JPH06500379A - 内燃機関内の２本の軸の相対回転位置を自動制御式に変化させる装置 - 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】 内燃機関内の２本の軸の相対回転位置を自動制御式に変化させる装置 ［技術分野］ 本発明は、請求の範囲の請求項１に上位概念として記載した形式の相対回転位置 変化装置に関するものである。

［背景技術］ 内燃機関の運転中に弁制御時間を変化させるための１つの可能性としては、殊に 入口弁用カム軸を駆動するクランク軸に対する該カム軸の相対位置を変化させる ために該カム軸を所ｙＩ「位相変換器」によって回動させる方式が挙げられる。

その場合、カム軸を駆動する歯車によって共軸に包囲された連結部材を油圧に関 連して軸方向にシフトすることは、例えば欧州特許第０３３５０８３号明細書に 基づいて公知になっている。

前記連結部材は２つの歯列を有しくその中の少なくとも１つは斜歯列である）、 両歯列は、カム軸又は歯車のそれぞれ対応した歯列と協働する。しかしながら、 この公知の構成手段の欠点は、圧力オイルの流入・流出制御のための構成部品が 複雑であるだけでな（、また構造体積が大きくなることである。

またガス交換弁を作動するためのカムを支持する中空の軸片によって共軸に包囲 されたカム軸は英国特許＄２１８９０８６号明細書に基づいて公知である。カム 軸と前記軸片との間に構成されていてシールされた環状ギャップには電気粘性効 果性液体（ＥＶＦ）が充填されている。電圧の印加によって前記ＥＶＦ液体の粘 性は、カム軸と絶縁保持された軸片との間に固着結合を生ぜしめるほど高められ て該液体は固相になるので、該細片はカム軸と同期的に回転する。電圧の遮断に よって電気粘性効果性液体は液相になり、これによって軸片とカム軸との結合は 絶たれる。この構成手段によって例えばガス交換弁は接続・遮断され、或いは入 口弁と出口弁との間の弁型なりが変化される。これによって公知の構成手段は、 大口弁用カム軸と出口弁用カム軸との間の相対回転位置の変化によって達成され る効果と同じ効果を得る。

［発明の構成］ 本発明が解決しようとする課題は、冒頭で述べた形式の装置を改良して、複雑な 構成部品及び構造体積を減少して構造を単純・低廉にすることである。

前記課題は、請求の範囲の請求項１に記載した構成手段によって解決される。

本発明の手段によって奏される主な利点は、装置が相対回転位置を迅速に変化す ることができかつ少数の構成部品しか、特に少数の可動構成部品しか有していず 、かつ又、僅かな構造体積しか必要としない点にある。中間歯車として構成され た連結部材は少なくとも部分的に、中間歯車用の定置の軸受リングによって共軸 に包囲されており、しかも両部分間、すなわち中間歯車と軸受リングとの間には 、電気粘性効果性液体の充填された環状室が形成されている。電子制御装置によ って液体に供給される出力電圧は、中間歯車に制動モーメントが作用するように 液体の粘性を変化させ、該制動モーメントは、中間歯車の斜歯列に基づいて、該 中間歯車を第１の終端位置ヘシフトさせる軸方向シフト力を惹起する。

本発明の有利な実施態様は、請求の範囲の請求項２以降に記載した通りである。

第１と第２の歯列を斜歯列として構成したことによって、カム軸を駆動する軸に 対比して該カム軸の回動角が高められる一方、カム軸駆動モーメントの不均等な 変化に基づいて、中間歯車が不都合に押し戻されるような事態は防止されている 。

この駆動モーメントに起因して生じる、カム軸上での中間歯車の軸方向の相対揺 振運動は、皿ばねによって効果的に減衰される。該皿ばねは、カム軸と中間歯車 との間に配置されていると同時に、該中間歯車の戻しのために必要なばね力を発 生する。

両終端位置間であらゆる任意の回転位置を生ぜしのることができるようにするた めに、カム軸と中間歯車との間には、電気粘性効果性の位置固定軸受が構成され ており、該位置固定軸受は電子制御装置から出力電圧を供給されかつ半径方向押 圧力を惹起し、該半径方向押圧力の結果、前記ばね力に対抗作用して該ばね力を 補償する軸方向位置固定が生じる。環状室並びに位置固定軸受は両側で慣用のシ ールリングによって制限されており、該シールリングは、中間歯車用軸受リング 内もしくはカム軸上に筒車な形式で位置固定されている。

前記環状室内と、位置固定軸受に配設されたカム軸セグメント上には電極が装着 されており、該電極は電気粘性効果性液体と直接接触している。電極は絶縁して 配置されており、この絶縁のために、非導電性中間層が使用されるか、或いは中 間歯車用の軸受リング及び前記カム軸セグメントが非導電性材料によって製作さ れている。

電極は導電接続ラインを介して電子制御装置の高圧モジュールに接続されており 、その場合カム軸上の電極は、該カム軸の中心に導入された継手、例えば皿ばね のねじ締結部と、該ねじ締結部から半径方向に延びる接続ライン部とを介して給 電される。カム軸とクランク軸との間の実際の回転角度差は、センサを介して検 出されて電子制御装置に供給される。該電子制御装置では特性フィールドに、内 燃機関のパラメータに関連して最適の回転角度差が記憶されている。最適の角度 と論理結合されたリスト内には出力電圧がインブットされている。

本発明の装置の構造は、油圧式又は電気式に作動される公知の位相変換器におい ても必要とされる構成部分を使用するので、単純である。

中間歯車用の軸受リングは、別体の構成部分として、或いはシリンダヘッドの一 部分として構成することができる。

所要の液体量は、該液体が絶えず導出されて更新される必要がないので、僅少量 である。

［図面の簡単な説明］ 図１は電子制御装置を有する本発明の装置の概略図である。

［発明を実施するための最良の形態コ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。

図示を省いた内燃機関では、略示したシリンダヘッド１内に、大口弁によるガス 交換を制御するカム軸２が回転可能に支承されており、該カム軸の駆動側端部３ には、該カム軸２を、カム軸駆動用のクランク軸（図示せず）に対して相対的に 回動するための、相対回転位置変化装置が配置されている。

該相対回転位置変化装置は、クランク軸によって駆動される駆動歯車４を有し、 該駆動歯車は、斜面内歯列として構成された第１内歯列５を有し、該第１内歯列 は、中間歯車７として構成された連結部材の対応外歯列６と協働する６前記中間 歯車７はリング状のディスク８と中空円筒状のスリーブ９とから成っている。

前記ディスク８は、前記の対応外歯列６並びに斜面内歯列として構成された第２ 内歯列ｌＯを有し、該第２内歯列はカム軸２の対応外歯列１１に噛合っている。

互いに噛合う歯列５，６．１０．１１は、カム軸２と駆動歯車４との間に自縛作 用が生じるような斜面を相互に有している。

中間歯車７は軸方向で２つの終端位置ＥｌとＥ２との間の任意の位置へシフト可 能であり、この場合、前記スリーブ９の外周面１５は、シリンダヘッド１内に定 置に配置された中間歯車用の軸受リング１６内を摺動する。該軸受リング１６は 前記スリーブ９を共軸に包囲すると共に、該スリーブ９と軸受リング１６との間 に形成された環状室１７を封じ込んでいる。スリーブ９の内周面１８とカム軸２ との間には円形ギャップ１９が構成されており、しかもカム軸２の外周に互いに 間隔をおいて配置された２つのシールリング２０が前記円形ギャップ９の内部で １つの電気粘性効果性の位置固定軸受２１を制限している。

カム軸２の端部寄りの端面中心で皿ばね２２がねじ締結されており、かつ該皿ば ねの周縁区域は中間歯車７と弾性的に接触した状態にある。

両シールリング２０間に位置しているカム軸２のセグメント２３上には、該セグ メント２３に対して絶縁装着された電極２４が配置されている。同様に絶縁装着 された別の電極２５が、前記環状室１７を中間歯車支承側で制限する外面２６に 配置されている。中間歯車用の軸受リング１６内に形成された環状室１７は両便 で、前記軸受リング１６内に嵌装されたシールリング２７によってシールされて いる。

環状室１７及び位置固定軸受２１内には液体Ｆが充填されており、該液体の粘性 は電圧の印加によって「液相」と「固相」との間の広い範囲内で制御される。

本発明の相対回転位置変化装置に配設された電子制御装置３０は、導電接続ライ ン３２を介して電極２４には出力電圧ＵＡＩを、また電極２５には出力電圧ＵＡ ２を供給する高圧モジュール３１を有している。カム軸２を介して接地された中 間歯車７が、両電極２４゜２５の対極として作用する。センサとして作用するカ ム角信号発生器３３又はクランク角信号発生器３４から、カム軸２とクランク軸 との間の実際の回転角度差ＤＷが、前記高圧モジュール３１に供給される。

高圧モジュール３１内には特性フィールドＫが組込まれており、該特性フィール ド内には、高圧モジュール３１に供給される例えば回転数ｎ、負荷り及びオイル 温度Ｔｏのような内燃機関のパラメータに関連して、その都度の運転状態に相応 した最適の回転角度差ＤＷが記憶されている。回転角度差ＤＷと論理的に結合さ れたリストＢ内には高圧モジュール３１の出力電圧ＵＡｌ、ＵＡ２がインプット されている。

内燃機関を運転する場合、中間歯車７は例えばアイドリング回転数に相当する終 端位置Ｅｌに位置している。該終端位置Ｅｌには特定の回転角度差ＤＷが対応関 係にあり、該回転角度差は、カム軸２によって作動される大口弁と、別のカム軸 （図示せず）によって作動される出口弁との間で、この運転状態にとって最適の 弁皿なりを保証する。位置固定軸受２１及び環状室１７内の液体Ｆは液相である ０位置固定軸受２１はカム軸２の回転数で回転するのに対して、環状室１７内に 位置している液体内では、剪断速度勾配が発生する。

それというのは中間歯車用の軸受リング１６が中間歯車７に対して静止している からである。皿ばね２２は図示の位置にあり、従って中間歯車７に対していかな る力も及ぼさない。

ところで、例えば内燃機関の平均回転数にとって最適の回転角度差ＤＷのための 値が特性フィールドＫから読み出されることに基づいて、リストＢから出力電圧 ＵＡ２が決定されると、電極２５と中間歯車７との間で作用する電界によって環 状室１７内の液体Ｆの粘性は「固相」の方向に変化する。粘性の増大によって、 中間歯車７に対して作用する制動モーメントＭＢが惹起される。該制動モーメン トは、液体Ｆとスリーブ９並びに該スリーブ９の外周との間の摩擦力によって決 定される。該制動モーメントＭＢは斜面列５，６．１０．１１に基づいて軸方向 シフト力ＦＡＸを生ぜしめ、該軸方向シフト力は自縛作用を克服して中間歯車７ を、皿ばね２２によって負荷されたばね力ＦＦＥに抗して第２の終端位置Ｅ２ヘ シフトさせる。

クランク軸からカム軸２へ伝達されるカム駆動モーメントは、時間的にずらして 作動されるガス交換弁と、その際に克服すべきばね力とに基づいて不均等な形で 経過する。カム軸１回転当り、前記カム運動モーメントは例えば＋２ＯＮｍと一 ２ＯＮｍとの間の値を複数回通過する。この不均等性は、カム軸２に対して中間 歯車７を軸方向の僅かな相対揺振運動を生じさせるが、該相対揺振運動は皿ばね ２２によって減衰される。カム角信号発生器３３及びクランク角信号発生器３４ が、両路端位置Ｅ１と２２間における中間歯車７の特定位置に相当する所望の回 転角度差ＤＷに達したことを検出して電子制御装置３０に伝達すると、出力電圧 ＵＡ２が降下し、その結果前記環状室１７内の液体Ｆの粘性が「液相」の方向へ 変化されることによって、相対回転位置の変化は終了する。制動モーメントＭＢ と軸方向シフト力ＦＡＸは低下する。ばね力ＦＦＥを補償するために、電極２４ に印加されるもう１つの出力電圧ＵＡＩが位置固定軸受２１の粘性を「固相」の 方向に変化させるので、セグメント２３とスリーブ９との間の半径方向押圧力か ら、表面摩擦に基づいて軸方向位置固定力ＦＡＦが生じる。該軸方向位置固定力 の方向は、中間歯車７に対して作用する軸方向シフトカＦ特表千６−５００３７ ９　（５） ＡＸ又はばね力ＦＦＥに関連している。これによって両路端位置Ｅｌと２２間で 中間歯車７がいかなる位置にあっても、逆方向に作用する軸方向位置固定力ＦＡ Ｆとばね力ＦＦＥとの間で力の平衡が得られる。

中間歯車７が第２の終端位置Ｅ２にまでシフトされる場合には、この位置は出力 電圧ＵＡ２の常時付勢によってか又は任意の中間位置について前記した方式で行 なうことができる。終端位置Ｅ１の方向への中間歯車７の戻しは、出力電圧ＵＡ ２を遮断し、かつ、軸方向位置固定力ＦＡＦをばね力ＦＦＥの値以下に低下させ る値に出力電圧ＵＡＩを降下させることによって行なわれ、従ってばね力ＦＦＥ は中間歯車７をシフトさせる。この場合位置固定軸受２１から生じる位置固定力 ＦＡＦは中間歯車７の相対揺振運動に減衰作用を及ぼす。

カム軸２に例えば１５°の調整角度が要求され、かつ両路端位置ＥｌとＥ２との 間の最大調整距離が例えば６ｍｍである場合、本発明の相対回転位置変化装置に よって達成される調整時間はＯ，１ｓｅｃ以下である。この場合の高圧モジュー ル３１の需要電力は５ワツトよりも小でありかつ駆動歯車４の外径は１００ｍｍ よりも小である。

本発明の相対回転位置変化装置の幾何学的設計は広範囲にわたって内燃機関の構 造事情に適合することができる。相対回転位置変化装置の寸法決めは、例えば斜 面列５，６；１０，１１の歯角度、カム軸２の所要調整角度、使用液体Ｆの組成 及び、該液体Ｆによって濡らされる表面の粗面度如何に関わっている。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関のパラメータに関連して駆動軸（クランク軸）に対して相対的に回 動可能な少なくとも１本のカム軸と、該カム軸を駆動し第１の歯列を備えた駆動 歯車とを有し、該駆動歯車が、少なくとも２つの終端位置間で軸方向にシフト可 能な連結部材を介して、カム軸と結合された第２の歯列に作用し、しかも前記の 両歯列の少なくとも一方が斜歯列である形式の、内燃機関内の２本の軸の相対回 転位置を自動制御式に変化させる装置において、前記連結部材が中間歯車（７） として構成されており、該中間歯車用の定置の軸受リング（１６）が、前記中間 歯車（７）を少なくとも部分的に共軸に包囲しており、かつ中間に形成された環 状室（１７）を制限しており、該環状室（１７）には液体（Ｆ）が充填されてお り、電子制御装置（３０）から供給される出力電圧（ＵＡ２）の印加によって前 記液体（Ｆ）の粘性は、前記中間歯車（７）に作用する制動モーメント（ＭＢ） の結果生じる軸方向シフトカ（ＦＡＸ）が前記中間歯車（７）を一方の終端位置 （Ｅ１，Ｅ２）の方向にシフトさせるように変化可能であることを特徴とする、 内燃機関内の２本の軸の相対回転位置を自動制御式に変化させる装置。 ２．第１の歯列（５）と第２の歯列（７）とが斜歯列として構成されている、請 求項１記載の装置。 ３．カム軸（２）と中間歯車（７）との間に配置された戻し部材が皿ばね（２２ ）として構成されており、前記中間歯車（７）が、前記皿ばね（２２）に起因し たばね力（ＦＦＥ）によって一方の終端位置（Ｅ１，Ｅ２）の方向に負荷されて いる、請求項１又は２記載の装置。 ４．カム軸（２）と中間歯車（７）との間で共軸に構成された位置固定軸受（２ １）には液体（Ｆ）が充填されており、電子制御装置（３０）から供給される出 力電圧（ＵＡ１）の印加によって前記液体（Ｆ）の粘性は、前記中間歯車（７） の運動方向とは逆向きの軸方向位置固定力（ＦＡＦ）を該中間歯車（７）に作用 させるように変化可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。 ５．中間歯車（７）用の軸受リング（１６）が両側で、半径方向に作用するシー ルリング（２７）によって制限されている、請求項１から４までのいずれか１項 記載の装置。 ６．位置固定軸受（２１）が両側で、半径方向に作用するシールリング（２０） によって制限されている、請求項４記載の装置。 ７．位置固定軸受（２１）の区域内で電極（２４）がカム軸（２）のセグメント （２３）上に絶縁して配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載 の装置。 ８．環状室（１７）の区域内で電極（２５）が、中間歯車用の軸受リング（１６ ）内に絶縁して配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置 。 ９．電極（２４，２５）が、導電接続ライン（３２）を介して電子制御装置（３ ０）の高圧モジュール（３１）に接続されている、請求項７又は８記載の装置。 １０．カム軸（２）の近くにカム角信号発生器（３３）が、またクランク軸の近 くにクランク角信号発生器（３４）がそれぞれセンサとして配置されており、前 記両センサが実際の回転角度差（ＤＷ）を検出しかつ高圧モジュール（３１）に 接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。 １１．電子制御装置（３０）内には少なくとも１つの特性フィールド（Ｋ）が組 込まれており、該特性フィールド内には、内燃機関の回転数（ｎ）、負荷（Ｌ） オイル温度（ＴＯ）のようなパラメータに関連して最適の回転角度差（ＤＷ）が 記憶されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。 １２．電子制御装置（３０）内には少なくとも１つのリスト（Ｂ）が組込まれて おり、該リスト内には、回転角度差（ＤＷ）に対して関係づけられた出力電圧（ ＵＡ１，ＵＡ２）が記憶されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載 の装置。