JPH0686807B2 - 伝動結合される２つの軸の相対角度調節装置 - Google Patents

伝動結合される２つの軸の相対角度調節装置

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JPH0686807B2
JPH0686807B2 JP1075267A JP7526789A JPH0686807B2 JP H0686807 B2 JPH0686807 B2 JP H0686807B2 JP 1075267 A JP1075267 A JP 1075267A JP 7526789 A JP7526789 A JP 7526789A JP H0686807 B2 JPH0686807 B2 JP H0686807B2
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control plunger
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ヴオルフガング・シユパイエル
ヨーゼフ・シユミツツ
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ダイムラー―ベンツ・アクチエンゲゼルシヤフト
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34403—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
    • F01L1/34406—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カム軸が、その駆動側端部に、この端部上を
軸線方向移動可能で斜め歯を介してカム軸に伝動結合さ
れる操作素子を持ち、この操作素子が、別の斜め歯を介
して、この操作素子を包囲して駆動車を保持する円筒状
中空軸に、軸線方向移動可能に伝動結合され、操作素子
が、中空軸とカム軸の駆動側端部とから形成される環状
空間内に設けられる操作ピストンを持ち、この操作ピス
トンが環状空間を２つの動作空間に区別し、カム軸に対
して駆動車を調節するため、制御プランジヤの位置に関
係して内燃機関の潤滑油回路から動作空間へ供給される
圧油により、操作ピストンが第１の位置から第２の位置
へ移動可能であり、潤滑油回路へ戻る圧油が制御プラン
ジヤにより制御可能であり、この制御プランジヤを操作
する環状の電磁石が、カム軸の端面において機関ケース
に固定され、接極子が電磁石内に運動可能に挿入されて
いる、伝動結合される少なくとも２つの軸特にクランク
軸と少なくとも１つのカム軸との相対角度調節装置に関
する。
〔従来の技術〕
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3126620号明細書か
ら、給気弁及び排気弁用に２つの別々な制御軸を持つ機
関の機関軸と制御軸との間の位相設定を変化する装置が
公知であり、これにより２つの異なる制御時間設定を変
えることが可能である。両方の制御時間設定の各々は可
動駆動機構の終端位置に対応し、この駆動機構は斜め歯
を持つ継手を介して機関軸及び制御軸に結合され、軸線
方向移動により制御軸を機関軸に対して相対回転させ
る。一方の終端位置への駆動機構の移動はばねの予荷重
によつて行なわれ、他方の終端位置への移動は機関油回
路からの圧油を介して行なわれる。遠心力により操作さ
れるスプールは、機関回転数に関係して３つの異なる位
置をとり、これらの位置において油流出孔を開いたり閉
じたりして、駆動機構へ作用する油圧を制御する。特定
の機関回転数以下で油流出孔を開くスプールの位置にお
いて、駆動機構へばね力のみが作用して、この駆動機構
を終端位置に保つ。
機関回転数がこの第１の限界値を超過すると、スプール
が遠心力変化のため油流出孔を閉じ、上昇する機関油圧
により駆動機構がばね荷重に抗して軸線方向に第２の終
端位置へ移動され、その際機関軸と制御軸との相対回転
が行なわれ、それにより機関の運転状態に合わせた制御
時間設定が行なわれる。機関回転数の別の限界値を超過
した後、スプールは油の流出を再び可能にする位置へ動
かされる。ばね力により駆動機構は、相対回転を伴つて
第１の終端位置へ戻される。機関回転数の限界値以下に
なると、同じように駆動機構の移動が行なわれる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3316162号明細書も、
駆動機構の操作が遠心力により制御されるのではなく、
油流を制御するスプールが電磁石により操作可能である
という相違点を除いて、比較可能な装置を示している。
両方の前記装置は、油流出への影響を介して制御が行な
われるという欠点を持つている。駆動機構の両方の動作
位置の１つにおいて、常に油の流れがあり、それにより
損失が伴う。
別の欠点は、初期位置への戻り過程において、駆動機構
のばね力により動作空間から押出される油を、スプール
のこの位置で常に流れる油も通る同じ油流出孔を通つて
排出せねばならないことである。この事実から、戻り過
程の望ましくない減速が生ずる。
低い機関回転数例えば無負荷運転では、油圧が低すぎ
て、調節を行なうことができない。このためばね力によ
り駆動機構を、この運転状態に対応する位置へもたらさ
ねばならない。しかしこのようなばね力は、低い回転数
従つて低い油圧では、阻止カム軸トルクが存在する時間
部分において圧油による駆動機構の移動を阻止するの
で、移動は駆動を行なうカム軸トルクのある場合にのみ
間欠的に可能である。カム軸トルクと共にばね力により
生ずる駆動機構の望ましくない戻りを回避するため、斜
め歯が戻り止めされるように、従つて小さいねじれ角に
構成されねばならない。しかしこのようなねじれ角は短
い移動行程しか許さず、即ち機関軸と制御軸又はカム軸
との相対角度調節は小さく、従つて制御時間変化への影
響も小さい。
同じような調節装置は米国特許第4305367号明細書にも
記載されている。ただし前述した両刊行物に記載されて
いるように、機関軸又はクランク軸と制御軸又はカム軸
との相対角度調節ではなく、噴射ポンプ用制御軸の移動
が示されているにすぎない。前述した装置と異なり、同
様に斜め歯を待ち環状ピストンとして構成された駆動機
構は、所望の移動方向に応じて交互に一方の側又は他方
の側に圧油の作用を受ける。圧油の供給は、固有の油ポ
ンプにより制御装置及び別個の導管を介して、環状ピス
トンにより区分されている両方の動作空間へ行なわれ
る。これは、内部の油供給及び制御に比較して著しく多
い構造費を要する。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、前述の欠点を回避して、こじんまりし
た構成で油圧に関係なく大きい範囲にわたつて角度調節
を確実かつ急速に行なうように、最初にあげた種類の装
置を構成することである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題を解決するため本発明によれば、第２の位置か
ら第１の位置への操作ピストンの移動も、制御プランジ
ヤにより第２の動作空間へ供給される圧油により行なわ
れ、制御プランジヤが圧油制御のため環状油溝を持ち、
この油溝がカム軸の駆動側端部にあつて油を通す孔と共
同作用して、そのつど圧力を受ける動作空間からの圧油
の戻りが遮断され、そのつど圧力のない動作空間からの
圧油の戻りが行なわれ、制御プランジヤの油溝の制御縁
の間隔が油流入孔の互いに近い方の制御縁の間隔より大
きく、電磁石の接触子が、この電磁石のケース部分に接
触することなく、制御プランジヤに相対回転しないよう
に結合されている。
中空軸として構成されて内斜め歯を持つ中空軸としての
鎖車担体上に鎖車が設けられて、伝動鎖を介してクラン
ク軸により駆動される。鎖車担体には、対応する外斜め
歯を備えた操作ピストンが軸線方向移動可能に案内され
ている。この操作ピストンは内斜め歯を介して軸線方向
移動可能に、カム軸に固定的に結合された中空のフラン
ジ軸の外斜め歯にかみ合つている。鎖車担体、カム軸及
びフランジ軸は環状空間を形成し、操作ピストンにより
この環状空間が２つの動作空間に区分されている。中空
のフランジ軸内には、２つの動作位置を持つ制御素子と
しての制御プランジヤが設けられて、ばねにより一方の
動作位置に保持され、装置に固定した電磁石の接極子に
よりばね力に抗して他方の動作位置へ移動可能であり、
制御プランジヤの位置に応じて、機関の油回路からカム
軸の油孔、制御プランジヤにより形成される環状空間及
び油流入孔を経て、両方の動作空間の１つへ圧油の流入
を可能にする。この制御プランジヤは、この動作空間か
らの油の流出を遮断するが、油流入を断たれている第２
の動作空間からの油流出を許して、制御プランジヤの内
部にある縦油孔とカム軸にある油孔とを介してこの動作
空間を空にする。従つて操作ピストンの移動の際ばね力
に打勝つ必要はなく、それにより大きい操作トルクが実
現される。そのつど圧力を受ける動作空間は油流出を断
たれるので、不断の油流出もおこらない。即ち油の流れ
は、それぞれの動作空間を空にする時間部分にのみ、従
つて両方の動作位置の１つに達するまでの移動過程中に
のみ行なわれる。
初期位置において電磁石は無電流で、制御プランジヤは
ばねにより一方の終端位置に保持される。電磁石の付勢
後制御プランジヤはばね力に抗して他方の終端位置へ動
かされる。それにより両方の動作空間の１つへ行なわれ
る圧油の流入によつて、操作ピストンが軸線方向へ移動
されて、斜め歯を介してフランジ軸従つてカム軸を、ク
ランク軸により駆動される鎖車に対して回す。操作ピス
トンの軸線方向移動によつて、他方の動作空間から油が
押出されて、機関油回路へ与えられる。電磁石を消勢す
ると、制御プランジヤがばね力により初期位置へ戻り、
これまで圧力を受けていた動作空間からの油流出が行な
われ、他方の動作空間へ圧油が流入する。この操作過程
により、以前に行なわれた相対回転が再び逆に行なわれ
る。
こうして本発明によれば、操作ピストンの両側へ圧油が
作用せしめられる構成となつているので、操作ピストン
の操作を急速にかつ精確に行なうことができる。また潤
滑油回路からの圧油を供給される動作空間は油の流出を
断たれるので、潤滑油回路は常に閉じており、外部への
潤滑油の無駄な流出が回避される。更に制御プランジヤ
の油溝の制御縁の間隔が、油流入孔の互いに近い方の制
御縁の間隔より大きいので、制御プランジヤの移動行程
が小さく、最大でも油流入孔の直径の同じ大きさにすぎ
ず、制御プランジヤの操作時間を小さくすることがで
き、しかもその制御のために小さい寸法及び消費電力の
電磁石しか必要としない。しかも接極子が電磁石のケー
スに接触しないようになつているので、回転する接触子
と固定ケースとの間に摩擦は生じない。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面により以下に説明する。
第１図は本発明による調節装置を示している。図示しな
い鎖により同様に図示しないクランク軸から駆動される
鎖車１は、内斜め歯２を持つ鎖車担体３にある。対応す
る外斜め歯４を介して、油孔５を持つ環状操作ピストン
６が軸線方向移動可能にかつ回転可能に鎖車担体３内に
設けられている。操作ピストン６は内側に斜め歯７を持
ち、この斜め歯７が、同様に軸線方向移動可能にかつ回
転可能に、フランジ軸９の外斜め歯８にはまり合い結合
している。このフランジ軸９は結合ねじ10を介してカム
軸11に取付けられている。鎖車担体３は、フランジ軸９
のカム軸側端部12上及び機関ケース固定部分13に近い側
の蓋14上に、回転可能に支持されている。鎖車担体３及
びフランジ軸９及びカム軸11は蓋14と共に環状空間を形
成し、この環状空間は軸線方向移動可能な操作ピストン
６により２つの動作空間15及び16に区分されている。操
作ピストン６の軸線方向移動により、斜め歯2,4及び7,8
を介して、フランジ軸９従つてカム軸11が鎖車１即ちク
ランク軸に対して相対回転せしめられる。斜め歯を図示
したように２つの斜め歯2,4及び7,8に分割することによ
り、同じ軸線方向移動において個々の斜め歯のねじれ角
を減少することができる。こうして短い移動工程で、相
対角度調節の大きい範囲が得られる。この事実は調節装
置の空間を節約する短い構成を可能にする。
両方の斜め歯2,4及び7,8のねじれ角を同じに選ぶと有利
で、それにより同じ工具により同じチヤツク作業従つて
急速な製造が可能となり、精度が高まる。
中空のフランジ軸９内には、軸線方向に移動可能で環状
油溝18を持つ制御プランジヤ17が挿入されて、フランジ
軸９の端部19に支持されるばね20にによりカム軸11の方
へ初期位置へ押されている。調節装置と共に回転する制
御プランジヤ17のカム軸11から遠い方の端部には、装置
に固定した電磁石22の接極子21が結合ねじ23により結合
されている。電磁石22は環状電磁石として構成され、そ
の中に接極子21が自由に回転可能に没入している。端子
24を介して電磁石22は図示しない制御装置に電気接続さ
れている。制御装置により電磁石22へ電圧が印加される
と、回転する接極子21が電磁石22の方へ吸引され、それ
により接極子に結合された制御プランジヤ17がばね20の
力に抗して初期位置から動作位置へもたらされ、この位
置で制御プランジヤ17がフランジ軸９のカム軸11へ対向
する面25に当る。この面25の位置は、制御プランジヤ17
の軸線方向移動行程が制御されて、接極子21がその動作
位置で電磁石22のケース部分に接触しないように選ばれ
ている。こうして回転する接極子21と固定ケースとの間
に摩擦は生じない。電磁石22に電圧が印加されている
間、制御プランジヤ17はこの動作位置に留まり、この電
圧の遮断後ばね力20の力により操作されて、カム軸11の
方へ初期位置へ戻る。
電磁石22の無電圧状態で、制御プランジヤ17はばね20の
力により第１図の初期位置に保持される。カム軸11にあ
る縦油孔26、接続孔27、フランジ軸油孔28及び環状油溝
29を介して、潤滑油は圧力を受けて機関油回路から制御
プランジヤ17の環状油溝18へ達する。フランジ軸９は、
制御プランジヤのこの位置で油溝18につながつて第１の
動作空間16へ至る半径方向油流入孔30を持つている。制
御プランジヤ17のこの位置でこの動作空間16からの油流
出孔31が閉じられるので、操作ピストン６は油圧により
カム軸11から遠い方の初期位置へもたらされる。第２の
油流入孔32が制御プランジヤ17により閉鎖されているの
で、先に第２の動作空間15内にあつて初期位置で圧力な
しの油は、この動作空間15から斜め歯2,4、操作ピスト
ン６にある油孔５、斜め歯7,8及びフランジ軸９にある
第２の半径方向油流出孔33を介して、制御プランジヤ17
とフランジ軸９との間の環状空間34へ達し、そこから制
御プランジヤ17の半径方向油孔35及び縦油孔36と、カム
軸11に設けられた通路37とを通つて、機関油回路へ戻
る。
第２図には、動作市にある本発明の装置が示されてい
る。個々の部分は第１図のそれに一致し、同じ部分には
第１図と同じ符号が付けてある。
制御装置により操作されて、電磁石22が接極子21及びこ
れに結合されている制御プランジヤ17をばね20の力に抗
して吸引すると、制御プランジヤの肩部がカム軸11に対
向するフランジ軸９の面25に当る。機関油回路からの圧
油は、カム軸11の縦油孔26から上述したように制御プラ
ンジヤ17の環状油溝18へ達する。制御プランジヤ17の位
置変化のため、動作空間16への油流入孔30は閉鎖されて
いるが、油流出孔31は開かれている。操作ピストン６の
移動の際、動作空間16にある油は、油流出孔31及びカム
軸側の制御プランジヤ収容空間を介して通路37へ押出さ
れて、機関油回路へ戻ることができる。縦油孔36、半径
方向油孔35及び環状空間34を介して第２の動作空間15へ
の油流は、制御プランジヤ17の位置によつて不可能にさ
れている。開かれた第２の油流入孔32を介して、圧油は
環状油溝18から操作ピストン６の油孔５を通つて動作空
間15へ達する。その際操作ピストン６はカム軸11の方へ
軸線方向に移動されて、上述したように動作空間16から
油を押出す。操作ピストン６の軸線方向移動の際斜め歯
2,4及び7,8により、カム軸11は駆動される鎖車１に対し
て相対回転せしめられる。しかしこの動作位置は、電磁
石22が制御装置を介して電圧を供給される間だけ維持さ
れる。電磁石22が消勢されると、制御プランジヤ17はば
ね20により第１図の初期位置へ押され、カム軸11の回転
は初期位置への操作ピストン６の軸線方向移動によつて
再び打消される。
制御プランジヤ17への環状油溝18の形成、制御プランジ
ヤ17に対する油流入孔30,32及び油流出孔31,33の配置に
よつて、相対角度調節装置を操作するため制御プランジ
ヤ17の移動行程が小さくなり、従つて小さい寸法及び消
費電力の電磁石22しか必要としない。更に操作時間を小
さくすることができる。この有利な小さい移動行程は、
制御プランジヤ17の環状油溝18の両方の制御縁41及び42
の間隔を、油流入孔30及び32の互いに近い方の制御縁43
及び44の間隔より大きくすることによつて、得られる。
これは、調節過程中特定の短い時間における油導通の重
なりに相当する。従つてカム軸11の軸線方向における制
御プランジヤ17の移動行程は、最大でも油流入孔30,32
の直径と同じ大きさでなければならない。
第３図は第１図及び第２図による操作ピストン６の断面
を拡大して示す。５で再び油孔が示され、４及び７で外
斜め歯及び内斜め歯が示されている。
第３図による同じ操作ピストン６がカム軸の反対側から
見て示されている。油孔５はかくれているが、斜め歯４
及び７は明確に認められる。内斜め歯７はブロツク歯39
を持ち、外斜め歯４はブロツク歯40を持つている。
この実施例では、ブロツク歯39及び40は他方の歯に対し
てそれぞれ２倍の幅を持つ歯として構成されている。こ
れらのブロツク歯は、組立てるべき部分即ち鎖車担体
３、操作ピストン６及びフランジ軸９を正確に規定され
た相対位置へもたらすので、調節装置の組立てを容易に
する。それによりこれらの部分の角度に合つた組込みに
関する組立て誤差が回避される。
二重斜め歯の利点については既に上述した。しかしこの
図から容易にわかるように、この二重斜め歯は１回の工
具チヤツク作業のみで簡単に製造することができる。
調節装置の第１図に示した初期位置は、給気弁用カム軸
の遅れ位置に一致するように選ぶのがよい。この遅れ設
定では出力が最適に設定されるので、この遅れ設定は無
負荷運転及び全負荷運転に用いられる。遅れた給気終了
により、高い回転数では過給効果を利用でき、遅い給気
開始により小さい弁重なりが行なわれ、無負荷回転数が
低下し、無負荷特性が改善される。
第２図に示す調節装置の動作位置は給気カム軸の進み位
置に対応し、中間回転数範囲に設定されるようにする。
この事実は、内燃機関が走行運転中に通常運転されるこ
の回転範囲におけるトルクの改善と同じである。
調節装置の動作空間とこれらの運転状態との対応関係を
逆にすることも考えられる。なぜならば、頻繁に使用さ
れる中間回転数の運転範囲では、電磁石を常に付勢せね
ばならないが、本発明による対応関係は、電磁石の故障
又はその始動の際、内燃機関が最大出力に最適化され、
また有利な始動特性及び無負荷運転特性を示すからであ
る。
始動過程において調節装置がこの運転状態にとつて有利
な初期位置になければ、油圧がまだ不足していても、阻
止カム軸トルクにより調節装置は自動的にこの位置へも
たらされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による相対角度調節装置の初期位置にお
ける断面図、第２図は相対角度調節装置の動作位置にお
ける断面図、第３図は操作ピストンの拡大断面図、第４
図はカム軸とは反対の側から見た操作ピストンの正面図
である。 １……駆動車（鎖車）、2,4;7,8……斜め歯、３……中
空軸（鎖車担体）、６……操作ピストン、11……カム
軸、15,16……動作空間、17……制御素子（制御プラン
ジヤ）、18……油溝、30,31,32,33……油を通す孔（油
流入孔、油流出孔）、41,42;43,44……制御縁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許4305367（ＵＳ，Ａ) 実願昭60−108112号（実開昭62−16706 号）の願書に添付した明細書及び図面の内 容を撮影したマイクロフィルム（ＪＰ, Ｕ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】カム軸が、その駆動側端部に、この端部上
    を軸線方向移動可能で斜め歯を介してカム軸に伝動結合
    される操作素子を持ち、この操作素子が、別の斜め歯を
    介して、この操作素子を包囲して駆動車を保持する円筒
    状中空軸に、軸線方向移動可能に伝動結合され、操作素
    子が、中空軸とカム軸の駆動側端部とから形成される環
    状空間内に設けられる操作ピストンを持ち、この操作ピ
    ストンが環状空間を２つの動作空間に区分し、カム軸に
    対して駆動車を調節するため、制御プランジヤの位置に
    関係して内燃機関の潤滑油回路から動作空間へ供給され
    る圧油により、操作ピストンが第１の位置から第２の位
    置へ移動可能であり、潤滑油回路へ戻る圧油が制御プラ
    ンジヤにより制御可能であり、この制御プランジヤを操
    作する環状の電磁石が、カム軸の端面において機関ケー
    スに固定され、接極子が電磁石内に運動可能に挿入され
    ているものにおいて、第２の位置から第１の位置への操
    作ピストン（６）の移動も、制御プランジヤ（17）によ
    り第２の動作空間（16）へ供給される圧油により行なわ
    れ、制御プランジヤ（17）が圧油制御のため環状油溝
    （18）を持ち、この油溝（18）がカム軸（11）の駆動側
    端部にあつて油を通す孔（30,31,32,33）と共同作用し
    て、そのつど圧力を受ける動作空間（15又は16）からの
    圧油の戻りが遮断され、そのつど圧力のない動作空間
    （16又は15）からの圧油の戻りが行なわれ、制御プラン
    ジヤ（17）の油溝（18）の制御縁（41,42）の間隔が、
    油流入孔（30,32）の互いに近い方の制御縁（43,44）の
    間隔より大きく、電磁石（22）の接極子（21）が、この
    電磁石のケース部分に接触することなく、制御プランジ
    ヤ（17）に相対回転しないように結合されていることを
    特徴とする、伝動結合される少なくとも２つの軸の相対
    角度調節装置。
  2. 【請求項２】操作ピストン（６）を介して中空軸（３）
    とカム軸（11）の駆動側端部とを伝動結合する斜め歯
    （2,4及び7,8）が同じねじれ角を持つていることを特徴
    とする、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】両方の斜め歯（2,4及び7,8）の少なくとも
    １つがそれぞれ少なくとも１つのブロツク歯（39又は4
    0）を持つていることを特徴とする、請求項１又は２に
    記載の装置。
  4. 【請求項４】接極子（21）の軸線方向移動行程がストツ
    パ面（25）により制限されていることを特徴とする、請
    求項１ないし３の１つに記載の装置。
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