JP2017538067A - 内燃機関用バルブトレーン装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、軸方向に変位可能なカム部材（１０）を備え、かつ、カム部材（１０）を第１の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された第１の係合部材（１２）を含み、カム部材（１０）を第２の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された第２の係合部材（１３）を含む調整装置（１１）を備えた内燃機関用バルブトレーン装置であって、調整装置（１１）は、第１の係合部材（１２）が第１の切替位置に誘導される第１のスライド経路（１４）を備え、かつ第２の係合部材（１３）が第２の切替位置に誘導される第２のスライド経路（１５）を備え、第１の係合部材（１２）は、第２の係合部材（１３）と永続的に連結して形成されており、調整装置（１１）は、第１の係合部材（１２）を第２の切替位置で戻り力に対抗して保持するために提供されているトリガ装置（１６）を含む、バルブトレーン装置、並びに、調整装置（１１）により、第１の切替位置から第２の切替位置に回転するカム部材（１０）を軸方向に移動させるための方法であって、第１の係合部材（１２）は、第２の係合部材（１３）と永続的に連結されており、第１の係合部材（１２）は、トリガ装置（１６）によって第２の切替位置で戻り力に対抗して保持される、方法、に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用バルブトレーン装置、エンジンブレーキを備えた内燃機関、及びバルブトレーン装置を操作するための方法に関する。

独国特許第１０ ２００７ ０４８ ９１５Ａ１号から、内燃機関用バルブトレーン装置は、既に公知である。バルブトレーン装置は、軸方向に変位可能なカム部材及び調整装置を含む。調整装置は、カム部材を第１の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された、第１の係合部材を含む。更に、調整装置は、カム部材を第２の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された、第２の係合部材を含む。調整装置は、第１の係合部材が第１の切替位置に誘導される第１のスライド経路を備える。更に、調整装置は、第２の係合部材が第２の切替位置に誘導される第２のスライド経路を備える。第１の係合部材は、第２の係合部材と永続的に連結して形成されている。

独国特許第１０ ２００７ ０４８ ９１５Ａ１号明細書

本発明の課題は、特に、内燃機関の特に信頼性のある運転を達成することである。

本課題は、請求項１及び請求項９に対応する本発明による実施形態によって、かつ請求項１０に対応する本発明による方法によって解決される。本発明の発展形態は、従属請求項から明らかになる。

本発明は、軸方向に変位可能なカム部材を備え、かつ、カム部材を第１の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された第１の係合部材を含み、カム部材を第２の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された第２の係合部材を含む調整装置を備える、内燃機関用バルブトレーン装置に由来し、調整装置は、第１の係合部材が第１の切替位置に誘導される第１のスライド経路を備え、かつ第２の係合部材が第２の切替位置に誘導される第２のスライド経路を備え、第１の係合部材は、第２の係合部材と永続的に連結して形成されている。

調整装置が第１の係合部材を第２の切替位置で戻り力に対抗して保持するために提供されたトリガ装置を含むことが提案される。それにより、特に確実なエンジン運転を、特にトリガ装置の故障時でも達成することができる。追加のトリガ装置は、有利に回避することができる。更に、切替位置の特に信頼性のある頻繁な交替を実施することができ、これは、特に貨物自動車の内燃機関のエンジンブレーキ用に特に有利である。バルブトレーン装置は、好適には、貨物自動車の内燃機関用に提供される。

カム部材は、好適には、回転可能かつ軸方向に変位可能に支承される。「回転可能かつ軸方向に変位可能に支承されたカム部材」とは、シリンダヘッド又は内燃機関の固定配置された別の部品に対して回転可能かつ軸方向に変位可能に支承されたカム部材であると、特に理解されたい。好適には、支承部材は、カム部材を回転可能に受容し、特にカム部材と連動して、軸方向に変位可能にシリンダヘッドに支承されている。「軸方向」という概念は、特にカム部材の主回転軸に関する概念であるため、「軸方向」という表現は、主回転軸に対して平行又は同軸に延びる方向を指す。更に、「半径方向」という概念は、特にカム部材の主回転軸に関する概念であるため、「半径方向」という表現は、主回転軸に対して垂直に延びる方向を指す。

カム部材は、好適には、バルブストローク切替に対して軸方向に変位可能である。「バルブストローク切替」とは、少なくとも１つのガス交換バルブの操作を定義する少なくとも２つのバルブ操作曲線の間での不連続切替であると、特に理解されたい。「カム部材」とは、特に、少なくとも１つのカムをガス交換バルブの操作のために備える部材であると、理解されたい。好適には、第１の係合部材のみが、対向する２方向へのカム部材の軸方向に変位するために提供されている。「第１の切替位置」とは、この文脈において特に、動作位置であると、理解されたい。「第２の切替位置」とは、この文脈において特に、トリガ位置及び／又はエンジンブレーキ位置であると、理解されたい。好適には、戻り力は、少なくとも略一定である。「提供される」は、特に、特別に形成、設計、具備、及び／又は配置されることであると、理解されたい。

本発明の別の実施形態では、トリガ装置が第１の係合部材を第２の切替位置で戻り力に対抗して保持するために提供された電磁石を含むことが提案される。有利には、トリガ装置は、カム部材に由来して半径方向に向かうトリガ力を供給するために提供される。それにより、第２の切替位置の特に持続的かつ迅速な起動及び／又は保持を達成することができる。このことは、バルブトレーン装置がエンジンブレーキ過程用に設置されるときに特に有利である。

更に、第１の係合部材に第１のスライド経路の方向に戻り力を及ぼすために提供された戻りばねをトリガ装置が含むことが提案される。好適には、戻りばねは、圧縮コイルばねを形成する。更に有利には、戻り力は、カム部材の方向で半径方向に向けられる。それにより、第１の切替位置は、有利には、外部エネルギ供給なしに起動かつ／又は保持することができる。電磁石の故障時には、第１の切替位置を確実に占めることができる。

更に、第１の係合部材が電磁石の停止後に第１の切替位置への切替過程の実施用に第１のスライド経路に導き戻すために戻りばねを提供することが提案される。したがって、電磁石の電気的故障時の運転は、有利には第１の切替位置で継続することができる。更に、第１の切替位置への切替過程の実施のために、有利には、特に電気エネルギのような外部エネルギは、不要である。

更に、第１の切替位置でのカム部材の回転時に、第１の係合部材をカム部材の半径方向に揺動しながら移動させるために、第１のスライド経路を提供することが提案される。好適には、第１のスライド経路は、円周方向行程について考慮して、カム部材の主回転軸に対して様々な間隔を有する。それにより、第１の係合部材は、有利には、カム部材の回転角に応じて誘導することができる。それにより、有利には、向上した運転信頼性を達成することができる。

加えて、戻り力が第１の係合部材の移動部分領域で第１の係合部材に作用するトリガ装置のトリガ力よりも大きいように、第１の係合部材がトリガ装置に配置されていることが提案される。「トリガ力」とは、この文脈において特に、保持力及び／又は磁力、特に誘引磁力であると理解されたい。「移動部分領域」とは、この文脈では特に、最大可能な移動領域の部分領域であると理解されたい。トリガ装置は、第１の係合部材に、好適には近接領域のみに、戻り力よりも大きなトリガ力を作用させる。それにより、カム部材の不測の回転角位置における切替過程は、有利に防止することができる。トリガ装置の時間的制御は、有利には不正確かつ／又はカム部材の回転角位置と無関係でもまた実現することができる。

更に、第１の係合部材及び第２の係合部材を共通の調整装置が回転軸周りに支承するレバー部材を調整装置が含むことが提案される。好適には、枢動軸は、カム部材の主回転軸に対して平行に延びる。それにより、簡単な構造形態では、第２の係合部材の動きは、第１の係合部材と対にすることができる。更に別のトリガ装置は、有利に回避することができる。第１の係合部材の動きと第２の係合部材の動きとの間の同期は、特に運転信頼性があり、かつ永続的に達成することができる。

更に、バルブトレーン装置がカム部材を回転不能に支承するためにカムシャフトを含むことが提案され、調整装置は、カムシャフトの長手方向自由端に配置されている。それにより、バルブトレーン装置は、特に容易に内燃機関内に一体化することができる。「長手方向自由端」とは、この文脈では特に、部材の主伸長方向に関する自由端であると理解されたい。

更に、本発明によるバルブトレーン装置を備える、エンジンブレーキを有する内燃機関が提案される。この場合、カム部材の特に頻繁な切替は、エンジンブレーキの信頼性のある起動のために実現することができる。

加えて、調整装置を用いる、第１の切替位置から第２の切替位置への対向する２方向への、回転するカム部材を軸方向に変位させるための方法が提案され、第１の係合部材は、第２の係合部材と永続的に連結され、第１の係合部材は、トリガ装置によって第２の切替位置で戻り力に対抗して保持される。それにより、特に高い運転信頼性を達成することができる。

その他の利点は、以下の図面の説明から明らかになる。図１〜図９には、本発明の実施例が図示されている。図、図面の説明、及び特許請求の範囲は、多数の特徴を組み合わせて含む。当業者は、これらの特徴を便宜上単独の特徴と見なし、また有意義な別の組み合わせに統合するであろう。

バルブトレーン装置の等尺図である。 バルブトレーン装置の別の等尺図である。 最大揺動角におけるバルブトレーン装置の側面図である。 バルブトレーン装置のＩＶ−ＩＶを通る断面図である。 最小揺動角におけるバルブトレーン装置の別の側面図である。 トリガ過程におけるバルブトレーン装置の断面図である。 係合過程におけるバルブトレーン装置の別の断面図である。 解除過程におけるバルブトレーン装置の別の側面図である。 遮断過程におけるバルブトレーン装置の別の側面図である。

図１及び図２は、内燃機関（詳細に図示せず）用のバルブトレーン装置を示す。内燃機関は、エンジンブレーキを備える。バルブトレーン装置は、軸方向に変位可能なカム部材１０を含む。バルブトレーン装置は、カムシャフト２２を備える。カムシャフト２２は、カム部材１０の回転不能な支承のために提供される。そのために、カム部材１０は、カムシャフト２２と回転不能に接続されている。カム部材１０は、主回転軸２３周りに回転可能に支承されている。カムシャフト２２は、主回転軸２３周りに回転可能に支承されている。カムシャフト２２は、異なって形成された２つのカム（詳細に図示せず）を備える。その際、異なるカムは、同じ基礎円半径を有する。異なるカムはそれぞれ、特に点火モード用かつエンジンブレーキ用のように、異なる運転モード用に提供されている。

バルブトレーン装置は、調整装置１１を備える。調整装置１１は、第１の係合部材１２を含む。第１の係合部材１２は、カム部材１０を第１の切替位置へ軸方向に変位させるために提供されている。第１の係合部材１２は、円筒形状に形成されている。

調整装置１１は、第１のスライド経路１４を備える。第１のスライド経路１４は、異なるセグメントを備える。１つのセグメントは、第１の単一レーンセグメント２７を形成する。別のセグメントは、第１の調整セグメント２８を形成する。第１の単一レーンセグメント２７は、円周方向に広がり、円周方向に１２０°ごとに置かれた３つの隆起部を備える。したがって、第１のスライド経路１４は、円周方向行程について考慮して、カム部材１０の主回転軸２３に対して様々な距離を有する。第１の係合部材１２が第１の単一レーンセグメント２７上に進むと、カム部材１０の回転の間、揺動運動が行われる。第１の係合部材１２が隆起部のうち１つの上にあるとき、最大揺動角となる。第１の係合部材１２が２つの隆起部の間の中間にあるとき、最小揺動角となる。第１の切替位置でのカム部材１０の回転時に、第１の係合部材１２をカム部材１０の半径方向１９に揺動しながら移動させるために、第１のスライド経路１４は、提供されている。

第１の単一レーンセグメント２７の隣に、第１の調整セグメント２８が接続している。第１の調整セグメント２８は、半径方向成分及び軸方向成分を伴う方向を有する。軸方向成分によって、カム部材１０は、軸方向に変位することができる。第１の調整セグメント２８の半径方向深さは、第１の単一レーンセグメント２７の半径方向深さに対応する。第１の調整セグメント２８の第１のガイド壁２９の半径方向高さは、一定を保っている。

調整装置１１は、第２の係合部材１３を含む。第２の係合部材１３は、カム部材１０を第２の切替位置へ軸方向に変位させるために提供されている。調整装置１１は、カムシャフト２２の長手方向自由端２６に配置されている。第２の係合部材１３は、円筒形状に形成されている。

調整装置１１は、第２のスライド経路１５を備える。第２のスライド経路１５は、第１のスライド経路１４に対して軸方向に離間されている。第２のスライド経路１５は、異なるセグメントを備える。１つのセグメントは、第２の単一レーンセグメント３０を形成する。第２の単一レーンセグメント３０は、円周方向に広がり、主回転軸２３に対して円周方向に一定に保たれた距離を有する。第２の単一レーンセグメント３０の隣に、第２の調整セグメント３１が接続している。第２の調整セグメント３１は、半径方向成分及び軸方向成分を伴う方向を有する。軸方向成分によって、カム部材１０は、軸方向に変位することができる。第２の調整セグメント３１は、第２の単一レーンセグメント３０よりも主回転軸２３から遠くに離間されている。

第２の単一レーンセグメント３０と第２の調整セグメント３１との間に、円周全体にわたって、段が形成されている。第２の調整セグメント３１の第２のガイド壁３２の高さは、円周方向で低下している。第２の調整セグメント３１は、第２の切替位置の起動時に第２の係合部材１３を第２のガイド壁３２に沿って単一レーンセグメント３０へ誘導するために提供されている。その際、カム部材１０は、軸方向に変位する。第２のガイド壁３２は、カム部材１０の主回転軸に対するピーク角を包囲する。主回転平面は、主回転軸２３に対して垂直に広がる。

第１の係合部材１２は、第１の切替位置において第１のスライド経路１４内で誘導されている。この場合、バルブトレーン装置は、点火モードに存在する。第１の係合部材１２は、第１のスライド経路１４上で半径方向に上下に移動する。図３は、最大揺動角を有する第１の係合部材１２を示す。その際、第１の係合部材１２は、主回転軸２３に最も接近している。図４に示したように、第１の係合部材１２は、第１の単一レーンセグメント２７の２つの隆起部の間に存在する。隆起部のうち１つは、第１の係合部材１２をカム部材１０の更なる回転時に主回転軸２３から離れるように押す。図５は、最小揺動角を有する第１の係合部材１２を示す。その際、第１の係合部材１２は、主回転軸２３から最も遠くに離間されている。その際、第１の係合部材１２は、第１の単一レーンセグメント２７の隆起部のうち１つの上にある。

第２の係合部材１３は、点火モードの間、第２のスライド経路１５から離間されている。第１の係合部材１２は、第２の係合部材１３と永続的に連結して形成されている。調整装置１１は、レバー部材３３を含む。レバー部材３３は、第１の係合部材１２及び第２の係合部材１３を共通枢動軸２１周りに支承する。共通枢動軸２１は、カム部材１０の主回転軸２３に対して平行に延びる。

トリガ装置１６は、戻りばね１８を含む。戻りばね１８は、第１の係合部材１２に戻り力をかける。その際、戻りばね１８は、第１の係合部材１２に第１のスライド経路１４の方向に戻り力を及ぼすために提供されている。戻りばね１８は、圧縮コイルばねを形成する。戻り力は、カム部材１０の方向で半径方向に向けられる。

調整装置１１は、トリガ装置１６を含む。トリガ装置１６は、運転モードの変更のために提供されている。正確に言えば、トリガ装置１６は、エンジンブレーキモードの起動のために提供されている。そのために、トリガ装置１６は、第１の係合部材１２を戻り力に対抗して保持する（図６）。そのために、トリガ装置１６は、電磁石１７を含む。電磁石１７は、第１の係合部材１２を第２の切替位置で戻り力に対抗して保持するために提供されている。電磁石１７は、ケーブル３４を介して電気的に制御可能である。

トリガ装置１６は、カム部材１０に由来して半径方向に向かうトリガ力を供給するために提供されている。トリガ力は、この実施形態では、磁石保持力に相当する。電磁石１７は、主回転軸２３から発して半径方向に、第１の係合部材１２の背後に配置されている。電磁石１７は、第１の係合部材１２を起動状態において引き寄せる。電磁石１７は、磁気コイル２４を含む。電磁石１７は、磁気コイル２４が配置されている磁石ハウジング２５を更に含む。戻りばね１８は、磁石ハウジング２５の内部に配置されている。戻りばね１８は、磁気コイル２４によって囲まれている。戻りばね１８は、磁気コイル２４に対して同軸に配置されている。

その際、戻り力が第１の係合部材１２の移動部分領域２０で第１の係合部材１２に作用するトリガ装置１６のトリガ力よりも大きいように、第１の係合部材１２は、トリガ装置１６に配置されている。その際、電磁石１７間の距離及び電磁石１７の磁力力は、当業者によって、トリガ力が戻り力を最小揺動角の範囲内でのみ上回るように決定されている。

電磁石１７が、例えば、最大揺動角の範囲内で起動される場合、係合部材１２に作用する磁力は、戻りばね１８の戻り力よりも小さいため、トリガ装置１６は、作動しない。減少してゆく揺動角及びその揺動角と結びつけられた第１の係合部材１２の電磁石１７に沿った接近により、第１の係合部材１２への磁力の作用は、より増大し、戻り力を最終的に隣接領域で上回る。したがって、第１の係合部材１２は、電磁石１７に沿って引き寄せられる。

レバー部材３３によって、第２の係合部材１３は、第２のスライド経路１５に接触する。カム部材１０は、第２の係合部材１３が第２のガイド壁３２で接触することによって、軸方向に変位し、次いで、第２の単一レーンセグメント３０内に移動する。それにより、カム部材１０は、軸方向に係止されている（図７）。第２の切替位置は、このとき占められている。第１の係合部材１３は、第２の切替位置において電磁石１７に隣接している。

第１の切替位置への戻り切替をするために、電磁石１７は、停止される。戻りばね１８は、第１の係合部材１２が電磁石１７の停止後に第１の切替位置への切替過程の実施用に第１のスライド経路１４に導き戻すために提供されている。電磁石１７の故障時に、同様に、第１の切替位置への切替過程の実施が行われる。

図８に示したように、戻りばね１８は、電磁石１７の停止後に第１の係合部材１２を第１のスライド経路１４上へ押す。その際、第１の係合部材１２は、第１の調整セグメント２８の軸方向高さに存在する。第１のガイド壁２９に到達したとき、カム部材１０は、軸方向に変位する（図９）。最終的に、カム部材１０は、第１の単一レーンセグメント２７内に存在する。

１０ カム部材
１１ 調整装置
１２ 係合部材
１３ 係合部材
１４ スライド経路
１５ スライド経路
１６ トリガ装置
１７ 電磁石
１８ 戻りばね
１９ 半径方向
２０ 移動部分領域
２１ 枢動軸
２２ カムシャフト
２３ 主回転軸
２４ 磁気コイル
２５ 磁石ハウジング
２６ 長手方向端部
２７ 単一レーンセグメント
２８ 調整セグメント
２９ ガイド壁
３０ 単一レーンセグメント
３１ 調整セグメント
３２ ガイド壁
３３ レバー部材
３４ ケーブル

Claims (10)

1. 内燃機関用バルブトレーン装置であって、軸方向に変位可能なカム部材（１０）を備え、かつ、前記カム部材（１０）を第１の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された第１の係合部材（１２）を含み、前記カム部材（１０）を第２の切替位置へ軸方向に変位させるために提供された第２の係合部材（１３）を含む調整装置（１１）を備え、前記調整装置（１１）は、前記第１の係合部材（１２）が前記第１の切替位置に誘導される第１のスライド経路（１４）を備え、かつ前記第２の係合部材（１３）が前記第２の切替位置に誘導される第２のスライド経路（１５）を備え、前記第１の係合部材（１２）は、前記第２の係合部材（１３）と永続的に連結して形成されている、バルブトレーン装置、であって、
   前記調整装置（１１）は、前記第１の係合部材（１２）を前記第２の切替位置で戻り力に対抗して保持するために提供されているトリガ装置（１６）を含むことを特徴とする、バルブトレーン装置。
2. 請求項１に記載のバルブトレーン装置であって、
   前記トリガ装置（１６）は、前記第１の係合部材（１２）を前記第２の切替位置で前記戻り力に対抗して保持するために提供されている電磁石（１７）を含むことを特徴とする、バルブトレーン装置。
3. 請求項１又は２に記載のバルブトレーン装置であって、
   前記トリガ装置（１６）は、前記第１の係合部材（１２）に前記第１のスライド経路（１４）の方向に前記戻り力を及ぼすために提供された戻りばね（１８）を含むことを特徴とする、バルブトレーン装置。
4. 請求項２又は３に記載のバルブトレーン装置であって、
   前記戻りばね（１８）は、前記第１の係合部材（１２）が前記電磁石（１７）の停止後に前記第１の切替位置への切替過程の実施用に前記第１のスライド経路（１４）に導き戻すために提供されていることを特徴とする、バルブトレーン装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブトレーン装置であって、
   前記第１のスライド経路（１４）は、前記第１の切替位置での前記カム部材（１０）の回転時に、前記第１の係合部材（１２）を前記カム部材（１０）の半径方向（１９）に揺動しながら移動させるために提供されていることを特徴とする、バルブトレーン装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブトレーン装置であって、
   前記第１の係合部材（１２）は、前記戻り力が前記第１の係合部材（１２）の移動部分領域（２０）で前記第１の係合部材（１２）に作用する前記トリガ装置（１６）のトリガ力よりも大きいように、前記トリガ装置（１６）に配置されていることを特徴とする、バルブトレーン装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のバルブトレーン装置であって、
   前記調整装置（１１）は、前記第１の係合部材（１２）及び前記第２の係合部材（１３）を共通枢動軸（２１）周りに支承するレバー部材（３３）を含むことを特徴とする、バルブトレーン装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブトレーン装置であって、
   前記カム部材（１０）を回転不能に支承するためのカムシャフト（２２）では、前記調整装置（１１）は、前記カムシャフト（２２）の長手方向自由端（２６）に配置されていることを特徴とする、バルブトレーン装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブトレーン装置を備える、エンジンブレーキを有する内燃機関。
10. 第１の係合部材（１２）が第２の係合部材（１３）と永続的に連結されている調整装置（１１）により、第１の切替位置から第２の切替位置に回転するカム部材（１０）を軸方向に変位させるための方法、であって、
    前記第１の係合部材（１２）は、トリガ装置（１６）によって前記第２の切替位置で戻り力に対抗して保持されることを特徴とする、方法。

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