JP4845888B2 - 内燃機関用カム軸調節器 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用カム軸調節器に関する。

前記種類のカム軸調節器は、可能な限り最適なもしくは可変可能な弁駆動を実現するために役立つ。それは、動弁機構の位相角を無段階でかつ正確に調節する可能性を提供する。このためカム軸調節器は相対回転不能であって、摩擦嵌合式に各カム軸と結合されている。

監視・制御装置の設定に応じて回転運動がカム軸に伝達され、これによりカム軸のその時々の所望の調整量が内燃機関のクランク軸に対して相対的に予め調整される。

従来のカム軸調節器は大抵が液圧で駆動される。カム軸の調節に必要な油圧は、各内燃機関に付設された潤滑油圧力回路から得られる。その際に生じる問題として、まさに排気ガス臨界状態にあるエンジン始動段階のとき、カム軸はまだクランク軸に対して所望の相対位置にない。

カム軸の角度位置を無段階で変更する近年のカム軸調節器は、揺動モータ原理に従って構成されるシステムによって具現される。

このようなシステムの利点はカム軸の無段階で調節できることとコンパクトで安価な構造様式であることである。カム軸調節器を安価に製造する方法には、大量生産にも適した焼結法がある。

前記システムには、油ポンプを介してエンジンの潤滑油回路から圧油が供給され、いわゆる「ホットアイドリング」の間、このシステムは、エンジンがアイドル回転数で回転しているとき、１５０℃の油温度、０．５バール未満の圧力でも機能しなければならない。部材寸法および公差を算出するときにエンジン作動時の温度が最高１５０℃に達するが故に発生し得る熱的影響を考慮しなければならない。

独国特許出願公開第１００６２９８１号明細書により、いわゆるベーン原理で作動するカム軸調節機構が公知である。駆動輪は１つの周壁と２つの側壁とによって形成される空洞を有し、この空洞内で少なくとも２つの境界壁によって少なくとも１つの液圧作動空間が形成される。液圧作動空間内に延設される翼が液圧作動空間を２つの液圧圧力室に区画する。圧媒分配器の頭部と駆動輪の一方の側壁の開口部との間の隙間、および／または外被面と駆動輪の他方の側壁の開口部との間の隙間は、耐摩耗性密封手段によって圧媒の漏れに備えて密封される。

独国特許出願公開第１９８０８６１９号明細書はベーン式調節機構用鎖錠機構を述べている。そこでは、インペラ揺動要素としてもまた同時に鎖錠要素としても構成される少なくとも１つの軸線方向移動可能なインペラの翼によってインペラと駆動輪との間の機械的連結を実現している。

独国特許出願公開第１００２０１２０号明細書により公知のベーン式調節機構では、揺動インペラと駆動輪との間に半径方向に延びる隙間が設けられている一方、密封要素は揺動インペラの両方の回転方向に揺動可能な振子密封条帯として構成され、これらの振子密封条帯は液圧加圧手段の加圧力で駆動輪または揺動インペラの対抗面に向かって揺動可能である。

独国特許出願公開第１０１０９８３７号明細書のベーン式調節機構において、駆動ユニットは複数のラジアル軸受を介して揺動可能に受動ユニット上で支承されており、駆動ユニットの個々のラジアル軸受セグメントおよび互いに対向する受動ユニットのラジアル軸受セグメントの少なくとも表面は、そして選択的に駆動ユニットと被動ユニットとの間の軸線方向の接触面も、摩擦を低減するようにコーティングされている。

特開平１１‐１３４３１号公報の要約により公知のベーン式調節機構では、コンパクトな構造を達成するために、ベーン式調節機構のハウジングの相応する長孔内に係合する３つのボルトによって回転の伝達が行われる。

このようなカム軸調節器における問題として、大きな内部漏れを防止するために圧力室内における公差を狭めなければならず、特にこのような部材が焼結技術で製造されるとき、費用をかけることによって公差を狭めることができる。それゆえに、焼結技術で製造する場合これらの公差は、それ相応の費用を要する機械的加工によって、または単位時間当たりの製造個数を著しく低減することによってのみ達成可能である。さらに、大抵のカム軸調節器では、いわゆる「ホットアイドリング」時に機能を保証するために鎖錠部または戻しばねを組み込まねばならない。

本発明の課題は、半径方向内部漏れを防止するとともに安価に製造することのできる内燃機関用カム軸調節器を明示することである。

この課題は、本発明のような、内燃機関用カム軸調節器であって、固定子を有し、この固定子が、その周面に配設されて半径方向内方に突出する固定子翼を有し、これらの固定子翼が固定子内に配置される少なくとも１つの固定子翼支承ポケットを有し、この固定子翼支承ポケットが内方に向かって開口しかつそのなかで固定子翼遊星歯車が支承されており、固定子内で回転子が支承され、回転子の回転子翼が外方に向って開口する少なくとも１つの回転子翼支承ポケットを有し、この回転子翼支承ポケット内で回転子翼遊星歯車が支承されており、固定子翼遊星歯車が、回転子の外周面の各回転子翼との間に形成される歯セグメントに係合し、回転子翼遊星歯車が、固定子の内周面の各固定子翼との間に形成される歯セグメントに係合するカム軸調節器によって解決される。

固定子および内部回転子の接触個所の間に隙間損失の態様で発生する半径方向内部漏れは、内部回転子と固定子との間に密封要素を取付けることによって、または公差を狭くすることによって防止されねばならない。内部回転子における２つの回転子翼の間に外歯の態様の歯セグメントを形成し、そして固定子翼内で遊星歯車を支承させることによって、遊星歯車が内部回転子の歯セグメントにかみ合い、隙間損失が防止される。補足的に、固定子において、固定子翼の間に内歯の態様で歯セグメントが形成され、回転子翼内で支承された回転子翼遊星歯車が固定子の歯セグメントにかみ合っている。

固定子に対する内部回転子の角度位置が変化すると、固定子翼遊星歯車は内部回転子の歯セグメント上を転動し、回転子翼内で支承された回転子翼遊星歯車は固定子の歯セグメント上を転動する。

係合障害を避けるために、回転子翼内および固定子翼内で支承される遊星歯車の歯の形状が一致するように歯の幾何学形状を設計しなければならない。これにより、回転子翼遊星歯車および固定子翼遊星歯車を焼結技術で製造するとき１つの型が使用されるにすぎないので、製造費も低下する。内部回転子の調節は圧力室に圧力を加えることによって行われ、付加された圧力室に依存して内部回転子翼に対する加圧が行われ、それに応じて内部回転子翼が回転する。内部回転子の歯セグメントにかみ合った固定子翼遊星歯車が圧力室内の油圧によって圧力を付加され、この圧力付加によって固定子翼遊星歯車の歯先が固定子翼支承ポケットの壁に押付けられ、固定子翼遊星歯車の歯面が内部回転子の歯セグメントの歯面に押付けられる。

歯先および歯面の押付けによって密着する面が大きくなり、これらの面は圧力室を半径方向に完全に密封して、無圧室から前記圧力室を分離する。これにより、カム軸調節器の半径方向の密封が可能となる。

本発明の有利な構成では、固定子が少なくとも２つの固定子翼を有し、回転子が少なくとも２つの回転子翼を有する。他の有利な構成では、固定子が３つの固定子翼を有し、回転子が３つの回転子翼を有する。やはり有利な構成では、固定子が４つの固定子翼を有し、回転子が４つの回転子翼を有する。公知のカム軸調節器は大抵４つの固定子翼と４つの回転子翼とを有し、そのためカム軸の可能な回転角は設計に起因し限定されている。固定子翼および回転子翼の数を２つまたは３つの翼に減らす結果、一方で大きな回転角を実現することができ、他方でカム軸調節器が一層軽量になり、移動させるべき部品の質量が小さくなる。設計上は５つ以上の翼も可能である。

本発明の特別有利な構成では、固定子、内部回転子および／または遊星歯車が焼結金属からなる。これらの部品は、半径方向密封性を劣化させることなく、焼結技術を用いて比較的大きな公差で作製され得る。さらに、汚れた油に対する影響は僅かである。

製造公差が比較的大きいことの他の利点は、焼結アルミニウムまたはプラスチック等の別の材料を使用できることにある。回転子、固定子および遊星歯車が、少なくとも近似的に同じ熱膨張率を有し、これらの部材を互いに対にすることができると有利である。熱膨張率が近似的に同じであると、例えば焼結鋼製の回転子および固定子とプラスチック（熱硬化性プラスチック）製の遊星歯車とを利用することが可能である。これにより、焼結鋼／プラスチックの組み合わせによって特に騒音低減が得られる。

本発明のその他の特徴、利点および有利な諸構成は従属請求項から、そして添付図面を基にした本発明の以下の説明から明らかとなる。

図１に示すカム軸調節器１は図示しない内燃機関のためのものであり、固定子２を有し、この固定子はその周面に配設されて半径方向内方に突出する固定子翼３を有する。これらの固定子翼３は各々１つの固定子翼支承ポケット４を有し、固定子翼支承ポケットは内方に向って開口し、そのなかで固定子翼遊星歯車５が支承されている。固定子２内で支承される回転子６が回転子翼７を有する。各回転子翼７は外方に向って開口する回転子翼支承ポケット８を有し、そのなかで回転子翼遊星歯車９が支承されている。

固定子翼３の各々は、半径方向内方に向って２つの回転子翼７の間に生じる空隙内に突出している。各空隙内に突出する回転子翼７についても同じことがあてはまる。それとともに、回転子６がほぼ星形に構成されているのがわかる。

固定子翼３内に配置される固定子翼遊星歯車５は、回転子６の外周面の各回転子翼７との間に形成される歯セグメント１０に係合する。回転子翼７内に配置される回転子翼遊星歯車９は、固定子２の内周面の各固定子翼３との間に形成される歯セグメント１１に係合する。

固定子２および内部回転子６の接触個所の間に隙間損失の態様で生じる半径方向内部漏れは歯セグメントおよびそれに係合する遊星歯車を利用することによって防止される。

回転子６の調節は、圧力穴１２を通して圧力室１３内に圧力を加えることによって、または回転方向を変更するために圧力室１５に圧力を加えることによって行われる。加圧された圧力室１３、１５に応じて回転子翼７に対する加圧が起き、これにより回転子翼が相応する方向に回される。回転子６の歯セグメント１０にかみ合った固定子翼遊星歯車５が圧力室１３または１５内の油圧によって加圧され、この加圧によって固定子翼遊星歯車５の歯先が固定子翼支承ポケット４の壁に押付けられ、固定子翼遊星歯車５の歯面が回転子６の歯セグメント１０の歯面に押付けられる。歯先および歯面の押付けによって密着する面が大きくなり、これらの面は圧力室１３、１５を半径方向で絶対的に密封して各無圧室１３、１５から圧力室１３、１５を分離し、こうしてカム軸調節器１の半径方向の密封が可能となる。

図２は、図１の細部「Ｘ」を示しており、部分的に示唆されたカム軸調節器１は固定子２とそのなかで支承された回転子６とからなり、圧力室１５に圧力、例えば作動油を付加した状態を示している。

圧力穴１４を介して圧力室１５に圧力が加えられ、作動油が満たされた圧力付加空間は黒塗りしてある。固定子翼３と回転子翼７との間の空間で形成される圧力室１５に加えて他の領域にも加圧されているのがわかる。

圧力室１５を加圧することによって回転子翼７に圧力が加えられ、これにより回転子は矢印Ａの方向に回転する。同時に、回転子翼支承ポケット８内で支承される回転子翼遊星歯車９の回転も矢印Ｂの方向で起き、この回転子翼遊星歯車は固定子翼３の間に形成される歯セグメント１１上を転動する。圧力付加によって回転子翼遊星歯車９の歯先１６が回転子翼支承ポケット８の壁１７に押付けられる。同時に、回転子翼遊星歯車９の歯面１８が歯セグメント１１の歯面１９に押付けられる。壁１７に対する歯先１６の押付けと歯セグメント１１の歯面１９に対する歯面１８の押付けとによって密着する面が大きくなり、これらの面は圧力室１５を半径方向で完全に密封して無圧室１３から圧力室１５を分離し、こうしてカム軸調節器１の半径方向の密封が保証されている。

この密封は、圧力室の片側では回転子翼遊星歯車９の領域での密封によって、また圧力室の反対側では固定子翼遊星歯車５の領域での密封によって達成される。固定子翼遊星歯車５では同様に、固定子翼遊星歯車の歯先２０が固定子翼支承ポケット４の壁２１に押付けられ、同時に、固定子翼遊星歯車５の歯面２２が歯セグメント１０の歯面２３に押付けられる。

図３に示すカム軸調節器１は図示しない内燃機関のためのものであり、固定子２を有し、この固定子はその周面に配設されて半径方向内方に突出する固定子翼３を有する。これらの固定子翼３は各々１つの固定子翼支承ポケット４を有し、固定子翼支承ポケットは内方に向って開口し、そのなかで固定子翼遊星歯車５が支承されている。固定子２内で支承される回転子６が回転子翼７を有する。各回転子翼７は外方に向って開口する回転子翼支承ポケット８を有し、そのなかで回転子翼遊星歯車９が支承されている。固定子翼３の各々は、半径方向内に向って２つの回転子翼７の間に生じる空隙内にそれぞれ突出している。各空隙内に突出する回転子翼７についても同じことがあてはまる。それとともに、回転子６がほぼ星形に構成されているのがわかる。固定子翼３内に配置される固定子翼遊星歯車５は、回転子６の外周面の各回転子翼７との間に形成される歯セグメント１０内に係合する。回転子翼７内に配置される回転子翼遊星歯車９は、固定子２の内周面の各固定子翼３との間に形成される歯セグメント１１内に係合する。固定子２および内部回転子６の接触個所の間に隙間損失の態様で生じる半径方向内部漏れは、歯セグメントおよびそれに係合する遊星歯車を利用することによって防止される。回転子６の調節は、圧力穴１２を通して圧力室１３内に圧力を加えることによって、または回転方向を変更するために圧力室１５に圧力を加えることによって行われる。加圧された圧力室１３、１５に応じて回転子翼７に対する加圧が起き、これにより回転子翼が相応する方向に回される。回転子６の歯セグメント１０にかみ合った固定子翼遊星歯車５は圧力室１３または１５内の油圧によって加圧され、この加圧によって固定子翼遊星歯車５の歯先が固定子翼支承ポケット４の壁に押付けられ、固定子翼遊星歯車５の歯面が回転子６の歯セグメント１０の歯面に押付けられる。歯先および歯面の押付けによって密着する面が大きくなり、これらの面は圧力室１３、１５を半径方向で完全に密封して各無圧室１３、１５から圧力室１３、１５を分離し、こうしてカム軸調節器１の半径方向の密封が可能となる。図３ではカム軸調節器１が２つの固定子翼３と２つの回転子翼７とを有するだけであり、固定子翼および回転子翼の数を４つの翼３、７から２つの翼に減らすことによって、一方で大きな回転角を実現することができ、他方でカム軸調節器が一層軽量になり、移動させるべき部品の質量を小さくすることができる。同時に、歯セグメントに係合する遊星歯車が少ないので、付加的に摩擦も減少する。

４つの固定子翼および回転子翼を有する本発明に係るカム軸調節器の断面図である。 図１の細部「Ｘ」を示す。 ２つの固定子翼および回転子翼を有する本発明に係るカム軸調節器の断面図である。

Claims (7)

1. 内燃機関用カム軸調節器（１）であって、固定子（２）を有し、この固定子（２）が、その周面に配設されて半径方向内方に突出する固定子翼（３）を有し、これらの固定子翼（３）が固定子（２）内に配置される少なくとも１つの固定子翼支承ポケット（４）を有し、この固定子翼支承ポケットが内方に向って開口しかつそのなかで固定子翼遊星歯車（５）が支承されており、固定子（２）内で回転子（６）が支承され、回転子（６）の回転子翼（７）が外方に向って開口する少なくとも１つの回転子翼支承ポケット（８）を有し、この回転子翼支承ポケット内で回転子翼遊星歯車（９）が支承されており、固定子翼遊星歯車（５）が回転子（６）の外周面の各回転子翼（７）との間に形成される歯セグメント（１０）に係合し、回転子翼遊星歯車（９）が固定子（２）の内周面の各固定子翼（３）との間に形成される歯セグメント（１１）に係合するようになっており、
   回転子翼（７）と固定子翼（３）との間に圧力室（１５）が形成され、
   回転子（６）の歯セグメントにかみ合った固定子翼遊星歯車（５）に圧力室（１５）内の油圧によって圧力が付加され、この圧力付加によって固定子翼遊星歯車（５）の歯先（２０）が固定子翼支承ポケット（４）の壁（２１）に押付けられ、固定子翼遊星歯車（５）の歯面が回転子（６）の歯セグメント（１１）の歯面に押付けられている、カム軸調節器。
2. 固定子（２）が少なくとも２つの固定子翼（３）を有し、回転子（６）が少なくとも２つの回転子翼（７）を有することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関用カム軸調節器（１）。
3. 固定子（２）が３つの固定子翼（３）を有し、回転子（６）が３つの回転子翼（７）を有することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関用カム軸調節器（１）。
4. 固定子（２）が４つの固定子翼（３）を有し、回転子（６）が４つの回転子翼（７）を有することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関用カム軸調節器（１）。
5. 固定子（２）、内部回転子（６）および／または遊星歯車（５）、（９）が焼結金属からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載のカム軸調節器。
6. 固定子（２）、内部回転子（６）および／または遊星歯車（５）、（９）がプラスチックからなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載のカム軸調節器。
7. 固定子（２）、内部回転子（６）および／または遊星歯車（５）、（９）が、少なくとも近似的に同じ熱膨張率を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載のカム軸調節器。

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