(57)【要約】  本発明は、内燃機関のガス交換弁を操作するためのカムシャフトであって、カムシャフト管（１）と、液圧式のカムシャフトアジャスタ（２）と、該カムシャフトアジャスタ（２）に供給された作動液を制御するための弁（３）と、前記カムシャフト管（１）の内室（４）内に配置された、前記弁（３）を操作するための操作装置（５）とを備えており、該操作装置（５）が軸方向で移動しないように確保されている形式のものに関する。本発明の課題は、重量が軽量であって、操作装置及び場合によっては弁以外の別の機能部材を、カムシャフトの内室内に組み込むことができるようなカムシャフトを提供することである。また、カムシャフトアジャスタとは反対側に位置する、カムシャフトの端部に、カムシャフトによって駆動されるオイルポンプ又は真空ポンプを配置することができるようにすることである。本発明によれば、前記操作装置（５）が、電磁式、圧電式又は電気式のアクチュエータとして構成されていて、カムシャフト管（１）に相対回動不能に結合されている。
2013501179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のガス交換弁を操作するためのカムシャフトであって、カムシャフト管（１）と、液圧式のカムシャフトアジャスタ（２）と、該カムシャフトアジャスタ（２）に供給された作動液を制御するための弁（３）と、前記カムシャフト管（１）の内室（４）内に配置された、前記弁（３）を操作するための操作装置（５）とを備えており、該操作装置（５）が軸方向で移動しないように確保されている形式のものにおいて、
前記操作装置（５）が、電磁式、圧電式又は電気式のアクチュエータとして構成されていて、前記カムシャフト管（１）に相対回動不能に結合されていることを特徴とする、内燃機関のガス交換弁を操作するためのカムシャフト。
【請求項２】
前記操作装置（５）と前記カムシャフト管（１）との間の結合部が解除可能な結合部である、請求項１記載のカムシャフト。
【請求項３】
前記カムシャフト管（１）の内室（４）内に、該カムシャフト管（１）に相対回動不能に結合された、前記操作装置（５）に電流を供給するための給電手段（６）が設けられている、請求項１又は２記載のカムシャフト。
【請求項４】
前記カムシャフト管（１）に相対回動不能に結合されたエレメント（７）が設けられており、該エレメント（７）を介して前記給電手段（６）に電流が供給可能である、請求項３記載のカムシャフト。
【請求項５】
前記カムシャフト管（１）に相対回動不能に結合されたエレメント（７）に定置の手段（８）が対応配置されており、該定置の手段（８）によって、前記操作装置（５）に供給するための電流が前記エレメント（７）に伝達されるか又は前記エレメント（７）内に誘導される、請求項４記載のカムシャフト。
【請求項６】
前記カムシャフト管（１）に相対回動不能に結合されたエレメント（７）が信号発信器（９）であって、前記定置の手段（８）がカムシャフト位置規定装置のセンサエレメント（１０）を有している、請求項５記載のカムシャフト。
【請求項７】
前記弁（３）が、前記カムシャフト管（１）の内室（４）内に配置されていて、前記カムシャフト管（１）に相対回動不能に結合されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のカムシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のガス交換弁を操作するためのカムシャフトであって、カムシャフト管と、液圧式のカムシャフトアジャスタと、該カムシャフトアジャスタに供給された作動液を制御するための弁と、前記カムシャフト管の内室内に配置された、前記弁を操作するための操作装置とを備えており、該操作装置が軸方向で移動しないように確保されている形式のものに関する。
【０００２】
請求項１の上位概念部に記載した特徴を有するカムシャフトは、国際公開第２００９／００９３２８号パンフレットにより公知である。この公知のカムシャフトにおいて、操作装置は電磁石（ソレノイド）として構成されており、該ソレノイドは、カムシャフトの回転時に、カムシャフト管と一緒に回転しない。ソレノイドは、常にシリンダヘッドに固定的に配置されている。つまりソレノイドはエンジンのシリンダヘッドに堅固に結合されている。カムシャフトの内室内にソレノイドを配置できるような２つの異なる実施例が公知である。第１の実施例によれば、ソレノイドは、一方ではカムシャフト管の内室内に配置された軸受エレメントを介して支承されていて、他方では管状の結合エレメント及びエンドピースを介してエンジンのシリンダヘッドに堅固に結合されている。結合エレメント（管状のシャフト又はトルク管１１６）は、ソレノイドに電流を供給するためのケーブルのガイドとしても使用することができる。第２実施例によれば、ソレノイドは第１実施例のものに対して長く構成されていて、ソレノイド自体がエンジンのシリンダヘッド／エンジンブロックに直接固定されているので、第１実施例において必要とされる軸受エレメント及び管状の結合エレメントは省くことができる。
【０００３】
前記国際公開第２００９／００９３２８号パンフレットにより公知の、カムシャフト管の内室内に操作装置を配置するための解決策は、特に次のような欠点を有している。つまり、カムシャフト管の内室はそのほぼすべてが、管状の結合エレメント（第１実施例）又は、より長く構成されたソレノイド（第２実施例）のために必要とされているので、その他の構成部分（例えばブローバイガスを洗浄するための油分離装置等）を組み込むために、又はその他の使用のために利用できない、という欠点を有している。従って、その他の機能部材をカムシャフト管の内室内に組み込むことはできない。しかもこの公知の解決策の実施例１では、カムシャフト管の内室内に軸受部材が配置されていることによって、軸受を正しく収容するための高い精度要求を満たすために、カムシャフト管の内部を処理する必要がある。また、ソレノイドを保持するための接続及び支承部材に基づいて若しくはソレノイドの長さが長いことに基づいて、公知のカムシャフトの全体的な重量も重い。
【０００４】
前記国際公開第２００９／００９３２８号パンフレットにより公知の解決策においては、操作装置をカムシャフト管の内室内で保持し、かつシリンダヘッドに接続するための保持及び接続部材が設けられているので、カムシャフトアジャスタとは反対側の、カムシャフトの端部に、オイルポンプ又は真空ポンプを配置することができず、このオイルポンプ又は真空ポンプを介してカムシャフトを駆動することができない、という欠点がある。
【０００５】
そこで本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載した構成を有する内燃機関のガス交換弁を操作するためのカムシャフトを改良して、重量が軽量であって、操作装置及び場合によっては弁の他に、別の機能部材をカムシャフトの内室内に組み込むことができるようなものを提供することである。また、カムシャフトアジャスタとは反対側の、カムシャフトの端部に、カムシャフトによって駆動可能なオイルポンプ又は真空ポンプを配置できるようにすることである。
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した構成を有するカムシャフトによって解決された。有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明によれば、弁を操作するための操作装置は、電磁式又は圧電式の操作装置として構成されていて、カムシャフト管に相対回動不能に結合されている。従って本発明によれば、操作装置はカムシャフトと一緒に回転するようになっているので、カムシャフト管内で操作装置を保持し、かつ操作装置をシリンダヘッドに固定するための別個の保持及び接続部材は必要ない。また、操作装置を直接つまり別個の保持及び接続部材無しで、シリンダヘッド／エンジンブロックに固定するために、操作装置を軸方向で延長する必要はない。操作装置に隣接して配置された、カムシャフト管の内室は空いたままであり、この内室を、その他の機能部材をカムシャフト内に取り付けるために又はその他の使用のために利用することができる。
【０００８】
別個の保持及び接続部材を省いたことによって、若しくは操作装置の軸方向の延長部を省き、かつ操作装置をシリンダヘッド／エンジンブロックに直接固定したことによって、重量を著しく節約することができる。操作装置を収容するための、カムシャフト管の内室内に配置された軸受部材は、本発明の解決策によれば必要ないので、本発明によれば、軸受部材に関する重量及び費用（特に材料費用及び製作費用）も節約することができる。
【０００９】
本発明によれば、カムシャフトアジャスタとは反対側のカムシャフト端部に、カムシャフトによって駆動されるオイルポンプ又は真空ポンプを容易に配置することができる。これによって、設計者は、従来技術により公知の解決策に対して、カムシャフトの回転によって発生する駆動エネルギーを利用するためのさらなる可能性を得ることができる。
【００１０】
本発明の実施態様によれば、操作装置は、摩擦結合（摩擦による束縛）式又は形状結合（形状による束縛）式に、或いは摩擦結合及び形状結合式にカムシャフト管の内室内に押し込まれる。この場合、例えば操作装置が故障した時に、操作装置はカムシャフト管から取り外すことができないか又は取り外すことは非常に困難である。これを避けるために、本発明によれば、操作装置とカムシャフト管との間の結合部が解除可能な結合部として構成されている。このような解除可能な結合部は、例えば係止結合部又はねじ結合であってよい。
【００１１】
操作装置に電流を供給するために、カムシャフト管の内室内に、該カムシャフト管と相対回動不能に結合された給電手段が設けられている。この給電手段は、例えば一方ではカムシャフト管に結合され、他方では操作装置に結合された電気的なラインとして構成されている。
【００１２】
本発明の実施態様によれば、電流は、カムシャフト管に相対回動不能に結合されたエレメントを介して給電手段に供給される。このエレメントは、例えばカムシャフト管の外周面に又はカムシャフト管の内室内に配置されていてよい。従ってこのエレメントは、例えばリング状のブラシ、スリップリング又は誘導コイルとして構成されていてよい。
【００１３】
カムシャフト管に相対回動不能に結合されたエレメントに定置の手段が対応配置されており、該定置の手段によって、前記操作装置に供給するための電流が、カムシャフトと一緒に回転するエレメントに伝達されるか又は該エレメント内に誘導される。この定置の手段は、例えば定置のブラシ、すり接点又は電磁コイルとして構成されている。
【００１４】
電流伝達に関して本発明によれば、カムシャフト管に相対回動不能に結合されたエレメントが信号発信器であって、前記定置の手段がカムシャフト位置規定装置のセンサエレメントを有していてよい。このような形式で、電流伝達のために必要な構成部分を同時に、多くの使用例においていずれにしても必要な、カムシャフトの回転位置を規定するための位置規定装置を形成するために利用することができる。
【００１５】
本発明の別の実施態様によれば、弁はカムシャフト管の内室内に配置され、かつこのカムシャフト管に相対回動不能に結合されている。このように弁もカムシャフト管の内室内に組み込むことによって、操作装置による弁の操作が軽減され、カムシャフトのために必要な軸方向の構造スペースがさらに減少される。
【００１６】
次に図示の実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるカムシャフトの軸方向の半断面図である。
【図２】操作装置への電力供給のため給電の第１の可能性を示す概略図である。
【図３】操作装置への電力供給のための第２の可能性を示す概略図である。
【図４】操作装置への電力供給のための第３の可能性を示す概略図である。
【図５】図１とは異なる構成の、本発明によるカムシャフトを示す軸方向の半断面図である。
【図６】図１及び図５とは異なる構成の、本発明によるカムシャフトを示す軸方向の半断面図である。
【図７】給電装置に組み込まれたカムシャフト位置規定装置を備えた、本発明によるカムシャフトの部分断面図である。
【００１８】
図１は、本発明によるカムシャフトの軸方向の半断面図を示す。カムシャフト管１の、図１で見て左側の端部に、液圧式のカムシャフトアジャスタ２が公知の形式で配置されている。このような形式のカムシャフトアジャスタは、駆動エレメントを有しており、該駆動エレメントは、内燃機関のクランクシャフトに直接的に又は間接的に結合されていて、クランクシャフトによって駆動される。このような形式の公知のカムシャフトアジャスタは、カムシャフト管１に結合された調整エレメントを有していて、該調整エレメントは、液圧操作によって駆動エレメントに対して相対的に回転せしめられ、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対的な位相調整を行うことができる。
【００１９】
このような形式の公知のカムシャフトアジャスタ２は、液圧式の弁を介して制御される。つまり、液圧式のカムシャフトアジャスタに、液圧式の弁を介して所望の調整のために必要な形式で、調整しようとする作動液が供給される、ということである。作動液によって、カムシャフト管１に相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）結合された、カムシャフトアジャスタ２の部分が、クランクシャフトによって駆動されるカムシャフトアジャスタ２の部分に対して相対的に回転せしめられる。
【００２０】
図１に示した本発明によるカムシャフトにおいては、液圧式の弁３がカムシャフトの内室４内に配置されていて、カムシャフト管１に相対回動不能に結合されている。
【００２１】
液圧式の弁３を操作する操作装置５も、カムシャフト管１の内室４内に配置されていて、このカムシャフト管１に相対回動不能に結合されている。本発明によれば、操作装置５は、電磁式又は圧電式又は電気式のアクチュエータとして構成されている。
【００２２】
操作装置５はカムシャフト管１に相対回動不能に結合されているので、操作装置を間接的に又は直接的にエンジンのエンジンブロック／シリンダヘッドに結合するための別個の固定装置を設ける必要はない。図１において操作装置５から右方向に、つまりカムシャフトアジャスタとは反対側に位置するカムシャフト端部に向かって延在する、カムシャフト管１の内室４は全体が空いているので、内室４のこの自由な領域内に、カムシャフトの例えば別の機能部材を組み込むことができる。例えば、いわゆるブローバイガスから油を分離するための油分離装置を組み込むことが考えられる。本発明のカムシャフトにおいて、空いている内室４の別の利用可能性も考えられる。
【００２３】
操作装置５は、図１に示した実施例では、カムシャフト管１内に押し込まれており、従って操作装置５は、摩擦結合（摩擦による束縛）式及び／又は形状結合（形状による束縛）式にカムシャフト管１に結合されている。選択的に、操作装置５とカムシャフト管１との間の結合部は、解除可能な結合部として構成されていてもよい。この場合、操作装置５は例えばカムシャフト管１の内壁に対してすきまばめ（Spielpassung）を形成していて、カムシャフト管１内に設けられ、かつこのカムシャフト管１と協働する固定部材によって軸方向で固定される。このような固定部材は、例えばカムシャフト管１の内壁に形成された対応する溝内に嵌め込まれるスナップリングであってよい。カムシャフト管１の対応する切欠内に係合する、操作装置に設けられた係止突起も考えられる。この実施例は、図１には示されていない。
【００２４】
操作装置５とカムシャフト管１とを解除可能に結合することによって、操作装置５が損傷した場合に、操作装置５を簡単に交換することができる。この場合、カムシャフト全体を交換する必要はない。
【００２５】
カムシャフト管１に相対回動不能に結合された操作装置５に、カムシャフト管１に相対回動不能に結合された給電手段６を介して電流が供給される。これは図１に概略的に示されているだけである。図示の実施例では、給電は、カムシャフト管１の外から半径方向で行われる。以下に詳しく説明されているように、給電手段６は、様々な構成及び配置であってよい。
【００２６】
操作装置５は操作ピン１１を有している。操作装置５に供給された電流の強さ若しくは操作装置５に印加された電圧に基づいて、操作ピン１１は軸方向で移動せしめられる。操作ピン１１は、液圧式の弁３の、軸方向に摺動可能な制御ピストンに作用し、この制御ピストンによって、カムシャフトアジャスタに供給された作動液が制御される。この場合、操作ピン１１はリターンスプリング１２に抗して働く。操作ピン１１による力が制御ピストンに作用しないと、前記リターンスプリング１２によって、液圧式の弁３の制御ピストンはその初期位置へ押し戻されるか若しくは引き戻される。
【００２７】
図２には、操作装置５に必要な電流が供給される第１の構成が示されている。この実施例においては、給電手段６が、カムシャフト管１に相対回動不能に結合されたエレメント７に結合されている。このエレメント７は、カムシャフトに相対回動不能に結合されたブラシエレメントとして構成されている。このエレメント７に定置の手段８が配属されており、該定置の手段８によって、操作装置５に供給するための電流が前記エレメント７に伝達される。図２の実施例によれば、前記定置の手段８は、固定的に配置されたブラシエレメントである。
【００２８】
図３に示した実施例においては、図２の実施例とは異なる給電装置が設けられている。スリップリングが、該スリップリングに配属された前記手段８（すり接点として構成されている）と協働する。
【００２９】
図４に示した実施例では、やはり別の給電装置が設けられている。この実施例では、操作装置５のために必要とされる電流が、誘導によって生ぜしめられる。カムシャフト管１に相対回動不能に結合されたエレメント７が、第１の誘導コイル１３を有している。このエレメント７に定置の手段８が配属されており、該手段８は、同様に電流供給可能なコイル１４を有している。前記エレメント７と前記手段８との相対運動によって、カムシャフト管１の回転運動中に、操作装置５のために必要な電流が、第１の誘導コイル１３において誘導によって生ぜしめられる。
【００３０】
図２、図３及び図４に示した、操作装置５への電流供給の構成は、例として挙げたものである。給電装置のその他の配置及び構成も考えられる。給電は、必ずしも半径方向で行う必要はなく、軸方向で行ってもよい。さらに、給電手段はカムシャフト管１の内室４内に組み込むこともでき、給電は軸方向で行われる。
【００３１】
図５は、図１に示した本発明の実施例とは別の実施例を示す。操作装置５は、本発明の実施例では液圧式の弁３と一体的に構成されている。このことはつまり、操作装置５のハウジングが弁３のハウジングと一体的に構成されているか、又は２つのハウジングが、組立前にカムシャフトに予め取り付けることができる組立構成部品として構成されている、という意味である。これによって、取り付け作業をより簡単に行うことができる。また、液圧式の弁３の制御ピストンは、図１に示されているように操作装置５の操作ピン１１を介して操作されるのではなく、弁３の制御ピストンが電磁式の操作装置５に堅固に結合されているか、又は弁３の制御ピストン自体が電磁式の操作装置５の電機子を形成していてもよい。操作装置５には、カムシャフト管１に相対回動不能に結合されたライン１５を介して電流が供給される。カムシャフト管１の外側に第１の誘導コイル１３が相対回動不能に配置されている。第１の誘導コイル１３はカムシャフト管１と共に、第２のコイル１４に対して相対的に回転する。この第２のコイル１４は定置に配置され、かつ電流が通じている。このような形式で、操作装置５を操作するために必要な電流が、誘導によって誘導コイル１３内に生ぜしめられ、ライン１５を介して操作装置に供給される。
【００３２】
図６は、操作装置５への電流供給が軸方向で行われる、本発明の実施例を示す。カムシャフト管１の内室４内に、スリップリングスリーブ１６が相対回動不能に挿入されている。スリップリングスリーブ１６はスリップリング１７，１８を有している。スリップリングスリーブ１６の内室内に定置のラインガイド１９が配置されており、該ラインガイド１９は、すり接点２０，２１を介して環状のスリップリング１７，１８に接触している。ラインガイド１９は、電流を通すワイヤを有しており、これらのワイヤを介して操作装置５を制御するために必要な電流がすり接点２０，２１に供給される。スリップリング１７，１８を介して、制御電流がライン１５に伝達され、操作装置５に供給される。
【００３３】
環状部材２２を介して、ラインガイド１９はスリップリングスリーブ１６の内室内でセンタリングされて保持されている。環状部材２２はさらに、オイル（例えばカムシャフトの周囲からの）に対するシールを有している。環状部材２２は、軸受、例えば転がり軸受として構成されていてもよい。軸受として構成された環状部材２２は、シールエレメントも有しているので、軸受機能の他にシール機能も満たす。
【００３４】
本発明のカムシャフトにおいては、多くの場合いずれにしても必要なカムシャフト位置規定装置を、有利な形式で特に簡単に、操作装置５の電流供給のための給電装置内に組み込むことができる。これは例えば図７に、図４及び図５に示した誘導式の給電装置の例として示されている。
【００３５】
カムシャフト管１に相対回動不能に結合された、誘導コイル１３を備えたエレメント７に信号発信器９が組み込まれている。カムシャフト管１と一緒に回転する信号発信器９は、例えば従来技術により基本的に公知であるいわゆるトリガホイール（Triggerrad）等の段付けされた金属製のセンサリングであってよい。選択的に、センサリングは、例えば鋳造された金属製の粒子を備えたプラスチックより構成されているか、又は金属製のセグメントが組み込まれているプラスチック製のセンサリングとして構成されていてもよい。
【００３６】
カムシャフト管１に相対回動不能に結合された定置の手段８内に、通電される第２の誘導コイル１４の他にさらにセンサエレメント１０が組み込まれている。センサエレメント１０として、例えばいわゆるホールセンサ又は磁気抵抗式の位置センサ等の公知のカムシャフト位置センサが用いられる。信号発信器９の実施例に応じて、別のセンサエレメントを使用してもよい。本発明にとって重要なことは、どのような信号発信器若しくはセンサエレメント、又は信号発信器とセンサエレメントとの組み合わせが使用されているかではなく、信号発信器とセンサエレメントとが給電装置の定置の手段８及びエレメント７内に組み込まれているということである。従って、別個のカムシャフト位置規定装置は必要ない。
【００３７】
定置の手段８内に配置されたセンサエレメント１０は、ライン２３を介して、図示していない評価及び制御ユニットに接続されている。
【符号の説明】
【００３８】
１  カムシャフト管、  ２  カムシャフトアジャスタ、  ３  液圧式の弁、  ４  内室、  ５  操作装置、  ６  給電手段、  ７  エレメント、  ８  定置の手段（ブラシエレメント）、  ９  信号発信器、  １０  センサエレメント、  １１  操作ピン、  １２  リターンスプリング、  １３  第１の誘導コイル、  １５  ライン、  １６  スリップリングスリーブ、  １７，１８  スリップリング、  １９  ラインガイド、  ２０，２１  すり接点、  ２２  環状部材、  ２３  ライン
【図１】
2013501179.tif 000003
【図２】
2013501179.tif 000004
【図３】
2013501179.tif 000005
【図４】
2013501179.tif 000006
【図５】
2013501179.tif 000007
【図６】
2013501179.tif 000008
【図７】
2013501179.tif 000009
【国際調査報告】
2013501179.tif 000010
2013501179.tif 000011
2013501179.tif 000012
2013501179.tif 000013
2013501179.tif 000014
2013501179.tif 000015