JP2014122627A - カムシャフト、カムシャフトのための機能装置及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトの取り付けを簡易にする。
【解決手段】シャフト−ハブ接続によって機能装置３が接合される、内燃機関２のためのカムシャフト１に関する。接合される機能装置３は２つ以上の機能要素４を備え、該機能要素４が互いに異なる機能を有する。このように構成することによって、カムシャフト１の取り付けを簡易にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用カムシャフトに関するものであり、特に請求項１の前提部に記載されているように、シャフト−ハブ接続（shaft−hub connection）により１つ以上の機能装置が接合されたカムシャフトに関するものである。その上、本発明は、そうしたカムシャフトのための機能装置、及び該カムシャフトを１つ以上備えた内燃機関にも関する。

公知のように、一般的なカムシャフトには、熱嵌め等により機能要素が接合される。

しかし、今日まで、ギアホイール、駆動ホイール、カム、ポンプ作動装置（例えば高圧ポンプ用ポンプカム）、又は真空／オイルポンプに回転伝動するためのオルダム継手等の機能装置は、圧入又は熱接合されたプラグを介してカムシャフトに接合されてきた。

ところで、上記のようにカムシャフトを構成する場合、各機能を発揮させるために、その各機能に対応する個別の機能要素（例えばギアホイールやカム）が必要で、その各機能要素は、必要に応じてそれぞれ別々に接合されてきた。

また、そうした場合、カバーモジュール（cover module）内へのカムシャフトの取り付けに際してスペースが制限されてしまうため、複数個の機能要素を保持すること、或いは外部からプラグを接合することが困難になってしまう。

本発明の目的は、一般的なタイプのカムシャフトを改良することによって、その製造を容易にすることにある。

本発明に従うと、上記目的は、独立請求項の主題によって達成される。有利な態様は、従属項の主題によってもたらされる。

本発明は、カムシャフトに、２つ以上の異なる機能要素を備えた機能装置を装備させ、該機能要素に、互いに異なる機能を発揮させるという基本概念に基づくものである。この場合、複数の機能要素を備えた機能装置は、熱嵌めや軸方向への圧入等のシャフト−ハブ接続によってカムシャフトに接合される。よって、この基本概念に従うと、可及的に多く（少なくとも２つ以上）の機能要素を接合又は一体形成して単体で共通の機能装置とした上で、この共通部品、すなわち機能装置を単にカムシャフト、又はカムシャフトの円筒部（camshaft tube）に接合すればよいということになる。また、複数の機能要素から成る機能装置は、それぞれ個別に接合される機能要素全体の重量よりも著しく軽いから、上記のように構成することによって、重さについて著しく有利にすることができる。その上、本発明の機能装置は、比較的小さな内径を有するプラグを用いる場合と比較して、より大きなトルクを伝達することができる。それと同時に、各機能要素を個別に、すなわち各機能要素をカムシャフトに別々に取り付ける必要はもはや無く、各機能要素が角度方向について互いに所定の位置に予め配設された機能装置をカムシャフトに接合するだけでよいので、組み立てを著しく簡易にすることができる。また、技術常識に照らし合わせて考えれば判るように、シリンダヘッドカバー内へのカムシャフトの取り付けに際して、作業スペースをほとんど必要としないというのは、とりわけ大きな利点となる。さらに、カムシャフトには、機能装置とは別に例えば駆動ベルト用プーリが取り付けられることがあるが、この駆動ベルト用プーリの取付位置の反対側に機能装置を質量（マス）として結合すれば、カムシャフトの重量バランスを相殺して改善できる。よって、本発明に係る機能装置の構成は、重量分布の最適化においても有利になる。

実際的には、１つ以上の機能要素としては、ギアホイール（特に連結用ギアホイール）、カム、カム等によるポンプ作動装置、エンコーダホイール、ベルトプーリ、継手（特にオルダム継手）、チェーンホイール等が用いられる。この非網羅的な列挙（non-conclusive listing）から、個々の機能要素の組み合わせとしての機能装置を如何に柔軟に構成することができるか理解されよう。

本発明に係る、さらに有利な実施形態及び解決策に従うと、機能装置は、一体の部材に、特に焼結により一体要素として形成される。この場合、機能装置が完全に一体の部材として形成されるように、機能装置中の個々の機能要素は互いに一体的に繋がっている。よって、個々の機能要素を互いに位置決めした状態で接合することにより機能装置を構成する必要が無くなるため、効率よく生産できるようになる。

この構成に代えて、機能装置を構成する個々の機能要素を、互いに固定されるように、溶接、ろう付け、ネジ止め、接着剤等を用いて接合してもよいということは明らかである。各機能要素を順番に個別形成することにより、各機能要素について、機能装置を著しく柔軟に構成することができるという大きな利点が得られる。この場合、個々の機能要素は、摩擦溶着やレーザー溶接等を用いて、連続した機能装置に接合することができる。

さらに、個々の機能要素を角度方向について所定の位置で接合して共通の機能装置を構成することを容易にすべく、この機能要素に位置決め補助部を設けることができる。この位置決め補助部によって、各機能要素を角度方向について互いに所定の位置に独占的に（exclusively）固定することができるようになる。こうした位置決め補助部は、例えば１箇所又は複数箇所（特に２箇所又は３箇所）に設けられる、切欠き（clear grind）状の平面部として形成することができる。この場合、各機能要素には、１箇所又は複数箇所に設けられる平面部に加えて、この平面部が設けられる端面とは逆側の端面において、該平面部に関連してそれと補い合う凹部（associated complementary recess）が設けられる。よって、１つの機能要素の平面部と他の機能要素の凹部とを角度方向について互いに適切な位置で軸上に嵌め合わせることにより、共通の機能装置を著しく容易に構成することができる。

この構成に代えて、位置決め補助部を、ピン又は該ピンに対応する開口として構成することができることは明らかである。このように構成された位置決め補助部により、２つの機能要素を１つ又は複数から成る角度方向についての所定の位置に位置決めして、互いに接合させることができるようになる。さらに、こうした位置決め補助部は、カムシャフトを組み立てた後、例えばカムシャフトをシリンダヘッドに取り付ける際に、さらなる微調整及び位置決め等の工程に追加して利用可能であることは明らかである。

機能要素のうちの１つがオルダム継手として設計されている場合、該継手を介してポンプをシリンダヘッドの外に連結させることができる。そうしたオルダム継手によって、平行に配設される２つのシャフト間にトルクを伝える連結部（継手）を構成することができる。通常、オルダム継手は３枚のディスクから構成される。そのうち外側の２枚のディスクは、２つのシャフトのそれぞれ、或いはポンプ及び機能要素のそれぞれに固定され、中間のディスクは、他の２枚のディスクに対し、互いに直交している、キー溝及びキーの結合により連結されて保持されるようになっている。そうしたオルダム継手を用いることによって、カムシャフトとポンプの回転軸とが平行から多少ずれていたとしも、このずれを補償することができるようになっている。よって、製造時に多少の精度不足があったとしても問題なく補償させることができるから、概して製造公差を大きくとることができる。

本発明に係るさらに有利な態様及び利点は、従属項の記載、図面、及び図面を用いた説明より得られる。

上述の特徴、及び以下で説明される特徴は、説明される特定の組み合わせによってのみ使用できるのではなく、本発明の適用範囲を逸脱しない限りは、他の組み合わせ、又は単体で使用できることが理解されよう。

本発明に係る、機能装置を有する内燃機関用カムシャフトを概略的に示す拡大断面図である。 上記内燃機関において、機能装置を有する２本のカムシャフト周辺の構造を一部省略して示す部分断面図である。 軸受ブリッジを備えた状態を示す図２相当図である。 機能装置を異なる視点から見て示す図である。 機能装置において、それぞれ異なる機能要素を備えたものを示す斜視図である。 機能装置において、それぞれ異なる機能要素を備えたものを示す斜視図である。 機能装置において、それぞれ異なる機能要素を備えたものを示す斜視図である。

本発明の好ましい標準的な態様は図面に示され、以下の説明でさらに詳細に説明され、同じ記号は同じ又は機能的に類似の要素に関連している。

図１〜図３に示すように、本発明に係るカムシャフト１は、内燃機関２のためのものであり、１つ以上の機能装置３を備えている。この機能装置３は、シャフト−ハブ接続、具体的には圧入によってカムシャフト１に接合されており、２つ以上の異なる機能要素４を有している。この場合、個々の機能要素４はそれぞれ異なる機能を発揮するようになっており、組み立てを簡潔にすべく、互いに組み合わされて共通の機能装置３を構成している。ここで、１つ以上の機能要素４は、例えばギアホイール５（特に連結用ギアホイール）、カム、ポンプ作動装置、エンコーダホイール６、ベルトプーリ、継手（特にオルダム継手）又はチェーンホイール５′としての機能をそれぞれ発揮するようになっている。図１に示すように、機能装置３は３つの機能要素４、すなわち継手７と、チェーンホイール５′又はギアホイール５と、エンコーダホイール６とを有している。複数の機能要素４の組み合わせとして共通の機能装置３を構成することによって、カムシャフト１の製造を容易にすることができるのは明らかである。なぜならば、複数の機能要素４をそれぞれ個別にカムシャフト１に接合するのではなく、一体の機能装置３をカムシャフト１に接合するだけでよいからである。その結果、接合工程を著しく効率的なものにすることができる。その上、複数の機能要素４を有する機能装置３は、それぞれ個別に形成される機能要素４全体よりも軽くなるから、重量の軽減に有利となり、ひいては内燃機関２の燃費を向上させることができる。

さらに、プラグを使用する従来例と比較すると、本発明に係る機能装置３は、例えば熱嵌めや軸方向への圧入による締り嵌めにより動力を伝える接触面を広くとることができるから、より大きなトルクを伝えることができる。さらに、複数の機能要素４を組み合わせて共通の機能装置３を構成することによって、特にカバー又はシリンダヘッド８内に機能装置３を取り付ける際に大いに有利となる。なぜならば、通常、取り付けのために供されるスペースは、著しい制限を受けるからである。

図２は、カムシャフト１を２つ備えた内燃機関２のシリンダヘッド８を示している。２つのカムシャフト１のうち、図２で下側に位置するカムシャフト１に、本発明に係る機能装置３が配設されている。この機能装置３は３つの機能要素４、すなわち継手７と、他方のカムシャフト１に連結するための連結用ギアホイールとしてのギアホイール５と、エンコーダホイール６とを組み合わせることにより構成されている。シリンダヘッド８へのカムシャフト１の取り付けは、軸受フレーム９を介して行われている。この軸受フレーム９はネジ止め等によって、シリンダヘッド８、ひいてはエンジンブロックに固定されている。継手７は、例えばオルダム継手として構成されており、この継手７によって、カムシャフト１とポンプ１１とが回転伝動可能に連結されている。この場合、オルダム継手を用いることによって、カムシャフト１の回転軸とポンプの回転軸との平行度を小さくでき、オルダム継手を使用しない場合と比較して、高い製造精度が不要になる。

図１に明示されているように、機能装置３は一体の部材に、特に焼結により一体要素として形成されている。このため、個別に予め製造された各構成要素４を組み立てることにより共通の機能装置３を構成するのを省略することができる。これに代えて、機能装置３の機能要素４を個別に製造した上で、製造された各機能要素４を、互いに固定されるように、溶接、ろう付け、ネジ止め又は接着剤を用いて順次接合することにより共通の機能装置３を構成することもできるということは明らかである。

図４に例示されている機能装置３では、２つの機能要素４、すなわちギアホイール５と継手７とが一体の機能装置３を構成している。機能装置３の端面のうち、継手７を備えていない一端面側は、エンコーダホイール６等の機能要素４を追加して取り付け又は溶接できるようになっている。

複数の独立した機能要素４から機能装置３を構成する場合、機能装置３の組み立てを容易にすべく、個々の機能要素４に位置決め補助部１２を設けることができる。この位置決め補助部１２によって、個々の機能要素４をそれぞれ所定の角度位置に独占的に固定することができるようになる。図４の下部及び図６に示すように、位置決め補助部１２は、２箇所に設けられる平面部として形成され、例えばエンコーダホイール６には、この位置決め補助部１２（平面部）と補足的に嵌合可能な凹部が設けられていて、エンコーダホイール６を、角度方向について位置決めできるようになっている。また、位置決め補助部１２を、１箇所又は複数箇所（特に３箇所）に設けられる平面部として形成することもできる。その上、位置決め補助部１２は、各機能要素４間で角度方向について位置決めができるものであれば、円形以外の任意の形状に形成することができるということも理解されよう。

本発明に係る機能装置３を用いることによって、異なる機能要素４としての複数の機能が組み合わされ、共通の機能装置３というやり方でカムシャフト１上に１つの工程で固定できるようになる。これにより、組み立て工程が著しく効率的なものになるばかりでなく、安価に製造することもできるようになる。その上、プラグを使用する従来例と比較すると、各機能要素４を組み合わせて共通の機能装置３とすることによって、より大きなトルクを伝達できるようになり、その上、機能装置３の取り付けに要する作業スペースを減らすこともできるようになる。そしてなにより、このように構成することによって、カバー内において、本発明に係る機能装置３に各機能要素４を保持させること、そして、カムシャフト１の円筒部を機能要素４及びベアリングフレーム９等の各軸受部に通すことができるようになる。また、複数の機能要素４を一体化して共通の機能装置３とすることによって、単体からなる機能装置３の位置決め固定を行うだけでよいので、機能要素４をそれぞれ個別に位置決め固定する必要があった従来に比べて、カムシャフト１上での機能要素４の位置決め固定を著しく容易にすることができる。さらに、本発明に係る機能装置３を用いることによって、各機能要素４をより軽く形成することができるから、重量を軽減することができるようになる。また、例えば、ベルトプーリ１３（図２及び図３を参照）の配設することによる重量アンバランスを、各機能要素４の配設位置の調整によって相殺（改善）することもできる。

Claims (10)

1. シャフト−ハブ接続によって１つ以上の機能装置（３）が接合される、内燃機関（２）のカムシャフト（１）において、
   上記機能装置（３）は２つ以上の機能要素（４）を備え、
   上記機能要素（４）が、互いに異なる機能を有することを特徴とするカムシャフト。
2. 請求項１に記載のカムシャフトにおいて、
   上記機能装置（３）が、熱嵌め又は軸方向への圧入によって上記カムシャフト（１）に接合されていることを特徴とするカムシャフト。
3. 請求項１又は２に記載のカムシャフトにおいて、
   上記少なくとも１つの機能要素（４）が、ギアホイール（５）、特に連結用ギアホイール、カム、ポンプ作動装置、エンコーダホイール（６）、ベルトプーリ（１３）、継手、特にオルダム継手、又はチェーンホイール（５′）であることを特徴とするカムシャフト。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のカムシャフトにおいて、
   上記機能装置（３）が、一体の部材に、特に焼結により一体要素として形成されていることを特徴とするカムシャフト。
5. 請求項１又は３に記載のカムシャフトにおいて、
   上記機能要素（４）が、互いに固定されるように、特に溶接、ろう付け、ネジ止め又は接着剤によって接合されていることを特徴とするカムシャフト。
6. 請求項５に記載のカムシャフトにおいて、
   上記機能装置（３）の機能要素（４）は、該機能要素（４）同士を角度方向について互いに所定の位置に独占的に位置決め固定する位置決め補助部（１２）を有することを特徴とするカムシャフト。
7. 請求項６に記載のカムシャフトにおいて、
   上記位置決め部（１２）が、１箇所又は複数箇所、特に２箇所又は３箇所に設けられる平面部として構成されていることを特徴とするカムシャフト。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のカムシャフト（１）の機能装置（３）であって、
   上記機能装置（３）は２つ以上の機能要素（４）を備え、
   上記機能要素（４）は、互いに異なる機能を有し、
   上記機能装置（３）が、一体の部材に、特に焼結により一体要素として形成され、又は上記機能要素（４）が、互いに固定されるように、特に溶接、ろう付け、ネジ止め又は接着剤によって接合されていることを特徴とする機能装置。
9. 請求項８に記載の機能装置において、
   上記少なくとも１つの機能要素（４）が、ギアホイール（５）、特に連結用ギアホイール、カム、ポンプ作動装置、エンコーダホイール（６）、ベルトプーリ（１３）、継手、特にオルダム継手、又はチェーンホイール（５′）であることを特徴とする機能装置。
10. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のカムシャフト（１）を１つ以上備えたことを特徴とする内燃機関（２）。

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