JP6110160B2 - 可変カムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、内側シャフトと、該内側シャフトを同軸上に囲む外側シャフトと、内側シャフトにピン留めされるカムとを備える可変カムシャフトに関する。

一般的な可変カムシャフトは、特許文献１により知られている。当該文献において可変カムシャフトは、内側シャフトと、該内側シャフトと同軸上に設けられかつ内側シャフトを囲む外側シャフトとを有する。また、その可変カムシャフトは、複数のカムを有しており、いずれの場合も２つのカム同士がリングカラーを介して接続されている。複数のカムを可変（可動）にするため、複数のカムは、リングカラーの領域に、内側シャフトとカムをピン留めするためのレセプタクルを有している。ここで、各カム本体と外側シャフトとの間には精密公差が求められており、これにより、各カム本体が外側シャフトに沿って確実にスライド可能になるとともに、潤滑液、特に関連する内燃機関のエンジンオイルが、レセプタクル、及び、各カム本体と外側シャフトとの間を通って排出されるのを防ぐ。さらに、レセプタクルの領域において、リングカラーにリング溝が設けられていてもよく、このようなリング溝は、特にドリルで穴を開ける等してレセプタクルを形成ないし製造する際に、バリが形成されるのを特に防止する。

独国特許出願公開第１０２００５０３８６５６号明細書

しかしながら、可変カムシャフトの多様性を実現するには、そのような複数のカムが、それぞれ１つのカム本体のみを有することが望ましい。この可変のカム本体１つのみを備えた構造は、特殊なバルブ装置（例えば、ＤＯＨＣ（２つのカムシャフトが隣り合っており、一方は排気バルブ用、他方は吸気バルブ用、又は混合型）等のＯＨＣエンジンの概念に基づく）の実施形態の変形例である。ここで、リングカラーを有する構造は、カムを固定するボルトがカム本体から離間されて、その結果、例えば穴や圧入ボルトによるカム変形のリスクを回避できるため、効果的である。したがって、このようなカムは、１つのカム本体及び前記リングカラーのみを有することになる。しかし、このカム、特にカム本体とは反対側のリングカラー側において、加圧された潤滑液が排出されるような漏れが生じてしまうという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カム本体とリングカラーとを有するカムを備えた可変カムシャフトにおいて、特に漏れが少ないことを特徴とする、改善された実施形態を提案することにある。

前記問題は、本発明において、独立クレームの主題により解決される。効果的な実施形態は、従属クレームの主題とする。

本発明は、充分に、又は少なくともより改良された形で液体の隔離を行って、カムのリングカラーの領域における漏れを防止、又は少なくとも減少させるために、リングカラーの領域にシール手段を備えた可変カムシャフトを提供するという基本概念に基づく。本発明に係る可変カムシャフトは、同軸上に設けられる内側シャフト及び外側シャフトを有する。外側シャフトは中空軸で構成され、内側シャフトは、例えば中実軸で構成される。内側シャフトと外側シャフトとの間には、半径方向に隙間が形成され、その隙間に、加圧された潤滑液、特に、当該可変カムシャフトが設けられる内燃機関のエンジンオイルが導入されて、カムが外側シャフトに沿ってスライドし易くなっている。ここで、カム本体と、該カム本体から軸方向に突出しかつカム本体に接続されたリングカラーとにより構成されたカムの該リングカラーは、半径方向の隙間を介して外側シャフト上にスライド可能に設けられている。また、カムは、該カムと内側シャフトとをピン留めするためのレセプタクルを有しており、このレセプタクルはリングカラーに形成されることが好ましい。そのピン留めに用いるピンの一方側がカムのレセプタクルに、他方側が内側シャフトの対応する内側シャフトレセプタクルに設けられる。さらに、外側シャフトは、ピンが案内されて通るリング状開口部又はリング開口部を有していると効果的である。これに伴い、加圧された潤滑液が外側シャフトのリング状開口部又はリング開口部、及び、カムと外側シャフトとの間の、カムのレセプタクルを半径方向に通過して、特にカムの外側シャフト上のスライド特性を向上させ、カム及び外側シャフト間の摩擦を低減させる。本発明によれば、カムは、リングカラーの領域において、前記隙間をシールするシール手段を有し、これにより、潤滑液が当該領域において漏れるのを防止、又は少なくとも減少させる。ここで、技術知識として、特にカムが、軸方向の片側のみにカム本体を有し、このカム本体が、外側シャフトに対し精密公差で隙間が非常に小さい状態で形成又は設置されることから、前記のようにリングカラーの領域で漏れが生じる。このようなカムの「不均等な」形成の結果、カムのカム本体が設けられていない側、つまりリングカラーの領域に潤滑液が排出される。したがって、本発明によれば、可変カムシャフトが、リングカラーの領域においてシール手段を有することにより、このような漏れを防止する。

このようなシール手段は、特にリングカラーの適切な幾何学形状又は物理的な形成により実現され得る。ここでは、リングカラーの軸方向シーリング長さと、リングカラー及び外側シャフト間の隙間の半径方向高さとが極端な比率で構成されると効果的である。リングカラーの軸方向シーリング長さは、前記隙間の半径方向高さの５０倍以上であることが好ましい。特に好ましい実施形態では、リングカラーの軸方向シーリング長さが、前記隙間の半径方向高さの２５０以上である。ここで、リングカラーの軸方向シーリング長さは、外側シャフトの軸方向に沿った長さであり、前記隙間の半径方向高さは、外側シャフトとリングカラーとの間における隙間の外側シャフトの半径方向に沿った長さである。ここで、リングカラーの軸方向シーリング長さは、実質的に、レセプタクルと、リングカラーにおける軸方向のカム本体側とは反対側の側面との間の長さである。

リングカラーは、外側シャフトに対向する内側面に、内側に向けて開口した、特にレセプタクルを囲むリング溝を有する場合がある。このリング溝は特に、ドリルで穴を開ける等してレセプタクルを製造する際に、カム、特にリングカラー上にバリが形成されるのを防ぐことを目的とする。このようなリング溝は、更に多くの潤滑液をレセプタクルから排出する。前記リングカラーがそのようなリング溝を有する場合、軸方向シーリング長さは、リングカラーにおける軸方向のカム本体側とは反対側の側面と、該側面と対向する、リング溝の側縁との間の長さであることが効果的である。

前記シール手段を設けるに際して、シール部材をリングカラーと外側シャフトとの間に半径方向に設けるようにしてもよい。そこで、シール手段は、リングカラーと外側シャフトとの間、特にリングカラーの前記リング溝に設けられるシール部材を有していてもよい。或いは、又は、これに加えて、リングカラーの内側面に、シール部材が設けられる、半径方向内側に開口した第１シール溝が形成されていてもよい。或いは、又は、これに加えて、外側シャフトの外側面に、シール部材が設けられる、半径方向外側に開口した第２シール溝が形成されていてもよい。

前記シール部材は、例えばＯリング、Ｘリング又はピストンシールリングで構成される。また、前記シール部材は、プラスチック、好ましくはエラストマーからなっていてもよい。シール部材がこのような形状、特にこのような材料からなると、可変カムシャフトの領域に起こり得る熱負荷及び機械的負荷に対して適しているため、効果的である。

更なる実施形態によれば、シール部材は、リングカラー上、又は外側シャフト上に加硫処理されている。好ましくは、このようなシール部材は、リングカラーの前記側面上又は外側シャフトの対応箇所上に加硫処理されていることが好ましい。もちろん、可変カムシャフトは、このようなシール部材を、同一又は異なる構成で複数有していてもよい。

カム本体とリングカラーは互いに接続されていると効果的である。ここでは、カム本体とリングカラーとは互いに、例えば溶接、接着、はんだ付け等どのように接続されていてもよい。しかし、カムは、カム本体とリングカラーとが１つの部材となるように形成されていることが好ましい。

本発明の更なる重要な構成や効果は、従属請求項、図面、図面に基づく関連の説明に記載されている。

言うまでもなく、上述の構成及び下記に記載の構成は、本発明の内容を逸脱しない範囲で、それぞれ記載の組合せだけでなく、他の組合せ及び単独でも用いられる。

本発明の好ましい例示的実施形態は、図面に示されるとともに、下記にさらに詳しく説明される。

以上説明したように、本発明の可変カムシャフトによると、リングカラーの領域において、潤滑液が隙間から流出し漏れるのを防止、又は少なくとも減少させることができる。

本発明に係る可変カムシャフトの断面を概略的に示す図である。 本発明の別の実施形態に係る可変カムシャフトの断面を概略的に示す図である。 本発明の更に別の実施形態に係る可変カムシャフトの断面を概略的に示す図である。

図１〜図３によると、可変カムシャフト１は、内側シャフト２と、内側シャフト２と同軸上に設けられ、内側シャフト２を囲む外側シャフト３とを有する。内側シャフト２は、不図示の液圧駆動装置を介して外側シャフト３に対して回転可能に構成されている。ここで、外側シャフト３は中空軸で構成されており、内側シャフト２は中実軸で構成されている。また、可変カムシャフト１は、外側シャフト３上に周方向にスライド可能に設けられた１つのカム４を有する。可変カムシャフト１は、２つ以上のカム４を備えていてもよい。図１の断面図では、可変カムシャフト１の半径方向の片側半分のみを記載し、図２及び図３では、可変カムシャフト１の半径方向両側を記載しているが、内側シャフト２を省略している。

カム４は、互いに一体形成された（一つの部材で構成された）カム本体５及びリングカラー６を有する。カム４は、内側シャフト２の回転により可変（可動）構成にするために、リングカラー６の領域において、カム４と内側シャフト２とをピン留めするための凹部７（レセプタクル）を有する。そのピン留めに用いるピン８の一方側は、カム４の凹部７内に設けられ、他方側は内側シャフト２の内側シャフト凹部９内に設けられている。また、外側シャフト３は、ピン８が通って延びるリング開口部１０を有している。さらに、外側シャフト３とリングカラー６との間に、半径方向に隙間１１が設けられている。この半径方向の隙間１１は、リングカラー６の、外側シャフト３と対向する内側面１３と、外側シャフト３の、リングカラー６と対向する外側面１４との間の半径方向の間隔として定義される半径方向高さ１２を有している。この半径方向高さ１２は、説明の都合上、図１において過大に図示されている。

図１に示す実施形態において、リングカラー６は、その内側面１３において、半径方向内側に開口する、レセプタクル７を囲むリング溝３１を有する。このリング溝３１は、レセプタクル７の領域に位置していて、例えばドリルで穴を開ける等してレセプタクル７を形成する際の、カム４上におけるバリの形成を防止する役割を果たす。本発明によれば、可変カムシャフト１は、内側シャフト２と外側シャフト３との間で加圧下に置かれた潤滑液（潤滑油）、特に、可変カムシャフト１が設けられた内燃機関のエンジンオイルが、リング開口部１０及び隙間１１を通って流出することを防止するべく隙間１１をシールするシール手段１５を、リングカラー６の領域に有している。このシール手段１５は、リングカラー６の、軸方向Ａに沿って延びる軸方向シーリング長さ１６が、隙間１１の半径方向高さ１２の５０倍以上とされることで、隙間１１をシールするように構成されている。この軸方向シーリング長さ１６は、隙間１１の半径方向高さ１２の２５０倍以上であることが好ましい。ここでは、軸方向シーリング長さ１６は、リングカラー６における軸方向のカム本体５側とは反対側の側面１７と、該側面１７と対向する、リング溝３１の側縁１８との間の軸方向Ａに沿った長さである。

また、シール手段１５は、リングカラー６と外側シャフト３との間に、半径方向に設けられたシール部材１９を有する。このシール部材１９は、リングカラー６のリング溝３１、又は、リングカラー６の内側におけるリング溝３１の領域に形成される第１シール溝２０に設けられる。シール部材１９はまた、外側シャフト３の外側面１４に形成される第２シール溝２１にも設けられる。

図２に記載の実施形態において、リングカラー６の軸方向シーリング長さ１６は、隙間１１の半径方向高さ１２の２５０倍以上である。大きさをほぼ忠実に表現するため、隙間１１及び半径方向高さ１２は図示していない。さらに、図２に示した例では、リングカラー６は、レセプタクル７を囲む前記リング溝３１を有していない。この場合、リングカラー６の軸方向シーリング長さ１６は、レセプタクル７とリングカラー６の前記側面１７との間の軸方向Ａに沿った長さとなる。

図３に記載の実施形態は、シール手段１５が、リングカラー６の内側面１３に形成された第１シール溝２０に設けられたシール部材１９を有する点で、図２に記載の実施形態とは異なっている。

図３の実施形態では、シール手段１５が、リングカラー６の側面１７上に加硫処理されたシール部材２２を更に有する。シール手段１５が、外側シャフト３上に加硫処理されたシール部材を有していてもよい。

各シール部材１９，２２は、例えばＯリング１９´、Ｘリング１９´´、又は、ピストンシールリング１９´´´であってもよい。各シール部材１９，２２は、プラスチックからなることが好ましく、特に好ましいのは、エラストマーからなっていることである。

本発明に係る可変カムシャフト１は、潤滑液が隙間１１から流出し漏れるのを防止、又は少なくとも減少させることができる。

１ 可変カムシャフト
２ 内側シャフト
３ 外側シャフト
４ カム
５ カム本体
６ リングカラー
７ レセプタクル
１１ 隙間
１２ 隙間の半径方向高さ
１５ シール手段
１６ リングカラーの軸方向シーリング長さ
１７ リングカラーにおける軸方向のカム本体側とは反対側の側面
１８ リング溝の側縁
１９ シール部材
２２ シール部材
３１ リング溝

Claims (9)

1. 可変カムシャフト（１）であって、
   内側シャフト（２）と、
   前記内側シャフトを同軸上に囲む外側シャフト（３）と、
   カム本体（５）、及び、該カム本体（５）から軸方向に突出しかつ前記外側シャフト（３）上に半径方向に隙間（１１）をあけてスライド可能に設けられたリングカラー（６）を有する少なくとも１つのカム（４）とを備え、
   前記カム（４）は、該カム（４）と前記内側シャフト（２）とをピン（８）によりピン留めするためのレセプタクル（７）を更に有し、
   前記リングカラー（６）の領域に、前記隙間（１１）をシールするシール手段（１５）が設けられていることを特徴とする可変カムシャフト。
2. 請求項１記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記シール手段（１５）は、前記リングカラー（６）の軸方向シーリング長さ（１６）が、前記隙間（１１）の半径方向高さ（１２）の５０倍以上とされることで、前記隙間（１１）をシールするように構成されていることを特徴とする可変カムシャフト。
3. 請求項１又は２記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記シール手段（１５）は、前記リングカラー（６）の軸方向シーリング長さ（１６）が、前記隙間（１１）の半径方向高さ（１２）の２５０倍以上とされることで、前記隙間（１１）をシールするように構成されていることを特徴とする可変カムシャフト。
4. 請求項２又は３記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記リングカラー（６）の軸方向シーリング長さ（１６）は、前記レセプタクル（７）と、前記リングカラー（６）における軸方向の前記カム本体（５）側とは反対側の側面（１７）との間の長さであることを特徴とする可変カムシャフト。
5. 請求項２又は３記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記リングカラー（６）は、前記外側シャフト（３）と対向する内側面（１３）に、内側に開口したリング溝（３１）を有し、
   前記軸方向シーリング長さ（１６）は、リングカラー（６）における軸方向の前記カム本体（５）側とは反対側の側面（１７）と、該側面（１７）と対向する、リング溝（３１）の側縁（１８）との間の長さであることを特徴とする可変カムシャフト。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記シール手段（１５）は、前記リングカラー（６）と前記外側シャフト（３）との間に、半径方向に設けられたシール部材（１９，２２）を有することを特徴とする可変カムシャフト。
7. 請求項６記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記シール部材（１９，２２）は、Ｏリング（１９´）、Ｘリング（１９´´）又はピストンシールリング（１９´´´）で構成され、
   前記シール部材（１９、２２）は、プラスチック又はエラストマーからなることを特徴とする可変カムシャフト。
8. 請求項６又は７記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記シール部材（１９，２２）は、前記リングカラー（６）上、又は前記外側シャフト（３）上に加硫処理されていることを特徴とする可変カムシャフト。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の可変カムシャフトにおいて、
   前記カム本体（５）及び前記リングカラー（６）は一つの部材で構成されていることを特徴とする可変カムシャフト。

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