JP6291594B2 - カムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に係る、インナーシャフトおよびこれに同軸状に設けられたアウターシャフトを備えた調整可能なカムシャフトに関する。

カムインカムカムシャフトにおけるアウターシャフトに対するインナーシャフトの調整のための単動カムシャフト調整装置（位相調整装置）の接続は、一般に、アウターシャフトに固定接続された固定子と、インナーシャフトにねじ止めされかつ固定接続された回転子とによって行われる。固定子は鎖／歯車／ベルトのホイールを介してクランクシャフトによって駆動され、そのため力の絶え間ない変化がアウターシャフトにおいて生じる。インナーシャフトは、ここで、（駆動トルクに対してではなく）「力の及ばない」態様で調整され得る。回転子と固定子との間の許容誤差は非常にタイトに選択され、そのため油圧で駆動されるカムシャフト調整装置における内部漏れ、およびしたがってまた効率の損失が最小限に抑えられる。従来からのカムシャフトにおけるシンプルな位相調整装置によると、カムシャフト調整装置の一部が浮動し、それは回転子に対する固定子のことを意味しており、それにより組み立てまたは製造における不具合のための公差補償が常に存在する。特に、回転子が固定子に対して封止される必要がない。

調整可能なカムシャフトでは、カムシャフト調整装置の固定子は、通常、アウターシャフトに焼きばめ／接着／溶接される一方、カムシャフト調整装置の回転子はインナーシャフトの軸方向端面に対してねじ止めされる。インナーシャフトの製造および組み立てにおいて不正確さが生じ得るので（例えば、ピン止めや誤差連鎖）、そのようなインナーシャフトへの回転子の厳格な組み付けにおいて、回転子が固定子に対して傾いた態様で取り付けられることが生じ得、よって完全なジャミングに達するまでの接触が生じ得る。この場合、インナーシャフトはもはやアウターシャフトに対して回転できない。

ここで補償を作り出すことができるように、補償要素がそれ自体を提示し、当該補償要素は少なくとも特定の不良位置を補償し得る。

特許文献１から一般的なカムシャフトが知られており、当該カムシャフトは、インナーカムシャフトおよび／またはアウターカムシャフトを調整するためのカムシャフト調整装置と、インナーカムシャフトとアウターカムシャフトとの一方に設けられた補償要素と、他方に設けられたカム調整装置とを有している。この補償要素は、カムシャフトを構造的におよび／または機能的に改善するように、ディスク形状を有している。トルク伝達は、しかしながら、純粋に摩擦係合態様で行われる。

特許文献２からは、ダブルカムシャフトを制御するための層構造になったダブルカムシャフト調整装置が知られており、当該調整装置は第１回転子状被駆動体と第２回転子状被駆動体を備え、それらの回転体部分は互いに平行に設けられている。ここで、各被駆動体は、ダブルカムシャフトのうちの少なくとも１つのカムシャフトを収容するように意図されていて、カムシャフト調整装置の中心から横方向にずれている。ダブルカムシャフトに対する少なくとも１つの被駆動体の整列のために、さらに補償要素が設けられ、当該補償要素は、自由度を作り出す移動部材であって、ダブルカムシャフトに対する包囲被駆動体の偏りを許容する。

特許文献３からカムシャフト調整のための装置が知られており、当該装置は少なくとも１つの駆動ホイール、回転子、固定子ハウジングを含む固定子、およびカムを含むカムシャフトを有するカムシャフト調整装置を備えており、カムシャフト調整装置にはオイルが供給される。カムシャフト調整装置は、カムシャフトの端部において噛み合い態様および／または力適合態様で回転子に保持されており、当該回転子の内径はカムを取り囲む円よりも小さい。ここで、カムシャフトはオイル供給のための開口を有する接続要素を収容するための中空形状を有しており、そのため接続要素はカムシャフトの中空形状内に噛み合い態様および／または力適合態様で保持される。接続要素または回転子のいずれかは、回転子とカムシャフトとの、および接続要素の噛み合い接続のための少なくとも１つの保持具を有しており、この保持具はカムシャフトの中空端部における少なくとも１つの開口を通じて突出態様で案内される。これにより、カムシャフト調整装置のためのコンパクトな配置が作り出され得る。

独国特許出願公開第１０２０１２１０５２８４号明細書 独国特許第１０２００８０３３２３０号明細書 独国実用新案第２０２００８０１８１４６号明細書

本発明は、一般的なタイプの調整可能なカムシャフトのための改善されたあるいは少なくとも代替的な実施形態を提示するという問題に関連しており、当該実施形態は特に回転子のインナーシャフトへの接続における公差補償の改善を可能とする。

この問題は、独立請求項１の主題によって本発明に従って解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。

本発明は、インナーシャフトと該インナーシャフトと同軸状に設けられたアウターシャフトとを備えた調整可能なカムシャフトにおいて、カムシャフト調整装置の回転子と調整可能なカムシャフトのインナーシャフトとを噛み合い態様で、特にオルダムカップリングを介して互いに接続するという一般的概念に基づいており、このオルダムカップリングはオルダム原理にしたがって単独で作動するように構成されている。カムシャフト調整装置の固定子は、ここで、アウターシャフトに固定接続されており、一方、回転子はインナーシャフトにねじ止めされている。本発明によると、インナーシャフトの端部に一体的な第１接続輪郭部が設けられ、回転子に第１接続輪郭部に対して相補的であって一体的な第２接続輪郭部が設けられ、これらの接続輪郭部は、直接的に（単動オルダムカップリング）または間接的に（複動オルダムカップリング）、インナーシャフトと回転子との間の噛み合い接続および必要に応じて公差補償を可能としている。回転子は例えば焼結部品として形成されていてもよく、ここで第２接続輪郭部は回転子に一体的に形成されてそれにより回転子と共に作られる。同様に、第１接続輪郭部はインナーシャフトの端面に一体的に形成され、そのため最もシンプルな場合には、２つの接続輪郭部の互いに対する直接係合が（一方向における）単動オルダムカップリングの形態における所望の噛み合い接続を可能とする。噛み合い接続を通じて、遊びのないトルク伝達が保証されるが、他方で、少なくとも僅かな寸法的なおよび／または製造公差を、このために必要とされる複雑な補償要素なくして、補償することがまた可能である。

好適には、第１接続輪郭部が舌状部として構成され、第２接続輪郭部が当該舌状部に対して相補的な態様で構成された溝として構成されており、そのため第１接続輪郭部と第２接続輪郭部とは単動オルダムカップリングを共に形成する。

特に好適な変形例では、舌状部と溝とは、第１カムをインナーシャフトに接続するピンに対して平行に並んでいる。溝と第１カムをインナーシャフトに接続するピンとの間の平行性を通じて、この方向において予想される不具合を補償することが可能となる。この場合、インナーシャフトはその接続輪郭部によって直接的に回転子の接続輪郭部に係合するため、中間ピースが省略されてもよく、しかしながら、公差補償は１つの方向においてのみ可能である。

本発明に係る解決策の有利な別の展開では、第１および／または第２接続輪郭部はドーム状となるように構成されている。そのようなドーム状の構成は、カムシャフト調整装置の回転子の軸とインナーシャフトの軸との間の角度誤差の補償を可能とする。これにより、トルク伝達における妥協を受容する必要なくして、別の公差補償がこの場合において角度ずれに関して可能となる。回転子またはインナーシャフトにおける接続輪郭部の一体形成を通じて、追加的な中間ピースが省略され得る。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、インナーシャフトと回転子との間に中間ピースが設けられ、当該中間ピースは、インナーシャフトの端面または回転子の第１および第２接続輪郭部と共にオルダムカップリングを形成するように構成されている。そのようなオルダムカップリングは、回転子の軸とインナーシャフトの軸との間の公差補償を、これらが互いに軸方向に平行に設けられている限りにおいて、可能とする。加えて、中間ピースおよび／またはインナーシャフトの第１接続輪郭部および／または回転子の第２接続輪郭部が丸みを帯びた舌状部としてまたは丸みを帯びた溝として形成されていることが考えられ、それによりインナーシャフトの軸と回転子の軸との間の軸方向ずれによる公差の補償に加えて、これら２つの軸に関する角度ずれがまた補償され得る。さらに、オルダムカップリングを使用することで、回転子を浮動態様で取り付けることが可能となり、この場合にはインナーシャフトは加えて軸方向に取り付けられなくてはならない。もちろん、カムシャフト調整装置の回転子を介したインナーシャフトの軸方向軸受も可能である。インナーシャフトは固定金具を介して放射状に取り付けられていてもよい。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、丸みを帯びた舌状部として構成された少なくとも１つの接続輪郭部が、舌状部ヘッドに平面部を有している。オルダムカップリングの舌状部がしたがって球状に、またはやや平らな圧延ヘッドを有したバー状態様に構成され、２つの部品が互いにねじ止めされている場合、回転子はオルダムカップリングを介してインナーシャフトにねじ止めされているが、当該２つの部品はまだ少なくとも公差補償を可能とするための僅かな遊びを有している。よって、回転子はインナーシャフトに軸方向に固定されているが、公差を補償するための回転子のインナーシャフトに対する僅かな傾きがまだ可能である。これは、特に、インナーシャフトがアウターシャフトに対して１８０°未満の制限された角度範囲にわたって調節される必要があるだけであるという事実のためである。よって、僅かな傾きにより、十分な公差補償が特に回転子の制限された調整範囲に対して実現され得る。

別の有利な実施形態では、インナーシャフトと回転子との間に設けられた中間ピースが使用され、当該中間ピースは、インナーシャフトの端面のまたは回転子の第１および第２接続輪郭部と共に、オルダムカップリングを形成しかつシンプルに構成された舌状部を有するか、および／または丸みを帯びた舌状部を有するように構成され、当該舌状部は相補的な溝に多少の遊びを有して係合する。加えて、この実施形態では、回転子と中間ピースとの間、または中間ピースとインナーシャフトとの間における軸方向分離面のうち少なくとも１つがドーム状に構成されている。この回転子のインナーシャフトに対する追加的な自由度を通じて、より正確な公差補償が、回転子とインナーシャフトとの間の噛み合い耐トルク接続を介した同時に存在する理想的な力伝達を伴って実現され得る。

好適には、接続輪郭部のうち少なくとも１つは、特にエラストマー材料で、被覆されている。減衰効果およびさらなる公差補償の目的のために、中間ピースまたは対応する接触面および／または接続輪郭部を減衰材料で被覆することがしたがって可能であり、そのことは特にそのようなカムシャフトが備え付けられた内燃エンジンの静かな運転時に良い効果を発揮する。

加えて、中間ピースの一部または全体をエラストマーまたはプラスチックから作ることが考えられる。これにより、より優れた減衰効果が実現され得る。そのように構成された中間ピースは、しかしながら、作動中に生じる力およびトルクを伝達するためにそれ相応に設計されなければならないだろう。

本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。

上述したまたは後述する特徴がそれぞれに示した組み合わせにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせにおいてあるいは単独でも使用され得ることを理解されたい。

図１ａは、本発明に係る調整可能なカムシャフトのインナーシャフトを示す図である。 図１ｂは、本発明に係る調整可能なカムシャフトのインナーシャフトを別視点から見た図である。 図１ｃは、本発明に係るカムシャフトの断面図である。 図２は、本発明に係るインナーシャフトと回転子を示す図であって、接続輪郭部を示すために特に切り欠いて図示されている。 図３は、ドーム状態様に構成された接続輪郭部を伴う本発明に係るカムシャフトの断面図である。 図４ａは、オルダムカップリングを有するインナーシャフトを示す図である。 図４ｂは、オルダムカップリングを有するインナーシャフトを別視点から見た図である。 図４ｃは、オルダムカップリングを有するインナーシャフトを別視点から見た図である。 図５は、回転子とインナーシャフトとの間にオルダムカップリングを有する本発明に係るカムシャフトの断面図である。 図７ａは、オルダムカップリングの中間ピースの領域における調整可能なカムシャフトの断面図である。 図７ｂは、オルダムカップリングの中間ピースの領域における調整可能なカムシャフトの断面図である。 図８は、中間ピースでドーム状態様に構成された接続輪郭部を伴う本発明に係るカムシャフトの断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図示すると共に詳細に説明する。同じ参照符号は、同一のもしくは類似の、または機能的に同一の構成要素を示す。

図１、図３および図５によると、本発明に係る調整可能なカムシャフト１は、インナーシャフト２と、このインナーシャフト２と同軸状に設けられたアウターシャフト３とを備えている。さらに、カムシャフト調整装置４（位相調整装置）が設けられており、当該カムシャフト調整装置の固定子５はアウターシャフト３に固定接続され、当該カムシャフト調整装置の回転子６はインナーシャフト２にねじ止めされている。回転子６は、ここで、アウターシャフト３に接着、溶接あるいは焼きばめされていてもよい。本発明によると、インナーシャフト２の端部にそれと一体形成された第１接続輪郭部７が、回転子６に第１接続輪郭部と相補的な態様で形成された一体的な第２接続輪郭部８が形成されており、それらの接続輪郭部７，８は直接的に（図１〜図３を参照）または間接的に（図４〜図７を参照）インナーシャフト２と回転子６との間の噛み合い接続を可能としている。そのような噛み合い接続は、インナーシャフト２の軸と回転子６の軸とがずれた場合における公差補償を可能とする。

図１ａ〜図１ｃによると、第１接続輪郭部７は舌状部として構成されており、一方、図２によると、第２接続輪郭部８は第１接続輪郭部７に対して相補的な態様で構成された溝として構成されている。そのため、第１接続輪郭部７と第２接続輪郭部８とは共に単動オルダムカップリング、すなわち一方向において動くオルダムカップリングを形成し、ここで舌状部と溝とは第１カム９をインナーシャフト２に接続するピン１０に対して平行に並んでいる。図１によると、さらにカムシャフト調整装置４の回転子６にスリーブ１１が設けられており、当該スリーブは特にまたオイル供給機能を有していてもよい。スリーブ１１は、ここで、別個の構成要素として構成されてインナーシャフト２に挿入されており、それによりスリーブ１１を含まないインナーシャフト２の当初の別個の加工が可能となり、そのことはそれ自体を明確によりシンプルなものにする。固定子５は、さらに、カバー１３を含む固定子ハウジング１２を有している。図１によると、回転子６はインナーシャフト２に対して浮動態様で設けられていて、また固定子５によりあるいは位相調整装置カバー１３およびスリーブ１１により取り付けられている。もちろん、回転子６がこの配置においてインナーシャフト２に対して少なくとも１つのねじによってねじ止めされていることも考えられる。

インナーシャフト２とカムシャフト調整装置４の回転子６との間の直接噛み合い接続では、図１〜図３に示すように、舌状部−溝方式による公差補償が可能であって、単動オルダムカップリングに似ている。ここで、しかしながら、軸方向を横切る方向における不具合のみが補償可能であり、この場合には溝８がピン１０の軸方向に対して平行に並んでいることが好ましい。この方向において予想される不具合を補償可能とするためである。

図３に係るカムシャフト１は、さらに、第１接続輪郭部７と第２接続輪郭部８とを示しており、それらは両方ともドーム状態様に、すなわち球状面の形状に構成されていて、互いに係合している。これにより、インナーシャフト２の軸と回転子６との間の平行な位置合わせ不良のみでなく、当該２つの軸の間の角度ずれも補償され得る。

図３および図５を見ると、回転子６がねじ１４によってインナーシャフト２にねじ止めされていることがわかる。ここで、オイル流路１５がねじ１４内を延びており、当該オイル流路１５によってねじ１４を介したインナーシャフト２から回転子６へのオイル供給が可能となる。

本発明に係るカムシャフト１の実施形態を見ると、図４〜図７に示すように、オルダムカップリング（クロスカップリング）がここでは見られ、当該カップリングにはインナーシャフト２と回転子６との間に中間ピース１６が設けられ、当該中間ピース１６は第１および第２接続輪郭部７，８と共に上述したオルダムカップリングを形成するように構成されている。そのようなオルダムカップリングは２つの軸の間、ここでは回転子６の軸とインナーシャフト２の軸との間における位置合わせ不良の補償を可能とする。中間ピース１６は、また、２つの接続輪郭部１７，１８を有しており、ここで接続輪郭部１７はインナーシャフト２の第１接続輪郭部７と協働し、接続輪郭部１８は回転子６の第２接続輪郭部８と協働する。接続輪郭部７，１７は、ここで接続輪郭部８，１８と直交しており、それにより軸ずれの公差補償が可能となる。

図５を見ると、回転子６がインナーシャフト２に対してねじ１４および中間ピース１６を介してねじ止めされていること、すなわちこれらに対してしっかりと固定されていることがわかり、それにより固定子ハウジング１２内における回転子６の浮動取付けが可能となる。インナーシャフト２の軸方向取付けがもちろんこのために必要である。回転子６がインナーシャフト２に対して公差補償を伴ってねじ止めされ得る場合、回転子６はもちろんまた、インナーシャフト２の軸方向取付けを引き受けることができる。インナーシャフト２は、ピン１０とインナーシャフト２にピン止めされたカム９とを介して常に放射状に取り付けられている。図５における参照符号Ｓは、回転子６と固定子ハウジング１２または固定子５および／またはねじ１４との間の可能な遊びを示している。

追加的にまた、回転子６の軸とインナーシャフト２の軸との間の角度位置合わせ不良を補償できるようにするために、中間ピース１６の接続輪郭部１７，１８および／または第１接続輪郭部７および／または第２接続輪郭部８が、丸みを帯びた舌状部としてあるいは丸みを帯びた溝として構成されていてもよい。さらに、丸みを帯びた舌状部として構成された少なくとも１つの接続輪郭部１７，１８が舌状部ヘッドに平面部１９を有していることが考えられ、それにより構成要素がねじ止めによって一体化されている場合でも、中間ピース１６が公差補償を可能とするために多少の「空隙／遊び」を有する。さらに、減衰効果および追加的な公差補償をまた可能とするために、接続輪郭部７，８，１７，１８のうち少なくとも１つが、特にエラストマー材料によって、被覆されている。

図８に係るカムシャフト１は、第１接続輪郭部７および第２接続輪郭部８を示しており、それらのうち第２接続輪郭部８のみがドーム状態様に構成されて、同様にドーム状態様に構成された中間ピース１６の接続輪郭部１８と協働している。対照的に、接続輪郭部１７はドーム状態様に構成されていないが、ドーム状態様に構成されていてもよい。

本発明に係るカムシャフト１によると、特に最大公差補償および最大トルク伝達が噛み合い接続のために可能である。

Claims (2)

1. インナーシャフト（２）と、
   上記インナーシャフト（２）と同軸状に設けられたアウターシャフト（３）と、
   カムシャフト調整装置（４）とを備え、
   上記カムシャフト調整装置（４）の回転子（６）は、上記インナーシャフト（２）に固定接続された、調整可能なカムシャフト（１）であって、
   上記カムシャフト調整装置（４）の固定子（５）は、上記アウターシャフト（３）に固定接続され、
   上記インナーシャフト（２）の端部に、一体的な第１接続輪郭部（７）が設けられ、
   上記回転子（６）に、上記第１接続輪郭部に対して相補的であり一体的な第２接続輪郭部（８）が設けられ、
   上記第１接続輪郭部と上記第２接続輪郭部とは、間接的に、上記インナーシャフト（２）と上記回転子（６）との間の噛み合い接続を可能とし、
   上記インナーシャフト（２）と上記回転子（６）との間に、中間ピース（１６）が設けられ、
   上記中間ピース（１６）は、対応する接続輪郭部（１７，１８）を介して、上記インナーシャフト（２）および上記回転子（６）の上記第１および第２接続輪郭部（７，８）と共にオルダムカップリングを形成しており、
   上記中間ピース（１６）の接続輪郭部（１７，１８）は、丸みを帯びた舌状部として構成されると共に、上記第１接続輪郭部（７）および上記第２接続輪郭部（８）は、丸みを帯びた溝として構成され、
   丸みを帯びた舌状部として構成された少なくとも１つの上記接続輪郭部（１７，１８）は、舌状部ヘッドに平面部（１９）を有している
   ことを特徴とするカムシャフト。
2. 請求項１において、
   上記回転子（６）を上記インナーシャフト（２）に接続するねじ（１４）は、オイル流路（１５）を有し、
   上記オイル流路（１５）によって、上記ねじ（１４）を介した上記インナーシャフト（２）から上記回転子（６）へのオイル供給が可能とされている
   ことを特徴とするカムシャフト。