JP2017534018A - 内燃機関のガス交換バルブを作動させるためのバルブトレイン - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関のガス交換弁を作動させるためのバルブトレイン（１）に関し、バルブトレイン（１）が、第１のシャフト軸線（１１）内で回転可能であるように受けられる第１のカムシャフト（１０）と、第２のシャフト軸線（２１）内で回転可能であるように受けられる第２のカムシャフト（２０）とを備え、少なくとも一方のカムシャフト（１０，２０）が、調整可能なカムシャフト（１０，２０）として構成され、内側シャフト（１３，２３）が回転可能であるように内部に受けられる外側シャフト（１２，２２）を備え、少なくとも一方のカムシャフト（１０，２０）が、駆動手段（２）を介して、内燃機関のクランクシャフト（３）に駆動連結され、少なくとも一方の内側シャフト（１３，２３）が、カムシャフト（１０，２０）の少なくとも一方の外側シャフト（１２，２２）の位相位置に対してその位相位置を変更させることができる、位相シフト部材（３０）が設けられる。本発明によれば、位相調整部材（３０）が、両方のシャフト軸線（１１，２１）から離隔された配置を含むことが提供される。【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関のガス交換バルブを作動させるためのバルブトレインに関し、このバルブトレインは、第１のシャフト軸線内で回転可能であるように受けられる第１のカムシャフトと、第２のシャフト軸線内で回転可能であるように受けられる第２のカムシャフトとを備え、少なくとも一方のカムシャフトが、調整可能なカムシャフトとして構成され、内部シャフトが回転可能であるように内部に受けられる外側シャフトを備え、少なくとも一方のカムシャフトが、駆動手段を介して、内燃機関のクランクシャフトに駆動連結され、少なくとも一方の内側シャフトの位相位置が、少なくとも一方のカムシャフトの外側シャフトの位相位置に対して変更され得る位相シフト部材が設けられている。

独国特許第１０ ２００６ ０４９ ２４３号明細書は、第１のカムシャフトおよび第２のカムシャフトを備える内燃機関のガス交換バルブを作動させるためのバルブトレインを記載し、カムシャフトは互いに平行に配置され、調整可能なカムシャフトとして構成される。したがって、両方のカムシャフトは外側シャフトを有し、各場合に１つの内側シャフトが回転可能であるように内部に受けられる。固定カムは、外側シャフトの外側に取り付けられ、固定カムは、外側シャフトと共に回転するように外側シャフトに固定して結合され、更に、調整可能なカムが外側シャフトに受けられ、調整可能なカムは、内側シャフトと共に回転するように、内側シャフトに固定して結合される。内側シャフトの位相位置が外側シャフトの位相位置に対して調整される場合、調整可能なカムは固定カムに対して回転し、その結果、例えば入口バルブおよび出口バルブの制御時間が、互いに対して変更され得る。

調整可能なカムシャフトの外側シャフトは、内燃機関のクランクシャフトによって駆動手段を介して一緒に駆動され、その結果、２つの外側シャフトの互いに対する位相位置を変更することができない。位相シフト部材が、２つのカムシャフトの一方の上に、その端部側に着座し、位相シフト部材によって外側シャフトの位相位置に対して内側シャフトの位相位置を変更することができる。位相シフト部材がカムシャフトの端部側に配置される場合、不都合な仕方で、カムシャフトの構造上の複雑性がかなり増加する。位相シフト部材は、通常、液圧で作動され、位相シフト部材に隣接する平面軸受を介して通常は発生するカムシャフトの回転運動によって、位相シフト部材が共に回転する結果として、流体導出が生成されなければならない。ここで、外側シャフトおよび／または内側シャフトの荷重支承断面は、複数のオイルダクトによって弱体化され、加えて、位相シフト部材の配置のために、カムシャフトの端部側に、相当する量の設置空間が設けられなければならない。特に、内燃機関のシリンダヘッド内のダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣとして知られている）の場合、位相シフト部材の配置のための設置空間は大きく制限されることが多い。その結果として、特にＤＯＨＣバルブトレインとして構成されたバルブトレインを形成するための構造上および構成上の複雑さを単純化し、設置空間の点で最小限に、それを構成することが望ましい。

独国特許第１０ ２００６ ０４９ ２４３号明細書

本発明の目的は、内燃機関のガス交換バルブを作動させるための２つのカムシャフトを備えるバルブトレインを発展させることであり、このバルブトレインは、少なくとも１つの調整可能なカムシャフトを含み、できる限り小さい設置空間を占めることができる。特に、位相シフト部材を配置および作動させるための改良された構成上の解決策が提供されることになる。

請求項１による前文に従って内燃機関のガス交換弁を作動させるためのバルブトレインから進んで、前記目的は特徴的な特徴と共に達成される。本発明の有利な改良点が、従属請求項の中に明記される。

本発明は、位相シフト部材が両方のシャフト軸線から離隔されている配置を含むという技術的教示を含む。

ここで、本発明は、位相シフト部材をカムシャフトとは離れて配置すること、特に、位相シフト部材が、カムシャフトの一方の内側シャフト上または外側シャフト上に直接配置されないという、一般概念から出発する。むしろ、シフト軸線を含む位相シフト部材は、例えば、両方のシャフト軸線に平行であるが、しかし両方のシャフト軸線から離隔して配置されるように配置されることができる。制御流体が内側シャフトおよび／または外側シャフトを通って送られる必要がなく、特に、対応するダクトを内側シャフトおよび／または外側シャフトの中に設ける必要がないので、これによって、位相シフト部材により簡単に制御流体を装填できるという利点をもたらし、その結果、更に、前記ダクトは荷重支承材料の断面を弱体化させない。本発明は、特に、位相シフト部材が自由に配置され得るという事実によって、上記の問題を解決する。２つのカムシャフトの少なくとも一方に位相シフト部材を結合することができる伝達手段が単に設けられているに過ぎない。

例えば、位相シフト部材は、ステータとロータとを備え、ロータは、流体荷重によってシフト軸線を中心としてステータ内で回転することができる。ここで、ステータおよびロータは、共通のシフト軸線内で回転可能であるように配置されることができ、シフト軸線は、カムシャフトのシャフト軸線から平行に離隔配置されている。本発明は、位相シフト部材がカムシャフトから完全に構造的に分離されて配置されることを基本的に要求しないので、ロータおよび／またはステータは、一方のカムシャフトの少なくとも外側シャフトおよび／または内側シャフトに交差することができる。むしろ、シフト軸線は、単にカムシャフトのシャフト軸線の１つの中に位置しているのではない。

位相シフト部材は、特に有利には、第１の伝達手段を介して少なくとも一方の内側シャフトに作動可能に結合され得る。例えば、伝達手段は、歯車対によって形成されることができるが、伝達手段は、可撓性の駆動手段などによって形成されることもまた可能である。

バルブトレインは、２つの調整可能なカムシャフトで構成することができ、カムシャフトは、それぞれの外側シャフトとそれぞれの内側シャフトを備えることができ、両方の内側シャフトが、特に、第１の伝達手段を介して互いに連結されており、互いに対するそれらの位相位置が変更できないようになっている。特に、両方の内側シャフトは、位相シフト部材に連結されることができ、または位相シフト部材を介して結合されることができる。

第１のカムシャフトの外側シャフトおよび第２のカムシャフトの外側シャフトは、更に有利なことに、駆動手段によって内燃機関のクランクシャフトによって一緒に駆動され得る。その結果、カムシャフトの２つの外側シャフトは、互いに対して同一位相で回転し、２つの内側シャフトは、第１の伝達手段を介して互いに対して同様に連結され、同一位相で回転する。したがって、位相シフト部材を介して２つの内側シャフトの位相位置が、２つの外側シャフトの位相位置に対して変更され得る。

第１の伝達手段は、例えば、位相シフト部材のロータに結合可能であり、位相シフト部材は、第２の伝達手段を介して、一方のカムシャフトの外側シャフトに作動可能に結合され得る。ここで、第２の伝達手段は、位相シフト部材のステータに結合され得る。その結果として、第１の伝達手段を介して伝達される回転運動の位相位置が、第２の伝達手段を介して伝達される回転運動に対して、位相シフト部材の起動によって変更され得る。カムシャフトの２つの内側シャフトの位相位置が、離れて配置された位相シフト部材を介して２つの外側シャフトの位相位置に対して変更され得るという事実に、特別な利点がある。

一修正実施形態によると、第１の伝達手段が位相シフト部材のステータに結合されていることが、更に提供され得る。ここで、第２の伝達手段は、位相シフト部材のロータに結合することも可能である。したがって、第１の伝達手段を介して伝達される回転運動の位相位置は、この変形例によれば、第２の伝達手段を介して伝達される回転運動に対する位相シフト部材の起動によってやはり変更され得る。

例えば、内側シャフトと位相シフト部材との間の第１の伝達手段は、第１の歯車および第２の歯車の各歯車対によって構成され得る。ここで、第１の歯車は、例えば、位相シフト部材のロータに堅固に結合されることができ、カムシャフトの各内側シャフト上に着座する２つの追加の歯車を設けることができる。その結果、内側シャフト上の２つの歯車は、位相シフト部材上の歯車の中に異なる周方向位置で係合し、その結果、２つの内側シャフトは、互いに固定して結合されて、噛合いシステムを介してそれらの位相位置に関して一体に、同期して回転する。

更に、外側シャフトの一方と位相シフト部材との間の第２の伝達手段は、第１の歯車および第２の歯車による歯車対によって形成され得ることが有利である。ここで、例えば、第１の歯車は、位相シフト部材のステータに結合可能であり、第２の歯車は、２つのカムシャフトの一方の外側シャフト上に着座する。特に、追加の第２の歯車が、追加の外側シャフト上に着座することができ、追加の第２の歯車は同様に位相シフト部材上の第１の歯車と係合する。ここでは、一方の外側シャフトだけが、駆動手段を介して内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるだけで十分であり得る。

位相シフト部材のシフト軸線は、カムシャフトのシャフト軸線と千鳥型配列を形成することができる。更に、シフト軸線は、カムシャフトのシャフト軸線と同じ平面内に位置する可能性がある。しかし、千鳥型配列の場合、位相シフト部材の直径が２つのカムシャフトの間隔に影響を及ぼすことなく、カムシャフトが互いからより小さい間隔で配置され得るという利点を利用することができる。

本発明を改良する追加の手段は、単一の図面の本発明の１つの好適な例示的実施形態の説明と共に、以下の本文の中で、より詳細に示されることになる。

ＤＯＨＣの原理に従って構成された、２つの調整可能なカムシャフトを含む内燃機関のガス交換バルブを作動させるためのバルブトレインの概略図を示す。

この図は、内燃機関のガス交換弁を作動させるためのバルブトレイン１の概略図を示しており、バルブトレイン１は、第１のシャフト軸線１１内で回転可能であるように受けられる第１のカムシャフト１０、および第２のシャフト軸線２１内で回転可能であるように受けられる第２のカムシャフト２０を備える。２つのカムシャフト１０，２０は、内燃機関のシリンダヘッド内またはカバーモジュール内に一緒に受けられることが可能である。

例示的実施形態は、２つのカムシャフト１０および２０を調整カムとして示しており、第１のカムシャフト１０が、外側シャフト１２と内側シャフト１３とを備え、内側シャフト１３は、外側シャフト１２内に回転可能に取り付けられている。第２のカムシャフト２０は、外側シャフト２２と内側シャフト２３とを備え、内側シャフト２３も同様に外側シャフト２２内に回転可能に取り付けられている。

固定カム１４、２４は、２つの外側シャフト１２、２２に取り付けられ、固定カム１４、２４は、外側シャフト１２，２２に堅固に結合されて、外側シャフト１２、２２と共に回転する。更に、調整可能なカム１５、２５が、回転可能であるように外側シャフト１２、２２の外側に受けられ、調整可能なカム１５、２５は、内側シャフト１３、２３に固定して結合されて、それらと共に回転する。内側シャフト１３、２３の位相位置が外側シャフト１２、２２の位相位置に対して回転される場合、調整可能なカム１５、２５は、固定カム１４、２４に対してシャフト軸線１１、２１を中心として回転する。

２つの外側シャフト１２、２２は、駆動手段２、例えば、チェーンまたは歯付きベルトを介して一緒に駆動され、駆動ホイール４．１が第１の調整可能なカムシャフト１０の外側シャフト１２上に取り付けられ、追加の駆動ホイール４．２が第２の調整可能なカムシャフト２０の外側シャフト２２に取り付けられる。ここで、駆動手段２は、駆動ホイール４．１および４．２を介して、互いに対して同一の位相位置で両方の外側シャフト１２および２２を一緒に駆動する。駆動はクランクシャフト３を介して行われ、クランクシャフト３は単に図式的に示されている。

位相シフト部材３０は、２つのカムシャフト１０と２０との間に配置され、位相シフト部材３０は、第１のカムシャフト１０の第１のシャフト軸線１１に対して、かつ第２のカムシャフト２０の第２のシャフト軸線２１に対して、離隔配置されているシフト軸線３３を備える。

位相シフト部材３０は、第１の伝達手段３４を介してカムシャフト１０、２０の内側シャフト１３、２３に結合され、第２のカムシャフト２０の外側シャフト２２は、追加の第２の伝達手段３５を介して位相シフト部材３０に結合される。第１の伝達手段３４は、位相シフト部材３０のロータ３２に結合される第１の歯車３４．１によって形成されている。更に、第１の伝達手段３４は、２つの第２の歯車３４．２を備え、第２の歯車３４．２は、カムシャフト１０および２０の各シャフト軸線１１および２１上に着座し、内側シャフト１３および２３に結合される。２つの内側シャフト１３、２３は、内側シャフト１３、２３上の２つの第２の歯車３４．２が第１の歯車３４．１と係合することによって共に回転するように互いに堅固に結合されている。

第２の伝達手段３５は、位相シフト部材３０のステータ３１に結合されている第１の歯車３５．１を備える。更に、第２の伝達手段３５は、第２のカムシャフト２０の外側シャフト２２に結合される第２の歯車３５．２を備えるが、その結合は単に例として示されており、第２の伝達手段３５の第２の歯車３５．２が、第１のカムシャフト１０の外側シャフト１２に同一の方法で結合されることが可能である。

位相シフト部材３０を起動することにより、２つのカムシャフト１０、２０の内側シャフト１３、２３の位相位置が、外側シャフト１２、２２の位相位置に対して変更されることができ、その結果、各調整可能なカム１５、２５の位相位置は、固定カム１４、２４に対してシャフト軸線１１、２１を中心として調整され得る。その結果、両方の調整可能なカムシャフト１０、２０は、離れて配置された位相シフト部材３０によって調整され得る。

例示的な実施形態は、第１の伝達手段３４が位相シフタ３０のロータ３２に連結され、ステータ３１に連結されることもやはり同様に可能であることを示している。ここで、ステータ３１に関連する図示から逸脱して、第２の伝達手段３５もやはり、ロータ３２にやはり結合され得る。

本発明は、位相シフト部材３０へのアクセス可能性が、特に流体経路手段について単純化されるので、位相シフト部材３０の起動を特に簡単な方法で可能にする。更に、カムシャフト１０、２０は、例えば、内側シャフト１３、２３および外側シャフト２２に一体に結合される歯車３４．２および３５．２を単に備えるだけである。その結果、位相シフト部材３０をカムシャフト１０、２０から分離した仕方で離れて構成した結果として、バルブトレインの簡単な構成が得られ、バルブトレイン１が、特に軸方向に、すなわち、シャフト軸線１１、２１に沿った構造的範囲内にコンパクトな構成を含むことを可能にする。特に、２つのカムシャフト１０と２０との間に位置する位相シフト部材３０を配置するために、設置空間が利用され得るという事実によって、限定された設置空間が必要とされる。

本発明の実施は、上記の本文中に特定される、好ましい例示的な実施形態に限定されない。むしろ、本質的に異なるタイプの実施形態の場合であっても、図示される解決策を使用するいくつかの変形形態が考えられる。構造的詳細または空間的配置を含む請求項、説明または図面から明らかであるすべての特徴および／または利点は、それ自体および非常に幅広い様々な組み合わせの両方において、本発明に必須のものであり得る。

Claims (11)

1. 内燃機関のガス交換バルブを作動させるためのバルブトレイン（１）であって、
   第１のシャフト軸線（１１）内で回転可能であるように受けられる第１のカムシャフト（１０）と、
   第２のシャフト軸線（２１）内で回転可能であるように受けられる第２のカムシャフト（２０）とを備え、
   少なくとも一方の前記カムシャフト（１０，２０）が、調整可能なカムシャフト（１０，２０）として構成され、内側シャフト（１３，２３）が回転可能であるように内部に受けられる外側シャフト（１２，２２）を備え、
   少なくとも一方の前記カムシャフト（１０，２０）が、駆動手段（２）を介して、前記内燃機関のクランクシャフト（３）に駆動連結され、
   少なくとも一方の内側シャフト（１３，２３）の位相位置が、前記カムシャフト（１０，２０）の少なくとも一方の外側シャフト（１２，２２）の位相位置に対して変更され得ることによって設けられる位相シフト部材（３０）を備える、バルブトレイン（１）において、
   前記位相シフト部材（３０）が、両方のシャフト軸線（１１，２１）から離隔された配置を含むことを特徴とする、バルブトレイン（１）。
2. 前記位相シフト部材（３０）が、ステータ（３１）およびロータ（３２）を備え、前記ステータ（３１）および前記ロータ（３２）が、共通のシフト軸線（３３）内で回転可能であるように配置され、前記シフト軸線（３３）が、前記カムシャフト（１０，２０）の前記シャフト軸線（１１，２１）から平行に離隔配置されることを特徴とする、請求項１に記載のバルブトレイン（１）。
3. 前記位相シフト部材（３０）が、第１の伝達手段（３４）を介して前記少なくとも一方の内側シャフト（１３，２３）に作動可能に結合されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のバルブトレイン（１）。
4. 両方のカムシャフト（１０，２０）が、調整可能なカムシャフト（１０，２０）として構成され、それぞれの外側シャフト（１２，２２）およびそれぞれの内側シャフト（１３，２３）を備え、両方の内側シャフト（１３，２３）が、第１の伝達手段（３４）を介して互いに連結されており、互いに対するそれらの位相位置が変更できないようになっていることを特徴とする、請求項１から３の一項に記載のバルブトレイン（１）。
5. 前記第１のカムシャフト（１０）の前記外側シャフト（１２）および前記第２のカムシャフト（２０）の前記外側シャフト（２２）が、前記駆動手段（２）によって前記内燃機関の前記クランクシャフト（３）によって一緒に駆動され得る、請求項１から４の一項に記載のバルブトレイン（１）。
6. 前記第１の伝達手段（３４）が、前記位相シフト部材（３０）の前記ロータ（３２）に結合されていることを特徴とする、請求項３から５の一項に記載のバルブトレイン（１）。
7. 前記位相シフト部材（３０）が、第２の伝達手段（３５）を介して前記カムシャフト（１０，２０）のうちの一方のカムシャフトの前記外側シャフト（１２，２２）に作動可能に結合されていることを特徴とする、請求項１から６の一項に記載のバルブトレイン（１）。
8. 前記第２の伝達手段（３５）が、前記位相シフト部材（３０）の前記ステータ（３１）に結合されていることを特徴とする、請求項７に記載のバルブトレイン（１）。
9. 前記内側シャフト（１３，２３）と前記位相シフト部材（３０）との間の前記第１の伝達手段（３４）が、第１の歯車（３４．１）と第２の歯車（３４．２）との対になっている各歯車によって形成されることを特徴とする、請求項３から８の一項に記載のバルブトレイン（１）。
10. 前記外側シャフト（１２，２２）の一方と前記位相シフト部材（３０）との間の前記第２の伝達手段（３５）が、第１の歯車（３５．１）と第２の歯車（３５．２）との対になっている歯車によって形成されることを特徴とする、請求項７から９の一項に記載のバルブトレイン（１）。
11. 前記位相シフト部材（３０）の前記シフト軸線（３３）が、前記カムシャフト（１０，２０）の前記シャフト軸線（１１，２１）と千鳥型配列を形成することを特徴とする、請求項１から１０の一項に記載のバルブトレイン（１）。

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