(57)【要約】  本発明は、調節装置（１２）によって連結される駆動連結された２つの回転要素（１０、２０）の間の角度を調節するための装置に関する。故障の際に、一方の要素（１０）の交番トルクを用いて緊急動作位置をとることができ、省エネの角度調節が可能であり、この場合、２つの要素（１０、２０）の間の相対角度調節を実質的に一定に保持できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
調節装置（１２）によって連結されて駆動される２つの回転要素（１０、２０）の間の角度を調節するための装置において、
故障の際に、一方の要素（１０）の交番トルクを用いて、前記２つの要素（１０、２０）の間の相対角度位置を一定に保持できる緊急動作位置に移動させることを特徴とする装置。
【請求項２】
故障の際の調節のために、角度に基づいて一方の側に作用するロック手段を有する自由動作機構（２１）を設け、該機構（２１）により、前記２つの要素（１０、２０）の間の相対角度を調節して緊急動作位置をとるように要素（１０）の交番トルクを用いることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
故障の際の調節のために、対向する要素（２４、３２、３３）に設けられた歯状突起（２５、２６）の上において、ばね負荷されたラッチ（２２）を移動させることができるように、前記自由動作機構（２１）が構成され、前記歯状突起（２５、２６）により、一つの自由動作方向（２７、２８）への前記ラッチ（２２）の移動が可能であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
【請求項４】
前記緊急動作位置にエンドピッチ（２９）が配置され、該エンドピッチにおいて、前記対向する自由動作方向（２７、２８）にある２つの歯状突起（２５、２６）が隣接することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記交番トルクが、前記ラッチ（２２）の軸受と、前記歯状突起（２５、２６）を支持する前記対応する要素（２４、３２、３３）との間に作用するように、前記自由動作機構（２１）が構成されることを特徴とする請求項３あるいは４に記載の装置。
【請求項６】
通常の動作中に、前記ラッチ（２２）と前記歯状突起（２５、２６）との間の作動連結を解除するために、前記ラッチ（２２）が前記歯状突起（２５、２６）から離昇されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
油圧で駆動されるベーンセル要素（１７）を有する油圧式調節装置（１２）において、前記歯状突起（２５、２６）が、前記第１の要素（１０）と共に回転するインペラホイール（１５）に設けられることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記ラッチ（２２）が前記第２の要素（２０）に回転固定して連結されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ベーンセル要素（１７）を有する油圧機構を有する油圧調節装置（１２）において、前記歯状突起（２５、２６）が前記第２の要素（２０）と共に回転できるように設けられることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記ラッチ（２２）が、前記第１の要素（１０）と共に回転するインペラホイール（１５）に設けられることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
故障の際に２チャンバ型油圧バルブの２つのチャンバを空にすることができる前記２チャンバ型油圧バルブが設けられることを特徴とする請求項７あるいは８に記載の装置。
【請求項１２】
電動式調節装置（１２）において、前記歯状突起（２５、２６）が歯車伝達機構（３１）の作動シャフト（３２）と共に回転するように設けられ、前記第１の要素（１０）が、前記作動シャフト（３２）を有する前記歯車伝達機構（３１）によって前記第２の要素（２０）に連結されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
電動式調節装置（１２）において、前記歯状突起（２５、２６）が歯車伝達機構（３１）の出力部（３３）と共に固定するように設けられ、前記第１の要素（１０）が、前記作動シャフト（３２）を有する前記歯車伝達機構（３１）によって前記第２の要素（２０）に連結されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
電動式調節装置（１２）において、前記歯状突起（２５、２６）が歯車伝達機構（３１）に設けられ、前記第１の要素（１０）が、作動シャフト（３２）を有する前記歯車伝達機構（３１）によって前記第２の要素（２０）に接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
通常の作動中に、磁力によって前記ラッチ（２２）を前記歯状突起（２５、２６）から離昇させることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記電動式調節装置（１２）が、回転アクチュエータ（３０）として電動機を用いることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記電動式調節装置（１２）が、回転アクチュエータ（３０）として、ヒステリシスブレーキを用いることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載の駆動連結された２つの回転要素の間の角度を調節するための装置に関する。
【０００２】
冒頭に述べた種類の装置は、例えば内燃機関で知られており、カムシャフトを駆動するクランクシャフトに対してカムシャフトの角度を相対的に調節するために、内燃機関に設けられる。バルブ駆動装置の運動におけるこの係合により、バルブ開口の位相角、開口期間及びバルブストロークが可変に適度に変更される。
【０００３】
内燃機関のバルブを作動させるカムシャフトの位相角を調節するための機構として、例えばベーンセル原理に従ってモータオイル回路により油が供給される油圧機構を本質的に備える油圧カムシャフトアクチュエータが知られていることに加えて、電動機又はヒステリシスブレーキが回転アクチュエータとして機能する遊星歯車機構と回転アクチュエータとから成る電動カムシャフトアクチュエータが最近知られるようになった。例えば、油圧バルブ、電動機、ブレーキ等において、電子機器の故障が発生した場合、ケーブルが故障した場合、あるいは、センサシステム又はアクチュエータシステムが故障した場合に、すべてのシステムが、規定された緊急動作位置におけるカムシャフトの位相角を設定するので、少なくとも、内燃機関の制限的な運転が依然として保証される。典型的に小さい作動範囲を有する油圧カムシャフトアクチュエータでは、この緊急動作位置は、一般に、カムシャフトアクチュエータのストッパの位置である。カムシャフトの平均トルクにより、これらのカムシャフトアクチュエータが、一般に、例えば内燃機関の入口側の緊急動作位置であり得る「阻止」ストッパに、油圧供給なしで回転する。「初期の」停止位置が、設定すべき緊急動作位置、例えば内燃機関の出口側である場合は、通常、チェーンホイールとカムシャフトとの間で復元ばねは、使用される。特に、ノイズが発生するために、カムシャフトアクチュエータは一般に緊急動作位置でロックされる。
【０００４】
緊急動作のために作動範囲が延長されたカムシャフトアクチュエータを有する内燃機関の回転出力を保証するために、ストッパの間の緊急動作位置を適切にとる必要がある。このことは、例えば、交互する２つのばねによって行うことが可能であり、緊急動作位置において、チェーンホイールとカムシャフトとの間で、一方のばねが他方のばねに抗して動作し、ばねの影響が解消される。しかし、通常の作動中に、カムシャフトアクチュエータは、これらのばねに抗して連続的に作動しなければならず、この結果、いくつかの場合には、供給される油圧又は電流に関するカムシャフトアクチュエータの出力ドレインが著しく増加される。
【背景技術】
【０００５】
特許文献１は、調節装置及び／又はその制御装置が故障した際に、調節シャフトを制動してロックすることによっておよび駆動シャフトを回転させることによって、並びに固定歯車伝達機構構の適切な変速比によって、緊急位置に達してその位置を保持することができる駆動連結された２つの回転要素の間の角度を調節するための装置を開示している。
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２２０６８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、省力化され、緊急動作位置を確実にとってその位置を保持することを可能にする駆動連結された２つの回転要素の間の角度を調節するための装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、本発明によれば請求項１の特徴によって達成される。
【０００９】
調節装置によって駆動連結される２つの回転要素の間の角度を調節するため、本発明による装置では、故障の際に、一方の要素の交番トルクを用いて、２つの要素の間の相対角度位置を本質的に一定に保持できる緊急動作位置にとることができる。結果として、例えばカムシャフトによるバルブ作動によって生じる調節装置の不均一なトルク特性を利用できる。この結果、作動カムによって、バルブの開放動作時に制動効果を有するトルク特性が提供される。バルブの閉鎖時には、バルブ機構によって作動カムの後縁に力が加えられて、交差するトルク成分である加速成分が発生される。
【００１０】
発明の詳細な説明及び他の請求項により、本発明の好ましい改良形態及び利点を理解できるであろう。
【００１１】
故障の際の調節のために、角度に基づいて一方の側に作用するロック手段を有する自由動作機構が設けられることが好ましく、この機構により、２つの要素の間の相対角度を調節して緊急動作位置をとるように要素の交番トルクを用いることが可能になる。対面する要素の歯状突起上において、ばね負荷されたラッチを移動させることができるように、自由動作機構がラッチ機構として具体化されることが好ましく、前記歯状突起により、一方向への自由動作方向へのラッチの移動が可能になる。このようにして、規定された方向にラッチを移動させることができる。ラッチは、ばねによって歯状突起に押圧される。十分に大きい交番トルクが、ラッチの軸受と、歯状突起を支持する対応する要素との間に作用した場合、ラッチは、歯状突起の平坦なエッジ上で移動して、次のピッチに飛び込むことができる。自由動作方向とは反対方向への移動は、急勾配のストッパ縁によって排除できる。この工程は、急勾配の歯縁を両側に有するエンドピッチに達するまで継続される。とるべき緊急動作位置が調節装置の両方の移動方向に対するストッパ間に配置された場合、緊急動作位置の各側に、各々が反対方向に作用する歯状突起を適切に得ることができる。緊急動作位置には非常に迅速に達することができるが、この理由は、例えば、４気筒内燃機関構成要素の場合、カムシャフトが１回転する間に、４回交互し４回制動する交番トルクが生じて、好ましいラッチ機構が４つの突起部を超えて移動できるからである。
【００１２】
緊急動作位置は、ピッチの両側の歯状突起に対応する自由動作方向が、対向する向きになるような位置に配置されることが好ましい。このようにして、ラッチと歯状突起との間の作動連結を開始するためにラッチが歯状突起から移動され、ラッチをエンドピッチに固定させることによって緊急動作位置を確実にとることができる。
【００１３】
交番トルクが、ラッチの軸受と、歯状突起を支持する対応する要素との間に作用するように、自由動作機構が配置されることが好ましい。
【００１４】
好ましい一実施形態では、油圧ポンプを有し、ベーンタイプの油圧調節装置において、歯状突起は、第１の要素とともに回転するインペラホイールに配置される。ラッチは、第２の要素側に設けられることが好ましく、半径方向に移動可能であることが好ましい。好ましいラッチ機構は、コンパクトであり、追加の設置空間を必要としないものである。ラッチ機構は既存の構成要素と組み合わせることができる。
【００１５】
好ましい一実施形態では、油圧ポンプを有するベーンタイプの調節装置における歯状突起は第２の要素側に設けられる。ラッチは、第１の要素とともに回転するインペラホイールに配置されることが好ましく、軸方向に移動可能であることが好ましい。好ましいラッチ機構は、コンパクトであり、追加の設置空間を必要としないものである。
【００１６】
油圧調節装置では、故障の際に、チャンバを空にすることができる改良された油圧弁が設けられることが好ましい。そのようにしないと、ベーンの移動空間の残留油のために、緊急動作位置をとることが不可能となる。
【００１７】
電動式調節装置の好ましい一実施形態では、歯状突起は歯車伝達機構の作動シャフトと共に回転できるように固定され、第１の要素は、作動シャフトを有する歯車伝達機構によって第２の要素に連結される。電動式調節装置は、電動回転アクチュエータと歯車伝達機構を有する。歯車伝達機構は、３つのシャフト、すなわち、２つの入力部と１つの出力部を有する遊星歯車機構として具体化されることが好ましい。３つのシャフトの内の２つが互いに固定して連結された場合、歯車伝達機構がロックされ、位相角が一定に保持される。
【００１８】
別の好ましい実施形態では、電動式調節装置の歯状突起は歯車伝達機構の出力部に設けられ、第１の要素は、作動シャフトを有する歯車伝達機構によって第２の要素に連結される。
【００１９】
電動式調節装置の別の好ましい実施形態では、歯状突起は歯車伝達機構に配置され、第１の要素は、作動シャフトを有する歯車伝達機構によって第２の要素に連結される。
【００２０】
電動式調節装置において、通常の作動中に、磁力によって、ラッチを歯状突起から離昇させることができ、この結果、調節工程を開始できると特に好ましい。
【００２１】
電動式調節装置が電動機として具体化された場合、歯状突起からラッチを離昇させるために、別個の電磁石を設けることができ、この電磁石のコイルを調節装置に直列又は並列に電気的に接続できる。
【００２２】
電動式調節装置がヒステリシスブレーキとして具体化された場合、ヒステリシスブレーキの磁束によってラッチを歯状突起から離昇させることができるように、低コストの簡単な構造でラッチを構成するのが好ましい。
【００２３】
図面に記載されている例示的な実施形態を参照して、本発明について以下により詳細に説明する。図面、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲は、当業者が適切な別の組み合わせを形成するように個別に適切に考慮して組み合わせられる多数の特徴も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動できる駆動装置、例えばチェーンホイールに対するカムシャフトの位相角を変更できるカムシャフトアジャスタに特に適切である。
【００２５】
添付図面において、同一又は実質的に同一の機能要素には、同一の参照番号が付されている。
【００２６】
図１ａ、図１ｂに示したように、ラッチ機構２１として具体化される好ましい自由動作機構はガイド２４のラッチ２２から成り、ラッチ２２は、ばね２３によって、断面図に示されている歯状突起２５、２６に押圧される。ラッチ２２は図１ａの緊急動作位置であるエンドピッチ２９内に案内される。図１ｂには、緊急動作位置の方向へのラッチ２が移動する状態が示されている。歯状突起２５又は２６は、前記歯状突起２５又は２６の自由動作方向２７又は２８で隆起する前記歯状突起の歯部の平坦なエッジを有し、一方、後縁であるストッパ端は、非常に急勾配で、好ましくは垂直に形成される。ラッチ２２は、歯状突起２５の上では自由動作方向２７に、又、歯状突起２６の上では自由動作方向２８に移動できる。図１ｂでは、ラッチ２２が、どのようにして、自由動作方向２７のピッチから歯の上で移動し、次のピッチ内に下降するかを見ることができる。ラッチ２２がエンドピッチ２９に入り込んだ場合、ラッチ２２は緊急動作位置に達したことになる。対向する自由動作方向２７、２８を有する歯状突起２５、２６は、両方の側面でエンドピッチ２９を画定する。ラッチ２２が、ばね２４のばね圧力に抗してエンドピッチ２９から移動できないように、エンドピッチ２９はその両側が、急勾配のストッパ縁によって画定される。通常の動作中にラッチ２２と歯状突起２５、２６との間の作動連結を遮断するために、および調節動作を開始するために、ラッチ２２を歯状突起２５、２６から離昇させなければならない。
【００２７】
自由動作方向２７又は２８へのラッチ２２の移動は、ラッチ２２の軸受と、歯状突起２５、２６を支持する対応する要素との間に作用する交番トルクによって可能になる。クランク角に対してプロットされたカムシャフトを駆動するための交番トルクの特性が図２に略述されている。明らかに不均一なトルク特性は、カムシャフトの調節装置で検知することができる。正方向のピークは、バルブが開いたときにカムシャフトのバルブ作動カムによって生じる制動成分Ｂに対応する。バルブが閉じたときには、バルブはカムの後縁に力を加え、次に、この力により、同時に交互する成分Ａに対応する負のピークが発生される。カムシャフトを駆動するための平均トルクＭは、一定の破線として図面に加えられる。故障の際に、交番トルクの同時に交互する成分Ａを有利に用いて、ラッチ機構２１を駆動することができる。
【００２８】
図３は、調節装置１２によって連結される２つの回転要素１０、２０の間の相対角度を調節するための、ラッチ２２を有するラッチ機構２１を有する調節装置１２としての、ベーンセル原理に従った油圧機構を有する油圧式カムシャフトアクチュエータの分解図を示す。調節装置１２は、インペラホイール１５及び外周部１６と、チェーンホイールとして具体化される第２の回転要素２０の内周に配置されるベーンセル要素１７とを備える。第２の要素２０はプーリとして具体化することもできる。図１で説明したように、インペラホイール１５には歯状突起２５、２６が設けられ、インペラホイール１５は、カムシャフトとして具体化される第１の要素１０と共に回転できるように固定される。好ましいラッチ機構２１のばね負荷されたラッチ２２は、半径方向に移動可能であり、故障の際には、歯状突起２５、２６に係合する。ラッチ２２のばね２３によって半径方向内側に移動するラッチ２２は、チェーンホイールとして具体化される第２の要素２０の外周部１６と共に回転するように固定される。油圧機構として具体化される調節装置１２は、第１のカバープレート１３とカムシャフト端部カバープレート１４とで覆われる。
【００２９】
通常の作動モードでは、ラッチ２２は、調整装置１２内を支配するオイル圧力によってばね２３の方向に押圧され、この結果、ラッチ２２は歯状突起２５、２６から離昇されて、接触しない。油圧機構として具体化される調節装置１２が故障した場合、ベーンセル要素１７に対するオイル圧力もなくなる。その結果、ラッチ２２はばね２３の作用で移動し、交番トルクの作用により緊急動作位置への移動が行われる。ベーンセル要素１７に対する残留油があると、この緊急移動動作を妨げるので、緊急動作の際にこれらの残留油が排出されることが好ましい。このことは、例えば、通常の位置、すなわち、充填方向１／排出方向２、充填方向２／排出方向１、及び保持方向に加えて、全排出位置、すなわち、両方のチャンバを空にする位置をさらに有する改良されたマルチパス油圧バルブによって行うことができる。
【００３０】
軸方向に移動可能なラッチ２２を有する別の実施形態が図４に示される。その構造は、図３の構造にほぼ一致する。ここでより詳細に説明しない要素については、図３の説明を参照されたい。ラッチ２２は、インペラホイール１５に装着され、第２のカバープレート１４に形成された歯状突起２５、２６に作用する。カバープレート１４は、チェーンホイールとして具体化される第２の要素２０と共に回転できるように固定される。上記のように、通常の作動モードでは、ラッチ２２は、ベーンセル１７要素内を支配するオイル圧力によって歯状突起２５、２６から離昇され、オイル圧力が存在しなくなる故障の際には、ラッチ２２が歯状突起２５、２６に係合して緊急動作位置をとる。
【００３１】
図５と図６は、電動式調節装置１２を有する複数の好ましい実施形態を示している。調節装置１２は電動回転アクチュエータ３０と歯車伝達機構３１とを備える。回転アクチュエータ３１は、電動機として又はヒステリシスブレーキの形態の受動ブレーキとして具体化することができる。調節装置１２は、特に遊星歯車機構である歯車伝達機構３１に作用する作動入力部３２を作動させる。第１の要素１０は歯車伝達機構３１の出力部に配置される。歯車伝達機構３１の入力部は、駆動装置として具体化された第２の要素２０によって形成される。駆動装置は、チェーンホイールとして又はプーリとして具体化することができる。３つの入力部又は出力部の内の２つが、互いに回転した後固定された場合、歯車伝達機構３１がロックされて、位相角が一定に保持される。図１で説明したような、通常の作動モードで、ラッチ機構２１のラッチ２２を引っ込めるための装置は、ここでは図示されていない。この装置として、例えば、そのコイルが電動式調節装置１２に直列又は並列に電気的に接続される電動機を設けることができる。
【００３２】
図５ａ、図５ｂ、図５ｃは、好ましいラッチ機構２１の種々の構造を示している。第１の好ましい構造では、ラッチ機構２１は、歯車伝達機構３１の作動入力部３２と、第２の要素２０によって形成される歯車伝達機構３１の入力部との間に配置され、ラッチ２２は、そのガイド２４によって入力部に回転可能なように固定され、歯状突起２５、２６は作動シャフトに設けられる（図５ａ）。その代わりに、歯車伝達機構３１の上記の入力部と歯車伝達機構３１の出力部との間に、ラッチ機構２１を配置できる（図５ｂ）。この場合、歯状突起２５、２６は、カムシャフトとして具体化される第１の要素１０に回転可能なように固定され、ラッチは、そのガイド２４によって、第２の要素２０と共に回転する歯車伝達機構ハウジングに取り付けられる。さらに、その代わりに、作動入力部３２と歯車伝達機構３１の出力部との間の歯車伝達機構３１内に、ラッチ機構２１を配置でき、ラッチは、そのガイド２４によって出力部と共に回転可能なように固定される。
【００３３】
図６は、図５に記載されているような作動入力部３２と歯車伝達機構３１の出力部との間にあるラッチ機構２１を有する電動カムシャフトアクチュエータの概略図であり、電動式調節装置１２の回転アクチュエータ３０はヒステリシスブレーキとして具体化される。コイル３６はステータ３４内に取付けられる。前記コイル３６に電圧が印加された場合、ステータ３４のギャップの両側で、磁化されている極構造３５に係合するヒステリシスベルト３３が連続的に再磁化され、これにより、ヒステリシスベルト３３が制動される。ヒステリシスベルト３３は、支持部材によって作動入力部３２に共に回転するように固定されるので、作動入力部３２も制動される。作動入力部３２には歯状突起２５、２６が設けられ、一方、ラッチは、そのキャリア２４によって歯車伝達機構ハウジング又は第２の要素２０と回転するように固定される。
【００３４】
電圧の印加中に、ラッチ２２は、ステータ３４の磁束の作用によって解除される。したがって、ラッチ２２は、軟磁性の又は磁化可能な材料を用いて適切に形成される。ステータ３４又はそのコイル３６に電圧が印加されなくなった場合、ラッチ機構２１のばね２３は、ラッチ２２を歯状突起２５、２６に押圧する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１ａ】緊急動作位置における、歯状突起を有する好ましいラッチ機構の展開図である。
【図１ｂ】緊急動作位置の方向に移動した、歯状突起を有する好ましいラッチ機構の展開図である。
【図２】クランクシャフトに対してプロットされたカムシャフトの交番トルクの特性図である。
【図３】ベーンセル原理に従った、半径方向に移動可能なラッチを有するラッチ機構を有する油圧式カムシャフトアクチュエータの分解図である。
【図４】ベーンセル原理に従った、軸方向に移動可能なラッチを有するラッチ機構を有する油圧式カムシャフトアクチュエータの分解図である。
【図５ａ】電動カムシャフトアクチュエータの作動入力部と入力部との間にあるラッチ機構の概略図である。
【図５ｂ】電動カムシャフトアクチュエータの入力部と出力部との間にあるラッチ機構の概略図である。
【図５ｃ】電動カムシャフトアクチュエータの作動入力部と出力部との間にあるラッチ機構の概略図である。
【図６】ヒステリシスブレーキを有する電動カムシャフトアクチュエータの作動入力部と入力部との間にあるラッチ機構の概略図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
2008512598.tif 000009
【図５ｃ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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