JP2015519506A

JP2015519506A - カム軸調整器

Info

Publication number: JP2015519506A
Application number: JP2015509342A
Authority: JP
Inventors: フェリクスキュフナー，; ミヒャエルシェーバー，
Original assignee: マグナパワートレインアーゲーウントコカーゲー
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: JP5911999B2; WO2013164129A1; DE102012207318B4; US20150152751A1; CN104271901B; US9334762B2; DE102012207318A1; CN104271901A

Abstract

内燃機関用のカム軸調整器が説明されており、カム軸調整器は、三軸歯車装置として設計された調整歯車装置から成り、調整歯車装置は内燃機関により駆動される駆動輪（１）を備え、駆動輪を介してカム軸向けの駆動トルクが導入され、回転に対して固定したかたちでカム軸に連結している歯車装置出力（５）と、駆動モータに連結されている歯車装置入力輪（３）から成り、歯車装置入力輪を介して駆動輪（１）と歯車装置出力（５）の間の相対回転をもたらす調整トルクが調整歯車装置へと導入され、前記調整歯車装置のブロッキングをもたらし、前記歯車装置入力輪（３）を介して導入される調整トルクがない場合には、前記駆動輪（１）と前記歯車装置出力（５）の間に配置された歯車装置要素（２）に作用する、フェイルセーフ機構（１１）が提供されている、カム軸調整器。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用のカム軸調整器であって、三軸歯車装置として設計された調整歯車装置から成り、調整歯車装置は内燃機関により駆動される駆動輪を備え、駆動輪を介してカム軸向けの駆動トルクが導入され、回転に対して固定したかたちでカム軸に連結された歯車装置出力と、駆動モータに連結されている歯車装置入力輪から成り、歯車装置入力輪を介して調整トルクが駆動輪と歯車装置出力の間の相対回転をもたらす、カム軸調整器に関する。

技術的現状
内燃機関の電動カム軸調整器は、ＤＥ１０２００５０１８９５６Ａ１又はＤＥ１０２４８３５５Ａ１により既知である。カム軸は、クランク軸による準回転運動において駆動され、その目的のために、カム軸のカム軸駆動輪はクランク軸に連結されている。カム軸とカム軸駆動輪の間の調整歯車装置により、カム軸駆動輪とカム軸の位相位置を調整することが可能になる。調整歯車装置は、例えば複式遊星歯車装置又は波動歯車装置として設計されうる。

ＤＥ１０３５２２５５Ａ１は、三軸歯車装置として設計された調整駆動装置を備えたカム軸調整器を示している。電動モータは、調整歯車装置の調整軸から離れた空間に配設される。調整トルクはたわみ軸を用いて伝達される。

起動電子機器及び／又は電動モータの不具合の際には、カム軸調整器は、カム軸をニュートラル位置或いは緊急走行位置にしなければならず、この様態で規定されるカム軸駆動輪とカム軸の間のこの相対回転は、内燃機関の運転を継続するために、若しくは内燃機関が停止した後に再び運転されうるように、維持されなくてはならない。

ＥＰ１５０４１７２Ｂ１ではカム軸調整器が説明されており、その中では、サーボモータの不具合の際には、カム軸調整器は制動作用を発現させ（すなわちカム軸駆動輪に対する回転速度を落とし）、ゆえにそれにより、端位置、フェイルセーフ位置、が想定されることになる。従って、カム軸の最進角位置又は最遅角位置が想定される。カム軸がいかにしてこの位置に保持されるかは、説明されていない。また、サーボモータが、不具合の際に、或いは起動電子機器の不具合の際に、無意義な制動トルクしか生成できない場合の、いかなる措置も示されていない。これらの場合には、時にはフェイルセーフ位置が実現しないことがあり、或いは、カム軸がフェイルセーフ位置に留まるという、又は抑制なくこの位置から動くという保証はない。

ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０５０８６１は、カム軸調整器を対応する端位置（カム軸の最進角位置又は最遅角位置）に押し戻す付勢ばねを備えたカム軸調整器を示している。このばねは調整の範囲全体にわたって有効であるが、このことは、エネルギー消費の点では利点にならない。不具合の際に、電動調整モータが（例えば巻線の短絡により）相応に強力な制動トルクを生成する場合、この種の戻しばねを用いては、所望の限界停止点には到達しえない。

ＤＥ１０３３２２６４Ａ１では、変位可能な機械的限界停止点を有するカム軸調整器のフェイルセーフシステムが説明されている。これらの限界停止点には、限界停止点がフェイルセーフ位置の方向に調整の範囲を相応に減少させる、すなわち、カム軸調整器の最遅角位置又は最進角位置が減じるような様態で、ばねを用いて、それぞれの場合において一つの方向に予荷重が導入される。不具合のない通常運転において、これらの変位可能な停止は、カム軸調整器の調整の範囲全体が利用されうるように、機械的装置を用いてブロッキングされる。

本発明の目的は、既知の解決策と比較して改良版である、具体的には構造の点で単純に実装されるフェイルセーフシステムを備えた、カム軸調整器を提案することである。

単純な様態に構成され、すなわち、可能な限り追加のアクチュエータを要しない、フェイルセーフ機構が示される。更に、この解決策は、カム軸調整器の通常運転、又はカム軸調整器の通常運転の案に、可能な限り影響を及ぼさないべきである。フェイルセーフモードは、既に再度可能になっている調整モータの制御によってのみ、停止、すなわち通常運転への復帰が可能となるべきである。最後に、この機構は構築空間をほとんど要しないか、或いは、既に存在する構築空間を利用するべきである。

この目的は、請求項１の特性を特徴づけることによって実現する。発展形は従属請求項から得られる。

本発明は、内燃機関用のカム軸調整器を示し、カム軸調整器は、三軸歯車装置として設計された調整歯車装置から成り、調整歯車装置は内燃機関により駆動される駆動輪を備え、駆動輪を介してカム軸向けの駆動トルクが導入され、回転に対して固定したかたちでカム軸に連結した歯車装置出力と、駆動モータに連結されている歯車装置入力輪から成り、歯車装置入力輪を介して駆動輪と歯車装置出力の間の相対回転をもたらす調整トルクが調整歯車装置へと導入され、調整歯車装置のブロッキングをもたらし、かつ、歯車装置入力輪を介して導入される調整トルクが存在しない場合には、駆動輪と歯車装置出力の間に配置された歯車装置要素に作用する、フェイルセーフ機構が提供されている。

ゆえに、本発明によるカム軸調整のために、調整歯車装置はその中にブロッキング装置又は抑制装置を用意しており、ブロッキング装置又は抑制装置は、カム軸調整器の特定の位相位置、すなわち、カム軸のその駆動輪に対する位相位置が実現すると、更なる調整に反して、この位置にある調整歯車装置をブロッキングし、または抑制する。

本発明によるこのブロッキング装置又は抑制装置は、カム軸の駆動輪と歯車装置出力の間、すなわち、カム軸に対して固定されている調整歯車装置の当該部分で、ブロッキングを行う様態で作用する。本発明により、ブロッキング装置又は抑制装置は、駆動輪と歯車装置出力の間にある歯車装置部分に作用する。この場合の更なる歯車装置部分は、歯車装置の増強された要素、例えば歯車装置入力軸、歯車装置入力輪又は遊星輪であることが好ましい。従って、かかるブロッキング装置又は抑制装置に必要な力は、著しく低減される。具体的にはそれによって、かかる装置をプラスチックで生産することが可能になる。

ブロッキング装置又は抑制装置は、起動されると、一定の始動トルクが実現するまで、回転の開放に反して調整歯車装置をブロッキングする。装置の始動トルクは、カム軸よりも優勢な交番トルク、調整モータ上の摩擦モーメント、及び、回転スピードが変化した場合に作用を及ぼす調整モータの慣性モーメントにもかかわらず、調整歯車装置がフェイルセーフ位置から離れないように策定される。
本発明の抑制装置は、具体的には、本質的に追加のトルクなしで起動されうるような様態に設計される。調整歯車装置が起動され、かつ、カム軸の調整の角度が抑制装置が軌道される対応する位置に到達すると、この区域において、抑制装置を起動するために追加のトルクが求められることはほぼない。この位置が再び空くと、この目的のためには特定の最小始動トルクのみが必要となる。これは、調整モータによって方向付けられた方向に印加されうる。

更に、ブロッキング装置は、調整モータがそれ自体の力によってブロッキング装置をロック解除することはできないような様態に設計されうる。次いでロック解除は、例えば整備工場において手動で、行われる必要がある。

また、必要な始動トルクは、方向に応じて大きさが異なる。

同様に、発展形として、必要な始動トルクが回転スピードに応じて策定されることも可能である。ゆえに機構が、カム軸回転スピードの結果として発生する、回転スピードに応じた遠心力に暴露されることが可能である。従ってこの装置は、カム軸回転スピードが増大すると共に、必要な始動トルクが増大し、又は減少するように設計されうる。

ブロッキング装置又は抑制装置は、磁石の補助を受けて起動されうる。この場合、永久磁石が、カム軸駆動輪に、又は調整歯車装置のカム軸が固定された部分に取り付けられることがある。調整歯車装置の特定の位置では、永久磁石の更なる歯車装置部分からの距離は最小になり、或いは、永久磁石は更なる歯車装置部分に接触する。調整歯車装置のこの特定の角度位置が再び空くと、永久磁石と対応する歯車装置部分の間の距離が再び増大しうるように、特定の始動トルクが求められる。調整歯車装置の他のあらゆる角度位置において、永久磁石の対応する歯車装置部分からの距離は、磁力がごくわずかであり、かつ、追加的に必要な調整トルクは求められないようなものとなる。追加のアクチュエータは、ブロッキング装置を再びロック解除しうる。

カム軸調整器の平面図である。カム軸調整器の側面図である。カム軸調整器の平面図である。カム軸調整器の平面図である。フェイルセーフ機構の拡大図である。フェイルセーフ機構の拡大図である。フェイルセーフ機構の拡大図である。フェイルセーフ機構の拡大図である。フェイルセーフ機構の拡大図である。フェイルセーフ機構の拡大図である。

更に、本発明の例示的な実施形態は、図面を用いて説明されている。

図１は、図示されていない内燃機関によって駆動される駆動輪１から成る、それ自体は既知のカム軸調整器の平面図を示す。図示されている例示的な実施形態では、駆動輪１はチェーン車として設計され、かつ、クランク軸からのチェーンを介して準回転運動において駆動される。駆動輪１は、対応する歯付ベルトと協働する歯付プーリとしても設計されうる。駆動輪１の回転方向、従ってカム軸の回転方向は、矢印によって特定されている。

駆動輪１は、主要歯車装置によって、３つの歯車２を介して駆動される、図示されていない内部歯部に連結されており、３つの歯車２は、中央に配置された歯車装置入力輪３の周囲の遊星輪の様態で配設され、かつ歯車装置入力輪３と係合している。歯車装置入力輪３の周囲の遊星輪の様態で配設された歯車２は、キャリアプレート４のほぞに、軸方向に固定された様態で装着され、キャリアプレート４は、回転に対して固定したかたちで歯車装置出力５、すなわちカム軸又はカム軸に対する中間部材に接続されている（中央ねじ６）。図１ａ）は、中央ねじ６を備えた調整歯車装置の側面図を示しており、中央ねじ６は、歯車装置出力５を、カム軸（図示せず）に、歯車装置出力５に対して回転可能な駆動輪１に、歯車装置入力輪３に、及び、歯車装置入力輪３の周囲に配設された歯車２に、回転可能に固定された状態で接続するためのものである。駆動輪１に対する歯車装置出力５（カム軸）の調整は、図示されていない調整モータ（電動モータ）から中央歯車装置入力輪３へのトルクの導入によって行われる。

図１は、カム軸の歯車装置出力５及び駆動輪１の、互いに対する最大回転可能性、すなわち結局はカム軸の最進角位置及び最遅角位置を規定する、様々な段階７，８，９，１０を示している。駆動側限界停止点７は、駆動輪１に対する歯車装置出力５の、カム軸の最後方設定、すなわち、前記限界停止点がカム軸側限界停止点８と協働する、カム軸の遅角位置を限定する。位相角度φは、駆動輪１と歯車装置出力、カム軸の間の相対角度に対応する。

カム軸側に定められた限界停止点９は、駆動側の限界停止点１０と協働し、ゆえに、最前方設定、すなわちカム軸の進角位置を規定する。

最後に図１は、下記に説明する様態で歯車２のうちの１つと協働するブロッキング装置の形態における、本発明によるフェイルセーフ機構１１を示す。フェイルセーフ機構１１のブロッキング装置は、締付ねじを用いて駆動輪１に取り付けられ、ゆえに、回転に対して固定したかたちで駆動輪１に接続される。図示されている例示的な実施形態では、フェイルセーフ機構１１は、図に示した３つの歯車２の上部に配されている。

図２は、最遅角位置の方向への、歯車装置出力５、すなわちカム軸に対する駆動輪１の相対回転を示す。この回転は、中央歯車装置入力輪３を介しての、対応するトルクの導入によってもたらされ、その結果として、歯車２が図示されている方向矢印の方向に回転し、かつ、駆動輪１の内部歯部を介して相対回転を生成している。カム軸の最遅角位置に近いこの位置において、各図の上部に図示されている歯車２は、フェイルセーフ機構１１に接近している。それに関連する駆動輪１と歯車装置出力５の間の位相角度φは、図１の位相角度に比較して減少している。

駆動輪１に対する歯車装置出力５の更なる回転の際には、歯車２の先端部分が、フェイルセーフ機構１１の、枢動可能に装着された係止爪１２に接触する。係止爪１２は、矢印の方向に回転し、かつ最遅角位置の方向へのカム軸の調整をもたらす歯車２によって、遊動方向に押圧されるように、成形され、枢着される。すなわち、係止爪は、この回転方向への歯車２の回転を妨げない。カム軸はゆえに、最遅角位置へと移動しうる。係止爪１２を備えたフェイルセーフ機構１１は、正確にこの位置に配される。

図３及びフェイルセーフ機構１１の拡大図である図４〜６は、圧縮ばね１３の力によってブロッキング方向（ここでは時計回り方向）に張力がかけられている、枢動可能に装着された係止爪１２が、いかにして、矢印の方向に回転する歯車２の歯部に進路を譲る、すなわち回転を妨げないかを示す。

図４〜９は、係止爪１２は、（ピボット軸受１４に平行な）更なるピボット軸１５の周辺に装着され、かつ、更なる圧縮ばね１７によって反時計回りに予荷重が導入されている軸受部１６内に、係止爪１２のピボット軸受１４を有することを示す。圧縮ばね１７はこの場合、軸受部１６のためのピボット軸受１５を有し、従って、説明されているフェイルセーフ機構１１の部品を保持する基部１８に支持される。

図４〜６は、係止爪１２がいかにして、矢印の方向に回転する歯車２によって反時計回りに回動されるかを示す。この回転方向によって、最遅角位置が想定される。図７は、最遅角位置が実現していることを示す。係止爪１２は次いで、圧縮ばね１３の力によって歯車２をブロッキングする

しかし、逆回転に反する歯車２のブロッキングは、一定のトルクまでしか作用しない。圧縮ばね１３、１７の特性曲線と併せてピボット軸受１４、１５を活用することにより、係止爪１２は、特定のトルクまでは、反対方向の歯車２の回転を、ブロッキングする様態で相殺しうる。特定のトルクを超えると、係止爪１２は、軸受部１６を、圧縮ばね１７に反して時計回りに回動させ、ゆえに歯車２は再び自由になる。図８及び９には、方向矢印によって、次いで最遅角位置を空けるようにする歯車２の回転が示されている。

係止爪１２により定まる最遅角位置を再び空けるために発現するトルクは、駆動モータ（電動モータ）が無謬で駆動されている時、すなわち、中央歯車装置入力輪３を介して駆動モータが歯車２の逆回転をもたらす時にのみ最遅角位置が空になりうるように、説明されているフェイルセーフ機構１１の要素を適切に寸法決定することによって選択される。歯車装置が大幅に減速すること、及び、モータの駆動トルクが欠如することから、運転中に作用を及ぼすカム軸上の交番トルクは十分ではない。

１駆動輪、チェーン車、駆動側
２歯車、遊星輪
３歯車装置入力輪
４キャリアプレート
５歯車装置出力、出力側
６中央ねじ、接続カム軸
７限界停止点
８限界停止点
９限界停止点
１０限界停止点
１１ブロッキング装置、フェイルセーフ機構
１２係止爪
１３圧縮ばね（係止爪）
１４ピボット軸受（係止爪１２）
１５ピボット軸受（軸受部１６）
１６軸受部
１７圧縮ばね（軸受部１６）
１８基部（フェイルセーフ機構）

Claims

内燃機関用のカム軸調整器であって、三軸歯車装置として設計された調整歯車装置から成り、前記内燃機関により駆動される駆動輪（１）を備え、前記駆動輪を介して前記カム軸向けの駆動トルクが導入され、回転に対して固定したかたちで前記カム軸に連結している歯車装置出力（５）と、駆動モータに連結されている歯車装置入力輪（３）から成り、前記歯車装置入力輪を介して前記駆動輪（１）と前記歯車装置出力（５）の間の相対回転をもたらす調整トルクが前記調整歯車装置へと導入され、前記調整歯車装置のブロッキングをもたらし、かつ、前記歯車装置入力輪（３）を介して導入される調整トルクがない場合には、前記駆動輪（１）と前記歯車装置出力（５）の間に配置された歯車装置要素（２）に作用する、フェイルセーフ機構（１１）が提供されている、カム軸調整器。
前記調整歯車装置のブロッキングをもたらす前記フェイルセーフ機構（１１）は、前記調整歯車装置を、前記カム軸の最進角位置又は最遅角位置に対応する端位置のうちの１つに保持する、請求項１に記載のカム軸調整器。
前記調整歯車装置のブロッキングをもたらす前記フェイルセーフ機構（１１）は、アクチュエータを配し、前記アクチュエータを用いて前記ブロッキングが取り消されうる、請求項１に記載のカム軸調整器。
前記調整歯車装置のブロッキングをもたらす前記フェイルセーフ機構（１１）は、前記歯車装置入力輪（３）によって印加される最小調整トルクの印加を通じて解除可能である、請求項１に記載のカム軸調整器。
前記調整歯車装置のブロッキングをもたらす前記フェイルセーフ機構（１１）は、ばね（１３）によって予荷重が導入された係止爪（１２）であって、前記駆動輪（１）と前記歯車装置出力（５）の間に挿入された歯車（２）と協働する係止爪（１２）として設計される、請求項１に記載のカム軸調整器。
ばね（１３）によって予荷重が導入された前記係止爪（１２）は、回転に対して固定したかたちで前記駆動輪（１）、又は前記歯車装置出力（５）に連結された基部（１８）に取り付けられる、請求項５に記載のカム軸調整器。
ばね（１３）によって予荷重が導入された前記係止爪（１２）は、更なるばね（１７）によって張力がかけられている軸受部（１６）に取り付けられ、かつ、前記基部（１８）に対して枢動可能に装着される、請求項４又は５に記載のカム軸調整器。