(57)【要約】  本発明は、内燃機関（１）のガス交換弁（９，１０）の制御時間を可変に調節するための装置（１１）であって、液圧式の位相調節装置（１２）と、カム軸（６，７）と、圧力アキュムレータ（１５）とを備え、位相調節装置（１２）が、動力伝達可能にクランク軸（２）に接続可能であり、かつ相対回動不能にカム軸（６，７）に結合されており、カム軸（６，７）の位相が、クランク軸（２）に対して相対的に、位相調節装置（１２）により可変に調節可能であり、かつカム軸（６，７）の内部が中空室（３８）を備える形式のものに関する。
2012505335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）のガス交換弁（９，１０）の制御時間を可変に調節するための装置（１１）であって、
‐液圧式の位相調節装置（１２）と、カム軸（６，７）と、圧力アキュムレータ（１５）とを備え、
‐前記位相調節装置（１２）が、動力伝達可能にクランク軸（２）に接続可能であり、かつ相対回動不能に前記カム軸（６，７）に結合されており、
‐該カム軸（６，７）の位相が、前記クランク軸（２）に対して相対的に、前記位相調節装置（１２）により可変に調節可能であり、かつ
‐前記カム軸（６，７）の内部が中空室（３８）を備える形式のものにおいて、
前記圧力アキュムレータ（１５）が、前記中空室（３８）内に配置されており、前記位相調節装置（１２）に連通していることを特徴とする、内燃機関のガス交換弁の制御時間を可変に調節するための装置。
【請求項２】
前記圧力アキュムレータ（１５）が、長手方向で移動可能なピストン（４１）を備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記圧力アキュムレータ（１５）が、圧力媒体の力に抗して前記ピストン（４１）に力を加えるばね部材（４２）を備える、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記圧力アキュムレータ（１５）がハウジング（４０）を備え、該ハウジング（４０）が前記中空室（３８）内に配置されており、該ハウジング（４０）内で前記ピストン（４１）が長手方向で移動可能に案内されている、請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記ハウジング（４０）が、前記ピストン（４１）の少なくとも一方の移動方向に、前記ピストン（４１）のストロークを制限するための少なくとも１つのストッパ（４６）を備える、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記圧力アキュムレータ（１５）が、前記ハウジング（４０）と前記中空室（３８）の内壁（４３）との間の摩擦力結合により、前記中空室（３８）内の所定位置に固定に配置されている、請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記ハウジング（４０）が、案内区分（４４）を備え、前記ピストン（４１）が、前記案内区分（４４）の内周面に適合されている外周面を備える、請求項４記載の装置。
【請求項８】
前記案内区分（４４）が前記ピストン（４１）の全長にわたって延在している、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記ハウジング（４０）が、前記案内区分（４４）の軸方向の両端に、拡径領域（４７）を備え、該拡径領域（４７）の外周面が、前記中空室（３８）の内壁に適合されている、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記カム軸（６，７）が管状に形成されている、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、内燃機関のガス交換弁の制御時間を可変に調節するための装置であって、液圧式の位相調節装置と、カム軸と、圧力アキュムレータとを備え、位相調節装置が、動力伝達可能にクランク軸に接続可能であり、かつ相対回動不能にカム軸に結合されており、カム軸の位相が、クランク軸に対して相対的に、位相調節装置により可変に調節可能であり、かつカム軸の内部が中空室を備える形式のものに関する。
【０００２】
発明の背景
現代の内燃機関では、クランク軸とカム軸との間の位相関係を所定の角度範囲で、すなわち最大進角位置と最大遅角位置との間で可変とするために、ガス交換弁の制御時間を可変に調節するための装置を使用する。この装置は、一般に、カム軸と液圧式の位相調節装置とからなる。位相調節装置は、圧力媒体供給あるいは圧力媒体排出によって、クランク軸とカム軸との間の位相関係を適当に変更することができる。この目的のために、位相調節装置は、トルクをクランク軸からカム軸に伝達する動力伝達系内に組み込まれている。この動力伝達系は、例えばベルト伝動装置、鎖伝動装置又は歯車伝動装置として実現可能である。
【０００３】
この種の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２９２７７号明細書において公知である。この公知の装置は、位相調節装置及びカム軸を備える。位相調節装置は、駆動部材に対して回転可能に配置されている被動部材を備える。駆動部材は、動力伝達可能にクランク軸に接続されている。被動部材と駆動部材とは、圧力室を画成している。圧力室は、軸方向で移動可能なピストンにより、互いに逆方向に作用する２つの圧力チャンバに分割される。圧力チャンバへの圧力媒体供給あるいは圧力チャンバからの圧力媒体排出により、ピストンは圧力室内で移動する。ピストンは、はす歯の歯列を備える。ピストンのはす歯の歯列は、カム軸のはす歯の歯列に噛み合う。これにより、ピストンの軸方向移動によって、クランク軸に対するカム軸の適当な回動を生起することができる。
【０００４】
さらに、この装置は、圧力アキュムレータを備える。圧力アキュムレータは、内燃機関のクランクケース又はシリンダヘッドに配置されている。内燃機関の通常の運転中、圧力アキュムレータには、内燃機関の圧力媒体ポンプにより圧力媒体、一般にはエンジンオイルが充填される。圧力媒体ポンプから供給されるシステム圧が、装置の機能安定の運転のために必要な値を下回ると、圧力アキュムレータは、内燃機関の圧力媒体回路に向かって空になる。これにより、圧力媒体系内の短期の最低圧力下回りを防止することができるか、あるいは体積流量を上昇させることができる。
【０００５】
この構成の欠点は、クランクケースあるいはシリンダヘッド内の圧力アキュムレータの高い所要構成スペースにある。
【０００６】
発明の課題
本発明の課題は、所要構成スペースが減じられた、内燃機関のガス交換弁の制御時間を可変に調節するための装置を提供することである。
【０００７】
上記課題は、本発明により、圧力アキュムレータが、中空室内に配置されており、位相調節装置に連通していることにより解決される。好ましくは、前記圧力アキュムレータが、長手方向で移動可能なピストンを備える。好ましくは、前記圧力アキュムレータが、圧力媒体の力に抗して前記ピストンに力を加えるばね部材を備える。好ましくは、前記圧力アキュムレータがハウジングを備え、該ハウジングが前記中空室内に配置されており、該ハウジング内で前記ピストンが長手方向で移動可能に案内されている。好ましくは、前記ハウジングが、前記ピストンの少なくとも一方の移動方向に、前記ピストンのストロークを制限するための少なくとも１つのストッパを備える。好ましくは、前記圧力アキュムレータが、前記ハウジングと前記中空室の内壁との間の摩擦力結合により、前記中空室内の所定位置に固定に配置されている。好ましくは、前記ハウジングが、案内区分を備え、前記ピストンが、前記案内区分の内周面に適合されている外周面を備える。好ましくは、前記案内区分が前記ピストンの全長にわたって延在している。好ましくは、前記ハウジングが、前記案内区分の軸方向の両端に、拡径領域を備え、該拡径領域の外周面が、前記中空室の内壁に適合されている。好ましくは、前記カム軸が管状に形成されている。
【０００８】
本発明に係る装置は、少なくとも液圧式の位相調節装置、カム軸及び圧力アキュムレータを備える。位相調節装置は、少なくとも駆動部材及び被動部材を備える。駆動部材は、装置が組み立てられた状態において、引っ張り手段伝動装置、例えばベルト伝動装置、鎖伝動装置又は歯車伝動装置を介して、動力伝達可能にクランク軸に接続されている。被動部材は、ある角度範囲で駆動部材に対して相対的に旋回可能に配置されており、かつ相対回動不能にカム軸に固定されている。
【０００９】
装置内には、少なくとも１つの圧力チャンバが設けられている。圧力チャンバに圧力を加えることにより、被動部材は、駆動部材に対して相対的に旋回可能であり、これにより、カム軸は、クランク軸に対して相対的に旋回可能である。有利には、互いに反対方向に作用する圧力チャンバの対が１つ又は複数設けられている。
【００１０】
カム軸は、中空室を有している。カム軸は、例えば中空軸として形成されていてよい。カム軸が管からなり、管の外周面にカムが摩擦力結合式、形状結合式又は素材結合式に固定されている態様も可能である。また、堅牢に形成され、内部に中空室が、例えば盲孔の形で設けられているカム軸も可能である。カム軸の中空室内には、圧力アキュムレータが配置されている。圧力アキュムレータは、例えば形状結合式、摩擦力結合式又は素材結合式に、所定の位置に固定にカム軸に結合されていてよい。
【００１１】
カム軸の内部には、例えばカム軸軸受を介して圧力媒体が供給可能である。圧力媒体は、一方では液圧式の位相調節装置に流入し、他方では圧力アキュムレータに流入する。圧力アキュムレータには、内燃機関の通常の運転中に圧力媒体が充填される。位相調節の開始時に、内燃機関の圧力媒体系から、ある量の圧力媒体が取り出される。結果として、システム圧は、より低いレベルに低下する。調節前に存在していたシステム圧の一部が、位相調節のために提供されるにすぎない。これにより、位相調節の調節速度、ひいては内燃機関全体のパフォーマンスは低下する。この圧力降下は、圧力アキュムレータが充填されているとき、圧力アキュムレータによって受け止められ、調節速度は、高いレベルに維持される。圧力アキュムレータを、カム軸内の、その他には利用されていない構成スペース内に配置したことにより、内燃機関の所要構成スペースは、著しく減少する。
【００１２】
本発明の具体的な態様において、圧力アキュムレータが、長手方向で移動可能なピストンを有することが提案される。さらに、圧力アキュムレータは、圧力媒体の力に抗してピストンに力を加えるばね部材を有していてよい。択一的には、例えばガスクッションが、力蓄え器として設けられていてもよい。圧力アキュムレータは、例えばピストン形アキュムレータ、特にピストン形ばね式アキュムレータとして形成可能である。この圧力アキュムレータは、極めて頑強な解決手段である。
【００１３】
本発明の一態様では、圧力アキュムレータがハウジングを備え、ハウジングが中空室内に配置されており、ハウジング内でピストンが長手方向で移動可能に案内されている。これにより、カム軸の中空室の内壁は、手間のかかる後処理を行う必要がない。ピストンの走行面は、ハウジングの内周面により形成される。ハウジングは、例えば柱状又はポット状の金属薄板部材であって、例えば非切削加工による形状付与プロセス、例えば深絞り加工法によって製造可能な金属薄板部材として実現可能である。これにより、ハウジングの重量及び製造コストは低く維持される。深絞り加工法により、ピストンの走行面は、自動的に、必要な精度を備えて製造される。手間のかかる後処理あるいは後加工の工程は、不要である。
【００１４】
さらに、圧力アキュムレータは、ハウジングと中空室の内壁との間の摩擦力結合により、中空室内の所定位置に固定に配置されていてよい。択一的には、素材結合又は形状結合、例えば接着、ろう接又は溶接も可能である。
【００１５】
具体的な態様では、ハウジングが、案内区分を備え、ピストンが、案内区分の内周面に適合されている外周面を備えていてよい。ピストンは、案内区分の案内面に沿って軸方向で可動に案内されている。この場合、案内区分の長さは、圧力アキュムレータ内のピストンのストロークに相当する。案内区分は、例えばピストンの全長にわたって延在していてよい。この態様では、ハウジングと中空室の内壁との間の摩擦力結合が、案内区分の全長に沿って形成されていてよい。これにより、この結合部は高い安定性を有する。この目的のために、ハウジングの外周面は、中空室の内壁に適合されていなければならない。択一的には、ハウジングが、案内区分の軸方向の両端に、拡径領域を備え、拡径領域の外周面が、中空室の内壁に適合されていてもよい。これにより、摩擦力結合は、拡径された領域と中空室の内壁との間にのみ存在する。これにより、中空室内における圧力アキュムレータの取り付け中の案内面の変形は回避される。案内面の変形は、ハウジング内でのピストンの引っかかりに至らしめる恐れがある。
【００１６】
さらに、ハウジングは、ピストンの少なくとも一方の移動方向、有利には両方の移動方向に、ピストンのストロークを制限するための少なくとも１つのストッパを有していてよい。さらに、カム軸は管状に形成されていてよい。
【００１７】
本発明のその他の特徴は、以下の説明、及び本発明の実施の形態を概略的に示す図面から看取される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】内燃機関の著しく概略的な図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関のガス交換弁の制御時間を変更するための装置の縦断面図である。
【図３】中央ねじを図示していない、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った位相調節装置の横断面図である。
【図４】図２の部分Ｘを示す図である。
【図５】図２の部分Ｘを示す図である。
【図６】本発明の別の実施の形態に係る装置を示す、図４に対応する図である。
【００１９】
図面の詳細な説明
図１は、内燃機関１を示している。この内燃機関において、シリンダ４内の、クランク軸２に取り付けられたピストン３は、概略的に図示されたものである。クランク軸２は、図示の実施の形態では、それぞれ１つの引っ張り手段伝動装置５を介して吸気カム軸６あるいは排気カム軸７に接続されている。第１及び第２の装置１１は、クランク軸２とカム軸６，７との間の相対回動を提供可能である。カム軸６，７のカム８は、単数若しくは複数の吸気ガス交換弁９又は単数若しくは複数の排気ガス交換弁１０を操作する。なお、カム軸６，７の一方にのみ装置１１を設けること、あるいは装置１１を設けたカム軸６，７を１つだけ設けることも可能である。
【００２０】
図２及び図３は、本発明に係る装置１１の第１の実施の形態を縦断面図あるいは横断面図で示している。装置１１は、位相調節装置１２、カム軸６，７及び圧力アキュムレータ１５を備える。
【００２１】
位相調節装置１２は、駆動部材１４、被動部材１６及び２つのサイドカバー１７，１８を備える。サイドカバー１７，１８は、駆動部材１４の軸方向の側面に配置されている。被動部材１６は、羽根車の形で形成されており、略柱状に形成されたボス部材１９を有している。ボス部材１９の柱状の外周面から、図示の実施の形態では、５つのベーン２０が半径方向外向きに延在している。
【００２２】
駆動部材１４の外側の周壁２１からは、５つの突出部２２が半径方向内向きに延在している。図示の実施の形態では、突出部２２及びベーン２０は、周壁２１及びボス部材１９にそれぞれ一体的に形成されている。駆動部材１４は、突出部２２の、半径方向内側に位置する周壁により、被動部材１６に対して相対的に、被動部材１６に対して回動可能に配置されている。
【００２３】
駆動部材１４の外周面には、鎖歯車あるいはスプロケット２３が形成されている。鎖歯車２３を介して、図示しない鎖伝動装置により、トルクがクランク軸２から駆動部材１４に伝達可能である。被動部材１６は、相対回動不能にカム軸６，７に結合されている。この目的のために、図示の実施の形態では、中央ねじ１３が、被動部材１６の中央開口１６ａを貫通して、カム軸６，７のねじ山区分２５に係合している。その際、中央ねじ１３の段部は、被動部材１６の、カム軸６，７とは反対側の側面に当接している。
【００２４】
サイドカバー１７，１８の各々は、駆動部材１４の軸方向のそれぞれの側面に配置されており、相対回動不能に駆動部材１４に固定されている。この目的のために、各々の突出部２２には、軸方向開口２６が設けられている。さらに、サイドカバー１７，１８には、それぞれ５つの開口が設けられている。これらの開口は、軸方向開口２６に一致するように配置されている。それぞれ１つのねじ２７が、第２のサイドカバー１８の開口と、軸方向開口２６と、第１のサイドカバー１７の開口とを貫通している。その際、ねじ２７のねじ山区分は、第１のサイドカバー１７の開口内に形成されているねじ山区分に係合している。
【００２５】
装置１１内には、周方向で隣接するそれぞれ２つの突出部２２の間に、圧力室２８が形成されている。圧力室２８の各々は、周方向では、隣り合う突出部２２の、対向する、略半径方向で延びる境界壁２９によって、軸方向では、サイドカバー１７，１８によって、半径方向内方では、ボス部材１９によって、半径方向外方では、周壁２１によって画成されている。各々の圧力室２８内には、１つのベーン２０が突入している。これらのベーン２０は、サイドカバー１７，１８にも、周壁２１にも接触するように形成されている。これにより、各ベーン２０は、それぞれの圧力室２８を、互いに逆方向に作用する２つの圧力チャンバ３０，３１に分割する。
【００２６】
被動部材１６は、所定の角度範囲で駆動部材１４に対して回動可能に配置されている。角度範囲は、被動部材１６の一方の回動方向で、ベーン２０が、圧力室２８の、それぞれ１つの対応する境界壁２９（進角側ストッパ３２）に当接することにより制限される。同様に、他方の回動方向の角度範囲は、ベーン２０が、圧力室２８の、遅角側ストッパ３３として機能する他方の境界壁２９に当接することによって制限される。
【００２７】
圧力チャンバ３０，３１の一方のグループに圧力をかけ、他方のグループの圧力を抜くことにより、被動部材１６に対する駆動部材１４の位相（ひいてはクランク軸２に対するカム軸６，７の位相）は、変更可能である。両グループの圧力チャンバ３０，３１に圧力をかけることにより、位相を一定に維持することができる。
【００２８】
カム軸６，７は、カム軸軸受３９の領域に複数の開口３５を有する。開口３５を介して、圧力媒体ポンプ４８により圧送された圧力媒体が、カム軸６，７の内部に流入する。カム軸６，７内には、圧力媒体経路３６が形成されている。圧力媒体経路３６は、一方では開口３５に連通し、他方では制御弁３４に連通している。位相調節装置１２に圧力媒体を供給するために、中央ねじ１３の内部に、制御弁３４が配置されている。制御弁３４により、圧力媒体は、選択的に第１又は第２の圧力チャンバ３０，３１に導入可能であり、その都度他方の圧力チャンバ３０，３１からは導出可能である。
【００２９】
中央ねじ１３の内部には、圧力媒体通路３７が設けられている。圧力媒体通路３７は、一方では圧力媒体経路３６に連通し、他方では、中空に形成されたカム軸６，７の中空室３８に連通している。圧力媒体通路３７は、軸方向の孔として形成されている。この孔は、中央ねじ１３のねじ山区分を貫通している。
【００３０】
中空室３８内には、圧力アキュムレータ１５が配置されている。図４及び図５には、圧力アキュムレータ１５が、充填された状態（図４）あるいは空にされた状態（図５）で示されている。圧力アキュムレータ１５は、ハウジング４０、ピストン４１、及び力蓄え器、図示の実施の形態ではばね部材４２を有している。ハウジング４０は、中空室３８内に配置されており、固定に中空室３８の内壁４３に結合されている。図示の実施の形態では、ハウジング４０の外周面が、内壁４３に適合されており、摩擦力結合（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦力による束縛）式に内壁４３に結合されている。ハウジング４０が素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：素材による結合）式又は形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：形状による束縛）式に内壁４３に結合されている実施の形態も可能である。付加的に、ハウジング４０は、リテーナリング２４により固定可能である。
【００３１】
ハウジング４０の内部には、ピストン４１が軸方向で移動可能に配置されている。ピストン４１は、図示の実施の形態ではポット状に形成されている。ハウジング４０全体は、案内区分４４として機能する。案内区分４４の内周面は、ピストン４１の柱状の区分のための案内面４５として形成されている。この場合、ピストン４１の柱状の区分は、完全に又は部分的に案内面４５に接触可能である。ピストン４１の外周面は、案内面４５に適合されており、ピストン４１がハウジング４０を圧力媒体密に、軸方向で見てピストン４１の底部の前後２つの領域に分割するようになっている。ピストン４１には、柱状の区分の領域に配置されたばね部材４２により力が加えられる。ばね部材４２は、一方では、ハウジング４０の、位相調節装置１２とは反対側の端部に形成されたストッパ４６に支持され、他方では、ピストン４１の底部に支持されている。これにより、ばね部材４２はピストン４１に、圧力媒体通路３７に向かう方向の力を加える。その際、ピストン４１の移動行程は、圧力媒体通路３７に向かって、位相調節装置１２側の端部に形成されたストッパ４６により制限される。
【００３２】
図示の実施の形態では、ハウジング４０及びピストン４１は、例えば非切削加工による製造方法、例えば深絞り加工法によって製造された金属薄板部品として形成されている。このことは、案内面４５及びピストン４１の柱状の区分がこの形状付与プロセスにより極めて精緻に製造可能であって、後処理が不要であるという利点を有する。このハウジング４０の使用により、中空室３８の内壁４３の、コストのかかる後処理工程も省略される。
【００３３】
図６には、圧力アキュムレータ１５の第２の実施の形態が示されている。第２の実施の形態の圧力アキュムレータ１５は、第１の実施の形態に対して、案内区分４４が、ハウジング４０の軸方向の全長にわたって延在しておらず、中空室３８の内壁４３に接触していない点で異なる。案内区分４４には、軸方向で、直径を拡大した各１つの拡径領域４７が続いている。拡径領域４７の外周面は、内壁４３に適合されている。これにより、ハウジング４０と内壁４３との間の摩擦力結合は、拡径領域４７の領域にのみ存在する。これにより、ハウジング４０を中空室３８内に圧入する工程中の案内面４５の変形は回避される。
【００３４】
内燃機関１の運転中、圧力媒体ポンプ４８によって圧力媒体が、開口３５、圧力媒体経路３６及び制御弁３４を介して位相調節装置１２に導入される。さらに、圧力媒体は、開口３５、圧力媒体経路３６、圧力媒体通路３７及びハウジング開口５０を介してハウジング４０内に導入される。圧力媒体は、ピストン４１に力を加える。これにより、ピストン４１は、ばね部材４２の力に抗して軸方向で移動させられる。圧力アキュムレータ１５は、充填される（図４）。圧力媒体ポンプ４８により供給されるシステム圧が低下すると、ピストン４１に作用する圧力媒体の力は低下する。これにより、ピストン４１は、ばね部材４２によって圧力媒体通路３７に向かって押動され、これにより系に圧力媒体を供給する。逆止弁４９に基づいて、圧力媒体は、圧力媒体系への逆流を防止され、これにより、完全に位相調節装置１２で用いられる。これにより、位相調節装置１２の応答性及び調節速度は、高いレベルに維持される。
【符号の説明】
【００３５】
１  内燃機関
２  クランク軸
３  ピストン
４  シリンダ
５  引っ張り手段伝動装置
６  吸気カム軸
７  排気カム軸
８  カム
９  吸気ガス交換弁
１０  排気ガス交換弁
１１  装置
１２  位相調節装置
１３  中央ねじ
１４  駆動部材
１５  圧力アキュムレータ
１６  被動部材
１６ａ  中央開口
１７  サイドカバー
１８  サイドカバー
１９  ボス部材
２０  ベーン
２１  周壁
２２  突出部
２３  鎖歯車
２４  リテーナリング
２５  ねじ山区分
２６  軸方向開口
２７  ねじ
２８  圧力室
２９  境界壁
３０  第１の圧力チャンバ
３１  第２の圧力チャンバ
３２  進角側ストッパ
３３  遅角側ストッパ
３４  制御弁
３５  開口
３６  圧力媒体経路
３７  圧力媒体通路
３８  中空室
３９  カム軸軸受
４０  ハウジング
４１  ピストン
４２  ばね部材
４３  内壁
４４  案内区分
４５  案内面
４６  ストッパ
４７  領域
４８  圧力媒体ポンプ
４９  逆止弁
５０  ハウジング開口
【図１】
2012505335.tif 000003
【図２】
2012505335.tif 000004
【図３】
2012505335.tif 000005
【図４】
2012505335.tif 000006
【図５】
2012505335.tif 000007
【図６】
2012505335.tif 000008
【国際調査報告】
2012505335.tif 000009
2012505335.tif 000010
2012505335.tif 000011
2012505335.tif 000012
2012505335.tif 000013
2012505335.tif 000014