(57)【要約】本発明は、内燃機関の複数のガス交換弁を可変に制御する装置であって、複数のガス交換弁のうちの少なくとも１つのガス交換弁がカムシャフト（２）のカム（１）により起動制御されており、該カム（１）が、カムベースサークル区分（４）とカム頂点区分（６）とを備えたカム輪郭を有している形式のものに関する。本発明では、カム輪郭を可変に調節するために、圧力媒体操作式の、カム（１）を通して案内され且つ半径方向で無段階に走入可能及び走出可能なピストン（１２）が設けられており、該ピストン（１２）が端部側で、カム頂点区分（６）の少なくとも一部分を形成しているようにした。
2005507040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数のガス交換弁を可変に制御する装置であって、複数のガス交換弁のうちの少なくとも１つのガス交換弁がカムシャフト（２）のカム（１）により起動制御されており、該カム（１）が、カムベースサークル区分（４）とカム頂点区分（６）とを備えたカム輪郭を有している形式のものにおいて、カム輪郭を可変に調節するために、圧力媒体操作式の、カム（１）を通して案内され且つ半径方向で無段階に走入可能及び走出可能なピストン（１２）が設けられており、該ピストン（１２）が端部側で、カム頂点区分（６）の少なくとも一部分を形成していることを特徴とする、内燃機関のガス交換弁を可変に制御する装置。
【請求項２】
ピストン（１２）の、カム頂点側の端部（４６）が、実質的に球状に形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
ピストン（１２）が、圧力媒体供給部の故障時に、所定の位置に保持されるようになっている、請求項２記載の装置。
【請求項４】
ピストン（１２）の、カム頂点側の端部（４６）に、当該のカム（１）と協働するタペット（１０）の転動面（８）に沿って転動可能な球（４８）が回動可能に支承されている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
ピストン（１２）の、カム頂点側の端部（４６）に、前記球（４８）の半径に相応する球面状の支承面（５０）が形成されており、該支承面（５０）の縁部（５２）が、前記球（４８）を把持するために、半径方向で内方に向かって曲げられている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記球（４８）の支承面（５０）が内燃機関の潤滑油システムにより潤滑油を供給されている、請求項５記載の装置。
【請求項７】
ピストン（１２）が、カム（１）内で直線状に案内されており、且つ内燃機関の潤滑油により操作されている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
ピストン（１２）の半径方向の位置が、ピストン（１２）を半径方向で内方に向かって押すばね力と、ピストンを半径方向で外方に向かって押す、潤滑油の圧力との間の力バランスに関連して調節可能である、請求項７記載の装置。
【請求項９】
ピストン（１２）が、カム中心軸線（１４）の方向に延在していて一貫した段孔（１６）内で案内されており、コイルばね（１８）が、一方では段孔（１６）の、カム頂点側の段部（２０）に支持されており、且つ他方ではベース側のピストン作用面（２２）とは離間する方向に向いた、ピストン（１２）のリング面（２４）に支持されている、請求項７又は８記載の装置。
【請求項１０】
ピストン（１２）の作用面（２２）と、カム頂点区分（６）から離間する方向に向いた、段孔（１６）の端部内に挿入された閉鎖片（３６）との間に、潤滑油のための圧力室（３８）が形成されており、該圧力室（３８）が、カムシャフト軸線（４０）と同軸的な潤滑油通路（４２）と連通している、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
閉鎖片（３６）に、段孔（１６）内に挿入されたブッシュ（４４）が支持されており、該ブッシュ（４４）が、ピストン（１２）のための半径方向で内方のストッパとして働く、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
ピストン（１２）が、球（４８）の支承面（５０）を圧力室（３８）に接続する通路（５４）を有している、請求項４から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
走入可能且つ走出可能なピストン（１２）を備えたカム（１）の圧力室（３８）における圧力形成もしくは圧力降下が弁装置により行われ、この弁装置が、それぞれ１つの、カムシャフト（２）の潤滑油通路（４２）に前置された切替弁と、それぞれ１つの、潤滑油通路（４２）に後置された切替弁とから成っている、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、内燃機関のガス交換弁を可変に制御する装置であって、少なくとも１つのガス交換弁がカムシャフトのカムにより起動制御されており、該カムが、カムベースサークル区分とカム頂点区分とを備えたカム輪郭を有している形式のものに関する。背景技術は、可変のガス交換弁制御を実現する種々の出発点を開示している。
【０００２】
一方で、公知の部分可変の弁制御装置においては、弁ストロークが段階的に変化可能である。このような弁制御装置は例えば欧州特許第０５１５５２０号明細書に記載されており、該弁制御装置は、２つの同心的なバケット型エレメントから成るタペットを有しており、バケット型エレメントのうち、内側のバケット型エレメントはその端面でガス交換弁の弁ステムに接して位置している。タペットはカムシャフトのカムと協働し、このカムは異なったカム軌道を備えた３つの部分カムを有している。外側の両カム軌道は同じストローク経過を有しており、且つ外側のバケット型エレメントに作用する。中央の部分カムはそれとは異なった、より僅かなストローク高さを備えたストローク経過を有しており、且つ内側のバケット型エレメントに作用する。同心的な両バケット型エレメントは、連結エレメントを液圧式に負荷することにより互いに連結され得るか、又はこの連結エレメントが第２の切替位置にある場合には互いに無関係に運動することができる。連結された位置において、両方のバケット型エレメントは互いに結合されているので、両バケット型エレメントは、より大きなストロークを備えた部分カムのストローク経過に従う。連結エレメントと内側のバケット型エレメントとを介して、この運動は弁ステムに伝達される。連結エレメントの第２の切替位置においては、両バケット型エレメントは互いに無関係に可動である。弁ステムはこの切替位置において、より僅かなストロークを備えた中央の部分カムと協働する。外側のバケット型エレメントは外側の部分カムのストローク運動に従うものの、内側のバケット型エレメントもしくは弁ステムに対する接続は生じない。このような弁駆動装置の利点は、切替機構の故障時においても、引き続きカムシャフトによる規定通りの弁制御が保証されていることであり、さらに、従来の内燃機関が過大な手間なしに装備改変される。しかし欠点は、弁ストローク及び制御時間が、制限された数の段でのみ可変であることであり、この場合、段階的な移行は騒音及び安定性に関する問題を引き起こす。更にこのようなシステムは機械的に手間がかかる。
【０００３】
他方では、背景技術、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３９３５２１８号明細書により、カムシャフトを有さない電気液圧式の弁駆動部としての、フル可変の弁制御装置が公知であり、この弁制御装置の場合、弁ステムはピストンロッドを介して、液圧式に操作可能な差動ピストンに連結されており、差動ピストンを介して個々のガス交換弁は、その他のガス交換弁とは無関係に直接に操作可能である。したがって各ガス交換弁のために、無段階に可変の弁ストローク及び可変の制御時間が実現可能である。この場合、各ガス交換弁のために、差動ピストンを操作する２つの制御弁が使用されるので、現行の４バルブエンジンにおいては各シリンダに８つのこのような制御弁が必要であって、このことはコンポーネントの高い個数に基づいて、必要な構成スペース及び製作コストにネガティブに作用する。更に、従来の内燃機関は比較的に高いコストによってのみ、新規の技術に装備変更可能である。特別な問題は非常運転特性である。それというのは、液圧システムの故障は一般に弁制御部の完全故障を生ぜしめてしまうからである。
【０００４】
発明の利点
圧力媒体の圧力比に関連して、ピストンは、対応配置されたカムから走出可能又はカム内に走入可能である。これにより、カムのカム輪郭は無段階に可変であるので、ガス交換弁の任意のストローク曲線を達成することができる。特に、ストローク高さ、弁開放時間及び弁開放速度を無段階に可変に調節することができる。走入可能且つ走出可能なピストンは、その他の点では変更されていないカム内で摺動可能に支承されており、且つタペットにおいてはもともと変更が必要ないので、従来の弁駆動部を僅かな修正により装備変更することができる。更に、カム内に組み込んだために、ピストンのための付加的な構成スペースは必要なく、これに基づいて、結果として所要スペースは極めて小さく実現される。カムシャフトが制御機構として完全に維持されたままであるので、圧力媒体供給部の故障時にも弁制御部の機能性は保証される。全体として、本発明により、背景技術に対して極めて廉価な弁駆動部が実現可能である。
【０００５】
請求項２以下に記載された手段により、請求項１に記載された本発明の有利な変化形及び改良形が可能である。
【０００６】
本発明の特に有利な構成では、ピストンのカム頂点側の端部は球状に形成されている。これにより、カム頂点はあらゆる角度位置において、対応配置されたタペットに沿って低摩擦に転動することができる。
【０００７】
本発明の別の特に有利な構成では、圧力媒体供給部の故障時にピストンが、予め規定された位置に保持されるようになっている。これにより、内燃機関は所定の制御時間及び弁ストロークを有して、損なわれた運転状態が生じる恐れなしに引き続き運転され得る。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、ピストンのカム頂点側の端部に、当該のカムと協働するタペットの転動面に沿って転動可能な球が回動可能に支承されている。これにより、タペットとカムとの間の摩耗及び摩擦損失が著しく減じられる。球を支承するために、ピストンの、カム頂点側の端部に、有利には球の半径に相応する球面状の支承面が形成されており、該支承面の縁部は、球を把持するために、半径方向で内方に曲げられている。この場合、球の支承面は有利には、内燃機関の既存の潤滑油システムにより潤滑油を供給されるので、球と支承面との間に摩擦及び摩耗に関して有利な流体動力学的な潤滑膜を形成することができる。
【０００９】
本発明の別の有利な構成では、ピストンが内燃機関の潤滑油により操作される。内燃機関の場合、もともと圧力下にある潤滑油が存在しているので、ピストン操作のために付加的な液圧式の圧力媒体供給部を省略することができる。
【００１０】
有利には、ピストンはカムを通して直線状に案内される。ピストンの、対応配置されたガス交換弁の弁ストロークと制御時間とに影響を及ぼす半径方向の位置は、有利にはピストンを半径方向で内方に向かって押すばね力と、ピストンを半径方向で外方に向かって押す、潤滑油の圧力との間の力バランスに関連して調節可能である。
【００１１】
ピストンをカム内で案内するために、カム中心軸線の方向に延在していて一貫した段孔が設けられており、その際コイルばねが、一方では段孔の、カム頂点側の段部に支持されており、且つ他方ではベース側のピストン作用面とは離間する方向に向いた、ピストンのリング面に支持されている。
【００１２】
本発明のさらに別の有利な構成では、ピストンの作用面と、カム頂点区分から離間する方向に向いた、段孔の端部内に挿入された閉鎖片との間に、潤滑油のための圧力室が形成されており、該圧力室は、カムシャフト軸線と同軸的な潤滑油通路に連通している。球の支承面に流体動力学的な潤滑を実現するために、ピストンは、支承面を圧力室に接続する通路を有している。
【００１３】
閉鎖片には、段孔内に挿入されたブッシュが支持されており、このブッシュは、休止した内燃機関において又は圧力媒体供給部の故障時に、ピストンのための半径方向で内方のストッパとして働く。この場合、コイルばねはピストンをブッシュに対して押すので、ピストンは、所定の位置に保持されるようになっている。
【００１４】
走入可能且つ走出可能なピストンを備えたカムの圧力室内の圧力形成もしくは圧力降下は、有利には弁装置によって行われ、この弁装置はそれぞれ１つの、カムシャフトの潤滑油通路に前置された切替弁と、それぞれ１つの、カムシャフトの潤滑油通路に後置された切替弁とから成っている。
【００１５】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００１６】
内燃機関のガス交換弁を可変に制御する装置から、図中ではスケール上の理由から、カムシャフト２の複数のカム１のうちの１つが横断面で示されているに過ぎない。このようなカム１のカム輪郭もしくはカムプロフィールは、カムベースサークル半径Ｒを備えたカムベースサークル区分４と、これに対し偏心的なカム頂点区分６とから成っている。カム１が、図面に示した回転位置にある場合に、カム頂点区分６はバケット型タペット１０の転動面８に接触しており、バケット型タペットはカム１の回転運動を直線状のストローク運動として、対応配置されたガス交換弁に伝達する。
【００１７】
本発明によれば、カム輪郭を可変に調節するために、圧力媒体操作式の、カム１を通して案内されかつ半径方向で無段階に走入可能かつ走出可能なピストン１２が設けられており、このピストン１２は端部側でカム頂点区分６の少なくとも一部分を成している。有利な実施形では、ピストン１２の半径方向の位置は、ピストン１２を半径方向で内方に押すばね力と、ピストンを半径方向で外方に押す圧力媒体の圧力との間の力バランスに関連して調節可能である。圧力媒体としては、有利には内燃機関の潤滑油が使用される。
【００１８】
ピストン１２は、カム１の、カム中心軸線１４の方向に延在していて一貫した段孔１６内で案内されていて、その際コイルばね１８は、一方で段孔１６の、カム頂点側の段部２０に支持されており、かつ他方でベース側のピストン作用面２２とは離間する方向に向いた、つまりピストン作用面２２とは反対側の、ピストン１２のリング面２４に支持されており、このリング面においてピストン１２の直径が段状に拡大している。それゆえ、ピストン１２は大小の直径を有する２つの区分２８，３０から成っており、つまり、段孔１６のカム頂点側の区分２６内に若しくは該区分２６を通って突入している小径のヘッド区分２８と、作用面２２を含んだ大径のベース区分３０とから成っている。この場合、コイルばね１８は、ピストン１２のヘッド区分２８の外周と、段孔１６の大径の区分３４の内周との間に形成されたリング室３２内に保持されている。
【００１９】
ピストン１２のベース側の作用面２２と、段孔１６の大径の区分３４の、カム頂点区分６から離間する方向に向いた端部、つまりカム頂点区分６とは反対側の端部内に挿入された閉鎖片３６との間には、圧力室３８が形成されており、この圧力室３８は、カムシャフト軸線４０と同軸的な潤滑油通路４２に連通しており、潤滑油通路４２はカムシャフト２のカム１の圧力室３８を互いに接続している。閉鎖片３６は段孔１６内で例えば螺合により保持されていることができる。カム頂点側で閉鎖片３６に支持されていて、その都度端部側で開いたブッシュ４４は、例えば圧力媒体供給部の故障時又は内燃機関の停止時に圧力室３８内で圧力降下が生じた際に、ピストン１２のための半径方向で内方のストッパとして働く。このような場合、ピストン１２はコイルばね１８の作用によりブッシュ４４に対して押され、ひいては規定された位置に保持される。圧力室内への潤滑油の供給流もしくは次のカムの圧力室への潤滑油の継続流を妨げないために、ブッシュ４４はその周囲壁に、潤滑油通路４２の開口部に一列に並んだ穿孔部を有している。択一的には、ブッシュ４４が閉鎖片３６と共に一体的な構造部分を形成してもよい。半径方向で外方に向かってのピストン１２の運動ストロークは、段部２０に対して支持されているコイルばね１８が圧縮されて形成する巻き条束により制限されている。
【００２０】
カム頂点区分６の、バケット型タペット１０の転動面８に沿っての有利な転動特性を保証するために、ピストン１２のカム頂点側の端部４６は球状に形成されている。有利には、ピストン１２のカム頂点側の端部４６には、バケット型タペット１０の転動面８に沿って転動可能な球４８が回動可能に支承されている。このために、ピストン１２のカム頂点側の端部４６には、球４８の半径に相応する球面状の支承面５０が形成されており、支承面５０の縁部５２は、球４８を把持するために、半径方向で内方に曲げられている。球４８の支承面５０は内燃機関の潤滑油システムにより潤滑油を供給され、このためにピストン１２は、球４８の支承面５０を圧力室３８に接続する中央の通路５４を有している。
【００２１】
走入可能かつ走出可能なピストン１２を備えたカム１の圧力室３８内の圧力形成もしくは圧力解消は、スケール上の理由から図示されていない弁装置により行われ、弁装置は例えば、それぞれ１つの、カムシャフト２の潤滑油通路４２に前置された切替弁と、それぞれ１つの、潤滑油通路４２に後置された切替弁とから成っている。
【００２２】
これを背景にして、以下に、内燃機関のガス交換弁を可変に制御する本発明による装置の機能について説明する。
【００２３】
特性曲線に関連して、弁装置を用いてエンジン制御部により、潤滑油通路４２内もしくはこれに接続されている圧力室３８内に、ピストン１２の作用面２２に作用する圧力を発生させる潤滑油圧力が調節され、この圧力は、コイルばね１８のばね力との力バランスで、ピストン１２の所定の共通の半径方向の位置を、対応配置されたカム１に関して生ぜしめる。この場合、生ぜしめられた、ピストン１２の半径方向の位置は、所望の弁ストロークと、弁開放時間と、弁開放速度とに対応する。これらのパラメータを無段階に調節するには、圧力室３８内の潤滑油圧力が相応に適合させられるだけで、ピストン１２の新しい半径方向の位置を生ぜしめることができる。
【００２４】
以上述べた本発明の有利な実施形によれば、ピストン１２の半径方向の位置を調節するために、片側で作用するばね手段１８が使用される。しかし、別の実施形によれば、ピストン１２に対して、両側でばね手段が作用して付加的に片側で圧力媒体が作用してもよい。別の変化形として、ピストンのうちの少なくとも幾つかが、両側で圧力媒体により負荷されている差動ピストン（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｋｏｌｂｅｎ）として構成されていてよい。この場合、付加的なばね手段が設けられていてもよく、ばね手段は、ピストンの一方の運動方向又は両方の運動方向で補助的に作用し、ピストンを、圧力媒体供給部の故障時には、規定された位置へと押し、且つピストンをそこに保持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
内燃機関のガス交換弁を可変に制御する、本発明による装置の好ましい１実施形の一部分としてのカムの横断面図である。
【国際公開パンフレット】
2005507040.tif 000003
2005507040.tif 000004
2005507040.tif 000005
2005507040.tif 000006
2005507040.tif 000007
2005507040.tif 000008
2005507040.tif 000009
2005507040.tif 000010
2005507040.tif 000011
2005507040.tif 000012
2005507040.tif 000013
2005507040.tif 000014
2005507040.tif 000015
2005507040.tif 000016
2005507040.tif 000017
2005507040.tif 000018
2005507040.tif 000019