JP2006527328A - 内燃機関用カムシャフトアジャスタ - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用カムシャフトアジャスタ（１）に関する。前記アジャスタは、カムシャフト（２）の回転のためにクランクシャフトへの駆動接続部を有し、ネジ接続によって前記カムシャフトに対して保持される。締めネジ（１２）は、カムシャフトアジャスタ（１）の油供給を制御するための制御態様で、軸方向に変位可能な制御ピストン（１１）を収容する。前記制御ピストンは、電磁装置（５）の力を受け、調整を行うために互いに関して回転され得る２つの伝達部分（１７、１８）を保持している。本発明の目的は、内燃機関内で発生される油圧とは無関係に、カムシャフトの位相位置を変更させるための調整能力を可能にするカムシャフトアジャスタ（１）を設けることにある。これを達成するために、油供給の制御に加えて、制御ピストン（１１）は、油ポンプとしても用いられる。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の内燃機関用カムシャフトアジャスタに関する。

燃費と未処理排出物とを低下させ、動力とトルクとを増大させるために、ガソリンエンジンにカムシャフトアジャスタを設けることが多い。これらは、カムシャフトの位相角をクランクシャフトに関連して変化させる。現在、油圧室を有する油圧ベーンタイプアジャスタが広く用いられる。エンジン回路から制御弁を介してベーンタイプの油圧室に入る油を制御することによって、位相角の調整が行なわれる。制御弁は、比例磁石によって、移動される。

特許文献１は、クランクシャフトにより駆動されるカムシャフト機構内に位置するカムシャフトアジャスタを開示する。カムシャフトアジャスタは、内部体と外部体とを有する。内部体は、カムシャフトに対して回転可能に固定され、この内部体を、中心締めネジが通過し、この内部体は、中心締めネジを介して、カムシャフトに対して軸方向に支持される。外部体は、内部体に対して回転可能であり、この外部体を介して、クランクシャフトへの駆動接続部が延在する。内部体と外部体との間に、外部体を内部体に対して回転させるための油圧が加えられ得るアクチェータ手段用の収容空間が設けられる。アクチェータ手段に、制御スライドとして設計された多方向弁を有する制御装置が割り当てられ、この弁は、締めネジ内に一体化される。締めネジは、ハウジングとして、軸方向に変位可能な制御スライド用の軸方向容器を形成する。制御スライドは、アクチェータ駆動装置の電機子に接続され、このアクチェータ駆動装置は、ハウジングに対して固定して配置され、アクチェータ磁石を備える。

一般的な技術背景の理解のために、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４も参照されたい。

独国特許発明第１９８ １７ ３１９ Ｃ２号明細書 独国特許発明第１９６ １１ ３６５ Ｃ２号明細書 独国特許発明第１９６ ５４ ９２６ Ｃ２号明細書 独国特許発明第１９９ ４４ ５３５ Ｃ１号明細書

本発明が基づく目的は、内燃機関により発生される圧力媒体とは無関係に、カムシャフトの位相位置を変化させるために必要な作動圧力の発生を可能にするカムアジャスタを提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。

本発明の有利な利点は、これまでカムシャフトアジャスタの油供給を制御することにのみ関与していた制御ピストンが、その機能に加えてポンプ作用にも用いられることにある。すなわち、カムシャフトアジャスタは、それ自体に油ポンプを有し、その結果、エンジンの油圧とは独立している。カムシャフトの位相角の調整は常に可能であり、これによりその調整速度が増大される。

ベーンタイプによるカムシャフトアジャスタが有利に用いられる。アジャスタのベーン取付部の広い調整範囲を許容するために、わずか３枚のベーン（羽根）がアジャスタのベーン取付部に設けられる。制御ピストンを作動させるために、単一質量バネ振動子の原理によって動作する２つの電磁石電機子が設けられ、この電気子に双方向に電流を印加することによって、制御ピストンは前後に移動させられる。電磁石が非作動のとき、２つのバネによって、制御ピストンは中間位置に維持される。電磁石の作動中は、第１磁石から電機子が離脱された後、制御ピストンは、バネ内に貯蔵されたエネルギーの結果として、反対側の方向に移動する。第２磁石の遮断によって、摩擦によるエネルギー損失とポンプの有効な仕事が、相殺される。

有利には、適切な設計によって、螺旋ばねは、アジャスタを圧力の付加されない状態のいかなる所望の中間位置（緊急作動位置）にも至らせることを可能にする。この場合、電気式カムシャフトアジャスタと比較して、著しいエネルギー利得が得られることが予期される。加算ギアの知られている形態では、復元モーメントの部分は、常にサーボモータに支持され、一定の位相位置の場合であっても、電流をサーボモータに連続的に印加する必要がある。復元バネのモーメントは、カムシャフトの負荷モーメントを上回らなければならないので、少なくともその力の２倍の電気モータが必要とされる。油圧アクチェータは、調整作動中にのみ、バネに反して作動される。一定の位相位置の場合、油圧アクチェータは、ロックされ、漏れ損失を補うだけでよい。

本発明の更なる改良と利点は、残りの従属項と説明から明らかになるであろう。

本発明を、図面における例示的実施形態を参照して、説明する。

図１〜７で総称的に表示されるカムシャフトアジャスタ１は、ここでは単に概略的に示され、内燃機関３のカムシャフト２に取り付けられる例が示されている。カムシャフト２の端である内燃機関３の端面において、制御ハウジング４が設けられる。この制御ハウジング４において、電磁装置５が、カムシャフト２の軸方向延長線上にそのカムシャフト２と対向して設けられている。カムシャフトアジャスタ１に割り当てられたこの装置は、第１電磁石６と、第２電磁石７と、それら２つの電磁石６、７間に変位可能に配置されて電機子タペット９を有する電機子８とから形成され、フランジ１０を介して、内燃機関３の反対側の制御ハウジングカバー４ａに、外側からねじ止めされている。

電磁装置５は、電機子８の電機子タペット９を介して、締めネジ１２としての中心ネジ内に一体化された制御ピストン１１に作用する。この締めネジ１２を介して、カムシャフトアジャスタ１は、カムシャフト２の端面にねじ込まれている。締めネジ１２は、制御ピストン１１、カムシャフトアジャスタ１、及び電磁装置５と共に、カムシャフト１４に対して同軸に配置されている。電機子タペット９は、電機子８と対向する端において、バネ板１３を有している。第１圧縮バネ１４が、バネ板１３と電磁装置５の第２電磁石７との間に配置されている。制御ピストン１１は、凹部（１５）内に着座されている。この凹部は、締めネジ１２内に導入され、電磁装置５に面する端において拡大し、制御ピストン１１と共に、バネ空間１５を形成する。このバネ空間１５内に、第２圧縮バネ１６が、配置されている。この第２圧縮バネ１６は、その一端において、締めネジ１２に支持され、その他端において、制御ピストン１１に一体に形成されたつば部１１ａに支持されている。もしバネ１４、１６の１つ又は２つが省かれると、制御ピストン１１は、２つの移動用磁石６、７によってのみ、移動される。

カムシャフトアジャスタ１は、２つの伝達部分、すなわち、調整のために互いに関して回転可能である内部体１７と外部体１８とを有している。内部体１７は、締めネジ１２において、カムシャフト２に対して軸方向に着座、支持されている。内部体１７に、外部体１８が割り当てられ、この外部体８は、その外周にスプロケット１８ａを有し、これらのスプロケット１８ａを介して、カムシャフト２が、概略的に示されている内燃機関３のクランクシャフト（図示せず）によって、回転方向と回転速度に関する定められた割当てに従って、駆動される。ここでチェーン駆動と呼ばれる図示の駆動は、勿論、例えば、タイミングベルト駆動又は他の歯車駆動のような他の駆動接続によって、置き換えられてもよい。

図２によれば、外部体１８の周囲にわたって、内側に突出するピストンベーン１９の形態を取る作動手段が分配され、これらのピストンベーン１９に対して、内部体１７の作動手段としての相手側ベーン２０が割り当てられている。いずれの場合も、２つの相手側ベーン２０は、リングの一部の形態にある受容空間２１を画定し、この受容空間２１内に、外部体１８のピストンベーン１９が存在する。外部体１８は、それに割り当てられたピストンベーン１９と共に、受容空間２１の相手側ベーン２０によって制限される角範囲にわたって、内部体１７に関して調整可能なベーンロータを実質的に形成する。

各受容空間２１内において、ピストンベーン１９と相手側ベーン２０は、いずれの場合も、２つの油圧室２２と２３とを画定する。これらの油圧室２２と２３には、制御ピストン１１の制御下において油圧が加えられ、油圧室２３には、ピストン１９と相手側ベーン２０の図示された位置から間隙が形成される。

各油圧室２２、２３への圧力媒体の供給は、カムシャフト２からなされる。これに続いて、締めネジ１２内に配置された軸方向ダクト２４が、締めネジ１２内の圧縮室２５に通じ、そこから、締めネジ１２内に導かれる半径方向穴２６に通じている。逆止め弁２７、２８が、いずれの場合にも、軸方向ダクト２４と半径方向穴２６の両方に導入されている。軸方向ダクト２４の逆止め弁は、吸気弁２７として作動され、半径方向穴２６の逆止め弁は、ポンピング弁２８として作動される。図２に示され得るように、締めネジ１２内の半径方向穴２６は、締めネジ１２と内部体１７との間に配置された環状空間２９内で終端している。圧力媒体は、内部体１７内に導入された半径方向ダクト３０を経由して、環状空間２９を介して各油圧室２２、２３内に入る。

図１に示され得るように、各油圧室２２、２３からの圧力媒体の放出は、締めネジ１２と内部体１７との間に配置された環状ダクト３１を介して、行われる。これに続いて、締めネジ１２内に配置された半径方向送給路３２が、制御ピストン１１内の少なくとも１つの油入口３３に通じ、この油入口３３から、圧力媒体が、制御ピストン１１内に配置された空洞３４を介して、制御ピストン１１内の油出口３５に入る。

各受容空間２１内の油圧室２２、２３は、環状カバー３６、３７によって、横方向に閉鎖されている。これらの環状カバー３６、３７は、内部体１７と外部体１８がカムシャフト２の軸と直交する端面を有する平面ディスクとして設計されるとき、同様に平面に設計される。この場合、シール３８が、内部体１７と環状カバー３７、３８との間の環状シール部によって、外側の半径方向に設けられるとよい。ただし、低作動圧の場合、適切であれば、対応する精密な機械加工を施すことにより個別のシールは省略されてもよい。環状カバー３６、３７は、内部体１７と外部体１８の端面に当接するように、軸方向締めネジ３９を介して、保持されている。螺旋バネ４０が、電磁装置５に面する環状カバー３６の前に配置されている。螺旋バネ４０は、内部体１７に対して内側に、環状カバー３６に対して外側に固定され、従って、カムシャフトアジャスタ１を回転し、圧力のない状態にある初期又は緊急作動位置に戻すことができる。

カムシャフトアジャスタ１の簡素化された説明図である以下の図３〜７は、内部体１７に配置されて電磁ユニット５と圧縮バネ１４、１６を介して作動される制御ピストン１１を受ける締めネジ１２のみを示している。ただし、ここでは、圧縮バネ１６のみが示されている。

図３は、内燃機関の始動位置に対応するカムシャフトアジャスタ１の位置を示している。電流が印加されていない状態では、電機子８と制御ピストン１１は、２つの圧縮バネ１４、１６の力によって、中間位置にあり、圧力媒体を運ぶ全てのダクトは、閉鎖されている。

このシステムを始動させるために、まず、図４に示されるように、電機子８が端位置、すなわち、保持状態に移動される。これは、好ましくは、電機子８が電磁装置５の第２磁石７と当接し、制御ピストン１１が張力ネジ１２の止め４１と当接する状態である。電流が２つの磁石６、７に、このシステムの特性周波数で、相互に供給され、その結果、電機子８が圧縮バネ１４、１６と協力して振動を開始し、次いで、該当する磁石７によって捕獲かつ保持されることにより、電機子８はこの端位置に移動される。

本発明によれば、制御ピストン１１は油供給を制御するための油ポンプとしても用いられる。これは、締めネジ１２が同時にカムシャフトアジャスタ１用の油圧送及び制御装置を含むことを意味している。

図５は油吸入操作を示すもので、電機子８が第２磁石７から離脱されるとき、前記電機子８は、圧縮バネ１４のバネ力によって、第１磁石６の方向４２に加速され、その結果、制御ピストン１１は、張力ネジ１２の止め４１から離れる方向に移動される。締めネジ１２の軸方向ダクト２４内に配置された吸気弁２７によって、圧力媒体、ここでは、エンジン油が、カムシャフト２から圧縮室２５内に吸引される（圧力媒体流れ４３）。このエンジン油の圧力がカムシャフトの制御を補助し、これによって、特定の油圧を得るための負荷は、この目的のために必要ではない。

図６による油充填操作中、電機子８は、磁石６から磁石７の方向４４に移動し、制御ピストン１１は、止め４１の方向に移動する。吸気弁２７は、バネ力によって、閉鎖される。圧力媒体が、張力バネ１２内に半径方向に配置されたポンプ弁２８を押圧し（圧力媒体流れ４５）、内部体１７の内部穴内に延在する環状空間２９と内部体１７に導入された半径方向ダクト３０とを介して、図２に示されるように、それぞれの作動室２２と２３内に流れ、これによって、カムシャフトアジャスタ１の調整運動が行われる。一ポンプスロークの圧力媒体量が、必要な調整量に対応する。好ましくは、磁石６、７の少なくとも１つは、良好な電磁作用と作動能力（ＫＬＢ磁石に影響を与える特性曲線）に関して、最適化される。この目的のために、ポット磁石において、電機子とヨーク間の空気間隙を減少させる突起部が、外側に形成される。

エンジン回路内で特定の油圧力を超えると、カムシャフトアジャスタ１の作動室２２、２３を充填させるために、ポンプ駆動はもはや必要ではない。この場合、制御ピストン１１は、図３に示されるように、中立位置に移動され、加圧された油は吸気弁２７とポンプ弁２８を開いた後、自動的に作動室２２、２３に流れる。油の充填操作を中断させるには、電機子８が磁石７と当接するまで、制御ピストン１１が再び右に移動される。

図７による油の排出操作中、制御ピストン１１は第２圧縮バネが延びきった状態にあり、電機子８は少なくとも磁石６の近傍に移動する。制御ピストン１１のこの位置において、圧力媒体は、作動室２２、２３から、環状ダクト３１を介して、半径方向送給路３２内に流入し、そこから、少なくとも１つの油入口３３を介して、制御ピストン１１の空洞３４内に流入し、油出口３５を介して、制御ピストン１１から流出する（圧力媒体流れ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）。

図４による保持状態において、電機子８と制御ピストン１１は、制限停止位置に配置される。すなわち、電機子８は、磁石７と当接し、制御ピストン１１は、止め４１と当接する。電機子８と制御ピストン１１のこの中立位置において、油は流れることができないので、この位置では、位相位置を一定に保つことができる。しかし、新たな調整操作が開始される前に、電機子８は、好ましくは、磁石７と当接するために、（適切であれば、エネルギー集約式始動によって）、端位置に移動されねばならない。

カムシャフトアジャスタ１の作動室２２、２３からの漏れ損失を最小限に抑えるために、及び位相位置の再設定を避けるために、好ましくは、環状シール３８が、内部体１７と環状カバー３６、３７との間に取り付けられ、バネ付勢シール帯片が、内部体１７の相手側ベーン２０の端に取り付けられねばならない。

さらに、圧力が印加されていない状態において、バネによって内部体１７内のラッチオリフィス内に移動され、これによって内部体１７の回転を防ぐ、公知のロッキングボルトが用いられてもよい。油圧が作用すると、ボルトは再び解除される。

エンジンの軸方向全長を短くするために、電磁装置５と油圧発生部を他の箇所（例えば、チェーンホイールの下）に取付けてもよい。

内燃機関のカムシャフトの延長線上に配置され、制御ハウジングに収容されている本発明によるカムシャフトアジャスタであって、電機子を介して電磁装置によって作動される制御ピストンを有するカムシャフトアジャスタの断面図である。 図１の線Ｉ−Ｉに沿った概略的断面図である。 電機子と制御ピストンがバネによって中間位置に保持される中立位置にあるカムシャフトアジャスタの概略図である。 電機子が磁石と当接し、制御ピストンがカムシャフトアジャスタの中心ネジの止めと当接する保持位置又はシステムの始動後の位置におけるカムシャフトアジャスタを示す図である。 制御ピストンが圧縮バネの１つのバネ力によって他の磁石の方向に加速される油吸入操作及び電機子の磁石からの離脱中におけるカムシャフトアジャスタを示す図である。 電機子と制御ピストンが吸気方向と反対の方向に移動するポンプ操作又は油充填操作中におけるカムシャフトアジャスタを示す図である。 電機子が第１磁石と当接する排出操作中におけるカムシャフトアジャスタを示す図である。

Claims (10)

1. クランクシャフトによるカムシャフト（２）用の駆動装置内に位置し、ネジ接続部を介して前記カムシャフト（２）に保持される内燃機関用のカムシャフトアジャスタ（１）であって、前記カムシャフトアジャスタ（１）の締めネジ（１２）は、前記カムシャフトアジャスタ（１）の油供給を制御するために、軸方向に変位可能な制御ピストン（１１）を収容し、前記制御ピストン（１１）は、電磁装置（５）によって作動され、相対的に回転可能な前記カムシャフトアジャスタ（１）の伝達部分（１７、１８）を保持するカムシャフトアジャスタ（１）において、
   前記制御ピストン（１１）は油圧を発生するための油ポンプとしても用いられることを特徴とするカムシャフトアジャスタ。
2. 前記電磁装置（５）は、２つの電磁石（６、７）間に変位可能に配置された電機子（８）を有し、前記電機子（８）の電機子タペット（９）を介して、前記制御ピストン（１１）を作動することを特徴とする請求項１に記載のカムシャフトアジャスタ。
3. 前記電磁装置（５）に加えて、バネ（１４、１６）が、前記制御ピストン（１１）に作用するために、設けられることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のカムシャフトアジャスタ。
4. シール室（２５）内及び半径方向穴（２６）内に通じる軸方向ダクト（２４）が、締めネジ（１２）内に配置され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カムシャフトアジャスタ。
5. 逆止め弁（２７、２８）が、前記軸方向ダクト（２４）と前記半径方向穴（２６）とに配置されることを特徴とする請求項４に記載のカムシャフトアジャスタ。
6. 前記半径方向穴（２６）は、半径方向ダクト（３０）を介して前記カムシャフトアジャスタ（１）の作動室（２２、２３）に接続される環状空間（２９）に通じることを特徴とする請求項５に記載のカムシャフトアジャスタ。
7. 前記作動室（２２、２３）は、環状ダクト（３１）を介して、半径方向送給路（３２）に接続され、前記半径方向送給路（３２）は、少なくとも１つの油入口（３３）を介して、前記制御ピストン（１１）内に配置されて少なくとも１つの油出口（３５）を有する空洞（３４）内に通じることを特徴とする請求項６に記載のカムシャフトアジャスタ。
8. 前記カムシャフトアジャスタ（１）は、前記内部体（１７）に固定された螺旋バネ（４０）を有することを特徴とする請求項１に記載のカムシャフトアジャスタ。
9. 前記締めネジ（１２）は、前記カムシャフトアジャスタ（１）用の前記油ポンプと前記油供給を制御する装置を同時に含むことを特徴とする請求項１に記載のカムシャフトアジャスタ。
10. 前記カムシャフトアジャスタ（１）は、油圧ベーン式アジャスタであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のカムシャフトアジャスタ。

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