JP3325575B2

JP3325575B2 - 内燃機関のシャフトを相対的に回転させるための装置及びこの装置を制御するための方法

Info

Publication number: JP3325575B2
Application number: JP51054894A
Authority: JP
Inventors: ガイヤー，ゲルハルト; メンドレ，ヨハン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: WO1994010429A1; KR100307279B1; EP0628133A1; EP0628133B1; US5450825A; JPH07506885A; DE59307077D1; DE4237193A1

Description

【発明の詳細な説明】従来技術本発明は、内燃機関のカムシャフトを、このカムシャ
フトに回転可能に配置された駆動歯車に対して相対的に
回転させるための装置、及びこの装置を制御するための
方法に関する。このような形式の公知の装置、及びこの
装置を制御するための方法においては、制御弁を介して
ピストン・シリンダ装置が負荷され、ピストンが、カム
シャフトの切欠内で支承されたカップリング部材を移動
させるようになっている。カムシャフトに係合するカッ
プリング部材にはスグ歯及びハス歯が設けられており、
このスグ歯及びハス歯は、調節ピストンが回転する際に
駆動歯車に対して相対的に回転する。カムシャフトによ
って駆動される流体静力学的なポンプが、調節ピストン
を調節するために必要な圧力媒体を供給する。調節ピス
トンは両側から圧力によって負荷されるが、この際に一
方側が、ポンプによって生ぜしめらた圧力によって常に
負荷される。ピストンの他方側の圧力は、所定の制御値
に基づいて圧力媒体を流出させることによって及び圧力
を減少させることによって、制御弁によって変えられる
（減少制御）。このような方法及びこのような形式の装
置は、非常に高価であって、従って複雑で、高いエネル
ギ消費を必要とする。

発明の利点これに対して、請求項１の上位概念に記載した、シャ
フトを相対的に回転させるための装置を制御するため
の、本発明による方法は、非常に迅速でエネルギ的に好
都合な運転形式が可能であるという利点を有している。
このような方法によれば、請求項８から20に記載されて
いるように、特に有利な形式で内燃機関のシャフトを相
対的に回転させるための装置を駆動させることができ
る。

請求項７の上位概念に記載した、内燃機関のカムシャ
フトを相対的に回転させるための、本発明による装置
は、構造が簡単で特にコンパクトでもあるという利点を
有している。特にこの装置は、消費エネルギが非常に低
いという特徴を有している。オイル損失は、漏れ損失に
限定される。何故ならば、調節装置から押出そうとする
オイル量はポンプによって再び吸い込まれるからであ
る。調節部材は、本発明の有利な実施例においては非作
業位置で制御弁を介して液圧式にロックされ、制御のず
れが生じることはない。この実施例における消費エネル
ギは特に小さい。何故ならばエネルギ消費は調節中にお
いてのみ行なわれるからである。

別の有利な実施例によれば、ポンプの全回転が有利な
形式で、それぞれ供給するポンプ作業（個別ポンプ）と
は無関係にフィード及び調節を行なうために使用され
る。

本発明の別の利点は、従属請求項並びに明細書及び図
面に記載されている。

図面以下の説明及び図面に本発明の実施例が記載されてい
る。図１は、カムシャフト調節装置の縦断面図、図２
は、図１のII−II線に沿った断面図、図３は、図１のII
I−III線に沿った断面図、図４〜図７（それぞれａ〜
ｅ）は、本発明による装置に使用されたポンプ及びそれ
に属する弁制御装置の作業を表わす線図である。

実施例の説明図面では符号10Aで、内燃機関のカムシャフト10の端
部が示されている。端面側には、外方に向けられたフラ
ンジ10Bが設けられており、このフランジは、円筒形の
凹部12を有していて、この凹部内に、カムシャフト10を
貫通する縦孔11が開口している。この縦孔11は、自動車
の内燃機関の圧力油供給部に接続されている。この凹部
12内に、制御弁13の円筒形の弁ケーシング13Aが侵入す
るようになっている。この弁ケーシング13A内にスプー
ル弁孔14が形成されていて、このスプール弁孔14は制御
スプール15を受容している。この弁の別の構成について
は後で説明する。

ディスク16と、回転ピストンアクチュエータ17として
構成された、ベーン18,19,20（図２参照）を備えたイン
ペラーと、ポンプ21の中空円筒形のポンプケーシング21
Aとが、前記カムシャフト10若しくはフランジ10Bに接続
され、かつ弁ケーシング13A上に載っている。ディスク1
6の直径はフランジ10Bの直径にほぼ相当し、これに対し
て回転ピストンアクチュエータ17の直径はそれよりも小
さい。回転ピストンアクチュエータ17に向けられた、ポ
ンプケーシング21Aの端面側は、フランジ状に外側に拡
張していて、その直径は、ディスク16の直径にほぼ相当
する。ポンプケーシング21Aと、回転ピストンアクチュ
エータ17と、ディスク16とは、４つのボルト24によって
回転不能に緊締されていて、カムシャフト10のフランジ
10Bに結合されている。これらのボルト22若しくはそれ
に所属する孔22Aは、円筒形の凹部23から延びている。
この凹部23は、回転ピストンアクチュエータ17とは反対
側に向けられた、ポンプケーシング21Aの端面側に。こ
の孔21Aは、カムシャフト10のフランジ10Bまで達してい
る。

回転ピストンアクチュエータ17は、歯車として構成さ
れた駆動歯車24によって取り囲まれている。この駆動歯
車24はその端面側で、ポンプケーシング21A若しくはデ
ィスク16のフランジ状の端面側を受容するためのそれぞ
れ１つの円筒形の凹部24A若しくは24Bを有している。駆
動歯車24は、後述する形式でカムシャフト10及びポンプ
ケーシング21A（ポンプ21のロータ）を駆動する。

回転ピストンアクチュエータ17（インペラー）のベー
ン18〜20は、駆動歯車24の対応する（図２に示された）
切欠25〜27内に存在していて、ここで、駆動歯車24に対
して約25゜の角度だけ回転可能である。切欠25〜27に対
してベーン18〜20をシールするためにシールローラ28が
使用され、このシールローラ28は、板ばね29によってベ
ーンの外側面若しくは駆動歯車24の内側に押しつけられ
る。このシールローラ28及び板ばね29は、それぞれ回転
ピストンアクチュエータ若しくは駆動歯車24内に形成さ
れた軸方向溝30内にある。軸方向溝30は、それぞれ回転
ピストンアクチュエータ17の２つのベーン18〜20の間の
中央、若しくは切欠25〜27の中央に配置されている。回
転ピストンアクチュエータ17のベーン18〜20内に配置さ
れたシールローラ28と、駆動歯車24の切欠25〜27内に配
置されたシールローラ28との間に圧力室25A〜27A若しく
は25B〜27Bが制限されている。これらの圧力室25A〜27A
は、図２に示した方向において及び時計周り方向で見て
シールローラ28の後ろで相応の切欠25〜27内にあって、
圧力室25B〜27Bはその前にある。

回転ピストンアクチュエータ17は多数の孔34〜39によ
って貫通されている。これらの孔は、一方では圧力室25
A〜27A若しくは25B〜27Bのうちのそれぞれ１つに接続さ
れていて、他方では円筒形の弁ケーシング13aの外周部
に設けられた環状溝31,32に接続されている。孔34,36及
び38は、それぞれ（図１で左側の）環状溝31内に開口し
ており、孔35,37,39はそれに対応して右側の環状溝32内
に開口している。これらの孔を介して、制御弁13の制御
スプール15のそれぞれの位置に応じて圧力室25A〜27A若
しくは25B〜27Bは負荷されるか又負荷解除（放圧）され
るので、回転ピストンアクチュエータ17は時計周り方向
又は逆時計周り方向で回転運動を行なう。これによって
カムシャフト10は、内燃機関の弁の“早め”調節若しく
は“遅め”調節に設定される。つまり、駆動歯車24若し
くはクランクシャフトに対してのカムシャフトの“段
階”調節が行なわれる。

環状溝31及び32から延びる２つの半径方向孔41及び42
が、制御弁13の円筒形の弁ケーシング13Aを貫通して延
びている。これらの半径方向孔14は環状溝32から延びて
いて、スプール弁孔14内に開口しており、これに対して
半径方向孔41は、環状溝31から延びて、スプール弁孔14
を取り囲む環状制御溝43内に開口している。ポンプケー
シング21Aの範囲では、弁ケーシング13Aの外周部にさら
に別の２つの環状溝45,46が形成されている。（図１で
右側の）環状溝46から半径方向孔47が延びており、この
半径方向孔47は、スプール弁孔14における第２の環状制
御孔48内に通じている。（左側の）環状溝45からは傾斜
孔49が延びている。この傾斜孔49は、袋孔50内に通じて
おり、この袋孔50はスプール弁孔14に対して平行に延び
ていて、弁ケーシング13A若しくは凹部12の右側から延
びている。この袋孔50内には逆止弁51が形成されてお
り、この逆止弁51は、圧力媒体が流過する際に室52から
傾斜孔49に向かう方向に開放することができる。この室
52は、弁ケーシング13Aと凹部12との間に形成されてい
る。袋孔50を貫通して半径方向孔53が延びており、この
半径方向孔53は、同様にスプール弁孔14に開口してい
て、弁ケーシング13Aの外周部でスリーブ54によって覆
われている。このスリーブは、中空円筒形のポンプケー
シング21Aの範囲でこのポンプケーシングと弁ケーシン
グ13Aとの間に配置されていて、ポンプケーシング21Aに
堅固に結合されている。

弁ケーシング13Aは回転ピストンアクチュエータ17
に、例えばプレス嵌め（press fit）によって相対回動
不能に結合されいる。弁ケーシング13Aの外周部に取り
付けられた固定リング56（環状溝58内にはめ込まれた）
によって、スリーブ54及びこのスリーブ54に堅固に結合
されたポンプケーシング21aは軸方向で固定される。こ
れによってスリーブ54はその一方の端面側が回転ピスト
ンアクチュエータ17に当接していて、その他方の端面側
が固定リング57に当接している。カムシャフト10のフラ
ンジ10Bの範囲には、弁ケーシング13Aの外周部に別の固
定リング57が設けられており、この別の固定リング57
は、ディスク16に当接していて、このディスク及び回転
ピストンアクチュエータ17をカムシャフト10に取り付け
る前に回動しないように固定する。

ポンプケーシング21Aの凹部23の範囲には、弁ケーシ
ング13Aの端面側に円筒形の凹部61が設けられており、
この凹部61からスプール弁孔14が延びている。このスプ
ール弁孔14の底部62から軸方向孔63が延びていて、この
軸方向孔63は室52内に開口している。この軸方向孔63内
には逆止弁64が配置されおてり、この逆止弁64は圧力媒
体が流れる際に室52からスプール弁孔14へ向かう方向に
開放することができる。

スプール弁孔14内では制御スプール15がシールされて
滑動案内されている。この制御スプール15はその一方の
端面側が凹部61内まで突入していて、ここで操作ボール
66を備えている。制御スプール15の外周面には２つの環
状制御溝67及び68が形成されている。（図１で左側の）
環状制御溝67は、制御スプール15を半径方向で貫通する
孔に連通している。この孔内には、軸方向に延びる袋孔
70が開口しており、この袋孔70は、制御スプール孔14内
に存在する制御スプール15から延びている。この端面側
で、圧縮コイルばね71の一方の端部が支えられており、
他方の端部は、制御スプール孔14の底部62で支えられて
いる。制御弁13の反対側の端面側では、操作ボール66に
電磁石72のタペット72Aが当接している。このタペット
によって、制御スプール15は圧縮コイルばね71の作用に
抗して調節される。電磁石72はカムシャフト10に対して
同軸的に制御され、相対回動不能に配置されている。こ
の電磁石は制御装置73によって制御される。

図３に示されているように、ポンプケーシング13A内
に、半径方向に延びる貫通する４つの孔74〜77が形成さ
れている。これらの４つの孔は、それぞれ互いに90゜ず
らして配置されていて、これらの孔内にそれぞれ１つの
ボールピストン78〜81が案内されている。これらのボー
ルピストンは、外側でカムリング82に当て付けられてお
り、このカムリング82は、ポンプケーシング21を閉鎖す
るポンプカバー83内に配置されている。カムリング82の
カム曲線は円形であって、カムシャフト10の長手方向軸
線に対して偏心的に延びている。ポンプカバー83はカム
リング82と共に不動であるが、ポンプケーシング21A
は、前述のようにカムシャフト10と共に回転する。この
ために、ポンプカバー83は、適当な形式で周囲若しくは
組み込みスペースに連結されている。これは例えば簡単
なつめカップリングが用いられる。運転中に形成される
駆動モーメントは例えば内燃機関のエンジンフロントカ
バーで支えられる。ポンプカバー83の自由な端面側には
閉鎖カバー84が固定されており、この閉鎖カバー84の中
央孔84Aを通って電磁石が突き出ている。

図示のポンプは２重ポンプである。つまり、互いに隣
接してそれぞれ90゜ずらして配置されていて、しかも、
軸線が同一平面にあるそれぞれ２つのピストンがそれぞ
れその対応する孔と共に２つのポンプ部材を形成してい
る２重ポンプである。しかしながら互いに向き合って配
置された２つのピストンを備えた１つだけのポンプを使
用してもよい。

スリーブ54には、図示の実施例では貫通する４つの圧
力媒体開口が設けられている。図１及び図３には、これ
ら４つの圧力媒体開口のうちの２つの圧力媒体開口87及
び88が示されている。２つの圧力媒体開口85及び86は、
圧力媒体開口87及び88に対して軸方向でずらして配置さ
れていて、図３では概略的に示されている。これらの圧
力媒体開口85〜88は、（ポンプ）孔74〜77のインレット
開口若しくはアウトレット開口として用いられる。圧力
媒体開口85若しくは86は孔４若しくは75を（右側の）環
状溝46に接続し、圧力媒体開口87若しくは88は２つの他
方の孔76若しくは77を制御弁の（左側の）環状溝45に接
続する。

電磁石72には、その図１に示された切換え位置で電流
が供給されている。つまり、タペット72Aが制御スプー
ル15を圧縮コイルばね71のばね作用に抗してその（左側
の）中立位置Ｉから（右側の）切換え位置IIに調節す
る。制御スプール15の切換え位置IIにおいて制御スプー
ル15に設けられた環状制御溝67と、スプール弁孔14にお
ける第２の環状制御溝48とが互いに接続される。さら
に、制御スプール15の環状制御溝68と、スプール弁孔14
の環状制御溝43とが互いに接続される。ポンプケーシン
グ21Aの孔76及び77は、圧力媒体開口87及び88を介して
環状溝45に接続されていて、孔49を介して袋孔50に接続
されている。この袋孔50は、半径方向孔53を介して環状
制御溝68の範囲でスプール弁孔14に形成されている。圧
力媒体はこのスプール弁孔14から、環状制御溝43及び半
径方向孔41を介して環状溝31に達し、ここから孔34,36
及び38を介して圧力室25A,26A及び27Aに達する。他方の
圧力室25B,26B及び27Bは、孔35,37及び39を介して環状
溝32に接続されている。この環状溝32から、半径方向孔
42が、底部62と制御スプール15の端部との間の範囲でス
プール弁孔14に通じている。制御スプールの袋孔70及び
孔69を介して圧力媒体は環状制御溝67に達する。この環
状制御溝67は、前述のように第２の環状制御溝48に接続
されている。この第２の環状制御溝48から、半径方向孔
47及び環状溝46を介して、圧力媒体開口85及び86への接
続及びひいては孔74及び75への接続が形成される。

電磁石72が励磁されない状態では、制御スプール15は
圧縮コイルばね71の作用によってその（左側の）中立位
置に移動する。この中立位置で環状制御溝43は制御スプ
ール15によって一方側が閉鎖される。それと同時に制御
スプール15の環状制御溝67もスプール弁孔14の壁部によ
って一方側が閉鎖されている。これによって圧力室25A
〜27A及び25B〜27Bは同様に一方側が閉鎖される。付加
的にスプール弁孔14の第２の環状制御溝48と、制御スプ
ール15の環状制御溝68とは互いに接続されている。ポン
プケーシング21Aの２つの孔74及び75は、これによって
それぞれ互いに接続されるか、若しくは４つのすべての
孔74〜77が２つの環状制御溝48及び68を介して短絡され
る。

装置の運転中にカムシャフトを相対回転させるために
カムシャフトが駆動されると、このカムシャフトと一緒
にポンプケーシング21Aも回転し、さらにこのポンプケ
ーシング21A内に配置された孔74〜77及び対応するボー
ルピストン78〜81も一緒に回転する。このボールピスト
ン78〜81は、定置のポンプカバー83に取り付けられたカ
ムリング82で支えられているので、このカムリング82は
上下運動（吸込み及び圧縮行程）を行なう。ボールピス
トン80及び81の吸込み行程時（半径方向外側の運動）及
び切換え位置IIに存在する制御弁13若しくは制御スプー
ル15において、孔76及び77には、開放した逆止弁51を介
して室52からカムシャフト10内の縦方向孔11を介して圧
力が供給される。圧縮行程時にボールピストン78及び79
は逆止弁51を閉鎖する。それに応じて２つの別の孔74及
び75は、吸込み行程時に開放する逆止弁64を介して圧力
媒体で満たされる（制御スプール15若しくは制御弁13の
切換え位置IIにおいて）。制御弁13（制御スプール15）
がその中立位置Ｉにある時には、前述のように、４つの
孔74〜77は短絡される。この時に、４つの孔の間で圧力
媒体のほとんど無圧の往復ポンピングが行なわれる。し
かしながら逆止弁51を介して、この制御スプール15の中
立位置Ｉでも、漏れ損失に基づく損失圧力媒体が補償さ
れる。

回転ピストンアクチュエータ17及び駆動歯車24を互い
に相対的に回転させるために、電磁石が制御されて、図
４のａ〜ｅに示されているように、制御弁13は制御スプ
ール15の切換え位置IIに移動せしめられる。

図４のａは、孔74〜77とボールピストン78〜81とによ
って形成されている４つの個別のポンプI a,I b,II a,I
I bの送出し流の特性曲線を示す。孔74及び75とボール
ピストン78及び79とによって形成されている２つのポン
プI a及びI bは、常に互いに接続されていて、圧力室25
B〜27Bを負荷する。同様に常に互いに接続されている２
つの個別のポンプII a及びII bは、相応に２つの他方の
孔76及び77とボールピストン80及び81とによって形成さ
れていて、圧力室25A〜27Aを負荷する。

ポンプケーシング21Aの回転（360゜）に亘っての送出
し流の経過特性曲線が示されていて、この特性曲線は、
個別のポンプI aの容積流の通過がゼロである場合に、
つまりボールピストン78の上死点で始まっている。他方
の３つのポンプI b,II a,II bは、それぞれ段階が90゜
ずらされている。つまり、図３に示した回転位置からポ
ンプI bは吸込み行程を行ない、ポンプII aは下死点に
あって、ポンプII bは圧縮行程を行なう。

カムシャフト10を“早め”の回転位置にもたらすため
に、つまり早めの弁操作を行なうために、回転ピストン
アクチュエータ17を駆動歯車24に対して回転方向（ここ
では時計周り）で回転させなければならない。このため
には、圧力室25B〜27B内の圧力が、圧力室25A〜27A内の
圧力よりも大きくなければならない。圧力面が同じであ
る場合には、回転ピストンアクチュエータ17の相対回転
が得られる。このために、圧力室25A〜27A若しくは25B
〜27B内の圧力比が補償されて、２つのポンプI a及びI
bの送出し容積の合計がポジティブであって（圧縮段
階）、他方の２つのポンプII a及びII bがネガティブで
ある（吸込み行程）場合に、制御弁13（図４のａでは概
略的に4/2行程弁として示されている）は、電磁石72を
介して所定の時間だけ中立位置Ｉからその切換え位置II
に調節される。この送出し状態は、図4aに示した送出し
流経過曲線の例で、45゜〜225゜の回転角度範囲で得ら
れる。

図４のｂでは、電磁石13の相応の制御状態が示されて
いる。この電磁石13は、個別のポンプI a及びI bの容積
流の合計がポジティブである時に、つまり送出された容
積流が吸い込まれた容積流よりも多くなると、カムシャ
フトを調節するために“早め”の回転位置に作動せしめ
られる、つまり電流が流される。従ってこの制御はポン
プI aの45゜の回転角度において開始される。この位置
においてポンプI aが送出した容積は、ポンプI bの吸い
込んだ容積と同じである。ポンプII aの吸込み容積とポ
ンプII bの圧縮容積とは、この回転位置において同様に
ゼロである。制御装置73を介しての電磁石72の制御は、
２つのポンプI a及びI b（個別のポンプI aの回転角度9
0゜〜180゜）の圧縮段階を介して維持され、容積流の合
計がネガティブになるまで続けられる。このネガティブ
な合計の容積流は、ポンプI aの225゜の回転角度におい
て開始される。この回転角度後に、ポンプI aの吸い込
まれた容積は、ポンプI bの吸い込まれた容積よりも大
きい。この全回転範囲（45゜〜225゜）に亘って、個別
のピストンII a及びII bの合計容積流はネガティブであ
る。

電磁石72を制御することによって制御弁13はその切換
え位置IIにもたらされるので、圧力室25B〜27Bは個別の
ピストンI a及びI bの合計の容積流によって負荷され
る。それと同時に圧力室25A〜27Aは個別のピストンII a
及びII bに接続される。しかしながらその合計容積流は
ネガティブである、つまり圧力媒体が吸い込まれる。従
って回転ピストンアクチュエータ17は駆動歯車24に対し
て相対的に時計周り方向で、つまりカムシャフト10の
“早め”の方向に回転せしめられる。

カムシャフト10を“遅め”の回転位置に調節するため
に、それに応じて圧力室25A〜27Aが圧力によって負荷さ
れる。このために、図４のｃに示されているように、２
つのポンプII a及びII bの合計容積流がポンプI a及びI
bの合計容積流よりも大きい場合に、電磁石72が制御装
置73によって制御される。これは、ポンプI a及びI bの
回転角度が225゜〜405゜若しくは45゜の間にある場合に
そうである。

カムシャフト10を調節された回転位置（これが回転ピ
ストンアクチュエータ17の終端位置に相当する場合で
も）で保持するために、電磁石７はで接続されるので、
制御弁13はその中立位置にもたらされる（図４のｄ）。

この中立位置Ｉにおいて圧力室25A〜27A及び25B〜27Bは
一方側が閉鎖される。つまり回転ピストンアクチュエー
タ17が液圧的にロックされる。

電磁石72の制御は制御装置73を介して行なわれる。こ
の制御装置73は、図示していいない角度センサを介して
カムシャフト10の実際−段階位置を検出し、この実際−
段階位置を所定の目標値と比較して、瞬間的なポンプ位
置を考慮して周期的なパルス信号を生ぜしめる。この信
号もしくは制御は、カムシャフトの所望の位置に応じ
て、それぞれ所属の角度範囲で相前後して配置された多
数のパルスで行なわれる。またこの信号若しくは制御
を、比較的小さい調節範囲若しくは修正範囲において最
大可能な角度範囲の部分範囲だけに亘って生ぜしめるこ
とも可能である。

“遅め”の方向でのカムシャフト10の調節は、運転状
態でリアクショントルクによって補助される。このリア
クショントルクはカム操作に基づいて行なわれる。“遅
め”の回転位置方向でのカムシャフトの調節は、このリ
アクショントルクに基づいても行なうことができる。こ
のリアクショントルクの作用によって運転状態で回転ピ
ストンアクチュエータ17のわずかな漏れ損失生じるの
で、この回転ピストンアクチュエータ17は相応に回転せ
しめられる。調節が必要ない場合に、この漏れ損失を補
償するために、電磁石72（図４のａに例として示されて
いる）は、一般に早め調節段階（個別のポンプI aの45
゜と225゜との間の角度範囲）で短い切換え信号によっ
て制御される。これによって回転ピストンアクチュエー
タ17の後補充モーション（follow−up motion）が行な
われる。

図示の実施例に、さらに別の個別のポンプ配置及び制
御弁の相応の制御も可能である。この場合、圧力室25A
〜27A若しくは25B〜27Bに対する個別のポンプの周期的
な配置関係の基本原則は維持される。この場合に、圧力
室25A〜27A若しくは25B〜27Bに対して個別ポンプを定置
に配置した種々異なる配置が可能である。各個別のポン
プは、調節方向に作用する圧力室25A〜27A又は25B〜27B
だけを負荷する。この場合に弁は、前記実施例において
説明したように、中立位置Ｉで圧力室の一方側を閉鎖す
るように構成されている。これによって回転ピストンア
クチュエータは、前記のように、場合によっては生じる
漏れ損失の作用は除いて、液圧式にロックされる。

ａ）最も簡単な場合では、それぞれ１つの（球状の）ピ
ストンを備えた互いに向き合う２つの個別のポンプが使
用される。各個別のポンプには、調節方向に働く圧力室
25A〜27A若しくは27B〜28Bが定置に配属されている。こ
れについては、図５（図５のａ〜ｅ、図４のａ〜ｅと同
様の）に示された、容積流の概略図及び電磁弁72若しく
は制御弁13の制御の概略図が参照される。制御弁13は、
この図５では4/2行程弁として示されていて、中立位置
Ｉ（電磁石72に電流が流されていない）で、２つの個別
のポンプI c及びII cを短絡すると同時に、圧力室例え
ば25A〜27A若しくは25B〜27Bを遮断する。制御弁13の切
換え位置IIでは、いわゆる“早めに調節されるポンプ”
（個別個別のポンプI c）が、正圧負荷においてカムシ
ャフト10を早めに調節するように働く圧力室（例えば圧
力室25B〜27B）に接続され、いわゆる“遅めに調節され
るポンプ”（個別のポンプII c）が、正圧負荷において
遅め調節に働く圧力室（例えば圧力室25A〜27A）に接続
される。

２つの個別のポンプI c及びII cの容積流の特性曲線
は図５のａに示されている。この図５のａにおいては、
実線で個別のポンプI c（早めに調節されるポンプ）が
示されていて、破線で個別のポンプII c（遅めに調節されるポンプ）
の容積流特性曲線が示されている。電磁石72の制御及び
ひいては制御弁13の制御は、下側に図示された４つの切
換え位置において示されている。図５のｂに示された電
磁石の第１の制御は、早めの調節位置を示し、図５のｃ
に示された第２の制御は、遅めの調節位置（漏れなし）
を示す。早めの調節を行なうために、相応の圧力室（例
えば25B〜27B）は個別のポンプI cの圧縮段階で調節さ
れる（０゜〜180゜）。他方の圧力室（例えば25A〜27
A）はこれによって吸込み段階中に同時に個別のポンプI
I cに接続される。所望の位置において電磁石72は調節
方向に応じて、線図で示された所定の時間で制御されな
ければならない。つまり、個別のポンプI cが０゜〜180
゜の角度範囲で制御される場合においては早めの調節が
行なわれ、180゜〜360゜の角度範囲で制御される場合に
は遅めの調節が行なわれる。この場合の角度範囲は、角
度０゜が個別のポンプI cの上死点に相当するように規
定される。これによってこの角度は、個別のポンプI c
の圧縮段階の開始に相当する。電磁石72が励磁された状
態（制御弁13の中立位置Ｉ、図５のｄ参照）においては
調節は行なわれず、ポンプは短絡され、入力なしで相互
に充填し合う（摩擦損失及び漏れ損失は度外視して）。

調節装置及びオイル供給装置内での漏れ損失を補償す
るために、電磁石72（制御弁13）は短い制御パルスによ
って、調整のずれに抗するように作用する段階（原則と
して早めの調節段階）で制御される。生じた漏れ量の後
補充は、２つの逆止弁51,64によってエンジンオイル回
路から行なわれる（図５のｅ）。

ｂ）個別のポンプを４つ備えたポンプの構成において
は、行程運動は楕円形のカムリングを介して行なうこと
もできる。この楕円形のカムリングは、各ピストンの１
回転毎に各ポンプのそれぞれ１回のダブル行程運動を生
ぜしめる。しかしながらこの場合には、それぞれ180゜
互いにずらして配置された個別のポンプが組み合わされ
る。このようなそれぞれ180゜互いにずらして配置され
た個別のポンプは“早めに調節されるポンプ”として働
き、他方の個別のポンプは“遅めに調節されるポンプ”
として働く。制御は、図５のａ〜図５のｅに示された概
略的な線図に従って行なわれる。

ｃ）前記ａ）で説明した原理に従って構成されたポンプ
において４つのピストンが相前後して（軸方向で）、互
いに180゜ずらして配置されている。これらの４つのポ
ンプは、同様に相前後して配置され、180゜ずらして偏
心的に配置された円形の偏心行程カムリング（２列式の
ポンプ）によって駆動される。この場合に、各ポンプ列
のそれぞれ180゜ずらして配置された個別のポンプがま
とめられるので、これらのポンプは同一段階で作業して
同じ作業圧を負荷する。制御は、同様に図５のａ〜図５
のｅに示した概略的な線図に従って行なわれる。

内燃機関のカムシャフトを相対的に回転させるための
前記装置の基本的な利点は、減少制御（de−activatio
n）の原理に従って作業する液圧式の解決策に比較し
て、消費エネルギが非常に少ないという点にある。この
装置においては調節作業中にだけエネルギが必要であ
る。吸込みを絞ったポンプによってカムシャフトを相対
的に回転させるための装置に比較して、ノイズに関して
明確な利点が得られる。何故ならば、ピストン若しくは
球ピストンはカムに対して連続的に接触するからであ
る。このような形式の装置においてはオイル消費若しく
はオイル損失は、漏れ損失に限定される。何故ならば、
回転ピストンアクチュエータによって押し退けられるオ
イル量が個別のポンプによって再び吸い込まれるからで
ある。回転ピストンアクチュエータは非作業位置（電磁
石の非励磁状態、制御弁の中立位置Ｉ）において液圧式
にロックされ、制御によるずれが“強制的に”生じるこ
とはない。前記ａ）で説明した、２つの個別のポンプI
c及びII cを備えたポンプ21の構成においては、直径方
向で互いに向き合って配置された２つのシリンダ孔によ
って、ポンプの非常に簡単な構造が得られる。これに対
して図１〜図３に示したポンプ21は、個別のポンプのが
寸法が同じでカムリングが簡単な輪郭を有している場合
に、ファクターだけ増大された供給容積を有している。前記ｂ）で説明
した、４つの個別ピストンと楕円形のカムリングとを備
えたポンプの構成においては、ファクター４だけ増大さ
れた送出し容積及び、直径方向で同時に働くポンプ力を
補償することによる横方向力が作用しないカムシャフト
端部が得られる。前記ｃ）で説明した構成は、前記ａ）
で説明した構成に対して、ファクター２だけ増大された
送出し容積及び、同様に横方向力が作用しないカムシャ
フト端部を有している。

前述の実施例とは異なって、各個別のポンプに対して
それぞれ圧力室を固定せずにそれぞれ対応配置すること
も可能である。規定された調節のために必要とされる段
階及び方向に応じた配属は、制御弁13′を介して行なわ
れる。制御弁13′は同様に4/行程弁として構成されてい
て、その制御スプール15′は、圧縮コイルばね71のばね
作用に抗して電磁石72によってその中立位置Ｉから切換
え位置IIに切換えられる。制御スプール15′は、４つの
接続部ａ〜ｄのうちの接続部ａ及びｂ若しくは接続部ｂ
及びｃが中立位置Ｉに接続されるように構成されてい
る。これに対して切換え位置IIにおいては、接続部ａ及
びｃ並びに接続部ｂ及びｄが互いに接続されている。接
続部ｃは、回転ピストンアクチュエータ17の圧力室（例
えば25B〜27B）に接続されており、これらの圧力室は、
正の圧力負荷においてカムシャフトを早めに調節するよ
うに作用する。接続部ｄは、回転ピストンアクチュエー
タのその他の圧力室（例えば25A〜27A）に接続されてお
り、これらの圧力室は、正の圧力負荷においてカムシャ
フトを遅めに調節するように作用する。図６のａに示し
た容積流特性曲線においては、ポンプは２つの個別のポ
ンプIII a及びIV aから組み立てられている。これらの
個別のポンプIII a若しくはIV aは180゜ずらして配置さ
れていて、偏心的な円形のカムリングと協働する。ポン
プIII aはこの場合に、制御弁13Aの接続部ａと接続さ
れ、一方、ポンプIV aは制御弁13Aの接続部ｂに接続さ
れている。

カムシャフトを早めに調節するために（図６のｂ）、
電磁石72は個別のポンプIII aの圧縮段階で制御される
（０゜〜180゜）。この段階では別の個別のポンプIV a
が吸込み段階に位置している。電磁石72を制御すること
によって、制御弁13′はその切換え位置IIにもたらされ
る。この切換え位置IIで個別のポンプIII aは、制御弁1
3′の接続部ａを介して接続部ｃに接続され、これによ
って、早めの調節を行なうように負荷される圧力室（例
えば25B〜27B）に接続される。それと同時に個別のポン
プIV aは制御弁13′び接続部ｂ及びｄを介して他方の圧
力室（25A〜27A）に接続されている。180゜と360゜との
間の角度範囲（個別のポンプIII aの吸込み段階）で、
電磁石72は無電流で接続される。これによって制御弁1
3′の制御スプール15′はその中立位置Ｉに移動するの
で、早めの調節のために負荷される圧力室（例えば25B
〜27B）は個別のポンプIV aによって負荷される。この
状態で個別のポンプIV aはその圧縮段階にある。圧力室
（例えば25A〜27A）は、吸込み段階にある個別のポンプ
III aによって負荷される。これによってそれぞれ一方
方向に働く圧力室は常に圧力によって負荷され、一方他
方の圧力室は、その吸込み段階に存在する個別のポンプ
に常に接続されている。

カムシャフトの遅めの調節（図６のｃ）のためには、
電磁石72の制御は正確に反対向きに行なわれる。つまり
電磁石72は個別のポンプIII aの圧縮段階で無電流で接
続され、個別のポンプIII aの吸込み段階で電流によっ
て負荷される。

このようなポンプ配置及び弁の構成においては、回転
ピストンアクチュエータの液圧式のロックは不可能であ
る。この場合、電磁石72の制御は、回転ピストンアクチ
ュエータが所望の目標位置を中心にして往復運動するよ
うに選定されている。この場合の電磁石の制御は、図６
のｄ及び図６のｅに示したように行なわれる。図のｄで
は、回転ピストンアクチュエータ若しくはカムシャフト
の保持段階は、完全な角度範囲（０゜〜360゜）毎の制
御パルスによって得られる。この場合の制御は、90゜〜
270゜の間の角度範囲で行なわれる。270゜と450゜若し
くは90゜との間の角度範囲では電磁石72は無電流で接続
される。

このような形式の電磁石の制御によって勿論、大きい
調整ずれが生じることになる。このような大きい調整ず
れを小さくするために、電磁石72は、図６のｅに示され
ているように、短い制御パルスによって制御される。こ
の際に、個別のポンプの完全な１回転に亘って分配され
た多数の制御パルスが電磁石72に与えられるので、カム
シャフトの調整ずれとは反対に作用する。各制御パルス
の時間的な連続及び時間は有利には、それぞれ個別のポ
ンプの圧縮段階及び吸込み段階で同じであるように設定
されている。

前記実施例と同様に、ポンプを、それぞれ互いに90゜
ずらして配置された４つの個別のポンプIII b,III,IV b
及びIV cより構成してもよい。このような４つの個別の
ポンプより構成されたポンプの送出し流特性曲線が図７
のａに示されている。この場合に、２つの個別のポンプ
III b及びIII cは、制御弁13′の接続部に接続されてお
り、２つの別の個別のポンプIV b及びIV cは相応に接続
部ｂに接続されている。電磁石72の制御は図７のｂ〜図
７のｅに示されていて、図７のｃは相応にカムシャフト
の遅めの調節のための制御を示しており、また図７のｄ
及び図７のｅは保持段階における電磁石の制御を示して
いる。

早めの調節のためには、45゜〜225゜の間の角度範囲
における電磁石の制御が行なわれる。225゜〜405゜若し
くは45゜の角度範囲に亘って、電磁石72はで接続され
る。45゜の回転角度において、個別のポンプIII bは圧
縮段階にあって、これに接続された個別のポンプIII c
は吸込み段階にある。個別のポンプIII cの吸込み容積
及び個別のポンプIII bの圧縮容積は、この瞬間にゼロ
に補償し合う。

これと同じことは、個別のポンプIV b及びIV cにも当
てはまる。この場合には、個別のポンプIV cはその圧縮
段階にあって、個別のポンプIV bはその吸込み段階にあ
る。制御は、図４のｂに示したのと同様に、個別のポン
プIII b及びIII cの容積流の合計が正（ポジティブ）で
ある時間だけ及びそれと同時に個別のポンプIV b及びIV
cの容積流の合計が負（ネガティブ）である時間だけ行
なわれる。それぞれ互いに接続された２つの個別のポン
プの容積流の合計のサインが逆転すると（個別のポンプ
III bの回転角度225゜において）、電磁石72は無電流で
接続されるので、制御弁13′はその中立位置Ｉに移動せ
しめられる。この中立位置Ｉにおいて、各圧力室に対す
る配属は、前述のように入れ替えられるので、調節がさ
らに行なわれる。

カムシャフトの遅めの調節のためには、図７のｃに従
って、電磁石の制御が精確に逆に行なわれる。つまり電
磁石は45゜と225゜との間の角度範囲で無電流となり、
また225゜と405゜若しくは45゜との間の角度範囲で制御
される。

カムシャフトの保持段階のためには、前記実施例にお
けるように、大きい調整ずれ（図７のｄ）を伴なう制御
及び小さい調整ずれ（図７のｅ）のための制御が可能で
ある。図７のｄに従った制御においては、各制御パルス
が135゜と305゜との間の角度範囲で電磁石に与えられ
る。制御は、回転ピストンアクチュエータがその目標位
置を中心にして振り子運動することによって行なわれ
る。図７のｅに従う制御においては、多数の短い制御パ
ルスが角度範囲に亘って分配されているので、カムシャ
フト若しくは回転ピストンアクチュエータの、目標位置
からの調整ずれが修正される。この場合の制御は、調整
ずれの修正が目標位置を越えて行なわれ、この場合に、
目標位置を中心にして小さい幅で振動する“振り子位
置”が調節される。

前記実施例と同様に、楕円形のカムリング、若しくは
それぞれ180゜ずらされ軸方向で互いに向き合って配置
された２つの個別のポンプ（２列のポンプ）を有するポ
ンプのも可能である。個別のポンプの制御は、相応の配
置において、図６に示した線図に従って行なわれる。

圧力室に対して個別のポンプを相互に配置したカムシ
ャフトを調節するための装置の、一番最後に記載した実
施例は、供給及び調節するためのポンプの１回転が、そ
れぞれ供給する個別のポンプとは無関係であるという利
点を有している。これによって、寸法が同じ場合に、図
１〜図５に示した構成のものに比較して２倍早い調節が
得られる。目標位置からの調整ずれは、高速作動する電
磁石によって小さく維持される。

電磁石72の制御は、この実施例においても電子制御装
置を介して行なわれる。この電子制御装置は、カムシャ
フトの実際−段階位置を角度センサを介して検出して、
目標値と比較し、その都度の瞬間的なポンプ位置を考慮
しながら、周期的に対応配置されたパルス信号を発生す
る。オイル供給は、カムシャフト中央の縦孔11及び逆止
弁64によって行なわれる。無電流のつまり電流の供給さ
れていない電磁弁においては所望の遅めの調節は、伝達
されたトルクに基づく漏れによって及び、逆止弁51によ
って供給された、遅め調節側に働くエンジンオイル圧を
介して付加的に得られる。

調節装置（回転ピストンアクチュエータ）、ポンプ、
電磁石を備えた制御弁を備えた調節装置全体は、あらか
じめ組み立て可能なユニットとしてコンパクトに構成す
ることができ、次のようなインターフェースを有してい
る：カムシャフトにおけるねじ込み及びセンタリング；簡単なつめカップリング（claw coupling）又はこれ
と類似のものを介してのポンプカム（カムリング）の支
持、及び電磁弁の定置の磁石におけるな電気的な接続。

カムシャフトを回転させるための若しくは圧力室を制
御するための装置を制御するための前記方法は、ここで
記載した回転ピストンアクチュエータに限定されるもの
ではない。この方法は、スライディングスリーブ若しく
は調節シリンダを備えたカムシャフトを調節するための
装置のためにも適している。この場合には、それぞれ逆
向きに働く圧力室は同じ容積を有していなければならな
い。

このような制御方法及び、シャフトを回転させるため
の前記装置は、個別のポンプのための例えば液圧式に操
作可能な噴射ポンプにおいても使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者メンドレ，ヨハンドイツ連邦共和国Ｄ―85457 ヴェールトヨルハンシュトラーセ 20 (56)参考文献特開平１−92504（ＪＰ，Ａ) 実開平４−107414（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 1/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のカムシャフト（10）を、このカ
ムシャフト（10）に回転可能に配置された駆動歯車（2
4）に対して相対的に回転させる装置を制御するための
方法であって、調節部材（17）が設けられていて、この
調節部材（17）は、圧力負荷時にこの調節部材（17）に
作用する少なくとも２つの圧力室（25A〜27B,25B〜27
B）を備えており、ポンプ（21）と、このポンプ（21）
を調節部材（17）に接続する制御弁（13,13′）とが設
けられている形式のものにおいて、前記制御弁（13,13′）が、前記ポンプ（21）をその吸
込み行程若しくは圧縮行程に応じて調節部材（17）のそ
れぞれ１つの圧力室（25A〜27A,25B〜27B）に接続し、
この際に、前記調節部材（17）の調節運動のために、前
記圧力室（25A〜27A,25B〜27B）を制御弁（13,13′）を
介してポンプ（21）に接続し、これによって、少なくと
も１つの圧力室（25A〜27A,25B〜27B）を前記ポンプ（2
1）の吸込み行程中にこのポンプ（21）に接続するよう
にし、ポンプ（21）の圧縮行程中に、逆向きに調節部材
（17）に作用する他方の圧力室（25B〜27B,25A〜27A）
をこのポンプ（21）に接続するようにした、内燃機関の
シャフトを相対的に回転させる装置を制御するための方
法。
【請求項２】調節部材（17）の定置位置において、ポン
プ（21）と調節部材（17）との間の接続を制御弁（13,1
3′）によって中断する、請求項１記載の方法。
【請求項３】調節部材（17）の定置位置を、圧力室（25
A〜27A,25B〜27B）を周期的に逆向きに負荷することに
よって調節する、請求項１記載の方法。
【請求項４】ポンプ（21）を、段階をずらして作業する
少なくとも２つの個別のポンプ（I a,I b,II a,II b,I
c,II c,III a,IV a,III b,III c,IV b,IV c）から組み
立て、これらの個別のポンプを、制御弁（13,13′）の
所定の切換え位置で種々異なる圧力室（25A〜27A,25B〜
27B）に接続する、請求項１から３までのいずれか１項
記載の方法。
【請求項５】ポンプ（21）を、段階をずらして作業する
少なくとも３つの個別のポンプ（I a,I b,II a,II b,II
I b,III c,IV b,IV c）より構成し、これら３つのポン
プを、常に接続されている個別のポンプ（I a,I b,II
a,II b,III b,III c,IV b,IV c）より形成された２つの
集合ポンプに接続し、少なくとも１つの圧力室が、吸込
み行程中の集合ポンプに接続され、これに対して少なく
とも１つの別の圧力室が圧縮段階中の別の集合ポンプに
接続されるように、調節部材（17）を調節するために圧
力室（25A〜27A,25B〜27B）を制御弁（13,13′）を介し
てポンプに接続するようにした、請求項１から３までの
いずれか１項記載の方法。
【請求項６】調節部材（17）に少なくとも４つの圧力室
（25A〜27A,25B〜27B）を設け、これらの圧力室を、圧
力負荷時に調節部材（17）において共通の作用方向を有
する２つの圧力室のグループが形成されるように、制御
弁（13,13′）に接続する、請求項１から５までのいず
れか１項記載の方法。
【請求項７】内燃機関のカムシャフト（10）を、このカ
ムシャフト（10）に配置された駆動歯車（24）に対して
相対的に回転させるための装置であって、前記駆動歯車
（24）は、圧力媒体を低圧回路から内燃機関に供給して
この圧力媒体を制御弁（13,13′）を介してカムシャフ
ト（10）を回転させる調節部材（17）にガイドする流体
静力学的なポンプ（21）を駆動するようになっており、
前記調節部材（17）は、圧力負荷時に逆向きに調節部材
（17）に作用する少なくとも２つの圧力室（25A〜27A,2
5B〜27B）を備えている形式のものにおいて、調節部材（17）が、カムシャフト（10）の駆動歯車（2
4）内に配置されていて、回転ピストンアクチュエータ
として構成されており、該アクチュエータのハブが、制
御弁（13,13′）の真ん中に配置された中央のケーシン
グ（13A）に回転可能に配置されており、液圧式のポン
プ（21）のロータ（21A）が、前記回転ピストンアクチ
ュエータ（17）に対して同軸的に、かつ、カムシャフト
（10）よって駆動されるようになっていることを特徴と
する、内燃機関のシャフトを相対的に回転させるための
装置。
【請求項８】液圧式のポンプ（21）がラジアルピストン
ポンプとして構成されている、請求項７記載の装置。
【請求項９】ポンプ（21）のケーシング（2A）がカムシ
ャフト（10）に相対回動不能に結合されている、請求項
７及び又は８記載の装置。
【請求項１０】制御弁（13,13′）が電磁石式に作動さ
れる弁として構成されており、該弁の電磁石（72）が、
センサによって影響を受けるエレクトロニクス（73）に
よって制御されて、制御弁（13,13′）の制御スプール
（15,15′）に作用するようになっていて、この制御ス
プール（15,15′）は、弁ケーシング（13A）内のスプー
ル弁孔（15）内で滑動ガイドされている、請求項７から
９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】制御弁（13,13′）が4/2行程弁として構
成されている、請求項７から10までのいずれか１項記載
の装置。
【請求項１２】調節部材（17）が、少なくとも２つのベ
ーン（18,19,20）を備えた回転ピストンアクチュエータ
より構成されており、これらのベーンは圧力室（25A〜2
7A,25B〜27B）を介して負荷されるようになっており、
これらの圧力室は、調節部材（17）内、弁ケーシング
（13A）内及びポンプ（21）内に形成された通路及び孔
（34〜39,41〜43,45〜50,53,67から70,85から88）を介
して負荷可能若しくは放圧可能である、請求項７から11
までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】ポンプ（21）が、段階をずらして作用す
る少なくとも２つのポンプ作業室（74〜77）を備えたラ
ジアルピストンポンプとして構成されている、請求項７
から12までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】ラジアルピストンポンプ（21）が、それ
ぞれ互いに90゜ずらして配置された４つのポンプ作業室
（74〜77）を有している、請求項13の装置。
【請求項１５】ラジアルピストンポンプ（21）が、２列
式のポンプとして構成されている、請求項13又は14記載
の装置。
【請求項１６】ポンプ（21）のインレット及びアウトレ
ット制御が、段階に基づいて吸込みサイクル及び送出し
サイクルを規定する、制御弁（13,13′）を制御するこ
とによって行なわれる、請求項７から15までのいずれか
１項記載の装置。
【請求項１７】カムリング（82）が楕円形のカム曲線を
有している、請求項７から16までのいずれか１項記載の
装置。
【請求項１８】カムリング（82）が、カムシャフト（1
0）の軸線に対して偏心的な円形軌道に沿って延びてい
る、請求項７から16までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】ポンプケーシング（21A）の内側と弁ケ
ーシング（13A）との間にスリーブ（54）が配置されて
おり、このスリーブ（54）内に、ポンプ（21）のため
の、制御弁（13,13′）に接続された供給開口及び導出
開口（85〜88）が配置されている、請求項７から18まで
のいずれか１項記載の装置。