JP3532952B2 - 内燃機関のガス交換弁を制御する制御軸の回動位置を変化させる装置 - Google Patents

内燃機関のガス交換弁を制御する制御軸の回動位置を変化させる装置

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，内燃機関のガス交換弁
を制御する回転駆動される制御軸の，この制御軸を駆動
する駆動軸の回動位置に対する回動位置を変化させる装
置であって，該駆動軸は，それと同期して駆動され，は
す歯を有している駆動部分を有し，この駆動部分のはす
歯は制御軸と同期して回転する被駆動部分のはす歯とか
み合っており，駆動部分と被駆動部分とは，それらの一
方に対して相対的にそれらの一方の軸線を中心として回
転可能かつ軸方向に移動不能である結合部分によって，
互いに相対的に調節可能であり，該結合部分は内燃機関
の運転パラメータに関連して制御される電気モータによ
って操作されるようになっている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開 31 46 6
13 号によって公知であるこのような形式の装置におい
ては，互いに平行な２つの制御軸を駆動するために，そ
れぞれ１つの駆動車が設けられており，これらの駆動車
はそれぞれはす歯を有しており，このはす歯を伝達部分
の相応するはす歯にかみ合わせている。この伝達部分は
歯車として構成されていて，ボスを有しており，このボ
スの孔の内周面には内キー歯が設けられており，この内
キー歯は制御軸の端部の外キー歯にかみ合わされてい
て，互いに相対的に軸方向に移動可能かつ回動不能であ
る。伝達部分を軸方向に移動させるために，伝達部分は
スリーブと連結されており，このスリーブは外周面に軸
方向のラック歯を有しており，このラック歯に調節軸の
ピニオンが係合しており，調節軸自体はウォーム歯を介
して電気モータと連結されている。この場合伝達部分の
歯車は駆動車よりも著しく厚く構成されており，したが
って，伝達部分は制御軸端部の外キー歯に沿って軸方向
に移動するにもかかわらず，駆動車と常にかみ合ってい
る。伝達部分が軸方向に移動する際に伝達部分の回動位
置が変化し，これによって制御軸の回動位置が駆動車の
回動位置に対して変化する。
【０００３】この公知の装置は各制御軸のためにそれぞ
れ１つの電気モータを必要とする。この装置は極めて高
価な構造になっており，内燃機関ブロックに固定された
駆動装置を機関ブロックとクランク軸によって駆動され
る外側の駆動車との間に設けなければならない。駆動車
及びこれを駆動する歯車はいずれもはす歯を必要とし，
したがって使用する歯車にも高価な費用をかけなければ
ならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は，わず
かな伝達部材で簡単に制御軸の回動位置を変化させ得る
ようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に，本発明の構成では請求項１に記載したように，最初
に記載した形式の装置において，電気モータがねじスピ
ンドルを駆動し，このねじスピンドルにはねじスリーブ
が回動を防止されてねじはめられており，このねじスリ
ーブが結合部分に連結されているようにした。
【０００６】
【発明の効果】このような構成によって本発明の課題が
解決され，しかもたんに１つのわずかな出力の小型電気
モータを使用することができる。
【０００７】請求項２の実施態様では，伝達レバーによ
って調節力若しくは調節移動距離が所望の程度に増幅さ
れ，調節率及び調節量を調整することができる。請求項
３の実施態様では，調節率及び調節量は，２腕レバーの
レバー腕比若しくはてこ腕比を選択することによって，
簡単に調整することができる。請求項４の実施態様で
は，不動の支承ピンと旋回軸ピンとの間の支持レバーに
よって，わずかな調節力でねじスリーブをねじスピンド
ルに沿って大きな距離にわたって調節移動させることが
できる。
【０００８】請求項７の実施態様では，電気モータ並び
にねじスピンドルは，わずかな所要スペースでかつ容易
にアプローチ可能に，制御軸の端部に対して直角に配置
される。請求項８の実施態様では，通常の機械部品によ
って伝達レバーと被駆動部分とが調節結合される。請求
項９の実施態様では，この調節結合部は簡単にかつわず
かな所要スペースで構成される。請求項１０及び請求項
１１の実施態様では，たんに１つの電気モータによっ
て，複数の制御軸をわずかな費用で調節することもでき
る。この場合においても，伝達レバーは，小型の電気モ
ータの使用について有利に作用する。請求項１３の実施
態様では，非常運転のために第２の電気モータが設けら
れ，この第２の電気モータは第１の電気モータが故障し
た場合に使用することができる。請求項１４の実施態様
では，電気モータがスイッチ・オフされた場合にカム軸
が出発位置に戻される。
【０００９】
【実施例】以下においては図面に示した実施例に基づい
て本発明の構成を具体的に説明する。
【００１０】図１には，図示されていない内燃機関の制
御軸であるカム軸１の端部が断面して示されており，こ
のカム軸１によって，内燃機関のガス交換弁が制御され
る。カム軸１は内燃機関のケーシング２内で図示されて
いない軸受けによって支承されている。カム軸１を駆動
するために，カム軸１はフランジ３を有しており，この
フランジ３の端面４から軸方向に，カム軸１の軸線に対
して同軸的な段孔（５・６）が形成されている。端面４
に接している直径の大きい段孔部分５と直径の小さい段
孔部分６との間の移行部には平らな段面７が形成されて
おり，この段面７に，駆動部分として役立つ駆動車９の
ボス８の端面が密着している。駆動車９はその外周に鎖
歯車１０を有しており，この鎖歯車１０は図示されてい
ない駆動鎖とかみ合っている。この駆動鎖は内燃機関の
クランク軸によって，直接的に又は間接的に駆動され，
駆動車９を内燃機関の回転数と同じ回転数で回転させ
る。駆動車９の円板部１１には円周方向に延びる複数の
長孔１２が形成されており，これらの長孔１２をそれぞ
れ１つの案内スリーブ１３が貫通しており，これらの案
内スリーブ１３はフランジ３の端面４に接触していると
ともに，保持リング１４に接触している。ねじボルトが
保持リング１４と案内スリーブ１３とを貫通してフラン
ジ３にねじ込まれており，これによって駆動車９を軸方
向に固定している。しかしながら駆動車９は長孔１２の
長さの範囲内で回動可能である。
【００１１】駆動車９は更にボス８の内孔の壁面に内は
す歯１６を有しており，この内はす歯１６は被駆動部分
１８の外はす歯１７とかみ合っている。被駆動部分１８
は外キー歯２１を備えたピン２０を有しており，この外
キー歯２１は小直径の段孔部分６の内周面に形成されて
いる内キー歯２２とかみ合っており，したがってピン２
０は，カム軸１に対して相対的に，軸方向にしゅう動可
能かつ回動不能である。被駆動部分１８はピン２０に続
いてコップ形部分２４を有しており，このコップ形部分
２４は，その外周面に前述の外はす歯１７を有している
とともに，小直径のピン２０への移行部に平らな環状面
２５を有しており，この環状面２５は終端ストッパとし
ての段面７に接触することができる。
【００１２】コップ形部分２４の底２７は針状ころ軸受
け２８のための平らなレース面として構成されており，
この針状ころ軸受け２８によってディスク２９が軸方向
に支えられている。ディスク２９の，カム軸１とは逆の
側に，カム軸１に対して同軸的な結合ピン３０が結合さ
れており，この結合ピン３０は，コップ形部分２４の内
周面に形成されている内ねじ山３２にねじ込まれている
ねじリング３１の中央開口を貫通している。ねじリング
３１とディスク２９との間にも針状ころ軸受け３３が配
置されている。これによって結合ピン３０は被駆動部分
１８に対して相対的に回動可能かつ軸方向に移動不能で
ある。被駆動部分１８は，結合ピン３０とディスク２９
とによって構成されている結合部分によって，駆動車９
のボス８内で軸方向に移動可能である。この場合被駆動
部分１８のカム軸に対する回動位置は外キー歯２１と内
キー歯２２とによって不変にされているので，被駆動部
分１８が軸方向に移動すると，外はす歯１７と内はす歯
１６とによって，駆動車９がカム軸１に対して相対的
に，長孔１２の長さの範囲内で回動せしめられる。駆動
車９が回動不能である場合には，カム軸１が駆動車９に
対して相対的に回動せしめられる。
【００１３】結合ピン３０を調節移動させるために，結
合ピン３０に軸ピン３４が設けられており，この軸ピン
３４に，２腕の伝達レバー３５の一方の端部が枢着され
ている。この伝達レバー３５はトグルレバー機構３６の
一部である。このトグルレバー機構３６は２つのレバー
部分，すなわち伝達レバー３５と単腕の支持レバー３７
とから構成されており，支持レバー３７はその一方の端
部を伝達レバー３５の両端部の間に設けられた旋回軸ピ
ン３８に枢着されているとともに，他方の端部を不動の
支承軸ピン３９に枢着されている。伝達レバー３５の他
方の端部はねじスリーブ４０の支承軸ピン４７に枢着さ
れており，ねじスリーブ４０はねじスピンドル４１にね
じはめられている。ねじスピンドル４１は電気モータ４
２の一部であって，電気モータ４２から外方に突出して
いるモータ軸４５であるか，あるいは電気モータ４２の
モータ軸４５に結合されているものである。電気モータ
４２は内燃機関のケーシング２の外方にあって，ケーシ
ング２にフランジ結合されており，そのねじスピンドル
４１はケーシング２の開口４３を通ってケーシング２の
内部に突入している。ねじスピンドル４１はカム軸１の
軸線に対してほぼ垂直である。支持レバー３７の不動の
支承軸ピン３９はねじスピンドル４１の軸線上に位置し
ている。更に支承軸ピン３９はカム軸１の軸線上に位置
している。
【００１４】電気モータ４２が駆動されると，トグルレ
バー機構３６によって回動を防止されているねじスリー
ブ４０は，ねじスピンドル４１に沿ってねじスピンドル
４１の軸方向に動いて，伝達レバー３５及び支持レバー
３７を調節し，これによって結合ピン３０を，トグルレ
バー原理に基づきわずかな調節力で大きな調節距離にわ
たって，調節する。要するに，わずかな調節力及びねじ
スリーブ４１のわずかな調節距離によって，結合ピン３
０の大きな調節移動距離を生ぜしめることができ，カム
軸１の駆動車９に対する回動位置を迅速に変化させるこ
とができる。トグルレバー機構３６は２つのトグルレバ
ーを有するものであって，第１のトグルレバーは単腕の
支持レバー３７と，２腕の伝達レバー３５の旋回軸ピン
３８と支承軸ピン４７との間のレバー腕とによって構成
されており，第２のトグルレバーは単腕の支持レバー３
７と，２腕の伝達レバー３５の旋回軸ピン３８と軸ピン
３４との間のレバー腕によって構成されている。
【００１５】伝達レバー３５のレバー腕比を１：１（旋
回軸ピン３８を支承軸ピン４７と軸ピン３４との中間に
設ける）にすると，軸ピン３４はカム軸１の軸線上を移
動する。調節距離の増幅率は，ねじスピンドル４１に対
するねじスリーブ４０の位置を調節することによって，
ある程度調整することができる。また伝達レバー３５の
長さを変えることによっても調節距離の増幅率を調整す
ることができる。
【００１６】伝達レバー３５及び支持レバー３７の長さ
を変えることによって，調節中にねじスリーブ４０が図
１で見て支承軸ピン３９の一方の側から他方の側に変位
するようにすると，結合部分（２９・３０）の調節方向
を逆転することができる。この場合ねじスピンドル４１
は図１に示されているよりも長く構成されることにな
る。これによって，内燃機関の構造に合わせて種々の調
整を行うことが可能になる。ねじスリーブ４０が支承軸
ピン３９の軸線のところを通過し得るようにするために
は，ねじスピンドル４１をはさんで，２つの支持レバー
３７及び２つの伝達レバー３５をそれぞれ対称的に設
け，両方の支持レバー３７をそれぞれ別個の支承軸ピン
３９に支承し，両方の支持レバー３７の間に障害物がな
いようにしておくことができる。
【００１７】更に，図３に示すように，電気モータ４２
のモータ軸４５の上端部に渦巻きばね４６の一方の端部
が固定されており，渦巻きばね４６の他方の端部は電気
モータ４２のケーシングに固定されている。この渦巻き
ばね４６によって，モータ軸４５に初ばね力が作用せし
められ，電気モータ４２がスイッチ・オフされている場
合に，ねじスピンドル４１のねじ山の自己制動作用を越
える初ばね力によって，モータ軸４５ひいてはカム軸１
が出発位置に戻される。
【００１８】内燃機関の運転中，カム軸１の調整されて
いる回動位置を維持する場合には，電気モータ４２は部
分的に励起され，この部分的励起による電気モータ４２
の駆動力が，カム軸１の駆動車９の戻し力と渦巻きばね
４６の戻し力との和と釣り合うようにしておく。ガス交
換弁が最も遅く制御されるようになっている場合，電気
モータ４２が故障していても，内燃機関を始動させて，
非常運転することが可能である。
【００１９】図１の実施例では，電気モータ４２によっ
てただ１つのカム軸１が調節されるようになっている
が，図２の実施例では互いに平行に並んでいる２つのカ
ム軸１・１０１が同時に調節される。この場合ねじスリ
ーブ４０のほかに第２のねじスリーブ１４０がねじスピ
ンドル４１にねじはめられており，この第２のねじスリ
ーブ１４０はトグルレバー機構３６と同じようなトグル
レバー機構１３６に連結されている。このトグルレバー
機構１３６を介して第２のカム軸１０１が第１のカム軸
１と同じような形式で調節される。この場合ねじスピン
ドル４１が長くなるので，ねじスピンドル４１を片持ち
状態で支持することができず，ねじスピンドル４１の端
部を不動の軸受け５０によって支持しておくか，あるい
は軸受け５０の箇所に第２の電気モータ１４２を設け
て，ねじスピンドル４１と結合しておくことが必要であ
る。この第２の電気モータ１４２は第１の電気モータ４
２が通常に機能している限り，励起されず，たんにねじ
スピンドル４１を支持するのに役立つにすぎない。しか
しながら何らかの理由で電気モータ４２が機能しなくな
った場合には，第２の電気モータ１４２によってねじス
ピンドル４１を駆動することができる。このようにして
内燃機関の運転の確実性が大きくなる。
【００２０】図２から分かるように，ねじスリーブ４０
及び１４０の出発位置は支承軸ピン３９に関して互いに
逆の側にあり，電気モータ４２が駆動されると互いに逆
向きに調節運動を行う。これに相応して被駆動部分１８
も駆動車９に対して互いに逆の位置にある。またトグル
レバー機構３６・１３６のレバーの長さも互いに異なっ
ており，内燃機関の構造に応じて調節率が互いに異なっ
ている。この実施例においても，必要な場合結合部分
（２９・３０）の調節運動方向を逆転させることができ
る。
【００２１】簡単な場合には，ねじスリーブと結合部分
との間にただ１つのレバーを設けて，カム軸の調節を行
うことができる。その場合には，例えば伝達レバーの不
動の支持部材が滑子として構成されていて，伝達レバー
の内部で移動可能であるようにするか，あるいは伝達レ
バーとねじスリーブとの枢着部材が滑子として構成され
ていて，伝達レバーの内部で移動可能であるようにす
る。また伝達レバーを単腕のレバーとして構成し，その
一端部を不動点に枢着し，ねじスリーブ及び結合部分を
伝達レバーの互いに異なる点において移動可能に係合さ
せることもできる。更に伝達レバーはアングルレバーと
して構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ただ１つの制御軸を調節する第１実施例の断面
図である。
【図２】互いに平行な２つの制御軸を調節する第２実施
例の断面図である。
【図３】図１の III−III 線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１ カム軸， ２ ケーシング， ３ フランジ， ４
端面， ５及び６段孔部分， ７ 段面， ８ ボ
ス， ９ 駆動車， １０ 鎖歯車， １１円板部，
１２ 長孔， １３ 案内スリーブ， １４ 保持リン
グ， １６内はす歯， １７ 外はす歯， １８ 被駆
動部分， ２０ ピン， ２１ 外キー歯， ２２ 内
キー歯， ２４ コップ形部分， ２５ 環状面， ２
７底， ２８ 針状ころ軸受け， ２９ ディスク，
３０ 結合ピン， ３１ねじリング， ３２ 内ねじ
山， ３３ 針状ころ軸受け， ３４ 軸ピン，３５
伝達レバー， ３６ トグルレバー機構， ３７ 支持
レバー， ３８旋回軸ピン， ３９ 支承軸ピン， ４
０ ねじスリーブ， ４１ ねじスピンドル， ４２
電気モータ， ４３ 開口， ４５ モータ軸， ４６
渦巻きばね， ４７ 支承軸ピン， ５０ 軸受け，
１０１ カム軸， １３６ トグルレバー機構， １
４０ ねじスリーブ， １４２ 電気モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−173617（ＪＰ，Ａ) 米国特許4787345（ＵＳ，Ａ) 独国特許出願公開4101676（ＤＥ，Ａ １) (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制御する回転駆
    動される制御軸（１）の，この制御軸を駆動する駆動軸
    の回動位置に対する回動位置を変化させる装置であっ
    て，該駆動軸は，それと同期して駆動され，はす歯を有
    している駆動部分（９）を有し，この駆動部分（９）の
    はす歯（１６）は制御軸（１）と同期して回転する被駆
    動部分（１８）のはす歯（１７）とかみ合っており，駆
    動部分（９）と被駆動部分（１８）とは，それらの一方
    に対して相対的にそれらの一方の軸線を中心として回転
    可能かつ軸方向に移動不能である結合部分（２９・３
    ０）によって，互いに相対的に調節可能であり，該結合
    部分（２９・３０）は内燃機関の運転パラメータに関連
    して制御される電気モータ（４２）によって操作される
    ようになっている形式のものにおいて，電気モータ（４
    ２）がねじスピンドル（４１）を駆動し，このねじスピ
    ンドル（４１）にはねじスリーブ（４０・１４０）が回
    動を防止されてねじはめられており，このねじスリーブ
    は該結合部分（２９・３０）に連結されており、ねじス
    リーブ（４０・１４０）と結合部分（２９・３０）との
    間に伝達レバー（３５）が配置されており，この伝達レ
    バー（３５）の旋回軸ピン（３８）が不動の部分（３
    ９）に支えられており，かつ伝達レバー（３５）は結合
    部分（２９・３０）及びねじスリーブ（４０・１４０）
    に枢着されていることを特徴とする内燃機関のガス交換
    弁を制御する制御軸の回動位置を変化させる装置。
  2. 【請求項２】 伝達レバー（３５）が２腕レバーとして
    構成されている請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 伝達レバー（３５）がその両端部の間に
    その旋回軸ピン（３８）を有していて，この旋回軸ピン
    （３８）を介して，伝達レバー（３５）の旋回平面に対
    して平行な平面内で旋回可能な単腕の支持レバー（３
    ７）に連結されており，この支持レバー（３７）はその
    端部を不動の支承軸ピン（３９）に枢着されており，結
    合部分（２９・３０）及びねじスリーブ（４０・１４
    ０）は伝達レバー（３５）にしゅう動不能に枢着されて
    いる請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 支持レバー（３７）の不動の支承軸ピン
    （３９）が，ねじスピンドル軸線及び制御軸軸線に対し
    て垂直でこれら両方の軸線の交点を通ってい る軸線を有
    している請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 ねじスピンドル（４１）をはさんで，互
    いに平行な２つの単腕支持レバー（３７）及び互いに平
    行な２つの伝達レバー（３５）がそれぞれ対称的に設け
    られている請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 ねじスピンドル（４１）が制御軸（１）
    に対して直角に配置されている請求項１から請求項５ま
    でのいずれか１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 被駆動部分（１８）がピン（２０）を有
    しており，このピンは外キー歯（２１）を有していて，
    この外キー歯（２１）を制御軸（１）の軸方向孔に設け
    られている内キー歯（２２）とかみ合わせて軸方向に移
    動可能であり，更に被駆動部分（１８）はピン（２０）
    に続いてコップ形部分（２４）を有しており，このコッ
    プ形部分の外周面には外はす歯（１７）が設けられてお
    り，この外はす歯は，駆動部分を形成している駆動車
    （９）の内はす歯（１６）とかみ合っており，駆動車
    （９）は制御軸（１）に対して相対的に回動可能であり
    かつ軸方向に移動不能に制御軸（１）に連結されてお
    り，かつ駆動車（９）はその外周に，駆動軸の回転運動
    の伝達手段と回転駆動結合する駆動手段（１０）を有し
    ている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載
    の装置。
  8. 【請求項８】 コップ形部分（２４）の開口部の側から
    その内部に結合部分としてディスク（２９）が挿入され
    ており，このディスクとコップ形部分の底（２７）との
    間並びにこのディスクとコップ形部分の開口部に固定さ
    れた保持リング（３１）との間にそれぞれ１つの転がり
    スラスト軸受け（２８・３３）が設けられており，ディ
    スク（２９）は，保持リング（３１）を貫通して外方に
    突出している結合ピン（３０）を有しており，この結合
    ピン（３０）の端部に伝達レバー（３５）の端部が枢着
    されている請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 内燃機関に複数の制御軸（１・１０１）
    が互いに平行に設けられており，各制御軸（１・１０
    １）にそれぞれ１つずつ設けられている複数の伝達レバ
    ー（３５）がねじスリーブ（４０ー１４０）を介して操
    作可能である請求項１から請求項８までのいずれか１項
    に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 内燃機関に互いに平行な複数の制御軸
    （１・１０１）が設けられており，ねじスピンドル（４
    １）に，制御軸（１・１０１）の数に等しい 数のねじス
    リーブ（４０・１４０）がねじはめられており，各ねじ
    スリーブ（４０・１４０）は，各制御軸（１・１０１）
    に所属している伝達レバー（３５）にそれぞれ枢着され
    ている請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載
    の装置。
  11. 【請求項１１】 ねじスピンドル（４１）の端部に案内
    軸受け（５０）が設けられている請求項８記載の装置。
  12. 【請求項１２】 案内軸受け（５０）がねじスピンドル
    （４１）と連結されている第２の電気モータ（１４２）
    によって形成されている請求項９記載の装置。
  13. 【請求項１３】 電気モータ（４２・１４２）のモータ
    軸（４５）が渦巻きばね（４６）の一端部と結合されて
    おり，渦巻きばね（４６）の他端部は不動に保持されて
    おり，渦巻きばね（４６）はねじスリーブ（４０・１４
    ０）を出発位置に戻す方向に初ばね力を有している請求
    項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の装置。
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