JP2008509314A - カム軸調整装置及びかかる装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、カム軸（１２）を駆動するクランクシャフトに対する該カム軸（１２）の位相位置を調整する装置であり、調整機構（１１）を作動させる電気的アクチュエータ（１５）を備えた装置に関する。カム軸（１２）は、故障の結果としての運転停止の間に、基本位置又は非常時位置に変位させることができる。調整機構（１１）を基本位置又は非常時位置に変位させるために、アクチュエータ（１５）に、運転時の供給系統とは別個のエネルギー供給系統（１９，２２）によってエネルギー供給することができれば、この基本位置又は非常時位置に確実に到達することができる。本発明は、カム軸（１２）の位相位置を調整する装置の制御方法にも関する。

Description

本発明は、独立請求項の前段によるカム軸の調整装置及びカム軸の調整装置の制御方法に関する。

内燃機関のカム軸の位相位置を調整装置によって変えることが知られている。車両の通常運転においては、カム軸は、エンジンを停止した時に制御されてそれぞれの基本位置に動かされ、そこに固定される。電気的な調整装置の場合には、例えば、外部励起される電気式調整器又は永久磁石励起を備えた電気式調整器がこの目的に用いられるが、油圧式調整装置の場合には、ロックユニットを有する油圧ベーン式調整器が用いられる。このロックユニットは、内燃機関の再始動後に油圧がカム軸調整用として十分な圧力に達するまで、油圧式調整器をその基本位置に固定する。

内燃機関がエンストすると、油圧式調整器を制御して調整することが不可能になり、その結果、カム軸は基本位置外の不確定な位置に置かれる可能性がある。従って、次の車両始動時に、カム軸を、例えば補正バネの力によって適切な基本位置に動かさなければならない。電気式調整器の場合には、内燃機関のエンストに続く再始動時に、このような付加的な対策は必要でない。調整器が、内燃機関が停止している時にも、あるいは運転時においても、カム軸をそれぞれの基本位置に動かすことができるからである。しかし、電気式調整装置の場合には、調整器及び／又はその制御ユニットが突然動かなくなる可能性があり、このため、少なくとも非常時運転及び再始動時に必要になる基本位置又は非常時運転位置への到達が妨げられる。例えば、回復バネを備えた調整装置が知られており、この回復バネが非常時運転位置に達することを可能にするが、この回復バネは、動力消費を増大すると共に装置の動力学の点で好ましくない結果をもたらし、さらに大きな取り付け空間を必要とする。

特許文献１は、調整機構が回転している時に調整器又はその電源供給が突然動かなくなると、調整軸を単に制動することによって、カム軸を、基本位置又は非常時運転位置より進む方向又は遅れる方向に調整するカム軸用の調整装置を開示している。

独国特許出願公開第 １０２ ５７ ７０６ Ａ１号明細書

本発明は、運転上の障害が生じた場合に、基本位置又は非常時運転位置に確実に到達し得るようなカム軸用の調整装置を提供することを目的とする。さらに、この種の装置の制御方法を提供することも目的とする。

本発明によれば、この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。本発明の好ましい改良形態及び利点は、明細書及びさらに別の請求項から明らかになるであろう。

カム軸を駆動するクランクシャフトに対するカム軸の位相位置を調整するための本発明による装置は、１つのアクチュエータを備えており、調整機構を基本位置又は非常時運転位置に動かすために、このアクチュエータの運転時の供給源とは別個のエネルギー供給源によって、このアクチュエータにエネルギーを供給することができる。この結果、アクチュエータには、装置の通常運転時の供給源とは独立した第２の供給系統から運転動力を供給することができる。運転上の障害が生じた際に、例えば電気式調整器の場合では、その制御ユニット、その接点手段、カム軸の位置測定用のそのセンサ装置等が突然動かなくなった時に、好ましくは短時間、電力供給を実行する。本発明は、運転上の障害が生じた場合に基本位置又は非常時運転位置に到達するためのきわめてコスト効率のよい、運転上確実な装置を可能にする。さらに、内燃機関を正常に停止する場合にも、基本位置又は非常時運転位置に有利に動かすことができる。

別個のエネルギー供給源が、アクチュエータにエネルギーを供給し得るエネルギー貯蔵器を含んでいると、アクチュエータは、運転上の障害が生じた場合に、目的に適うように調整機構を所定の位置に動かすことができる。エネルギー貯蔵器は、電気的に操作可能なアクチュエータ用の電気貯蔵手段であることが望ましい。しかし、他の型式のアクチュエータ及び他の種類の調整装置用の他のエネルギー貯蔵器、例えば、油圧調整装置用の油圧貯蔵手段も考えることができる。

別個のエネルギー供給源は、内燃機関を作動させるエンジン制御ユニットによって有利に作動させることができる。運転上の障害が確定されると、アクチュエータ作動用の動力を供給するために、エンジン制御ユニットが直ちにエネルギー供給源を操作することができる。

１つの好ましい実施形態においては、エネルギー貯蔵器はバッテリーである。代替方式として、あるいは追加的に、キャパシタなどのエネルギー貯蔵器を用いても良い。このキャパシタは急速放電に特によく適している。必要時には、調整機構を所要の方向に動かすために、短時間、数百ミリ秒間、例えば通常２００ｍｓの間、キャパシタからアクチュエータに電流を供給することができる。遅くても約３００ｍｓ後には、基本位置又は非常時運転位置に到達することができる。基本位置又は非常時運転位置はロック位置に一致していることが望ましい。この場合、アクチュエータが調整機構を駆動する時に調整機構がロックユニットと交差する。エネルギー貯蔵器は、短時間操作用として低動力容量のみが要求されるので、有利に小型化することができる。これは、貯蔵手段が含む容量を例えばヒステリシスブレーキに短時間供給して、この方式でカム軸をその基本位置又は非常時運転位置に動かすのに有利である。

１つの好ましい実施形態においては、別個のエネルギー供給源が車載の車両電気系統と別々の接続を有しており、この接続はアクチュエータの通常運転時の供給源から分離している。この別個のエネルギー供給源は、エンジン制御ユニットにおける安全レベルによって適切に操作される。

アクチュエータのエネルギー供給が無い場合、又は、給電なしの状態においては、調整装置が所定の停止位置に自動的に移動するように、調整装置を構成することが特に望ましい。

１つの特に好ましい実施形態においては、アクチュエータがヒステリシスブレーキの形態にある。アクチュエータは、アクチュエータの界磁コイルに運転上の障害が生じた場合に作動させることができる別個の補助コイルを設けることが望ましい。この場合、界磁コイルに欠陥が生じても、調整機構を制動するための磁界をヒステリシスブレーキ内に形成することができる。補助コイルは、高いインピーダンスを有するように構成すると共に、できる限り多くの巻数を有すると良い。この巻数はアクチュエータのステータの回りに巻かれる。補助コイルには、運転時の供給源から独立したエネルギー供給源によって、電力が供給される。可能な限り多数の巻数を設けることは補助コイルの電気的時定数を増大させるが、これは電力消費の低減をもたらし、エネルギー貯蔵器の寸法の点で有利である。

カム軸の位相位置調整装置の本発明による制御方法によれば、調整機構を基本位置又は非常時運転位置に動かすために、調整機構を操作するアクチュエータに、運転時の供給源から分離したエネルギー供給源によってエネルギーを供給する。

調整機構が、エネルギー供給されない状態においては自動的に第１の規定停止位置に動くと、別個のエネルギー供給源から供給されるアクチュエータによって調整機構が第２の停止位置へ動かされる結果、調整機構は、基本位置又は非常時運転位置を定めるロック装置に確実に到達するか、あるいはそれと交差することができる。もし、調整機構が、回転方向に関してすでにこのロック装置のもう一方の側に来ていれば、この調整機構は、エネルギー貯蔵器が空になった後に第１の規定停止位置に自動的に戻り始め、続いて僅かな遅れをもってロック装置に到達し、そこにロックされ、従って、その基本位置又は非常時運転位置に置かれる。

調整機構をロック位置に堅固に保持すること、特に調整機構をロック位置に係合するようにすると好ましい。

次に、図面に表現した実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。図面、本明細書及び請求項は、多くの特徴を組み合わせて含んでいるが、当業者は、これらの特徴をさらに個別に考察しかつ組み合わせて、さらに別の有利な組合せを好適に構成するであろう。

図１に見られるように、カム軸１２を駆動するクランクシャフト（図示されていない）に対するカム軸１２の位相位置を調整する特に好ましい１つの装置１０は、調整機構１１を操作するための、ヒステリシスブレーキの形態のアクチュエータ１５を有する。調整機構１１は、駆動ホイールの形態の駆動装置１３によって駆動できる。この駆動装置１３は、例えば駆動チェーンを介してクランクシャフトに連結され、調整機構１１を同心に取り囲んでいる。電気的に操作可能なアクチュエータ、特にヒステリシスブレーキの形態のアクチュエータ１５が、調整機構１１に対する操作入力部１４に機能的に連結される。アクチュエータ１５の回転軸は一点鎖線として示されている。調整機構１１は、例えば遊星歯車機構、ウォブル歯車機構又は偏心歯車機構とすることができる。ヒステリシスブレーキの形態のアクチュエータ１５は、エネルギー供給中に調整機構１１を保持又は調整するための保持トルク又は駆動トルクを供給する界磁コイル２６を有する。

通常運転においては、界磁コイル２６には、通常の車載の車両電気系統１６からエネルギー供給する。これを、供給ライン１７及び１８によって概略的に示している。車載の車両電気系統１６に接続されるエンジン制御ユニット２３も設けられる。これを、車載の車両電気系統１６とエンジン制御ユニット２３との間の両側矢印線２４によって示している。

アクチュエータ１５をその基本位置又は非常時運転位置に動かすために、本発明は、別個のエネルギー供給源、すなわち、エンジン制御ユニット２３によって作動させることができる別個のエネルギー貯蔵器１９を提供する。エンジン制御ユニット２３とエネルギー貯蔵器１９との間の接続を両側矢印線２５によって示している。運転上の障害が生じた場合にアクチュエータ１５を速やかに操作するために、エネルギー貯蔵器１９は蓄電池及び／又は好ましくはキャパシタを含んでいる。エネルギー貯蔵器１９とアクチュエータ１５との間には、要求される電気エネルギーをアクチュエータ１５に供給するために、供給ライン２０、２１が設けられる。

調整機構１１は、ヒステリシスブレーキがエネルギー供給されない状態になると、第１の規定停止位置に自動的に移動するように構成される。障害が生じた場合には、調整機構１１を操作するアクチュエータ１５に、好ましくはキャパシタの形態のエネルギー貯蔵器１９から、短時間、すなわち約２００ｍｓ間電流供給して、調整機構１１をもう一方の第２の停止位置の方向に移動させる。この過程で、ロック装置と交差することになり、ロック装置が、その位置で係合することができて、調整機構１１をその基本位置又は非常時運転位置に固定する。調整機構１１がすでにロック装置のもう一方の側に来ている場合は、調整機構は、キャパシタが放電された後に、その設計に応じて、第１の規定停止位置の方向に、もう一方の側からロック位置の方に自動的に移動する。従って、調整機構の実際の位置には関係なく、確実にロック装置に到達する。このため、調整機構１１は、電流切断に続いて、短時間後に、例えば遅くとも３００ｍｓ後にその基本位置又は非常時運転位置に到達する。

図２は、代替的な実施形態を示す。同一の要素には、図１と同じ参照記号を付している。構成は、図１の構成に対応しており、説明のためそれを参照する。この場合は、装備される別個のエネルギー供給源が、エネルギー貯蔵器１９（図１）の代わりに車載の車両電気系統１６への接続２２であり、この接続は通常の運転時供給源から分離している。この場合、ヒステリシスブレーキの形態のアクチュエータ１５は、アクチュエータ１５の界磁コイル２６に運転上の障害が生じた場合にエンジン制御ユニット２３によって作動させることができる別個の補助コイル２７を有している。これを、エンジン制御ユニット２３と車載の車両電気系統１６との間の矢印２４によって示している。

補助コイル２７は、ヒステリシスブレーキの界磁コイル２６に欠陥が生じた場合に相対的に低い電力要求量でヒステリシスブレーキ内に磁界を形成させるために、高いインピーダンスを有するように構成される。補助コイル２７は、ヒステリシスブレーキのステータの回りに巻かれる。

エネルギー貯蔵器を有するカム軸調整用の好ましい装置の概略図を示す。 車載の車両電気系統に対する別個の接続を有するカム軸調整用の好ましい装置の概略図を示す。

Claims (14)

1. 調整機構（１１）を動作させるために電気的に操作可能なアクチュエータ（１５）を有し、運転中の障害により運転停止が生じた場合に、カム軸（１２）を基本位置又は非常時運転位置に動かすことできるクランクシャフトに対する前記カム軸（１２）の位相位置を調整するカム軸調整装置において、
   前記調整機構（１１）を前記基本位置又は前記非常時運転位置に動かすために、前記アクチュエータ（１５）に、前記アクチュエータ（１５）の通常運転時の供給源とは別のエネルギー供給源（１９，２２）によってエネルギーを供給することを特徴とするカム軸調整装置。
2. 前記別のエネルギー供給源（１９，２２）がエネルギー貯蔵器（１９）を含み、該エネルギー貯蔵器（１９）によって、前記アクチュエータ（１５）に短時間エネルギーを供給す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. 前記別のエネルギー供給源（１９，２２）は、エンジン制御ユニット（２３）によって作動が制御させることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のカム軸調整装置。
4. 前記エネルギー貯蔵器（１９）がバッテリーであることを特徴とする請求項２あるいは３に記載のカム軸調整装置。
5. 前記エネルギー貯蔵器（１９）がキャパシタであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のカム軸調整装置。
6. 前記別のエネルギー供給源（１９，２２）が、車両の電気系統（１６）へ接続（２２）され、この接続は前記運転時の供給源から分離していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカム軸調整装置。
7. 前記調整機構（１１）は、前記アクチュエータ（１５）にエネルギー供給されない状態になると第１の停止位置に自動的に移動するように構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のカム軸調整装置。
8. 前記アクチュエータ（１５）が、電気ブレーキの形態であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のカム軸調整装置。
9. 前記アクチュエータ（１５）がヒステリシスブレーキであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のカム軸調整装置。
10. 前記ヒステリシスブレーキが、該ヒステリシスブレーキの界磁コイル（２６）に運転上の障害が生じた場合に用いられる別の補助コイル（２７）を有す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. 調整機構（１１）を動作させるために電気的に操作可能なアクチュエータ（１５）を有し、運転上の障害により運転停止が生じた場合に、カム軸（１２）を基本位置又は非常時運転位置に動かすようにした、クランクシャフトに対する前記カム軸（１２）の位相位置を調整するカム軸調整装置の制御方法において、
    前記調整機構（１１）を前記基本位置又は前記非常時運転位置に動かすために、前記アクチュエータ（１５）に、前記アクチュエータ（１５）の通常運転時の供給源とは別のエネルギー供給源（１９，２２）によってエネルギーを供給させるよう制御することを特徴とする制御方法。
12. 前記調整機構（１１）は、エネルギー供給されない状態においては、第１の停止位置に自動的に移動することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記調整機構（１１）を、前記別のエネルギー供給源（１９，２２）から電力供給することができる前記アクチュエータ（１５）によって第２の停止位置の方向に動かし、その際ロック装置と交差させることを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載の方法。
14. 前記調整機構（１１）を前記ロック位置に堅固に保持することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
    
    

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