JP6077712B2 - 内燃機関のバルブトレイン装置 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前段に記載の自動車の内燃機関のバルブトレイン装置に関する。

特許文献１より、軸方向に移動可能に設けられた少なくとも１つのカム要素を備えた自動車の内燃機関のためのバルブトレイン装置が既に公知であり、このカム要素は少なくとも２つの部分カムを備えた少なくとも１つのカムと少なくとも１つのゲートトラックを備えた１つの切替ゲートとを有し、この切替ゲートはカム要素の回転運動を軸方向のシフト力へと変換するために備えられている。

独国特許出願公開第１０ ２００８ ０６４ ３４０ Ａ１号公報

本発明の課題は特に、より高い切替の柔軟性を有し、これによって特に内燃機関の運転中にさらなる燃料の節約を可能にするバルブトレイン装置を実現することである。この課題は請求項１に記載の本発明に基づくバルブトレイン装置によって解決される。本発明の発展形態は従属請求項によりもたらされる。

本発明は自動車の内燃機関のバルブトレイン装置に関し、このバルブトレイン装置は軸方向に移動可能に設けられた少なくとも１つのカム要素を備え、このカム要素は少なくとも２つの部分カムを備えた少なくとも１つのカムと、少なくとも１つのゲートトラックを備えた１つの切替ゲートとを有し、この切替ゲートはカム要素の回転運動を軸方向のシフト力へと変換するために備えられている。

少なくとも１つの部分カムと少なくとも１つのゲートトラックが、少なくとも部分的に軸方向に重なり合って配置されることが提案される。これによって、カム要素の軸方向の長さを延長する必要なく切替ゲートのためにより広い設置空間を確保することができ、これによって特により高い強度を有する切替ゲートが実現可能となる。特に、より広いゲートトラック幅を有するゲートトラックを形成することができ、これによってゲートトラックに係合するためのゲート係合要素の大きさも拡大することができる。これによって、全体としてより高い機械的強度を備えたバルブトレイン装置を実現でき、これによって内燃機関の回転数が高い場合のカム要素の切替を実行できる。これによって、切替プロセスが大きな回転数の領域においても実行可能となるため、バルブトレイン装置の切替の柔軟性が向上する。本発明に基づく構成によって、さらなる燃料の節約が可能となる。「少なくとも２つの部分カムを備えたカム」は、特に、単一のガス交換バルブの作動のための単一のカムとして理解されるものとし、このカムは異なるカム曲線を備えた少なくとも２つの部分カムを有し、同一のガス交換バルブの作動のための部分カムが設けられている。部分カムは好ましくは直接隣接して配置され、これによって、カム要素の軸方向の移動により少なくとも２つの部分カムのうちの１つによる動作間の切替えが可能となる。「カム要素」は特に、ガス交換バルブの作動のために備えられた少なくとも１つのカムを有する構成要素として理解される。「軸方向に移動可能なカム要素」は特に、シリンダーヘッドに対して、又は固定して配置された内燃機関の構成要素に対して、軸方向に相対移動可能に設けられたカム要素として理解される。「軸方向の」という表現は特に少なくとも１つのカム要素の主回転軸に関し、このため「軸方向の」という表現は主回転軸又はこれと平行に延びる方向を示す。「バルブストロークの切替」は特に、少なくとも１つのガス交換バルブの作動を定義する、少なくとも２つのバルブ作動曲線の間の個別の切替として理解される。「ゲートトラック」は特に、少なくとも片側、好ましくは両側でのゲート係合要素の強制誘導のための軌道として理解される。ゲートトラックは好ましくは、ウェブ、スリット、及び／又は溝の形に形成される。「軸方向に少なくとも部分的に重なり合って」とは特に、部分カムが配置されている軸方向のカム要素の部分領域、及びゲートトラックが配置されている軸方向のカム要素の部分領域が少なくとも部分的に重複することとして理解される。ここで、「軸方向の部分領域」は、特に、部分カム又はゲートトラックの最大の軸方向の延びによって定義されたカム要素の部分領域として理解される。「備えられた」とは、特に、特別にプログラムされ、設計され、設置及び／又は配置された、として理解される。

好ましくは、部分カムは、ゲートトラックと部分カムが軸方向に重なり合って配置された基礎円位相を有する。これによって、ガス交換バルブの作動時に部分カムへの接触面圧が高くなり過ぎることが回避され、これによって部分カムの損傷を回避することができる。「基礎円位相」は特に、部分カムによって作動されるガス交換バルブが完全に閉鎖された部分カムの角度範囲として理解される。「基礎円位相における重なり合った配置」とはこの関連において、特に、ゲートトラックと部分カムが基礎円位相においてのみ重なり合って配置されることとして理解される。

好ましくは、バルブトレイン装置は部分カム幅の少なくとも１０％の重複幅を有する。これによって、切替ゲートのために利用できる設置空間を、切替ゲートの負荷容量を増加させるために十分広く拡大することができる。「重複幅」は特に、部分カムとゲートトラックが重なり合って配置されたカム要素の軸方向の部分領域の幅として理解される。この場合、「部分カム幅」は特に、部分カムの最大の軸方向の延びによって定義されるカム要素の部分領域の幅として理解される。

好ましくは、重複幅は最大で部分カム幅の５０％である。これによって部分カムへの過大な面圧を回避することができる。しかしながら原則的に、部分カム幅の５０％を超える重複幅も考えられ得る。

さらにカム要素が、少なくとも２つの部分カムを備えた少なくとも１つの第二のカムを有し、切替ゲートが軸方向において少なくとも２つのカムの間に配置されることが提案される。これによって有利には、高い切替柔軟性を備えた、特に小型のバルブトレインを実現することができる。ここで、「軸方向において」とは、特に切替ゲートと２つのカムが軸方向において互いに直接隣接して、及び／又は軸方向に重なり合って配置されることと理解され、このとき、２つのカムは、好ましくは同じシリンダーのガス交換バルブのために備えられている。

さらに、切替ゲートが、第二のカムの少なくとも１つの部分カムと少なくとも部分的に軸方向に重なり合って配置された、第二のゲートトラックを有することが提案される。これによって切替ゲートのためにさらなる設置空間を確保でき、これによって切替ゲートのサイズ設定、またこれに伴いその負荷容量をさらに増大させることができる。

さらに、少なくとも１つのゲートトラックが、少なくとも１つの部分カムと軸方向に重なり合って配置されたトラック導入部分及び／又はトラック離脱部分を有することが提案される。これによって、少なくとも１つのゲートトラックと部分カムが特に有利には重なり合って配置されることができ、これはトラック導入部分とトラック離脱部分が周方向のみに向き、これによって重なり合った配置が有利な角度範囲へ達することができるためである。ここで「トラック導入部分」は特に、ゲートトラックの始点を示すゲートトラックの部分を意味するものと理解される。「トラック離脱部分」は特に、ゲートトラックの終点を示すゲートトラックの部分として理解される。好ましくはトラック導入部分とトラック離脱部分は少なくとも実質的に周方向に延び、即ちカム要素には回転運動の際にシフト力が作用されない。

特に有利な構成において、少なくとも１つのカムは第三の部分カムを有する。それぞれのカムに関するさらなる部分カムによってさらなる切替位置が利用でき、例えばシリンダー・スイッチオフが実現されるため、これによって切替の柔軟性がさらに向上される。よって、特にゲートトラックと直接隣接する部分カムとの重なり合った配置との関連において、小型にかつ柔軟に切替可能なバルブトレイン装置を実現することができる。

さらにバルブトレイン装置が、少なくとも１つのカム要素が回転不能に、しかしながら軸方向に移動可能に設けられたキャリアシャフトを有することが提案される。これによってカム要素には単に回転運動のみが加えられる。

さらにバルブトレイン装置が、少なくとも１つのカム要素の切替のために備えられた少なくとも１つのゲートトラックへの係合のための、少なくとも１つのゲート係合要素を備えたアクチュエータユニットを有することが提案される。これによってカム要素の切替のための切替メカニズムが容易に実現される。

さらなる利点は以下の図面の説明から得られる。図においては本発明の一実施形態を示す。図面、図面の説明及び請求項は様々な特徴の組み合わせを含む。当業者であればこれらの特徴を合目的的に個別に考慮し、意味のある別の組み合わせへと発展させることが考えられる。

本発明に基づくバルブトレイン装置の斜視図である。 バルブトレイン装置の平面図である。

図１及び図２は内燃機関のバルブトレイン装置を示す。バルブトレイン装置は、図示していないクランクシャフト駆動装置を介して内燃機関のクランクシャフトと連結した、キャリアシャフト２３を備える。キャリアシャフト２３とクランクシャフトとの間にはこれに加えて、クランクシャフトとキャリアシャフト２３との間の位相位置を調整するためのカムシャフト調節器を配置することができる。

さらにバルブトレイン装置は、キャリアシャフト２３上に軸方向に移動可能に配置された複数のカム要素１０を備えている。カム要素１０は、ここでは一つしか図示していないが、回転不能にキャリアシャフト２３と連結されている。ここに図示するカム要素１０は、個々のシリンダーのガス交換バルブの作動のための２つのカム１１，１５を備えている。キャリアシャフト２３とその上に設置されたカム要素１０とで、内燃機関の異なるシリンダーのガス交換バルブを作動させるためのカムシャフトを形成する。

異なる種類のバルブ作動の切替えのために、カム要素１０は２つのゲートトラック２０，２１を備えた切替ゲート１９を有する。ゲートトラック２０，２１は、カム要素１０の回転運動を軸方向のシフト力へと変換するために設けられている。ゲートトラック２０，２１はそれぞれトラック導入部分、少なくとも１つの切替部分、及びトラック離脱部分を有する。トラック導入部分とトラック離脱部分はそれぞれ周方向に延びている。切替部分はこれに加えて軸構成要素を有する。ゲートトラック２０，２１はカム要素１０に導入される溝として形成される。

カム要素１０の切替のために、バルブトレイン装置はさらに２つのゲート係合要素を備えたアクチュエータユニットを有する。各ゲート係合要素はゲートトラック２０，２１のうちの一つに対応する。ゲート係合要素は切替ピンとして形成され、これらは移動した後の状態でゲートトラック２０，２１に係合する。ゲート係合要素は主要な伸長方向に沿ってのみ移動可能に設けられている。ゲートトラック２０，２１及び対応するゲート係合要素は、それぞれ一つの切替方向のために備えられている。カム要素１０が切替えられる切替方向に応じて、これに対応するゲート係合要素が、対応するゲートトラック２０，２１に係合される。静止しているゲート係合要素と合同した、対応するゲートトラック２０，２１の切替部分の軸構成要素によって、カム要素１０の回転運動がカム要素１０を軸方向に移動させる。バルブトレイン装置の全てのカム要素１０は同様に構成されている。

ゲートトラック２０，２１はここに示す実施形態において、３つの異なる切替位置の切替のために設けられている。カム１１，１５はそれぞれ、異なるカム曲線を備えた３つの部分カム１２，１３，１４，１６，１７，１８を有する。第一の部分カム１２，１６はそれぞれスイッチオフ・カムとして形成される。これはゼロストロークを有しており、このためシリンダ・スイッチオフのために備えられている。第二の部分カム１３，１７はそれぞれ全負荷カムとして形成される。第三の部分カム１４，１８はそれぞれ部分負荷カムとして形成される。

軸方向において切替ゲート１９は、２つのカム１１，１５の間に、２つのゲートトラック２０，２１ととともに配置される。第一のゲートトラック２０と、軸方向においてゲートトラック２０に直接隣接して配置された第一のカム１１の部分カム１４は、部分的に重なり合って配置される。同様に第二のゲートトラック２１と、軸方向においてゲートトラック２０に直接隣接して配置された第二のカム１５の部分カム１６も、部分的に重なり合って配置される。ゲートトラック２０と部分カム１４の構成、及びゲートトラック２１と部分カム１６の構成はそれぞれ同じであり、このため以下ではゲートトラック２０と部分カム１４の配置についてのみ説明する。

部分カム１２，１３，１４，１６，１７，１８はそれぞれ基礎円位相を有し、部分カム１３，１４，１７，１８はストローク範囲を有する。基礎円位相において、対応するガス交換バルブは完全に閉鎖される。軸方向においてゲートトラック２０は、カム１１の部分カム１４が配置されているカム要素１０の部分領域の中へ延出する。部分カム１４とゲートトラック２０は、少なくとも２０°のカムシャフト角度の角度範囲において重なり合って配置される。部分カム１４とゲートトラック２０が軸方向に重なり合って配置された角度範囲にわたって、部分カム１４は、その他の構成部分に関して減少した部分カム幅２４を有する。

基礎円位相において部分カム１４は一定の高さを有する。ゲートトラック２０と部分カム１４は、部分カム１４の基礎円位相において部分的に重なり合って配置されている。ゲートトラック２０と部分カム１４が軸方向に重なり合って配置されている角度範囲は、完全に部分カム１４の基礎円位相内に存在する。

部分カム１４とゲートトラック２０は部分カム１４に関して、部分カム幅２４の１０％〜５０％の重複幅２２を有する。ゲートトラック２０に関して重複幅２２は、同様にゲートトラック幅２５の１０％〜５０％の間にある。ゲートトラック２０はこれによって部分的にのみ、部分カム１４のために備えられたカム要素１０の軸方向の部分領域内に延出する。

図に示す実施形態において、ゲートトラック２０のトラック離脱部分は部分カム１４と軸方向に重なり合って配置される。周方向にのみ延びるトラック離脱部分は、完全に、ゲートトラック２０と部分カム１４が重なり合って配置された角度範囲内に存在する。

さらにゲートトラック２０の切替部分も部分的に、ゲートトラック２０と部分カム１４が軸方向に重なり合って配置された角度範囲内にある。ゲートトラック２０の切替部分は、この角度範囲においてトラック離脱部分へ移行する。切替部分が部分カム１４と重なり合って配置されたカムシャフト角度は、トラック離脱部分が部分カム１４と重なり合って配置されたカムシャフト角度よりも実質的に小さい。

バルブトレイン装置は詳細に図示していないカムフォロアを有し、これはカム要素１０の回転の際に、対応する部分カム１４のカム曲線によって規定されたバルブリフトを検出し、これをガス交換バルブの開放へと変換する。カムフォロアは例えばローラーカムフォロア又はローラーロッカアームの形で形成されてもよい。カム要素１０が、ゲートトラック２０と軸方向に重なり合って形成された部分カム１４上においてカムフォロアが延びる切替位置へと切替えられた場合、ゲートトラック２０は部分的にカムフォロアの下部において、これを越えて延びる。

１０ カム要素
１１ カム
１２ 部分カム
１３ 部分カム
１４ 部分カム
１５ カム
１６ 部分カム
１７ 部分カム
１８ 部分カム
１９ 切替ゲート
２０ ゲートトラック
２１ ゲートトラック
２２ 重複幅
２３ キャリアシャフト
２４ 部分カム幅
２５ ゲートトラック幅

Claims (10)

1. 軸方向に移動可能に設けられた少なくとも１つのカム要素（１０）を備え、前記カム要素（１０）は少なくとも２つの部分カム（１２，１３，１４，１６，１７，１８）と少なくとも１つのゲートトラック（２０，２１）を有する切替ゲート（１９）とを備えた少なくとも１つのカム（１１，１５）を有し、前記ゲートトラック（２０，２１）は前記カム要素（１０）を軸方向に移動するために備えられている自動車の内燃機関のバルブトレイン装置であって、
   前記部分カム（１４，１６）のうち少なくとも１つと前記少なくとも１つのゲートトラック（２０，２１）が少なくとも部分的に軸方向に重なり合って配置されることを特徴とする、自動車の内燃機関のバルブトレイン装置。
2. 前記部分カム（１４，１６）が、前記ゲートトラック（２０，２１）と前記部分カム（１４，１６）が軸方向に重なり合って配置された基礎円位相を有することを特徴とする、請求項１に記載のバルブトレイン装置。
3. 前記部分カム（１４，１６）のうち少なくとも１つと前記少なくとも１つのゲートトラック（２０，２１）とが重なり合って配置された前記カム要素（１０）の軸方向の部分領域の幅として定義される重複幅（２２）が、部分カム幅（２４）の少なくとも１０％を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のバルブトレイン装置。
4. 前記重複幅（２２）が、前記部分カム幅（２４）の最大５０％である有することを特徴とする、請求項３に記載のバルブトレイン装置。
5. 前記カム要素（１０）が、少なくとも２つの部分カム（１６，１７，１８）を有する少なくとも１つの第二のカム（１５）を有し、前記切替ゲート（１９）が軸方向における前記少なくとも２つのカム（１１，１５）の間に配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
6. 前記切替ゲート（１９）が、前記第二のカム（１５）の前記部分カム（１６）の少なくとも１つと少なくとも部分的に軸方向に重なり合う第二のゲートトラック（２１）を有することを特徴とする、請求項５に記載のバルブトレイン装置。
7. 前記少なくとも１つのゲートトラック（２０，２１）が、前記少なくとも１つの部分カム（１４，１６）と軸方向に重なり合って配置されたトラック導入部分及び／又はトラック離脱部分を有することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
8. 前記少なくとも１つのカム（１１，１５）が、第三の部分カム（１４，１８）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
9. 前記少なくとも１つのカム要素（１０）が回転不能に、かつ軸方向に移動可能に設けられたキャリアシャフト（２３）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。
10. 前記少なくとも１つのカム要素（１０）の切替のために備えられた前記少なくとも１つのゲートトラック（２０，２１）へ係合する、少なくとも１つのゲート係合要素を備えたアクチュエータユニットを有することを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のバルブトレイン装置。

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