JP2017101661A - 可変カムシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】より低コストな軸方向取り付けによって特徴付けられる、一般的なタイプの可変カムシャフトのための実施形態を提示する。【解決手段】本発明は、インナーシャフト（２）と、このインナーシャフト（２）と同軸状に設けられたアウターシャフト（３）と、インナーシャフト（２）に回転一体的に接続された第１カム（５）と、アウターシャフト（３）に回転一体的に接続された第２カム（７）とを備えた可変カムシャフト（１）に関する。ここで、本発明の本質的事項は、アウターシャフト（３）に向かって開口するくぼみ（１２）、特に環状溝がインナーシャフト（２）に設けられ、一方でアウターシャフト（３）の穴（１６）に固定されて他方でインナーシャフト（２）のくぼみ（１２）に係合する少なくとも１つの軸方向支持要素（１３）が設けられていることである。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に係る、インナーシャフトと、このインナーシャフトと同軸状に設けられたアウターシャフトとを備えた可変カムシャフトに関する。本発明は、また、そのような可変カムシャフトを備えた内燃エンジンに関する。

可変カムシャフト（以下、単にカムシャフトとも言う）が十分に知られていて、バルブ制御時間に影響を及ぼすために使用されている。バルブ制御時間は、アウターシャフトに対するインナーシャフトの回転によって影響を受ける。ここで、第１カムがインナーシャフトに回転一体的に接続されており、第２カムがアウターシャフトに接続されている。バルブ開放時間またはバルブ閉鎖時間は、第１および第２カムの相互調節によって短縮または延長され得る。通常、いわゆる位相調節器がアウターシャフトに対するインナーシャフトの回転のために使用され、その回転子はインナーシャフトに回転一体的に接続され、その固定子はアウターシャフトに回転一体的に接続されている。そのような可変カムシャフトの軸方向取り付けは、通常、回転子へのインナーシャフトの軸方向固定接続によって実現される。ここで、位相調節器の回転子は、アウターシャフトに固定子が軸方向において固定接続されている場合に当該アウターシャフトが位相調節器を介してインナーシャフトに対して軸方向において取り付けられるように、位相調節器の固定子に対して軸方向において取り付けられている。しかしながら、位相調節器を介したカムシャフトの軸方向取り付けは、公差が小さいこと、すなわち位相調節器の回転子へのインナーシャフトの高精度な接続と、位相調節器の固定子へのアウターシャフトの高精度な接続との両方を必要とする。このことは、したがって、比較的高い製造精度および比較的高いコストを必要とする。

本発明は、したがって、一般的なタイプの可変カムシャフトのための改善されたまたは少なくとも代替的な実施形態を提示するという問題に関する。当該実施形態は、特に代替的でより低コストなカムシャフトの軸方向取り付けによって特徴付けられる。

本発明は、位相調節器の回転子へのインナーシャフトの軸方向取り付けおよび位相調節器の固定子へのアウターシャフトの軸方向取り付けを介してではなく、インナーシャフトのアウターシャフトへの軸方向における直接的な取り付けによって可変カムシャフトの軸方向取り付けを実現し、それにより位相調節器の固定子へのアウターシャフトの取り付けのみ、もしくは位相調節器の回転子へのインナーシャフトの取り付けのみで足りるようにするか、または、支持フレームもしくはシリンダヘッドカバーの別の場所にアウターシャフトを取り付けてそれにより位相調節器に対して可変カムシャフトを完全に浮いた状態で取り付けられるようにする可能性を開くという一般的概念に基づいている。しかしながら、前二者の選択肢は、また既に、より大きな製造誤差を補償する可能性を提供している。なぜなら、これまで必要であったように、インナーシャフトおよびアウターシャフトの両方を軸方向において位相調節器に固定する必要がなく、必要に応じてこれら２つのシャフトの一方を固定すればよく、あるいはいずれも固定しなくてもよいためである。本発明に係る可変カムシャフトは、この場合において、公知の態様で、インナーシャフトと、このインナーシャフトと同軸状に設けられたアウターシャフトと、インナーシャフトに回転一体的に接続された第１カムと、アウターシャフトに回転一体的に接続された第２カムとを備えている。本発明によると、可変カムシャフトの軸方向取り付けのために、アウターシャフトに向かって開口するくぼみ、例えば、少なくとも所定の角度範囲にわたる円形セグメントの態様で延びる溝、特に環状溝がインナーシャフトに設けられ、当該くぼみには少なくとも１つの軸方向支持要素が係合し、当該軸方向支持要素は同時にアウターシャフトの穴に固定される。当該くぼみは、したがって、ピンまたは軸方向支持要素を所定の回転角度範囲にわたって案内し得る。この場合において、所定の角度範囲にわたって延びる周方向溝が製造の観点から最もわかりやすい。インナーシャフトのアウターシャフトへの直接的な軸方向取り付けの結果として、本発明に係る可変カムシャフトは、これを例えば単にインナーシャフトまたはアウターシャフトを介して位相調節器に取り付けることにより、全体として軸方向において取り付けられ得る。特にその結果として、位相調節器の固定子（または回転子）を位相調節器の回転子（または固定子）に対して軸方向において浮いた態様で取り付けることも可能となる。位相調節器は、通常わずかな軸方向および径方向遊びしか有していないので、製造に関連する同心度および角度のオフセット誤差に関するカムシャフトの接続の間におけるジャミング（jamming）に敏感である。ジャミングに対する傾向は、浮いた状態での取り付けによって良い方向へ影響を受け得る。

本発明に係る解決策の有利な別の展開では、軸方向支持要素は、アウターシャフトに形成された貫通孔として構成された穴に挿通されてインナーシャフトのくぼみに係合する軸方向支持ピンとして構成されている。当然にここで、アウターシャフトを貫通孔において通過してインナーシャフトのくぼみ（溝／環状溝）に係合する２つの対向する軸方向支持ピンが設けられてもよい。そのようなインナーシャフトのアウターシャフトに対する軸方向取り付けの主な利点は、比較的シンプルな軸方向取り付けの実現、ならびに、少なくとも１つの軸方向支持ピンの取り外しおよび例えばアウターシャフトからのインナーシャフトの取り外しによる軸方向取り付けの再度の解除の可能性にある。純粋に理論的に、くぼみは、インナーシャフトの全周にわたって形成されていてもよいし、また当然に、所定の周方向領域、例えばインナーシャフトのアウターシャフトに対する角度調節領域よりもわずかに大きな領域にわたって形成されていてもよい。特に最後に述べた変形例は、インナーシャフトの断面弱体化を小さくするという重要な利点を提供する。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、環状溝として構成されたインナーシャフトのくぼみに向かって開口する追加的な環状凹部がアウターシャフトに設けられ、ここで少なくとも１つの軸方向支持要素は、取り付け状態においてインナーシャフトの環状溝およびアウターシャフトの環状凹部の両方に係合するサークリップとして構成されている。インナーシャフトをアウターシャフト内に取り付けるために、サークリップは、インナーシャフトの環状溝内に配置された状態でインナーシャフトと共にアウターシャフト内に挿入され得るように、まず弾性的に圧縮されて直径に関するサイズが低減される。サークリップは、アウターシャフトに設けられた環状凹部に到達すると、弾性的に復元してそれによりアウターシャフトの環状凹部に係合する。サークリップとして構成された軸方向支持要素の、インナーシャフトの環状溝とアウターシャフトの環状凹部との両方における係合の結果として、取り付けるのが比較的容易でありながら極めて信頼性の高いインナーシャフトのアウターシャフトに対する軸方向取り付けが実現され得る。そのようなカムシャフトは、通常、アウターシャフトからインナーシャフトを引き抜くことによって分解されるがその間にサークリップが壊れてしまう。一方、その代わりに、アウターシャフトの内側に開口する環状凹部の領域に、工具の挿入およびよってサークリップの取り外しのための圧縮を可能とする貫通孔を設けることも実現可能である。これらの貫通孔は、もちろん、サークリップの取り外しのためにのみ開けられているのであって、カムシャフトの作動中にはそれらはオイル漏れを効果的に防止できるように閉塞される。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、少なくとも１つの第２カムが、焼き嵌めもしくは冷やし嵌めによって、溶接によって、ロウ付けによって、接着によって、または圧入によってアウターシャフトに固定される。この非制限的なリストは、既に、アウターシャフトに少なくとも１つの第２カムを固定するために存在する様々な可能性を示唆しており、ここで特に焼き嵌めまたは冷やし嵌めの製造が多くの場合に使用される。この目的のために、少なくとも１つの第２カムが加熱されるか、および／または、アウターシャフトが冷却される。温度均一化の結果として、２つの構成要素の互いに対する径方向押圧が実現され、これにより少なくとも１つの第２カムがアウターシャフトに固定される。

本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。

上述したあるいは後述する特徴は、それぞれに示された組み合わせにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組み合わせにおいてあるいは単独でも使用され得ることを理解されたい。

図１は、軸方向支持ピンとして構成された軸方向支持要素を備えた本発明に係る可変カムシャフトの概略断面図である。 図２は、図１と同様の図であって、サークリップとして構成された軸方向支持要素を備えている。 図３は、図１と同様の図であって、軸方向支持ピンとして構成された追加的な軸方向支持要素を備えており、位相調節器を図示してある。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。また、同一の参照符号は、同一のもしくは類似の、または機能的に同一の構成要素を示す。

図１〜図３によると、本発明に係る可変カムシャフト１は、インナーシャフト２と、このインナーシャフト２と同軸状に設けられたアウターシャフト３とを備えている。そのような可変カムシャフト１は、例えば、特に自動車における、内燃エンジンに設けられてもよい。さらに、可変カムシャフト１は、公知の態様で、インナーシャフト２に対応するピン６を介して回転一体的に接続された少なくとも１つの第１カム５と、アウターシャフト３に回転一体的に接続された少なくとも１つの第２カム７とを備えている。アウターシャフト３に対するインナーシャフト２の回転の結果として、第１カム５が第２カム７に対して回転する。なぜなら、第１カム５はインナーシャフト２に対して回転一体的にかつアウターシャフト３回りに回転可能に取り付けられているためである。アウターシャフト３に対するインナーシャフト２の相対回転は、この例では、位相調節器８（図３を参照）を介して実現される。位相調節器８の回転子９はインナーシャフト２に回転一体的に接続され、位相調節器８の固定子１０はアウターシャフト３に回転一体的に接続されている。

これまで、カムシャフト１の軸方向取り付けは、通常、位相調節器８の回転子９へのインナーシャフト２の軸方向固定と、位相調節器８の固定子１０へのアウターシャフト３の軸方向固定とによって実現されてきた。しかしながら、これは比較的高い製造精度およびその結果として比較的高い製造コストを必要とする。本発明に係るカムシャフト１は、インナーシャフト２を軸方向１１においてアウターシャフト３に直接的かつ固定的に取り付け、その結果として、カムシャフト１全体を、例えば位相調節器８に対して浮いた態様で、すなわち少なくとも、インナーシャフト２が回転子９に対して浮いた態様で、またはアウターシャフト３が位相調節器８の固定子１０に対して浮いた態様で、すなわち軸方向において変位可能となるように、取り付けることを初めて可能にする。

本発明によると、好ましくは、アウターシャフト３に向かって開口する円周くぼみ１２、例えば環状溝がインナーシャフト２に設けられており、また、少なくとも１つの軸方向支持要素１３が設けられている。当該軸方向支持要素１３は、例えば、図１および図３では軸方向支持ピン１４として、図２ではサークリップ１５として構成されていてもよく、一方ではアウターシャフト３の穴１６に固定され、他方では環状溝として構成されたインナーシャフト２のくぼみ１２に係合する。

図１および図３の本発明に係る可変カムシャフト１の実施形態について見ると、軸方向支持要素１３は軸方向支持ピン１４として構成され、穴１６は貫通孔１７として構成されており、そして軸方向支持ピン１４はアウターシャフト３の貫通孔１７に挿通されてインナーシャフト２のくぼみ１２に係合している。ここで、１つだけの軸方向支持ピン１４が設けられていてもよいし（図１を参照）、例えば、アウターシャフト３の対向する貫通孔１７（穴１６）に挿通されてインナーシャフト２のくぼみ１２に係合する２つの対向する軸方向支持ピン１４が設けられていてもよい（図３を参照）。「穴１６」の語は、したがって、有底状の穴としてのみでなく、当然に貫通孔としても理解されるべきである。

少なくとも１つの軸方向支持ピン１４を伴って構成されたカムシャフト１は、それにより組み付けが容易であり、また必要であれば分解も容易であるという主な利点を提供する。この目的のために、少なくとも１つの軸方向支持ピン１４が穴１６または貫通孔１７から引き抜かれさえすればよい。

図２の本発明に係るカムシャフト１の実施形態について見ると、アウターシャフト３の穴１６は、インナーシャフト２のくぼみ１２に向かって開口する追加的な環状凹部１８として構成されており、当該環状凹部１８にはサークリップ１５として構成された軸方向支持要素１３が係合している。サークリップ１５は、したがって、取り付け状態において、インナーシャフト２のくぼみ１２とアウターシャフト３の環状凹部１８との両方に係合する。本発明に係るこのタイプのカムシャフト１の取り付けは、サークリップ１５として構成された軸方向支持要素１３をインナーシャフト２のくぼみ１２の領域に配置し、続いてサークリップ１５を弾性的に圧縮して当該サークリップ１５をインナーシャフト２と共にアウターシャフト３内に挿入することによって実現される。そしてサークリップ１５が穴１６、すなわちアウターシャフト３の環状凹部１８に到達すると、サークリップ１５が弾性的に復元してそれにより環状凹部１８に係合してインナーシャフト２を軸方向１１においてアウターシャフト３に対して固定する。

ここで、少なくとも１つの第２カム７のアウターシャフト３への固定は、例えば、焼き嵌めもしくは冷やし嵌めによって、溶接によって、ロウ付けによって、接着によって、または圧入によってなされてもよい。これらの固定方法は限定的なものではなく、個々の必要に応じて適宜選択されてもよい。

本発明に係るカムシャフト１によると、したがって、位相調節器８の固定子１０をアウターシャフト３に軸方向において固定的に接続しかつ回転子９をインナーシャフト２に軸方向において可動的に接続するか、またはその代わりに、固定子１０をアウターシャフト３に軸方向において可動的に接続しかつ回転子９をインナーシャフト２に軸方向において固定的に接続することが初めて可能になる。さらにこれらに代えて、固定子１０をアウターシャフト３に軸方向において可動的に接続しかつ回転子９をインナーシャフト２に軸方向において可動的に接続し、よって位相調節器８に対してカムシャフト１を完全に浮いた状態で取り付けることもまた考えられる。この場合には、本発明に係るカムシャフト１は別の態様で、例えばシリンダヘッドカバーによって軸方向において固定される必要がある。従来技術から知られている軸方向支持方法とは違って、本発明に係るカムシャフト１は、より大きな製造誤差を補償することおよびその結果として製造精度および製造コストの抑制を可能とする。

１ 可変カムシャフト
２ インナーシャフト
３ アウターシャフト
４ 内燃エンジン
５ 第１カム
７ 第２カム
８ 位相調節器
９ 回転子
１０ 固定子
１２ くぼみ
１３ 軸方向支持要素
１４ 軸方向支持ピン
１５ サークリップ
１６ 穴
１７ 貫通孔
１８ 環状凹部

Claims (8)

1. インナーシャフト（２）と、
   上記インナーシャフト（２）と同軸状に設けられたアウターシャフト（３）と、
   上記インナーシャフト（２）に回転一体的に接続された第１カム（５）と、
   上記アウターシャフト（３）に回転一体的に接続された第２カム（７）と、
   上記インナーシャフト（２）に設けられ、上記アウターシャフト（３）に向かって開口するくぼみ（１２）と、
   一方で上記アウターシャフト（３）の穴（１６）に固定され、他方で上記インナーシャフト（２）の上記くぼみ（１２）に係合する少なくとも１つの軸方向支持要素（１３）とを備えている
   ことを特徴とする可変カムシャフト。
2. 請求項１において、
   上記軸方向支持要素（１３）は、軸方向支持ピン（１４）として構成され、
   上記穴（１６）は、上記アウターシャフト（３）に形成された貫通孔（１７）として構成され、
   上記軸方向支持ピン（１４）は、上記貫通孔（１７）に挿通されて上記インナーシャフト（２）の上記くぼみ（１２）に係合している
   ことを特徴とする可変カムシャフト。
3. 請求項２において、
   ２つの上記軸方向支持ピン（１４）が、上記アウターシャフト（３）に対向して形成された２つの上記貫通孔（１７）に挿通されて上記インナーシャフト（２）の上記くぼみ（１２）に係合している
   ことを特徴とする可変カムシャフト。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記インナーシャフト（２）の上記くぼみ（１２）は、該インナーシャフト（２）の外周の少なくとも一部にわたって延びている
   ことを特徴とする可変カムシャフト。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記くぼみ（１２）は、環状溝として構成され、
   上記アウターシャフト（３）に設けられ、上記環状溝に向かって開口する環状凹部（１８）を備え、
   上記軸方向支持要素（１３）は、取り付け状態において上記インナーシャフト（２）の上記くぼみ（１２）と上記アウターシャフト（３）の上記環状凹部（１８）とに係合するサークリップ（１５）として構成されている
   ことを特徴とする可変カムシャフト。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   少なくとも上記第２カム（７）は、焼き嵌めもしくは冷やし嵌めによって、溶接によって、ロウ付けによって、接着によって、または圧入によって上記アウターシャフト（３）に固定されている
   ことを特徴とする可変カムシャフト。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   回転子（９）および固定子（１０）を有する位相調節器（８）を備え、
   上記固定子（１０）が上記アウターシャフト（３）に軸方向において固定的に接続されかつ上記回転子（９）が上記インナーシャフト（２）に軸方向において可動的に接続されているか、
   または、
   上記固定子（１０）が上記アウターシャフト（３）に軸方向において可動的に接続されかつ上記回転子（９）が上記インナーシャフト（２）に軸方向において固定的に接続されているか、
   または、
   上記固定子（１０）が上記アウターシャフト（３）に軸方向において可動的に接続されかつ上記回転子（９）が上記インナーシャフト（２）に軸方向において可動的に接続されている
   ことを特徴とする可変カムシャフト。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の可変カムシャフト（１）を備えた内燃エンジン（４）。