JP2004340142A - 動力車両の内燃機関用カム軸調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力車両内の取り付けスペースに制約があっても取り付けることができるようにカム軸調整装置を構成する。
【解決手段】ステータ（３）と、該ステータに対し相対回転可能なロータ（１）とを有し、ステータ（３）とロータ（１）との間に複数の圧力室（１３，１４）が設けられ、それぞれの圧力室に圧力媒体を供給可能にする少なくとも１つの弁（３８）とこれら圧力室（１３，１４）が管を介して結合されている、内燃機関のカム軸調整装置において、弁（３８）がカム軸調整装置のカム軸接続部とは逆の側に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータと、該ステータに対し相対回転可能なロータとを有し、ステータとロータとの間に複数の圧力室が設けられ、それぞれの圧力室に圧力媒体を供給可能にする少なくとも１つの弁とこれら圧力室が管を介して結合されている、動力車両の内燃機関用カム軸調整装置に関するものである。

カム軸調整装置により、その都度必要なパワーに応じて内燃機関の吸気弁および排気弁の開弁時間が制御される。動力車両の内燃機関に弁を取り付けるスペースが十分でないので、場合によっては弁の取り付け問題が生じる。

本発明の課題は、動力車両内の取り付けスペースに制約があっても取り付けることができるようにカム軸調整装置を構成することである。

この課題は、本発明によれば、弁がカム軸調整装置のカム軸接続部とは逆の側に配置されていることによって解決される。

本発明によるカム軸調整装置では、弁がカム軸調整装置のカム軸接続部とは逆の側に配置されているので、弁をエンジンの外側に軸線方向に固定配置することができる。したがって、本発明によるカム軸調整装置は取り付けスペースが少なくて済む。さらに、本発明によるカム軸調整装置は追加的に取り付けることもできる。

他の構成では、弁は少なくとも部分的にカム軸調整装置の内部に収納されている。これにより、内燃機関には弁のための付加的な取り付けスペースを必要としない。

本発明の他の構成は他の請求項、以下の説明、および図面から明らかである。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１ないし図４に図示したカム軸調整装置は、動力車両の内燃機関の吸気弁および排気弁を内燃機関の所要出力に適合させるために用いる。この種のカム軸調整装置は公知のものであり、よって簡単に説明するにとどめる。

カム軸調整装置はロータ１を有し、ロータ１はカム軸２と相対回転不能に結合されている。ロータ１の外側にはステータ３が配置されている。ステータ３は筒状のケース４を有し、筒状のケース４の内壁からは半径方向内側へ細条部５が等間隔で突出している。細条部５はその端面６がロータ１の本体８の外側の筒状の側面７に対し面接触している。ロータ１の本体８からは半径方向外側へ細条部９が等間隔で突出している。細条部９はその端面１０がステータ３のケース４の内側の筒状の側面１１に対し密封状態で面接触している。ステータ３の細条部５とロータ１の細条部９とは前記ケース４または前記本体８と一体に形成されている。

互いに隣接しあっている細条部５は圧力空間１２を画成している。圧力空間１２はロータ側の細条部９によって２つの圧力室１３と１４に分割され、圧力室１３と１４はロータ細条部９によって互いに密封されている。図３と図４に図示した１つの終端位置では、ロータ細条部９の、半径方向に延びている側面１５は、ステータ細条部５の、半径方向に延びている側壁１６に対し面接触している。圧力媒体を圧力室１４に導入することによりロータ１がこの１つの終端位置からステータ３に対し反時計方向へ回転して、ロータ細条部９がその反対側の側壁１７によってステータ細条部５の隣接する側壁１８に対し接触する。ロータ細条部９の側壁１５，１７を適宜圧力で付勢することにより、ロータ１をこれら２つの終端位置の間でステータ３に対し各中間位置へ回転させることができる。

ステータケース４の内側の側面１１には、ステータ細条部５の側面１６，１８へ移行する部分にごみ集積溝１９が設けられている。ごみ集積溝１９には、圧力媒体の中に含まれていてカム軸調整装置の作動時に遠心力により半径方向外側へ排泄されるごみが集積される。これにより、ロータ細条部９が各終端位置においてステータ細条部５の側壁１６，１８に対し十分に当接して、これら細条部の間にごみ粒子が存在しないよう保証されている。したがって、終端位置において常にステータ３とロータ１との正確な相対位置が保証されている。ごみ集積溝１９はステータ３の軸線方向の幅にわたって延びている。図示した実施形態とは異なり、ごみ集積溝１９をたとえばステータ側壁４の内側の側面１１に沿って配分して設けてもよい。また、ごみ集積溝１９をステータ細条部５の側壁１６，１８および／またはロータ細条部９の側壁１５，１７に設けてもよい。図３と図４の半径方向断面図によれば、ごみ集積溝１９の底部は円弧状に湾曲して形成されている。

ステータ３は片側を駆動車２０によって閉鎖されている。駆動車２０はたとえば鎖歯車（スプロケットホイール）或いはベルト車である。駆動車２０はステータ３にねじ止めされている。反対側でステータ３はカバーディスク２１によって閉鎖されている。カバーディスク２１はステータ３と同じ外径を有しており、その半径方向内側の端部がロータ１のリング状の肩面２２に当接している。駆動車２０とカバーディスク２１とを、ステータ細条部５を貫通するねじ２３（図３と図４）によってねじ止めするのが有利である。これらのねじ２３により、駆動車２０とカバーディスク２１とは軸線方向においてステータ３の端面に対ししっかりと押圧される。駆動車２０もロータ１のリング状の肩面２４に当接している。駆動車２０はステータ３よりも大きな外径を有している。

カム軸調整装置はフード状のカバーキャップ２５によってカバーされる。カバーキャップ２５の半径方向の底部２６の中心部を弁ケース２７が貫通している。弁ケース２７は半径方向外側へ指向しているフランジ２８を有している。このフランジ２８によって弁ケース２７はカバーキャップ２５の底部２６の下面に当接して、底部２６にたとえばねじで固定されている。カバーキャップ２５の筒状の側壁２９は駆動車２０を越えて軸線方向へ突出し、駆動車２０を半径方向に間隔をもって取り囲んでいる。

ロータ１は、カバーキャップ２５の底部２６とは逆の側の端部に中央の凹部３０を備えている。凹部３０内にはカム軸２が軸線方向の延設部３１によって突出している。ロータ１の凹部３０は、半径方向内側へ指向し凹部３０を軸線方向において画成しているフランジ３３によって、弁ケース２７を収容している収容空間３２から切り離されている。フランジ３３の中央に設けた開口部３４を貫通して中央のねじ３５が突出している。ねじ３５はカム軸２の中央に配置される軸線方向のねじ穴３６に螺合して、カム軸調整装置をカム軸２と結合させている。ねじ３５の頭３７はロータ１の本体８のフランジ３３に軸線方向において支持されている。中央のねじ３５を介してロータ１はカム軸２と相対回転不能に結合される。

弁ケース２７は、液圧媒体をカム軸調整装置の圧力室１３と１４に後述する態様で供給する液圧弁３８の構成要素である。弁ケース２７は外面にリングパッキン４０を収容するための環状溝３９を備えている。これらリングパッキン４０により弁ケース２７はロータ１の収容空間３２内に密封状態で着座している。図１と図２が示すように、弁ケース２７はねじ頭３７付近まで延びている。

弁ケース２７内には、軸線方向へ変位可能に中空ピストン４１が着座している。中空ピストン４１はねじ３５とは逆の側の端部を底部４２によって閉鎖されている。中空ピストン４１は他端で開口している。この他端で中空ピストン４１は内径が拡大している。また、この他端内部には少なくとも１つの圧縮ばね４３が突出している。圧縮ばね４３により中空ピストン４１はカバー４４の方向へ付勢されている。カバー４４は弁ケース２７のフランジ２８に載置され、該フランジ２８に固定されている。カバー４４は中央に凹部４５を有し、凹部４５内には中空ピストン４１の底部４２が突出している。圧縮ばね４３は一端を中空ピストン４１に設けた半径方向の内側の肩面４６で支持され、他端をブシュ４７の端面で支持されている。ブシュ４７は鉢状のケース４８に収納されている。鉢状のケース４８は弁ケース２７のカバー４４とは逆の側の端部にねじ止めされている。ブシュ４７はこのケース４８の底部４９で支持されている。底部４９は少なくとも１つの開口部５０を有しており、この開口部５０を介して液圧媒体を供給することができる。液圧媒体はカム軸２と、ねじ３５に設けた軸線方向の貫通穴５１とを通じてカム軸調整装置の中央部に供給される。

ブシュ４７は支持体５７を収容している。支持体５７は、ケース４８の底部４９側の端面に、圧縮ばね５３を収容するための中央の凹部５２を有している。圧縮ばね５３により逆止弁５９の弁頭５４がブシュ４７の半径方向の肩面５５に対し押圧される。弁頭５４はブシュ４７の内部にあり、ブシュ４７の中央の開口部５６を閉鎖する。

支持体５７の外径はブシュ４７の外径よりも小さい。ブシュ４７は圧縮ばね５３とは逆の側にフィルタ５８を備えており、液圧媒体は中空ピストン４１内に侵入する前にこのフィルタ５８を通過する。フィルタ５８で液圧媒体に含まれる不純物が抑止される。

液圧弁３８は、２つの作動接続部ＡとＢと、タンク接続部Ｔと、圧力接続部Ｐとを有している。作動接続部Ａ，Ｂを介して液圧媒体が中空ピストン４１の位置に応じてカム軸調整装置の圧力室１３または１４に供給される。タンク接続部Ｔを介してそれぞれ無圧の圧力室１３または１４から圧力媒体がタンク内に戻される。

液圧弁３８の上流側には逆止弁５９が設けられ、この逆止弁５９により、液圧媒体が中空ピストン４１からカム軸２内へ逆流しないよう保証される。逆止弁５９の圧縮ばね５３から弁頭５４に作用する力は、中空ピストン４１を付勢している圧縮ばね４３の力よりも小さい。

液圧弁３８はカム軸調整装置の中央部に設けられてカム軸２に対し整列するように配置されているので、カム軸調整装置の取り付け空間はわずかで済む。したがって動力車両に追加的にカム軸調整装置を取り付けることができる。液圧弁３８の弁ケース２７は、カム軸調整装置の一方の端面側からロータ１の本体８の収容空間３２内に簡単に挿着させることができる。液圧弁３８の取り付け位置は、弁ケース２７のフランジ２８をカバーキャップ２５の底部２６に接触させることにより簡単に固定させることができる。図示した実施形態では、中空ピストン４１は、弁ケース２７内に密封して配置されている弁ブシュ６０内で変位可能に案内されている。弁ブシュ６０は、カバー４４側の端部に、半径方向外側へ指向するフランジ６１を有している。フランジ６１により弁ブシュ６０は弁ケース２７の端面側凹部６２の底部に接触している。これにより弁ブシュ６０の軸線方向の取り付け位置を簡単に固定させることができる。カバー４４が弁ブシュ６０のフランジ６１に接触することにより弁ブシュ６０の位置が固定される。

図３と図４は、液圧弁からロータ１の本体８を半径方向に貫通している穴６３，６４がいかにしてカム軸調整装置のそれぞれの圧力室１３，１４に開口しているかを示したものである。図３と図４では、圧力室１３が圧力媒体で加圧された状態にある。このため液圧媒体はカム軸２と、ねじ３５の貫通穴５１と、逆止弁５９と、作動接続部Ａと、穴６３とを介して圧力室１３に供給される。その都度ロータ細条部５により圧力室１３から切り離される圧力室１４は圧力無負荷状態にある。その中にある圧力媒体は穴６４と、液圧弁３８の作動接続部Ｂと、タンク接続部Ｔとを介してタンクへ排出される。これに応じて液圧弁３８の中空ピストン４１は次のように調整され、すなわち加圧状態にある液圧媒体は作動接続部Ａを介して圧力室１３に供給され、圧力室１４からの圧力媒体は作動接続部Ｂとタンク接続部Ｔとを介してタンクへ戻されるように調整されている。ロータ１を図３と図４に図示した位置から反時計方向へステータ３に対し相対回転させる場合には、圧力接続部Ｐが作動接続部Ｂと連通し、作動接続部Ａがタンク接続部Ｔと連通するように液圧弁３８を切換える。したがって、加圧状態にある圧力媒体はカム軸２と、ねじ３５と、逆止弁５９と、作動接続部Ｂと、穴６４とを介して圧力室１４に供給される。これに対応して、圧力室１３内にある液圧媒体は穴６３と作動接続部Ａとを介してタンク接続部Ｔへ排出される。

液圧弁３８の前にあるフィルタ５８は、カム軸調整装置とシステム全体との強靭性に寄与する。液圧弁３８の前にある逆止弁５９によりシステムの全体的なパフォーマンスが最適化される。

図５はカム軸調整装置の液圧弁の拡大図である。図５に図示したケースは、カム軸２から軸線方向の圧力接続部Ｐを介して供給される液圧媒体が逆止弁５９を介して中空ピストン４１内へ流入するケースである。中空ピストン４１が占めている位置は、液圧弁３８の作動接続部Ａがタンク接続部Ｔと連通し、他方作動接続部Ｂが軸線方向の圧力接続部Ｐと連通しているような位置である。加圧状態にある液圧媒体は、中空ピストン４１から半径方向の開口部６５を介して作動接続部Ｂに達する。作動接続部Ｂから液圧媒体は弁ケース２７内に軸線方向に延びるように設けた穴６６内に流入する。これらの穴６６は袋穴として構成されており、カム軸２側の端部を閉鎖部材６７によって閉鎖されている。穴６６には、弁ケース２７の外側面７０の環状溝６９の底部に設けた穴６８が開口している。環状溝６９にはロータ本体８に設けた穴６３が開口している。

弁ケース２７の外側面７０には他の環状溝７１が設けられている。この他の環状溝７１の底部には、周方向に配分して設けられる穴７２が開口している。穴７２は環状溝７１を弁ケース２７の軸線方向の穴７３と連通させている。図５が示すように、穴７３は穴６６よりも短い。穴７３は弁ケース２７のカム軸２側の端面に開口しており、閉鎖部材７４によって閉鎖されている。環状溝６９から軸線方向に間隔をもっている環状溝７１には、ロータ本体８に設けた半径方向の穴６４が開口している。軸線方向の袋穴７３には、周方向に配分して設けた半径方向の穴７５が開口している。半径方向の穴７５は袋穴７３の内端近くに設けられており、これら袋穴７３を、中空ピストン４１を半径方向に貫通している穴７６と連通させている。穴７６を介して液圧媒体をタンク接続部Ｔに供給させることができる。

図６が示すように、液圧弁３８の弁ケース２７には、軸線方向に延びる少なくとも１つのタンク穴７７が設けられている。このタンク穴７７も弁ケース２７のカム軸２側の端面に開口しており、そこで閉鎖部材７８によって閉鎖されている。タンク穴７７は閉鎖部材７８とは逆の側の端部において環状溝７９と連通している。環状溝７９は弁ケース２７に設けられており、半径方向の穴８０に開口している。半径方向の穴８０は弁ブシュ６０を貫通し、周方向に均等に配分して設けられている。これら半径方向の穴８０を介して環状溝７９は他の環状溝８１と連通している。環状溝８１は弁ブシュ６０の内面に設けられており、半径方向の穴８２に開口している。半径方向の穴８２は中空ピストン４１の底部４２のすぐ近くにおいて中空ピストン４１を貫通している。

環状溝８１の底部には、弾性変形可能なリングベルト８３が軸線方向に位置固定して且つ予め弾性的に緊張させた状態で当接している。リングベルト８３は弁ブシュ６０の半径方向の穴８０を中空ピストン４１に対し閉鎖させている。したがってリングベルト８３は、加圧状態にある液圧媒体が中空ピストン４１の内部空間と半径方向の穴８２とを介してタンク穴７７内に達するのを防止する逆止弁を形成している。

中空ピストン４１が図６に図示した位置にある場合、カム軸２によって軸線方向において液圧弁３８に供給される液圧媒体は、圧力接続部Ｐを介して中空ピストン４１内に達する。ここから液圧媒体は、中空ピストン４１を貫通している半径方向の穴６５（図５）と軸線方向の穴６６とを介して作動接続部Ｂへ流動する。作動接続部Ｂから液圧媒体はカム軸調整装置に付属の圧力室内へ流入する。それぞれ他の圧力室から排出される液圧媒体は、図６によれば作動接続部Ａと穴７５，７６とを介してタンク穴７７内に達する。タンク穴７７から液圧媒体は、環状溝７９と半径方向の穴８０とを介してリングベルト８３へ流動する。リングベルト８３は液圧媒体の圧力で内側へ弾性的に湾曲し、その結果弁ブシュ６０に設けた半径方向の穴８０が開放される。したがって液圧媒体は環状溝８１と半径方向の穴８２とを介して中空ピストン４１内へ流入することができる。この排除された液圧媒体は、圧力接続部Ｐを介して供給され加圧状態にある液圧媒体と混合する。圧力接続部Ｐを介して供給され加圧状態にある液圧媒体は、作動接続部Ｂを介してカム軸調整装置のそれぞれの圧力室に供給される。逆止弁として用いられるリングベルト８３は、加圧状態にある液圧媒体がタンク穴７７内に達するのを阻止する。

図示した実施形態とは異なり、液圧媒体をカム軸２の外側で半径方向において液圧弁３８に供給するようにしてもよい。

本発明によるカム軸調整装置の軸断面図である。 図１の本発明によるカム軸調整装置の他の軸断面図である。 図２の線Ｙ−Ｙによる断面図である。 図２の線Ｚ−Ｚによる断面図である。 本発明によるカム軸調整装置の弁の拡大軸断面図である。 本発明によるカム軸調整装置の弁の他の拡大軸断面図である。

符号の説明

１ ロータ
２ カム軸
３ ステータ
１３，１４ 圧力室
２５ カバーキャップ
２７ 弁ケース
２８ フランジ
３２ 収容空間
３５ ねじ
３８ 液圧弁
４１ 中空ピストン
４４ カバー
５８ フィルタ
５９ 逆止弁
６０ 弁ブシュ
６１ フランジ
６３ 穴
７３ 袋穴
７７ タンク穴
８３ リングベルト
Ａ，Ｂ 作動接続部
Ｐ 圧力接続部
Ｔ タンク接続部

Claims (33)

1. ステータと、該ステータに対し相対回転可能なロータとを有し、ステータとロータとの間に複数の圧力室が設けられ、それぞれの圧力室に圧力媒体を供給可能にする少なくとも１つの弁とこれら圧力室が管を介して結合されている、内燃機関のカム軸調整装置において、
   弁（３８）がカム軸調整装置のカム軸接続部とは逆の側に配置されていることを特徴とするカム軸調整装置。
2. 弁（３８）が少なくとも部分的にカム軸調整装置内に収納されていることを特徴とする、請求項１に記載のカム軸調整装置。
3. ロータ（１）が弁（３８）の弁ケース（２７）上に回転可能に着座していることを特徴とする、請求項１または２に記載のカム軸調整装置。
4. ロータ（１）が弁（３８）を収容するための中央の収容部（３２）を有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
5. 弁（３８）がカム軸接続部に対し同軸に配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
6. 弁（３８）がロータ（１）の収容部（３２）から突出していることを特徴とする、請求項４または５に記載のカム軸調整装置。
7. 弁（３８）がロータ（１）の収容部（３２）から突出している部分（２８）により固定保持されていることを特徴とする、請求項６に記載のカム軸調整装置。
8. 弁ケース（２７）が半径方向外側へ指向しているフランジ（２８）を有していることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
9. 弁（３８）がカバー（４４）によって覆われていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
10. カバー（４４）が弁ケース（２７）のフランジ（２８）に固定されていることを特徴とする、請求項９に記載のカム軸調整装置。
11. 弁ケース（２７）のフランジ（２８）がカム軸調整装置と少なくとも部分的にオーバーラップしているカバーキャップ（２５）に固定されていることを特徴とする、請求項８から１０までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
12. 弁（３８）がカム軸調整装置の支持部として設けられていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
13. 弁（３８）の上流側にフィルタ（５８）が設けられていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
14. 弁（３８）の上流側に、圧力接続部（Ｐ）に対し遮断する逆止弁（５９）が設けられていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
15. 逆止弁（５９）の上流側に前記フィルタ（５８）が設けられていることを特徴とする、請求項１４に記載のカム軸調整装置。
16. フィルタ（５８）と逆止弁（５９）とが統合されて１つの構成ユニットを形成していることを特徴とする、請求項１３から１５までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
17. 構成ユニットが弁ケース（２７）に挿着されていることを特徴とする、請求項１６に記載のカム軸調整装置。
18. 構成ユニットが弁ケース（２７）にねじ止めされているケース（４８）を有していることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のカム軸調整装置。
19. 構成ユニットがロータ（１）をカム軸（２）に固定するためのねじ（３５）内へ突出していることを特徴とする、請求項１４から１８までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
20. ねじ（３５）が圧力媒体を供給するための軸線方向の穴（５１）を有していることを特徴とする、請求項１９に記載のカム軸調整装置。
21. ねじ（３５）がカム軸（２）内にねじ止めされていることを特徴とする、請求項１９または２０に記載のカム軸調整装置。
22. 圧力媒体をカム軸（２）を介して供給可能であることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
23. 圧力媒体をカム軸（２）の外側において半径方向から弁（３８）に供給可能であることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
24. 弁（３８）が弁ブシュ（６０）を有し、弁ブシュ（６０）が弁ケース（２７）に挿着されていることを特徴とする、請求項１から２３までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
25. 弁ブシュ（６０）が半径方向外側へ指向するフランジ（６１）を有し、該フランジ（６１）により弁ブシュ（６０）が弁ケース（２７）の端面側凹部（６２）内にあることを特徴とする、請求項２４に記載のカム軸調整装置。
26. 弁ブシュ（６０）のフランジ（６１）が弁ケース（２７）に固定されているカバー（４４）によって位置固定されていることを特徴とする、請求項２５に記載のカム軸調整装置。
27. 弁ケース（２７）が弁（３８）の作動接続部（Ａ，Ｂ）と連通可能な少なくとも１つの軸線方向の穴（６６，７３）を有していることを特徴とする、請求項１から２６までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
28. 弁ケース（２７）が弁（３８）のタンク接続部（Ｔ）と連通可能な少なくとも１つの軸線方向のタンク穴（７７）を有していることを特徴とする、請求項１から２７までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。
29. タンク穴（７７）が弁（３８）の中空ピストン（４１）の内部空間と連通していることを特徴とする、請求項２８に記載のカム軸調整装置。
30. タンク穴（７７）と中空ピストン（４１）の内部空間との間に、タンク穴（７７）に対し閉鎖させる少なくとも１つの逆止弁（８３）が配置されていることを特徴とする、請求項２９に記載のカム軸調整装置。
31. 逆止弁（８３）が弁ブシュ（６０）の内側に配置されていることを特徴とする、請求項３０に記載のカム軸調整装置。
32. 逆止弁（８３）が、予め弾性的に緊張されて少なくとも１つの半径方向の貫通穴（８０）の領域にある弁ブシュ（６０）の内壁に当接するリングベルトを有していることを特徴とする、請求項３０または３１に記載のカム軸調整装置。
33. 中空ピストン（４１）の内部空間が圧力接続部（Ｐ）と連通していることを特徴とする、請求項２９から３２までのいずれか一つに記載のカム軸調整装置。

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