JP2007198376A - 可変カム位相装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータに対して常には給電する必要がなく、電力消費量を増大させない三段部材ギアシステムを提供する。
【解決手段】駆動部材から被駆動部材へ駆動トルクを伝達し、且つ駆動部材と被駆動部材との間の角度関係を選択的に調整するための三段部材ギアシステムは、三段部材ギアシステムの駆動部分を備える第１の部材１と、カムスプロケット又はプーリに対して接続可能な三段部材ギアシステムの被駆動部分を備える第２の部材２と、カムシャフトに対して接続可能な三段部材ギアシステムの調整手段を備える第３の部材３とを備え、第３の部材は、第３の部材を回転させ又は第３の部材に対して制動トルク及び／又はモータトルクを加えて第１の部材と第２の部材との間の角度関係を変えるための手段４に対して接続される。カム位相装置は、第１、第２、第３の部材のうちの２つを選択的に結合するための選択的に作動可能な結合手段５を更に備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、カム位相装置に関し、特に、自動車エンジンのバルブトレインで使用される可変カム位相装置に関するが、これに限らない。

エンジン動作中においては、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを変えてエンジンの性能、排気及び／又は燃費を向上させるために、エンジンのカム位相（すなわち、クランクシャフトとカムシャフトとの間の角度関係）を調整できることが望ましい。この調整を達成できる様々なタイプの構成が存在する。このようなシステムは、クランクシャフトからの回転動作をカムシャフトの回転動作へ効率的に変換しつつ、これらの回転動作間を切り離してカム位相を変えることができるようにすることが必要とされる。

現在のシステムは、一般に、バルブトレインの駆動部材と被駆動部材（例えば、カムスプロケット又はプーリとカムシャフト）との間の相対的な角度変位を可能にするために、高圧油を使用する液圧アクチュエータを利用している。このようなシステムは、温度に関連する油の粘土の変化に起因して、特に油が冷えているときのエンジン始動中に、極限の温度で動作することが困難である。

電気的に作動される可変カム位相構造を設計する試みがなされてきたが、このような試みは、通常、遊星ギアや波動歯車装置などの複雑な三段シャフト構造を必要とする。このような三段シャフトシステムなどの複雑な構成は、制御性及び信頼性の問題をもたらす可能性があり、一般に高い電力を消費することになる。

カム位相装置と共に使用するのに適した三段シャフトギアシステムの例は、太陽ギア１及び遊星ギア２が遊星キャリア３及びリングギア４に取り付けられた遊星ギアシステム（図１に示す）、又は、波動発生器１’とフレックススプライン２’と円形スプライン３’とを有する波動歯車システム（図２に示す）を備えている。

遊星ギアシステムに相当する他の形態の三段部材システムは磁気ギアを備えており、磁気ギアは、複数の磁石を備える外側リング（リングギアに相当する）と、周方向に離間された複数の磁石を備える同軸の内側リング（太陽ギアに相当する）と、上記外側リングと内側リングとの間の環状空間内に装着され且つ周方向に離間した複数の磁極片を備える中間リング又はキャリア部材（複数の遊星ギアが取り付けられる遊星キャリアに相当する）とを有している。

一般に、このような三段シャフトギアシステムがエンジンのカム位相装置に対して適用される場合には、駆動部材（一般的には、遊星キャリア又は円形スプライン）を構成するように１つのシャフトがカムスプロケット又はプーリに対して接続され、被駆動部材を構成するように第２のシャフトがカムシャフト（一般的には、リングギア又はフレックススプライン）に対して接続されるとともに、カム位相（すなわち、駆動部材と被駆動部材との間の角度関係）を変えるために、残りの第３のシャフト（一般的には、太陽歯車又は波動発生器）がアクチュエータに対して接続される。

このような既知の三段シャフトギアシステムに伴う特定の問題は、自由なカム位相変化を防止するために第３のシャフトの位置及び／又は角速度を常に制御しなければならないということである。そのため、アクチュエータ、一般には電気モータに対して常に給電しなければならず、それにより、電力消費量が増大する。

本発明においては、駆動部材から被駆動部材へ駆動トルクを伝達し、且つ駆動部材と被駆動部材との間の角度関係を選択的に調整するための、遊星ギアシステム、波動歯車装置、磁気ギアなどの三段部材ギアシステムを備えるカム位相装置であって、上記三段部材ギアシステムは、上記三段部材ギアシステムの駆動部分を備える第１の部材と、カムスプロケット又はプーリに対して接続可能な上記三段部材ギアシステムの被駆動部分を備える第２の部材と、カムシャフトに対して接続可能な上記三段部材ギアシステムの調整手段を備える第３の部材とを備え、上記第３の部材は、上記第３の部材を回転させ又は上記第３の部材に対して制動トルク及び／又はモータトルクを加えて第１の部材と第２の部材との間の角度関係を変えるための手段に対して接続され、カム位相装置は、上記第１、第２、第３の部材のうちの２つを選択的に結合するための選択的に作動可能な結合手段を更に備える、カム位相装置が提供される。

３つの部材のうちの２つを互いに結合することにより、３つの部材の全てが同期して回転するように拘束され、それにより、カム位相の変化が防止される。

好ましくは、上記結合手段は、磁気結合を備え、より好ましくは電磁結合を備えている。

結合手段は、第１及び第２の回転可能に取り付けられた同軸部材と、三段部材ギアシステムの上記３つの部材のうちの１つに対して接続された第１の部材と、三段部材ギアシステムの上記３つの部材のうちの他の部材に対して接続された第２の部材とを備え、上記第１及び第２の部材が互いに離間され、上記第１及び第２の部材のうちの一方が少なくとも１つの磁気伝導領域を備え、上記第１及び第２の部材のうちの他方は、第１及び第２の部材を同時に回転させるように拘束するために磁束を選択的に形成する手段を組み込んでいる。磁束を選択的に形成する上記手段はソレノイドを備えていることが好ましい。

１つの実施形態において、上記結合手段の上記第１及び第２の部材はそれぞれ、互いの間に径方向隙間を有する同軸的に配置された内側及び外側ロータを備えている。代替の実施形態において、上記結合手段の上記第１及び第２の部材は、軸方向に離間する対応する対向面部を有する軸方向に離間した部材を備えている。

また、上記結合手段が選択的に作動可能な機械的な結合、例えば機械的なクラッチ装置を備え得ることも考えられる。

以下、添付図面を参照しながら、単なる一例として、本発明の実施形態について説明する。

図３に示されるように、カム位相装置は、三段部材ギアシステムの第１の部材１を含んでおり、上記第１の部材１は、プーリ又はカムスプロケットとエンドレスベルト又はチェーンとを介して、エンジンのクランクシャフトに対して接続されている。遊星ギアシステムの場合、このような第１の部材１は、遊星キャリア及び遊星ギアであってもよい。波動歯車装置の場合、第１の部材１は円形スプラインであってもよい。磁気ギアの場合、第１の部材１は中間リング又は磁極片であってもよい。

エンジンのカムシャフトは、三段部材ギアシステムの第２の部材２に対して接続されている。遊星ギアシステムの場合、第２の部材２は、リングギアであってもよい。波動歯車装置の場合、第２の部材２はフレックススプラインであってもよい。磁気ギアの場合、第２の部材２はアウターリングであってもよい。

三段部材ギアシステムの第３の部材３は、エンジンのカム位相を変えるために電気モータ４に接続されている。遊星ギアシステムの場合、第３の部材３は太陽ギアであってもよい。波動歯車装置の場合、第３の部材３は波動発生器であってもよい。磁気ギアの場合、第３の部材３はインナーリングであってもよい。モータのハウジングはシリンダヘッドに対して固定され、一方、モータのロータはカムシャフトと共に回転する。

カムシャフトのカム位相を進めることが望ましい場合には、電気モータ４によって第３の部材３に対して制動トルクが加えられて、第３の部材３が減速され、それにより、クランクシャフトに対してカムシャフト角度が進められる。

カムシャフトのカム位相を遅らせることが望ましい場合には、電気モータによって第３の部材３に対してモータトルクが加えられて、第３の部材３が加速され、それにより、クランクシャフトに対してカムシャフト角度が遅らされる。

進める必要がない場合には、形式上、モータ４への電力を維持して、摩擦損失に起因して減速しようとするモータの自然な傾向をモータ４が補償するようにさせることが必要であった。これを避けるため、第２の部材２と第３の部材３との間に磁気結合手段５を設けて、第２及び第３の部材２，３同士を選択的に結合させ、それにより、３つの全ての部材を同じ速度で回転させる。

図４に示される第１の実施形態において、磁気結合手段５は、内側ロータ１０と同軸的に配置された外側ロータ１２とを備えており、上記内側及び外側ロータ１０，１２間に環状の隙間が形成されることにより、２つのロータが独立に回転できる。内側ロータ１０は第２及び第３の部材のうちの一方（あるいは、可能であれば第１の部材であってもよい）に接続されており、外側ロータ１２は第２及び第３の部材のうちの他方に接続されている。内側ロータと外側ロータとの間に磁束相互作用を形成して、内側ロータと外側ロータとの間でトルクを伝達し、且つ内側及び外側ロータを同時にロックするために、内側及び外側ロータはいずれも、電動コイルを貫通する永久磁石又は電磁石を備えていてもよい。

図５に示される第２の実施形態において、磁気結合手段５は、軸方向に離間した第１及び第２の部材２０，２２を備えており、これらの部材は、協働フェース部を形成するために互いに軸方向に離間する対応するフェース部材を有している。内側ロータと外側ロータとの間に磁束相互作用を形成して、内側ロータと外側ロータとの間でトルクを伝達し、且つ内側及び外側ロータを同時にロックするために、両方のディスク、電動コイルを貫通する永久磁石又は電磁石を含んでいる。

カム位相装置と共に使用するのに適した三段シャフトギアシステムの一例である従来の遊星ギアシステムを示す。 波動発生器とフレックススプラインと円形スプラインとを有する従来の波動歯車システムを示す。 本発明の一実施形態に係るカム位相装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態に係るカム位相装置の磁気結合の分解図である。 本発明の第２の実施形態に係る磁気結合の斜視図である。

符号の説明

１…第１の部材、２…第２の部材、３…第３の部材、４…電気モータ、１０…内側ロータ、１２…外側ロータ、２０，２２…第１及び第２の部材。

Claims (7)

1. 駆動部材から被駆動部材へ駆動トルクを伝達し、且つ駆動部材と被駆動部材との間の角度関係を選択的に調整するための、遊星ギアシステム、波動歯車装置又は磁気ギアのような三段部材ギアシステムを備えるカム位相装置であって、
   前記三段部材ギアシステムが、
   前記三段部材ギアシステムの駆動部分を備える第１の部材と、
   カムスプロケット又はプーリに対して接続可能な前記三段部材ギアシステムの被駆動部分を備える第２の部材と、
   カムシャフトに対して接続可能な前記三段部材ギアシステムの調整手段を備える第３の部材と
   を具備し、
   前記第３の部材が、前記第３の部材を回転させ又は前記第３の部材に対して制動トルク及び／又はモータトルクを加えて第１の部材と第２の部材との間の角度関係を変えるための手段に対して接続され、
   当該カム位相装置が、前記第１、第２、第３の部材のうちの２つを選択的に結合するための選択的に作動可能な結合手段を更に備える、カム位相装置。
2. 前記結合手段が、磁気結合を備え、より好ましくは電磁結合を備える、請求項１に記載のカム位相装置。
3. 前記結合手段が、第１及び第２の回転可能に取り付けられた同軸部材と、三段部材ギアシステムの前記３つの部材のうちの１つに対して接続された第１の部材と、三段部材ギアシステムの前記３つの部材のうちの他の部材に対して接続された第２の部材とを備え、前記第１及び第２の部材が互いに離間され、前記第１及び第２の部材のうちの一方が少なくとも１つの磁気伝導領域を備え、前記第１及び第２の部材のうちの他方が、第１及び第２の部材を同時に回転させるように拘束するために磁束を選択的に形成する手段を組み込んでいる、請求項１又は２に記載のカム位相装置。
4. 磁束を選択的に形成する前記手段がソレノイドを備える、請求項３に記載のカム位相装置。
5. 前記結合手段の前記第１及び第２の部材がそれぞれ、互いの間に径方向隙間を有する同軸的に配置された内側及び外側ロータを備える、請求項４に記載のカム位相装置。
6. 前記結合手段の前記第１及び第２の部材が、軸方向に離間する対応する対向面部を有する軸方向に離間した部材を備える、請求項４に記載のカム位相装置。
7. 前記結合手段が、選択的に作動可能な機械的な結合を備えることができる、請求項１に記載のカム位相装置。

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