JP2017227215A - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】安価なコストでの動弁機構(1)の製造を可能にする。【解決手段】動弁機構(1)は、第1の位置において上記第1の係合要素(8a)のストッパを形成し、該第1の位置において上記第1の係合要素(8a)を切替位置に調整するとともに、少なくとも第2の位置において上記第2の係合要素(8b)のストッパを形成して、該第2の位置において上記第2の係合要素(8b)を切替位置に調整する、コントロールシャフト(11)又はコントロールスライド(12)を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、カムシャフトと、カムフォロアと、該カムシャフトに据えられた第1のカムと、該第1のカムと軸方向に隣接して、カムシャフトに据えられた第2のカムとを有し、カムフォロアは、第1の連結位置では、第1のカムに駆動連結され、第2の連結位置では、第2のカムに駆動連結される内燃機関の動弁機構、及び該動弁機構を備えた内燃機関に関する技術分野に属する。
カムシャフトと、カムフォロアと、該カムシャフト上に据えられた第1のカムと、該第1のカムと軸方向に隣接して、上記カムシャフト上に据えられた第2のカムとを有する内燃機関の動弁機構が、特許文献1から知られている。このカムフォロアは、第1の連結位置では第1のカムに駆動連結され、第2の連結位置では第2のカムに駆動連結される。
独国特許出願公開第19945340号明細書
しかしながら、従来の動弁機構では、カムフォロアを第1の連結位置から第2の連結位置へ移動させるためのアクチュエータが必要となるという欠点を有している。このようなアクチュエータは、特に組み立てコストの面において比較的高価であるだけでなく、決して小さく見積もることのできない設置スペースが必要であり、特に、エンジン室が窮屈である場合にますます問題となっている。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の動弁機構が有する上記のような問題を改良することにあり、特に、安価なコストでの製造を可能にすることにある。
本発明によると、上述の課題は、独立請求項1の主題によって解決される。有利な形態は、従属項の主題である。
本発明は、位置調整可能なカムフォロアを有する動弁機構という概念に基づくものであり、カムフォロアの位置調整のための能動的なアクチュエータをなくすものである。ここでいう、内燃機関の動弁機構は、カムシャフトと、カムフォロアと、該カムシャフト上に据えられた第1のカムと、該第1のカムと軸方向に隣接して、上記カムシャフト上に据えられた第2のカムとを有する。このカムフォロアは、第1の連結位置では第1のカムに駆動連結され、第2の連結位置では第2のカムに駆動連結される。本発明では、カムシャフト上に配設された第1のスライドガイドと協働する第1の機械係合要素と、カムシャフト上に配設された第2のスライドガイドと協働する第2の機械係合要素とを有する調整機構を備えている。 第1及び第2の機械係合要素は、対応するスライドガイドと係合しない基準位置と、対応するスライドガイドと協働する切替位置との間で調整可能である。本発明では、係合要素をそれぞれの切替位置に調整するためのアクチュエータは備えておらず、コントロールシャフト又はコントロールスライドが設けられている。コントロールシャフト又はコントロールスライドは、第1の位置において第1の係合要素のためのストッパを形成して、該第1の位置において第1の係合要素を上記切替位置に調整するとともに、少なくとも第2の位置において第2の係合要素のためのストッパを形成して、該第2の位置において第2の係合要素を上記切替位置に調整する。コントロールシャフト又は各コントロールスライドは、第1の位置では、第2の係合要素のためのストッパを形成せず、コントロールシャフト又はコントロールスライドには、それぞれの第1の位置において、第2の係合要素を駆動させないようにする、例えば貫通孔が形成されている。したがって、本発明に係る動弁機構によると、なによりも、各係合要素をそれぞれの切換位置に調節することが、能動的に切り替えを行うためのアクチュエータなしで、ストッパ介して可能になる。これにより、アクチュエータ自体を省略することができる。これにより、コスト面で有利になるだけでなく、多くの設置工程と設置スペースの面で有利になる。加えて、アクチュエータのための別個のエネルギー供給源を設けたり、設置したりする必要がなくなる。
本発明のさらに有利な構成では、コントロールシャフトはカムシャフトとして構成されている。このようなカムシャフトによって、コントロールシャフトの単なる回転によって、第1の又は第2の係合要素のストッパを形成することができ、ストッパを、カムシャフトの回転位置に応じて、作動させたり、作動しないようにしたりすることができる。このようなカムシャフトは、例えば、電動モータ、特に、ステッピングモータによって回転される。フェールセーフ機能を実現するために、コントロールシャフト、又は各コントロールスライドを、例えばバネによって、所定の位置に付勢するようにすることもできる。
本発明の他の実施形態では、コントロールシャフトは、2つの第1の開口部と、該第1の開口部に対して直交するように設けられた2つの第2の開口部を有している。第1の開口部と第2の開口部とは、コントロールシャフトの長手方向に対して横方向に延びている。コントロールシャフトは、回転位置に応じて、第1の係合要素又は第2の係合要素の一方を作動させる。第1の回転位置では、コントロールシャフトは、第1の係合要素を押圧することで、該第1の係合要素を作動させる。このとき、コントロールシャフトはストッパとして機能する。上記第1及び第2の開口部は、貫通孔とすることができ、また、盲穴のような開口部としてだけ形成することもできる。しかしながら、コントロールシャフトが、第1の回転位置に位置しているときには、第2の係合要素は、第1の開口部に対して直交するように設けられた第2の開口部に入り込むことができる。これにより、コントロールシャフトに抵抗を生じさせることなく、第2の係合要素を切り換えることができる。上記のようなカムシャフトを有する実施形態と同様に、開口部が互いに直交している場合には、所定の角度だけ、ここでは90°回転すれば、第1又は第2の係合要素を十分に作動させることができる。
本発明に係る更に他の実施形態では、コントロールスライドは、2つの貫通穴を有している。コントロールスライドは、そのスライド位置に応じて、第1の係合要素又は第2の係合要素の一方を作動させることができる。このとき、コントロールスライドは、2つの係合要素のうちの1つのストッパとして機能し、このスライド位置では、他の係合要素は、対応する貫通孔に入り込む。これにより、上記他の係合要素は、コントロールスライドの動作を妨げることなく、該コントロールスライドを横切る。
本発明の更に有利な構成では、カムフォロアは、ローラピンと該ローラピンに回転可能に据えられたローラとを有する。好ましくは、係合要素はローラピンを直接貫通している。これにより、係合要素は、追加部品なしにカムフォロアに固定される。さらにローラピン内に、各係合要素用の拘束装置を配置することができる。この拘束装置は、バネ荷重式の拘束要素をそれぞれ有しており、この拘束要素は、係合要素上の拘束用窪みに向かって付勢され、上記係合要素を上記基準位置又は上記切替位置に拘束する。すなわち、拘束装置は、2つの戻り止め位置、つまり、係合要素の上記基準位置及び上記切替位置を形成する。上記基準位置と上記切替位置との両方において、バネ荷重式の拘束要素は、対応する係合要素上に形成された拘束用窪みとそれぞれ係合する。このような拘束装置は、単純であるとともに、安価であるが、同時に、係合要素における予め設定された位置を確実に保証することができる。
本発明のさらなる実施形態では、コントロールシャフト又はコントロールスライドの位置調整のための、特に、電動モータ又は電動アジャスタで構成された調整装置が設けられている。このような電動モータは、コントロールシャフト又はコントロールスライドの調整動作を比較的小さくすることができ、さらに、価格が低くかつコンパクトであり、特に、エンジン室が窮屈である場合に有利となる。
好ましくは、第1のスライドガイドは、その端部に、第1の係合要素と第1のスライドガイドとの係合が解除されて、第1の係合要素が上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を有している。このような傾斜構造部は、上記第1のスライドガイドの溝深さを徐々に減少させることによって簡単に構成することができる。第2のスライドガイドにも、同様の方法で、上述のような傾斜構造部を設けることができる。
さらに、本発明は、上述したような動弁機構を有する内燃機関を備えるという概念に基づいており、これにより、異なる動作モード間で迅速に変化する内燃機関を形成することができ、この内燃機関のための構成要素は、設置スペースが最適化されるだけでなく、同時に、価格を安価にすることができる。
本発明のさらなる重要な特徴及び利点は、従属項、図面、及び図面を用いた説明により得られる。
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。
本発明の実施形態に係る、内燃機関の動弁機構を示す図であり、コントロールシャフトをカムシャフトで構成した場合を示す。 コントロールシャフトの他の形態を示す図である。 他の実施形態に係る動弁機構を示す図であり、コントロールスライドを有する場合を示す。
本発明の好ましい標準的な態様が図面に示されており、以下の説明でさらに詳細に説明される。各図において同じ又は類似の若しくは機能的に同じ部品には、同じ符号を付している。
図1〜図3に示すように、本実施形態に係る動弁機構1は、詳細には図示しない内燃機関2の動弁機構であって、カムシャフト3とカムフォロア4とを有している。第1のカム5a及び第2のカム5bは、軸方向に隣接しかつカムシャフト3上に配設されている。これらのカムのカムプロファイルは、カムフォロア4によって選択的に捕捉され、例えば、気筒のインレットバルブ又はアウトレットバルブのようなバルブに伝達される。ここで、2つのカムは、異なるカムプロファイルを有している。典型的な例としては、カム5bは、基本的な円形状のみで構成され、気筒との結合を切断するようになっている。
第1の結合位置では、カムフォロア4のローラ6は、カム5aのカムプロファイルを捕捉する一方、第2の結合位置では、カムフォロア4のローラ6は、カム5bと駆動連結して、該カム5bのカムプロファイルを捕捉する。ローラ6は、ローラピン7上に回転可能に据えられている。本実施形態によると、カムシャフト3上に配設された第1のスライドガイド9aと協働する第1の機械係合要素8aを有する調整機構10が設けられている。さらに、調整機構10には、カムシャフト3上に配設された第2のスライドガイド9bと協働する第2の機械係合要素8bも設けられている。この第1及び第2の係合要素8a,8bは、対応するスライドガイド9a,9bと係合しない基準位置と、対応するスライドガイド9a,9bと協働する切替位置との間で調整可能となっている。
図1〜図3では、第1の係合要素8aは上記基準位置に位置している一方、第2の係合要素8bは上記切替位置に位置していて、カムシャフト3上の対応するスライドガイド8bと協働している。
本実施形態によると、コントロールシャフト11(図1及び図2参照)又は、コントロールスライド(図2及び図3参照)が設けられている。このコントロールシャフト11又はコントロールスライド12は、第1の位置において第1の係合要素8aのストッパを形成して、該第1の位置において第1の係合要素8aを上記切替位置に調整するとともに、少なくとも第2の位置において第2の係合要素8bのストッパを形成して、該第2の位置において第2の係合要素8bを上記切替位置に調整する。図1に示すように、コントロールシャフト11は、カムシャフト13として構成されていて、第1及び第2のコントロールカム14,15を有している。少なくともコントロールカム14は、該コントロールカム14と協働する係合要素8a,8bを、該係合要素8a,8bの上記切替位置において、調整するための回転位置に応じて構成されている。
ここで、少なくとも1つのコントロールカム14,15は、コントロールシャフト11の回転により、少なくとも1つの係合要素8a,8bが上記切替位置に直接的に調整されるように形成されている。また、コントロールカム14,15は、その回転角度に応じて、異なるシリンダを作動させるか、又は接続することができるように構成されていてもよい。これにより、例えば、ブレーキ操作時に異なる気筒を操作することができ、さらに気筒を接続又は切断することによって、ブレーキ力を増加させたり減少させたりすることができる。
図2に示すカムシャフト11は、2つの第1の開口部16と、該第1の開口部16に対して直交して設けられた2つの第2の開口部17を有することが分かる。このコントロールシャフト11は、回転位置に応じて、第1の係合要素8a又は第2の係合要素8bの一方を作動させる。図2では、開口部16,17は互いに直交するように位置合わせされているが、開口部16,17が互いに異なる角度で配向されていてもよいことは明らかである。図2に示す状態では、第1の開口部16は、平面的に示しているが、係合要素8a,8bの調整要項18を横切るように延びており、コントロールシャフト11は、第2の係合要素8bのストッパを形成している。この位置では、第2の開口部17は、第1の係合要素8aと並ぶため、カムフォロア4が上方に移動したときに、第1の係合要素8aは第2の開口部17と係合して、コントロールシャフト11によって調整されなくなる。一方で、第2の係合要素8bは、その頂部がコントロールシャフト11と当接して、上記基準位置から上記切替位置へ調整される。
図2では、コントロールシャフト11を回転させるための、電動モータ又は電動アジャスタ等の調整装置19を示している。尚、調整装置19は、液圧式や空気圧式のものとすることもできる。調整装置19が液圧式や空気圧式の場合、図2に示すようなコントロールシャフト11は、並進運動によって、各係合要素8a,8bを上記基準位置から上記切替位置に調整するため、コントロールシャフト11は回転しなくなり、コントロールスライド12として構成されることとなる。
図3に示すような本実施形態の動弁機構1では、2つの貫通孔17’を有するだけの比較的単純なコントロールスライド12が設けられている。この2つの貫通孔17’の機能については、図2に示す第2の開口部17と同様であり、係合要素8a,8bは、コントロールスライド12の位置に応じて、対応する貫通孔17’内に入り込み得るようになっている。すなわち、図3に示すコントロールスライド12は、これ以上の貫通孔は必要とせず、むしろ、単純に移動方向20に沿って移動することによって、係合要素8a,8bの一方のストッパとして機能するとともに、係合要素8a,8bの他方がコントロールスライド12によって作動しないように、係合要素8a,8bの他方が貫通孔17’へ入り込むことを可能にする。
また、コントロールシャフト11が、複数の気筒に対して設けられていてもよい。この場合、コントロールカム14,15は、気筒とコントロールシャフト11とが連続的に連結することができるように、異なる形状を有している。連続的な連結では、コントロールシャフト11は異なる位置で回転するため、上記のような構成が必要となる。他の2つの実施形態において、連続的な連結を可能にするために、(貫通した)開口部16,17を有するコントロールシャフト11及びコントロールスライド12(有孔シート)を適用することもできる。コントロールスライド12は、適用可能であれば細長い穴を有し、開口部16,17を有するコントロールシャフト11は、異なる位置に複数の開口部16,17を備えることができる。
ここで示された多くの実施形態では、各係合要素8a,8bを調整するために、これまで必要とされていた別個のアクチュエータをなくすことができ、本発明の動弁機構1は、より有利なコストで、よりコンパクトな構成で、さらに改良された機能的な信頼性でもって構成することができる。各係合要素8a,8bの上記基準位置から上記切替位置への調整は、好ましくは、カムフォロア4の上方への移動によって実行され、この過程で、各係合要素8a,8bが、コントロールシャフト11又はコントロールスライド12に当接することによって、係合要素8a,8bが迅速に調整される。これにより、係合要素8a,8bを調整するための、別途のエネルギー供給を必要とする追加の調整装置や、別途のエネルギー供給を必要とする追加のアクチュエータが必要なくなる。独立したコントロールカム14,15や各開口部16,17,17’は、対応する気筒のみが切り替えの影響を受けるように、又は交互に調整することができるように、それぞれ配置又は構成されている。
さらに有利な実施形態では、コントロールカム15をゼロストロークとすることができる。このゼロストロークによる気筒の切断又は非常に小さいストロークのカムによるエンジンブレーキ操作では、コントロールカム15は、カムストロークなしで(ストロークが存在しないため)、コントロールシャフト11の回転時に係合要素8a,8bを直接作動させるように実施されている必要がある。ここで、コントロールカムのカムプロファイルを介したコントロールシャフトの回転動作は、直線動作に変換される。これにより、係合要素8a,8bと接触して、該係合要素8a,8bを軸方向に調整する。係合要素8a,8bの再セットは、スライドガイド9aの傾斜構造部を介して実行される。
図1〜図3を見ると、係合要素8a,8bは、ローラピン7を貫通して、該ローラピン7によって保持されている。さらには、好ましくはローラピン7内に、拘束装置21が、各係合要素8a,8bと対応して配設されている。この拘束装置21は、それぞれバネ荷重式の拘束要素22を有している。このバネ荷重式の拘束要素22は、対応する係合要素8a,8b上に設けられた拘束用窪み23に向かって付勢されていて、該係合要素8a,8bを、上記基準位置又は上記切替位置という異なる2つの戻り止め位置に拘束する。これは図1〜図3に明確に示されている。
各係合要素8a,8bの上記切替位置から上記基準位置への再セットは、詳細には示していないが、例えば、対応する各スライドガイド9a,9bの傾斜構造部によって実行される。この傾斜構造部は、例えば、溝の深さを減少させることによって形成される。したがって、第1のスライドガイド9aは、その端部に、第1の係合要素8aと第1のスライドガイド9aとの係合が解除されて、第1の係合要素8aが上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を、任意に又は累積的に有することができ、さらに/または、第2のスライドガイド9bは、その端部に、第2の係合要素8bと第2のスライドガイド9bとの係合が解除されて、第2の係合要素8bが上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を有していてもよい。
加えて、コントロールシャフト11又はコントロールスライド12を、所定位置に配置して、フェールセーフを実現する安全装置(24)が設けられていてもよい。再セットはバネ25によって行われるか、調整装置19内、特に電動アジャスタ内で実行される。上記所定位置は、例えば、バネ荷重で決まる位置とすることができる。
本実施形態に係る動弁機構1、特にコントロールシャフト11又はコントロールスライド12を有する動弁機構1は、コントロールシャフト11又はコントロールスライド12を、例えば、安価な有孔シートとして構成することができるとともに、アクチュエータが必要でなくなるので、係合要素8a,8bの上記基準位置から上記切替位置への調整を簡単にすることができる。これにより、動弁機構1は、安価なコストで製造できるだけでなく、よりコンパクトに、そして、機能的な信頼性がより高くなるように製造することができる。

Claims (14)

  1. カムシャフト(3)と、
    カムフォロア(4)と、
    上記カムシャフト(3)に取り付けられた第1のカム(5a)と、
    上記第1のカム(5a)と軸方向に隣接して、上記カムシャフト(3)に取り付けられた第2のカム(5b)とを有し、
    上記カムフォロア(4)は、第1の連結位置では、上記第1のカム(5a)に駆動連結され、第2の連結位置では、上記第2のカム(5b)に駆動連結される、内燃機関の動弁機構であって、
    上記カムシャフト(3)上に配設された第1のスライドガイド(9a)と協働する第1の機械係合要素(8a)、及び上記カムシャフト(3)上に配設された第2のスライドガイド(9b)と協働する第2の機械係合要素(8a)、を有する調整機構(10)を備え、
    上記第1及び第2の機械係合要素(8a,8b)は、対応する上記スライドガイド(9a,9b)と係合しない基準位置と、対応する上記スライドガイド(9a,9b)と協働する切替位置との間で調整可能であり、
    第1の位置において上記第1の係合要素(8a)のストッパを形成し、該第1の位置において上記第1の係合要素(8a)を上記切替位置に調整するとともに、少なくとも第2の位置において上記第2の係合要素(8b)のストッパを形成して、該第2の位置において上記第2の係合要素(8b)を上記切替位置に調整する、コントロールシャフト(11)又はコントロールスライド(12)を更に備えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記コントロールシャフト(11)は、少なくとも第1及び第2のコントロールカム(14,15)を有するカムシャフト(13)として構成されていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  3. 請求項2に記載の内燃機関の動弁機構において、
    少なくとも1つのコントロールカム(14,15)は、コントロールシャフト(11)の回転により、少なくとも1つの係合要素(8a,8b)が上記切替位置に直接的に調整されるように形成されており、
    さらに/または、少なくとも1つのカム(5a,5b)は、ゼロストロークか、又はストロークが6mmよりも小さく、少なくとも1つのコントロールカム(14)は、コントロールシャフト(11)の回転時に、係合要素(8a,8b)が、杆の動作を使用することなく、又は杆の動作が発生しないように、直接的に作動されるように構成されていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  4. 請求項2又は3に記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記コントロールカム(14,15)は、その回転角に応じて、異なる気筒を作動させるか、又はそれぞれ結合若しくは切断状態とするように配置されていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  5. 請求項1に記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記コントロールシャフト(11)は、2つの第1の開口部(16)と、該第1の開口部(16)に対して傾斜して整列された2つの第2の開口部(17)を有し、
    上記第1及び第2の開口部(16,17)は、上記コントロールシャフト(11)が、その回転角に応じて、上記第1の係合要素(8a)又は上記第2の係合要素(8b)の一方のストッパとしてふるまうとともに、上記第1の係合要素(8a)又は上記第2の係合要素(8b)の一方を作動させる開口部であることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  6. 請求項1に記載の内燃機関の動弁機構において、
    コントロールスライド(12)は、2つの貫通孔(17’)を有し、上記貫通孔(17’)は、上記コントロールスライド(12)が、そのスライド位置に応じて、上記第1の係合要素(8a)又は上記第2の係合要素(8b)の一方のストッパとしてふるまうとともに、上記第1の係合要素(8a)又は上記第2の係合要素(8b)の一方を作動させる貫通孔であることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  7. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁機構において、
    カムフォロア(4)は、ローラピン(7)と、該ローラピン(7)上に回転可能に取り付けられたローラ(6)とを有することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  8. 請求項6に記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記係合要素(8a,8b)は、ローラピン(7)を貫通していることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  9. 請求項6に記載の内燃機関の動弁機構において、
    ローラピン(7)の内部には、上記各係合要素(8a,8b)に対して、拘束装置(21)が配設されており、
    上記拘束装置(21)は、上記係合要素(8a,8b)に設けられた拘束用窪み(23)に向かって付勢されかつ上記係合要素(8a,8b)を上記基準位置又は上記切替位置に拘束するバネ荷重式の拘束要素(22)を有していることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  10. 請求項1〜9のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記第1のスライドガイド(9a)は、その端部に、上記第1の係合要素(8a)と上記第1のスライドガイド(9a)との係合が解除されて、上記第1の係合要素(8a)が上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を有し、
    さらに/または、上記第2のスライドガイド(9b)は、その端部に、上記第2の係合要素(8b)と上記第2のスライドガイド(9b)との係合が解除されて、上記第2の係合要素(8b)が上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を有することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  11. 請求項1〜10のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記コントロールシャフト(11)又は上記コントロールスライド(12)の調整のための調整装置(19)を備え、
    上記調整装置(19)は、特に、電動モータ又は電動アジャスタであることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  12. 請求項1〜11のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記コントロールシャフト(11)又は上記コントロールスライド(12)は、該コントロールシャフト(11)又は該コントロールスライド(12)を、所定位置に配置する安全装置(24)を有することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  13. 請求項12に記載の内燃機関の動弁機構において、
    上記安全装置(24)は、上記コントロールシャフト(11)又は上記コントロールスライド(12)を、上記所定位置へ付勢するバネ(25)を有することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
  14. 請求項1〜13のいずれか1つに記載の内燃機関の動弁機構を備える内燃機関(2)。
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