JP6328753B2 - 調整可能なカムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の弁装置のためのカムシャフトに関し、カムシャフトは、外軸と、外軸に同心円状に伸びて、その中に回転可能に取り付けられる内軸とを有し、少なくとも１つのカムエレメントが、外軸の外面上に回転可能に支持されて、滑り軸受ギャップを形成し、カムエレメントは、回転可能に固定される方法で内軸に連結される。

内燃機関の弁装置のための調整可能なカムシャフトは、カムエレメントが取り付けられる外軸を有し、内燃機関の吸気弁および排気弁の可変制御に役立ち、カムエレメントは回転可能に固定される方法で外軸を貫通する内軸に連結される。さらなるカムエレメントが、回転可能に固定される方法で外軸上に取り付けられ、内軸の位相位置が外軸の位相位置に対して調整される場合、外軸上に回転可能に支持され、滑り軸受ギャップを形成するカムエレメントの位相位置も、外軸上に固定的に配置されるカムエレメントの位相位置に対して変化する。入れ子にされた軸は、内燃機関のシリンダヘッドにおいて、共通回転軸のまわりを回転し、制御要素によって、位相位置を互いに対して調整可能である。カムエレメントは、直接またはロッカーアームを通して、内燃機関の弁と相互作用し、外軸上のカムエレメントの回転可能な支持の滑り軸受ギャップによって吸収されなければならない制御力が、カムエレメントに作用する。ここで、カムエレメントの内面と外軸の外面との間の滑り軸受ギャップへの潤滑油の供給が不十分な場合、これは摩耗をもたらすことがあることが明らかになっており、それは常に避けるべきものである。

独国特許出願公開第１０２０１２１０３５９４Ａ１号明細書は、内燃機関の弁装置のための、外軸と外軸に回転可能に取り付けられる内軸とを有する調整可能なカムシャフトを示す。カムエレメントは、外面上に回転可能に支持されて、滑り軸受ギャップを形成し、回転可能に固定される方法で、ボルトによって内軸に連結される。カムシャフトの設置された周囲から滑り軸受ギャップに潤滑油を輸送するために、少なくとも１つの保油穴をカムエレメントに導入することが提案され、その結果、飛散油を、カムシャフトの回転によって、カムシャフトの設置された周囲から、保油穴を通して外軸とカムエレメントとの間の滑り軸受ギャップへ供給することが可能となる。ここで、保油穴はカムエレメントに位置するが、それは機械加工処理における不利益を有する。特に、カムエレメントのカム穴の内面への導油溝の導入はコストがかかり、カムシャフトの回転中の遠心力のために、潤滑油の大部分が導油溝にとどまることが明らかになっており、導油溝から滑り軸受ギャップへの潤滑油の流路を改善することが望ましい。

本発明の目的は、特に滑り軸受ギャップの潤滑が不十分な運転状態を実質的に回避するために、カムエレメントと調整可能なカムシャフトの外軸との間の滑り軸受ギャップへの潤滑油の供給を改善することである。

請求項１の前提部による調整可能なカムシャフトに基づく場合、本目的は、特徴づける機能とともに実現される。本発明の好適な発展形態は、従属請求項によって特定される。

本発明は、少なくとも１つの導油溝が、導油溝が滑り軸受ギャップの少なくとも軸方向の幅全体に形成されて、カムエレメントの少なくとも一方側の露出溝部によって滑り軸受ギャップの外に導かれるような位置および軸方向の長さで、外軸の外面に作られるという技術的教示を含む。

本発明の少なくとも１つの導油溝を外軸の外面に導入することにより、（現在の使用法において潤滑油とも呼ばれる）油を送るための機構を作り、それによって油は露出溝部を通り、滑り軸受ギャップへの部分を経由して導油溝に入ることが可能であり、外軸の外面とカムエレメントの内面との間の滑り軸受ギャップへの潤滑油の流路は改善される。

滑り軸受ギャップでは、外軸の直径が、カムエレメントのカム穴の直径よりわずかに小さいため、外軸の外面上のカムエレメントは数ミクロンのオーダーで移動可能である。カムエレメントの、弁の作動のための従動部との相互作用は、カムエレメント上で周期的に様々な衝突を引き起こし、それによって、外軸の外面上でカム穴の内面の高低が発生する。結果として、滑り軸受ギャップで支配する微小ギャップは、周期的に増加および減少し、ポンピング効果を発生させる。ここでこのポンピング効果は、特に外軸の外面に作られる導油溝との連動により、滑り軸受ギャップに潤滑油を特に多く導くことが可能であることが明らかになっている。結果として、本発明の導油溝との相互作用におけるポンピング効果は、極端な作動状態ではあるが特にカムシャフトの回転が非常に遅い場合においてさえ、滑り軸受ギャップへの恒久的な潤滑油の供給を保証し、外軸の外面および／またはカムエレメントのカム穴の内面の面摩耗は効果的に予防される。

外軸の外面における本発明の導油溝の形成のための１つの可能な好適な実施形態によると、導油溝は、カムシャフトが延在する方向に伸びてもよい。これにより、単軸フライス作業による、導油溝の技術的な生成は特に単純になる。導油溝は、外軸の外面において直線に伸びてもよく、カムシャフトの方向に延在する１つまたは複数の導油溝は、カムエレメントが外軸上に配置される各着座部分に導入可能である。ここで、導油溝が延在する方向は、調整可能なカムシャフトの回転軸と平行である。

さらなる好適な例示的な実施形態によると、軸方向延長成分と円周方向に伸びる延長成分とを有する少なくとも１つの導油溝が、外軸の外面において螺旋状に伸びてもよい。導油溝の螺旋経路は、導油溝の露出溝部による潤滑油の進入を支援し、それは外軸とカムエレメントとの間の滑り軸受ギャップから突出し、導油溝への潤滑油の進入は、カムシャフトの回転により支援される。カムシャフトの回転により、外軸の外面に付着する多くの油が、外面上に沿ってほぼ円周方向に広がり、潤滑油が、たとえば液滴状または移動する油膜として露出溝部に行き当たると、油溝への潤滑油の入力は、導油溝の螺旋経路によって支援される。結果的に、螺旋経路はスクープ作用を生じ、その結果、導油溝に潤滑油を輸送する作用は、導油溝の螺旋経路により与えられる角運動量によって支援される。

螺旋回転の第１の方向を有する第１の導油溝、および螺旋回転の第１方向と反対の螺旋回転の第２の方向を有する少なくとも第２の導油溝が、外軸上のカムエレメントの着座部分に形成されることは、特に好適である。外軸の外面において、螺旋状に反対の方向に伸びる複数の導油溝は、潤滑油が（導油溝への）カムエレメントの第１の側の露出溝部を通して第１の導油溝に入ることができる、という利点をもたらし、さらに多くの油が、カムエレメントの反対側のさらなる露出溝部を通してさらなる導油溝に入ることが、同様に可能である。結果的に潤滑油は、反対方向に伸びる導油溝を通って、反対方向にも流れる。

少なくとも１つの導油溝が、カムエレメントの２つの側のそれぞれの露出溝部によって、滑り軸受ギャップの外に導かれることは、さらに好適である。それによって、カムエレメントの第１の側の潤滑油は、第１の露出溝部を通って導油溝に達し、カムエレメントの反対側で、さらなる露出溝部を通って再び導油溝から離れることができるという点において、導油溝が、滑り軸受ギャップに形成される潤滑油溜めを形成するだけでなく、導油溝を通して潤滑油を流すことも可能である。ここで、導油溝を流れる潤滑油の一部は、特にポンピング効果によって支援される滑り軸受ギャップに移ってもよい。結果として、滑り軸受ギャップの潤滑油の恒久的な交換が、最も有利には実現される。

内軸を通って、かつ外軸に作られる少なくとも１つのボルト孔を通って横断的に延在するボルトが、カムエレメントの回転可能に固定される内軸への連結に提供されてもよい。ここで、ボルトを、カムエレメントの端部の少なくとも１つに着座させてもよく、それによって、内軸とカムエレメントとの間に回転可能に固定される連結が発生する。また、少なくとも１つの油溝が、外軸のボルト孔の配置から少し離れて伸びてもよい。これにより、導油溝からボルト孔への潤滑油の流出を防止でき、潤滑油が同様にボルト孔を通過して滑り軸受ギャップに至ることができるというさらなる利点もあり、その結果、ボルト孔から少し離れた滑り軸受ギャップのさらなる領域に、導油溝を通してさらに潤滑油を供給できる。

特に重要な領域、すなわち高負荷応力領域には、外軸の少なくとも１つのボルト孔を横切ることなく、導油溝を通して供給可能である。結果的に潤滑油が、ボルトの開口を通して流れ出ることはない。

調整可能なカムシャフトの１つの好適な実施形態によると、カムエレメントは、少なくとも１つのカムフランジを備えてもよく、滑り軸受ギャップの軸方向の幅がまた、カムフランジの幅によって決定される。したがって、滑り軸受ギャップは、実際のカムエレメントの下、および、カムフランジの領域の下に離れて延在し、その結果、導油溝も、実際のカムエレメント全体および離れたカムフランジに、対応する長さを有する可能性がある。ここで、カムエレメントを内軸に連結するためのボルトを、カムフランジに着座させてもよく、その結果、カムエレメントは、カムフランジおよびボルトを経由して内軸に回転可能に固定される連結を有する。

特にたとえば、導油溝が露出溝部から滑り軸受ギャップに向けて先細りになるような、全長にわたって変化する断面を導油溝が有することは、さらに好適である。露出溝部におけるより大きい寸法は溝部への潤滑油の入力を支援し、導油溝のテーパは、滑り軸受ギャップに向けて伸びる導油溝の領域を通しての、導油溝から滑り軸受ギャップへの潤滑油の脱出を支援する。

外軸の外面とカム穴の内面との間の滑り軸受ギャップへの潤滑油の供給を改善するさらなる好適な方法によると、特に、外軸の外面とカム穴の内面との間の潤滑膜形成の負荷能力が改善されるようなものでもよい粗面仕上げが、外面上および／または内面上に設けられてもよい。たとえば、粗面仕上げは、外軸の外面および／またはカム穴の内面に、レーザ加工処理、ホーニング処理、電子ビーム処理、または、エッチング処理によって、生成されてもよい。粗面仕上げは、チャネルまたはフルートを面に含んでもよく、それはたとえば、カムシャフトの縦方向の範囲に対して、軸方向に、円周方向に、螺旋状に、または、網目状に伸びるように形成される。

面間の潤滑膜形成の負荷能力を改善することは、粗面仕上げが微小潤滑ポケットを提供することを意味し、それは潤滑油が入り、滑り軸受ギャップへ流れる準備ができている少量の潤滑油を保持する。それによって、混合摩擦の形成による潤滑膜の破壊は、効果的に遅れる。たとえば、往復ピストン機関のシリンダライニングによって既知のように、カム穴の内面はクロスホーニングされた研磨面を有してもよい。クロスホーニングされた研磨面は、外軸の外面に同様に適用されてもよく、網状の粗面仕上げを生成する。

さらに、カムシャフトの面は、カムエレメントと接触する粗面仕上げの頂部がすり減らないように、硬化されてもよい。さらに、これにより、または、エッジ担体効果のために、すべての着座部分領域にわたって、外軸上のカムエレメントの摩耗の防止または減少に役立つ。

本発明の改善に役立つさらなる方法が、本発明の好ましい例示的実施形態の説明とともに、図を参照して、以下でより詳細に示される。

図１は、外面に作られる導油溝を有する調整可能なカムシャフトの外軸の詳細図を示す。 図２は、カムエレメントの着座部分の領域に、カムエレメントおよび導油溝を有する調整可能なカムシャフトの詳細図を示す。 図３は、外面に作られ、反対の方向に伸びる２つの導油溝を有する外軸の詳細図を示す。 図４は、カムエレメントを有するカムシャフトの詳細を示し、図３による２つの導油溝がカムエレメントの着座部分の領域の外軸の外面に作られている。 図５は、２つの導油溝を有する外軸の透視図部分を示し、導油溝はカムシャフトの方向に延在する直線長手方向の経路を有する。 図６は、外軸、内軸、およびカムエレメントを有するカムシャフトの詳細の斜視図を示し、２つの導油溝が外軸の外面において長手方向に延在している。 図７は、粗面仕上げを有する外軸の外面の断面図を示す。 図８は、粗面仕上げを有する外軸の外面の斜視図を示す。 図９は、粗面仕上げを有する外軸の外面のさらなる断面図を示す。 図１０は、粗面仕上げを有する外軸の外面の上面図を示す。 図１０ａは、図１０による粗面仕上げを有する外軸の外面の断面図を示す。

図１および２は、調整可能なカムシャフト１の第１の例示的な実施形態を示し、図１は、外軸１０の詳細を示し、図２は、図１による外軸１０を有するカムシャフト１の詳細を表す。外軸１０は中空軸として形成され、内軸１１は外軸１０を貫通し、共通カムシャフト軸２２のまわりを外軸１０とは独立して回転可能である。ここで、内軸１１は外軸１０に回転可能に支持される。カムエレメント２３は、外軸１０上に固定的に取り付けられ、カムエレメント２３は、たとえば外軸１０に溶接されてもよく、または、圧入によって拡張された直径上に固定されてもよい。それによって、カムエレメント２３は、外軸１０と同位相で回転する。

着座部分１６の領域において、さらなるカムエレメント１２が外軸１０の外面１３上に回転可能に取り付けられ、滑り軸受ギャップを形成する。カムエレメント１２は、カムフランジ１２ａを備え、カムエレメント１２は、ボルト１７によって、回転可能に固定される方法で内軸１１に連結される。ボルト１７が外軸１０を貫通するにもかかわらず、それでも内軸１１が、カムシャフト軸２２のまわりを外軸１０に対して回転可能とするために、円周方向の角度範囲にわたって延在するボルト孔１８が外軸１０に設けられ、カムエレメント１２は、外軸１０の上に固定的に配置されるカムエレメント２３の位相位置に対する内軸１１の回転によって、回転可能である。それによって、内燃機関のバルブタイミング、たとえば吸気弁および排気弁のタイミングは、互いとは別に調整可能である。

カムシャフト軸２２方向の軸方向延長成分と円周方向に伸びる延長成分とを備える螺旋経路を有する導油溝１４が、外軸１０に示される。カムシャフト軸２２方向の着座部分１６の幅が一点鎖線で示され、ここで、着座部分１６の幅は、外軸１０の外面１３とカムエレメント１２との間の滑り軸受ギャップの幅に対応する。これは、図２に示されるように、導油溝１４が、着座部分１６の全幅を超えて延在し、露出溝部１５によってこれを超えて伸びることを示す。結果として、外軸１０の外面１３に付着する油は、露出溝部１５を通って導油溝１４に入ることが可能であり、場合によっては、カムシャフト１の回転方向に応じて、ある露出溝部１５は潤滑油の導油溝１４への流入に役立ち、別の露出溝部１５は潤滑油の導油溝１４からの流出に役立つ。

図３および４は、カムシャフト１のさらなる例示的な実施形態を示す。図３は、２つの導油溝１４を有する外軸１０の一部を示し、外軸１０は、図４によるカムシャフト１の詳細図に同様に表される導油溝１４を有する。外軸１０の外面１３に作られる導油溝１４は、反対方向に伸びる螺旋経路を有し、露出溝部１５は、外軸１０上のカムエレメント１２の側領域で横に続く。カムシャフト１の回転により、潤滑油は、露出溝部１５を通って第１の導油溝１４および第２の導油溝１４の両方に入ることが可能であり、次に、カムシャフト軸２２まわりのカムシャフト１の回転方向を示すそれらの露出溝部１５を通って、螺旋回転の方向に入ることが可能である。それによって、スクープ作用が使用され、潤滑油は、導油溝１４内を流れることができる。同時に、カムエレメント１２と外軸１０との間の滑り軸受に潤滑油を供給するために、導油溝１４からの潤滑油は、着座部分１６の全幅の滑り軸受ギャップに移行可能である。

斜視図の図５および６はそれぞれ、外軸１０の外面１３における導油溝１４のさらなる例示的な実施形態を示し、導油溝１４は、カムシャフト１の長手方向に、カムシャフト軸２２と平行に伸びる。図５は、外軸１０に作られるボルト孔１８が導油溝１４の配置から少し離れて配置されることを示し、その結果、潤滑油は、ボルト孔１８から直接、導油溝１４に入ることができず、同様に、潤滑油は、導油溝１４から直接、ボルト孔１８に移ることはできない。導油溝１４の端部は露出溝部１５として開き、潤滑油が露出溝部１５を通って導油溝１４に移ることを可能とするために、カムエレメント１２と外軸１０との間の滑り軸受ギャップの横で終わる。

表示は、内燃機関のシリンダヘッドで滑り軸受によって取り付けることができるカムシャフト１を示す。滑り軸受（図示せず）は、外軸１０を介してカムシャフト１を支持してもよく、滑り軸受は静圧軸受胴の油ダクトによって潤滑油が供給されることがある。ここで、潤滑油は、滑り軸受部分へと横に流出してもよく、さらに、回転可能に固定される方法で、内軸１１に連結されるカムエレメント１２に隣接して滑り軸受を配置し、その結果、露出溝部１５が突出する、外軸１０の外面１３の領域に、より多くの潤滑油が提供されることは、本発明の目的に好適であるとわかる。結果として、潤滑油は、シリンダヘッドにカムシャフト１に取り付ける滑り軸受から露出溝部１５を経由して、および、外軸１０の外面１３上の潤滑油の移動によって導油溝１４に移ることがより可能となる。

図７および８は、断面図（図７）および斜視図（図８）において、粗面仕上げ１９を有する外軸１０の外面１３を示す。粗面仕上げ１９は、たとえば、レーザ加工処理、ホーニング処理、電子ビーム処理、または、エッチング処理によって、外軸１０の外面１３に、またカム穴の内面にも作られてもよく、特に微小空洞２４を生成する。外面１３に微小空洞２４を生成することによって、外面１３上の潤滑油の付着は改善され、外軸１０の外面１３とカムエレメント１２のカム穴との間の潤滑膜は安定する。

図９は、チャネルの形をした、他の形態の粗面仕上げ２０を示し、外軸１０の断面に示されている。チャネル２０は、たとえば、ホーニング処理または切削製造処理によって、面に作られてもよい。

図１０は、本カムシャフトに導入される、粗面仕上げ２１を有する外面１３の図を一例として示し、図１０ａのテクスチャリングは、断面Ｉ−Ｉの線に沿って表されている。粗面仕上げ２１は半円形の空胴を有し、外面１３の部分で縦に延在する。このような粗面仕上げ２１も、レーザ加工処理、ホーニング処理、電子ビーム処理、または、エッチング処理によって、外面１３に作られる可能性があり、同様に、滑り軸受ギャップの潤滑のために多くの潤滑油を蓄えるための、微小潤滑油溜めの形成に役立つ。粗面仕上げ１９が、示されていない方法で、外面１３の導油溝１４に付けられても、または、これらに隣接して配置されてもよく、その結果、潤滑油は、導油溝１４から粗面仕上げ２１に移ることができる。

その性能において、本発明は、上記の好ましい例示的な実施形態に限定されず、代わりに、多数の変形例が可能であり、基本的に異なる種類の実施形態において示される解決方法さえ使用する。請求項、説明、または設計詳細もしくは空間配置を含む図面に従うすべての特徴および／または利点は、それら自身およびさまざまな組合せの両方において、本発明に不可欠である。

１ カムシャフト
１０ 外軸
１１ 内軸
１２ カムエレメント
１２ａ カムフランジ
１３ 外面
１４ 導油溝
１５ 露出溝部
１６ 着座部分
１７ ボルト
１８ ボルト孔
１９ 粗面仕上げ
２０ 粗面仕上げ
２１ 粗面仕上げ
２２ カムシャフト軸
２３ カムエレメント
２４ 微小空洞

Claims (10)

1. 外軸（１０）と、前記外軸（１０）に同心円状に伸びて、その中に回転可能に取り付けられる内軸（１１）とを有し、
   少なくとも１つのカムエレメント（１２）が、前記外軸（１０）の外面（１３）上に回転可能に支持されて、滑り軸受ギャップを形成し、
   前記カムエレメント（１２）が、回転可能に固定される方法で前記内軸（１１）に連結される、内燃機関の弁装置のための調整可能なカムシャフト（１）において、
   少なくとも１つの導油溝（１４）が、前記導油溝（１４）が前記滑り軸受ギャップの少なくとも軸方向の幅全体に形成されて、前記カムエレメント（１２）の少なくとも一方側の露出溝部（１５）によって前記滑り軸受ギャップの外に導かれるような位置および軸方向の長さで、前記外軸（１０）の前記外面（１３）において作られる、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
2. 請求項１に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   前記導油溝（１４）が、前記カムシャフト（１）が延在する方向に伸びること、および／または、
   軸方向延長成分と円周方向に伸びる延長成分とを有する前記導油溝（１４）が、前記外軸（１０）の前記外面（１３）において螺旋状に伸びること、
   を特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
3. 請求項１または２に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   螺旋回転の第１の方向を有する第１の導油溝（１４）、および、螺旋回転の前記第１の方向と反対の螺旋回転の第２の方向を有する少なくとも第２の導油溝（１４）が、前記外軸（１０）上のカムエレメント（１２）の着座部分（１６）に形成される、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   前記導油溝（１４）が、前記カムエレメント（１２）の前記２つの側のそれぞれの露出溝部（１５）によって、前記滑り軸受ギャップの外に導かれる、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   前記内軸（１１）を通って、かつ前記外軸（１０）に作られる少なくとも１つのボルト孔（１８）を通って横断的に延在し、前記カムエレメント（１２）の少なくとも一端に着座するボルト（１７）が、前記カムエレメント（１２）の回転可能に固定される前記内軸（１１）への連結に提供され、
   少なくとも１つの前記導油溝（１４）が、前記外軸（１０）の前記ボルト孔（１８）の配置から少し離れて伸びる、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   前記カムエレメント（１２）が、カムフランジ（１２ａ）を備え、
   前記滑り軸受ギャップの前記軸方向の幅がまた、前記カムフランジ（１２ａ）の幅によって決定される、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   特に前記導油溝（１４）が前記露出溝部（１５）から前記滑り軸受ギャップに向けて先細りになるような、全長にわたって変化する断面を前記導油溝（１４）が有する、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   特に、前記外軸（１０）の前記外面（１３）と前記カム穴の前記内面との間の潤滑膜形成の負荷能力が改善されるような粗面仕上げ（１９、２０、２１）が、前記外軸（１０）の前記外面（１３）上および／または前記カム穴の前記内面上に設けられる、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
9. 請求項８に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
   前記粗面仕上げ（１９、２０、２１）が、前記外軸（１０）の前記外面（１３）および／または前記カム穴の前記内面に、レーザ加工処理、ホーニング処理、電子ビーム処理、もしくは、エッチング処理によって生成される、
   ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。
10. 請求項８または９に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
    前記粗面仕上げ（１９、２０、２１）が、前記カムシャフト（１）の縦方向の範囲に対して、軸方向に、円周方向に、螺旋状に、または、網目状に伸びるように形成される、
    ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

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