JP2012508346A - 内燃機関のカムシャフトのための調整システム - Google Patents

Abstract

内燃機関のクランクシャフトによって駆動される入力側要素（２）と、内燃機関のカムシャフト（２１）を駆動する出力側要素（１）と、通常運転のために可変のブレーキトルクを作動要素に働かせるための装置（７、８、９、１０、１１）により入力側要素（２）と出力側要素（１）の間に相対回転を生じさせる作動要素（４）とを有する重畳装置（１、２、３、４）を包含し、装置（７、８、９、１０、１１）および／またはその制御部が故障したときは、作動要素（４）を制止または拘束することによってカムシャフト（２１）の非常操作位置がもたらされるとともにそこに保持される非常操作機能付きの内燃機関のカムシャフトのための調整システム。
この調整システムは本発明に基づき、装置（７、８、９、１０、１１）のライニングホルダ（８）が作動要素を担持するシャフト（５）に軸方向移動可能かつ回転不能に配置されており、種々の電圧が印加され、ばね（１０）の力に逆らってライニングホルダ（８）に無接触で作用する固定電磁石（１１）により通常運転のためのブレーキトルクが変化され、電磁石（１１）および／またはその制御部への電圧印加が停止したときは、ばね（１０）の力によってライニングホルダ（８）が固定相手摩擦面（７；２４）に押し付けられ、それによって非常操作位置がセットされることを特徴とする。

Description

内燃機関のクランクシャフトによって駆動される入力側要素と、内燃機関のカムシャフトを駆動する出力側要素と、通常運転のために可変のブレーキトルクを作動要素に働かせるための装置により入力側要素と出力側要素の間に相対回転を生じさせる作動要素とを有する重畳装置を包含し、上記装置および／またはその制御部が故障したときは、作動要素を制止又は拘束することによってカムシャフトの非常操作位置に到達させまたはこれを保持することができる非常操作機能付きの内燃機関のカムシャフトのための調整システム。

このような調整システムはドイツ特許公開DE10220687A1に記載されている。この調整システムでは調整モータが使用され、その固定子がカムシャフトを支えたシリンダヘッドに固結されるか、またはその回転子が重畳装置の入力側要素に作用するか、またはその固定子が入力側要素に固結され、回転子が同じく重畳装置の作動要素に作用する。調整モータは永久磁石形調整モータまたは他励直流モータとして構成することができる。永久磁石モータとして構成され、その固定子が内燃機関のシリンダヘッドと回転不能に結合された調整モータでは、定常運転時に、即ち内燃機関のクランクシャフトによって駆動される入力側要素のカムシャフトを駆動する出力側要素に対する所定の位相関係が所定の値に達しているとき、入力側要素と同じ回転数で回転するように回転子を制御しなければならない。カムシャフトを「進み」または「遅れ」側に調整するには、所望の位相関係に達するまで、この回転子を短時間のあいだ入力側要素より遅くまたは速く回転させている。

ドイツ特許公開DE10220687A1によれば、永久磁石モータとして構成されたこのような調整モータはセルフホールド（自己保持）トルクを有する。セルフホールドトルクは中間位置から両回転方向に最大まで上昇し、その後再び低下する。セルフホールドトルクは不励磁の調整モータに不均一な連続回転を引き起こさずに静負荷をかけることができる最大トルクである。このセルフホールドトルクは、サーボモータおよび／またはその制御部への電圧印加が停止したときに、非常操作位置で作動要素の調整を行わせるのに十分である。このセルフホールドトルクが作動要素を固定するのに十分でなければ、さらにシリンダヘッドに固定された機械式または電気式ブレーキによって外部制動トルクを働かせなければならない。固定子が入力側要素とともに回転する場合は、このシリンダヘッドに固定された機械式または電気式ブレーキが必ず必要である。

永久磁石モータまたは他励直流モータとして構成されたこのようなサーボモータの構造は複雑であり、費用のかかる制御を必要とする。シリンダヘッドに固定された機械式または電気式ブレーキがさらに必要なため、この構造は一層費用がかかる。

また内燃機関のクランクシャフトによって駆動される入力側要素と、カムシャフトを駆動する出力側要素と、ブレーキによって制動力が加えられる作動要素とを有するカムシャフト調整装置がドイツ特許公開DE10355560A1により公知である。作動要素のブレーキトルクの変化によって、入力側要素と出力側要素の間に相対回転が得られる。その場合、調整装置の構造は、入力側要素と出力側要素の間に任意の位相角を許容する。ブレーキは無接触で働く電磁ブレーキとして構成されている。ブレーキトルクが回転数に無関係なヒステリシスブレーキがとりわけ使用される。

内燃機関のカムシャフトのための別の調整装置がドイツ特許公開DE102004043548A1、DE102004033522A1およびDE102006011806A1により公知である。ドイツ特許公開DE102006011806A1による調整装置はブレーキシステムおよび出力側がカムシャフトと、入力側が内燃機関のクランクシャフトと結合された重畳装置を有し、重畳装置はカムシャフトの調整のために入力側のエネルギーの一部をブレーキシステムに導き出す。この公知の調整装置のもう一つの特徴によれば、ブレーキシステムは摩擦ブレーキシステムとして構成され、必要な制動力は常時スリップ状態の摩擦ライニングによって発生される。

ドイツ特許公開DE10220687A1 ドイツ特許公開DE10355560A1 ドイツ特許公開DE102004043548A1 ドイツ特許公開DE102004033522A1 ドイツ特許公開DE102006011806A1

こうした背景のもとで本発明の根底にあるのは、非常操作機能を有し、構造が簡単で、たやすく制御される、内燃機関のカムシャフトのための調整システムを提供する課題である。

この課題は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動される入力側要素と、内燃機関のカムシャフトを駆動する出力側要素と、通常運転のために可変のブレーキトルクを作動要素に働かせる装置によって入力側要素と出力側要素の間に相対回転を生じさせる作動要素とを有し、上記装置および／またはその制御部が故障したときは作動要素を制止または拘束することによってカムシャフトの非常操作位置をもたらずとともにそこに保持する重畳装置を包含する、冒頭に述べた種類の調整システムにおいて、上記装置のライニングホルダが作動要素を担持するシャフトに軸方向移動可能かつ回転不能に配置されており、種々の電圧が印加されて、ばねの力に逆らってライニングホルダに無接触で作用する固定電磁石によって通常運転のためのブレーキトルクが変化され、電磁石および／またはその制御部への電圧印加が停止したときは、ライニングホルダがばねの力によって固定相手摩擦面に押し付けられ、このようにして非常操作位置がセットされることによって解決される。

従って本発明に基づく調整システムでは調整モータが不要である。作動要素と回転不能かつ軸方向移動可能に結合されたライニングホルダは、電磁石および／またはその制御部への電圧印加が停止すると、固定相手摩擦面に押し付けられ、それによって非常操作位置がセットされるからである。

通常運転ではクランクシャフトとカムシャフトの間の所定の位相角に応じて高さが可変の電圧が電磁石に印加され、それによって固定相手摩擦面に対するばねの押圧力が多かれ少なかれ減少されるから、入力側要素に対して所定の位相角に達するまで作動要素をねじることができる。

本発明に基づく調整システムの第２の実施形態では、電磁石がライニングホルダおよび相手摩擦面に関して次のように配置されている。即ち通常運転では電磁石に可変電圧を印加することによりライニングホルダがばねの力に逆らって相手摩擦面に完全に密接するまで、ライニングホルダとライニングホルダの一方の側に配置された相手摩擦面との間で働くブレーキトルクが発生され、電磁石および／またはその制御部への電圧印加が停止すると、ばね力によりライニングホルダをライニングホルダの他方の側に配置された固定相手摩擦面に押し付けることによって、非常操作位置のためのブレーキトルクが発生される。

従っていずれのバリエーションにおいても、位相角の調整のために可変のブレーキトルクを発生するのに、可変電圧を印加しうるただ１つの電磁石しか必要でなく、非常操作位置に到達するために必要なブレーキトルクはばね力によって生じさせられる。

重畳装置はリングギヤからなる出力側要素と、プラネットキャリアからなる入力側要素と、プラネタリギヤと、サンギヤからなる作動要素とを有する遊星歯車装置として構成することが好ましい。その場合プラネットキャリアは回転軸の半径方向反対側にある少なくとも1個の円弧形のスロットを有し、リングギヤは軸方向に突出してスロットに係合する少なくとも１個の制御突子を有し、少なくとも1個のスロットの周方向反対側の端面が少なくとも1個の制御突子のためのストップを形成し、入力側要素に対するカムシャフトの最大調整操作位置をなす。

この最大調整操作位置は「進み」方向及び「遅れ」方向の最大位相角に相当し、同時にこの最大調整操作位置は電磁石の電圧印加および／または制御が停止し、ライニングホルダがばね力によって固定相手摩擦面に押し付けられたときに到達する非常操作位置に相当するが、電磁石の適当な電圧印加によってライニングホルダが固定相手摩擦面とまったく接触しなければ、反対側の位置になる。

非常操作位置でライニングホルダは全ばね力により相手摩擦面に接するから、相応なブレーキトルクが発生され、運転中の内燃機関ではこの非常操作位置で上記のブレーキトルクは持続的な摩擦とともに温度上昇をもたらす。この摩擦熱およびそれに伴う摩耗を減少するために、サンギヤとして形成された作動要素のためのシャフト上に、ばね力によりライニングホルダの軸方向反対側へ移動可能な圧力板が回転可能に支承され、軸方向に整列されたその少なくとも1個の制御カムがプラネットキャリアとして形成された入力側要素のスロットに係合し、こうしてプラネットキャリアと回転不能かつ軸方向移動可能に連結される。その場合非常操作位置に相当する制御カムのカム面の末端区域は、カム面に対して低く形成されており、非常操作位置でリングギヤの少なくとも1個の制御突子を収容する。この配列によってライニングホルダに働くばね力とそれに伴ってブレーキトルクが減少されるから、非常操作位置に到達したときに過度の温度上昇による摩擦ライニングの過負荷が防止される。

カム面の低くされた末端区域が傾斜路として形成されていれば、電磁石に適当な電圧が印加され、重畳装置で働くトルクが逆転すると、出力側要素をなすリングギヤの、傾斜路と協動する制御突子は、カム面に到達するまで傾斜路を駆け上がることができる。こうして圧力板が軸方向に移動させられ、それに応じて入力側要素と出力側要素の間の位相角はライニングホルダに働くばねの一定の予圧のもとで変化させられる。

カム面の末端区域はロッキングポケットとしても形成され、非常操作位置に到達したとき高いトルク、例えば破壊トルクが現れても、制御突子はこのロッキングポケットに確実に保持される。この場合ロッキングポケット内のリングギヤの制御突子のロッキングを解除しようとするときは、圧力板を外部作用によって軸方向に移動することが必要である。

第１の実施形態に基づく本発明調整システムの概略断面図。 遊星歯車装置のプラネットキャリアとして形成された入力側要素の斜視図。 遊星歯車装置のリングギヤとして形成された出力側要素の斜視図。 図１による調整セシステムの圧力板の第１の実施形態。 図１による調整システムの圧力板の第２の実施形態。 本発明調整システムの第２の実施形態の概略断面図。

次に図面に示す２つの実施例に基づき、本発明を詳述する。

図１の調整システムは、出力側要素をなすリングギヤ１と、ローラチェーンまたはサイレントチェーンにより内燃機関のクランクシャフトと連絡するためのスプロケットを有し、入力側要素をなすプラネットキャリア２と、支軸２３に回転可能に支承されたプラネタリギヤ３と、中心軸５に支承された作動要素としてのサンギヤ４と、を有する遊星歯車装置として構成された重畳装置からなる。内燃機関のシリンダヘッドのカムシャフト２１は出力側要素１によって駆動される。このために出力側要素１はねじ継手によりカムシャフト２１と回転不能に結合されている。

シリンダヘッドの一部でもあり得る内燃機関の固定部材６は、摩擦ライニング９を備えたライニングホルダ８と協動する相手摩擦面７を担持する。ライニングホルダ８は、シャフト５上に、図示の実施例で皿ばねとして形成されたばね１０の力に逆らって、回転不能に配置されるとともに軸方向にはストップ２８に至るまで移動しうるように支承されている。

ライニングホルダ８の軸方向移動は、部材６に固設された電磁石１１によって生じさせられる。電磁石１１に電圧が印加されたとき、シャフト５に形成されたストップ２８がライニングホルダ８の軸方向運動を制限し、ライニングホルダ８と電磁石１１の間に接触、それとともに摩擦が起こらないようにする。

圧力板１２は回転不能なスリーブ１７にころがり軸受１９によって回転可能に支承され、その際スリーブ１７はばね１０の力によりシャフト５の上で軸方向に移動可能である。圧力板１２は径方向に対向配置された制御カム１３によって入力側要素２の円弧形のスロット１５に係合する。制御カム１３の周方向長さはスロット１５の周方向長さに相当するから、圧力板１２は入力側要素２とおおむね遊びなく共転させられるが、軸方向に移動可能である。

リングギヤとして形成された出力側要素１の電磁石１１に面した端面に、径方向に対向配置された制御突子１６が配置され、同じくスロット１５に係合する。スロット１５は制御突子１６のためのストップをなす（複数の）端面２７を有するから、制御突子１６がスロット１５の一方または他方の端面２７に接したとき、出力側要素１は入力側要素２に対して２つの極限位置をとることができる。これらの極限位置は入力側要素２に対する出力側要素１の「遅れ」位置と「進み」位置の間の最大調整角に相当する。

図４による圧力板１２の実施形態では、制御カム１３のカム面２０はロッキングポケット２２として形成された凹陥部で終わる。凹陥部はロック位置でそれぞれ制御カム１６を収容するから、出力側要素１と入力側要素２は非常操作位置で互いにかみ合って連結される。

図５による実施形態では、カム面２０の末端の凹陥部が傾斜路１４として形成されており、傾斜路１４はロック位置でそれぞれ一方の制御カム１６を収容し、特定の条件のもとで制御カム１６が滑脱することを可能にする。

出力側要素１と入力側要素２はサンギヤ４にころがり軸受１８によって支承されている。プラネタリギヤ３の歯部は、周知のように、一方ではサンギヤ４の外歯と、またリングギヤ１の内歯とかみ合う。

図１による調整システムの機能は次の通りである。

電磁石１１に電圧が印加されないか、または電磁石１１またはその制御部への電圧印加が停止しているときは、ライニングホルダ８の摩擦ライニング９がばね１０によって固定相手摩擦面に７に押し付けられる。次に入力側要素２が回転すると、サンギヤ４が摩擦ライニング９と相手摩擦面７の間のブレーキトルクによってシャフト５の上に固持され、カムシャフト２１が入力側要素２とともに回転させられ、圧力板１２がばね１０の力の影響のもとでスリーブ１７の移動により軸方向に移動できるようになり、制御突子１６が傾斜路１４からなる凹陥部またはロッキングポケット２２に係合する。圧力板１２とスリーブ１７の軸方向運動によってばね１０の予圧が減少され、その結果相手摩擦面７と摩擦ライニング９の間の摩擦トルクが減少するから、到達した非常操作位置で現に運転中の内燃機関で相手摩擦面７と摩擦ライニング９との間の摩擦、それとともに摩耗の減少が生じる。

電磁石１１に可変電圧が印加されたとき、再び通常運転に移行するために、図４による実施形態では圧力板１２をばね１０の力に逆らってライニングホルダ８の方向へ軸方向に移動することが必要である。これは例えば工場でサービスマンの介入により、またはロック解除専用の別のコイルによって行うことができる。

図５による実施形態では、ライニングホルダ８の摩擦ライニング９を相手摩擦面７から完全に遊離させるために、電磁石１１に十分に高い電圧を印加すればよい。カムシャフト２１の抵抗トルクに基づき、出力側要素１は傾斜路またはロッキングポケット２２の反対側の角位置に行こうとする。このことは図５による実施例で、制御突子１６が傾斜路１４の上へスライドし、プラネットキャリア２のスロット２７の末端ストップ２７に至るまでカム面２０上で移動しうることを意味する。相手摩擦面７とライニングホルダ８の摩擦ライニング９との間に、当該の角位置に相当し、運転中の内燃機関に現れるカムシャフト２１の抵抗トルクと均衡する摩擦トルクが生じるまで、電磁石１１に印加される電圧を減少することによって、中間位置がセットされる。

圧力板１２を非常操作位置へ軸方向に移動することによって摩擦ライニング９とライニングホルダ８の間の摩擦トルクの減少が生じ、それによって過度の温度上昇による摩擦ライニング９の過負荷が防止される。逆に電磁石１１に最大電圧が印加され、ライニングホルダ８の摩擦ライニング９が相手摩擦面７から完全に引き離されるときは、ライニングホルダ８が電磁石１１に接触しないように、ライニングホルダ８の軸方向運動はストップ２８によって制限され、ライニングホルダ８と電磁石１１の間に望ましくない摩擦が起こらないようにする。ライニングホルダ８とばね１０は電磁石１１への補助支えなしでシャフト５に直接支承されているから、電磁石１１とシャフト５の間の別の軸受が節減される。

図６による実施形態は圧力板１２の代わりに固定部材６に補助相手摩擦面２４を有する。補助相手摩擦面２４は相手摩擦面７に対してライニングホルダ８の他方の側に配置されている。ライニングホルダ８は軸方向の片側に摩擦ライニング９を、反対側に非常操作用摩擦ライニング２６を担持する。

この実施例で電磁石１は相手摩擦面７の側に配置され、サンギヤ４の上のストップ２５に支えられるばね１０の力に逆らってライニングホルダ８を相手摩擦面７に引きつける。この場合も電磁石１１と接触しないように、サンギヤ４のストップ２９がライニングホルダ８の軸方向移動範囲を制限する。

電磁石１１が切れていれば、ばね１０がライニングホルダ８の非常操作用摩擦ライニング２６を固定相手摩擦面２４に押し付けるから、こうして生じる摩擦トルクに基づき入力側要素２の回転とともにリングギヤ１またはカムシャフト２１の非常操作位置がとられる。電磁石１１に調整可能な電圧を印加することによって、ライニングホルダ８の摩擦ライニング９が相手摩擦面７に様々な強さで押し付けられ、それによって図１による実施例のように、カムシャフト２１の位相角を所期の位相角に調整するために同調させた摩擦トルクが発生され、この位相角が保持される。入力側要素２に対する出力側要素１の極限位置はこの場合も入力側要素２のスロット１５および出力側要素１の制御突子１６によって決定され、一方、中間位置は電磁石１１により調整可能な、ライニングホルダ８の摩擦ライニング９と相手摩擦面７との間のブレーキトルクによって決定される。

図１および６による実施形態は、電磁石１１またはその制御部の電圧印加が停止したとき、ばね１０の力により内燃機関の固定部材に関連してブレーキトルクが発生され、このブレーキトルクが出力側要素１を介してカムシャフト２１を非常操作位置に変位させるという点で一致している。内燃機関の機能停止によりまずカムシャフト２１の中間位置が与えられた場合でも、スタータモータで内燃機関を回転させれば短時間で非常操作位置が得られ、この非常操作位置で内燃機関の一時的操作が可能である。

本発明は図示の実施例に限定されず、特許請求の範囲により定義される本発明のすべての変型および等価物に及ぶ。

１ リングギヤ、出力側要素
２ スプロケット、プラネットキャリア、入力側要素
３ プラネタリギヤ
４ サンギヤ、作動要素
５ シャフト、回転軸
６ 内燃機関の固定部材
７ 相手摩擦面
８ ライニングホルダ
９ 摩擦ライニング
１０ ばね
１１ 電磁石
１２ 圧力板
１３ 制御カム
１４ 傾斜路
１５ スロット
１６ 制御突子
１７ スリーブ
１８ ころがり軸受
１９ ころがり軸受
２０ カム面
２１ カムシャフト
２２ ロッキングポケット
２３ 支軸
２４ 相手摩擦面
２５ ストップ
２６ 非常用摩擦ライニング
２７ 端面
２８ ストップ
２９ ストップ

Claims (7)

1. 内燃機関のクランクシャフトにより駆動される入力側要素（２）と、内燃機関のカムシャフト（２１）を駆動する出力側要素（１）と、通常運転のために可変のブレーキトルクを作動要素（４）に働かせるための装置（７、８、９、１０、１１）によって入力側要素（２）と出力側要素（１）の間に相対運動を生じさせる作動要素（４）とを有する重畳装置（１、２、３、４）を包含し、装置（７、８、９、１０、１１）および／またはその制御部が故障すると、作動要素（４）を制止または拘束することによってカムシャフト（２１）の非常操作位置がもたらされるとともにそこに保持される非常操作機能付きの内燃機関のカムシャフトのための調整システムにおいて、
   装置（７、８、９、１０、１１）のライニングホルダ（８）が、作動要素（４）を担持するシャフト（５）に軸方向移動可能かつ回転不能に配置されており、種々の電圧が印加されて、ばね（１０）の力に逆らってライニングホルダ（８）に無接触で作用する固定電磁石（１１）によって通常運転のためのブレーキトルクが変化され、電磁石（１１）またはその制御部の電圧印加が停止したときは、ライニングホルダ（８）がばね（１０）の力によって固定相手摩擦面（７；２４）に押し付けられ、それによって非常操作位置がセットされることを特徴とする調整システム。
2. 通常運転時に電磁石（１１）への可変電圧の印加により、ばね（１０）の力によってライニングホルダ（８）と相手摩擦面（７）の間に生じるブレーキトルクを、ライニングホルダ（８）が相手摩擦面（７）から完全に遊離してゼロになるまで変化することができ、電磁石（１１）および／またはその制御部への電圧印加が停止したときは、ライニングホルダ（８）がばね（１０）の力によって相手摩擦面（７）に押し付けられ、それによって非常操作位置がセットされることを特徴とする請求項１に記載の調整システム。
3. 通常運転時に電磁石（１１）への可変電圧の印加により、ライニングホルダ（８）がばね（１０）の力に逆らって相手摩擦面（７）に完全に密接するまで、ライニングホルダ（８）とライニングホルダ（８）の片側に配置された相手摩擦面（７）との間で働くブレーキトルクが発生され、電磁石（１１）および／またはその制御部への電圧印加が停止したときは、ばね（１０）の力によってライニングホルダ（８）の他方の側に配置された固定相手摩擦面（２４）にライニングホルダ（８）を押し付けることによって、非常操作位置のためのブレーキトルクが発生されることを特徴とする請求項１に記載の調整システム。
4. 重畳装置（１、２、３、４）がリングギヤからなる出力側要素（１）と、プラネットキャリアからなる入力側要素（２）と、プラネタリギヤ（３）と、サンギヤからなる出力側要素（４）とを有する遊星歯車装置として構成され、プラネットキャリア（２）が回転軸（５）の半径方向に対向する少なくとも１個の円弧形のスロット（１５）を有し、リングギヤ（１）が軸方向に突出してスロット（１５）に係合する少なくとも１個の制御突子（１６）を有し、少なくとも１個のスロット（１５）の周方向反対側にある両端面（２７）が少なくとも１個の制御突子（１６）のためのストップを形成し、入力側要素（２）に対するカムシャフト（２１）の最大調整操作位置をなすことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の調整システム。
5. ばね（１０）の力によりライニングホルダ（８）の軸方向反対側に移動可能な圧力板（１２）がシャフト（５）に回転可能に支承され、圧力板（１２）の少なくとも１個の制御カム（１３）がプラネットキャリア（２）のスロット（１５）に係合し、こうしてプラネットキャリア（２）と回転不能かつ軸方向移動可能に連結され、その際非常操作位置に相当する制御カム（１３）のカム面（２０）の周方向末端区域がカム面に対して低く形成されており、非常操作位置でリングギヤ（１）の少なくとも１個の制御突子（１６）を収容することを特徴とする請求項４に記載の調整システム。
6. 低い末端区域が傾斜路（１４）として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の調整システム。
7. 低い末端区域がロッキングポケット（２２）として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の調整システム。

Images