JP2013514477A - 組み立てられたカム軸のためのカムユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、カム軸のカム軸ベース体（２）に相対回動不能ではあるが軸方向移動可能に配置されるカムユニット（１）であって、該カムユニット（１）が、管形状のスリーブベース体（１１）と、該スリーブベース体（１１）に相対回動不能でかつ移動不能に配置された少なくとも１つのカムエレメント（１２）とを有している形式のものに関する。このような形式のカムユニットにおいて本発明の構成では、スリーブベース体（１１）と少なくとも１つのカムエレメント（１２）とが、別個に製造されて後から組み立てられる個別部材として形成されている。

Description

本発明は、（組み立てられたもしくは組み立てられる）カム軸のカム軸ベース体に相対回動不能ではあるが軸方向移動可能に配置される（組み立てられた）カムユニットに関する。

さらに本発明は、カム軸であって、カム軸ベース体と、該カム軸ベース体に相対回動不能ではあるが軸方向移動可能に配置された、請求項１記載のカムユニットとを備えているカム軸に関する。

さらにまた本発明は、カム軸モジュールであって、該カム軸モジュールが、少なくとも全周の一部に亘って閉鎖された軸受装置内に、組み立てられたカム軸を有していて、該カム軸が、駆動可能なカム軸ベース体と、カム軸ベース体に軸方向移動可能であるが相対回動不能に支承された少なくとも１つの、請求項１記載のカムユニットとを備えている、カム軸モジュールに関する。

ＤＥ１０２００４０１１５８６Ａ１に基づいて公知の内燃機関用の弁駆動装置は、少なくとも１つのカム軸を有していて、このカム軸には、相対回動不能ではあるが軸方向移動可能に少なくとも１つのカム保持体が配置されている。カム軸と少なくとも１つのカム保持体との間には、軸方向における緊締力をもたらすための手段が形成されており、これらの手段によって、少なくとも１つのカム保持体が軸方向において軸受受容部において固定されている。提案されたカム保持体は、少なくとも２つの互いに異なったカム軌道が形成されている少なくとも１つのカムを有しており、かつ支承のために、シリンダヘッド固定のカム軸軸受によって取り囲まれている。提案されたカム保持体はこの場合主として全部で３つの部材から成っており、つまり両側にカムを組み込まれた軸方向におけるベース体と、ベース体の両自由端部にプレス嵌めされた各１つの軌道プロフィールとから成っている。

本発明の課題は、カムユニット（以下においては、組み立てられたカムユニットとも呼ばれる）を提供することであり、これによって一方ではカムユニットを、かつ相応な態様では、このような（組み立てられた）カムユニットを有する（組み立てられた）カム軸を、並びにこのような（組み立てられた）カム軸を有するカム軸モジュールを、製造コストに関して、並びにこのような（組み立てられた）カムユニットに対する機能上の要求に関して、最適化することである。

本発明によれば、１つのカムユニットを（さらに）予め製造された個々の個別部材に分割することが提案され、これらの個別部材は簡単化された形式で製造することができ、かつその技術的な要求に対しては、特に様々に異なる材料特性によって最適に構成することができる。さらに、「組み立てられた」カム軸のためのこのような「組み立てられた」カムユニットのモジュラ構造によって、このように構成された（組み立てられた）カム軸を備えたカム軸モジュールの組立てが、カム軸モジュールの少なくとも全周の一部に亘って閉鎖された軸受受容部（軸受台又は軸受フレームもしくはガイドフレーム又はこれに類したもの）内へのカム軸の取付けに関して、簡単化されることが望まれている。

前記課題は本発明によれば請求項１記載の特徴によって解決される。すなわち請求項１記載の本発明によるカムユニットでは、カム軸ベース体に相対回動不能ではあるが軸方向移動可能に配置されるカムユニットにおいて、該カムユニットが、管形状のスリーブベース体と、該スリーブベース体に相対回動不能でかつ移動不能に配置された少なくとも１つのカムエレメントとを有しており、スリーブベース体と少なくとも１つのカムエレメントとが、別個に製造されて後から組み立てられる個別部材として形成されている。

請求項１によれば、組み立てられたカム軸のカム軸ベース体に相対回動不能であるが軸方向移動可能に配置するためのカムユニット（１つの共通のカムフォロワに配設された少なくとも２つのカム軌道プロフィールを備えた、いわゆる「切換え可能なカム」の意味）を提供することが提案され、この場合カムユニットは、少なくとも１つの管形状のスリーブベース体と、該スリーブベース体に相対回動不能でかつ移動不能に配置された少なくとも１つのカムエレメントとを有している。この場合本発明によればスリーブベース体と少なくとも１つのカムエレメントとは、別個に製造された個別部材として形成されている。有利にはカムエレメントは複数部分から形成されていて、軸方向において隣接配置されていて１つの共通のカムフォロワに配設された少なくとも２つの個別のディスクエレメントを有していて、これらのディスクエレメントは互いに異なったカム軌道プロフィール（周囲プロフィール）を有している。択一的にカムエレメントは一体に形成されていてもよく、この場合カムエレメントは全体的に、軸方向に並んで複数のカム軌道プロフィールが形成されているように輪郭形成されている。以下の記載において、カムエレメントというのは、複数のカム軌道プロフィールを備えた一体のカムエレメントを意味し、かつ複数部分から成るカムエレメントのそれぞれ個々のディスク体もカムエレメントと記載される。本発明の別の態様では、別個に製造された軌道エレメントを、カムユニットのスリーブベース体と結合することも提案される。これによって、例えばスリーブベース体、カムエレメント及び軌道エレメントのような個々の部材を、異なった材料から又は材料組成の異なった同じ材料から製造できることを、保証することができる。さらに個々の部材を、それぞれ別個に加工することによってその特性を個々に改善すること、及びそれぞれの機能に関して個々に適合及び最適化させることができる。例えば単純な構造用鋼（例えばＳｔ５２−３、４０ＭｎＢ５、２６ＭｎＢ５、Ｃ６０、ＣＦ５３等）から製造されたスリーブベース体が、鍛造された特殊なかつ（例えば誘導加熱によって）硬化された鋼から製造された、又は燒結金属から成るカムエレメントを保持することができる。スリーブベース体と結合される軌道エレメントもまた、相応にさらに処理された（例えば窒化された）鋼から、又は燒結金属から成るように製造されていてよく、他の鋼から成る（又は他の材料又は他の材料組成から成る）スリーブベース体と結合されることができる。

製造コストを相応に減じるために、別個に製造された軌道エレメント及び、内歯を備えたスリーブベース体は、汎用の構造用鋼から製造されている。カムエレメントは有利には、組み立てられたカム軸のためのスタンダード製造プロセスによれば鍛造されて形成されている。個々の部材に対する機能に関する要求を最適に満たすことができるようにするために、軌道エレメントは有利には（誘導加熱によって）硬化され、かつ特に窒化されて形成されており、これに対して鍛造カムはさらに別の加工ステップにおいて特に誘導加熱又は他の方法によって硬化することができる。別個に製造されて１つのカムユニットに組み立てられる個々の部材の間における結合は、プレス結合、形状結合、ろう接、接着又は溶接結合、又はこれらの結合形式の任意の組合せによって行うことができる。

本発明はさらに、カム軸ベース体（これは全体を又は部分的に、軟質に、硬化されて、かつ／又は窒化されて形成されていてよい）と、相対回動不能ではあるが軸方向移動可能にカム軸ベース体に配置されたカムユニット（これは同様に全体を又は部分的に、軟質に、硬化されて、かつ／又は窒化されて形成されていてよい）とを備えた組み立てられたカム軸をも含んでおり、このカム軸は、上に述べたように構成もしくは製造されている。

本発明はさらにまた、組み立てられたカム軸を回転可能に支承するために軸受受容部を有する軸受装置を備えたカム軸モジュールをも含んでおり、この場合組み立てられたカム軸は、上に記載された型式である。

カム軸モジュールの特に有利な態様では、組み立てられたカム軸の組付け及び支承は、閉鎖された軸受台において又はいわゆる閉鎖された軸受通路（Lagergasse）において行われている。このように閉鎖された軸受通路というのは、本発明では、軸受受容部／支承装置を意味しており、この軸受受容部／支承装置は全周の一部に亘って又は全周に亘って閉鎖されて形成されていて、カム軸ベース体もしくはカム軸の組付けがカム軸ベース体の側方からの押込みもしくは挿入によってしか可能でないようになっている。カム軸の回転軸線に対して垂直な方向から、相応な軸受受容部にカム軸を挿入することは、このような軸受受容部では不可能である。一体の軸受台にもしくは一体のガイドフレームに又はシリンダヘッドフード（モノリシックなシリンダヘッドフード）又はこれに類したものの閉鎖された支承装置に、組み立てられたカム軸を組み付けることは、狭い構造空間やこれによって複雑化された組付けプロセスに基づいて、通常は極めて困難である。公知の従来技術では、このような問題を解決するために、ガイドフレームもしくはガイドフレームの軸受受容部は、いわゆる「開放した軸受受容部」（このような軸受受容部にはカム軸を軸受軸線もしくは回転軸線に対して垂直な方向から挿入することができる）のために、複数部分から成る別体の構成部材として形成されている。従来技術に基づいて公知の別の構成では、カム軸軸受はその内径が拡大されていて、カム軸が該カム軸に配置されたカム及び機能エレメントと一緒に軸方向において（側方から挿入されて）一体に組み立てられるようになっている（いわゆるトンネル支承装置）。前者の場合には、常に、製造及び組立てに関する高いコストを回避することができない。後者の場合には、軸受直径の増大によって、弁駆動装置における摩擦が高められ、ひいてはこれに関連した不都合な影響、つまり必要な構造空間に関する不都合な影響が生じる。本発明によるカム軸モジュールでは、カムユニットのスリーブベース体は、次のことによって傑出している。すなわち本発明においてスリーブベース体は、その両自由端部を起点として少なくとも部分的に外径が、軸受装置の内径に合わせられていて、閉鎖された軸受受容部へのスリーブベース体の側方からの挿入が保証されている。カム軸モジュールの別の態様では、カムユニットは少なくとも部分的にその外径が、軸受装置の内径に合わせられていて、スリーブベース体と軸受受容部との間における滑り支承が保証されている。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

本発明によるカムユニットの１実施形態を示す図である。 全周のうちの少なくとも一部に亘ってもしくは全周に亘って閉鎖された、内燃機関の軸受受容部内に、本発明によるカムユニットを組み付ける第１の組立てステップを示す図である。 軸受受容部内に本発明によるカムユニットを組み付ける第２の組立てステップを示す図である。 軸受受容部内に本発明によるカムユニットを組み付ける第３の組立てステップを示す図である。 軸受受容部内に本発明によるカムユニットを組み付ける第４の組立てステップを示す図である。

図１にはカムユニット１が示されており、このカムユニット１は管状のスリーブベース体１１を備えていて、このスリーブベース体１１はその両端部（端部側）に各１つの軌道エレメント１３を有し、かつ両側に該軌道エレメント１３の内側に隣接して各２つの個別のディスクエレメント（以下においてはカムエレメント１２とも呼ぶ）を有している。スリーブベース体１１と個々のカムエレメント１２と両側の軌道エレメント１３とは、個々に別体の部材として製造されている。個々の部材は、種々異なった組立てステップによって本発明による１つのカムユニット（これは、互いに異なったカム軌道を有する「切換え可能なカム」とも呼ばれる）にまとめられる。完全に組み立てられたカムユニット１では、スリーブベース体１１、カムエレメント１２及び軌道エレメント１３のような個々の部材は互いに次のように、すなわちスリーブベース体１１と、該スリーブベース体１１に固定される部材１２，１３との間において相対回動不能でかつ移動不能な結合部が実現されるように、結合されている。各１つの自由端部に配置された、もしくは該自由端部に配設されたカムエレメント１２は、互いに異なったカム軌道もしくは軌道プロフィールを有している。例えば図示の実施形態では、それぞれ、軸方向で左側にスリーブベース体１１に配置されたカムエレメント１２は、例えばシリンダを遮断（Zylinderabschaltung）するためのカムエレメント１２として、基本円直径に相当する、周方向において等しいままの（０の）行程を備えて形成されており、これに対して、軸方向においてその右隣に配置されたカムエレメント１２は、内燃機関のガス交換弁を制御して時々開放するために相応に形成された行程を有している。組み立てられたカム軸のカム軸ベース体２に沿ってカムユニット１を軸方向移動させるために、スリーブベース体１１及びカム軸ベース体２は少なくとも部分的に互いに対応するプロフィール（特に多歯プロフィール）を有することができ、その結果カム軸ベース体２に沿ったカムユニット１の相対回動不能ではあるが軸方向移動可能な支承が保証されている。カム軸ベース体２に沿ってカムユニット１を軸方向移動可能にするために、スリーブベース体１１の両側に配置された軌道エレメント１３は、スリーブベース体１１に対して半径方向に配置された（かつ内燃機関に位置固定に配置された）ピンエレメント（図示せず）と共働しており、その結果このようなピンエレメントが相応な軌道エレメント１３の軌道と係合している場合、カムユニット１はカム軸ベース体２に沿って相応な軸方向に移動可能である。スリーブベース体１１には両側に、制限された数の機能エレメントだけが配置可能であり、その結果スリーブベース体１１はその中央領域において、内燃機関側に固定された軸受受容部ＬＡにおいて軸方向移動可能に配置されている、もしくは配置可能である。カムユニット１を軸方向において位置決めするために、スリーブベース体１１はその内側表面に有利には全周にわたって延在する歯もしくは溝を、カム軸ベース体２において半径方向にばね力に抗して支承された玉エレメントの係合のために有している。このようにして、カムユニット１は種々様々な軸方向ポジションにおいて、一時的に固定することができ、かつカムユニット１に対して軸方向に作用する力によって固定を解除することができ、この場合前記軸方向ポジションにおいてカムユニット１はそれぞれその左側のカムエレメント１２か又は軸方向において該カムエレメント１２の右隣に配置された右側のカムエレメント１２で、対応するカムフォロワ（図示せず）と、流入側又は流出側において操作されるガス交換弁を操作するために共働する。

図２ａ〜図２ｄには、組み立てられたカム軸を支承するために、全周の一部に亘って又は全周に亘って閉鎖された軸受受容部内に本発明によるカムユニット１を組み込む工程が示されている。図２ａによれば、カムユニット１の第１実施形態が、予め製造された個々の部材から予め組み立てられ、全周に亘って閉鎖された軸受受容部ＬＡにおける組付けのために準備される。図２ａに示したカムユニット１は、１つの可能な実施形態では、既に完全に組み立てられていて軸受受容部ＬＡ内に挿入されるカムユニット１であってよい。閉鎖された軸受受容部ＬＡに軸方向で側方から挿入可能なカム軸を支承するための以下に記載の組立てプロセスにおいて、図示のカムユニット１は単に予め組み立てられた半製品である。この場合カムユニット１はそのスリーブベース体１１の左側の自由端部に軌道エレメント１３を備え、かつその右隣に配置された、互いに異なったカム軌道プロフィールを有する２つの個別のカムエレメント１２を備えている。この場合個々の機能エレメント１２，１３は摩擦力結合式（kraftschluessig）又は摩擦力及び形状結合式（kraftformschluessig）にスリーブベース体１１に配置されている。図２ｂに示す組立てステップでは、予め組み立てられた半製品が側部から、全周に亘って閉鎖された軸受受容部ＬＡ内に挿入される。そのためにカムユニット１のスリーブベース体１１は少なくとも部分的に外径ｄ_ＮＥを有し、かつ軸受受容部ＬＡは、該外径ｄ_ＮＥに合わせられた内径ｄ_ＬＡを有しており、これによって軸受受容部ＬＡ内へのスリーブベース体１１の側方からの挿入（並びに有利には両部材の間における滑り支承）が保証されている。次の組立てステップ（図２ｃ）では、側方から挿入されたカムユニット１はその自由端部に、特に、既に予め組み立てられた側に対して鏡面対称的に、相応な機能エレメント１２，１３が装着される。最後に図２ｄには、完全に組み立てられたカムモジュールが、完全に組み立てられた軸受箇所ＬＡを例として示されている。この場合カム軸ベース体２は既に軸方向において側方から、予め組み立てられたスリーブベース体１１内に挿入されていて、カム軸ベース体２の半径方向において作用する玉付きばねエレメントは、スリーブベース体１１の対応するリング形状の内溝に、軸方向において固定されて配置されている。閉鎖された軸受受容部ＬＡ内に本発明によるカムユニット１を組み付けるための上記組立てプロセスは、必要に応じて、他の軸受箇所ＬＡに対しても相応に繰り返すことができる。このような場合には、図２ｄに示したカム軸ベース体２の挿入は、別のカムユニット１を対応する軸受受容部ＬＡ内に組み付けた後で初めて行われる。

１ カムユニット、 ２ カム軸ベース体、 １１ スリーブベース体、 １２ カムエレメント、 １３ 軌道エレメント、 ＬＡ 軸受受容部

Claims (13)

1. カム軸ベース体（２）に相対回動不能ではあるが軸方向移動可能に配置されるカムユニット（１）であって、
   該カムユニット（１）が、管形状のスリーブベース体（１１）と、
   該スリーブベース体（１１）に相対回動不能でかつ移動不能に配置された少なくとも１つのカムエレメント（１２）とを有しており、
   スリーブベース体（１１）と少なくとも１つのカムエレメント（１２）とが、別個に製造されて後から組み立てられる個別部材として形成されていることを特徴とするカムユニット。
2. カムエレメント（１２）は、軸方向において互いに隣接配置された複数のカム軌道を有する一体の部材として形成されている、請求項１記載のカムユニット。
3. カムエレメント（１２）は、軸方向において互いに隣接配置された個別のディスク体を有する複数の部材として形成されている、請求項１記載のカムユニット。
4. スリーブベース体（１１）に、別個に製造されて後から組み付けられて相対回動不能でかつ移動不能に配置されている少なくとも１つの軌道エレメント（１３）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のカムユニット。
5. 軌道エレメント（１３）は、鋼、特に窒化された鋼から、又は燒結金属から成っている、請求項４記載のカムユニット。
6. スリーブベース体（１１）と少なくとも１つのカムエレメント（１２）とは、互いに異なった材料から成っているか又は、組成の異なった同じ材料から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載のカムユニット。
7. スリーブベース体（１１）は鋼から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載のカムユニット。
8. カムエレメント（１２）は、鍛造されかつ硬化された鋼から成っているか又は、燒結金属から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載のカムユニット。
9. カム軸であって、カム軸ベース体（２）と、該カム軸ベース体（２）に相対回動不能ではあるが軸方向移動可能に配置された、請求項１から６までのいずれか１項記載のカムユニット（１）とを備えていることを特徴とするカム軸。
10. カム軸モジュールであって、
    組み立てられたカム軸を回転可能に支承するための少なくとも１つの軸受受容部（ＬＡ）を備えた軸受装置が設けられていて、
    駆動可能なカム軸ベース体（２）と、請求項１から６までのいずれか１項記載の少なくとも１つのカムユニット（１）とを備えた、組み立てられたカム軸が設けられていて、
    カム軸の支承のために、少なくとも１つのカムユニット（１）のスリーブベース体（１１）が、少なくとも１つの軸受受容部（ＬＡ）によって取り囲まれていることを特徴とするカム軸モジュール。
11. 軸受受容部（ＬＡ）は、全周の一部に亘って又は全周に亘って閉鎖された軸受受容部（ＬＡ）として形成されていて、カム軸ベース体（２）もしくはカム軸の組付けが、軸受受容部（ＬＡ）内へのカム軸ベース体（２）の軸方向かつ側方からの挿入によってだけ可能である、請求項１０記載のカム軸モジュール。
12. カムユニット（１）のスリーブベース体（１１）は少なくとも部分的にその外径（ｄ_ＮＥ）が軸受受容部（ＬＡ）の内径（ｄ_ＬＡ）に合わせられていて、軸受受容部（ＬＡ）内へのスリーブベース体（１１）の側方からの挿入が保証されている、請求項１０又は１１記載のカム軸モジュール。
13. カムユニット（１）のスリーブベース体（１１）は少なくとも部分的にその外径（ｄ_ＮＥ）が軸受受容部（ＬＡ）の内径（ｄ_ＬＡ）に合わせられていて、スリーブベース体（１１）と軸受受容部（ＬＡ）との間における滑り支承が保証されている、請求項１２記載のカム軸モジュール。

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