JP2009504961A

JP2009504961A - 切換バルブ駆動機構

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Publication number: JP2009504961A
Application number: JP2008525425A
Authority: JP
Inventors: クロイターペーター; エルツリュディガー
Original assignee: メタモトーレン− ウントエネルギー−テクニックゲーエムベーハー
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: DE102005039368A1; US20100162979A1; WO2007017109A1; JP4982492B2; DE102005039368B4; US7963260B2; DE102005039368B9; EP1913240A1

Abstract

本発明に係る切換バルブ駆動機構は、少なくとも１つの第１カム（１２）とこの第１カムよりもカム突出高さの高い少なくとも１つの第２カム（１４）を有するカムシャフト（４）と、エンジン組み付け要素（８）及び駆動バルブ（２）に支持されるとともに、第１カムにしたがう第１の従動要素（３８）及び第２カムにしたがう第２の従動要素（５８）を含むバルブレバー（６）と、を備え、当該バルブレバーに回転可能に支持される偏心装置に第２の従動要素が配設される構成であり、偏心装置の保持固定が可能なラッチ機構（６６）を備え、偏心装置の回転が保持固定されたとき、第２の従動要素（５８）が第２カム（１４）の輪郭にしたがってバルブ駆動を行なう構成であり、偏心装置が自由に回転可能とされたとき、第１の従動要素（３８）が第１カム（１２）の輪郭にしたがってバルブ駆動を行なう構成とされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば往復運動ピストン式の内燃機関において、吸気バルブのバルブタイミングを切り換える切換バルブ駆動機構に関するものである。

切換バルブ駆動機構（切換可能なバルブを駆動するための機構）は、さまざまな形態で使用されており、出力変化、トルク作用及び排気ガス比率に好ましい影響を及ぼすべく、バルブタイミングを異なる運転条件に調節する機能を果たす。

請求項１の前文に記載の切換バルブ駆動機構が、ＤＥ１０２３０１０８Ｂ４から公知である。カムシャフトによって作動するバルブのストローク長を調節するこの装置において、ベアリングピンは、バルブレバー上に回転可能に保持され、このベアリングピンは、その回転軸に関し偏心した２つのベアリングセグメント（ベアリング部分）を含み、カムシャフトのカムの１つに従うカムローラーは、各ベアリングセグメント上に保持される。このベアリングピンは、共に回転するように摩擦ディスクに接続され、摩擦ディスクの外周はベアリングピンを回転させるためのカムシャフトの周囲の表面と摩擦係合する。この摩擦ディスクの回転は、異なる回転位置でのロックが可能とされる。

本発明の目的は、コンパクトな構造において低摩擦での運転が可能とされ、バルブ駆動のカムシャフトの１つのカムからカムシャフトの別のカムへの切換え信頼性を確保する切換バルブ駆動機構を提供するということに基づいている。

この目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。

本発明のバルブ駆動機構では、偏心装置が自在に回転する際に第１の従動要素が第１カムの輪郭（カムの外郭をなす「カム形状」ともいう）にしたがって従動し（或いはカムの輪郭にしたがって当該輪郭をバルブ駆動に変換し）、これにより偏心装置は、第２の従動要素に従うべく予め規定された回転位置において回転し、この予め規定された回転位置では偏心装置の回転が保持固定される。偏心装置とともに回転する付加的要素が必要とされない。

従属の請求項によれば、有利な実施形態及び本発明のバルブ駆動機構の更なる改良が導かれる。

従属の請求項２から４は、偏心装置及び第１の従動要素の有利な構造を特徴付けている。

請求項５は、第２の従動要素の有利な実施形態を特徴付けている。

請求項６から１０は、本発明のバルブ駆動機構の特徴を導くものであり、偏心装置の保持固定可能な回転位置への動作、及びこの保持固定可能な回転位置を外れる動作が、特に簡便な方法によって達成される。

請求項１１の特徴によって、バルブレバーが対称的に押し下げられることが達成される。

本発明は、実質的に全てのタイプカムシャフト駆動バルブに利用可能とされ、２つの異なる開放曲線の間での切換えを許容し、その１つであるゼロ駆動が図面及び更なる詳細な記載を参照しつつ以下に例示的な方法で説明される。

図面に示すように、チャージ交換バルブ２、例えば内燃機関の吸気バルブは、カムシャフト４によって駆動され、これらの間にバルブレバー６を備えている。このバルブレバー６の一端部は既知の油圧式（「液圧式」ともいう）のバルブあそび補正要素８に支持され、また他端部はバルブ２のシャフトに支持されており、このバルブレバー６は、以下に説明されるような形態によって、バルブレバー６の両端部間においてそれぞれカム１２及び１４に当接している。中間の第１カム１２は、明らかなように、間に第１カム１２を収容する両側の第２カム１４よりも突出部分（「突部」或いは「カム突出高さ」ともいう）が小さい構成とされる。バルブ閉止ばねが１６によって示されている。この油圧式のバルブあそび補正要素８は、あそびが解除された当接状態において、少なくとも１つのカム及びバルブのシャフトにそれぞれ作用する。

図２には、バルブレバー６及びそれに組み付けられる要素の分解斜視図が示される。

バルブレバー６は、２つの端部１８及び２０を備え、これら両端部は互いに離間する両側部２２を介して接続されている。ブッシュ収容開口２４が側部２２に設けられており、この開口２４にブッシュ２６が挿入可能とされる。

端部１８は、バルブあそび補正要素８に当接し、中空の内部構造であり、側部開口２８を備えている。

図２に示すように、端部１８の下部の左側には止め部３０が形成されている。偏心装置３２がブッシュ２６に挿入可能とされ、この偏心装置３２に円筒状のローラー要素３４が設けられており、これにより偏心装置３２がブッシュ２６内にて回転可能とされる。

両ベアリングピン３６は、偏心装置３２の回転軸に対し偏心して偏心装置３２の両側面から突出しており、この回転軸は組み付け状態においてブッシュ２６の軸と同軸とされ、両ベアリングピン３６は同軸状に配列されている。

従動リングおよび／または従動ローラー３８は、バルブレバー６の両側部２２の間に形成されたスロット（開口）３７に挿入可能とされ、従動ローラー３８の内側には図示しないローラー要素が設けられており、これらローラー要素によって従動ローラー３８はブッシュ２６にて摺動可能に支持される。

接続レバー４２の穴４０は、図２における左側のベアリングピン３６上を摺動可能とされ、このレバー４２は、スロット（溝）４４を有する側部突起４６（図６参照）を備え、この突起４６は、偏心装置３２の挿通開口４８に適合する。接続レバー４２の一端には、凹部５０及び当接面５２が設けられている。

トーションばね５４は、挿通開口４８に挿入可能とされ、このトーションばね５４の一方の端脚部（図示省略）は、接続レバーのスロット４４に係合可能とされ、トーションばね５４の他方の端脚部５５は、バルブレバー６の突起５６に支持可能とされる（図４、８及び９参照）。

従動リングおよび／または従動ローラー５８は、従動ローラー５８に設けられたローラー要素を介してベアリングピン３６に支持可能とされる。この従動ローラー５８は、両ワッシャー６０の間においてベアリングピン３６上に配置されるのが有利とされ、この場合外側のワッシャー６０は、ベアリングピン３６の軸周りに従動ローラー５８を保持するロックリングとされるのが有利である。

バルブレバー６の端部１８は、円筒状の中空部６２を備え、この中空部は図３の左側の開口２８にて終端となり、また右側のボアに併合されている。

全体としてＵ字形の断面を有するピストン６６が中空部６２に挿入され、このピストン６６は、ピストン本体に侵入しボア６４にてねじ留めされたピン６８によって保持される。中空部６２のうち図３においてピストン本体の右側に位置する部位は、通路７２を通じて凹部７４に接続されており、バルブレバー６は、この凹部７４を介してバルブあそび補正要素８に当接している。従ってこの通路７２及びピストン６６では、バルブあそび補正要素８からの油圧に偏りを生じる。

図２に示す要素は、例えば以下のようにして組み付けられ、従動ローラー３８は、接続レバー４２のスロット３７に誘導される。それからブッシュ２６が挿入され、これによりブッシュが凹部５０にて保持され、従動ローラー３８がブッシュ２６に回転可能に支持される。偏心装置３２は、ブッシュ２６に挿入され、これにより偏心装置３２は、全体としてブッシュ２６の軸まわりに回転可能とされる。トーションばね５４は、偏心装置３２の挿通開口４８に挿入される。このとき、接続レバー４２及び１つの従動ローラー５８は一方側から押圧され、別の従動ローラー５８は別のベアリングピン３６に押圧され、ここでは必要に応じて間にワッシャーが配設される。これら従動ローラー５８は、ロックワッシャーによってベアリングピン３６上に保持固定される。

ピストン６６は、開口２８に挿入されてピン６８によって保持固定され、それらの間にばね７０が配設される。

結果物としての組み付け体は、バルブあそび補正要素及びバルブ２のシャフトの上に配設される。トーションばね５４の両脚部は、接続レバー４２と、接続レバー４２とともに回転するように接続された偏心装置３２のそれぞれに時計回りに一回転するための付勢力が付与されるように配設され、すなわち両従動ローラー５８は、対応する第２カム１４に当接した状態では付勢力が付与されている。

カムシャフト４が、カムのベースサークル（カムシャフトラウンドレール部に直径に相当する部位であってカムの真円の部位に相当する）が従動ローラー５８及び３８に当接する図１に示す回転位置から回転する際、従動ローラー５８は、接続レバー４２の回転によって反時計まわりに下方へと付勢され（図５に示す位置を参照）、これにより偏心装置３２はブッシュ２６の軸周りに回転する。バルブレバー６は、従動ローラー３８に当接する第１カム１２により、バルブ２を駆動するための第１カム１２のカム突部にしたがって、バルブあそび補正要素８のまわりに回転或いは旋回される。

第２カム１４の突部が両従動ローラー５８を通過すると、これら両従動ローラー５８は、接続レバー４２の回転によって時計回りに上方へと復帰する。この接続レバー４２は、その当接面５２が止め部３０に当接するまで、時計周りに回転可能であるのが有利とされる。接続レバー４２のこの位置では、凹部５０は開口２８に合致し、これによりピストン６６は油圧により延出可能とされて凹部５０に侵入可能とされ、接続レバー４２はバルブレバー６に対し保持固定（「ラッチ係合」或いは「ラッチ固定」ともいう）される。この保持固定状態では、バルブレバー６は、第２カム１４の大きい方の突部にしたがって駆動され（或いは第２カム１４の輪郭にしたがって当該輪郭をバルブ駆動に変換し）、これにより第１カム１２は従動ローラー３８から解放される。

カムベースサークルが再び押圧され、ピストンがばね７０によってバルブレバー６へと押し戻される際、ピストン６６に作用する油圧が低下されることによって、接続レバー４２のロックが解放可能とされる。

接続レバー４２は、当接面５２の領域において（図４中の）傾斜面７６を備えるのが有利とされ、この傾斜面７６は、接続レバー４２が回転して止め部３０に当接する際に、ピンとして作用するピストン６６が押し戻されるようにする。

図７から図９には、図１において斜視方向及び機能上の位置が異なる場合について示される。図７には、第２カムの効果が発揮されない状態、すなわち接続レバーが保持固定されていない状態の位置が示される。図８及び図９にはそれぞれ、ゼロストロークポジション（ストロークが基準のゼロ位置に設定されたゼロストローク位置とされる）及び接続レバーが保持されたときの実質的なフルストロークポジション（ストロークが基準のゼロ位置に対し最大限に増やされたフルストローク位置とされる）が示される。

上述の記載からわかるように、本発明の切換バルブ駆動機構は、非常にコンパクトな構造を有し、慣性質量の移動が僅かで、高剛性を有する。更に、カムの係合が従動ローラー５８及び３８との接触を介して生じるため、低摩擦で燃料消費量の利点をもたらす。

カム１４上への従動ローラー５８の接触を保持するのに十分なエネルギーをばね５４が備えることが、上述のバルブ駆動機構の機能上の効果を得るのに重要とされる。特に高い回転速度においては、従動ローラー５８は、常にカム１４上に接触した状態を保持しなければならない。

図１０には、上述の実施形態の変更例としての実施形態が、図４における視野に類似の側面視にて示される。

図１０に示す実施形態では、２つのトーションばね５４_１及び５４_２は、１つのトーションばね５４の位置において、対応する２つの挿通開口４８（図１０では符号省略）に挿入され、これらトーションばね５４_１及び５４_２は、バルブレバー６の２つの突起５６_１及び５６_２、したがってレバー４２に形成された対向する止め部の２つのスロットに支持される。図１０の左側には、従動ローラーがカム１４のベースサークルに当接する状態の配置が示されている。図１０の右側には、保持解除状態の接続レバーと、カム１４のカム突部によって最大限に回転した従動ローラー５８と、最大限に回転した接続レバー４２の配置がそれぞれ示され、この配置ではカム１４はバルブ駆動に対し効力が無く、図示の例（ゼロストローク）では、内側のカム１２はバルブの駆動を生じさせない。この実施形態では、（バルブ駆動がなされない）ゼロストローク位置と、カム１４によるバルブ駆動位置とに切換え可能とされ、従動ローラー３８を設ける必要がない。

図１１に示す実施形態では、トーションばねの代わりに湾曲状のコイルばね（「つるまきばね」ともいう）８０が利用されており、このコイルばね８０は、突起５６および／またはバルブレバー６に形成された止め部と、別の止め部８２との間に支持され、別の止め部は偏心装置３２に固定状に接続され、したがって接続レバー４２にともに回転可能に接続されている。図１１の左側には、従動ローラー５８が基礎円に接触したときのコイルばね８０の状態が示されている。右側には、コイルばねが最大限に圧縮され、これによりカム１４が従動ローラー５８を通過した後に、このコイルばねが従動ローラー５８をカム１４に確実に当接させて保持する状態が示されている。

図１２に示す実施形態では、バルブレバー６のボア内を作動するコイルばね８０_１が、図１１の湾曲状のコイルばね８０の代わりに利用されており、このコイルばね８０_１は、押圧ロッド８４を介してカム面に支持されており、この押圧ロッド８４はカムアーム８６に形成され、そのカムアームは、偏心装置３２に回転可能に接続され、および／または偏心装置３２に接続されたベアリングピン３６に固定状に接続されている。図１２における配置の機構は、別の方法によって図１１の機能と合致している。

図１３に示す実施形態では、バルブレバー６に支持されるチルトレバー８８が、図１２のカムアームの代わりに利用されており、このチルトレバー８８の一端は、偏心装置３２の回転および／または偏心装置３２に固定状に接続されたベアリングピン３６の動作に従い、チルトレバー８８の他端とバルブレバー６との間にコイルばね８０_２が支持されている。図１３の実施形態による機能は、別の方法によって図１２の機能と合致している。

上述のリターンばねによる実施形態は一例に過ぎず、種々の方法による変更および／または互いの組み合わせが可能である。

本発明のバルブ駆動機構は、種々の方法での変更が可能である。偏心装置の回転のロックは、電磁気や他のいくつかの方法を用いて生じさせることが可能である。３つのカム及び３つの従動ローラーは必要とされない。図示された実施形態は、高い対称性、及び長軸まわりにバルブレバーを傾ける傾斜荷重に対し自立性を有する。エンジンハウジング側の支持部とレバーのバルブの支持部との間に、調節可能な係合機構が配置される必要はない。カム輪郭に従うこの要素は、回転可能に支持される必要はなく、ベアリング及びベアリングピン上に直接的に形成可能とされてもよい。前述のようにカムに直接的に当接する要素の回転ベアリングは、バルブレバー内の偏心装置の回転ベアリングと同様に、超低摩擦であり高耐久性であるため有利とされる。

図１は、バルブ駆動機構の全体を示す斜視図である。図２は、図１中のバルブ駆動機構の一部を分解した状態で示す図である。図３は、ロック機構の断面構造を示す図である。図４は、バルブレバーをその構成要素とともに所定方向の視野にて示す斜視図である。図５は、バルブレバーをその構成要素とともに所定方向の視野にて示す斜視図である。図６は、接続レバーの斜視図である。図７は、図１に類似の所定方向の視野にて特定の機能状態を示す斜視図である。図８は、図１に類似の所定方向の視野にて特定の機能状態を示す斜視図である。図９は、図１に類似の所定方向の視野にて特定の機能状態を示す斜視図である。図１０は、バルブ駆動機構の第１の実施形態のばね装置が異なる２位置に設定された状態を示す側面図である。図１１は、バルブ駆動機構の第２の実施形態のばね装置が異なる２つのポジションに設定された状態を示す側面図である。図１２は、バルブ駆動機構の第２の実施形態のばね装置が異なる２つのポジションに設定された状態を示す側面図である。図１３は、バルブ駆動機構の第２の実施形態のばね装置が異なる２つのポジションに設定された状態を示す側面図である。

符号の説明

２チャージ交換バルブ
４カムシャフト
６バルブレバー
８バルブあそび補正要素
１２カム
１４カム
１６閉止ばね
１８端部
２０端部
２２側部
２４ブッシュ収容開口
２６ブッシュ
２８開口
３０止め部
３２偏心装置
３４ローラー要素
３６ベアリングピン
３８従動ローラー
４０穴
４２接続レバー
４４スロット
４６突起
４８挿通開口
５０凹部
５２当接面
５４トーションばね
５５端脚部
５６突起
５８従動ローラー
６０ワッシャー
６２中空部
６４ボア
６６ピストン
６８ピン
７０ばね
７２通路
７４凹部
７６傾斜面
８０コイルばね
８２止め部
８４押圧ロッド
８６カムアーム
８８チルトレバー

Claims

切換バルブを駆動するバルブ駆動機構であって、
少なくとも１つの第１カム（１２）と前記第１カムよりもカム突出高さの高い少なくとも１つの第２カム（１４）を有するカムシャフト（４）と、
エンジン組み付け要素（８）及び駆動バルブ（２）に支持されるとともに、前記第１カムにしたがう第１の従動要素（３８）及び前記第２カムにしたがう第２の従動要素（５８）を含むバルブレバー（６）と、
を備え、当該バルブレバーに回転可能に支持される偏心装置に前記第２の従動要素が配設される構成であり、
また前記偏心装置の保持固定が可能なラッチ機構（６６）を備え、前記偏心装置の回転が保持固定されたとき、前記第２の従動要素（５８）が前記第２カム（１４）の輪郭にしたがってバルブ駆動を行なう構成であり、
前記偏心装置が自由に回転可能とされたとき、前記第１の従動要素（３８）が前記第１カム（１２）の輪郭にしたがってバルブ駆動を行なう構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項１に記載のバルブ駆動機構であって、
前記バルブレバー（６）は、互いに離間して配設された２つの側部（２２）を含み、前記偏心装置（３２）を保持する開口（２４）がこの両側部を通して延在する構成であり、
前記第１の従動要素（３８）は、前記偏心装置（３２）の回転軸と同心状に配設された従動面を含み、この従動面は前記第１カム（１２）に当接するべく前記両側部（２２）の間に配設可能とされた構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項２に記載のバルブ駆動機構であって、
前記第１の従動要素は、前記偏心装置（３２）の回転軸に同心状に支持されるローラー（３８）として構成されることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項３に記載のバルブ駆動機構であって、
前記偏心装置（３２）は、前記側部（２２）の開口（２４）に挿入されるブッシュ（２６）内にて支持され、前記第１の従動要素を形成する前記ローラー（３８）は、前記ブッシュに支持される構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項１から４のうちのいずれか一項に記載のバルブ駆動機構であって、
前記第２の従動要素は、前記偏心装置（３２）から側方に突出し、前記偏心装置（３２）の回転軸から径方向に移動可能とされたベアリングピン（３６）上に支持されるローラー（５８）として構成されることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のバルブ駆動機構であって、
前記偏心装置（３２）と前記バルブレバー（６）との間に支持されるばね（５４；８０）が設けられ、当該ばねは、前記第２の従動要素（５８）が前記第２カム（１４）に当接する方向に前記偏心装置（３２）を偏らせる構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項１から６のうちのいずれか一項に記載のバルブ駆動機構であって、
前記ラッチ機構は、前記偏心装置（３２）に対し共に回転可能に接続された接続レバー（４２）を含み、前記第２の従動要素（５８）が前記第２カム（１４）のベースサークルに当接する際、前記接続レバー（４２）のポジションが前記バルブレバー（６）に対し保持固定可能とされた構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項７に記載のバルブ駆動機構であって、
前記バルブレバー（６）上にロック要素（６６）が配設され、このロック要素（６６）は、前記接続レバー（４２）の回転をロックするポジションと、当該回転を許容するポジションとの間で往復動作が可能とされた構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項８に記載のバルブ駆動機構であって、
前記ロック要素（６６）は、ばね（７０）の付勢力に抗して作用する油圧によって移動可能とされた構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項９に記載のバルブ駆動機構であって、
前記バルブレバー（６）を支持するエンジン組み付け要素は、油圧式のバルブあそび補正要素（８）として構成され、当該要素を通じて切換えピン（６６）における油圧の偏りが可能とされる構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。
請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載のバルブ駆動機構であって、
前記偏心装置（３２）の両側に第２の従動要素（５８）が設けられ、この第２の従動要素（５８）は、それぞれ第２カム（１４）と相互に作用する構成であることを特徴とするバルブ駆動機構。