JP2010520395A - 移動可能なカムキャリヤおよび二重ウオームギヤを備えた内燃機関のガス交換バルブ用動弁装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関のハウジング内に回転自在に軸支された少なくとも１つのカムシャフト２と、カムシャフト上に回転方向には固定され軸方向には移動可能に案内される少なくとも１つのカムキャリヤ３，４とを備え、さらに、右勝手あるいは左勝手の溝１９，２０に噛み合う少なくとも２つの係合要素２２，２３，２４を含み、少なくとも１つのカムキャリヤをカムシャフト上でカムシャフトに対して軸方向に移動させる装置１９，２０，２１，２２，２３，２４とを備えた内燃機関のガス交換バルブの動弁装置１に関する。軸方向構造スペースおよび組立て部品の数を減少させるために、発明により、右勝手の溝１９と左勝手の溝２０とを直接隣接して配置し、かつ相互に入り込んで移行あるいは合体させる。
【選択図】図４

Description

本発明は請求項１の上部概念部に記載された内燃機関のガス交換バルブ用動弁装置に関する。

内燃機関の熱力学的特徴を改善するため、例えば回転数に依存してガス交換バルブの開時間またはリフトの変化を可能にするために、作動サイクルに影響を及ぼし得る動弁装置が知られている。

冒頭に述べた種類の動弁装置はすでに特許文献１のＥＰ１６０８８４９Ｂ１で知られている。この公知の動弁装置の場合、カムキャリヤを軸方向に移動させるための装置が含まれる。この装置には、カムキャリヤの反対側の端部に配置され、右勝手あるいは左勝手の螺旋状溝を含み鏡対称に形成された曲線軌道を有する２つのウオームギヤと、内燃機関のシリンダヘッドハウジングに軸方向に間隔を置いて取り付けられた２つのサーボ機構とが含まれる。各サーボ機構には、カムキャリヤを右あるいは左に移動させるため、連結ピンとして形成されサーボ機構の作用によって隣接する曲線軌道の溝に噛み合う係合要素が含まれる。

動弁装置の作動サイクルに影響する可能性を改善するため、カムキャリヤのカム群またはカムプロフィール群を、輪郭の異なる別のカムまたは別のカムプロフィールに広げることが好ましい。しかし、このためには異なった３つの移動位置の間でカムキャリヤを動かす必要がある。しかし、シリンダヘッド内のサーボ機構またはアクチュエータの数を増加したり、曲線軌道を設けたカムキャリヤ部分を拡張することは、そのために必要となる軸方向構造スペースが大きくなるばかりでなく、組立て費用も高くなるために好ましくない。

ＥＰ１６０８８４９Ｂ１

以上を鑑みて、本発明の課題は冒頭に述べた種類の動弁装置を改善し、サーボ機構あるいは曲線軌道に必要な軸方向の構造スペースと組み立てられる部分の数とを減少させる動弁装置を提供することにある。

この課題は右勝手の溝と左勝手の溝とが直接隣接して配置され、かつ相互に入り込んで移行あるいは合体することによって発明により解決される。
本発明の範囲における右勝手および左勝手溝の概念は、係合要素が溝に噛み合う溝始点と係合要素が再び溝から外れる溝終点との間における溝の回転方向に関係する。溝の傾斜は通常、カムキャリヤ上のカムおよび／またはカムプロフィールの基礎円部分に応じて、約１８０度のカムシャフトの回転角度にわたって広がる。一方、溝全体はそれより大きい回転角度にわたっても広がり、溝全体には傾斜の部分の他にカムキャリヤの周方向に延びる１つ以上の部分が含まれる。

発明による特徴の組合せによって合体点より後方にある両溝の部分はカムキャリヤの両移動方向で係合要素の噛み合いに使用される。これによって全幅およびしたがって曲線軌道の必要な軸方向の構造スペースは短縮される。さらに、発明の好ましい形態による分離したサーボ機構は複数の係合要素と統合され、その必要スペースは分離したサーボ機構の必要スペースよりも同様に小さい。

以下、図面で示した実施形態に基づいて発明を詳細に説明する。

カムシャフト上で移動可能な２つのカムキャリヤを含む内燃機関シリンダの複数の吸気バルブ用の動弁装置の一部の上面を示す。 図１の矢印ＩＩ−ＩＩの方向から見た動弁装置の側面を示す。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った動弁装置の縦断面を示す。 ウオームギヤの一部を備えたカムキャリヤの部分の斜視図を示す。 ウオームギヤの概略側面を機能説明のために示す。

内燃機関シリンダの４つの吸気バルブ（図示しない）用に一部を図示する動弁装置において、カムシャフト２で作動する各シリンダの両吸気バルブのリフトおよび開時間は、内燃機関のシリンダヘッドハウジングの上部に回転自在に軸支されたカムシャフト２で調節される。

図１および３でよく分かるように、動弁装置１には、それぞれ一対の吸気バルブ用にカムシャフト２に回転方向に固定され軸方向に移動可能に取り付けられたカムキャリヤ３あるいは４が含まれ、各カムキャリヤ３、４は軸方向に互いに間隔を保って配置された２つのカム群５，６を備える。２つのカム群は、それぞれスイング可能に軸支されたバルブ用ロッカーアーム８のローラ７と協働する。図２において破線で示され下端にバルブシート９を備えるバルブ１０がローラ７を介して作動し、バルブ１０はバルブスプリング１１の力に抗してシリンダヘッド内で下方に押し込まれ、バルブが開かれる。さらに動弁装置１には、各バルブに対して図２において同様に破線で示す油圧式のバルブ間隙調整要素１２が含まれる。

各カムキャリヤ３，４の各カム群５，６はカム輪郭またはカムプロフィールの異なった３つのカム１３，１４，１５を備え、これらのカムは付属するカムキャリヤ３，４のカムシャフト２上で軸方向移動することで、付属するバルブのロッカーアーム８のロール７に選択的に位置決め接触する。隣接する２つの移動位置間のカムキャリヤ３，４の軸方向移動量は隣接するカム１３，１４あるいは１４，１５またはカムプロフィールの中心間隔に一致する。

カムキャリヤ３，４をカムシャフト２に回転方向に固定して軸方向に移動可能にするために、中空円筒状カムキャリヤ３，４の内周には、図２の符号１６に示すように縦スプライン歯が設けられ、この縦スプライン歯はカムシャフト２外周の相補形の縦スプライン歯に歯合する。

両カムキャリヤ３，４はそれぞれウオームギヤ１７によってカムシャフト２上で軸方向に移動するが、この移動は常にカムシャフト２の回転角度が約１８０度の間においてカム群５，６の通過基礎円部分１８がロッカーアーム８のローラ７に対向するときに行われる。

各ウオームギヤ１７には、付属するカムキャリヤ３あるいは４の右端に隣接配置されて相互入り込み移行あるいは相互合体される右勝手溝１９および左勝手溝２０と、３つの係合要素２２，２３，２４を備えシリンダヘッドハウジングに固定で取り付けたサーボ機構２１とが含まれる。隣接する２つのカム１３，１４あるいは１４、１５の中心間隔だけカムキャリヤ３，４をそれぞれ左または右に徐々に移動させるため、係合要素はサーボ機構２１の対応する活動によって互いに分離され図１および５に示す引き込み位置から押し出され、両溝１９，２０の１つに噛み合う。この実施については後で説明する。

図４でよく分かるように、両溝１９，２０は、カムシャフト２の回転軸２５に同軸のカムキャリヤ３，４の部分２７の半径方向中間平面に対称となる円筒状円周面２６内でカムキャリヤの端部の１つから開放される。両溝１９，２０には溝始点があり、ここから溝１９，２０が徐々に深くなるが、溝幅の方は最初は同じ幅で互いに延びる。両溝１９，２０の始点２８はそれぞれ部分２７の反対側の端部付近にあるが、それぞれ同じ回転角度の下で回転軸２５に整列し、その整列はカム群またはカムプロフィール群５，６の基礎円部分１８の端部に一致する。両溝１９，２０は溝始点２８から約２７０度の周囲角に渡って互いに分離して延びる。その際、溝は最初、約１８０度の周囲角に渡って周方向に延び、その間にカム１３，１４，１５の１つは付属するロッカーアーム８のローラ７上を移動する。カム群またはカムプロフィール群５，６の基礎円部分１８がローラ７上を移動する間に、溝１９，２０は回転方向で重なり合う。その際、溝の両中心軸の間隔は徐々に減少して溝１９，２０の間に配置された分離壁２９は徐々に狭くなり、その結果、溝１９，２０の互いに隣接する内側境界壁３０，３１は箇所３２で出会って、そこで溝１９，２０が１つに合体する。合体箇所３２の後方には合体溝１９，２０の中心軸が部分２７の周方向に延び、一方、合体溝１９，２０の対向する外側境界壁３３，３４はカムキャリヤ３，４の回転方向で基礎円部分１８の端に収束し、その結果、合体溝１８，１９の幅は溝始点２８の高さで再び分離溝１９あるいは２０の１つの幅に一致する。そこから合体溝１９，２０は周方向で終点３５まで延びるが（図３および５）、終点３５は合体箇所３２の後方約１８０度の角度間隔に配置され、両溝１９，２０の始点に関しては約９０度分カムシャフト２の回転方向に位置移動する。

図１でよく分かるように、隣接する係合要素２２，２３；２３，２４はカムシャフト２の軸方向にそれぞれ隣接するカム１３，１４，１５および／またはカムプロフィールの中心間隔に一致する間隔で配置されるが、この間隔は両溝１９，２０の１つの始点２８と溝共通の終点３５との中心間隔にも一致する。

ウオームギヤの機能は以下のとおりである。カムキャリヤ３，４を図５（ａ）に示す左の外側移動位置から右の中央移動位置に向かって移動する場合、サーボ機構２１は図５（ａ）で黒で塗りつぶした中央の係合要素２３を押し出して左勝手の溝２０に噛み合わせるように作用する。溝２０の始点２８がカムシャフト２の回転方向（図５の矢印Ｄ）で係合要素２３を通過して動く前に、係合要素２３の押し出しが行われ、その結果、係合要素の先端は始点で溝２０に入り、カムシャフト２の約４５０度の回転の間に左勝手溝２０全体を通じて両溝１９，２０の共通の終点３５まで動く。

カムキャリヤ３，４を中央の移動位置に留める場合は、中央の係合要素２３は引っ込めて、さらなる係合要素２２，２３，２４はもはや押し出さない。これに対し、カムキャリヤ３，４を中央の移動位置を越えて右の図５（ｃ）に示す右端の移動位置まで動かす場合には、図５（ｂ）に黒で塗りつぶした右端の係合要素２４を押し出して始点２８で左勝手の溝２０に噛み合わせ、これによって係合要素を引き続き共通の終点３５まで動かす。

カムキャリヤ３，４を右端の移動位置から左に戻して図５（ｂ）に示す中央の移動位置に動かす場合には、対応する方法で図５（ｃ）に黒で塗りつぶした中央の係合要素２３を押し出して始点２８で右勝手の溝１９に噛み合わせる。一方、カムキャリヤ３，４を中央の移動位置から左の図５（ａ）に示す左端の移動位置に動かすためには、図５に黒で塗りつぶした左端の係合要素２２を押し出して右勝手の溝１９に噛み合わせる。

カムキャリヤ３，４をカムシャフト２の回転軸に関して心合せし、あるいはカムキャリヤの移動中に回転軸に関して心合せを保持するために、カムキャリヤ３および４はそれぞれ２つのバルブの間で、カムキャリヤ３，４とともに軸方向に移動可能な滑り軸受３６に回転自在に軸支される。

移動可能な滑り軸受３６の形成および機能は、本願と同一日に出願された本出願人の特許出願（内部識別番号Ｐ６５１７）に実施可能に明白に記載されている。
カムキャリヤ３，４をそれぞれの移動位置に固定するために、滑り軸受３６は各移動位置においてデテント機構３７によって軸方向に停止可能である。

デテント機構３７の形成および機能は、本願と同一日に出願された本出願人の特許出願（内部識別番号Ｐ６５００）に実施可能に明白に記載されている。

１ 動弁装置
２ カムシャフト
３ カムキャリヤ
４ カムキャリヤ
５ カム群
６ カム群
７ ローラ
８ ロッカーアーム
９ バルブシート
１０ バルブ
１１ バルブスプリング
１２ バルブ間隙調整要素
１３ カム
１４ カム
１５ カム
１６ スプライン歯
１７ ウオームギヤ
１８ 基礎円部分
１９ 右勝手溝
２０ 左勝手溝
２１ サーボ機構
２２ 係合要素
２３ 係合要素
２４ 係合要素
２５ 回転軸
２６ 周囲面
２７ カムキャリヤ部分
２８ 溝始点
２９ 分離壁
３０ 内側境界壁
３１ 内側境界壁
３２ 合体
３３ 外側境界壁
３４ 外側境界壁
３５ 終点
３６ 滑り軸受
３７ デテント機構

Claims (7)

1. 内燃機関のガス交換バルブの動弁装置であって、内燃機関のハウジング内に回転自在に軸支された少なくとも１つのカムシャフトと、カムシャフト上に回転方向には固定され軸方向には移動可能に案内される少なくとも１つのカムキャリヤとを備え、さらに、右勝手あるいは左勝手の溝に噛み合う少なくとも２つの係合要素を含み、少なくとも１つのカムキャリヤをカムシャフト上でカムシャフトに対して軸方向に移動させる装置とを備え、
   右勝手の溝（１９）と左勝手の溝（２０）とが直接隣接して配置され、かつ相互に入り込んで移行あるいは合体する
   ことを特徴とする動弁装置。
2. 右勝手の溝（１９）と左勝手の溝（２０）とは、中心軸が周方向に延びる１つの溝にＶ形に合体することを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
3. 溝（１９，２０）は共通の終点（３５）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の動弁装置。
4. カムキャリヤ（３，４）には、異なった３つのカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールを有する少なくとも１つのカム群またはカムプロフィール群（５，６）が含まれ、カムキャリヤ（３，４）はカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの中心間隔に一致する間隔の分離した３つの移動位置に移動可能であり、
   かつ、係合要素（２２，２３，２４）はカムシャフト（２）の軸方向で、カム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの中心間隔と一致する間隔に配置される
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の動弁装置。
5. 右勝手の溝（１９）あるいは左勝手の溝（２０）の始点と合体した溝（１９，２０）の終点との間の中心間隔はカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの中心間隔に一致することを特徴とする請求項４に記載の動弁装置。
6. カムキャリヤ（３，４）を外側の移動位置から中央の移動位置に移動させるためには、中央の係合要素（２３）を移動方向前方の溝（１９，２０）に噛み合わせ、
   カムキャリヤ（３，４）を中央の移動位置から一方の外側の移動位置に移動させるためには、移動方向前方の係合要素（２２もしくは２４）を移動方向前方の溝（１９もしくは２０）に噛み合わせる
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の動弁装置。
7. 右勝手の溝（１９）および左勝手の溝（２０）をカムキャリヤ（３，４）上に配置し、
   係合要素（２２，２３，２４）を、内燃機関のハウジングに固定で取り付けた少なくとも１つのサーボ機構（２１）によって溝（１９，２０）の一方に噛み合わせる
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の動弁装置。

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