JP2008516129A - 内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置 - Google Patents

内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、ハイドロリック式の作動装置(102)と制御弁(103)とを備えた、内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置(101)に関する。本発明による装置(101)はハイドロリック式の作動装置(102)のセンタ位置ロック機構を備えている。さらに、本発明による装置(101)は、制御弁(103)を制御する作動ユニット(112)の故障時にハイドロリック式の作動装置(102)がセンタ位置にロックされかつ作動ユニット(112)の修理までロックが保持されることを保証する。さらに、本発明による装置(101)は、内燃機関のスタート時にハイドロリック式の作動装置(102)の移動可能なエレメント(105)が圧力室(104)の側壁に当接することなしに、センタ位置におけるロックされた位置での内燃機関のスタートを可能にする。さらに、前記作動装置(102)を内燃機関の再スタートのために、ロックされたセンタ位置へもたらしかつ該センタ位置に保持するための方法が提案される。

Description

本発明は、請求項1、請求項2および請求項3の上位概念部にそれぞれ記載の、内燃機関のガス交換弁、つまり吸気弁もしくは排気弁の制御時間を変えるための装置、つまり内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置であって、
−相互作用し合う第1第2の2つの圧力チャンバを有するハイドロリック式の作動装置が設けられており、
−両圧力チャンバに対する圧力媒体の供給もしくは導出によって、クランクシャフトに対して相対的なカムシャフトの位相位置が保持されるか、もしくは意図的に変えられるようになっており、
−第1第2の2つの作業接続部と1つの流出接続部と1つの流入接続部とを備えた制御弁が設けられており、第1の作業接続部が第1の圧力チャンバと連通しており、第2の作業接続部が第2の圧力チャンバと連通しており、流出接続部がタンクと連通しており、流出接続部が圧力媒体で負荷されるようになっており、
−前記制御弁が、作動ユニットによって4つの制御位置へもたらされるようになっており、
−前記制御弁の第1の制御位置では、第1の作業接続部も第2の作業接続部も流入接続部と連通しておらず、
−前記制御弁の第2の制御位置では、第1の作業接続部が流出接続部と連通し、第2の作業接続部が流入接続部と連通しており、
−前記制御弁の第3の制御位置では、第1の作業接続部と第2の作業接続部とが、流出接続部にも流入接続部にも連通していないか、または第1の作業接続部と第2の作業接続部とが、流入接続部にのみ連通しており、
−前記制御弁の第4の制御位置では、第2の作業接続部が流出接続部と連通し、第1の作業接続部が流入接続部と連通している
形式の装置に関する。
内燃機関では、ガス交換弁を操作するためにカムシャフトが使用される。カムシャフトは、これらのカムシャフトに設けられたカムがカムフォロア、たとえばバケット形タペット、スイングアームまたはロッカアームに接触するように内燃機関に取り付けられている。カムシャフトが回転させられると、カムはカムフォロアに沿って転動し、そしてこのカムフォロアがガス交換弁を操作する。したがって、カムの位置および形状により、ガス交換弁の開放時間も開放振幅も、あるいはまたガス交換弁の開放時期および閉鎖時期も規定されている。
最近のエンジンコンセプトの傾向は、弁駆動装置を可変に設計することにある。一方では、個々のシリンダの完全な遮断までの弁ストロークおよび弁開放時間が可変に設定可能であることが望まれる。このためには、切換可能なカムフォロアまたはエレクトロハイドロリック式または電気式の弁操作のようなコンセプトが設定されている。さらに、内燃機関の運転中にガス交換弁の開放時間および閉鎖時間に影響を与えることができると有利であることが判っている。この場合、たとえば規定された弁オーバラップを意図的に調節するために、特に吸気弁もしくは排気弁の開放時期もしくは閉鎖時期に対して別個に影響を与えることができることが望ましい。ガス交換弁の開放時期もしくは閉鎖時期をエンジンの目下の特性マップ領域、たとえば目下の回転数もしくは目下の負荷に関連して調節することにより、燃料消費率を低下させ、排ガス特性に対して有利な影響を与え、エンジン効率、最大トルクおよび最大出力を向上させることができる。
弁制御時間の前記可変性は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相位置を相対的に変えることにより達成される。この場合、カムシャフトはたいていチェーン伝動装置、ベルト伝動装置、歯車伝動装置または同作用を有する駆動コンセプトを介してクランクシャフトと駆動結合されている。クランクシャフトにより駆動されるチェーン伝動装置、ベルト伝動装置または歯車伝動装置とカムシャフトとの間には、内燃機関の制御時間を変えるための装置(以下、「カムシャフト調節器」と呼ぶ)が取り付けられている。この装置はクランクシャフトからカムシャフトへトルクを伝達する。この装置は、内燃機関の運転中にクランクシャフトとカムシャフトとの間の位相位置が確実に保持され、そして所望の場合にはカムシャフトがクランクシャフトに対してある程度の角度範囲で相対的に回転され得るように形成されている。
吸気弁と排気弁とのためのそれぞれ1つのカムシャフトを備えている内燃機関では、吸気弁と排気弁とにそれぞれ1つのカムシャフト調節器が装備され得る。これにより、吸気弁および排気弁の開放時期および閉鎖時期を時間的に互いに相対的にシフトさせ、弁オーバラップを意図的に調節することができる。
最近のカムシャフト調節器のシートは、たいていカムシャフトの駆動側、つまり入力側の端部に位置している。しかし、カムシャフト調節器は中間シャフト、回転しない構成部分またはクランクシャフトに配置されていてよい。カムシャフト調節器は、クランクシャフトにより駆動される、該クランクシャフトに対する固定の位相関係を保持する入力車と、カムシャフトに駆動結合されている出力車と、前記入力車から前記出力車へトルクを伝達する調節機構とから成っている。入力車は、クランクシャフトに配置されていないカムシャフト調節器の場合にはチェーン車(スプロケット)、ベルト車(プーリ)または歯車として形成されてよく、そしてチェーン伝動装置、ベルト伝動装置または歯車伝動装置によってクランクシャフトによって駆動される。前記調節機構は電気的、ハイドロリック的またはニューマチック的に運転され得る。
ハイドロリック的に調節可能なカムシャフト調節器の2つの有利な構成は、いわゆるアキシャルピストン調節器および回転ピストン調節器である。
アキシャルピストン調節器の場合には、入力車がピストンに、そしてこのピストンが出力部分に、それぞれ斜歯列(ヘリカルスプライン)を介して結合されている。ピストンは、出力部分と入力車とにより形成された中空室を、軸方向に互いに相対して配置された2つの圧力チャンバに分離している。一方の圧力チャンバが圧力媒体で負荷され、他方の圧力チャンバがタンクに接続されると、ピストンは軸方向に移動する。ピストンの軸方向の移動はヘリカルスプラインによって出力部分に対する入力車の相対的な回転へ変換され、ひいてはクランクシャフトに対するカムシャフトの相対的な回転へ変換される。
ハイドロリック式のカムシャフト調節器の第2の構成は、「回転ピストン調節器」である。この回転ピストン調節器では、入力車がステータに相対回動不能に結合されている。このステータとロータとは互いに同心的に配置されており、この場合、ロータは摩擦接続的、形状接続的(係合による嵌合)または材料接続的に、たとえばプレス嵌め、ねじ結合または溶接結合によってカムシャフト、カムシャフトの延長部または中間シャフトに結合されている。ステータには、周方向で相互間隔を置いて配置された複数の中空室が形成されており、これらの中空室はロータを起点として半径方向外側へ向かって延びている。これらの中空室は軸方向でサイドカバーによって圧力密に仕切られている。これらの中空室内には、それぞれロータに結合されたベーンが延びており、このベーンは各中空室を2つの圧力チャンバに分割している。個々の圧力チャンバを圧力媒体ポンプもしくはタンクに意図的に接続することにより、クランクシャフトに対して相対的なカムシャフトの位相を調節もしくは保持することができる。
カムシャフト調節器を制御するためには、センサによってエンジンの特性データ、たとえば負荷状態および回転数が検出される。これらの特性データは電子制御ユニットに伝送され、この電子制御ユニットはこれらの特性データを内燃機関の特性データマップと比較した後に種々の圧力チャンバに対する圧力媒体の流入および流出を制御する。
クランクシャフトに対するカムシャフトの位相位置を調節するためには、ハイドロリック式のカムシャフト調節器において、1つの中空室に形成された、相互作用し合う2つの圧力チャンバのうちの一方の圧力チャンバが圧力媒体ポンプに接続され、他方の圧力チャンバがタンクに接続される。一方の圧力チャンバへ圧力媒体が流入すると同時に他方の圧力チャンバから圧力媒体が流出することにより、両圧力チャンバを分離するピストンは軸方向に移動させられ、これによりアキシャルピストン調節器においてはヘリカルスプラインを介してカムシャフトがクランクシャフトに対して相対的に回転させられる。回転ピストン調節器においては、一方の圧力チャンバの圧力負荷と、他方の圧力チャンバの放圧とによって、ベーンの移動が生ぜしめられ、ひいては直接にクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転が生ぜしめられる。位相位置を保持するためには、両圧力チャンバが圧力媒体ポンプに接続されるか、または圧力媒体ポンプからもタンクからも遮断される。
圧力チャンバに流入もしくは流出する圧力媒体流の制御は、制御弁、たいていは4ポート3位置比例弁によって行われる。弁ハウジングには、ポートとして各圧力チャンバのための各1つの接続部(作業接続部)と、圧力媒体ポンプに通じた接続部と、タンクに通じた少なくとも1つの接続部とが設けられている。ほぼ中空円筒状に形成された弁ハウジングの内部には、軸方向に移動可能な制御ピストンが配置されている。この制御ピストンを、電磁式のアクチュエータによってばねエレメントのばね力に抗して軸方向で、2つの規定された終端位置の間のいかなる位置にへも、もたらすことができる。制御ピストンはさらに環状溝と制御縁とを備えており、これにより個々の圧力チャンバは選択的に圧力媒体ポンプに接続されるか、またはタンクに接続され得る。また、圧力チャンバが圧力媒体ポンプからも圧力媒体タンクからも遮断されるような、制御ピストンの位置が設けられていてもよい。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第10064222号明細書には、このような装置が開示されている。この装置は回転ピストン構造の装置である。カムシャフトに駆動結合されているステータは、カムシャフトに相対回動不能に結合されたロータに回転可能に支承されている。ステータは、ロータに対して開いた切欠きを持って形成されている。当該装置の軸方向には、サイドカバーが設けられており、このサイドカバーは当該装置を仕切っている。前記切欠きはロータとステータとサイドカバーとによって圧力密に閉鎖されていて、ひいては複数の圧力室を形成している。ロータの外周面には、軸方向の溝が設けられており、これらの溝内にはベーン(翼)が配置されている。ベーンは前記切欠き内へ突入して延びている。ベーンは、これらのベーンが前記圧力室を、それぞれ2つの相互作用し合う圧力チャンバに分割するように形成されている。これらの圧力チャンバに対する圧力媒体の導入もしくは導出によって、クランクシャフトに対して相対的なカムシャフトの位相位置を選択的に保持するか、または調節することができる。
サイドカバーには2つのロックピンが配置されている。これらのロックピンはばね手段によってロータ方向への力で負荷される。ロータの、前記ロックピンに面した側の端面には、周方向に延びる複数の溝が設けられている。これらの溝は、これらの溝の1つも圧力媒体で負荷されていない場合に、規定された中間の位置において両ロックピンがそれぞれ1つの溝内に係合するように配置構成されている。各ロックピンは各溝の周方向側の端部に接触している。したがって、ロータはステータに対して相対的にロックされており、これにより相対回動が阻止される。第1の圧力媒体管路と第2の圧力媒体管路とを介して、圧力媒体チャンバを圧力媒体で充填することができる。第1の圧力媒体チャンバが圧力媒体で充填されると、やはり一方のロックピンの一方の端面が圧力媒体で負荷される。これにより、対応するロックピンが、サイドカバーに設けられた収容孔内へ押し込まれ、一方の方向への、ステータに対して相対的なロータの調節が可能となる。この場合、他方のロックピンがまだ係合している他方の溝は、センタ位置から最大値にまでのロータ調節が可能となるように形成されている。相応して、他方の方向への、ステータに対して相対的なロータの調節が行われる。当該装置は補償ばねを備えており、この補償ばねの一方の端部はロータに、他方の端部はステータにそれぞれ固定されており、そしてこの補償ばねは、カムシャフトによってロータに加えられる引きずりトルク(Schleppmoment)を補償する。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第19853670号明細書には、内燃機関の目下の負荷状態に関連して圧力チャンバに対する圧力媒体流を制御するために働く制御弁が開示されている。当該制御弁は作動ユニットと、ほぼ中空円筒状に形成された弁ハウジングと、ほぼ中空円筒状に形成された制御ピストンとから成っており、この制御ピストンは軸方向移動可能に弁ハウジング内に収容されている。弁ハウジングには2つの作業接続部と、1つの流入接続部と、1つの流出接続部とが形成されている。作動ユニットは、たとえば電磁石であってよい。電磁石は制御電流を印加することによってプッシュロッドを介して制御ピストンをばねの力に抗して移動させる。弁ハウジング内部での制御ピストンの位置に関連して、流入接続部が両作業接続部のうちのいずれか一方の作業接続部に接続され、かつタンク接続部がそれぞれ他方の作業接続部に接続されるか、または両作業接続部が流入接続部もしくは流出接続部から遮断される。これにより、一方の圧力チャンバには圧力媒体が供給され、他方の圧力チャンバからは圧力媒体が流出し、このことはクランクシャフトに対するカムシャフトの位相位置の変化を生ぜしめる。
センタ位置ロックを有するカムシャフト調節器と相まったこのような制御弁の大きな欠点は、通電されていない状態では圧力媒体接続部が両作業接続部のいずれか一方の作業接続部に接続されているという事実である。すなわち、作動部材もしくはアクチュエータの誤機能が発生した場合には、圧力媒体が両圧力チャンバの一方の圧力チャンバへ案内されると同時に両ロックピンのうちの一方のロックピンへ案内される。これにより、カムシャフト調節器は、制御弁の配置構成に関連して、作動ユニットの故障後には両最大位置のうちのいずれか一方の最大位置へ回転させられ、そしてこの位相位置は内燃機関の全運転にわたり保持される。カムシャフト調節器はセンタ位置において、当該装置の無圧状態においてロックされている。このセンタ位置は、内燃機関がクランクシャフトに対して相対的なカムシャフトのこの位相位置において良好な始動・走行特性を有するように選択されているので、センタ位置に対して相対的な最大位相シフトからは内燃機関の一層悪い始動・走行特性が生ぜしめられる。
発明の要約
したがって、本発明の根底を成す課題は、上で述べたこれらの欠点を回避し、ひいてはクランクシャフトに対して相対的にカムシャフトを、ハイドロリック式の作動装置がロックされるような位置に該ハイドロリック式の作動装置が位置している位相位置へ、またはピストンまたはベーンが終端ストッパに当接することなしにハイドロリック式の作動装置が再スタート時のカムシャフトの最初の回転時に自動的にロック位置へもたらされるような位置に該ハイドロリック式の作動装置が位置している位相位置へもたらすことができるような方法を提供することである。
さらに、ロックされていない停止位置(Abstellposition)において作動装置をロック位置へもたらす方法が提案されることが望まれる。
上記課題は、本発明によれば請求項1の上位概念部に記載の第1の方法において、以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
−規定された位相位置ψ+X゜KWを達成し(Anfahren)かつ該位相位置を保持し、
−点火装置を遮断し、
−回転数センサ装置が回転数n=0を報知するまで、前記位相位置ψ+X゜KWを保持するために第2の制御位置または第4の制御位置を調節し、
−回転数センサ装置を介して回転数nを検出し、
−とられた第2または第4の制御位置を、予め規定された時間に保持し、
−該時間の経過後に前記作動ユニットを動作不能にする、
ことにより解決される。
この方法により、作動装置はストップ過程の間、センタロック位置から所定の量X゜クランクシャフト(KW)だけ偏倚した位相位置へもたらされる。Xの±符号は、作動装置がまだ十分に圧力媒体で充填されていない場合に、該作動装置の調節方向に関連している。たとえば当該装置が補償ばねを備えていない場合、またはロータステータシステムに小さなトルクしか作用させない補償ばねを備えている場合(ただし、このトルクは回転するカムシャフトの引きずりトルクよりも小さい)、この位相位置はセンタロック位置に対して相対的に「早め」方向に位置している。補償ばねトルクがカムシャフト引きずりトルクよりも大きくかつカムシャフト引きずりトルクとは逆向きである場合には、この位相位置はセンタロック位置に対して相対的に「遅め」方向に位置している。点火装置の遮断後には、回転数センサ装置が回転数n=0を報知するまで作動ユニットがセンタ位置へ運動することを阻止するような制御位置がとられることが望ましい。とられた制御位置は、引き続き規定された時間保持される。このことは必要である。なぜならば、回転数センサ装置はカムシャフト/クランクシャフトの最後の回転時に既に回転数n=0を報知し、交番モーメントに基づいて作動ユニットがセンタ位置を越えて、望ましくない位置にまで移動させられてしまう恐れがあるからである。この保持時間により、同じく内燃機関の緩和効果、たとえばピストンの弛緩等(これによりやはり誤った位置がとられる恐れがある)が受け止められる。
上記課題は、本発明によれば請求項2の上位概念部に記載の形式の第2の方法において、以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
内燃機関のストップ過程時に以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
−規定された位相位置ψ+X゜KWを達成しかつ該位相位置を保持し、
−点火装置を遮断し、
−回転数センサ装置が回転数n=0を報知するまで、前記位相位置ψ+X゜KWを保持するために第2の制御位置または第4の制御位置を調節し、
−回転数センサ装置を介して回転数nを検出し、
−とられた第2または第4の制御位置を、予め規定された時間に保持し、
−該時間の経過後に前記作動ユニットを動作不能にする、
かつ内燃機関のスタート過程時に以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
−第1の制御位置を調節し、
−クランクシャフトまたはカムシャフトにおける回転数nを検出し、
−回転数n>0である場合、圧力媒体圧pを検出し、
−圧力媒体圧pが、予め規定された値よりも大きい場合、制御ユニットにファイルされた特性マップに基づいて制御位置を調節する、
ことにより解決される。
これにより、ロック解除された状態においてロックが達成され、かつ圧力媒体圧が規定の値に到達し、ひいては当該装置への十分な圧力媒体供給が保証された後でしかロックが解除され得ないことが保証される。これにより、十分に圧力媒体供給されていない、ロックされていない当該装置において生じるようなピストンまたはベーンの当接が阻止される。
上記課題は、本発明によれば請求項3の上位概念部に記載の形式の第3の方法において、以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
−第1の制御位置を調節し、
−クランクシャフトまたはカムシャフトにおける回転数nを検出し、
−回転数n>0である場合、圧力媒体圧pを検出し、
−圧力媒体圧pが、予め規定された値よりも大きい場合、制御ユニットにファイルされた特性マップに基づいて制御位置を調節する、
ことにより解決される。
図面の簡単な説明
本発明のさらに別の特徴は以下の説明および図面から明らかとなる。以下に、本発明の実施例を図面につき説明する。
図1は、ハイドロリック式の作動装置の縦断面図であり、
図2は、図1に示したハイドロリック式の作動装置の横断面図であり、
図3は、ガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置を備えた内燃機関をスタートさせるための方法に関するフローチャートであり、
図4は、内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置の概略図であり、
図5aは、内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置の制御弁を第1の制御位置で示す縦断面図であり、
図5bは、図5aに示した制御弁を第2の制御位置で示す縦断面図であり、
図5cは、図5aに示した制御弁を第3の制御位置で示す縦断面図であり、
図5dは、図5aに示した制御弁を第4の制御位置で示す縦断面図であり、
図6は、流入接続部から圧力チャンバへの容積流量と、弁ハウジングに対して相対的な制御ピストンの位置との関係を示す線図であり、
図7は、ガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置を備えた内燃機関を制御して遮断するための方法に関するフローチャートであり、
図8は、公知先行技術による内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置を示す概略図である。
図面の詳細な説明
図1および図2には、内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置1のハイドロリック式の作動装置1aが図示されている。このハイドロリック式の作動装置1aは主としてステータ2と、このステータ2に対して同心的に配置されたロータ3とから成っている。ステータ2には、入力車4が相対回動不能に結合されており、この入力車4は図示の実施例ではチェーン車、すなわちスプロケットとして形成されている。入力車4がベルト車(プーリ)または歯車として形成されているような構成も考えられる。ステータ2はロータ3に回転可能に支承されており、この場合、ステータ2の内周面には図示の実施例では、周方向で相互間隔を置いて配置された5つの切欠き5が設けられている。これらの切欠き5は、それぞれ半径方向ではステータ2とロータ3とによって、周方向ではステータ2に設けられた2つの側壁6によって、軸方向では第1のサイドカバー7と第2のサイドカバー8とによってそれぞれ仕切られる。こうして、これらの切欠き5はそれぞれ圧力密に閉鎖されている。第1のサイドカバー7および第2のサイドカバー8はステータ2に結合エレメント9、たとえばねじによって結合されている。
ロータ3の外周面には、軸方向に延びるベーン溝10が形成されている。この場合、各ベーン溝10内には、半径方向に延びるそれぞれ1つのベーン11が配置されている。各切欠き5内には、それぞれ1つのベーン11が突入して延びており、この場合、ベーン11は半径方向ではステータ2に接触しており、軸方向ではサイドカバー7,8に接触している。各ベーン11はそれぞれ切欠き5を、相互作業し合う2つの圧力チャンバ12,13に分割している。ステータ2に対するベーン11の圧力密な接触を保証するために、ベーン溝10の溝底部14とベーン11との間には、板ばねエレメント15が設けられており、この板ばねエレメント15はベーン11を半径方向で所定の力で負荷している。
第1の圧力媒体管路16と第2の圧力媒体管路17とによって、制御弁(図示しない)を介して第1の圧力チャンバ12と第2の圧力チャンバ13とを圧力媒体ポンプ(同じく図示しない)またはタンク(同じく図示しない)に接続することができる。これにより、ロータ3に対するステータ2の相対回動を可能にする作動駆動装置が形成される。この場合、全ての第1の圧力チャンバ12が圧力媒体ポンプに接続され、全ての第2の圧力チャンバ13がタンクに接続されるか、もしくは逆の接続形態、つまり全ての第1の圧力チャンバ12がタンクに接続され、全ての第2の圧力チャンバ13が圧力媒体ポンプに接続されるようになっている。第1の圧力チャンバ12が圧力媒体ポンプに接続されて、第2の圧力チャンバ13がタンクに接続されると、第1の圧力チャンバ12は第2の圧力チャンバ13を犠牲にして拡張する。その結果、ベーン11は周方向、つまり第1の矢印21により示した方向へ移動させられる。ベーン11の移動により、ロータ3はステータ2に対して相対的に回動させられる。
ステータ2は図示の実施例では、入力車4に作用するチェーン駆動装置(図示しない)によってクランクシャフトから駆動される。また、ステータ2をベルト伝動装置または歯車伝動装置によって駆動することも考えられる。ロータ3は摩擦接続的、形状接続的(係合に基づいた嵌合)または材料接続的に、たとえばプレス嵌めまたはセンタねじを用いたねじ結合によってカムシャフト(図示しない)に結合されている。ステータ2に対して相対的なロータ3の相対回動に基づき、つまり圧力チャンバ12,13に対する圧力媒体の導入もしくは導出に基づき、カムシャフトとクランクシャフトとの間での位相シフトが生ぜしめられる。したがって、圧力チャンバ12,13に対する圧力媒体の意図的な導入もしくは導出により、内燃機関のガス交換弁の制御時間を意図的に変えることができる。
圧力媒体管路16,17は図示の実施例では、ほぼ半径方向に配置された孔として形成されている。この孔はロータ3に設けられたセンタ孔22を起点としてロータ3の外周面にまで延びている。センタ孔22の内部には、センタ弁(図示しない)が配置されていてよく、このセンタ弁を介して圧力チャンバ12,13を意図的に圧力媒体ポンプもしくはタンクに接続することができる。さらに、センタ孔22の内部に圧力媒体分配器を配置することも可能である。この場合、圧力媒体分配器は圧力媒体通路と環状溝とを介して圧力媒体管路16,17を、外部に設けられた制御弁の接続部にそれぞれ接続する。
切欠き5の、ほぼ半径方向に延びる側壁6は、周方向で切欠き5内へ突入した加工成形部23を備えている。この加工成形部23はベーン11のためのストッパとして働く。この加工成形部23は、ロータ3がステータ2に対して相対的な両極端位置をとった場合でも、つまりベーン11が両側壁6のうちのいずれか一方の側壁6に接触した場合でも、圧力チャンバ12,13に圧力媒体が供給され得ることを保証する。
たとえば内燃機関のスタート段階における当該装置1への不十分な圧力媒体供給時では、カムシャフトによりロータ3に加えられる交番・ひきずりトルクに基づき、ロータ3はステータ2に対して相対的に、コントロールされずに運動させられる。第1の段階では、カムシャフトの引きずりトルクがロータ3をステータ2に対して相対的に、ステータの回転方向とは逆向きの周方向へ押圧し、この場合、ロータ3は側壁6に当接するまで押圧される。続いて、両圧力チャンバ12,13のうちの少なくとも一方の圧力チャンバが圧力媒体で完全に満たされるまで、カムシャフトによりロータ3に加えられる交番トルクによりロータ3の往復揺動が生ぜしめられ、ひいては切欠き5内でのベーン11の往復揺動が生ぜしめられる。このことは当該装置1における摩耗増大および騒音発生を招く。このことを回避するために、当該装置1には2つのロックエレメント24が設けられている。各ロックエレメント24はポット形のピストン26を有しており、このピストン26はロータ3に設けられた軸方向孔25内に配置されている。このピストン26はばね27によって軸方向においてばね力で負荷される。ばね27は軸方向において一方の側で通気エレメント28に支持されており、ばね27の、通気エレメント28とは反対の側の軸方向端部はポット状に形成されたピストン26内に配置されている。
第1のサイドカバー7には、ロックエレメント1つ当たり1つのスライドガイド部(Kulisse)29が形成されており、この場合、ロータ3はステータ2に対して相対的に、内燃機関のスタート時における位置に相当する位置にロックされ得る。この位置でピストン26は当該装置1への不十分な圧力媒体供給時にばね27によってスライドガイド部29へ押し付けられる。さらに、当該装置1への圧力媒体供給が十分な場合にピストン26を軸方向孔25内へ押し戻し、ひいてはロックを解除するための手段が設けられている。このことは通常、圧力媒体管路(図示しない)を介して、ピストン26のカバー側の端面に形成された切欠き30内へ導入される圧力媒体によって実施される。内燃機関のスタート位置に相当する位相位置ψが各側壁6の間のベーン11のセンタ位置に相当する場合には、2つのロックエレメント24と、適合された対応するスライドガイド部29とを使用することにより、この位置におけるハイドロリック式の作動装置1aのロックを実施することができる。
軸方向孔25のばね室から漏れオイルを導出し得るようにするために、通気エレメント28は軸方向に延びる溝を備えており、これらの溝に沿って圧力媒体を第2のサイドカバー8に設けられた孔へ案内することができる。
図8には、公知先行技術による内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置101が図示されている。この装置101はハイドロリック式の作動装置102と制御弁103とから成っている。
作動装置102は圧力室104を有しており、この圧力室104は移動可能なエレメント105によって2つの相互作用し合う圧力チャンバ106,107に分割される。移動可能なエレメント105はカムシャフトまたはクランクシャフトに相対回動不能に結合されており、別の構成部分は圧力室104に相対回動不能に結合されている。移動可能なエレメント105は2つのスライドガイド部108,109に相対運動不能に結合されている。さらに、符号110;111により、それぞれ1つのロックピンが示されている。これらのロックピン110,111は圧力室104に対して定位置に設けられている。各スライドガイド部108,109には、それぞれ1つのロックピン110,111が対応している。択一的には、ロックピン110,111が、移動可能なエレメント105と一緒に運動し得るようになっていて、スライドガイド部108,109が、圧力室104に対して定位置の構成部分に形成されていてもよい。
制御弁103は作動ユニット112と、第1のばねエレメント113と、弁体114とから成っている。作動ユニット112は、たとえば電気的またはハイドロリック的な作動ユニット112の形で形成されていてよい。以下においては、一般性を制限することなく、電磁石として形成されている電気的な作動ユニット112を使用する場合につき説明する。弁体114には、ポートとして第1の作業接続部Aと、第2の作業接続部Bと、流入接続部Pと、流出接続部Tとが形成されている。第1の作業接続部Aは第1の圧力媒体管路115を介して第1の圧力チャンバ106に、第2の作業接続部Bは第2の圧力媒体管路116を介して第2の圧力チャンバ107にそれぞれ接続されている。さらに、流出接続部Tは圧力媒体リザーバ117に接続されている。圧力媒体ポンプ118と、フィルタ119と、逆止弁120とを介して、流入接続部Pは圧力媒体で負荷される、つまり流入接続部Pに圧力媒体が供給される。第3の圧力媒体管路121を介して、第1のスライドガイド部108は第1の圧力媒体管路115に接続されている。また、第2のスライドガイド部109も第4の圧力媒体管路122を介して第2の圧力媒体管路116に接続されている。第1のスライドガイド部118と第2のスライドガイド部109とは、それぞれ1つの溝として形成されており、この場合、溝の、移動可能なエレメント105の運動方向における寸法は、各ロックピン110,111の対応する寸法、つまり移動可能なエレメント105の運動方向における寸法よりも大きく形成されている。両ロックピン110,111は移動可能なエレメント105の図示のセンタ位置において各スライドガイド部108,109内に係合していて、移動可能なエレメント105の移動方向において各溝の一方の端部に配置されている。
作動ユニット112によって、前記弁を第1のばねエレメント113のばね力に抗して、第2の制御位置130、第3の制御位置131および第4の制御位置132へもたらすことができる。前記弁が第2の制御位置130に位置している(作動ユニット112の低通電時〜無通電時に相当する)と、第2の作業接続部Bは流入接続部Pにのみ接続されており、第1の作業接続部Aは流出接続部Tにのみ接続されている。
前記弁が第3の制御位置131に位置している(作動ユニット112の低通電時〜中通電時に相当する)と、第1第2の両作業接続部A,Bは流入接続部Pにも流出接続部Tにも接続されていない。択一的な構成では、漏れ損失を補償するために、両作業接続部A,Bが流入接続部Pにのみ接続されていてよい。
前記弁が第4の制御位置132に位置している(作動ユニット112の中通電時〜最大通電時に相当する)と、第1の作業接続部Aは流入接続部Pにのみ接続されており、第2の作業接続部Bは流出接続部Tにのみ接続されている。
内燃機関の制御された運転において、「遅め」方向(第2の矢印126により示す)における移動可能なエレメント105の調節を達成するためには、制御弁103が第2の制御位置130へもたらされる。圧力媒体は流入接続部Pから第2の作業接続部Bと第2の圧力媒体管路116とを介して第2の圧力チャンバ107へ案内される。それと同時に、第4の圧力媒体管路122を介して第2のスライドガイド部109内にも圧力媒体が導入される。これにより、第2のロックピン111は第2のばね129のばね力に抗して第2のスライドガイド部109から押し出される。それと同時に、第1の圧力チャンバ106は第1の圧力媒体管路115と流出接続部Tとを介して圧力媒体リザーバ117に接続されている。第1の圧力チャンバ106からの圧力媒体の流出と、第2の圧力チャンバ107への圧力媒体の流入とに基づき、移動可能なエレメント105は「遅め」方向へ移動させられる。それと同時に、第1のスライドガイド部108および第2のスライドガイド部109も同じく「遅め」方向へ移動させられる。このときに、第1のロックピン110は第1のスライドガイド部108の内部で運動し、第2のロックピン111は第2のスライドガイド部109の外部に位置する。
ハイドロリック式の作動装置102の位相位置ψを保持するためには、制御弁103が第3の制御位置131へもたらされる。両作業接続部A,Bは流入接続部Pにも流出接続部Tにも接続されていない。圧力チャンバ106,107に対する圧力媒体の流入もしくは流出は行われず、位相位置ψは一定に保持される。移動可能なエレメント105の、「早め」方向への調節(第3の矢印128により示す)を達成するためには、制御弁103が第4の制御位置132へもたらされる。圧力媒体は流入接続部Pから第1の作業接続部Aと第1の圧力媒体管路115とを介して第1の圧力チャンバ106へ案内される。それと同時に、第3の圧力媒体管路121を介して、第1のスライドガイド部108内にも圧力媒体が導入される。これにより、第1のロックピン110は第1のばね127のばね力に抗して第1のスライドガイド部108から押し出される。それと同時に、第2の圧力チャンバ107は第2の圧力媒体管路116と流出接続部Tとを介して圧力媒体リザーバ117に接続されている。第2の圧力チャンバ107からの圧力媒体の流出と、第1の圧力チャンバ106への圧力媒体の流入とにより、移動可能なエレメント105は「早め」方向へ移動させられる。それと同時に、第1のスライドガイド部108および第2のスライドガイド部109も同じく「早め」方向へ移動させられる。このときに、第2のロックピン111は第2のスライドガイド部109の内部で運動し、第1のロックピン110は第1のスライドガイド部108の外部に位置している。
移動可能なエレメント105が、図8に図示されたセンタ位置とは異なる位置からこのセンタ位置を越えて調節される場合、圧力媒体で負荷されていない方のロックピン110;111は各スライドガイド部108,109内へスナップインしてロックする。それと同時に、他方のロックピン111;110は圧力媒体で負荷され、この場合、このロックピン111;110は対応するスライドガイド部109;108の外部に位置する。この運動は、スナップインされたロックピン110,111によってしか制限されない。
ハイドロリック式の作動装置102が、図8に図示した真ん中のセンタ位置に位置し、かつ当該装置101に十分な圧力媒体が供給されない場合(たとえば内燃機関のスタート時に該当する)、両ロックピン110,111は各スライドガイド部108,109内にスナップインしてロックされる。このときにロックピン110,111は、スライドガイド部108,109の互いに最も大きな相互間隔を持って配置された方の端部にロックピン110,111が位置するように配置されており、またスライドガイド部108,109も、スライドガイド部108,109の互いに最も大きな相互間隔を持って配置された方の端部にロックピン110,111が位置するように形成されている。これにより、移動可能なエレメント105は圧力室104に対して相対的に位置固定されている。択一的には、ロックピン110,111は、スライドガイド部108,109の互いに最も近接する方の端部に位置していてもよい。この択一的な構成では、第1のスライドガイド部108が第2の圧力媒体管路116により、第2のスライドガイド部109が第1の圧力媒体管路115により、それぞれ圧力媒体で負荷されなければならない。同じく、各圧力チャンバ106,107を介して、たとえばウォーム溝(Wurmnut)によってスライドガイド部108,109を負荷することも考えられる。
内燃機関のストップ過程においては、移動可能なエレメント105が、センタ位置に対して相対的に遅めの位置に位置決めされる可能性がある。内燃機関の再スタート時に当該装置101はまだ十分に圧力媒体で充填されていない。カムシャフトの引きずりトルクに基づき、移動可能なエレメント105は遅めストッパ133の方向に駆動されて、この遅めストッパ133に当接する。このことはコンポーネントの高められた摩耗や不快な騒音発生を招いてしまう。
制御弁103の作動ユニット112が故障した場合には、たとえば電磁石の故障または電流接続路の故障によって電流供給が中断されるので、制御弁103は第2の制御位置130へずらされる。これにより、第2のロックピン111はロック解除されてしまい、カムシャフトはクランクシャフトに対して相対的に「遅め」方向へ調節されてしまう。その結果、図8に図示したセンタ位置において最適となる内燃機関のスタート・走行特性が悪化してしまう。
概略的に図示されたハイドロリック式の作動装置102は、たとえばアキシャルピストン調節器または回転ピストン調節器であってよい。以下においては、一般性を制限することなく回転ピストン調節器の実施例のみを取り上げて説明する。圧力室104は図1に示した切欠き5に相当する。移動可能なエレメント105はベーン11に相当する。ロックピン110,111は、図1に示した実施例では回転ピストン調節器のサイドカバーまたは回転ピストン調節器のロータのうちのいずれか一方の構成部分で、孔、有利には盲孔の内部に配置されていてよい。各スライドガイド部108,109はそれぞれ他方の構成部分に形成されている。
図4には、本発明による装置101が概略的に、図8と同様に図示されている。この装置101は大部分、図8に示した装置と同一であり、それゆえに同じ構成部分に対しては同一の符号を使用している。本発明による装置101の相違点は、制御弁103が付加的に第1の制御位置140を有していることにある。この第1の制御位置140は、作動ユニット112が、低通電〜無通電に相当する状態をとった場合に有効にされる。第1のばねエレメント113はこの場合には、第1の制御位置140が達成されるように働く。この位置では、第1の作業接続部Aも第2の作業接続部Bも流入接続部Pには接続されない。ハイドロリック式の作動装置102の配置構成に応じて、第1の作業接続部Aかまたは第2の作業接続部Bのいずれか一方の作業接続部を流出接続部Tに接続することができ、それに対してそれぞれ他方の作業接続部B;Aは流出接続部Tに連通していない。また、第1の制御位置140において第1の作業接続部Aおよび第2の作業接続部Bが流入接続部Pにも流出接続部Tにも連通していないか、または両作業接続部A,Bが流出接続部Tにのみ接続されているような構成も考えられる。
第1の制御位置140の他に、制御弁103は図8に示した第2の制御位置130と、第3の制御位置131と、第4の制御位置132とを有している。この場合、第2の制御位置130は作動ユニット112の低通電〜中通電時にとられ、第3の制御位置131は作動ユニット112の中通電〜高通電時にとられ、第4の制御位置132は作動ユニット112の高通電〜最大通電時にとられる。
作動ユニット112が故障した場合または作動ユニット112への電流供給が中断した場合、制御弁103は自動的に第1の制御位置140へ切り換わる。この場合、制御弁103は作動ユニット112の修理もしくは作動ユニット112への電流供給部の修理が完了するまでこの位置を保持する。内燃機関の再スタート後では、ハイドロリック式の作動装置102への不十分な圧力媒体供給に基づき、移動可能なエレメント105は引きずりトルクおよび交番トルクに基づいた内燃機関の遮断時における、移動可能なエレメント105の位置とは無関係に真ん中のセンタ位置へ移動させられる。この真ん中のセンタ位置では、両ロックピン110,111が各スライドガイド部108,109内に係合してロックすることができる。これにより、圧力室104内での移動可能なエレメント105の位置は固定される。第1の制御位置140の配置構成に基づき、内燃機関の運転中に圧力チャンバ106,107へは圧力媒体が案内されず、ひいてはスライドガイド部108,109へ圧力媒体が案内されない。その結果、移動可能なエレメント105は圧力室104に対して相対的に位置固定に保持されるようになり、ひいてはカムシャフトとのクランクシャフトとの間の位相位置ψは、非常走行位置に一定に保持されるようになり、このような非常走行位置では内燃機関が良好なスタート・走行特性を有している。
図5a〜図5dには、本発明による装置101の制御弁103の弁体114が例示的に図示されている。この弁体114は弁ハウジング141と制御ピストン142とから成っている。弁ハウジング141はほぼ中空円筒状に形成されており、この場合、弁ハウジング141の外周面には、軸方向の相互間隔を置いて配置された3つの環状溝143,144,145が形成されている。これらの環状溝143,144,145はそれぞれ弁のポートである接続部を成している。この場合、軸方向で外側の両環状溝143,145は作業接続部A,Bを形成しており、真ん中の環状溝144は流入接続部Pを形成している。流出接続部Tは、弁ハウジング141の一方の端面に設けられた開口により形成されている。環状溝143,144,145はそれぞれ第1の半径方向開口146を介して弁ハウジング141の内部に接続されている。弁ハウジング141の内部には、ほぼ中空円筒状に形成された制御ピストン142が軸方向移動可能に配置されている。制御ピストン142の一方の端面は第2のばねエレメント147によって力で負荷され、反対の側の他方の端面は作動ユニット112に設けられたプッシュロッド148によって力で負荷される。作動ユニット112の通電により、制御ピストン142を第2のばねエレメント147のばね力に抗して第1の終端ストッパ149と第2の終端ストッパ150との間の任意の位置へ移動させることができる。
制御ピストン142は第1の環状ウェブ151と第2の環状ウェブ152とを備えている。両環状ウェブ151,152の外径は弁ハウジング141の内径に適合されている。さらに制御ピストン142には、プッシュロッド148が作用する方の端面側の端部と、第2の環状ウェブ152との間で第2の半径方向開口146aが形成されている。これにより、制御ピストン142の内部は弁ハウジング141の内部に接続されている。第1の環状ウェブ151と第2の環状ウェブ152とは、第1〜第4の制御縁153,154,155,156が、弁ハウジング141に対して相対的な制御ピストン142の位置に関連して流入接続部Pと作業接続部A,Bとの間の接続を開放するか、または遮断し、かつ作業接続部A,Bと流出接続部Tとの間の接続を開放するか、または遮断するように形成されて、制御ピストン142の外周面に配置されている。制御ピストン142の外径は、プッシュロッド148と第2の環状ウェブ152との間の範囲および第1の環状ウェブ151と第2の環状ウェブ152との間の範囲において、弁ハウジング141の内径よりも小さく形成されている。これにより、第1の環状ウェブ151と第2の環状ウェブ152との間には、第4の環状溝157が形成される。この第4の環状溝157の内部には第3の環状ウェブ158が形成されている。第3の環状ウェブ158の外径は弁ハウジング141の内径に適合されている。さらに第3の環状ウェブ158は、制御弁103の第1の制御位置140においてこの第3の環状ウェブ158が流入接続部Pと第2の作業接続部Bとの間の接続を遮断するように位置決めされている。
図5aには、制御弁103の第1の制御位置140が示されている。この第1の制御位置140では、制御ピストン142が作動ユニット112によってプッシュロッド148を介して最小の力と小さな力Fとの間の力で負荷される。制御ピストン142のプッシュロッド側の端面は、第1の終端ストッパ149(移動距離=0mm)と所定の移動距離sとの間の範囲に位置している。流入接続部Pと第2の作業接続部Bとの間の接続は第3の環状ウェブ158によって遮断されており、流入接続部Pと第1の作業接続部Aとの間の接続は第1の環状ウェブ151によって遮断されている。さらに、第2の作業接続部Bと流出接続部Tとの間の接続は第2の環状ウェブ152によって遮断されており、それに対して圧力媒体は第1の作業接続部Aから流出接続部Tへ流れることができる。両ロックピン110,111および両圧力チャンバ106,107への圧力媒体流は遮断されているので、第1の制御位置140ではアクティブな調節を行うことができない。第1の圧力チャンバ106と圧力媒体リザーバ117との接続により、第1の圧力チャンバ106は排出される。ハイドロリック式の作動装置102の位置に関連して、移動可能なエレメント105は直ちに、または第2の圧力チャンバ107を漏れに基づいて空にするために必要とされるある程度の時間の経過後に、カムシャフトの引きずりまたは交番トルクに基づいてセンタ位置へ駆動され、そしてこのセンタ位置に持続的にロックされる。この制御位置は制御弁103の、作動ユニット112が通電されていない場合の配置構成、つまり制御ピストン142が第2のばねエレメント147によって第1の終端ストッパ149へ移動させられている配置構成に相当しており、つまり移動距離がゼロである配置構成に相当している。この位置は、作動ユニット112が故障しているか、または作動ユニット112への電流供給が中断されている場合に制御弁103によってとられる。
図5bには、制御弁103の第2の制御位置130が示されている。この第2の制御位置103では、制御ピストン142が作動ユニット112によってプッシュロッド148を介して小さな力Fと中間の力Fとの間の力で負荷され、この場合、F>Fである。これにより、制御ピストン142はプッシュロッド側の第1の終端ストッパ149から移動距離S〜Sだけ移動させられる。この場合、S>Sである。第1の環状ウェブ151はさらに第1の作業接続部Aと流入接続部Pとの間の接続を遮断し、圧力媒体は引き続き第1の作業接続部Aから流出接続部Tへ流れることができる。さらに、第2の環状ウェブ152は第2の作業接続部Bと流出接続部Tとの間の接続を遮断し、それに対して第2の環状ウェブ152も第3の環状ウェブ158も、流入接続部Pと第2の作業接続部Bとの間の接続を開放する。この位置では、第2の作業接続部Bを介して第2の圧力チャンバ107および第2のスライドガイド部109の第2の圧力媒体管路116および第4の圧力媒体管路122に圧力媒体が供給される。これにより、第2のロックピン111はロック解除され、ハイドロリック式の作動装置102は「遅め」方向に調節される。それと同時に、圧力媒体は第1の圧力チャンバ106から第1の圧力媒体管路115を介して第1の作業接続部Aへ流れ、そしてこの第1の作業接続部Aから流出接続部Tへ流れる。
図5cには、制御弁103の第3の制御位置131が示されている。この第3の制御位置131では、制御ピストン142が作動ユニット112によってプッシュロッド148を介して中間の力Fと大きな力Fとの間の力で負荷され、この場合、F>Fである。これにより、制御ピストン142は移動距離S〜Sだけプッシュロッド側の第1の終端ストッパ149から移動させられ、この場合、S>Sである。切換弁のこの位置では、第1の管状ウェブ151と第2の環状ウェブ152とが作業接続部A,Bと流入接続部Pとの間の接続および作業接続部A,Bと流出接続部Tとの間の接続を遮断する。制御弁103のこの位置では、圧力媒体が圧力チャンバ106,107に供給されることも、圧力媒体が圧力チャンバ106,107から流出し得ることもない。すなわち、この制御位置は、カムシャフトとクランクシャフトとの間の位相位置ψが保持される保持位置に相当している。
図5dには、制御弁103の第4の制御位置132が示されている。この第4の制御位置132では、制御ピストン142が作動ユニット112によってプッシュロッド148を介して大きな力Fと最大の力Fとの間の力で負荷され、この場合、F>Fである。これにより、制御ピストン142はプッシュロッド側の第1の終端ストッパ149から移動距離S〜Sだけ移動させられ、この場合、S>Sである。この配置構成では、第1の環状ウェブ151が第1の作業接続部Aと流出接続部Tとの間の接続を遮断し、それに対して流入接続部Pと第1の作業接続部Aとの間の接続は第1の環状ウェブ151によっても第3の環状ウェブ158によっても開放される。さらに、第2の環状ウェブ152によって流入接続部Pと第2の作業接続部Bとの間の接続が遮断され、それに対して圧力媒体は第2の作業接続部Bと第2の半径方向開口146aとを介して制御ピストン142の内部へ流入し、そしてこの制御ピストン142の内部から流出接続部Tへ流入することができる。制御弁103のこの位置では、圧力媒体が第2の圧力チャンバ107から第2の圧力媒体管路116を介して第2の作業接続部Bへ案内され、そしてこの第2の作業接続部Bから流出接続部Tへ案内される。それと同時に、第1の作業接続部Aと、第1の圧力媒体管路115と、第3の圧力媒体管路121とを介して圧力媒体が第1の圧力チャンバ106と第1のスライドガイド部108とに案内される。これにより、第1のロックピン110はロック解除され、ハイドロリック式の作動装置102は「早め」方向へ調節される。
本発明による装置101の制御弁103として前記4ポート4位置弁を使用することにより、ロックされたセンタ位置において自動的にスタートするセンタ位置ロック機構を有する装置101を形成するために、付加的なモジュール、たとえば付加的な制御弁は必要とならなくなる。この場合、ストッパに対するエレメント105(ベーン型調節器の場合にはベーン)の当接は行われない。構成スペースも、製造コストまたは組立コストも、公知先行技術に記載されている構成に比べて高められることはない。それと同時に、当該装置101は作動ユニット112の故障時にセンタ位置へもたらされて、作動ユニット112の修理時にまでこのセンタ位置にロックされる。
図6には、流入接続部Pから圧力チャンバ106,107への容積流量と、作動ユニット112のオンオフ比(TV/%)との関係を示す線図が描かれている。作動ユニット112は所定の電圧で負荷され得る。この場合、ゼロボルトまたは最大値が印加される。オンオフ比は、電圧の最大値が作動ユニット112に印加される時間の割合を表す。オンオフ比が高くなればなるほど、作動ユニット112によってプッシュロッド148を介して制御ピストン142に加えられる力はますます大きくなる。したがって、オンオフ比は、第1の終端ストッパ149に対して相対的な弁ハウジング141内部での制御ピストン142の移動量の尺度となる。
オンオフ比がゼロと第1の値TV1との間にある第1の範囲では、制御弁103が第1の制御位置140をとる。この第1の制御位置140では、流入接続部Pと作業接続部A,Bとの間の接続が遮断されており、容積流は漏れ流量を除いて0である。
オンオフ比が第1の値TV1と第2の値TV2との間にあると、制御弁103は第2の制御位置130に位置する。圧力媒体は流入接続部Pから第2の作業接続部Bへ流れることができ、それに対して流入接続部Pと第1の作業接続部Aとの間の接続は遮断されている。容積流は、オンオフ比が第1の値TV1から第3の値TV3へ増大するにつれて徐々に増大してゆき、そしてオンオフ比が引き続き第2の値TV2にまで増大する間、徐々に減少してゆき、第2の値TV2のところでほぼゼロになる。第2の制御位置130のために第3の値TV3と第2の値TV2との間の範囲しか使用されないので有利である。
第2の値TV2と第4の値TV4との間の第3の範囲では、容積流量がほぼゼロとなる。この第3の範囲に位置するオンオフ比を以下において「保持オンオフ比TVHalte」と呼ぶ。この第3の範囲は制御弁103の第3の制御位置131に相当しており、この第3の制御位置131では、両作業接続部A,Bが流入接続部Pに接続されていない。
オンオフ比の値が値TV4を起点として引き続き100%にまで高められると、流入接続部Pから圧力チャンバ106,107への容積流量はさしあたり徐々に増大する。容積流量は100%のオンオフ比にまで連続的に増大し得るか、または構造的に制限されて所定の最大値を通過することができる。この範囲は制御弁103の第4の制御位置132に相当する。この第4の制御位置132には圧力媒体が流入接続部Pから第1の作業接続部Aに案内され、それに対して流入接続部Pと第2の作業接続部Bとの間の接続は遮断されている。
作動ユニット112が故障している場合に内燃機関が再スタートされるとハイドロリック式の作動装置102がセンタ位置にロックされてこのロックが保持されるという利点の他に、本発明による装置101は、作動ユニット112が故障していない場合に、内燃機関が遮断されるとハイドロリック式の作動装置102をセンタ位置にロックすることを可能にするか、もしくは内燃機関の再スタ―ト時にハイドロリック式の作動装置102がセンタ位置へもたらされてこのセンタ位置にロックされるようにハイドロリック式の作動装置102を位置決めすることを可能にする。このことには次のような利点がある。すなわち、当該装置101がまだ十分に圧力媒体で充填されていない始動過程の間、ハイドロリック式の作動装置102はセンタ位置に確実にロックされており、これにより圧力室104の側壁に対する移動可能なエレメント105の当接が回避され、これにより摩耗増大や騒音発生が回避される。
内燃機関の運転のためには、種々のオンオフ比、特にTV1〜TV3および保持オンオフ比TVHalteがエンジン制御装置に知られていなければならない。保持オンオフ比は規格によりエンジン制御装置によって求められて、記憶ユニットにファイルされる。TV1、TV2およびTV3を求めるためには、2つの手段が考えられる。構造的な設計およびこのことから得られる弁特性を介して、TV1、TV2およびTV3を保持オンオフ比TVHalteに直接に関連して決定することができる。差角度Y1,Y2,Y3は常時、記憶ユニットにファイルされる。エンジン制御装置は内燃機関の運転の早期の段階において保持オンオフ比TVHalteを決定する。その場合、TV1、TV2およびTV3については以下のことが云える:
TV1=TVHalte−Y1
TV2=TVHalte−Y2
TV3=TVHalte−Y3
第2の方法は、TV1およびTV2を、場合によっては各再スタートの後に、エンジン制御装置により求めさせかつ特性マップにファイルすることである。TV1およびTV3を決定するためには、カムシャフト角度信号とクランクシャフト角度信号とを利用することができる。このためには、とりわけ両シャフトの相対的な位相位置および位相位置の時間的な変化を利用することができる。たとえば以下の方法を使用することができる。オンオフ比の傾斜が0%から増大するように立ち上げられる。値TV1は、調節過程がスタートすると達成される(この時点で両圧力チャンバ106,107のうちの一方の圧力チャンバと、対応するロックピン110,111とが圧力媒体で負荷され、ハイドロリック式の作動装置102が調節され、このことはカムシャフト角度センサおよびクランクシャフト角度センサを介して検出され得る)。値TV3は、最大の調節速度が超過されると達成される。値TV2は、位相位置が一定に保持されると達成される。求められた値は引き続きメモリにファイルされる。
図7には、内燃機関のストップ過程の間に本発明による装置101を制御するための方法のフローチャートが示されている。この方法により、ハイドロリック式の作動装置102は、内燃機関のストップ後にこのハイドロリック式の作動装置102がロックされる位置へもたらされるか、または内燃機関の再スタート後にこのハイドロリック式の作動装置102を直接にセンタ位置へ移動させてこのセンタ位置にロックするための起点となる位置に位置している。
内燃機関のストップ過程の導入時に、回転数nはn>0である。カムシャフトとクランクシャフトとの間の位相位置ψは制御弁103によって停止位相位置(Abstellphasenlage)へもたらされる。この停止位相位置は規定された量Xだけロック位相位置ψMitteから偏倚している。停止位相位置は、補償ばねなしに形成されている装置101のためにロック位相位置ψMitteに対して相対的に「早め」の方向へずらされて位置している。同じことは、補償ばねを装備している装置101にも云えるが、しかしこの補償ばねのトルクはカムシャフトの引きずりトルクよりも小さい。カムシャフトの引きずりトルクよりも大きなトルクを加える補償ばねを備えた装置101については、停止位相がロック位相位置ψMitteに対して相対的に「遅め」方向へずらされて位置している。予め規定された停止位相位置が達成されていると、点火装置が遮断され(イグニションオフ)、オンオフ比の値は、この位相位置ψが確実に保持されるように調節される。すなわち、「早め」方向にずらされた停止位相位置の調節の場合には、オンオフ比がTV2と100%との間にあり、ロック位相位置ψMitteに対して相対的に「遅め」方向へずらされている停止位相位置の場合には、オンオフ比がTV4とTV3との間にある。このオンオフ比は、回転数センサが回転数ゼロを報知するまで保持される。その後に、調節されたオンオフ比は規定の時間Yに保持され、その後に最終的に作動ユニット112が無電流状態に保持される。時間Yの保持時間により、回転数センサが既に回転数n=0を報知する、内燃機関の最後の回転時に、交番トルクによる圧力変動に基づいてロックピン110,111がロック解除され、移動可能なエレメント105がセンタ位置を越えて誤った位置へ移動させられることが阻止される。ハイドロリック式の作動装置102は、クランクシャフトの最後の回転に基づいて、ロックされた状態に位置するか、または、カムシャフトの引きずりトルクによるか、または補償ばねのトルクによって内燃機関の始動時に該ハイドロリック式の作動装置102が自動的にかつ直ちに、ロックされた位置へ駆動される際の起点となる位置に位置する。
図3には、本発明による装置101を用いて内燃機関をスタートさせるための方法のフローチャートが示されている。当該方法により、移動可能なエレメント105の既に存在するロックもしくはクランクシャフトの最初の回転時に形成されたロックが保持されることが保証されている。この場合、このロックは、内燃機関内部のオイル圧が、当該装置101の確実な運転のために必要とされる値にまで増大するまで保持される。スタート過程の開始時に回転数nおよびオンオフ比はゼロに等しい。回転数センサが回転数n=ゼロを報知する限りは、オンオフ比はゼロ%と値TV1との間に保持される。回転数センサが回転数n>ゼロを報知すると、オイル圧センサの値が読み取られる。オイル圧pの値が、本発明による装置101を確実に運転するために必要となる規定の最小値pminよりも小さい限りは、オンオフ比の値はゼロ%と値TV1との間に保持される。オイル圧pが規定の圧力を超過すると、当該装置101は制御された運転へ移行し、オンオフ比は内燃機関の負荷状態に応じてTV3と100%との間に調節される。
上で挙げた実施例は例示的に示されているに過ぎない。もちろん、作業接続部A,Bは入れ換え可能である。また、ハイドロリック式の作動装置102のセンタ位置ロック機構を有する装置101も同じく本発明の枠内にある。この場合、1つのロックピンだけが1つのスライドガイド部または段付けされたスライドガイド部内に係合し得る。また、1つまたは複数のロックピンを備えた任意のロック位相位置を有する装置も本発明の枠内である。切換弁の種々の接続部の間の容積流および接続について云えば、漏れに基づいた圧力損失は無視されている。
ハイドロリック式の作動装置の縦断面図である。 図1に示したハイドロリック式の作動装置の横断面図である。 ガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置を備えた内燃機関をスタートさせるための方法に関するフローチャートである。 内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置の概略図である。 内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置の制御弁を第1の制御位置で示す縦断面図である。 図5aに示した制御弁を第2の制御位置で示す縦断面図である。 図5aに示した制御弁を第3の制御位置で示す縦断面図である。 図5aに示した制御弁を第4の制御位置で示す縦断面図である。 流入接続部から圧力チャンバへの容積流量と、弁ハウジングに対して相対的な制御ピストンの位置との関係を示す線図である。 ガス交換弁の制御時間を変えるための本発明による装置を備えた内燃機関を制御して遮断するための方法に関するフローチャートである。 公知先行技術による内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置を示す概略図である。
符号の説明
1 装置
1a ハイドロリック式の作動装置
2 ステータ
3 ロータ
4 入力車
5 切欠き
6 側壁
7 第1のサイドカバー
8 第2のサイドカバー
9 結合エレメント
10 ベーン溝
11 ベーン
12 第1の圧力チャンバ
13 第2の圧力チャンバ
14 溝底部
15 板ばねエレメント
16 第1の圧力媒体管路
17 第2の圧力媒体管路
21 第1の矢印
22 センタ孔
23 加工成形部
24 ロックエレメント
25 軸方向孔
26 ピストン
27 ばね
28 通気エレメント
29 スライドガイド部
30 切欠き
101 装置
102 ハイドロリック式の作動装置
103 制御弁
104 圧力室
105 エレメント
106 第1の圧力チャンバ
107 第2の圧力チャンバ
108 第1のスライドガイド部
109 第2のスライドガイド部
110 第1のロックピン
111 第2のロックピン
112 作動ユニット
113 第1のばねエレメント
114 弁体
115 第1の圧力媒体管路
116 第2の圧力媒体管路
117 圧力媒体リザーバ
118 圧力媒体ポンプ
119 フィルタ
120 逆止弁
121 第3の圧力媒体管路
122 第4の圧力媒体管路
126 第2の矢印
127 第1のばね
128 第3の矢印
129 第2のばね
130 第2の制御位置
131 第3の制御位置
132 第4の制御位置
133 遅めストッパ
140 第1の制御位置
141 弁ハウジング
142 制御ピストン
143 環状溝
144 環状溝
145 環状溝
146 第1の半径方向開口
146a 第2の半径方向開口
147 第2のばねエレメント
148 プッシュロッド
149 第1の終端ストッパ
150 第2の終端ストッパ
151 第1の環状ウェブ
152 第2の環状ウェブ
153 第1の制御縁
154 第2の制御縁
155 第3の制御縁
156 第4の制御縁
157 第4の環状溝
158 第3の環状ウェブ
P 流入接続部
T 流出接続部
A 第1の作業接続部
B 第2の作業接続部
ψ 位相位置
ψmitte ロック位相位置
X 量
差角度
差角度
差角度
TVHalte 保持オンオフ比
min オイル圧

Claims (3)

  1. 内燃機関のストップ過程時における内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置(101)であって、
    −相互作用し合う第1第2の2つの圧力チャンバ(106,107)を有するハイドロリック式の作動装置(102)が設けられており、
    −両圧力チャンバ(106,107)に対する圧力媒体の供給もしくは導出によって、クランクシャフトに対して相対的なカムシャフトの位相位置(ψ)が保持されるか、もしくは意図的に変えられるようになっており、
    −第1第2の2つの作業接続部(A,B)と1つの流出接続部(T)と1つの流入接続部(P)とを備えた制御弁(103)が設けられており、第1の作業接続部(A)が第1の圧力チャンバ(106)と連通しており、第2の作業接続部(B)が第2の圧力チャンバ(107)と連通しており、流出接続部(T)がタンクと連通しており、流出接続部(P)が圧力媒体で負荷されるようになっており、
    −前記制御弁(103)が、作動ユニット(112)によって4つの制御位置(103,131,132,140)へもたらされるようになっており、
    −前記制御弁(103)の第1の制御位置(140)では、第1の作業接続部(A)も第2の作業接続部(B)も流入接続部(P)と連通しておらず、
    −前記制御弁(103)の第2の制御位置(130)では、第1の作業接続部(A)が流出接続部(T)と連通し、第2の作業接続部(B)が流入接続部(P)と連通しており、
    −前記制御弁(103)の第3の制御位置(131)では、第1の作業接続部(A)と第2の作業接続部(B)とが、流出接続部(T)にも流入接続部(P)にも連通していないか、または第1の作業接続部(A)と第2の作業接続部(B)とが、流入接続部(P)にのみ連通しており、
    −前記制御弁(103)の第4の制御位置(132)では、第2の作業接続部(B)が流出接続部(T)と連通し、第1の作業接続部(A)が流入接続部(P)と連通している
    形式の装置(101)を制御するための方法において、
    以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
    −規定された位相位置ψ+X゜KWを達成しかつ該位相位置を保持し、
    −点火装置を遮断し、
    −回転数センサ装置が回転数n=0を報知するまで、前記位相位置ψ+X゜KWを保持するために第2の制御位置(130)または第4の制御位置(132)を調節し、
    −回転数センサ装置を介して回転数nを検出し、
    −とられた第2または第4の制御位置(130,132)を、予め規定された時間に保持し、
    −該時間の経過後に前記作動ユニット(112)を動作不能にする、
    ことを特徴とする、内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置を制御するための方法。
  2. 内燃機関のスタート過程時における内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置(101)であって、
    −相互作用し合う第1第2の2つの圧力チャンバ(106,107)を有するハイドロリック式の作動装置(102)が設けられており、
    −両圧力チャンバ(106,107)に対する圧力媒体の供給もしくは導出によって、クランクシャフトに対して相対的なカムシャフトの位相位置(ψ)が保持されるか、もしくは意図的に変えられるようになっており、
    −第1第2の2つの作業接続部(A,B)と1つの流出接続部(T)と1つの流入接続部(P)とを備えた制御弁(103)が設けられており、第1の作業接続部(A)が第1の圧力チャンバ(106)と連通しており、第2の作業接続部(B)が第2の圧力チャンバ(107)と連通しており、流出接続部(T)がタンクと連通しており、流出接続部(P)が圧力媒体で負荷されるようになっており、
    −前記制御弁(103)が、作動ユニット(112)によって4つの制御位置(103,131,132,140)へもたらされるようになっており、
    −前記制御弁(103)の第1の制御位置(140)では、第1の作業接続部(A)も第2の作業接続部(B)も流入接続部(P)と連通しておらず、
    −前記制御弁(103)の第2の制御位置(130)では、第1の作業接続部(A)が流出接続部(T)と連通し、第2の作業接続部(B)が流入接続部(P)と連通しており、
    −前記制御弁(103)の第3の制御位置(131)では、第1の作業接続部(A)と第2の作業接続部(B)とが、流出接続部(T)にも流入接続部(P)にも連通していないか、または第1の作業接続部(A)と第2の作業接続部(B)とが、流入接続部(P)にのみ連通しており、
    −前記制御弁(103)の第4の制御位置(132)では、第2の作業接続部(B)が流出接続部(T)と連通し、第1の作業接続部(A)が流入接続部(P)と連通している
    形式の装置(101)を制御するための方法において、
    以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
    −第1の制御位置を調節し、
    −クランクシャフトまたはカムシャフトにおける回転数nを検出し、
    −回転数n>0である場合、圧力媒体圧pを検出し、
    −圧力媒体圧pが、予め規定された値よりも大きい場合、制御ユニットにファイルされた特性マップに基づいて制御位置を調節する、
    ことを特徴とする、内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置を制御するための方法。
  3. 内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置(101)であって、
    −相互作用し合う第1第2の2つの圧力チャンバ(106,107)を有するハイドロリック式の作動装置(102)が設けられており、
    −両圧力チャンバ(106,107)に対する圧力媒体の供給もしくは導出によって、クランクシャフトに対して相対的なカムシャフトの位相位置(ψ)が保持されるか、もしくは意図的に変えられるようになっており、
    −第1第2の2つの作業接続部(A,B)と1つの流出接続部(T)と1つの流入接続部(P)とを備えた制御弁(103)が設けられており、第1の作業接続部(A)が第1の圧力チャンバ(106)と連通しており、第2の作業接続部(B)が第2の圧力チャンバ(107)と連通しており、流出接続部(T)がタンクと連通しており、流出接続部(P)が圧力媒体で負荷されるようになっており、
    −前記制御弁(103)が、作動ユニット(112)によって4つの制御位置(103,131,132,140)へもたらされるようになっており、
    −前記制御弁(103)の第1の制御位置(140)では、第1の作業接続部(A)も第2の作業接続部(B)も流入接続部(P)と連通しておらず、
    −前記制御弁(103)の第2の制御位置(130)では、第1の作業接続部(A)が流出接続部(T)と連通し、第2の作業接続部(B)が流入接続部(P)と連通しており、
    −前記制御弁(103)の第3の制御位置(131)では、第1の作業接続部(A)と第2の作業接続部(B)とが、流出接続部(T)にも流入接続部(P)にも連通していないか、または第1の作業接続部(A)と第2の作業接続部(B)とが、流入接続部(P)にのみ連通しており、
    −前記制御弁(103)の第4の制御位置(132)では、第2の作業接続部(B)が流出接続部(T)と連通し、第1の作業接続部(A)が流入接続部(P)と連通している
    形式の装置(101)を制御するための方法において、
    内燃機関のストップ過程時に以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
    −規定された位相位置ψ+X゜KWを達成しかつ該位相位置を保持し、
    −点火装置を遮断し、
    −回転数センサ装置が回転数n=0を報知するまで、前記位相位置ψ+X゜KWを保持するために第2の制御位置(130)または第4の制御位置(132)を調節し、
    −回転数センサ装置を介して回転数nを検出し、
    −とられた第2または第4の制御位置(130,132)を、予め規定された時間に保持し、
    −該時間の経過後に前記作動ユニット(112)を動作不能にする、
    かつ内燃機関のスタート過程時に以下の方法ステップを記載した順序で実施する:
    −第1の制御位置を調節し、
    −クランクシャフトまたはカムシャフトにおける回転数nを検出し、
    −回転数n>0である場合、圧力媒体圧pを検出し、
    −圧力媒体圧pが、予め規定された値よりも大きい場合、制御ユニットにファイルされた特性マップに基づいて制御位置を調節する、
    ことを特徴とする、内燃機関のガス交換弁の制御時間を変えるための装置を制御するための方法。
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