JPH05509374A - カムシャフトと該カムシャフトの駆動エレメントとの間における回転角の対応関係を調節する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 カムシャフトと該カムシャフトの駆動エレメントとの間における回転角の対応関 係を調節する装置本発明は、カムシャフト、特に内燃機関のガス交換弁を操作す るために働くカムシャフトと該カムシャフトの駆動エレメントとの間における回 転角の対応関係を調節する装置であって、調節方向において相対的に運動可能な 各２つの円形セグメントシェルが設けられており、該円形セグメントシェルがそ れぞれ互いに次のように、すなわち調節方向における調節時に円形セグメントシ ェルが互いに逆向きに調節されるように、連結されており、この場合それぞれ第 １の円形セグメントシェルと第２の円形セグメントシェルとによって制限された 一方の作業室において閉鎖された容積が、他方の作業室における容積の減少時に 増大するようになっており、第１の円形セグメントシェルと第２の円形セグメン トシェルとによって制限された第１の作業室と第２の作業室とが、弁を介して第 １の調節圧力媒体源と接続可能である形式のものに関する。

ヨーロッパ特許出願公開第１６３０４６号明細書に基づいて公知の、カムシャフ トの回転角の対応関係を調節する装置では、カムシャフトと結合されている部分 の直径に配置された２つのハイドロリック式のサーボモータが設けられており、 両サーボモータは各１つのサーボピストンを有しており、この場合サーボピスト ンはそれぞれローラを介してランプに作用するようになっており、そしてこのラ ンプは、カムシャフトと結合された部分を半径方向において取り囲んでいる駆動 歯車に配置されている。それぞれサーボモータに配属されているランプは、この 場合互いに逆向きに傾けられており、これによって、一方のサーボモータのサー ボピストンの移動調節時に、カムシャフトがランプを介して駆動歯車にむかって 移動せしめられ、対向して位置しているランプが他方のサーボモータのサーボピ ストンを押し戻すようになっている。この場合サーボピストンは、弁又はスプー ル弁によって制御され、一方のサーボモータの外方に向かフで運動せしめられた ピストンが圧力負荷され、かつ対向して位置している他方のサーボモータの作業 室が放圧されるようになっており、この結果、このサーボモータのピストンがラ ンプに従って逃げることができるようになっている。このような装置では、別体 の圧力源が必要であり、かつサーボモータを制御するための電磁弁も必要である 。

まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願Ｐ３９３０１５７には、特に内 燃機関のガス交換弁を操作するために働くカムシャフトの回転角の対応関係を調 節する装置が記載されており、この装置は互いに逆向きに作用する２つのサーボ モータを有している。そして両サーボモータの互いに対応する可動の豪は、互い に連結されており、この場合調節媒体の準備及び調節媒体の圧力発生のためにか かる費用を減じるために、サーボモータの作業室は、一方では共に各１つの逆止 弁を介して調節媒体圧力源に接続されていて、かつ他方では選択的に制御弁を介 して互いに直接接続可能又は互いに切り離し可能になっており、この結果、各作 業室におけるトルク変動とこれによって生じる圧力とは、特に、次いで行われる 作業室の再遮断と共に調節のために規定された時間において利用することができ る。

まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願Ｐ３９３０１５７に記載された カムシャフト調節袋置ノ機能は、従って次のこと、すなわちこの場合、全回転数 範囲において、平均的な駆動トルクに対してプラスのトルク変動とマイナスのト ルク変動とが生じることに、基づいている。サーボモータの作業室はばねによっ て、このばねがサーボモータの作業室を増大させる方向で作用するように、負荷 されている。コイルばねのプレロードはちょうど平均的な駆動トルクに相応して 選択されるので、作業室においては同様に交互に、正圧が生じる。そして制御弁 を用いてこれらの圧力ピークは、圧力媒体源として、直接調節のために利用する ことができる。

しかしながら低い機関回転数、つまり機関の始動時回転数においては運転に問題 がある。それというのは、平均的な駆動トルクにおけるトルク変動は、慣性力が 減少することに基づいて小さくなるからである。いまや平均的な駆動トルクにお いて、温度変化もしくは個々のユニットの間における変化によりて偏差が生じる と、カムシャフトは一方の方向においてしか移動調節され得ないという現象が生 じる。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の、カムシャフトと該カムシャフトの 駆動エレメントとの間における回転角の相対関係を調節する装置を改良して、機 関の低い回転数においてもカムシャフトの確実な調節を可能にし、かつ機関の確 実な始動を生ぜしめる回転角調節装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明による装置では、請求の範囲の請求項１の特徴 部分に記載されているように、すなわち、両作業室において閉鎖された容積が、 調節時に等しい値だけ増減され、両作業室が、作業室の方向に開放する各１つの 逆止弁を介して、第１の調節圧力媒体源と接続可能であり、かつ制御装置によっ て制御される制御弁を介して直接接続可能であり、しかも第３の円形セグメント シェルが第１の円形セグメントシェルと共に第３の作業室を形成していて、該第 ３の作業室を用いて、回転角の対応関係の付加的な調節が実施可能である構成さ れている。

本発明による装置のさらに別の有利な構成は、請求の範囲の請求項２以下及び以 下の記載並びに図面に示されている。

まだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願Ｐ３９３０１５７に記載されて いる装置では、特に内燃機関のガス交換弁を操作するために働くカムシャフトと 該カムシャフトの駆動エレメントとの間における回転角の相対関係を調節するた めに、調節方向において相互に可動の各２つの円形セグメントシェルが、弁を介 して第１の調節圧力媒体源と接続されている。そしてこの場合円形セグメントシ ェルは互いに次のように連結されている。すなわち、調節方向における調節時に 円形セグメントシェルが互いに逆方向に移動調節され、この際に、それぞれ第１ の円形セグメントシェルと第２の円形セグメントシェルとによって制限された一 方の作業室内に閉鎖されている容積が、他方の作業室における容積の減少時に、 増大するようになっている。作業室内に閉鎖された容積は、移動調節時に等しい 値だけ増大・減少させられる。この場合作業室は、作業室に向かって開放する各 １つの逆止弁を介して、第１の調節圧力媒体源と接続可能であり、かつ制御装置 によって＃ＪＩｊされる制御弁を介して互いに直接接続可能である。

本発明によればこのカムシャフト！ＩＩＷｎ装置は、付加的な作業室によって拡 大される。第３の作業室は、第３の円形セグメント／エルと第２の円形セグメン トシェルとによって形成され、この第３の円形セグメントシェルを用いて回転角 対応関係の付加的な移動調節が実施可能である。このことには次のような利点、 すなわち、ドイツ連邦共和国特許出願Ｐ３９３０１５７に記載された解決策によ って可能になる調節可能性に加えて、別の回転数範囲のために別個に可能なｙ１ 節が可能であるという利点がある。このためには特に、第１の調節圧力媒体源と は無関係に操作可能な第２の調節圧力媒体源を使用すると、有利である。

プレロードは、特に端面側に配置されたばねによって生ぜしめられ、この場合ば ねは有利には周方向に配置されている。このプレロードは本発明によれば、該プ レロードがいかなる場合においてもカムシャフト駆動トルクよりも小さくなるよ うに、選択される。このようになっていると、始動時において電磁弁が開放され ていると、装置は大きなカムシャフトトルクによって「遅め」の方向に移動調節 されるという利点が得られる。低い回転数範囲において装置を「早め」の方向に 調節したい場合には、付加的な作業室が有利には外部の調節圧力媒体源を介して 圧力を負荷される。

このために、調節圧力媒体源に通じるバイパスには弁、有利には２ポート２位置 方向切換え電磁弁が閉鎖される。通常では駆動トルクＭＡかばねトルクＭＺより も大きいので、「遅め」の方向における装置の調節しか可能ではない。しかしな がら本発明によれば、付加的な作業室によって生ぜしめられる付加トルクＭＺが 重畳されていることによって、「早め」の方向における装置の移動調節が可能で ある。駆動トルクＭＡの十分に高い振幅が生じている比較的高い回転数では、有 利には付加ポンプが遮断される。

振幅時に場合によっては存在する非対称性は、移動調節に関して、作業室の主弁 の互いに異なった制御時間によって補償することが可能である。付加ポンプの圧 力レベルは有利には１０バールはどに選択される。

このようになっていると、電動機とポンプとから成る安価なユニットを使用する ことができる。同様なことはバイパス弁に対しても言える。それというのは、低 い回転数範囲における圧力レベル及び切換え時間に関しては特別な要求が課せら れないからである。

択一的に使用可能な別の実施例では、付加トルクＭＺが付加的な作業室における 圧力を介して、ポンプ駆動モータの回転数調整機を用いて、調節速度が両方向に おいて等しい大きさであるように、調節される。この場合認識は、クランクシャ フトとカムシャフトとにおけるセンサ角度信号の評価によって行うことができる 。この解決策の提案では、調節圧力媒体源に対して並列に戻り流絞りが配置され ている。そしてバイパス電磁弁は調整中においては閉鎖されている。

本発明の有利な実施例は請求項２以下に記載されており、以下においては図面を 参照しながら本発明の有利な実施例を説明する： 第１図はトルク経過を示す線図、 第２図はカムシャフト調節装置を示す線図、第３図はカムシャフト調節装置を示 す横断面図、第４図はカムシャフト調節装置のトルク分布を示す線図、 第５図は戻り流絞りを概略的に示す回路図、第６図はカムシャフト調節装置を示 す縦断面図である第１図には、カムシャフトにおける理想のトルク経過が示され ている。この場合第１図の縦軸にはカムシャフトのトルクが、かつ横軸にはカム シャフトの回転数がとられている。コイルばねトルクＭＳに対して対称的に、正 の方向及び負の方向において、駆動トルクＭＡの特性曲線が延びている。コイル ばねトルクＭＳと平均的な駆動トルク「アとは、等しい値で平行に延びている。

第２図には、カムシャフトの調節曲線の経過が示されている。この場合第２図の 縦軸にはカムシャフトの回動の目標値が、かつ横軸には機関の回転数がとられて いる。アイドリング回転数ｎＬで始まって、カムシャフトの回動は、遅めの吸気 終了に相当する値から早めの吸気終了に相当する値に向かって、最小値が得られ るまで、調節される。回転数の上昇に連れて、値は遅めの吸気終了に向かって移 動させられる。特性曲線は本発明によれば方向Ｓ→「遅め」と方向Ｆ→「早め」 とに向かって移動可能である。

第３図には、本発明によるカムシャフト調節装置の１実施例が示されている。こ の場合第３図には、例えば所属の内燃機関の圧力オイル供給部から延びている軸 方向の圧力媒体導管４４を備えたカムシャフトが、断面図で示されている。圧力 媒体導管は、図示されていない端面フランジの端面にねじを用いて固定されてい る受容部分２６の一部である。

受容部分２６は円筒形に構成されており、周囲に円形セグメントシェル３０．３ ２．３４を備えている。

これらの円形セグメントシェルはビン２８を用いて駆動エレメント１２と回動不 能に結合されている。第３図から分かるように、円形セグメントシェル３０と円 形セグメントシェル３４とは、第１の作業室１４と第２の作業室１６とを閉鎖し ており、両作業室は嵌合キー４６を介して互いに隔てられている。円形セグメン トシェル３２と円形セグメントシェル３０とは、第３の作業室１８を閉鎖してい る。第３の作業室１８は嵌合キー４８を用いて分割されており、この場合作業室 １８の部分６２は、無圧の戻り通路５２を用い°て図示されていない圧力媒体容 器と接続されていて、これによって第３の作業室１８の部分６２の容積の変化時 における圧力媒体の導出もしくは補充が可能である。第３の作業室１８の容積の 変化は、圧力媒体の制御によって実現される。円形セグメントンエル３２と円形 セグメントンエル３４とは切欠き２４を閉鎖しており、この切欠きにははね２０ が収容されていて、このばねは、該ばねのためのストツパとして働くピン２２に よって、規定されたプレロードに保たれている。

嵌合キー４６はその外側に位置している端面において、駆動エレメント１２の内 周面に接触しており、これによって、嵌合キーの側部端面に直接隣接している作 業室１４．１６を互いに隔てている。両作業室１４．１６は、嵌合キー４６に設 けられた横方向孔３８と接続されており、この場合横方向孔３８は、半径方向孔 ４０と、受容部分２６内を延びている圧力媒体導管４２とを介して、図示されて いない形式で圧力媒体導管４４と接続されている。それぞれの作業室１４，１６ における横方向孔３８の出口には、この端面にそれぞればね逆止弁３６．５４が 設けられている。同じく図示はされていないが、制御弁を介して、第１の作業室 １４と第２の作業室１６との間における直接的な接続が達成されている。

第３の作業室１８には圧力媒体導管５０を介して、カムシャフトを「早め」の方 向に調節するために必要な圧力が、所属の駆動ユニット５９と並列接続された制 御弁６０とを備えた調節圧力媒体源５８から、供給される。過剰圧による損傷を 回避するために、調節圧力媒体源５８には図示の実施例では、圧力制限弁５６が 並列接続されている。

プレロードは、端面側に配置されたばね２０によって生ぜしめられ、このばねは 図示の実施例では周方向に配置されている。このプレロードは本発明によれば次 のように、すなわちプレロードがいかなる場合においてもカムシャフト駆動トル クよりも小さくなるように、選択されている。このようになっていることによっ て得られる利点としては、始動時において電磁弁が開放されている場合に、装置 が比較的大きなカムシャフトトルクに基づいて「遅め」の方向に移動せしめられ るということが挙げられる。低い回転数範囲において装置が「早め」の方向に調 節されることが望ましい場合には、付加的な作業室１８が外部の調節圧力媒体源 ５８を介して圧力を負荷される。このために、調節圧力媒体源５８へのバイパス に配置された制御弁、有利には２ポ一ト２位置電磁弁は、閉鎖される。通常時に は駆動トルクＭＡはばねトルクＭＳよりも大きいので、「遅めＪの方向における 装置の調節しか可能でない。しかしながら本発明によれば付加的な作業室１８に より付加トルクＭＺを重畳させることによって、「早め」の方向における装置の 調節が可能である。駆動トルクＭＡの十分に高い振幅が生ぜしめられる比較的高 い回転数では、有利には調節圧力媒体源５８が有利には制御弁６０の開放によっ て遮断される。

場合によっては生じる振幅の非対称性は、調節に関して、作業室１４．１６の主 弁の互いに異なった制御時間によって補償することができる。有利には調節圧力 媒体源５８の圧力レベルは１０パールに選択される。これによって、電動機とポ ンプとから成る安価なユニットの使用が可能になる。同様なことは制御弁６０に 対しても言える。それというのは、低い回転数範囲における切換え時間及び圧力 レベルに関しては、特別な要求を課す必要がないからである。

択一的に使用可能な実施例では、付加トルクＭＺは、付加的な作業室における圧 力を介して、調節圧力媒体源５８の駆動ユニット５９の回転数調整を用いて、両 方向における調節速度が等しい大きさになるように、調節される。そして認識は 、クランクシャフトとカムシャフトとにおけるセンサ角度信号の評価によって行 うことが可能である。この解決策の提案では、調節圧力媒体源５８に対して並列 に、第５図に示されているように戻り流絞り６１が配置されている。制御弁６０ は調整中には閉鎖されている。

外部の圧力ニニット５６．５８．６０は、有利にはカムシャフト軸受における環 状溝を介して接続されている。

第４図には、第３図に示された本発明によるカムシャフト調節装置のトルク分布 が示されている。この場合縦軸にはカムシャフトトルクＭがとられ、かつ横軸に はカムシャフトの回転数がとられている。平均的なカムシャフトトルク劾＝λ゛ に対して対称的に、正の方向及び負の方向において駆動トルクＭＡの特性曲線が 延びている。コイルばねトルクＭＳは、平均的な駆動トルク直よりも小さい。従 って、第３の作業室１８によって生ぜしめられる付加トルクＭＺをコイルばねト ルクＭＳに重畳させることによって、低い回転数において「早め」の方向におけ るカムシャフトの調節が可能である。

第６図には、第３図に示されたカムシャフト調節装置の縦断面図が示されている 。制御弁６０はこの場合電磁弁７０として構成されており、この電磁弁は、受容 部分２６の軸方向孔７２の内部において摺動可能なスプール７１を備えたスプー ル弁である。スプール７１は環状溝７３を有しており、この環状溝はその終端位 置においては、作業室１４への供給のために働く接続導管７９ａの、軸方向孔７ ２への入口開口と接続されていて、かつスプール７１の、受容部分２６の端面側 における部分は、作業室１６への供給のために働（接続導管７９ｂの、軸方向孔 ７２への入口開口を閉鎖している。この位置においてスプール７１は戻しばね７ ４によって前負荷される。受容部分２６の端面の方向において操作ピン７５は外 方に向かって突出しており、そこに可動子プレート７６を有している。この可動 子プレートは、電磁石７７に対向して位置しており、この電磁石によって戻しば ねの力に抗して移動可能であり、この移動時にスプール７１は接続導管７９ｂの 入口開口を、引き続き接続導管７９ａと接続されている環状溝７３と接続させる ようになっている。この場合電磁石７７はカバ一部分７８に回動不能に配置され ており、このカバ一部分を貫いて、電磁石７７のための給電体が外方に向かって 延びている。さらに、カムシャフト軸受に設けられた環状溝８０に開口している 導管５０を介して、圧力媒体を第３の作業室１８に供給することが可能である。

作業室１８は、既に第３図に示されているように、無圧の戻り通路５２と接続さ れている。

本発明の構成は上に述べた有利な実施例の制限されるものではなく、基本的に異 なった構成においても上述の解決策を使用することができる種々様々な変化実施 例が可能である。

Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、４ 要　約　書 本発明では、カムシャフト、特に内燃機関のガス交換弁を操作するために働くカ ムシャフトと該カムシャフトの駆動エレメント（１２）との間における回転角の 対応関係を調節する装置が提案されており、この場合装置の、円形セグメントシ ェル（３０，３４）から成る２つの作業室（１４，１６）は、第１の調節圧力媒 体源と接続されている。付加的に、このカムシャフト調節装置は第３の作業室（ １８）によって拡大される。この第３の作業室（１８）は、既に設けられている 円形セグメント（３０）と別の円形セグメントシェル（３２）とによって形成さ れ、これによって、回転角対応関係の付加的な調節が実施可能である。そしてこ のことには、既に設けられている２つの作業室（１４，１６）による調節可能性 に加えて、別の回転数範囲のために別個に可能な調節が可能である。このために は特に、第１の調節圧力媒体源とは無関係に操作可能な第２の調節圧力媒体源を 使用することが可能である。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．カムシャフト、特に内燃機関のガス交換弁を操作するために働くカムシャフ トと該カムシャフトの駆動エレメント（１２）との間における回転角の対応関係 を調節する装置であって、調節方向において相対的に運動可能な各２つの円形セ グメントシェル（３０，３４）が設けられており、該円形セグメントシェルがそ れぞれ互いに次のように、すなわち調節方向における調節時に円形セグメントシ ェルが互いに逆向きに調節されるように、連結されており、この場合それぞれ第 １の円形セグメントシェル（３０）と第２の円形セグメントシェル（３４）とに よって制限された一方の作業室（１４，１６）において閉鎖された容積が、他方 の作業室における容積の減少時に増大するようになっており、第１の円形セグメ ントシェルと第２の円形セグメントシェルとによって制限された第１の作業室（ １４）と第２の作業室（１６）とが、弁を介して第１の調節圧力媒体源と接続可 能である形式のものにおいて、両作業室（１４，１６）において閉鎖された容積 が、調節時に等しい値だけ増減され、両作業室（１４，１６）が、作業室の方向 に開放する各１つの逆止弁を介して、第１の調節圧力媒体源と接続可能であり、 かつ制御装置によって制御される制御弁を介して直接接続可能であり、しかも第 ３の円形セグメントシェル（３２）が第１の円形セグメントシェル（３０）と共 に第３の作業室（１８）を形成していて、該第３の作業室を用いて、回転角の対 応関係の付加的な調節が実施可能である ことを特徴とする、カムシャフトと該カムシャフトの駆動エレメントとの間にお ける回転角の対応関係を調節する装置。
2. ２．第３の作業室（１８）が、第１の調節圧力媒体源とは無関係に操作可能な第 ２の調節圧力媒体源（５８）と接続可能である、請求項１記載の装置。
3. ３．第２の円形セグメントシェル（３４）と第３の円形セグメントシェル（３２ ）とが、切欠き（２４）を形成しており、該切欠きの中にはね（２０）が支承さ れている、請求項１記載の装置。
4. ４．はね（２０）が、規定されたプレロードに保たれている、請求項３記載の装 置。
5. ５．はね（２０）のプレロードが、カムシャフトの駆動トルクよりも小さく選択 されている、請求項４記載の装置。
6. ６．第３の作業室（１８）に、低回転数時、特に内燃機関の始動時に、調節圧力 媒体が供給されるようになっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の 装置。
7. ７．調節圧力媒体源（５８）として、制御弁（６０）を並列接続されたポンプが 設けられている、請求項２記載の装置。
8. ８．制御弁（６０）が低回転数時に閉鎖され、高回転数時に開放される、請求項 ７記載の装置。
9. ９．調節圧力媒体源（５８）に圧力制限弁が並列接続されている、請求項７記載 の装置。
10. １０．調節圧力媒体源として、戻り流絞りを並列接続されたポンプが使用されて いる、請求項２記載の装置。
11. １１．ポンプ（５８）の回転数が調整可能である、請求項１０記載の装置。
12. １２．調整のために、クランクシャフトにおけるセンサ角度信号が評価される、 請求項１１記載の装置。
13. １３．調節圧力媒体源（５８）が、カムシャフト軸受における環状溝（８０）を 介して連結されている、請求項１２記載の装置。