(57)【要約】本発明は、強制開閉バルブ駆動機構を備える内燃機関のバルブ駆動機構に関する。柔軟な細長片がカムの周囲に巻かれ、バルブシャフトに回転可能に接続されている。本発明によれば、前記細長片は、３つの平行回転軸を備える接続要素によってバルブシャフトに接続され、これらの回転軸の２つは細長片の端に接続され、３番目はバルブシャフトへの回動軸である。好ましくは、２つの回動軸間の接続要素の曲率半径は、カムの最小の正曲率半径に本質的に対応する。
2005529271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の内燃機関用のバルブ駆動機構（１）であって、少なくとも１つの被駆動カム（５）を有し、該カム（５）によって変位可能または枢動可能なバルブ作動要素（２）を有し、前記カム（５）は柔軟な巻付け要素（１１）内に回転可能に配置され、カムの回転軸（８）と平行に配置される回転軸（１５）を有する接続要素（１２）を有し、前記バルブ作動要素（２）は前記回転軸（１５）によって前記巻付け要素（１１）に回転可能に接続されるバルブ駆動機構において、
前記接続要素（１２）は前記回転軸（１５）と平行に配置される２つのさらなる回転軸（１３、１４）を有し、該回転軸（１３、１４）の各々に、開口設計されている前記巻付け要素（１１）の一端が取り付けられることを特徴とするバルブ駆動機構（１）。
【請求項２】
前記接続要素（１２）は、２つの側部（１６、１７）から形成され、該側部（１６、１７）は実質的に平坦で、互いに平行に配置され、前記側部（１６、１７）と直行して配置される前記回転軸（１５）および前記２つの回転軸（１３、１４）によって、互いに接続されることを特徴とする請求項１に記載のバルブ駆動機構。
【請求項３】
前記接続要素（１２）の前記側部（１６、１７）の前記カム（５）に割り当てられる曲率半径は、前記カム（５）の最小の正曲率半径と実質的に対応することを特徴とする請求項１に記載のバルブ駆動機構。
【請求項４】
前記開いた巻付け要素（１１）の前記端部が前記各回転軸（１３、１４）に巻き込まれるかまたはそこから巻き戻されることが可能であるように、前記回転軸（１３、１４）は具体化されることを特徴とする請求項１に記載のバルブ駆動機構。
【請求項５】
前記回転軸（１５）および前記回転軸（１３、１４）は、取付け状態において、前記回転軸（１３、１４）が前記回転軸（１５）よりもカムの前記回転軸（８）から短い半径方向の距離を有するように、前記接続要素（１２）に配置されることを特徴とする請求項１に記載のバルブ駆動機構。
【請求項６】
前記巻付け要素（１１）は、有限の金属性繋ぎ帯片として具体化されることを特徴とする請求項１に記載のバルブ駆動機構。
【請求項７】
前記回転軸（１３、１４）はそれぞれスロット（２１）を有し、該スロット（２１）を通して、前記巻付け要素（１１）は案内され、摩擦係止によって前記回転軸（１３、１４）に接続されることを特徴とする請求項６に記載のバルブ駆動機構。
【請求項８】
前記回転軸（１３、１４）は、前記スロット（２１）の入口領域において丸められた輪郭を有することを特徴とする請求項７に記載のバルブ駆動機構。
【請求項９】
前記巻付け要素（１１）は、加硫された繋ぎ線（２９）を有するポリマー繋ぎベルトとして具体化されることを特徴とする請求項１に記載のバルブ駆動機構。
【請求項１０】
前記巻付け要素（１１）は、前記接続要素（１２）の前記回転軸（１３、１４）への取り付けのために、前記開口部に軸受部分（２７、２８）を有することを特徴とする請求項９に記載のバルブ駆動機構。
【請求項１１】
充填材料または減衰材料が設けられている領域（３０）が、前記軸受部分（２７、２８）と前記繋ぎ線（２９）との間に設けられることを特徴とする請求項１０に記載のバルブ駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１の前文に記載される、特に、自動車の内燃機関用の強制開閉バルブ駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
デスモドロミック・バルブ駆動方式と呼ばれる強制開閉バルブ駆動機構は、カム要素が柔軟な巻付け要素内に回転可能に配置され、巻付け要素は、カム要素の回転軸と直交する面内で移動可能なバルブに接続される。巻付け要素は、ここで、主にバルブの閉操作を行なう。
【０００３】
特許文献１は、特に自動車の内燃機関用の一般的な形式の強制開閉バルブ駆動機構を開示している。このバルブ駆動機構は、被駆動カムシャフトと、カムシャフトによって変位可能または枢動可能なバルブ作動要素と、柔軟な巻付け要素とを有している。カム要素は、巻付け要素内に回転可能に配置されている。巻付け要素は、ジョイントによって、カム要素の回転軸と直交する面内において、移動可能となるように、バルブ作動要素にも接続されている。
【０００４】
基本的に、このようなバルブ駆動機構に関連する以下の技術的な問題が生じている。連続的な巻付け要素とカムの表面との間の距離は、いかなる所望のカム角度であっても同じであるべきである。もし、例えば、接続の種類および方法によって、この距離が変動すると、カムに対する巻付け要素の位置に依存して、巻付け長さが異なってくる。ここで、巻付け長さが変動する程度は、カムの輪郭、バルブ接続の種類、および結果として生じる巻付け要素とカムの表面との間の距離に直接的に依存する。
【０００５】
巻付け要素へのジョイントの取付けによって、さらなる問題が引き起こされる。カムの所望の伝達機能、および関連するバルブストロークや加速度に依存して、ジョイントの往復運動がカムの回転ごとにいくらか異なり、その結果、ジョイントの周囲に片寄った転動が生じる。勿論、この転動は、巻付け要素が短くなることを意味している。これによって、その短縮がカムと巻付け要素間に許容されている遊びよりも大きくなるやいなや、巻付け要素はカムに対する動きが阻止される。
【０００６】
さらに、転動の結果として、大きな屈曲作用が巻付け要素に加えられ、磨耗を増大させる。
【０００７】
【特許文献１】国際公開  第０１／１２９５８号  明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、改良された強制開閉バルブ駆動機構であって、巻付け要素が自己固着するのを確実に防ぐことができ、同時に巻付け要素の長さの部分的な補償をカム要素に関する各位置の作用として確実に行なうことができるバルブ駆動機構を設けることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本目的は、特許請求項１の特徴部分において特定される特徴によって達成される。
【００１０】
巻付け要素とバルブ作動要素との間に、バルブ作動要素用の回転軸とは別に接続要素を巻付け要素に固定するための２つの回転軸がさらに設けられる接続要素を用いることによって、開いた巻付け要素を用いることができる。さらに、操作中、巻付け要素を回転軸内に部分的に巻き戻し、または巻き込むことができる。その結果、バルブ駆動機構の自己固着を防ぎ、巻付け要素の長さを極めて一定に保って、バルブ駆動機構を操作することが可能になる。また、回転軸への巻き込みまたはそこからの巻き戻しは、巻付け長さの変動を小さくする。これは、巻付け要素とカムとの間の均一な潤滑ギャップを形成し、その結果として、流体潤滑を確保するための必須条件である。
【００１１】
接続要素を２つの側部とそれらの間に配置される３つの回転軸から構成することが、非常に簡素な設計を可能にする。
【００１２】
接続要素の曲率半径をカムの可能な最小の曲率半径に適応させることが、接続要素を可能な限りぴったりとカムに適合させ、その結果、巻付け要素の変動をさらに低減することができる。
【００１３】
接続要素の回転軸にスロットを設け、巻付け要素の開端をそのスロットを通して案内し、かつ次に固定することによって、単純かつ効率的な取付け方法が提供される。スロットの入口領域に丸められた輪郭を付けることが、巻付け要素の磨耗を低減する。
【００１４】
加硫された繋ぎ線を有するポリマー繋ぎベルトを用いることによって、可変巻付け長さを巻付け要素の伸張能力に基づいて補償することができる。
【００１５】
さらなる利点は、説明と特許請求の範囲から明らかになる。以下、本発明の２つの例示的実施形態を概略的な形態で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１において、強制開閉タイプのバルブ駆動機構１の全体が示されている。内燃機関内におけるこのようなバルブ駆動機構１の構造は当業者にとって一般的に知られているので、さらに詳細には説明しない。バルブ駆動機構１は、傘部３およびバルブステム４を有するバルブ作動要素２を有している。さらに、バルブ駆動機構１は、バルブ作動要素２を作動させるために設けられるカム５を有している。このカム５は、通常の方法で、内燃機関のカムシャフト（図示せず）に回転に関して不動であるように固定されている。このために、カム５はその端面６に穴７を有し、設置状態において、カムシャフトがこの穴７を通して案内されている。カムシャフトの長手方向軸は、同時にカムの回転軸８と一致する。重量を節約するために、カム５は、１つ以上の切り抜き（又は凹部）９を付加的に有することができる。
【００１７】
カム５の外輪郭１０は、閉じていない柔軟な巻付け要素１１によって包囲されている。巻付け要素１１は、接続要素１２によって閉じられ、この接続要素１２は、同時にバルブ作動要素２への接続をなす。このような接続要素１２の精緻な設計は、図２の平面図に示されている。接続要素１２は、３つの回転軸１３〜１５と、２つの側部１６、１７からなる。２つの側部１６、１７のカム５に面する外輪郭１８は、好ましくは、カム５の最小の正曲率半径が側部１６、１７の湾曲にぴったりと適合するように、カムの輪郭に適応されている。軸１５は、巻付け要素１１とバルブ作動要素２との間の回転軸として機能する。この回転軸１５は、好ましくは、２つの回転軸１３、１４間の領域に配置され、これらの回転軸１３、１４と比較して、外輪郭１８に対してより大きい距離を有している。２つの回転軸１３、１４は、各々、開いた巻付け要素１１の一端に永久的に接続されている。接続工程において、巻付け要素１１の端と回転軸１３、１４間の接続に関して、摩擦係止および積極的な固定の両方が可能である。例えば、溶接、半田付け、楔留め、ねじ込み、または巻付けの形態である。このようにして、接続要素１２は巻付け要素１１の接続止め金具として機能する。機能的なシステムを目指すための必須条件は、ここでは、巻付け要素１１の両端がわずかな角度だけ接続要素１２の各回転軸１３、１４に巻き付けられ、または巻き戻され得ることにある。
【００１８】
バルブ作動要素２は、回転軸１５に回動可能に接続されている。回転軸１５は、ここでは、カムシャフトの１回転中に、バルブステム４がカム５の位置とは無関係にカムシャフトの軸方向を向くように、カムの回転軸８と平行に配置されている。接続のために、中間部１９が設けられている。この中間部１９は、バルブステム４に永久的に接続され、同時に回転軸１５を中心として回動可能であるように取り付けられている。しかし、原理的に、回転軸１５用の軸受をバルブステム４に直接的に配置させることも可能である。
【００１９】
特に、比較的長いバルブストロークを有する内燃機関において、付加的な横方向の支持体を設けることが必要とされることもある。このために、図１による例示的実施形態において、いずれの場合でも、カムの回転軸８の方向と反対側において、ガイド２０が中間部１９に配置されている。これらのガイドは、エンジン端に配置されるレール（図示せず）において、バルブステム４と平行に案内される。
【００２０】
図１ｂにおいて、巻付け要素１１の案内を接続要素１２と関連させてより十分に示すために、カム５を省いたバルブ駆動機構１が例示されている。巻付け要素１１は、その各開端がカム５の外輪郭１０と各回転軸１３、１４との間に挟まれて、案内されている。巻付け要素１１は、回転軸１３、１４の裏側の少なくとも円周の一部にわたって、互いに逆向きの方向に巻き付けられている。巻付け要素１１は、２つの回転軸１３、１４に回転に関して不動であるように接続されている。ここで、回転軸１３、１４も側部１６、１７に回転に関して不動であるように接続されている。その結果、巻付け要素１１と接続要素１２との間に相対的な位置の変化がある場合、巻付け要素１１は、各回転軸１３、１４に巻き込まれるかまたは巻き戻される。以下、巻付け要素１１を回転軸１３、１４および側部１６、１７に取り付ける好ましい方法について、図３および４を参照して説明する。また、図１ｂから、中間部１９のカム５から離れる方を向いている端が回転軸１５の周りに巻かれていることも明らかである。
【００２１】
接続要素１２の設計は、図１ｃおよび１ｄから明らかである。バルブ作動要素２は図１ｃに例示されていない中間部１９を備えている。一方、図１ｄにおいては、側部１７も省かれている。図１ｅは巻付け要素１１を最終的に示している。
【００２２】
巻付け要素１１として、より高い強度を有するバネ鋼が用いられるとよい。しかし、高炭素含有量なので、巻付け要素１１と接続要素１２を熱的に接続する場合には極めて制限される程度においてのみ、それらは好適である。ここで、１つの有利な解決手法は、巻付け要素１１を各回転軸１３、１４に巻きつける技術である。
【００２３】
このために、図３および４に例示されるように、回転軸１３、１４に、巻付け要素１１の開端が貫通して案内される中央スロット２１が設けられるとよい。反対側では、巻付け要素１１は、好ましくは、熱接合法、例えば、半田付け、レーザ溶接、または電子ビーム溶接によって、各回転軸１３、１４に永久的に接続され、その結果、脱落を防止できる。この種の接続では、特に、巻付け要素１１が各回転軸１３、１４に対して正確に直角に方向付けられることを確実にすることが必要である。さらに、巻付け要素１１が屈曲するのを防ぐために、回転軸１３、１４は、スロット２１の入口領域の各ジョイント２３と反対側において、大きく丸められた輪郭２２を有している。
【００２４】
バルブ駆動機構１の製造中に、巻付け要素１１は、まず必要な長さが与えられ、２つの回転軸１３および１４に摩擦係止によって接続される。
【００２５】
２つの回転軸１３、１４の各々への巻付け要素１１の均一な巻込みは、取付け工具（図示せず）内においてなされる。このために、巻付け要素１１と、そこに取り付けられた２つの回転軸１３、１４およびその回転軸１５を備える２つの側部１６、１７を一緒に工具内に挿入する。同時に、巻付け要素１１をカム要素１５、あるいは、好ましくは同等のベース要素の上に配置する。ベース体の円周方向に沿って配置する間、カム５の位置に依存して異なる巻付け長さに特に注意を払う必要があり、かつ所望の巻き込み長さと最大の巻付け長さの合計を円周として選択する必要がある。次いで、巻付け要素１１がベース体上に均一に置かれまで、巻き付けを行なう。巻き戻しプロセスのために、回転軸１３、１４は、側部１６、１７内の対応する穴において回転可能に案内される円形軸受部分２４を有している。さらに、回転軸１３、１４は、巻戻しプロセスのために、少なくとも１つの軸方向端部にプロフィール２５を有し、このプロセス２５は回転軸１３、１４を側部１６、１７に対して相対的に回転するのに用いられる。もし、巻付け要素１１が所望の形態で巻かれていれば、好ましくは、回転軸１３、１４を摩擦係止によって側部１６、１７に接続する熱接合プロセス（例えば、レーザ溶接）を行なう。その結果、巻き戻し、すなわち、逆転が防がれる。
【００２６】
このように取り付けられた巻付け要素１１と接続要素１２は、取付け工具から直接カム５に押し出されるか、または取付け工具から同一の円周を有する支持用マンドレルに押し出される。回転軸１３、１４の各々への巻き数は、特に、後で巻付け要素１１に加えられる引張力、巻付け要素１１の表面の摩擦係数、およびその幅に依存する。巻付け要素１１の表面の摩擦係数を可能な限り高く設定するために、長さに沿った巻き領域内に、対応する層を有する皮膜を設けることができる。例えば、化学ニッケル素地におけるダイヤモンド粒子がこのために用いられる。さらに、最大伝達可能力は、伝達要素１１の厚みによって大きく制限される。しかし、これは、それ以外の過度に高い剛性によっても制限される。それでもなお、もし比較的高い力が必要であれば、これは多重（多層）構造によってもたらされるとよい。
【００２７】
以下、図５を参照して、バルブの運動をさらに詳細に説明する。ここで、カムの回転軸８に対する接続要素１２の位置が、カム５の種々の角位置で概略的に示されている。この例示を簡素化するために、バルブ作動要素２は示されていない。バルブ作動要素の可能な運動方向は、カムの回転軸８と回転軸１５との間の仮想の接続線によって定義される。これは、バルブ作動要素、従って、回転軸１５が垂直方向においてのみ仮想の接続線２６に沿って移動可能であることを意味している。同時に、カム５の運動は、カムの回転軸の位置によって決定される。巻付け要素１１は接続要素１２に永久的に接続され、かつカム５の外輪郭に置かれるので、カム５は、巻付け要素１１または接続要素１２に対して相対的に回転する。もし、運動過程をカムと共に回転する観察者の視点から見ると仮定した場合、接続要素１２は、カム５の外輪郭１０の全体にわたって、キャリッジのように巻付け要素１１によって引っ張られる。
【００２８】
カム５の回転を考える場合、バルブを開ける力は、カム５によって、側部１６、１７および回転軸１５を介してバルブステム４に伝達される。閉鎖プロセスは、カム５が巻付け要素１１を介して２つの回転軸１３、１４を引っ張り、その結果として、回転軸１５を介してバルブステム４の閉鎖運動を開始することによって、生じる。バルブシート（図示せず）に置かれる直前のバルブステム４の制動は、２つの側部１３、１４および回転軸１５を介してカム要素によって直接的に行なわれる。
【００２９】
最大バルブストロークｈは、接続要素１２がカム５の基準円に置かれる位置（図面の最左側）またはカムの上端に置かれる位置（図面の最右側）における回転軸１５の異なる段階によって定められる。同時に、側部１６、１７が湾曲している結果として、およびカム５の位置に依存して、接続要素１１がカム５の外輪郭１０に対して、種々の度合いでぴったりと適合することが明らかである。カム端の平坦な領域（左から２番目の図）では、接続要素１２は外輪郭１０に対して最も少ない程度でぴったりと適合し、最大湾曲を有する領域（右から２番目の図）では、接続要素１２はカム５を直接的に押している。同時に、回転軸１３、１４の領域における接続要素１２とバルブステム４との間、またはカム５の外輪郭１０と接続要素１２との間の傾斜角度も変化する。この接続要素１２とカム５の外輪郭１０との相対的な回転の結果、巻付け要素は各回転軸１３、１４に巻込まれ、またはそこから巻き戻される。その結果、巻付け長さや相対的回転の変化とは無関係に、巻付け要素１１の自己固着が防がれる。これは、このようなバルブ駆動機構１を巻付け要素の長さを極めて一定に保って操作することが、実際にはこの巻き込み運動と巻き戻し運動であることを意味している。
【００３０】
同時に、この装置は、接続要素が開いた巻付け要素に対する蓋として同時に作用し、このような巻付け要素が、有限のベルト材料から製造され得る、という利点を有している。さらに、カム要素による巻付け長さの変動の低減は、均一な潤滑ギャップを巻付け要素とカム要素間に形成し、改良された流体潤滑を可能とする必須条件をもたらす。
【００３１】
本発明によるバルブ駆動機構の第２の例示的実施形態が図６および７に示され、同一の部分は同一の参照符号によって示されている。第１の例示的実施形態とは対照的に、ここで巻付け要素（１１）は開端に軸受部分２７、２８を有し、これらの部分はバルブ駆動機構が取り付けられるときに軸受部１３、１４に取り付けられる。巻付け要素１１は、好ましくは、ポリマー引張ベルト、好ましくは、加硫された繋ぎ線２９を有するネオプレンまたはポリウレタンからなる。ここで可能である繋ぎ線として、例えば、無限の螺旋状に巻かれた鋼編組導体、ガラス繊維、またはアラミド、すなわち、ケブラー繊維が挙げられる。
【００３２】
軸受部分２７、２８は、力を巻付け要素１１に作用させるのに用いられる。前記軸受部分２７、２８は、例えば、鋼スリーブとして実施され、この周りに、繋ぎ線２９が巻かれ、次いで加硫される。さらに、充填材料または減衰材料が設けられる領域３０を、軸受部分２７、２８と繋ぎ線２９との間に設けることもできる。原理的に、閉じられた設計、さもなければ、開いた設計も可能である。開いた有限の設計は、接続要素１２と関連して、製造および取付け能力に関する有意義な利点を有する。最終的な取付け過程中、ベルトはカム５の周囲に配置され、接続要素１２によって閉じられる。その結果、軸受部分２７、２８は各回転軸１３、１４上に押出され、第２側部１７を取り付けることによって、脱落しないように固着される。閉じるのは最小巻付け長さのカム位置においてなされる。しかし、巻付け要素５の最小の予圧が、この位置においても存在しなければならない。しかし、開いた巻付け要素１１は、他の好適な手段を用いて、接続要素１２に接続させることもできる。接続要素１２への回転軸１５に関する取付け点（回転軸１３、１４）の配置が重要である。
【００３３】
一般論として、ポリマー繋ぎベルトは、所定の制限内における大きい柔軟性および調整可能な伸張において、利点を有している。ポリマー繋ぎベルトの伸張能力によって、可変巻付け長さを部分的に補償することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】強制開閉バルブ駆動機構の第１の実施形態の分解透視図。
【図２】図１に示される本発明による、巻付け要素とバルブ作動要素との間に設けられる接続要素の平面図。
【図３】図１による接続要素の回転軸の実施形態の透視図。
【図４】図４による回転軸の断面図。
【図５】カム運動の基本を示す図。
【図６】巻付け要素の第２の実施形態を示す図。
【図７】図６による巻付け要素を有するバルブ駆動機構の分解図。
【符号の説明】
【００３５】
１  バルブ駆動機構
２  バルブ作動要素
３  傘部
４  バルブステム
５  カム
８  カムの回転軸
９  切り抜き
１０  外輪郭
１１  巻付け要素
１２  接続要素
１３、１４、１５  回転軸
１６、１７  側部
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2005529271.tif 000011
2005529271.tif 000012
2005529271.tif 000013
2005529271.tif 000014