(57)【要約】  本発明は、バルブトレインアセンブリであって、それぞれバルブステムを備えた複数のバルブと、複数の主カムを備えた少なくとも１つの主カムシャフトであって、少なくとも１つの主カムは各バルブに対応している、少なくとも１つの主カムシャフトと、複数の主ロッカーアームであって、各主ロッカーアームは１つのバルブに対応しており、バルブステム操作部と、前記主カムシャフトに平行な旋回軸と、対応する前記主カムに従動する主カム従動子と、を有していて、前記バルブステム操作部と、前記旋回軸と、前記主カム従動子とは、前記主ロッカーアームの長さに沿って、互いに間隔を置いて配置されている、複数の主ロッカーアームと、前記主カムシャフトに配置された少なくとも１つの補助カムと、前記補助カムに従動する、前記各補助カムに対応する少なくとも１つの補助カム従動子であって、各補助カム従動子は、前記主ロッカーアームのうちの１つに第１の位置と第２の位置との間で可動に配置されている、少なくとも１つの補助カム従動子と、前記補助カム従動子を前記第１の位置でロックする、前記各主ロッカーアームに配置されたラッチと、前記ラッチを制御するための、各ラッチに対応するセレクタカムを備えた少なくとも１つの補助カムシャフトと、を有している、バルブトレインアセンブリに関する。
2017519935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれバルブステムを備えた複数のバルブと、
複数の主カムを備えた少なくとも１つの主カムシャフトであって、少なくとも１つの主カムは各バルブに対応している、少なくとも１つの主カムシャフトと、
複数の主ロッカーアームであって、各主ロッカーアームは１つのバルブに対応しており、バルブステム操作部と、前記主カムシャフトに平行な旋回軸と、対応する前記主カムに従動する主カム従動子と、を有し、前記バルブステム操作部と、前記旋回軸と、前記主カム従動子とは、前記主ロッカーアームの長さに沿って、互いに間隔を置いて配置されている、複数の主ロッカーアームと、
を備えたバルブトレインアセンブリであって、
前記主カムシャフトに配置された少なくとも１つの補助カムと、
前記補助カムに従動する、前記各補助カムに対応する少なくとも１つの補助カム従動子であって、各補助カム従動子は、前記主ロッカーアームのうちの１つに第１の位置と第２の位置との間で可動に配置されている、少なくとも１つの補助カム従動子と、
前記補助カム従動子を前記第１の位置でロックする、前記各主ロッカーアームに配置されたラッチと、
前記ラッチを制御するための、各ラッチに対応するセレクタカムを備えた少なくとも１つの補助カムシャフトと、を有することを特徴とする、バルブトレインアセンブリ。
【請求項２】
前記補助カム従動子は、補助ロッカーアームの自由端部に配置されており、前記補助ロッカーアームの反対側の端部は、前記主ロッカーアームに旋回可能に配置されている、請求項１記載のバルブトレインアセンブリ。
【請求項３】
前記補助カム従動子を前記第１の位置へと駆動するために、前記補助ロッカーアームと前記主ロッカーアームとの間にばね手段が配置されている、請求項２記載のバルブトレインアセンブリ。
【請求項４】
前記ラッチは、前記主ロッカーアームの長さ方向で可動なピンを有し、前記ピンの一方の端部は前記補助ロッカーアームに係合可能であって、前記ピンはその他方の端部が、前記補助カムシャフト上の前記セレクタカムに接触するように駆動される、請求項１から３までのいずれか１項記載のバルブトレインアセンブリ。
【請求項５】
前記バルブステム操作部は前記ロッカーアームの一方の端部に配置されており、前記旋回軸は前記ロッカーアームの他方の端部に配置されており、前記主カム従動子は、前記バルブステム操作部と前記旋回軸との間に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のバルブトレインアセンブリ。
【請求項６】
前記ラッチは、前記旋回軸に隣接して配置されている、請求項５記載のバルブトレインアセンブリ。
【請求項７】
前記補助カムシャフトを駆動する電気的駆動手段を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のバルブトレインアセンブリ。
【請求項８】
少なくとも１つの第１のバルブと第２のバルブとを有しており、前記両バルブは、燃焼機関の単気筒に対応しており、前記第１のバルブ用の第１のセレクタカムが、前記第２のバルブ用の第２のセレクタカムのプロフィールとは異なるプロフィールを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のバルブトレインアセンブリ。
【請求項９】
１つの主カムは、２つの同じ、ディスク状のカム部分を有しており、対応する補助カムは、前記２つの同じカム部分の間に配置されており、前記主ロッカーアームは、前記ロッカーアームの長さに対して鏡像対称的に配置された２つの主カム従動子を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のバルブトレインアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブトレインアセンブリであって、
それぞれバルブステムを備えた複数のバルブと、
複数の主カムを備えた少なくとも１つの主カムシャフトであって、少なくとも１つの主カムは各バルブに対応している、少なくとも１つの主カムシャフトと、
複数の主ロッカーアームであって、各主ロッカーアームは１つのバルブに対応しており、バルブステム操作部と、前記主カムシャフトに平行な旋回軸と、対応する前記主カムに従動する主カム従動子と、を有していて、前記バルブステム操作部と、前記旋回軸と、前記主カム従動子とは、前記主ロッカーアームの長さに沿って、互いに間隔を置いて配置されている、複数の主ロッカーアームと、
を備えたバルブトレインアセンブリに関する。
【０００２】
このようなバルブトレインアセンブリは一般に公知であり、気筒内のピストンの動きに同期化してバルブが開閉することを保証するように燃焼機関で使用される。
【０００３】
バルブのタイミングとリフト量は、個々のバルブに対応するカムのプロフィールによって決定される。しかしながらプロフィールは一定であり変化させることはできないので、プロフィールは例えば燃費、出力、エミッションといった点に関して互いに妥協させなければならない。
【０００４】
さらに従来技術では、機関運転中にバルブのタイミングとリフト量を変化させる可変バルブ作動を設けることが公知である。可変バルブ作動を達成するには多数の技術が使用されている。
【０００５】
１つの技術では、各バルブに対して２つの異なる形状のカムをカムシャフト上に設け、機関運転中にカムシャフトを軸方向でシフトする。これにより、２つの異なるバルブタイミングプロフィールを使用することができる。例えば一方のプロフィールは高出力を得るためのものであるが、燃料消費量及びエミッションも高く、他方のプロフィールは低出力用であるが、燃費が良く、低エミッションである。
【０００６】
別の技術は、カムシャフトの位相を変化させるためのもので、これによりバルブの持ち上げは早められる又は遅らせられる。例えば、排気バルブの閉鎖を遅らせることにより、より多くの燃焼済み燃料が気筒の外に排出され、これにより、より多くの燃料を次の行程で燃焼させることができることが保証されるだろう。
【０００７】
電気油圧システムも使用され、電気油圧システムでは、カムによる作動を伝達することができる、またはこの作動を減衰することができるボディがカムとバルブとの間に配置されている。このために、ボディは伸縮式であって、油圧流体で充填されている。ドレイン開口が電動バルブによって閉鎖されている場合には、ボディは堅固でつぶれないので、バルブはカムによって作動される。しかしながら、ドレイン開口が開放される場合には、油圧流体が押し出され、ボディは圧縮されるので、カムの作動は減衰され、バルブは閉鎖位置にとどまる。
【０００８】
今、電動バルブを電気的に制御することにより、カムのプロフィールを変更することができ、従ってバルブのタイミングとリフト量を変更することができる。カムの全プロフィールが使用される場合、バルブは閉鎖されたままであるが、バルブリフト量の一部のみが所望される場合、カムによるバルブの作動中に電動バルブが開放される。
【０００９】
しかしながら、油圧オイルの温度、圧力、粘性は、電気油圧式可変バルブ作動の特性に影響を与える。
【００１０】
さらに、カムを使用することなく、例えばソレノイド式の作動システムによってバルブを操作することが公知である。しかしながらこのようなシステムは複雑であり、コストがかかり、燃焼機関の各バルブのためにそれぞれアクチュエータが必要である。
【００１１】
本発明の課題は、上記欠点を減じる、若しくは解消する上位概念の形式のバルブトレインシステムを提供することである。
【００１２】
この課題は、本発明によるバルブトレインシステムにより達成され、本発明によるバルブトレインシステムは、
前記主カムシャフトに配置された少なくとも１つの補助カムと、
前記補助カムに従動する、前記各補助カムに対応する少なくとも１つの補助カム従動子であって、各補助カム従動子は、前記主ロッカーアームのうちの１つに第１の位置と第２の位置との間で可動に配置されている、少なくとも１つの補助カム従動子と、
前記補助カム従動子を前記第１の位置でロックする、前記各主ロッカーアームに配置されたラッチと、
前記ラッチを制御するための、各ラッチに対応するセレクタカムを備えた少なくとも１つの補助カムシャフトと、を有していることを特徴とする。
【００１３】
本発明によるバルブトレインにより、主カムシャフト上に補助カムが設けられていて、この補助カムは、ラッチを制御することによりオン・オフ切換することができる。このラッチは、補助カムシャフトにより制御され、この補助カムシャフトを所望の位置に回転させるだけで、隣接するバルブの複数のラッチをオン・オフ切換させることができる。
【００１４】
ラッチがロックされている場合、補助カムは、主カムのプロフィールを部分的に変更する、又は主カムのプロフィールを完全に置き換える。ラッチがロック解除されている場合、補助カム従動子は第１の位置と第２の位置との間で自由に動くことができ、これにより補助カムは実際には機能していない。主カムのプロフィールのみがバルブに押し付けられることになる。
【００１５】
本発明によるバルブトレインシステムにより、全てのバルブに、リフト量とタイミングに関する２つの異なるプロフィールを提供することができるが、選択した数のバルブにだけこの機能を提供することもできる。例えば、各気筒の第１の吸気バルブだけに２つのプロフィールを設けることができる。多数の気筒を有する機関にスイッチオフ機能を設けることもできる。この機能により、機関が、その最大出力の一部のみを提供している場合に、気筒のいくつかをオフに切換えることができる。
【００１６】
本発明によるバルブトレインアセンブリの好適な態様では、前記補助カム従動子は、補助ロッカーアームの自由端部に配置されていて、前記補助ロッカーアームの反対側の端部は、前記主ロッカーアームに旋回可能に配置されている。
【００１７】
補助ロッカーアームにより、第１の位置と第２の位置との間で補助カム従動子の大きな行程を得ることができる。この行程は、例えば、主ロッカーアームの高さよりも大きくすることができる。
【００１８】
好適には、前記補助カム従動子を前記第１の位置へと駆動するために、前記補助ロッカーアームと前記主ロッカーアームとの間にばね手段が配置されている。ばね手段によりさらに、補助カム従動子が、アンロック状態で機関振動に基づき揺動することがないことが保証される。
【００１９】
本発明によるバルブトレインアセンブリのさらに好適な態様では、前記ラッチは、前記主ロッカーアームの長さ方向で可動なピンを有していて、前記ピンの一方の端部は前記補助ロッカーアームに係合可能であって、前記ピンはその他方の端部が、前記補助カムシャフト上の前記セレクタカムに接触するように駆動される。
【００２０】
補助ロッカーアームが概ね主ロッカーアームに整列している場合、補助ロッカーアームに設けられた穴内にピンをスライドさせるだけで、補助ロッカーアームを容易にロックすることができる。これには実質的に力を必要とせず、補助カムシャフトの回転は迅速に行われる。セレクタカムとスライドピンとの間にばねを配置することにより、セレクタカムがいつでも回転でき、一方、補助ロッカーアームが主ロッカーアームに整列するとすぐに、スライドピンが補助ロッカーアーム内へとスライドすることが保証されている。
【００２１】
本発明によるバルブトレインアセンブリのさらなる態様では、前記バルブステム操作部は前記ロッカーアームの一方の端部に配置されていて、前記旋回軸は前記ロッカーアームの他方の端部に配置されており、前記主カム従動子は、前記バルブステム操作部と前記旋回軸との間に配置されている。
【００２２】
ロッカーアームの他端部に旋回軸を設けることにより、ロッカーアームのほぼ定置の部分に容易にアクセス可能となる。従って、好適にはラッチが旋回軸に隣接して配置されていて、これによりラッチをセレクタカムによって容易に制御できる。
【００２３】
本発明によるバルブトレインアセンブリのさらに別の態様は、前記補助カムシャフトを駆動する電気的駆動手段を有している。これらの電気的駆動手段は、補助カムシャフトに直接連結されたステップモータ、又は歯車伝動装置を介してカムシャフトに連結される別の電気的駆動手段であってよい。
【００２４】
本発明によるバルブトレインアセンブリのさらに別の好適な態様は、少なくとも１つの第１のバルブと第２のバルブとを有しており、前記両バルブは、燃焼機関の単気筒に対応しており、前記第１のバルブ用の第１のセレクタカムが、前記第２のバルブ用の第２のセレクタカムのプロフィールとは異なるプロフィールを有している。
【００２５】
この態様により例えば、第１の吸気バルブに、又は第２の吸気バルブに、又は両方の吸気バルブに、選択的なリフト量及びタイミングプロフィールを提供するかどうかを選択することができる。
【００２６】
本発明によるバルブトレインアセンブリのさらに別の態様では、１つの主カムが、２つの同じ、ディスク状のカム部分を有しており、対応する補助カムは、前記２つの同じカム部分の間に配置されており、前記主ロッカーアームは、前記ロッカーアームの長さに対して鏡像対称的に配置された２つの主カム従動子を有している。
【００２７】
主ロッカーアーム、補助ロッカーアーム、対応するカムを鏡像対称的に設計することにより、バルブトレインの構成部分に加えられる力が最小限であり、バルブトレイン内に不都合なモーメントが存在しないことが保証される。
【００２８】
本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、添付の図面につき説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるバルブトレインアセンブリの１つの態様を示す斜視図である。
【図２】図１のバルブトレインアセンブリを部分的に断面して示す拡大斜視図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、図１のバルブトレインアセンブリを３つの位置で示す断面図であって、この場合ラッチはロック解除されている。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、図１のバルブトレインアセンブリを３つの位置で示す断面図であって、この場合ラッチはロックされている。
【００３０】
図１には、本発明によるバルブトレインアセンブリの１つの態様が斜視図で示されている。
【００３１】
図１には、単気筒の吸気バルブの例として２つのバルブ２，３が示されている。各バルブステム４，５は主ロッカーアーム６，７によって作動される。各ロッカーアーム６，７は、各ロッカーアーム６，７の中央に配置された２つの主カム従動子８，９，１０，１１を有している。
【００３２】
主ロッカーアーム６，７は各旋回軸端部にそれぞれラッチ１２，１３を有している。これらのラッチ１２，１３は、補助カムシャフト１６に配置されたそれぞれのセレクタカム１４，１５によって操作される。補助カムシャフト１６は、歯車１８，１９を介してこの補助カムシャフト１６に連結された電気モータ１７によって回転させられる。
【００３３】
図２には、図１のバルブトレインアセンブリ１が部分的に断面された図が斜視図で拡大されて示されている。図２にはさらに、主カムシャフト２０が示されていて、この主カムシャフト２０は主カム２１，２２と補助カム２３，２４とを有している。
【００３４】
各主ロッカーアーム６，７は、軸２６を中心として旋回可能な補助ロッカーアーム２５を有している。ばね２７が軸２６の回りに配置されていて、補助ロッカーアーム２５を上方に向かって駆動するように補助ロッカーアーム２５に取り付けられている。補助ロッカーアーム２５にはさらに補助カム従動子２８が設けられていて、この補助カム従動子２８は、補助カム２３のプロフィールに沿って動く。
【００３５】
補助カムシャフト１６上のセレクタカム１４によって操作されるラッチ１２はピン２９を有していて、このピンは、主ロッカーアーム６の長さ方向で可動である。ばね３０がピン２９をセレクタカム１４に向かって駆動する。このピンの他端部は、補助ロッカーアーム２５を主ロッカーアーム６に対してロックするために、補助ロッカーアーム２５内へとシフトすることができる。ピン２９とセレクタカム１４との間に配置されたばね３２により、補助ロッカーアーム２５が主ロッカーアーム６に整列していない場合にはいつでも、セレクタカム１４を回転させることができることが保証されている。
【００３６】
図３Ａ〜図３Ｃには、図１のバルブトレインアセンブリ１の断面図が、主カムシャフト２０の３つの位置で示されていて、このとき、ラッチ１２はロック解除されている。
【００３７】
図３Ａでは、バルブ４は閉鎖位置にある。主ロッカーアーム６はほぼ水平位置にある。主ロッカーアーム６の旋回軸は球形支持部３１として示されている。セレクタカム１４は、ピン２９が補助ロッカーアーム２５に係合しない位置にある。これによりロッカーアーム２５は、軸２６を中心として自由に旋回することができる。
【００３８】
さらに図３Ａには、主カム従動子８，９が主カム２１に接触していて、補助カム従動子２８が補助カム２３に接触していることが示されている。
【００３９】
図３Ｂでは、主カムシャフト２０が回転されて、主カム２１のカムローブが主カム従動子８，９を押し下げており、これにより主ロッカーアーム６が傾けられて、バルブ４が距離ｘ１だけ持ち上げられている。この位置では補助カム従動子２８は補助カム２３に接触しない。
【００４０】
図３Ｃでは、主カムシャフトがさらに回転されて、主カム２１のカムローブは再び主カム従動子８，９と接触しなくなり、主ロッカーアーム６が再び水平位置に戻るように傾動されて、バルブ４が再び閉鎖される。
【００４１】
主カムシャフト２０の図示したこの位置では、補助カム２３のローブが補助カム従動子２８に接触している。補助ロッカーアーム２５がロック解除された状態であるので、補助ロッカーアーム２５は、バルブ４に作用を与えることなく主ロッカーアーム６内で下方に旋回される。全てのカム従動子８，９，２８は主カムシャフト２０上の各カム２１，２３に接触している。
【００４２】
図４Ａ〜図４Ｃには、図１のバルブトレインアセンブリ１の断面図が図３Ａ〜図３Ｃで示した３つの位置と同じ位置で示されているが、ただしこの場合、ラッチ１２はロックされている。
【００４３】
ラッチ１２をロックするために、補助カムシャフト１６は回転されて、これによりセレクタカム１４のローブがピン２９を主ロッカーアーム６の長手方向でシフトし、これによりピン２９は補助カムシャフト１６内に挿入される。
【００４４】
図４Ａには再び、図３Ａと同様の水平休止位置が示されていて、この位置ではカム従動子８，９，２８は、各カム２１，２３にそれぞれ接触している。
【００４５】
図４Ｂでは、主カムシャフトが回転されて、これにより主カム２１のカムローブがカム従動子８，９に接触して、これにより再び図３Ｂと同様に主ロッカーアーム６は傾けられて、バルブ４が距離ｘ１だけ持ち上げられる。
【００４６】
図４Ｃでは、主カムシャフト２０がさらに回転されて、これにより補助カム２３のローブが補助カム従動子２８に接触している。図３Ｃとは異なり、補助ロッカーアーム２５は、ピン２９によって主ロッカーアーム６にロックされているので、下方に旋回することはできない。従って結果として、主ロッカーアーム６は補助カム２３のプロフィールによって旋回されて、これによりバルブ４はさらに距離ｘ２だけ持ち上げられる。この位置では、主カム従動子８，９はもはや、主カム２１に接触しなくなり、補助カム従動子２８だけが補助カム２３に直接接触することになる。
【００４７】
主カム２１及び補助カム２３の両方にとって最適なプロフィールを選択することにより、ロック状態及びアンロック状態のために所望のバルブリフト量とタイミングを提供することができる。
【００４８】
各バルブ２，３，４，５のラッチ１２，１３は、別個のセレクタカム１４，１５によって制御されるので、セレクタカム１４，１５に正しいプロフィールを設けることにより所望のロックパターン及びアンロックパターンも提供することができる。
【００４９】
図１及び図２では、カム１４はほぼ扇形プロフィールを有するものとして示されていて、カム１５はほぼ楕円形プロフィールを有している。結果として、補助カムシャフト１６を９０°刻みで回転させることにより、以下の状態が得られる：両バルブ２，３がロック解除される；バルブ２がロック解除されて、バルブ３がロックされる；バルブ２がロックされて、バルブ３がロック解除される；両バルブ２，３がロックされる。
【図１】
2017519935.tif 000003
【図２】
2017519935.tif 000004
【図３Ａ】
2017519935.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2017519935.tif 000008
【図４Ｂ】
2017519935.tif 000009
【図４Ｃ】
2017519935.tif 000010
【国際調査報告】
2017519935.tif 000011
2017519935.tif 000012
2017519935.tif 000013