JP3878682B2 - チェーンとして構成された巻掛け駆動装置を緊張しかつ調節するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１の上位概念に記載の、内燃機関の１つのカム軸で第２のカム軸を駆動するチェーンとして構成された巻掛け駆動装置を緊張しかつ調節するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第４ ８６２ ８４５号明細書には、内燃機関の２つのカム軸の間で機能しているチェーンを緊締しかつ調節するための装置が開示されており、この例ではチェーンを調節することによって、両カム軸の相対的な回転位置を相互に変えることができるようになっている。この構成は一方では、調節過程が経費の嵩む伝動装置で行なわれ、しかもこの伝動装置では、相対的なカム軸の回転位置の遅延のない変化が困難であるという欠点を有している。更に図示された実施形態を実現するためには、著しい出費を惹き起す、広範な構造上の試み又は実験が必要である。
【０００３】
（ドイツ国特許第４０ ０６ ９１０号に対応する）ヨーロッパ特許第０ ４４５ ３５６号明細書には、カム軸チェーン駆動装置を緊張しかつ調節するための装置が開示されている。該装置は構造的な見通しをもって構成された構造部分、特にハイドロリックピストンを有しており、かつその機能に関し良好な結果が得られている。
【０００４】
ドイツ国Ｚ．ＡＴＺ自動車技術誌（ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅＺｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ）の１０巻及びＭＴＺエンジン技術誌（Ｍｏｔｏｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ）の１２巻には、上述のヨーロッパ特許第０ ４４５ ３５６号明細書に記載の特徴を備えたカム軸調節装置が説明されている。それによれば排気カム軸の位置が一定である場合に、吸気カム軸の２つの位置が実現されている。
【０００５】
（イ）出力位置（＝基本位置）；遅延吸気手段ＥＭ＝１２０°クランク角度、小さなバルブオーバラップ、
（ロ）回転モーメント位置；早期吸気手段ＥＭ＝１０５°クランク角度、大きなバルブオーバラップ
このように実現されたカム軸調節のための装置は、出力、回転モーメント、排ガスエミッションの他に、燃料消費量に関し、機能的に優れていることを示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、この装置をその基本的な考え方を維持しながら更に改良することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では請求項１に記載の特徴によって、上記課題を解決することができた。本発明を構成する別の特徴は請求項２以下に述べられている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によって達成された主要な利点は、遅延位置（基本位置）及び早期位置（回転モーメント位置）に対し付加的に、中間位置が調節装置によって切換えることができるという点にある。
【０００９】
この３つの位置によって、可変な弁制御時間の比較的に大きな帯域幅が、エンジンの油圧によって実現されている。この形式は無段調節又は比例調節に類似しているが、カム軸の実際値を検出するためのセンサ技術や、電磁的なアナログ弁や、規定された位置に調節ピストンを不動に保持する装置等によくみられるような構造上の出費は必要ではない。従来の装置―軸方向調節器―のためには、出費の嵩む付加的な高能率のオイルポンプ（＞２０バール）が必要である。
【００１０】
調節装置は、２つのハイドロリックピストンを有する流体系内に適切な手段で目的論的に組込むことのできる別のハイドロリックピストンを有している。この第３のハイドロリックピストンのための各終端ストッパは、既存の流体系内に簡単な形式で組み込むことができる。更にこのハイドロリックピストンの制御は、５ポート３位置弁を用いて行なわれる。該弁は、良好でかつ確実な機能を保証しており、該弁を作動するソレノイドと一緒に簡単な形式でハイドロリックピストンのケーシング内に組み込み可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に図示し、次にこれを詳しく説明する。
【００１２】
詳細には図示されていない内燃機関がクランク軸によって排気カム軸１を駆動しており、そのために第１巻掛け駆動装置―チェーン、ベルト―が設けられている。原理的にはこのことは、従来の技術として今日でも評価されているヨーロッパ特許第０ ４４５ ３５６号明細書に開示されている。
【００１３】
排気カム軸１に対して平行には、該排気カム軸１によってチェーン３を用いて駆動されている吸気カム軸２が延びている。排気カム軸１及び吸気カム軸２は気筒毎に、図示されていない２つの排気弁乃至２つの吸気弁を作動させている。両カム軸１，２は、シリンダヘッドの上方に配置されていて、チェーン３が巻き掛けられているチェーンスプロケット４を有している。
【００１４】
吸気弁の開閉時期は出力及び回転モーメントの最適化のために可変であり、そのために調節装置５′を備えた装置５が設けられている。この装置５は、チェーン３を緊張するためと、クランク軸に対する位置が巻掛け伝動装置を介して形状接続的に固定されている排気カム軸１に対し相対的に吸気カム軸２を調節するためとに役立っている。更にこの装置５はチェーン３の負荷区分６と弛緩区分７との間に配置されており、その際負荷区分６と弛緩区分７との内方側部８，９には滑りシュー１０，１１が係合している。該滑りシュー１０，１１は、プラスチックから成っており、かつ負荷区分６及び弛緩区分７に向い合う側に、半径に類似した曲線部を有している。滑りシュー１０，１１は円形区分の形状を有していて、隣接するプレート状の支持体１２，１３に、例えば形状接続的に結合されている。つまり、滑りシュー１０，１１を押し込むことにより滑りシュー１０，１１が支持体１２，１３に結合されうるように、支持体１２，１３は滑りシュー１０，１１で取り囲まれている。
【００１５】
支持体１２は中空の第１外方ハイドロリックピストン１４に不動に結合されており、支持体１３は同じ様に中空の第２内方ハイドロリックピストン１５に結合されており、該ハイドロリックピストン１５は第１ハイドロリックピストン１４内を案内されている。第１ハイドロリックピストン１４と第２ハイドロリックピストン１５との間の中空室１６内には、バイアス負荷されたコイル状の圧縮ばね１７が設けられている。
【００１６】
第１ハイドロリックピストン１４及び第２ハイドロリックピストン１５は１つのケーシング１８に組込まれており、このケーシング１８内には別の調節装置１９が配置されている。この別の調節装置１９によって第１ハイドロリックピストン１４は、正確な中央位置ではない中間位置ＭＳに不動に位置させられ得ることができる。この別の調節装置１９は第３のハイドロリックピストン２０によって形成されており、該第３のハイドロリックピストン２０は、基本位置Ａ（図３）から作業位置Ｂ（図１及び図２）へ移動可能であり、かつ孔２１によって第１ハイドロリックピストン１４の案内シャフト２２を取り囲んでいる。
【００１７】
第１ハイドロリックピストン１４は、円筒形のピストンカラー２３を有しかつ位置Ｃ，Ｄ及びＥ内で調節可能である。その際
位置Ｃ＝遅延位置（基本位置）；吸気弁は遅く開放する（図１）
位置Ｅ＝回転モーメント位置；吸気弁は早期に開放する（図３）
位置Ｄ＝中間位置、遅延位置と早期位置との間の最適化された回転モーメント位置（図２）
である。
【００１８】
位置Ｃにおいては、第１ハイドロリックピストン１４のピストンカラー２３が弛緩区分７に隣接するケーシング壁２４に当接している。これに対し位置Ｄにおけるピストンカラー２３は第３ハイドロリックピストン２０のピストン底部３５に支持されている（作業位置Ｂ）。同じ様な支持状態は位置Ｅでも発生しているが、この場合には第３のハイドロリックピストン２０は基本位置Ａに不動に位置している。
【００１９】
第３ハイドロリックピストン２０は基本位置Ａにおいて第１ストッパ２５によって制限されている。つまり第３のハイドロリックピストン２０のカラー２６が第１ストッパ２５と協働している。これに対し作業位置Ｂにおいては、カラー２６は第２ストッパ２７に当接している。その際第１ストッパ２５は第３のハイドロリックピストン２０もしくはそのカラー２６を案内するケーシング１８の第１孔２９の閉鎖部分２８に設けられている。第２ストッパ２７は第１孔２９の突起３０である。突起３０の先きに、第１孔２９に対し同軸的に延びている第２孔３１が延びている。その際第２孔３１の直径ＤＩは第１孔２９の直径ＤＩＩよりも小さい。第２孔３１内には第１ハイドロリックピストン１４のピストンカラー２３が案内されている。
【００２０】
第１ハイドロリックピストン１４は、両側にて交互に圧力室３２，３３からの液圧で負荷されることができ、第３ハイドロリックピストン２０は圧力室３３、３４から液圧で負荷されることができる。
【００２１】
圧力室３２，３３，３４はケーシング１８内に穿孔された作業管路３６，３７，３８に接続されている。該管路３６，３７，３８は当該装置５もしくはハイドロリックピストン１４，１５，２０の長手方向中心平面Ｆ−Ｆに対し直角状に延びている（図２）。別の作業管路３９が閉鎖部分２８内の接続管路４０を介して圧力室４１に接続されており、該圧力室４１から球弁４２を克服してハイドロリックピストン１４，１５の間の中空室１６が、内燃機関の運転中常に液圧によって負荷されている。この液圧と圧縮ばね１７によって、負荷区分６及び弛緩区分７の方向におけるチェーンの規定された張力が保証されている。
【００２２】
第１ハイドロリックピストン１４及び第３ハイドロリックピストン２０を制御するためには、内燃機関の油圧を利用している（付加的なオイルポンプは省かれている）５ポート３位置弁４３が役立っており（図２）、該弁４３は複数の隔離したピストン４５，４６，４７，４８，４９，５０を備えたピストンロッド４４を有している。その際ピストン４５，４８，５０は案内機能を、ピストン４６，４７，４９は制御機能を、それぞれ受持っている。ピストン４６，４７及び４９はピストンロッド４４の軸方向の位置に依存して作業管路（ＡＬ）３６，３７，３８と協働している。更に５ポート３位置弁４３は作業管路（ＡＬ）３６，３７，３８と平行な装置管路（ＳＬ）５１，５２，５３，５４，５５を有している。液圧は装置管路５１，５３及び５５を介して供給されており、装置管路５２，５４は流体の戻りに役立っている。
【００２３】
５ポート３位置弁４３は、ケーシング１８内に組み込まれていて、電気的に作動するソレノイド５６を有している。ソレノイド５６はピストンロッド４４に同軸的に配置されており、その際ピストンロッド４４の自由端部５７は、ピン５８及びピストン５０と共に検知ばね装置５９の方向に配向されている（図３）。
【００２４】
検知ばね装置５９は第１圧縮ばね６０と第２圧縮ばね６１とを有し、該圧縮ばね６０，６１は異った直径を有していて、区分的に相互に入り混って位置している。その際第１圧縮ばね６０は、ピストンロッド４４とは反対の側でピン５８を取り囲んでいて、ピストン５０を常時支えている。第２の圧縮ばね６１はディスク６２に当接しており、該ディスク６２は孔６４内の突起６３に向けて押圧されていて、ソレノイド５６が通電されていない場合には（図１）、ピストン５０の当接面６５に対し軸方向の間隔Ｆを有している（制御位置ＳＯ）。ソレノイド５６が部分的に通電されると（１アンペア）、当接面６５がディスク６２に当接して、ピストンロッド４４が制御位置ＳＩを占めるようになる（図２）。ソレノイドが完全に通電されると（２アンペア）直ちに、ピストン５０がディスク６２を更に押圧して、ピストンロッド４４が制御位置ＳＩＩに位置するようになる。ソレノイドの最大ストロークは約２．１ｍｍに調節されている。
【００２５】
位置Ｃ，Ｄ，Ｅの場合には次のような油通路が形成される。
【００２６】
位置Ｃ；装置管路ＳＬの５３及び５５が作業管路ＡＬの３７及び３８の方向に通じかつ作業管路ＡＬの３６が作業管路ＳＬの５２の方向に通じている（図１）；
位置Ｄ；装置管路ＳＬの５１及び５５が作業管路ＡＬの３６及び３８の方向に通じかつ作業管路ＡＬの３７が装置管路ＳＬの５２の方向に通じている（図２）；
位置Ｅ；装置管路ＳＬの５１が作業管路ＡＬの３６の方向に通じかつ作業管路ＡＬの３７及び３８が装置管路５２及び５４の方向に通じている（図３）。
【００２７】
図４によれば第２ストッパ６６がピストンシャフト６８の自由端部６７であるのに対し、第１ストッパ６９が第３ハイドロリックピストン７２の孔７１の制限面７０である。ピストンシャフト６８はカップ状ピストン７３に設けられており、該ピストン７３は第３ハイドロリックピストン７２の孔７４内に不動に位置している閉鎖部分である。その場合ピストンシャフト６８の内面７５は、第１ハイドロリックピストン７６のための案内孔として構成されている。
【００２８】
図５においては、第３ハイドロリックピストン７７がピストンシャフト７８とピストン底部７９とを有している。ピストンシャフト７８の自由端部８０は、それぞれハイドロリックピストン７７の位置に応じ、第２ストッパ８１と協働し、そしてピストン底部７９の外面８２は第１ストッパ８３と協働している。その場合ピストンシャフト７８の内面８４は、第１ハイドロリックピストン８５のための案内孔として構成されている。
【００２９】
【機能の説明】
冷間状態（４０°以下）で内燃機関を運転する場合には、装置５は単に緊張器として作業する。上記温度を超過すると、運転パラメータに依存して装置５は次のような位置を占める。
【００３０】
１．アイドリングと１５００ｒｐｍとの間では位置Ｃ＝遅延位置；ソレノイド５６は制御位置ＳＯを占める（図１）。
【００３１】
２．１５００ｒｐｍから４５００ｒｐｍの間は位置Ｅ＝早期位置；ソレノイド５６は制御位置ＳＩＩを占める（図３）。
【００３２】
３．４５００ｒｐｍから６０００ｒｐｍまでの間は中間位置；ソレノイド５６は制御位置ＳＩを占める（図２）。
【００３３】
４．６０００ｒｐｍ以上では遅延位置；ソレノイド５６は制御位置ＳＯを占める（図１）。
【００３４】
上記の回転数は、例示的な値であって、それぞれ内燃機関の形式に応じ、特殊な関係に対して特徴的な値に変更可能であり、その際負荷（アクセル位置）、オイル温度又はそれに類似した付加的なパラメータを考慮することもできる。総てのパラメータは、エンジン制御装置―コンピュータ―に供給される。このエンジン制御装置−コンピュータ−は相当する制御量でソレノイド５６に伝送される。
【００３５】
調節作業の際、ハイドロリックピストン１４，１５，２０は、内側８，９に対し横方向でチェーン３に向かって移動させられ、チェーン３の弛緩区分７が長くされて負荷区分６が短くされるか又は負荷区分６が長くされて弛緩区分７が短くされる。その際排気カム軸１は駆動結合に基づきクランク軸に対し一定の位置に留まっているのに対し、吸気カム軸２は回動させられ、弁開閉時期が変えられるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置を備えたシリンダヘッドの部分断面図。装置は遅延位置にある。
【図２】 図１に対応する図であって、装置は中間位置にある。
【図３】 図１に対応する図であって、装置は早期位置にある。
【図４】 別の実施例の図１に対応する図。
【図５】 更に別の実施例の図１に対応する図である。
【符号の説明】
１ 排気カム軸
２ 吸気カム軸
３ チェーン
４ チェーンスプロケット
５ 装置
５′ 調節装置
６ 負荷区分
７ 弛緩区分
８，９ 内方側部
１０，１１ 滑りシュー
１２，１３ 支持体
１４，１５ ハイドロリックピストン
１６ 中空室
１７ 圧縮ばね
１８ ケーシング
１９ 別の調節装置
２０ ハイドロリックピストン
２１ 孔
２２ 案内軸
２３ ピストンカラー
２４ 壁
２５ ストッパ
２６ カラー
２７ ストッパ
２８ 閉鎖部分
２９ 孔
３０ 突起
３１ 孔
３２，３３，３４ 圧力室
３５ ピストン底部
３６，３７，３８，３９ 作業管路
４０ 接続管路
４１ 圧力室
４２ 球弁
４３ ５ポート３位置弁
４４ ピストンロッド
４５，４６，４７，４８，４９，５０ ピストン
５１，５２，５３，５４，５５ 装置管路
５６ ソレノイド
５７ 端部
５８ ピン
５９ 検知ばね装置
６０，６１ 圧縮ばね
６２ ディスク
６３ 突起
６４ 孔
６５ 当接面
６６ ストッパ
６７ 端部
６８ ピストンシャフト
６９ ストッパ
７０ 制限面
７１ 孔
７２ ハイドロリックピストン
７３ ピストン
７４ 孔
７５ 内面
７６，７７ ハイドロリックピストン
７８ ピストンシャフト
７９ ピストン底部
８０ 端部
８１ ストッパ
８２ 外面
８３ ストッパ
８４ 内面
Ａ 基本位置
Ｂ 作業位置
Ｃ，Ｄ，Ｅ 位置
ＤＩ，ＤＩＩ 直径
Ｆ 間隔
Ｆ−Ｆ 長手方向中心平面
ＭＳ 中間位置
ＳＯ，ＳＩ，ＳＩＩ 制御位置

Claims (13)

1. 内燃機関の１つのカム軸（１）で第２のカム軸（２）を駆動するチェーン（３）として構成された巻掛け駆動装置を緊張しかつ調節するための装置（５）であって、チェーン（３）に対し横方向に作用する調節装置（５′）を用いてチェーン（３）を調節することで、前記両カム軸（１，２）の相対的回転位置が変化可能であり、前記調節装置（５′）がチェーン（３）を調節するために該チェーン（３）に対し横方向に移動可能で、チェーン（３）の弛緩区分（７）を長くして負荷区分（６）を短縮したり又は弛緩区分（７）を短縮して負荷区分を長くしたりすることができるように構成されており、前記調節装置（５′）が液圧式に作動可能で、中空の外方の第１ハイドロリックピストン（１４）と、該第１ハイドロリックピストン（１４）内で案内された、同様に中空である内方の第２ハイドロリックピストン（１５）と、前記両ハイドロリックピストン（１４，１５）の間の中空室（１６）内に張設された圧縮ばね（１７）とから成っており、該圧縮ばね（１７）の力に対し付加的に前記両ハイドロリックピストン（１４，１５）が、該両ハイドロリックピストン（１４，１５の）間の中空室（１６）を介して液圧で常時負荷されており、前記第１ハイドロリックピストン（１４）が両側で圧力室（３２，３３）を介して選択的に液圧で負荷可能であり、前記両ハイドロリックピストン（１４，１５）がケーシング（１８）内に支承されている形式のものにおいて、前記第１ハイドロリックピストン（１４）が第３ハイドロリックピストン（２０）によって取り囲まれており、該第３ハイドロリックピストン（２０）が両側で交互に液圧で負荷可能であって、該第３ハイドロリックピストン（２０）が基本位置（Ａ）と、第１ハイドロリックピストン（１４）を中間位置（ＭＳ）に固定する作業位置（Ｂ）との間を移動できるように構成されていることを特徴とする、チェーンとして構成された巻掛け駆動装置を緊張しかつ調節するための装置。
2. 第３ハイドロリックピストン（２０）が、基本位置（Ａ）で第１ストッパ（２５）によって、また作業位置（Ｂ）で第２ストッパ（２７）によって、それぞれ不動に固定されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 第１ストッパ（２５）が第３ハイドロリックピストン（２０）のためにケーシング（１８）に設けられた第１の孔（２９）の閉鎖部分（２８）に設けられており、これに対し第２ストッパ（２７）は前記孔（２９）内の突起（３０）であることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 第１の孔（２９）に対し同軸的に第２の孔（３１）が第１ハイドロリックピストン（１４）のために設けられており、前記突起（３０）を形成するために第２の該孔（３１）の直径（ＤＩ）が第１の孔（２９）の直径（ＤＩＩ）より小さいことを特徴とする、請求項３記載の装置。
5. 第２ストッパ（６６）がピストンシャフト（６８）の自由端部（６７）によって形成されており、これに対し第１ストッパ（６９）は、第３ハイドロリックピストン（７２）のための孔（７１）の制限面（７０）であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
6. ピストンシャフト（６８）のカップ状のピストン（７３）が、第３ハイドロリックピストン（７２）の孔（７４）に不動に固定された閉鎖部分として構成されていることを特徴とする、請求項５記載の装置。
7. ピストンシャフト（６８）の内面（７５）が、第１ハイドロリックピストン（７６）のための案内孔として構成されていることを特徴とする、請求項６記載の装置。
8. 第３ハイドロリックピストン（７７）がピストンシャフト（７８）及びピストン底部（７９）を有し、ピストンシャフト（７８）の自由端部（８０）が第２ストッパ（８１）と、またピストン底部（７９）の外面（８２）が第１ストッパ（８３）と、それぞれ協働していることを特徴とする、請求項２記載の装置。
9. ピストンシャフト（７８）の内面（８４）が、第１ハイドロリックピストン（８５）のための案内孔として構成されていることを特徴とする、請求項８記載の装置。
10. ハイドロリックピストン（１４，１５，２０）の制御が、５ポート３位置弁（４３）によって行われていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. ５ポート３位置弁（４３）がケーシング（１８）内に組み込まれていることを特徴とする、請求項１０記載の装置。
12. ５ポート３位置弁（４３）が構造的にソレノイド（５６）に統合されており、５ポート３位置弁（４３）のピストンロッド（４４）が、ソレノイド（５６）に対し同軸的に延びていることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
13. ソレノイド（５６）に通電されていない状態では、ピストンロッド（４４）がピストン（５０）をもって第１圧縮ばね（６０）に支えられており、これに対しソレノイド（５６）に部分的に通電されている状態では、ピストン（５０）が第１ハイドロリックピストン（１４）の中間位置（ＭＳ）のために第２圧縮ばね（６１）に支えられていることを特徴とする、請求項１２記載の装置。

Images