JP5490862B2 - 内燃機関および内燃機関用動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前提部分に記載した内燃機関に関する。本発明はさらに、請求項９の前提部分に記載した内燃機関用動弁機構に関する。

内燃機関の場合、燃焼室内の充填物運動を最適化するために、可変の動弁機構が使用される。内燃機関のガス交換弁の場合には、この動弁機構によって、異なる弁リフトに調節することができる。特許文献１から、複数の異なるリフトカーブを有するガス交換弁の操作を可能にする動弁機構が知られている。そのために、複数のカム面を有するスライドカムがカム軸上に相対回転しないようにかつ軸方向に摺動可能に軸承されている。このカム面はリフト輪郭を有する。ピンの形をしたアクチュエータがスライドカムを軸方向に摺動させるためにリフト輪郭に係合する。それぞれのガス交換弁において、スライドカムを軸方向に摺動させることによって、異なる弁リフトが生じる。カム軸と相対的にスライドカムを軸方向に摺動した後で、スライドカムはカム軸上のその軸方向相対位置に係止可能である。これは、軸方向相対位置に依存して、カム軸内に収容および支承し、ばねで付勢した少なくとも１個の係止球が、スライドカムの半径方向内側にある面に形成された少なくとも１つの係止溝に係合することによって行われる。この従来技術では、カム軸上でのスライドカムの軸方向相対位置をロックするためのロック装置は、スライドカムの係止凹部と、このスライドカムの係止凹部と協働する少なくとも１個の係止球とによって形成されている。

特許文献２から、動弁機構を備えた内燃機関が知られている。この動弁機構のロック装置は２つの係止要素、すなわち多数の係止凹部を有する第１係止要素と、ばねで付勢された係止球である少なくとも１個の第２係止要素とによって形成されている。第１係止要素はスライドカムの構成部分であり、スライドカムと共にカム軸と相対的に軸方向に移動可能である。特許文献２では、ばねで付勢された第２係止要素または各第２係止要素はカム軸に支持されないで、各カム軸のトンネル軸受のトンネル区間に支持されている。

従来技術によって知られている内燃機関または内燃機関の動弁機構には、軸方向に摺動可能な各スライドカムのために別個のアクチュエータが設けられている点が共通している。これによって、一方では比較的に高い構造的コストが生じ、他方ではこのような解決策は比較的に大きな構造スペースを必要とし、重量が比較的に重くなる。

独国特許第１９６１１６４１Ｃ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０２７９７９Ａ１号明細書

本発明の課題は、構造的コストが低減され、必要な構造スペースが縮小されるように、請求項１の前提部分に記載した内燃機関と、請求項９の前提部分に記載した動弁機構を改良することである。

この課題は請求項１の特徴を有する内燃機関と、請求項９の特徴を有する動弁機構によって解決される。本発明では、各カム軸上に軸方向に摺動可能に軸承されたスライドカムを軸方向に摺動させるために、スライドカムにとって共通の１個のアクチュエータが設けられている。

本発明によって、１つのシリンダグループの複数のシリンダを操作する働きをするカム軸のスライドカムを、共通のアクチュエータによって操作することが提案される。これにより、従来技術と比べて、必要なアクチュエータの数が低減される。これにより、内燃機関または動弁機構の構造的コストが少なくなり、重量が軽減され、そして構造スペースが縮小する。

本発明の有利な第１発展形態では、各カム軸のスライドカムの１つが溝付き滑りガイド区間（Ｋｕｌｉｓｓｅｎａｂｓｃｈｎｉｔｔ）の外周面に形成された少なくとも１つの溝を有する溝付き滑りガイド区間を備えている。スライドカムを軸方向に摺動させるために、アクチュエータがこの溝と協働する。この場合、各カム軸の他のスライドカムは連結装置を介して、アクチュエータと協働する溝付き滑りガイド区間を有するスライドカムに連結されている。本発明のこの有利な発展形態では、カム軸のスライドカムの１つが共通のアクチュエータによって直接操作されて摺動させられる。この場合、他のスライドカムの操作また摺動は連結装置を介して間接的に行われる。この解決策は簡単で信頼性がある。

本発明の有利な第２発展形態では、各カム軸のスライドカムが連結装置を介して連結され、アクチュエータが連結装置を操作し、そして連結装置を介してスライドカムを操作する。本発明の有利な第２発展形態では、アクチュエータは連結装置を直接操作し、連結装置を介してスライドカムを間接的に操作する。この発展形態も構造的に簡単で信頼性がある。

他の特徴および特徴組み合わせは次の記載から明らかになる。本発明の具体的な実施形態が図に簡略化して示してある。次に、この実施形態について詳しく説明する。

内燃機関の動弁機構の第１の実施形態の斜視図である。 図１の動弁機構の分解図である。 図１の動弁機構の詳細を示す。 図１〜３の動弁機構の第１状態を示す。 図１〜３の動弁機構の第２状態を示す。 図１〜３の動弁機構の第３状態を示す。 図１〜３の動弁機構の第４状態を示す。 図１〜３の動弁機構の第５状態を示す。 内燃機関の動弁機構の第２の実施形態の斜視図である。 図９の動弁機構の詳細を示す。

図１〜８は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の動弁機構の異なる見方の図および詳細図である。

図１〜８の動弁機構はカム軸１を備えている。このカム軸は図示していないカム軸軸受を介して内燃機関の図示していないシリンダヘッドに軸受されている。このようなシリンダヘッドはシリンダヘッド下側部分とカム軸ハウジングとから構成することができる。この場合、シリンダヘッド下側部分とカム軸ハウジングは一体に形成してもよい。

図１〜８に示したカム軸１は好ましくは吸気側カム軸であり、この吸気側カム軸は図示していないローラ型ロッカーアームを備えた同様に図示していない内燃機関の吸気弁を開閉制御する働きをする。図示していない内燃機関の排気弁を開閉制御するために、図示していない排気側カム軸が設けられている。内燃機関の吸気弁と排気弁は内燃機関のいわゆるガス交換弁である。

内燃機関のシリンダ当たり、好ましくは２個の吸気弁と２個の排気弁が設けられている。吸気弁は吸気側カム軸によって公知のごとく制御されて操作される。排気弁は排気側カム軸によって公知のごとく制御されて操作される。

吸気側カム軸として形成されている図１に示したカム軸１は、複数のスライドカム２ａ、２ｂ、２ｃを支持している。このスライドカム２ａ、２ｂ、２ｃは回転不能にかつ軸方向に摺動可能にカム軸１上に支持されている。

図示した実施形態では、各スライドカム２ａ、２ｂ、２ｃは２個のカム区間３を備えている。各カム区間３は３つのカム面４を有する。このカム面を介して異なる弁リフトが生じ得る。従って、各スライドカム２ａ、２ｂ、２ｃはそれによって操作すべきガス交換弁のために、複数のカム面４を有する１つのカム区間３を備えている。

図１〜８に図示した実施形態では、スライドカムの１つ、すなわち図示した実施形態におけるスライドカム２ｂは、カム区間３に加えて、カム区間３の間に配置された溝付き滑りガイド区間５を備えている。溝付き滑りガイド区間５の外周面には、少なくとも１つの溝６が形成されている。この溝はこのスライドカム２ｂをカム軸１に沿って軸方向に摺動させるために、アクチュエータ７と協働する。このアクチュエータ７は詳しく示していないアクチュエータピンを備えている。このアクチュエータピンはスライドカム２ｂの溝付き滑りガイド区間５の溝６に挿入可能であり、そして挿入された状態で、スライドカム２ｂが動かぬアクチュエータ７と相対的に回転する結果として、カム軸１上でスライドカム２ｂを軸方向に摺動させる。

このように、アクチュエータ７のアクチュエータピンとスライドカムの溝付き滑りガイド区間５の溝６とが協働する。

図１〜８に示したカム軸１上に配置されたスライドカム２ａ、２ｂ、２ｃを軸方向に摺動させるために、共通のアクチュエータ７がこのスライドカムに付設されており、従って各スライドカム２ａ〜２ｃに独立したアクチュエータは付設されていない。図示したアクチュエータ７はカム軸１上に配置されたすべてのスライドカム２ａ〜２ｃを軸方向に摺動させる働きをする。

図１〜８の実施形態では、図示したアクチュエータ７は、その図示していないアクチュエータピンがスライドカム２ｂの溝付き滑りガイド区間５に形成した溝６と協働することにより、スライドカム２ｂを直接軸方向に摺動させる働きをする。他のスライドカム２ａ、２ｃを間接的に軸方向に摺動させるために、連結装置８が設けられている。この連結装置はアクチュエータ７によって生じた、スライドカム２ｂの直接的な摺動を、他のスライドカム２ａ、２ｃに伝達する。従って、スライドカム２ａ、２ｃは連結装置８を介してスライドカム２ｂに連結されている。この場合、連結装置８は連結ロッド９を備えている。この連結ロッド９はシフトフォーク１０を介して、アクチュエータ７によってカム軸１上で軸方向に直接摺動させることができるスライドカム２ｂに固定連結されている。それによって、スライドカム２ｂの軸方向摺動は連結装置８の連結ロッド９の軸方向摺動を生じる。

スライドカム２ｂと連結ロッド９の軸方向摺動をスライドカム２ａ、２ｃに伝達するために、それぞれ１個の溝付き滑りガイド１１が、間接的に摺動すべきスライドカム２ａ、２ｃのための連結装置８の連結ロッド９に連結されている。この溝付き滑りガイドはその都度他のスライドカム２ａ、２ｃに付設された突起１２と協働する。連結装置８の溝付き滑りガイド１１は輪郭１３を有する。スライドカム２ａまたは２ｃを介して突起１２が回転するときに、各スライドカム２ａまたは２ｃの各突起１２は、連結装置８の軸方向移動に依存して上記輪郭に沿って滑動し、カム軸１上での各スライドカム２ａまたは２ｃの軸方向摺動を生じる。

スライドカム２ａ、２ｃの突起１２は、スライドカム２ａ、２ｃの位相をずらした軸方向摺動を保証するために、周方向に見て互いにずれている。スライドカム２ａ、２ｃの軸方向摺動は、互いに位相がずれているだけでなく、アクチュエータ７を介して直接軸方向に摺動させることができるスライドカム２ｂに対しても位相がずれている。

スライドカム２ａ、２ｃの軸方向摺動は、アクチュエータ７によるスライドカム２ｂの直接的な軸方向摺動から出発して、連結装置８を介して間接的に行われ、その際スライドカム２ａ、２ｃのカム区間３のいわゆるカムヒール部分の間で、スライドカム２ａ、２ｃの摺動が行われる。カム区間３のカムヒール部分は、異なるカムのためのカム面４が延在しているカム区間３の領域の外に延在している。

図４〜８は図１〜３の動弁機構の作用を示している。この場合、図４には、アクチュエータ７が作動していない動弁機構の出発位置が示してある。この出発位置では、スライドカム２ａ、２ｂ、２ｃはカム軸１上で所定の相対位置を占める。この相対位置では、スライドカム２ａ〜２ｃのカム区間３のカム面４の１つを介して、操作すべきガス交換弁に所定の弁リフトが生じる。

この弁リフトを変更すべきであるときには、アクチュエータ７が作動させられ、それによって図示していないアクチュエータピンがスライドカム２ｂの溝付き滑りガイド区間５の溝６に入り、カム軸１の回転、ひいてはカム軸１と相対回転不能に配置されたスライドカム２ｂの回転がカム軸１上でのスライドカム２ｂの軸方向移動を生じる。カム軸１上でのスライドカム２ｂのこの軸方向摺動は、図５において矢印１４によって示してある。アクチュエータ７によるスライドカム２ｂのこの軸方向摺動は、スライドカム２ｂと連結装置８の連結ロッド９の固定連結によって、同様に連結ロッド９の軸方向摺動を生じる。連結ロッド９の軸方向摺動は図５において矢印１５によって示してある。この場合、連結ロッド９に固定連結された連結装置８の溝付き滑りガイド１１も軸方向に摺動させられる。

この軸方向摺動の後で、スライドカム２ｂの軸方向摺動が位相をずらしてスライドカム２ａ、２ｃに伝達される。すなわち、先ず最初にスライドカム２ａに伝達され、続いてスライドカム２ｃに伝達される。

図６に示すように、矢印１６によって示したカム軸１の回転と、スライドカム２ａに付設された連結装置８の溝付き滑りガイド１１の軸方向摺動とにより、スライドカム２ａの突起１２は溝付き滑りガイド１１の輪郭１３に接触し、輪郭に沿って移動する。それによって、図７において矢印１７によって示したスライドカム２ｂの軸方向摺動が生じる。

カム軸１をさらに回転すると、図８の矢印１８のように、スライドカム２ｃがカム軸１上で軸方向に摺動する。すなわち、一方ではスライドカム２ａに対して位相をずらされて、他方ではスライドカム２ｂに対して位相をずらされて、スライドカム２ｃが摺動する。すなわち、スライドカム２ｃの突起１２がスライドカム２ｃに付設された溝付き滑りガイド１１の輪郭１３と協働することによって、スライドカム２ｃが摺動する。

従って、図１〜８の実施形態では、カム軸１のスライドカムの１つ、図示した実施形態では中央のスライドカム２ｂが、アクチュエータ７と直接協働して、アクチュエータ７によって軸方向に摺動させられる。スライドカム２ｂのこの軸方向摺動は連結装置８を介して連続して位相をずらして他のスライドカム２ａ、２ｃに伝達可能である。すなわち、先ず最初にスライドカム２ａに、続いてスライドカム２ｃに伝達可能である。

スライドカム２ｂの軸方向摺動はアクチュエータ７によって直接的に行われ、スライドカム２ａ、２ｃの軸方向摺動はアクチュエータ７から出発して連結装置８を介して間接的に行われる。

図９と１０は本発明の第２の実施形態による内燃機関の動弁機構を示している。この場合、次に、不要な繰り返しを避けるために、図１〜８の実施形態と異なる図９と１０の実施形態の細部についてのみ言及する。

図９と１０の実施形態では、アクチュエータ７は、連結装置８の連結ロッド９をカム軸１と相対的に軸方向に移動させるために、連結ロッドを直接操作する。スライドカム２ａ、２ｂ、２ｃはすべて、アクチュエータ７によって間接的にカム軸１上を軸方向に摺動させられる。すなわち、連結装置８を介して摺動させられる。この連結装置はその軸方向移動をスライドカム２ａ、２ｂ、２ｃに伝達する。

スライドカムの１つ、図９では中央のスライドカム２ｂは連結装置８のシフトフォーク１０を介して連結装置８に固定連結されている。それによって、連結ロッド９の軸方向移動は先ず最初にスライドカム２ｂに伝達される。これに対して位相をずらして、連結ロッド９の軸方向摺動がスライドカム２ａ、２ｃにも伝達される。すなわち、さらに連結装置８の溝付き滑りガイド１１を介して伝達される。この場合、外側の両スライドカム２ａ、２ｃにはそれぞれ、このような溝付き滑りガイド１１が付設されている。

図９と１０の実施形態では、スライドカム２ａ、２ｂ、２ｃは図１〜８の実施形態の溝６を有する溝付き滑りガイド区間５を備えていない。スライドカム２ａ〜２ｃは専らカム面４を有するカム区間３を備えている。

いわゆるカムヒール部分でのスライドカムの軸方向摺動を保証するために、図１０では、摺動防止ロッド１９がカム軸１と相対回転不能にカム軸１内に配置されている。摺動防止ロッド１９は溝付き滑りガイド区間２０を備えている。この溝付き滑りガイド区間は摺動防止ロッド１９と共にカム軸１内に配置されている。すなわち、カム軸１内に同心的に配置されている。既に説明したように、摺動防止ロッド１９はカム軸１と一緒に回転する。

スライドカム２ｂには穴２１が付設されている。ピン２２が半径方向外側からこの穴を通って延在している。すなわち、ピン２２がスライドカム２ｂの穴２１を通過し、カム軸１の長穴２３内に挿入されている。その際、ピン２２は摺動防止ロッド１９の溝付き滑りガイド区間２０の異なる案内輪郭と協働し、しかも摺動防止ロッド１９がカム軸１内でどの軸方向位置を占めているかに依存して、異なる案内輪郭と協働する。

摺動防止ロッド１９カム軸１内に相対回転しないように配置されているが、連結装置８の連結ロッド９と共にカム軸１内で軸方向に移動可能である。そのために、摺動防止装置１９が連結装置８の連結ロッド９に連結されているので、連結ロッド９と摺動防止ロッド１９がアクチュエータ７を介して同時に軸方向に摺動可能である。

摺動防止ロッド１９の溝付き滑りガイド区間２０はいわゆるカムヒール部分の間においてのみカム軸１上でスライドカム２ｂの摺動を許容する。

カム軸１のスライドカムを軸方向に摺動させるために、共通の１個のアクチュエータ７が設けられている点が、図１〜８と図９、１０の両実施形態に共通している。それによって、必要なアクチュエータの数を減らすことができる。これは内燃機関または内燃機関用動弁機構の構造的コストの低減、軽量化、構造スペース縮小およびコスト低減を生じる。

１ カム軸
２ａ スライドカム
２ｂ スライドカム
２ｃ スライドカム
３ カム区間
４ カム面
５ 溝付き滑りガイド区間
６ 溝
７ アクチュエータ
８ 連結装置
９ 連結ロッド
１０ シフトフォーク
１１ 溝付き滑りガイド
１２ ピン
１３ 輪郭
１４ 軸方向摺動
１５ 軸方向摺動
１６ 回転
１７ 軸方向摺動
１８ 軸方向摺動
１９ 摺動防止ロッド
２０ 溝付き滑りガイド区間
２１ 穴
２２ ピン
２３ 長穴

Claims (6)

1. １つのシリンダグループの複数のシリンダのガス交換弁を操作するために、回転可能に軸承された少なくとも１本のカム軸（１）が設けられ、前記各シリンダのために１個のスライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）が前記カム軸上に軸方向に摺動可能に配置されている、前記複数のシリンダを備えた内燃機関において、
   前記各カム軸（１）上に軸方向に摺動可能に軸承された前記スライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）の軸方向摺動を生じるために、前記スライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）にとって共通の１個のアクチュエータ（７）が設けられ、
   前記各カム軸（１）の前記スライドカムの１個（２ｂ）が、溝付き滑りガイド区間（５）を備え、この溝付き滑りガイド区間（５）がその外周面に形成された少なくとも１つの溝（６）を有し、このスライドカム（２ｂ）の軸方向摺動を生じるために、前記アクチュエータ（７）が前記溝と協働し、
   前記各カム軸（１）の他のスライドカム（２ａ、２ｃ）が連結装置（８）を介して前記スライドカム（２ｂ）に連結され、前記アクチュエータ（７）がこのスライドカム（２ｂ）の溝付き滑りガイド区間（５）と協働し、
   前記連結装置（８）が連結ロッド（９）を備え、この連結ロッドが前記アクチュエータ（７）によって直接摺動可能な前記スライドカム（２ｂ）にシフトフォーク（１０）を介して固定連結され、連結装置（８）が他の前記スライドカム（２ａ、２ｃ）の各々のために、前記連結ロッド（９）に固定連結された溝付き滑りガイド（１１）を備え、この溝付き滑りガイドが前記他の各スライドカム（２ａ、２ｃ）を間接的に軸方向に摺動させるために、前記他の各スライドカム（２ａ、２ｃ）に付設された突起（１２）と協働することを特徴とする内燃機関。
2. 前記他のスライドカム（２ａ、２ｃ）の前記突起（１２）が周方向に見て互いにずれていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記各カム軸（１）の前記スライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）が連結装置（８）を介して連結されていることと、前記アクチュエータ（７）が前記連結装置（８）を操作し、かつ前記連結装置（８）を介して前記スライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）を操作することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記連結装置（８）が連結ロッド（９）を備え、この連結ロッドが前記アクチュエータ（７）によって直接軸方向に摺動可能であり、前記連結ロッドが、前記アクチュエータ（７）と前記連結装置（８）を介して各カム軸の前記スライドカムの１個（２ｂ）を間接的に摺動させるために、シフトフォーク（１０）を介してこのスライドカム（２ｂ）に固定連結され、前記他の各スライドカム（２ａ、２ｃ）のための前記連結装置（８）が前記連結ロッド（９）に固定連結された溝付き滑りガイド（１１）を備え、この溝付き滑りガイドが、前記アクチュエータ（７）と前記連結装置（８）を介して前記他の各スライドカム（２ａ、２ｃ）を同様に間接的に軸方向に摺動させるために、前記他の各スライドカムに付設された突起（１２）と協働することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記カム軸（１）と相対的に回転不能にかつ前記連結ロッド（９）と共に前記カム軸と相対的に軸方向に摺動可能に、摺動防止ロッド（１９）が前記カム軸（１）内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. １つのシリンダグループの複数のシリンダのガス交換弁を操作するために、回転可能に軸承された少なくとも１本のカム軸（１）を備え、前記各シリンダのために１個のスライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）が前記カム軸上に軸方向に摺動可能に配置されている、内燃機関のための動弁機構において、
   前記各カム軸（１）上に軸方向に摺動可能に軸承された前記スライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）の軸方向摺動を生じるために、前記スライドカム（２ａ、２ｂ、２ｃ）にとって共通の１個のアクチュエータ（７）が設けられ、
   前記各カム軸（１）の前記スライドカムの１個（２ｂ）が、溝付き滑りガイド区間（５）を備え、この溝付き滑りガイド区間（５）がその外周面に形成された少なくとも１つの溝（６）を有し、このスライドカム（２ｂ）の軸方向摺動を生じるために、前記アクチュエータ（７）が前記溝と協働し、
   前記各カム軸（１）の他のスライドカム（２ａ、２ｃ）が連結装置（８）を介して前記スライドカム（２ｂ）に連結され、前記アクチュエータ（７）がこのスライドカム（２ｂ）の溝付き滑りガイド区間（５）と協働し、
   前記連結装置（８）が連結ロッド（９）を備え、この連結ロッドが前記アクチュエータ（７）によって直接摺動可能な前記スライドカム（２ｂ）にシフトフォーク（１０）を介して固定連結され、連結装置（８）が他の前記スライドカム（２ａ、２ｃ）の各々のために、前記連結ロッド（９）に固定連結された溝付き滑りガイド（１１）を備え、この溝付き滑りガイドが前記他の各スライドカム（２ａ、２ｃ）を間接的に軸方向に摺動させるために、前記他の各スライドカム（２ａ、２ｃ）に付設された突起（１２）と協働することを特徴とする動弁機構。

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