JP3980699B2 - 内燃機関の弁駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の弁駆動装置であって、ガス交換弁を操作するためのカムを有するカム軸が設けられており、前記カムのうちの少なくとも１つのカムが、軸方向で相前後して配置された複数のカム軌道を有していて、回転不能に、かつ軸方向で摺動可能にカム軸に案内されており、カムを摺動させるために操作部材と協動する行程成形部が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の弁駆動装置は例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２３０８７７号明細書に記載されている。この公知の弁駆動装置にはカム軸が設けられていて、このカム軸には、２つの異なるカム軌道を有するカムブロックが回転不能に、但し軸方向で摺動可能に案内されている。このカムブロックは内燃機関のガス交換弁と協動し、カムブロックの作業位置に応じて、２つのカム軌道のうち一方のカム軌道の行程経過がガス交換弁に伝達される。カムブロックの両端面のうちの一方の領域において、カム軸に、螺旋状のガイド溝が加工成形されていて、このガイド溝にはばね弾性的に支承されたＵ字形旋回部材が係合できる。このＵ字形旋回部材は、螺旋溝に係合する際に、カム軸の回転位置に応じて、カムブロックの端面に接触する。これによりカムブロックが、圧縮ばねの作用に抗して、ガイド溝における強制ガイドによって軸方向で運動し、ガス交換弁と協動する第１のカム軌道から、第２のカム軌道への切換が行われる。カムブロックが第２の作業位置に到達した状態で、カムブロックは液圧的に操作される係止部材によって固定される。螺旋溝は、周面の一部にわたってしか延びておらず、螺旋溝の終端位置では、Ｕ字形部材の係合は解除される。液圧的なロックの解除後は、カムブロックは圧縮ばねの作用に基づき出発位置に戻される。カム軸の螺旋溝は、第１のカム軌道の基円位相の間にしかカムブロックが摺動できないように形成され、カム軸の回転運動に対して規定された角度対応で位置決めされる。しかしながら、このような形式の弁駆動装置のためのカム軸は製造に非常に手間がかかる。何故ならば、螺旋溝を、それぞれ操作しようとするカムブロックのために正確な角度で配属しなくてはならないからである。さらに、このような形式の溝をカム軸に形成するには、種々の作業工程が必要であるので、カム軸の製造は総じて手間がかかり、コストががかる。また、カム軸におけるこのような形式の螺旋溝の形成は、著しい横断面の減少を意味するので、弁駆動装置によって引き起こされる力及びモーメントを受容するために、場合によっては軸直径を比較的大きく設定しなければならない。さらに、ばね弾性的に支承されたＵ字形旋回部材による操作は手間がかかり、大きな構成空間が必要とされる。ばね弾性的な支承による切換エラーは排除されない。また、このような形式の操作によっては、２つのカム軌道の間の切換しかできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して本発明の課題は、このような形式の内燃機関の弁駆動装置を改善して、カム軸が、摺動可能なカムとともに、総じてより安価でより簡単に製造できて、製造及び組み付け時に、摺動させようとするカムの各回転位置に対する行程成形部の対応配属が簡単に行えるような内燃機関の弁駆動装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、行程成形部がカムに形成されていて、操作部材が、カム軸に対して半径方向に配置された操作ピンを有しており、これらの操作ピンが摺動して、行程成形部と係合させられるようにした。
【０００５】
【発明の効果】
カムに行程成形部を形成することにより、軸とは無関係に行程成形部の処理を行うことができる。これにより軸自体は、もはや横断面が減じられることはないので、極めて小さな軸直径も可能である。さらに、軸方向で摺動可能なカムに対する、行程成形部の、位相正確な位置決めがより簡単であることが保証される。何故ならば、カム軌道と行程成形部とが同じ構成部分に形成されているからである。これにより、組み付け時にカム基円と行程成形部との位置のずれ若しくは位相のずれは生じなくなる。この場合カム軸自体は、例えば延ばし製造された安価な構成部分として製造することができる。カム軸を比較的安価な材料から製造することも可能である。何故ならば、摺動運動によって生ぜしめられる力とモーメントは、既に、運転負荷により必要な比較的高い材料品質に基づき製造されたカム自体において作用するからである。この場合、カムは有利には、カム軸に対して半径方向で配置された、摺動して行程成形部と係合させられる操作ピンと協動する。このような配置は、極めて僅かな構成スペースでシリンダヘッドに配置することができ、切換エラーの危険のない確実な操作が可能にされる。
【０００６】
３つのカム軌道が相前後して配置されているならば、各カムにつき３つの異なる行程成形部を有する特に有利な弁駆動装置が得られる。２つの行程曲線がカムに形成されていて、これらの行程曲線がカムの各端面に形成されているならば、３つのカム軌道を有するカムの摺動が特に有利に行われる。
【０００７】
各行程曲線が、互いに離隔された２つの操作ピンと協動し、これらの操作ピンが、行程曲線への係合時に、カムの出発位置に応じて軸方向運動を行わせるならば、軸方向で摺動可能なカムの特に有利な操作が行われる。これにより特に、２つの行程曲線が使用される場合は、圧縮ばね又はこれに類するものの形の戻し部材の使用は省略される。このことにより、これにより引き起こされる切換エラーを防止することもできるようになる。
【０００８】
カムの各軸方向位置における固定は特に簡単に、ばね負荷された係止部材によって行うことができる。この係止部材は、カムの各作業位置に配属された係止溝に係合する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に図面につき本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１０】
図１に概略的に示された、内燃機関の弁駆動装置はガス交換弁１を示している。このガス交換弁１は、自体公知のローラロッカーアーム２と協動する。このローラロッカーアーム２のローラ３は、カム５のカム軌道４に接触している。カム５は回転不能に、但し軸方向に摺動可能にカム軸６に案内されている。このカム軸６は公知のように駆動される。カム軌道４と、ローラロッカーアーム２のローラ３との協動により、カム軸６の回転運動がガス交換弁１の行程運動に変換される。
【００１１】
カム５は、軸方向で互いに隣接して位置する３つのカム軌道４ａ，４ｂ，４ｃ（図２参照）を有している。これらのカム軌道４ａ，４ｂ，４ｃの行程成形部、行程高さ、及び又は位相位置は互いに異なる。これらのカム軌道４ａ、４ｂ，４ｃの幅は、ローラロッカーアーム２のローラ３の幅よりも幾分大きく設定されていて、内燃機関の運転時には、その都度１つのカム軌道が、ローラロッカーアーム２のローラ３と、ひいてはガス交換弁１と協動する。
【００１２】
ローラロッカーアーム２を３つのカム軌道４ａ，４ｂ，４ｃに係合させるためにカム５は軸方向で摺動可能であるようにカム軸６に案内されている。このためにこのカム軸６の周面には、軸方向に延びる異形成形部が設けられていて、この異形成形部がカム５に設けられた対応する異形成形部と協動するので、軸方向の摺動運動が可能であるのと同時に回転運動を伝達することもできる。カム５の両端面は、各１つの円筒状の突部７，８を有していて、これらの突部７，８にそれぞれ、突部７，８の周面の一部にわたって延びる行程曲線９，１０が凹設部の形状で加工成形されている。円筒状の突部７の領域には２つの操作部材１１，１２が配置されていて、別の２つの操作部材１３，１４は円筒状の突部８の領域に配置されている。これらの操作部材１１，１２，１３，１４は、それぞれ１つの操作ピン１５，１６，１７，１８を有しており、これらの操作ピン１５，１６，１７，１８はカム軸６に対してほぼ半径方向で延びていて、軸方向で摺動可能である。図示の実施例では、操作ピン１５，１６，１７，１８は液圧ピストンとして形成されていて、操作部材１１，１２，１３，１４を圧力負荷することにより、圧縮ばね３１の作用に抗してカム軸６の方向に軸方向で摺動可能である。
【００１３】
操作ピン１５，１６，１７，１８を有する操作部材１１，１２，１３，１４は、操作部材の圧力負荷時に操作ピンが、カム５の軸方向の位置に応じて円筒状の突部７若しくは８に当接し、カム軸６及びカム５の回転運動に応じて、それぞれ対応する行程曲線９，１０に係合するように配置されている。操作ピン１５，１６，１７，１８が、それぞれ対応する行程曲線９，１０に係合すると、カム５は、行程曲線９，１０の曲線の延びに基づき軸方向で摺動される。この場合、行程曲線９（図２の左側の行程曲線）と操作ピン１５又は１６とが協動することにより、それぞれ出発点から左の方への摺動が行われる。操作ピン１３又は１４の一方と行程曲線１０（図２の右側の行程曲線）とが協動することにより、曲線の延びに基づき相応に、カム５が各作業位置から右の方に摺動される。行程曲線の勾配方向を変更することにより、難なく作動方向を逆にすることができる。
【００１４】
カム５は、操作部材１１，１２，１３，１４との協動によって、３つの異なる作業位置Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを有する。これらの作業位置Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩにおいて、カム軌道４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれ１つが、ローラロッカーアーム２のローラ３と協動する。カム５を各作業位置Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩで固定するために、このカム５の内周面にはリング状の３つの環状溝１９，２０，２１が設けられている。カム軸６に設けられた円筒状の凹設部２２内には係止球体２３が案内されている。この係止球体２３は、ばね部材２４の作用により、３つの溝１９，２０，２１のうちの１つに係合する。
【００１５】
カム５の、図２に示した位置では、カム５は、溝２０と協動する係止球体２３によって真ん中の作業位置ＩＩに固定されている。この作業位置ＩＩでは、ローラロッカーアーム２のローラ３がカム軌道４ｂと協動する。この出発位置から弁駆動装置を切り換えて、ガス交換弁１をカム軌道４ｃの行程延びに応じて運動させたい場合は、操作部材１１を圧力負荷することにより操作ピン１５と操作ピン１５を下降させる。するとこの操作ピン１５は円筒状の突部７に当接し、カムの、対応する回転位置に到達すると行程曲線９に係合する。この行程曲線９の延びにおいてカムが左の方に運動する。この場合、図３には主として作用平面の図が、即ち、行程曲線とカムの延び（基円領域２５，２５´と隆起領域３０，３０´）との対応関係が示されている。カムの延びに対して行程曲線を正確な角度で対応させることは作動エレメントの角度位置に依存している。行程曲線９の終端で、カム５はその左側の終端位置に達する。この終端位置は作業位置ＩＩＩに相当し、この作業位置ＩＩＩではローラ３がカム軌道４ｃと協動する。この場合、行程曲線９，１０は延び及び角度対応に関して、ローラ３が、基円領域２５でそれぞれのカム軌道４ａ，４ｂ，４ｃに接触している場合のみ軸方向の摺動が行われるように形成されている。この場合カム軌道４ａ，４ｂ，４ｃは、隣接するカム軌道の基円領域に対してその長さの少なくとも大体の部分にわたって平行で同じ高さで延びている各１つの基円領域２５を有するように形成されている。カム軌道のこの基円領域２５には、行程曲線９，１０の、若しくは円筒状の突部７，８の基円領域２５´が対応している。この基円領域２５´は、作動エレメントの空間的な位置に応じて角移動される。切換位置ＩＩＩに到達した後には、操作部材１１が無負荷状態へと切り換えられるので、操作ピン１１が圧縮ばね３１の作用により出発位置に戻り運動する。カム５は係止作用に基づき、その切換位置で保持される。カムの終端位置への到達後は、各作動エレメントに再び圧力負荷が行われないと、作動エレメントはは、作動運動に対する影響ないままにとどまる。各操作ピンはその後、それぞれの円筒状の突部に当接し、最初は、それぞれの行程曲線の走出領域でこの行程曲線と係合するので、作動されない。行程曲線９，１０のそれぞれの走入領域２６，２７と走出領域２８，２９とは段差なく、円筒状の突部の周面に移行する。
【００１６】
カムを作業位置ＩＩＩから真ん中の作業位置ＩＩに戻り運動させたい場合は、操作装置１３を圧力負荷すると、操作ピン１７が円筒状の突部８に当接し、基円位相への到達時に行程曲線１０に係合する。操作ピン１７と行程曲線１０との協動によりカムは真ん中の作業位置ＩＩに戻り運動する。
【００１７】
カムの、真ん中の作業位置ＩＩから右側の作業位置Ｉへの摺動は、操作部材１４の負荷により行われる。この操作部材１４は同様に行程曲線１０と協動し、カムを右側に移動させる。カムの、真ん中の作業位置ＩＩへの戻り作動は、行程曲線９と協動する操作部材１２の圧力負荷により相応するように行われる。
【００１８】
操作部材１１，１２，１３，１４を適当に制御することにより、その都度、操作ピン１５，１６，１７，１８のうち１つだけが下降されて、その他３つの操作ピンは出発位置に戻り、その場に留まることが保証される。
【００１９】
図示の実施例とは異なり、操作部材１１，１２，１３，１４の操作が例えば、ニューマチック式に、純然たる機械式に、又は電磁的に行われてもよい。図示のローラロッカーアームのかわりに、カムの回転運動をガス交換弁の行程運動に変換する別の公知の伝動機構が使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の弁駆動装置の概略的な横断面図である。
【図２】カム軸を部分的に示した縦断面図である。
【図３】カム周面と行程曲線との展開図である。
【符号の説明】
１ ガス交換弁、 ２ ローラロッカーアーム、 ３ ローラ、 ４ カム軌道、 ５ カム、 ６ カム軸、 ７，８ 突部、 ９，１０ 行程曲線、 １１，１２，１３，１４ 操作部材、 １５，１６，１７，１８ 操作ピン、 １９，２０，２１ 溝、 ２２ 凹部、 ２３ 係止球体、 ２４ ばね部材、 ２５，２５´ 基円領域、 ２６，２７ 走入領域、 ２８，２９ 走出領域、３０，３０´ 隆起領域、 ３１ 圧縮ばね

Claims (6)

1. 内燃機関の弁駆動装置であって、ガス交換弁（１）を操作するためのカム（５）を有するカム軸（６）が設けられており、前記カム（５）のうちの少なくとも１つのカム（５）が、軸方向で相前後して配置された複数のカム軌道（４ａ，４ｂ，４ｃ）を有していて、カム軸（６）に対して相対回転不能に、かつ軸方向で摺動可能にカム軸（６）に案内されており、カムを摺動させるために操作部材（１１，１２，１３，１４）と協動する行程成形部（９，１０）が設けられている形式のものにおいて、
   行程成形部（９，１０）がカム（５）に形成されていて、複数の操作部材（１１，１２，１３，１４）が設けられていて、これらの操作部材（１１，１２，１３，１４）が、カム軸に対して半径方向に配置されたそれぞれ１つの操作ピン（１５，１６，１７，１８）を有しており、これらの操作ピン（１５，１６，１７，１８）のうち少なくとも１つが選択的に摺動して、行程成形部（９，１０）と係合させられることを特徴とする、内燃機関のための弁駆動装置。
2. 行程成形部（９，１０）が、カム軌道に隣接して配置された円筒状区分（７，８）に形成された行程曲線軌道から成っている、請求項１記載の弁駆動装置。
3. 摺動可能なカム（５）に、相前後して配置された３つのカム軌道（４ａ，４ｂ，４ｃ）が設けられており、前記カム（５）に２つの行程曲線から成る行程成形部（９，１０）が形成されていて、これらの行程曲線（９，１０）の間で前記カム軌道（４ａ，４ｂ，４ｃ）が延びている、請求項１又は２記載の弁駆動装置。
4. 各行程曲線から成る行程成形部（９，１０）が、カム（５）の軸方向の切換位置に応じて、２つの操作ピン（１５，１６；１７，１８）のうちの一方と協動し、該操作ピンは、前記行程曲線から成る行程成形部（９，１０）との係合時に軸方向運動を行わせる、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁駆動装置。
5. 摺動可能なカム（５）とカム軸（６）との間に係止手段（１９，２０，２１，２２，２３，２４）が配置されていて、該係止手段（１９，２０，２１，２２，２３，２４）によって、カム（５）が、軸方向の各切換位置で固定される、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁駆動装置。
6. 係止手段がばね負荷された球体（２３）であって、該球体（２３）が各係止溝（１９，２０，２１）に係合する、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁駆動装置。

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