JP5264787B2 - 軸方向移動軸受を備えた内燃機関のガス交換バルブの動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の上部概念部に記載された内燃機関のガス交換バルブの動弁装置およびこのような動弁装置を備えた内燃機関に関する。

内燃機関の熱力学的特徴を改善するために、動弁装置の作動サイクルに影響を及ぼし、例えば内燃機関の回転数に依存するシリンダのガス交換バルブの開時間またはリフトの変化を可能にする機械的な装置は知られている。

冒頭に述べた種類の動弁装置はすでに特許文献１のＤＥ１０２００４０１１５８６Ａ１で知られ、カムキャリヤが基礎カムシャフト上に回転方向に固定で軸方向に移動可能に配置される。内燃機関のシリンダの２つのガス交換バルブを作動させるために、カムキャリヤ上に軸方向に対称配置された２つのカム群が設けられ、各カム群の２つのカムはカムプロフィールが異なる。基礎カムシャフト上のカムキャリヤを２つの調節位置間で軸方向に移動させることによって、各カム群の両カムの１つはガス交換バルブの１つのロッカーアームと位置決め接触され、それによってガス交換バルブのリフトおよび／または開時間が調節される。カムシャフト上におけるカムキャリヤの軸方向移動は、内燃機関のシリンダヘッドカバー内で互いに軸方向に間隔を置いて配置された２つのウオームギヤによって行われる。その場合、各ウオームギヤはアクチュエータの形のサーボ装置と連結ピンの形の係合要素を備える。後者はサーボ装置の作動によってカムキャリヤ上の曲線溝リンクにはまり込む。曲線溝リンクは両ウオームギヤの一方が左回転の螺旋状溝を備え、両ウオームギヤの他方が右回転の螺旋状溝を備えるので、その結果、一方または他方のウオームギヤのサーボ装置の作動に応じてカムキャリヤは右側あるいは左側に移動する。カムキャリヤは固定された軸受内で両カムプロフィール群間で回転自在に軸方向に移動可能に軸支される。特許文献２のＥＰ１６０８８４９Ｂ１には同様にこのような動弁装置が開示される。

動弁装置の作動サイクルの影響を改善するために、カム輪郭あるいはカムプロフィールの異なった別のカムにカム群を広げることが望ましい。しかし、このようにカム群を別のカムあるいは別のカムプロフィールに広げるためには、別のカムあるいは別のカムプロフィールがそれぞれロッカーアームと協働する異なった３つの移動位置間でカム群を任意に移動させることが必要となる。それによってカムキャリヤの移動経路はより長くなり、このことで、シリンダの隣接する２つのガス交換バルブ間の軸方向間隔が比較的短いことを考慮すると、特にカムキャリヤの軸受がバルブ間にある場合には軸受の軸方向寸法が問題となる。

ＤＥ１０２００４０１１５８６Ａ１ ＥＰ１６０８８４９Ｂ１

以上を鑑みて、本発明の課題は冒頭に述べた種類の動弁装置において、特に軸受をバルブ間に配置するときに軸受の軸方向寸法に関する問題を生じさせることなくカムキャリヤの移動経路を拡大するように動弁装置を改善することにある。

この課題は、内燃機関のハウジングに関して軸受をカムシャフトの軸方向に移動可能にすることによって発明に基づき解決される。
軸方向に移動できるようになっているため、軸受はカムキャリヤの移動の際にカムキャリヤと同じ方向に移動でき、このことで、シリンダの隣接する２つのガス交換バルブ間の軸方向間隔が比較的短いにも関わらず、ガス交換バルブ間に配置された軸受の軸受幅を大きくすることが可能になる。

それによって、軸受は必要に応じて従来の滑り軸受としても転がり軸受としても形成することができる。
軸受の軸方向移動はカムキャリヤの軸方向移動とともに行われる。そのために、軸受は発明の有利な形態によってカムキャリヤの対向する２つの境界面間のレセスに挿入され、境界面の間隔は軸受の幅に一致し、カムキャリヤの移動の際に軸受をカムキャリヤとともに移動させるため境界面は軸受の反対側の端面に作用する。カムキャリヤの移動は、軸受から軸方向に離れた箇所に配置されたウオームギヤを使用して技術の現状に類似する方法で行われる。

発明の好ましい形態によると、カムキャリヤには２つ以上の異なったカムプロフィールを備えた少なくとも１つのカム群またはカムプロフィール群が含まれ、かつ、軸受は２つ以上のカムプロフィールの中心間隔に一致する間隔で分離した移動位置に停止可能である。カムキャリヤの各カム群またはカムプロフィール群には異なったカムプロフィールが含まれ、一方、軸受は３つのカムプロフィールそれぞれの中心間隔に一致する間隔の３つの移動位置に停止可能であることが好ましい。

カムキャリヤの停止は、特に、内燃機関のハウジングに固定して取り付けられ外側から軸受に作用するデテント機構によって行われる。この方法によると、デテント機構は、冒頭に述べたＤＥ１０２００４０１１５８６Ａ１の動弁装置においてカムシャフトの内側に配置され内側からカムキャリヤに作用するようなデテント機構よりもかなり簡単に収容でき、かつ製作できる。さらに許容差問題点が緩和される。

発明のさらに有利な形態によると、カムキャリヤには間隔を置いて配置された両カム群または両カムプロフィール群が含まれ、かつ軸受は両カム群または両カムプロフィール群の間に隣接して配置され、少なくともカムキャリヤの移動の間はカムキャリヤの反対側の両端面のうちの１つの端面が、両カム群または両カムプロフィール群のうちの１つの群の軸方向境界面に密着する。

軸受の端面と隣接するカム群またはカムプロフィール群の隣接する軸方向境界面との間の滑り摩擦を最小限にするため、軸受の反対側の両端面の外径は、カム群またはカムプロフィール群のカムおよび／またはカムプロフィールの基礎円の直径よりも適当に小さくされる。

軸受を従来の方法による滑り軸受として形成する場合、軸受には内燃機関のシリンダヘッドカバーの内側に回転方向に固定で取り付けた軸受ブッシュが含まれ、この軸受ブッシュはシリンダヘッドカバーに関してカムシャフトの軸方向に案内されて移動可能であり、軸受ブッシュの内周面はカムシャフトの回転軸に同軸であり、軸受ブッシュはカムキャリヤの円筒状部分の隣接外周面上で摺動する。それに対して、軸受ブッシュの外周面はカムシャフトの回転軸に回転対称あるいは同軸ではなく、かつ、軸受ブッシュを保持する少なくとも１つのシリンダヘッド軸受ブラケットの相補型案内レセスに密着して通過する。

滑り軸受に潤滑するため、この場合軸受ブッシュは、軸受ブッシュの壁を貫通し軸受ブッシュの内周面および外周面に通じる複数の潤滑剤通路を適切に備え、その結果、重なり合って摺動する軸受およびカムキャリヤ群の円周面には、シリンダヘッド軸受ブラケットに適切に空けられた潤滑剤供給通路から軸受ブッシュを通って加圧されたエンジンオイルが突き当たる。

軸受ブラケット内の潤滑剤供給通路がカムキャリヤおよび軸受ブッシュの移動位置にもかかわらず確実に内周面に通じるようにするために、軸受ブッシュは各カム群またはカムプロフィール群のカム数に対応する数の潤滑剤通路を備えるのが好ましく、潤滑剤通路の出口はカム群またはカムプロフィール群のカムまたはカムプロフィールの中心間隔に対応する軸方向間隔で軸受ブッシュの外周面に配置される。

以下、図面で示した実施形態に基づいて発明を詳細に説明する。

カムシャフト上で移動可能な２つのカムキャリヤを含む内燃機関シリンダの複数の吸気バルブ用の動弁装置の上面を示す。 図１の矢印ＩＩ−ＩＩの方向から見た動弁装置の側面を示す。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った動弁装置の縦断面を示す。

内燃機関シリンダの４つの吸気バルブ（図示しない）用に一部を図示する動弁装置において、カムシャフト２で作動する各シリンダの２つの吸気バルブのリフトおよび開時間は、内燃機関のシリンダヘッドカバーの上部に回転自在に軸支されたカムシャフト２で調節される。

図１および３でよく分かるように、動弁装置１には、それぞれ一対の吸気バルブ用にカムシャフト２に回転方向に固定され軸方向に移動可能に取り付けられたカムキャリヤ３あるいは４が含まれ、各カムキャリヤ３、４は軸方向に互いに間隔を保って配置された２つのカム群５，６を備える。２つのカム群はそれぞれスイング可能に軸支されたバルブ用ロッカーアーム８のローラ７と協働する。図２において破線で示され下端にバルブシート９を備えるバルブ１０がローラ７を介して作動し、バルブ１０はバルブスプリング１１の力に抗してシリンダヘッド内で下方に押し込まれ、バルブが開かれる。さらに動弁装置１には、各バルブに対して図２において同様に破線で示される油圧式のバルブ間隙調整要素１２が含まれる。

各カムキャリヤ３，４の各カム群５，６はカム輪郭またはカムプロフィールの異なった３つのカム１３，１４，１５を備え、これらのカムは付属するカムキャリヤ３，４のカムシャフト２上で軸方向移動することで、付属するバルブのロッカーアーム８のロール７に選択的に位置決め接触する。これは図１に例示するように、左側カムキャリヤ３の第１の外側移動位置において、両左側バルブのロッカーアーム８のローラ７は両カム群５および６の右端のカム１５に接し、一方、両右側バルブのロッカーアーム８のローラ７は右側カムキャリヤ４の第２の中央移動位置において両カム群５および６の中央カム１４に接する。

図２でよく分かるように、両カム群５，６はそれぞれカム１３，１４，１５の反対側に、図２においてカムキャリヤ３，４の下方に向く側に基礎円部分１６を備え、基礎円部分１６の外径はカム群５，６の軸方向長さ全体にわたって同一であり、円に対応する角度は約１８０度に広がる。各カム群のカム１３，１４，１５の輪郭またはプロフィールはそれぞれ異なる。この場合、カムシャフト２の回転軸１７からそれぞれ左端および右端のカム１３および１５のカムノーズまでの距離はほぼ同一であるが（図１）、周方向には互いに置き換わる〈図２〉。一方、カムシャフト２の回転軸１７から各中央カム１４のカムノーズまでの距離はより小さいように配置され、かつカム１３，１５のカムノーズに対し周方向で置き換わる〈図２〉。図１および３で左側のカムキャリヤ３に例示する第１の外側移動位置において右端のカム１５が、付属するロッカーアーム８のローラ７の上方に配置されてこれと協働すると、吸気バルブが全開し、また図１および３で右側のカムキャリヤ３に例示する第２の中央移動位置において中央のカム１４が、付属するロッカーアーム８のローラ７と協働すると、吸気バルブは部分的に開くように、カムノーズの距離はバルブ１０のリフト高さに適合する。カムキャリヤ３，４の第３の外側移動位置においてカム１３が、付属するロッカーアーム８のローラ７と協働すると、吸気バルブは同様に全開するが、しかし第１の移動位置に比較して開時間が異なる。３つのカム１３，１４，１５の順番はカムキャリヤ３，４のすべてのカム群５，６において同一であるが、しかし異なったカム群５，６のカム１３，１４，１５の輪郭は異なって形成され、および／または割り当てられる。

カムキャリヤ３，４を回転方向に固定してカムシャフト２に結合するために、しかしカムシャフト２に沿う軸方向移動を可能にするために、油圧式カムキャリヤ３，４はその内周に、図２の１８で示すように、縦スプライン歯を備え、カムシャフト２の外周には相補形の縦スプライン歯が切られる。

必要の際には吸気バルブのリフトまたは開時間を調節するためカムシャフト２上でカムキャリヤ３，４の軸方向移動が行われ、またこの移動は、常にカム群５，６の基礎円部分１６がカムシャフト２の約１８０度の回転角度の間においてロッカーアーム８に対向するときに行われる。隣接する２つの移動位置間のカムキャリヤ３，４の軸方向移動量は、隣接するカム１３，１４あるいは１４，１５またはプロフィールの中心間隔に一致する。

このように必要の際にカムキャリヤ３，４を３つの移動位置の任意の位置に移動させるために、各カムキャリヤ３，４に対してウオームギヤ１９が設けられる。各ウオームギヤ１９には、付属するカムキャリヤ３あるいは４の右端に彎曲連結部材２０と、軸方向に間隔を置いて配置された連結ピン２２，２３，２４の形の３つの係合要素を備えシリンダヘッドカバーに固定で取り付けられたサーボ機構２１（アクチュエータ）とが含まれる。連結ピン２２，２３，２４はサーボ機構２１から飛び出し、その先端は、カムキャリヤ３，４を、隣接する２つのカム１３，１４あるいは１４，１５の中心間隔で左または右に移動させるため彎曲連結部材２０の溝２５に噛み合う。

ウオームギヤ１９の形成および機能は、本願と同一日に出願された本出願人の特許出願（内部識別番号Ｐ６５０１）に実施可能に明白に記載されている。
２つの外側の移動位置、すなわち第１および第３の移動位置におけるカムキャリヤ３，４の軸方向移動経路はシリンダヘッドカバーの図示しないストッパーによってそれぞれ制限される。

カムキャリヤ３，４をカムシャフト２の回転軸１７に関して心合せするため、あるいは回転軸１７に関して移動の間で心合せ状態を保持するために、図１および３でよく分かるように、カムキャリヤ３および４はそれぞれ２つのバルブの間で滑り軸受２６によって回転自在に軸支される。互いに重なって配置され、カムシャフト２の回転軸１７に垂直に整列され、かつシリンダヘッドカバーに関して固定されたシリンダヘッド・軸受ブラケット２７，２８に両軸受２６はそれぞれ保持され、一方の軸受ブラケット２７はカムシャフト２の上部に、他方の軸受ブラケット２８は下部に配置される。

シリンダヘッドカバーに固定で取り付けられた公知のカムシャフトまたはカムキャリヤの軸受と異なり、両滑り軸受２６はシリンダヘッド・軸受ブラケト２７，２８に関してカムシャフト２の軸方向に移動可能であり、その結果、滑り軸受２６を別の移動位置に動かす必要があるときは、滑り軸受２６はそれぞれ付属するカムキャリヤ３，４とともに軸方向に移動することができる。

このために両滑り軸受２６には、それぞれ軸受ブッシュ２９が含まれ、この軸受ブッシュ２９は、各カムキャリヤ３，４の両カム群５，６の間で回転自在にカム群５，６に取り付けられ、付属する両シリンダヘッド・軸受ブラケット２７，２８の軸方向案内レセス３０に案内され移動可能である。案内レセス３０は円形でない開口断面を備え、それに対して、軸受ブッシュ２９は円形でない相補形の外側断面を備える。それによって、一方では軸受ブッシュ２９がカムキャリヤ３，４とともに回転することが阻止され、他方では軸受ブッシュ２９が軸方向に移動する際に嵌め合い形状で導かれる。それに反して、軸受ブッシュ２９の内側断面はカムシャフト２の回転軸１７と同軸で円形状であり、その直径は滑り軸受２６を通過するカムキャリヤ３，４の円筒状部分３１の外側直径に適合し、そのため軸受ブッシュ２９の円筒状内周面はカムキャリヤ円筒状部分３１の対向する外周面上で摺動する。その場合、カムキャリヤ円筒状部分３１の直径は、図３に示すように、カム群５，６の基礎円部分１６の直径よりも小さい。

カム群５あるいは６の軸方向境界面で両側が制限され付属するカム群３，４のカムキャリヤ円筒状部分３１上で固定するため、軸受ブッシュ２９は２つのシェル半体で組み立てられ、このシェル半体はカムシャフト２の軸方向に広がる平面で互いに結合される。軸受ブッシュ２９の軸方向の長さは、各カムキャリヤ３，４の両カム群５あるいは６の対向する軸方向の境界面間の間隔よりもわずかに短いので、その結果、カムキャリヤ３，４は軸受ブッシュ２９に関して軸方向にわずかな間隙のある状態で回転する。軸受ブッシュ２９の反対側の端面とカム群５あるいは６のそれぞれ隣接する境界面との間が接触する場合、例えばカムキャリヤ３，４がカムシャフト２上で移動する間に、端面と対向する境界面との間の摩擦を最小限にするために、軸受ブッシュ２９は２つの端面突出部３２（図３）を備え、その外径は軸受ブッシュ２９残部の外側の断面寸法よりも小さい。さらに軸受ブッシュ２９の軸方向の長さは、軸受ブッシュ２９が両方の外側の移動位置で隣接するロッカーアーム８のローラ７に軸方向で重ならないように選択される。

軸受ブッシュ２９の下側には軸受ブッシュ２９の外周面からブッシュ壁を通って内周面まで延びる３つの半径方向の潤滑剤通路３３，３４，３５が設けられ、この内周面はカムキャリヤ断片３１の外周面と滑り接触をする。潤滑剤通路３３，３４，３５は、隣接するカム１３，１４，１５あるいはカムプロフィールの中心間隔に対応する間隔を軸方向にあけて配置され、その結果、カムキャリヤ３，４および軸受ブッシュ２９の３つの移動位置のそれぞれにおいて、潤滑剤通路３３，３４、３５の１つが下方のシリンダヘッド軸受ブラケット２８の潤滑剤供給通路３６に通じる。通路３６を通って加圧されたエンジンオイルは、例えば図３で右側あるいは中央の潤滑剤通路３５あるいは３４で示すように、それぞれ整列した潤滑剤通路３３，３４または３５に供給される。

カムキャリヤ３，４を軸受ブッシュ２９とともに所望の移動位置に固定するために、軸受ブッシュ２９はデテント機構３７を使用してそれぞれの移動位置で軸方向に停止可能である。図３でよく分かるように、デテント機構３７には、カムキャリヤ３，４の上部のシリンダヘッド・軸受ブラケット２７に固定で取り付けられ、スプリング筒３９内の螺旋圧縮スプリング４０で付勢されたデテントボール３８の形のデテント手段が含まれる。デテントボール３８はカムキャリヤ３，４の３つの各移動位置において軸受ブッシュ２９の上面に取り付けられた軸方向のデテントフレーム４１〈図１〉と停止噛み合いをする。デテントフレーム４１は、突出部４２，４３によって３箇所に分かれたデテント凹部４４，４５，４６に対応する移動位置を備える。

デテント機構３７の形成および機能は、本願と同一日に出願された本出願人の特許出願（内部識別番号Ｐ６５０１）に実施可能に明白に記載されている。

１ 動弁装置
２ カムシャフト
３ カムキャリヤ
４ カムキャリヤ
５ カム群
６ カム群
７ ローラ
８ ロッカーアーム
９ バルブシート
１０ バルブ
１１ バルブスプリング
１２ バルブ間隙調整要素
１３ カム
１４ カム
１５ カム
１６ 基礎円部分
１７ カムシャフト回転軸
１８ スプライン歯
１９ ウオームギヤ
２０ 彎曲連結部材
２１ サーボ機構
２２ 歯車要素
２３ 歯車要素
２４ 歯車要素
２５ 溝
２６ 軸受
２７ 上部シリンダヘッド軸受ブラケット
２８ 下部シリンダヘッド軸受ブラケット
２９ 軸受ブッシュ
３０ 案内レセス
３１ カムキャリヤ円筒状部分
３２ 端面軸受ブッシュ
３３ 潤滑剤通路
３４ 潤滑剤通路
３５ 潤滑剤通路
３６ 潤滑剤供給通路
３７ デテント機構
３８ デテントボール
３９ スプリング筒
４０ 螺旋圧縮スプリング
４１ デテントフレーム
４２ 突出部
４３ 突出部
４４ デテント凹部
４５ デテント凹部
４６ デテント凹部

Claims (19)

1. 内燃機関のハウジングに回転自在に軸支されたカムシャフトと、前記カムシャフト上に回転方向に固定され軸方向に移動可能に導かれる少なくとも１つのカムキャリヤと、前記カムキャリヤを回転可能に軸支する軸受とを備えた内燃機関の動弁装置において、
   軸受（２６）は内燃機関のハウジングに関してカムシャフト（２）の軸方向に移動可能であり、
   軸受（２６）はカムキャリヤ（３，４）とともに移動可能であること
   を特徴とする動弁装置。
2. 装置（１９）によってカムキャリヤ（３，４）および軸受（２６）を軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
3. 軸受（２６）は滑り軸受であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動弁装置。
4. 軸受（２６）は転がり軸受であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動弁装置。
5. 軸受（２６）はカムキャリヤ（３，４）の対向する２つの境界面の間に挿入され、境界面の間隔は軸受（２６）の幅に一致することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の動弁装置。
6. カムキャリヤ（３，４）には複数のカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールを有する少なくとも１つのカム群またはカムプロフィール群（５，６）が含まれ、かつ軸受（２６）は少なくとも２つの分離した移動位置に停止可能であり、移動位置の間隔はカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの中心間隔に一致することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の動弁装置。
7. 少なくとも１つのカム群またはカムプロフィール群（５，６）には３つの異なったカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールが含まれ、かつ軸受（２６）は３つの分離した移動位置に停止可能であり、移動位置の間隔はカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの中心間隔に一致することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の動弁装置。
8. カムキャリヤ（３，４）には両カム群または両カムプロフィール群（５，６）が含まれ、かつ軸受（２６）は両カム群または両カムプロフィール群（５，６）に隣接することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の動弁装置。
9. 軸受（２６）は少なくともカムキャリヤ（３，４）の移動の間はカム群またはカムプロフィール群（５，６）軸方向境界面に対向する軸受端面のうちの一つが軸方向境界面に密着することを特徴とする請求項８に記載の動弁装置。
10. 軸受（２６）の対向する軸受端面の直径はカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの基礎円の直径よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の動弁装置。
11. 軸受（２６）には、内燃機関のハウジングに回転方向に固定で取り付けられカムシャフト（２）の軸方向には移動可能な軸受ブッシュ（２９）が含まれることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の動弁装置。
12. 軸受ブッシュ（２９）の内周面はカムシャフト（２）と同軸であり、軸受ブッシュ（２９）の外周面はカムシャフト（２）と同軸でないことを特徴とする請求項１１に記載の動弁装置。
13. 少なくとも２つの潤滑剤通路（３３，３４，３５）が軸受ブッシュ（２９）を貫通し、軸受ブッシュ（２９）の内周面および外周面に通じることを特徴とする請求項１２に記載の動弁装置。
14. 軸受ブッシュ（２９）の外周面における潤滑剤通路（３３，３４，３５）の注入口の間隔はカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの中心間隔に一致することを特徴とする請求項１３に記載の動弁装置。
15. 軸受（２６）用の軸方向案内（２７，２８，３０）が内燃機関のハウジングに取り付けられることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の動弁装置。
16. カムキャリヤ（３，４）は軸受（２６）に作用するデテント機構によって、間隔がカム（１３，１４，１５）および／またはカムプロフィールの中心間隔に一致する分離した移動位置に停止可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の動弁装置。
17. カムキャリヤ（３，４）は内燃機関またはカムシャフト（２）のハウジング内において対向する最も外側の移動位置においてデテント機構（３７）により制限されることを特徴とする請求項１６に記載の動弁装置。
18. デテント機構（３７）は潤滑剤通路（３３，３４、３５）の注入口の角度間隔で配置されることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の動弁装置。
19. 請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載された少なくとも１つの動弁装置を備えることを特徴とする内燃機関。

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