JP5082164B2 - 内燃機関のガス交換弁の制御時間を可変調節する装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のガス交換弁の制御時間を可変調節する装置であって、外側ロータと該外側ロータに対して回転可能に配置された内側ロータとが設けられており、両ロータのうちの一方がクランクシャフトと駆動結合されていて、他方のロータがカムシャフトと駆動結合しており、少なくとも１つの圧力室が設けられていて、各圧力室が相互に作用し合う２つの圧力室区分に分割されており、各圧力室の圧力室区分のうちの１つが早め調節室として作用し、かつ他方の圧力室区分が遅め調節室として作用するようになっており、早め調節室への圧力媒体供給と、同時に行われる遅め調節室からの圧力媒体排出とによって、カムシャフトと共働するロータが、クランクシャフトと共働するロータに対して、最大の早めポジションの方向で回動させられ、遅め調節室への圧力媒体供給と、同時に行われる早め調節室からの圧力媒体排出とによって、カムシャフトと共働するロータが、クランクシャフトと共働するロータに対して、最大の遅めポジションの方向で回動させられ、少なくとも１つの第１及び第２の圧力媒体通路が設けられており、該圧力媒体通路を介して圧力室区分に対して圧力媒体が供給もしくは排出可能であり、少なくとも２つの回転角制限装置が設けられており、各回転角制限装置が、ロック解除された状態とロックされた状態とに移動可能であり、ロック状態が、各回転角制限装置に対する圧力媒体の供給もしくは排出によって調節可能である形式のものに関する。

発明の背景
今日の内燃機関では、ガス交換弁の制御時間を可変調節する装置が使用されており、これによってクランクシャフトとカムシャフトとの間における位相関係を、規定された角度範囲において、最大の早めポジションと最大の遅めポジションとの間において、可変に形成することが可能になる。そのために装置は、クランクシャフトからカムシャフトにトルクを伝達するパワートレーンに組み込まれている。このパワートレーンは例えばベルト伝動装置、チェーン伝動装置又は歯車伝動装置として実現することができる。

装置は、相対回動可能な少なくとも２つのロータを有しており、この場合一方のロータはクランクシャフトと駆動結合されていて、他方のロータはカムシャフトと回動不能に結合されている。この装置は少なくとも１つの圧力室を有しており、この圧力室は可動のエレメントを用いて、相互に作用し合う２つの圧力室区分に分割される。可動のエレメントはロータのうちの少なくとも１つと作用結合している。圧力室区分に対する圧力媒体の供給もしくは排出によって、可動のエレメントは圧力室の内部において移動させられ、これによりロータ相互の所望の可動、ひいてはクランクシャフトに対するカムシャフトの所望の回動が実施される。

圧力室区分に対する圧力媒体の供給もしくは排出は、コントロールユニット、通常は液圧式の方向切換え弁（制御弁）を用いて制御される。コントロールユニットはまた制御装置を用いて制御され、この制御装置はセンサを用いて、内燃機関におけるカムシャフトの実際ポジション及び目標ポジションを検出して互いに比較する。両方のポジションの間における差異が確定されると、信号がコントロールユニットに送られ、コントロールユニットは、圧力室区分への圧力媒体流をこの信号に合わせる。

装置の機能を保証するために、内燃機関の圧力媒体回路における圧力は規定の値を上回ることが必要である。圧力媒体は通常内燃機関のオイルポンプによって準備され、従って準備される圧力は内燃機関の回転数に対して同期して上昇するので、規定された回転数を下回る回転数では、オイル圧は、ロータの位相位置を所望のように変化させるもしくは維持するために、なお低すぎる。このようなことは例えば、内燃機関の始動段階中やアイドリング段階中が当て嵌まる。

このような段階中に、装置はコントロールされない振動を起こすことがあり、このような振動によって、騒音発生が高められ、摩耗が高められ、内燃機関の回転が騒々しくなり、未処理排出物質が増大する。このような不都合を回避するために、機械式のロック装置を設けることができ、このようなロック装置は、内燃機関の臨界的な運転段階中に、両方のロータを相対回動不能に互いに連結するようになっており、この連結は、ロック装置への圧力媒体供給によって解除することができる。この場合、ロックポジションのために、クランクシャフトに対するカムシャフトの特定の位相位置、つまり最大の早めポジションと最大の遅めポジションとの間に位置する位相位置を、選択すると有利なことが判明している。

このような装置は、例えばＵＳ２００３／０１２１４８６Ａ１に基づいて公知である。この公知の構成では装置は回転ピストン構造形式で構成されており、この場合外側ロータは、羽根車として形成された内側ロータに回転可能に支承されている。さらに２つの回転角制限装置が設けられており、第１の回転角制限装置はロックされた状態において、外側ロータに対する内側ロータの移動調節を、最大の遅めポジションと規定された中心ポジション（ロックポジション）との間におけるインターバルにおいて可能にする。第２の回転角制限装置はロックされた状態において、外側ロータに対する内側ロータの回動を、中心ポジションと最大の早めポジションとの間におけるインターバルにおいて可能にする。そして両方の回転角制限装置がロックされた状態にある場合には、外側ロータに対する内側ロータの位相位置は中心ポジションに制限されている。

回転角制限装置はそれぞれ、ばね負荷されたロックピンから成っており、このロックピンは外側ロータの受容部内に配置されている。各ロックピンはばねを用いて内側ロータの方向で力を負荷される。内側ロータにはロック溝が形成されていて、このロック溝は、装置の規定された運転ポジションにおいてロックピンと向かい合って位置している。このような運転ポジションにおいてロックピンはロック溝内に係合することができる。この場合各回転角制限装置はロック解除された状態からロックされた状態に移動する。

各回転角制限装置はロック溝の圧力媒体負荷によって、ロックされた状態からロック加除された状態に移動されることができる。この場合圧力媒体はロックピンをこの受容部内に押し戻し、これによって外側ロータに対する内側ロータの機械的な連結は解除される。

圧力室区分及びロック溝への圧力媒体供給は、制御弁を用いて行われ、この場合制御弁には特に、圧力室区分に連通している２つの作業接続部と、ロック溝に連通している１つの制御接続部とが形成されている。上に述べた構成の欠点としては、両方の回転角制限装置が同一の制御管路を用いてロックされた状態からロック解除された状態に移動させられるということが挙げられる。この構成では移動過程中に両方の回転角制限装置がロック解除されねばらなず、つまり両方の回転角制限装置に圧力媒体が供給されねばならず、これに対して圧力室区分に対しては、交互に圧力媒体が供給もしくは排出される。これにより制御弁の制御ロジックは複雑にもしくは高価になる。そして一方では多数の制御位置が必要であり、内燃機関の運転中における制御位置の間の切換えポイントは、運転に起因して生じる種々のバリエーションに基づいて、例えば温度変化によって、常に新たに規定されねばならない。さらに、個々の制御状態の調節は制御系の高い精度を必要とする。それというのは、弁に供給される流れは、多数の制御位置に基づいて、狭く制限された流れの値のインターバル内に位置しなくてはならないからである。従って多数の計算及びデータ処置オペレーションが発生し、これによって電子制御装置に対しては高い要求が課せられる。さらに、調整回路における小さな偏差でさえも、不都合な制御状態を生ぜしめてしまうので、装置の位相正確さもしくは段階正確さに問題がある。

さらにこの構成では、内燃機関の始動段階中にすべての圧力室区分及びロック溝をタンクと接続するようになっており、このような構成は、装置に対する潤滑剤の供給不足、ひいては摩耗の増大を生ぜしめる。

択一的に別の構成では、圧力媒体を圧力室区分のうちの１つに供給し、ひいては十分な潤滑剤供給を保証するようになっている。しかしながらこの構成では内側ロータが外側ロータに対して液圧によって予負荷されるようになっている。このことによって、ロックピンのうちの１つがロック溝の縁部においてクランプすることがあり、これにより液圧によるロック解除が困難になり、又は場合によっては阻止されてしまう。

発明の課題
本発明の課題は、内側ロータを外側ロータに対して最大の早めポジションと最大の遅めポジションとの間の中間の位相位置において機械的にロックすることができる、内燃機関のガス交換弁の制御時間を可変調節する装置を提供することである。この場合、内燃機関の停止時に又は少なくとも内燃機関の始動過程中における確実なロックが保証されていて、内燃機関の始動過程中における不都合な自動ロック解除が回避され、装置にいつでも十分な潤滑剤が供給され、ロックポジションを越える確実な移動調節が保証されていて、しかも制御弁の個々の制御状態を容易に検出可能でかつ維持可能であることが望まれている。

この課題を解決するために本発明の構成では、第１の回転角制限装置のロック状態がもっぱら、圧力室区分のうちの少なくとも１つにおける圧力によって制御され、第２の回転角制限装置のロック状態がもっぱら、別体の制御管路を用いて制御されるようになっており、しかも該制御管路が、圧力媒体通路とも圧力室区分とも連通していないようになっている。

本発明の具体的な構成では、第１の回転角制限装置が接続管路を介して、圧力室区分のうちの少なくとも１つと又は圧力媒体通路のうちの１つと連通している。この場合、第１の回転角制限装置のロック状態はもっぱら、単数又は複数の早め調節室における圧力によって制御されることができる。

また、第１及び第２の回転角制限装置がロックされている場合に、内側ロータが外側ロータに対してロックポジションにおいて固定されていると有利である。

この場合、第２の回転角制限装置がロックされた状態において、クランクシャフトと共働するロータに対するカムシャフトと共働するロータの位相位置を、最大の早めポジションとロックポジションとの間の角度範囲に制限する構成が可能である。

さらに、第１の回転角制限装置がロックされた状態において、クランクシャフトと共働するロータに対するカムシャフトと共働するロータの回転を、ロックポジションを占めている場合に、最大の早めポジションの方向において阻止する構成が可能である。

また、第１の回転角制限装置がロックされた状態において、クランクシャフトと共働するロータに対するカムシャフトと共働するロータの位相位置を、最大の遅めポジションとロックポジションとの間の角度範囲に制限する構成が可能である。

本発明の有利な構成では、制御弁が設けられていて、該制御弁が、圧力媒体通路及び制御管路に対する圧力媒体の供給もしくは排出を制御するようになっている。

この場合、制御弁は２つの作業接続部を有しており、第１の作業接続部が第１の圧力室区分と連通し、かつ第２の作業接続部が第２の圧力室区分と連通しており、制御管路が弁側においてもっぱら、作業接続部とは別個に形成された制御接続部と連通している。

本発明による装置の実施形態では、ロック装置が設けられていて、該ロック装置を用いて外側ロータと内側ロータとが、最大の早めポジションと最大の遅めポジションとの間におけるロックポジションにおいて機械式に連結可能である。有利には２つの回転角制限装置が設けられていて、両回転角制限装置のうちの１つが、ロックされた状態において外側ロータに対する内側ロータの相対的な位相位置を、最大の早めポジションとロックポジションとの間の範囲に制限するようになっている。他方の回転角制限装置はロックされた状態において、ロックポジションと最大の遅めポジションとの間の位相位置を可能にする。択一的に、他方の回転角制限装置はロックエレメントとして形成されていても良く、この場合ロックエレメントのロックピンはロックポジションにおいて、ロックピンに合わせられた切欠き又は盲孔に係合する。これによって、内側ロータを外側ロータに対して中間的な位相位置において機械式に固定できることが保証される。

各回転角制限装置は圧力媒体供給によって、ロックされた状態からロック解除された状態に移動させられることができる。この場合、外側ロータに対する内側ロータの相対回動をロックされた状態において最大の早めポジションとロックポジションとの間の範囲に制限する回転角制限装置は、制御管路と連通し、この場合他方の回転角制限装置は例えば孔や溝を介して、圧力室区分のうちの少なくとも１つと連通している。制御管路は有利には、圧力室区分に圧力媒体を供給する圧力媒体管路及び圧力媒体通路とは別個に構成されている。これによって回転角制限装置のロック状態を互いに無関係に調節することができる。回転角制限装置のうちの１つには、圧力室区分のうちの少なくとも１つを介して圧力媒体が供給されるので、制御弁に設けられねばならない制御箇所の数は、最小に減じられることができる。これにより、検出される切換えポイントの数が減少し、これによって内燃機関の運転中における調整の手間は著しく簡単になる。さらに、プロポーショニングバルブとして構成された制御弁の個々の制御箇所の領域を増大させることができるので、これによっても、調整の手間が減じられ、機能確実性が高められる。

さらに、制御管路を介して回転角制限装置のうちの１つを別個に制御することによって、装置を停止過程に、ロックポジションを維持する規定されたインターバルにおいて停止させることができる。停止過程中に又は内燃機関の新たな始動中に、内側ロータは自動的にロックポジションに達し、この場合ロータの間における機械的な結合は、回転角制限装置を用いて生ぜしめられる。

制御管路が、装置に圧力媒体を供給する圧力媒体管路とは無関係に形成されているので、始動過程中に両方の回転角制限装置をタンクに接続することができ、この場合１つの圧力媒体通路は、タンクともポンプとも接続されていない。これにより装置の自動的なロック解除を阻止することができる。同時に、制御弁を介して圧力媒体管路に流入する漏れオイルは、外側ロータに対する内側ロータの僅かな振動運動によって、吸い込まれることができる。これによって、装置への十分な潤滑剤供給は始動過程中においても保証される。外側ロータに対する内側ロータの僅かな振動運動は、カムシャフトに対して作用する交番モーメントと、回転角制限装置の僅かなロック遊びとの組合せに基づいて生じる。

本発明の別の特徴は、以下の記載及び図面に示されており、以下においては図面を参照しながら本発明の１実施例を説明する。

内燃機関を概略的に示す図である。 内燃機関のガス交換弁の制御時間を変化させる装置の本発明による実施形態を、接続された液圧回路と共に示す断面図である。 図２ａにおけるＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿って図２ａに示された装置を断面して示す縦断面図である。 図２ｂにおけるＩＩｃ−ＩＩｃ線に沿って装置を断面して示す横断面図である。 本発明による装置の制御弁の第１の制御ロジックを示す図である。 本発明による装置の制御弁の第２の制御ロジックを示す図である。 本発明による装置を制御するための制御弁を示す斜視図である。 図５に示された制御弁を部分的に縦断面して示す図である。 図６に示された制御弁の主要部分を１つの制御位置において示す縦断面図である。 図６に示された制御弁の主要部分を別の制御位置において示す縦断面図である。 図６に示された制御弁の主要部分を別の制御位置において示す縦断面図である。 図６に示された制御弁の主要部分を別の制御位置において示す縦断面図である。 図６に示された制御弁の主要部分を別の制御位置において示す縦断面図である。 図６に示された制御弁の主要部分を別の制御位置において示す縦断面図である。 図６に示された制御弁の主要部分を別の制御位置において示す縦断面図である。

図面の詳しい説明
図１には内燃機関１が略示されており、この場合クランクシャフト２に位置しているピストン３は、シリンダ４内に示されている。クランクシャフト２は図示の実施形態では、各１つの巻掛け伝動装置５を介して吸気カムシャフト６もしくは排気カムシャフト７と接続されており、この場合第１及び第２の装置１０が、クランクシャフト２とカムシャフト６，７との間における相対回動のために働くことができる。カムシャフト６，７のカム８は、単数又は複数の吸気交換弁９ａもしくは単数又は複数の排気交換弁９ｂを操作する。同様に、カムシャフト６，７のうちの１つだけが装置１０を備えているような構成や、又は装置１０を備えたただ１つのカムシャフト６，７が設けられているような構成も可能である。

図２ａ及び図２ｂには、本発明による装置１０の１実施形態が横断面図及び縦断面図で示されている。

装置１０は、１つの外側ロータ２２と１つの内側ロータ２３と２つのサイドカバー２４，２５とを有している。内側ロータ２３は、羽根車の形で構成されていて、ほぼ円筒形に形成されたボスエレメント２６を有しており、このボスエレメント２６の円筒形の外周面からは、図示の実施形態では５つの羽根２７が半径方向外側に向かって延びている。この場合はね２７はボスエレメント２６と一体的に形成されていることができる。択一的に羽根２７は、図２ａに示されているように、別体に形成されていてもよく、ボスエレメント２６に形成された軸方向に延びる羽根溝２８内に配置されていることができ、この場合羽根２７は、羽根溝２８の溝底部と羽根２７との間に配置されたばねエレメント（図示せず）を用いて、半径方向外側に向かって力を負荷される。

外側ロータ２２の外周壁２９を起点として、複数の突出部３０が半径方向内側に向かって延びている。図示の実施形態では突出部３０は周壁２９と一体的に形成されている。しかしながらまた、突出部３０の代わりに羽根が設けられていて、これらの羽根が周壁２９に取り付けられていて、半径方向内側に向かって延びているような実施形態も可能である。外側ロータ２２は突出部３０の、半径方向内側に位置する周壁を用いて、内側ロータ２３に対して回転可能に該内側ロータ２３に支承されている。

周壁２９の外周面にはスプロケット２１が配置されており、このスプロケット２１を用いてチェーン伝動装置（図示せず）を介してトルクをクランク軸２から外側ロータ２２に伝達することができる。このスプロケット２１は別体の部材として形成されていて、内側ロータ２３と回動不能に結合されていてもよいし、又は内側ロータ２３と一体に形成されていてもよい。択一的にベルト伝動装置又は歯車伝動装置が設けられていてもよい。

サイドカバー２４，２５はそれぞれ、外側ロータ２２の軸方向の側面に配置されていて、それぞれ対応する側面に回動不能に固定されている。各突出部３０にはそのために軸方向開口３１が設けられており、この場合各軸方向開口３１は固定エレメント３２、例えばボルト又はねじによって貫通係合され、このような固定エレメント３２は、外側ロータ２２にサイドカバー２４，２５を回動不能に固定するために働く。

装置１０の内部において、周方向において互いに隣接した各２つの突出部３０の間には、圧力室３３が形成されており、この圧力室３３は、周方向においては、ほぼ半径方向に延びていて互いに向かい合っている隣接した突出部３０によって画成され、軸方向においてはサイドカバー２４，２５によって画成され、かつ半径方向内側に向かってはボスエレメント２６によって、半径方向外側に向かっては周壁２９によって画成される。それぞれの圧力室３３には羽根２７が進入しており、この場合羽根２７は、サイドカバー２４，２５と周壁２９とに接触するように形成されている。従って各羽根２７はそれぞれの圧力室３３を、相互に作用し合う２つの圧力室区分３５，３６に分割している。

外側ロータ２２は規定された角度範囲において、内側ロータ２３に対して回転可能に配置されている。この角度範囲は外側ロータ２２の回転方向において、各羽根２７が、早めストッパ３４ａとして形成された圧力室３３の画成壁３４に接触することによって、制限される。同様に他方の回転方向における角度範囲は、各羽根２７が、遅めストッパ３４ｂとして働く圧力室３３の他方の画成壁３４に接触することによって、制限される。択一的に、内側ロータ２３に対する外側ロータ２２の回転角範囲を制限する回転制限装置が設けられていてもよい。

圧力室区分３５，３６の一方のグループの圧力負荷と他の圧力室区分グループの放圧とによって、内側ロータ２３に対する外側ロータ２２の位相位置を変化させることができる。圧力室区分３５，３６の両グループを共に圧力負荷することによって、両ロータ２２，２３の相対的な位相位置をコンスタントに保つことができる。択一的に、コンスタントな位相位置の段階中に圧力室区分３５，３６のいずれにも圧力媒体を供給しないことも可能である。液圧媒体としては、通常、内燃機関の潤滑オイルが使用される。

圧力室区分３５，３６に対する圧力媒体供給もしくは排出のために、圧力媒体系が設けられており、この圧力媒体系は、圧力媒体ポンプ（図示せず）、タンク（同様に図示せず）、制御弁３７及び複数の圧力媒体管路３８ａ，３８ｂ，３８ｐを有している。圧力媒体ポンプから吐出された圧力媒体は、第３の圧力媒体管路３８ｐを介して制御弁３８に供給される。制御弁３７の制御状態に応じて、第３の圧力媒体管路３８ｐは第１の圧力媒体管路３８ａ、第２の圧力媒体管路３８ｂ又は両圧力媒体管路３８ａ，３８ｂに接続されるか、もしくは両圧力媒体管路３８ａ，３８ｂのいずれにも接続されない。

内側ロータ２３は２グループの圧力媒体通路３９ａ，３９ｂを備えて形成されており、この場合各圧力媒体通路３９ａ，３９ｂは、内側ロータ２３の受容部４０の内周面から、圧力室区分３５，３６のうちの１つに延びている。第１の圧力媒体管路３８ａは第１の圧力媒体通路３９ａに連通している。第２の圧力媒体管路３８ｂは第２の圧力媒体通路３９ｂに連通している。そのために例えば圧力媒体分配器が設けられており、この圧力媒体分配器は受容部４０内に配置されている。択一的な実施形態では制御弁３７は中央弁として形成されていて、受容部４０内に配置されており、この場合制御弁３７は第３の圧力媒体管路３８ｐを圧力媒体通路３９ａ，３９ｂに直接接続している。

ガス交換弁９ａ，９ｂの制御時間（開放時期及び閉鎖時期）を早めの方向にシフトするためには、制御弁３７に第３の圧力媒体管路３８ｐを介して供給された圧力媒体が、第１の圧力媒体通路３９ａを介してかつ場合によっては第１の圧力媒体管路３８ａを介して、第１の圧力室区分３５のグループに導かれる。同時に圧力媒体が、第２の圧力室区分３６のグループから第２の圧力媒体通路３９ｂを介してかつ場合によっては第２の圧力媒体管路３８ｂを介して制御弁３７に達し、そしてタンクに排出される。これによって羽根２７は早めストッパ３４ａの方向にシフトされ、これにより、装置１０の回転方向における外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の回転運動が達成される。

ガス交換弁９ａ，９ｂの制御時間を遅めの方向にシフトさせるためには、第３の圧力媒体管路３８ｐを介して制御弁３７に供給された圧力媒体が、第２の圧力媒体通路３９ｂを介してかつ場合によっては第２の圧力媒体管路３８ｂを介して第２の圧力室区分３６のグループに導かれる。同時に第１の圧力室区分３５のグループから第１の圧力媒体通路３９ａを介してかつ場合によっては第１の圧力媒体管路３８ａを介して制御弁３７に達し、そしてタンクに排出される。これによって羽根２７は遅めストッパ３４ｂの方向にシフトされ、これにより、装置１０の回転方向とは逆方向における外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の回転運動が達成される。

制御時間をコンスタントに保つためには、すべての圧力室区分３５，３６への圧力媒体供給が中断されるか又は実施される。これによって羽根２７はそれぞれの圧力室３３の内部において液圧により緊張させられ、ひいては外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の回転運動が阻止される。

内燃機関１の始動中又はアイドリング段階中には、装置１０への圧力媒体供給が、圧力室３３の内部における羽根２７の液圧による緊張を保証するのに、十分でないことがある。外側ロータ２２に対する内側ロータ２３のコントロールされない振動を阻止するために、ロック機構４１が設けられており、このロック機構４１は両方のロータ２２，２３の間における機械的な結合を生ぜしめる。この場合ロータ２２，２３のうちの一方にロックピンが配置されており、これに対して他方のロータ２２，２３には滑子案内が形成されている。内側ロータ２３が外側ロータ２２に対して規定された位相位置（ロックポジション）を占めている場合に、ロックピンは滑子案内の中に係合することができ、これによって両ロータ２２，２３の間における機械的な結合を生ぜしめる。

ロックポジションを次のように、すなわち羽根２７が装置１０のロックされた状態において早めストッパ３４ａと遅めストッパ３４ｂとの間のポジションを占めるように、選択すると有利である。このようなロック機構４１は図２ｃに示されている。このロック機構４１は第１の回転角制限装置４２と第２の回転角制限装置４３とから成っている。図示の実施形態では、回転角制限装置４２，４３はそれぞれ、軸方向移動可能なロックピン４４から成っており、各ロックピン４４は内側ロータ２３の孔内に受容されている。さらに第１の側壁つまりサイドカバー２４には２つの滑子案内４５が、周方向に延びる溝の形で形成されている。これらの滑子案内４５は、図２ｃに破線の形で示されている。各ロックピン４４はばねエレメント４６を用いて、第１のサイドカバー２４の方向に力を負荷される。外側ロータ２２に対して内側ロータ２３が、ロックピン４４が軸方向において所属の滑子案内４５に向かい合うポジションを占めると、ロックピン４４は滑子案内４５の中に押し込まれ、それぞれの回転角制限装置４２，４３をロック解除状態からロック状態に移動させる。この場合第１の回転角制限装置４２の滑子案内４５は、外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の位相位置が第１の回転角制限装置４２のロック解除状態において最大の遅めポジションとロックポジションとの間の範囲に制限されているように、構成されている。内側ロータ２３が外側ロータ２２に対してロックポジションを占めている場合には、第１の回転角制限装置４２のロックピン４４は、周方向において滑子案内４５によって形成されたストッパに接触しており、これによって、早めの制御時間に向かってのさらなる移動が阻止される。

同様に第２の回転角制限装置４３の滑子案内４５は、第２の回転角制限装置４３のロック状態において外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の位相位置が最大の早めポジションとロックポジションとの間の範囲に制限されているように、設計されている。

回転角制限装置４２，４３をロック状態からロック解除状態に移動させるためには、各滑子案内４５に圧力媒体が供給される。これによって各ロックピン４４はばねエレメント４６の力に抗して孔内に押し戻され、これによって回転角の制限が解消される。

図示の実施形態では、第１の回転角制限装置４２の滑子案内４５、つまり、ロック状態において外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の回転を早め方向におけるロックポジションにおいて阻止する、第１の回転角制限装置４２の滑子案内４５には、第１の圧力室区分３５のうちの１つ及び接続管路４７を介して圧力媒体が供給されるようになっている。また第２の回転角制限装置４３の滑子案内４５には、制御管路４８と通路４９とを介して圧力媒体が供給される。そしてこの場合制御弁３７は、第１及び第２の圧力室区分３５，３６に対する圧力媒体流及び制御管路４８に対する圧力媒体流を調整するようになっている。

このような調整弁３７は図５及び図６に示されている。この制御弁３７は調節ユニット５０と液圧区分５１とから成っている。液圧区分５１は中間スリーブ５３の弁ハウジング５２と制御ピストン５４とから成っている。弁ハウジング５２には第１の作業接続部Ａ、第２の作業接続部Ｂ、供給接続部Ｐ、制御接続部Ｓ、並びに軸方向及び半径方向の排出接続部Ｔが形成されている。第１の作業接続部Ａは第１の圧力媒体管路３８ａと連通している。第２の作業接続部Ｂは第２の圧力媒体管路３８ｂと連通している。供給接続部Ｐは第３の圧力媒体管路３８ｐと連通している。制御接続部Ｓは制御管路４８と連通している。そして排出接続部Ｔを介して圧力媒体は、図示されていないタンクに流出することができる。

中間スリーブ５３は弁ハウジング５２の内部において該弁ハウジング５２に対して位置固定に配置されている。中間スリーブ５３の外周面には、１つの作業溝５６、１つの制御溝５７、５つの作業開口５６ａ〜ｅ及び３つの制御開口５７ａ〜５７ｃが形成されている。作業溝５６及び制御溝５７は中間スリーブ５３の周方向において、それぞれ規定された角度間隔をおいて延びており、両方の溝５６，５７は液圧的に互いに隔てられている。作業接続部Ａ，Ｂ及び供給接続部Ｐは、半径方向開口として弁ハウジング５２に形成されており、この場合これらの半径方向開口はもっぱら、作業溝５６によって占められた角度セグメントの範囲に形成されている。同様に制御接続部Ｓは単数又は複数の半径方向開口を用いて実現されており、この半径方向開口はもっぱら、制御溝５７によって占められた角度セグメントの範囲に形成されている。

作業開口５６ａ〜ｅは一方では中間スリーブ５３の内部と連通し、かつ他方では第１の作業接続部Ａ（第１の作業開口５６ａ）、供給接続部Ｐ（第２の作業開口５６ｂ）、作業溝５６（第３及び第４の作業開口５６ｃ，ｄ）もしくは半径方向のタンク接続部Ｔ（第５の作業開口５６ｅ）と連通している。作業溝５６は付加的に第２の作業接続部Ｂと連通している。さらに、第１、第２又は第５の作業開口５６ａ，ｂ，ｅをそれぞれの接続部Ａ，Ｐ，Ｔに接続する別の溝を、中間スリーブ５３の外周面に形成することも可能である。

制御開口５７ａ〜ｃは一方では中間スリーブ５３の内部と連通し、かつ他方では、制御接続部Ｓと接続する制御溝Ｓと連通している。

制御ピストン５４はほぼ中空円筒形に形成されていて、中間スリーブ５３の内部に配置されており、この制御ピストン５４は調節ユニット５０によって、ばね５５の力に抗して軸方向において中間スリーブ５３及び弁ハウジング５２に対してシフト可能である。制御ピストン５４は３つのリング溝５８ａ〜ｃ、第１及び第２の開口５９ａ，ｂを有している。

調節ユニット５０は例えば電気式の調節ユニットとして形成されていることができ、この場合磁化される可動子はコイルの内部に配置されている。コイルへの給電によって、可動子は内部を軸方向移動することができる。突き棒５０ａを介してこの運動は制御ピストン５４に伝達されることができる。

中間スリーブ５３の内部における制御ピストン５４の軸方向移動によって、作業接続部Ａ，Ｂ及び制御接続部Ｓは選択的に供給接続部Ｐ、排出接続部Ｔと接続されるか又は両接続部のいずれとも接続されない。

図３には、図５もしくは図６に示された制御弁３７の制御ロジックが示されている。図５，図６には、第１の作業接続部Ａ、第２の作業接続部Ｂ及び制御接続部Ｓと圧力媒体ポンプもしくはタンクとの接続が、調節ユニット５０もしくは中間スリーブ５３の内部における制御ピストン５４の軸方向における変位Ｄとの関連において示されている。この場合制御弁３７は調節ユニット５０の励起の増大（制御ピストン５４の軸方向移動の増大）に連れて、制御位置を、始動位置Ｓ１、ロック解除位置Ｓ２、遅め調節位置Ｓ３、第１の中間位置Ｓ４、保持位置Ｓ５、第２の中間位置Ｓ６及び早め調節位置Ｓ７の順序で通る。種々異なった制御位置Ｓ１〜Ｓ７における弁ハウジング５２もしくは中間スリーブ５３に対する制御ピストン５４の位置は、図６ａ〜ｇに示されている。

制御弁３７が調節ユニット５０の励起されていない場合に占める始動位置Ｓ１（図６ａ）において、第１の作業接続部Ａ（第１の作業開口５６ａを介して）及び制御接続部Ｓ（第１の制御開口５７ａを介して）は、軸方向の排出接続部Ｔと接続されている。これによって圧力媒体は第１の圧力室区分３５から、ひいては第１の回転角制限装置４２から、かつ第２の回転角制限装置４３からタンクにタンクに排出される。第２の作業接続部Ｂはへ伊勢されている（供給接続部Ｐとも排出接続部Ｔとも接続されていない）。

始動位置Ｓ１からロック解除位置Ｓ２に移動すると（図６ｂ）、制御接続部Ｓは（第２の作業開口５６ｂ、第１のリング溝５８ａ、第１の開口５９ａ、制御ピストン５４の内部、第２の開口５９ｂ、第３のリング溝５８ｃ、第２の制御開口５７ｂ及び制御溝５７を介して）ポンプと接続される。第１の作業接続部Ａはさらに軸方向の排出接続部Ｔと連通し、これに対して第２の作業接続部Ｂは閉鎖されたままである（図６ａと同様）。

次の遅め調節位置Ｓ３（図６ｃ）において、第２の作業接続部Ｂ（第２の作業開口５６ｂ、第２のリング溝５８ｂ、第３の作業開口５６ｃ及び作業溝５６を介して）及び制御接続部Ｓは供給接続部Ｐと接続されており（図６ｂと同様）、この場合第１の作業接続部Ａは軸方向の排出接続部Ｔと接続されている（図６ａと同様）。

第１の中間位置Ｓ４（図６ｄ）において、第１の作業接続部Ａは閉鎖されており、これに対して第２の作業接続部Ｂ及び制御接続部Ｓは、供給接続部Ｐと接続されている（図６ｃと同様）。

保持位置Ｓ５（図６ｅ）において、両作業接続部Ａ，Ｂ及び制御接続部Ｓは閉鎖されている。

第２の中間位置Ｓ６（図６ｆ）において第１の作業接続部Ａは（第２の作業開口５６ｂ、第１のリング溝５８ａ及び第１の作業開口５６ａを介して）供給接続部Ｐと接続されており、これに対して第２の作業接続部Ｂ及び制御接続部Ｓは閉鎖されている（図６ｅと同様）。

次に続く早め調節位置Ｓ７（図６ｇ）において、第２の作業接続部Ｂ及び制御接続部Ｓは（第４の作業開口５６ｄもしくは第３の制御開口５７ｃ、中間スリーブ５３の内部及び第５の作業開口５６ｅを介して）、半径方向の排出接続部Ｔと接続され、かつ第１の作業接続部Ａは供給接続部Ｐと接続されている（図６ｆと同様）。

内燃機関の始動段階中、制御弁３７は始動位置Ｓ１にある。この段階において、圧力室３３の内部における液圧による緊締は、低い系圧に基づいて一般的に保証されていない。この理由から内側ロータ２３は外側ロータ２２に対して周方向における振動運動を生ぜしめる。この振動は、カムシャフト６，７に対して作用する交番モーメントによって惹起され、この場合振動は装置１０のロックされた状態においても生じる。また振動の振幅はロック遊び（Verriegelungsspiel）によって規定される。振動はポンプ作用を生ぜしめ、これによって圧力媒体通路３９ａ，３９ｂもしくは圧力媒体管路３８ａ，３８ｂ内に存在する残留オイルが圧力室区分３５，３６内に圧送されることがある。この場合装置１０の内部において、回転角制限装置４２，４３をロック解除された状態に移動させるのに十分な圧力値に達する可能性がある。

このことは、第１の作業接続部Ａ及び制御接続部Ｓとタンクとを接続することによって、阻止される。第１の圧力室区分３５、対応する圧力媒体通路３９ａ、第１の圧力媒体管路３８ａ及び制御管路４８は空にされ、これによって始動段階中における圧力形成、ひいては始動段階中における不都合な自動的なロック解除が、回転角制限装置４２，４３の滑子案内４５において阻止される。

始動位置Ｓ１において第２の作業接続部Ｂが閉鎖されていることによって、第２の圧力室区分３６は圧力媒体によって負荷されない。これによって、第２の回転角制限装置４３のロックピン４４が滑子案内４５の端部に向かって押し退けられることが阻止され、ひいてはクランプの発生することが阻止される。また他方において、圧力媒体がタンクに通じる第２の圧力媒体通路３９ｂに流出することも阻止される。これによって、羽根２７の振動によって少量の圧力媒体が第２の圧力室区分３６内に圧送されることが保証され、これにより装置１０には十分な潤滑剤が供給される。

規定の時間が経過して、始動過程が完全に終了した後、又は内燃機関１の潤滑剤回路内において十分な圧力レベルが検出され、機関制御装置が段階変化を設定すると、装置１０は、潤滑剤回路における圧力が再び所定のレベルの下に降下するまで、調整された状態に移行する。そのために制御弁３７の調節ユニット５０は給電され、すなわち、制御弁３７がロック解除位置Ｓ２を越えて制御位置Ｓ３〜Ｓ７に達するように、かつ位相角度の設定に応じて機関制御装置によってこれらの制御位置Ｓ３〜Ｓ７うちの１つの調整されるように、給電される。

制御弁３７がロック解除位置Ｓ２を占めている間、始動位置Ｓ１とは異なり制御接続部Ｓは圧力媒体によって負荷され、ひいては第２の回転角制限装置４３はロック解除された状態に移動させられる。この場合圧力室区分３５，３６はそのいずれもが圧力媒体によって負荷されず、これによって滑子案内４５における第２の回転角制限装置４３のロックピン４４のクランプは阻止される。

位相位置の現在の目標値もしくは実際値に関連して、制御弁３７は装置１０の調整された状態において制御位置Ｓ３〜Ｓ７を占める。機関制御装置によって遅めの吸気時間に向かって位相位置のシフトが設定されると、制御弁３７は、該制御弁３７が遅め調節位置Ｓ３を占めるように給電される。この位置において第１の圧力室区分３５はタンクと接続され、第２の圧力室区分３６はポンプと接続されている。同時に圧力媒体が第２の回転角制限装置４３の滑子案内４５に導かれる。第２の回転角制限装置４３のロックピン４４はロック解除された状態に保たれ、それに対して第２の圧力室区分３６への圧力媒体供給と同時に行われる第１の圧力室区分３５を空にすることとによって、内側ロータ２３は外側ロータ２２に対して装置１０の回転方向とは逆方向に回転させられる。機関制御装置が外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の位相位置の前に停止命令を与えると、制御弁３７は保持位置Ｓ５に移動させられる。この位置においては圧力室区分３５，３６と第２の回転角制限装置４３の滑子案内４５との間もしくはタンク又は圧力媒体ポンプとの間において、圧力媒体の交換は行われない。羽根２７は圧力室３３内において緊締され、回転角制限装置４２，４３はロック解除された位置に保たれる。

機関制御装置が早めの制御時間を設定すると、制御弁３７は早め調節位置Ｓ７にもたらされる。この制御位置において第１の圧力室区分３５には圧力媒体が供給され、それに対して第２の回転角制限装置４３の滑子案内４５及び第２の圧力室区分３６からは、圧力媒体がタンクに排出される。その結果、装置１０の回転方向における外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の相対回動が生ぜしめられる。付加的に、第２の回転角制限装置４３のロックピン４４と滑子案内４５とが互いに向かい合って位置している場合には、ロックピン４４は対応する滑子案内４５の中に係合することができる。

中間位置Ｓ４，Ｓ６においては圧力室区分３５，３６のそれぞれ１つのグループが圧力媒体によって負荷され、それに対して、圧力室区分３５，３６の他方のグループとポンプ及びタンクとの間においては圧力媒体の交換は行われない。これによって保持位置Ｓ５を占めている間もしくは保持位置Ｓ５から離れる間は、圧力室３３の内部における羽根２７の液圧による緊締は確実に維持されたままになる。

内燃機関１の停止段階中に、制御弁３７は早め調節位置Ｓ７に移動させられ、停止されている所定の時間にわたってこの早め調節位置Ｓ７に保たれる。これによって圧力媒体は第１の圧力室区分３５へと導かれ、それに対して圧力媒体は第２の圧力室区分３６からタンクへと流出することができる。これによって外側ロータ２２に対する内側ロータ２３の相対回動が生ぜしめられ、内側ロータ２３はロックポジションと最大の早めポジションとの間の位置に達する。同時に制御接続部Ｓ、ひいては第２の回転角制限装置４３の滑子案内４５はタンクと接続され、これによって第２の回転角制限装置４３はロックされた状態へと移動させられる。これにより、内側ロータ２３が内燃機関１の全停止段階中及び運転休止中にロックポジションと最大の早めポジションとの間の位置に移動させられ、次いでこの位置に保たれることが、保証される。

機関停止の最後の段階、つまり装置１０にもはや十分な圧力媒体が供給されない段階において、内側ロータ２３は、カムシャフト６，７に作用するエンジンブレーキトルク（Schleppmoment）に基づいて、最大の遅めポジションの方向で外側ロータ２２に対して回動させられる。この運動は、ロックポジションにおいてロックされた第２の回転角制限装置４３によって、停止される。系圧が存在しないことに基づいて、第１の回転角制限装置４２はこのポジションにおいて同様にロックされた状態に移動させられ、これによってロックポジションにおける外側ロータ２２に対する内側ローラ２３の機械的な固定が行われる。択一的にこの過程は、制御弁３７が始動位置Ｓ１を占めている内燃機関１の始動過程中に行うことも可能である。この位置において第１の圧力室区分３５及びこの第１の圧力室区分３５に接続された第１の回転角制限装置４２の滑子案内４５は、タンクと接続される。内側ロータ２３は、カムシャフト６，７に作用するブレーキトルクに基づいてロックポジションに押し退けられ、このロックポジションにおいて第１の回転角制限装置４２はロックされた状態に移動することができる。

装置１０の調整された運転（制御状態Ｓ３〜Ｓ７）の間は、図３に示された制御ロジックに基づいて、圧力室区分３５，３６の１つのグループの負荷時に所属の回転角制限装置４２，４３がロック解除された状態を占めることが、保証されている。これによってロックポジションを越えた装置１０の確実な移動調節が保証されている。

回転角制限装置４２，４３を別個に制御することによって、制御ロジックにおける切換えポイントの数は僅かしか存在しなくなり、これら少数の切換えポイントは機関制御装置に記憶されているか又は機関制御装置によって検出されねばならない。同時に、個々の制御位置Ｓ１〜Ｓ７の範囲もしくは領域は増大し、これによって制御弁３７の調整は著しく簡単化され、かつエラー発生の可能性は減じられる。

図４には、図３に示された制御ロジックに対する択一的な制御ロジックが示されており、両制御ロジックにおけるただ１つの相違は、制御位置Ｓ１〜Ｓ７の順序が交換されていることにある。始動位置Ｓ１はこの構成では、調節ユニット５０が最大に励起された場合に占められるのに対して、早め調節位置Ｓ７は調節ユニット５０が励起されていない場合に占められる。

１ 内燃機関、 ２ クランクシャフト、 ３ ピストン、 ４ シリンダ、 ５ 巻掛け伝動装置、 ６ 吸気カムシャフト、 ７ 排気カムシャフト、 ８ カム、 ９ａ 吸気ガス交換弁、 ９ｂ 排気交換弁、 １０ 装置、 ２１ スプロケット、 ２２ 外側ロータ、 ２３ 内側ロータ、 ２４，２５ サイドカバー、 ２６ ボスエレメント、 ２７ 羽根、 ２８ 羽根溝、 ２９ 周壁、 ３０ 突出部、 ３１ 軸方向開口、 ３２ 固定エレメント、 ３３ 圧力室、 ３４ 画成壁、 ３４ａ 早めストッパ、 ３４ｂ 遅めストッパ、 ３５ 第１の圧力室区分、 ３６ 第２の圧力室区分、 ３７ 制御弁、 ３８ｂ 第１の圧力媒体管路、 ３８ａ 第２の圧力媒体管路、 ３８ｐ 第３の圧力媒体管路、 ３９ｂ 第１の圧力媒体通路、 ３９ａ 第２の圧力媒体通路、 ４０ 受容部、 ４１ ロック機構、 ４２ 回転角制限装置、 ４３ 回転角制限装置、 ４４ ロックピン、 ４５ 滑子案内、 ４６ ばねエレメント、 ４７ 接続管路、 ４８ 制御管路、 ４９ 通路、 ５０ 調節ユニット、 ５０ａ 突き棒、 ５１ 液圧区分、 ５２ 弁ハウジング、 ５３ 中間スリーブ、 ５４ 制御ピストン、 ５５ ばね、 ５６ 作業溝、 ５６ａ 第１の作業開口、 ５６ｂ 第２の作業開口、 ５６ｃ 第３の作業開口、 ５６ｄ 第４の作業開口、 ５６ｅ 第５の作業開口、 ５７ 制御溝、 ５７ａ 第１の作業開口、 ５７ｂ 第２の作業開口、 ５７ｃ 第３の作業開口、 ５８ａ 第１のリング溝、 ５８ｂ 第２のリング溝、 ５８ｃ 第３のリング溝、 ５９ａ 第１の開口、 ５９ｂ 第２の開口、 Ａ 第１の作業接続部、 Ｂ 第２の作業接続部、 Ｐ 供給接続部、 Ｔ 排出接続部、 Ｓ 制御接続部、 Ｄ 変位、 Ｓ１ 始動位置、 Ｓ２ ロック解除位置、 Ｓ３ 遅め調節位置、 Ｓ４ 第１の中間位置、 Ｓ５ 保持位置、 Ｓ６ 第２の中間位置、 Ｓ７ 早め調節位置

Claims (9)

1. 内燃機関（１）のガス交換弁（９ａ，９ｂ）の制御時間を可変調節する装置（１０）であって、
   外側ロータ（２２）と該外側ロータ（２２）に対して回転可能に配置された内側ロータ（２３）とが設けられており、両ロータのうちの一方がクランクシャフト（２）と駆動結合されていて、他方のロータがカムシャフト（６，７）と駆動結合しており、
   少なくとも１つの圧力室（３３）が設けられていて、各圧力室（３３）が相互に作用し合う２つの圧力室区分（３５，３６）に分割されており、
   各圧力室（３３）の圧力室区分（３５，３６）のうちの１つが早め調節室として作用し、かつ他方の圧力室区分（３５，３６）が遅め調節室として作用するようになっており、
   早め調節室への圧力媒体供給と、同時に行われる遅め調節室からの圧力媒体排出とによって、カムシャフト（６，７）と共働するロータ（２２，２３）が、クランクシャフト（２）と共働するロータ（２２，２３）に対して、最大の早めポジションの方向で回動させられ、
   遅め調節室への圧力媒体供給と、同時に行われる早め調節室からの圧力媒体排出とによって、カムシャフト（６，７）と共働するロータ（２２，２３）が、クランクシャフト（２）と共働するロータ（２２，２３）に対して、最大の遅めポジションの方向で回動させられ、
   少なくとも１つの第１及び第２の圧力媒体通路（３９ａ，３９ｂ）が設けられており、該圧力媒体通路（３９ａ，３９ｂ）を介して圧力室区分（３５，３６）に対して圧力媒体が供給もしくは排出可能であり、
   少なくとも２つの回転角制限装置（４２，４３）が設けられており、
   各回転角制限装置（４２，４３）が、ロック解除された状態とロックされた状態とに移動可能であり、ロック状態が、各回転角制限装置（４２，４３）に対する圧力媒体の供給もしくは排出によって調節可能である形式のものにおいて、
   第１の回転角制限装置（４２）のロック状態がもっぱら、圧力室区分（３５，３６）のうちの少なくとも１つにおける圧力によって制御され、
   第２の回転角制限装置（４３）のロック状態がもっぱら、別体の制御管路（４８）を用いて制御されるようになっており、
   しかも該制御管路（４８）が、圧力媒体通路（３９ａ，３９ｂ）とも圧力室区分（３５，３６）とも連通していないことを特徴とする、内燃機関のガス交換弁の制御時間を可変調節する装置。
2. 第１の回転角制限装置（４２）が接続管路（４７）を介して、圧力室区分（３５，３６）のうちの少なくとも１つと又は圧力媒体通路（３９ａ，３９ｂ）のうちの１つと連通している、請求項１記載の装置。
3. 第１の回転角制限装置（４２）のロック状態がもっぱら、単数又は複数の早め調節室における圧力によって制御される、請求項１記載の装置。
4. 第１及び第２の回転角制限装置（４２，４３）がロックされている場合に、内側ロータ（２３）が外側ロータ（２２）に対してロックポジションにおいて固定されている、請求項１記載の装置。
5. 第２の回転角制限装置（４３）がロックされた状態において、クランクシャフト（２）と共働するロータ（２２，２３）に対するカムシャフト（６，７）と共働するロータ（２２，２３）の位相位置を、最大の早めポジションとロックポジションとの間の角度範囲に制限する、請求項４記載の装置。
6. 第１の回転角制限装置（４２）がロックされた状態において、クランクシャフト（２）と共働するロータ（２２，２３）に対するカムシャフト（６，７）と共働するロータ（２２，２３）の回転を、ロックポジションを占めている場合に、最大の早めポジションの方向において阻止する、請求項４記載の装置。
7. 第１の回転角制限装置（４２）がロックされた状態において、クランクシャフト（２）と共働するロータ（２２，２３）に対するカムシャフト（６，７）と共働するロータ（２２，２３）の位相位置を、最大の遅めポジションとロックポジションとの間の角度範囲に制限する、請求項４記載の装置。
8. 制御弁（３７）が設けられていて、該制御弁（３７）が、圧力媒体通路（３９ａ，３９ｂ）及び制御管路（４８）に対する圧力媒体の供給もしくは排出を制御する、請求項１記載の装置。
9. 制御弁（３７）が２つの作業接続部（Ａ，Ｂ）を有しており、第１の作業接続部（Ａ）が第１の圧力室区分（３５）と連通し、かつ第２の作業接続部（Ｂ）が第２の圧力室区分（３６）と連通しており、制御管路（４８）が弁側においてもっぱら、作業接続部（Ａ，Ｂ）とは別個に形成された制御接続部（Ｓ）と連通している、請求項８記載の装置。

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