JP2008542599A - カム軸ユニット - Google Patents

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Abstract

本発明は、特に、少なくとも1つの調節可能なカム軸(12a〜12f、13a〜13f)と少なくとも1つのカム軸調節ユニット(14a〜14f、15a〜15f)とを有するカム軸ユニット(11a〜11f)用の摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)を有するカム軸ユニットに関する。本発明のユニットは、摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)が、カム軸(12a〜12f、13a〜13f)の摩擦トルクの変動をシミュレートするように構成されることを特徴とする。

Description

本発明は、特に、請求項1の前段に記載のカム軸ユニットに関する。
特許文献1は、カム軸とカム軸調節ユニットとを有するカム軸装置を開示している。カム軸調節ユニットは周転円運動歯車伝動装置と電動調節モータとを有する。この場合、周転円運動歯車伝動装置の第1の入力部は内燃機関のクランクシャフトに連結され、周転円運動歯車伝動装置の第2の入力部は調節モータに連結され、一方、カム軸は周転円運動歯車伝動装置の出力部に連結される。調節モータを作動させることによって、クランクシャフトに対するカム軸の位相位置を調節できる。
独国特許出願公開第10038354A1号明細書
本発明は、特に、カム軸装置のコスト及び組立費を低減することを目的とする。この目的は、独立請求項の特徴によってそれぞれ達成される。本発明の別の実施形態は、従属請求項によって理解することが可能である。
特に、少なくとも1つの調節可能なカム軸と少なくとも1つのカム軸調節ユニットとを有するカム軸装置用の摩擦トルク変動シミュレーションユニットを有するカム軸ユニットであって、当該摩擦トルク変動シミュレーションユニットが、カム軸の摩擦トルクの変動をシミュレートするために設けられるカム軸ユニットが提供される。この関連において、「摩擦トルク」とは、当接力、ガス力及び/又は他の補助ユニットによりカム軸に作用するすべての力を意味すると理解すべきである。「設けられる」とは、具体的には「装備される」、「設計される」及び/又は「プログラムされる」を特に意味すると理解すべきである。さらに、「摩擦トルクの変動のシミュレーション」とは、実際の摩擦トルクと反対方向に作用する実際の追加のトルクが、摩擦トルク変動シミュレーションユニットによって導入されることによる低減摩擦トルクのシミュレーション、及び/又は実際の摩擦トルク及び/又は所望の摩擦トルクの方向に作用する追加のトルクが導入されることによる増大摩擦トルクのシミュレーション、特に、純粋仮想摩擦トルクのシミュレーションを意味すると理解すべきである。
本発明による解決方法によって、大きな摩擦トルクがカム軸調節ユニットの調節入力部に作用することを防止することが可能であり、このことに関連して、特に、カム軸調節装置をより小さく寸法決めし、より費用効果的にまたより空間節約的に設計することが可能である。さらに、調節入力部に作用する過度に小さい摩擦トルクを増大させること又は存在しない摩擦トルクをシミュレートすることができ、調節入力部に作用するすべてのトルクは、カム軸の調節のために有利に利用することができ、具体的には、受動調節のために、すなわち、同軸のカム軸構造の内側カム軸に特に割り当てられる周転円運動歯車伝動装置内の制動トルクを導入及び/又は除去することによる調節のために特に有利に利用することができる。この場合、この関連において、「調節入力部」とは、調節アクチュエータの入力部を特に意味すると理解すべきであり、例えば、調節モータ、調節ブレーキユニット等を意味すると理解すべきである。摩擦トルク変動シミュレーションユニットによって、同軸のカム軸構造の内側カム軸の特に受動調節のために利用できるトルクを発生させることが可能である。
具体的には、特に、少なくとも2つのカム軸の少なくとも2つの調節入力部に作用するトルクが平均し、特に定常モードにおいて、少なくともほぼ等しくなるように、摩擦トルク変動シミュレーションユニットが設計された場合、摩擦力、ガス力及び/又は補助ユニットによって特に発生するカム軸の別々に作用するトルクを少なくとも大部分補償でき、特に、少なくともそれに応じて、カム軸に割り当てられるカム軸調節ユニットを寸法決めすることが可能であり、コスト及び設置空間を節約することが可能である。この場合、「定常モード」とは、調節作動が行われないモードを特に意味すると理解すべきである。さらに、「少なくともほぼ等しい」とは、調節入力部に作用する平均トルクが、20%未満、好ましくは10%未満、特に好ましくは5%未満の大きさだけ異なることを意味すると理解すべきである。
2つのトルク伝達手段にトルクを加えるために、摩擦トルク変動シミュレーションユニットが設けられることも提案される。構造的に簡単な、費用効果的な及び空間節約的な整列を実現することが可能であり、摩擦トルクをシミュレートするために、トルク伝達手段に作用する摩擦トルクを特に利用することが可能であり、この結果、追加のエネルギー供給を回避できる。「トルク伝達手段」とは、この場合、軸、歯車、プーリ、巻付け駆動装置等を特に意味すると理解すべきである。
摩擦トルク変動シミュレーションユニットは、例えば油圧式又は空気圧式のトルク伝達手段等のような、当業者に好都合であると思われる種々のトルク伝達手段を有することができる。しかし、摩擦トルク変動シミュレーションユニットは、特に、機械的バネ要素によって形成され、既存の構造に容易に一体化でき、相対運動を可能にするエネルギー蓄積装置として有利に利用できる少なくとも1つのトルク伝達手段を有することが有利である。
この場合、例えば、レバーアームによってトルク伝達手段に作用するコイル圧力バネ又はコイル引張りバネ等のような、当業者に好都合であると思われる種々の機械的バネ要素を使用することが可能である。しかし、機械的バネ要素は、特に、ねじりバネによって、例えば渦巻きバネ等によって、特に有利にはトーションバーによって形成されることが有利である。対応するバネ要素は、好ましくは、少なくともほぼ回転対称的な設計であり、及び/又は構造的に簡単に一体化することができる。さらに、特に空間節約的に、特に少なくとも部分的に軸内に、対応するバネ要素を一体化できる。
摩擦トルク変動シミュレーションユニットは、当業者に好都合であると思われる、異なる構成要素の間で、特に、異なるトルク伝達手段の間で作用できる。摩擦トルク変動シミュレーションユニットが、2つのカム軸の間で直接作用するように設けられた場合、具体的には、特に、摩擦トルク変動シミュレーションユニット内で生じた最大回転角度が、カム軸の間の最大回転角度に少なくとも実質的に一致することを達成することが可能であることによって、摩擦トルク変動シミュレーションユニット内で、比較的小さい最大回転角度を得ることが可能である。この場合、「直接」とは、直接連結されたトルク伝達手段に対して位相角が調節可能である別のトルク伝達手段が間挿されていない作用を特に意味すると理解すべきである。
摩擦トルク変動シミュレーションユニットが、2つの調節入力部の間で直接作用するように設けられた場合、特に間挿された周転円運動歯車伝動装置の変速比によって、摩擦トルク変動シミュレーションユニット内のトルクの低減を達成することが可能である。
さらに、本発明によるカム軸ユニットと、同軸に、好ましくは同心に配置された少なくとも2つのカム軸とを有するカム軸装置が提供される。空間節約構造を得ることが可能であり、内側カム軸と外側カム軸との間の摩擦トルクの差を少なくとも大部分有利に補償することが可能であり、及び/又は両方のカム軸における、さらに特に、軸受構造によって摩擦トルクを直接受けないカム軸、例えば特に内側カム軸における受動調節を有利に実現することが可能である。
カム軸装置が、カム軸の駆動手段と他のカム軸の少なくとも1つの他の駆動手段とを有し、1つの駆動手段が他の駆動手段を介して案内されている場合、設置空間をさらに節約することが可能であり、及び/又は設置空間形態に関して適応性を向上させることも可能である。
別の実施形態では、カム軸装置が、カム軸の任意の位相角を可能にする伝動ユニットを有する少なくとも1つのカム軸調節ユニットを有し、この結果、使用に関連して、特に高い適応性を得ることが可能であることが提案される。この場合、伝動ユニットは、周転円運動歯車伝動装置によって、例えば特に遊星歯車伝動装置によって形成されることが好ましいが、当業者に好都合であると思われる他のユニットも可能である。
カム軸装置が、少なくとも1つのブレーキユニットを有する少なくとも1つのカム軸調節ユニットを有している場合、すなわち、制動トルクを変化させることによって、カム軸の異なる位相角を設定できる場合、特に空間節約的でありかつエネルギーの観点から特に有利である装置を実現することが可能である。
本発明の別の実施形態では、カム軸装置が、1つのカム軸に割り当てられる1つの伝動ユニットと、別のカム軸に割り当てられる少なくとも1つの別の伝動ユニットとを有し、伝動ユニットが、共通の駆動装置によって駆動されるように、具体的には特に平行に設けられることが提案される。追加の駆動装置を回避でき、設置空間、構成要素、重量、組立費及びコストを低減できる。
以下の図面の説明によって、さらなる利点を理解できる。図面は、本発明の例示的な実施形態を示している。発明の詳細な説明及び特許請求の範囲は多数の特徴及びそれらの組み合わせを含む。当業者は、好都合なことに、複数の特徴を個別に考慮し、それらの特徴を組み合わせて、別の有効な組み合わせを形成するであろう。
図1は、同軸及び同心に配置された2つのカム軸12a、13aと、カム軸12a、13aの位相角を互いに、特に駆動装置28aのクランクシャフト(より詳細には図示せず)に対して調節できる2つのカム軸調節ユニット14a、15aとを有する自動車の内燃機関のカム軸装置11aの概略図である。さらに、カム軸装置11aは、カム軸12a、13aの摩擦トルクの変動をシミュレートするために設けられる摩擦トルク変動シミュレーションユニット10aを有するカム軸ユニットを有する。
作動時、クランクシャフトは、二重調節伝動装置37aの、第1の部分的遊星歯車セットによって形成される第1の伝動ユニット24a及び第2の部分的遊星歯車セットによって形成される第2の伝動ユニット25aに対して並列に、駆動チェーン36aまたはスプロケット29aを介して作用する。第1の伝動ユニット24aは、第1のカム軸調節ユニット14aの一部であり、第1のカム軸12aに割り当てられ、第2の伝動ユニット25aは、第2のカム軸調節ユニット15aの一部であり、第2のカム軸13aに割り当てられる。
スプロケット29aには、伝動ユニット24a、25aの共通の遊星キャリア20aが回転するように固定連結され、この共通の遊星キャリア20aには、第1の伝動ユニット24aの遊星歯車30aと第2の伝動ユニット25aの遊星歯車31aとが回転可能に取付けられる。遊星歯車30aは第1の伝動ユニット24aのリングギヤ34aと噛み合い、このリングギヤ34aは第1の内側カム軸12aに回転するように固定連結される。遊星歯車31aは第2の伝動ユニット25aのリングギヤ35aと噛み合い、このリングギヤ35aは第2の外側カム軸13aに回転するように固定連結される。
第1のカム軸調節ユニット14aは、第1の伝動ユニット24aのサンギヤ32aに連結される第1のブレーキユニット26aを有し、第2のカム軸調節ユニット15aは、第2の伝動ユニット25aのサンギヤ33aに連結される第2のブレーキユニット27aを有する。第1のブレーキユニット26aの制動トルクを変化させることによって、第1のカム軸12aの任意の位相角を設定することが基本的に可能であり、第2のブレーキユニット27aの制動トルクを変化させることによって、第2のカム軸13aの任意の位相角を設定することが基本的に可能である。ブレーキユニット26a、27aの代わりに、例えば電動機等のような他のアクチュエータでも基本的に可能である。
摩擦トルク変動シミュレーションユニット10aは、2つのカム軸12a、13aにトルクを直接加えるように設けられる。このために、摩擦トルク変動シミュレーションユニット10aは、機械的バネ要素21aによって形成されるトルク伝達手段を有する。バネ要素21aは、ねじりバネ、具体的には、第1の端部で第1のカム軸12aに直接連結されかつ第2の端部で第2のカム軸13aに直接連結される渦巻きバネによって形成される。
カム軸12a、13aの2つの調節入力部16a、17aで又はブレーキユニット26a、27aの2つの出力軸18a、19aで作動時に作用するトルクが、平均するか、又は定常モードにおいて、ほぼ等しく、すなわち、最大約5%の大きさだけ異なるように、摩擦トルク変動シミュレーションユニット10aが設計される。出力軸18aは、第1の伝動ユニット24aのサンギヤ32aに回転するように直接固定連結され、出力軸19aは、第2の伝動ユニット25aのサンギヤ33aに回転するように直接固定連結される。
したがって、摩擦トルク変動シミュレーションユニット10aは、作動時、定常モードにおいては外側カム軸13a内の軸受構造により実質的に作用しない内側カム軸12aの摩擦トルクをシミュレートし、外側カム軸13aの低減摩擦トルクをシミュレートする。
定常モードにおいて、ブレーキユニット26a、27aによって導入された制動トルクは、スプロケット29aに加えられる駆動装置28aの駆動トルクにほぼ一致する。ブレーキユニット26aの及び/又はブレーキユニット27aの制動トルクが増大された場合、より早い方向における位相調節が行われ、ブレーキユニット26aの及び/又はブレーキユニット27aの制動トルクが低減された場合、内側カム軸12aのシミュレートされた摩擦トルクを利用することによって及び/又は外側カム軸13aのシミュレートされた低減摩擦トルクを利用することによって、より遅い方向における位相調節が行われる。
2つのトルク伝達手段でトルクを加える代わりに、図1に示されているように、カム軸装置11aのトルク伝達手段の1つのみに、例えば、1つのカム軸又は1つの調節入力部16aのみに作用する摩擦トルク変動シミュレーションユニット10a’を設けることも可能である。この場合、油圧装置によって及び/又は電磁ユニットによって、例えば渦電流ユニット等によって、摩擦トルクをシミュレートするトルクを実現できる。
図2〜図6は、代替カム軸装置11b〜11fを示している。実質的に同一の構成要素は、基本的に、同一の参照番号で示されており、文字a〜fは、例示的な実施形態を区別するために参照番号に加えられている。さらに、同一の特徴及び機能については、図1の例示的な実施形態に関する説明を参照されたい。以下の説明は、実質的に、図1の例示的な実施形態との相違点に限っている。
図1のカム軸装置11aとは対照的に、図2のカム軸装置11bは、2つのカム軸12b、13bの2つの調節入力部16b、17bの間で直接作用するように又は2つのブレーキユニット26b、27bの2つの出力軸18b、19bにトルクを加えるように設けられる摩擦トルク変動シミュレーションユニット10bを有する。この場合、ブレーキユニット26bは第1のカム軸調節ユニット14bの構成部品であり、ブレーキユニット27bは第2のカム軸調節ユニット15bの構成部品である。このために、摩擦トルク変動シミュレーションユニット10bは、機械的バネ要素21bによって形成されるトルク伝達手段を有する。第1の端部で出力軸18bに直接連結されかつ第2の端部で出力軸19bに直接連結されるねじりバネによって、具体的には渦巻きバネによって、バネ要素21bが形成される。出力軸18bは、第1のカム軸調節ユニット14bの第1の伝動ユニット24bのサンギヤ32bに直接連結され、出力軸19bは、第2のカム軸調節ユニット15bの第2の伝動ユニット25bのサンギヤ33bに直接連結される。
図1のカム軸装置11aとは対照的に、図3のカム軸装置11cは、外側カム軸13c及び内側カム軸12cの調節入力部16cの間で直接作用するように又はカム軸12cとブレーキユニット26cの出力軸18cとにトルクを加えるように設けられる摩擦トルク変動シミュレーションユニット10cを有し、ブレーキユニット26cは、カム軸調節ユニット14cの構成部品であり、このカム軸調節ユニットによって、外側カム軸13cの位相角を調節できる。
このために、摩擦トルク変動シミュレーションユニット10cは、機械的バネ要素21cによって形成されるトルク伝達手段を有する。第1の端部で出力軸18cに又はカム軸調節ユニット14cの第1の伝動ユニット24cのサンギヤ32cに直接連結されかつ第2の端部でカム軸12cに直接連結されるねじりバネによって、具体的には渦巻きバネによって、バネ要素21cが形成される。内側カム軸12cを駆動するための第2の伝動ユニット25cの駆動手段、具体的にはリングギヤ35cは、第1の伝動ユニット24cの駆動手段を介して、具体的にはリングギヤ34cを介して案内される。このために、リングギヤ35cは、互いに対して、具体的には約50°の2つのカム軸12c、13cの最大回転角度に適合される凹部を有する。
あるいは、図3に示されているように、バネ要素21cをスプロケット29cに又は遊星キャリア20cに、そして例えばカム軸12cのような別のトルク伝達手段に連結することも可能である。
図4のカム軸装置11dは、図2のカム軸装置11bと同様に、2つのカム軸12d、13dの2つの調節入力部16d、17dの間で直接作用するように又は2つのブレーキユニット26d、27dの2つの出力軸18d、19dにトルクを加えるように設けられる摩擦トルク変動シミュレーションユニット10dを有する。しかし、カム軸装置11bとは対照的に、カム軸装置11dでは、カム軸12d、13dが互いに平行に隣接して配置される。この場合、カム軸12d、13dは、平歯車段38d、39dによってそれぞれ駆動される。
図5のカム軸装置11eは、カム軸13eの1つのみが、平歯車段39eによって駆動され、一方、他のカム軸12eが伝動ユニット24eのリングギヤ34eに直接連結されるという点において、カム軸装置11dとは異なる。
図1のカム軸装置11aとは対照的に、図6のカム軸装置11fは、渦巻きバネによって形成されるバネ要素21aの代わりに、トーションバーによって形成されるバネ要素21fを有する摩擦トルク変動シミュレーションユニット10fを有する。バネ要素21fは、駆動入力側の反対側において、中空軸として具体化される内側カム軸12fに挿入され、第1の内端40fで内側カム軸12fに回転するように固定連結される。バネ要素21fは、その第2の端部41fが内側カム軸12fから突出し、一体成形フランジ42fによって外側カム軸13fに回転するように固定連結される。バネ要素21fの第1の端部40fを除いて、バネ要素21fは、内側カム軸12fに回転可能であるように取付けられる。摩擦トルクが外側カム軸13fに加わった場合、バネ要素21fは、ねじりモーメントによって回転され、摩擦トルクをシミュレートするトルクを内側カム軸12fに伝達する。
内側カム軸12fは、外側カム軸13fに回転可能に取付けられかつ外側カム軸13fの凹部によって内側カム軸12fに回転するように固定連結されるカム23fを有する。外側カム軸13fは、それに回転するように固定して取付けられるカム22fを有する。
カム軸の間で直接作用する摩擦トルク変動シミュレーションユニットを有する第1のカム軸装置の概略図である。 調節入力部の間で直接作用する摩擦トルク変動シミュレーションユニットを有する別のカム軸装置の概略図である。 調節入力部とカム軸との間で直接作用する摩擦トルク変動シミュレーションユニットを有する別のカム軸装置の概略図である。 互いに隣接して配置されかつ平歯車段によって駆動できるカム軸と、調節入力部の間で直接作用する摩擦トルク変動シミュレーションユニットとを有するカム軸装置の概略図である。 リングギヤに直接連結されるカム軸を有する、図4の代替のカム軸調節装置を示す図である。 カム軸の間で直接作用し、かつトーションバーによって形成されるバネ要素を有する摩擦トルク変動シミュレーションユニットを有するカム軸装置の概略図である。
符号の説明
10 摩擦トルク変動シミュレーションユニット
11 カム軸装置
12 カム軸
13 カム軸
14 カム軸調節ユニット
15 カム軸調節ユニット
16 調節入力部
17 調節入力部
18 出力軸
19 出力軸
20 遊星キャリア
21 バネ要素
22 カム
23 カム
24 伝動ユニット
25 伝動ユニット
26 ブレーキユニット
27 ブレーキユニット
28 駆動装置
29 スプロケット
30 遊星歯車
31 遊星歯車
32 サンギヤ
33 サンギヤ
34 リングギヤ
35 リングギヤ
36 駆動チェーン
37 二重調節伝動装置
38 平歯車段
39 平歯車段
40 端部
41 端部
42 フランジ

Claims (15)

  1. 少なくとも1つの調節可能なカム軸(12a〜12f、13a〜13f)と少なくとも1つのカム軸調節ユニット(14a〜14f、15a〜15f)とを有するカム軸装置(11a〜11f)用の摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)を有するカム軸ユニットであって、前記摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)が、前記カム軸(12a〜12f、13a〜13f)の摩擦トルクの変動をシミュレートするために設けられるカム軸ユニット。
  2. 前記摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)が、カム軸(12a〜12f)の摩擦トルクをシミュレートするために設けられることを特徴とする請求項1に記載のカム軸ユニット。
  3. 少なくとも2つのカム軸(12a〜12f、13a〜13f)の少なくとも2つの調節入力部(16a〜16f、17a〜17f)に作用するトルクが、平均して少なくともほぼ等しくなるように、前記摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)が設計されることを特徴とする請求項1あるいは2に記載のカム軸ユニット。
  4. 前記摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)が、2つのトルク伝達手段にトルクを加えるように設けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のカム軸ユニット。
  5. 前記摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a〜10f)が、機械的バネ要素(21a〜21f)によって形成される少なくとも1つのトルク伝達手段を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のカム軸ユニット。
  6. 前記機械的バネ要素(21a〜21f)が、ねじりバネによって形成されることを特徴とする請求項5に記載のカム軸ユニット。
  7. 前記機械的バネ要素(21f)が、トーションバーによって形成されることを特徴とする請求項6に記載のカム軸ユニット。
  8. 前記摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10a;10f)が、2つのカム軸(12a、13a;12f、13f)の間で直接作用するように設けられることを特徴とする請求項4に記載のカム軸ユニット。
  9. 前記摩擦トルク変動シミュレーションユニット(10b;10d;10e)が、2つの調節入力部(16b、17b;16d、17d;16e、17e)の間で直接作用するように設けられることを特徴とする請求項4に記載のカム軸ユニット。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載のカム軸ユニットを有するカム軸装置(11a〜11f)。
  11. 同軸に配置された少なくとも2つのカム軸(12a、13a;12b、13b;12c、13c;12f、13f)を特徴とする請求項10に記載のカム軸装置(11a;11b;11c;11f)。
  12. カム軸(12c)の駆動手段、及び少なくとも1つの他のカム軸(13c)の駆動手段を有し、前記1つの駆動手段が前記他の駆動手段を介して案内されることを特徴とする請求項10あるいは11に記載のカム軸装置(11c)。
  13. 任意の位相角を可能にする伝動ユニット(24a〜24f、24a〜25f)を有する少なくとも1つのカム軸調節ユニット(14a〜14f、15a〜15f)を特徴とする請求項9〜12のいずれか一項に記載のカム軸装置(11a〜11f)。
  14. 少なくとも1つのブレーキユニット(26a〜26f、27a〜27f)を有する少なくとも1つのカム軸調節ユニット(14a〜14f、15a〜15f)を有し、制動トルクを変化させることによって、異なる位相角を設定できることを特徴とする請求項10〜13のいずれか一項に記載のカム軸装置(11a〜11f)。
  15. 1つのカム軸(12a〜12f)に割り当てられる1つの伝動ユニット(24a〜24f)、及び別のカム軸(13a〜13f)に割り当てられる少なくとも1つの別の伝動ユニット(25a〜25f)を有し、前記伝動ユニット(24a〜24f、25a〜25f)が、共通の駆動装置(28a〜28f)によって駆動されるように設けられることを特徴とする請求項10〜14のいずれか一項に記載のカム軸装置(11a〜11f)。
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