JP5315421B2 - バルブトレイン切替え装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づくバルブトレイン切替え装置に関する。

特許文献１は、切替え動作のために設けられている少なくとも１つの切替えアーマチュアエレメントと、カムエレメントの切替えゲートと連結するために設けられている切替えエレメントと、を備える、バルブトレインを切り替えるための、特に内燃機関のバルブトレイン切替え装置を公開しており、切替えアーマチュアエレメントと切替えエレメントとは長手方向に相対運動することができる。

特許文献２から、バルブトレインを切り替えるための、特に内燃機関のバルブトレイン切替え装置が公知である。このバルブトレイン切替え装置は、切替え動作のために設けられている少なくとも１つの切替えアーマチュアエレメントと、カムエレメントの切替えゲートと連結するために設けられている切替えエレメントと、を有し、切替えアーマチュアエレメントと切替えエレメントとは互いに連結されている。

特許文献３には、切替え動作のために設けられている少なくとも１つの切替えアーマチュアエレメントと、カムエレメントの切替えゲートと連結するために設けられている切替えエレメントと、を有する、バルブトレインを切り替えるための、特に内燃機関のバルブトレイン切替え装置が説明されており、切替えアーマチュアエレメントと切替えエレメントとの連結が準備されている。

独国特許出願公開第１０２００６０５１８０９Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０１５２３３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０５９１８８Ａ１号明細書

本発明は、特に、このバルブトレイン切替え装置によって作動する切替え動作を最適化するという課題に基づいている。この課題は、請求項１の特徴により解決される。その他の実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明は、切替え動作のために設けられている少なくとも１つの切替えアーマチュアエレメントと、カムエレメントの切替えゲートと連結するために設けられている切替えエレメントと、を備える、バルブトレインを切り替えるための、特に内燃機関のバルブトレイン切替え装置に基づいている。

このバルブトレイン切替え装置は連結ユニットを有しており、この連結ユニットは、切替えアーマチュアエレメントと切替えエレメントとを、少なくとも１つの自由度で相互に運動可能に連結するために設けられていることが提案される。これによって、切替えエレメントのガイドを有利に行うことができるため、このバルブトレイン切替え装置によって実行される切替え動作を、極めて簡単に最適化することができる。「自由度」とは、特に、システムの運動パラメータを意味するものとし、例えば直線運動及び／又は回転運動などのその他のパラメータからは独立している。好ましくは、連結ユニットが、少なくとも２つの自由度を有していることであり、特に好ましくは、少なくとも３つの自由度を有していることである。

好ましくは、切替えエレメントが、少なくとも部分的にスライドシューとして形成されている。これによって、切替えエレメントを、特に有利に切替えゲートに連結することができる。

さらに、切替えアーマチュアエレメントは、少なくとも部分的に切替えピンとして形成されていることが提案される。これによって、切替えエレメントを、極めて簡単に、切替えアーマチュアの切替え動作に連結することができる。

さらに、連結ユニットは、回転運動として形成されている少なくとも１つの自由度を備えて設けられていることが提案される。このことにより、切替えエレメントと切替えアーマチュアエレメントとの間の連結を、とりわけ簡単かつ有利に行うことができる。

さらに、少なくとも１つの自由度が、回転軸を中心に回転する回転運動として、切替えアーマチュアエレメントの主要な伸長方向に沿って形成されていることが提案される。これによって、切替えエレメントは、特に有利に、ガイドパスの変化に適合することができ、ガイドパスのスライド曲線の変化に極めて簡単に適応することができる。好ましいのは、回転運動可能な角度が３６０°であり、従って、この回転運動は、自由な回転運動が可能な自由回転運動として形成されていることである。しかし、基本的には、この回転運動を制限することもできる。

さらに、少なくとも１つの自由度が、回転軸を中心に回転する回転運動として、切替えエレメントの主要な伸長方向に沿って形成されていることが提案される。このことによって、切替えエレメントの横側の傾きが効果的に補償されることができる。有利であるのは、この回転運動が、制限された回転運動として形成されていることであり、すなわち、回転運動可能な角度は３６０°より小さい範囲に制限されている。

さらに、少なくとも１つの自由度が、回転軸を中心に回転する回転運動として、切替えアーマチュアエレメントの主要な伸長方向に対して垂直に、及び／又は切替えエレメントの主要な伸長方向に対して垂直に形成されていることが提案される。このことによって、ガイドパスの高さの変化は、特に有利に補償されることができる。好ましいのは、この回転運動も、制限された回転運動として形成されていることである。

さらに、連結ユニットが、ボールヘッドと、このボールヘッドに対応する凹部と、を有していることが提案される。これにより、連結ユニットを、構造的に極めて簡単に実施することができる。このことから、特に、回転運動として形成されている自由度のみを有する連結ユニットが提供され得る。

さらに、このボールヘッドが、切替えアーマチュアエレメントの一方の端部に配置されていることが提案される。このことにより、連結ユニットの構造を極めて簡単にすることができる。

さらに、この凹部が、少なくとも部分的に切替えエレメントの内部に形成されていることが提案される。これにより、切替えエレメントのガイドが、極めて簡単に提供され得る。その他に、切替えエレメントの内部にある、ボールヘッドを収容するために形成されている凹部の形態によって、追加の取付けスペースを節約することができる。「切替えエレメントの内部」とは、この場合、特に、切替えエレメントの機能面の間にある空間を意味するものとする。

好ましいのは、連結ユニットが、嵌合連結のために設けられていることである。このことにより、取付けが極めて簡単にでき、切替えアーマチュアエレメントと切替えエレメントとの間の、高い負荷容量を備える連結が提供され得る。

さらに、切替えエレメントが、回転非対称に形成されていることが提案される。これにより、切替えエレメントのガイドを、切替えゲートによって有利に行うことができる。「回転非対称的」とは、この場合、特に、少なくとも部分的に楕円形の形状であることを意味している。

さらに、切替えエレメントがスロットを有し、このスロットは、切替えアーマチュアエレメントと切替えエレメントとの間の嵌合連結に用いるスプリング手段を提供するために設けられていることが提案される。これにより、スナップ式接続の連結ユニットを設けることができるため、取り付けやすい嵌合連結によって接続するための、極めて簡単なスプリング手段を提供することができる。しかし、基本的には、切替えエレメントと切替えアーマチュアエレメントとの間でスナップ式接続を実施するためのその他のスプリング手段も考えられる。例えば、スプリング手段を提供するための、切替えエレメントに差し込まれるスリーブを設けることもできる。

その他に、切替えエレメントが側面を有しており、この側面は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの機能面として形成され、切替えゲートのガイドパスの少なくとも１つのエッジに対応するために設けられていることが提案される。これにより、機能面とガイドパスのエッジとの間で、接触点の変化が実現されることから、バルブトレイン切替え装置の構成部品の角度誤差に対する公差を高めることができる。このことによって、特に、切替えエレメント及びガイドパスの摩耗を効果的かつ構造的に簡単に軽減することが可能である。「機能面」とは、特に、切替えゲートとの機能的連結のための、切替えエレメントの側面部分を意味するものとする。「対応する」とは、特に、機能面の湾曲部がガイドパスのエッジの湾曲部に対応していることを意味するものとする。

その他の利点は、以下の図から説明される。図には、本発明の実施形態が示されている。これらの図、説明及び請求項には、組合せの形で多数の特徴が含まれている。当業者は、これらの特徴を個々においても有利なものとみなし、その他の有効な組合せにまとめるであろう。

軸方向に移動可能なカムエレメントを備えるバルブトレイン切替え装置の概略図である。 バルブトレイン切替え装置の作動アクチュエータを示す図である。 作動アクチュエータの切替えアーマチュアエレメント及び切替えエレメントの分解図である。 切替えアーマチュアエレメント及び切替えエレメントの組立図である。 切替えアーマチュアエレメント及び切替えエレメントの概略図である。 切り替えられた状態の切替えエレメントを示す図である。

図１は、内燃機関のバルブトレイン切替え装置を示している。このバルブトレイン切替え装置は、少なくとも１つのカムエレメント１３を有し、このカムエレメントは軸方向に移動可能であり、ベースシャフト３０と回転不能に接続されている。さらに、このバルブトレイン切替え装置は、作動装置３１を有しており、この作動装置を使って、少なくとも１つのカムエレメント１３を動かすための作動力が提供される。

作動装置３１は、少なくとも１つの作動アクチュエータ３３と、少なくとも１つのガイドパス２９を備える切替えゲート１２と、を備える切替えユニット３２を有している。作動アクチュエータ３３には、切替えアーマチュアエレメント１０及び切替えエレメント１１が含まれている。切替え位置では、切替えアーマチュアエレメント１０が繰り出し、切替えエレメント１１が切替えゲート１２にかみ合い、それによってカムエレメント１３の回転運動が、軸方向へ作用する作動力に提供される。ニュートラル位置では、切替えエレメント１１は切替えゲート１２から引込んでいる。第２のガイドパスにかみ合う第２の作動アクチュエータ（詳しく図示されていない）も、同様に形成されている。

作動アクチュエータ３３は、スタータユニット３５及びアーマチュアユニット３６を備える電磁ユニット３４を有している。スタータユニット３５にはコイル３７とコア３８とが含まれており、このコアにより、コイル３７によって生じるコイル磁界が強化される。アーマチュアユニット３６には、切替えアーマチュアエレメント１０に固定接続されている永久磁石３９が含まれている。コイル３７と永久磁石３９とによって、切替えアーマチュアエレメント１０を切り替える作動力が提供され、この作動力は、切替えアーマチュアエレメント１０の主要な伸長方向１５に沿って作用する。切替えアーマチュアエレメント１０は、その主要な伸長方向１５に沿って動くように取り付けられている。

作動アクチュエータ３３の切替えアーマチュアエレメント１０は、部分的に切替えピン４０として形成されている。作動アクチュエータ３３の切替えエレメント１１は、スライドシューとして形成されている（図２を参照）。スライドシューとして形成されている切替えエレメント１１は一体形成されており、切替え位置においてガイドパス２９と嵌合している。切替えピン４０は、作動アクチュエータ３３のアクチュエータハウジング４１の中に支持されている。この切替えピンは、アクチュエータハウジング４１を介して案内される。

コイル３７が通電されていない場合、永久磁石３９は周辺材料と相互に作用する。ニュートラル位置において、永久磁石３９は、特に、電磁ユニット３４の、磁化可能な材料から作られているコア３８と相互に作用する。切替え位置において、永久磁石３９は、特に、作動アクチュエータ３３のアクチュエータハウジング４１と相互に作用する。通電されていない動作状態では、永久磁石３９が切替え位置又はニュートラル位置にある切替えエレメント１１を安定に保つ。切替えアクチュエータ３３は、通電されていない状態において、切替え位置又はニュートラル位置に向かう相安定系として実施されている。

電磁ユニット３４が通電されている動作状態では、永久磁石３９の永久磁界が、コイル３７のコイル磁界と相互に作用する。このとき、永久磁石３９と電磁ユニット３４の極性に応じて、引力と斥力とを生じさせることができる。電磁ユニット３４の極性は、電磁ユニット３７に流れる電流の方向によって調整することができる。切替えアーマチュアエレメント１０をニュートラル位置から切替え位置に引き出すために、電磁ユニット３４と永久磁石３９との間で斥力が発生する電流方向にコイル３７が通電される。

軸方向に作用する作動力を提供するため、ガイドパス２９は、軸方向及び半径方向の方向成分を有している。作動アクチュエータ３３が切替え位置にある場合、カムエレメント１３の回転運動は、ガイドパス２９の軸方向の方向成分によって、軸方向に作用する力として作用し、この力によりカムエレメント１３が動かされる。カムエレメント１３の移動後に、作動アクチュエータ３３をそのニュートラル位置に動かすため、ガイドパス２９は離脱セグメント４２を有しており、ガイドパス２９の溝の底部４３はこの離脱セグメントの中で基本円レベルまで上昇している。離脱セグメント４２によって、切替えアーマチュアエレメント１０をそのニュートラル位置に戻す力が作動アクチュエータ３３に作用する。

切替えアーマチュアエレメント１０が、離脱セグメント４２によって切替え位置からニュートラル位置に動かされる収納切替え動作の場合、第１段階において、切替えアーマチュアエレメント１０は、永久磁石３９とアクチュエータハウジング４１との間の相互作用により切替え位置に向かって移動する。第２段階では、切替えアーマチュアエレメント１０が溝の底部４３から離れ、永久磁石３９とコア３８との間の相互作用によりニュートラル位置に向かって移動する。切替えアーマチュアエレメント１０は、永久磁石３９とコア３８との間の相互作用により、第２段階において、カムエレメント１３の回転運動とは独立してニュートラル位置に移動する。

切替えアーマチュアエレメント１０と切替えエレメント１１とは、連結ユニット１４によって、運動可能に互いに連結されている。連結ユニット１４は、切替えアーマチュアエレメント１０の端部２１に配置されているボールヘッド１９と、このボールヘッド１９に対応する、切替えエレメント１１の中に配置されている凹部２０とを有している（図３を参照）。切替えアーマチュアエレメント１０とボールヘッド１９とは、一体形成されている。取り付けられた状態では、切替えアーマチュアエレメント１０と切替えエレメント１１とが、ボールヘッド１９と、対応する凹部２０とによって、嵌合連結により互いに接続されている。切替えエレメント１１の凹部２０は、ボールヘッド１９を収容している。連結ユニット１４によって、切替えアーマチュアエレメント１０と切替えエレメント１１とは、３つの自由度で動けるように互いに連結されている。

３つの自由度は、切替えアーマチュアエレメント１０と切替えエレメント１１との互いに独立した回転運動として形成されている。全ての３つの自由度の回転軸１６、１８、４４は、ボールヘッド１９と凹部２０とによって決定されている。３つの回転軸１６、１８、４４は、共通の交点４５を有している。３つの回転軸１６、１８、４４は、互いに垂直に調整されている（図６を参照）。

第１の自由度の回転運動のための回転軸１６は、切替えアーマチュアエレメント１０の主要な伸長方向１５に沿って通っている。切替えエレメント１１は、回転軸１６として形成されている、切替えアーマチュアエレメント１０の主要な伸長方向１５を中心に、３６０°の角度で自由に回転することができる。基本的に、第１の自由度の回転運動は、規定の角度範囲、例えば、ガイドパス２９に対応する角度範囲などに、ガイドエレメントを用いて制限することができる。第２の自由度の回転運動のための回転軸１８は、切替えエレメント１１の主要な伸長方向１７に沿って通っている（図４を参照）。回転軸１８を中心とするこの回転運動は制限されている。第３の自由度の回転運動のための回転軸４４は、切替えエレメント１１の主要な伸長方向１７に対して垂直に通り、切替えアーマチュアエレメント１０の主要な伸長方向１５に対して垂直に通っている。回転軸４４を中心とするこの回転運動は、同様に制限されている。

作動アクチュエータ３３の取付けのために、連結ユニット１４はスプリング手段２３を有し、このスプリング手段によって、ボールヘッド１９に対応する凹部２０が広げられ、ボールヘッド１９を凹部２０の中に収容することができる。スプリング手段２３は、切替えエレメント１１と一体形成されている。このスプリング手段２３を形成するため、切替えエレメント１１は、切替えエレメント１１の主要な伸長方向１７に沿って設けられているスロット２２を有している。このスロット２２は、切替えエレメント１１の中央に配設されている。スロットは、切替えエレメント１１の主要な部分を通っている。後方部４６では、切替えエレメント１１の２つの部分４７、４８がこのスロット２２によって、互いに分割されている。前方部４９では、両方の部分４７、４８が、切替えエレメント１１の一体形成によって互いに結合している。

連結ユニット１４を取り付ける際、スロット２２が短時間の間広がり、ボールヘッド１９が凹部２０の中に押し込まれる。収容されるボールヘッド１９の押圧力により、スロット２２と、スライドシューとして形成されている切替えエレメント１１の部分４７、４８とが押され、ボールヘッド１９が凹部２０の中に嵌合する。ボールヘッド１９が凹部２０の中に収まると、すぐに、切替えエレメント１１の部分４７、４８は再び初期位置に戻る。スロット２２によって形成されているスプリング手段２３は、凹部２０からボールヘッド１９が滑り落ちるのを防止している。

スライドシューとして形成されている切替えエレメント１１は、回転非対称の基本形態５０を有している（図６を参照）。スライドシューとして形成されている切替えエレメント１１の回転非対称の基本形態５０は、２つの機能面２５、２６を有し、これらは、切替えエレメント１１の側面２４の部品として形成されている。機能面２５、２６は、ガイドパス２９にかみ合うために設けられている。機能面２５、２６は、切替えエレメント１１とガイドパス２９との間の接触面として形成されている。機能面２５、２６は、ガイドパス２９のエッジ２７、２８と対応する。機能面２５、２６の湾曲部は、ガイドパス２９の最大湾曲よりも大きい。切替え動作の間にカムエレメント１３が移動する場合、少なくとも該当する機能面２５、２６の対応する部分は、常に、関連するガイドパス２９のエッジ２７、２８と接触している。

回転非対称の基本形態５０と、スライドシューとして形成されている切替えエレメント１１の自由な回転によって、ガイドパス２９の該当するエッジ２７と接触している接触点５１が変化し、この接触点は、機能面２５、２６と、関連するエッジ２７、２８との接触によって決定されている。ガイドパス２９の角度に応じて、切替えエレメント１１又は切替えエレメント１１の機能面２５、２６に対する接触点５１の相対的な位置が変化する。

Claims (10)

1. カムエレメント（１３）の軸方向の位置を切り替える動作のために設けられている少なくとも１つの切替えアーマチュアエレメント（１０）と、前記カムエレメント（１３）の切替えゲート（１２）と連結するために設けられている切替えエレメント（１１）と、を備える、バルブトレイン切替え装置であって、
   前記切替ゲート（１２）は、ガイドパス（２９）を有し、前記切替エレメント（１１）は前記ガイドパス（２９）に嵌合し、
   連結ユニット（１４）が、前記切替えアーマチュアエレメント（１０）と前記切替えエレメント（１１）とを、少なくとも１つの自由度で相互に運動可能に連結するために設けられ、
   前記少なくとも１つの自由度は、前記切替えエレメント（１１）の内部に形成された凹部（２０）に、前記切替えアーマチュアエレメント（１０）の一方の端部（２１）が嵌合連結することにより達成され、
   ていることを特徴とするバルブトレイン切替え装置。
2. 前記切替えアーマチュアエレメント（１０）が、部分的に切替えピン（４０）として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバルブトレイン切替え装置。
3. 前記連結ユニット（１４）が、回転運動として形成されている少なくとも１つの自由度を備えて設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバルブトレイン切替え装置。
4. 少なくとも１つの前記自由度が、回転軸（１６）を中心に回転する回転運動として、前記切替えアーマチュアエレメント（１０）の主要な長さ方向（１５）に沿って形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブトレイン切替え装置。
5. 少なくとも１つの前記自由度が、回転軸（１８）を中心に回転する回転運動として、前記切替えエレメント（１１）の主要な長さ方向（１７）に沿って形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブトレイン切替え装置。
6. 少なくとも１つの前記自由度が、回転軸（４４）を中心に回転する回転運動として、前記切替えアーマチュアエレメント（１０）の主要な長さ方向（１５）に対して垂直に、及び／又は前記切替えエレメント（１１）の主要な長さ方向（１７）に対して垂直に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブトレイン切替え装置。
7. ボールヘッド（１９）が、前記切替えアーマチュアエレメント（１０）の一方の端部（２１）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のバルブトレイン切替え装置。
8. 前記切替えエレメント（１１）が、回転非対称に形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブトレイン切替え装置。
9. 前記切替えエレメント（１１）がスロット（２２）を有し、該スロットは、前記切替えアーマチュアエレメント（１０）と前記切替えエレメント（１１）との間の嵌合連結に用いるスプリング手段（２３）を提供するために設けられていることを特徴とする、請求項８に記載のバルブトレイン切替え装置。
10. 前記切替えエレメント（１１）が側面（２４）を有しており、この側面は、前記切替えゲート（１２）のガイドパス（２９）の少なくとも１つのエッジ（２７、２８）に対応するために設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のバルブトレイン切替え装置。

Images