(57)【要約】【課題】複数の液圧式の弁遊び補償エレメントを有し、弁遊び補償エレメントが、内燃機関の受容室に長手方向で移動可能でかつ該弁遊び補償エレメントの一方の軸方向端部にてカム軸のカムによって負荷された回転対称的なケーシングを有し、弁遊び補償エレメントにケーシング内で軸方向に移動可能なピストンが所属し、内燃機関のガス交換弁と直接又は間接的に伝力結合されており、ケーシングとピストンとの間に制御弁が配置され、該制御弁が閉鎖体とピストンに構成された弁座とを有している形式の内燃機関の制御駆動装置の製作費用を低減させること。【解決手段】弁遊び補償エレメントとしてリバーススピリングエレメント、つまり制御弁の弁ばねが一端でピストンにかつ他端で閉鎖体に支えられているエレメントが使用されていること。【選択図】図１
2007170401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧式の弁遊び補償エレメント（２１）を複数有する内燃機関の制御駆動装置であって、１つの弁遊び補償エレメント（２１）がそれぞれ１つの回転対称的なケーシング（２２）を有し、該ケーシング（２２）が内燃機関の受容室内で長手方向に移動可能に案内されておりかつ弁遊び補償エレメント（２１）の一方の軸方向端部にてカム軸のカムにより負荷されており、カムの接触面が周方向で基円振れをもたらす形状製作誤差を有しており、該形状製作誤差が前記接触面の半径方向の寸法の正及び負の寸法偏差によって決定されており、弁遊び補償エレメント（２１）が前記ケーシング（２２）内で軸方向に移動可能なピストン（２４）を有しかつ該ピストン（２４）又は前記ケーシングを介して内燃機関のガス交換弁と直接又は接触面を備えた別の弁駆動装置構成部材を介して伝力結合されており、軸方向で前記ケーシング（２２）と前記ピストン（２４）との間に制御弁（３１）が配置され、該制御弁（３１）が閉鎖体（３９）と該閉鎖体（３９）のために前記ピストン（２４）に構成された弁座とを有している形式のものにおいて、弁遊び補償エレメント（２１）としてリバーススプリングエレメントが使用されていること、つまり弁遊び補償エレメント（２１）の制御弁（３１）が制御弁ばね（３０）を有し、該制御弁ばね（３０）が一方の端部で前記ピストン（２４）に支えられかつ他端で前記閉鎖体（３９）に支えられているエレメントが使用されていること並びにカムの接触面の形状製作誤差が総じて２５μｍよりも大きいことを特徴とする、内燃機関の制御駆動装置。
【請求項２】
液圧式の弁遊び補償エレメントを複数有する内燃機関の制御駆動装置であって、１つの弁遊び補償エレメントがそれぞれ１つの回転対称的なケーシングを有し、該ケーシングが内燃機関の受容室内で長手方向に移動可能に案内されておりかつ弁遊び補償エレメントの一方の軸方向端部にてカム軸のカムにより負荷されており、カムの接触面が周方向で基円振れをもたらす形状製作誤差を有しており、該形状製作誤差が前記接触面の半径方向の寸法の正及び負の寸法偏差によって決定されており、弁遊び補償エレメントが前記ケーシング内で軸方向に移動可能なピストンを有しかつ該ピストン又は前記ケーシングを介して内燃機関のガス交換弁と直接又は接触面を備えた別の弁駆動装置構成部材を介して伝力結合されており、軸方向で前記ケーシングと前記ピストンとの間に制御弁が配置され、該制御弁が閉鎖体と該閉鎖体のために前記ピストンに構成された弁座とを有している形式のものにおいて、弁遊び補償エレメントとしてフリーボールエレメントが使用されていること、つまり弁遊び補償エレメントの制御弁が制御弁ばねなしで構成されているエレメントが使用されていること並びにカムの接触面の形状製作誤差が総じて２５μｍよりも大きいことを特徴とする、内燃機関の制御駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御駆動装置であって、複数の液圧式の弁遊び補償エレメントを有し、１つの弁遊び補償エレメントがそれぞれ１つの回転対称的なケーシングを有し、該ケーシングが内燃機関の受容室内で長手方向に移動可能に案内されておりかつ弁遊び補償エレメントの軸方向の一端がカム軸のカムによって負荷されており、カムの接触面が周方向で基円振れを発生させる形状製作誤差を有し、該形状製作誤差が前記接触面の半径方向の寸法の正及び負の寸法偏差によって決定されており、前記弁遊び補償エレメントが前記ケーシング内で軸方向に移動可能なピストンを有し、かつ該ピストンを介し又は前記ケーシングを介し内燃機関のガス交換弁と直接的に又は接触面を備えた別の弁駆動装置構成部分を介して伝力結合されており、前記ケーシングと前記ピストンとの間に制御弁が配置され、該制御弁が閉鎖体と該閉鎖体のために前記ピストンに構成された弁座とを有している形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
液圧式の弁遊び補償エレメントは、カム軸からカム行程を内燃機関のガス交換弁に伝達する場合に伝達エレメント間に摩耗又は熱潤脹に基づき形成される遊びを補償するために役立つ。補償エレメントを使用することで弁駆動装置の騒音及び摩耗の少ない作業形式と、カム行程とガス交換弁の行程との最大限の合致とを達成しようとしている。
【０００３】
前記補償エレメントはそれぞれ１つの逆止弁として構成された制御弁を有し、該制御弁は閉鎖体、例えば球と制御弁ばねとを有し、該制御弁ばねが前記閉鎖体を負荷している。スタンダードな構成形式では閉鎖体は制御弁ばねにより閉鎖方向で負荷されている。これにより制御弁はもっぱら閉じられ、弁遊び補償エレメントの空行程が消滅する。この構成では、補償エレメントのポンピング作用の危険と、「負の弁遊び」の発生の危険とがある。弁遊び補償エレメントが切換可能な円筒形のカム従動子として構成されている冒頭に述べた形式の制御駆動装置は文献ＤＥ１９８４４２０２Ａ１号明細書に開示されている。当該明細書の図面から判るようにこの場合には閉鎖体は制御弁ばねによって閉鎖方向に負荷されているので制御弁は主として閉じられている。
【０００４】
この公知の補償エレメントの欠点は、制御弁ばねが閉鎖体を開放方向に負荷するかもしくはばねが完全に省かれる制御弁によって回避される。このような制御弁を有する補償エレメントは制御弁ばねが逆に配置されているためにリバーススプリングエレメントと呼ばれるかもしくはばねが省かれている場合にはフリーボールエレメントと呼ばれる。これらの補償エレメントは内燃機関の熱動力学及び有害物質エミッション及び機械的負荷に正の影響を及ぼし、したがって次第に多く使用されている。
【０００５】
スタンダードな構造形式では制御弁がカムの基円領域にて制御弁ばねのばね力に基づきもっぱら閉じられているのに対し、リバーススプリングエレメントの場合には、制御弁はこの領域で、制御弁ばねの力によって開放状態に保たれるかもしくはフリーボールエレメントの場合には閉鎖が強要されない。このような補償エレメントは、カム上昇行程の開始と共に発生する、高圧室から低圧室へ流れる潤滑油流によってははじめて、ハイドロダイナミック及びハイドロスタティックな力によって閉じられることができるので、該補償エレメントはガス交換弁の弁行程の開始前に常に空行程を有している。この空行程の大きさはどの機関回転数でも制御弁の閉鎖時間に関連し、制御弁の閉鎖時間は周知のように、この場合には液圧媒体として使用される潤滑油の粘性／密度に関連する。
【０００６】
リバーススプリング／フリーボールエレメントの制御弁を閉じるためにはいわゆる臨界潤滑油速度が必要である。この臨界潤滑油速度は潤滑油粘度、ひいては潤滑油温度に関連する。潤滑油粘性／密度が高い場合、つまり潤滑油温度が低い場合には臨界潤滑剤速度は低く、したがって低い潤滑剤粘性の場合よりも、つまり高い潤滑剤温度の場合よりも早く達成される。これは常温始動に際して制御弁の閉鎖時間が短く、ひいては空行程が運転温度にある機関の場合よりもわずかになる。しかし、小さい空行程は大きな弁交差を意味する。これは大きな内部の排ガス戻しをもたらし、騒音の大きい、低いアイドリング運転の原因となる。これはアイドリング運転の回転数を上げることで改善され得るが、これは有害物質エミッション及び燃料消費に関する負担を増大する。
【０００７】
したがってリバーススプリング／フリーボールエレメントの場合は、制御弁の閉鎖体はカムの基円では開放されている。制御弁を閉じるためには閉鎖体にて圧力差を生ぜしめ、これによって制御弁が閉鎖される容積流を閉鎖体のそばを通って流す必要がある。リバーススプリング／フリーボールエレメントは例えば文献ＥＰ−１２９８２８７Ａ２号、ＪＰ−６１−１８５６０７号及びＵＳ−４０５４１０９号明細書によって公知である。これらの文献には制御弁がそれぞれ閉鎖体として球を有する補償エレメントが開示されている。
【０００８】
したがって一般的な液圧式の弁遊び補償エレメントの場合には逆止弁として構成された制御弁の制御弁ばねは弁球もしくは閉鎖体と弁座を形成するピストンとの下側に配置されている。カム軸のカムの基円回転期の開始にあたって制御弁は開放され、主回転期にて先きに補償エレメントの高圧室から押出された、液圧媒体として使用された油をエレメントの低圧室から吸込み補充し、存在する弁遊びをエレメントの高圧室への適当な油の吸込み補充で補償する。それ以外は制御弁はカムの基円回転期の間は閉じられている。一般的な補償エレメントの機能はカム接触部に対し所定の形態を課する。
【０００９】
一般的な補償エレメントの場合にはエレメントを短縮する基円振れが生じ、機関又はガス交換弁がカムの基円回転期にて意図しないのに開放し、これが相応の機械的及び熱動力学的な欠点をもたらす。
【００１０】
エレメントを延長する基円振れは一般的な補償エレメントにおいては、逆止弁の弁球が開き、補償エレメントが油を低圧室から高圧室へ補充吸い込みする原因となる。この過程が機関又はガス交換弁の行程の開始前に行なわれると、補充吸込みに基づき開放した制御弁は、カム行程がガス交換弁に伝達され得る前に差あたり再び閉じられなければならない。これに関連した機能遅延は望ましくない弁行程の損失をもたらし、この弁行程の損失は同様に相当する機械的及び熱動力学的な欠点の原因となる。
【特許文献１】ＤＥ１９８４４２０２Ａ１号明細書
【特許文献２】ＥＰ１２９８２８７Ａ２号明細書
【特許文献３】ＪＰ６１−１８５６０７号明細書
【特許文献４】ＵＳ４０５４１０９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は内燃機関の制御駆動装置を改良して、互いに接触しかつ互いに係合する制御駆動装置の構成部分の製作費用が低減され、これによって構成部材の接触面の寸法製作誤差が不都合に作用しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の課題は、弁遊び補償エレメントとしてリバーススプリングエレメント、すなわち制御弁が一端でピストンにかつ他端で閉鎖体に支えられている制御弁ばねを有するエレメントを使用し、カムの接触面の形状製作誤差が総じて２５μｍよりも大きいことによって解決された。
【００１３】
別の提案によっては、本発明の課題は、弁遊び補償エレメントとしてフリーボールエレメントが使用されていること、すなわち弁遊び補償エレメントとしてその制御弁が制御弁ばねなしで構成されていること並びにカムの接触面の形状製作誤差が総じて２５μｍよりも大きいことによって解決された。
【発明の効果】
【００１４】
リバーススプリングエレメントとして又はフリーボールエレメントとして構成された液圧式弁遊び補償エレメントの場合には、その別形式の構成に基づき、制御弁はカムの全基円回転期の間開かれている。この場合にはエレメントを短縮する基円振れは、リバーススプリングもしくはフリーボールエレメントの弁球行程及び／又は弁ばね力がどのように選ばれているかに応じて機関又はガス交換弁の望まれない開放をも行なわない。エレメントを延長する基円振れはリバーススプリングもしくはフリーボールエレメントには作用しない。何故ならばリバーススプリングもしくはフリーボールエレメントの制御弁は基円回転期ではいずれにしても開放しているからである。一般的な液圧式の弁遊び補償エレメントについて冒頭で述べたように機関又はガス交換弁が開放する際の機能遅延の効果は、結果としてリバーススプリングもしくはフリーボールエレメントの場合には発生しない。
【００１５】
これらの弁遊び補償エレメントの場合に発生する望まれる空行程は、本発明によれば、例えばカム接触を除くために、つまり互いに接触するカムとリバーススプリングもしくはフリーボールエレメントとの接触面の寸法精度を下げて構成し、ひいてはコストを低減するために利用される。この場合、カム接触領域における拡げられた寸法製作誤差は弁遊び補償エレメントの機能を妨げない。弁遊び補償エレメントの制御弁はその構造に基づき、カムの全基円回転期の間開放されている。これにより弁遊び補償は保証され、機関又はガス交換弁はカム接触領域の広げられた製作誤差によって意図されないのに開放することはなくなる。それぞれ選択された制御駆動装置の構成形式に応じて別の製作誤差、例えばカムローラの製作誤差、タペットロッドの接触面、コップ形タペットの接触面、レバー、例えばロッキングレバーの接触面の製作誤差又はカム軸軸受の製作誤差が広げられる。カム軸とエンジンブロックもしくはシリンダヘッドから形成されるカム軸ケーシングとは比較的に低い剛性度で構成されていることができる。
【００１６】
カム接触においては半径方向及び軸方向の製作誤差は、エレメントを短縮する総基円振れが統計学的に３５μｍよりも大きくかつエレメントを延長する総基円振れが統計学的に３８μｍよりも大きいことが可能であるように広げられる。
【００１７】
転がり軸受されたカムローラの製作誤差はリングと転動体として使用されたニードルとローラのピンとの製作誤差に関連する。カムローラの真円回転製作誤差の拡大は２５μｍよりも大きいことができる。この製作誤差の拡大はリング、ニードル及びピンの直径摩耗の回避によって生じる。又、非切削加工で製作されるか又は焼結部分であるリング、ニードル及びピンを使用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施例として本発明によって使用された弁遊び補償エレメントが図面に示されており、以下、公知技術による内燃機関の制御駆動装置との比較について記載する。
【００１９】
図１は本発明によって使用された弁遊び補償エレメントを部分的に側面図でかつ部分的に長手方向断面図で示した図である。
【００２０】
図２は公知の弁遊び補償エレメントを有する、内燃機関に組込まれた制御駆動装置の長手方向断面図である。
【００２１】
図２に示された公知技術の液圧式の弁遊び補償エレメント１は、タペットロッド４を介して作動可能である内燃機関３の弁駆動装置２内に組込まれている。補償エレメント１は切換え可能なカム従動子として構成され、外側の円筒区分５から成り、該円筒区分５はその内室６内に内側の円筒区分７を有している。円筒区分７は円筒区分５に対し相対的に軸方向に移動可能である。
【００２２】
外側の円筒区分５は一端でカム軸のカム８に向けられかつ底９で閉じられている。底９の領域にはローラ１０が設けられ、このローラ１０の外周面はカム８の転動面として役立つ。ローラ１０は転がり軸受を介してピンの上に支えられている。ピンは底９の領域にて直径方向で外側の円筒区分５を通して案内されかつその端部でかしめを介して外側の円筒区分５に固定されている。内側の円筒区分７は外側の円筒区分５の外にある端部でタペットロッド４に向けられている。該タペットロッド４は内側の円筒区分７の凹球面状に構成された支持面１１にその端部１２で支持される。
【００２３】
補償エレメント１の切換え過程を行なう切換えエレメント１３の外側の端面には液圧媒体が導かれることができる。このためには内燃機関３内には通路１４が設けられている。ロッキングレバー１６とタペットロッド４とを介して補償エレメント１に結合された内燃機関３のガス交換弁１５の大きな行程を達成するそのためには、外側の円筒区分５を補償エレメント１の内側の円筒区分７に連結することが必要である。切換えエレメント１３はピストン上のスライダとして製作され、該スライダは圧縮ばねにより連結位置に保持される。
【００２４】
ガス交換弁１５の遮断が望まれると液圧媒体が通路１４から切換えエレメント１３の外側の端面の前に導かれる。外側の円筒区分５と内側の円筒区分７とか互いに緊張させられて位置していない基円回転期に補償エレメント１が位置していると、液圧媒体における圧力が十分である場合に、切換えエレメント１３はその圧縮ばねの力に抗して半径方向で完全に内側の円筒区分７内へ移動させられる。後続のカム行程で外側の円筒区分５は内側の円筒区分７に対し相対的に、外側の円筒区分５内に配置された圧縮ばね１７の力に抗して移動する。タペットロッド４とガス交換弁１５とは移動させられない。何故ならば外側の円筒区分５の圧縮ばね１７の力はこれに抗して作用するガス交換弁１５の圧縮ばね２０の力よりも小さいからである。
【００２５】
補償エレメント１は液圧式に働く弁遊び補償エレメントとして液圧媒体としての油の供給を必要とする。このためにはタペットロッド４内に供給導管１８が配置されている。この供給導管の代りに内燃機関３において外側の円筒区分５のための受容室１９へ通じる液圧媒体のための供給導管も考えられる。
【００２６】
本発明によって使用された、図１に示された液圧式の弁遊び補償エレメント２１には下端に配置されたローラ４０を有する回転対称的なケーシング２２を有している。ケーシング２２は段部の設けられた盲孔を有し、この盲孔は高圧室２３を形成し、高圧室２３内では中空円筒状のピストン２４がシール遊びをもって案内されている。ピストン２４は下方のピストン底２５と上方のピストン底２６とを有している。ピストン２４はピストン下部分２７とピストン上部分２９とに水平方向で分割されている。下方のピストン底２５の下には高圧室２３がある。下方のピストン底２５の上側には低圧室２８が配置されている。この低圧室２８はピストン２４の内室から形成されかつ油ストック室として用いられている。
【００２７】
高圧室２３は低圧室２８に中央の軸方向孔によって接続されている。中央の軸方向孔は下方のピストン底２５に配置されている。この軸方向孔は制御弁ばね３０を備えた制御弁３１の１部である。制御弁３１は下方のピストン底２５の下側の高圧室２３内まで延びている。圧縮ばね３２は高圧室２３の底３４の中央の切欠き３３内に支えられている。圧縮ばね３２はピストン２４をその圧縮力で負荷する。上方のピストン底２６はその外面３５に中央の円錐形の凹部３６を、図示されていないタペットロッドの例えば球形の端部３７を案内するために有している。上方のピストン底２６にある別の中央の軸方向孔３８は低圧室２８と弁駆動装置の潤滑油供給装置との接続を行なう。この補償エレメント２１の制御弁３１の閉鎖体３９は球である。ケーシング２２の下端に固定されたピン４１にはローラ４０を形成するリング４２が転がり軸受のニードル４３を介して回転可能に支承されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によって使用された弁遊び補償エレメントを部分的に側面図でかつ部分的に長手方向断面図で示した図。
【図２】公知の弁遊び補償エレメントを有しかつ内燃機関に組込まれた制御駆動装置の長手方向断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  補償エレメント
２  弁駆動装置
３  内燃機関
４  タペットロッド
５  外側の円筒区分
６  内室
７  内側の円筒区分
８  カム
９  底
１０  ローラ
１１  支持面
１２  タペットロッドの端部
１３  切換えエレメント
１４  通路
１５  ガス交換弁
１６  ロッキングレバー
１７  圧縮ばね
１８  供給導管
１９  受容室
２０  圧縮ばね
２１  弁遊び補償エレメント
２２  ケーシング
２３  高圧室
２４  ピストン
２５  下方のピストン底
２６  上方のピストン底
２７  ピストン下部分
２８  低圧室
２９  ピストン上部分
３０  制御弁ばね
３１  制御弁
３２  圧縮ばね
３３  切欠き
３４  底
３５  外面
３６  円錐形の凹部
３７  球状の端部
３８  軸方向の孔
３９  閉鎖体
４０  ローラ
４１  ピン
４２  リング
４３  ニードル
【図１】
2007170401.tif 000003
【図２】
2007170401.tif 000004