JP2012041922A - 特にカムシャフトを有するカムシャフト調整装置 - Google Patents

特にカムシャフトを有するカムシャフト調整装置 Download PDF

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    • F01L1/3442Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force

Abstract

【課題】バルブトレーンは、内側カムシャフトと外側カムシャフトとを有するダブルカムシャフトを含む。2つのカムシャフトは、同軸で設計されることが好ましい。
【解決手段】外側カムシャフトに対する内側カムシャフトの位置の回転変化により、内側カムシャフトの少なくとも一つのカムの角度位置が、外側カムシャフトのカムに対して調節又は設定される。カムは組に分けられ、各組は、互いに関係付けられながら変化するカム位置を占めることができる。この目的のために、カムシャフト調整装置の様々な構成が提供される。
【選択図】図1B

Description

本発明はダブルカムシャフトを有する内燃機関のバルブトレーンに関する。
可変バルブトレーンの調整シャフトのために特に製作された回転ドライブは、特許文献1において知られている。第1の回転式油圧駆動装置は、第2の回転式油圧駆動装置に結合され、バルブトレーン内での正確なカム位置の粗調整及び微調整が可能となっている。言い換えると、調整すべき回転角度位置が、2段構成を有するシステムによって可能となっている。
特許文献2は、板型の位置決め装置を記述しており、それにより第1の板の旋回運動が、第2の板等の旋回範囲に影響を与える。
特許文献3は、その図5aにおいて、2つのステータ軸を調整するシステムを示しており、ロータの旋回範囲が、第1及び第2のステータの回転により制限されている。
当業者であれば、多重カムシャフトのカムが、互いに対して調整することができれば有利となりうることを、特許文献4から導き出すことができる。従って、燃焼室の複数のガス交換バルブの動作を別々に制御できるように構成できるバルブトレーンを生み出すことが、長年にわたる懸案となっていた。本特許文献からは、理論的な利点を導き出すことはできるが、これらの利点を具体的な提案に結びつけることが欠落している。本引用により、本文献の発明で理論的に開示されている原理は、本発明の記載において完全に援用されたものとして適用される。
特許文献4を実施する方法は、特許文献5の図4A乃至4Cから知られており、これらの図は、互いに角度を以ってオフセットした少なくとも2組のカムを有する同軸ダブルカムシャフトを図示しており、これらのカムは、止めピンと止めスプリングにより、カムを支える特定のカムシャフトに結合されている。特許文献6において、類似の配置が知られている。本記載によれば、カムの位置は、油圧線形シリンダにより調整するものとなっている。特許文献7の図1において、類似の構造が知られており、同様に、排気カムに対する吸気カムの位置を、線形運動により調整するものとなっている。また、特許文献8も、線形に調整可能なカムシャフト配置を示している。輪郭に適合した嵌め込みピンは、その表面を介して、2つのカム間の角距離に影響を及ぼし、その結果、これらのカムに付随したカムシャフトの相対位置に影響を及ぼすものとなることが、特許文献9の図5及び図6により知られている。未審査の独国特許出願である特許文献10によれば、互いに係合しあう2つの中空軸カムシャフト間の相対的な角度位置は、縦長の穴を有する遊星歯車を介して調整できる。しかし、高圧縮比内燃機関における現在の排気制限値に適合するためには、外側軸も、駆動軸、特にクランクシャフトに対して調整可能となる必要がある。複雑なカム運動輪郭を生み出すための他の基本的な考え方は、特許文献11から導き出すことができる。カムシャフトの主カムのカム動作輪郭を、補助カムを用いて広げ、関連するガス交換バルブを二度目に制御し、主動作に対して時間軸上でずらし、以ってシリンダからの排気又は他の排気を強めることができる。
調整可能なダブルカム動作を有するカムシャフトの他の動作モードが、特許文献12に記載されている。最後に、2つの文献、特許文献13及び特許文献14を記しておく。
以上をまとめると、以下の事項が長年の懸案となっている。すなわち、ガス交換バルブトレーンにおける動作を、どのように時間軸上で互いにずらせば、それらの位相位置を調整することができるかという課題である。
特許文献15は、不図示の油圧調整装置に対し作動油を導入することができるように接続された溝型の油供給ユニットを備えたダブルカムシャフトを、いくつかの図的表現により示している。本特許文献の出願人である、マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング(Mahle International GmbH)の代表者は、特許文献15に基本的に記述されているダブルカムシャフトの技術的内容を、第16回自動車及びエンジン技術に関するアーヘン学会2007年(16th Aachen Colloquium on Vehicle and Engine Technology 2007)において、概略図及び機能ブロック図で示して発表している。学会発表でも確認されたように、当業者は、適切なダブルカムシャフトのために好適なカムシャフト調整装置の探求を成功裏に終わらせることが未だできていない。
中空カムシャフトと、第1の回転可能部材に平行に配置された第2の回転可能部材とを相対的に回転させるためのカムシャフト調整装置が、特許文献16に記載されている。互いに隣り合う円盤構造の形式により2つの回転可能部材を配置することに代えて、特許文献17の図には、同一平面上に置かれた複雑な調整装置の様々な実施態様が見られるが、その第1の調整要素は、同軸カムシャフトのカムの第1の組を回転させることができる一方で、その第2の調整要素は、同軸カムシャフトのカムの第1の組を回転させる目的に特化したものとなっている。このようにして、カムの一方の組の角回転は、カムの他方の組のアクセス可能な角度領域に影響を及ぼすものとなっている。特許文献18にも同様の記述がある。一方、ダブルカムシャフトのカムの組を、さらに広い調整範囲にわたり、互いにできるだけ個別に調整できるならば、それがより好ましいものとなる。
ダブルカムシャフトの接続の種類は、特許文献19から導き出すことができ、カムシャフト調整装置と個々のカムは共に、交差したピンを用いることにより、二重構成のカムシャフトに結合することができる。この場合、ピンは、カムシャフトのクロスボウでの動作に適合したものとなる。
特許文献20での課題に関する記載では、軸に沿って調整可能な形式で簡単に構成されたカムシャフト調整装置において、カムシャフト調整装置、シリンダヘッド、制御バルブ及びカムシャフトを静止した状態で永久的に位置決めする際にのみ問題が生じることが示されている。既知のカムシャフト調整装置であっても、個々の部品を互いに絡み合わせてしまう恐れがある。
広い底部を有するロータが、特許文献21及び特許文献22において知られており、安定化又は油を導入することを理由に、その底部が反対方向に広がったベーン幅を有している。
カムシャフト調整装置を、分割したカムシャフトにどのように接続するかが、特許文献23の図面に示されている。各カムシャフトは、一種類のガス交換バルブを制御する。従って、吸気側ガスバルブのためのカムシャフト調整装置と、排気側ガスバルブのためのカムシャフト調整装置とが併存する。各カムシャフト調整装置は、それが属するカムシャフトの半分側に配置される。
提示された、制御軸に置かれ、あるいは互いに調整することができる2つのガス交換バルブ作動手段の実施態様は、本発明の記載の可読性を向上させ、以て、以下に示す本発明の特徴を強調することができるよう、本発明の記載の範囲内に参照として組み込まれる。それらの開示の範囲は、本記載において、全体が参照として組み込まれる。
ガス交換バルブ制御軸は、互いに係合するように、好ましくは同軸に配置され、外側カムシャフトが内側カムシャフトを取り囲む2つのカムシャフトから構成されており、しばしばダブルカムシャフトと呼ばれることもある。ダブルカムシャフトとは、二重に構成されたカムシャフトのことである。なお、当業者であれば、カムシャフトという用語は、長さ方向に延び、その軸上に全てのカムが互いに静的に配置されている単一軸のものに対応付けることが多い。
欧州特許出願公開第1347154号明細書 米国特許第2911956号明細書 国際公開第01/12996号パンフレット 米国特許第5233948号明細書 米国特許第5235939号明細書 国際公開第2005/040562号パンフレット 独国特許出願公開第4332868号明細書 欧州特許出願公開第0397540号明細書 米国特許第4332222号明細書 独国特許出願公開第3624827号明細書 独国特許出願公開第19914909号明細書 独国特許出願公開第102004023451号明細書 日本国特許第11173120号明細書 国際公開第1992/012333号パンフレット 独国特許出願公開第102005014680号明細書 米国特許第6253719号明細書 米国特許第6725817号明細書 欧州特許出願公開第1234954号明細書 欧州特許出願公開第1696107号明細書 米国特許第6076492号明細書 独国特許出願公開第10346446号明細書 独国特許出願公開第10346448号明細書 独国特許出願公開第10102767号明細書
本発明により解決しようとする課題は、カムシャフト調整装置を、それに対応するカムシャフトに結合し、高い信頼性を以って柔軟に、オプションとして繰り返し交換可能となるような方法で、内燃機関のバルブトレーンを操作することができる手段を形成することである。カムの各グループと、各カムは、特に,ダブルカムシャフトの場合には,高い信頼性を以って、互いに,また,残りのカム及び残りのカムのグループに対して位置決めがなされる。
技術的課題は、本発明による装置により解決される。利点を有する実施例(例示的な実施態様)を、以下の記述から導き出すことができる。
ロータは、特定の角度範囲に設けられ、周りを取り囲むハウジングの一部として構成することもできるステータの横材間で動くことができるものであり、回転ベーンとも称される。回転ベーンという用語は、しばしば被駆動部位と称される中央、中間及びピボットカムシャフト接続部位のベーン型の構造を指すものである。一方、ロータという用語は、別の従来の軸―線方向の調整部位とは異なる、被駆動部位の回転特性を指すものである。
カムシャフト調整装置は、内燃機関の可変バルブトレーンの一部である。内燃機関には、少なくとも一つのガス交換バルブ制御軸を有している。ガス交換バルブ制御軸は、同心状に置かれた2つのカムシャフトを有しており、このカムシャフトは、互いに相対的な回転方向に調節することができる、すなわち、少なくとも2つのカムが相互に角度を持って回転することができる。カムシャフトは、基準軸に対して回転角が依存するという相対的な関係で設定されている。2つのカムシャフトが互いに独立したカムシャフトであると考えられる場合には、特に有利なものとなる。各カムシャフトは、最大の角度範囲を有し、この範囲は、他方のカムシャフトとは独立して回転しうるものとなる。
排気技術に拠り、内燃機関のバルブトレーンは、しばしば、カムシャフトと、第2軸に対するカムシャフトの相対位置を変化させるための旋回ロータカムシャフト調整装置とで構成されている。第2軸とは、クランク軸又は駆動軸のことである。カムシャフト調整装置は、少なくとも、ロータとステータという回転機器を有している。これらの機器は、互いに相対的に可変速で回転し、互いに様々な位相関係となりうるため、回転機器と呼ぶことができる。回転機器間には、変化し、特に、正反対の動作容量を有する油圧室が形成される。ピン又はピン類似の結合手段を介して、ステータに対するロータの位置変化がカムシャフトに伝達するように、回転機器の少なくとも一つが、カムシャフトに係合するピンによりカムシャフトに結合されている。特に、ダブルカムシャフトにおいては、極めて長尺のカムシャフトは、互いに絡み合い、固着する傾向があることが分かっている。本発明は、接続したカムシャフト調整装置により、この絡み合いを減らす解決策を提供する。また、カムシャフト調整装置の接続は、解除することもできる。この接続は、カムシャフト調整装置に対するカムシャフトの調整を可能とする。
旋回ロータの動きに伴って動作する調整装置は、しばしば、旋回モータとして動作する調整装置とも称されるが、そこで果たされるのはモータとしての機能ではなく、特に、回転ベーンの原理に基づき動作するカムシャフト調整装置による位置選択の機能のみである。
本発明の実施例によれば、バルブトレーンは、内側カムシャフト及び外側カムシャフトを有するダブルカムシャフトを含んでいる。2つのカムシャフトは、同軸となるように設計されていることが好ましい。内側カムシャフトの外側カムシャフトに対する位置の回転変化により、内側カムシャフトの少なくとも一つのカムの角度位置は、カム又は外側カムシャフトに関連付けて調節又は設定される。内側カムシャフトのカムは、外側カムシャフトに固定し、ピンにより内側カムシャフトに拘束して旋回できるようにすることが有利となる。より少ない質量を有する内側カムシャフトを調整することにより、バルブトレーンの動作イベントを起こす位置を定義することができるが、外側カムシャフトのより大きな軸受面を用いることもできる。
バルブトレーンは、基準軸に対して可変的に調整することができる。バルブトレーンは、少なくとも、第1カムシャフトと第2カムシャフトとを有する。これらのカムシャフトは、2つのカムシャフトが、同軸で構成されたダブルカムシャフトとして存在するように配置されている。ダブルカムシャフトは、外から見ると一体化されたカムシャフトとして見え、その複数のカムは、互いに個別に調整することができる。これらのカムは組に分けられ、各組は、互いに関係付けられながら変化するカム位置を占めることができる。この目的のために調整されるカムシャフトが存在する。カムシャフト調整装置は、旋回ロータカムシャフト調整装置であることが好ましい。カムシャフト調整装置は、その中心で、カムシャフト調整装置を通り2つのカムシャフトの第1(内側)カムシャフトに係合する接続手段により、回転可能部品の第1の組を有する2つのカムシャフトの一方に結合されており、接続手段は、ネジまたは中心バルブの一つを含んでいる。カムシャフト調整装置は、ベーンを有するロータ、少なくとも一つのロックピン、及び油導入チャネル等の、異なる複数の組の互いに回転可能な部品を有している。リム型の取付けフランジにより、第2(外側)カムシャフトまでの最大半径が定義されている。カムシャフト調整装置を通り、取付けフランジと係合する少なくとも一つの追加の接続手段が、半径内に設けられている。この追加の接続手段は、ネジとすることができる。理想的には、第2カムシャフトの取付けフランジを通り、それに係合するこのような追加の接続手段が、カムシャフト調整装置の回転可能部品の第2の組として複数設けられている。カムシャフト調整装置の一つの部分は、第1カムシャフトと同時に回転する。カムシャフト調整装置の他の部分は、第2カムシャフトと同時に回転する。ダブルカムシャフトは、従来から、高い信頼性を以って迅速に、上記のように適切なカムシャフト調整装置に接続することができるものである。
本発明の実施例によるバルブトレーンでは、取付けフランジは、2つのカムシャフトの外側で一体となった形状とすることができる。従って、外側カムシャフトは鍛造カムシャフトとすることができる。取付けフランジは、カムシャフトの一端に、半径方向の外側に向けて形成することができる。取付けフランジの周囲の数箇所で、ネジを取付けフランジに設けることができる。ネジは、形状にぴたりと合った接続のために導入される。トルクが、カムシャフトに均一に与えられる。従って、例えばチェーン・ドライブ等のバルブトレーンの駆動力を介して、カムシャフト調整装置に与えられたトルクは、外側カムシャフト全体に伝達することができる。
カムシャフト調整装置は、回転可能部品の第1の組を含んでいる。ロータは、第1の組に所属していてもよい。ロータは、ステータ等の、カムシャフト調整装置の少なくとも一つの追加の部品と共に、油圧室の形成の役目を果たす。ステータは、回転可能部品の第2の組に所属している。自由切断空間が、部品の組の部分の一つに設けられる。自由切断空間は、カムシャフトの向きに位置合わせして配置される。長く、取り付けが容易な部品が形成される。少なくとも一つの自由切断空間は、カムシャフトに対して放射状に位置合わせされた接続手段を収容する役目を果たす。本発明によるカムシャフト調整装置及びダブルカムシャフトの係止の形式は、接続手段に対して追加の空間を必要としないものとなっている。取付けフランジは、同時に、ベアリングとしての役目も果たす。
カムシャフト調整装置の自由切断空間は、所定の長さを有している。自由切断空間の長さは、取付けフランジから接続手段を完全に取り除いた構成に基づいて決められる。自由切断空間の直径は、接続手段の最も幅の大きな部分よりも長い。自由切断空間は、狭口のガイドチャネルに遷移する。狭口のガイドチャネルは、そこを通る係止手段ができるだけ少ない遊びを以って係合できるような開口寸法を有している。自由切断空間は、狭口のガイドチャネルに向かって狭まっている。ガイドチャネルは、スロートの背部の形状を有しており、狭い開口を有している。ガイドチャネルは、操作手段がアクセスするための開口を提供する。係止の際の操作手段は、ネジ回しの刃先とすることができる。
実施例において、例えば、ステータ等のカムシャフト調整装置の外側包絡部には自由切断空間が設けられている。自由切断空間は、同時に、油室を表すこともできる。動作の際は、作動油は、自由切断空間内に進入することができる。カムシャフト調整装置を通り、取付けフランジと係合する接続手段の一部は、自由切断空間の下部となる。カムシャフト調整装置がカムシャフトと結合している時の位相の際は、自由切断空間は、一つあるいはそれ以上の数の接続手段により用いられる。さらに追加の固定空間が必要となることはない。
カムシャフト調整装置を通り、取付けフランジと係合する、一つあるいはそれ以上の数の追加の接続手段は、半径内に設けられる。仮想的な半径、あるいは形成される半径は、カムシャフト調整装置の内部に向けたものである。また、半径は、中央の係止手段の周囲から中心に向けて配置されている。半径は、ステータの内壁よりも小さい。実施例において、半径はできるだけ小さくしてもよく、例えば、最大でもロータコアと同じ程度の大きさとしてもよい。全ての接続手段は、カムシャフト調整装置の中心にある。このようにして、カムシャフト調整装置の慣性は抑えられる。
他の実施例において、カムシャフト調整装置を通り係合する追加の接続手段は、カムシャフト調整装置の包絡部の横材型の部分に設けることができる。また、これらは、その一部を、横材型の部分に設けることもできる。接続手段又はネジは、例えば、油圧室内の横材内にそれらの一部を設け、さらにそれらの一部を横材の外部に設けることもできる。
異なる種類の接続手段が、反対方向に向いている場合には、接続手段は、カムシャフト調整装置及びバルブトレーンに対して、異なる側から挿入することができる。必ずしもカムシャフト調整装置の同一側に穴を開けておく必要はない。
カムシャフト調整装置は、横材型の部分に、少なくとも一つのトラフ型に構成された埋込み部を有している。各横材は、トラフ型の埋込み部を有していることが好ましい。埋込み部は、油圧室を拡張又は拡幅するために存在していてもよい。カムシャフト調整装置を通り、第2カムシャフトの取付けフランジを係合する追加の接続手段の頂部は、カムシャフトに当たる側により、形状に合わせてその埋込み部内に収容することができる。油圧室が埋込み部に遷移しているような構造の場合には、特に注記するような材料の弱点を考慮する必要はない。
本発明の実施例によるバルブトレーンに特に用いることができるカムシャフト調整装置は、少なくとも一つのロータと、少なくとも一つのステータとを含んでいる。他の実施例において、カムシャフト調整装置は、少なくとも二つのロータと、一つのステータとを含んでいる。ロータとステータは、互いに回転可能である。ステータと、少なくとも一つのロータは、互いに反対方向に伸びる油圧室を形成し、別々に固定することができる。油圧室の寸法は、ロータの旋回運動により形成される。カムシャフト調整装置には、ダブルカムシャフトに係止するための、カムシャフト調整装置を通り、第1カムシャフトと係合する中央接続手段が設けられている。ロータは、少なくとも一つの自由切断空間を有している。自由切断空間は、分解の可能性を考慮し、ステータをダブルカムシャフトの2つのカムシャフトの一方に係止するための他の接続手段に、その寸法が適合するようになされている。以上のように、カムシャフト調整装置と、二重に設計されたカムシャフトと、ダブルカムシャフトとから、取り付けが容易なコンパクトユニットが形成される。
一態様によれば、本発明は、高トルクを伝達することができる特徴を有している。第2の種類の接続手段が、カムシャフト調整装置内の本発明に従って設計された位置に設けられている場合には、ダブルカムシャフトは、既知の従来の旋回ロータカムシャフト調整装置により駆動することができる。長年に渡り、旋回ロータカムシャフト調整装置から得られた全ての試みと経験を、ダブルカムシャフトを有するバルブトレーンに継承することができる。ダブルカムシャフトにより、動作イベントを調整することができ、以って、単一バルブトレーン内でのガス交換バルブの開閉動作を改良することができる。
以下、本発明を付属の図面と関連付けて説明するが、同一の引用符号は同一の要素を表すものである。
開放型チェーンドライブケースを有するエンジンブロックの概略正面図。 エンジンブロックを示した概略断面図。 本発明の第1の実施例である、カムシャフト調整装置の断面図。 本発明の第1の実施例である、バルブトレーンの後部の断面図。 本発明の第2の実施例である、カムシャフト調整装置の断面図。 本発明の第2実施例である、バルブトレーンの後部の断面図。 本発明の第3の実施例である、カムシャフト調整装置の断面図。 本発明の第3の実施例である、バルブトレーンの一端の断面図。 本発明の第4の実施例である、バルブトレーンの一端の断面図。 本発明の第4の実施例である、カムシャフト調整装置の断面図。
なお、全ての実施例においては、理解を助けるため、同一の対象物及び機能的に等価な部分には、同一の引用符号(各例において、200ずつ増加する番号)が付されているが、実施例毎に僅かな差が見られることもある。
図1Aは、開放型チェーンケース23を概略的に示したものであり、被駆動手段21、すなわちチェーンは、基準軸7と、カムシャフト調整装置3、5の少なくとも一方との間の駆動による接続を確立するものである。カムシャフト調整装置3は、バルブトレーン1の一部である。また、カムシャフト調整装置5もバルブトレーン1の一部である。被駆動手段21は基準軸7に係合し、また、フライホイール15も、回転している基準軸7の非駆動時の運動フェーズを連続化させるために基準軸7上に存在している。例えばクランクシャフトである基準軸7と、2つのカムシャフト調整装置3、5の一方、理想的にはカムシャフト調整装置3、5の両方との間に、移動(伝達)が発生する。図1Bにおいて、エンジンブロック31の断面形状を調べると、バルブトレーン1の構造がより詳細に判明する。基準軸7は、クランクシャフトであり、クランクシャフトベアリング19によってクランクケース17に取り付けられている。フライホイール15は、基準軸7の一端に係合している。フライホイール15は、クランクシャフトからの運動エネルギーを蓄積し伝達する。クランクシャフトの回転運動を同期化して伝達するため、エンジンブロック31は被駆動手段21を有しており、この手段は、チェーンケース23等の被駆動手段ケース内のカムシャフト調整装置3と基準軸7との間に機械的に強固な接続を生み出すものである。下部に位置するクランクケース17には、クランクシャフトベアリング19上にクランクシャフトが置かれている。クランクシャフトは、ダブルカムシャフト9として設計されている。カムシャフト9は、シリンダヘッド27内のカムシャフトベアリング25に置かれている。カムシャフトは、ダブルカムシャフト9の形態でシリンダヘッドカバー29の下に置かれている。ダブルカムシャフト9の二重化設計により、カム11、13の2つの異なる組は、互いに対して別々に制御することができる。従って、吸気ガス交換バルブの吸気特性は、1つのカムシャフトと、カム11とにより制御することができ、排気ガス交換バルブの排気特性は、1つのカムシャフトと、カム13とにより制御することができる。可変バルブトレーン1が含まれる場合には、カム11とカム13との間の相互の関係は、基準軸7等の基準点に関連付けて調整することができる。被駆動手段21が、カムシャフト調整装置3の外周部分に係合するのに対し、被駆動力は、カムシャフト調整装置の中心33を介して、カムシャフト調整装置3からダブルカムシャフト9に放出される。この目的のために、ダブルカムシャフト9とカムシャフト調整装置3との間の接続は、信頼性の高い接続結果が得られるようになされる必要があるが、これは、簡単に、又、迅速に、さらに極めて少ない作業ステップで可能となるものでなければならない。結合すべき部品、又は回転させるべき部品を並行して設計することが、組み立て時間を短縮することにもなる。
図2は、本発明によるカムシャフト調整装置100の第1の実施例を示すものである。カムシャフト調整装置100は、ダブルカムシャフト182として図3に示したカムシャフトとともに、図1A及び図1Bによるバルブトレーン1の一部となっている。図2は、実施態様の第1例のカムシャフト調整装置100の断面図を示すものであり、図3は、バルブトレーン222の長さ方向の断面図を示すものである。さらに、ダブルカムシャフト182と、接続手段156、158、160等の接続手段は、バルブトレーンに属している。ダブルカムシャフト182は、第1カムシャフト184と第2カムシャフト186とから構成されている。2つのカムシャフト184、186の一方、すなわち第1カムシャフト184は、第2カムシャフト186内の内側カムシャフトとして設計されている。第1カム194及び第2カム196は、外側カムシャフト186上に位置している。カム194、196は、互いに隣接していてもよい(図3には図示されていない)。
別の実施例において、図3に示すように、互いに係合しあうダブルカムに加えカム194、196を、ガス交換バルブに対して2つの下流側動作イベントを生成するように配置することもできる。一方のカム194は、カムシャフト184又は186の一方の回転動作に追従し、他方のカム196は、カムシャフト184又は186の他方の回転動作に追従する。カムシャフト調整装置100は、回転ベーン型のカムシャフト調整装置である。カムシャフト調整装置は、ステータ102とロータ104を有している。また、ステータ102は基準軸に対して同期して回転する(しかし、オプションとして異なる回転数であってもよい)が、この基準軸は、図1Bにおいては、クランクシャフトの形状である基準軸7として示されている。ステータ102は、ステータハウジング108内にロータ104を有している。ロータ104は、ロータコア106と、ロータコア106から先にあるベーン140、142、144、146、148とから構成されている。カムシャフト調整装置100は、ロータベーン140、142、144、146、148の数と概ね同数の、ステータベーン128、130、132、134、136を有している。例えば、ロータベーン140、142、144、146、148を有するカムシャフト調整装置100では、例えば、5つのロータベーン140、142、144、146、148が用いられている。
ロータベーン140、142、144、146、148は、ステータ横材とも呼ばれるステータベーン128、130、132、134、136とともに、それらの間の室174、176を形成している。室174、176は、幾度かカムシャフト調整装置100に現れる。油圧により、一方の室174の容量が増加する度合に応じて、他方の室176の容量は減少する。油圧の大きさに従い、ステータ102に対するロータ104の相対的な位置関係が、ベーン140、142、144、146、148とベーン128、130、132、134、136との間で確定する。カムシャフト調整装置100の外側包絡部112(図2及び図3参照)を生み出すために、ステータ102は、ステータハウジング108のみで構成されるだけでなく、例えば、これもステータ102に属している挿入板110(図3参照)等の他の部品からも構成されている。ステータ102は、その中央部にロータ104が収容されるように、トラフのような形状となっている。
ステータ102は、円状に構成されている。カムシャフト調整装置100の半径126に沿った(仮想線で表示した)複数の異なるリム122、124が、ステータに関連付けることができる。カムシャフト調整装置100は、中心120を有しており、半径126から差し引くことができる。第1リム122、第2リム124と称される径部分が、半径126に形成される。第2リムは、第1リム122を越えて設けられ、すなわち第1リム122の少なくとも2倍の円周を有している。カムシャフト調整装置100は、複数の異なる接続手段156、158、160を有している。接続手段156、158、160は、最大半径126内に位置しており、その最大半径は、ステータ102の内壁114により定義されている。接続手段156、158、160は、複数の異なる働きを交替で果たす。第1の接続手段156は、圧力嵌めの方法により、ロータ104、あるいはより正確に言うとロータコア106と、カムシャフト184、186の一方との間の接続を生み出す。理想的には、内側カムシャフト194は、接続手段156を介してロータ104に結合される。他の接続手段158(図2参照)は、数カ所カムシャフト調整装置100に現れるが、ネジ164(図3参照)として設けられている。従って、ロータ104は、例えば、作動油チャネルカバー180等の追加の部品とともに、回転可能部品の第1の組116を形成している。また、ステータ102は、内燃機関、すなわちエンジンブロック31(図1B参照)の動作中は、回転運動も起こすため、ステータ102は、挿入板110及び駆動ホイール200等の追加の部品とともに、回転可能部品の第2の組118を形成している。基準軸7から発生するトルクは、ロータコア106を介して流体的に導かれ、カムシャフト調整装置100の中心120に置かれた接続手段158に伝達される。特に、良好な力伝達のために、接続手段156は、第1の大型ネジ162として設計されているが、バルブトレーン222の中心、すなわちカムシャフト調整装置100の中心120に位置することが好ましい。
室174、176で油圧の供給不足が起きた場合には、ロータ104をステータ102に位置的に強固に固定するための係止手段150は、死点位置にある。各室174、176間の密封効果を向上させるため、各ベーン146には密封帯154を設けることができる。精密な組み立てが適用できる場合には、ほとんどのベーンで密封帯154を省くことができる。ステータ102は、ステータハウジング108及び駆動ホイール200などのいくつかの部品から構成されているため、追加の接続手段である第3の接続手段160は、カムシャフト調整装置100の個々の包絡部品112を締め付ける必要がある。この目的のために、ステータベーン128、130、132、134、136は特別な埋込み部138を有し、第3の種類の接続手段160が、ステータ102の一部からステータ102の他部を通り係合できるようになっている。接続手段160に対するオフセットとして、第2の種類の接続手段158が、カムシャフト調整装置100に設けられ、さらに、その中心120の方向に向けられている。接続手段158は、全て、リム122、124のうちリム122に置かれ、ステータの内壁114により囲まれる。埋込み部138は、概ね、ステータベーン132の中央に置かれる。室174、176への給油のため、ロータ104内に作動油チャネル178が作られており、これらのチャネルは、密封を生み出す追加の作動油チャネルカバー180により、回転可能部品の第1の組116と回転可能部品の第2の組118との間の漏れに対して防護される。リム122上に置かれた第2の種類の接続手段158は、自由切断空間204に通じている。これは、ネジ162、164、166によるネジ止め接続により、個々の接続手段156、158、160が生み出されている場合には、特に有利となる。これは、ネジ162、164、166のうち少なくとも1つのネジ166が、残りのネジ162、164とは異なる方向に向いている場合には、特に有利となる。ネジ166の方向170は、内側カムシャフト184にネジ止めすることによりロータ102をダブルカムシャフト182の端部190に結合する最大寸法のネジ162の方向168に対して、逆平行の向きとなっている。ダブルカムシャフト182は、取付けフランジ198を有しており、そこで第2の種類のネジ164をネジ止めすることができる。
図2からわかるように、接続手段158は、均一の間隔で配置されているため、ロータ内のリム122上で、ロータ102に対して同一の角度で分配されている。ロータ104の、ステータ102に対する最終のロータ位置に関する暗黙の仮定として、行程端部緩衝部材152は、ロータベーン140、142、144、146、148とともに、ステータベーン128、130、132、136と統合されている。また、接続手段160は、ステータベーン128、130、132、136に置かれている。第2リム124は、円状の閉曲線として、ステータベーン128、130、132、136の概ね中央と、ロータベーン140、142、144、146、148の概ね中央の両者と交差している。また、係止手段150の位置も、第2リム124上となっている。従って、ダブルカムシャフト182の軸188が、第1ネジ162によりその長さ方向に延長している場合、ダブルカムシャフト182の形態となっているカムシャフトの端部190は、高い信頼性を以ってカムシャフト調整装置100と結合することができる。ネジ162は、カバー202に通じており、カバーは、例えば、Oリングシール等の密封216により、流体的に密封されたカムシャフト調整装置100を生み出す。流体的な密封は、カバー202よってのみで可能になるだけでなく、第3の種類のネジ166の締付け力によっても可能となる。内側カムシャフト184の端部は、ドリルで穴あけされた空隙となっており、そこに第1ネジ162をネジ止めすることができるようになっている。2つのカムシャフト184、186間には、ネジ162に沿って、さらにその先に、ベアリングチャネル192から室174、176に至るまで作動油を導くためのチャネルが形成される。第1ネジ162は、カムシャフト調整装置100の中でも最大寸法のネジであるため、その一部が作動油中に置かれ、2つの室174、176のいずれか一方に対応したものとなる。回転可能部品の他の組118は、ステータ102のステータ部品を形成するものであり、ダブルカムシャフト182の第2カムシャフト186に結合することができ、第2の種類のネジ164は、選択した場所にロータコア106を通して挿入し、駆動ホイール200等のステータ102の一部を、中間的な手段を用いずに直接、取付けフランジ198にネジ止めすることができる。この目的のために、カムシャフト調整装置100には、複数のネジ164に対応する自由切断空間204が設けられている。ネジ164は、所定の長さ208を有している。自由切断空間204は、長さ206を有している。自由切断空間204の長さ206は、ネジ164の長さ208に適合し、ネジ164の先端が、ネジ止めされている際に取付けフランジ198内に収まり、ねじ止めが完了すると取付けフランジから完全に飛び出るようになっている。この目的のため、カムシャフト調整装置100は内部ガイドチャネル214を有しており、この内部ガイドチャネルは、カバー202により閉鎖することができ、組立工程が完了すると、流体的に機密性を固く保つことができる。また、自由切断空間204の幅210は、接続手段の幅212に適合している。これにより、接続手段の頭部172は、自由切断空間204の後部に後退させることができる。
ガイドチャネル214の狭口構造により、ガイドチャネル214は、自由切断空間204の通常の幅210よりも狭いため、接続手段の幅212よりも狭くなっている。カムシャフト調整装置100がダブルカムシャフト182の取付けフランジ198から取り外されたとしても、ガイドチャネルが失われることはない。カムシャフト調整装置100を組み立てた場合、取付けフランジ198の止めネジ164は、各自由切断空間に置かれる。カムシャフト調整装置100は、第3の種類のネジ166により、コンパクトな形状のまま保持される。ネジ166は、ステータトラフ等のステータ102の他の部分に駆動ホイール200を締め付ける。カムシャフト調整装置100がダブルカムシャフト182に取り付けられる際には、バルブトレーン222を形成するために、2種類のネジの一方を、2つのカムシャフト184、186の一方に代わる代わる結合させる。このように、最初の締め付け作業ステップの後に、カムシャフト調整装置100はダブルカムシャフト182に取り付けられるが、第2の種類のカム196に対するカム194の正確なカム位置に関して、ダブルカムシャフトを調整することができる。この目的のために、トルクレンチ等の締め付け工具が、ガイドチャネル24を通して、ネジ164の各々の頭部172に係合する。取付けフランジ198に特化した接続手段の頭部172の幅212は、ガイドチャネル214よりも広いが、自由切断空間204の幅210よりもわずかに狭い。シール216、218、220と、密封効果を有する作動油チャネルカバー180等の多くの部品とが、バルブトレーン222に設けられ、ベアリングチャネル192等のチャネルに沿って、できるだけ少ない損失で作動油が室174等の室に流れ込むようになっている。従って、その後に導入されるカバー202は、カムシャフト調整装置100の漏れを更に減らすことができる。そこでは、少なくとも一つのシール216、理想的には2つのシール216、218を、ステータハウジング208とカバー202との間のカバー202部に挿入する。スナップ嵌めの方法でステータハウジング108にカバー202を締め付けるために、シール216、218の一方は、同時にスナップリング又はスプリングシールとしても設計することができる。3つのネジ162、164、166は、円内に置かれているが、カムシャフト調整装置100は、ダブルカムシャフト182ではなく単一のカムシャフトのみに提供される対照的なカムシャフト調整装置よりも長いものである必要はない。カムシャフト調整装置100のコンパクト形状を維持することを可能としながら、ダブルカムシャフト182を制御することができる。とりわけ、自由切断空間204が一つの室174に平行に置かれている際に、このような状況が見られる。
図4は、カムシャフト調整装置300の他の実施例を示すものである。カムシャフト調整装置300は、ステータ302とロータ304を含んでいる。ロータ304は、ステータ302に囲まれている。ロータ304はステータ302の内壁314により拘束され、ロータ304とステータ302の間には、作動油の流入に対応した各々の室374が幾度か形成される。各々の室374に対して、対応する室376が存在し、室374が最も大きく拡張した際に、室376の大きさは最小となる。図4から分かるように、カムシャフト調整装置300は、中心320の周りに配置されており、このため各ロータベーン3440、342は、ロータコア306に結合されている。ロータ304は、中心320の周りに取付けられ、ステータベーン328、330間で回転できるようになっている。ステータ302及びロータ304は、3つの組の複数の異なる接続手段356、358、360により密封され、流体的に密封されたユニットを形成している。この目的のために、各リム322、324を形成することができ、これらは、接続手段356、358、360の配置の外部境界とみなすことができる。リム322、324は、中心320の周りに配置されている。リム322、324は、中心320に中心が合わされている。3種類の接続手段356、358、360のうち2つが、同一のリム324上に置かれている。しかし、2つの接続手段358、360は、異なる方向に向いている。接続手段356は、カムシャフト調整装置300の中心320を通っており、中心係止手段として作用する。従って、カムシャフト調整装置300は、中心ネジ・カムシャフト調整装置と称することができる。カムシャフト調整装置300を、その中心に位置する接続手段356によって取り付けることによれば、カムシャフト調整装置300は、2組の回転可能部品316、318を有する油圧消費装置でもあると考えることができる。ステータハウジング308は、第2の組の回転可能部品に所属している。カムシャフト調整装置300において、接続手段356、358、360は、中心から延びる半径326の各半径上に置かれている。この場合、接続手段358、360は、リム324の同一の半径上に交互に配置され、すなわち、接続手段358の後に接続手段360が配置され、さらにその後に別の接続手段358が配置されている。この手段により、できるだけ均一となる表面圧が生み出され、これがカムシャフト調整装置300の密封に寄与している。
図5は、ダブルカムシャフト382として構成されたカムシャフトとともに、カムシャフト調整装置300の長さ方向の断面図を図示したものである。複数の異なるカム394、396、実際にはカム394、396の組を、2つのカムシャフト384、386から構成されたダブルカムシャフト382上に、回転方向に固定された接続により、例えば、収縮させて設置する。カムシャフト調整装置300は、ダブルカムシャフト382とともに、中心に置かれた軸388の周りを回転する。カムシャフト調整装置300は、第1ネジ362により、カムシャフト382の一端390に取り付けられている。カムシャフト382は、取付けフランジ398を提供している。追加のネジ364、366が、中央ネジ364に平行となる位置に設けられている。ネジ364は、ステータハウジング308を通って延び、取付けフランジ398にステータハウジング308を係止している。これとは反対の方向370には、カムシャフト調整装置300を保持するためのネジ366が設けられている。中央ネジ362は、カムシャフト382上で方向368に位置決めされている。このようにして、中央ネジ362のネジ山により、ダブルカムシャフト382の少なくとも一つのカムシャフト、好ましくは内側カムシャフト384を、ステータハウジング308との回転結合部に入れることができる。ステータ302のトラフ型のハウジング308は、挿入板310の側面部分で、カムシャフト調整装置300の包絡部材312の一部となっている。全てのネジ362、364、366は、包絡部材312を貫通している。
他の実施例を図6及び図7に示す。カムシャフト調整装置500は、中心軸588の軸延長上にある第1ネジ562により取り付けられている。中心軸は、カムシャフト調整装置500と、二重のカムシャフト、すなわちダブルカムシャフトとして構成されたカムシャフト582の両方を貫通している。カムシャフト調整装置500は、3つの異なる種類のネジ562、564、566を有している。ステータハウジング508は、トラフ形状となっており、それ自身の板510を、トラフ状の内部空間に収容する。種類564及び566のネジが、ステータベーン528、530、532、534、536に交互に置かれている。カムシャフト調整装置500は、6つのステータベーン528、530、532、534、536を有している。従って、564の型の3本のネジと、566の型の3本のネジが、同一の半径で、2種類のネジが交互に配置されて、カムシャフト調整装置500に締め付けられている。油導入チャネル(oil conducting channels)が、ネジ562の一つの周りに設けられている。全てのネジ562、564、566は、図7による構成において、中心軸588に平行な同一の方向に向いて位置決めされている。
図8及び図9に示した更に他の実施例から分かるように、ネジ764、766は、カムシャフト調整装置700において、それら自身のリム722、724に設けることができる。この配置において、ネジ766は自由切断空間804内にあるが、この空間は、これらのネジのために特に設けられたものであり、また、カムシャフト調整装置700の中心720近くに設けられている。ステータベーン728、730、732、734は、この空間のために特別な埋込み部を有している。ネジ768が、カムシャフト装置700を保持する役目を担う一方で、ネジ766は、ダブルカムシャフト782として設計されたカムシャフトの2つのカムシャフト784、786の一方の環状取付けフランジに、カムシャフト調整装置700のステータ702を締め付ける。外側カムシャフト786は、その一端が広がっており、環状フランジ798を形成している。
様々な実施例を示して本発明を記述してきたが、クレームに記載された本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、多くの修正と調整を施すことができる。
1 バルブトレーン
3 カムシャフト調整装置
5 カムシャフト調整装置
7 基準軸、例えば、クランク軸/クランクシャフト
9 ダブルカムシャフト
11 第1の種類のカム
13 第2の種類のカム
15 フライホイール
17 クランクケース
19 クランクシャフトベアリング
21 チェーン・ドライブまたはベルトドライブ等の被駆動手段
23 チェーンケース
25 カムシャフトベアリング
27 シリンダヘッド
29 シリンダヘッドカバー
31 エンジンブロック
33 カムシャフト調整装置中心
100 カムシャフト調整装置
102 ステータ
104 ロータ
106 ロータコア
108 ステータハウジング
110 挿入板
112 カムシャフト調整装置の外側包絡部
114 ステータの内壁
116 回転可能部品の第1の組
118 回転可能部品の第2の組
120 カムシャフト調整装置の中心
122 第1リム
124 第2リム
126 特にカムシャフト調整装置の、内半径
128 第1ステータベーン又は第1ステータ横材
130 第2ステータベーン又は第2ステータ横材
132 第3ステータベーン又は第3ステータ横材
134 第4ステータベーン又は第4ステータ横材
136 第5ステータベーン又は第5ステータ横材
138 特に横材の、埋込み部
140 第1ロータベーン
142 第2ロータベーン
144 第3ロータベーン
146 第4ロータベーン
148 第5ロータベーン
150 ロックピン等の係止手段
152 行程端部緩衝部材
154 密封帯
156 第1の種類の接続手段
158 第2の種類の接続手段
160 第3の種類の接続手段
162 第1ネジ
164 第2ネジ
166 第3ネジ
168 第1の種類の接続手段の方向
170 第2の種類の接続手段の方向
172 接続手段の頭部
174 第1室
176 第2室
178 作動油チャネル
180 作動油チャネルカバー
182 ダブルカムシャフト
184 第1カムシャフト、特に内側カムシャフト
186 第2カムシャフト、特に外側カムシャフト
188 特にカムシャフトの、軸
190 カムシャフトの端部
192 ベアリングチャネル
194 第1カム
196 第2カム
198 取付けフランジ
200 駆動ホイール
202 カバー
204 自由切断空間
206 自由切断空間の長さ
208 特に第2の種類の、接続手段の長さ
210 自由切断空間の幅
212 特に第2の種類の、接続手段の幅
214 自由切断空間のガイドチャネル
216 第1シール
218 第2シール
220 第3シール
222 バルブトレーン
300 カムシャフト調整装置
302 ステータ
304 ロータ
306 ロータコア
308 ステータハウジング
310 挿入板
312 カムシャフト調整装置の外側包絡部
314 ステータの内壁
316 回転可能部品の第1の組
318 回転可能部品の第2の組
320 カムシャフト調整装置の中心
322 第1リム
324 第2リム
326 特にカムシャフト調整装置の、内半径
328 第1ステータベーン又は第1ステータ横材
330 第2ステータベーン又は第2ステータ横材
340 第1ロータベーン
342 第2ロータベーン
356 第1の種類の接続手段
358 第2の種類の接続手段
360 第3の種類の接続手段
362 第1ネジ
364 第2ネジ
366 第3ネジ
368 第1の種類の接続手段の方向
370 第2の種類の接続手段の方向
374 第1室
376 第2室
382 ダブルカムシャフト
384 第1カムシャフト、特に内側カムシャフト
386 第2カムシャフト、特に内側カムシャフト
388 特にカムシャフトの、軸
390 カムシャフトの端部
394 第1カム
396 第2カム
398 取付けフランジ
500 カムシャフト調整装置
508 ステータハウジング
510 挿入板等のカバー板
528 第1ステータベーン又は第1ステータ横材
530 第2ステータベーン又は第1ステータ横材
532 第3ステータベーン又は第1ステータ横材
534 第4ステータベーン又は第1ステータ横材
536 第5ステータベーン又は第1ステータ横材
562 第1ネジ、特に中央ネジ
564 第2ネジ、特に控えネジ
566 第3ネジ、特にフランジネジ
582 カムシャフト、特に二重に設計されたカムシャフト
588 軸、特に中心軸
598 取付けフランジ
700 カムシャフト調整装置
702 ステータ
720 カムシャフト調整装置の中央又は中心
722 第1リム
724 第2リム
728 特に埋込みネジを有する、第1ステータベーン又は第1ステータ横材
730 特に埋込みネジを有する、第2ステータベーン又は第1ステータ横材
732 特に埋込みネジを有する、第3ステータベーン又は第1ステータ横材
734 特に埋込みネジを有する、第4ステータベーン又は第1ステータ横材
764 特に(外側)カムシャフトに係止するための、ネジ
766 特にカムシャフト調整装置を形成するための、ネジ
782 カムシャフト、特にダブルカムシャフト
784 内側カムシャフト
786 外側カムシャフト
798 係止リング(環状取付けフランジ)
804 自由切断空間

Claims (10)

  1. 同軸で構成され、互いに関係付けられながら変化することができるカム位置を有するダブルカムシャフトとして構成された、少なくとも2つのカムシャフトと、
    旋回ロータカムシャフト調整装置であって、当該カムシャフト調整装置を通り、当該2つのカムシャフトの第1カムシャフトに係合する接続手段により、その中心で当該接続手段により係止され、当該第1カムシャフトは回転可能部品の第1の組を含むものと
    を含む、基準軸に関して変化させることができるバルブトレーンであって、
    当該接続手段は、ネジまたは中心バルブの一つを含み、
    その内部に当該カムシャフト調整装置を通り取付けフランジと係合する少なくとも一つの追加の接続手段が設けられた、当該回転可能部品の第2の組を係止するための第2のカムシャフトのリム型の取付けフランジ、により最大半径が形成され、
    当該追加の接続手段はネジを含む
    バルブトレーン。
  2. 前記取付けフランジは、外側カムシャフトを含む前記第2のカムシャフトに一体となって形成され、
    前記取付けフランジは、前記カムシャフトの一端に、半径方向の外側に向けて形成され、いくつかの、好ましくは分散した前記ネジが、形状に合わせた接続のために係合する
    請求項1に記載のバルブトレーン。
  3. 前記回転可能部品の前記第1の組は、前記回転可能部品の前記第2の組の少なくとも一つの部品とともに油圧室を形成するロータを含み、
    当該室は、当該ロータ内で前記追加の接続手段のための自由切断空間を、前記カムシャフトに対して同軸に位置決めするように保持する
    請求項1に記載のバルブトレーン。
  4. 前記自由切断空間は、その長さが、前記取付けフランジから前記接続手段を完全に取り除くために適合したものであり、
    前記自由切断空間の直径は、前記接続手段の最も幅の大きな部分よりも長く、
    前記自由切断空間は、操作手段のための狭口のガイドチャネルに向かって狭まっている
    請求項3に記載のバルブトレーン。
  5. 前記カムシャフト調整装置の外側包絡部には、油室の自由切断空間が設けられ、前記追加の接続手段の一部は、前記カムシャフト調整装置が前記カムシャフトと結合している時の位相の際には沈み込むものとなっている
    請求項1に記載のバルブトレーン。
  6. 前記追加の接続手段は、最大半径内に位置し、その径は、前記カムシャフト調整装置内で中心に向って延び、ステータの内壁よりも小さい
    請求項1に記載のバルブトレーン。
  7. 前記追加の接続手段は、前記カムシャフト調整装置の包絡部の横材型の部分にある
    請求項1に記載のバルブトレーン。
  8. 少なくとも2つの前記追加の接続手段が、反対方向に向けて設けられている
    請求項1乃至7のいずれか1に記載のバルブトレーン。
  9. 油圧室を拡幅するための少なくとも一つのトラフ型に構成された埋込み部が、前記横材型の部分にあり、
    前記追加の接続手段の頭部は、形状に合わせて前記カムシャフトの側面の埋込み部に収容されるよう適合している
    請求項7に記載のバルブトレーン。
  10. 基準軸に対して変化させることができるバルブトレーンのカムシャフト調整装置であって、
    ダブルカムシャフトに係止するために、ロータの旋回ロータ運動により、反対方向に延び、互いに回転可能な油圧室を固定することができるロータ及びステータと、
    当該カムシャフト調整装置を通り、当該ダブルカムシャフトの第1カムシャフトと係合する中心接続手段とを含み、
    当該ロータが、少なくとも一つの自由切断空間を有し、分解の可能性を考慮し、当該ステータを当該ダブルカムシャフトの2つのカムシャフトの一方に係止するための他の接続手段に、その空間の寸法が適合するようになされている
    カムシャフト調整装置。
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