JP2011504561A - バルブトレイン装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、切替ゲート（１２）を使って少なくとも１つのカム要素（１３、１４）を切り替えるために備えられた少なくとも１つの切替要素（１１）を有する作動装置（１０）を具備した、特に内燃機関のバルブトレイン装置に関する。本発明は、切替要素（１１）の切替方向をシフトするためのシフト装置（１５）有するバルブトレイン装置を提案する。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前段に記載のバルブトレイン装置に関する。

切替ゲートを使って少なくとも１つのカム要素を切り替えるために備えられた少なくとも１つの切替要素を有する作動装置を具備した、特に内燃機関のバルブトレイン装置がすでに公知である。

本発明の課題は特に、アクチュエータの数を低減したバルブトレイン装置を提供することである。この課題はそれぞれ独立請求項の特徴によって解決され、本発明のその他の実施形態は従属請求項で開示される。

本発明は、切替ゲートを使って少なくとも１つのカム要素を切り替えるために備えられた少なくとも１つの切替要素を有する作動装置を具備した、特に内燃機関のバルブトレイン装置から出発している。

本発明は、切替要素の切替方向をシフトするためのシフト装置を有するバルブトレイン装置を提案する。それによって第２の切替要素をなしで済ませることができ、それによって特にアクチュエータの数を低減し、取付けスペース及び取付け費用を節約することができる。ここで「切替方向」とは特に、切替要素を使ってカム要素を切り替えることのできる方向と解釈する。

さらにシフト装置がシフトスリーブを有していることを提案する。シフトスリーブを使って、特に単純でコンパクトなシフト装置を実現することができる。

有利には、シフトスリーブは少なくとも２つのシフトユニットを有している。それによって有利には２つの切替方向に切り替えることができる。

さらにシフトスリーブが少なくとも１つの作動モードでカム要素に対して回転可能である場合、簡単に２つの切替方向の間で切り替えることができる。

好ましくは、シフトスリーブは少なくとも１つの作動モードで共回転するようにカム要素に配置されている。それによって、１つの切替方向に調整することができ、それによってカム要素の１つの切替方向を１つの切替プロセスのために定義することができる。

さらに、シフトユニットを円周方向で互いにオフセットすることを提案する。それによって切替方向は、切替スリーブの位置によって簡単に定義することができる。

有利には、シフトユニットは約１８０°のオフセット角度を有している。それによって、切替スリーブの円周を特に有利に利用することができる。

さらに、シフト装置が、シフト力を供給するために備えられたブレーキ要素を有することを提案する。それによって、カム要素の回転動作を、切替スリーブを回すため、そしてそれによって切替方向の選択するために特に簡単に使用することができる。ここで「ブレーキ要素」とは特に、切替スリーブの回転動作を停止させ、それによって特にカム要素に関して、切替スリーブの相対的回転のための力を供給する要素と解釈する。しかし、別法として、切替スリーブをカム要素に対して相対的に回転させるために他の装置、例えば油圧式及び／又は電気式アクチュエータのような装置を使用することもできる。

さらに、シフト装置が、共回転するようにカム要素と接続されたシフトユニットを有していることを提案する。それによって、切替スリーブは簡単にカム要素と連結することができ、それによって切替スリーブ及びカム要素を特に軸方向の動きのために連結することができる。

有利には、作動装置は２つの調整セグメントを具備した切替路を有する。それによってバルブトレイン装置を軸方向に特にコンパクトに形成でき、その際、特にちょうど１つの切替路を具備した形態が有利である。

調整セグメントがそれぞれ１つの異なった軸方向の方向コンポーネントを有している場合、有利にはカム要素の２つの軸方向の切替方向が実現できる。

好ましくは、作動装置は２つの切替ユニットを具備した切替スリーブを有している。それによってカム要素は２つの切替方向に軸方向にスライド可能であり、切替ユニットが有利には１８０°オフセットして配置され、直接シフトユニットに接続している。

特に有利な実施形態では、シフト装置及び作動装置が少なくとも部分的に一体的にワンピースに形成されている。それによって構成部品の数と製造コストをさらに低減することができる。

別の好ましい実施形態では、作動装置は、切替ゲートを使って少なくとも１つの別のカム要素を切り替えるために備えられた第２の切替要素を有している。好ましくは、第１の切替要素を使って切り替えられるカム要素、及び第２の切替要素を使って切り替えられるカム要素は、半径方向に間隔を空けて設けられている。かかる実施形態により、好ましくはただ１つのアクチュエータを有する作動装置を使って、例えばインテーク側カムシャフトのカム要素及びエキゾースト側カムシャフトのカム要素のような、異なるカムシャフトのカム要素に切り替えられる。

その他の利点は、以下の図面の説明によって開示される。図面では、本発明の実施例が示される。図面、説明、請求項中には、多数の特徴が組み合わされて含まれている。当業者はこれらの特徴を目的に合った方法で個別としても見なし、有意義な別の組み合わせにまとめることもできる。

切替要素を具備したバルブトレイン装置の上方から見た部分平面図である。 ワンピースに形成された切替スリーブ及びシフトスリーブの下方から見た第１の平面図である。 ワンピースに形成された切替スリーブ及びシフトスリーブの上方から見た第２の平面図である。 バルブトレイン装置の切替ゲートの上方から見た平面図である。 切替プロセスの前の第１の切替位置にある、バルブトレイン装置の切替スリーブ及びシフトスリーブの上方から見た平面図である。 切替プロセスの後の第１の切替位置にある、バルブトレイン装置の切替スリーブ及びシフトスリーブの上方から見た平面図である。 切替プロセスの前の第２の切替位置にある、バルブトレイン装置の切替スリーブ及びシフトスリーブの上方から見た平面図である。 切替プロセスの後の第２の切替位置にある、バルブトレイン装置の切替スリーブ及びシフトスリーブの上方から見た平面図である。 バルブトレイン装置全体の斜視図である。

図１は、作動装置１０の切替要素１１を具備したバルブトレイン装置を上方から見た部分平面図である。この切替要素１１は、切替ゲート１２にかみ合うことのできる操作ピン２７を有している。切替要素１１が切替ゲート１２にかみ合う１つの作動モードにおいて、切替ゲート１２を使って２つのカム要素１３、１４が軸方向にスライドされ、それによってシフト可能なバルブトレインを実現することができる。ここでカム要素１３、１４は、それぞれ４つのカム対２８、２９、３０、３１を有している。

単純化して表示するため、図１から図８ではカム要素１３、１４を平面的に示している。カム要素１３、１４が曲線及び完結した表面を有している斜視図は、図９に示している。作動装置１０の切替ゲート１２は、ちょうど１つの切替路２１を有しており、この切替路を使ってカム要素１３、１４を軸方向の２つの切替方向にスライドさせることができる。切替要素１１がカム要素１３、１４をスライドさせる切替方向にシフトするため、バルブトレイン装置はシフトスリーブ１６を具備したシフト装置１５を有している。

切替方向がシフトされる１つの作動モードにおいて、シフトスリーブ１６はカム要素１３、１４に対して回転可能である。カム要素１３、１４が作動装置１０を使って切り替えられる１つの作動モードにおいて、シフトスリーブ１６は共回転するようにカム要素１３、１４に配置されている。

シフトスリーブ１６を２つの切替位置で共回転するようにカム要素１３、１４に配置するため、シフトスリーブ１６は２つのシフトユニット１７、１８を有しており、これを使ってシフトスリーブ１６を切替位置に共回転するようにカム要素１３、１４に配置することができる。ここでシフトユニット１７、１８は、円周方向に互いにオフセットされており、オフセット角度１８０°を有している。シフトユニット１７、１８はその際に、共回転するようにカム要素１３、１４に配置されている別のシフトユニット２０にかみ合う。

シフトスリーブ１６の２つのシフトユニット１７、１８は突出部３２、３３、３４、３５を有しており、切替要素１１と反対を向いた、シフトスリーブ１６の下側に配置されている（図２）。共回転するようにカム要素１３、１４に設けられたシフトユニット２０は、カム要素１３、１４に配置された２つの突出部３６、３７を有している（図３）。

シフトスリーブ１６の第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３は、ツーピースに形成されており、シフトスリーブ１６上で軸方向に延びている。突出部は、軸方向に隙間３８を有している。シフトスリーブ１６の第２のシフトユニット１８の突出部３４、３５は、ワンピースに形成されている。これは軸方向に延びており、第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３の間にある隙間３８の軸方向の幅とほぼ同じ幅を有している。第２のシフトユニット１８の突出部３３、３４は、隙間３８の高さに軸方向に配置されており、円周方向に１８０°だけ、第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３に対してオフセットされている。

カム要素１３、１４の上に配置されている第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７は、第１の切替位置において、第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３に対して形状がかみ合う接触を有している。この切替位置においては、カム要素１３、１４がシフトスリーブ１６の中央から出て半径方向に外側へスライドされる。第２の切替位置では、第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７は第２のシフトユニット１８の突出部３４、３５と形状がかみ合う接触を有している。この切替位置では、カム要素１３、１４は半径方向に切替スリーブ１６の中央へ向けてスライドされる。

第１の切替位置から第２の切替位置へ切り替えるため、カム要素１３、１４の上に配置された第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７は、軸方向に内側へ向かってスライドされ、それによってシフトスリーブ１６を回すことができる。なぜなら第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７はその時に第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３の間の隙間３８にあるからである。こうしてシフトスリーブ１６は、第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７が第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３と形状がかみ合う接触するまで１８０°回る。

第２の切替位置から第１の切替位置へ切り替えるため、第３のシフトユニット２０の突出部３２、３３は軸方向に外側へ向かってスライドされる。それによって第３のシフトユニット２０の突出部３２、３３と第２のシフトユニット１８の突出部３４、３５との形状がかみ合う接触が終了し、シフトスリーブ１６は、第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７が第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３と形状がかみ合う接触するまで、再び１８０°回る。

シフトスリーブ１６をカム要素１３、１４に対して相対的に回すシフト力は、ブレーキ要素１９によって与えられる。このブレーキ要素１９は薄板形状に形成され、シフトスリーブ１６に対して摩擦結合的接触を有している。ブレーキ要素１９は、共回転するように配置され、シフトスリーブ１６はカム要素１３、１４と共に内燃機関によって回転駆動される。ブレーキ要素１９とシフトスリーブ１６との摩擦結合的接触により、シフトスリーブ１６には、シフトスリーブ１６をカム要素１３、１４に対して相対的に回転させることのできる力が作用し、その際に回転方向はカム要素１３、１４又はシフトスリーブ１６の回転方向によって定義される。

カム要素１３、１４を軸方向にスライドさせるため、作動装置１０はシフトスリーブ１６とワンピースに形成された切替スリーブ２４を有している。切替スリーブ２４は２つの調整セグメント２２、２３を具備した切替路２１を有しており、調整セグメント２２、２３は異なる方向コンポーネントを有している。調整セグメント２２、２３は中間セグメント３９によって接続されている。切替路２１の経路は、ほぼＳ字形状の形で記述することができる（図４）。

切替スリーブ２４の下側には、第１の切替ユニット２５及び第２の切替ユニット２６が配置されている。第１の切替ユニット２５は、第１のシフトユニット１７の突出部３２、３３に直接接続する２つの突出部４０、４１を有している。第１の切替ユニット２５の突出部４０、４１は、ほぼ円周方向に延びている。

第２の切替ユニット２６は、第１の切替ユニット２５の突出部４０、４１に対して円周方向に１８０°オフセットされた突出部４２を有している。第２の切替ユニット２６の突出部４２は、軸方向に切替スリーブ２４の中央に配置されており、同じく円周方向に延びている。

カム要素１３、１４には、カム要素１３、１４に配置された２つの突出部４４、４５を有する第３の切替ユニット４３が配置されており、２つの突出部４４、４５はカム要素１３、１４と接続されている。カム要素は共回転するように、しかし軸方向にスライド可能にカムシャフト上に配置されている。

シフトスリーブ１６、ひいては切替スリーブ２４も第１の切替位置にある場合、第３の切替ユニット４３の突出部４４、４５は、軸方向に、第１の切替ユニット２５の突出部４０、４１の間にある。第１の切替ユニット２５の突出部４０、４１と第３の切替ユニット４３の突出部４４、４５は、ここでは直接隣接して配置されている。

切替要素１１が切替路２１のかみ合いセグメント４６を越えて切替路２１にかみ合うと、切替スリーブ２４は第１の調整セグメント２２の軸方向の方向コンポーネントによって軸方向に第１のカム要素１３から離れ動く。かかる軸方向の動きのために、第１の切替ユニット２５の突出部４０と第３の切替ユニット４３の突出部４４は形状がかみ合う接触を有している。それによって第１のカム要素１３は軸方向に切替スリーブ２４の中央に向かって動く。続いて、第２のカム要素１４は、第２の調整セグメント２３及び第１の切替ユニット２５の突出部４１の接触部によって第３の切替ユニット４３の突出部４５と共に同様に軸方向に切替スリーブ２４の中央に向かって動く（図５及び図６）。

その後、切替要素１１はかみ合い解除セグメント４７を越えて再び切替路２１からかみ合い解除する。切替要素１１がかみ合い解除すると、切替スリーブ２４ひいてはシフトスリーブ１６も、ブレーキ要素１９を使って切替スリーブ２４にかけられるリセット力によって、再びカム要素１３、１４の間の中央位置にリセットされる。ブレーキ要素１９及び切替スリーブ２４又はシフトスリーブ１６はそのために、軸方向外側に中央位置への力を生じさせる傾斜部４８、４９を有している。別法としてリセット力を生じさせる他の装置を配置することもできる。

カム要素１３、１４のスライド及びそれによる第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７のスライドにより、シフトスリーブ１６ひいては切替スリーブ２４も、第１の切替位置から第２の切替位置へ切り替わる。第２の切替位置では、切替スリーブ２４に配置された第２の切替ユニット２６の突出部４２は、直接カム要素１３、１４に配置された第３の切替ユニット４３の突出部４４、４５の間にある。

切替スリーブ２４が第２の切替位置にあるときに切替要素１１が切替路２１にかみ合うと、切替スリーブ２４が第１の調整セグメント２２によって実行する軸方向の動きによって、第２のカム要素１４が軸方向に中心から離れ動く。続いて、第２の調整セグメント２３によって第１のカム要素１３も軸方向に外側へ向かって動く。第２の切替ユニット２６の突出部４２及び第３の切替ユニット４３の突出部４４、４５は、切替スリーブ２４のかかる軸方向の動きのために互いにかみ合い、それによってカム要素１３、１４は切替スリーブ２４を越えて動くことができる（図７及び図８）。

切替要素１１がかみ合い解除セグメント４７を越えて再び切替路２１からかみ合い解除すると、切替スリーブ２４はブレーキ要素１９を越えて再度中央位置へ動く。カム要素１３、１４のスライド、及びそれに伴う第３のシフトユニット２０の突出部３６、３７のスライドにより、続いてシフトスリーブ１６は再度第１の切替位置に切り替わる。

好ましくは、バルブトレイン装置は第１の、図９に示されたカムシャフトと平行に配置された第２のカムシャフトを有することができる。好ましくは、第２のカムシャフトは第１のカムシャフトと同じように形成され、４つのカム対を具備した２つのカム要素を同様に有している。作動装置は１つのそのような実施形態において、好ましくはカムシャフトの間に配置され、それによってアクチュエータを使って２つの操作ピンを具備した２つの切替要素を制御することができ、その操作ピンは個々の切替スリーブ及びシフトスリーブの切替ゲートへかみ合う。こうして、ただ１つのアクチュエータを使用して、多気筒機関のバルブトレイン装置のための切替装置を提供することができ、内燃機関のインテークバルブ及びエキゾーストバルブのための切り替え可能なバルブトレインが用意される。

Claims (14)

1. 切替ゲート（１２）を使って少なくとも１つのカム要素（１３、１４）を切り替えるために備えられた少なくとも１つの切替要素（１１）を有する作動装置（１０）を具備した、内燃機関のバルブトレイン装置において、
   該切替要素（１１）の切替方向をシフトするためのシフト装置（１５）が備えられていることを特徴とするバルブトレイン装置。
2. 前記シフト装置（１５）がシフトスリーブ（１６）有することを特徴とする、請求項１に記載のバルブトレイン装置。
3. 前記シフトスリーブ（１６）が少なくとも２つのシフトユニット（１７、１８）を有することを特徴とする、請求項２に記載のバルブトレイン装置。
4. 前記シフトスリーブ（１６）が少なくとも１つの作動モードにおいて、カム要素（１３、１４）に対して回転可能であることを特徴とする、請求項２に記載のバルブトレイン装置。
5. 前記シフトスリーブ（１６）が少なくとも１つの作動モードにおいて共回転するようにカム要素（１３、１４）に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のバルブトレイン装置。
6. 前記シフトユニット（１７、１８）が円周方向に互いにオフセットされていることを特徴とする、請求項３に記載のバルブトレイン装置。
7. 前記シフトユニットが約１８０°のオフセット角度を有していることを特徴とする、請求項６に記載のバルブトレイン装置。
8. 前記シフト装置（１５）が、シフト力を供給するためのブレーキ要素（１９）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
9. 前記シフト装置（１５）が、共回転するように前記カム要素（１３）と接続されたシフトユニット（２０）を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
10. 前記作動装置（１０）が、２つの調整セグメント（２２、２３）を具備した切替路（２１）を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
11. 前記調整セグメント（２２、２３）が、異なる軸方向の方向コンポーネントを有することを特徴とする、請求項１０に記載のバルブトレイン装置。
12. 前記作動装置（１０）が、２つの切替ユニット（２５、２６）を具備した切替スリーブ（２４）を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
13. 前記シフト装置（１５）及び前記作動装置（１０）が、少なくとも部分的にワンピースに形成されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
14. 切替ゲート（１２）を使って少なくとも１つのカム要素（１３、１４）を切り替えるために備えられた少なくとも１つの切替要素（１１）を有する作動装置（１０）を具備した、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブトレイン装置のための方法において、
    前記切替要素（１１）の切替方向がシフトされることを特徴とする方法。
    

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