JP3325568B2 - カムシャフトと該カムシャフトの駆動エレメントとの間における回転角の対応関係を調節する装置 - Google Patents

カムシャフトと該カムシャフトの駆動エレメントとの間における回転角の対応関係を調節する装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カムシャフト、特に内燃機関のガス交換弁
を操作するために働くカムシャフトと該カムシャフトの
駆動エレメントとの間における回転角の対応関係を調節
する装置であって、調節方向において相対的に運動可能
な各２つの円形セグメントシェルが設けられており、該
円形セグメントシェルがそれぞれ互いに次のように、す
なわち調節方向における調節時に円形セグメントシェル
が互いに逆向きに調節されるように、連結されており、
この場合それぞれ第１の円形セグメントシェルと第２の
円形セグメントシェルとによって制限された一方の作業
室において閉鎖された容積が、他方の作業室における容
積の減少時に増大するようになっており、第１の円形セ
グメントシェルと第２の円形セグメントシェルとによっ
て制限された第１の作業室と第２の作業室とが、弁を介
して第１の調節圧力媒体源と接続可能である形式のもの
に関する。
ヨーロッパ特許出願公開第163046号明細書に基づいて
公知の、カムシャフトの回転角の対応関係を調節する装
置では、カムシャフトと結合されている部分の直径に配
置された２つのハイドロリック式のサーボモータが設け
られており、両サーボモータは各１つのサーボピストン
を有しており、この場合サーボピストンはそれぞれロー
ラを介してランプに作用するようになっており、そして
このランプは、カムシャフトと結合された部分を半径方
向において取り囲んでいる駆動歯車に配置されている。
それぞれサーボモータに配属されているランプは、この
場合互いに逆向きに傾けられており、これによって、一
方のサーボモータのサーボピストンの移動調節時に、カ
ムシャフトがランプを介して駆動歯車にむかって移動せ
しめられ、対向して位置しているランプが他方のサーボ
モータのサーボピストンを押し戻すようになっている。
この場合サーボピストンは、弁又はスプール弁によって
制御され、一方のサーボモータの外方に向かって運動せ
しめられたピストンが圧力負荷され、かつ対向して位置
している他方のサーボモータの作業室が放圧されるよう
になっており、この結果、このサーボモータのピストン
がランプに従って逃げることができるようになってい
る。このような装置では、別体の圧力源が必要であり、
かつサーボモータを制御するための電磁弁も必要であ
る。
まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願P393
0157には、特に内燃機関のガス交換弁を操作するために
働くカムシャフトの回転角の対応関係を調節する装置が
記載されており、この装置は互いに逆向きに作用する２
つのサーボモータを有している。そして両サーボモータ
の互いに対応する可動の壁は、互いに連結されており、
この場合調節媒体の準備及び調節媒体の圧力発生のため
にかかる費用を減じるために、サーボモータの作業室
は、一方では共に各１つの逆止弁を介して調節媒体圧力
源に接続されていて、かつ他方では選択的に制御弁を介
して互いに直接接続可能又は互いに切り離し可能になっ
ており、この結果、各作業室におけるトルク変動とこれ
によって生じる圧力とは、特に、次いで行われる作業室
の再遮断と共に調節のために規定された時間において利
用することができる。
まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願P393
0157に記載されたカムシャフト調節装置の機能は、従っ
て次のこと、すなわちこの場合、全回転数範囲におい
て、平均的な駆動トルクに対してプラスのトルク変動と
マイナスのトルク変動とが生じることに、基づいてい
る。サーボモータの作業室はばねによって、このばねが
サーボモータの作業室を増大させる方向で作用するよう
に、負荷されている。コイルばねのプレロードはちょう
ど平均的な駆動トルクに相応して選択されるので、作業
室においては同様に交互に、正圧が生じる。そして制御
弁を用いてこれらの圧力ピークは、圧力媒体源として、
直接調節のために利用することができる。
しかしながら低い機関回転数、つまり機関の始動時回
転数においては運転に問題がある。それというのは、平
均的な駆動トルクにおけるトルク変動は、慣性力が減少
することに基づいて小さくなるからである。いまや平均
的な駆動トルクにおいて、温度変化もしくは個々のユニ
ットの間における変化によって偏差が生じると、カムシ
ャフトは一方の方向においてしか移動調節され得ないと
いう現象が生じる。
ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の、カムシ
ャフトと該カムシャフトの駆動エレメントとの間におけ
る回転角の相対関係を調節する装置を改良して、機関の
低い回転数においてもカムシャフトの確実な調節を可能
にし、かつ機関の確実な始動を生ぜしめる回転角調節装
置を提供することである。
この課題を解決するために本発明による装置では、請
求の範囲の請求項１の特徴部分に記載されているよう
に、すなわち、両作業室において閉鎖された容積が、調
節時に等しい値だけ増減され、両作業室が、作業室の方
向に開放する各１つの逆止弁を介して、第１の調節圧力
媒体源と接続可能であり、かつ制御装置によって制御さ
れる制御弁を介して直接接続可能であり、しかも第３の
円形セグメントシェルが第１の円形セグメントシェルと
共に第３の作業室を形成していて、該第３の作業室を用
いて、回転角の対応関係の付加的な調節が実施可能であ
る構成されている。
本発明による装置のさらに別の有利な構成は、請求の
範囲の請求項２以下及び以下の記載並びに図面に示され
ている。
まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願P393
0157に記載されている装置では、特に内燃機関のガス交
換弁を操作するために働くカムシャフトと該カムシャフ
トの駆動エレメントとの間における回転角の相対関係を
調節するために、調節方向において相互に可動の各２つ
の円形セグメントシェルが、弁を介して第１の調節圧力
媒体源と接続されている。そしてこの場合円形セグメン
トシェルは互いに次のように連結されている。すなわ
ち、調節方向における調節時に円形セグメントシェルが
互いに逆方向に移動調節され、この際に、それぞれ第１
の円形セグメントシェルと第２の円形セグメントシェル
とによって制限された一方の作業室内に閉鎖されている
容積が、他方の作業室における容積の減少時に、増大す
るようになっている。作業室内に閉鎖された容積は、移
動調節時に等しい値だけ増大・減少させられる。この場
合作業室は、作業室に向かって開放する各１つの逆止弁
を介して、第１の調節圧力媒体源と接続可能であり、か
つ制御装置によって制御される制御弁を介して互いに直
接接続可能である。
本発明によればこのカムシャフト調節装置は、付加的
な作業室によって拡大される。第３の作業室は、第３の
円形セグメントシェルと第２の円形セグメントシェルと
によって形成され、この第３の円形セグメントシェルを
用いて回転角対応関係の付加的な移動調節が実施可能で
ある。このことには次のような利点、すなわち、ドイツ
連邦共和国特許出願P3930157に記載された解決策によっ
て可能になる調節可能性に加えて、別の回転数範囲のた
めに別個に可能な調節が可能であるという利点がある。
このためには特に、第１の調節圧力媒体源とは無関係に
操作可能な第２の調節圧力媒体源を使用すると、有利で
ある。
プレロードは、特に端面側に配置されたばねによって
生ぜしめられ、この場合ばねは有利には周方向に配置さ
れている。このプレロードは本発明によれば、該プレロ
ードがいかなる場合においてもカムシャフト駆動トルク
よりも小さくなるように、選択される。このようになっ
ていると、始動時において電磁弁が開放されていると、
装置は大きなカムシャフトトルクによって「遅め」の方
向に移動調節されるという利点が得られる。低い回転数
範囲において装置を「早め」の方向に調節したい場合に
は、付加的な作業室が有利には外部の調節圧力媒体源を
介して圧力を負荷される。
このために、調節圧力媒体源に通じるバイパスには
弁、有利には２ポート２位置方向切換え電磁弁が閉鎖さ
れる。通常では駆動トルクMAがばねトルクMZよりも大き
いので、「遅め」の方向における装置の調節しか可能で
はない。しかしながら本発明によれば、付加的な作業室
によって生ぜしめられる付加トルクMZが重畳されている
ことによって、「早め」の方向における装置の移動調節
が可能である。駆動トルクMAの十分に高い振幅が生じて
いる比較的高い回転数では、有利には付加ポンプが遮断
される。
振幅時に場合によっては存在する非対称性は、移動調
節に関して、作業室の主弁の互いに異なった制御時間に
よって補償することが可能である。付加ポンプの圧力レ
ベルは有利には10バールほどに選択される。このように
なっていると、電動機とポンプとから成る安価なユニッ
トを使用することができる。同様なことはバイパス弁に
対しても言える。それというのは、低い回転数範囲にお
ける圧力レベル及び切換え時間に関しては特別な要求が
課せられないからである。
択一的に使用可能な別の実施例では、付加トルクMZが
付加的な作業室における圧力を介して、ポンプ駆動モー
タの回転数調整機を用いて、調節速度が両方向において
等しい大きさであるように、調節される。この場合認識
は、クランクシャフトとカムシャフトとにおけるセンサ
角度信号の評価によって行うことができる。この解決策
の提案では、調節圧力媒体源に対して並列に戻り流絞り
が配置されている。そしてバイパス電磁弁は調整中にお
いては閉鎖されている。
本発明の有利な実施例は請求項２以下に記載されてお
り、以下においては図面を参照しながら本発明の有利な
実施例を説明する： 第１図はトルク経過を示す線図、 第２図はカムシャフト調節曲線を示す線図、 第３図はカムシャフト調節装置を示す横断面図、 第４図はカムシャフト調節装置のトルク分布を示す線
図、 第５図は戻り流絞りを概略的に示す回路図、 第６図はカムシャフト調節装置を示す縦断面図である。
第１図には、カムシャフトにおける理想のトルク経過
が示されている。この場合第１図の縦軸にはカムシャフ
トのトルクが、かつ横軸にはカムシャフトの回転数がと
られている。コイルばねトルクMSに対して対称的に、正
の方向及び負の方向において、駆動トルクMAの特性曲線
が延びている。コイルばねトルクMSと平均的な駆動トル
ク▲▼とは、等しい値で平行に延びている。
第２図には、カムシャフトの調節曲線の経過が示され
ている。この場合第２図の縦軸にはカムシャフトの回動
の目標値が、かつ横軸には機関の回転数がとられてい
る。アイドリング回転数nLで始まって、カムシャフトの
回動は、遅めの吸気終了に相当する値から早めの吸気終
了に相当する値に向かって、最小値が得られるまで、調
節される。回転数の上昇に連れて、値は遅めの吸気終了
に向かって移動させられる。特性曲線は本発明によれば
方向Ｓ→「遅め」と方向Ｆ→「早め」とに向かって移動
可能である。
第３図には、本発明によるカムシャフト調節装置の１
実施例が示されている。この場合第３図には、例えば所
属の内燃機関の圧力オイル供給部から延びている軸方向
の圧力媒体導管44を備えたカムシャフトが、断面図で示
されている。圧力媒体導管は、カムシャフトの図６に示
された端面フランジの端面にねじを用いて固定されてい
る受容部分26の一部である。
受容部分26は円筒形に構成されており、周囲に円形セ
グメントシェル30,32,34を備えている。これらの円形セ
グメントシェルはピン28を用いて駆動エレメント12と回
動不能に結合されている。第３図から分かるように、円
形セグメントシェル30と円形セグメントシェル34とは、
第１の作業室14と第２の作業室16とを閉鎖しており、両
作業室は、分離部材として受容部分に挿入された嵌合キ
ー46を介して互いに隔てられている。円形セグメントシ
ェル32と円形セグメントシェル30とは、嵌合キー48を用
いて分割された室を閉鎖しており、嵌合キー48は中間部
材として、この嵌合キー48が挿入されている受容部分６
を介して、分離部材46と連結されている。この場合室
は、無圧の戻り通路52を用いて図示されていない圧力媒
体容器と接続されている部分室62と、第３の作業室とに
分割されている。そして第３の作業室18の容積の変化時
には、それに対応するように部分室62の容積が変化し
て、圧力媒体が部分室62から導出されたり、部分室62に
補充されたりする。第３の作業室18の容積の変化は、こ
の第３の作業室18に供給される圧力媒体の制御によって
実現される。そのために第３の作業室18には圧力媒体導
管50を介して、カムシャフトを「早め」の方向に調節す
るために必要な圧力が、所属の駆動ユニット59と並列接
続された制御弁60とを備えた調節圧力媒体源58から、供
給される。過剰圧による損傷を回避するために、調節圧
力媒体源58には図示の実施例では、圧力制限弁56が並列
接続されている。円形セグメントシェル32と円形セグメ
ントシェル34とは、駆動エレメント12と受容部分26との
間において切欠き24を閉鎖しており、この切欠き24内に
は、受容部分26に結合されたピン22と円形セグメントシ
ェル34の端面との間において、ばね20が、規定されたプ
レロードをかけられて設けられている。
嵌合キー46はその外側に位置している端面において、
駆動エレメント12の内周面に接触しており、これによっ
て、嵌合キーの側部端面に直接隣接している作業室14,1
6を互いに隔てている。両作業室14,16は、嵌合キー46に
設けられた横方向孔38と接続されており、この場合横方
向孔38は、半径方向孔40と、受容部分26内を延びている
圧力媒体導管42とを介して、図示されていない形式で圧
力媒体導管44と接続されている。それぞれの作業室14,1
6における横方向孔38の出口には、この端面にそれぞれ
ばね逆止弁36,54が設けられている。図６及びそれに対
する記載からは分かるように、制御弁70を介して、第１
の作業室14と第２の作業室16との間における直接的な接
続部79a,79bが形成されている。
プレロードは、端面側に配置されたばね20によって生
ぜしめられ、このばねは図示の実施例では周方向に配置
されている。このプレロードは本発明によれば次のよう
に、すなわちプレロードがいかなる場合においてもカム
シャフト駆動トルクよりも小さくなるように、選択され
ている。このようになっていることによって得られる利
点としては、始動時において電磁弁が開放されている場
合に、装置が比較的大きなカムシャフトトルクに基づい
て「遅め」の方向に移動せしめられるということが挙げ
られる。低い回転数範囲において装置が「早め」の方向
に調節されることが望ましい場合には、第３の作業室18
が外部の調節圧力媒体源58を介して圧力を負荷される。
このために、調節圧力媒体源58へのバイパスに配置され
た制御弁、有利には２ポート２位置電磁弁は、閉鎖され
る。通常時には駆動トルクMAはばねトルクMSよりも大き
いので、「遅め」の方向における装置の調節しか可能で
ない。しかしながら本発明によれば第３の作業室18によ
り付加トルクMZを重畳させることによって、「早め」の
方向における装置の調節が可能である。駆動トルクMAの
十分に高い振幅が生ぜしめられる比較的高い回転数で
は、有利には調節圧力媒体源58が有利には制御弁60の開
放によって遮断される。
場合によっては生じる振幅の非対称性は、調節に関し
て、作業室14,16の主弁の互いに異なった制御時間によ
って補償することができる。有利には調節圧力媒体源58
の圧力レベルは10バールに選択される。これによって、
電動機とポンプとから成る安価なユニットの使用が可能
になる。同様なことは制御弁60に対しても言える。それ
というのは、低い回転数範囲における切換え時間及び圧
力レベルに関しては、特別な要求を課す必要がないから
である。
択一的に使用可能な実施例では、付加トルクMZは、付
加的な作業室における圧力を介して、調節圧力媒体源58
の駆動ユニット59の回転数調整を用いて、両方向におけ
る調節速度が等しい大きさになるように、調節される。
そして認識は、クランクシャフトとカムシャフトとにお
けるセンサ角度信号の評価によって行うことが可能であ
る。この解決策の提案では、調節圧力媒体源58に対して
並列に、第５図に示されているように戻り流絞り61が配
置されている。制御弁60は調整中には閉鎖されている。
外部の圧力ユニット56,58,60は、有利にはカムシャフ
ト軸受における環状溝を介して接続されている。
第４図には、第３図に示された本発明によるカムシャ
フト調節装置のトルク分布が示されている。この場合縦
軸にはカムシャフトトルクＭがとられ、かつ横軸にはカ
ムシャフトの回転数がとられている。平均的なカムシャ
フトトルク▲▼に対して対称的に、正の方向及び負
の方向において駆動トルクMAの特性曲線が延びている。
コイルばねトルクMSは、平均的な駆動トルク▲▼よ
りも小さい。従って、第３の作業室18によって生ぜしめ
られる付加トルクMZをコイルばねトルクMSに重畳させる
ことによって、低い回転数において「早め」の方向にお
けるカムシャフトの調節が可能である。
第６図には、第３図に示されたカムシャフト調節装置
の縦断面図が示されている。第１の作業室14と第２の作
業室とを互いに接続する制御弁60は、電磁弁70として構
成されており、この電磁弁は、受容部分26の軸方向孔72
の内部において摺動可能なスプール71を備えたスプール
弁である。スプール71は環状溝73を有しており、この環
状溝はその終端位置においては、作業室14への供給のた
めに働く接続導管79aの、軸方向孔72への入口開口と接
続されていて、かつスプール71の、受容部分26の端面側
における部分は、作業室16への供給のために働く接続導
管79bの、軸方向孔72への入口開口を閉鎖している。こ
の位置においてスプール71は戻しばね74によって前負荷
される。受容部分26の端面の方向において操作ピン75は
外方に向かって突出しており、そこに可動子プレート76
を有している。この可動子プレートは、電磁石77に対向
して位置しており、この電磁石によって戻しばねの力に
抗して移動可能であり、この移動時にスプール71は接続
導管79bの入口開口を、引き続き接続導管79aと接続され
ている環状溝73と接続させるようになっている。この場
合電磁石77はカバー部分78に回動不能に配置されてお
り、このカバー部分を貫いて、電磁石77のための給電体
が外方に向かって延びている。さらに、カムシャフト軸
受に設けられた環状溝80に開口している圧力媒体導管50
を介して、圧力媒体を第３の作業室18に供給することが
可能である。
本発明の構成は上に述べた有利な実施例の制限される
ものではなく、基本的に異なった構成においても上述の
解決策を使用することができる種々様々な変化実施例が
可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−103619（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−92504（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01L 1/34

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関のガス交換弁を操作するために働
    くカムシャフト（６）と該カムシャフト（６）の駆動エ
    レメント（12）との間における回転角の対応関係を調節
    する装置であって、互いに連結された第１の円形セグメ
    ントシェル（30）と第２の円形セグメントシェル（34）
    とが設けられており、両円形セグメントシェル（30,3
    4）が、駆動エレメント（12）の円筒形の内周面と、カ
    ムシャフトの受容部分（26）の円筒形の外壁との間に配
    置されていて、そこで第１の作業室（14）と第２の作業
    室（16）とを閉鎖しており、両作業室（14,16）が分離
    部材（46）によって互いに隔てられていて、それぞれ対
    応する作業室に向かって開放する各１つの逆止弁（36,5
    4）を介して、第１の調節圧力媒体源と接続可能であ
    り、かつ制御装置によって制御される制御弁（70）を介
    して直接的に互いに接続可能であり、両作業室（14,1
    6）の接続時には、一方では互いに連結している円形セ
    グメントシェル（30,34）にかつ他方では分離部材（4
    6）に作用する、駆動エレメントの駆動力と、カム軸か
    らのトルク変動に基づく反力とによって、両作業室（1
    4,16）の容積が、カムシャフトと駆動エレメントとの間
    における回転角の対応関係を同様に変化させながら、互
    いに逆向きに変化するようになっており、かつ接続の中
    断時には、両作業室（14,16）の容積の得られた状態が
    そのまま維持される形式のものにおいて、第１の円形セ
    グメントシェル（30）に連結された第３の円形セグメン
    トシェル（32）が、駆動エレメントと受容部分との間に
    配置されており、第３の円形セグメントシェル（32）が
    第１の円形セグメントシェル（30）と共に室を閉鎖して
    いて、該室が、分離部材（46）に連結された中間部材
    （48）によって、戻し路（52）を備えた無圧の部分室
    （62）と第３の作業室（18）とに分割されており、該第
    ３の作業室（18）が第３の円形セグメントシェル（32）
    に直接隣接していて、第３の作業室（18）に、圧力媒体
    導管（50）を介して圧力媒体が供給可能であり、かつこ
    の圧力媒体の制御によって第３の作業室（18）の容積
    が、カムシャフトと駆動エレメントとの間における回転
    角の対応関係を付加的に変化させるために制御可能であ
    る ことを特徴とする、カムシャフトと該カムシャフトの駆
    動エレメントとの間における回転角の対応関係を調節す
    る装置。
  2. 【請求項２】第３の作業室（18）が該第３の作業室への
    圧力媒体供給のために、第１の調節圧力媒体源とは無関
    係に操作可能な第２の調節圧力媒体源（58）と接続可能
    である、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】第２の円形セグメントシェル（34）と第３
    の円形セグメントシェル（32）とが、切欠き（24）を形
    成しており、該切欠きの中にばね（20）が支承されてい
    る、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】ばね（20）が、規定されたプレロードに保
    たれている、請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】ばね（20）のプレロードが、カムシャフト
    の駆動トルクよりも小さく選択されている、請求項４記
    載の装置。
  6. 【請求項６】第３の作業室（18）に、内燃機関の低回転
    数時に、第２の調節圧力媒体源（58）の圧力媒体が供給
    されるようになっている、請求項１から５までのいずれ
    か１項記載の装置。
  7. 【請求項７】第２の調節圧力媒体源（58）として、制御
    弁（60）を並列接続されたポンプが設けられている、請
    求項２記載の装置。
  8. 【請求項８】並列接続された制御弁（60）が低回転数時
    に閉鎖され、高回転数時に開放される、請求項７記載の
    装置。
  9. 【請求項９】第２の調節圧力媒体源（58）に圧力制限弁
    が並列接続されている、請求項７記載の装置。
  10. 【請求項１０】第２の調節圧力媒体源（58）として、戻
    り流絞り（61）を並列接続されたポンプが使用されてい
    る、請求項２記載の装置。
  11. 【請求項１１】ポンプ（58）の回転数が調整可能であ
    る、請求項10記載の装置。
  12. 【請求項１２】調整のために、クランクシャフトにおけ
    るセンサ角度信号が評価される、請求項11記載の装置。
  13. 【請求項１３】第２の調節圧力媒体源（58）が、カムシ
    ャフト軸受における環状溝（80）を介して連結されてい
    る、請求項12記載の装置。
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