JP2005533964A - 内燃機関の制御時間の変更のための装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の制御時間の変更のための装置は、駆動輪（２）とカムシャフト（カムシャフトの端部１）の間の回転角を変える調整装置を有する。調整装置は揺れ回転機構として構成されている。駆動輪（２）は第１の正面側歯部（９）、円板（１０）は第２の正面側歯部（１１）を有し、これらの歯部は部分的にかみ合う。正面側歯部の歯数は少なくとも歯１個だけ相違する。装置の総寸法を減少し、歯の遊びを回避するために、円板（１０）を一方ではカムシャフト（１）と遊転不能に結合し、他方ではカムシャフト（１）の軸方向に撓屈可能な部材として形成し、円板（１０）は作動部（圧力板１７）によって軸方向に変形される。

Description

本発明は、軸方向偏心機構として構成され、駆動輪とカムシャフトの間の回転角を変化する調整装置と、第１の正面側歯部を有し、駆動輪に遊転不能に結合された調整部材と、半径方向外側区域に第２の正面側歯部を有する円板とを備え、第２の正面側歯部が作動部によって変位運動をさせられ、正面側歯部が部分的にかみ合わせられ、正面側歯部の歯数が少なくとも歯１枚だけ相違する内燃機関の制御時間の変更のための装置に関する。

駆動輪に対するカムシャフトの調整が油圧によって行われ、即ちカムシャフトの軸方向に移動可能なピストン及びこれと連動するはすば歯車によって回転変位を得るか又は油圧調整系がはすば歯車を使わずに油圧力を直接に回転運動に変換することができる可変翼又はベーン形駆動装置を有する制御時間変更装置が知られている。さらに軸の１つが電動機の回転子と結合された遊星歯車装置を有する電気機械式調整系がすでに知られている。

請求項１の上位概念に基づく内燃機関の制御時間の変更装置はＥＰ１１７８１８５Ａ２により周知である。それによれば円板が少なくとも１個の正面側歯部を備え、この歯部は駆動輪と遊転不能に結合された第１の部材の歯部とも、カムシャフトと遊転不能に結合された別の部材とも部分的にかみ合う。円板自体はころがり軸受を介して作動部の軸頸上で回転可能である。その場合軸受装置は全体としてカムシャフトの縦軸の横断面に対してある角だけずらせた位置をとる。こうして円板は全体として揺れ回転運動をさせられるから、円板の歯の一部が２つの部材の歯とかみ合う。

歯車装置があり、かつ軸方向偏心機構が揺れ回転機構として構成されているため、この調整装置は不利な総寸法を有するから、自動車に装着した内燃機関の正面側の所定のどの取付け場所にも適合するわけでない。またこのトルクコンバータ（調整ギヤ）の歯を互いに遊びなく運動させるという重要な問題がある。そこで内燃機関の運転中に望ましくない騒音が大いに発生する。その原因はまず第一にカムシャフトの大幅に変動する交番トルクに基づいているが、結局歯の遊びによって引き起こされる。場合によってギヤに生じる遊びは、調整軸とギヤの入力又は出力軸との間の変速比に応じて変換される。その場合現存する部品遊びも変速されるから、調整軸の歯と、かみ合う相手歯車との間の小さな歯の遊びが加速され、騒音発生を助長する。また調整時に揺れ回転運動に基づき揺れ回転機構にいわゆる上げモーメント（不つりあい力のモーメント）が発生する。

そこで発明の根底にあるのは、上述の欠点を回避して、一方では極めてコンパクトな構造とそれに対応する重量の利点を有し、他方では不つりあい力のモーメントがなく、歯の遊びが極めて小さい、高い変速比の三軸機構を提供する課題である。

本発明に基づきこの課題は、円板がカムシャフトと遊転不能に結合され、カムシャフトの軸方向に撓屈可能な部材として形成され、作動部が可撓性円板を軸方向に変形することによって解決される。こうして円板とカムシャフトの間の第２の歯部及び作動部の軸頸上の円板のころがり又はすべり軸受を廃止することができる。このため全体としてはるかにコンパクトな装置の構造を実現することができる。また円板が撓屈可能に形成されているため、円板と相手歯部の間に遊びのない歯のかみ合いが実現される。軸方向偏心機構と上述の歯部の組合せの構造及び運動から生じる動的関係に応じて１個、２個又はそれ以上の歯がかみ合い、それが多数の作動歯、それに伴ってコンパクトな構造をもたらす。高い変速比の三軸機構を実現するために、円板と調整部材の歯数は通常少なくとも歯１個だけ相違する。

発明の別の実施態様では作動部が可撓性円板の第２の歯部の反対側の外面に接する圧力板として形成されている。この圧力板は電動機の回転子と結合され、円板の歯部の一部が単数又は複数の場所で相手歯とかみ合うように、円板を変形する。

また圧力板の円板側の面は単数個又は複数個の局部的隆起を備えることができる。圧力板の上記の面を全体としてカムシャフトの横断面に対し傾斜した平面として形成することももちろん可能である。面の輪郭を別様に、例えば正弦関数に従うことによって、ほぼ調和的に形成することもできる。圧力板が隆起を有する場所の数はかみ合い点の数に相当する。かみ合い点ごとに複数の歯がかみ合い、作動歯の数は入力軸と出力軸の間で働くトルクとともに増加する。圧力板が回転すると隆起部分が回転し、その結果円板と調整部材の相対変位が生じる。

また円板の反対側の圧力板の面を調整装置のハウジングの壁部に支えることができる。こうして圧力板を薄肉に又は軽量材料で作ることが可能である。圧力板及び／又は回転子は軽量合金又はプラスチックで製造され又は複合材料からなることができる。それによって相対運動部材の慣性モーメントが極めて小さくなる利点がある。

調整部材の円板側の表面はおおむね中高に形成することが好ましい。カムシャフトに遊転不能に固定された円板は、それによって固定点の周囲で具合よく変形され、その外周に設けた歯が部分的に変形した区域で相手歯と面接触する。

発明の別の実施態様では圧力板が転動体を有し、この転動体によって圧力板を円板に軸方向に支承するものとする。その場合圧力板は例えば凹形に形成されたポケットを有し、その中に転動体が納められる。同様にハウジングの壁部に面した圧力板の側にも転動体を設けることができる。圧力板のこの軸方向ころがり支承によって全体として低摩擦の駆動が実現されるから、部材の早期の摩耗も防止されることはもちろんである。転動体はとりわけ円筒ころ又はニードルとして形成される。転動体を保持器に納め、種々の直径で形成することも可能である。

発明の別の実施態様では中心ねじによりカムシャフトに緊定された少なくとも１個のリングによって、円板の半径方向内側部分を遊転不能に固定することができる。円板の半径方向内側部分はカムシャフトの環状支持面とこのリングの間に緊定されるから、部材即ち円板及びカムシャフトの摩擦結合が生じる。さらにダイアモンド又は炭化タングステン被覆の中間円板によって摩擦結合を増加することができる。この摩擦結合が機能のために十分でないならば、その代わりに確実結合を設けることもできる。その場合円板の半径方向内側部分がくぼみ又は突起を備え、これがリング及びカムシャフトの接触面のくぼみ及び突起と係合する

最後に、圧力板もこれと協動する回転子もカムシャフトに支承される。その場合とりわけニードル軸受として構成されたこの支承は、円板をカムシャフトに緊定するリングの外周に設けることが可能である。

発明のその他の特徴は下記の説明及び発明の実施例を簡単に示した図面で明らかである。

図１の１は内燃機関のカムシャフトの端部を示す。鎖車として形成された駆動輪２がこの端部に回転可能に支承される。この駆動輪２は内燃機関のクランクシャフトの詳しく図示しない従動輪により、同じく図示しない鎖を介して駆動される。もちろん鎖の代わりに歯形ベルト又は歯車伝動装置を設けることもでき、その場合は歯形ベルトの歯のピッチに合わせて調整された適当な駆動輪が設けられる。止ねじ３により駆動輪２にハウジング４が緊定される。ハウジング４は環状のハウジング部分５と円板状のハウジング壁部６からなる。駆動輪２、環状のハウジング部分５及び円板状のハウジング壁部６は共同でハウジング４の空洞部７を形成する。

駆動輪２は空洞部７に面した正面に、調整部材８として利用される部分を有する。この部分は第１の正面側歯部９を備えている。カムシャフトの軸方向に変形可能な円板１０が、カムシャフトの端部１に遊転不能に配置されている。円板１０は第２の正面側歯部１１を有する。第２の正面側歯部１１は未変形の状態で第１の正面側歯部９とかみ合わない。円板１０は中心ねじ１４でフランジ１２とリング１３の間に締付けることによって、カムシャフトの端部１に固定される。その場合肩部を有する中心ねじ１４がカムシャフトの端部１にねじ込まれる。リング１３はまた回転子１５の支承のために利用される。回転子１５は、下記の図３及び４に概略図で示すように、電動駆動装置の固定子１６と協動する。なお回転子１５は調整軸として形成され、詳しく図示しない電動機軸と結合されている。

作動部の役割をする圧力板１７が遊転不能に固定されている。圧力板１７は円板１０に面した正面側の少なくとも１個所に隆起１８を備えている。この隆起１８は図１の断面図の下半分に見える。この隆起１８によって円板１０は、第２の正面側歯部１１が調整部材の第１の正面側歯部９と部分的にかみ合うまで、軸方向に変形させられる。なお第１の正面側歯部９は球面状の輪郭を備えている。圧力板１７に２組の円筒ころ１９及び２０が配置され、第１の組の円筒ころ１９は第２の正面側歯部１１の反対側の円板１０の正面に接し、一方、圧力板１７は第２の組の円筒ころ２０によって円板形のハウジング壁部６に支えられる。また回転子１５は圧力板１７と共にニードル軸受２１によってリング１３の外周に支承される。その代案として、円筒ころ１９を廃止して、適当に形成された圧力板が円板上で摺動することもできる。また円筒ころをただ１つの保持器の中に配置することもでき、その場合はこの配列が圧力板に代わる。そして円筒ころは様々な直径で形成することができる。

円板１０の柔軟な変形が図２で明らかである。第２の正面側歯部１１を備えた円板１０の周縁部はこの図で第１の区域２２と第２の区域２３に分かれており、これらの２つの区域２２及び２３で正面側歯部９及び１１がかみ合うまで、軸方向に変形させられる。

図３に３軸変速装置の構造の概要を示す。この場合固定子１６はシリンダ頭部２４の内部に配置されている。従って固定子１６は静止しており、とりわけ電動機の通電とともに回転子１５が駆動輪２の回転速度と異なる独自の回転速度により図１に示した圧力板１７を回転させる。

図４では固定子１６’が駆動輪２’の中に配置されており、従って駆動輪２’の回転数又は内燃機関のクランクシャフトの回転数の２分の１で回転する。その場合例えば詳しく図示しないスリップリング又はトランスポンダにより電動機に通電することができる。

特に図１と図２の組合せで分かるように、本発明に基づく内燃機関制御時間の変更のための装置においては、制御時間の調整即ち駆動輪２に対するカムシャフト（カムシャフトの端部１）のねじりが軸方向偏心機構によって行われる。軸方向偏心機構は極めてコンパクトに構成され、望ましくない歯の遊びを回避することができる。調整操作時に円板１０の正面側歯部１１と駆動輪２に配置された調整部材８の歯部９のすべての部分が逐次部分的にかみ合うように、軸方向に突出する少なくとも１個の隆起１８を備えた圧力板が駆動輪２に対してねじられる。２つの正面側歯部９及び１１の歯数が歯１個だけ異なる場合は、圧力板の１回転で１個の歯の角だけカムシャフト１が駆動輪２に対して変位させられる。極めて薄肉で可撓性の円板１０がカムシャフトの端部１と遊転不能に結合され、圧力板１７により軸方向に変形させられることによって、前述の利点が得られる。

本発明に基づく内燃機関の制御時間の変更のための装置の縦断面図を示す。 図１の装置で使用される、部分的に変形した円板の図を示す。 軸方向偏心機構と結合され、固定子がシリンダ頭部に固定された電動機の配列の概略図を示す。 駆動輪の中にあって軸方向偏心機構と結合された電動機の配列の概略図を示す。

符号の説明

１ カムシャフトの端部
２ 駆動輪
２’ 駆動輪
３ 止ねじ
４ ハウジング
５ 環状のハウジング部分
６ 円板状のハウジング部分
７ ４の空洞部
８ 調整部材
９ 第１の正面側歯部
１０ 円板
１１ 第２の正面側歯部
１２ フランジ
１３ リング
１４ 中心ねじ
１５ 回転子
１６ 固定子
１６’ 固定子
１７ 圧力板
１８ 隆起
１９ 第１の組の円筒ころ
２０ 第２の組の円筒ころ
２１ ニードル軸受
２２ 第１の区域
２３ 第２の区域
２４ シリンダ頭部

Claims (9)

1. 内燃機関の制御時間の変更のための装置であって、軸方向偏心機構として構成され、駆動輪（２）とカムシャフト（カムシャフト１の端部）の間の回転角を変化する調整装置と、第１の正面側歯部（９）を有し、駆動輪（２）に遊転不能に結合された調整部材（８）と、半径方向外側区域に第２の正面側歯部（１１）を有する円板（１０）とを備え、第２の正面側歯部（１１）が作動部（圧力板１７）によって変位運動をさせられ、これらの正面側歯部（９及び１１）が少なくとも歯１個だけ食い違いになっているものにおいて、
   円板（１０）がカムシャフト（カムシャフト１の端部）と遊転不能に結合され、カムシャフト（カムシャフト１の端部）の軸方向に可撓性の部材として形成され、作動部（圧力板１７）が円板（１０）を軸方向に変形することを特徴とする装置。
2. 作動部が、可撓性円板（１０）の第２の歯部（１１）の反対側の外面に接する圧力板（１７）として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 作動部が、可撓性円板（１０）の第２の歯部（１１）の反対側の外面に接する圧力板（１７）として形成され、円板（１０）の側の圧力板（１７）の面が単数個又は複数個の隆起を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 作動部が、可撓性円板（１０）の第２の歯部（１１）の反対側の外面に接する圧力板（１７）として構成され、円板（１０）の反対側の圧力板（１７）の面が調整装置のハウジングの壁部（６）に支えられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 円板（１０）の側の調整部材（８）の表面がおおむね球面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 作動部が圧力板（１７）として形成され、圧力板（１７）が可撓性円板（１０）の第２の正面側歯部（１１）の反対側の外面に接し、円板（１０）の反対側の圧力板（１７）の面が調整装置のハウジングの壁部（６）に支えられ、圧力板が転動体（２０）を装着し、この転動体を介してハウジングの壁部（６）に軸方向に支承されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 作動部が圧力板（１７）として形成され、圧力板（１７）が可撓性円板（１０）の第２の正面側歯部（１１）の反対側の外面に接し、圧力板（１７）が転動体（１９）を装着し、この転動体によってハウジングの壁部（６）に軸方向に支承されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 中心ねじでカムシャフト（カムシャフト１の端部）に緊定された少なくとも１個のリング（１３）によって円板（１０）の半径方向内側部分が遊転不能に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 圧力板（１７）及びこれと協動するロータ（１５）がカムシャフト（カムシャフト１の端部）に支承されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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