JPH07506885A - 内燃機関のシャフトを相対的に回転させるための装置及びこの装置を制御するための方法 - Google Patents
内燃機関のシャフトを相対的に回転させるための装置及びこの装置を制御するための方法Info
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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】
内燃機関のシャフトを相対的に回転させるための装置及びこの装置を制御するた
めの方法
従来技術
本発明は、内燃機関のカムシャフトを、このカムシャフトに回転可能に配置され
た駆動歯車に対して相対的に回転させるための装置、及びこの装置を制御するた
めの方法に関する。このような形式の公知の装置、及びこの装置を制御するため
の方法においては、制御弁を介してピストン・シリンダ装置が負荷され、ピスト
ンが、カムシャフトの切欠内で支承されたカップリング部材を移動させるように
なっている。カムシャフトに係合するカップリング部材にはスゲ歯及びハス歯が
設けられており、このスゲ歯及びハス歯は、調節ピストンが回転する際に駆動歯
車に対して相対的に回転する。カムシャフトによって駆動される流体静力学的な
ポンプが、調節ピストンを調節するために必要な圧力媒体を供給する。調節ピス
トンは両側から圧力によって負荷されるが、この際に一方側が、ポンプによって
生ぜしめらた圧力によって常に負荷される。ピストンの他方側の圧力は、所定の
制御値に基づいて圧力媒体を流出させることによって及び圧力を減少させること
によって、制御弁によって変えられる(減少制御)。このような方法及びこのよ
うな形式の装置は、非常に高価であって、従って複雑で、高いエネルギ消費を必
要とする。
発明の利点
これに対して、請求項1の上位概念に記載した、シャフトを相対的に回転させる
ための装置を制御するための、本発明による方法は、非常に迅速でエネルギ的に
好都合な運転形式が可能であるという利点を有している。このような方法によれ
ば、請求項8から20に記載されているように、特に有利な形式で内燃機関のシ
ャフトを相対的に回転させるための装置を駆動させることができる。
請求項8の上位概念に記載した、内燃機関のカムシャフトを相対的に回転させる
ための、本発明による装置は、構造が簡単で特にコンパクトでもあるという利点
を有している。特にこの装置は、消費エネルギが非常に低いという特徴を有して
いる。オイル損失は、漏れ損失を制限する。何故ならば、調節装置から押出そう
とするオイル量はポンプによつて再び吸い込まれるからである。調節部材は、本
発明の有利な実施例においては非作業位置で制御弁を介して液圧式にロックされ
、制御のずれが生じることはない。この実施例における消費エネルギは特に小さ
い。何故ならばエネルギ消費は調節中においてのみ行なわれるからである。
別の有利な実施例によれば、ポンプの全回転が有利な形式で、それぞれ供給する
ポンプ作業(個別ポンプ)とは無関係にフィード及び調節を行なうために使用さ
れる。
本発明の別の利点は、従属請求項並びに明細書及び図面に記載されている。
図面
以下の説明及び図面に本発明の実施例が記載されている。図1は、カムシャフト
調節装置の縦断面図、図2は、図1のII−II線に沿った断面図、図3は、図
1のMl−III線に沿った断面図、図4〜図7(それぞれa −C)は、本発
明による装置に使用されたポンプ及びそれに属する弁制御装置の作業を表わす線
図である。
実施例の説明
図面では符号10Aで、内燃機関のカムシャフト10の端部が示されている。端
面側には、外方に向けられたフランジIOBが設けられており、このフランジは
、円筒形の凹部12を有していて、この凹部内に、カムシャフト10を貫通する
縦孔11が開口している。この縦孔11は、自動車の内燃機関の圧力油供給部に
接続されている。この凹部12内に、制御弁13の円筒形の弁ケーシング13A
が侵入するようになっている。この弁ケーシング13A内にスプール弁孔14が
形成されていて、このスプール弁孔14は制御スプール15を受容している。こ
の弁の別の構成については後で説明する。
ディスク16と、回転ピストンアクチュエータ17として構成された、ベーン1
8.19.20 (図2参照)を備えたインペラーと、ポンプ21の中空円筒形
のポンプケーシング2LAとが、前記カムシャフト10若しくはフランジIOB
に接続され、かつ弁ケーシング13A上に載っている。ディスク16の直径はフ
ランジIOBの直径にほぼ相当し、これに対して回転ピストンアクチュエータ1
7の直径はそれよりも小さい。回転ピストンアクチュエータ17に向けられた、
ポンプケーシング21Aの端面側は、フランジ状に外側に拡張していて、その直
径は、ディスク16の直径にほぼ相当する。ポンプケーシング21Aと、回転ピ
ストンアクチュエータ17と、ディスク16とは、4つのポルト24によって回
動不能に緊締されていて、カムシャフト10のフランジIOBに結合されている
。これらのボルト22若しくはそれに所属する孔22Aは、円筒形の凹部23か
ら延びている。この凹部23は、回転ピストンアクチュエータ17とは反対側に
向けられた、ポンプケーシング21Aの端面側に。この孔21Aは、カムシャフ
ト10のフランジIOBまで達している。
回転ピストンアクチュエータ17は、歯車として構成された駆動歯車24によっ
て取り囲まれている。この駆動歯車24はその端面側で、ポンプケーシング21
A若しくはディスク16のフランジ状の端面側を受容するためのそれぞれ1つの
円筒形の凹部24A若しくは24Bを有している。駆動歯車24は、後述する形
式でカムシャフト10及びポンプケーシング21A(ポンプ21のロータ)を駆
動する。
回転ピストンアクチュエータ17(インペラー)のベーン18〜20は、駆動歯
車24の対応する(図2に示された)切欠25〜27内に存在していて、ここで
、駆動歯車24に対して約25″の角度だけ回転可能である。切欠25〜27に
対してベーン18〜20をシールするためにシールローラ28が使用され、この
シールローラ28は、板ばね29によってベーンの外側面若しくは駆動歯車24
の内側に押しつけられる。このシールローラ28及び板ばね29は、それぞれ回
転ピストンアクチュエータ若しくは駆動歯車24内に形成された軸方向溝30内
にある。軸方向溝30は、それぞれ回転ピストンアクチュエータ17の2つのベ
ーン18〜20の間の中央、若しくは切欠25〜27の中央に配置されている。
回転ピストンアクチュエータ17のベーン18〜20内に配置されたシールロー
ラ28と、駆動歯車24の切欠25〜27内に配置されたシールローラ28との
間に圧力室25A〜27A若しくは25B〜27Bが制限されている。これらの
圧力室25A〜27Aは、図2に示した方向におし)で及び時計周り方向で見て
シールローラ28の後ろで相応の切欠25〜27内にあって、圧力室25B〜2
7Bはその前にある。
回転ピストンアクチュエータ17は多数の孔34〜39によって貫通されている
。これらの孔は、一方では圧力室25A〜27A若しくは25B〜27Bのうち
のそれぞれ1つに接続されていて、他方では円筒形の弁ケーシング13aの外周
部に設けられた環状溝31.32に接続されている。孔34.36及び38は、
それぞれ(図1で左側の)環状溝31内に開口しており、孔35.37.39は
それに対応して右側の環状溝32内に開口している。これらの孔を介して、制御
弁13の制御スプール15のそれぞれの位置に応じて圧力室25A〜27A若し
くは25B〜27Bは負荷されるか又負荷解除(放圧)されるので、回転ピスト
ンアクチュエータ17は時計周り方向又は逆時計周り方向で回転運動を行なう。
これによってカムシャフト10は、内燃機関の弁の”早め”調節若しくは”遅め
”調節に設定される。つまり、駆動歯車24若しくはクランクシャフトに対して
のカムシャフトの”段階”調節が行なわれる。
環状溝31及び32から延びる2つの半径方向孔41及び42が、制御弁13の
円筒形の弁ケーシング13Aを貫通して延びている。これらの半径方向孔14は
環状溝32から延びていて、スプール弁孔14内に開口しており、これに対して
半径方向孔41は、環状溝31から延びて、スプール弁孔14を取り囲む環状制
御溝43内に開口している。ポンプケーシング21Aの範囲では、弁ケーシング
13Aの外周部にさらに別の2つの環状溝45.46が形成されている。(図1
で右側の)環状溝46から半径方向孔47が延びており、この半径方向孔47は
、スプール弁孔14における第2の環状制御孔48内に通じている。(左側の)
環状溝45からは傾斜孔49が延びている。この傾斜孔49は、袋孔50内に通
じており、この袋孔50はスプール弁孔14に対して平行に延びていて、弁ケー
シング13A若しくは凹部12の右側から延びている。この袋孔50内には逆止
弁51が形成されており、この逆止弁51は、圧力媒体が流過する際に室52か
ら傾斜孔49に向かう方向に開放することができる。この室52は、弁ケーシン
グ13Aと凹部12との間に形成されている。袋孔50を貫通して半径方向孔5
3が延びており、この半径方向孔53は、同様にスプール弁孔14に開口してい
て、弁ケーシング13Aの外周部でスリーブ54によって覆われている。このス
リーブは、中空円筒形のポンプケーシング21Aの範囲でこのポンプケーシング
と弁ケーシング13Aとの間に配置されていて、ポンプケーシング21Aに堅固
に結合されている。
弁ケーシング13Aは回転ピストンアクチュエータ17に、例えばプレス嵌め(
press fit)によって相対回動不能に結合されいる。弁ケーシング13
Aの外周部に取り付けられた固定リング56(環状溝58内にはめ込まれた)に
よって、スリーブ54及びこのスリーブ54に堅固に結合されたポンプケーシン
グ21aは軸方向で固定される。これによってスリーブ54はその一方の端面側
が回転ピストンアクチュエータ17に当接していて、その他方の端面側が固定リ
ング57に当接している。カムシャフト10のフランジIOHの範囲には、弁ケ
ーシング13Aの外周部に別の固定リング57が設けられており、この別の固定
リング57は、ディスク16に当接していて、このディスク及び回転ピストンア
クチュエータ17をカムシャフト10に取り付ける前に回動しないように固定す
る。
ポンプケーシング21Aの凹部23の範囲には、弁ケーシング13Aの端面側に
円筒形の凹部61が設けられており、この凹部61からスプール弁孔14が延び
ている。このスプール弁孔14の底部62から軸方向孔63が延びていて、この
軸方向孔63は室52内に開口している。この軸方向孔63内には逆止弁64が
配置されおてり、この逆止弁64は圧力媒体が流れる際に室52からスプール弁
孔14へ向かう方向に開放することができる。
スプール弁孔14内では制御スプール15がシールされて滑動案内されている。
この制御スプール15はその一方の端面側が凹部61内まで突入していて、ここ
で操作ボール66を備えている。制御スプール15の外周面には2つの環状制御
溝67及び68が形成されている。(図1で左側の)環状制御溝67は、制御ス
プール15を半径方向で貫通する孔に連通している。この孔内には、軸方向に延
びる袋孔70が開口しており、この袋孔70は、制御スプール孔14内に存在す
る制御スプール15から延びている。この端面側で、圧縮コイルばね71の一方
の端部が支えられており、他方の端部は、制御スプール孔14の底部62で支え
られている。制御弁13の反対側の端面側では、操作ボール66に電磁石72の
タペット72Aが当接している。このタペットによって、制御スプール15は圧
縮コイルばね71の作用に抗して調節される。電磁石72はカムシャフト10に
対して同軸的に制御され、相対回動不能に配!されている。この電磁石は制御波
ff173によって制御される。
図3に示されているように、ポンプケーシング13A内に、半径方向に延びる貫
通する4つの孔74〜77が形成されている。これらの4つの孔は、それぞれ互
いに90°ずらして配置されていて、これらの孔内にそれぞれ1つのボールピス
トン78〜81が案内されている。これらのボールピストンは、外側でカムリン
グ82に当て付けられており、このカムリング82は、ポンプケーシング21を
閉鎖するポンプカバー83内に配置されている。カムリング82のカム曲線は円
形であって、カムシャフト10の長手方向軸線に対して偏心的に延びている。ポ
ンプカバー83はカムリング82と共に不動であるが、ポンプケーシング21A
は、前述のようにカムシャフト10と共に回転する。このために、ポンプカバー
83は、適当な形式で周囲若しくは組み込みスペースに連結されている。これは
例えば簡単なつめカップリングが用いられる。運転中に形成される駆動モーメン
トは例えば内燃機関のエンジンフロントカバーで支えられる。ポンプカバー83
の自由な端面側には閉鎖カバー84が固定されており、この閉鎖カバー84の中
央孔84Aを通って電磁石が突き出ている。
図示のポンプは2重ポンプである。つまり、互いに隣接してそれぞれ90°ずら
して配置されていて、しかも、軸線が同一平面にあるそれぞれ2つのピストンが
それぞれその対応する孔と共に2つのポンプ部材を形成している2重ポンプであ
る。しかしながら互いに向き合って配置された2つのピストンを脩えた1つだけ
のポンプを使用してもよい。
スリーブ54には、図示の実施例では貫通する4つの圧力媒体開口が設けられて
いる。図1及び図3には、これら4つの圧力媒体開口のうちの2つの圧力媒体開
口87及び88が示されている。2つの圧力媒体開口85及び86は、圧力媒体
開口87及び88に対して軸方向でずらして配置されていて、図3では概略的に
示されている。これらの圧力媒体開口85〜88は、(ポンプ)孔74〜77の
インレット開口若しくはアウトレット開口として用いられる。圧力媒体開口85
若しくは86は孔4若しくは75を(右側の)環状溝46に接続し、圧力媒体開
口87若しくは88は2つの他方の孔76若しくは77を制御弁の(左側の)環
状溝45に接続する。
電磁石72には、その図1に示された切換え位置で電流が供給されている。つま
り、タペット72Aが制御スプール15を圧縮コイルばね71のばね作用に抗し
てその(左側の)中立位置Iから(右側の)切換え位IIIに調節する。制御ス
プール15の切換え位置夏!において制御スプール15に設けられた環状制御溝
67と、スプール弁孔14における第2の環状制御溝48とが互いに接続される
。さらに、制御スプール15の環状制御溝68と、スプール弁孔14の環状制御
溝43とが互いに接続される。ポンプケーシング21Aの孔76及び77は、圧
力媒体開口87及び88を介して環状溝45に接続されていて、孔49を介して
袋孔50に接続されている。この袋孔50は、半径方向孔53を介して環状制御
溝68の範囲でスプール弁孔14に形成されている。圧力媒体はこのスプール弁
孔14から、環状制御溝43及び半径方向孔41を介して環状溝31に達し、こ
こから孔34.36及び38を介して圧力室25A、26A及び27Aに達する
。他方の圧力室25B、26B及び27Bは、孔35.37及び39を介して環
状溝32に接続されている。この環状溝32から、半径方向孔42が、底部62
と制御スプール15の端部との間の範囲でスプール弁孔14に通じている。制御
スプールの袋孔7o及び孔69を介して圧力媒体は環状制御溝67に達する。
この環状制御溝67は、前述のように第2の環状制御71148に接続されてい
る。この第2の環状制御溝48から、半径方向孔47及び環状溝46を介して、
圧力媒体開口85及び86への接続及びひいては孔74及び75への接続が形成
される。
電磁石72が励磁されない状態では、制御スプール15は圧縮コイルばね71の
作用によってその(左側の)中立位置に移動する。この中立位置で環状制御溝4
3は制御スプール15によって一方側が閉鎖される。それと同時に制御スプール
15の環状制御溝67もスプール弁孔14の蓋部によって一方側が閉鎖されてい
る。これによって圧力室25A〜27A及び25B〜27Bは同様に一方側が閉
鎖される。付加的にスプール弁孔14の第2の環状制御溝48と、制御スプール
15の環状制御溝68とは互いに接続されている。
ポンプケーシング21Aの2つの孔74及び75は、これによってそれぞれ互い
に接続されるか、若しくは4つのすべての孔74〜77が2つの環状制御溝48
及び68を介して短絡される。
装置の運転中にカムシャフトを相対回転させるためにカムシャフトが駆動される
と、このカムシャフトと一緒にポンプケーシング21Aも回転し、さらにこのボ
ンブケーシング21A内に配置された孔74〜77及び対応するボールピストン
78〜81も一緒に回転する。このボールピストン78〜81は、定置のポンプ
カバー83に取り付けられたカムリング82で支えられているので、このカムリ
ング82は上下運動(吸込み及び圧縮行程)を行なう。ボールピストン80及び
81の吸込み行程時(半径方向外側の運動)及び切換え位置11に存在する制御
弁13若しくは制御スプール15において、孔76及び77には、開放した逆止
弁51を介して室52からカムシャフト10内の縦方向孔11を介して圧力が供
給される。圧縮行程時にボールピストン78及び79は逆止弁51を閉鎖する。
それに応じて2つの別の孔74及び75は、吸込み行程時に開放する逆止弁64
を介して圧力媒体で満たされる(制御スプール15若しくは制御弁13の切換え
位置IIにおいて)。制御弁13(制御スプール15)がその中立位置Iにある
時には、前述のように、4つの孔74〜77は短絡される。この時に、4つの孔
の間で圧力媒体のほとんど無圧の往復ボンピングが行なわれる。しかしながら逆
止弁51を介して、この制御スプール15の中立位置1でも、漏れ損失に基づく
損失圧力媒体が補償される。
回転ピストンアクチュエータ17及び駆動歯車24を互いに相対的に回転させる
ために、電磁石が制御されて、図4のa −eに示されているように、制御弁1
3は制御スプール15の切換え位置IIに移動せしめられる。
図4のaは、孔74〜77とボールピストン78〜81とによって形成されてい
る4つの個別のポンプ■a、Ib、I[a、Ilbの送出し流の特性曲線を示す
。孔74及び75とボールピストン78及び79とによって形成されている2つ
のポンプIa及びIbは、常に互いに接続されていて、圧力室25B〜27Bを
負荷する。同様に常に互いに接続されている2つの個別のポンプIla及びIl
bは、相応に2つの他方の孔76及び77とボールピストン8o及び81とによ
って形成されていて、圧力室25A〜27Aを負荷する。
ポンプケーシング21Aの回転(360’)に亘っての送出し流の経過特性曲線
が示されていて、この特性曲線は、個別のポンプIaの容積流の通過がゼロであ
る場合に、つまりボールピストン78の上死点で始まっている。他方の3つのポ
ンプIb、Ila、IIbは、それぞれ段階が90°ずらされている。つまり、
図3に示した回転位置からポンプIbは吸込み行程を行ない、ポンプIlaは下
死点にあって、ポンプ■Ibは圧縮行程を行なう。
カムシャフト10を”早め“の回転位置にもたらすために、つまり早めの弁操作
を行なうために、回転ピストンアクチュエータ17を駆動歯車24に対して回転
方向(ここでは時計周り)で回転させなければならない。このためには、圧力室
25B〜27B内の圧力が、圧力室25A〜27A内の圧力よりも大きくなけれ
ばならない。圧力面が同じである場合には、回転ピストンアクチュエータ17の
相対回転が得られる。このために、圧力室25A〜27A若しくは25B〜27
B内の圧力比が補償されて、2つのポンプIa及びrbの送出し容積の合計がポ
ジティブであって(圧縮段階)、他方の2つのポンプIla及びIlbがネガテ
ィブである(吸込み行程)場合に、制御弁13(図4のaでは概略的に4/2行
程弁として示されている)は、電磁石72を介して所定の時間だけ中立位置■か
らその切換え位置IIに調節される。この送出し状態は、図4aに示した送出し
流経過曲線の例で、450〜225″の回転角度範囲で得られる。
図4のbでは、電磁石13の相応の制御状態が示されている。この電磁石13は
、個別のポンプIa及びlbの容積流の合計がポジティブである時に、つまり送
出された容積流が吸い込まれた容積流よりも多くなると、カムシャフトを調節す
るために”早め”の回転位置に作動せしめられる、つまり電流が流される。従っ
てこの制御はポンプIaの45°の回転角度において開始される。この位置にお
いてポンプIaが送出した容積は、ポンプIbの吸い込んだ容積と同じである。
ポンプIlaの吸込み容積とポンプIlbの圧縮容積とは、この回転位置におい
て同様にゼロである。制御装置73を介しての電磁石72の制御は、2つのポン
プIa及びlb(個別のポンプIaの回転角度90°〜180°)の圧縮段階を
介して維持され、容積流の合計がネガティブになるまで続けられる。このネガテ
ィブな合計の容積流は、ポンプIaの225’の回転角度において開始される。
この回転角度後に、ポンプIaの吸い込まれた容積は、ポンプ!bの吸い込まれ
た容積よりも大きい。この全回転範囲(45°〜225°)に亘って、個別のピ
ストンIla及びIIbの合計容積流はネガティブである。
電磁石72を制御することによって制御弁13はその切換え位置IIにもたらさ
れるので、圧力室25B〜27Bは個別のピストンIa及びIbの合計の容積流
によって負荷される。それと同時に圧力室25A〜27Aは個別のピストンII
a及びIIbに接続される。しかしながらその合計容積流はネガティブである、
つまり圧力媒体が吸い込まれる。従って回転ピストンアクチュエータ17は駆動
歯車24に対して相対的に時計周り方向で、つまりカムシャフト10の”早め”
の方向に回転せしめられる。
カムシャフト10を”遅め”の回転位置に調節するために、それに応じて圧力室
25A〜27Aが圧力によって負荷される。このために、図4のCに示されてい
るように、2つのポンプIla及びIlbの合計容積流がポンプIa及びlbの
合計容積流よりも大きい場合に、電磁石72が制御装置73によって制御される
。これは、ポンプIa及びIbの回転角度が2250〜4056若しくは45″
の間にある場合にそうである。
カムンヤフト10を調節された回転位置(これが回転ピストンアクチュエータ1
7の終端位置に相当する場合でも)で保持するために、電磁石7はで接続される
ので、制御弁13はその中立位置にもたらされる(図4のd)。
この中立位置■において圧力室25A〜27A及び25B〜27は一方側が閉鎖
される。つまり回転ピストンアクチュエータ17が液圧的にロックされる。
電磁石72の制御は制御装置73を介して行なわれる。この制御装置73は、図
示していいない角度センサを介してカムンヤフト10の実際一段階位置を検出し
、この実際一段階位置を所定の目標値と比較して、瞬間的なポンプ位置を考慮し
て周期的なパルス信号を生せしめる。この信号もしくは制御は、カムシャフトの
所望の位置に応じて、それぞれ所属の角度範囲で相前後して配置された多数のパ
ルスで行なわれる。またこの信号若しくは制御を、比較的小さい調節範囲若しく
は修正範囲において最大可能な角度範囲の部分範囲だけに亘って生ぜしめること
も可能である。
“遅め”の方向でのカムシャフト10の調節は、運転状態でリアクショントルク
によって補助される。このリアクンヨントルクはカム操作に基づいて行なわれる
。”遅め”の回転位置方向でのカムシャフトの調節は、このリアクンヨントルク
に基づいても行なうことができる。このりアクンヨントルクの作用によって運転
状態で回転ピストンアクチュエータ17のわずかな漏れ損失生じるので、この回
転ピストンアクチュエータ17は相応に回転せしめられる。調節が必要ない場合
に、この漏れ損失を補償するために、電磁石72(図4のaに例として示されて
いる)は、一般に早め調節段階(個別のポンプIaの45°と225°との間の
角度範囲)で短い切換え信号によって制御される。
これによって回転ピストンアクチュエータ17の後補充モーション(follo
w−up motion)が行なわれる。
図示の実施例に、さらに別の個別のポンプ配置及び制御弁の相応の制御も可能で
ある。この場合、圧力室25A〜27A若しくは25B〜27Bに対する個別の
ポンプの周期的な配置関係の基本原則は維持される。この場合に、圧力室25A
〜27A若しくは25B〜27Bに対して個別ポンプを定置に配置した種々異な
る配置が可能である。各個別のポンプは、調節方向に作用する圧力室25A〜2
7A又は25B〜27Bだけを負荷する。この場合に弁は、前記実施例において
説明したように、中立位置■で圧力室の一方側を閉鎖するように構成されている
。これによって回転ピストンアクチュエータは、前記のように、場合によっては
生じる漏れ損失の作用は除いて、液圧式にロックされる。
a)最も簡単な場合では、それぞれ1つの(球状の)ピストンを備えた互いに向
き合う2つの個別のポンプが使用される。各個別のポンプには、調節方向に働く
圧力室25A〜27A若しくは27B〜28Bが定置に配属されている。これに
ついては、図5(図5のa −e 、図4のa −eと同様の)に示された、容
積流の概略図及び電磁弁72若しくは制御弁13の制御の概略図が参照される。
制御弁13は、この図5では472行程弁として示されていて、中立位置!(電
磁石72に電流が流されていない)で、2つの個別のポンプIc及びIlcを短
絡すると同時に、圧力室例えば25A〜27A若しくは25B〜27Bを遮断す
る。
制御弁13の切換え位置IIでは、いわゆる”早めに調節されるポンプ” (個
別個別のポンプIc)が、正圧負荷においてカムシャフト10を早めに調節する
ように働く圧力室(例えば圧力室25B〜27B)に接続され、いわゆる”遅め
に調節されるポンプ” (個別のポンプl1c)が、正圧負荷において遅め調節
に働く圧力室(例えば圧力室25A〜27A)に接続される。
2つの個別のポンプIc及びIlcの容積流の特性曲線は図5のaに示されてい
る。この図5のaにおいては、実線で個別のポンプIc(早めに調節されるポン
プ)が示されていて、
破線で個別のポンプl1c(遅めに調節されるポンプ)の容積流特性曲線が示さ
れている。電磁石72の制御及びひいては制御弁13の制御は、下側に図示され
た4つの切換え位置において示されている。図5のbに示された電磁石の第1の
制御は、早めの調節位置を示し、図5のCに示された第2の制御は、遅めの調節
位置(ilれなし)を示す。早めの調節を行なうために、相応の圧力室(例えば
25B〜27B)は個別のポンプIcの圧縮段階で調節される(0’〜1800
)。他方の圧力室(例えば25A〜27A)はこれによって吸込み段階中に同時
に個別のポンプIlcに接続される。所望の位置において電磁石72は調節方向
に応じて、線図で示された所定の時間で制御されなければならない。つまり、個
別のポンプIcが06〜180°の角度範囲で制御される場合においては早めの
調節が行なわれ、180’〜360°の角度範囲で制御される場合には遅めの調
節が行なわれる。この場合の角度範囲は、角度0″が個別のポンプIcの上死点
に相当するように規定される。これによってこの角度は、個別のポンプIcの圧
縮段階の開始に相当する。
電磁石72が励磁された状態(制御弁13の中立位置■、図5のd参照)におい
ては調節は行なわれず、ポンプは短絡され、入力なしで相互に充填し合う(摩擦
損失及び漏れ損失は度外視して)。
調節装置及びオイル供給装置内での漏れ損失を補償するために、電磁石72(制
御弁13)は短い制御パルスによって、調整のずれに抗するように作用する段階
(原則として早めの調節段階)で制御される。生じた漏れ量の後補充は、2つの
逆止弁51,64によってエンジンオイル回路から行なわれる(図5のe)b)
個別のポンプを4つ備えたポンプの構成においては、行程運動は楕円形のカムリ
ングを介して行なうこともできる。この楕円形のカムリングは、各ピストンの1
回転毎に各ポンプのそれぞれ1回のダブル行程運動を生ぜしめる。しかしながら
この場合には、それぞれ1806互いにずらして配置された個別のポンプが組み
合わされる。このようなそれぞれ180°互いにずらして配置された個別のポン
プは”早めに調節されるポンプ”として働き、他方の個別のポンプは”遅めに調
節されるポンプとして働く。制御は、図5のa〜図5のeに示された概略的な線
図に従って行なわれる。
C)前記a)で説明した原理に従って構成されたポンプにおいては4つのピスト
ンが相前後して(軸方向で)、互いに180″ずらして配置されている。これら
の4つのポンプは、同様に相前後して配置され、180°ずらして偏心的に配置
された円形の偏心行程カムリング(2列式のポンプ)によって駆動される。この
場合に、各ポンプ列のそれぞれ1806ずらして配置された個別のポンプがまと
められるので、これらのポンプは同一段階で作業して同じ作業圧を負荷する。
制御は、同様に図5のa〜図5のeに示した概略的な線図に従って行なわれる。
内燃機関のカムシャフトを相対的に回転させるための前記装置の基本的な利点は
、減少制御 (de−activation)の原理に従って作業する液圧式の
解決策に比較して、消費エネルギが非常に少ないという点にある。この装置にお
いては調節作業中にだけエネルギが必要である。吸込みを絞ったポンプによって
カムシャフトを相対的に回転させるための装置に比較して、ノイズに関して明確
な利点が得られる。何故ならば、ピストン若しくは球ピストンはカムに対して連
続的に接触するからである。このような形式の装置においてはオイル消費若しく
はオイル損失は、漏れ損失に限定される。
何故ならば、回転ピストンアクチュエータによつて押し退けられるオイル量が個
別のポンプによつて再び吸い込まれるからである。回転ピストンアクチュエータ
は非作業位置(電磁石の非励磁状態、制御弁の中立位置I)において液圧式にロ
ックされ、制御によるずれが”強制的に”生じることはない。前記a)で説明し
た、2つの個別のポンプlc及びIlcを備えたポンプ21の構成においては、
直径方向で互いに向き合って配置された2つのシリンダ孔によって、ポンプの非
常に簡単な構造が得られる。これに対して図1〜図3に示したポンプ21は、個
別のポンプのが寸法が同じでカムリングが簡単な輪郭を有している場合に、ファ
クターf2だけ増大された供給容積を有している。前記b)で説明した、4つの
個別ピストンと楕円形のカムリングとを備えたポンプの構成においては、ファク
ター4だけ増大された送出し容積及び、直径方向で同時に働(ボンブカを補償す
ることによる横方向力が作用しないカムシャフト端部が得られる。前記C)で説
明した構成は、前記a)で説明した構成に対して、ファクター2だけ増大された
送出し容積及び、同様に横方向力が作用しないカムシャフト端部を有している。
前述の実施例とは異なって、各個別のポンプに対してそれぞれ圧力室を固定せず
にそれぞれ対応配置することも可能である。規定された調節のために必要とされ
る段階及び方向に応じた配属は、制御弁13′を介して行なわれる。制御弁13
′は同様に4/行程弁として構成されていて、その制御スプール15′は、圧縮
コイルばね71のばね作用に抗して電磁石72によってその中立位置Iから切換
え位置IIに切換えられる。制御スプール15′は、4つの接続部a −dのう
ちの接続部a及びb若しくは接続部す及びCが中立位置lに接続されるように構
成されている。これに対して切換え位置IIにおいては、接続部a及びC並びに
接続部す及びdが互いに接続されている。接続部Cは、回転ピストンアクチュエ
ータ17の圧力室(例えば25B〜27B)に接続されており、これらの圧力室
は、正の圧力負荷においてカムシャフトを早めに調節するように作用する。接続
部dは、回転ピストンアクチュエータのその他の圧力室(例えば25A〜27A
)に接続されており、これらの圧力室は、正の圧力負荷においてカムンヤフトを
遅めに調節するように作用する。図6のaに示した容積流特性曲線においては、
ポンプは2つの個別のポンプl1la及びIVaから組み立てられている。これ
らの個別のポンプIIIa若しくはIVaは180°ずらして配置されていて、
偏心的な円形のカムリングと協働する。ポンプIIIaはこの場合に、制御弁1
3Aの接続部aと接続され、一方、ポンプIVaは制御弁13Aの接続部すに接
続されている。
カムシャフトを早めに調節するために(図6のb)、電磁石72は個別のポンプ
IIIaの圧縮段階で制御される(0″〜180°)。この段階では別の個別の
ポンプIVaが吸込み段階に位置している。電磁石72を制御することによって
、制御弁13′はその切換え位置IIにもたらされる。この切換え位置IIで個
別のポンプIIIaは、制御弁13′の接続部aを介して接続部Cに接続され、
これによって、早めの調節を行なうように負荷される圧力室(例えば25B〜2
7B)に接続される。それと同時に個別のポンプ【Vaは制御弁13′び接続部
す及びdを介して他方の圧力室(25A〜27A)に接続されている。1800
と360°との間の角度範囲(個別のポンプIIIaの吸込み段階)で、電磁石
72は無電流で接続される。これによって制御弁13′の制御スプール15′は
その中立位置■に移動するので、早めの調節のために負荷される圧力室(例えば
25B〜27B)は個別のポンプIVaによって負荷される。この状態で個別の
ポンプIVaはその圧縮段階にある。圧力室(例えば25A〜27A)は、吸込
み段階にある個別のポンプl1laによって負荷される。これによってそれぞれ
−力方向に働く圧力室は常に圧力によって負荷され、一方他方の圧力室は、その
吸込み段階に存在する個別のポンプに常に接続されている。
カムシャフトの遅めの調節(図6のC)のためには、電磁石72の制御は正確に
反対向きに行なわれる。
つまり電磁石72は個別のポンプIIIaの圧縮段階で無電流で接続され、個別
のポンプIIIaの吸込み段階で電流によって負荷される。
このようなポンプ配置及び弁の構成においては、回転ピストンアクチュエータの
液圧式の口・ツクは不可能である。この場合、電磁石72の制御は、回転ピスト
ンアクチュエータが所望の目標位置を中心にして往復運動するように選定されて
いる。この場合の電磁石の制御は、図6のd及び図6のeに示したように行なわ
れる。図のdでは、回転ピストンアクチュエータ若しくはカムシャフトの保持段
階は、完全な角度範囲(00〜360°)毎の制御パルスによって得られる。こ
の場合の制御は、90°〜270”の間の角度範囲で行なわれる。270°と4
506若しくは906との間の角度範囲では電磁石72は無電流で接続される。
このような形式の電磁石の制御によって勿論、大きい調整ずれが生じることにな
る。このような大きい調整ずれを小さくするために、電磁石72は、図6のeに
示されているように、短い制御パルスによって制御される。この際に、個別のポ
ンプの完全な1回転に亘って分配された多数の制御パルスが電磁石72に与えら
れるので、カムンヤフトの調整ずれとは反対に作用する。各制御パルスの時間的
な連続及び時間は有利には、それぞれ個別のポンプの圧縮段階及び吸込み段階で
同じであるように設定されている。
前記実施例と同様に、ポンプを、それぞれ互いに90°ずらして配置された4つ
の個別のポンプl1lb、III、IVb及びIVcより構成してもよい。この
ような4つの個別のポンプより構成されたポンプの送出し流特性曲線が図7のa
に示されている。この場合に、2つの個別のポンプl1lb及びl1lcは、制
御弁13′の接続部に接続されており、2つの別の個別のポンプIvb及びIV
cは相応に接続部すに接続されている。電磁石72の制御は図7のb〜図7のe
に示されていて、図7のCは相応にカムシャフトの遅めの調節のための制御を示
しており、また図7のd及び図7のeは保持段階における電磁石の制御を示して
いる。
早めの調節のためには、45°〜2256の間の角度範囲における電磁石の制御
が行なわれる。225゜〜405°若しくは45°の角度範囲に亘って、電磁石
72はで接続される。45@の回転角度において、個別のポンプl1lbは圧縮
段階にあって、これに接続された個別のポンプl1lcは吸込み段階にある。
個別のポンプTl1cの吸込み容積及び個別のポンプ111bの圧縮容積は、こ
の瞬間にゼロに補償し合うこれと同じことは、個別のポンプIVb及びIVcに
も当てはまる。この場合には、個別のポンプIVcはその圧縮段階にあって、個
別のポンプIVbはその吸込み段階にある。制御は、図4のbに示したのと同様
に、個別のポンプITlb及びl1lcの容積流の合計が正(ポンチイブ)であ
る時間だけ及びそれと同時に個別のポンプIvb及びIVcの容積流の合計が負
(ネガティブ)である時間だけ行なわれる。それぞれ互いに接続された2つの個
別のポンプの容積流の合計のサインが逆転すると(個別のポンプl1lbの回転
角度225°において)、電磁石72は無電流で接続されるので、制御弁13′
はその中立位置■に移動せしめられる。この中立位置Iにおいて、各圧力室に対
する配属は、前述のように入れ替えられるので、調節がさらに行なわれる。
カムシャフトの遅めの調節のためには、図7のCに従って、電磁石の制御が精確
に逆に行なわれる。つまり電磁石は45°と225°との間の角度範囲で無電流
となり、また225°と405°若しくは45°との間の角度範囲で制御される
。
カムシャフトの保持段階のためには、前記実施例におけるように、大きい調整ず
れ(図7のd)を伴なう制御及び小さい調整ずれ(図7のe)のための制御が可
能である。図7のdに従った制御においては、各制御パルスが135’と305
’との間の角度範囲で電磁石に与えられる。制御は、回転ピストンアクチュエー
タがその目標位置を中心にして振り子運動することによって行なわれる。図7の
eに従う制御においては、多数の短い制御パルスが角度範囲に亘って分配されて
いるので、カムシャフト若しくは回転ピストンアクチュエータの、目標位置から
の調整ずれが修正される。この場合の制御は、調整ずれの修正が目標位置を越え
て行なわれ、この場合に、目標位置を中心にして小さい幅で振動する”振り子位
置”が調節される。
前記実施例と同様に、楕円形のカムリング、若しくはそれぞれ180°ずらされ
軸方向で互いに向き合って配置された2つの個別のポンプ(2列のポンプ)を有
するポンプのも可能である。個別のポンプの制御は、相応の配置において、図6
に示した線図に従って行なわれる。
圧力室に対して個別のポンプを相互に配置したカムンヤフトを調節するための装
置の、一番最後に記載した実施例は、供給及び調節するためのポンプの1回転が
、それぞれ供給する個別のポンプとは無関係であるという利点を有している。こ
れによって、寸法が同じ場合に、図1〜図5に示した構成のものに比較して2倍
早い調節が得られる。目標位置からの調整ずれは、高速作動する電磁石によって
小さく維持される。
電磁石72の制御は、この実施例においても電子制御装置を介して行なわれる。
この電子制御装置は、カムシャフトの実際一段階位置を角度センサを介して検出
して、目標値と比較し、その都度の瞬間的なポンプ位置を考慮しながら、周期的
に対応配置されたパルス信号を発生する。オイル供給は、カムシャフト中央の縦
孔11及び逆止弁64によって行なわれる。無電流のつまり電流の供給されてい
ない電磁弁においては所望の遅めの調節は、伝達されたトルクに基づ(漏れによ
って及び、逆止弁51によって供給された、遅め調節側に働くエンジンオイル圧
を介して付加的に得られる。
調節装置(回転ピストンアクチュエータ)、ポンプ、電磁石を備えた制御弁を備
えた調節装置全体は、あらかじめ組み立て可能なユニットとしてコンパクトに構
成することができ、次のようなインターフェースを有している:
カムンヤフトにおけるねじ込み及びセンタリング;簡単なつめカップリング(c
law coupling)又はこれと類似のものを介してのポンプカム(カム
リング)の支持、及び
電磁弁の定置の磁石におけるな電気的な接続。
カムンヤフトを回転させるための若しくは圧力室を制御するための装置を制御す
るための前記方法は、ここで記載した回転ピストンアクチュエータに限定される
ものではない。この方法は、スライディングスリーブ若しくは調節シリンダを備
えたカムシャフトを調節するための装置のためにも適している。この場合には、
それぞれ逆向きに働く圧力室は同じ容積を有していなければならない。
このような制御方法及び、シャフトを回転させるための前記装置は、個別のポン
プのための例えば液圧式に操作可能な噴射ポンプにおいても使用される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.内燃機関のシャフト、殊にカムシャフトを、このシャフト(10)に回転可 能に配置された駆動歯車(24)に対して相対的に回転させる装置を制御するた めの方法であって、調節部材(17)が設けられていて、この調節部材(17) は、圧力負荷時にこの調節部材(17)に作用する少なくとも2つの圧力室(2 5A〜27B,25B〜27B)を備えており、ポンプ(21)と、このポンプ (21)を調節部材(17)に接続する制御弁(13,13′)とが設けられて いる形式のものにおいて、前記制御弁(13,13′)が、前記ポンプ(21) をその作業段階(吸込み行程/圧縮行程)に応じて調節部材(25A〜27A, 25B〜27B)のそれぞれ1つの圧力室(25A〜27A,25B〜27B) に接続するようにした、内燃機関のシャフトを相対的に回転させる装置を制御す るための方法。 2.前記調節部材(17)の調節運動のために、前記圧力室(25A〜27A, 25B〜27B)を制御弁(13,13′)を介してポンプ(21)に接続し、 これによって、少なくとも1つの圧力室(25A〜27A,25B〜27B)を 前記ポンプ(21)の吸込み行程中にこのポンプ(21)に接続し、ポンプ(2 1)の圧縮行程中に他方の圧力室(25B〜27B,25A〜27A)をこのポ ンプ(21)に接続する、請求項1記載の方法。 3.調節部材(17)の定置位置において、ポンプ(21)と調節部材(17) との間の接続を制御弁(13,13′)によって中断する、請求項1又は2記載 の方法。 4.調節部材(17)の定置位置を、圧力室(25A〜27A,25B〜27B )を周期的に逆向きに負荷することによって調節する、請求項12記載の方法。 5.ポンプ(21)を、段階をずらして作業する少なくとも2つの個別のポンプ (Ia,Ib,IIa,IIb,Ic,IIc,IIIa,IVa,IIIb, IIIc,IVb,IVc)から組み立て、これらの個別のポンプを、制御弁( 13,13′)の所定の切換え位置で種々異なる圧力室(25A〜27A,25 B〜27B)に接続する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。 6.ポンプ(21)を、段階をずらして作業する少なくとも3つの個別のポンプ (Ia,Ib,IIa,IIb,IIIb,IIIc,IVb,IVc)より構 成し、これら3つのポンプを2つの集合ポンプに接続し、少なくとも1つの圧力 室が、吸込み行程中の集合ポンプに接続され、これに対して少なくとも1つの別 の圧力室が圧縮段階中の別の集合ポンプに接続されるように、調節部材(17) を調節するために圧力室(25A〜27A,25B〜27B)を制御弁(13, 13′)を介してポンプに接続するようにした、請求項1から5までのいずれか 1項記載の方法。 7.調節部材(17)に少なくとも4つの圧力室(25A〜27A,25B〜2 7B)を設け、これらの圧力室を、圧力負荷時に調節部材(17)において共通 の作用方向を有する2つの圧力室のグループが形成されるように、制御弁(13 ,13′)に接続する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。 8.内燃機関のシャフト(10)、殊にカムシャフトを、このシャフト(10) に配置された駆動歯車(24)に対して相対的に回転させるための装置において 、前記駆動歯車(24)が流体静力学的なポンプ(21)をも駆動するようにな っており、該ポンプ(21)は、圧力媒体を低圧回路から内燃機関に供給して、 この圧力媒体を制御弁(13,13′)を介して、シャフト(10)を回転させ る調節部材(17)にガイドするようになっており、この調節部材(17)は、 圧力負荷時に逆向きに調節部材(17)に作用する少なくとも2つの圧力室(2 5A〜27A,25B〜27B)を備えている形式のものにおいて、 調節部材(17)が、シャフト(10)の駆動歯車(24)内に配置されていて 、回転ピストンアクチュエータとして構成されており、該アクチュエータのハブ が、制御弁(13,13′)の真ん中に配置された中央のケーシング(13A) に回転可能に配置されており、液圧式のポンプ(21)のロータ(21A)が、 前記回転ピストンアクチュエータ(17)に対して同軸的に、かつ、カムシャフ ト(10)よって駆動されるようになっていることを特徴とする、内燃機関のシ ャフトを相対的に回転させるための装置。 9.液圧式のポンプ(21)がラジアルピストンポンプ、殊にボールピストンポ ンプとして構成されている、請求項8記載の装置。 10.ポンプ(21)のケーシング(2A)がカムシャフト(10)に相対回動 不能に結合されている、請求項8及び又は9記載の装置。 11.制御弁(13,13′)が電磁石式に、殊に周期的に作動される弁として 構成されており、該弁の電磁石(72)が、センサによって影響を受けるエレク トロニクス(73)によって制御されて、制御弁(13,13′)の制御スプー ル(15,15′)に作用するようになっていて、この制御スプール(15,1 5′)は、弁ケーシング(13A)内のスプール弁孔(15)内で滑動ガイドさ れている、請求項8から10までのいずれか1項記載の装置。 12.制御弁(13,13′)が4/2行程弁として構成されている、請求項8 から11までのいずれか1項記載の装置。 13.調節部材(17)が、少なくとも2つのベーン(18,19,20)を備 えた回転ピストンアクチュエータより構成されており、これらのベーンは圧力室 (25A〜27A,25B〜27B)を介して負荷されるようになっており、こ れらの圧力室は、調節部材(17)内、弁ケーシング(13A)内及びポンプ( 21)内に形成された通路及び孔(34〜39,41〜43,45〜50,53 ,67から70,85から88)を介して負荷可能若しくは放任可能である、請 求項8から12までのいずれか1項記載の装置。 14.ポンプ(21)が、段階をずらして作用する少なくとも2つのポンプ作業 室(74〜77)を備えたラジアルピストンポンプとして構成されている、請求 項8から13までのいずれか1項記載の装置。 15.ラジアルピストンポンプ(21)が、それぞれ互いに90°ずらして配置 された4つのポンプ作業室(74〜77)を有している、請求項14の装置。 16.ラジアルピストンポンプ(21)が、2列式のポンプとして構成されてい る、請求項14又は15記載の装置。 17.ポンプ(21)のインレット及びアウトレット制御が、段階に基づいて吸 込みサイクル及び送出しサイクルを規定する、制御弁(13,13′)を制御す ることによって行なわれる、請求項8〜16までのいずれか1項記載の装置。 18.カムリング(82)が楕円形のカム曲線を有しいる、請求項8〜17まで のいずれか1項記載の装置。 19.カムリング(82)が、カムシャフト(10)の軸線に対して偏心的な円 形軌道に沿って延びている、請求項8から17までのいずれか1項記載の装置。 20ポンプケーシング(21A)の内側と弁ケーシング(13A)との間にスリ ーブ(54)が配置されており、このスリーブ(54)内に、ポンプ(21)の ための、制御弁(13,13′)に接続された供給開口及び導出開口(85〜8 8)が配置されている、請求項8から19までのいずれか1項記載の装置。
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|---|---|---|---|
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