JP2012193732A - 揺動形アクチュエータ調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二重構造カムシャフトの相対角位置を精度良く調整する。
【解決手段】被駆動ステータ４を有する揺動形アクチュエータ調整装置１に関する。この被駆動ステータ４には、第１の油圧力伝達経路を介して第１のロータが続く。この第１のロータには、第２の油圧力伝達経路を介して第２のロータが続く。第２のロータは、第２のカムシャフト部分１８に回転不能に連結されている。この第２のカムシャフト部分１８は、第１のカムシャフト部分１７に同軸に配置されている。この第１のカムシャフト部分１７は、第１のロータに回転不能に連結されている。２つのロータの互いに対する相対角位置は、この２つのロータの連続した配置によって極めて正確に調整することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二重構造カムシャフト用の揺動形アクチュエータ調整装置に関する。

二重構造カムシャフトを調整するための揺動形アクチュエータ調整装置は、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４から知られている。

特許文献５は、揺動形アクチュエータ調整装置に関する。当該装置では、ケーシングのピンがロータの中央凹部に挿入されている。したがって、揺動形アクチュエータ調整装置のロータは、ケーシング内に固定されているピンに対して回転可能に設けられている。４／３方向油圧弁から、ケーシング内およびピン内のチャネルを介して、オイルを揺動形アクチュエータ調整装置内に導入することができるので、ロータはステータに対して２つの反対の揺動方向に枢動または揺動することができる。

まだ公開されていない独国特許出願第１０２０１１０００６５０．８号は、オイルがケーシングから径方向外方にステータ内に導入されるようになっている揺動形アクチュエータ調整装置に関する。

独国特許出願公開第３６２４８２７号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０１４６８０号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０４１９１８号明細書 米国特許第６７２５８１７号明細書 独国特許第１００４５４１６号明細書

本発明の課題は、内側シャフトと外側シャフトを備える二重構造カムシャフトの調整を行うことができる揺動形アクチュエータ調整装置を創作することである。

上記課題は、本明細書に記載されている本発明の実施形態によって解決される。

本発明によると、２つのロータが連続して設けられている。すなわち、第１のロータが、第１の油圧力伝達経路を介してクランクシャフトによって駆動されるステータに続き、一方、第２のロータが、第２の油圧力伝達経路を介して第１のロータに続く。この場合、第１のロータは、第１のカムシャフト部分に対して回転不能に連結され、一方、第２のロータは、第２のカムシャフト部分に回転不能に連結されている。この２つのカムシャフト部分は、互いに対して同軸に配置されている。

このように本発明に係る揺動形アクチュエータ調整装置が連続構成を取っているため、製造公差または角位置に関して第２のロータが第１のロータに直接依存するという利点が生じる。このようにして、２つのロータの相対角位置に関して２つの公差を考慮に入れる必要がなくなり、１つの公差のみを考慮すればよくなる。したがって、２つのロータの互いに対する相対角位置を極めて正確に調整することができる。

本発明がもたらす別の利点は、本発明に係る揺動形アクチュエータ調整装置が連続構成を取っていることによって極めて迅速に調整を行うことができるということである。したがって、内側ロータは、所与の設置条件のために必然的に極めて小型になる。ロータが小型であるということは、圧力室群内のオイル容積が小さいということであり、その結果極めて迅速な調整が行われる。先行技術における小型のロータの欠点は、摩擦の度合いが大きくなるということであるが、この点は本発明に係る揺動形アクチュエータ調整装置では重要ではない。すなわち、負荷の調整の一部分が径方向外側の（つまり第１の）ロータによって行われるため、内側ロータは極めて小さな基本摩擦を有しているのである。

カムシャフトの２つの部分は、中空シャフトおよび中空シャフト内に設けられている内側シャフトとして設計され得る。中央ねじ内に配置される中央弁のない中央ねじを使用することによって、適切なトルクを伝達できるのに充分なだけ強力に内側シャフトの小さな断面内に中央ねじを張設することができるようになる。

本発明の実施例において、ケーシングが設けられる。このケーシングは、特に、シリンダヘッド、またはシリンダヘッドキャップのケーシング部分またはシリンダヘッド自体に緊密に連結され得る。ステータは、このケーシングのケーシング穴に回転可能に載置されている。オイルを、ステータ外壁の環状溝によって、反対の揺動方向が割り当てられている複数の圧力室へと導入することができる。ここで、ステータ外壁は、環状溝に起端するオイル穴またはオイルチャネルを有している。この場合、オイルを導く別のオイル穴または別のオイルチャネルを各圧力室に割り当てることが好ましい。これによって、先行技術では分離して行われるように設計されているステータへの回転の統合（integration of the rotary leadthrough）が可能になる。揺動形アクチュエータの径方向寸法は小さくてもよい。また、軸方向の構造空間は短尺であってもよい。このようにして、揺動形アクチュエータ調整装置は極めて小型となる。カムシャフトを介してのオイル供給は必要ではないので、横方向穴によってカムシャフトが弱化することがなくなる。

カムシャフトまたはカムシャフト軸受を介したオイル供給と比較して、油圧経路は極めて短いので、油圧損失も小さくなる。このことは、カムシャフトをより迅速に調整するためにカムシャフト変更トルクを使う場合に特に有利である。ロータハブ内に追加の穴を設けることは必ずしも必要ない。特に有利なやり方で、遠心力によって圧力室群から汚泥粒子を径方向外側に押し出すことができる。

本発明のさらなる利点は、特許請求の範囲、明細書および図面から明らかである。

本発明に係る揺動形アクチュエータ調整装置の例示的な一実施形態を長手軸方向に沿った断面で示した図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線に沿って切って示した図１に係る揺動形アクチュエータ調整装置の図である。 カバープレートおよびケーシングを除いて示した図１に係る揺動形アクチュエータ調整装置の図である。

二重構造カムシャフト２の角位置は、内燃機関を運転している間、図１に係る揺動形アクチュエータ調整装置１によって、駆動ホイール３に対して連続的に変化させることができる。カムシャフト２を回転することによって、ガス交換バルブの開閉時点を変化させ、それによって、それぞれの回転数において内燃機関が最適の挙動を示す。この場合、中空シャフト１４として設計された径方向外側カムシャフト部分１７は、ガス交換弁を制御するために第１カム１９、２０に連結されている。この目的のために、カム１９、２０は、径方向外側カムシャフト部分１７の上に焼き嵌め（shrunk-fit）されている。このために、追加の微細噛合部を設けてもよい。中実シャフト２１として設計されている径方向内側カムシャフト部分１８もまた、詳細に図示されていないカムに連結されている。しかし、詳細に図示されていないこれらのカムは、ピン接続部を介して径方向内側カムシャフト部分１８に連結されるとともに径方向外側カムシャフト部分１７上に載置されている。このようなピン接続部は、本明細書で援用する独国公開特許公開１０２００５０１４６８０号に既に提案されている。

揺動形アクチュエータ調整装置１はステータ４を備える。このステータは、駆動ホイール３に回転不能に連結されている。この目的のために、ねじ接続部が設けられている。このねじ接続部は複数のねじ２２を有する。これらのねじ２２は、カバープレート２３と駆動ホイール３との間でステータ４を締め付ける。駆動ホイールは、噛合部３３を備えるチェーンホイールである。この噛合部上には、詳細には図示しないチェーンが駆動要素として導かれている。ステータ４は、駆動要素および駆動ホイール３によって、クランクシャフトに駆動接続されている。

ステータ４は、図２に示す円筒状のステータ外壁５と、この壁の内側から等距離をおいて径方向内側に突出する横材８とを有する。隣接する横材８同士の間に、中間空間が形成されている。この中間空間内にオイルが圧力媒体として導入される。この目的のために、下記において詳細に説明される第１の４／３方向油圧比例弁が設けられている。この弁は、圧力媒体を制御する。

ベーン９は、中間ロータ１１の円筒状ケーシング壁１０から径方向外側に向かって突出し、隣接する横材８の間に突出する。これらのベーン９は、横材８の間の中間空間を、それぞれ２つの圧力室群３１、３２にさらに分割する。このうち、図２および図３において圧力室３２は最小限に減圧されている。第１の４／３方向油圧比例弁１２が図２に示す位置にある場合、圧力室群３１は、油圧によって付勢されており、一方、圧力室群３２はタンク２４に向かって圧力が解放されている。

横材８は、端面側においてケーシング壁１０の外面２５に緊密に設置されている。ベーン９は、端面側においてステータ外壁４の円筒状内壁６に緊密に設置されている。

中間ロータ１１は、内側ロータ２６のための内側ステータ２７の機能を担う。この目的のために、径方向内側に向いた内側横材２８が、内側において中間ロータ１１のケーシング壁１０から等距離をおいて突出している。隣接する内側横材２８同士の間に中間空間が形成されている。内側ロータ２６は、これらの中間空間をそれぞれ、反対の揺動方向が割り当てられている第１の圧力室群６８と第２の圧力室群６９とに分割する。圧力媒体として、オイルを２つの圧力室群６８、６９へ導入したりそこから排出したりすることができる。この目的のために、下記で詳細に説明する第２の４／３方向比例圧力弁６０が設けられている。この弁は圧力媒体としてのオイルを制御する。

内側ロータ２６は、中間ロータ１１の内部で揺動するとともに図１に示されている中央ねじ３４によってカムシャフト２の内側カムシャフト部分１８に回転不能に連結されるように、設けられている。この目的のために、この中央ねじ３４が、内側ロータ２６のロータハブ２９の中央凹部３５を通ってカムシャフト２に挿入され、かつ、内側カムシャフト部分１８の雌ねじ切り１６にねじ止めされている。この場合、中央ねじ３４のねじ頭部３０は、中央凹部３５の基部３６に設けられているので、駆動ホイール３を中空シャフト１４の端面３７に対して締め付ける。この中空シャフトは、外側カムシャフト部分１７を形成する。駆動ホイール３は、ねじ２２によってステータ４およびカバープレート２３に緊密にねじ止めされている。追加のねじ３８が、中間ロータ１１とプレート３９との間の堅固な接続部を作り出す。このプレート３９は、中空シャフト１４に対して同軸に載置されるとともに駆動ホイール３に設けられている。このようにして、ねじ３８は、中空シャフト１４に対する回転不能接続部を作りだす。この回転不能接続部は、フランジ継手である。

内側カムシャフト部分１８は、めくら穴４０を有する。このめくら穴には、雌ねじ切り１６が設けられている。揺動形アクチュエータ調整装置１の方を向いている面において、内側カムシャフト部分１８は、Ｏリング４１によって中空シャフト１７に対して封止されている。摩擦を最小限に抑えるために、内側カムシャフト部分１８は、中空シャフト１４に対して環状ギャップ４２を有する。

ケーシング１５に対して詳細に図示しないやり方で押入されているピン形状部材１３が、凹部３５内に設けられている。ここで、このピン形状部材１３は、オイルを複数の圧力室のうち１つへと導くＡ１チャネル４３を有する。Ａ１チャネル４３以外に、Ｂ１チャネル４４が設けられている。このＢ１チャネルは、オイルを他の圧力室へと導く。ケーシング内に固定されているピン形状部材１３が、部分的にしか図示されていないケーシング１５に挿入されている。このケーシングは、詳細に図示されないシリンダヘッドに移動不能に連結されている。ピン形状部材１３は、部材１３をリング状に囲む２つの環状チャネル４５、４６を有する。Ａ１チャネル４３は、一方の環状チャネル４５に開端している。Ｂ１チャネル４４は、他方の環状チャネル４６に開端している。２つの環状チャネル４５、４６に軸方向に隣接する複数の封止リングが、環状溝４７、４８、４９に挿入されている。この場合、１つの共有リングのみが、２つの環状チャネル４５、４６の間で環状溝４８に軸方向に設けられている。これらの封止リングにおいて、各封止リングに対して連続回転運動が行われているので、図示されていないこれらの封止リングは、摺動摩擦の影響を受けないように設計されている。カムシャフト２の方を向いている端面において、ピン形状部材１３は、凹部５０を有して成る。この凹部の内部では、ねじ頭部３０が延出しているので、揺動形アクチュエータ調整装置１を極めて短い全長で構成することができる。

外周において、ステータ４も、互いに軸方向に離間する２つの環状チャネル５１、５２を有する。カバープレート２３によって画定されている環状チャネル５１は、Ａ２チャネル５３に割り当てられている。このＡ２チャネルは、オイルをケーシング１５から複数の圧力室のうちの１つへと導く。一方、駆動ホイール３の近傍に設けられている環状チャネル５２は、Ｂ２チャネル５４に割り当てられている。このＢ２チャネルは、オイルをケーシング１５から他の圧力室へと導く。

第１のロック５５が、ベーン９のうちの１つに設けられている。この第１のロックによって、中間ロータ１１がステータ４に形状嵌合状態で取りつけられている。内側ロータ２６のベーン５７のうちの１つが、第２のロック５８を有する。この第２のロックによって、内側ロータ２６を中間ロータ１１に取りつけることができる。

カバープレート２３は、カムシャフト２とは反対側の面において螺旋形状の補償ばね５９を有する。この補償ばね５９は、内側ロータ２６をステータ４に対して特定の角位置で保持しようとするものである。

この場合、Ａ２チャネル５３は、第１の作業ポートＡに割り当てられている。一方、Ｂ２チャネル５４は、第２の作業ポートＢに割り当てられている。

ケーシング１５は、長尺のケーシング穴６１を有する。このケーシング穴内には、ステータ４が回転可能に載置されている。漏れ損失を最小限に抑えるために、封止リング６２、６３、６４が設けられている。これらの封止リング６２、６３、６４は、環状溝６５、６６、６７に挿入されている。これら環状溝は、Ａ２チャネル５２およびＢ２チャネル５４から軸方向に離間して設けられている。このようにして、中央封止リング６３が、Ａ２チャネル５２とＢ２チャネル５４との間で環状溝６６内に軸方向に設けられている。２つの軸方向外側封止リング６２、６４は、環状溝６５および／または環状溝６７を外側に対して封止する。

２つの４／３方向比例油圧弁１２、６０は、ロック中央位置を有する。２つの４／３方向比例油圧弁１２、６０には、共通のオイルポンプによってオイル圧が供給される。中間ロータ１１および内側ロータ２６の保持圧は、独国特許出願公開第１９８２３６１９号に既に記載されているように流出縁部制御（run-off edge control）によって作り出される。４／３方向比例油圧弁１２、６０の制御は、電磁式に行われる。両方の４／３方向比例油圧弁１２、６０は、偏心した状態で、つまり、揺動形アクチュエータ調整装置の回転軸５６に対して同軸ではない状態で設けられている。

本発明の実施例において、内側ロータ２６に対して割り当てられている４／３方向油圧弁をロータハブ２９内部の中央弁として設けることも可能である。

各４／３方向油圧弁１２または６０が、調整すべき中間ロータ１１またはロータ２６の近傍に配置されればされるほど、各４／３方向油圧弁１２または６０内においてカムシャフト変更トルクを利用するためのシステムがより良く提供されるようになる。このようなカムシャフト変更トルクを利用するためのシステムは、独国特許公開第１０２００６０１２７３３号から既に知られている。

代替の実施例において、駆動ホイールは、駆動ベルトが駆動要素としてその上に導かれる歯付きベルトギヤである。

基本的に、焼結鋼、プラスチック、または軽金属が、ロータ、駆動ホイール、ステータ、カバープレート等を含むアクチュエータ調整装置の様々な部品の材料として考慮される。薄鋼板材料を、薄壁のみが必要とされているカバープレート、駆動ホイール等に使用することもできる。プラスチックは特に、鉱物粒子含有物および繊維含有物を含むデュロプラストであり得る。軽金属は特に、アルミニウムまたはマグネシウムであり得る。

本発明の別の実施例において、オイルがカムシャフト軸受およびカムシャフトを介して揺動形アクチュエータ調整装置の作業ポートへと導かれてもよい。カムシャフト調整装置内のカムシャフト軸受および中央弁を介して油圧が供給される内側シャフトおよび外側シャフトを有するこのようなカムシャフトは、本明細書に援用する独国特許出願公開第１０２００６０２４７９３号から既に知られている。これに対して、油圧をカムシャフト軸受内のチャネルを介してカムシャフト調整装置に導入する偏心弁が、独国特許出願公開第１０２００６０２８６１１号の場合には設けられる。

内燃機関は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのいずれかであり得る。

ピン形状部材１３またはステータ４上の封止リングについては、回転の際に恒常的な締め付けをもたらす封止リングを設けることができる。プラスチックに加えて、金属も材料として使うことができる。

ピン形状部材１３は、回転する内側ロータ２６に対して固定されている必要はない。この部材がロータ２６とともに回転すること、それどころかこの部材をロータと一体状に形成することも可能である。この場合、たとえば、ピン形状部材１３がロータおよびカムシャフトから延出してもよく、また、ケーシング１５内に回転可能に設けられていてもよい。この場合、オイルは、ケーシング１５内またはピン形状部材１３内に設けられている環状溝を介して搬送される。ピン形状部材１３上に環状溝を設けることには、ケーシング１５内の穴を介して内側環状溝からねじ止めを解除するよりも外側から設置する方が経済的であるという利点がある。

ピン形状部材１３の代わりに、中央弁を設けることもできる。この中央弁は、外側、つまりカムシャフトとは反対の側からロータハブに挿入することができる。この中央弁は、中央ねじとして設計されていてもよく、したがって中央ねじ３４の機能を果たす。

内側ロータ２６に関して図示されているオイル注入口は、外周側の外側ロータのオイル供給部に対して前面側オイル供給部とも呼ばれる。

中実シャフトとして設計されている内側カムシャフト部分は、この実施例においては中空シャフトとして設計されていてもよい。独国特許出願公開第１０２００６０１３８２９号には、中空シャフトとして設計されているこのような内側カムシャフト部分が記載されている。

上述の実施形態は、例示的な構成のみを含む。異なる実施形態の記載された特徴を組み合わせることができる。本発明に属する装置部分の追加の特徴、特に記載されていない特徴は、図面に示されている装置部分の形状寸法から推測することができる。

１ 揺動形アクチュエータ
２ カムシャフト
３ 駆動ホイール
４ ステータ
５ ステータの外部
６ 内壁
８ 横材
９ ベーン
１０ ケーシング壁
１１ 中間ロータ
１２ ４／３方向油圧弁
１３ ピン形状部材
１４ 中空シャフト
１５ ケーシング
１６ 雌ねじ
１７ 径方向外側カムシャフト部分
１８ 径方向内側カムシャフト部分
１９ カム
２０ カム
２１ 中実シャフト
２２ ねじ
２３ カバープレート
２４ タンク
２５ 外面
２６ 内側ロータ
２７ 内側ステータ
２８ 内側横材
２９ ロータハブ
３０ ねじ頭部
３１ 圧力室群
３２ 圧力室群
３３ 噛合部
３４ 中央ねじ
３５ 中央凹部
３６ 基部
３７ 端面側
３８ 追加ねじ
３９ プレート
４０ めくら穴
４１ Ｏリング
４２ 環状ギャップ
４３ Ａ１―チャネル
４４ Ｂ１―チャネル
４５ 環状チャネル
４６ 環状チャネル
４７ 環状溝
４８ 環状溝
４９ 環状溝
５０ 凹部
５１ 環状チャネル
５２ 環状チャネル
５３ Ａ２―チャネル
５４ Ｂ２―チャネル
５５ 第１ロック
５６ 回転軸
５７ ベーン
５８ 第２ロック
５９ 補償ばね
６０ ４／３方向油圧弁
６１ ケーシング穴
６２ 封止リング
６３ 封止リング
６４ 封止リング
６５ 環状溝
６６ 環状溝
６７ 環状溝
６８ 圧力室群
６９ 圧力室群

Claims (13)

1. 被駆動ステータと、
   カムシャフトの第１カムシャフト部分に回転不能に連結されている第１のロータと、
   前記カムシャフトの第２のカムシャフト部分に回転不能に連結されている第２のロータであって、前記第２のカムシャフト部分が前記第１のカムシャフト部分に対して同軸に配置されている、第２のロータと、を備える揺動形アクチュエータ調整装置において、
   前記ステータには、第１の油圧力伝達経路を介して前記第１のロータが続き、
   前記第１のロータには、第２の油圧力伝達経路を介して前記第２のロータが続く、
   揺動形アクチュエータ調整装置。
2. 前記第２のロータは、前記第１のロータと関係して揺動されるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
3. 前記各ロータに関連する電磁式に調整可能な油圧弁をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
4. 前記第２のロータは、前記第１のロータ内部に面一に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
5. 前記第１のロータは、中間ロータとして設計されており、該ロータの内側から内側横材が径方向内側に突出していることを特徴とする、請求項４に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
6. 前記内側横材は、前記中間ロータと一体状に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
7. 前記ステータは、ケーシングのケーシング穴内に回転可能に載置されており、それにより、オイルが、前記ステータ外壁内の凹部を通って反対の揺動方向に割り当てられている複数の圧力室へと導かれることができるようになっている、請求項１に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
8. 前記ステータの領域は、前記ケーシング穴から突出しており、前記領域は、噛合部に移動不能に連結されていることを特徴とする、請求項７に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
9. 前記噛合部は、揺動形アクチュエータ装置の、前記カムシャフトに面する側に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
10. オイルが、前記ケーシングから環状周回溝（annular encircling channels）を介して凹部へと搬送されることを特徴とする、請求項７に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
11. 前記第２のロータのロータハブ内部に設けられている部材であって、ケーシングからのオイルを前記第２のロータの複数の圧力室に導くように構成されている部材、をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
12. 前記部材は、ピン形状でありかつ前記第２のロータに面していることを特徴とする、請求項１１に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
13. 前記第２のロータをカムシャフトに軸方向に張設するロータハブ内部の中央ねじをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の揺動形アクチュエータ調整装置。
    

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