(57)【要約】  本発明は、外軸（２）と、外軸（２）を通って延びる内軸（３）とを備える、可変バルブ開期間を有する内燃機関のバルブ駆動用カムシャフト（１）に関する。内軸（３）は、外軸（２）に対して回転可能に保持されている。カム（６）は、複数の部材によってで設計され、第１の部分カム（４）と、少なくとも１つの第２の部分カム（５）とを有する。第１の部分カム（４）または少なくとも１つの第２の部分カム（５）のいずれか一方は、外軸（２）に回転可能に固定され、それぞれもう一方の部分カム（５，４）は内軸（３）に回転可能に固定されている。軸受（９）の内側軌道輪（７）は外軸（２）に保持され、第２の部分カム（５）のうちの１つは、軸受内輪（７）の少なくとも一部を形成する軸方向付着部を有する。【選択図】図１
2017519940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外軸（２）と、前記外軸（２）を通って延びる内軸（３）を有し、前記内軸（３）が前記外軸（２）に対して回転可能に保持されており、
複数の部材によって構成される少なくとも１つのカム（６’）が、第１の部分カム（４）と、少なくとも１つの第２の部分カム（５）とを備え、
前記第１の部分カム（４）または前記少なくとも１つの第２の部分カム（５）のいずれか一方が、前記外軸（２）とともに回転するように前記外軸（２）に固定連結され、それぞれもう一方の部分カム（５，４）が、前記内軸（３）とともに回転するように前記内軸（３）に固定連結され、
軸受（９）の軸受内輪（７）が前記外軸（２）に保持された、
可変バルブ開時間を有する内燃機関のバルブ駆動用カムシャフト（１）であって、
前記第２の部分カム（５）が、前記軸受内輪（７）の少なくとも一部を形成する軸方向付着部を備えることを特徴とする、カムシャフト（１）。
【請求項２】
前記軸受内輪（７）が複数の部材によって構成され、前記軸受内輪（７）のさらなる一部が、前記カム（６’）に隣接する別のカム（６’’）の第２の部分カム（５）によって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の調整可能なカムシャフト（１）。
【請求項３】
前記軸受内輪（７）をともに形成する前記２つの第２の部分カム（５）の間に、間隙（１１）が形成され、前記間隙（１１）が、前記外軸（２）内に設けられる径方向孔（１０）と軸方向に一致していることを特徴とする、請求項２に記載の調整可能なカムシャフト（１）。
【請求項４】
前記カム（６’）が、第１の部分カム（４）と、２つの第２の部分カム（５）とを備え、前記第１の部分カム（４）が、前記２つの第２の部分カム（５）の軸方向間に配置され、前記２つの第２の部分カム（５）のうちの１つが、前記軸受内輪（７）の一部を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の調整可能なカムシャフト（１）。
【請求項５】
前記カム（６’）が、正確に１つの前記第１の部分カム（４）と、正確に１つの前記第２の部分カム（５）とを備え、前記第１の部分カム（４）が、前記第２の部分カム（５）に軸方向に隣接して配置され、前記第２の部分カム（５）が、前記軸受内輪（７）の一部を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の調整可能なカムシャフト（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分による内燃機関用カムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる動作条件下で、常に内燃機関を可能な限り最適に動作させることができるようにするために、非常に様々な方法が従来技術から既知である。たとえば、特許文献１には、バルブ開期間の変化が記載されている。カムシャフトが、中空の外軸と、外軸内部で同心円状に回転することができるように配置された内軸とを備える。カムの第１の部分カムが、外軸とともに回転するように外軸に固定取付されており、カムの第２の部分カムが、内軸とともに回転するように内軸に固定連結され、かつ外軸に回転可能に取り付けられている。内軸および外軸の相互の回転によって生じる、２部分カムの相互の回転によって、カムのカム輪郭と、したがってバルブ開時間とが、それに応じて変化することができる。
【０００３】
各部分カムは、非調整式カムシャフトのカムが必要とする設置空間と実質的に同じ大きさの最小軸方向設置空間を必要とする。しかし、ここでは少なくとも２つのこのタイプの部分カムをバルブごとに設けなければならないので、カムが必要とする軸方向設置空間は全体に増加する。
【０００４】
ここで述べるカムシャフトは、輪郭が可変ではないタイプのカムのみを備えるタイプのカムシャフトとは基本的に区別されなければならない。このタイプのカムも、カムシャフトに可変に保持することはできるが、これによって開周期をずらすことができるのみであり、その開期間を変えることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３２６３２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、冒頭で述べたタイプの改善されたカムシャフトを提供することであり、このカムシャフトは、特に、省スペースの全体設計により特徴付けられる。
【０００７】
この目的は、特徴的特性と組み合わせた、請求項１の前提部分による可変バルブ開期間を有する内燃機関のバルブ駆動用カムシャフトにより達成される。本発明の有利な発展形態が、従属請求項に明記されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるカムシャフトは、外軸と、外軸を通って延びる内軸とを備える。内軸は、外軸に対して回転可能に保持されている。カムは、複数の部材によって構成されており、第１の部分カムと、少なくとも１つの第２の部分カムとを備える。第１の部分カムまたは少なくとも１つの第２の部分カムのいずれか一方は、外軸とともに回転するように外軸に固定連結されており、それぞれもう一方の部分カム、すなわち、少なくとも１つの第２の部分カムまたは第１の部分カムは、内軸とともに回転するように内軸に固定連結されている。結果として、どちらの部分カムが外軸に連結され、どちらの部分カムが内軸に連結されるかは重要ではない。軸受の軸受内輪が、外軸に保持されている。具体的には、すべり軸受および転がり軸受が軸受として好適である。そして本発明によれば、少なくとも１つの第２の部分カムのうちの１つは、軸受内輪の少なくとも一部を形成する軸方向付着部を備える。
【０００９】
そして部分カムは、部分カムおよび軸受内輪を外軸に連結する機能を果たす。この機能的統合によって、軸方向設置空間を節約することができる。このことは、特に、一般的なタイプの調整可能なカムにおいて有利であり、その理由は、例示的実施形態を用いてさらに詳細に説明するように、これらがそれ自体非常に大きな軸方向設置空間を必要とするからである。ここで、軸受内輪の一部は、特に、第２の部分カムと一体に構成されている。軸受内輪を別途外軸に締結することを不要にすることができる。
【００１０】
軸受内輪は、複数の部材によって構成されていることが好ましく、軸受内輪のさらなる一部は、隣接する別のカムの第２の部分カムによって構成することができる。これにより、対称配置が生じ得る。このように、各場合に異なるカムの軸方向に隣接する２つの部分カムは、軸受内輪をともに形成する。このように分かれていることによって短い接合路が生じ、これにより組み立てが簡略化される。別の方法として、軸受内輪のさらなる一部は、外軸とともに回転するように外軸に固定保持された、一体成形カムまたは軌道輪によって構成することができる。
【００１１】
各場合に軸受内輪をともに形成する２つの第２の部分カムの間に生じる軸方向に延びる間隙は、外軸内の径方向孔と軸方向に一致していることが好ましい。間隙および径方向孔は、特にすべり軸受の場合に、外軸の内部領域と軸受との間で、ともに半径方向潤滑油流路として機能することができる。前段落で取り上げた別の方法についても同様であり、部分カムと、固定カムまたは軌道輪との間に、間隙が生じるという結果になる。
【００１２】
第１の好ましい改良形態では、カムは、第１の部分カムと、２つの第２の部分カムとを備え、第１の部分カムは、２つの第２の部分カムの軸方向間に配置され、２つの第２の部分カムのうちの１つは、軸受内輪の一部を形成する。この改良形態において、第１の部分カムが、内軸とともに回転するように内軸に固定連結され、第２の部分カムが、外軸とともに回転するように外軸に固定連結される場合が、特に好ましい。この場合、１つの部分カムのみが、具体的には複雑なピン構造を介して、内軸とともに回転するように内軸に固定連結されなければならない。
【００１３】
このように３つの部分カムに分かれていることは基本的に好ましく、その理由は、駆動体、具体的にはドラグレバーまたはロッカアームが、次いで、絶えず芯出しされるように、カムに、すなわち、内側の第１の部分カムだけに、外側の２つの部分カムに同時に、または３つの全ての部分カムに同時に、当接するからである。３つの全ての動作状態において、従動子に軸方向中央で力を伝達することができる。しかし、３つの部分カムは全て外軸に取り付けられるので、この改良形態は、これらによる大きな軸方向設置空間要求を特徴とする。ここで、各部分カムは、外表面上に一定の最小接触面積を必要とする。ここで、具体的には、断面を見ると、中央の部分カムは半径方向内側に拡張し、その結果、外側の部分カムの接触面も軸方向外側に「移動」しなければならない。さらに、内軸とともに回転するように内軸に固定連結するためのピン構造は、一定の最小幅を必要とする。したがって、軸方向から見ると、部分カムの肩部が、ピンの直径よりも常にある程度だけ長くなければならない。外側の部分カムのうちの１つが、少なくとも部分的に、同時に軸受内輪を形成していることにより、当該部分カムおよび軸受内輪がともに外軸上で求める空間要求は減少する。
【００１４】
第２の好ましい改良形態において、カムは、正確に１つの第１の部分カムと、正確に１つの第２の部分カムとを備える。第１の部分カムは、第２の部分カムに対して軸方向に隣接して配置されており、第２の部分カムは、軸受内輪の一部を形成する。この改良形態は、ドラグレバーの傾動モーメントに関連することがあるが、部分カムの数がより少ないために、部分カムが必要とする軸方向設置空間は、ここでも全体に減少することができる。
【００１５】
本発明を向上させるさらなる手段を、図面を用いて、本発明の１つの好ましい例示的実施形態の説明とともに、以下の文中でより詳細に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による第１の改良形態のカムシャフトを通る断面図を示す。
【図２】本発明による第２の改良形態のカムシャフトを通る断面図を示す。
【図３】本発明による第２の改良形態の別のカムシャフトを通る断面図を示す。
【図４】本発明による第１の改良形態の別のカムシャフトを通る断面図を示す。
【図５】特許請求されないカムシャフトを通る断面図を示す。
【図６】特許請求されない別のカムシャフトを通る断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明による内燃機関用カムシャフト１の詳細を断面図で示す。カムシャフト１は、中空の外軸２と内軸３とを備え、内軸３は、具体的に約３５°以下、好ましくは２０°〜３０°の回転角で回転することができるように、外軸２内部に同心円状に取り付けられるように配置されている。カムシャフト１は、相互に回転することができる複数の部分カム４，５を備える、２つのカム６’，６’’を備える。ここで、第１の部分カム４は、内軸４とともに回転するように内軸４に固定連結され、かつ外軸２に回転可能に配置されており、一方、第２の部分カム５は、回転および変位に対して固定されるように外軸２に保持されている。ここで、回転および変位に対して固定されるような第１の部分カム４の配置は、非ポジティブロックおよび／またはポジティブロックおよび／または一体的接合連結を用いて、従来の方法によって実現することができる。第２の部分カム５は、ピン１２によって、内軸３とともに回転するように内軸３に固定連結されている。当該ピン１２は、図１による断面図には見られないが、以降の図面の１つには見ることができる。２つの部分カム４，５は、互いに同一のまたは異なる外側輪郭を備えることができる。２つの部分カム４，５の外側輪郭の互いに対する相対的な向きは、内軸３と外軸２との間の相対回転位置を用いて、狙いどおりに設定することができる。２つの部分カムの外側輪郭の半径方向隆起領域を、カムシャフトの円周方向に互いに重ね合わせた場合、関連するバルブの開期間は減少する。２つの部分カムの外側輪郭の半径方向隆起領域を、カムシャフトの円周方向に互いにオフセット配置した場合、関連するバルブの開期間は増加する。
【００１８】
カムシャフト１は、すべり軸受９によって、ハウジング（図示せず）内に保持されている。すべり軸受は、軸受外輪８と、軸受内輪７（図１の場合は複数の部材によって構成）とを備える。
【００１９】
図１は、破線を用いてドラグレバー１３を示す。ドラグレバー１３とカム６との相互作用のため、ドラグレバーは、面圧を許容最大値に制限するために、常に所定の最小接触長さｌ１（カムシャフト軸Ａと平行に測定される）でカム６に当接しなければならない。しかし、カムが複数の部材によって構成されるために、ドラグレバー１３は部分カム４，５のうちの１つのみと接触する可能性がある。図１は当該動作状態を示し、ここでは第１の部分カム４のみがドラグレバー１３と接触している。このような場合でも、最大許容面圧は超えてはならない。その結果、第１の部分カムおよび第２の部分カム５はともに、各場合に、外側輪郭上に最小長さｌ１を有しなければならない。そのため、このタイプの可変カムシャフトの複数の部材によって構成されるカム６は、基本的に、一体成形カムよりも相当に大きい軸方向設置空間を必要とする。図１の寸法ｘは、カムの間の軸方向自由運動距離を示す。
【００２０】
さらに、第１の部分カム４の断面が、半径方向内側に円錐状に増大する、すなわち一種の肩部１６を形成することがわかる。各部分カムは、外軸上の最小接触面積および／またはピン１２を受けるための一定の軸方向長さを必要とするので、これが必要である。その結果、部分カムの接触のための外軸上の空間要求は、各部分カムによって増加する。したがって、各部分カムは、外軸２上に一定の連結長さｌ２を必要とし、この場合ｌ２はｌ１より大きい。そのため、外側の部分カム５の外軸２と接触する領域が、さらに軸方向外側に移動する。さらに、すべり軸受は、所定のすべり軸受長さｌ３を必要とする。
【００２１】
そして本発明によれば、２つの第２の部分カム５のうちの１つは、すべり軸受９の軸受内輪７と一体的に構成される。図１において、外軸２上での部分カムの必要な接触ｌ２の領域が、このようにすべり軸受９の長さｌ３と重なることがわかる。本発明によれば、これは軸方向に省スペースの配置をもたらす。
【００２２】
一変形形態において、第２の部分カム５の代わりに、第１の部分カム４が固定された部分カムであることもできる。その場合、第２の部分カム５は、内軸４とともに回転するように内軸４に固定連結され、かつ外軸２に回転可能に配置され、一方、第１の部分カム４は、回転および変位に対して外軸２に固定連結される。その後、カムシャフトは、調整可能な部分カム５のうちの１つを介して取り付けられる。
【００２３】
さらに、径方向孔１０が外軸２内に設けられ、この径方向孔１０は、隣接して配置された２つの部分カム５の間または軸受内輪部７の間に生じる間隙１１と軸方向に一致している。孔１０および間隙１１によって、すべり軸受８と、外軸２と内軸３との半径方向間の中間空間との間に、潤滑油経路が形成される。
【００２４】
図２は、主に図１による改良形態に対応する別の改良形態を示す。したがって、相違点についてのみ以下の文中で述べる。カム６は、１つの第２の部分カム５を備えるだけである。しかし、ドラグレバー１３が２つの部分カム４，５のうちの１つのみに当接する場合、傾動モーメントがドラグレバー１３に不利に作用することがある。したがって、ドラグレバー１３がカム６によって、そこで絶えず芯出しされて負荷を受けるので、図１による改良形態が好ましい。
【００２５】
第２の部分カム５は、外軸２に固定連結されており、第１の部分カム４は、内軸３とともに回転するように内軸３に固定連結されている。内軸３を、対応する部分カム４とともに回転するように部分カム４に固定連結するために、部分カムのうちの１つを内軸とともに回転するように内軸に固定連結するための、上記で取り上げたピン構造は、図２に見ることができる。ピン１２は各場合にスロット形状凹部１４を通って案内され、スロット形状凹部１４は、中空の外軸２内のカムシャフト回転軸Ａに対して横方向に延び、具体的には非ポジティブロックまたはポジティブロックで内軸３に固定連結されている。さらに、ピン１２は、内軸とともに回転するように内軸に固定連結された部分カム、この場合は部分カム４に、ポジティブロックで係合する。
【００２６】
図３は、主に図２による改良形態に対応する別の改良形態を示す。したがって、相違点についてのみ以下の文中で述べる。第１の部分カム４は、外軸２に固定連結されており、第２の部分カム５は、各場合に１つのピン１２を介して、上述した方法で、内軸３とともに回転するように内軸３に固定連結されている。
【００２７】
図３の改良形態において、１つまたは複数の潤滑油孔を有する別個の軸受ブッシュ１５が、内軸３と外軸２との間に半径方向に設けられている。このタイプの軸受ブッシュ１５は、他の図面による改良形態においても容易に使用することができる。
【００２８】
図４は、主に図２による改良形態に対応する別の改良形態を示す。第１に、図１と同様に、部分カム５によって軸受内輪７が形成される。第２に、部分カム５とは別体の、カムの構成部品ではない軌道輪１７によって、内輪が形成される。間隙１１は、部分カム５と軌道輪１７との間に形成される。
【００２９】
図５は、特許請求されない別の方法を示す。２つの一体成形カム６’，６’’が示してあり、これらは常に、全ての動作状態において、各場合に１つのドラグレバー１３’，１３’’と相互作用する。２つのカム６は、軸受内輪７の一部を形成する。右側のカム６’’は、ピン１２によって、内軸３とともに回転するように内軸３に固定連結され、外軸２に対して回転可能に保持された、調整可能なカムである。左側のカム６’は、外軸２とともに回転するように外軸２に固定連結された固定カムである。
【００３０】
図６は、特許請求されない別の方法を示す。２つの一体成形カム６’，６’’が示してあり、これらは常に、全ての動作状態において、各場合に１つのドラグレバー１３’，１３’’と相互作用する。右側のカム６’’は、ピン１２によって、内軸３とともに回転するように内軸３に連結固定され、外軸２に対して回転可能に保持された、調整可能なカムである。当該カムは、完全に軸受内輪７を形成する。左側のカム６’は、外軸２とともに回転するように外軸２に固定連結され、軸受８のいかなる機能も全く担わない固定カムである。
【００３１】
例示的実施形態において、軸受としてすべり軸受のみを示した。本発明は、転がり軸受の場合にも同様に適用可能である。図１〜４に基づく本発明による実施形態において、部分カムは、各場合に軸受内輪の一部のみを形成する。しかし、部分カムが軸受内輪を完全に形成することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  カムシャフト
２  外軸
３  内軸
４  第１の部分カム
５  第２の部分カム
６  カム
７  軸受内輪
８  軸受外輪
９  すべり軸受
１０  外軸内の径方向孔
１１  軸受内輪内の間隙
１２  ピン
１３  ドラグレバー
１４  スロット形状凹部
１５  軸受スリーブ
１６  肩部
１７  軌道輪
ｌ１  ドラグレバーとカムとの間の接触長さ
ｌ２  部分カムと外軸との間の連結長さ
ｌ３  すべり軸受長さ
【図１】
2017519940.tif 000003
【図２】
2017519940.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017519940.tif 000006
【図５】
2017519940.tif 000007
【図６】
2017519940.tif 000008
【国際調査報告】
2017519940.tif 000009
2017519940.tif 000010
2017519940.tif 000011
2017519940.tif 000012
2017519940.tif 000013
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