JP2015537158A

JP2015537158A - スプリットリングギヤ遊星カム位相器

Info

Publication number: JP2015537158A
Application number: JP2015546500A
Authority: JP
Inventors: ダン・ジェイ・ショーウォルター
Original assignee: ボーグワーナーインコーポレーテッド
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-12-24
Also published as: CN104822909A; DE112013005415T5; WO2014092963A1; US20150315939A1

Abstract

エンジンクランクシャフトに対する内燃機関のカムシャフト（２４）の回転関係を動的に調整するためのカム位相器（１０）は、無端状ループ動力伝動部材を通してエンジンクランクシャフトによって駆動されるべき駆動側リングギヤ（１８ａ）を含むスプリットリングギヤ（１８）と、カムシャフト（２４）と共に回転するために接続可能な出力側リングギヤ（１８ｂ）とを有する遊星歯車装置（１２）を含むことができる。太陽歯車（１４）は、スプリットリングギヤ（１８）と同心に配置することができ、いくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は、太陽歯車（１４）とスプリットリングギヤ（１８）との間で噛合係合することができる。出力側リングギヤ（１８ｂ）は、遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の各々の係合位置において歯整列を行うために、遊星歯車の数の倍数に対応する値だけ駆動側リングギヤ（１８ａ）と比較して（より多いか又は少ない）異なる歯数を有することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料効率を改良するために、エンジンクランクシャフトに対するカムシャフトの位相角又は回転関係を動的に調整するための遊星歯車アセンブリに関する。

エンジンのカムシャフトのこの位相調整を達成するために、現在、多くの異なる装置が製造されている。例えば、米国特許出願公開第２０１０／００６４９９７号明細書、米国特許出願公開第２００４／０２０６３２２号明細書、米国特許第７，５０６，６２３号明細書、米国特許第７，０４７，９２３号明細書、米国特許第６，９７１，３５２号明細書、米国特許第６，１３８，６２２号明細書、米国特許第６，１２９，０６１号明細書、米国特許第５，６８０，８３６号明細書、米国特許第５，３６１，７３６号明細書、米国特許第５，３２７，８５９号明細書、米国特許第４，８５０，４２７号明細書、及び独国特許第４１１０１９５号明細書を参照。これらの装置の各々は、意図された機能を実行するために適切であるように思われるが、これらの装置の全体的なコストが高く及び／又は摩擦損失が大きいことが確認されている。摩擦損失がより小さいカム位相器をより低い全体コストで提供することが望ましいであろう。

エンジンクランクシャフトに対する内燃機関のカムシャフトの回転関係を動的に調整するためのカム位相器が開示される。カム位相器は、スプロケット及び無端状ループ動力伝動部材を通してエンジンクランクシャフトによって駆動される駆動側リングギヤと、いくつかの遊星歯車と、中央に配置された太陽歯車とを有する遊星歯車装置を含むことができる。さらに、カム位相器は、太陽歯車と同心でありかつカムシャフトに接続された出力側リングギヤを含む。出力側リングギヤは、遊星歯車の各々の係合位置において歯整列を行うために、遊星歯車の数の倍数に対応する値だけ駆動側リングギヤと比較して（より多いか又は少ない）異なる歯数を有することができる。

駆動側リングギヤは、出力側リングギヤによって半径方向に案内することができる。電気モータは、遊星歯車に対して太陽歯車を駆動するために太陽歯車に接続することができる。電気モータは、一定の位相位置を維持するために駆動側リングギヤと等しい速度で回転することができ、等しい値からの電気モータ速度の差により、カム位相の変更機能が行われるようにすることができる。駆動側リングギヤ、出力側リングギヤ、いくつかの遊星歯車、及び太陽歯車は、電気モータ用の比較的低い駆動トルク要件による正確な位相調整角度の調整を可能にする高い数値の歯車比を有するエピサイクリック歯車駆動接続部を画定する。駆動側リングギヤ及び出力側リングギヤは、スプリットリングギヤを画定する。遊星歯車は、いくつかの遊星歯車を軸方向に固定するための駆動側リングギヤ及び出力側リングギヤによって軸方向に案内される第１及び第２のキャリアプレートによって支持することができる。

エンジンクランクシャフトに対する内燃機関のカムシャフトの回転関係を動的に調整するためのカム位相器は、スプロケット及び無端状ループ動力伝動部材を通してエンジンクランクシャフトによって駆動されるべき駆動側リングギヤを含むスプリットリングギヤと、カムシャフトと共に回転するために接続可能な出力側リングギヤとを有する遊星歯車装置を含むことができる。遊星歯車装置は、スプリットリングギヤと同心に配置された太陽歯車と、太陽歯車とスプリットリングギヤとの間に噛合係合しているいくつかの遊星歯車とを有することができる。

出力側リングギヤは、遊星歯車の各々の係合位置において歯整列を行うために、遊星歯車の数の倍数に対応する値だけ駆動側リングギヤと比較して（より多いか又は少ない）異なる歯数を有することができる。駆動側リングギヤは、出力側リングギヤによって半径方向に案内される。電気モータは、遊星歯車に対して太陽歯車を駆動するために太陽歯車に接続することができる。電気モータは、一定の位相位置を維持するために駆動側リングギヤと等しい速度で回転することができ、この場合、等しい値からの電気モータ速度の差により、カム位相の変更機能が行われるようにすることができる。駆動側リングギヤ、出力側リングギヤ、いくつかの遊星歯車、及び太陽歯車は、電気モータの比較的低い駆動トルク要件による正確な位相調整角度の調整を可能にする高い数値の歯車比を有するエピサイクリック歯車駆動接続部を画定する。遊星歯車は、いくつかの遊星歯車を軸方向に固定するための駆動側リングギヤ及び出力側リングギヤによって軸方向に案内される第１及び第２のキャリアプレートによって支持することができる。

エンジンクランクシャフトに対する内燃機関のカムシャフトの回転関係を集めるためのかつ動的に調整するための方法は、無端状ループ動力伝動部材に係合するスプロケットを通してエンジンクランクシャフトによって駆動されるべき駆動側リングギヤを含むスプリットリングギヤと、カムシャフトと共に回転するために接続可能な出力側リングギヤとを有する遊星歯車装置を組み立てるステップと、スプリットリングギヤと同心に遊星歯車装置の太陽歯車を配置するステップと、太陽歯車とスプリットリングギヤとの間に噛合係合していくつかの遊星歯車に係合するステップと、遊星歯車の各々の係合位置において歯整列を行うために、遊星歯車の数の倍数に対応する値だけ駆動側リングギヤと比較して（より多いか又は少ない）異なる歯数を出力側リングギヤに設けるステップとを含むことができる。

遊星歯車システムアセンブリは、摩擦損失を最小にするためにスプロケットと一体に回転させることができる。太陽歯車に接続された電気モータは、一定の位相位置を維持するために駆動側リングギヤと同一の速度で駆動することができるか、あるいは位相変更機能を引き起こすために駆動側リングギヤと等しくない速度で駆動することができる。

本発明の他の用途は、本発明を実施するために考慮された最善の様式の以下の説明を添付図面と関連して読み取られるとき、当業者に明らかになるであろう。

本明細書の説明は添付図面を参照し、この場合、同様の参照番号は複数の図面を通して同様の部分を指す。

一方の端部プレートが取り除かれたカム位相器の斜視図であり、スプリットリングギヤと、同心に配置された太陽歯車と、太陽歯車とスプリットリングギヤとの間に噛合係合しているいくつかの遊星歯車とを有する内側に配置された遊星歯車セットを示している。図１のカム位相器の断面図であり、出力側リングギヤは、遊星歯車の各々の係合位置において歯整列を行うために、遊星歯車の数の倍数に対応する値だけ駆動側リングギヤと比較して（より多いか又は少ない）異なる歯数を有する。

次に図１及び図２を参照すると、スプリットリングギヤの遊星カム位相器１０が示されている。カム位相器１０は、中央に配置された太陽歯車１４を有する遊星歯車セット１２と、いくつかの同一の遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、２つのリングギヤ（すなわち、駆動側リングギヤ１８ａ及び出力側リングギヤ１８ｂ）によって画定されたスプリットリングギヤ１８とを含むことができる。２つのリングギヤ１８ａ、１８ｂの各々は、他方のリングギヤに対して異なる歯数を有し、この場合、歯数の差は、遊星歯車セット１２の遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃの数の倍数に等しい。２つのリングギヤ１８ａ、１８ｂのギヤ歯は、リングギヤ１８ａ、１８ｂが遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃと適切に噛合することを可能にするために修正された輪郭を有する。遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、遊星キャリア２０ａ、２０ｂによって互いに固定関係に維持することができる。エンジンクランクシャフト（図示せず）は、スプロケット２２を通して２つのリングギヤ１８ａの一方に、タイミングチェーン（図示せず）を通して回転係合させることができ、エンジンカムシャフト２４は、２つのリングギヤ１８ｂの他方に回転係合させることができる。電気モータ２６は、遊星歯車セット１２の太陽歯車１４と回転係合させることができる。太陽歯車１４を、リングギヤ１８ａ、１８ｂのいずれかと同一の速度で電気モータ２６によって回転させることができる場合、両方のリングギヤ１８ａ、１８ｂは、一定のカム位相位置を維持するために一体的に回転するためである。太陽歯車１４が電気モータ２６によってリングギヤ１８ａ、１８ｂとは異なる速度で駆動されるとき、一方のリングギヤの他方のリングギヤに対する僅かに異なる速度により、カム位相のシフト機能が引き起こされる。このようにして、非常に高い数値の比率を獲得することができ、カムシャフトを、カムシャフト２４に対するクランクシャフトの定格回転関係からプラス又はマイナスに位相調整することができる。

カム位相器１０は、内燃機関の燃料効率を改良するために、エンジンクランクシャフトに対するカムシャフト２４の回転関係を動的に調整するために使用することができる。カム位相器１０は、既知の装置よりも小さい摩擦損失で、かつより低い全体コストでこのカム位相調整機能を達成する。カム位相調整角度の調整は、遊星歯車セット１２によって行われ、これにより、高い数値の比率（一例としてかつ限定なしに、例えば示した構造では約５７：１）が提供され、この結果、カム位相調整角度を、調整電気モータ２６の比較的低い駆動トルクで正確に調整することができる。

エンジンが動作中で、カム位相が調整されていないとき、カム位相器１０のアセンブリ全体が一体として回転し、これにより摩擦損失が最小になる。エンジンが動作中で、カム位相が調整されていないとき、調整電気モータ２６は、一定のカム位相位置を維持するためにカムシャフトと同一の速度で駆動することができる。エンジンが動作中で、カム位相の調整が必要であるとき、調整電気モータ２６は、前進又は減速方向でカム位相シフト機能が行われるようにするために、スプリットリングギヤ１８の回転速度と等しくない速度で駆動することができる。

エンジンクランクシャフトによって駆動されるタイミングチェーンは、スプロケット２２の歯と係合させることができる。一例としてかつ限定なしに、図示かつ説明した構造では、エンジンのクランクスプロケットの歯数は１９個であることができ、またスプロケット２２の歯数は３８個であることができ、これにより、スプロケット２２をエンジンクランク速度の半分で駆動できるような比率が得られる。図示したような遊星歯車セット１２のアセンブリは、単一の太陽歯車１４、及び太陽歯車１４と駆動噛合関係にあることができる３つの遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有することができる。２つの別個のリングギヤ１８ａ、１８ｂは太陽歯車１４と同心であることができる。スプロケット２２は、内径に形成された駆動側リングギヤ１８ａのギヤ歯を有することができ、出力側リングギヤ１８ｂによって半径方向に案内することができる。駆動側リングギヤ１８ａの歯数は、出力側リングギヤ１８ｂの歯数よりも多いか又はより少ないことができ、この場合、歯数の差は、遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃの数の倍数である。このようにして、３つの遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々の係合位置で歯整列が行われる。

一例としてかつ限定なしに、図示かつ説明した構造では、駆動側リングギヤ１８ａは、７０個の内歯を有することができ、出力側リングギヤ１８ｂは６７個の歯を有することができる。一例としてかつ限定なしに、太陽歯車は、図示かつ説明した構造では２６個の歯を有することができ、一方、遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々は２１個の歯を有することができる。この構成により、他方のリングギヤに対する一方のリングギヤの非常に高い歯車比が得られる。駆動側リングギヤ１８ａが静止保持された場合、太陽歯車１４は、５７．５５回、回転して、出力側リングギヤ１８ｂの一回転を引き起こすことができる。したがって、１度のカム位相の変更は、スプロケット２２に対して太陽歯車１４のほぼ６０度の相対的な回転を必要とする。開示した本発明により異なる歯車比が達成可能であり、したがって、本明細書に図示しかつ説明した特定の構造に本発明が限定されないことが、当業者によって理解されるべきである。

出力側リングギヤ１８ｂは、端部プレート２８に回転して固定することができ、端部プレートは、一例としてかつ限定なしに、ボルト３６によってカムシャフト２４に固定することができる。このようにして、出力側リングギヤ１８ｂ及び端部プレート２８は、互いに接合されて、カムシャフト２４と一体に働くことができ、カムシャフトは、追加の案内特徴部を必要とすることなく、回転のためにエンジンブロックに確実に案内することができる。出力側リングギヤ１８ｂに対するスプロケット２２及び接続された駆動側リングギヤ１８ａの相対速度は小さく、部分を互いに半径方向に適切に配置するには、簡単な鋼対鋼又はブッシュで十分である。他の端部プレート（図１及び図２に図示せず）を設けて、スプロケット２２及び接続された駆動側リングギヤ１８ａを軸方向に配置することができる。

３つの遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、２つのキャリア半部２０ａ、２０ｂによって円周方向に及び半径方向に所定位置に配置することができ、これらのキャリア半部は、一例としてかつ限定なしに、３つのボルト３０ａ、３０ｂ、３０ｃによって互いに固定することができる。遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、対応噛み合いギヤ歯によって半径方向及び円周方向に配置することができ、これにより、２つのキャリア半部を排除することによってアセンブリのコストがさらに低減されるであろうことが考えられる。遊星歯車１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、キャリア半部２０ａ、２０ｂが存在しない場合、図示した端部プレート２８と同様に、２つの離間した端部プレートの間に間挿されることによって軸方向に配置することができることが考えられる。ギヤ１４、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂのすべては、カムシャフトの位相調整中に互いに対して回転するに過ぎないので、ノイズは問題とならない。ギヤ１４、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８ａ、１８ｂのすべては、軸方向の負荷成分をなんら生じないスパーギヤであることができる。

インデックス電気モータ２６は、太陽歯車１４に固定された電気モータ２６の出力シャフト３８により、装置ハウジング（図示せず）に取り付けることができる。モータ２６がスプロケット２２と同一の速度で動作する限り、位相調整は行われない。モータ２６の速度を大きくするか又は小さくすることにより、遊星歯車セット１２のインデックス又は位相調整機能が引き起こされる。カムシャフト２４に対するカムスプロケット２２の現在位置を測定して、あれば、いかなる調整が、最適な機関効率を達成するために任意の時点に望まれるかを決定するために、モータ制御器３４へのフィードバックとしてセンサ３２を使用することができる。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して本発明について説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されず、反対に、添付した特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる様々な修正形態及び均等の構成を包含するように意図され、その範囲は、法律の下に許容されるようなすべての修正形態及び均等の構造を包含するように最も広義な解釈に準じるべきであることを理解すべきである。

Claims

エンジンクランクシャフト（３４）に対する内燃機関のカムシャフト（２４）の回転関係を動的に調整するためのカム位相器（１０）であって、前記カム位相器（１０）が、無端状ループ動力伝動部材を通してエンジンクランクシャフトによって駆動される駆動側リングギヤ（１８ａ）と、いくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）と、中央に配置された太陽歯車（１４）とを有する遊星歯車装置（１２）を含む、カム位相器（１０）において、
前記太陽歯車（１４）と同心でありかつ前記カムシャフト（２４）に接続された出力側リングギヤ（１８ｂ）であって、前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の各々の係合位置において歯整列を行うために、前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の数の倍数に対応する値だけ前記駆動側リングギヤ（１８ａ）と比較して異なる歯数を有する出力側リングギヤ（１８ｂ）を備えるカム位相器（１０）。
前記出力側リングギヤ（１８ｂ）によって半径方向に案内される前記駆動側リングギヤ（１８ａ）をさらに備える請求項１に記載のカム位相器。
前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）に対して前記太陽歯車（１４）を駆動するために前記太陽歯車（１４）に接続された電気モータ（２６）であって、前記電気モータ（２６）が、一定の位相位置を維持するために前記駆動側リングギヤ（１８ａ）と等しい速度で回転し、一方、前記駆動側リングギヤ（１８ａ）と等しい値からの前記電気モータ速度の差により、カム位相の変更機能が行われるようにされる電気モータ（２６）をさらに備える請求項１に記載のカム位相器。
前記駆動側リングギヤ（１８ａ）、前記出力側リングギヤ（１８ｂ）、前記いくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）、及び前記太陽歯車（１４）が、比較的低い駆動トルク要件による正確な位相調整角度の調整を可能にする高い数値の歯車比を有するエピサイクリック歯車駆動接続部を画定する請求項１に記載のカム位相器。
前記いくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を軸方向に固定するための前記駆動側リングギヤ（１８ａ）及び前記出力側リングギヤ（１８ｂ）によって軸方向に案内される第１及び第２のキャリアプレート（２０ａ、２０ｂ）をさらに備える請求項１に記載のカム位相器。
エンジンクランクシャフトに対する内燃機関のカムシャフト（２４）の回転関係を動的に調整するためのカム位相器（１０）であって、
無端状ループ動力伝動部材を通して前記エンジンクランクシャフトによって駆動されるべき駆動側リングギヤ（１８ａ）を含むスプリットリングギヤ（１８）と、前記カムシャフト（２４）と共に回転するために接続可能な出力側リングギヤ（１８ｂ）とを有する遊星歯車装置（１２）であって、前記スプリットリングギヤ（１８）と同心に配置された太陽歯車（１４）と、前記太陽歯車（１４）と前記スプリットリングギヤ（１８）との間に噛合係合しているいくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）とを有する遊星歯車装置（１２）を備えるカム位相器（１０）。
前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の各々の係合位置において歯整列を行うために、前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の数の倍数に対応する値だけ前記駆動側リングギヤ（１８ａ）と比較して異なる歯数を有する前記出力側リングギヤ（１８ｂ）をさらに備える請求項６に記載のカム位相器（１０）。
前記出力側リングギヤ（１８ｂ）によって半径方向に案内される前記駆動側リングギヤ（１８ａ）をさらに備える請求項６に記載のカム位相器（１０）。
前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）に対して前記太陽歯車（１４）を駆動するために前記太陽歯車（１４）に接続された電気モータ（２６）であって、前記電気モータ（２６）が、一定の位相位置を維持するために前記スプリットリングギヤ（１８）と等しい速度で回転し、等しい値からの前記電気モータ速度の差により、カム位相の変更機能が行われる電気モータ（２６）をさらに備える請求項６に記載のカム位相器（１０）。
前記駆動側リングギヤ（１８ａ）、前記出力側リングギヤ（１８ｂ）、前記いくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）、及び前記太陽歯車（１４）が、比較的低い駆動トルク要件による正確な位相調整角度の調整を可能にする高い数値の歯車比を有するエピサイクリック歯車駆動接続部を画定する請求項６に記載のカム位相器（１０）。
前記いくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を軸方向に固定するための前記駆動側リングギヤ（１８ａ）及び前記出力側リングギヤ（１８ｂ）によって軸方向に案内される第１及び第２のキャリアプレート（２０ａ、２０ｂ）をさらに備える請求項６に記載のカム位相器（１０）。
エンジンクランクシャフトに対する内燃機関のカムシャフト（２４）の回転関係を集めるための、かつ動的に調整するための方法であって、
無端状ループ動力伝動部材に係合するスプロケット（２２）を通して前記エンジンクランクシャフトによって駆動されるべき駆動側リングギヤ（１８ａ）を含むスプリットリングギヤ（１８）と、前記カムシャフト（２４）と共に回転するために接続可能な出力側リングギヤ（１８ｂ）とを有する遊星歯車装置（１２）を組み立てるステップと、
前記遊星歯車装置（１２）の前記太陽歯車（１４）を前記スプリットリングギヤ（１８）に対して同心に配置するステップと、
前記太陽歯車（１４）と前記スプリットリングギヤ（１８）との間に噛合係合していくつかの遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）に係合するステップと、
前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の各々の係合位置において歯整列を行うために、前記遊星歯車（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の数の倍数に対応する値だけ前記駆動側リングギヤ（１８ａ）と比較して異なる歯数を前記出力側リングギヤ（１８ｂ）に設けるステップとを含む方法。
摩擦損失を最小にするために前記スプロケット（２２）と一体に前記遊星歯車装置（１２）のアセンブリを回転させるステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
一定の位相位置を維持するために、前記太陽歯車（１４）に接続された電気モータ（２６）を前記スプリットリングギヤ（１８）と同一の速度で駆動するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
位相位置を調整するために、前記太陽歯車（１４）に接続された電気モータ（２６）を前記スプリットリングギヤ（１８）と等しくない速度で駆動するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。