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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen variablen Ventilmechanismus, der die Ventileigenschaften in Abhängigkeit von dem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors steuert.
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HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
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Als ein variabler Ventilmechanismus, der den Anhebebetrag, den Arbeitswinkel und die Öffnungs-/Schließzeit eines Ventils in Abhängigkeit von dem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors steuert, ist aus dem Stand der Technik ein variabler Ventilmechanismus 100 bekannt, der in dem Patentdokument 1 beschrieben ist und in der vorliegenden Anmeldung in 7 dargestellt ist.
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Dieser variable Ventilmechanismus 100 ist mit einer Nockenwelle 101, die durch eine (nicht dargestellte) Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gedreht wird, und mit einem Ventilelement 103 versehen, welches ein Ventil 102 öffnet und schließt. An der Nockenwelle 101 ist ein Antriebsnocken 104 in einer einstückigen drehbaren Weise befestigt und in einer relativ drehbaren Weise ist ein Schwenknocken 106 abgestützt, der mit einer Nockenfläche 105 versehen ist, die mit dem Ventilelement 103 in Eingriff steht.
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Eine Steuerwelle
107, die parallel zu der Nockenwelle
101 angeordnet ist, stützt an ihr ein variables Verbindungselement (Gelenk)
109 über einen exzentrischen Nocken
108 in einer schwenkbaren Weise. Ein Ende des variablen Verbindungselements
109 ist mit dem Antriebsnocken
104 mit einem ringförmigen Verbindungselement
110 verbunden, wohingegen das andere Ende des variablen Verbindungselements
109 mit dem Schwenknocken
106 mit einem stabartigen Verbindungselement
111 verbunden ist. Somit wird die Kraft des Antriebsnockens
104 zu dem Schwenknocken
106 über die drei Verbindungselemente
109,
110 und
111 übertragen, und der Schwenkwinkel des variablen Verbindungselements
109 wird durch den exzentrischen Nocken
108 geändert. Dadurch werden der Anhebebetrag und der Arbeitswinkel des Ventils
102 geändert und zwar in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors.
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP 11-324 625 A -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
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In dem variablen Ventilmechanismus 100 ist die Steuerwelle 107 über der Nockenwelle 101 (an der Seite, die von einem Zylinder weg weist) vorgesehen. Dies erhöht die Höhe des gesamten variablen Ventilmechanismus 100, wodurch die Gesamthöhe eines Zylinderkopfes zunimmt.
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Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen variablen Ventilmechanismus entwickelt, bei dem eine Welle, die einen variablen Mechanismus stützt, einstückig mit einer Steuerwelle gestaltet ist. Da jedoch ein Antriebsnocken ein sogenannter eiförmiger Nocken ist, der einen Basiskreisabschnitt und einen Nockennasenabschnitt aufweist, ist es nicht möglich, den Abstand (Entfernung von Achse zu Achse) zwischen der Steuerwelle und der Antriebswelle auf ein Maß zu verringern, das geringer als die Höhe der Nockennase ist.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen variablen Ventilmechanismus zu schaffen, der klein gestaltet ist, indem ein Kurbelmechanismus anstelle eines eiförmigen Nockens an einer Eingangswelle vorgesehen ist, die durch einen Verbrennungsmotor zu einer Drehung angetrieben wird.
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Lösung der Aufgabe
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Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist ein variabler Ventilmechanismus der vorliegenden Erfindung, der einen variablen Mechanismus aufweist, der den Öffnungs-/Schließbetrag eines Ventils ändert, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Ventilmechanismus eine Eingangswelle aufweist, die durch einen Verbrennungsmotor in drehbarer Weise angetrieben wird, wobei die Eingangswelle mit einem Kurbelmechanismus versehen ist, der die Drehbewegung der Eingangswelle in eine hin- und hergehende Bewegung zum Öffnen und Schließen des Ventils umwandelt, und der Kurbelmechanismus mit dem variablen Mechanismus verbunden ist.
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Hierbei ist das Ändern des Öffnungs-/Schließbetrages eines Ventils nicht auf einen spezifischen Fall beschränkt und kann beispielsweise einen Fall, bei dem zwischen einem Zustand zum Antreiben des Ventils und einem Zustand zum gänzlichen Anhalten des Antreibens des Ventils geschaltet wird, und einen Fall umfassen, bei dem zwischen einem Zustand zum Öffnen/Schließen des Ventils mit einem relativ hohen Anhebebetrag und einem Zustand zum Öffnen/Schließen des Ventils mit einem relativ geringen Anhebebetrag geschaltet wird.
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Der Aspekt des variablen Mechanismus ist nicht spezifisch beschränkt. Da jedoch der variable Mechanismus eine verringerte Anzahl an Bauteilen hat und die gesamte Größe des variablen Ventilmechanismus verringern kann (insbesondere die Höhe des variablen Ventilmechanismus verringern kann), ist es ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass der variable Mechanismus ein Eingangsschwenkelement, das mit dem Kurbelmechanismus verbunden ist, ein Ausgangsschwenkelement, das das Ventil drückt, und ein Steuerelement aufweist, das sich dreht, um die relative Phase zwischen dem Eingangsschwenkelement und dem Ausgangsschwenkelement zu verschieben, wobei das Eingangsschwenkelement und das Ausgangsschwenkelement in einer schwenkbaren Weise durch eine Steuerwelle drehbar gestützt sind, die parallel zu der Eingangswelle vorgesehen ist, und das Steuerelement an der Steuerwelle vorgesehen ist.
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Es ist ein weiterer bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass der variable Mechanismus ein Verschiebeelement aufweist, das mit dem Eingangsschwenkelement und dem Ausgangsschwenkelement über Verbindungselemente verbunden ist und durch die Drehung des Steuerelementes verschoben wird, und der Abstand zwischen einer Mitte eines Stützabschnittes, der von dem Verschiebeelement vorragt, um die beiden Verbindungselemente in einer schwenkbaren Weise zu stützen, und der axialen Mitte sich so ändert, dass die relative Phase zwischen dem Eingangsschwenkelement und dem Ausgangsschwenkelement verschoben wird.
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Der Aspekt des Verschiebeelementes ist nicht spezifisch beschränkt. Jedoch kann das Verschiebeelement beispielsweise ein Ringarm, der aus einem Ringabschnitt, der drehbar an der Außenseite des Steuerelementes sitzt, und einem Armabschnitt besteht, der sich von dem Ringabschnitt erstreckt, oder eine Rolle sein, die in einer drehbaren Weise und extern in Kontakt mit dem Steuerelement drehbar gestützt ist. Wenn ein Ringarm als das Verschiebeelement verwendet wird, kann das Verschiebeelement der Drehung des Steuerelementes folgen, ohne dass ein Mechanismus eines Totgangs (lost motion) geschaffen wird. Wenn andererseits eine Rolle als das Verschiebeelement angewendet wird, kann eine geringere Reibung bei dem Steuerelement erreicht werden. Der Aspekt des Steuerelementes ist nicht spezifisch beschränkt. Jedoch hat das Steuerelement vorzugsweise eine Außenumfangsfläche, deren Abstand von einer axialen Mitte der Steuerwelle allmählich sich ändert. Als ein spezifischer Aspekt kann das Steuerelement beispielsweise ein zylindrischer Steuernocken sein, der von der axialen Mitte der Steuerwelle verschoben wird.
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Vorzugsweise ist ein Ventilelement zwischen dem Abgabeschwenkelement und dem Ventil so angeordnet, dass es zu einem automatischen Einstellen des Ventilabstandes (Zwischenraum) in der Lage ist.
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Der Aspekt des Ventilelementes ist nicht spezifisch beschränkt. Jedoch kann das Ventilelement beispielsweise ein Schwenkarm, der um ein als ein Stützpunkt dienendes Basisende herum schwenkt, oder eine Ventilanhebeeinrichtung sein, die sich in einer geraden Linie in der axialen Richtung des Ventils bewegt.
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Wirkungen der vorliegenden Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen variablen Ventilmechanismus zu schaffen, der klein gestaltet worden ist, in dem ein Kurbelmechanismus anstelle eines eiförmigen Nockens an einer Eingangswelle vorgesehen ist, die durch einen Verbrennungsmotor in drehbarer Weise angetrieben wird.
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BESTE MODI ZUM AUSFÜHREN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Ein variabler Ventilmechanismus 10 mit einem variablen Mechanismus 30, der den Öffnungs-/Schließbetrag eines Ventils 13 ändert, ist dadurch gekennzeichnet, dass der variable Ventilmechanismus 10 eine Eingangswelle 12 aufweist, die durch einen Verbrennungsmotor in drehbarer Weise angetrieben wird, wobei die Eingangswelle 12 mit einem Kurbelmechanismus 14 versehen ist, der die Drehbewegung der Eingangswelle 12 in eine hin- und hergehende Bewegung zum öffnen und Schließen des Ventils 13 umwandelt, und der Kurbelmechanismus 14 mit dem variablen Mechanismus 30 verbunden ist.
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Der variable Ventilmechanismus 30 hat ein Eingangsschwenkelement 35, das mit dem Kurbelmechanismus 14 verbunden ist, ein Ausgangsschwenkelement 40, das das Ventil 13 drückt, und ein Steuerelement 31, das sich dreht, um die relative Phase zwischen dem Eingangsschwenkelement 35 und dem Ausgangsschwenkelement 40 zu versetzen. Das Eingangsschwenkelement 35 und das Ausgangsschwenkelement 40 sind in einer schwenkbaren Weise durch eine Steuerwelle 25 drehbar gestützt, die parallel zu der Eingangswelle 12 vorgesehen ist. Das Steuerelement 31 ist an der Steuerwelle 25 vorgesehen und hat eine Außenumfangsfläche 32, deren Abstand von einer axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 sich allmählich ändert. Der variable Mechanismus 30 hat ein Verschiebeelement 49, das mit dem Eingangsschwenkelement 35 und dem Ausgangsschwenkelement 40 über Verbindungselemente 46 und 47 verbunden ist, und dieses wird durch eine Drehung des Steuerelementes 31 verschoben.
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Der Abstand ändert sich zwischen einer Mitte 48 eines Stützabschnittes 50, der von dem Verschiebeelement 49 vorragt, um die beiden Verbindungselemente 46 und 47 in einer schwenkbaren Weise zu stützen, und der axialen Mitte 26 so, dass die relative Phase zwischen dem Eingangsschwenkelement 35 und dem Ausgangsschwenkelement 40 verschoben wird.
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Das Verschiebeelement 49 ist ein Ringarm 49, der aus einem Ringabschnitt 49a, der drehbar an der Außenseite des Steuerelementes 31 sitzt, und einem Armabschnitt 49b besteht, der sich von dem Ringabschnitt 49a erstreckt. Das Steuerelement 31 ist ein zylindrischer Steuernocken 31, der von der axialen Mitte 26 verschoben wird.
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Ausführungsbeispiel
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der 1 bis 6 beschrieben. Ein variabler Ventilmechanismus 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird in einem Einlasssystem eines in einem Kraftfahrzeug verwendeten Benzin-Verbrennungsmotors angewendet. Jedoch kann der gleiche Mechanismus auch bei einem Auslasssystem des Benzin-Verbrennungsmotors angewendet werden.
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Wie dies in den 1 bis 3 gezeigt ist, ist eine Eingangswelle 12 des variablen Ventilmechanismus 10 durch ein (nicht dargestelltes) Gehäuse gestützt, das oberhalb eines Zylinderkopfes 11 (an der Seite, die von einem Zylinder weg weist, wobei selbiges nachstehend gilt) angeordnet ist, und wird drehbar durch eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben.
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Ein Kurbelmechanismus 14 ist an einer Position in einem Zwischenabschnitt (mittleren Abschnitt) der Eingangswelle 12 vorgesehen, der einem Ventil 13 entspricht. Der Kurbelmechanismus 14 besteht aus: einem im Wesentlichen zylindrischen Kurbelzapfen 15 (Kurbelstift), der an der Eingangswelle 12 so fixiert ist, dass er von einer axialen Mitte 18 der Eingangswelle 12 versetzt/verschoben wird; und einer Kurbelstange 16, die an ihrem Basisende einen Ring 17 aufweist, der in drehbarer Weise an der Außenseite des Kurbelzapfens 15 sitzt.
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Unter der Eingangswelle 12 (an der Seite, die näher zu dem Zylinder ist, wobei das Gleiche nachstehend gilt) ist ein Schwenkarm 21, der automatisch einen Ventilzwischenraum einstellt, in einer Weise gestützt, die durch einen an der Seite des Basisendes angeordneten Dreh- oder Schwenkpunkt 22 vertikal schwenkbar ist, und dieser wird durch eine (nicht dargestellte) Feder an dem Ventil 13 nach oben gedrängt. Eine Druckfläche 23, die das Ventil 13 drückt, ist an einem Endstückende des Schwenkarms 21 vorgesehen. Eine Basisrolle 24 ist drehbar an einem mittleren Abschnitt des Schwenkarms 21 gestützt.
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Oberhalb des Schwenkarms 21 ist eine Steuerwelle 25 parallel zu der Eingangswelle 12 vorgesehen, wobei eine axiale Mitte 26 bei der im Wesentlichen gleichen Höhe wie die axiale Mitte 18 der Eingangswelle 12 angeordnet ist. Ein Ende der Steuerwelle 25 ist mit einem (nicht dargestellten) Aktuator verbunden, der gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gesteuert wird, um die Steuerwelle 25 zu drehen.
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Die Steuerwelle 25 ist mit einem variablen Mechanismus 30 versehen. Der variable Mechanismus 30 hat einen Steuernocken 31, der an der Steuerwelle 25 ausgebildet ist, einen Nockenarm 40, der in einer schwenkbaren Weise durch die Steuerwelle 25 drehbar gestützt ist und der sich benachbart zu dem Steuernocken 31 in der axialen Richtung der Steuerwelle 25 befindet, einen Hauptarm 35, der in einer schwenkbaren Weise durch die Steuerwelle 25 drehbar gestützt ist und sich benachbart zu dem Nockenarm 40 (an der entgegengesetzten Seite des Steuernockens 31) in der axialen Richtung der Steuerwelle 25 befindet, und einen Ringarm 49, der mit dem Hauptarm 35 über ein erstes Verbindungselement 46 und mit dem Nockenarm 40 über ein zweites Verbindungselement 47 verbunden ist.
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Der Steuernocken 31 ist ein sogenannter exzentrischer Nocken mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, und er ist von der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 versetzt. Der Steuernocken 31 hat eine Außenumfangsfläche (Nockenoberfläche) 32, deren Abstand sich von der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 allmählich ändert. Der Steuernocken 31 ist an der Steuerwelle 25 befestigt, wodurch er sich mit der Drehung der Steuerwelle 25 dreht.
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Die Steuerwelle 25 ist durch einen mittleren Abschnitt (Zwischenabschnitt) des Nockenarms 40 eingefügt. An einem oberen Ende des Nockenarms 40 ist das zweite Verbindungselement 47 in einer schwenkbaren Weise drehbar befestigt. Die untere Fläche des Nockenarms 40 dient als eine Nockenfläche 41, die mit der Basisrolle 24 so in Kontakt gelangt, dass das Ventil 13 über den Schwenkarm 21 gedrückt wird.
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Die Nockenfläche 41 besteht aus einem Basisflächenabschnitt 44, der in einer bogenförmigen gekrümmten Fläche ausgebildet ist, die eine Mitte an der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 hat, und aus einem Anhebeflächenabschnitt 45 mit einer konkav gekrümmten Flächenform, die sich von dem Basisflächenabschnitt 44 fortsetzt.
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Die Steuerwelle 25 ist durch einen mittleren Abschnitt (Zwischenabschnitt) des Hauptarms 35 eingefügt. An einem Ende des Hauptarms 35 ist das erste Verbindungselement 46 durch ein Element 52 in einer schwenkbaren Weise drehbar befestigt. An dem anderen Ende des Hauptarms 35 ist ein Endstückende der Kurbelstange 16 durch ein Element 53 in einer schwenkbaren Weise drehbar befestigt.
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Der Ringarm 49 besteht aus einem Ringabschnitt 49a, der drehbar an der Außenseite des Steuernockens 31 sitzt, und aus einem Armabschnitt 49b, der sich von dem Ringabschnitt 49a erstreckt. Ein Endstückende des Armabschnittes 49b stützt drehbar das erste Verbindungselement 46 und das zweite Verbindungselement 47 mit einem Verbindungsstift 50 in einer einzeln schwenkbaren Weise.
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In dem derart aufgebauten variablen Mechanismus 30 sind die einzelnen Elemente in einer schwenkbaren Weise verbunden.
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Der Betrieb des variablen Ventilmechanismus 10 ist nachstehend gemäß den 4 bis 6 beschrieben.
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4 zeigt eine Verschiebung (einen Versatz) in einer relativen Phase zwischen dem Hauptarm 35 und dem Nockenarm 40 durch eine Drehung des Steuernockens 31. In spezifischer Weise zeigen sowohl 4A als auch 4B einen Fall, bei dem das Endstückende der Kurbelstange 16 sich am weitesten weg von der axialen Mitte 18 der Eingangswelle 12 befindet. 4A zeigt einen Zustand, bei dem eine axiale Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 sich am nächsten zu der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 befindet, d. h. einen Zustand, bei dem der Abstand zwischen der axial Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 am kürzesten ist. 4B zeigt einen Zustand, bei dem die axiale Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 am weitesten weg von der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 ist, d. h. einen Zustand, bei dem der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 am längsten ist. Es ist hierbei zu beachten, dass der Ringarm 49, das erste Verbindungselement 46 und das zweite Verbindungselement 47 durch gestrichelte Linien gezeigt sind, während die Kurbelstange 16 durch eine Strichpunktlinie mit zwei Punkten gezeigt ist.
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Wie dies in den 4A und 4B dargestellt ist, dreht sich der Steuernocken 31 zusammen mit der Drehung der Steuerwelle 25 so, dass er den Ringarm 49 fortlaufend versetzt. Durch das kontinuierlich erfolgende Versetzen des Ringarms 49 wird der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstiftes 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 fortlaufend geändert.
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Indem der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 geändert wird, wird der Nockenarm 40, der in einer schwenkbaren Weise das zweite Verbindungselement 47 drehbar stützt, das durch den Verbindungsstift 50 drehbar gestützt ist, um die Steuerwelle 25 geschwenkt, die als eine Schwenkmitte dient, wodurch der Ort an der Nockenfläche 41 geändert wird, an dem der Nockenarm 40 mit der Basisrolle 24 in Kontakt gelangt.
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Genauer gesagt gelangt, wenn sich die axiale Mitte 48 des Verbindungsstiftes 50 am nächsten zu der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 befindet, der Nockenarm 40 mit der Basisrolle 24 an einem Ort in dem Basisflächenabschnitt 44 in Kontakt, der sich von dem Anhebeflächenabschnitt 45 entfernt befindet, wie dies in 4A gezeigt ist. Wenn andererseits die axiale Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 sich am weitesten weg von der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 befindet, gelangt der Nockenarm 40 mit der Basisrolle 24 an einem Ort in dem Basisflächenabschnitt 44 in Kontakt, der nahe zu dem Anhebeflächenabschnitt 45 ist, wie dies in 4B gezeigt ist.
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Daher gelangt, wenn der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 zunimmt, d. h. wenn die axiale Mitte 48 des Verbindungsstiftes 50 weiter von der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 entfernt ist, der Nockenarm 40 mit der Basisrolle 24 an einem Ort, in dem Basisflächenabschnitt 44 in Kontakt, der näher zu dem Anhebeflächenabschnitt 45 ist. Im Gegensatz dazu gelangt, wenn der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstiftes 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 abnimmt, d. h. wenn die axiale Mitte 48 des Verbindungsstiftes 50 näher zu der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 gelangt, der Nockenarm 40 mit der Basisrolle 24 an einem Ort in dem Basisflächenabschnitt 44 in Kontakt, der sich weiter weg von dem Anhebeflächenabschnitt 45 befindet.
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Andererseits ist, obwohl er in einer schwenkbaren Weise an einem Ende des Verbindungselementes 46 drehbar gestützt ist, das durch den Verbindungsstift 15 drehbar gestützt ist, der Hauptarm 35 an dem anderen Ende mit dem Endstückende der Kurbelstange 16 verbunden. Daher schwenkt der Hauptarm 35 nicht, wenn nicht die Position des Endstückendes der Kurbelstange 16 sich ändert. Demgemäß wird die relative Phase zwischen dem Hauptarm 35 und dem Nockenarm 40 kontinuierlich versetzt, indem der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 kontinuierlich geändert wird.
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5 zeigt den Betrieb des variablen Ventilmechanismus 10, wenn das Ventil 13 um einen minimalen Anhebebetrag geöffnet und geschlossen wird. Sowohl 5A als auch 5B zeigen einen Zustand des Steuernockens 31, bei dem der Anhebebetrag, wenn das Ventil 13 bis zu dem Maximum angehoben wird, am Kleinsten ist, d. h. einen Zustand, bei dem der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 am Kürzesten ist, wenn das Ventil bis zu dem Maximum nach unten gedrückt wird (in dem Zustand von 5B).
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Wie dies in 5A gezeigt ist, gelangt, wenn das Endstückende der Kurbelstange 16 von der axialen Mitte 18 der Eingangswelle 12 am Weitesten entfernt ist, die Basisrolle 24 mit dem Nockenarm 40 an einem Ort in dem Basisflächenabschnitt 44 in Kontakt, der von dem Anhebeflächenabschnitt 45 entfernt ist. Gleichzeitig ist das Ventil 13 in der geschlossenen Position.
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Wenn sich die Eingangswelle 12 dreht, folgt der Kurbelstift 15 der Drehung so, dass er sich um die axiale Mitte 18 der Eingangswelle 12 dreht, die als eine Drehmitte dient. Die Drehung des Kurbelstifts 15 (Kurbelzapfen) versetzt die Kurbelstange 16, die an ihrem Basisende den Ring 17 hat, der drehbar an der Außenseite des Kurbelstifts 15 sitzt, wodurch der Abstand zwischen dem Endstückende der Kurbelstange 16 und der axialen Mitte 18 der Eingangswelle 12 geändert wird. Da das Endstückende der Kurbelstange 16 an einem Ende des Hauptarms 35 drehbar befestigt ist, führt der Versatz des Endstückendes (insbesondere der Mitte der Achse, die durch den Hauptarm drehbar gestützt ist) der Kurbelstange 16 zu einem Versatz einer gewissen (bestimmten) Länge entlang eines kreisartigen Bogens um die axiale Mitte 26 der Steuerwelle 25. Somit bewirkt die Drehung der Eingangswelle 12, dass das Endstückende der Kurbelstange 16 eine hin- und hergehende Bewegung einer bestimmten Länge entlang des kreisartigen Bogens ausführt. Dadurch wird die Drehbewegung der Eingangswelle 12 in die hin- und hergehende Bewegung umgewandelt, die auf den Hauptarm 35 einwirkt (wobei schließlich das Ventil 13 geöffnet und geschlossen wird).
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Wenn sich der Abstand zwischen dem Endstückende der Kurbelstange 16 und der axialen Mitte der Eingangswelle 12 ändert (das Endstückende der Kurbelstange 16 führt die hin- und hergehende Bewegung aus), schwenkt als nächstes der Hauptarm 35. Wenn der Hauptarm 35 schwenkt, schwenkt der Ringarm 49, der mit dem Hauptarm 35 über das erste Verbindungselement 46 verbunden ist, um den Steuernocken 31, der als Schwenkmittelpunkt dient. Wenn der Ringarm 49 schwenkt, schwenkt der Nockenarm 40, der mit dem Ringarm 49 über das zweite Verbindungselement 47 verbunden ist. Wenn der Nockenarm 40 schwenkt, gleitet die Basisrolle 24 an der Nockenfläche 41. Während die Basisrolle 24 mit dem Basisflächenabschnitt 44 in Kontakt ist, erzeugt der Schwenkarm 21 keine Kraft zum Niederdrücken des Ventils 13 entgegen der Drängkraft der Feder, womit das Ventil 13 in der geschlossenen Position gehalten wird. Dann gelangt die Basisrolle 24 mit dem Anhebeflächenabschnitt 45 in Kontakt, wobei der Nockenarm 40 den Schwenkarm 21 niederdrückt. Durch diesen Vorgang drückt die Druckfläche 23 das Ventil 13 entgegen der Drängkraft der Feder nach unten.
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Wenn, wie dies in 5B gezeigt ist, das Endstückende der Kurbelstange 16 zu der axialen Mitte 18 der Eingangswelle 12 am nächsten gelangt, gleitet die Basisrolle 24 an dem Anhebeflächenabschnitt 45 um einen kurzen Abstand. Durch diesen Vorgang drückt der Nockenarm 40 den Schwenkarm 21 um einen geringen Betrag nach unten. Dann drückt der Schwenkarm 21 das Ventil 13 um einen geringen Betrag entgegen der Drängkraft der Feder nach unten, und dadurch wird das Ventil 13 um einen minimalen Anhebebetrag (Lmin) geöffnet.
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6 zeigt den Betrieb des variablen Ventilmechanismus 10, wenn das Ventil 13 um einen maximalen Anhebebetrag geöffnet und geschlossen wird. Sowohl 6A als auch 6B zeigen einen Zustand des Steuernockens 31, bei dem der Anhebebetrag, wenn das Ventil 13 bis zu dem Maximum angehoben wird, am Größten ist, d. h. einen Zustand, bei dem der Abstand zwischen der axialen Mitte 48 des Verbindungsstifts 50 und der axialen Mitte 26 der Steuerwelle 25 am Längsten ist, wenn das Ventil 13 bis zu dem Maximum nach unten gedrückt wird (in dem Zustand von 6B).
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Wenn, wie dies in 6A gezeigt ist, sich das Endstückende der Kurbelstange 16 am weitesten weg von der axialen Mitte 18 der Eingangswelle 12 befindet, gelangt die Basisrolle 24 mit dem Nockenarm 40 an einen Ort in dem Basisflächenabschnitt 44 in Kontakt, der nahe zu dem Anhebeflächenabschnitt 45 ist. Gleichzeitig ist das Ventil 13 in der geschlossenen Position.
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Wenn, wie dies in 6B gezeigt ist, das Endstückende der Kurbelwelle 16 zu der axialen Mitte 18 der Eingangswelle 12 am nächsten gelangt, gleitet die Basisrolle 24 an dem Anhebeflächenabschnitt 45 um einen langen Abstand. Dadurch drückt der Nockenarm 40 den Schwenkarm 21 um einen hohen Betrag nach unten. Dann drückt der Schwenkarm 21 das Ventil 13 um einen hohen Betrag entgegen der Drängkraft der Feder nach unten, und dadurch wird das Ventil 13 um einen hohen Anhebebetrag (Lmax) geöffnet.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die folgenden Effekte (a) bis (e) erzielt.
- (a) Indem der Kurbelmechanismus 14 anstelle eines eiförmigen Nockens angewendet wird, kann der Abstand (die Entfernung von Achse zu Achse) zwischen der Steuerwelle 25 und der Eingangswelle 12 verringert werden, wodurch der variable Ventilmechanismus klein gestaltet werden kann. Genauer gesagt kann der eiförmige Nocken lediglich den Abschnitt drücken, der mit dem variablen Mechanismus in Kontakt steht. Jedoch kann der Kurbelmechanismus abwechselnd Vorgänge zum Drücken und Ziehen des Abschnittes, der mit dem variabeln Mechanismus in Verbindung steht, ausführen, und daher kann jener Abschnitt des variablen Mechanismus um eine längere Entfernung versetzt werden.
- (b) Indem der Kurbelmechanismus 14 anstelle eines eiförmigen Nockens angewendet wird, ist es möglich, einen Mechanismus eines Totgangs (lost motion) zu beseitigen, bei dem der variable Mechanismus so gestaltet ist, dass er mit dem eiförmigen Nocken in Kontakt gelangt.
- (c) Da der variable Mechanismus 30 durch die Steuerwelle 25 gestützt ist, kann die Gesamthöhe des Zylinderkopfes geringer gestaltet werden als bei anderen kontinuierlich variablen Ventilmechanismen (wie beispielsweise der variable Ventilmechanismus 100) eines Drehsteuersystems. Demgemäß ist es möglich, den variablen Ventilmechanismus klein zu gestalten.
- (d) Indem die Elemente des variablen Mechanismus 30 so verbunden sind, dass sie einen sogenannten Verbindungsmechanismus (Gelenkmechanismus) ausbilden, ist es möglich, einen Mechanismus eines Totgangs zum Folgen des Steuernockens zu beseitigen.
- (e) Indem der variable Ventilmechanismus für jedes Ventil 13 vorgesehen wird (um für ein einzelnes Ventil vervollständigt zu werden), kann der variable Ventilmechanismus in einem Verbrennungsmotor montiert werden, ohne dass umgebende Teile einen Einfluss ausüben, wie beispielsweise ein in dem oberen mittleren Abschnitt eines Zylinders vorgesehenes Zündkerzenrohr und eine Einspritzeinrichtung.
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Es ist hierbei zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und sie kann innerhalb des Umfangs, der in der vorliegenden Erfindung nicht abweicht, in die Praxis umgesetzt werden.
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Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung einen Aspekt umfassen, bei dem der Ringarm beseitigt ist, indem das Verschiebeelement als ein Element vorgesehen ist, das mit dem Steuernocken in Kontakt gelangt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Gesamtansicht eines variablen Ventilmechanismus der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des variablen Mechanismus des variablen Ventilmechanismus.
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3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des variablen Mechanismus des variablen Ventilmechanismus.
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4 zeigt erläuternde Darstellungen eines Versatzes eines Nockenarms, der durch die Drehung eines Steuerarms des variablen Ventilmechanismus verursacht wird.
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5 zeigt erläuternde Darstellungen eines Falls, bei dem ein Ventilanhebebetrag in dem variablen Ventilmechanismus minimal gestaltet ist.
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6 zeigt erläuternde Darstellungen eines Falls, bei dem der Ventilanhebebetrag in dem variablen Ventilmechanismus maximal gestaltet ist.
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7 zeigt eine Gesamtansicht eines variablen Ventilmechanismus des zugehörigen Standes der Technik.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- variabler Ventilmechanismus
- 12
- Eingangswelle
- 13
- Ventil
- 14
- Kurbelmechanismus
- 21
- Schwenkarm
- 25
- Steuerwelle
- 26
- axiale Mitte der Steuerwelle
- 30
- variabler Mechanismus
- 31
- Steuernocken
- 32
- Außenumfangsfläche
- 35
- Hauptarm
- 40
- Nockenarm
- 41
- Nockenfläche
- 46
- erstes Verbindungselement
- 47
- zweites Verbindungselement
- 48
- axiale Mitte des Verbindungsstifts
- 49
- Ringarm
- 49a
- Ringabschnitt
- 49b
- Armabschnitt
- 50
- Verbindungsstift (Verbindungszapfen)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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