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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Antriebssystem
zum Öffnen
und Schließen
von Einlaßventilen
und Auslaßventilen
einer Brennkraftmaschine für
Automobile.
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Die
japanische provisorische Patentveröffentlichung
JP 080 21 220 A offenbart
ein typisches elektromagnetisches Antriebssystem, das durch einen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus und eine Steuereinheit gebildet
wird. Der elektromagnetische Antriebsmechanismus setzt sich im wesentlichen
aus einem direkt mit einem Einlaßventil verbundenen Anker,
einem Paar von Elektromagneten und einem Paar von Federn zusammen.
Die Steuereinheit empfängt
von verschiedenen Sensoren Informationen, die einen Betriebszustand
des Motors anzeigen und gibt entsprechend der den Betriebszustand anzeigenden
Information einen Steuerstrom an den elektromagnetischen Antriebsmechanismus
ab. Die Elektromagnete werden abwechselnd unter Strom gesetzt bzw.
erregt und abgeschaltet bzw. aberregt, um das Einlaßventil
entsprechend der den Betriebszustand des Motors anzeigenden Information
wiederholt zu öffnen
und zu schließen.
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Jedoch
hat dieses konventionelle elektromagnetische Antriebssystem einige
zu verbessernde Merkmale. Obwohl beispielsweise die Anziehungskraft
des Elektromagneten entsprechend einer Verringerung des Abstandes
zwischen dem Anker und dem Elektromagneten radikal bzw. stark ansteigt, steigt
die gegen die Anziehungskraft des Elektromagneten gerichtete Federkraft
der Feder linear an. Daher kann im Endstadium bzw. im Endzeitraum
(terminating period) eines Ventilverschlußhubes das Einlaßventil
kräftig
bzw. radikal auf den Ventilsitz aufprallen, und im Endstadium einer
Ventilöffnungsperiode kann
der Anker stark auf dem Elektromagneten aufprallen. Weil weiterhin
dieses konventionelle elektromagnetische Antriebssystem integral
mit dem Einlaßventil
installiert ist, erfordert der Einbau dieses Systems in einen Motor
komplizierte Schritte.
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Aus
der
DE 198 03 896
A1 ist ein elektromagnetisches Antriebssystem für ein Ventil
einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem kurz vor dem Erreichen
der Endlage in der Öffnungs- oder Schließbewegung
des Ventils ein Dämpfungsmechanismus wirksam
wird. Dieser Dämpfungsmechanismus
arbeitet nach dem Drosselprinzip, indem im Endbereich der Ventilbewegung über einen
linearen Hebel ein Kolben betätigt
wird, Fluid gegen eine Drossel gefördert und so nahe der Endlage
des Ventils trotz der dort progressiv zunehmenden Magnetkraft eine
Verringerung der Hubgeschwindigkeit des Ventil erreicht wird. Weiterhin
ist eine lineare Feder vorhanden, die zusätzlich der Ventilbewegung entgegenwirkt.
Sie ist jedoch als Rückhohlfeder
für den
Kolben ausgelegt, der bei Umkehr der Hubrichtung des Ventils über ein dann öffnendes
Rückschlagventil
das vorher gegen die Drossel verdrängte Fluid nachsaugt. Bei diesem bekannten
Antriebssystem ist somit eine am Ende des Ventilhubes vom Antriebsmechanismus
betätigte Kolbenpumpe
vorgesehen, die gegen die Drossel fördert und so eine die Ventilbewegung
dämpfende Kraft
aufbaut.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
elektromagnetisches Antriebssystem bereitzustellen, das die o. g.
Probleme löst
bzw. die Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die
Merkmale des Hauptanspruchs gelöst,
die Unteransprüche
zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Ein
elektromagnetisches Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
funktioniert so, daß ein
Ventil einer Brennkraftmaschine wiederholt geöffnet und geschlossen wird,
und weist einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus und einen Dämpfermechanismus
auf. Der elektromagnetische Antriebsmechanismus weist ein Paar von
Elektromagneten, einen zwischen dem Paar von Elektromagneten angeordneten
Anker und ein Paar von Federn auf, die den Anker auf eine neutrale
Position zwischen den Elektromagneten einstellen, wenn beide Elektromagneten
stromlos sind. Die Elektromagnete werden entsprechend einem Steuersignal
erregt und abgeschaltet. Der Dämpfermechanismus
greift in den elektromagnetischen Antriebsmechanismus ein (is interlocked
with) und funktioniert derart, daß eine Verschiebungs- bzw.
Auslenkungsgeschwindigkeit des Ventils n einer Endphase (terminating
petiod) bei jedem Ventilverschließhub und jedem Ventilöffnungshub
des Ventils verringert wird.
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In
den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen bei allen Figuren
entsprechende Elemente und Teile.
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1 ist eine Querschnittsansicht,
die eine erste Ausführungsform
eines elektromagnetischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Querschnittsansicht
in der Richtung von Pfeilen, die im wesentlichen entlang der Linien
11-11 von 1 verlaufen;
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3 ist eine Draufsicht, die
eine bei der ersten Ausführungsform
verwendete Schwenknocke (swing cam) zeigt;
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4 ist ein Diagramm, das
eine Charakteristik zwischen einem vertikalen Hub eines Magnetankers
und einem Drehwinkel der Schwenknocke der ersten Ausführungsform
zeigt;
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5 ist eine Querschnittsansicht,
die einen Ventilöffnungszustand
der ersten Ausführungsform von 1 zeigt;
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6 ist eine Querschnittsansicht,
die einen völlig
geschlossenen Zustand des Ventils der ersten Ausführungsform
von 1 zeigt;
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7A ist ein Diagramm, das
den Zeitablauf bzw. die Zeitsteuerung (timing) einer Ventilöffnung und
-schließung
eines Einlaßventils
der ersten Ausführungsform
zeigt;
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7B ist ein Diagramm, das
Charakteristika von Anziehungskräften
von Elektromagneten und Federkräfte
von Federn zeigt, die bei der ersten Ausführungsform eingesetzt werden;
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8 ist eine Querschnittsansicht,
die eine zweite Ausführungsform
des elektromagnetischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ist eine perspektivische
Explosionsansicht, die einen wesentlichen Teil der zweiten Ausführungsform
zeigt;
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10 ist eine Querschnittsansicht
in Richtung von Pfeilen im wesentlichen entlang der Linie X-X von 8;
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11 ist eine Querschnittsansicht
in Richtung von Pfeilen im wesentlichen entlang der Linie XI-XI
von 8;
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12 ist eine Querschnittsansicht,
die einen Zustand mit voll geöffnetem
Ventil der zweiten Ausführungsform
von 8 zeigt;
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13 ist eine Querschnittsansicht,
die einen Zustand mit voll geschlossenem Ventil der zweiten Ausführungsform
von 8 zeigt;
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14A ist ein Diagramm, das
einen Ventilöffnungs-
und Ventilverschließungs-Zeitablauf
eines Einlaßventiles
der zweiten Ausführungsform
zeigt;
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14B ist ein Diagramm, das
Charakteristika von Anziehungskräften
von Elektromagneten und Federkräften
von Federn zeigt, die bei der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden;
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15 ist eine Querschnittsansicht,
die eine dritte Ausführungsform
des elektromagnetischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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16 ist eine Querschnittsansicht
in Richtung von Pfeilen im wesentlichen entlang der Linie XVI-XVI
von 15;
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17 ist eine Ansicht in Richtung
eines Pfeils XVII von 15;
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18 ist eine perspektivische
Explosionsansicht, die einen wesentlichen Teil der dritten Ausführungsform
zeigt;
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19 ist eine Querschnittsansicht,
die einen Zustand mit voll geöffnetem
Ventil der dritten Ausführungsform
von 15 zeigt;
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20 ist eine Querschnittsansicht,
die einen Zustand mit völlig
geschlossenem Ventil der dritten Ausführungsform von 15 zeigt;
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21 ist eine Querschnittsansicht,
die eine vierte Ausführungsform
des elektromagnetischen Ventilantriebssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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22 ist eine Querschnittsansicht
in Richtung von Pfeilen im wesentlichen entlang der Linie XXII-XXII
von 21.
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In
Bezug auf 1 bis 7B ist eine erste Ausführungsform
eines elektromagnetischen Antriebssystems für Motorventile gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, ist das
elektromagnetische Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
an einem Zylinderkopf 21 eines Motors installiert, um ein
Einlaßventil 23 zum Öffnen und
Schließen
des Einlasses bzw. Ansaugkanals 22 des Zylinderkopfs 21 zu
betätigen.
Das elektromagnetische Antriebssystem hat einen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 24 zum Antrieb des Einlaßventils 23 und einen
zwischen dem Einlaßventil 23 und
dem elektromagnetischen Antriebsmechanismus 24 installierten
Dämpfermechanismus 25.
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Das
Einlaßventil 23 hat
einen runden Kopf 23a in direktem Kontakt mit einem ringförmigen Ventilsitz 22a,
der am Öffnungsende
des Einlasses 22 installiert ist, und einen Ventilschaft 23b,
der sich von einem Mittelabschnitt des runden Kopfes 23a erstreckt.
Der Ventilschaft 23b ist verschiebbar bzw. gleitend in
eine am Zylinderkopf 21 installierte Ventilführung 26 eingesetzt.
Ein Rückhalteriegel
bzw. Vorstecker (cotter) 23c ist an einem Endabschnitt 23d des
Ventilschaftes 23b vorgesehen und trägt ein Rückhalteglied bzw. Halteglied 23e.
Eine Ventilverschließfeder 28 zur
Vorspannung des Einlaßventils 23 in
Richtung eines geschlossenen Zustandes ist zwischen dem Halteglied 23e und
einer Abstütznut 27 des
Zylinderkopfes 21 installiert.
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Der
elektromagnetische Antriebsmechanismus 24 hat ein auf dem
Zylinderkopf 21 angeordnetes Gehäuse 29, einen scheibenförmigen Magnetanker 30,
einen Ventilschließelektromagnet
(V.C.-Magnet) 31, einen Ventilöffnungselektromagnet (V.O.-Magnet) 32,
eine Ventilöffnungsfeder 33 und eine
Ventilschließfeder 28.
Der Magnetanker 30 ist zwischen dem an einem oberen Abschnitt
des Gehäuses 29 installierten
Ventilschließelektromagnet 31 und
einem an einem unteren Abschnitt des Gehäuses 29 installierten
Ventilöffnungselektromagnet 32 angeordnet,
wie es in 1 gezeigt
ist. Der Magnetanker 30 ist zwischen dem Ventilschließelektromagnet 31 und
dem Ventilöffnungselektromagnet 32 beweglich
und ist mittels der Ventilöffnungsfeder 33 in
eine Öffnungsrichtung
des Einlaßventils 23 vorgespannt.
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Das
Gehäuse 29 setzt
sich aus einem aus Metall hergestellten Hauptkörper 29a und einer
aus nicht magnetischem Material hergestellten Abdeckung 29b zusammen.
Der Hauptkörper 29a ist
am Zylinderkopf 21 mittels Haltebolzen 34 befestigt.
Die Abdeckung 29b ist am Hauptkörper 29 mit Hilfe
von Schrauben 35 fest installiert. Ein aus nicht magnetischem
Material hergestellter, zylindrischer Halter 36 ist passend
in der Abdeckung 29b installiert. Der zylindrische Halter 36 umfaßt eine
Unterwand 36a, auf der der Ventilöffnungselektromagnet 32 angeordnet ist.
Eine aus nicht magnetischem Material hergestellte Abdeckung 37 ist
fest an einer oberen Öffnung
des zylindrischen Halters 36 installiert. Die Abdeckung nimmt,
wie in 1 gezeigt, den
Ventilschließelektromagneten 31 auf.
Ein Mittelabschnitt der Abdeckung 37 ist zur Aufnahme der
Ventilöffnungsfeder 33 eingedrückt und
es ist ein Loch 37a in einem Mittelabschnitt des eingedrückten Abschnittes
der Abdeckung 37 gebildet.
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Der
Magnetanker 30 ist zwischen dem Ventilschließelektromagneten 31 und
dem Ventilöffnungselektromagneten 32 so
angeordnet, daß seine obere
und seine untere Oberfläche
dem Ventilschließelektromagneten 31 bzw,
dem Ventilöffnungsmagneten 32 zugewandt
ist. Ein Endabschnitt 38a einer Führungsstange 38 ist
am Mittelabschnitt des Magnetankers 30 mittels einer Bolzen-
und Mutter-Struktur wie in 1 gezeigt,
befestigt. Ein Übertragungsglied
(follower member) 45 des Dämpfermechanismus 25 ist
an einem mittleren Abschnitt der Führungsstange 38 einstückig mit
dieser vorgesehen. Die Führungsstange 38 dringt
gleitend in einen zylindrischen Führungsabschnitt 39 ein,
der fest an einer zylindrischen Wandung 36b installiert
ist, die am Mittelabschnitt der Unterwand 36a gebildet
ist. Die Führungsstange 38 ist
derart angeordnet, daß eine
Zentralachse X der Führungsstange 38 koaxial
mit einer Zentralachse Y des Einlaßventils 23 angeordnet
ist. Der andere Endabschnitt 38b der Führungsstange 38 ist
in Kontakt mit einem Endabschnitt 23d der Ventilschaftes 23b.
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Der
Ventilschließelektromagnet 31 hat
einen ringförmigen
Kein 31a mit U-förmigem
Querschnitt und eine in dem Kern 31a installierte, elektromagnetische
Spule 31b, wie es in 1 gezeigt
ist. Ähnlich hat
der Ventilöffnungselektromagnet 32 einen
ringförmigen
Kern 32a und eine ringförmige
elektromagnetische Spule 32b, deren Konstruktionen im wesentlichen
die gleichen sind, wie bei dem ringförmigen Kein 31a und
der elektromagnetischen Spule 31b. Die elektromagnetischen
Spulen 31b und 32b empfangen EIN- bzw. AUS-Signale von einer
Steuereinheit 40, um den Öffnungs- und Schließbetrieb
des Einlaßventils 23 zu
steuern. Insbesondere bewegt sich der Magnetanker 30 in
Richtung des Ventilschließelektromagneten 31,
wenn die elektromagnetische Spule 31b ein EIN-Signal empfängt und
wenn die elektromagnetische Spule 32b ein AUS-Signal von
der Steuereinheit 40 empfängt. Auf der anderen Seite
bewegt sich der Magnetanker 30, wenn die elektromagnetische
Spule 31b das AUS-Signal und wenn die elektromagnetische
Spule 32b das EIN-Signal
von der Steuereinheit 40 enthält, in Richtung des Ventilöffnungselektromagneten 31.
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Die
Ventilöffnungsfeder 33 ist
zwischen dem niedergedrückten
Abschnitt der Abdeckung 37 und der oberen Oberfläche des
Magnetankers 30 installiert und ist zwischen diesen zusammengedrückt. Wenn
sowohl der Ventilschließelektromagnet,
als auch der Ventilöffnungselektromagnet 31 bzw. 32 stromlos
sind, ist die Federkraft der Ventilöffnungsfeder 33 im
Gleichgewicht mit der Federkraft der Ventilschließfeder 28,
um den Magnetanker 30 in einer neutralen Position zwischen
dem Ventilschließelektromagneten 31 und
dem Ventilöffnungselektromagneten 32 zu
halten. Daher ist bei diesem stromlosen Zustand der beiden Elektromagneten 31 und 32 das Einlaßventil 23 an
einer mittleren Position gehalten, die im Allgemeinen mittig zwischen
einer voll geöffneten
Position und einer voll geschlossenen Position des Einlaßventils 23 liegt.
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Die
Steuereinheit 40 empfängt
von verschiedenen Sensoren Informationen, die den Betriebszustand
des Motors anzeigen. Insbesondere empfängt die Steuereinheit 40 ein
Kurbelwellenwinkelanzeigesignal von einem an dem Motor installierten
Kurbelwellenwinkelsensor 41, ein Motordrehgeschwindigkeitsanzeigesignal
von einem an dem Motor installierten Motordrehgeschwindigkeitssensor 42,
ein eine Temperatur des Ventilschließ-Solenoid 32 anzeigendes
Signal von einem Temperatursensor 43 und ein Luftströmungsgeschwindigkeitsanzeigesignal
von einem Luftflußmesser 44,
der am Einlaßsystem
des Motors installiert ist. Die Steuereinheit bzw. der Controller 44 gibt
die Steuersignale an den Ventilschließelektromagneten 31 bzw.
den Ventilöffnungselektromagneten 32 auf
Basis der den Betriebszustand des Motors anzeigenden Information aus,
um abwechselnd und wiederholt den Ventilschließelektromagneten 31 und
den Ventilöffnungselektromagneten 32 einzuschalten
und auszuschalten.
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Der
Detektionswert eines am Kurbelwellenwinkelsensor 41 detektierten
Drehwinkels wird dazu verwendet, die Ventilöffnungs- und schließ-Zeiteinteilung
(timing) des Einlaßventils 23 mit
der Drehung der Kurbelwelle zu synchronisieren. Der Detektionswert
der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, der der Detektionswert
des Motordrehgeschwindigkeitssensors 42 ist, wird dazu
verwendet, den Ventilbetrieb an eine für die Erregung erlaubte Zeit
(energizing allowable time) anzupassen, die entsprechend der Drehgeschwindigkeit
bzw. Drehzahl der Kurbelwelle variiert wird. Weiterhin wird der
Detektionswert des Temperatursensors 43 dazu verwendet,
den Anstieg des Widerstandes der elektromagnetischen Spule 31b aufgrund
des Temperaturanstieges zu kompensieren. Der Motorlastdetektionswert
entsprechend einer durch den Luftflußmesser 44 detektierten
Luftflußrate
und die Drehgeschwindigkeit des Motors werden dazu verwendet, das
Timing des Öffnens
und Schließens
des Einlaßventils 23 richtig
zu steuern.
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Der
Dämpfermechanismus 25 hat
ein integral mit dem Führungsstange 38 verbundenes Übertragungsglied 45,
eine innerhalb des Übertragungsgliedes 45 angeordnete
Schwenknocke 46, die drehbar von einer Nockenträgerwelle 49 des
Gehäuses 29 getragen
wird, und eine Torsionsschraubenfeder 47, die die Schwenknocke 46 unterstützt, um
die Schwenknocke in einer neutralen Position zu positionieren. Das Übertragungsglied 45 ist,
wie in 1 gezeigt, zu
einer Kanalform geformt. Eine obere innere Wandung des Übertragungsgliedes 45 wirkt
als eine erste Übertragungsoberfläche 45a und
eine untere innere Wandung des Übertragungsgliedes 45 wirkt
als eine zweite Übertragungsoberfläche 45b.
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Wie
in 2 gezeigt, wird eine
Nockenträgerwelle 49 in
ein Zentralloch 46a des Schwenknockens 46 eingeführt, so
daß die
Schwenknocke 46 um die Nockenträgerwelle 49 drehbar
ist. Beide Endabschnitte der Nockenträgerwelle 49 werden
an gegenüberliegenden
Lagerabschnitten oder Augenabschnitten (boss sections) 48a und 49b befestigt,
die von einer inneren Oberfläche
des Hauptkörpers 29a vorspringen.
Die Schwenknocke 46 hat eine erste und eine zweite sektorförmige, flache
Ebene und eine Randoberfläche,
die eine erste Nockenoberfläche 50 und
eine zweite Nockenoberfläche 51 umfaßt, wie
es in 3 gezeigt ist.
Die erste Nockenoberfläche 50 und
die zweite Nockenoberfläche 51 sind
in Bezug auf die in 3 gezeigte
Zentrallinie C symmetrisch. Die erste Nockenoberfläche 50 hat
einen ersten kreisförmigen
Basisteil 50a, einen ersten Rampenteil 50b, einen
ersten Anhebeteil 50c und einen dritten Rampenteil 50d,
die in der erwähnten
Reihenfolge kontinuierlich bzw. stetig oder durchgehend angeordnet
sind. Ähnlich
hat die zweite Nockenoberfläche 51 einen
zweiten kreisförmigen
Basisteil 51a, einen zweiten Rampenteil 51b, einen
zweiten Anhebeteil 51c und einen vierten Rampenteil 51d,
die in der erwähnten
Reihenfolge kontinuierlich angeordnet sind. Eine Kurve bzw. Krümmung des
ersten Anhebeteils 50c ist größer als diejenige des ersten
Rampenteils 50b. Gleichermaßen ist eine Krümmung des zweiten
Anhebeteils 51c größer als
die des zweiten Rampenteils 51b.
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Mit
dieser Anordnung der ersten und zweiten Nockenoberflächen 50, 51 bildet
die Anhebekurve des Übertragungsgliedes 45 in Bezug
auf den Drehwinkel θ,
wie in 4 gezeigt, eine
sigmaförmige oder
sigmaähnliche
(sigmoid) Kurve. Durch Bereitstellung des dritten und des vierten
Rampenteils 50d und 51d wird die Umschaltung zwischen
den Operationen der ersten und der zweiten Nockenoberfläche 50 und 51 entsprechend
der Umschaltung der Vertikalbewegung des Magnetankers 30 glatt
bzw. sanft oder stoßfrei
(smoothly) ausgeführt.
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Weiterhin
ist die Schwenknocke 46 so angeordnet, daß ein Zwischenraum
Go zwischen dem Magnetanker 30 und der oberen Oberfläche des
Ventilöffnungselektromagneten 32 gebildet
wird, wenn der erste Basis-Kreisteil 50a der ersten Nockenoberfläche 50 in
Kontakt mit der oberen inneren Oberfläche 50a des Übertragungsgliedes 45 ist.
Weiterhin ist die Schwenknocke 46 so angeordnet, daß sie einen
Zwischenraum Ge zwischen dem Magnetanker 30 und der unteren
Oberfläche
des Ventilschließelektromagneten 31 bildet,
wenn der zweite kreisförmige
Basisteil 51a der zweiten Nockenoberfläche 51 in Kontakt mit
der unteren in der Oberfläche 50b des Übertragungsgliedes 45 ist.
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Die
Torsionsschraubenfeder 47 ist, wie in 2 gezeigt ist, um die Nockenträgerwelle 49 herumgewunden,
und ein Endabschnitt 47a der Torsionsschraubenfeder 47 ist
am Lagerabschnitt 48b und das andere Ende 47b der
Torsionsschraubenfeder 47 ist an der Schwenknocke 46 befestigt.
Der befestigte Abschnitt des anderen Endes 47b ist, wie
in 3 gezeigt ist, auf
der Zentrallinie C angeordnet. Durch diese Anordnung der Torsionsschraubenfeder 47 zur
Schwenknocke 46 wird die Schwenknocke 46 immer
durch die Torsionsschraubenfeder 47 in einen Mittelabschnitt
der Schwenkortskurve bzw. Schwenkkurve (swing locus) der Schwenknocke 46 vorgespannt.
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Als
nächstes
wird die Arbeitsweise des derart angeordneten elektromagnetischen
Antriebssystems der ersten Ausführungsform
entsprechend der vorliegenden Erfindung diskutiert werden.
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Wenn
der dieses elektromagnetische Antriebssystem nutzende Motor bzw.
die Maschine angehalten ist, gibt die Steuereinheit 40 kein
Stromsignal an irgendeine elektromagnetische Spule 31b, 32b irgendeines
Elektromagneten 31, 32. D. h., daß der Ventilschließelektromagnet 31 und
der Ventilöffnungselektromagnet 32 in
einen stromlosen bzw. nicht erregten Zustand gesetzt werden. Daher
wird der Magnetanker 30 aufgrund der Federn 28 und 33, wie
in 1 gezeigt, an der
neutralen Position des Freiraumes bzw. Abstandes S positioniert.
Weiterhin wird das Einlaßventil 23 in
eine neutrale Position in kleinem Abstand vom Ventilsitz 22a eingestellt.
Die Schwenknocke 46 wird aufgrund der Federkraft der Torsionsschraubenfeder 47 in
eine neutrale Position positioniert. Daher stehen der erste und
der zweite Anhebeteil 50c und 51c den Übertragungsoberflächen 45a bzw. 45b gegenüber, wobei
ein kleiner Spielraum zwischen ihnen besteht.
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Wenn
der Motor gestartet wird und ein Stromsignal von der Steuereinheit 40 an
die elektromagnetische Spule 32a des Ventilöffnungselektromagneten 32 abgegeben
wird, wird der Magnetanker 30, wie in 5 gezeigt, zum Ventilöffnungselektromagneten 32 hingezogen
und daher wird der Magnetanker 30 durch die Anziehungskraft
des Ventilöffnungselektromagneten 32 und
die Vorspannkraft der Ventilöffnungsfeder 33 nach
unten gezogen. Das Übertragungsglied 45 wird
durch die Führungsstange 38 nach
unten gedrückt
und das Schaftende 23b des Einlaßventils 23 wird auch
nach unten gedrückt.
Daher führt
das Einlaßventil 23 einen
Abwärtshub
gegen die Vorspannungskraft der Ventilschließfeder 28 aus, um
den runden Kopf 23a vom Ventilsitz 22a frei zu
geben.
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Auf
der anderen Seite wird, wenn das Stromsignal zur elektromagnetischen
Spule 31a des Spulenschließelektromagneten 31 abgegeben
wird, während
es nicht zur elektromagnetischen Spule 32a des Ventilöffnungselektromagneten 32 abgegeben
wird, der Magnetanker durch die Anziehungskraft des Ventilschließelektromagneten 31 und
die Federkraft der Ventilschließfeder 28 gegen
die Federkraft der Ventilöffnungsfeder 33 nach
oben gezogen. Diese Bewegung bzw. Aktion zieht das Übertragungsglied 45 nach
oben. Daher wird das Einlaßventil 23 durch
die Federkraft der Ventilschließfeder 28 nach
oben angehoben, um den runden Kopf 23a mit dem Ventilsitz 22a zur
Passung zu bringen.
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Während dieses
Ventilöffnungs-
und Schließzeitraumes
wird die Schwenknocke 46 um die Nockenträgerwelle 49 im
Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn in 1 verschwenkt. Genauer wird, wenn das Übertragungsglied 45 von
einem Ventilschließzustand
nach unten bewegt wird, um den runden Kopf 23a vom Ventilsitz 22a freizugeben,
die Schwenknocke 46 in 1 im
Uhrzeigersinn geschwenkt. D. h., daß während der ersten halben Periode
des Ventilöffnungshubes
vom geschlossenen Ventilzustand die zweite Nockenoberfläche 51 auf der
unteren inneren Übertragungsoberfläche 45b gleitet,
um das Übertragungsglied 45 aufgrund
der Vorspannkraft der Torsionsschraubenfeder 47 nach unten
zu drücken,
und während
einer zweiten Halbperiode des Ventilöffnungshubes gleitet die erste
Nockenoberfläche 50 auf
der oberen inneren Übertragungsoberfläche 45a ab,
um das Übertragungsglied 45 aufgrund
der Vorspannkraft der Torsionsschraubenfeder 47 nach oben
zu drücken.
Weiterhin wird, wenn das Übertragungsglied 45 nach
oben bewegt wird, um den runden Kopf 23a am Ventilsitz 22a passend
anzulegen, die Schwenknocke 46 in 1 im Gegenuhrzeigersinn 1 verschwenkt.
D. h., daß während einer
ersten Halbperiode des Ventilschließhubes vom Ventilöffnungszustand
die erste Nockenoberfläche 50 auf
der oberen inneren Übertragungsoberfläche 55 abgleitet,
um das Übertragungsglied 45 aufgrund
der Vorspannungskraft der Torsionsschraubenfeder 47 nach
1 oben zu drücken,
und während einer
zweiten Halbperiode des Ventilschließhubes gleitet die zweite Nockenoberfläche 51 auf
der unteren inneren Übertragungsoberfläche 45b,
um aufgrund der Vorspannungskraft der Torsionsschraubenfeder 47 das Übertragungsglied 45 nach
unten zu drücken.
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Diese
Arbeitsweise der Schwenknocke 46 bewegt das Einlaßventil 23 in
Bezug auf den Kurbelwellenwinkel so, wie es in 7A gezeigt ist. Insbesondere wird während eines
Zeitraumes nahe des völlig
geöffneten
Zustandes des Einlaßventils 23 und eines
Zeitraumes nahe dem völlig
geschlossenen Zustand des Einlaßventils 23 die
Hubgeschwindigkeit des Einlaßventils 23 aufgrund
der Operation der Schwenknocke 46 in Bezug auf das Übertragungsglied 45 vermindert
bzw. herabgesetzt, um in den Bereichen, die durch gepunktete Kreise
in 7A gezeigt sind,
einen puffernden Effekt durchzuführen.
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Wenn
das Einlaßventil 23 den
Einlaß 22 schließt, werden
die auf die Schwenk- bzw. Schwenknocke 46 wirkenden Vorspannkräfte der
Ventilöffnungs-
und der Ventilschließfeder 33 und 28 im Endstadium
(terminating period) des Ventilschließ- und Ventilöffnungshubes
generell Null bzw. sie verschwinden.
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D.
h., daß dann,
wenn das Einlaßventil 23 sich
bewegt, um den Einlaß 22 zu
schließen,
die Kontaktposition P der Schwenknocke 46 mit den Übertragungsoberflächen 45a und 45b von
dem zweiten Rampenteil 51b entsprechend dem Anheben bzw. Absenken
des Übertragungsgliedes 45 zum
kreisförmigen
Basisteil 51a bewegt wird. Daher nähert sich ein Kraftmoment,
das von der Ventilschließfeder 28 auf
die Schwenknocke 46 übertragen
wird, dem Wert Null an 4 und die von der Schwenknocke 46 an
die Führungsstange 38 und
den Magnetanker 30 abzugebende Federkraft nähert sich
Null an. Insbesondere nimmt, wenn das Einlaßventil 23 bewegt
wird, um den Einlaß 22 zu
schließen,
der Magnetanker 30 die Federreaktionskraft der Torsionsschraubenfeder 47 mit
der Federkraft der Ventilöffnungsfeder 33 derart auf,
daß die
in Richtung des Ventilschließelektromagneten 31 gerichtete
Kraft herabgesetzt wird. Daher wird die Hubgeschwindigkeit des Magnetankers 30 und
des Einlaßventils 23 im
Endstadium des Ventilschließhubes
effektiv bzw. wirkungsvoll gedämpft. Dieser
Dämpfungseffekt
wird auch im Endstadium des Ventilöffnungshubes sichergestellt.
Daher ist es möglich,
die radikale Bewegung des Magnetankers 30 mittels der Schwenknocke 46 inklusive
der ersten und zweiten Rampenteile 50b und 51b und
der ersten und zweiten kreisförmigen
Basisteile 50a und 51a mechanisch zu unterdrücken. Als
Folge fährt
das Einlaßventil 23 eine
Operationscharakteristik bzw. Arbeitsweise durch, die eine glatte
bzw. sanfte und langsame Charakteristik im abschließenden Zeitintervall
bzw. in der Endphase des Ventilöffnungs-
und Ventilschließhubes
ausführt.
Mit anderen Worten wird die Schwenknocke 46 durch die Ventilöffnungs- und
Ventilschließfeder 33 und 28 und
die Anziehungskraft der Elektromagneten 31 und 32 verschwenkt,
und das durch diese Schwenkung der Schwenknocke 46 verursachte
Drehmoment bewirkt, daß die
Hubgeschwindigkeit des Einlaßventils 23 und
des Magnetankers 30 herabgesetzt bzw. vermindert wird.
Daher wird der Dämpfungseffekt
im abschließenden
Zeitraum des Ventilöffnungs-
und Ventilschließhubes
sichergestellt. Weiterhin wird die synthetische bzw. zusammengesetzte
Kraft der auf den Magnetanker 30 durch die Ventilschließ- und Ventilöffnungsfeder 28 und 33 und
die Torsionsschraubenfeder 47 ausgeübten Federkraft an einer Position nahe
der obersten Position des Magnetankers 30 und einer Position
nahe der untersten Position des Magnetankers 30, wie in 7B gezeigt, radikal bzw. stark
vergrößert. Daher
funktioniert diese Charakteristik bzw. dieses Merkmal wirksam als
eine dämpfende
Kraft auf das Einlaßventil 23 im
abschließenden
Zeitraum von jeder Ventilöffnungs-
und Ventilschließperiode.
Entsprechend stellt das Einlaßventil 23 eine
stabile Dämpfungsfunktion
sicher, wie es durch die gepunkteten Kreise von 7A gezeigt ist. Als ein Ergebnis funktioniert
diese Anordnung so, daß ein
starker bzw. radikaler Aufprall zwischen dem runden Kopf 23a und
dem Ventilsitz 22a und zwischen dem Magnetanker 30 und
jedem der Elektromagneten 31 und 32 sicher (firmly)
verhindert wird und daß dadurch
die Erzeugung von Geräuschen, Abrieb
und Brüchen
verhindert wird.
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Weiterhin
werden, wenn der Magnetanker 30 in der tiefsten Position
und der höchsten
Position angeordnet ist, die geringfügigen Zwischenräume Go und
Gc zwischen dem Magnetanker 30 und dem Elektromagneten 31 und 32 zuverlässig bereitgestellt,
wie es in 5 und 6 gezeigt ist. Ein Aufprall zwischen
dem Magnetanker 30 und dem Elektromagneten 31 und 32 wird
weiterhin zuverlässig
verhindert.
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Bei
dieser ersten Ausführungsform
werden der elektromagnetische Antriebsmechanismus 24 und
das Einlaßventil 23 separat
bereitgestellt. Daher ist, wenn das Übertragungsglied 45 das
Einlaßventil 23 nicht
drückt,
d. h. wenn zwischen dem unteren Endabschnitt 38b der Führungsstange 38 und
dem Schaftende 23b ein kleiner Zwischenraum gebildet ist,
das Einlaßventil 23 stabil
und mittels der Ventilschließfeder 28 zuverlässig in
Schließrichtung
vorgespannt. Dies stellt eine abdichtende Passung zwischen dem runden
Kopf 23a und dem Ventilsitz 23a sicher.
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Weiterhin
ist die Anordnung des Einlaßventils 23 und
der Ventilschließfeder 28 im
wesentlichen die gleiche wie diejenige eines konventionellen Ventilmechanismus
vom Nockenwellentyp. Daher ist es möglich, das elektromagnetische
Ventilantriebssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung leicht am Zylinderkopf 21 anzubringen. Weiterhin
ist es möglich, den
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 24 und den Dämpfermechanismus 25 in
das Gehäuse 29 einzubauen
oder vorher den elektromagnetischen Antriebsmechanismus 24 und
den Dämpfermechanismus 25 zu
einer Einheit zusammenzubauen und die Einheit am Gehäuse 29 einzubauen.
Dies vereinfacht die konventionellen und schwierigen bzw. delikaten
Zusammenbauschritte am Zylinderkopf 21 und verbessert die
Zusammenbaufähigkeit
dieses Systems mit dem Motor.
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In
Bezug auf 8 bis 11 ist dort eine zweite Ausführungsform
des elektromagnetischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt.
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Die
zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in einer Struktur des
Dämpfermechanismus 25 und in
einer Struktur des Übertragungsgliedes 55.
Weiterhin verwendet das elektromagnetische Antriebssystem der zweiten Ausführungsform
zwei Schwenknocken, nämlich eine
erste Schwenknocke 56 zur Öffnung des Einlaßventils 23 und
eine zweite Schwenknocke 57 zum Schließen des Einlaßventils 23.
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D.
h., daß das Übertragungsglied 55 in
einer Scheibenform ausgebildet ist und ein Mittelabschnitt des Übertragungsgliedes 55 ist
mit einem unteren Endabschnitt 38b der Führungsstange 38 verbunden.
Die Führungsstange 38 ist
derart angeordnet, daß ihre
Achse x0 gegen eine Achse Y des Ventilschaftes 23b zur
rechten Seite hin um einen vorbestimmten Abstand Z wie in 8 gezeigt versetzt ist.
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Die
erste Schwenknocke 56 hat eine bogenförmige Form, wie in 8 und 9 gezeigt. Die erste Schwenknocke 56 setzt
sich zusammen aus einem Basisendabschnitt 56a, der mit
dem Hauptkörper 29a verbunden
ist, und einem Schwenkendabschnitt 56b in Kontakt mit dem
Schaftende 23d. Der Basisendabschnitt 56a wird
schwenkbar durch eine erste Nockenträgerwelle bzw. Nockenträgerwelle 58 getragen,
die an Lagerabschnitten (boss portions) 29c des Hauptkörpers 29a befestigt
ist. Eine bogenförmige untere
Oberfläche
des Schwenkendabschnitts 56b ist in Kontakt mit dem Schaftende 23d des
Einlaßventils 23.
Weiterhin funktioniert eine bogenförmige obere Oberfläche des
ersten Schwenknockens 56 als eine erste Nockenoberfläche 59.
Die erste Nockenoberfläche 59 umfaßt einen
Basisteil 59a nahe dem Basisendabschnitt 56a,
einen stetig mit dem Basisteil 59a verlaufenden ersten
Rampenteil 59b, und einem ersten Abhebeabschnitt 59c nahe
dem Schwenkendabschnitt 56b. Die erste Nockenoberfläche 59 steht
in Kontakt mit einer unteren Oberfläche (erste Übertragungsoberfläche) 55a des Übertragungsgliedes 55.
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Die
zweite Schwenknocke 57 ist an einer Aufwärtsposition
bzw. oberen Position des Übertragungsgliedes 45 angeordnet
und hat eine Bogenform, wie es in den 8 und 9 gezeigt ist. Die zweite Schwenknocke 57 wird
schwenkbar durch eine Nockenträgerwelle 60 getragen,
die an Lagerabschnitten 29d des Hauptkörpers 29a befestigt
ist. Die zweite Schwenknocke 57 setzt sich aus einem in
zwei Arme geteilten ersten Endabschnitt 57a und einem zweiten
Endabschnitt 57c in Kontakt mit einem Vorspannmechanismus 61 zusammen.
Der erste Endabschnitt 57a hat ein Paar von Armen, die
zwischen sich eine Eindringnut 57b definieren. Eine untere Oberfläche des
ersten Endabschnitts 57a funktioniert als eine zweite Nockenoberfläche 62,
die einen Basisteil 62a nahe einem Zentrum der zweiten
Schwenknocke 57 und einen zweiten Rampenteil 62b kontinuierlich
mit dem Basisteil 62a und einem Anhebeteil 62c kontinuierlich
mit dem Rampenteil 62b und nahe dem spitzen Ende des ersten
Endabschnitts 57a umfaßt.
Die zweite Nockenoberfläche 62 steht
in Kontakt mit einer oberen Oberfläche (zweite Übertragungsoberfläche) 55b des Übertragungsgliedes 55.
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Der
Vorspannmechanismus 61 setzt sich aus einem vertikal an
einem inneren Abschnitt des Hauptkörpers 29a vorgesehenen
Zylinder 63, einem in dem Zylinder 63 angeordneten
Stößel 64 und
einer den Stößel 64 nach
oben in den Zylinder 63 vorspannenden Feder 65 zusammen.
Der Stößel 64 ist
im Zylinder 63 vertikal beweglich, während er die Aufwärts gerichtete
Vorspannung der Feder 65 aufnimmt. Daher steht eine untere
Endoberfläche
des zweiten Endabschnitts 57c elastisch in Kontakt mit
einer oberen Oberfläche 64a des
Stößels 64.
D. h., daß die
Feder 65 so funktioniert, daß sie die zweite Übertragungsoberfläche 55b des Übertragungsgliedes 55 mittels der
zweiten Nockenoberfläche 62 der
zweiten Schwenknocke 62 abwärts drückt. Ein Luftloch 63a ist
an einer Bodenwandung des Zylinders 63 ausgebildet, damit
der Stößel 64 glatt
gleitet.
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Mit
Bezug auf 14A und 14B wird das Kräftegleichgewicht
zwischen den anziehenden Kräften
der Elektromagneten 31 und 32 und der Federkräfte der
Feder 28 und 33 während des Ventilöffnungs-
und Ventilschließzeitraumes
diskutiert werden.
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In 14A und 14B bezeichnet eine horizontale Achse
eine Verschiebung bzw. Auslenkung des Magnetankers 30.
Die Verschiebung des Magnetankers 30 hängt von der Anordnung der ersten Nockenoberfläche 59 derart
ab, daß sie
ungefähr
die Hälfte
der Anhebeverschiebung des Einlaßventils 23 beträgt. Daher
wird die an das Einlaßventil 23 zu übertragende
Anziehungskraft der beiden Elektromagneten 31 und 32 durch
die Hebelwirkung (leverage) der ersten Schwenknocke 56 um
ungefähr
die Hälfte verkleinert.
Im Gegensatz dazu wird es durch Erniedrigung der Verschiebung des
Magnetankers 30 auf die Hälfte möglich, die elektromagnetische
Anziehungskraft derart, beispielsweise um das Vierfache, zu erhöhen, weil
die Charakteristik der elektromagnetischen Anziehungskraft sich
so verhält,
daß die elektromagnetische
Anziehungskraft von jedem der Elektromagneten 31 und 32 im
umgekehrten Verhältnis
zum Quadrat des Abstandes zwischen dem Magnetanker 30 und
jedem Kein 31a, 32a von jedem der Elektromagneten 31, 32 steht.
Entsprechend ist es möglich,
die Elektromagnete 31 und 32 durch Erniedrigung
des Hubausmaßes
des Magnetankers 30 mittels der Hebelwirkung der Schwenknocke 56 effektiv zu
nutzen.
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Mit
einer derartig angeordneten zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Magnetanker 30, wenn die Maschine angehalten ist,
aufgrund des relativen Gleichgewichtes der Federn 28 und 33 an
einer neutralen Position des Zwischenraumes zwischen den Elektromagneten 31 und 32 positioniert.
Daher ist unter diesen Bedingungen mit angehaltener Maschine das
Einlaßventil 23 an
einer neutralen Position geringfügig
mit Abstand vom Ventilsitz 22a positioniert. Zu dieser
Zeit ist die erste Schwenknocke 56 derart positioniert,
daß die
erste Nockenoberfläche 59 in
Kontakt mit der ersten Übertragungsoberfläche 55a des Übertragungsgliedes 55 ist,
und der obere Endabschnitt 56b steht in Kontakt mit dem
Schaftende 23d. Weiterhin ist die zweite Schwenknocke 57 derart
positioniert, daß die
zweite Übertragungsoberfläche 62 aufgrund
der Federkraft der Feder 65 in Kontakt mit der zweiten Übertragungsoberfläche 55b des Übertragungsgliedes 55 steht.
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Wenn
der Motor gestartet wird und wenn der Magnetanker 30 durch
die Federkraft der Ventilöffnungsfeder 33 und
den Ventilöffnungselektromagneten 32 wie
in 12 gezeigt abwärts bewegt
wird, wird die erste Schwenknocke 56 in 12 gemäß der Absenkung der Führungsstange 38 und
des Übertragungsgliedes 45 im
Uhrzeigersinn verschwenkt. Diese Verschwenkung im Uhrzeigersinn der
ersten Schwenknocke 56 drückt das Schaftende 23d durch
den oberen Endabschnitt 56b zur Öffnung des Einlaßventils 23 nach
unten. In diesem Moment wird die erste Nockenoberfläche 59 auf
der ersten Übertragungsoberfläche 55a bewegt,
während
sie ihre Kontaktposition P von dem ersten Rampenteil 59b zum
Basisteil 59a verändert.
Durch diese Bewegung der Kontaktposition P vom ersten Rampenteil 59b zum
Basisteil 59a wird der Dämpfungseffekt im abschließenden Zeitraum
des Ventilöffnungshubes des
Magnetankers 30 und des Einlaßventils 23 sichergestellt.
D. h., daß im
abschließenden
Zeitraum des Ventilöffnungshubes
die Kontaktposition P der ersten Nockenoberfläche 59 sehr nahe bei
der ersten Nockenträgerwelle 58 ist.
Daher ist während
dieses abschließenden
Zeitraumes der Magnetanker 30 generell durch das Übertragungsglied 55 an
der ersten Nockenträgerwelle 58 abgestützt. Dies
bewirkt eine Unterdrückung
der radikalen Absenkung des Magnetankers 30 im abschließenden Zeitraum
der Ventilöffnung
und schafft in diesem Zeitraum einen langsamen Hub.
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Auf
der anderen Seite wird, wenn das Einlaßventil 23 geschlossen
ist, d. h. wenn der Magnetanker 30 durch die Federkraft
der Ventilschließfeder 28 und
die Anziehungskraft des Ventilschließelektromagneten 31 wie
in 13 nach oben erhoben
ist, die erste Schwenknocke 56 gegen den Uhrzeigersinn
in 13 entsprechend dem
Anheben des Übertragungsgliedes 55 verschwenkt.
Weiterhin wird die zweite Schwenknocke 57 im Uhrzeigersinn
gegen die Vorspannkraft der Feder 65 verschwenkt.
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In
diesem Zeitraum wird die zweite Nockenoberfläche 62 auf der zweiten Übertragungsoberfläche 55b vom
zweiten Anhebeteil 62c zum Basisteil 62a bewegt.
Durch diese Bewegung wird die Anhebekraft des Einlaßventils 23 im
abschließenden
Zeitraum generell an der zweiten Nockenträgerwelle 60 abgestützt. Daher
wird der Dämpfereffekt
im Endstadium bzw. abschließenden
Zeitraum des Ventilschließhubes
des Magnetankers 30 und des Einlaßventils 23 sichergestellt.
D. h., daß im
abschließenden
Zeitraum des Ventilschließhubes
die Federkraft der Feder 65 so funktioniert, daß sie den
Magnetanker 30 durch die zweite Schwenknocke 57 und
die zweite Übertragungsoberfläche 55b wie
in 14B gezeigt nach
unten drückt.
Als Folge wird die dämpfende Kraft
im abschließenden
Zeitraum des Ventilschließhubes
in geeigneter Weise auf den Magnetanker 30 wirken.
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Mit
der derart angeordneten zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
die Hubgeschwindigkeit in einem abschließenden Zeitraum des Ventilöffnungshubes
und einem abschließenden
Zeitraum des Ventilschließhubes
mittels der Nockenoberfläche 59 und 62 und
der Feder 65 wie in 14A gezeigt
zu erniedrigen. Dies bewirkt, daß verhindert wird, daß der Magnetanker 30 auf
die Elektromagnete 31 und 32 aufprallt und daß verhindert
wird, daß das
Einlaßventil 23 auf
dem Ventilsitz 22a aufprallt, und daher werden die durch diesen
Aufprall verursachten Geräusche
und der Verschleiß verhindert.
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In
Bezug auf 15 und 17 ist dort eine dritte Ausführungsform
des elektromagnetischen Antriebssystems der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Die Anordnungen des ersten Übertragungsgliedes 45 und
der ersten Schwenknocke 56 sind generell gleich mit denen
der zweiten Ausführungsform.
Eine zweiter Führungsstange 80,
ein zweites Übertragungsglied 84 und
eine zweite Schwenknocke 57 sind in einem am oberen Abschnitt
des Gehäuses 29 angeordneten
zweiten Gehäuse 82 angeordnet.
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Das
zweite Gehäuse 82 mit
zylindrischer Form ist an einem oberen Abschnitt des Gehäuses 29 mittels
Schrauben 81a befestigt. Eine scheibenförmige Abdeckwand 87 ist
am oberen Endabschnitt des zweiten Gehäuses 82 mittels Schrauben 81b befestigt.
Eine Trägerwandung 89 in
Form einer dicken Scheibe ist integral an einer inneren Wandung
des zweiten Gehäuses 82 angeordnet.
Ein Durchgangsloch ist vertikal an der Trägerwandung 89 ausgebildet.
Ein Vorspannmechanismus 86 ist in dem Durchgangsloch der
Trägerwandung 89 installiert.
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Die
zweite Führungsstange 80 ist
verschiebbar in einer in einem Mittenloch der Abdeckung 37 installierten
zylindrischen Wandung 37a installiert. Ein unterer Endabschnitt 80a der
zweiten Führungsstange 80 steht
in Druckkontakt mit dem oberen Endabschnitt 38a der ersten
Führungsstange 38.
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Ein
zweites Übertragungsglied 84 mit
Scheibenform ist integral mit einem oberen Endabschnitt der zweiten
Führungsstange 80 verbunden.
Eine zweite Übertragungsoberfläche 84a ist
an einer oberen Oberfläche
des zweiten Übertragungsgliedes 84 ausgebildet.
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Die
zweite Schwenknocke 85 ist generell tropfenförmig und
wird schwenkbar von einer zweiten Nockenträgerwelle 91 getragen.
Die zweite Nockenträgerwelle
ist an einem Paar von Klammern 90, 90 befestigt,
die integral an einer unteren Oberfläche der Abdeckwandung 87,
wie in 18 gezeigt, ausgebildet
sind. Eine bogenförmige
zweiten Nockenoberfläche 88 der
zweiten Schwenknocke 85 steht in Kontakt mit der zweiten Übertragungsoberfläche 84a des zweiten Übertragungsgliedes 84.
Weiterhin hat die zweite Schwenknocke 85 einen Hebelabschnitt 92, der
sich von einem Abschnitt nahe der zweiten Nockenträgerwelle 91 in
Richtung zur linken Seite in 15 erstreckt.
Ein oberer Endabschnitt des Hebels 96 steht in Kontakt
mit dem Vorspannmechanismus 86.
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Der
Vorspannmechanismus 86 weist ein kappenförmiges Körperglied 93 auf,
das mit Preßpassung
in das Durchgangsloch der Tragewandung 89 eingepaßt ist,
einen verschiebbar in dem Körperglied 93 angebrachten
Stößel 94 und
eine den Stößel nach
oben vorspannende Schraubenfeder 95. Der Stößel 94 hat
einen sphärischen
bzw. kugelförmigen Kopf 94a,
der in Kontakt mit dem Hebelabschnitt 92 der zweiten Schwenknocke 85 steht.
Die zweite Schwenknocke 85 wird immer durch den Stößel 94 so
gedrückt,
daß sie
in 15 im Uhrzeigersinn
verschwenkt wird. Genauer steht die zweite Nockenoberfläche 88 aufgrund
des Vorspannmechanismus 86 in elastischem Kontakt mit der
zweiten Übertragungsoberfläche 84a des
zweiten Übertragungsgliedes 84 und
daher ist auch die Führungsstange 80 elastisch
in Kontakt mit einem oberen Endabschnitt der ersten Führungsstange 80.
Die Schraubenfeder 95 ist so angeordnet, daß sie eine
kleine Federkraft erzeugt.
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Mit
dem derart angeordneten elektromagnetischen Antriebssystemen der
dritten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Magnetanker, wenn der Motor angehalten ist, aufgrund des
Gleichgewichtes der Federkräfte
der Federn 28 und 33 wie in 15 gezeigt an einer neutralen Position
des Zwischenraumes 5 zwischen dem Elektromagneten 31 und 32 gehalten.
Daher wird auch das Einlaßventil 23 in
einer neutralen Position mit geringfügigem Abstand vom Ventilsitz 22a gehalten.
In diesem Moment steht aufgrund des Vorspannmechanismus 86 ein
oberer Endabschnitt der zweiten Nockenoberfläche 88 der zweiten
Schwenknocke 85 in elastischem Kontakt mit der zweiten Übertragungsoberfläche 84a des
zweiten Übertragungsgliedes 84.
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Wenn
der Motor angelassen ist und wenn das Einlaßventil 23 durch die
Federkraft der Ventilöffnungsfeder 33 und
die Anziehungskraft des Elektromagneten 32 wie in 19 gezeigt abgesenkt wird, wird
der Stößel 94 durch
die Federkraft der Schraubenfeder 95 nach oben bewegt und
daher wird die zweite Schwenknocke 85 in 19 durch den Hebelabschnitt 92 im
Uhrzeigersinn gedreht. Daher drückt die
zweite Nockenoberfläche 88 das
zweiten Übertragungsglied 84 nach
unten, während
sich die Kontaktposition P in Bezug auf die zweite Übertragungsoberfläche 84a ändert. Dies
ermöglicht
es der zweiten Führungsstange 80,
als Folge der Abwärtsbewegung
der ersten Führungsstange 38 gleitend
abgesenkt zu werden. Während
dieses Ventilöffnungszeitraumes
führt die
Charakteristik des Ventilöffnungshubes
im abschließenden
Zeitabschnitt aufgrund der speziellen Funktion der ersten Schwenknocke 56 wie bei
der zweiten Ausführungsform
erwähnt,
eine langsame und glatte Charakteristik aus.
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Auf
der anderen Seite wird, wenn das Einlaßventil 23 geschlossen
wird, das Einlaßventil 23 im wesentlichen
aufgrund der Anziehungskraft des Ventilschließelektromagneten 31 und
der Federkraft der Ventilschließfeder 28 nach
oben gehoben. Entsprechend dem Anheben des Magnetankers 30 und
des Einlaßventils 23 wird
auch die zweite Führungsstange 80 derart
nach oben bewegt, daß die
zweite Nockenoberfläche 88 der
zweiten Schwenknocke 85 sich auf der zweiten Übertragungsoberfläche 84a des
zweiten Übertragungsgliedes 84 bewegt,
während
sie in Kontakt mit der zweiten Übertragungsoberfläche 84a steht.
Daher verändert
sich die Kontaktposition P der zweiten Schwenknocke 85 in
Bezug auf die zweite Übertragungsoberfläche 84a vom in 19 gezeigten Anhebeteil 88c durch
den Rampenteil 88b zum in 20 gezeigten
Basisteil 88a. Weil die Kontaktposition P im abschließenden Zeitraum
des Ventilschließhubes
sehr nahe an der zweiten Nockenträgerwelle 91 ist, wird
das Einlaßventil 23 in
diesem Endstadium generell durch die zweite Nockenträgerwelle 91 durch
die erste Schwenknocke 46, die erste Führungsstange 38 und
die zweite Führungsstange 80 getragen
bzw. abgestützt.
Durch diese Anordnung und die Federkraft der Schraubenfeder 95 wird
ein plötzliches
bzw, starkes oder radikales Anheben des Einlaßventils 23 in diesem
Endstadium des Ventilschließzeitraumes
weiter unterdrückt. Das
bewirkt, daß ein
Aufprall zwischen dem runden Kopf 23a des Einlaßventils 23 und
dem Ventilssitz 22a verhindert wird. Als ein Ergebnis werden
Geräusche
und Abrieb bzw. Verschleiß aufgrund
dieses Aufpralles wirkungsvoll verhindert.
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Mit
Bezug auf 21 und 22 ist dort eine vierte Ausführungsform
des elektromagnetischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die vierte Ausführungsform
ist im wesentlichen auf Basis der Struktur der ersten Ausführungsform
angeordnet. Zusätzlich
zur Struktur der ersten Ausführungsform
ist ein Spieleinsteller (lash-adjuster) 96 neben dem Dämpfermechanismus 25 zur
Einstellung eines Ventilspiels C zwischen dem unteren Endabschnitt 38b der
Führungsstange 38 und
dem Schaftende 23d des Ventilschaftes 23b auf
Null vorgesehen, während
sich das Einlaßventil 23 schließt.
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Genauer
wird die Abdeckung 29b des Gehäuses 29 bei dieser
vierten Ausführungsform
nicht verwendet, und das Gehäuse 29 besteht
nur aus dem Hauptkörper 29a.
Ein Lager- bzw. Augenabschnitt 29c ist an dem linken Seitenabschnitt
des Hauptkörpers 29a wie
in 21 gezeigt vorgesehen. Der
Lagerabschnitt 29c hat ein in die Abwärtsrichtung geöffnetes
Träger-
bzw. Abstützloch 29d.
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Ein
Gleitglied bzw. Gleitstück
(slide member) 97 mit Tassenform ist vertikal verschiebbar
im Abstützloch 29e des
Gehäuses 29 installiert.
Ein zylindrischer Führungsabschnitt 39 ist
integral mit dem Mittelabschnitt einer scheibenförmigen oberen Wandung 97a des
Gleitgliedes 97 verbunden und er ist an einer Zylinderwandung 36b des
zylindrischen Halters 36 durch Einsetzen des zylindrischen
Führungsabschnittes 39 in
die Zylinderwandung 36b fixiert. Die Befestigungsverbindung
setzt den zylindrischen Halter 36 fest auf das Gleitstück 97.
Daher sind der Magnetanker 30, die Elektromagneten 31 und 32,
die Ventilöffnungsfeder 33 und
der Dämpfermechanismus 25 durch
das Gleitstück 97 und
den zylindrischen Halter 36 integral miteinander verbunden
und werden vertikal durch den Hauptkörper 29a bewegt. Weiterhin
sind Lagerabschnitte 97b zur Abstützung einer Nockenträgerwelle 49 der
Schwenknocke 46 integral mit dem Gleitstück 97 ausgebil det.
Die Lagerabschnitte 97b sind an einer inneren Wandungsoberfläche 29e des
Gleitstücks 97 gebildet
und stützen beide
Endabschnitte der Nockenträgerwelle 49 ab. Weiterhin
ist ein Vorsprungsabschnitt 98 integral mit dem äußeren und
unteren Endabschnitt des Gleitstücks 97 verbunden.
Der Vorsprungsabschnitt 98 steht horizontal von dem äußeren und
unteren Endabschnitt des Gleitstückes 97 in
Richtung auf den Spieleinsteller 96 vor und steht in Kontakt
mit einem unteren Endabschnitt des Spieleinstellers 96.
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Der
Spieleinsteller 96 hat einen Stößel 99, ein zylindrisches
Glied 100, eine Reservoirkammer 102, eine Hochdruckkammer 103 und
ein Rückschlagventil 105.
Der Stößel 99 ist
im Trägerloch 28d so
angeordnet, daß er
darin in vertikaler Richtung verschiebbar ist. Das zylindrische
Glied 100 ist im Stößel 99 verschiebbar
angeordnet. Die Reservoirkammer 102 und die Hochdruckkammer 103 sind
innerhalb des Stößels 99 gebildet
und sind durch eine Trennwand 101 des Zylindergliedes 100 voneinander getrennt.
Ein Kommunikations- bzw. Verbindungsloch 104 ist in der
Trennwand 101 ausgebildet und das Rückschlagventil. 105 ist
an dem Verbindungsloch 104 installiert, um es dem Arbeitsfluid
zu ermöglichen,
von der Reservoirkammer 102 in die Hochdruckkammer 103 zu
fließen.
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Genauer
ist der Stößel 99 derart
angeordnet, daß sein
mittlerer Vorsprungsabschnitt 99a in Kontakt mit einer
oberen Oberfläche
des Vorsprungsabschnitts 98 und daß ein Vorsprung 99b des
mittleren Vorsprungsabschnitts 99a in Eingriff mit einem
Loch 44a des Vorsprungsabschnitts 98 steht. Das
bewirkt, daß verhindert
wird, daß das
Gleitstück
oder Rutschglied (slid member) 97 und der zylindrische
Halter 36 sich frei drehen. Eine Ringnut 106 ist
zwischen einem oberen Rand des Stößels 99 und einem
Boden des Trägerloches 29b vorgesehen.
Eine Abdeckung 107 ist locker angepaßt und an einer oberen Öffnung des Zylindergliedes 100 befestigt.
Ein Hydraulikdurchlaß 108 ist
an einem oberen Rand des Zylindergliedes 100 gerade unterhalb
der Abdeckung 107 vorgesehen, um eine Verbindung zwischen
der Ringnut 106 und der Reservoirkammer 102 zu
schaffen. Das Zylinderglied 100 ist in Aufwärtsrichtung
durch eine in der Hochdruckkammer 103 installierte Feder
vorgespannt.
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Die
Reservoirkammer 102 ist dazu angeordnet, Arbeitsöl von einem
Hydraulikdurchlaß 109 im Zylinderkopf 21 durch
ein Hydraulikloch 110 in den Lagerabschnitt 29c,
die Ringnut 106 und den Hydraulikdurchlaß 108 aufzunehmen.
Das Rückschlagventil 105 ist
mit einer Rückschlagkugel
und einer Rückschlagventilfeder
versehen, die das Rückschlagventil
zum Verbindungsloch 104 vorspannt. Ein Luftablaßloch 111 zur
Sicherstellung einer Gleitbewegung des Stößels 49 und des Zylindergliedes 100 ist
an einem Oberabschnitt des Lagerabschnitts 29c gebildet.
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Mit
dem derart angeordneten elektromagnetischen Antriebssystem der vierten
Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wenn der Motor angehalten ist, der Magnetanker 30 aufgrund des
Gleichgewichtes der Federkräfte
der Federn 28 und 33 und des Ausgeschaltet seins
beider Elektromagnete 31 und 32, wie in 21 gezeigt, in einer neutralen
Position des Freiraumes S zwischen den Elektromagneten 31 und 32 gehalten.
Daher ist das Einlaßventil 23 auch
in einer neutralen Position mit geringfügigem Abstand vom Ventilsitz 22a gehalten. In
diesem Zeitpunkt drückt
die Ventilöffnungsfeder 33 das
Gleitstück 97 durch
den zylindrischen Halter 36 nach oben und daher übt der Vorsprungsabschnitt 98 eine
nach oben drückende
Kraft auf den Stößel 99 und
den Spieleinsteller 96 aus. Wenn jedoch der Motor geradeangehalten
wurde, wird das Arbeitsöl durch
die Ventilkugel des Rückschlagventils 105 abgedichtet
in der Hochdruckkammer 103 gehalten. Daher wird dadurch
die Aufwärtsbewegung
des Stößels 99 begrenzt
und die Aufwärtsbewegung
des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 24 wird auch
begrenzt. Danach wird das in der Hochdruckkammer 103 gehaltene
Arbeitsöl
langsam entsprechend der seit dem Motorstop verstrichenen Zeit abgelassen
und daher werden der Stößel 99 und
der elektromagnetische Antriebsmechanismus 24 entsprechend dem
Abfluß von
Arbeitsöl
aus der Hochdruckkammer 103 nach oben gehoben. Daher nähert sich
das Einlaßventil 23 dem
Ventilsitz 22a von einer in 21 gezeigten
Position leicht an und der Magnetanker 30 nähert sich
leicht dem Elektromagneten 32 an.
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Danach
wird, wenn der Elektromagnet 32 entsprechend dem Start
des Motors erregt wird, der Magnetanker 30 zum Elektromagneten 32 hingezogen
und wird durch die Ventilöffnungsfeder 33 abwärtsgedrückt. Wenn
die Kontaktposition der Schwenknocke 96 in Bezug auf die
erste Übertragungsoberfläche 45a vom
ersten Rampenteil 50b zum Basiskreisteil 50a bewegt
wird, wird die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung erniedrigt. Als ein
Ergebnis wird der Aufprall zwischen dem Magnetanker 30 und
dem Ventilöffnungselektromagneten 32 verhindert.
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Daher
wirkt durch die Bewegung der Schwenknocke 46 vom ersten
Rampenteil 50b zum kreisförmigen Basisteil 50a die
Druckkraft der Ventilschließfeder 28 auf
dem Dämpfermechanismus 25 angewendet,
um den Stößel 99 durch
den vorspringenden Abschnitt 98 zu drücken. Jedoch wird zu dieser
Zeit ein hoher Druck in der Hochdruckkammer 103 aufrecht
erhalten, um die Aufwärtsbewegung des
Gleitstückes 97 zu
begrenzen. Daher wird das Einlaßventil 23 in
einem geöffneten
Zustand gehalten.
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Auf
der anderen Seite wird, wenn das Einlaßventil 23 geschlossen
ist, der Magnetanker 30 durch den Ventilschließelektromagneten 31 angezogen und
gleichzeitig wird das Einlaßventil 23 durch
die Federkraft der Ventilschließfeder 28 so
angehoben, daß es
auf den Ventilsitz 22a gesetzt wird.
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In
diesem Fall wirkt, weil die Anziehungskraft des Ventilschließelektromagneten 31 durch
die Federkraft der Ventilöffnungsfeder 33 aufgehoben
wird, keine vertikale Kraft auf das Gleitstück 97. Daher wird das
Gleitstück 97 durch
die Druckkraft aufgrund der Federkraft des Spieleinstellers 96 und
die Hydraulikkraft der Hochdruckkammer 103 durch den vorspringenden
Abschnitt 98 nach unten gedrückt. Weiterhin wird der untere
Rand 38b der Führungsstange 38 durch
den oberen Endabschnitt 23d des Einlaßventils 23 nach oben
gedrückt,
um das Spiel C zwischen ihnen auf Null einzustellen. Dies verhindert
einen Aufprall zwischen dem runden Kopf 23a des Einlaßventils 23 und
dem Ventilsitz 22a. Als ein Ergebnis werden durch diesen
Aufprall erzeugte Geräusche und
Verschleiß wirksam
verhindert.
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Weil
zu dieser Zeit weiterhin der Basiskreisabschnitt 51a der
zweiten Nockenoberfläche 51 in Kontakt
mit der zweiten Übertragungsoberfläche 55b steht,
wird der Aufprall zwischen dem Ventilschließelektromagneten 31 und
dem Magnetanker 30 vermieden und der Magnetanker 30 ist
in der Nähe
des Ventilschließelektromagneten 31 angeordnet,
wobei ein Spalt gegeben ist, bei dem der Ventilschließelektromagnet 31 eine
elektromagnetische Anziehungskraft erzeugen kann, die größer ist
als die Federkraft der Ventilöffnungsfeder 33.
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Weil
die Positionen der Führungsstange 38 und
des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 24 im Ventilschließzustand
durch den Spieleinsteller 96 automatisch eingestellt werden,
sogar wenn die thermische Ausdehnung des Einlaßventils 23 und ein Verschleiß bzw. Abrieb
des Ventilsitzes 22a erzeugt werden, wird das Einlaßventil 23 richtig
geöffnet
und geschlossen, während
ein Aufprall mit dem Ventilsitz 22a vermieden wird. Genauer
ist es, weil das elektromagnetische Antriebssystem der vierten Ausführungsform
so angeordnet ist, daß das
Spiel C zwischen dem oberen Endabschnitt 23d des Ventilschaftes 23b und
dem unteren Rand 38b der Führungsstange 38 bei
Null gehalten wird, möglich, durch
den Aufprall zwischen dem Ventilschaft 23b und dem der
Führungsstange 38 verursachte
Geräusche
zu verhindern.
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Weiterhin
ist der Spieleinsteller 96 an einer Position angeordnet,
die nicht koaxial mit dem Einlaßventil 23 und
der Führungsstange 38 und
parallel mit der Führungsstange 38 ist,
so daß ein
Ineinandergreifen mit dem Einlaßventil 23 nicht
gegeben ist. Daher ist es möglich,
die Funktion bzw. Wirkungsweise des Spieleinstellers 96 ohne
Vergrößerung der
Trägheitsmasse
des Einlaßventils 23 und
des Ankersystemes stabil und zuverlässig sicherzustellen. Weiterhin
wird dadurch, daß der
Spieleinsteller 96 so angeordnet ist, daß er nicht
mit dem Einlaßventil 23 ineinander
greift, die Erzeugung von Gleitwiderstand bzw. Reibungswiderstand
aufgrund von Abrieb am äußeren Rand
des Spieleinstellers 96 verhindert.
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Weil
der Spieleinsteller 96 parallel zum Dämpfermechanismus 25 angeordnet
ist, ist es weiterhin möglich
zu unterdrücken,
daß dieses
System eine hohe Bauhöhe
bekommt, so daß es
seine Kompaktheit behält.
Dies erhält
die Installationsfähigkeit eines
mit diesem System ausgerüsteten
Motors an einem Fahrzeug.
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Zusätzlich ist
das elektromagnetische Antriebssystem der vierten Ausführungsform
so angeordnet, daß der
Magnetanker 30, die Elektromagneten 31 und 32 des
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 24 und das Übertragungsglied 45 und
der Schwenknocken 46 des Dämpfermechanismus 25 ineinandergreifen
und als integrale Einheit verbunden sind, um diese vereinigten Elemente
insgesamt bzw, integral vertikal zu bewegen. Daher wird es möglich, das
Spiel C unter Aufrechterhaltung des Eingriffes zwischen dem Dämpfermechanismus 25 und
dem elektromagnetischen Antriebsmechanismus 24 mit dem
Magnetanker 30 und dem Elektromagneten 31 und 32 auf
Null einzustellen. Entsprechend wird es möglich, das Ventilspiel mit
hoher Genauigkeit einzustellen. Genauer werden, wenn die Variation
des Ventilspieles mittels des Spieleinstellers 96 auf Null
eingestellt wird, die Elektromagneten 31 und 32 integral
bzw. gemeinsam in vertikaler Richtung mit dem Dämpfermechanismus 24 und
dem Magnetanker 30 bewegt und das relative Spiel bzw. der relative
Abstand zwischen dem Magnetanker 30 und jedem der Elektromagneten 31 und 32 verändert sich nicht.
Daher ist es möglich,
das Ventilspiel weit feiner zu steuern.
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Obwohl
die Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung so gezeigt und beschrieben sind, daß das elektromagnetische Antriebssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung an einem Einlaßventil
angewendet wird, wird es verstanden werden, daß die Erfindung hierauf nicht
beschränkt
ist und auch bei einem Auslaßventil
des Motors angewendet werden kann. Wenn das elektromagnetische Antriebssystem
der vorliegenden Erfindung an einem Auslaßventil angewandt wird, bewirkt
das elektromagnetische Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Unterdrückung
von radikaler oder starker Abgabe von Abgasen durch Beschränkung bzw.
Begrenzung einer radikalen bzw. starken Bewegung bei der Zeitsteuerung
der Ventilöffnung.
Dies ermöglicht
eine Reduzierung des Niveaus von Abgas- bzw. Auspuffgeräuschen.
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Der
gesamte Inhalt der am 23. Juni 1999 in Japan angemeldeten japanischen
Patentanmeldung
JP
2000 199 410 A wird hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
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Obwohl
die Erfindung oben mit Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die
oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen
werden dem Fachmann im Lichte der obigen Lehren einfallen.
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Die
Erfindung ermöglicht
insbesondere ein elektromagnetisches Antriebssystem zum wiederholten Öffnen und
Schließen
eines Ventils einer Brennkraftmaschine, das einen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus und einen Dämpfermechanismus
aufweist. Der elektromagnetische Antriebsmechanismus weist ein Paar
von Elektromagneten, einen zwischen den Elektromagneten angeordneten Magnetanker
und ein Paar von Federn auf, die den Magnetanker in eine neutrale
Position zwischen dem Elektromagneten einstellen, wenn beide Elektromagneten
stromlos sind. Die Elektromagneten werden abwechselnd entsprechend
einem Steuersignal erregt und stromlos gemacht. Der Dämpfermechanismus
steht in Eingriff mit dem elektromagnetischen Antriebsmechanismus
und funktioniert so, daß eine Verschiebungs-
bzw. Hubgeschwindigkeit des Ventils im Endstadium bzw. einem abschließenden Zeitraum von
jedem Ventilschließhub
und jedem Ventilöffnungshub
des Ventils verringert wird.