(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪と遊転不能に結合された外側ロータ（１）及びカム軸と遊転不能に結合された内側ロータ（２）を有し、外側ロータ（１）が半径方向隔壁（３）と２つの側壁（１０、１１）を備えた少なくとも１個の油圧室（８）を有し、内側ロータ（２）が少なくとも１個の揺れ羽根（７）を備えたボス（５）を有し、揺れ羽根（７）が油圧室（４）を２つの作動室（８、９）に油密に区分し、電子制御装置が制御弁で油圧を制御することにより揺れ羽根（７）が遅れ側ストップ（１９）と進み側ストップ（１８）の間で油圧で揺動され、ストップ（１８、１９）の間に基準又は中間位置を有し、油圧により離脱可能な２個のばね付きロックピン（２０、２１）によって基準又は中間位置がロックされる、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転角調整のための油圧式カム軸調整装置において、ロックピン（２０、２１）が好ましくは同じ構造に形成され、内側ロータ（２）のボス（５）にその回転軸（１２）と平行に配設され、少なくとも一方の側壁（１０、１１）の好ましくは同じ構造のロックスロット（２５、２６）に係合することができ、
ロックスロット（２５、２６）が２つの側壁（１０、１１）にそれぞれ別個に配設されていることを特徴とするカム軸調整装置。
【請求項２】
内燃機関が停止し、このため油圧がないときは、第１のロックピン（２０）が第１のロックスロット（２５）に係合され、揺れ羽根（７）が進み側ストップ（１８）と基準位置の間に旋回位置をとり、第２のロックピン（２６）は引き続き第２のロックスロット（２６）の外に配置され、その圧縮ばね（２３）で予圧されることを特徴とする請求項１に記載の油圧式カム軸調整装置の操作方法。
【請求項３】
内燃機関の始動時に第１のロックスロット（２５）にある第１のロックピン（２０）が第１の中間ストップ（２９）に到達し、それによって第２のロックピン（２１）を第２のロックスロット（２６）の第２の中間ストップ（３０）に係止し、完全にロックした中間位置でエンジン始動が行われるまで内側ロータ（２）をカム軸のドラグトルクによって「遅れ」側へ変位させることを特徴とする請求項２に記載の油圧式カム軸調整装置の操作方法。
【請求項４】
エンジン始動を行った直後に制御装置が第１の油圧供給路（１４）、第１の作動室（８）及び第１のロックスロット（２５）の油圧を増圧し、それによって第１のロックピン（２０）を離脱させ、第２のロックピン（２１）を第２の中間ストップ（３０）に圧接させることを特徴とする請求項３に記載の油圧式カム軸調整装置の操作方法。
【請求項５】
被制御操作への移行のために、制御装置が第１の作動室（８）より高い第２の作動室（９）の圧力によって揺れ羽根（７）を遅れ側ストップ（１９）の手前の区域へ変位させ、それによって第２のロックピン（２１）も離脱させ、内側ロータ（２）が自由に運動できるようにすることを特徴とする請求項４に記載の油圧式カム軸調整装置の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に装置に関する独立請求項１及び方法に関する独立請求項１０の上位概念に基づく内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転角調整のための油圧式カム軸調整装置及びその操作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン設計によっては、エンジン始動時にロックされた基準位置から「進み」側にも「遅れ」側にも調整できることが熱力学的理由から得策である。このことは進み側及び遅れ側ストップの間でカム軸調整装置のロッキングを実現することを意味する。
【０００３】
駆動輪と遊転不能に結合された外側ロータ及びカム軸と遊転不能に結合された内側ロータを有し、外側ロータが半径方向隔壁と２つの側壁を備えた少なくとも１個の油圧室、内側ロータが少なくとも１個の揺れ羽根を備えたボスを有し、揺れ羽根が油圧室を２つの作動室に油密に区分する内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転角調整のための油圧式カム軸調整装置は、電子制御装置が制御弁で油圧を制御することにより内側ロータが遅れ側ストップと進み側ストップの間で油圧で揺動され、これらのストップの間に基準又は中間位置を有し、油圧により離脱可能な２個のばね付きロックピンでこの位置をロックすることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
ドイツ国特許第１９９１８９１０号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の２個のロックピンは半径方向に配列されている。従ってエンジン運転中に遠心力を受ける。遠心力はばね力と逆向きであり、ばね力を妨げる。また主ロックピンは内側ロータの進み及び戻り方向を阻止するが、第２のロックピンは内側ロータに対するいわば止めピンとして形成され、これが主ロックピンを係止し、内側ロータの回転方向を重複して阻止することも欠点である。その場合、確実なロッキングを保証するために２つのピンを相互に極めて正確に配列することが必要である。また止めピンの相手輪郭の作製が多額の製造コストを伴う。
【０００６】
本発明は、油圧式カム軸調整装置の内側ロータを進み側ストップと遅れ側ストップの間の基準位置で確実に少ない摩耗でロックできるようにし、必要な製造費をなるべく少額にする油圧式カム軸調整装置及びその操作方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に基づき装置に関する独立請求項１の特徴によって解決される。好ましくは同じ構造で形成されるロックピンは安価に製造される。ロックピンは内側ロータのボスの中にあるから、その羽根を安価な平形揺れ羽根として形成することができる。羽根はボスの半径方向みぞに通されている。また２つのロックピンは回転軸と平行にボスに配列されているから遠心力がピンの軸線に対して垂直に作用するだけであり、従ってその機能に周辺的な影響しか及ぼさない。
【０００８】
ロックピンはロック穴でなくロックスロットに係合されるから、その係脱が簡単であり、ロッキングエッジの負担と摩耗が少ない。
【０００９】
ロックピンを係合して内側ロータを旋回するには、ロックスロットの円弧形構造が必要である。ロックスロット、それとともにロックピンの軸も内側ロータの回転軸を中心とする共通の円上にあるならば、ロックピンのロックスロットと案内穴の製造に好都合である。
【００１０】
原則としてロックピン及びそれに伴ってロックスロットは、ボス又は側壁の任意の点に配設することができる。その場合製造の側面のほかに、作動室及びロックピンへの適正な機能の圧油供給が重要である。
【００１１】
またロックスロットの半円形の端部は少ない費用で正確に製造することができる。その場合ロックスロットの必要幅は、ロックピンの直径及びロックスロット内のロックピンの必要な遊びで決まる。
【００１２】
２つのロックスロットの両端の一方を揺れ羽根の中間位置の固定のためのロックピンの中間ストップとして形成することが好ましい。こうしてロックスロットと中間ストップを１工程で製造することができる。
【００１３】
中間ストップは鏡像対称に配設されているから、各中間ストップは他方の旋回方向を阻止する。このため中間ストップの負担と摩耗が極めて小さい。
【００１４】
本発明の有利な構成は、揺れ羽根が進み側及び遅れ側ストップに当接したときに２つのロックスロットのストップの反対側の端部が、その時係止されたロックピンから間隔をおいて配置されていることにある。それによって進み側及び遅れ側ストップを揺れ羽根だけのために、中間ストップをロックピンだけのために使用することが保証される。
【００１５】
ロックスロットを備えた第１の側壁を外側ロータに対してねじることによって中間ストップを進み側及び遅れ側ストップに対して調整することができれば、カム軸調整装置の安価な組立と調整のために好都合である。
【００１６】
ロックスロット及びその油みぞが好ましくは第１の側壁に配設された導油路を介して当該の作動室と流れを連通することが、ロックピンの適正な係脱のために重要である。導油路をボスの油圧供給路から分岐し、ロックピンの適当な穴と連結することも考えられる。
【００１７】
ロックスロットをそれぞれ異なる側壁に配設すれば、２つのロックピンの中間ストップの角位置を互いに独立に調整することができる。
【００１８】
また発明の油圧式カム軸調整装置の操作方法は、請求項１０の特徴によって解決される。その場合内燃機関の停止及び再始動時にエンジン始動が２つのロックピンによりロックされた揺れ羽根の基準又は中間位置からカム軸のドラグトルクを補助的に利用して行われるように電子制御装置が作動室の油圧を調整する。
【００１９】
内燃機関の制御された遮断と低騒音の惰行のために、内燃機関の停止の前の低速遊転時に電子制御装置が制御弁を遮断して第１の作動室及び所属の第１のロックスロットに油圧を働かせ、それによって第１のロックピンが離脱し、揺れ羽根が進み側ストップに当接し、第２の作動室が無圧のときは第２のロックピンが第２のロックスロットの外にあり圧縮ばねで予圧されることが好ましい。
【００２０】
内燃機関が停止し、それによって油圧がないときは、第１のロックピンが第１のロックスロットに係合され、揺れ羽根が進み側ストップと基準位置の間で旋回位置をとり、また第２のロックピンが第２のロックスロットの外に配置され、圧縮ばねで予圧されることが好ましい。
【００２１】
内燃機関の始動時に第１のロックスロットにある第１のロックピンが第１の中間ストップに達し、それによって第２のロックピンを第２のロックスロットの第２の中間ストップに係止させ、中間位置を完全にロックしてエンジン始動が行われるまで、内側ロータをカム軸のドラグトルクにより「遅れ側」へ変位させることが、確実なエンジン始動のために好ましい。
【００２２】
エンジン始動を行った直後に制御装置が第１の油圧供給路、第１の作動室及び第１のロックスロットの油圧を増圧し、それによって第１のロックピンを離脱させ、第２のロックピンを第２の中間ストップに圧接させれば、内燃機関の始動のために好都合である。代案として制御装置が第２の油圧供給路、第２の作動室及び第２のロックスロットの油圧を増圧することもできる。それによって第２のロックピンが離脱させられ、第１のロックピンが第１の中間ストップに圧接する。
【００２３】
被制御操作への移行のために、制御装置が第１の作動室より高い第２の作動室の圧力によって揺れ羽根を遅れ側ストップの手前の区域へ変位させ、それによって第２のロックピンも離脱させるならば、内側ロータは自由に運動し、被制御操作へ移行することができる。
【００２４】
またカム軸調整装置が内燃機関の惰行時に内側ロータの「進み」又は「遅れ」方向への回転を助けるばねを有するならば好都合である。このようなばねは例えばねじりコイルばね又は渦巻きばねとして形成することができ、カム軸調整装置の中又は外に配設される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を概略図で示した図面により説明する。
図１は本発明に基づき形成された油圧式カム軸調整装置の横断面図を示す。カム軸調整装置は円筒形の外側ロータ１及び同軸の内側ロータ２を有し、図２で明らかなように、これらは第１の側壁１０と第２の側壁１１によって軸方向に画定されている。カム軸調整装置の回転方向を矢印で表示した。
【００２６】
外側ロータ１は図示しない鎖車を担持する。鎖車は鎖によって外側ロータ１と内燃機関のクランク軸を遊転不能に連結する。なお鎖、クランク軸及び内燃機関自体も同じく図示しない。外側ロータ１は内周に４個の半径方向隔壁３を有し、これが４つの油圧室４を画定する。
【００２７】
内側ロータ２は図示しない中間止めねじにより図示しないカム軸と遊転不能に結合される。内側ロータ２は４個の半径方向スロット６を備えた円筒形ボス５を有する。スロット６に４個の揺れ羽根７を差し込むことができる。揺れ羽根７は油圧室４を第１の作動室８と第２の作動室９に油密に区分する。油圧室４又は第１及び第２の作動室８、９は回転又は旋回軸１２側がボス５によって画定され、ボス５は半径方向隔壁３の先端部１３とともに作動室８及び９の間のギャップシールを形成する。
【００２８】
第１及び第２の作動室８、９はボス５の第１及び第２の回転給油路１４、１５により圧油を供給される。圧油は図示しない回転給油路を経て第１及び第２の軸方向油穴１６、１７に到達する。なお第２の軸方向油穴１７は同時に、図示しない中間止めねじのための貫通穴として設けられている。第１及び第２の圧油供給路１４、１５は図示しない油だめへの無圧の油の排出にも利用される。
【００２９】
２つの油流の制御のために図示しない電子制御装置が使用される。電子制御装置は図示しない制御弁を制御する。２つの油流を適当に調節することによって、揺れ羽根７を隔壁３にある進み側及び遅れ側ストップ１８、１９の間で往復揺動することができる。また内燃機関の始動のために、所定のエンジン設計で熱力学的に有利な揺れ羽根７の中間位置が設定されている。
【００３０】
揺れ羽根７を中間位置にロックするために、第１及び第２のロックピン２０、２１（図２も参照）が使用される。これらのロックピンは同じ構造に形成され、ボス５の軸平行な穴２２に通されている。少なくとも片側が空洞になったロックピン２０、２１の中に圧縮ばね２３があり、ロックピン２０、２１及びその軸線に配設された受皿２４に圧縮力を働かせる。内側ロータ２の旋回の際に受皿２４は第２の側壁１１の内側で圧縮ばね２３が摺動しやすくする。
【００３１】
第１の側壁１０に第１のロックピン２０のための第１のロックスロット２５及び第２のロックピン２１のための第２のロックスロット２６が設けられている。ロックスロット２５、２６は円弧形に形成され、回転軸１２を中心とする共通の円上にある。こうしてロックスロット２５、２６に係合したロックピン２０、２１の旋回が可能である。
【００３２】
ロックスロット２５、２６は半円形の端部２７、２７’、２８、２８’を有し、ロックスロット２５、２６ごとにそれぞれ一方の端部が揺れ羽根７の中間位置の固定のためのロックピン２０、２１の中間ストップ２９、３０として形成されている。
【００３３】
中間ストップ２９、３０は揺れ羽根７の中間位置に対して鏡像対称に配設されているから、各中間ストップ２９、３０は内側ロータ２の他方の旋回方向を阻止する。従って揺れ羽根が中間位置から末端位置に到達するには、一方のロックピン２０、２１だけを離脱させればよい。その時ロックスロット２５、２６に残るロックピン２０、２１は、揺れ羽根７の末端位置でロックスロット２５、２６のストップの反対側の端部２８、２８’に対して、明確なストップ位置を与えるのに十分な間隔を有する。
【００３４】
図３は揺れ羽根７が遅れ側ストップ１９に接している。第１のロックピン２０は第１のロックスロット２５の外にあるが、第２のロックピン２１はストップの反対側の第２の半円形端部２８’に対して間隔をおいて第２のロックスロット２６の中に配置されている。
【００３５】
図４は揺れ羽根７が進み側ストップ１８に接している。第２のロックピン２１は第２のロックスロット２６の外にあるが、第１のロックピン２０はストップの反対側の第２の半円形端部２８に対して間隔をおいて第１のロックスロット２５の中に配置されている。
【００３６】
ロックスロット２５、２６を有する第１の側壁１０を外側ロータ１に対してねじることによって、進み側及び遅れ側ストップ１８、１９に対する中間ストップ２９、３０の角位置を調整することができる。
【００３７】
図１で明らかなように、ロックスロット２５、２６は溝底に油みぞ３１、３２を有する。ロックピン２０、２１の離脱のために、油みぞ３１、３２に圧油が充填される。その場合圧油は作動室８、９から第１の側壁１０の導油路３３，３４を経てロックスロット２５、２６に到達する。
【００３８】
カム軸調整装置の取付けの際にカム軸調整装置は基準位置に完全にロックされている。しかし基準位置は揺れ羽根７の進み側ストップの「ゼロ位置」と一致しないから、制御装置の零位設定のために中間又は基準位置と進み側ストップ１８の間の差角がなるべく正確でなければならない。そこでこの差角を調整できるようにした。
【００３９】
事前組立されているが、まだねじ止めしてないカム軸調整装置では２つのロックピン２０、２１が係止されている。続いて外側ロータ１の進み側ストップ１８を、中間位置にロックされた揺れ羽根７に対して旋回する。次いで外側ロータ１を差角だけ旋回する。最後に外側ロータ１と側壁１０、１１をねじ止めする。零位設定のために遅れ側ストップ１０を使用する場合は、外側ロータ１を旋回することによって中間位置と遅れ側ストップの間の差角が調整される。
【００４０】
本発明に係るカム軸調整装置は次のように機能する。
【００４１】
内燃機関は停止する前に低速で遊転する。その時電子制御装置は制御弁を遮断している。それによって第１の作動室８と第１のロックスロット２５に油圧が働くから、第１のロックピン２０は離脱されており、揺れ羽根７が進み側ストップ１８に当接する。このとき、第２の作動室９は無圧となっており、第２のロックピン２１が第２のロックスロット２６の外にある。第２のロックピン２１は圧縮ばね２３で予圧されている。
【００４２】
内燃機関が停止すると油圧がゼロに低下するから、第１のロックピン２０が第１のロックスロット２５に係合する。揺れ羽根７は内燃機関の惰行のときに進み側ストップ１８と基準位置の間の旋回位置に移動しているから、第２のロックピン２１は引き続き第２のロックスロット２６の外にあり、圧縮ばね２３で予圧される。
【００４３】
内燃機関の始動時に第１のロックスロット２５にある第１のロックピン２０が第１の中間ストップ２９に到達するまで、内側ロータ２はカム軸のドラグトルクによって「遅れ側」へ変位させられる。それによって第２のロックピン２１は第２のロックスロット２６の第２の中間ストップ３０に係止させられるから、揺れ羽根７の中間位置を完全にロックしてエンジン始動を行うことができる。
【００４４】
エンジン始動を行った後、制御装置は第１の油圧供給路１４、第１の作動室８及び第１のロックスロット２５の油圧を増圧する。それによって第１のロックピン２０が離脱させられ、第２のロックピン２１が第２の中間ストップ３０に圧接させられる。
【００４５】
被制御操作に移行するために、制御装置は第１の作動室８に比して高い第２の作動室９の圧力によって揺れ羽根７を遅れ側ストップ１９の手前の旋回区域へ変位させる。それによって第２のロックピン２１も離脱させられるから、内側ロータ２は自由に運動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明カム軸調整装置の中間位置にロックされた横断面図である。
【図２】ロックピンの図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】揺れ羽根が遅れ側ストップに接している図１の横断面図である。
【図４】揺れ羽根が進み側ストップに接している図１の横断面図である。
【符号の説明】
１  外側ロータ
２  内側ロータ
３  隔壁
４  油圧室
５  ボス
７  揺れ羽根
８  第１作動室
９  第２作動室
１０  第１側壁
１１  第２側壁
１２  回転及び旋回軸
１４  第１圧油供給路
１５  第２圧油供給路
１８  進み側ストップ
１９  遅れ側ストップ
２０  第１ロックピン
２１  第２ロックピン
２３  圧縮ばね
２５  第１ロックスロット
２６  第２ロックスロット
２９  第１中間ストップ
３０  第２中間ストップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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