JP5367073B2 - ダブルカムキャリヤ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および１１の上位概念部に記載された内燃機関のガス交換バルブの動
弁装置に関する。

内燃機関の熱力学的特徴を改善するために、作動サイクルに影響を及ぼし、例えばガス交換バルブの開時間またはリフトを回転数に依存して可変にする動弁装置が知られている。

冒頭に言及した種類の動弁装置が本出願人のＤＥ１０２００４０１１５８６Ａ１（特許文献１）から既に知られており、外歯が設けられたカムシャフト上に相補的な内歯を備えたいくつかのカムキャリヤが回転方向に連結され軸方向に移動自在に案内される。シリンダ当り２つのガス交換バルブを操作するため、割り当てられたカムキャリヤ上で軸方向に間隔を置いて互いに配置され、それぞれ異なった２つのカム断面を備えた２つのカム断面群が設けられる。カムキャリヤをカムシャフト上の２つの定義された移動位置の間で軸方向に移動させることによって、各カム断面群の両カム断面の１つは割り当てられたガス交換バルブのローラーロッカーアームのローラーフォロアに接触する。カムキャリヤを２つの移動位置の定義された軸方向位置に固定するために、既知の動弁装置は係止装置を備える。この係止装置にはそれぞれ係止ボールの形で押圧要素が含まれ、この係止ボールはカムシャフトの半径方向の止まり穴にはめ込まれ、螺旋圧縮ばねの力によって係止溝の対向傾斜側面に対して穴の半径方向外側に押し付けられる。それによって係止ボールは割り当てられたカムキャリヤ上に半径方向および軸方向の分力でもって作用し、この分力のうち軸方向の分力は、ストッパーとして使われる軸受けブロックの端面に対してカムキャリヤを押し付け、それによってカムキャリヤを定義された軸方向位置に固定することに使われる。

既知の動弁装置の場合、それぞれの係止装置はカム断面群の半径方向内側で各カムキャリヤの両端部の一方の端部の近くに配置される。カムキャリヤの移動に必要となる、カムシャフトの外歯とカムキャリヤの内歯の間の半径方向の遊びに関連し、この遊びが存在する結果として、カムキャリヤはわずかに傾斜姿勢になる。他方、カムシャフトに押し付けられていない反対側のカムキャリヤの端部の内歯はバルブリフトが最大となる付近で繰返し接触によってカムシャフトの外歯に当たるので、この遊びはバルブ操作の際に音の聞き取れる騒音となる。

動弁装置の騒音発生の別の原因は、カムシャフトの製作を簡単にするため螺旋圧縮ばねと係止ボールの収容に使う止まり穴は全体として互いに平行に整列し、カムシャフトの同一側に通じさせることに存在する。しかし、隣接するシリンダのガス交換バルブの開時間が異なり、それによって隣接するカムキャリヤのカムの必要なリフト曲線部の角度がずれるために、このことはカムキャリヤのリフト曲線部に関し係止ボールあるいは押圧要素によってカムキャリヤに及ぼされる半径方向力の角度調整方向が異なることになり、これは同様に騒音の原因となる。さらに、止まり穴全体を平行に調整することは、螺旋圧縮ばねでカムシャフトに及ぼされる反力が全体で同一方向になるという欠点も有し、それによってカムシャフトはカムキャリヤを介して片側だけで支持され、この方向に撓むことになる。

ＤＥ１０２００４０１１５８６Ａ１

これに鑑み、本発明の課題は動弁装置の騒音発生を抑制することにある。

この課題は発明の第１の側面によって、すなわち、押圧要素から軸方向に間隔をおいて別の押圧要素が設けられ、この押圧要素も同様にカムキャリヤの対向する内周部分に対して押圧することによって解決される。それによって、所属するガス交換バルブ用のカムと協同するローラーロッカーアームにカムが当たるとき、カムキャリヤの支持されていない部分を騒音発生に導く打撃が防止される。

本発明の変形の好ましい形態によると、カムキャリヤの両押圧要素はカムキャリヤのそれぞれ対向する内周部分に対してほぼ同一の押圧力で押圧し、このことは同一または類似のばねを使用することによって簡単に達成できる。

カムキャリヤの縦軸をカムシャフトの回転軸に確実に整合させ、それによってカムキャリヤの傾斜姿勢を避けるために、各カムキャリヤの両押圧要素はカムキャリヤのそれぞれ対向する内周部分に対して同一の方向に押圧するのが好ましい。

押圧要素の収容に使うカムシャフト内のレセスの方向はカムシャフト上で位相が遅れたカムキャリヤのカムに関して好ましくは次のように選択される。すなわち、レセスがカム頂点と、つまりカムのリフト曲線部とほぼ反対側となるカムシャフトの側に通じ、その結果、カムキャリヤがカム頂点あるいはカムのリフト曲線部の反対側にカムシャフトから押圧されるように選択される。

カムキャリヤが２対のカムを有し、各カム対のカム頂点がカムシャフトとカムキャリヤの周方向に互いに角度間隔をある程度備える場合には、レセスの方向は、穴として適切に形成されたレセスの縦軸が、互いに角度間隔を置いて配置されたカム頂点の中間を通って延びるように選択される。

両押圧要素はそれぞれカムキャリヤの反対側端部の近辺に、すなわちカムキャリヤの軸方向中心からそれぞれ反対側に配置されるのが好ましい。その場合、両押圧要素は外歯を設けたカムシャフト部分の両側に配置される。その場合、好ましくは係止装置の押圧要素には係止溝が対向し、これに対し、別の押圧要素にはカムキャリヤの内歯に隣接する円筒状内周面が対向する。

発明の第２の側面と発明の第１の側面の好ましい実施形態によると、異なったカムキャリヤの押圧要素はカムシャフトの周方向に互いにねじれ、かつ、すべての押圧要素はカムのリフト曲線部に関して同一方向となる。それによって、作用力の方向はすべてのカムあるいはカムキャリヤで同一となることが保証され、このことで騒音発生が抑制される。カムシャフト上のカムキャリヤの数がｎ個である場合、隣接するカムキャリヤの押圧要素の互いの角度ずれは３６０°／ｎまたは２×３６０°／ｎにするのが好ましい。それによってカムシャフトはすべての方向に均一にカムキャリヤを介して軸受けに支持され、そのことから直線に保たれる。

発明による内燃機関のガス交換バルブの動弁装置のカムシャフトの部分とカムシャフト上で移動自在のカムキャリヤとの部分的断面側面図を示す。 カムキャリヤをカムシャフトに組み立てる前の、カムキャリヤのないカムシャフト全体の側面図を示す。 カムキャリヤをカムシャフト上に組み立てた後、図２の線ａ−ａに沿ったカムシャフトの横断面図であって、直列４気筒のガス交換バルブにおいてバルブリフトが同一のときローラーロッカーアームと協働するときの図を示す。 カムキャリヤをカムシャフト上に組み立てた後、図２の線ｂ−ｂに沿ったカムシャフトの横断面図であって、直列４気筒のガス交換バルブにおいてバルブリフトが同一のときローラーロッカーアームと協働するときの図を示す。 カムキャリヤをカムシャフト上に組み立てた後、図２の線ｃ−ｃに沿ったカムシャフトの横断面図であって、直列４気筒のガス交換バルブにおいてバルブリフトが同一のときローラーロッカーアームと協働するときの図を示す。 カムキャリヤをカムシャフト上に組み立てた後、図２の線ｄ−ｄに沿ったカムシャフトの横断面図であって、直列４気筒のガス交換バルブにおいてバルブリフトが同一のときローラーロッカーアームと協働するときの図を示す。

次に、図面に示す実施例に基づき発明を詳細に説明する。
直列４気筒エンジンの一対の吸気バルブ用に部分的に図示する動弁装置１において、各シリンダの２つの吸気バルブ２のリフトと開時間が調整される。

そのため動弁装置１には、図１において縦断面が拡大表示され、回転自在に軸支された１つのカムシャフト３と、カムシャフト３上に取り付けられて回転方向は連結され軸方向は移動自在の４つのカムキャリヤ４と、各カムキャリヤ４を定義された２つの軸方向移動位置間で移動させる２つのアクチュエータ５とが含まれる。

カムキャリヤ４はそれぞれその外周に軸方向に互いに間隔を置いて配置され、それぞれ２つのカム７，８からなるカム対６を備える。図１および３からよく分かるように、２つのカム対６はいずれも関連吸気バルブ２の揺動自在に軸支けされたローラーロッカーアーム１０のローラーフォロア９と協働する。カムキャリヤ４の軸方向移動によってローラーフォロア９は要求されるカム対６の２つのカム７，８の一方に接触し、その結果、ローラーフォロア９はカムシャフト３の１回転毎に１回、カム７，８のカム輪郭１１を越えて動き、その際、ローラーロッカーアーム１０はバルブ２を開いて揺動する。２つのカム７，８でカム輪郭１１の高さ、形状および／または位置が異なることによって、各バルブ２のリフトと開時間はカムキャリヤ４のそれぞれの移動位置に左右されるが、別のシリンダのバルブ２のリフトと開時間には左右されず、例えば回転数によって変わる。

カムキャリヤ４を移動させるために２つのアクチュエータ５のうちのいずれか１つが操作され、カムキャリヤ４の回転中にアクチュエータ５のアクチュエータピン１２が下げられ、その際、カムキャリヤ４の隣接端部の対向する螺旋状溝１３に係合する。２つのカム対６のカム７，８の基礎円部分１４がローラーロッカーアーム１０のローラーフォロア９に接するときは常にカムキャリヤ４の移動を行うことができる。

管状カムキャリヤ４をカムシャフト３上で回転方向には連結し軸方向には移動自在に導くために、このカムキャリヤ４内のカムシャフト外周部分には、所属するカムキャリヤ４内周の相補的な内歯１６に歯合する外歯１５が設けられる。図２でよく分かるように、それぞれの部分１７の円筒状外周面には間隔を置いて外歯１５を有する部分が設けられ、外歯１５はこの部分から突出する。

図１でよく分かるように、いずれのカムキャリヤ４も２つのカム対６の間に円筒部分１８を備え、この部分１８はシリンダヘッドハウジングに固定された滑り軸受け１９で軸支される。滑り軸受け１９は反対側に２つの端面２０，２１を備え、この端面２０，２１は、カムキャリヤ４の定義された軸方向位置を調節するため、２つの移動位置において部分１８に隣接するカム対６のカム８あるいは７の端面２２，２３に対するストッパーとして使われる。

カムキャリヤ４を滑り軸受け１９の対応する端面２０または２１に対してそれぞれの移動位置に密着保持するために、いずれのカムキャリヤ４の端部にもデント装置２４が設けられる。デント装置２４にはカムシャフト３の止まり穴２５が含まれ、この止まり穴２５内でデントボール２６が半径方向に移動案内される。デントボール２６と止まり穴２５の底の間に螺旋圧縮ばね２７が挿入され、これによって、デントボール２６は傾斜溝面２８に対し半径外側に向って、カムキャリヤ４の対向する内周部分に作られた２つの係止溝２９のうちの１つに押し付けられ、それによって停止面２０，２１の１つに対しカムキャリヤ４が押し付けられる。このことは冒頭に述べたＤＥ１０２００４０１１５８６Ａ１に記載されている。

カムシャフト３上のカムキャリヤ４が簡単に傾斜することを避けるために、カムキャリヤ４の反対側の端部に止まり穴２５に平行な止まり穴３０が配置され、止まり穴３０で同様に半径方向に可動のボール３１が螺旋圧縮ばね３２の力によって半径外側に向ってカムキャリヤ４の反対側の内周部分に押し付けられる。しかし係止装置２４の領域とは違って、カムキャリヤの内周部分は円筒面３３を備え、この面には係止溝２９は作られていない。

図１および２からよく分かるように、各カムキャリヤ４の内側の２つの止まり穴２５，３０はカムシャフト３の同一側に通じ、一方、２つの螺旋圧縮ばね２８，３２の寸法は同一であるので、その結果、ボール２６，３１に作用するばね力は同一方向でほぼ同一の大きさをもつ。

しかし、図２で最もよく分かるように、カムシャフト３上に取り付けられた４つのカムキャリヤ４用の一対の止まり穴２５，３０は、カムキャリヤがそのカムキャリヤ４または隣接するカムキャリヤ４用の止まり穴２５，３０の点火順序に対応する角度、図示する実施例では９０°あるいは１８０°を含めるように整列される。その際、この角度も角度ずれに対応し、シリンダ列の連続するシリンダの吸気バルブ２を制御する隣接するカムキャリヤ４がカムシャフト３上で位相が遅れる。それによって、図３ａから３ｄに示すように、カム７，８のリフト曲線部１１に関するボール２６，３１の位置はカムキャリヤ４すべてにおいて同一の位置に配置され、その結果、螺旋圧縮ばね２７，３２からボール２６，３１を介してカムキャリヤ４に導かれる力の方向はカムキャリヤ４すべてにおいてリフト曲線部１１に関して同一に整列する。それによってローラーロッカーアーム１０のローラーフォロア９上をリフト曲線部１１が走行する際に騒音の発生が回避される。

４対の止まり穴２５，３０のそれぞれ１対を０°、９０°、１８０°および２７０°の角度に配置することによって、カムシャフト３は４つのカムキャリヤ４を介してカムキャリヤ４を取り囲む滑り軸受け１９に均一に支持され、それによって偏った撓みが防止される。

カムシャフト３の駆動はその一端の近くに配置されカムシャフト３に固定結合されたチェイン駆動装置（図示しない）のスプロケット３４（図２）によって行われる。

１ 動弁装置
２ 吸気バルブ
３ カムシャフト
４ カムキャリヤ
５ アクチュエータ
６ カム対
７ カム
８ カム
９ ローラーフォロア
１０ ローラーロッカーアーム
１１ リフト曲線部
１２ アクチュエータピン
１３ 螺旋状溝
１４ 基礎円部分
１５ カムシャフト外歯
１６ カムキャリヤ内歯
１７ カムシャフト円筒部分
１８ カムキャリヤ円筒中間部分
１９ 滑り軸受け
２０ 滑り軸受け端面
２１ 滑り軸受け端面
２２ カム端面
２３ カム端面
２４ 係止装置
２５ 止まり穴
２６ 係止ボール
２７ 螺旋圧縮ばね
２８ 溝面
２９ 溝
３０ 止まり穴
３１ ボール
３２ 螺旋圧縮ばね
３３ 円筒面
３４ スプロケット

Claims (13)

1. カムシャフトと、カムシャフトの回転方向に連結され軸方向に移動自在に配置された複数のカムキャリヤと、カムシャフトにそって定義された移動位置でカムキャリヤを保持する係止装置とを備えた内燃機関のガス交換バルブの動弁装置であって、係止装置にはそれぞれ押圧要素（２６）が含まれ、係止装置の押圧要素（２６）はカムシャフトのレセスに挿入され、その軸方向位置においてカムキャリヤに対して内周側から半径外側に向かってカムシャフトの半径方向に押圧する動弁装置において、
   係止装置の押圧要素（２６）から軸方向に間隔をおいて別の押圧要素（３１）が設けられ、この別の押圧要素（３１）はその軸方向位置においてカムキャリヤ（４）に対して内周側から半径外側に向かって押圧し、
   カムキャリヤ（４）の両押圧要素（２６，３１）はそれぞれその軸方向位置においてカムキャリヤ（４）に対して内周側から半径外側に向かってほぼ同一の半径方向に押圧する
   ことを特徴とする動弁装置。
2. カムキャリヤ（４）の両押圧要素（２６，３１）はそれぞれその軸方向位置においてカムキャリヤ（４）に対して内周側から半径外側に向かってほぼ同一の押圧力で押圧することを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
3. 両押圧要素（２６，３１）は外歯（１５）を設けたカムシャフト（３）部分の両側に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の動弁装置。
4. 両押圧要素（２６，３１）はそれぞれカムキャリヤ（４）の反対側端部の近辺に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の動弁装置。
5. 係止装置（２４）の押圧要素（２６）は係止溝（２９）の傾斜側面（２８）に対して押圧し、一方、別の押圧要素（３１）はカムキャリヤ（４）の円筒状内周面（３３）に対して押圧することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の動弁装置。
6. 各カムキャリヤ（４）の両押圧要素（２６，３１）はカムキャリヤ（４）上のカム（７，８）の半径内側でそれぞれその軸方向位置においてカムキャリヤ（４）に対して内周側から半径外側に向かって押圧することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の動弁装置。
7. 各カムキャリヤ（４）の両押圧要素（２６，３１）は２つの隣接するカム（７，８）の頂点間の点の半径内側でそれぞれその軸方向位置においてカムキャリヤ（４）に対して内周側から半径外側に向かって押圧することを特徴とする請求項６に記載の動弁装置。
8. 異なったカムキャリヤ（４）の押圧要素（２６，３１）はカムシャフトの周方向にねじれ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. 異なったカムキャリヤ（４）の押圧要素（２６，３１）はカムキャリヤ（４）上のカム（７，８）に関し同一の角度方向をもつことを特徴とする請求項８に記載の動弁装置。
10. カムシャフト（３）上にカムキャリヤ（４）がｎ個存在する場合、個々のカムキャリヤ（４）の押圧要素（２６，３１）はカムシャフト（３）の周方向に３６０°／ｎねじれることを特徴とする請求項８または９に記載の動弁装置。
11. カムシャフトと、カムシャフトの回転方向に連結され軸方向に移動自在に案内される複数のカムキャリヤと、カムシャフトにそって定義された移動位置でカムキャリヤを保持する係止装置とを備えた内燃機関のガス交換バルブの動弁装置であって、係止装置にはそれぞれ押圧要素が含まれ、押圧要素はカムシャフトのレセスに挿入され、その軸方向位置においてカムキャリヤに対してカムシャフトの半径方向に内周側から半径外側に向かって押圧する動弁装置において、
    異なったカムキャリヤ（４）の押圧要素（２６，３１）はカムシャフト（３）の周方向に互いにねじれる
    ことを特徴とする動弁装置。
12. 異なったカムキャリヤ（４）の押圧要素（２６，３１）はカムキャリヤ（４）上のカム（７，８）に関し同一の角度方向をもつことを特徴とする請求項１１に記載の動弁装置。
13. カムシャフト（３）上にカムキャリヤ（４）がｎ個存在する場合、個々のカムキャリヤ（４）の押圧要素（２６，３１）はカムシャフト（３）の周方向に３６０°／ｎまたは２×３６０°／ｎねじれることを特徴とする請求項１１または１２に記載の動弁装置。

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