JP2010502884A - 可変カムシャフト - Google Patents

Abstract

本発明は、カム（５，６）にそれぞれ固定接続された内部シャフト及び外部シャフト（４，２）が互いに対して回転可能な可変カムシャフト（１）に関する。この相対運動を引き起こすために、カムシャフト（１）の一端部に、少なくとも１つの液圧駆動装置（３）が備えられ、駆動装置（３）において、回転子（２０）は、固定子（１９）に対して回転可能であり、回転子（２０）及び固定子（１９）は、それぞれ、２つのシャフト（２，４）の一方に固定接続されている。この場合、本発明に本質的なのは、カムシャフト（１）が事前加工可能なカムシャフト部品の構成部分であり、このカムシャフト部品は、互いに対して整列された少なくとも以下の部材、すなわち、内部シャフト（４）、外部シャフト（２）、カム（５，６）及び駆動装置（３）を有するカムシャフト（１）と、鎖車（１０）とを備えている。

Description

本発明は、特に特許請求項１の前提部に基づく、自動車の内燃機関のための可変カムシャフトに関するものである。

内燃機関の性能を各負荷状態に応じて上昇させることができるように、弁制御時間を調節することが一般的である。この場合、このような調節は、一般的に、可変カムシャフトにおいてカムの回転角位置に影響を及ぼす可能性のある、いわゆる位相調整器を介して行われる。

しかしながら、このような可変カムシャフトでは、高い品質要求は組立精度にかかっており、所望の性能上昇を達成できるように、特に可変カムシャフト又は個々の部材を互いに正確に整列させる必要がある。その結果、このような可変カムシャフトの組立は相応に複雑となり、コストがかかる。

本発明の目的は、一般的なカムシャフトに対して、改善された、又は、少なくとも１つの別な、特に設置／組立経費の大幅な低減を特徴とする形態を提供することである。

上記目的は、本発明に基づき、独立請求項１の主題によって達成される。有利な形態は、従属請求項の主題である。

請求項１に記載の本発明は、できるだけ多くの事前加工された部品を使用することにより自動車用内燃機関の製造時の組立コストを下げ、これにより、設置の間に部品の個々の部材の互いに対する一般的には必要であった整合が不要となる、という概念に基づいている。そのため、カムシャフトは、事前加工可能なカムシャフト部品の構成部分であり、このカムシャフト部品は、内燃機関への設置の前に既に互いに対して整列された少なくとも以下の部材、すなわち、内部シャフト及び外部シャフトを有するカムシャフトと、内部シャフト及び外部シャフトにそれぞれ属するカムと、駆動装置と、鎖車とを備えている。ここで、カムシャフトは、上述の内部シャフト及び外部シャフトを有する可変カムシャフトとして構成されている。なお、内部シャフトに属するカムは、それぞれピン接続を介して内部シャフトに固定接続され、その一方で、外部シャフトに属するカムは、好ましくは外部シャフトに締まり嵌めされている。弁制御時間に影響を及ぼすことができるように、内部シャフト及び外部シャフトは互いに対して回転可能に支持されている。なお、２つのシャフト間の回転の瞬間軸は、カムシャフトの端部に配置された、特に液圧式の少なくとも１つの駆動装置によって生じ、この駆動装置において、回転子は、固定子に対して回転可能であり、少なくとも１つが、２つのシャフトのうちの１つに固定接続されている。回転子をシャフトの１つと接続し、固定子を他方のシャフトと固定接続することが好ましい。これは、いわゆるＳＣＰ（Single Cam Phaser）カムシャフトを含んでいてもよく、このＳＣＰカムシャフトは、カムシャフトの事前加工のために装置に挿入され、この装置において、カムの軸方向の位置決定と角度アライメントとが固定される。位相調整器とも称される少なくとも１つの駆動装置を、同様の装置に挿入し、角度アライメントを、好ましくは鎖車を介して行う。続いて、駆動装置とカムシャフトとを組み合わせてカムシャフト部品を形成する。このことは、駆動装置の加熱と、属するシャフトに対する後続の締まり嵌めとによって行われることが好ましい。本発明のカムシャフト部品によって、カムシャフト、特にＳＣＰカムシャフトのこれまでは複雑であった組立を大幅に簡単化することができる。なぜなら、今では、個々の部材の整列は、これまで一般的であったようにクランク筺体にカムシャフトを設置する際ではなく、カムシャフト部品の事前加工の際に既に行われているからである。

駆動装置の回転子及び固定子は、接合、接着、ネジ留め、及び／又は、溶接によって、それぞれ属するシャフトに接続されている。この場合、接合という表現を、製造技術における少なくとも２つの部材の永続的な接続と解釈する。特に、締まり嵌めでは、駆動装置のカムシャフトとの、簡単で、費用効果がよく、非常に信頼性のおける接合を達成することができるので、締まり嵌めを使用することが好ましい。特に、例えば回転子を内部シャフトに、そして、固定子を外部シャフトに、対応する雄ネジがねじ込まれる雌ネジを介してネジ留めすることも考えられる。

本発明の解決策の有利な一形態では、内部シャフトにおける長手方向端部側であって、且つ、駆動装置の内部に、液圧操作可能な駆動装置の回転子及び固定子を駆動するための少なくとも１つの制御弁が配置されている。このような配置は、カムシャフトの内部又は駆動装置の内部への少なくとも１つの制御弁の設置空間を最小にした収容であり、これによって、自動車のエンジン格納室においてますます小さくなる設置空間可用度が顧慮される。

液圧によって作動する位相調整器を備える他の有利な一実施形態では、少なくとも１つの制御弁に供給する液圧管路が、カムシャフトの回転軸において、好ましくは同軸状に内部シャフトに配置され、駆動装置とは反対側の端部において、径方向に外へ向かって外部シャフトを貫通するように導かれている。２つの液圧管路が必要であった液圧駆動装置の従来の駆動とは異なり、ここでは、本発明の制御弁によれば、１つの供給される液圧管路しか備えられていない。なぜなら、制御弁が液圧の流れを駆動装置における各チャンバに分配するからである。この場合、内部シャフトにおける液圧管路の配置は、駆動装置に対する圧媒液の外部からの供給の省スペースな代案である。さらに少なくとも１つの制御弁が内部シャフト内の長手方向端部側であって、且つ、駆動装置の内部に配置されている一形態では、液圧管路と液圧駆動装置との間の領域において液圧管路を封止するための複雑なシールを省くことができ、これにより、駆動装置の液圧による供給を構造的に簡単に構成することができる。

有利な、以下でさらに詳しく説明する実施形態を、図面に示す。

図１によれば、可変カムシャフト１の軸方向の端部領域は、内部シャフト４を備え、内部シャフト４は、液圧駆動装置３を介して回転可能に外部シャフト２に支持されている。これら２つのシャフト２，４は、内燃機関の弁制御のために、シャフト２及びシャフト４にそれぞれ固定接続されたカム５及びカム６を備え、カム５は、外部シャフト２に固定接続され、カム６は、ピン接続７を介して、内部シャフト４に回転しないように接続されている。この場合、ピン接続７は、カム６のピン接続された内部シャフト４が外部シャフト２に対して独立して回転運動できるように、外部シャフト２を貫通して延びている。

内部シャフト４と外部シャフト２との間に回転の瞬間軸を生じさせるために、上述のように、液圧駆動装置３が備えられ、液圧駆動装置３において、回転子２０は、固定子１９に対して回転可能であり、回転子２０と固定子１９とは、２つのシャフト２，４の一方にそれぞれ固定接続されている。この場合、固定子１９は、外部シャフト２に固定接続されており、その一方で、回転子２０は、内部シャフト４に固定接続されていることが好ましい。さらに、外部シャフト２は、駆動装置３に隣接して、軸受リング９に固定接続されている。なお、軸受リング９は、場所が固定された第１軸受８において、少なくとも外部シャフト２を支持する。この場合、この軸受リング９は、好ましくはカム５と同様の方法で、外部シャフト２に接合され、特に、締まり嵌めされ、図１の実施形態では、軸受８は、相応の軸受胴１６を有する分離形軸受として構成されており、カムシャフト１を軸方向に固定する。

この場合、図１及び図２によれば、駆動装置３は１つしか示されていないが、外部シャフト２に対して内部シャフト４を独立して調整するための２つの駆動装置３の配置も本発明に含まれるものとする。

次に、本発明によれば、カムシャフト１は、事前加工可能なカムシャフト部品の構成部分であり、このカムシャフト部品は、互いに対して整列又は整合された少なくとも以下の部材、すなわち、内部シャフト４及び外部シャフト２を有するカムシャフト１と、カム５及びカム６と、駆動装置３と、鎖車１０とを備えている。このような事前加工可能なカムシャフト部品は、内燃機関の後の組立プロセス又は製造プロセスの際に、非常に低減した組立コストで設置することができ、これにより、組立コスト又は製造コストが著しく低減される。上述のように、事前加工可能なカムシャフト部品は、カムシャフト部品を内燃機関に設置する前に予めカムシャフト１に固定接続される液圧駆動装置３を備えている。ここで、特に、回転子２０及び固定子１９は、接合、特に締まり嵌め、接着、又は、溶接によってそれぞれ属するシャフト４，２に接続される。この場合、特に、締まり嵌めという接合方法は、嵌合が正確な、信頼のおける、製造技術的に簡単な接合方法を提供し、それゆえ、カムシャフト１に対する駆動装置３の接合に締まり嵌めを使用することが好ましい。したがって、内部シャフト４を、外部シャフト２に関して駆動装置３の内部に軸方向に固定する。

具体的には、回転子２０を内部シャフト４に、そして、固定子１９を外部シャフト２に、例えば、固定子１９では、相応の外部シャフト側雄ネジがねじ込まれる固定子側雌ネジによってネジ留めすることが考えられる。

内燃機関の弁制御時間を制御するためには、属するカム６を有する内部シャフト４が属するカム５を有する外部シャフト２に対して回転可能である必要がある。この回転可能性は、液圧駆動装置３により得られ、液圧駆動装置３における回転子２０と固定子１９との間の個々のチャンバを、少なくとも１つの制御弁１１、特に電磁制御弁によって駆動することができる。この場合、図１の記載によれば、制御弁１１は、カムシャフト１の軸上であって、且つ、駆動装置３の内部に配置されており、これにより、省スペースで収容されている。この場合、カムシャフト１の軸上の配置とは、図１の実施形態によれば、制御弁１１が内部シャフト４の端面側に配置されていることを意味する。制御弁１１に、圧媒液が液圧管路１２を介して供給される。液圧管路１２は、少なくとも一部が内部シャフト４内に同軸状に配置され、駆動装置３とは反対側の端部において、径方向に外へ向かって外部シャフト２を貫通するように導かれている。クランク筺体側液圧管路１２’’’と駆動装置３との間の圧媒体の妨害されない流れを保証できるように、少なくとも内部シャフト４内において、シャフト４に対して径方向に延びる管路部分は、シャフト周囲方向に長孔状に広がっていてもよい。外部シャフト２と軸受８又は軸受リング９’との間の遷移部では、図２によれば、相応の予防措置をとることができる。

この場合、内部シャフト４の端面側に、液圧管路１２を含む内部シャフト４と制御弁１１との間の遷移部を液圧によって封止する環状シール１３が備えられている。制御弁１１の出口側において、液圧管路１２’及び液圧管路１２’’は、回転子２０を固定子１９に対して調節し、これにより、内部シャフト４を外部シャフト２に対して調節するために、駆動装置３の属するチャンバ（図示せず）に繋がる。

内燃機関におけるカムシャフト部品の組立前又はその組立の間に、鎖車１０を駆動装置３に対して整列させ、整列させた状態で駆動装置３に固定する。このことは、例えば、鎖車１０及び駆動装置３内に互いに並んで配置された開口部１４に差し込まれ、又は、締め付けられる接続手段（図示せず）を介して行われる。

液圧管路１２は、駆動装置３とは反対側のその端部において、外部シャフト２を通り、外へ向かって延び、これにより、軸受８における対応する液圧管路１２’’’に繋がる。

図１とは異なり、図２に示す事前加工可能なカムシャフト部品は、スラスト軸受として機能するスラスト軸受ディスク１５をさらに備え、このスラスト軸受ディスク１５は、クランク筺体にカムシャフト部品が組み込まれている場合は、第１軸受リング９’と駆動装置３との間に配置されている。この場合、スラスト軸受ディスク１５は、一般的には推力受け板と呼ばれ、例えば少なくとも１つのネジ接続手段１７によって軸受８に固定接続されている。当然、ラッチ接続又は他の適切な接続が、スラスト軸受ディスク１５と軸受８又はクランク筺体との間に行われていてもよい。この場合、軸受８は、クランク筺体の構成部分であることが好ましい。駆動装置３がカムシャフト１と既に前もって接続されている場合にネジ接続手段１７に対するアクセスを保証できるように、駆動装置３は、切欠部１８を隙間の形態で備えている。この切欠部１８を通して、ネジ接続手段１７、又は他の接続手段を差し込み、続いて、スラスト軸受ディスク１５を、軸受８又はクランク筺体にネジ留めすることができる。

さらに、図１とは異なり、軸受８は、分割可能な軸受胴１６ではなく、カムシャフト部品をクランク筺体へ挿入できるように中間軸受である。この場合、スラスト軸受ディスク１５は、外部シャフト２に固定接続された軸受リング９’を一方の軸方向において固定し、駆動装置３を他方の軸方向において固定し、したがって、カムシャフト１自体を、軸方向において、クランク筺体に関して固定する。

図２に記載のカムシャフト部品の実施形態では、内部シャフト４内の長手方向端部側であって、且つ、駆動装置３の内部に、少なくとも１つの制御弁１１が配置され、これにより、図１では必要な封止部１３を省くことができ、且つ、特に制御弁１１を省スペースで配置できるようになる。この場合、図１を参照して行われた液圧管路１２’及び液圧管路１２’’、並びに、鎖車１０についての説明は、図２にも有効である。

図２から分かるように、スラスト軸受ディスク１５は、軸受８、すなわち、クランク筺体に支持されている。その一方で、駆動装置３及び軸受リング９’は、スラスト軸受ディスク１５に支持されている。

図１の変形例に基づく本発明のカムシャフト部品の事前加工プロセスは、以下のように行われる。すなわち、まず、カムシャフト１、例えばＳＣＰカムシャフトを、軸方向の位置決定と、角度アライメントとを好ましくはカム５，６において保証する装置に挿入する。その後、位相調整器とも呼ばれる駆動装置３を、同様の装置に挿入する、なお、角相関は鎖車１０によって行われることが好ましい。この整合過程の後、部分１及び部分１０の双方を組み合わせてカムシャフト部品を形成する。このため、駆動装置３を加熱し、回転子２０又は固定子１９によって、属するシャフト４，２に締まり嵌めすることが好ましい。このように事前加工されたカムシャフト部品を組み立てるために、部品を、クランク筺体へ挿入し、軸受８の軸受胴１６をネジ留めする。その後、鎖車１０及びネジ接続手段、例えば鎖車ネジによって鎖を部品に取り付け、締め付ける。

これに対し、内燃機関における図２の実施形態のカムシャフト部品の組立は、事前加工されたカムシャフト部品をクランク筺体へ挿入し、ネジ接続手段１７をネジ留めし、又は、相応のラッチ手段をラッチすることにより行われる。この場合、ネジ接続手段１７へのアクセスは、駆動装置３の切欠部１８を介して保証されている。

スラスト軸受ディスク１５の追加を除いて、それ以外は、事前加工プロセスも、組立プロセスも、図１のカムシャフト部品と同じである。

ここでは、明細書における全ての、及び、以下の請求項に記載の特徴は、単独でも、任意の形態で互いに組み合わせても、本発明の本発明にとって本質的なものであり得る。

図１は、制御弁が内部シャフトの長手方向端部側であって、且つ、駆動装置の内部に配置された本発明のカムシャフト部品の概略的な断面図である。 図２は、図１と同様に示されているが、制御弁が内部シャフトの内部であって、且つ、駆動装置の内部に配置された概略的な図である。

Claims (9)

1. 特に自動車の内燃機関用の可変カムシャフト（１）であり、
   ２つのシャフト（４，２）、すなわち、カム（５，６）にそれぞれ固定接続された内部シャフト及び外部シャフト（４，２）は、互いに対して回転可能であり、
   前記内部シャフト（４）に属する前記カム（６）は、ピン接続（７）を介して前記内部シャフト（４）にそれぞれ固定接続され、
   前記相対運動を引き起こすために、前記可変カムシャフト（１）の端部の１つに、駆動装置（３）が備えられ、前記駆動装置（３）において、少なくとも１つの回転子（２０）は、固定子（１９）に対して回転可能であり、少なくとも１つの回転子（２０）は、前記２つのシャフト（４，２）のうちの１つにそれぞれ固定接続されているカムシャフトであって、
   前記カムシャフト（１）は、事前加工可能なカムシャフト部品の構成部分であり、前記カムシャフト部品は、互いに対して整列された少なくとも以下の部材、すなわち、内部シャフト（４）、外部シャフト（２）、カム（５，６）及び駆動装置（３）を有するカムシャフト（１）と、鎖車（１０）とを備えていることを特徴とするカムシャフト。
2. 請求項１に記載のカムシャフトにおいて、
   前記回転子（２０）及び前記固定子（１９）は、接合、少なくとも部分的に互いに対するネジ留め、接着、又は、溶接によって、前記属するシャフト（４，２）に接続されていることを特徴とするカムシャフト。
3. 請求項１又は２に記載のカムシャフトにおいて、
   前記カムシャフト（１）の軸上であって、且つ、前記駆動装置の内部に、前記回転子（２０）及び前記固定子（１９）を駆動するための制御弁（１１）が配置されていることを特徴とするカムシャフト。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のカムシャフトにおいて、
   前記外部シャフト（２）には、クランク筺体に対して固定された分離形軸受（８）に関して、前記カムシャフト部品を軸方向に固定するため、少なくとも１つのスラスト軸受（９）が備えられている、又は、
   前記事前加工可能なカムシャフト部品は、前記カムシャフト（１）のためにスラスト軸受として機能するスラスト軸受ディスク（１５）をさらに備え、該スラスト軸受ディスク（１５）は、前記クランク筺体に前記カムシャフト部品が組み込まれている場合は前記クランク筺体と前記駆動装置（３）との間に配置されていることを特徴とするカムシャフト。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のカムシャフトにおいて、
   前記スラスト軸受ディスク（１５）は、前記割り当てられた前記軸受（８）に接続され、前記軸受（８）は、クランク筺体に対して固定されていることを特徴とするカムシャフト。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のカムシャフトにおいて、
   前記内部シャフト（４）内の長手方向端部側、且つ、前記駆動装置（３）の内部に、前記回転子（２０）及び前記固定子（１９）を駆動するための少なくとも１つの制御弁（１１）が配置されていることを特徴とするカムシャフト。
7. 請求項１から５のいずれか１つに記載のカムシャフトにおいて、
   前記内部シャフト（４）の端面側であって、且つ、前記駆動装置（３）の内部に、前記回転子（２０）と前記固定子（１９）とを駆動するための少なくとも１つの制御弁（１１）が配置されていることを特徴とするカムシャフト。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のカムシャフトにおいて、
   前記制御弁（１１）に供給する液圧管路（１２）は、一部が前記内部シャフト（４）内に配置され、前記駆動装置（３）とは反対側の端部において、径方向に外へ向かって前記外部シャフト（２）を貫通していることを特徴とするカムシャフト。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載のカムシャフトにおいて、
   少なくとも前記固定子（１９）は、前記外部シャフト（２）に固定接続されていることを特徴とするカムシャフト。

Images