JP2006502339A - カムシャフトアジャスタ用の係止装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、カムシャフトアジャスタ（１０）用の係止装置に関する。アジャスタは、羽根ロータ（１２）を備えている。羽根ロータは、カムシャフトに回転可能に固定される態様で接続され、駆動部（１１）に回転が制限されるように取り付けられる。ロータの羽根（１３、１４）は、内側の基礎輪（１６）から外周輪（１７）に延在する部分によって、隙間内に係合する。前記隙間は、駆動部（１１）の径方向突起（１５）によって形成される。各圧力室（１８、１９）が、周方向において、羽根（１３、１４）の両側に形成される。ロータの羽根（１３、１４）が、圧力室（１８、１９）内を支配する圧力比率に従って、駆動部（１１）に対してある回転角で移動されるように、作動油が、制御弁を介して、前記圧力室に送給されるようにすることができる。係止装置は、流体的に解除され得ると共に、圧縮バネによって係止方向に影響を及ぼされる少なくとも１つの係止ボルト（２３、３１、３２、３３）を有する。前記係止ボルトは、各係合長穴と共同作用し、係止位置において、ロータ（１２）を駆動部（１１）に連結する。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載のカムシャフトアジャスタ用の係止装置に関する。

カムシャフトアジャスタは、弁制御される内燃機関において、回転角を変化させるために、すなわち、クランクシャフト又は他のカムシャフトに対するカムシャフトの位相のずれをもたらすために、用いられている。これによって、燃焼室又はシリンダーの給気サイクルを所定時において内燃機関の作動点の関数として最適化するように、排気及び吸気弁の作動時期が、ピストンの上死点に関して、進角又は遅角される。

特許文献１は、羽根ロータを有するカムシャフトアジャスタを開示している。このアジャスタは、カムシャフトに回転可能に係止され、通常は歯付きベルトを介して内燃機関のクランクシャフトによって駆動される駆動部内において制限された範囲だけ回転され得るように支持される。その羽根によって、羽根ロータは、半径方向内方を向く突起によって形成される駆動部内の隙間内に噛合する。これらの突起は、羽根ロータが駆動部に対して回転され得る最大回転角を確定する。羽根と突起との間に、制御弁によって制御される流体室が形成され、駆動部に対する羽根ロータの位置は、羽根の両側に周方向に配置される圧力室の圧力比率によって決定される。

内燃機関の作動の休止期間において、バネは、羽根ロータを２つの制限位置の１つに押し付けている。内燃機関を始動させると、カムシャフトの回転するカムが、回転方向において、交互の反力をもたらし、前進又は遅延するトルクを生じさせる。もし、存在するとしても、ごくわずかな圧力が、圧力室内に生じていた場合、上記の反力は、バネ力に打ち勝ち、その結果、径方向突起と接触している羽根が離昇し、径方向突起の反対側に移動する。それらの羽根がこれらと衝突するとき、又は反力が逆転するときに、それらが再び接触面と衝突するとき、それらは煩わしい騒音を生じる。この理由から、羽根ロータは、通常、係止ボルトによって駆動部に対して係止され、この係止ボルトは、羽根ロータ又は駆動部のいずれかに、軸方向又は半径方向に変位可能であるように支持され、他の部分における係止穴内に嵌合する。バネが、この係止ボルトを係止穴内に押し付ける。係止ボルトは、内燃機関が始動されるときに、まず、流体を圧力室に流入させる制御弁によって、流体的に解除される。圧力室内の圧力が、係止バネの圧力よりも大きくなると、係止ボルトは、係止穴から押し出され、カムシャフトアジャスタが、解除される。

羽根ロータの係止制限位置において、カムシャフトは、カムシャフトの位置に対する回転角を定めなければならない。これは、内燃機関の始動の助けとなる。この理由から、吸気弁カムシャフトアジャスタは、一般的に、遅角制限位置に係止され、排気弁カムシャフトアジャスタは、進角制限位置に係止される。大きな調整範囲を許容するために、特に吸気弁の場合、羽根ロータは、内燃機関の始動のために、２つの制限位置の中間に係止される。始動の後、係止ボルトは解除位置にあるので、制御弁は、内燃機関の作動特性マップに従って、回転角を制御又は調整する。

カムシャフトアジャスタを中間位置に係止することは、困難である。何故なら、カムシャフトアジャスタが作動されず、圧力室が加圧されないとき、羽根ロータと駆動部との間の相対速度が極めて高いからである。この作動状態において、クランクシャフトが駆動部に加える駆動力は、カムシャフトアジャスタが遅角位置に移動する傾向を有することを意味する。係止ボルトの係合を改良するために、知られている係止装置は、段付きの係止穴を有し、その外側の段は、調整方向において、長穴の形態を取っている。圧力室が加圧されないとき、アジャスタが遅角位置に向かって移動する場合、係止ボルトは、最初、長穴の第１段内に係合し、これによって、中間位置を越えて反対側の方向に移動するのが阻止される。次に長穴の一端は中間の係止位置に一致しているので、ここで係止ボルトは、第２段内に係合することができ、これによって、羽根ロータを中間位置において係止することができる。一実施形態において、係止ボルトの移動の自由を徐々に拘束する多重段が設けられてもよい。この多重段において、最も内側の段が固定穴の形態を取る。これらの段は、最も内側の段の両側に向かって、周方向にさらに延在してもよい。

これらの段は、係止ボルトの半径方向の調整行程を比較的長くし、従って、係止バネのバネ行程を長くする。さらに、係止ボルトが挿入段の制限部と衝突するとき、その自由端は、著しい応力を受け、その結果、多量の磨耗が生じることが予期される。これによって、時間が経過すると、固定穴として機能する最も内側の段と、係止ボルトとの間に大きな遊びが生じ得る。従って、これらの段と係止ボルトは、臨界点において、硬化される。

特許文献２は、羽根ロータの円周において離間された２つのバネ付勢される係止ボルトを有するカムシャフトアジャスタを開示している。これらの係止ボルトは、駆動部内において、半径方向又は軸方向のいずれかに変位可能に案内され、係止位置において、羽根ロータの係止穴内に係合する。係止ボルトは、流体的に解除される。この場合、圧力室内に作用する圧力は、係止ボルトの端面に作用し、圧力が対応する値に達するや否や、それらの係止ボルトを付勢バネの力に抗して解除位置に移動させる。この場合、解除ボルトは、円筒状であり、各々、遅角又は進角方向に作用する圧力室のいずれか１つを支配する圧力のみを受ける。

変形形態として、係止ボルトは、段付きピストンの形態を取り、小さいピストン面は、１つの圧力室の圧力によって作用され、大きいピストン面は、他の圧力室の圧力によって作用される。これらの圧力によって生じる力によって、係止ボルトは、解除位置に移動される。

係止ボルトの１つは、羽根ロータを回転の両方向において係止するように働く固定穴として設計された円筒状の固定穴と相互に作用し、他の係止ボルトは、長穴と相互に作用する。この長穴は、円経路を越えて延在し、その一端は、羽根ロータの同じ係止位置を画成し、その他端は、遅角方向に延在する。

もし１つの係止ボルトが、内燃機関がスイッチオフしたとき、長穴の領域に位置していた場合、その係止ボルトは、圧力室内の圧力が、対応する値よりも低下するや否や、そこに係合し得る。いったんその係止ボルトが、羽根ロータの中間位置において、長穴の端に達すると、第２係止ボルトが、固定穴内に係合し、これによって、羽根ロータは、回転の両方向において、駆動部に係止される。もし１つの係止ボルトが、例えば、遅角方向における最大の調整が得られる領域において、長穴の領域の外側に位置していた場合、内燃機関が始動されたときの振動によって、羽根ロータが進角方向に移動し、その１つの係止ボルトは、長穴と係合し、遅角方向へ戻ることが阻止され、他の係止ボルトが、固定穴内に係合することができる。

独国特許出願公開第１０１ ２７ １６８ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９９ １８ ９１０ Ａ１号明細書

本発明の目的は、簡単な手段によって、カムシャフトアジャスタの調整範囲の中間位置における、カムシャフトアジャスタの解除と係止を改良することにある。本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴によって達成される。さらに有利な展開は、従属項に述べられる。

本発明によれば、係止ボルトは、流体的に圧力室の上流側に配置され、解除位置において、流入を許容する。同時に、係止ボルトは、制御弁の上流側、又は制御弁と圧力室との間のいずれかに配置されてもよい。係止ボルトは、種々の実施形態を有してもよく、例えば、段付きピストンの形態を取ってもよく、そのピストン段によって、圧力室又は制御弁への接続管路を制御するようにしてもよい。係止ボルトはさらに、逆の調整方向に対して、圧力室への第２接続管路を制御する第２ピストン段を有してもよく、その結果、係止ボルトは、圧力室への流入を制御し、圧力室が流入を許容していたとしても、解除が生じる。

段付きピストンに代えて、係止ボルトは、関連する係止穴と共に圧力室を形成する円筒状の制御ピストンの形態を取ってもよい。この係止ボルトは、中心穴を介して径方向穴に接続され、圧力室又は前記制御弁への接続管路を制御する。円筒状の制御ピストンとしての係止ボルトの実施形態は、段付きピストンとしての実施形態と組み合わされてもよい。これによって、１つの接続管路は段付きピストンによって制御され、他の接続管路は、径方向制御穴によって制御される。

内燃機関が始動され、カムシャフトアジャスタが作動されるとき、係止ボルトを係止位置に付勢する圧縮バネのバネ力に打ち勝って係止ボルトを解除する作動圧が、係止ボルトの上流側に生じる。解除状態において、圧力室への流入が許容され、圧力室は、極めて短時間内、例えば、数ミリ秒の間に満たされる。これによって、カムシャフトアジャスタは、一方では、作動に対して極めて迅速に応答する。何故なら、圧力室が満たされる前に、カムシャフトアジャスタはすでに解除されているからである。他方では、圧力室は、迅速に満たされるので、前述された騒音が確実に防止される。

係止ボルトはさらに、作動圧と圧力室内の圧力の両方によって、解除位置に保持されるので、係止位置が、制限位置間の中間位置にあり、調整過程において、通り過ぎねばならない場合であっても、作動中に係合しない。内燃機関がスイッチオフされると、作動圧及び圧力室内の圧力が低下し、係止ボルトは、圧縮バネによって係止位置に変位され、その結果、係止ボルトは係止穴内に係合する。

駆動部に対する羽根ロータの速度は、それらに作用する反力によって、極めて高くなり得るので、特に、係止位置が２つの制限位置間にあるとき、係止ボルトの確実な係合は、常に確保されるわけではない。従って、円周において離間した少なくとも２つの係止ボルトを有し、それらの係止ボルトの少なくとも１つが、周方向に延在する係合長穴と相互に作用するのが、望ましい。関連する係止ボルトが係合されると、係合長穴の一端は、他の係止ボルトが係止する位置において、羽根ロータの調整移動を制限する。周方向における係合長穴の長さによって、割り当てられた係止ボルトは、係合に利用可能な大きな時間窓を有する。一実施形態において、その１つの係止ボルトは、係止位置の領域において移動の自由を拘束する係合ボルトとして作用し、他の係止ボルトが係止ボルトとして機能し、両方向において、駆動部に対する羽根ロータの回転を防ぐ。

本発明のさらに他の実施形態によれば、係合長穴が、各係止ボルトに割り当てられる。これらの係止ボルトは、係止位置において、調整方向に対向する係合長穴の端部に当接する。従って、羽根ロータは、係止ボルトの２つの当接面間において、駆動部に係止される。係合長穴はさらに、羽根ロータと駆動部との間の相対的な運動の方向とは無関係に、作用する。

異なる調整方向に割り当てられた圧力室への流入を制御するために、調整ボルトは、この２段階機能に従って、設計されてもよい。もし円周において離間された少なくとも２つの係止ボルトが、設けられた場合、それらの機能を係止ボルトの間で分割し、１つの係止ボルトを１つの調整方向のための圧力室に割り当て、他の係止ボルトを他の圧力室に割り当てるのが、望ましい。

さらに他の利点は、以下の図面の説明から明らかになるだろう。本発明の例示的実施形態は、図面に示されている。図面、説明、及び特許請求の範囲は、多くの特徴を組合せて含んでいる。当業者であれば、個々の特徴に対して理にかなった考察をなし、それらを一緒にしてさらに適切な組合せをもたらすだろう。

カムシャフトアジャスタ１０は、駆動部１１と、羽根１３、１４によって駆動部１１の隙間に噛合する羽根ロータ１２とを有している。これらの隙間は、内側の基礎円１６と外周１７との間に延在する径方向突起１５によって形成されている。羽根１３と１４の両側に、制御弁（図示されない）によって作動油が流入され得る圧力室１８と１９が、それらの羽根１３と１４と、径方向突起１５との間に形成されている。圧力室１８、１９内の圧力比率によって、羽根ロータ１２は、駆動部分１１に対して、１つの調整方向２１又は他の調整方向２２に移行される。

羽根ロータ１２は、カムシャフト（図示されない）に回転可能に係止され、駆動部は内燃機関のクランクシャフト（同様に、図示されない）によって駆動される。調整方向２１における羽根ロータ１２の調整は、内燃機関の排気及び吸気弁の開度が遅れ、調整方向２２における調整の場合は、排気及び吸気弁の開度が進角することを意味している。

駆動部１１は、圧力室１８、１９の端を画成するエンドカバー２０を有している。作動期間において、特に、始動の直前又は始動位相において、羽根ロータ１２は、駆動部１１に対して係止されている。係止穴２４及び係合長穴３７〜４１の形態にある係合凹部と相互作用する２つの係止ボルト２３と３１が、この目的のために用いられる。係止ボルト２３、３１、３２、３３は、羽根ロータ１２又は駆動部１１に、軸方向又は半径方向に、配置されてもよく、これらの係合凹部は、いずれの場合も、他の構成要素１１又は１２に配置される。羽根ロータ１２は、羽根１３、１４が径方向突起１５に当接する制限位置、又は、図示されるような、２つの制限位置の間の中間位置において、駆動部１１に係止されるようにすることができる。

係止ボルト２３、３１、３２、３３は、流体的に、圧力室１８、１９の上流側に配置され、解除位置において、流入を許容する。図２〜図５は、係止ボルト２３、３１、３２、３３の種々の実施形態を示している。図２による係止ボルト２３は、ピストン段２６を有する段付きピストンの形態を取り、作動接続部２５が作動油をそのピストン段２６に衝突させ、一方、その係止ボルト２３は、圧縮バネのバネ力３０によって、係止方向に付勢されている。作動接続部２５内の作動圧が高くなると、係止ボルト２３は、バネ力３０に抗して変位され、係止穴２４から外に移動する。同時に、圧力室１８又は１９、あるいは、圧力室１８、１９を制御する制御弁（図示されない）に通じる接続管路２９が開かれる。

図３による実施形態は、係止ボルト３１が、円筒状の周囲形状を有し、その端部において、係止穴２４と一緒に圧力室を形成し、この圧力室は、中心穴２８と径方向制御穴２７を介して作動接続部２５に接続される、という点において、図２による実施形態とは異なっている。作動接続部２５内の圧力が高まると、係止ボルト３１は、バネ力３０に対して解除され、この過程において、同時に、作動接続部２５と接続管路２９との間の流れを許容する。

図４及び図５の実施形態は、２つの接続管路２９、３６を有し、その１つの接続管路２９は、例えば、１つの圧力室１８に割り当てられ、他の接続管路３６は、例えば、他の圧力室１９に割り当てられる。図４による実施形態において、係止ボルト３２は、ピストン段３４を有し、このピストン段３４は、作動接続部２５と接続管路２９との間の流れを制御し、一方、係止ボルト３２の自由端は、図３による例におけるように設計され、中心穴２８と径方向中心穴２７を有している。これによって、作動接続部３５と接続管路３６との間の流入が制御される。

図５による実施形態において、係止ボルト３３は、２つの段付きピストン２６と３４を有し、この係止ボルトのピストン段２６は、図２及び図４による実施形態におけるように、作動接続部２５と接続管路２９との間の流入を制御する。第２ピストン段３４は、作動接続部３５と接続管路３６との間の流入を制御する。

図示される変更実施形態において、羽根ロータ１２を駆動部１１に対して係止するのに、一般的に、１つの係止ボルトしか必要とされない。もし流入が２つの作動接続部２５、３５から２つの接続管路２９、３６の間に一定の経路でなされるようになっている場合、図４及び図５による実施形態は、１つの係止ボルトが考慮されるとよい。もし円周において離間された複数の係止ボルト２３、３１が設けられるなら、それらの１つが、図４又は図５による実施形態に設計され、又はそれらの両方が、図２又は図３による実施形態に設計されるようにすることができ、圧力室１８又は１９への流入をそれぞれ制御することができる。

図６〜図９は、係止穴２４及び／又は係合長穴３７、３８、３９、４０、及び４１の形態にある係合凹部に関連して、係止ボルト２３、３１を示している。図７は、円周において離間された係止ボルト２３と３１の実現可能な配置を示している。この場合、係止ボルト２３は、係止穴２４と相互に作用し、芯出しボルトとして機能する。この芯出しボルトは、係止位置において、駆動部１１のカバー２０に対して、両方の調整方向２１、２２において、羽根ロータ１２を係止する。第２係止ボルト３１は、係合長穴３７と相互に作用する。もし羽根ロータ１２が、カバー２０に対して、調整方向２２に移動する場合、バネ力３０に影響下にある係止ボルト３１は、係合長穴３７と係合し、羽根ロータを係合長穴３７の端において係止する。この位置において、芯出しボルト２３は、係止穴２４内に係合されるようにすることができ、その結果、羽根ロータ１２は、両方の調整方向２１、２２において係止される。

図８及び図９による実施形態において、係合長穴３８、３９は、両方の係止ボルト２３、３１に割り当てられる。図８による実施形態において、図示される係止位置における係合長穴３８は、調整方向２２における羽根ロータ１２の相対的な移動を制限し、係合長穴３９は、逆の調整方向２１における相対的な運動を制限する。図９による実施形態において、係合長穴４０と４１は、図示される係止位置において、係止ボルト２３が調整方向２１における羽根ロータ１２の相対的な移動を阻止し、係合長穴４１が、逆の調整方向２２における相対的な移動を阻止するように、配置される。係止ボルト２３、３１は、要望に応じて、図４及び図５による係止ボルト３２、３３と置き換えられてもよい。

カムシャフトアジャスタの概略的断面図。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図。 図２の変形実施形態を示す図。 図２の変形実施形態を示す図。 図２の変形実施形態を示す図。 互いに割り当てられた２つの係止ボルトの領域における２つの概略的部分縦断面図。 カムシャフトアジャスタの調整方向における係止ボルトの位置に対する配置の略図。 図６の変形実施形態を示す図。 図６の変形実施形態を示す図。

Claims (10)

1. カムシャフトに回転可能に係止され、駆動部に制限された範囲だけ回転可能に支持される羽根ロータであって、内側の基礎円から外周に延びるその羽根によって、前記駆動部の径方向突起によって形成される隙間内に噛合する羽根ロータと、作動油が制御弁を介して送達され得る圧力室であって、該圧力室は、羽根の両側に、周方向に形成され、それによって、前記羽根ロータが、前記圧力室内を支配する圧力比率に従って、前記駆動部に対してある回転角で調整される圧力室と、を備えるカムシャフトアジャスタ用の係止装置であって、該係止装置は少なくとも１つの流体的に解除可能な係止ボルトを有し、該係止ボルトは、圧縮バネによって係止方向に付勢され、係合凹部と相互に作用し、係止位置において、前記羽根ロータを前記駆動部に連結する、前記係止装置において、
   前記係止ボルト（２３、３１、３２、３３）は、流体的に前記圧力室（１８、１９）の上流側に配置され、解除位置において流入を許容することを特徴とする係止装置。
2. 前記係止ボルト（２３、３１、３２、３３）は、前記制御弁の上流側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の係止装置。
3. 前記係止ボルト（２３、３１、３２、３３）は、前記制御弁と前記圧力室（１８、１９）との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の係止装置。
4. 前記係止ボルト（２３、３２、３３）は、段付きピストンの形態を取り、１つのピストン段（２６）によって、前記圧力室（１８、１９）又は前記制御弁への接続管路（２９）を制御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係止装置。
5. 前記係止ボルト（３３）は、第２ピストン段（３４）を有し、該第２ピストン段（３４）は、逆の調整方向に対する、圧力室（１８、１９）への第２接続管路（３６）を制御することを特徴とする請求項４に記載の係止装置。
6. 前記係止ボルト（３１）は、関連する係合凹部（２４、３１、３２、３３）と共に圧力室を形成する円筒状の制御ピストンの形態を取り、中心穴（２８）を介して径方向制御穴（２７）に接続され、前記圧力室（１８、１９）又は前記制御弁への前記接続管路（２９、３６）を制御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係止装置。
7. 前記係止ボルト（３２）は、前記係合凹部（２４）と向き合う端部において、前記係合凹部（２４、３１、３２、３３）と共に圧力室を形成する円筒状の制御ピストンの形態を取り、中心穴（２８）を介して径方向制御穴（２７）に接続され、前記圧力室（１８、１９）又は前記制御弁への前記第２接続管路（３６）を制御することを特徴とする請求項４に記載の係止装置。
8. 前記係止装置は、円周上に離間された少なくとも２つの係止ボルト（２３、３１）を有し、該２つの係止ボルト（２３、３１）の少なくとも１つは、周方向に延在する係合長穴（３７〜４１）と相互に作用し、関連する係止ボルト（３１）が係合した前記係合長穴の一端は、前記羽根ロータ（１２）の調整移動を、他の係止ボルト（２３）が、その関連する係合凹部（２４、３１、３２、３３）内に係合する位置に、制限することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の係止装置。
9. 係合長穴（３８、３９；及び４０、４１）は、各係止ボルト（２３、３１）に割り当てられ、前記係止位置における前記係止ボルト（２３、３１）は、前記調整方向（２１、２２）と対向する前記係合長穴（３８及び３９；４０及び４１）の端部に当接することを特徴とする請求項８に記載の係止装置。
10. 前記係止ボルト（２３、３１）は、調整方向（２１、２２）に各々割り当てられる圧力室（１８、１９）に各々割り当てられることを特徴とする請求項８あるいは９に記載の係止装置。

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