特許 6388933 調整可能なカムシャフト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6388933

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】調整可能なカムシャフト

(51)【国際特許分類】

   F01L 1/04 20060101AFI20180903BHJP

   F16H 53/02 20060101ALI20180903BHJP

   F16H 53/04 20060101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   F01L1/04 E

   F01L1/04 M

   F01L1/04 D

   F16H53/02 A

   F16H53/04

   F16H53/02 B

【請求項の数】9

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-522316(P2016-522316)

(86)(22)【出願日】2014年6月24日

(65)【公表番号】特表2016-528421(P2016-528421A)

(43)【公表日】2016年9月15日

(86)【国際出願番号】EP2014001711

(87)【国際公開番号】WO2014206553

(87)【国際公開日】20141231

【審査請求日】2017年6月22日

(31)【優先権主張番号】102013106747.6

(32)【優先日】2013年6月27日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】509208631

【氏名又は名称】ティッセンクルップ プレスタ テックセンター アクチエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】クンツ，ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】ディーテル，ウーヴェ

(72)【発明者】

【氏名】メーセル，ユルゲン

【審査官】 首藤 崇聡

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５２３５９３９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３０４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２２１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３６３８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｌ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外軸（１０）と、同心円状に伸びて前記外軸（１０）に回転可能に保持される内軸（１１）とを有する、内燃機関の弁駆動のための調整可能なカムシャフト（１）であって、
カム穴（１３）を有する少なくとも１つのカムエレメント（１２）が前記外軸（１０）上に回転可能に取り付けられ、
前記カムエレメント（１２）が回転可能に固定的に前記内軸（１１）に連結され、
回転可能に固定的に前記カムエレメント（１２）に連結される軸受スリーブ（１４）が、前記カム穴（１３）に挿入され、その結果、滑り軸受ギャップが前記軸受スリーブ（１４）と前記外軸（１０）との間に形成され、
前記軸受スリーブ（１４）が前記カムエレメント（１２）の幅に適合され、
前記カムエレメント（１２）がカラー付きカムエレメントとして構成され、
前記軸受スリーブ（１４）が前記カムベース体（１５）の幅にわたってのみ延在する軸方向の長さを有し、その結果、前記軸受スリーブ（１４）が、一部分によってのみ前記カム穴（１３）に差し込まれる、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項2】

請求項１に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
前記軸受スリーブ（１４）が前記カム穴（１３）に圧入される、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項3】

請求項１または２に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
前記軸受スリーブ（１４）が、前記カムエレメント（１２）の全幅にわたって延在する軸方向の長さを有する、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
前記カムエレメント（１２）が、カムベース体（１５）と前記カムベース体（１５）に隣接するカムカラー（１６）とを有するカラー付きカムエレメントとして形成され、
前記軸受スリーブ（１４）が、前記カムベース体（１５）およびカムカラー（１６）の幅を越えて延在する軸方向の長さを有する、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項5】

請求項４に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
前記カム穴（１３）が、前記軸受スリーブ（１４）を受ける、より大きい内径を有する第１の内径領域（１３ａ）と、より小さい内径を有する前記カムカラー（１６）の第２の内径領域（１３ｂ）との間に形成される半径方向ショルダ（１７）を有する、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
ボルト（１８）が、回転可能に固定される方法で前記カムエレメント（１２）を前記内軸（１１）に連結するために提供され、
前記内軸（１１）を通って、そして前記外軸（１０）に作られる少なくとも１つのボルト開口部（１９）を横断して延在し、
前記カムエレメント（１２）の、特に前記カムカラー（１６）の少なくとも一端とともに位置し、
前記軸受スリーブ（１４）が、前記ボルト（１８）が貫通する少なくとも１つの半径方向の貫通開口部（２０）を有する、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項7】

請求項１乃至６の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
前記軸受スリーブ（１４）が、青銅材料、黄銅材料、またはプラスチック材料から成る、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
前記軸受スリーブ（１４）の前記内側軸受面がコーティングを有し、特に、ポリテトラフルオロエチレンコーティングを備える、
ことを特徴とする調整可能なカムシャフト（１）。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れか１項に記載の調整可能なカムシャフト（１）において、
前記軸受スリーブ（１４）の前記内側軸受面が、潤滑油溜めを形成することができるカップ状または溝状の凹部を特に備える構造化された面を有する、
ことを特徴とする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、外軸と、同心円状に伸びて外軸に回転可能に保持される内軸とを有する、内燃機関の弁駆動のための調整可能なカムシャフトに関するものであり、カム穴を有する少なくとも１つのカムエレメントが外軸上に回転可能に取り付けられ、カムエレメントが回転可能に固定的に内軸に連結される。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の弁機構のための調整可能なカムシャフトは、互いに対する位相位置を調整可能なカムエレメントを有し、吸気弁のための吸気カムシャフトおよび排気弁のための別の排気カムシャフトの必要なく、異なるタイミングでの内燃機関の吸気弁および排気弁の制御を可能とする。互いに取り付けられる軸は、シリンダヘッドにおいて共通の回転軸のまわりを回転し、制御要素によってそれらの相対的な位相位置を調整可能である。カムエレメントは外軸の外部に回転可能に保持されて、滑り軸受ギャップを形成する。ボルトによってカムエレメントは回転可能に固定的に内軸に連結され、ボルトは外軸へと通され、外軸は、周方向で線形に形成される対応するボルト開口部を有する。

【0003】

たとえば、独国特許出願公開第１０２００９０１２１４３Ａ１号明細書は、内燃機関の弁駆動のための調整可能なカムシャフトを開示しており、それは、外軸と、同心円状に伸びて外軸に回転可能に保持される内軸とを有し、軸受スリーブは、外軸の外側に押されて、カムエレメントを回転可能に保持するのに役立ち、同時に、シリンダヘッドにおいてカムシャフトの軸受を回転可能とする。このために、軸受スリーブは対応する長さを有し、外軸の外側に押されなければならない。軸受スリーブ上にカムエレメントを配置するために、特に、軸受スリーブの外面から機械加工残渣を取り除くために、これらは最初に、広範囲に再処理しなければならない。軸受スリーブは、軸受スリーブ上のカムエレメントの共通の取付けのために、および、カムシャフトのシリンダヘッドへの取付けのために、実質的により広く構成され、軸受スリーブは、軸方向にわたってより長く機械加工しなければならない。さらにまた、軸受スリーブは、カムエレメントがカムシャフトの外側に回転可能に取り付けられる滑り軸受の直径を増加させ、滑り軸受配置で発生する摩擦を必要以上に増加させるという不利益を生じる。

【0004】

本発明の目的は、調整可能なカムシャフトの外軸上のカムエレメントの軸受装置を改善することである。特に、本発明の目的は、構造および取付けを簡略化した調整可能なカムシャフトを提供することである。最後に、調整可能なカムシャフトの外軸のカムエレメントの軸受装置で生じる摩擦を最小化する目的がある。

【発明の概要】

【0005】

この目的は、特徴とともに請求項１の前文に記載の調整可能なカムシャフトから達成される。本発明の好適な改良は、従属請求項に示される。

【0006】

本発明は、軸受スリーブがカム穴に挿入されて、回転可能に固定的にカムエレメントに連結され、その結果、滑り軸受ギャップが軸受スリーブと外軸との間に形成される技術的教示を含む。

【0007】

本発明は、滑り軸受が軸受スリーブの内面と外軸の外面との間で対になるように、軸受スリーブをカムエレメントのカム穴に回転可能に固定する方法で挿入する実現性を有利には使用する。このように、滑り軸受の動作半径は減少し、その次にカムエレメントを軸受スリーブに配置するために、最初に調整可能なカムシャフトの外軸上に軸受スリーブを加える必要性がないため、調整可能なカムシャフトの取付けも容易になる。

【0008】

カムエレメントの軸受スリーブの構成は、特に好適な材料選択に関して、外軸上のカムエレメントの滑り軸受の特定の負荷に適合させてもよいという事実から、特別な利点が生じる。本発明の実施形態によると、軸受スリーブは、カムシャフトを、軸受がより高い負荷に耐えなければならないシリンダヘッドに同時に取り付けるのには役立たないが、単にカムエレメントを外軸上に取り付けるだけである。軸受スリーブの内側と外軸の外側との間の滑り軸受配置のより小さい動作半径のために、外軸上のカムエレメントの軸受の摩擦も減少する。

【0009】

特に有利には、軸受スリーブをカム穴内に圧入することが可能である。したがって形成される摩擦連結により、カム穴の軸受スリーブのねじれを確実に防止するような、軸受スリーブのカムエレメントへの回転可能で固定的な連結を可能とする。また、軸受スリーブをカム穴にピン留めし、軸受スリーブとカムエレメントとの間に嵌合連結してもよい。

【0010】

さらに有利には、軸受スリーブは、カムエレメントの全幅にわたって延在する軸方向の長さを有してもよい。したがって、軸受スリーブをカムエレメントの幅に適合させ、特に、カムエレメントの幅に対応する軸方向の長さを有する滑り軸受ギャップを形成してもよい。カムエレメントの幅は、特に、外軸が案内されるカム穴の長さによって決まる。

【0011】

カムエレメントは、カムベース体とカムカラーとを有するカラー付きカムエレメントとして形成されてもよく、ここで、軸受スリーブは、カムベース体およびカムカラーの幅を越えて延在する軸方向の長さを有してもよい。

【0012】

滑り軸受を形成するさらに可能な実施形態によると、カムエレメントはカラー付きカムエレメントとして構成されてもよく、軸受スリーブはカムベース体の幅にわたってのみ延在する軸方向の長さを有してもよい。結果的に、分離要素たとえばロッカーレバーまたは弁による接触が、カムベース体の軸方向の幅に制限されるため、特に、カムエレメントの作用力がカムエレメントを通してカムベース体に伝えられるだけであるため、軸受スリーブは、実際のカムエレメントの下にあるその一部分にわたってのみ、カム穴に差し込まれてもよい。ここで好ましくは、カムカラーはカムエレメントの内軸への回転可能に固定された連結に役立つ。

【0013】

軸受装置のさらなる実施形態によると、カム穴は、軸受スリーブを受ける、より大きい直径を有する第１の内径領域と、より小さい直径を有するカムカラーの第２の内径領域との間に形成される半径方向ショルダを有してもよい。軸受スリーブは、軸受スリーブの軸方向面が半径方向ショルダに対して停止するまで、より大きい内径の軸方向の幅を超えて押されてもよい。

【0014】

ボルトは、回転可能に固定する方法でカムエレメントを内軸に連結するために提供されてもよく、内軸を通って、そして外軸に作られる少なくとも１つのボルト開口部を横断して延在する。ボルトは、カムエレメントにおいて、その端部の少なくとも１つによって保持されてもよく、それによって、カムエレメントの内軸との回転可能な剛性連結が、ボルトによりもたらされる。軸受スリーブもボルトが挿入される領域上に延在する場合、少なくとも１つの半径方向の貫通開口部は、ボルトが延在する軸受スリーブに形成されてもよい。特に、ボルトがカムカラーの領域に挿入されて、軸受スリーブもカムカラーを通って延在する場合、半径方向の貫通開口部は軸受スリーブに作られてもよく、カム穴に軸受スリーブを圧入することによる摩擦連結に加えて、嵌合連結によって軸方向に軸受スリーブを固定する。

【0015】

外軸上のカムエレメントの軸受のさらに好適な実施形態によると、軸受スリーブは、青銅材料、黄銅材料、または青銅と黄銅との合金から作られてもよい。あるいは、軸受スリーブは、プラスチック材料から成ってもよい。プラスチック材料は、たとえば、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）またはポリイミド（ＰＩ）でもよい。さらに有利には、軸受スリーブの内側軸受面は、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）コーティングから成るコーティングを有してもよい。特に、軸受スリーブのＰＴＦＥコーティングの使用は、潤滑が不十分な際の、好適な緊急走行性をもたらす。

【0016】

軸受スリーブのさらに好適な実施形態によると、内側軸受面はなめらかに設計されてもよく、または、好ましくは構造化された軸受面を有してもよく、特に、潤滑油溜めを形成することができるカップ状または溝状の凹部を備える。構造化された面は、たとえば、レーザ加工処理、ホーニング処理、電子ビーム処理、または、エッチング処理によって生成されてもよい。

【0017】

本発明を改善するさらなる処置が、本発明の好ましい例示的実施形態の説明とともに、図を参照して、さらに詳細に、以下に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の第１の例示的な実施形態によるカムシャフトの断面図である。

【図1a】図１ａは、図１による詳細図Ｉである。

【図2】図２は、本発明の第２の例示的な実施形態による断面図におけるカムシャフトの例示的な実施形態である。

【図2a】図２ａは、図２による詳細図ＩＩである。

【図3】図３は、本発明の第３の例示的な実施形態による断面図におけるカムシャフトの例示的な実施形態である。

【図3a】図３ａは、図３による詳細図ＩＩＩである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１および１ａは、カムシャフト１の第１の例示的な実施形態の断面図を示し、図１ａは、図１による詳細Ｉを示す。カムシャフト１は調整可能なカムシャフト１として構成され、内燃機関の弁駆動に役立ち、吸気弁および排気弁は、可変カムタイミングを有する共通のカムシャフト１によって駆動可能である。カムシャフト１は、内軸１１が貫通する外軸１０を備え、内軸１１は、外軸１０に回転可能に保持される。その外側で、カムエレメント１２が、外軸１０上に回転可能に保持され、さらなるカムエレメント２１が外軸１０上に固定された配置で示される。カムエレメント１２は、ボルト１８によって内軸１１に連結され、ボルト１８は内軸１１を横断して延在し、カムエレメント１２の端部に保持される。外軸１０を通るボルト１８の通路として示されるボルト開口部１９は、周方向において縦に延在し、その結果、内軸１１は、外軸１０において既定の角度範囲で回転可能であり、この回転は、外軸１０の外側のカムエレメント１２によっても実行される。結果として、カムエレメント１２の位相位置は、カムエレメント２１に対して変更可能である。

【0020】

カムエレメント１２を外軸１０上に保持するために、カムエレメント１２は、外軸１０が貫通するカム穴１３を有する。本発明によると、軸受スリーブ１４が、カムエレメント１２に回転可能に固定されるように、カム穴１３に挿入され、軸受スリーブ１４の内側は、外軸１０の外側とともに、滑り軸受配置を形成するのに役立つ。示される例示的な実施形態によると、軸受スリーブ１４はカム穴１３に圧入され、その結果、自立的に、よって回転可能に固定的に、カム穴１３に挿入される。軸受スリーブ１４は、カムエレメント１２の材料とは異なる材料から成り、特に、軸受スリーブ１４は、黄銅材料、青銅材料、またはプラスチック材料から成り、カムエレメント１２は、鋼材料から成る。

【0021】

図１ａの詳細Ｉで特に示されるように、カムエレメント１２はカラー付きカムエレメントとして形成され、カムベース体１５とカムカラー１６とを有する。ボルト１８は、カムカラー１６の端部で保持され、外軸１０に作られるボルト開口部１９、および、軸受スリーブ１４に作られる貫通開口部２０の両方を貫通する。軸受スリーブ１４の軸方向の長さは、カムベース体１５およびカムカラー１６を有するカムエレメント１２の軸方向の長さに対応する。

【0022】

図２および２ａは、外軸１０および内軸１１を有するカムシャフト１のさらなる例示的な実施形態を示し、カムエレメント１２は、ボルト１８によって回転可能に固定的に内軸１１に連結され、ここで、図２ａに示されるように、さらなるカムエレメント２１が外軸１０に固定的に連結される。軸受スリーブ１４はカムエレメント１２のカム穴１３に挿入され、外軸１０の外側に対して軸受スリーブ１４により保持され、外軸１０上にカムエレメント１２を回転可能に保持するための滑り軸受配置を形成する。カムエレメント１２は、カムベース体１５およびカムカラー１６を有するカラー付きカムエレメントとして構成される。示される例示的な実施形態によると、カム穴１３は、より大きい内径を有する第１の内径領域１３ａ、および、より小さい直径を有する第２の内径領域１３ｂを有する。第１の内径領域１３ａは、カムベース体１５の軸方向の幅まで延在し、第２の内径領域１３ｂは、カムカラー１６の軸方向の幅まで延在する。

【0023】

より大きい直径を有する第１の内径領域１３ａは、軸受スリーブ１４を保持するのに役立ち、軸受スリーブ１４は第１の内径領域１３ａの軸方向の長さに対応する軸方向の長さを有する。第１の内径領域１３ａから第２の内径領域１３ｂへの移行部は、半径方向ショルダ１７を形成し、軸受スリーブ１４は、カム穴１３に圧入されるとき、それに対して軸方向に停止可能である。

【0024】

第２の内径領域１３ｂの直径は、外軸１０の外径にほぼ対応し、第２の内径領域１３ｂと外軸１０の外径との間の半径方向のギャップは、カムカラー１６の近くにおいて滑り軸受配置を支持する動作がないように、構成されてもよい。

【0025】

図３および３ａは、内燃機関の弁駆動のための、外軸１０と、外軸１０を通って同心円状に延在する内軸１１とを有する、カムシャフト１のさらなる例示的な実施形態を示し、図３ａの詳細ＩＩＩの拡大図に示されるように、ボルト１８によって回転可能に固定的に、そして内軸１１によって回転可能に、外軸１０上に保持されるカムエレメント１２が示される。さらなるカムエレメント２１が、カムシャフト１の外軸１０上に、固定的に保持される。

【0026】

カムエレメント１２はカムカラーを有しておらず、軸受スリーブ１４は、カムエレメント１２の軸方向の幅に対応して、カムエレメント１２のカム穴１３に挿入される。ボルト１８は、最終的にカムエレメント１２の少なくとも一端とともに位置するために、外軸１０のボルト開口部１９を通って、そして軸受スリーブ１４の貫通開口部２０を通って延在する。ボルト１８が軸受スリーブ１４の貫通開口部２０を通る、または、その中に押圧されるため、軸受スリーブ１４は、有利にはカムエレメント１２およびボルト１８に捕捉的に連結され、軸受スリーブ１４の外側とカム穴１３との間の摩擦連結に加えて、ボルト１８と貫通開口部２０との間に形成される嵌合連結により、軸受スリーブ１４がカムエレメント１２から外にそれることを防止することができる。

【0027】

その実施形態において、本発明は、上記の好ましい例示的な実施形態に限定されない。むしろ、基本的に異なる実施形態においてさえ、提案された解決策を使用する多数の変形例が考えられる。細部構造または空間配置を含む、請求項、説明、または図面から生じるすべての特徴および／または利点は、単独および広く様々な組合せの両方で、本発明にとって必須でもよい。

【符号の説明】

【0028】

１ カムシャフト
１０ 外軸
１１ 内軸
１２ カムエレメント
１３ カム穴
１３ａ 第１の内径領域
１３ｂ 第２の内径領域
１４ 軸受スリーブ
１５ カムベース体
１６ カムカラー
１７ 半径方向ショルダ
１８ ボルト
１９ ボルト開口部
２０ 貫通開口部
２１ カムエレメント

【図1】

【図2】

【図3】