Motorventil
verbunden ist, eine zweite der Komponenten mit einem der ersten
und zweiten Ventilbetätigungsnocken
betriebsmäßig verbunden
ist, und der Aktuator mit einer dritten der Komponenten verbunden
ist.
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Mit
dieser Anordnung ist das Kraftübertragungsmittel
in einer Planetengetriebebauart oder Planetenreib-Bauart aus den
Innen- und Außenringen
und dem Träger
als den Komponenten ausgebildet. Die drei Komponenten sind mit dem
Motorventil, einem der ersten und zweiten Ventilantriebsnocken bzw.
dem Aktuator verbunden. Wenn daher die unabhängigen Kräfte von der Ventilantriebsnockenseite und
der Aktuatorseite gleichzeitig auf das Kraftübertragungsmittel einwirken,
können
sie synergetisch auf das Motorventil übertragen werden, während die Entstehung
eines Kollisionspunkts vermieden wird, um hierdurch für eine Größenreduktion
des Kraftübertragungsmittels
zu sorgen.
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Die
zweite der Komponenten des Kraftübertragungsmittels
ist mit dem an der Nockenwelle vorgesehenen ersten Ventilbetätigungsnocken
betriebsmäßig verbunden,
und das Ventilbetätigungssystem enthält ferner
ein Verbindungsumschaltmittel, das zwischen einer der ersten und
zweiten Komponenten und einem Kipphebel vorgesehen ist, der um die
gleiche Achse wie der Innenring herum drehbar ist, derart, dass
er dem an der Nockenwelle vorgesehenen zweiten Ventilbetätigungsnocken
folgt, wobei das Verbindungsumschaltmittel umschaltbar ist zwischen einem
Verbindungszustand, in dem die eine der ersten und zweiten Komponenten
mit dem Kipphebel verbunden ist, und einem Trennzustand, in dem
die Verbindung zwischen der einen der ersten und zweiten Komponenten
und dem Kipphebel gelöst
ist, und ein Steuermittel zum Steuern/Regeln des Betriebs des Aktuators
und des Verbindungsumschaltmittels, und wobei das Steuermittel angeordnet
ist, um dessen Steuermodus in Abhängigkeit vom Betriebszustand
des Motors umzuschalten zwischen einem ersten Steuermodus, in dem
der Aktuator in einem Betriebszustand ist und das Verbindungsumschaltmittel in
den Trennzustand gebracht ist, und einem zweiten Steuermodus, in
dem der Aktuator in einen Außerbetriebszustand
gebracht ist und das Verbindungsumschaltmittel in den Verbindungszustand
gebracht ist.
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Wenn
mit dieser Anordnung das Steuermittel den ersten Steuermodus wählt, werden
die ersten und zweiten Komponenten der drei Komponenten, die das
Kraftübertragungsmittel
bilden, jeweils mit dem ersten Ventilbetätigungsnocken und dem Motorventil
betriebsmäßig verbunden,
und die dritte Komponente wird durch den Aktuator gedreht, sodass
die Drehbewegung der zweiten Komponente einhergehend mit der Drehbewegung
der ersten Komponente aufgrund der Drehung der Nockenwelle, d. h.
die Betriebscharakteristik des Motorventils, hierdurch gesteuert
wird. Somit kann die Betriebscharakteristik des Motorventils durch
feine Ansteuerung der Drehbewegung der dritten Komponente durch
den Aktuator fein gesteuert werden. Wenn das Steuermittel den zweiten
Steuermodus wählt,
wird die Drehbewegung der dritten Komponente durch den Aktuator
aufgehoben, und dann wird die Ventilantriebskraft von dem ersten
Ventilbetätigungsnocken
durch das Kraftübertragungsmittel
nicht übertragen.
Jedoch ist der Kipphebel, der von dem zweiten Ventilbetätigungsnocken angetrieben
wird, mit einem der ersten und zweiten Komponenten verbunden, und
daher kann das Motorventil durch den zweiten Ventilbetätigungsnocken geöffnet und
geschlossen werden. Daher wird in einem Betriebsbereich, in dem
aufgrund des Betriebs des Aktuators ein Problem auftritt, das Motorventil von
dem zweiten Ventilbetätigungsnocken
angetrieben, durch Wahl des zweiten Steuermodus, wodurch es möglich gemacht
wird, das Problem aufgrund des Betriebs des Aktuators zu vermeiden.
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Bevorzugt
hat der Ventilbetätigungsnocken ein
Nockenprofil, das eine Hubcharakteristik liefert, welche unmittelbar
vor dem Öffnen
und Aufsitzen des Motorventils eine Pufferkurve beschreibt, und
das System enthält
ferner ein Steuermittel zum Ansteuern des Aktuators, wobei das Steuermittel
angeordnet ist, um die Ausgabe einer Antriebskraft von dem Aktuator
an das Kraftübertragungsmittel
zumindest einen Moment unmittelbar vor dem Schließen und Aufsitzen
des Motorventils innerhalb einer Zeitdauer, während das Motorventil offen
ist, zu stoppen.
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Mit
der Anordnung wird zumindest einen Moment unmittelbar vor dem Schließen und
Aufsitzen des Motorventils das Motorventil gemäß dem Nockenprofil des Ventilbetätigungsnockens
sanft aufgesetzt. Daher kann verhindert werden, dass das Schlagen
des Motorventils auftritt; es wird nicht notwendig, den Betrieb
des Aktuators fein anzusteuern, um einen sanften Betrieb des Motorventils
zu erzeugen, und die Steuerung des Betriebs des Aktuators kann vereinfacht
werden.
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Bevorzugt
ist der Innenring mit dem Motorventil verbunden; einer des Trägers und
des Außenrings
ist betriebsmäßig mit
dem Ventilbetätigungsnocken
an der Nockenwelle zur Drehbewegung in Antwort auf die Rotation
der Nockenwelle verbunden, und der Aktuator ist mit dem anderen
des Trägers und
des Außenrings
verbunden. Mit dieser Anordnung ist der Betrag der Drehbewegung
des mit der Nockenwelle betriebsmäßig verbundenen Trägers oder
Innenrings kleiner als der Drehbewegungsbetrag des mit dem Motorventil
betriebsmäßig verbundenen
Innenrings. Daher kann die Größe des Ventilbetätigungsnockens
auf einen merklich kleinen Wert, relativ zum Hubbetrag, gesetzt
werden, der für
das Motorventil erforderlich ist, das heißt den Betrag der Drehbewegung
des Innenrings, wodurch die Last, die von dem Ventilbetätigungsnocken
durch den Träger oder
den Außenring
erhalten wird, merklich reduziert werden kann, um zu einer Minderung
der Ventilantriebslast beizutragen. Ferner kann ein Platz, der für die Rotation
des Ventilbetätigungsnockens
erforderlich ist, sowie ein Platz, der für den Betrieb des mit dem Ventilbetätigungsnocken
betriebsmäßig verbundenen
Teils des Trägers
erforderlich ist, relativ reduziert werden, weil die Größe des Ventilbetätigungsnockens
relativ reduziert ist. Daher kann die Ventilantriebskammer, in der
das Ventilbetätigungssystem angeordnet
ist, kompakt gemacht werden. Das Kraftübertragungsmittel kann kompakt
angeordnet werden, um hierdurch für eine Größenreduktion des Ventilbetätigungssystems
zu sorgen.
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Bevorzugt
ist der Träger
mit dem Ventilbetätigungsnocken
betriebsmäßig verbunden,
und der Aktuator ist mit dem Außenring
verbunden. Mit einer solchen Anordnung ist der Drehbewegungsbetrag des
Trägers,
der mit dem Ventilbetätigungsnocken betriebsmäßig verbunden
ist, relativ zum Drehbewegungsbetrag des Innenrings, der mit dem
Motorventil verbunden ist, kleiner als der Drehbewegungsbetrag des
Außenrings
in einem Fall, wo der Außenring
betriebsmäßig mit
dem Ventilbetätigungsnocken
verbunden ist. Daher kann die Größe des Ventilbetätigungsnockens
auf einen kleinsten Wert relativ zu dem Hubbetrag gesetzt werden,
der für
das Motorventil erforderlich ist, das heißt den Drehbewegungsbetrag
des Innenrings, im Vergleich zu einem Fall, wo der Außen- oder
Innenring des Kraftübertragungsmittels
mit dem Ventilbetätigungsnockens
betriebsmäßig verbunden
ist, wodurch die Last, die von dem Ventilbetätigungsnocken durch den Träger aufgenommen
wird, minimiert wird, um die Ventilantriebslast weiter zu mindern.
Weil ferner der Ventilbetätigungsnocken
kleiner bemessen ist, ist ein Platz, der für die Rotation des Ventilbetätigungsnocken
erforderlich ist, sowie ein Platz, der für den Betrieb des mit dem Ventilbetätigungsnocken
betriebsmäßig verbundenen
Teils des Trägers
erforderlich ist, relativ klein. Daher kann die Ventilantriebskammer,
in der das Ventilbetätigungssystem
angeordnet ist, noch kompakter gemacht werden. Ferner ist auch der
durch den Aktuator verursachte Drehbewegungsbetrag des Außenrings
relativ klein. Daher kann der Aktuator in der Größe relativ reduziert werden,
was zu einer vereinfachten Struktur der Verbindung zwischen dem Außenring
und dem Aktuator führt
und auch zu einem erhöhten
Freiheitsgrad in der Anordnung der Verbindungsteile des Außenrings
und des Aktuators.
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Bevorzugt
ist das Kraftübertragungsmittel
in Planetengetriebebauart ausgebildet, mit einem Sonnenrad, das
der Innenring ist, einem Ringrad, das der Außenring ist, und dem Träger, an
dem Planetenräder
als die Planetenrotoren drehbar gelagert sind. Mit dieser Anordnung
kann die Betriebscharakteristik des Motorventils durch die kämmenden
Verbindungen der Komponenten, die das Kraftübertragungsmittel miteinander
bilden, akkurat gesteuert werden.
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Bevorzugt
ist trägt
eine Tragwelle zum drehbeweglichen Tragen des Innenrings vorgesehen,
wobei die Tragwelle eine Achse hat, die parallel zu der Achse der
Nockenwelle angeordnet, jedoch von dieser versetzt ist. Mit dieser
Anordnung kann die Nockenwelle in einer einfachen Struktur ausgebildet werden,
in der nur der Ventilbetätigungsnocken
daran vorgesehen ist.
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Bevorzugt
ist der Träger
integral mit einem Rollenhaltearm versehen, der sich an der Seite
des Ventilbetätigungsnockens
erstreckt. Eine Rolle ist an der Endspitze des Rollenhaltearms drehbar
gelagert, um mit dem Ventilbetätigungsnocken
in Rollkontakt zu kommen. Mit einer solchen Anordnung kann, durch
integrale Ausbildung des Rollenhaltearms mit dem Träger, die
Steifigkeit des Trägers
selbst verbessert werden, und der Betrieb des Innen- und des Außenrings
und der Planetenrotoren kann stabil ausgeführt werden, um hierdurch die
Genauigkeit der Betriebscharakteristik des Motors zu verbessern.
Zusätzlich
sind der Ventilbetätigungsnocken
und der Träger
durch den Rollkontakt der Rolle betriebsmäßig miteinander verbunden,
die an der Endspitze des Rollenhaltearms mit dem Ventilbetätigungsnocken verschwenkt
wird, und daher kann der Reibwiderstand zwischen dem Ventilbetätigungsnocken
und des Trägers
reduziert werden.
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Bevorzugt
umfasst der Träger
ein Paar von Trägerplatten,
die an entgegengesetzten Seiten der Planetenrotoren angeordnet sind,
und Wellen, die sich zwischen den Trägerplatten erstrecken, an denen
die Planetenrotoren drehbar gelagert sind, wobei die Rolle länger ausgebildet
ist als die gesamte Axiallänge
des Planetenrotors und durch eine Rollenwelle drehbar gelagert ist,
wobei die Rollenwelle ist an ihren entgegengesetzten Enden an einem
Paar der Rollenhaltearme befestigt, die integral an den Trägerplatten
vorgesehen sind, wobei Stufen zum Tragen des Außenrings zwischen den Innenflächen der
Rollenhaltearme und den Innenflächen
der Trägerplatten
ausgebildet sind. Mit dieser Anordnung kann, ungeachtet dessen,
dass die Rollenhaltearme integral an dem Träger vorgesehen sind, die Tragstruktur
des Außenrings
zur Drehung um einen Außenumfang
des Trägers
herum vereinfacht werden. Zusätzlich
kann, durch Festlegen der axialen Länge der Rolle auf einen relativ
großen
Wert, die Kontaktfläche
zwischen der Rolle und dem Ventilbetätigungsnocken auf einen relativ
großen
Wert erhöht werden,
um den Reibwiderstand zwischen dem Ventilbetätigungsnocken und dem Träger weiter
zu reduzieren.
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Bevorzugt
ist das Verbindungsumschaltmittel so angeordnet, dass der Verbindungszustand
und der Trennzustand vom einen zum anderen gemäß einem Hydraulikdruck umgeschaltet
wird. Das Steuermittel ist ausgebildet, um ein Signal auszugeben,
das einen Befehl anzeigt, um nach Abschluss des Verbindungsbetriebs
des Verbindungsumschaltmittels den elektrischen Aktuator In den
Außerbetriebszustand zu
bringen, wenn der Steuermodus von dem ersten Steuermodus zu dem
zweiten Steuermodus umgeschaltet wird, und um ein Signal auszugeben,
das einen Befehl anzeigt, um, nach Ausgabe eines Signals, das einen
Befehl zum Bringen des Aktuators in den Betriebszustand anzeigt,
das Verbindungsumschaltmittel in den Trennzustand zu bringen, wenn
der Steuermodus von dem zweiten Steuermodus zu dem ersten Steuermodus
umgeschaltet wird.
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Wenn
mit dieser Anordnung der Steuermodus von dem ersten Steuermodus
zu dem zweiten Steuermodus umgeschaltet wird, wird der Aktuator
In den Außerbetriebszustand
gebracht nach Abschluss des Verbindungsbetriebs des hydraulischen
Verbindungsumschaltmittels, dessen Verbindungsbetrieb, im Vergleich
zum Betrieb des elektrischen Aktuators, zur Verspätung neigt.
Daher ist es möglich,
eine Betriebsstörung
des Motorventils zu verhindern, weil der Aktuator in den Außerbetriebszustand
gebracht wird, bevor der Antrieb des Motorventils durch den zweiten
Ventilbetätigungsnocken
gestartet wird. Wenn der Steuermodus von dem zweiten Steuermodus
zu dem ersten Steuermodus umgeschaltet wird, wird der Aktuator in
den Betriebszustand gebracht, bevor das Verbindungsumschaltmittel
in den Trennzustand gebracht wird. Daher ist es möglich, eine
Betriebsstörung
des Motorventils zu verhindern, weil das Verbindungsumschaltmittel
in den Trennzustand gebracht wird, bevor der Antrieb des Motorventils durch
das Kraftübertragungsmittel
und den Aktuator gestartet wird.
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Bevorzugt
ist das Steuermittel angeordnet, um in einem Niederdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine den zweiten Steuermodus zu wählen und um in einem Hochdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine den ersten Steuermodus zu wählen. Mit dieser Anordnung
des zwölften
Merkmals ist es möglich,
den elektrischen Stromverbrauch einer Batterie durch den Aktuator
in dem Niederdrehzahlbetriebsbereich des Motors zu vermeiden, in
dem der Ladebetrag der Batterie relativ klein ist, um hierdurch
zu verhindern, dass der Betrieb des Aktuators einen nachteiligen Einfluss
auf die Batterie ausübt.
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Bevorzugt
ist das Steuermittel angeordnet, um in einem Niederdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine den ersten Steuermodus zu wählen und um in einem Höherdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine den zweiten Steuermodus zu wählen. Mit dieser Anordnung
des dreizehnten Merkmals ist es möglich, sicherzustellen, dass
das für
den Aktuator erforderliche Ansprechverhalten dem Niederdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine entspricht. Daher ist es nicht notwendig, die Betriebsgeschwindigkeit
des Aktuators zu erhöhen
und die Größe des Aktuators
zu reduzieren, was zu einer Reduktion des elektrischen Stromverbrauchs
beitragen kann, wenn der Aktuator vom elektrischen Typ ist.
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 bis 9 zeigen
eine erste Ausführung,
die durch die beigefügten
Ansprüche
nicht gedeckt ist, und worin
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines Verbrennungsmotors;
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht entlang
Linie 2-2 in 1;
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3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht entlang
Linie 3-3 in 1;
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4 ist
eine schematische Schnittansicht, die eine Anordnung eines Aktuators
zeigt;
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5 ist
ein Diagramm einer Ventilöffnungshubcharakteristik
für ein
Einlassventil;
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6 ist
eine Schnittansicht, die eine Situation eines Betriebs des Aktuators
beim Start des Öffnens
des Einlassventils zeigt;
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7 ist
eine Schnittansicht, die eine Situation des Betriebs des Aktuators
zeigt, wenn das Einlassventil in einem offenen Zustand gehalten
wird;
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8 ist
eine Schnittansicht, die eine Situation des Betriebs des Aktuators
zeigt, wenn das Einlassventil geschlossen ist;
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9 ist
eine Schnittansicht, die eine Situation des Betriebs des Aktuators
zeigt, wenn das Einlassventil in einem geschlossenen Zustand gehalten wird;
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10 ist
eine schematische Schnittansicht einer einlassseitigen Ventilantriebsvorrichtung
in einem geschlossenen Zustand eines Einlassventils gemäß einer
zweiten Ausführung,
die durch die beigefügten
Ansprüche
nicht gedeckt ist;
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11–19 zeigen
eine dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung, worin
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11 ist
eine vertikale Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines Mehrzylindermotors;
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12 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 12-12 in 11;
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13 ist
eine vergrößerte Schnitlansicht entlang
Linie 13-13 in 12;
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14 ist
eine Schnitlansicht entlang Linie 14-14 in 12;
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15 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 15-15 in 12;
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16 ist
eine Draufsicht entlang Linie 16-16 in 11, wobei
ein Kopfdeckel weggelassen ist;
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17 ist
ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Steuersystems zeigt;
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18 ist
ein Flussdiagramm, das eine Steuerprozedur zeigt, wenn der Steuermodus
von einem ersten Steuermodus zu einem zweiten Steuermodus umgeschaltet
wird;
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19 ist
ein Flussdiagramm, das eine Steuerprozedur zeigt, wenn der Steuermodus
von dem zweiten Steuermodus zu dem ersten Steuermodus umgeschaltet
wird; und
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20 ist
eine Schnittansicht ähnlich 14,
jedoch gemäß einer
vierten Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Detailbeschreibung der bevorzugten
Ausführungen
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Eine
erste Ausführung
wird nun in Bezug auf die 1 bis 9 beschrieben.
Zuerst ist, in Bezug auf 1, eine Brennkammer 15 zwischen
einer Oberseite eines Kolbens, der in einem Zylinderblock (nicht
gezeigt) gleitend aufgenommen ist, und einem Zylinderkopf 14 definiert.
Ein Paar von Einlassventilbohrungen 16 und ein Paar von
Auslassventilbohrungen 17 sind in dem Zylinderkopf 14 so
vorgesehen, dass sie sich in eine Deckfläche der Brennkammer 15 öffnen. Die
Einlassventilbohrungen 16 stehen mit einer Einlassöffnung 18 in
Verbindung und die Auslassventilbohrungen 17 stehen mit
einer Auslassöffnung 19 in
Verbindung.
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Schäfte 20 von
Einlassventilen VI als einem Paar von Motorventilen, die die Einlassventilbohrungen 16 öffnen und
schließen
können,
sind in jeweiligen Führungsrohren 21 gleitend
aufgenommen, die in dem Zylinderkopf 14 angebracht sind.
Schraubenventilfedern 23 sind zwischen dem Zylinderkopf 14 und
Haltern 22 angebracht, die an von den Führungsrohren 21 nach
oben vorstehenden Oberenden der Schäfte 20 angebracht
sind, um die Schäfte 20 zu umgeben,
so dass die Einlassventile VI durch die Ventilfedern 23 in
Richtung zum Schließen
der Einlassventilbohrungen 16 vorgespannt sind. Schäfte 24 eines
Paares von Auslassventilen VE, die die Auslassventilbohrungen 17 öffnen und
schließen
können,
sind in jeweiligen Führungsrohren 25 gleitend aufgenommen,
die in dem Zylinderkopf 14 angebracht sind. Schraubenventilfedern 27 sind
zwischen Zylinderkopf 14 und Haltern 26 angebracht,
die von den Führungsrohren 25 nach
oben vorstehenden Enden der Schäfte 24 angebracht
sind, um die Schäfte 24 zu
umgeben, so dass die Auslassventile VE durch die Ventilfedern 17 in
eine Richtung zum Schließen der
Auslassventilbohrungen 17 vorgespannt sind.
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Eine
zur Achse einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) parallele Nockenwelle 28 ist
drehbar zwischen den Einlassventilen VI und den Auslassventilen
VE angeordnet, so dass sie tiefer angeordnet ist als die Oberenden
der Einlassventile VI und die Oberenden der Auslassventile VE. Die
Nockenwelle 28 ist mit der Kurbelwelle betriebsmäßig derart
verbunden, dass sie in Bezug auf 1 In Gegenuhrzeigerrichtung
mit einem Untersetzungsverhältnis
von 1/2 gedreht wird. Ferner ist ein Ölbad 30 in einer Oberseite
des Zylinderkopfes 14 definiert, und. die Nockenwelle 28 ist
an einer Stelle angeordnet, an der ein einlassseitiger Ventilbetätigungsnocken 29I und
ein auslassseitiger Ventilbetätigungsnocken 29E in Öl in dem Ölbad 30 untergetaucht
werden können.
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Eine
einlassseitige Ventilantriebsvorrichtung 31I1 ist
zwischen den Einlassventilen VI und dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I der
Nockenwelle 28 vorgesehen und ist in der Lage, die Rotationsbewegung
der Nockenwelle 28 in die Öffnungs- und Schließbewegung
des Einlassventils VI umzuwandeln. Eine auslassseitige Ventilantriebsvorrichtung 31E1 ist zwischen den Auslassventilen VE und
dem auslassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29E der
Nockenwelle 28 vorgesehen und ist in der Lage, die Rotationsbewegung
der Nockenwelle 28 in die Öffnungs- und Schließbewegung
der Auslassventile VE umzuwandeln.
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Die
auslassseitige Ventilantriebsvorrichtung 31E1 enthält eine
Kipphebelwelle 32, die fest angeordnet ist und eine zur
Nockenwelle 28 parallele Achse hat, sowie einen Kipphebel 33,
der zwischen den Auslassventilen VE und dem auslassseitigem Ventilbetätigungsnocken 29E vorgesehen
ist und an der Kipphebelwelle 32 drehbar gelagert ist.
Ein Nockengleiter 34 ist am einen Ende des Kipphebels 33 vorgesehen,
um in Kontakt mit dem auslassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29E zu
kommen, und ein Paar von Einstellschrauben 35 ist in das
andere Ende des Kipphebels 33 eingeschraubt, um in Kontakt
mit den Oberenden der Auslassventile VE zu kommen, so dass die Ausfahr-
und Einfahrpositionen reguliert werden können.
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Die
einlassseitige Ventilantriebsvorrichtung 31I1 enthält ein Kraftübertragungsmittel 36 und
einen elektrischen Aktuator 511 ,
der an einem Kopfdeckel 52 befestigt ist.
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In
Bezug auf die 2 und 3 ist das Kraftübertragungsmittel 36 zu
einem Planetengetriebesystem ausgebildet und umfasst ein Sonnenrad 37 als
Innenring, der an einer Tragwelle 41 gelagert ist, der
in dem Zylinderkopf 41 um eine Achse der Tragwelle 41 herum
drehbar gelagert ist, ein Ringrad 38 ist ein Außenring,
der zur Drehung um dieselbe Achse wie das Sonnenrad 37 vorgesehen
ist, um das Sonnenrad 37 zu umgeben, und einen Träger 39,
an dem Planetenräder 40 als
Planetenrotoren um eine Achse herum drehbar gelagert sind, die zu
den Achsen des Sonnenrads 37 und des Ringrads 38 parallel ist,
und der in betriebsmäßiger Zuordnung
zu dem Umlauf der Planetenräder 40 um
das Sonnenrad 37 herum gedreht wird.
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Die
Tragwelle 41 hast eine Achse, die zur Achse der Nockenwelle 28 parallel
ist, und ist fest zwischen der Nockenwelle 28 und den Einlassventilen
VI an einer Stelle angeordnet, die sich von der Achse der Nockenwelle 28 unterscheidet.
In dem die Tragwelle 41 in der obigen Weise angeordnet
wird, kann die einlassseitige Ventilantriebsvorrichtung 31I1 leicht In einem üblichen Ventilbetätigungssystem
angeordnet werden, das herkömmlich
angeordnet wird, während
vermieden wird, dass die Struktur zwischen der Nockenwelle 28 und
den Einlassventilen VI verkompliziert wird.
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Ein
Paar von Verbindungsarmen 42 erstreckt zu den Einlassventilen
VI an Stellen mit Abstand voneinander in tangentialer Richtung der
Tragwelle 41, und hat Basisabschnitte 42a, die
auf entgegengesetzte Seiten des Sonnenrads 37 aufgesetzt
und dort gesichert sind, als erste der drei Komponenten: das Sonnenrad 37,
das Ringrad 38 und der Träger 39, die das Kraftübertragungsmittel 36 darstellen.
Einstellschrauben 43 sind in Endspitzen der Verbindungsarme 42 eingeschraubt,
um in Kontakt mit Oberenden der Schäfte 20 in den Einlassventilen
VI zu kommen, so dass deren Ausfahr- und Einfahrpositionen reguliert
werden können.
Somit ist das Sonnenrad 37 mit den Einlassventilen VI betriebsmäßig derart
verbunden, dass das Einlassventil VI in Antwort auf die Drehbewegungen
des Sonnenrads 37 geöffnet
und geschlossen wird.
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Der
Träger 39 als
zweite der das Kraftübertragungsmittel 36 darstellenden
Komponenten enthält
ein Paar ringförmiger
Trägerplatten 39a,
die drehbar an den Basisabschnitten 42a der Verbindungsarme 42 gelagert
sind, eine Mehrzahl von z. B sechs Wellen 39b, die eine
zur Achse der Tragwelle 41 parallele Achse haben und an
ihren entgegengesetzten Enden an den Trägerplatten 39a gelagert sind.
Die Planetenräder 40,
die mit dem Außenumfang
des Sonnenrads 37 und dem Innenumfang des Ringrads 38 kämmen, sind
durch die Welle 39b drehbar gelagert, die an Stellen mit
gleichmäßigem Abstand
voneinander in der Umfangsrichtung der Tragwelle 41 angeordnet
sind.
-
Die
in dem Träger 39 enthaltenen
Trägerplatten 39a sind
integral mit Rollenhaltearmen 45 versehen, die an der Seite
des einlassseitigen Ventilbetätigungsnockens 29I vorstehen.
Eine Rolle 44, die länger
ist als die gesamte axiale Länge
der Planetenräder 40,
ist an Endspitzen der Rollenhaltearme 45 gelagert. Die
Rollenhaltearme 45 sind an der Seite der Nockenwelle 28 verlängert, um
Stufen 46 zwischen den Innenflächen der Rollenhaltearme 45 und
den Innenflächen
der Trägerplatten 39a zu
bilden. Eine Rollenwelle 47, die eine zur Achse der Tragwelle 41 parallele
Achse hat, ist an ihren entgegengesetzten Enden an den Endspitzen
der Rollenhaltearme 45 befestigt. Ein Nadellager 48 ist
zwischen der Rollenwelle 47 und der Rolle 44 angeordnet,
die In Rollkontakt mit dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I steht,
mit einer Breite entlang der Achse der Nockenwelle 28,
die größer ist
als die gesamte axiale Länge der
Rolle 44.
-
Somit
ist der Träger 39 mit
dem einlassseitigeh Ventilbetätigungsnocken 29I der
Nockenwelle 28 betriebsmäßig derart verbunden, dass
der Träger 39, in
Antwort auf die Rotation der Nockenwelle 28, durch den
einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I in
Drehbewegung angetrieben wird.
-
Das
Ringrad 38 als dritte der das Kraftübertragungsmittel 36 darstellenden
drei Komponenten ist an dem Träger 39 drehbar
gelagert. Das in zylinderförmige
Ringrad 38 ist nämlich
an seinen entgegengesetzten Enden an Außenumfangsrändern von Innenflächen der
Trägerplatten 39a drehbar
gelagert. Das Ringrad 38 ist an seinen entgegengesetzten
Enden an den Stufen 36 drehbar gelagert, die zwischen den
Trägerplatten 39a und
den Rollehaltearmen 45 an Stellen ausgebildet sind, die
den mit den Trägerplatten 39a verbundenen
Rollenhaltearmen 45 entsprechen.
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Das
Ringrad 38 ist integral mit einem Steuerarm 49 versehen,
der sich in Richtung orthogonal zur Achse der Tragwelle 41 erstreckt.
Ein Aktuator 511 ist an dem Kopfdeckel 52 befestigt
und hat einen Stößel 57,
der mit dem Steuerarm 49 in im Wesentlichen orthogonaler
Richtung in Kontakt ist.
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In
Bezug auf 4 enthält der Aktuator 511 ein zylinderförmiges Gehäuse 53, einen Elektromagneten 54,
der fest im einen Ende des Gehäuses 53 angeordnet
ist, einen Kolben 56, der in dem Gehäuse 53 dem Elektromagneten 54 gegenüber liegt,
einen Stößel 57,
der axial beweglich angeordnet ist, um durch einen Mittelabschnitt
des Elektromagneten 54 und das Gehäuse 53 vorzustehen
und der an seinem Basisende mit dem Kolben 56 verbunden
ist, sowie eine Rückstellfeder 58,
die zwischen dem Gehäuse 53 und
einem Federaufnahmeabschnitt 57a angebracht ist, der an
eine Endspitze des Stößels 57 außerhalb
des Gehäuses 53 befestigt
ist. Der Aktuator 511 ist mit einem
Kopfdeckel 52 derart befestigt, dass die Endspitze des
Stößels 57 gegen
den Steuerarm 49 des Ringrads 39 in Anlage gebracht
werden kann. Ferner ist die Federlast der Rückstellfeder 58 auf
einen extrem kleinen Wert gesetzt, im Vergleich zur Federlast der
Ventilfeder 23.
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Mit
diesem Aktuator 511 wird der Stößel 57 axial
bewegt zwischen einer Position, in der der Kolben 56 an
den Elektromagneten 54 angezogen wird, und einer Position,
in der der Kolben 56 von dem anderen geschlossenen Ende
des Gehäuses 53 aufgenommen
wird, und die Endspitze des Stößels 57 steht
normalerweise, unter der Wirkung der Rückstellfeder 58, in
Kontakt mit dem Steuerarm 49.
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Der
Betrieb des Aktuators 511 wird
durch ein Steuermittel 601 gesteuert.
Während
des Betriebs der Einlassventile VI in der Schließrichtung innerhalb einer Periode,
während
die Einlassventile VI offen sind, stoppt das Steuermittel 601 die elektrische Stromzufuhr zu dem
Elektromagneten 54, um die Antriebskraftausgabe von dem
Aktuator 511 auf den Steuerarm 49 des
Kraftübertragungsmittels 36 zu stoppen.
-
Die
Hubcharakteristik des Einlassventils VI ist, wie in 5 gezeigt,
abhängig
von der Kraft, die von dem Aktuator 511 in
das Kraftübertragungsmittel 36 eingegeben
wird, und der Kraft, die von dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I in
das Kraftübertragungsmittel 36 eingegeben
wird.
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In 5 hat
der einlassseitige Ventilbetätigungsnocken 28I ein
Nockenprofil, wie es mit der strichpunktierten Linie gezeigt ist,
wenn die Einlassventile VI allein durch den einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I geöffnet und
geschlossen werden. Dieses Nockenprofil liefert eine Hubcharakteristik,
in der eine sanfte Pufferkurve C1 am Start
des Betriebs der Einlassventile VI beschrieben wird und eine sanfte
Pufferkurve C2 unmittelbar vor dem Schließen und
Aufsitzen der Einlassventile VI beschrieben wird.
-
Der
Aktuator 511 kann die Öffnung der
Einlassventile VI zum Zeitpunkt t1 starten,
dass es dann, wenn die Einlassventile VI geöffnet werden, unabhängig vom
Ventilöffnungsstartzeitpunkt,
der durch den einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I bestimmt
ist, und wie in 6 gezeigt, wird der Elektromagnet 54 dann
erregt, um den Kolben 56 anzuziehen. Somit wird das Sonnenrad 37 gedreht,
in dem der Steuerarm 49 des Ringrads 38 durch
den Stößels 57 gedrückt wird,
um hierdurch die Einlassventile VI in einer Öffnungsrichtung anzutreiben.
Wenn auf diese Weise die Rollenhaltearme 45 von dem einlassseitigen
Ventilbetätigungsnocken 29I durch
die Rolle 44 gedrückt
werden, wird die Kraft von dem Aktuator 511 und
die Kraft von dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I synergetisch
auf das Sonnenrad 37 ausgeübt, wodurch die Einlassventile
VI um einen Gesamthubbetrag angehoben werden, der durch Addition
eines Hubbetrags, der mit dem Betätigungsbetrag des Aktuators 511 einhergeht, und eines Hubbetrags,
der durch den einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I erhalten
wird. Wenn somit der maximale Hubbetrag des Einlassventils VI zum
Beispiel 8 mm beträgt,
kann der Aktuator 511 zum Beispiel
7 mm aufnehmen und kann der einlassseitige Ventilbetätigungsnocken 29I zum
Beispiel 1 mm aufnehmen.
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Nach
einem Zeitpunkt t2, wenn der Hubbetrag des
Einlassventils VI maximal wird, wird der Kolben 56 an dem
Elektromagneten 54 angezogen belassen, wie in 7 gezeigt.
Wenn die Erregung des Elektromagneten 54 zum Zeitpunkt
t3 gestoppt wird, beginnt das Verschließen der
Einlassventile VI durch die Federkraft der Ventilfeder 23,
und der Aktuator 511 bewirkt, dass
der Stößel 57 von
dem Steuerarm 59 gedrückt
wird, wie in 8 gezeigt, wodurch der Kolben 56 in
einen Zustand gebracht wird, in dem er an dem anderen geschlossenen
Ende des Gehäuses 53 anliegt.
Somit zeigen, nach einem Zeitpunkt t4 unmittelbar
vor dem Schließen
und Aufsitzen der Einlassventile VI, die Einlassventile VI eine
Hubcharakteristik, die durch das Nockenprofil der einlassseitigen
Ventilbetätigungsnocken 29I bestimmt
ist, und werden gemäß der Pufferkurve
C2 langsam geschlossen und aufgesetzt.
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Nach
dem Schließen
und Aufsitzen der Einlassventile VI verbleibt der Stößel 57 des
Aktuators 511 in Anlage an dem
Steuerarm 49 unter der Wirkung der Federkraft der Rückstellfeder 58.
Jedoch kann die Rückstellfeder 58 den
Betrieb der Einlassventile VI nicht stören, weil die Federlast der
Rückstellfeder 58 auf
einen ausreichend kleinen Wert gesetzt ist, um kein Problem zu verursachen,
im Vergleich zur Federlast der Ventilfeder 23.
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Nachfolgend
wird der Betrieb der ersten Ausführung
beschrieben. Da der einlassseitige Ventilbetätigungsnocken 29I einen
Teil des Hubbetrags des Einlassventils VI aufnimmt, kann die von
dem Aktuator 511 übernommene
Ventilantriebskraft klein sein, im Vergleich zu einem System, das
so ausgebildet ist, dass die Einlassventile VI nur durch den Aktuator 511 geöffnet
und geschlossen werden. Daher ist auch die von dem Aktuator 511 verbrauchte elektrische Strommenge
klein und daher kann die Größe des Aktuators 511 reduziert werden.
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Ferner
kann die Betriebscharakteristik durch zeitliche Steuerung des Betriebs
des Aktuators 511 geändert werden.
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Wenn
der Aktuator 511 fehlerhaft wird,
können
die Einlassventile VI nur durch den einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I angetrieben
werden. Wenn der Zusammenbruch des Aktuators 511 berücksichtigt
wird, kann ein Nockenprofil des einlassseitigen Ventilbetätigungsnockens 29I so
eingerichtet werden, dass eine Hubcharakteristik, die 5 mit
der doppelpunktierten Linie gezeigt ist, eine höhere bergförmige Kurve bildet. Wenn dieses Profil
eingerichtet ist, kann der Antrieb der Einlassventile VI trotz des
Zusammenbruchs des Aktuators 511 sichergestellt
werden.
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Das
Kraftübertragungsmittel 36 ist
zwischen dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I und den
Einlassventilen VI vorgesehen, und der Aktuator 511 ist
mit einer der Komponenten des Kraftübertragungsmittel 36,
zum Beispiel dem Ringrad 38, verbunden. Das Kraftübertragungsmittel 36 ist
vom Planetengetriebetyp, und wenn daher die Kräfte von dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I und dem
Aktuator 511 , die voneinander unabhängig sind, gleichzeitig
auf das Kraftübertragungsmittel 36 ausgeübt wird,
können
beide Kräfte
synergetisch auf die Einlassventile VI übertragen werden, während die Entstehung
eines Kollisionspunkts vermieden wird.
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Da
ferner, das Kraftübertragungsmittel 36 vom
Planetengetriebetyp ist, das das Sonnenrad 37, das Ringrad 38 und
den Träger 39 aufweist,
die jeweils zur Drehung um dieselbe Achse angeordnet sind, kann
das Kraftübertragungsmittel 36 kompakt gemacht
werden, und somit kann die Größe der einlassseitigen
Ventilantriebsvorrichtung 31I1 reduziert werden.
Ferner kann die Betriebscharakteristik der Einlassventile VI durch
die kämmende
Verbindung der das Kraftübertragungsmittel 36 darstellenden Komponenten 37, 38 und 39 miteinander
akkurat gesteuert werden. Da ferner das Ringrad 38, die
Planetenräder 40 und
der Träger 39 zwischen
dem Paar von Verbindungsarmen 45 angeordnet sind, die jeweils
mit den Einlassventilen VI verbunden sind, kann das Kraftübertragungsmittel
noch kompakter gemacht werden.
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In
diesem Kraftübertragungsmittel 36 ist
der Drehbetrag des Trägers 29I merklich
kleiner als der Drehbetrag des Sonnenrads 37; der Träger 39 ist
mit dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I der Nockenwelle 28 betriebsmäßig verbunden,
und das Sonnenrad 37 ist mit den Einassventilen VI betriebsmäßig verbunden.
Daher kann die Größe des einlassseitigen
Ventilbetätigungsnockens 29I relativ zum
Hubbetrag, der für
die Einlassventile VI erforderlich ist, das heißt, der Drehbetrag des Sonnenrads 37,
merklich reduziert werden. Somit kann die Last, die durch den Träger 39 von
dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I aufgenommen
wird, relativ gesenkt werden, um zur Minderung der Ventilantriebslast
beizutragen. Da ferner die Rolle 44, die an den Rollehaltearmen 45 des
Trägers 39 gelagert
ist, mit dem einJassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I in
Rollkontakt steht, kann die Ventilantriebslast weiter gemindert
werden. Weil ferner der einlassseitige Ventilbetätigungsnocken 29I relativ
klein ist, sind ein Platz, der für
die Rotation des Ventilbetätigungsnocken 29I erforderlich
ist, und ein Platz, der für
den Betrieb des mit dem Träger 39 integralen
Paars von Rollenhaltearmen 45 erforderlich ist, relativ
klein. Daher kann eine Ventilantriebskammer, In der die einlassseitige
Ventilantriebsvorrichtung 31I1 angeordnet
ist, kompakt gemacht werden.
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Da
die einlassseitigen und die auslassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I und 29E in
dem Öl in
dem Ölbad 30 eingetaucht
werden, die in der Oberseite des Zylinderkopfs 14 definiert
ist, kann das Kraftübertragungsmittel 36 ausreichend
geschmiert werden, in dem das Öl
durch die einlassseitigen und die auslassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I und 29E nach
oben mitgenommen wird. In diesem Fall kann das Öl, das durch die einlassseitigen
und die auslassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I und 29E nach
oben mitgenommen wird, effektiv zu dem Kraftübertragungsmittel 36 verspritzt
werden, um das Kraftübertragungsmittel 36 effektiv
zu schmieren.
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Ferner
ist die das Kraftübertragungsmittel 36 tragende
Tragwelle 41 parallel zu der Nockenwelle 28 an
einer Stelle angeordnet, die von der Achse der Nockenwelle 28 versetzt
ist, und die Nockenwelle 28 kann zu einer einfachen Struktur
geformt werden, in der nur die Ventilbetätigungsnocken 29I und 29E daran
vorgesehen sind, wie beim herkömmlichen
Ventilbetätigungssystem.
Da zusätzlich
das Paar von Rollenhaltearmen 45, die sich an der Seite
des einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I erstrecken, integral
an dem Träger 39 vorgesehen
sind, kann die Steifigkeit des Trägers 39 selbst verbessert
werden, und kann der stabile Betrieb des Ringrads 38 und
des Planetenrads 40 ausgeführt werden, um die Genauigkeit
der Betriebscharakteristik der Einlassventile VI zu verbessern.
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Da
zusätzlich
die Rolle 44 an den Rollenhaltearmen 45 gelagert
ist, um In Rollkontakt mit dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I zu
kommen, kann der Reibwiderstand zwischen einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I und
dem Träger 39 reduziert
werden. Ferner ist der Träger 39 gebildet aus
dem Paar von Trägerplatten 39a,
die an entgegengesetzten Seiten der Planetenräder 40 angeordnet
sind, und den Wellen 39b, die so vorgesehen sind, dass
sie sich zwischen den Trägerplatten 39a erstrecken,
und an denen die Planetenräder 40 drehbar
gelagert sind. Die entgegengesetzten Enden der Rollenwelle 47,
an der die Rolle 44, die länger ist, als die axiale Gesamtlänge der
Planetenräder 40,
drehbar gelagert ist, sind an den Rollehaltearmen 45 befestigt,
und das Ringrad 48 tragenden Stufen 46 sind zwischen
den Innenflächen
der Rollenhaltearme 45 und den Innenflächen der Trägerplatten 39a ausgebildet.
Da kann die Struktur, in der das Ringrad 38 an dem Außenumfang
des Trägers 39 drehbar
gelagert ist, nicht nur einfach konstruiert werden, sondern es kann
auch, weil die axiale Länge
der Rolle relativ groß ist,
die Kontaktfläche
zwischen der Rolle 44 und dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I relativ
groß sein,
wodurch der Reibwiderstand zwischen dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I und
dem Träger 39 weiter
reduziert werden kann.
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Ferner
hat der einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I das
Nockenprofil, das die Hubcharakteristik bereitstellt, in der die
sanften Pufferkurven C1 und C2 am Öffnungsbeginn
der Einlassventile VI und unmittelbar vor dem Schließen und
Aufsitzen der Einlassventile VI beschrieben werden, wenn die Einlassventile
VI geöffnet
und geschlossen werden. Das Steuermittel 601 steuert
den Aktuator 511 derart, dass die
Ausgabe der Antriebskraft an das Kraftübertragungsmittel 36,
zumindest unmittelbar vor dem Schließen und Aufsitzen der Einlassventile
VI, während
des Betriebs der Einlassventile VI in der Schließrichtung, innerhalb der Periode
gestoppt wird, während
die Einlassventile VI offen sind. Daher werden unmittelbar vor dem
Schließen
und Aufsitzen der Einlassventile VI, die Einlassventile VI gemäß dem Nockenprofil
des einlassseitigen Ventilbetätigungsnockens 29I sanft
aufgesetzt, wodurch das Auftreten von Springen der Einlassventile
VI verhindert werden kann. Somit ist es nicht notwendig, den Betrieb
des Aktuators 511 durch das Steuermittel 601 fein zu steuern, um für einen
sanften Betrieb der Einlassventile VI zu sorgen, wodurch die Betriebssteuerung
des Aktuators 511 vereinfacht werden
kann.
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10 ist
eine vereinfachte vertikale Schnittansicht einer einlassseitigen
Ventilantriebsvorrichtung im geschlossenen Ventilzustand gemäß einer zweiten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung, worin solche Teile oder Komponenten,
die jenen in der ersten Ausführung
entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Die
einlassseitige Ventilantriebsvorrichtung enthält ein Kraftübertragungsmittet 36,
das zwischen dem einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I an einer
Nockenwelle 28 und einem Einlassventil VI vorgesehen ist,
sowie einen elektrischen Aktuator 512 , der
mit einem Steuerarm 49 verbunden ist, der an einen Ringrad 38 des
Kraftübertragungsmittels 36 vorgesehen
ist.
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Der
Aktuator 512 enthält ein zylinderförmiges Gehäuse 53,
einen ersten Elektromagneten 54, der fest in einem Ende
des Gehäuses
angeordnet ist, einen zweiten Elektromagneten 55, der fest
in dem anderen Ende des Gehäuses 53 angeordnet
ist, einen Kolben 56, der in dem Gehäuse 54 zwischen beiden Elektromagneten 54 und 55 untergebracht
ist, einen axial beweglichen Stößel 57,
der so vorgesehen ist, dass er sich durch einen mittleren Abschnitt
des ersten Elektromagneten 54 und das Gehäuse 53 erstreckt
und an seinem Basisende mit dem Kolben 56 verbunden ist,
und eine Rückstellfeder 58,
die zwischen dem Gehäuse 53 und
einem Federaufnahmeabschnitt 57a angebracht ist, der an
einer Endspitze des Stößels 57 außerhalb
des Gehäuses 53 befestigt ist.
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In
diesem Aktuator 512 werden der
Kolben 56 und somit der Stößel 57 durch das Umschalten
der Erregung und Entregung der ersten und zweiten Elektromagneten 54 und 55 hin-
und herbewegt. Das Steuermittel 601 (siehe 1)
erregt den ersten Elektromagneten 54 und entregt den zweiten
Elektromagneten 55, wenn das Einlassventil VI in einer Öffnungsrichtung
angetrieben wird, und erregt den zweiten Elektromagneten 55 und
entregt den ersten Elektromagneten 54, wenn das Einlassventil
VI in einer Schließrichtung
angetrieben wird. Wenn das Einlassventil VI in einem geschlossenen
Zustand ist, bleibt der Kolben 56 an dem zweiten Elektromagneten 55 angezogen,
wie in 7 gezeigt, und es wird ein Spalt zwischen der
Endspitze des Stößels 57 und dem
Steuerarm 49 erzeugt, wodurch die Federkraft der Rückstellfeder 58 nicht
auf das Kraftübertragungsmittel 36 einwirken
kann.
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In
der zweiten Ausführung
bleibt der zweite Elektromagnet 55 in dem geschlossenen
Zustand des Einlassventils VI erregt, und daher ist die Menge an
verbrauchtem elektrischen Strom ein wenig größer als in der ersten Ausführung, wobei
aber der Aktuator 512 und der einlassseitige
Ventilbetätigungsnocken 29I miteinander
zusammenwirken, um das Einlassventil VI zu öffnen. Daher kann die Menge
des in dem Aktuator 511 verbrauchten
elektrischen Stroms gesenkt werden, um für eine Größenreduktion des Aktuators 512 zu sorgen, im Vergleich zu einem System,
das so konstruiert ist, dass die Einlassventile VI allein durch
den Aktuator 512 geöffnet und
geschlossen werden.
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Eine
dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf die 11 bis 19 beschrieben.
Zuerst in Bezug auf die 11 und 12 sind
Tragabschnitte 14a an einen Zylinderkopf 14 an
entgegengesetzten Seiten einer Brennkammer 15 in jedem
der Zylinder vorgesehen, und die Nockenwelle 28 ist zwischen
den Tragabschnitten 14a und an den Tragabschnitten befestigten
Haltern drehbar gelagert. Die Kipphebelwelle 32 ist durch
die Wellenhalter 66 fest gelagert.
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Eine
auslassseitige Ventilantriebsvorrichtung 31E2 enthält ein Paar
von Kipphebeln 33, die an der Kipphebelwelle 32 entsprechend
den Auslassventilen VI gelagert sind. An der Kipphebelwelle 32 angebracht
sind ein zylindrischer Abstandshalter 67, um den Abstand
zwischen den beiden auslassseitigen Kipphebeln 33 einzuhalten,
und ein zylindrischer Abstandshalter 68, um den Abstand
zwischen den auslassseitigen Kipphebeln 33 und den Wellenhaltern 66 einzuhalten.
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In
Bezug auf die 13 und 14 enthält eine
einlassseitige Ventilantriebsvorrichtung 31I2 ein Kraftübertragungsmittel 36 vom Planetengetriebetyp für jeden
der Zylinder. Das Kraftübertragungsmittel 36 hat
ein Sonnenrad 37, das an einer Tragwelle 41 drehbar
gelagert ist, die fest zwischen der Nockenwelle 28 und
den Einlassventilen VI angeordnet ist und eine zur Nockenwelle 28 parallele
Achse hat. Die Tragwelle 41 ist an den die Kipphebelwelle 32 tragenden
Wellenhaltern 66 fest gelagert.
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Das
Sonnenrad 37, das eine der drei Komponenten ist, die das
Kraftübertragungsmittel 36 bilden, das
heißt,
das Sonnenrad 37, das Ringrad 38 und der Träger 39,
ist integral mit zylindrischen Abschnitten 69 und 70 versehen,
die an entgegengesetzten Seiten des Sonnenrads 37 verlaufen,
um die Tragwelle 41 zu umgeben. Zylindrische Abstandshalter 71 und 72 sind
an der Tragwelle 41 zwischen Außenenden der zylindrischen
Abschnitte 69 und 70 und den Wellenhaltern 66 angebracht.
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Basisabschnitte 73a eines
Paars von Verbindungsarmen 73, die sich zu den Einlassventilen
VI hin erstrecken, sind auf die Außenenden der mit dem Sonnenrad 37 integralen
zylindrischen Abschnitte 69 und 70 aufgesetzt
und daran gesichert. Einstellschrauben 35 sind in Endspitzen
der Verbindungsarme 73 eingeschraubt, um mit Oberenden
der Schäfte 20 der
Einlassventile VI in Kontakt zu kommen, so dass deren ausgefahrene
und eingefahrene Positionen reguliert werden können. So ist das Sonnenrad 37 betriebsmäßig mit
den Einlassventilen VI derart verbunden, dass die Einlassventile
VI in Antwort auf die Drehung des Sonnenrads 37 geöffnet und
geschlossen werden.
-
Der
Träger 39,
der einer der das Kraftübertragungsmittel 36 darstellenden
Komponente ist, enthält
ein Paar ringförmiger
Trägerplatten 39a,
die an zylindrischen Abschnitten 69 und 70 des
Sonnenrads 37 drehbar gelagert sind, sowie eine Mehrzahl
von zum Beispiel sechs Wellen 39b, die jeweils an entgegengesetzten
Enden an den Trägerplatten 39a gelagert
sind. Planetenräder 40,
die mit einem Außenumfang
des Sonnenrads 37 und einem Innenumfang des Ringrads 38 kämmen, sind
an den Wellen 39b drehbar gelagert, die mit gleichmäßigen Abständen voneinander
angeordneten Stellen in Umfangsrichtung der Tragwelle 41 angeordnet
sind.
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Eine
Rolle 44 ist an Endspitzen von Rollenhaltearmen 45 gelagert,
die integral an dem in den Trägern 39 enthaltenen
Trägerplatten 39a vorgesehen
sind. Die Rolle 44 steht mit dem ersten einlassseitigen
Ventilbetätigungsnocken 29I1 in Rollkontakt, der an der Nockenwelle 28 vorgesehen
ist.
-
Somit
ist der Träger 39 betriebsmäßig mit dem
ersten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I1 der Nockenwelle 28 verbunden,
so dass der Träger 39 in
Antwort auf die Rotation der Nockenwelle 28 durch den ersten
einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I1 in einer Drehbewegung angetrieben
wird.
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Das
Ringrad 38, das ein restliches der drei das Kraftübertragungsmittel 36 bildenden
Komponenten ist, ist an dem Träger 39 drehbar
gelagert.
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Auch
in Bezug auf 15, steht ein Nockengleiter 75,
der integral an dem einlassseitigen Kipphebel 74 vorgesehen
ist, in Gleitkontakt mit einem zweiten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 , der an der Nockenwelle 28 vorgesehen
ist. Der einlassseitige Kipphebel 74 ist an dem zylindrischen Abschnitt 70 des
Sonnenrads 37 derart drehbar gelagert, dass er zwischen
einem des Paars von dem Träger 39 enthaltenen
Trägerplatten 39a und
dem Basisabschnitt 73a eines der Verbindungsarme 73 eingeklemmt
ist. Der einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I1 hat ein Nockenprofil, das einem Niederdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine entspricht, während
der zweite einlassseitige Ventilbetätigungsnocken 29I2 ein Nockenprofil hat, das einem Höherdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine entspricht. Das Ringrad 38, das die eine Verbleibende der
das Kraftübertragungsmittel 36 darstellenden Komponenten
ist, wird von dem Träger 39 drehbar getragen.
-
Ein
hydraulisches Verbindungsumschaltmittel 76 ist zwischen
dem einlassseitigen Kipphebel 74 und dem Basisabschnitt 73a des
einen Verbindungsarms 73 vorgesehen und ist in der Lage,
die Verbindung und Trennung zwischen dem Kipphebel 74 und dem
einen Verbindungsarm 73, das heißt dem Sonnenrad 37,
umzuschalten.
-
Das
Verbindungsumschaltmittel 76 enthält einen Verbindungskolben 77,
der in dem Basisabschnitt 73a des einen Verbindungsarms 73 gleitend aufgenommen
ist, so dass er in den einlassseitigen Kipphebel 74 eingesetzt
werden kann, ein unten geschlossenes zylindrisches Sperrelement 78,
das gleitend in dem einlassseitigen Kipphebel 74 zur Bewegung
mit dem Verbindungskolben 77 aufgenommen ist, und eine
Rückstellfeder 79,
die zwischen dem Sperrelement 78 und dem einlassseitigen
Kipphebel 74 angebracht ist, um eine Federkraft zu erzeugen, um
das Sperrelement 78 zu dem Verbindungskolben 77 hin
vorzuspannen.
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Eine
erste unten geschlossene Gleitbohrung 80 in dem Basisabschnitt 73a des
einen Verbindungsarms 73 vorgesehen, wobei ihre Achse parallel zur
Achse der Tragwelle 41 ist, und öffnet sich zu dem einlassseitigen
Kipphebel 74. Der Verbindungskolben 77 ist in
der ersten Gleitbohrung 80 gleitend aufgenommen, um eine
Hydraulikdruckkammer 81 zwischen dem Kolben 77 und
einem geschlossenen Ende der ersten Gleitbohrung 80 zu
bilden.
-
Eine
zweite Gleitbohrung 82, die den gleichen Durchmesser, wie
die erste Gleitbohrung 80 hat, und eine Durchmesser-kleinere
offene Bohrung 83 sind in dem einlassseitigen Kipphebel 74 so
vorgesehen, dass sich zwischen entgegengesetzten Enden des einlassseitigen
Kipphebels 74 erstrecken und Achsen haben, die zu der Achse
der Tragwelle 41 parallel sind. Die offene Bohrung 83 ist
koaxial mit der zweiten Gleitbohrung 82 verbunden, mit
einer dazwischen ausgebildeten Ringstufe. Das Sperrelement 78,
dessen geschlossenes Ende in Gleitkontakt mit dem Verbindungskolben 77 steht,
ist mit der zweiten Gleitbohrung 82 gleitend aufgenommen.
Ferner ist die Rückstellfeder 79 unter
Kompression zwischen dem Sperrelement 78 und der Stufe
zwischen der zweiten Gleitbohrung 82 und der offenen Bohrung 83 angebracht.
-
Ein Ölkanal 84 ist
koaxial in der Tragwelle 41 vorgesehen, und ein Verbindungskanal 85 ist
in dem zylindrischen Abschnitt des Sonnenrads 37 und dem Basisabschnitt 73a des
Verbindungsarms 73 vorgesehen, um die Verbindung zwischen
dem Ölkanal 84 und
der Hydraulikdruckkammer 81, trotz der Drehbewegung des
Sonnenrads 37, zu gestatten.
-
Eine
Hydraulikdruckwelle ist mit dem Ölkanal 84 durch
ein Steuerventilmittel 86 verbunden, und Arbeitsöl, dessen
Hydraulikdruck durch das Steuerventilmittel auf höhere und
niedrigere Pegel verändert werden
kann, wird dem Ölkanal 84 und
der Hydraulikdruckkammer 81 zugeführt. Ein Drucksensor 88 zum
Erfassen des Hydraulikdrucks, der auf einen vorbestimmten Druck
erhöht
wurde, ist dem Ölkanal 84 stromab
des Steuerventilmittels 86 hinzugefügt.
-
Wenn
in diesem Verbindungsumschaltmittel 76 der Hydraulikdruck
in der der Hydraulikdruckkammer 81 niedriger ist, liegen
Gleitflächen
des Verbindungskolbens 77 und des Sperrelements 78 zwischen
dem Basisabschnitt 73a des Verbindungsarms 73 und
des einlassseitigen Kipphebels 74, wodurch eine relative
Drehung des Verbindungsarms 73, das heißt, des Sonnenarms 37,
und des einlassseitigen Kipphebels 74 ermöglicht wird.
Wenn jedoch der Hydraulikdruck in der Hydraulikdruckkammer 81 auf
einen höheren
Pegel angehoben wird, wird ein Abschnitt des Verbindungskolbens 77 in
die zweite Gleitbohrung 82 eingesetzt, während das
Sperrelement 78 gegen die Federkraft der Rückstellfedern 79 gedrückt wird,
wodurch der Basisabschnitt 73a des Verbindungsarms 73 und
der einlassseitige Kipphebel 74 durch den Verbindungskolben 77 miteinander verbunden
und somit gemeinsam miteinander gedreht werden. Der Drucksensor 88 erfasst,
dass der Verbindungsvorgang des Verbindungsumschaltmittels 76 abgeschlossen
worden ist, da der Hydraulikdruck in der Hydraulikdruckkammer 81 auf
den höheren
Pegel angestiegen ist.
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Ein
Steuerarm 49 ist integral in dem Ringrad 38 des
Kraftübertragungsmittels 36 so
vorgesehen, dass er von dem Ringrad 38. nach außen ragt,
und ein elektrischer Aktuator 511 oder 512 ist mit dem Steuerarm 49 verbunden.
-
Ein
Aktuatorhalter 90 ist an einem Gehäuse 53 des Aktuators 511 gesichert. Der Aktuatorhalter 90 ist
an einem Paar von Wellenhaltern 66 angebracht, die an dem
Tragabschnitt 14a des Zylinderkopfs 14 an entgegengesetzten
Seiten der Brennkammer 15 in jedem der Zylinder befestigt
sind, um die Kipphebelwelle 32 und die Tragwelle 41 fest
zu lagern und um die Nockenwelle 28 zwischen den Tragabschnitten 14a drehbar
zu lagern. Eine Endspitze des Stößels 57 des
Aktuators 511 steht mit dem Steuerarm 49 in
Kontakt.
-
Auch
in Bezug auf 16 ist der Aktuatorhalter 90 so
angebracht, dass er sich zwischen dem Paar von Wellenhaltern 66 erstreckt,
die an entgegengesetzten Seiten der Brennkammer 15 angeordnet
sind. Der Aktuatorhalter 90 ist mit einem Ende an dem der
Zylinderkopf 14 durch einen Bolzen 91 zusammen
mit dem Ende (an der Seite der Einlassventile VI) des Wellenhalters 66 befestigt,
der in einer Seite in der Anordnungsrichtung der Zylinder angeordnet
ist, und ist auch mit dem anderen Ende an dem Zylinderkopf 14 durch
einen Bolzen 92 zusammen mit dem Ende (an der Seite der
Auslassventile VE) des Wellenhalters 66 befestigt, der
an der anderen Seite in der Anordnungsrichtung der Zylinder angeordnet
ist.
-
Somit
ist der Aktuatorhalter 90 an beiden Wellenhaltern 66 befestigt,
um einen spitzen Winkel mit der Anordnungsrichtung der Zylinder
zu bilden. Andererseits ist ein seitlich und nach oben ragendes Einsetzrohr 93 an
seinem Unterende an dem Zylinderkopf 14 zwischen beiden
auslassseitigen Kipphebeln 33 in der auslassseitigen Ventilantriebsvorrichtung 31E2 gesichert, so dass eine Zündkerze,
die in den Zylinderkopf 14 eingeschraubt ist, so dass sie
zu einem Mittelabschnitt der Brennkammer 15 weist, in das
Einsetzrohr 93 eingesetzt werden. Eine bogenförmige Kerbe 90a ist
in dem Aktuatorhalter 90 vorgesehen, um die Behinderung
des Vorgangs zum Einsetzen und Entfernen der Zündkerie in und aus dem Einsatzrohr 93 zu
verändern.
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Ein
zylindrischer Deckelabschnitt 95 ist integral an dem oberen
Abschnitt eines Kopfdeckels 52' vorgesehen, der an dem Zylinderkopf 14 befestigt
ist, und ein oberer Abschnitt des Gehäuses 53 des Aktuators 511 , ist in den Deckelabschnitt 95 eingesetzt, wobei
die entgegengesetzten Enden des Aktuatorhalters 90 an den
Wellen haltern 66 befestigt sind.
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Unter
besonderem Bezug auf 15 ist ein elastisches Vorspannmittel 96 an
einer Unterseite des Aktuatorhalters 90 an einer Stelle über dem
einlassseitigen Kipphebel 74 angebracht, um eine Vorspannkraft
zu erzeugen, um einen normalen Kontakt des Nockengleiters 75 des
einlassseitigen Kipphebels 74 mit dem zweiten einlassseitigen
Ventilbetätigungsnocken 29I2 zu gestatten. Das elastische Vorspannmittel 96 enthält ein zylindrisches
Führungsrohr 97,
das an seinem Oberende an der Unterseite des Aktuatorhalters 90 gesichert
ist und sich vertikal erstreckt, einen Kolben 98, der in
dem Führungsrohr 97 gleitend
aufgenommen ist, sowie eine Feder 99, die in dem Führungsrohr 97 untergebracht
ist, um eine Federkraft zum Abwärtsspannen
des Kolbens 98 zu erzeugen. Ein Unterende des Stößels 98a,
der sich von dem Kolben 98 abwärts erstreckt, steht mit der
Oberseite des einlassseitigen Kipphebels 74 in Kontakt.
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In
Bezug auf 17 steuert ein Steuermittel 602 den Betrieb des Aktuators 511 und des Verbindungsumschaltmittels 76,
das heißt,
den Betrieb des SteueNentilmittels 86, das in der Lage
ist, den Hydraulikdruck in der Hydraulikdruckkammer 81 von
einem der höheren
und niedrigeren Pegel zum anderen zu verändern. In das Steuermittel 602 eingegeben werden (1) ein Erfassungswert,
der durch einen Drehzahlsensor 100 zum Erfassen einer Drehzahl der
Maschine erzeugt wird, und (2) ein Erfassungswert, der durch den
Drucksensor 88 zum Erfassen des Abschlusses des Verbindungsvorgangs
des Verbindungsumschaltmittels 76 erzeugt wird. Somit steuert
das Steuermittel 602 den Betrieb
des Aktuators 511 und des Ventilsteuermittels 86 auf
der Basis der Erfassungswerte des Drucksensors 88 und des Drehzahlsensors 100.
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Das
Steuermittel 602 steuert den Aktuator 511 und das Verbindungsumschaltmittel 76 in
einem Zustand, in dem es umgeschaltet worden ist zwischen einem
ersten Steuermodus, in dem das Verbindungsumschaltmittel 76 in
einen Trennzustand gebracht ist, in einem Niederdrehzahlbetriebsbereich der
Maschine, und einem zweiten Steuermodus, in dem der Aktuator 511 in einen Außerbetriebszustand gebracht
ist und gleichzeitig das Verbindungsumschaltmittel 76 in
einen Verbindungszustand gebracht ist, in einem Höherdrehzahlbetriebsbereich der
Maschine. Wenn der Modus des Steuermittels 602 von
dem ersten Steuermodus zu einem zweiten Steuermodus umgeschaltet
worden ist, steuert das Steuermittel 602 den
Aktuator 511 und das Verbindungsumschaltmittel 76 gemäß einer
in 18 gezeigten Prozedur.
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In
Schritt S1 in 18 wird bestimmt, ob die von
dem Drehzahlsensor 100 erfasste Drehzahl NE der Maschine
eine erste vorbestimmte Drehzahl N1, zum Beispiel 3.100 UpM überschreitet.
Wenn NE > N1, wird
in Schritt S2 das folgende Signal ausgegeben: ein Signal, das einen
Befehl anzeigt, um den Verbindungsbetrieb des Verbindungsumschaltmittels 76 vorzusehen,
das heißt,
ein Signal, das einen Befehl anzeigt, um das SteueNentilmittel 76 zum
Steuern des Hydraulikdrucks in dem Ölkanal 84 zu betreiben.
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In
Schritt S3 wird bestimmt, ob der Drucksensor 88 den höheren Hydraulikdruck
erfasst hat, das heißt,
ob der Verbindungsbetrieb des Verbindungsumschaltmittels 76 im
Wesentlichen abgeschlossen wurde. Wenn bestimmt wird, dass der Verbindungsbetrieb
abgeschlossen wurde, wird der Betrieb des Aktuators 511 in Schritt S4 gestoppt. Das Steuermittel 602 stoppt nämlich den Betrieb des Aktuators 511 nach Abschluss des Verbindungsbetriebs
des hydraulischen Umschaltmittels 76, dessen Umschaltvorgang
im Vergleich zum Betrieb des elektrischen Aktuators 511 , zur Verspätung neigt.
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Wenn
der zweite Steuermodus zu dem ersten Steuermodus geändert wird,
steuert das Steuermittel 602 den
Aktuator 511 und das Verbindungsumschaltmittel 76,
gemäß einer
in 19 gezeigten Prozedur. In Schritt S11 wird bestimmt,
ob die von dem Drehzahlsensor 100 erfasste Drehzahl NE
der Maschine kleiner ist, als die erste vorbestimmte Drehzahl N1.
Wenn NE < N1, wird
der Aktuator 511 in Schritt S12
betätigt,
und dann wird in Schritt S13 bestimmt, ob die Drehzahl NE der Maschine
kleiner ist als die zweite vorbestimmte Drehzahl N2, die zuvor als
ein Wert bestimmt wurde, der kleiner ist als die erste vorbestimmte
Drehzahl N1, zum Beispiel 2.900 UpM. Wenn NE < N2, geht der Prozess zu Schritt S14
weiter, an welchem Punkt ein Signal ausgegeben wird, das euren Befehl
anzeigt, um das Verbindungsumschaltmittel in den Trennzustand zu
bringen.
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Wenn
daher der zweite Steuermodus zu dem ersten Steuermodus geändert wird,
wird zuerst der Betrieb des Aktuators 511 gestartet,
und danach wird der Betrieb des Verbindungsumschaltmittels 76 in den
Trennzustand gestartet.
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Darüber hinaus
wird die zweite vorbestimmte Drehzahl N2, die ein Kriterium zur
Bestimmung der Änderung
des zweiten Steuermodus zu dem ersten Steuermodus ist, kleiner gesetzt
als die erste vorbestimmte Drehzahl N1, die ein Kriterium zur Bestimmung
der Änderung
des ersten Steuermodus zu dem zweiten Steuermodus ist, um hierdurch
eine Hysterese vorzusehen. Somit lässt sich verhindern, dass bei der
Steuerung des Umschaltens zwischen den ersten und zweiten Modi ein
Pendeln erzeugt wird.
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Mit
der dritten Ausführung
wird in der einlassseitigen Ventilantriebsvorrichtung 31I1 das Verbindungsumschaltmittel 76 in
den Trennzustand gebracht und wird der Aktuator 511 betätigt, indem
der erste Steuermodus durch das Steuermittel 602 in
dem Niederdrehzahlbetriebsbereich der Maschine gewählt wird,
und wird das Ringrad 38 des Kraftübertragungsmittels 36 durch
den Aktuator 511 angetrieben, wodurch
die Betriebscharakteristik der Einlassventile VI fein gesteuert
werden kann.
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In
dem höheren
Drehzahlbetriebsbereich der Maschine wird das Verbindungsumschaltmittel 76 in den
Verbindungszustand gebracht und wird der Betrieb des Aktuators 511 gestoppt, in dem durch das Steuermittel 602 der zweite Steuermodus gewählt wird.
Dies bewirkt, dass das Sonnenrad 37 zusammen mit dem einlassseitigen
Kipphebel 74 verschwenkt wird, der durch den zweiten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I1 zur Schwenkbewegung angetrieben wird,
um hierdurch die Einlassventile VI mit der Betriebscharakteristik
entsprechend dem Nockenprofil des zweiten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 zu öffnen und zu schließen.
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Auf
diese Weise kann im Niederdrehzahlbetriebsbereich der Maschine die
Betriebscharakteristik der Einlassventile durch Verwendung des Kraftübertragungsmittels 36 und
des Aktuators 511 geändert werden,
und m dem höheren
Drehzahlbetriebsbereich der Maschine werden die Einlassventile VI
mit der Betriebscharakteristik angetrieben, die durch den zweiten
einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 bestimmt wird. Somit kann das für den Aktuator 511 erforderliche Ansprechverhalten ein
solches sem, das dem Niederdrehzahlbetriebsbereich der Maschine
entspricht, wodurch eine Größenreduktion
des Aktuators 511 erzielt werden
kann und eine Minderung der elektrischen Stromverbrauchsmenge erzielt werden
kann. Im Höherdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine, in dem das Ansprechverhalten des Aktuators 511 zu bedenken ist, werden nämlich die
Einlassventile VI durch den zweiten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 angetrieben, in dem auf diese Weise
der zweite Steuermodus ausgewählt
wird, wodurch es möglich
ist, das Entstehen eines Problems aufgrund des Betriebs des Aktuators 511 zu vermeiden.
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Wenn
darüber
hinaus der erste Steuermodus zu dem zweiten Steuermodus geändert wird,
wird der elektrische Aktuator 511 in
den Außerbetriebszustand gebracht,
nachdem durch den Drucksensor 88 erfasst worden ist, dass
der Verbindungsvorgang des Verbindungsumschaltmittels 76 abgeschlossen
wurde. Daher wird, nach Abschluss des Verbindungsvorgangs des hydraulischen
Verbindungsumschaltmittels 76, dessen Schaltbetrieb im Vergleich
zum Betrieb des Aktuators 511 zur
Verspätung
neigt, der Aktuator 511 in den
Außerbetriebszustand
gebracht. Auf diese Weise ist es möglich, eine Betriebsstörung der Einlassventile
VI zu verhindern, weil der Aktuator 511 in
den Außerbetriebszustand
gebracht wird, bevor der Antrieb der Einlassventile VI durch den
zweiten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 gestartet wird. Wenn andererseits
der zweite Steuermodus zu dem ersten Steuermodus geändert wird,
wird das Verbindungsumschaltmittel 76 in den Trennzustand gebracht,
nachdem das Signal ausgegeben wurde, das den Befehl anzeigt, um
den Aktuator 511 in den Betriebszustand
zu bringen. Daher wird der Aktuator 511 in
den Betriebszustand gebracht, bevor das Verbindungsumschaltmittel 76 in
den Trennzustand gebracht wird, und auf diese Weise ist es möglich, eine Betriebsstörung der
Einlassventile VI zu verhindern, weil das Verbindungsumschaltmittel 76 in
den Trennzustand gebracht wird, bevor der Antrieb der Einlassventile
VI durch den ersten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I1 , das Kraftübertragungsmittel 36 und
den Aktuator 511 gestartet wird.
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Da
zusätzlich
der Aktuator 511 an den Wellenhaltern 66 angebracht
ist, die an dem Zylinderkopf 14 befestigt sind, wobei die
Kipphebelwelle 32 und die Tragwelle 41 daran fest
gelagert sind, kann die Montagesteifigkeit des Aktuators 511 verbessert werden, im Vergleich zu
einem Fall, wo der Aktuator an dem Kopfdeckel angebracht ist, und
kann die Position des Aktuators 511 relativ
zu dem Kraftübertragungsmittel 36 nicht
versetzt werden, wenn der Kopfdeckel 52' angebracht oder entfernt wird.
Auf diese Weise ist es leicht, den Kopfdeckel 52' anzubringen und
zu entfernen.
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Der
Aktuatorhalter 90 ist fest so angebracht, dass sie sich
zwischen den Wellenhaltern 66 erstreckt, die an den entgegengesetzten
Seiten der Brennkammer 15 angeordnet sind, und der Aktuatorhalter 90 und
die Schwellenhalter 66 sind an den Zylinderkopf 14 durch
gemeinsame Bolzen 91 und 92 befestigt. Daher kann
die Steifigkeit der Wellenhalter 66 erhöht werden, und der Aktuator 511 kann an den Wellenhaltern 66 in
einer kompakten Struktur mit einer reduzierten Teilezahl angebracht
werden.
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Ferner
ist der Aktuatorhalter 90 mit einem Ende an dem Zylinderkopf 14 durch
den Bolzen 91 zusammen mit dem Ende (an der Seite der Einlassventile
VI) des Wellenhalters 66 befestigt, der an einer Seite
jeder der Zylinder angeordnet ist, und mit dem anderen Ende an dem
Zylinderkopf 14 durch den Bolzen zusammen mit dem Ende
(an den Seiten der Auslassventile VE) des Wellenhalters 66,
der an der anderen Seite jedes Zylinders angeordnet ist. Daher ist
der Aktuatorhalter 90 an den Wellenhaltern 66 durch
eine minimale Anzahl von, das heißt zwei, Bolzen 91 und 92 angebracht,
und der Aktuator 511 kann an den
Wellenhaltern 66 in einer kompakten Struktur angebracht
werden, in der der Montage- und Entfernungsvorgang leicht ist.
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20 ist
eine vierte Ausführung
der vorliegenden Erfindung, wonn solche Abschnitte oder Komponenten,
die jenen in der ersten Ausführung entsprechen,
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Einlassventile
VI (siehe die dritte Ausführung)
sind mit einem Sonnenrad 37 eines Kraftübertragungsmittels 36' verbunden,
und ein Aktuator 511 (siehe die
dritte Ausführung)
ist mit einem Ringrad 38 betriebsmäßig verbunden. Ein erster einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I1 (siehe dritte Ausführung) ist mit emem Träger 39' betriebsmäßig verbunden.
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Der
Träger 39' enthält ein Paar
ringförmiger Trägerplatten 101 und 102,
sowie eine Mehrzahl von Wellen 39b, die an entgegengesetzten
Enden der Trägerplatten
gelagert sind. An den Wellen 39b sind Planetenräder 40 drehbar
gelagert.
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Darüber hinaus
ist em Verbindungsumschaltmittel 76' zwischen einem einlassseitigen
Kipphebel 74' oder
emem zweiten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 (siehe die dritte Ausführung) folgend
bewegt wird, und einer Trägerplatte 102 für den Träger 39' vorgesehen.
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Das
Verbindungsumschaltmittel 76' enthält einen
Verbindungskolben 77, der in dem einlassseitigen Kipphebel 74' gleitend aufgenommen
ist, so dass er in die Trägerplatte 102 eingesetzt
werden, ein unten geschlossenes zylindrisches Sperrelement 78, das
in der Trägerplatte 102 zur
Bewegung zusammen mit dem Verbindungskolben 77 gleitend
aufgenommen ist, sowie eine Rückstellfeder 79,
die zwischen dem Sperrelement 78 und der Trägerplatte 102 angebracht
ist, um eine Federkraft zum Vorspannen des Sperrelements 78 zu
dem Verbindungskolben 77 hin zu erzeugen.
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Eine
erste unten geschlossene Gleitbohrung 103 ist in dem einlassseitigen
Kipphebel 74' vorgesehen,
wobei seine Achse parallel zur Achse der Tragwelle 41 ist
und sich zu der Trägerplatte 102 hin öffnet. Der
Verbindungskolben 77 ist in der ersten Gleitbohrung 103 gleitend
aufgenommen, um eine Hydraulikdruckkammer 104 zwischen
dem Verbindungskolben 77 und einem geschlossenen Ende der ersten
Gleitbohrung 103 zu definieren.
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Die
Trägerplatte 102 ist
auch mit einer zweiten unten geschlossenen Gleitbohrung 105 versehen,
die den gleichen Durchmesser wie die erste Gleitbohrung 102 hat,
sowie einer offenen Bohrung 106, die zu einem geschlossenen
Ende der zweiten Gleitbohrung 105 führt. Das Sperrelement 78,
dessen geschlossenes Ende in Gleitkontakt mit dem Verbindungskolben 77 steht,
ist in der zweiten Gleitbohrung 105 gleitend aufgenommen.
Ferner ist die Rückstellfeder 79 unter
Kompression zwischen dem geschlossenen Ende der zweiten Gleitbohrung 105 und dem
Sperrelement 78 angebracht.
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In
dem einlassseitigen Kipphebel 74', einem zylindrischen Abschnitt 70 des
Sonnenrads 37 und der Tragwelle 41 ist ein Verbindungskanal 106 vorgesehen,
um zu ermöglichen,
dass der Ölkanal 84 In der
Tragwelle 41 mit der Hydraulikdruckkammer 104, trotz
der Drehbewegung des einlassseitigen Kipphebels 74', in Verbindung
steht.
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Auch
in der vierten Ausführung
wird in einem Niederdrehzahlbetriebsbereich der Maschine das Verbindungsumschaltmittel 76' in seinen Trennzustand gebracht,
und in einem Höherdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine wird das Verbindungsumschaltmittel 76' in seinen Verbindungszustand
gebracht.
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Wenn
das Verbindungsumschaltmittel 76' in dem Verbindungszustand ist,
wird der Träger 39' zusammen mit
dem einlassseitigen Kipphebel 74' verschwenkt, der durch den zweiten
einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 zur Schwenkbewegung angetrieben wird.
In diesem Fall wird das Ringrad 38 zur Drehbewegung durch
den Aktuator 511 angetrieben, der
in dem Außerbetriebszustand
ist (siehe die dritte Ausführung).
Daher wird das Sonnenrad 37 durch den Träger 39' gedreht, der
zusammen mit dem einlassseitigen Kipphebel 74' verschwenkt
wird, und die Einlassventile VI werden mit einer Betriebscharakteristik
entsprechend dem Nockenprofil des zweiten einlassseitigen Ventilbetätigungsnocken 29I2 geöffnet
und geschlossen.
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In
einer alternativen Ausführung
der vorliegenden Erfindung kann der zweite Steuermodus, in dem der
Aktuator 511 oder 512 in den Außerbetriebszustand gebracht
ist und das Verbindungsumschaltmittel 76 oder 76' In den Verbindungszustand
gebracht ist, in dem Niederdrehzahlbetriebsbereich der Maschine
ausgewählt
werden. Der zweite Steuermodus, in dem der Aktuator 511 oder 512 im
Betrieb ist und das Verbindungsumschaltmittel 76 oder 76' in den Trennzustand
gebracht ist, kann in dem Höherdrehzahlbetriebsbereich
der Maschine ausgewählt werden.
Wenn der Steuermodus in der obigen Weise gewählt wird, ist es möglich zu
vermeiden, dass der elektrische Strom einer Batterie durch den Aktuator 511 oder 512 in
dem Niederdrehzahlbetriebsbereich der Maschine verbraucht wird,
in dem der Ladebetrag der Batterie reduziert ist, und es ist möglich zu
verhindern, dass ein nachteiliger Einfluss auf die Batterie aufgrund
des Betriebs des Aktuators 511 oder 512 ausgeübt wird.
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In
den oben beschriebenen Ausführungen wurde
auf der Basis des Erfassungswerts, der durch den Drucksensor 88 zum
Erfassen des Hydraulikdrucks bereitgestellt wird, bestimmt, dass
der Verbindungsbetrieb des hydraulischen Verbindungsumschaltmittels 76 oder 76' abgeschlossen
worden ist. Jedoch kann der Abschluss des Verbindungsbetriebs des
Verbindungsumschaltmitlels 76 oder 76' auch auf der
Basis des Ablaufs einer vorbestimmten Zeit nach der Ausgabe eines
Signals, das den Befehl zum Erzeugen des Verbindungsbetriebs des
Verbindungsumschaltmittels 76 oder 76' anzeigt, bestimmt werden.
Alternativ kann der Abschluss des Verbindungsbetriebs des Verbindungsumschaltmittels 76 oder 76' bestimmt werden,
in dem der Betrieb des Verbindungskolbens 77 oder des Sperrelements 78 in
dem Verbindungsumschaltmittel 76 oder 76' direkt erfasst
wird.
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In
einer weiteren alternativen Ausführung
der vorliegenden Erfindung kann ein Kraftübertragungsmittel vom Planetenreibtyp
(ein Traktionsantrieb) verwendet werden, wie es in den
japanischen Patentanmeldungen Nr. 5-33840 ,
5-79450 ,
5157149 ,
6-34005 und
6-66360 offenbart ist. Die vorliegende
Erfindung ist auf ein Auslassventil als einem Motorventil anwendbar.
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Obwohl
die Ausführungen
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, versteht
es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungen
beschränkt
ist, und verschiedene konstruktive Modifikationen vorgenommen werden
können,
ohne vom in den Ansprüchen
definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.