JP4283999B2 - 内燃機関用バルブタイミング機構 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、カム軸の制御カムがリフタ内の傾動セグメントを介してポペット弁に制御作用し、制御カムによって付勢される接触軌道を備えた傾動セグメントが、カム軸回転軸線と同心的な円弧部分を介してリフタ内に動くことができるように配置され、その際、弁リフトの度に、ポペット弁の開放位相と閉鎖位相を決定する、回転する制御カムのカム面と接触軌道との相互作用が、制御装置を用いて、制御カムの回転方向と同じ方向および／または反対方向に強制制御される傾動セグメントの揺動運動によって達成されるように、傾動セグメントが配置されている、内燃機関用バルブタイミング機構に関する。
【０００２】
上記のバルブタイミング機構は欧州特許第０６２６０３５号公報に開示されている。この文献に記載されたバルブタイミング機構は内燃機関の場合、大きなガスダイナミクスを達成するために、低い回転数で弁の開放角度が小さく、かつ吸気弁と排気弁の弁リフト曲線のオーバーラップが小さく、高い回転数で弁の開放角度が大きく、かつ吸気弁と排気弁の弁リフト曲線のオーバーラップが大きい。制御カムに対応する吸気弁リフト曲線と排気弁リフト曲線はこの発明によって、中間要素または傾動セグメントがそれぞれの制御カムに対して同じ方向に同期して制御されるときに大きな弁開放角度の方向に変更可能であり、中間要素または傾動セグメントが反対方向に同期して制御されるときに小さな弁開放角度の方向に変更可能である。
【０００３】
この文献の図から更に明らかなように、図示し説明されている各々のバルブタイミング機構は、それぞれのカム軸の側方に内燃機関の横方向に配置された各々１本の制御軸を備えた制御装置と組み合わせられている。制御軸の制御運動をそれぞれの中間要素に伝達する伝達部材と関連して、付加的なスペースが内燃機関のシリンダヘッド内に必要である。このスペースは例えば所定の弁角度の場合与えられないかまたはシリンダヘッドの幅を大きく構成しなけれならない。
【０００４】
本発明の根底をなす課題は、特に所定のシリンダヘッド内の所定のスペース状態に左右されずに、変更していないそのままのシリンダヘッドカバーの下方に配置可能であるように、冒頭に述べた弁制御装置を改良することである。
【０００５】
この課題は請求項１によって解決され、しかも制御装置が、機関ケース側に配置された第１のスライド回転ヒンジと傾動セグメント側に設けられた他のスライド回転ヒンジとを介して弁リフト方向に案内されるスラスト揺動体を備え、このスラスト揺動体が制御貫通穴を有し、制御カムを備えていないカム軸の部分が遊びをもって制御貫通穴を通過し、カム軸と一緒に回転するようにカム軸内またはカム軸上に配置された弁調節装置の制御操作可能な要素が、制御貫通穴の内面に作用し、その際、制御貫通穴によってカム軸回転軸線に対して偏心して弁リフト方向に調節可能なスラスト揺動体が、カム軸の回転の際弁リフトの度に、傾動セグメントの強制制御のために役立つ周期的な揺動運動を弁リフト方向に対して横方向に、弁リフト方向に生じるスラスト運動と重ね合わせて行うように、弁調節装置の制御操作可能な要素が制御貫通穴の内面に作用することによって解決される。
【０００６】
リフタを介して操作されるポペット弁を備えたバルブタイミング機構のために、本発明に従い、それぞれの傾動セグメントに駆動作用するスラスト揺動体を周期的に揺動駆動するために、制御軸または同じように作用する他の調節装置の調節手段がカム軸内およびカム軸の周りに近接配置されていることにより、構造空間を減少する、弁開放角度を変更するための小型の有利な制御装置が得られる。このスラスト揺動体は好ましくはカム軸の向こう側でスライド回転ヒンジを介して隣接するカム軸軸受カバーに固定された油導管上を案内されている。
【０００７】
所定のシリンダヘッド輪郭内で、特にカム軸駆動ホイールの投影内でスラストおよび揺動運動可能に案内配置されたこのスラスト揺動体は、他の実施形では、有利な対称的な弁リフト曲線を得るために、円筒状の内面を有する、大きくて閉じた放射形対称の制御貫通穴を備えている。制御貫通穴の適切な形成により、必要に応じて、非対称の弁リフト曲線を得ることができる。
【０００８】
構造的および運動上有利な本発明の実施形は他の従属請求項に記載されている。
本発明による小型の有利な制御装置は、開放角度を連続的に変化させるという運動学的な利点を有する。この場合、カムと傾動セグメントの接触軌道の間の接触線を比較的に小さく移動させることにより、大きな弁リフトが小さな開放角度で達成される。更に、本発明による制御装置を備えたバルブタイミング機構のためにおよびこの制御装置を備えていないバルブタイミング機構のために、同じシリンダヘッドを使用することができるという利点がある。この場合、特に動弁機構が同じような２個の隣接するポペット弁を備えている場合、制御装置が設けられていないときに不要な空のスペースが生じることがない。本発明による制御装置を備えたバルブタイミング機構は制御カムを広げるための回転角度調節装置を備えていてもよい。
【０００９】
本発明による制御装置の特別な利点は、小さな振動質量に基づいて、高回転の内燃機関のために適していることにある。
図に示した好ましい実施の形態に基づいて本発明を説明する。
【００１０】
図示していない内燃機関のためのバルブタイミング機構１の場合には、駆動ホイール３に連結されたカム軸４の制御カム２が、バルブリフタ６内の傾動セグメント５を介して、ポペット弁７に制御作用する。この場合、制御カム２によって付勢される接触軌道８によって形成された傾動セグメント５は、カム軸回転軸線９と同心的な円弧部分１０を介して、バルブリフタ６内に可動に案内されて配置されている。弁リフト運動の度に、ポペット弁７の開閉位相を決定する、回転する制御カム２のカム面と接触軌道８との相互作用は、傾動セグメント５に駆動連結された制御装置１１を介して、制御カム２の回転方向に対して同じ方向および／または反対方向に強制制御される傾動セグメント５の矢印“Ａ”に沿った揺動運動によって達成される。
【００１１】
欧州特許第０６２６０３５号公報に開示されたバルブタイミング機構１を、特に図示していないシリンダヘッド内の所定のスペースに左右されずにかつシリンダヘッドカバーを変更しないで配置できるように、課題に従って改良するために、本発明に従い、変形された制御装置１１が提案される。
【００１２】
本発明による制御装置１１は、エンジンケース側に配置された第１のスライド回転ヒンジ１２と、傾動セグメント側に設けられた他のスライド回転ヒンジ１３とを介して、矢印“Ｂ”で示した弁リフト運動方向に案内されるスラスト揺動体１４を備えている。このスラスト揺動体は、制御カムを備えていないカム軸４の部分が遊びをもって通過する制御貫通穴１５を有する。カム軸４と一緒に回転するようにカム軸内またはカム軸上に配置された調節装置１６の制御操作可能な要素が、制御貫通穴の内面に作用し、それによって制御貫通穴１５によって矢印“Ｂ”で示した弁リフト運動方向にカム軸回転軸線９に対して偏心的に調節可能であるスラスト揺動体１４が、カム軸４の回転の際弁リフト運動の度に、矢印“Ｂ”の弁リフト運動方向に生じるスラスト運動と重ね合わされて、傾動セグメント５の強制制御のために役立つ、矢印“Ｂ”の弁リフト運動方向に対して横向きの矢印“Ａ”に沿った揺動運動を行う。
【００１３】
図７に示した有利な対称的なリフト経過を達成するために、スラスト揺動体１４内の制御貫通穴１５は円筒状の内面を有し、放射形対称に形成されている。
狭いスペースで済む、制御装置１１の有利な調節装置１６は、中空のカム軸４内に同軸回転可能に配置された制御軸１７を備えている。この制御軸は偏心的に配置された制御ピン１８を、スラスト揺動体１４につき１個備えている。この場合、制御ピン１８はカム軸４内に半径移動可能に案内配置された直径方向の調節ピン１９と協働する。この調節ピンはそれぞれ、スラスト揺動体１４の制御貫通穴１５内に回転支承された案内リング２０の半分２０′，２０″に固定連結されている。この案内リング２０はこの調節装置では、制御貫通穴１５の内面に作用する、制御操作可能な上述の他の要素を形成している。
【００１４】
制御ピン１８と調節ピン１９が直接的に協働する際に線接触を回避すべきときには、本発明に従い、制御ピン１８と各々の調節ピン１９の間に、各々１個のスライダ２１を配置してもよい。この場合、各々のスライダ２１は適合するスライド面を介して、制御ピン１８および調節ピン１９のそれぞれの端面と形状補完的にひいては面状に協働する。
【００１５】
構造的コストが少なくて済む本発明による有利な制御装置１１は特に、隣接するポペット弁７が同種のものである場合にバルブリフタ６に支承されたこのポペット弁の傾動セグメント５がバルブリフタ６の間に配置された振り子揺動体２２に連結されていることによって得られる。この場合、傾動セグメント５を介して揺動案内される振り子揺動体２２は図５に示す竪穴２３内に、直線的に案内される傾動セグメント側のスライド回転ヒンジ１３を備えている。このスライド回転ヒンジには、図１，４に示した、両ポペット弁７にとって共通のスラスト揺動体１４が枢着的に作用する。
【００１６】
更に、既存の要素を利用して構造的コストを更に低下させることは、本発明の制御装置１１により、スラスト揺動体１４の他方の端範囲が矢印“Ｂ”の弁リフト運動方向においてカム軸４の向こう側で、二叉状の直線ガイドを介して、機関ケース側のスライド回転ヒンジ１２のスライダ２４に可動連結されていることによって達成される。この場合、スライダ２４は軸受ブッシュ２５を介して、図示していないカム軸軸受カバーに固定された油導管２６に角運動可能に支承されている。
【００１７】
この配置構造により、スラスト揺動体１４のスライダ２４を備えた直線ガイドと、軸受ブッシュ２５上でのこのスライダ２４の支承部を、油導管２６からの油で潤滑することができるという利点がある。
【００１８】
特に図１，３，６から明らかなように、同種の複数のポペット弁７がボックス型リフタ６を介してかつ弁隙間補正要素すなわちＨＶＡ２７を介在して操作される。この場合、各々のボックス型リフタ６の対向配置された案内面２８からそれぞれのＨＶＡ２７まで設けられた油供給通路２９が、ＨＶＡを越えて、傾動セグメント５を支承収容する円弧部分１０内のそれぞれの開口部３０まで延長している。この配置構造により、ボックス型リフタ６内の傾動セグメント４が簡単に潤滑されるという利点がある。
【００１９】
構造に関して、各々の傾動セグメント５はそれぞれの接触軌道と一体に形成可能であるかまたは別個の部材３１に形成された接触軌道８を備えている。この場合、別個の部材３１は例えば差込み継手によって傾動セグメントに取外し可能に連結されている。
【００２０】
制御装置１１の本発明の他の実施の形態では、半径方向フランジ３２を備えた案内リング２０を収容するために、スラスト揺動体１４が制御貫通穴１５の範囲において分割されて形成されている。スラスト揺動体１４は案内リングを介してカム軸４に対して軸方向において簡単に保持されている。制御貫通穴１５内の案内リング２０を潤滑するために、油導管２６から油を供給するための延長した潤滑穴が、機関ケース側のスライド回転ヒンジ１２の直線ガイドまたはスライダ２４の潤滑範囲を越えて、スラスト揺動体１４内に設けられている。
【００２１】
バルブタイミング機構１の可変性を高めるために、カム軸４は一端に、吸気カムと排気カムの間の広がり（開置）を変更するための、駆動ホイール３の範囲に設けられた回転角度調節装置を備えることができる。カム軸４の他端には、制御軸１７のための回転調節装置３３が設けられている。この回転調節装置は制御軸を０〜１８０°または１８０°未満またはその逆の無段階の回転調節を可能にする。この回転調節装置３３は例えばベーンポンプのように形成され、液圧で制御可能である。
【００２２】
図７において、実線は制御装置１１が働いていないときのそれぞれの制御カムによる吸気弁リフト曲線と排気弁リフト曲線を示している。この場合、スラスト揺動体１４内の案内リング２０は、カム軸４内に同心的に配置された制御軸１７の制御ピン１８を介して、カム軸４の回転軸線９に対して同軸に配置されている。その際、制御ピン１８は一方の端位置で、弁リフト方向“Ｂ”に対して横方向に延びる０°−１８０°位置の直線上にある。
【００２３】
図７において点線で示した、大きな開放角度を有する弁リフト曲線を達成するために、各々の傾動セグメント５は制御装置１１によって、制御カム２の回転方向に対して開放範囲のために反対向きにそして閉鎖範囲のために同じ方向に動くように制御される。この場合、最大開放角度を有する弁リフト曲線は、制御軸１７の制御ピン１８がその回転調節装置３３を介して、その都度の０°位置または１８０°位置から９０°の角度だけ回転させられることによって達成される。この場合、制御ピン１８は弁リフト方向“Ｂ”に対して横方向に延びる０°と１８０°の位置の直線を越えて、スラスト揺動体１４の機関ケース側のスライド回転ヒンジ１２の方に調節される。
【００２４】
図７の破線の弁リフト曲線で示した最小開放角度を有する弁リフト変化の場合には、制御ピン１８は上記の直線の下方の、最大開放角度に関連する位置に対して直径方向位置に制御される。制御ピン１８のこの選択位置により、制御装置１１を介して、それぞれの傾動セグメント５は開放範囲において遅い開放時点を達成するために先ず最初に制御カム２の回転方向に一緒に動かされ、続いて傾動グメント５はポペット弁７の閉鎖位相において早い閉鎖時点を達成するために反対方向に動かされる。
【００２５】
本発明の制御装置１１により、有利な運動力学的な構造に基づいて、開放角度をその最大値と最小値の間で連続的に変えることができるという利点があり、従って多数の中間弁リフト曲線が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 同種の２個のポペット弁にとって共通の１個のな制御装置を備えた動弁機構の部分図であり、この制御装置の制御軸はカム軸の一端で回転調節装置に連結され、カム軸は他端に少なくとも駆動ホイールを備えている。
【図２】 カム軸と、このカム軸内に支承された制御軸と、スラスト揺動体内を案内される案内リングを備えた所属の調節装置の他の要素を切断して示す斜視図である。
【図３】 傾動セグメントが共通の振り子揺動体に連結されているボックス型リフタを備えた同種のポペット弁の斜視図である。
【図４】 傾動セグメント側のスライド回転ヒンジに枢着された部分的に示したスラスト揺動体と共に振り子揺動体を下側から見た斜視図である。
【図５】 振り子揺動体の斜視図である。
【図６】 ＨＶＡのための油供給通路の円弧部分の開口部を有するボックス型リフタを示す図である。
【図７】 本発明によるバルブタイミング機構によって達成される、開放時点と閉鎖時点を変更したときの吸気弁と排気弁のリフト曲線を示すグラフである。

Claims (11)

1. カム軸（４）の制御カム（２）がリフタ（６）内の傾動セグメント（５）を介してポペット弁（７）に制御作用し、
   制御カム（２）によって付勢される接触軌道（８）を備えた傾動セグメント（５）が、カム軸回転軸線（９）と同心的な円弧部分（１０）を介してリフタ（６）内に動くことができるように配置され、その際、
   弁リフトの度に、ポペット弁（７）の開放位相と閉鎖位相を決定する、回転する制御カム（２）のカム面と接触軌道（８）との相互作用が、制御装置（１１）を用いて、制御カム（２）の回転方向と同じ方向および／または反対方向に強制制御される傾動セグメント（５）の揺動運動（矢印“Ａ”）によって達成されるように、傾動セグメントが配置されている、
   内燃機関用バルブタイミング機構において、
   制御装置（１１）が、機関ケース側に配置された第１のスライド回転ヒンジ（１２）と傾動セグメント側に設けられた他のスライド回転ヒンジ（１３）とを介して弁リフト方向（矢印“Ｂ”）に案内されるスラスト揺動体（１４）を備え、このスラスト揺動体が制御貫通穴（１５）を有し、制御カムを備えていないカム軸（４）の部分が遊びをもって制御貫通穴を通過し、
   カム軸（４）と一緒に回転するようにカム軸内またはカム軸上に配置された弁調節装置（１６）の制御操作可能要素（２０）が、制御貫通穴の内面に作用し、その際、
   制御貫通穴（１５）によってカム軸回転軸線（９）に対して偏心して弁リフト方向（矢印“Ｂ”）に調節可能なスラスト揺動体（１４）が、カム軸（４）の回転の際弁リフトの度に、傾動セグメント（５）の強制制御のために役立つ周期的な揺動運動（矢印“Ａ”）を弁リフト方向（矢印“Ｂ”）に対して横方向に、弁リフト方向（矢印“Ｂ”）に生じるスラスト運動と重ね合わせて行うように、弁調節装置の制御操作可能要素が制御貫通穴の内面に作用することを特徴とするバルブタイミング機構。
2. 制御貫通穴（１５）が円筒状の内面を有するように放射形対称に形成されていることを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング機構。
3. 弁調節装置（１６）が中空のカム軸（４）内に同軸に回転運動可能に配置された制御軸（１７）を備え、この制御軸が偏心配置された制御ピン（１８）を備え、
   この制御ピンがカム軸（４）内に半径方向移動可能に案内配置された直径方向の調節ピン（１９）と協働し、
   各調節ピン（１９）がスラスト揺動体（１４）の制御貫通穴（１５）に回転可能に支承された制御操作可能要素（２０）の各々半分（２０′，２０″）に固定連結されていることを特徴とする請求項１または２記載のバルブタイミング機構。
4. 制御ピン（１８）と各々の調節ピン（１９）の間に、それぞれスライダ（２１）が配置され、
   各々のスライダ（２１）が適合した滑り弁を介して、制御ピン（１８）および調節ピン（１９）の各々の端面と形状補完的に協働することを特徴とする請求項３記載のバルブタイミング機構。
5. 隣接するポペット弁（７）が同じ種類の弁であり、リフタ（６）内に達するこのポペット弁の傾動セグメント（５）がリフタ（６）の間に配置された振り子揺動体（２２）に連結され、
   傾動セグメント（５）を介して揺動案内された振り子揺動体（２２）が竪穴（２３）内に、直線的に案内配置された傾動セグメント側のスライド回転ヒンジ（１３）を備え、両ポペット弁（７）にとって共通のスラスト揺動体（１４）がスライド回転ヒンジに枢着作用していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のバルブタイミング機構。
6. スラスト揺動体（１４）が他端範囲においてカム軸（４）の向こう側で、二叉状の直線ガイドを介して、機関ケース側のスライド回転ヒンジ（１２）のスライダ（２４）に可動連結され、
   スライダ（２４）が軸受ブッシュ（２５）を介してカム軸軸受カバーに固定された油導管（２６）に角運動可能に支承されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のバルブタイミング機構。
7. スラスト揺動体（１４）のスライダ（２４）を備えた直線ガイドと、軸受ブッシュ（２５）上のこのスライダ（２４）の支承部が、油導管（２６）からの油で潤滑されるように配置されていることを特徴とする請求項６記載のバルブタイミング機構。
8. 同じ種類のポペット弁（７）がボックス形リフタ（６）を介して操作され、
   対向配置された各ボックス形リフタ（６）の案内面からそれぞれのＨＶＡ（２７）に設けられた油供給通路（２９）が、ＨＶＡ（２７）を越えて、傾動セグメント（５）を支承収容する円弧部分（１０）内のそれぞれの開口部（３０）まで延長していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のバルブタイミング機構。
9. 傾動セグメント（５）が別個の部材（３１）に形成された接触軌道（８）を備え、
   別個の耐摩耗性の部材（３１）が傾動セグメント（５）に場合によって取外し可能に連結されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のバルブタイミング機構。
10. 半径方向フランジ（３２）を備えた制御操作可能要素（２０）を収容するために、スラスト揺動体（１４）が制御貫通穴（１５）の範囲において分割形成され、
    油導管（２６）から、スラスト揺動体（１４）内で直線ガイドまたはスライダ（２４）の潤滑範囲を越えて延長した潤滑穴を経て、前記案内リングに油が供給されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のバルブタイミング機構。
11. カム軸（４）が一端に回転角度調節装置を備え、他端にカム軸（１７）の回転調節装置（３３）を備え、
    この回転調節装置が０°から１８０°までまたは１８０°未満および１８０°から０°までの制御軸（１７）の無段階の回転調節のために役立つことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のバルブタイミング機構。

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