JP2013501872A - ガス吸排気弁を操作するための内燃機関のための弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ガス吸排気弁を操作するための内燃機関のための弁駆動装置に関し、このガス吸排気弁が、調節可能に、異なる弁開放行程でもって作動可能である。本発明の根底をなす課題は、内燃機関のガス吸排気弁を操作するための弁駆動装置を提供することであり、この弁駆動装置が、生じる摩擦力の同時の低下のもとで簡単にされた構造によって特徴付けられている。
【解決手段】 ガス吸排気弁を操作するための内燃機関のための、本発明に従う弁駆動装置は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるカムシャフトから成り、このカムシャフトが、多数の、個別の、相対して軸線方向に位置移動可能なカムスリーブ７から形成されている。個別の、別々に相対して位置移動可能なカムスリーブの互いの結合は、軸線方向に延在する有歯部を介して行われ、その際、それぞれに隣接するカムスリーブの有歯部が、互いの中に係合する状態で形成されている。カムスリーブの上に、多数の、異なるカムプロフィルが、同じ基礎円部分を有して設けられており、これらカムプロフィルが、個別のカムスリーブの位置移動によって、これらガス吸排気弁と係合状態にされ得る。これらカムスリーブの内側に、これらカムスリーブと共に回転する切替軸が設けられており、この切替軸が、切替ピンを介して、それぞれのカムスリーブと作用結合状態にある。それぞれのカムスリーブの内側に沿って、周囲に延在する切替輪郭部が設けられており、この切替輪郭部内において、連行体が滑動する状態で収納されている。この切替軸は、アクチュエータと結合されており、このアクチュエータでもって、カムスリーブの位置移動のための切り替え工程の間じゅう、カムスリーブに対する切替軸の相対的な回転が解除される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念内において記載された特徴を有する、ガス吸排気弁を操作するための内燃機関のための弁駆動装置に関する。

内燃機関のガス吸排気弁を、可変に、異なる開放および閉鎖時点でもって、並びに異なる弁開放行程でもって作動することは公知である。この様式の弁制御装置は、特許文献１から公知である。
その際、カムシャフトの上に、回転不能に、しかしながら、軸線方向に位置移動可能に、２つの異なるカム輪郭を有するカム支持体が設けられている。このカム支持体の軸線方向の位置に相応して、１つのカム輪郭は、中間部材（伝達レバー）を介して、昇降弁と作用結合状態にある。弁パラメータの変化に対するこのカム支持体の軸線方向の位置移動は、押圧リングを用いて、基礎円位相の間じゅう、戻しばねの作用に抗して行われる。

その際、このカム支持体の位置調節のために必要とされる高い構造空間必要量は、欠点である。これら解決策は、相応する構造部材を格納可能とするために、従って、比較的に大きなシリンダー間隔において単に使用可能なだけである。更なる欠点は、位置調節工程の際に生じる高い慣性力であり、これら慣性力がこのカム支持体または位置調節機構の位置移動のために必要とされる。１つの相応するカム輪郭の上への切り替えは、単にシリンダー選択的に行われるだけである。弁選択的な切り替えは可能ではない。

特許文献２は、ガス吸排気弁を操作するために、カムシャフトの上のカム支持体の切り替えのための装置を記載しており、この装置の場合、このカム支持体が、軸線方向に位置移動可能に、このカムシャフトの上で案内されている。このカム支持体の位置に相応して、このガス吸排気弁は、異なるカム輪郭と作用結合状態にある。このカム支持体の位置調節は、位置調節要素を介して、スライディングブロックガイド軌道との協働作用において行われる。
この位置調節要素は、その際、半径方向に外方へと位置移動可能なピンであり、このピンが、少なくとも２つの、約１８０°だけこのカム支持体の周りに設けられた案内部材内に形成されたスライディングブロックガイド軌道と、繰り出された状態において協働作用する。

この解決策の欠点は、この案内部材のための付加的な構造空間と並んで、
他方のカム輪郭への切り替えのために、このピンが、カムシャフトから繰り出されねばならず、且つ、軸線方向に位置移動可能な切り替えスライディングブロックガイド内へと軌道進入（eingespurt）されねばならないことにある。切り替え工程の後、このピンは、再び引き込まれねばならない。この構造は、極めて部品点数が多く且つ製造の手間暇がかかり、および、このピンの切替ミスによる、カムシャフトにおける損傷の危険がある。更なる欠点は、このピンの必要な位置調節時間によって、エンジン回転数が制限されることにある。更に、この位置調節は、その都度存在する油圧に依存する。

更に、特許文献３から内燃機関の弁駆動装置は公知であり、この弁駆動装置の場合、カムシャフトの上に、回転不能に、少なくとも２つの異なるカム軌道を有する、１つの軸線方向に位置移動可能なカム支持体が設けられている。
このカム支持体の位置調節は、位置調節機構を介して行われ、この位置調節機構が、このカムシャフトの内部において案内されている。このカムシャフトの端面側に設けられた、往復動式の液圧的または空気圧的なピストンシリンダーユニットによって、シャフト形状に形成された位置調節機構は、カムシャフトの内部において、ばねの圧力に抗して位置移動される。この位置調節機構は、連行部片と結合されており、この連行部片が、軸線方向に、このカムシャフト内において設けられた長手孔を貫通し、且つカム支持体の穿孔内へと入り込んでいる。

この解決策の欠点は、位置調節機構の軸線方向の位置移動によって、単に、このカムシャフトの上に設けられた、多数のカム支持体が同時に位置移動され得るだけであることにある。１つのカムシャフト上での個別のカム支持体の異なる切り替えは、可能ではない。更なる欠点は、その切り替え位置において外側のカムがガス吸排気弁と係合状態にある、１つの該切り替え位置において、このばね要素が恒常的に緊張されていることにある。このことによって、高い側方の摩擦力が、連行部片と位置調節機構に設けられた案内軌道との間で生じる。この結果は、増大された摩耗、およびこれと関連した、場合によっては生じる切替ミスである。
更に、切替ミスを、特に３つの異なるカムプロフィルにおける中間のカムプロフィルへの戻し切替の際に回避するために、作用するばね力が精確に調節されねばならないことは欠点である。

出願人の特許文献４によって、既に、内燃機関のガス吸排気弁を操作するための弁駆動装置が提案されている。この弁駆動装置の場合、カムシャフト管体の上での弁昇降行程切り替えのためのカム支持体の位置移動は、このカムシャフト管体の内側内において設けられた、回転可能な切替軸によって行われる。
この切替軸は、切替輪郭部を備えており、この切替輪郭部が、軸線方向の傾斜を有している。この切替輪郭部内において、１つの切替球体が案内されており、この切替球体が、カムシャフトを囲繞する、軸線方向に位置移動可能な切替スリーブの穿孔内において収納されている。この切替スリーブは、１つの連行体を介して、このカム支持体と作用結合状態にある。この切替軸の回転により、この切替球体を介してこの切替スリーブが、および、連行体を介してカム支持体が、軸線方向に位置移動される。

この切替軸とカムシャフト管体との間の、１つの切替スリーブの配設によって、
付加的に、克服されるべき摩擦力が生じる。更に、この切替スリーブの配設による解決策は、極めて部品点数が多い。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２ ３０ ８７７ Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００ ５４ ６２３ Ａ１号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１９５ ２０ １１７ Ｃ２号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１０ ２００９ ０１７ ２４２号明細書

本発明の根底をなす課題は、内燃機関のガス吸排気弁を操作するための弁駆動装置を提供することであり、この弁駆動装置が、生じる摩擦力の同時の低下のもとで簡単にされた構造によって特徴付けられている。

本発明に従い、この課題は、請求項１の特徴によって解決される。

ガス吸排気弁を操作するための内燃機関のための、本発明に従う弁駆動装置は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるカムシャフトから成り、このカムシャフトが、多数の、個別の、相対して軸線方向に位置移動可能なカムスリーブ７から形成されている。個別の、別々に相対して位置移動可能なカムスリーブの互いの結合は、軸線方向に延在する有歯部を介して行われ、その際、それぞれに隣接するカムスリーブの有歯部が、互いの中に係合する状態で形成されている。
カムスリーブの上に、多数の、異なるカムプロフィルが、同じ基礎円部分を有して設けられており、これらカムプロフィルが、個別のカムスリーブの位置移動によって、これらガス吸排気弁と係合状態にされ得る。これらカムスリーブの内側に、これらカムスリーブと共に回転する切替軸が設けられており、この切替軸が、切替ピンを介して、それぞれのカムスリーブと作用結合状態にある。それぞれのカムスリーブの内側に沿って、周囲に延在する切替輪郭部が設けられており、この切替輪郭部内において、連行体が滑動する状態で収納されている。
この切替軸は、アクチュエータと結合されており、このアクチュエータでもって、カムスリーブの位置移動のための切り替え工程の間じゅう、カムスリーブに対する切替軸の相対的な回転が解除される。

本発明に従う解決策の利点は、カムシャフトの異なるカムプロフィルの間の、確実な弁昇降行程切り替えのための、操作装置の簡単な構造にあり、この弁駆動装置において、同時に、個別の構造部材の間で生じる摩擦力が低下される。

更なる有利な実施形態が従属請求項内において記載されており、これら実施形態は、明細書内において、これら実施形態の作用効果との関連において説明されている。

本発明に従う解決策の断面図を示した１つの図に基づいて、次に、本発明を、実施例に沿って詳しく説明する。

内燃機関の弁駆動装置の１つの部分領域が図示されている図である。

図内において、内燃機関の弁駆動装置の１つの部分領域が図示されている。図示されていないガス吸排気弁を操作するための弁駆動装置は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるカムシャフトから成り、このカムシャフトが、多数の、個別の、相対して軸線方向に位置移動可能なカムスリーブ７から形成されている。
多気筒の内燃機関のそれぞれのシリンダーには、１つの軸線方向に位置移動可能なカムスリーブ７が設けられており、このカム支持体でもって、実施例に相応して、１つのシリンダーのそれぞれに２つのガス吸排気弁が、このカムスリーブ７に設けられた両方のカムプロフィル９によって操作され得る。
このカムスリーブ７は、同じ基礎円部分１０のもとで、多数の、異なって形成されたカムプロフィル９ａ、９ｂおよび９ｃを有し、これらカムプロフィルが、弁昇降行程切り替えのために、選択的に、カムスリーブ７の位置移動によって、それぞれに直接的に、または、図示されていない中間部材を介して、それぞれのガス吸排気弁との接触状態にある。
図示された実施例内において、それぞれのカムスリーブ７は、それぞれに、１つの小さなカムプロフィル９ａ、中間のカムプロフィル９ｂ、および大きなカムプロフィル９ｃを備える、２つのカムプロフィル９を、両方のガス吸排気弁の操作のために有している。
それぞれのカムスリーブ７のこれらカムプロフィル９が、単に２つだけの、または３つ以上の異なる大きさのカムプロフィルから形成されることは、全く可能である。異なるカムプロフィル９ａ、９ｂおよび９ｃの間の位相ずれを得るために、これらカムプロフィル９ａ、９ｂおよび９ｃの曲線が、互いに位置ずれされて設けられていることは可能である。

個別の、相対して軸線方向に位置移動可能なカムスリーブ７は、互いに、軸線方向に延在する有歯部８によって結合されている。その際、これらカムスリーブ７は、それぞれに隣接するカムスリーブ７の有歯部８が、互いの中に係合する状態で形成されているという様式で形成されている。このことによって、これら個別のカムスリーブ７が、相対して軸線方向に位置移動可能に、且つ回転不能に互いに結合されているということが達成される。
これらカムスリーブ７の内側に、切替軸１が設けられており、この切替軸は、切替プロセスの間を除いて、これらカムスリーブ７と同期して共に回転する。
それぞれのカムスリーブ７は、切替ピン３を介して、この切替軸１と作用結合状態にある。
この切替ピン３は、強固にこの切替軸１と結合されており、且つ、これらカムスリーブ７の内側周囲に設けられ周囲に延在する切替輪郭部２内において滑動する状態で収納されている。カムスリーブ７の内側周囲に設けられ周囲に延在する、この切替輪郭部２は、多数の、異なる軸線方向の傾斜を有している。
これら個別のカムスリーブ７の、順々に実施されるべき軸線方向の位置移動の場合、それぞれのカムスリーブ７のために設けられた切替輪郭部２の、これら個別の軸線方向の傾斜は、これらカムスリーブ７の内側周囲において、互いに位置ずれされて設けられている。
これら個別のカムスリーブ７の、同時の軸線方向の位置移動の場合、それぞれのカムスリーブ７のために設けられた切替輪郭部２の、これら個別の軸線方向の傾斜は、これらカムスリーブ７の内側周囲において、同じ軸線方向の平面内において位置している。

切替軸１は、カムスリーブ７に対する切替軸１の相対的な回転の発生のためのアクチュエータ６と作用結合状態にある。このアクチュエータ６は、直接的に、または図内において図示されているように、カム伝動装置を介して、この切替軸１と結合されている。このカム伝動装置は、この切替軸１の周囲に設けられた切替輪郭部１３から成り、この切替輪郭部内において、滑動する状態で切替球体４が収納されており、この切替球体が、他方また、位置移動部材５の内側周囲に設けられた半球体状の収容部内において収納されている。この位置移動部材５は、回転不能に、しかしながら、軸線方向に位置移動可能に、１つのカムスリーブ７と結合されている。
このカムスリーブ７と位置移動部材５との間の結合は、その際、互いの中へ係合している軸線方向有歯部を介して行われる。この位置移動部材５は、内燃機関のハウジングと強固に結合されたアクチュエータ６と作用結合状態になることは可能である。このアクチュエータ６の制御に相応して、その際、このアクチュエータ６に設けられたピン１１が、この位置移動部材５の周囲に設けられた輪郭部１２内へと係合する。
この位置移動部材５は、この図内において図示された二方向矢印に相応して、両方の方向に、軸線方向にカムスリーブ７に対して位置移動可能である。

異なるカムプロフィル９ａ、９ｂおよび９ｃの間の切り替えを実現するための、可変の弁駆動装置の機能は、以下の通りである。

ガス吸排気弁との、カムスリーブ７の例えば中間のカムプロフィル９ｂの係合の間じゅう、これらカムスリーブ７、切替軸１および位置移動部材５は、同期した回転数で回転する。アクチュエータ６は、この位置移動部材５との係合状態にない。他のカムプロフィルへの切り替えは、単に、基礎円部分１０がガス吸排気弁もしくは中間部材との係合状態にある場合にだけ実施され得る。カムプロフィル９ａ、またはカムプロフィル９ｃへの、このガス吸排気弁に対するカムプロフィル９ｂの係合の切り替えのために、このアクチュエータ６は、適当な制御によって作動状態にされ、且つ、この位置移動部材５との係合状態にされる。
記載された実施例において、このことは、ピン１１が、この位置移動部材５の方向に繰り出され、且つ、この位置移動部材５の周囲に設けられた輪郭部１２内へと係止することによって行われる。この制御されたピン１１に相応して、この位置移動部材５は、この輪郭部１２内において滑動するピン１１によって、右側または左側へと、行われるべき切替工程に従って、カムスリーブ７に対して軸線方向に位置移動される。
切替輪郭部１３内において滑動する切替球体４を介して、この位置移動部材５の軸線方向の移動は、切替軸１の回転へと変換される。このことによって、これらカムスリーブ７に対するこの切替軸１の相対的な回転が得られる。この相対的な回転によって、切替ピン３の半球体状に形成された部分が、カムスリーブ７の周囲に延在する切替輪郭部２の軌道内において滑動する。
実現された相対的な回転、および、それぞれのカムスリーブ７と切替ピン３を介して作用結合状態にある、個別の切替輪郭部２の構成に相応して、これらカムスリーブ７の軸線方向に位置移動が相対して行われ、且つ従って、個別のカムプロフィル９ａ、９ｂおよび９ｃの間の切り替えが行われる。

位置移動部材５の位置移動は、例えば、同様に磁気的に、この位置移動部材５に対して作用するアクチュエータ６によっても行われ得る。

本発明に従う解決策の利点は、弁駆動装置の簡単な、且つ小さく構成する構造にあり、
この利点でもって、可変にエンジンのために適合される弁昇降行程切り替えが実現され得る。

１ 切替軸
２ 切替輪郭部
３ 切替ピン
４ 切替球体
５ 位置移動部材
６ アクチュエータ
７ カムスリーブ
８ 有歯部
９ カムプロフィル
９ａ 小さなカムプロフィル
９ｂ 中間のカムプロフィル
９ｃ 大きなカムプロフィル
１０ 基礎円部分
１１ ピン
１２ 輪郭部
１３ 切替輪郭部

Claims (6)

1. ガス吸排気弁を操作するための内燃機関のための弁駆動装置であって、この弁駆動装置の場合、
   このガス吸排気弁が、切り替え可能に、内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるカムシャフトの異なるカムプロフィルと係合状態にされ得る様式の上記弁駆動装置において、
   − カムシャフトが、多数の、個別の、相対して軸線方向に位置移動可能なカムスリーブ７から形成されており、
   − カムスリーブ（７）の上に、多数の、異なるカムプロフィル（９ａ、９ｂ、９ｃ）が、同じ基礎円部分（１０）を有して設けられており、
   − これらカムスリーブ（７）の内側に、これらカムスリーブ（７）と共に回転する切替軸（１）が設けられており、
   − それぞれのカムスリーブ（７）の内側に、周囲に延在する切替輪郭部（２）が設けられており、
   − それぞれのカムスリーブ（７）が、この周囲に延在する切替輪郭部（２）内において滑動する切替ピン（３）を介して、この切替軸（１）と作用結合状態にあり、
   − この切替軸（１）が、カムスリーブ（７）に対する切替軸（１）の相対的な回転の発生のためのアクチュエータ（６）と作用結合状態にある、
   ことを特徴とする弁駆動装置。
2. 軸線方向に位置移動可能なカムスリーブ（７）は、互いに、軸線方向に延在する有歯部（８）によって結合されており、
   その際、それぞれに隣接するカムスリーブ（７）の有歯部（８）が、互いの中に係合する状態で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
3. 周囲に延在する切替輪郭部（２）は、多数の、異なる軸線方向の傾斜を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の弁駆動装置。
4. 個別のカムスリーブ（７）の、順々に実施されるべき軸線方向の位置移動の場合、
   それぞれのカムスリーブ（７）のために設けられた切替輪郭部（２）の、これら個別の軸線方向の傾斜は、
   これらカムスリーブ（７）の内側周囲において、互いに位置ずれされて設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の弁駆動装置。
5. 個別のカムスリーブ（７）の、同時の軸線方向の位置移動の場合、
   それぞれのカムスリーブ（７）のために設けられた切替輪郭部（２）の、これら個別の軸線方向の傾斜は、
   これらカムスリーブ（７）の内側周囲において、同じ軸線方向の平面内において位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の弁駆動装置。
6. 切替軸（１）は、カム伝動装置を介して、カムスリーブ（７）に対して回転不能に、しかしながら、軸線方向に位置移動可能に設けられた位置移動部材（５）と結合されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の弁駆動装置。

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