(57)【要約】【課題】動弁機構（１）の反応時間を短くする。【解決手段】動弁機構（１）は、第１及び第２の係合要素（８ａ，８ｂ）を有しかつカムフォロア（４）の軸方向の位置調整をするための調整機構（７）を備え、第１及び第２の係合要素（８ａ，８ｂ）は、対応するスライドガイド（９ａ，９ｂ）と係合していない基準位置と、対応するスライドガイド（９ａ，９ｂ）と協働する切替位置との間で位置調整可能であり、各係合要素（８ａ，８ｂ）は、上記切替位置へ付勢するバネ（１０ａ，１０ｂ）を有し、内燃機関の動弁機構は、ロック位置において、対応する係合要素（８ａ，８ｂ）を上記基準位置に留める拘束装置（１１）と、拘束装置（１１）を解放するためのアクチュエータ（１３）とを更に備えている。【選択図】図２
2017227214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフト（３）と、
カムフォロア（４）と、
上記カムシャフト（３）上に据えられた第１のカム（５ａ）と、
上記第１のカム（５ａ）と軸方向に隣接して、上記カムシャフト（３）上に据えられた第２のカム（５ｂ）とを有し、
上記カムフォロア（４）は、上記第１のカム（５ａ）と駆動連結する第１の位置と、上記第２のカム（５ｂ）と駆動連結する第２の位置との間で軸方向に位置調整可能である、内燃機関の動弁機構であって、
上記カムフォロア（４）を、上記第１の位置と上記第２の位置との間で位置調整するための調整機構（７）であって、上記カムシャフト（３）上に設けられた第１のスライドガイド（９ａ）と協働して、上記カムフォロア（４）を上記第１の位置から上記第２の位置へ位置調整するための第１の機械的係合要素（８ａ）と、上記カムシャフト（３）上に設けられた第２のスライドガイド（９ｂ）と協働して、上記カムフォロア（４）を上記第２の位置から上記第１の位置へ位置調整するための第２の機械的係合要素（８ｂ）とを有する調整機構（７）を備え、
上記第１及び第２の係合要素（８ａ，８ｂ）は、対応する上記スライドガイド（９ａ，９ｂ）と係合していない基準位置と、対応する上記スライドガイド（９ａ，９ｂ）と協働する切替位置との間で位置調整可能であり、
上記各係合要素（８ａ，８ｂ）は、上記切替位置へ付勢するバネ（１０ａ，１０ｂ）を有し、
内燃機関の動弁機構は、ロック位置において、対応する上記係合要素（８ａ，８ｂ）を上記基準位置に留める拘束装置（１１）と、上記拘束装置（１１）を解放するアクチュエータ（１３）とを更に備えていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の動弁機構において、
上記拘束装置（１１）は、対応する上記係合要素（８ａ，８ｂ）上に設けられたロック輪郭部（２０）と協働する、ロックキャッチ（１４）又はロックピン（１５）で構成されたロック要素（１２）を有することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の動弁機構において、
上記拘束装置（１１）の上記ロック要素（１２）は、バネ（１６）によって上記ロック位置へ付勢されていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の動弁機構において、
上記アクチュエータ（１３）は、電動式アクチュエータとして、液圧式アクチュエータとして、又は空気圧式アクチュエータとして構成されていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の動弁機構において、
上記第１及び第２の係合要素（８ａ，８ｂ）上には、上記拘束装置（１１）を付勢するためのくさび形傾斜部（１７）がそれぞれ設けられていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の動弁機構において、
上記カムフォロア（１４）は、ローラピン（１８）及び該ローラピン（１８）に回転可能に据えられたローラ（１９）を有することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の動弁機構において、
上記拘束装置（１１）は、上記ローラピン（１８）内に配設されていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の動弁機構において、
上記第１のスライドガイド（９ａ）は、上記第１の係合要素（８ａ）と上記第１のスライドガイド（９ａ）との係合が解除されて、上記第１の係合要素（８ａ）が上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を有し、
さらに／または、上記第２のスライドガイド（９ｂ）は、上記第２の係合要素（８ｂ）と上記第２のスライドガイド（９ｂ）との係合が解除されて、上記第２の係合要素（８ｂ）が上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を有することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の動弁機構において、
上記係合要素（８ａ，８ｂ）をそれぞれ元に戻すための調整装置（２２）を更に備え、
上記調整装置（２２）は、液圧式、空気圧式、電磁式、機械式又は電動式のものであることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の動弁機構を備える内燃機関（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトと、カムフォロアと、該カムシャフト上に据えられた第１のカムと、該第１のカムと軸方向に隣接して、カムシャフト上に据えられた第２のカムとを有し、カムフォロアは、第１のカムと駆動連結する第１の位置と、第２のカムと駆動連結する第２の位置との間で軸方向に位置調整可能である、内燃機関の動弁機構、及び該動弁機構を備えた内燃機関に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフト及びカムフォロアを有し、該カムシャフト上に第１のカムと第２のカムとが隣接配置された、内燃機関の動弁機構が、特許文献１から知られている。カムフォロアは、第１のカムと駆動連結する第１の位置と第２のカムと駆動連結する第２の位置との間で軸方向に位置調整可能である。
【０００３】
カムフォロアを位置調整可能とすることによって、ストロークの異なる２つのカムを有する従来の動弁機構において、内燃機関の気筒を、異なる２つの動作モードで動作させることができる。もし、ストロークの異なる２つのカムを使う代わりに、１つのカムだけを使うようにして、第２のカムの代わりに、カムストロークのない基本的な円形状のカムを使うようにすると、上記動弁機構によって、対応する気筒を切断状態にすることができる。このような切断状態では、上記気筒のガス交換バルブに作用するカムフォロアは、該ガス交換バルブが作動しないように、基本的な円形状のカムとだけ協働する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９４５３４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から知られている動弁機構、特に該動弁機構の調整機構は、複雑かつ高価であることに加えて、応答時間が比較的長いという欠点があった。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の動弁機構が有する上記のような問題を改良することにあり、特に、反応時間を短くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、上述の課題は、独立請求項１の主題によって解決される。有利な形態は、従属項の主題である。
【０００８】
本発明は、動弁機構の調整機構を制御するために、バネ付勢される係合要素を使用するという概念に基づくものであり、調整が望まれるときには、係合要素のロックが解除されるだけで、迅速な調整が可能となる。本発明に係る、内燃機関の動弁機構は、カムシャフトと、カムフォロアと、カムシャフト上に設けられた第１のカムと、該第１のカムに軸方向に隣接するように配設された第２のカムをと有する。カムフォロアは、第１のカムと駆動連結する第１の位置と、第２のカムと駆動連結する第２の位置との間で、軸方向に位置調整可能である。本発明に係る調整機構は、カムフォロアの、第１の位置と第２の位置との間の軸方向の位置調整を可能にするために、第１のスライドガイドと協働して、上記カムフォロアを上記第１の位置から上記第２の位置へ位置調整するための第１の機械的係合要素と、第２のスライドガイドと協働して、上記カムフォロアを上記第２の位置から上記第１の位置へ再調整するための第２の機械的係合要素とを有する。第１及び第２の係合要素は、対応するスライドガイドと係合しない基準位置と、対応するスライドガイドと協働する切替位置との間で、それぞれ位置調整可能である。各係合要素は、該各係合要素を上記切替位置へ付勢するバネを有している。さらに、本発明の動弁機構は、ロック位置において、対応する係合要素を上記基準位置に留める拘束装置を備えている。本発明では、拘束装置を解放するために、アクチュエータが設けられている。そして、本発明の動弁機構では、カムフォロアの位置調整及び該位置調整によるバルブの開口時間の変更が必要な場合には、アクチュエータを駆動させるだけでよい。これは、アクチュエータによって拘束装置を解放して、該拘束装置の解放によりロック位置が解除されるとすぐに、対応する係合要素がその基準位置、すなわち、対応するスライドガイドと協働しない位置に留められるためである。拘束装置によるロックを解除すると、それぞれの係合要素に対応したバネによって、当該係合要素の位置が上記基準位置から上記切替位置へ迅速に調整されて、その後直ぐに、当該係合要素がカムシャフト上のスライドガイドと協働して、カムフォロア、詳しくは、カムプロファイルを捕捉するローラの軸方向の位置調整がされる。詳しくは後述するが、バネの再収縮とそれぞれの係合要素の基準位置への帰還は、対応するスライドガイドの傾斜構造部によって実現する。本発明の動弁機構によると、なによりも、係合要素の結合、ひいては調整機構の結合が可能になる。このことは、特に迅速性の観点において非常に効果のあるものであり、これは、上述のバネ及び対応する拘束装置若しくは各アクチュエータのような簡単な構成のみを必要とする。これにより、特に、複雑かつ高価な液圧式調整機構を完全に省くことができる。しかしながら、本発明に係る調整機構は、結合の迅速化という利点だけでなく、アクチュエータは拘束装置のロックを解除するためだけに用いればよいため、アクチュエータの小型化を図ることができ、これによって、該アクチュエータを最適な設置スペース及び有利なコストで製造することが可能になる。
【０００９】
本発明のさらに有利な構成では、上記拘束装置はロック要素、特に、ロックキャッチ又はロックピンで構成されたロック要素を有する。このロック要素は、上記ロック位置において、特に、溝やくさび形傾斜部で構成された、係合要素のロック構造と協働する。このようなロック要素は、ロック状態においてせん断力のみを受けるように、好ましくは、係合要素の軸に対して垂直な方向に延びるように配設されることで、それぞれの係合要素の移動方向に対して垂直な方向に延びるように配設される。これにより、ロック状態を解除するためのアクチュエータを単純かつ小型にすることができる。
【００１０】
本発明のさらに有利な実施形態では、上記拘束装置は、バネによって上記ロック位置に付勢されている。この場合、上記バネの付勢力に抗して、拘束装置を上記ロック位置から解放するようなアクチュエータが必要となる。該アクチュエータが、エネルギーが与えられていない等によって、駆動していないときには、上記拘束装置は、それぞれ、自動的に上記ロック位置へと変位する。
【００１１】
好ましくは、上記アクチュエータは、電動式アクチュエータ、特に電磁石として、液圧式アクチュエータとして、又は空気圧式アクチュエータとして構成されている。特に、アクチュエータが電磁石で構成されていれば、有利な価格でかつ比較的小さな形状のアクチュエータを提供することができる。これにより、上記ロック位置を解除するのに、比較的小さな力だけが必要となるため、アクチュエータを有利なコストで製造することができる。
【００１２】
本発明のさらに有利な実施形態では、第１及び第２係合要素上に設けられたくさび形傾斜部は、拘束装置の付勢、すなわち、ロック要素の付勢のために、各係合要素の側面に設けられている。このようなくさび形傾斜部によって、それぞれの係合要素の、上記切替位置から上記基準位置への調整を、同時に、拘束装置の付勢にも利用できるようになる。これにより、アクチュエータは、拘束装置を解放するためだけに必要となり、ロックキャッチやロックピンを上記ロック位置に位置させるために使用される必要はなくなる。これによる大きな利点は、アクチュエータが１つだけ使用されるということであり、通電／起動に、１つの位置だけを取るということである。これにより、２つの位置を必要とするような、より高価なリニアアクチュエータを省略することができる。さらなる利点として、無電流化と拘束の迅速化（拘束フェーズは最も滞留時間の長いフェーズである）がある。このため、いかなるエネルギーも必要としないという点で有利となる。アクチュエータが接続のトリガーとしてのみ使用され、該アクチュエータ自身が拘束や接続を行わないことで、アクチュエータの負荷が軽くなり、長寿命化を図ることができる。このようなくさび形傾斜部は、比較的単純で有利な価格の要素を構成し、これにより、拘束装置の付勢が確実に可能となり、同時に、有利なコストを可能にするとともに、構成要素を少なくすることができる。
【００１３】
本発明のさらに有利な実施形態では、カムフォロアは、ローラピンと該ローラピンに回転可能に据えられたローラと有する。拘束装置は、好ましくは、ローラピン内に配設されている。これにより、拘束装置を収容するための設置スペースの最適化を図ることができ、上記設置スペースを、従来、使用されていなかった又は開発されていなかった設置スペースとすることができる。
【００１４】
好ましくは、上記第１のスライドガイドは、上記第１の係合要素と該第１のスライドガイドとの係合が解除されて、上記第１の係合要素が上記基準位置に位置するように構成された傾斜構造部を有する。このような傾斜構造部は、上記第１のスライドガイドの溝深さを徐々に減少させることによって簡単に構成することができる。第２のスライドガイドにも、同様の方法で、上述のような傾斜構造部を設けることができる。
【００１５】
さらに、本発明は、上述したような動弁機構を有する内燃機関を備えるという概念に基づいており、これにより、異なる動作モード間で迅速に変化する内燃機関を形成することができ、この内燃機関のための構成要素は、設置スペースが最適化されるだけでなく、同時に、価格を安価にすることができる。
【００１６】
本発明のさらなる重要な特徴及び利点は、従属項、図面、及び図面を用いた説明により得られる。
【００１７】
上述の特徴、及び以下で説明される特徴は、説明される特定の組み合わせによってのみ使用できるのではなく、本発明の適用範囲を逸脱しない限りは、他の組み合わせ、又は単体で使用できることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る動弁機構の斜視図である。
【図２】図１とは異なる調整機構を有する動弁機構の正面図である。
【図３】他の実施形態の調整機構を示す動作図である。
【図４】他の実施形態の調整機構を示す動作図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい標準的な態様が図面に示されており、以下の説明でさらに詳細に説明される。各図において同じ又は類似の若しくは機能的に同じ部品には、同じ符号を付している。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施形態の動弁機構１は、内燃機関２の動弁機構であって、カムシャフト３とカムフォロア４とを有している。第１のカム５ａ及び第２のカム５ｂは、軸方向に隣接しかつカムシャフト３上に配設されている。第１のカム５ａ及び第２のカム５ｂは、異なるカムプロファイルを有している。例えば、２つのカム５ａ，５ｂのうちの１つは、基本的な円形状のみを有する、すなわちカムロブを有しないような形状にすることができ、このようなカムを介することで、気筒を切断状態とすることができる。２つのカム５ａ，５ｂを切り替えることができるようにするために、カムフォロア４は、軸方向、すなわち、カムシャフト３の軸方向６において、第１のカム５ａと駆動的に又は作動的に連結される第１の位置（図１参照）と、第２のカム５ｂと駆動的に又は作動的に連結される第２の位置（図２参照）との間で位置調整可能とされている。さらに、カムフォロア４の、上記第１の位置と上記第２の位置との間での上記軸方向の位置調整のために、調整機構７が設けられている。該調整機構７は、カムシャフト３上に設けられた第１のスライドガイド９ａと協働するか、又は該スライドガイド９ａと係合して、カムフォロア４を、上記第１の位置から上記第２の位置へ、上記軸方向に位置調整するための第１の機械的係合要素８ａを有している。さらに、調整機構７は、カムシャフト３に設けられた第２のスライドガイド９ｂと協働して、カムフォロア４を、上記第２の位置から上記第１の位置へ戻すように、上記軸方向に位置調整するための第２の機械的係合要素８ｂを有している。第１及び第２の係合要素８ａ，８ｂは、対応するスライドガイド９ａ，９ｂと係合しない基準位置（例えば、図１〜図４における係合要素８ａの位置）と、対応するスライドガイド９ａ，９ｂと協働する切替位置（例えば、図２〜図４における係合要素８ｂの位置）との間で、それぞれ位置調整可能である。係合要素８ａ，８ｂは、図１及び図２に示すように、一部材でそれぞれ構成されていてもよく、図３及び図４の係合要素８ｂのように、複数のパーツ（図３及び図４の係合要素８ｂを参照）でそれぞれ構成されていてもよい。さらに、調整機構７は、各係合要素８ａ，８ｂにそれぞれ設けられたバネ１０ａ，１０ｂを有している、このバネは、係合要素８ａ，８ｂを上記切替位置に付勢する。さらに、ロック位置に位置したロック要素１２によって、対応する係合要素８ａ，８ｂを上記基準位置に留める拘束装置１１が設けられている。ロック要素によって係合要素が上記基準位置に留められた状態とは、例えば、図２及び図３に示す、第１の係合要素８ａの状態である。さらに、拘束装置１１を解放するための、すなわち、上記ロック位置からロック要素１２によるロックを解除する（図２，３及び４における、係合要素８ｂとロック要素１２との状態）ためのアクチュエータ１３が設けられている。
【００２１】
拘束装置１１は、ロック要素１２として、例えば、ロックキャッチ１４（図３及び図４参照）又はロックピン１５（図２参照）を有することができる。拘束装置１１及び各ロック要素１２は、バネ１６によって上記ロック位置に付勢されている。この状態は、例えば、図２及び図３に示すような、第１の係合要素８ａと関連したロック要素１２に明確に示されている。ここで、スプリング１６としては、例えば、圧縮コイルバネ（図２参照）や捻りコイルバネ（図３及び図４参照）を用いることができる。ロック要素１２をロックキャッチ１４で構成したときには、ロックキャッチ１４は、上記ロック位置において、係合要素８ａ，８ｂ上に設けられたロック構造２０（図３及び図４参照）と協働する。このロック構造２０は、例えば、溝で構成されている。
【００２２】
アクチュエータ１３は、好ましくは、電動式アクチュエータ、特に電磁石として、液圧式アクチュエータとして、又は空気圧式アクチュエータとして構成されていて、拘束装置１１を解放するためにのみ使用される。アクチュエータ１３が対応するロック要素１２を上記ロック位置から引き寄せるとすぐに、係合要素８ａ，８ｂは、バネ１０ａ，１０ｂによって上記切替位置へと移動される。本発明に係る動弁機構１、特に本発明に係る調整機構７は、切り替え時間が極端に短いことに加えて、構成が単純であり、スペースを節約することができ、さらに、有利なコストで製造できるという大きな利点を提供する。
【００２３】
図２を参照すると、第１及び第２の係合要素８ａ，８ｂには、ロック要素１２を付勢するためのくさび形傾斜部１７がそれぞれ形成されていることが分かる。このくさび形傾斜部１７によって、特に、各ロック要素１２を付勢のために引き戻すのに必要な第２のアクチュエータを省略することができ、これにより、部品の種類類を削減することができる。また、部品の種類が削減されることで、保管や設備のコストも削減することができる。
【００２４】
詳細には示していないが、各係合要素８ａ，８ｂの再セットは、傾斜構造部を介して行われる。この傾斜構造部は、対応するスライドガイド９ａ，９ｂにそれぞれ設けられており、第１の係合要素８ａが第１のスライドガイド９ａとの係合を解除して、上記基準位置に移動するように構成されている。同様に、第２のスライドガイド９ｂは、第２の係合要素８ｂが第２のスライドガイド９ｂとの係合を解除して、上記基準位置に移動するように構成された傾斜構造部を有している。
【００２５】
これらの代わりに、各係合要素８ａ，８ｂの再セットを、調整装置２２（図４の係合要素８ａを参照）を介して行うこともできる。この調整装置２２は、例えば、液圧、空気圧、電磁力、機械的な作用、又は電力によって操作される。調整装置２２を用いる場合には、調整機構７の大部分がカムフォロア４の動きから切り離されることになる。
【００２６】
上記カムフォロア４は、通常、ローラピン１８を有しており、このローラピン１８上には、ローラ１９が回転可能に据えられている。カム５ａ，５ｂのカムプロファイルは、このローラ１９を介して捕捉される。本発明の動弁機構１の好ましい実施形態では、拘束装置１１、すなわち、アクチュエータ１３、又は各ロック要素１２、特にロックピン１５は、ローラピン１８内に設けられている。これにより、この実施形態では、設置スペースを最適化することができる。
【００２７】
切替が異なる影響要因によって遅延して引き起こされるとき、又はコスト面から動作が遅く／不正確なアクチュエータ１３（クランクシャフトを回転させるために必要な時間よりも遅いもの）が使用されるときには、係合要素８ａ，８ｂが対応するスライドガイド９ａ，９ｂの溝と係合せず、係合要素８ａ，８ｂは、切替の工程を実行することなく、拘束位置へと押し戻されてしまう。このことは、カムフォロア４が新たな位置に到達したときにのみアクチュエータ１３が非作動となる（上記ロック位置で再び移動する）ことによって相殺することができる。これにより、アクチュエータ１３の切替時間及び反応時間が、その寿命に亘って削減されたとしても、上記切替の工程が確実に実施されるようになる。これは、カムシャフトの回転数を２回又は３回にだけすることもできる。ここで、係合要素８ａ，８ｂの移動は、該係合要素８ａ，８ｂがスライドガイド９ａ，９ｂと係合するまで、スライド要素上で行われる。これにより、係合要素８ａ，８ｂの拘束は、切替の工程が完了した後にのみ、再び実行されるため、より遅い又はより好ましいアクチュエータ１３を使用することもできるようになる。
【００２８】
さらに、図３に示す実施形態を参照すると、バネ１０ａは、動弁機構１の固定要素上に載置されている一方、バネ１０ｂは、ローラピン１８上に載置されていることが分かる。バネ１０ａ，１０ｂが、対応する多部品係合要素８ａ又は対応する単一部品係合要素８ｂを上記切替位置に付勢しているということは、重要なことである。
【００２９】
ここで、図３の左側のアクチュエータ１３は固定されており、多部品係合要素８ａは、その上側の部分に板部２１を有している。この板部２１は、カムフォロア４の上記軸方向の位置に関わらず、係合要素８ａの下側の部分と協働可能である。これにより、可動部品の数を低減することができる。そして、この場合には、スライドガイド９ａの傾斜構造部は、係合要素８ａの再セットを行うことができる。必ずしも必要ではないが、係合要素８ｂを作動させるアクチュエータ１３（図３の右側に示す）は、ロックキャッチ１４が十分な長さを有していれば、カムフォロア４と共に上記軸方向に位置調整することができる。図４に示すような、係合要素８ｂを作動させるアクチュエータ１３についても同様である。
【００３０】
以上のことから、本発明の動弁機構１、及び本発明に係る内燃機関２は、単純な構成とすることができるとともに、動弁機構１の迅速な切り替えが可能であり、同時に、有利なコストで製造することができる。
【図１】
2017227214.tif 000003
【図２】
2017227214.tif 000004
【図３】
2017227214.tif 000005
【図４】
2017227214.tif 000006