JP2022033717A - 可変圧縮比位相制御器のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸と偏心軸との回転関係を変化させるための可変圧縮比（ＶＣＲ）位相制御システムを提供する。【解決手段】ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間の位相角を、プラネタリアクチュエータ１００によって駆動することができる。一部の非限定的な例では、回転アクチュエータ３１３と共に回転するように回転アクチュエータとの間に入力軸３１５が回転連結されている。入力軸の回転が、クレードルロータとギアハブとの相対回転をロック解除することができる。一部の非限定的な例では、位相制御システムはギアハブとクレードルロータと、これら両者間に配置されたねじりばね４０２と、を備えることができる。ねじりばねは、ギアハブとクレードルロータとの間に内部トルク負荷を印加することにより、ギアハブ又はクレードルロータに印加される外部トルク負荷をオフセットさせることができる。【選択図】図８

Description

＜関連分野の相互参照＞
本願は、発明の名称を「可変圧縮比位相制御器のためのシステム及び方法（Systems and Methods for Variable Compression Ratio Phaser）」とする米国仮特許出願第６３／０６６，６５９号（出願日：２０２０年８月１７日）に基づくと共にその優先権を主張するものであり、当該仮特許出願の記載内容は全て、参照により本願の記載内容に含まれるものとする。

＜連邦政府の支援による研究に関する言明＞
該当なし。

一般に、回転用途（例えばエンジン、モータ等）のための回転位相制御システムは、第１要素と、第１要素に対して回転位相制御することができる第２要素と、を備えることができる。

一側面では本願開示は、クランク軸と偏心軸との回転関係を変化させるための可変圧縮比（ＶＣＲ）位相制御システムを提供する。ＶＣＲ位相制御システムは、クランク軸との間で回転伝動を行うように構成されたギアハブと、偏心軸との間で回転伝動を行うように構成されたクレードルロータと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に配置され、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の相対回転を選択的にロック及びロック解除するように構成されたスパイダーロータと、前記ギアハブと前記スパイダーロータとに結合されたプラネタリアクチュエータと、を備えている。プラネタリアクチュエータは、回転入力を受け取って前記スパイダーロータへ出力を供給することにより、前記クレードルロータと前記ギアハブとの間の相対回転をロック解除するように構成されている。ＶＣＲ位相制御システムはまた、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に結合されたねじりばねも備えている。ねじりばねは、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に第１の方向にトルク負荷を印加することにより、前記偏心軸又は前記クランク軸のうちいずれか１つにより第２の方向に印加されるトルク負荷をオフセットさせるように構成されている。

一側面では本願開示は、第１の回転要素と第２の回転要素との回転関係を変化させるための位相制御システムを提供する。位相制御システムは、ギアハブと、クレードルロータと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に配置され、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の相対回転を選択的にロック及びロック解除するように構成されたスパイダーロータと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に結合されたねじりばねと、を備えている。ねじりばねは、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間にトルク負荷を印加するように構成されている。位相制御システムはまた、前記ギアハブと前記スパイダーロータとに結合されたプラネタリアクチュエータも備えている。前記プラネタリアクチュエータは、前記ギアハブと前記クレードルロータとの相対回転が阻止される定常モードと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの相対回転を選択的に提供するための所定の大きさの回転入力を受け取る位相制御モードと、で動作可能である。

一側面では本願開示は、クランク軸と偏心軸との回転関係を変化させるための可変圧縮比（ＶＣＲ）位相制御システムを提供する。ＶＣＲ位相制御システムは、クランク軸との間で回転伝動を行うように構成されたギアハブと、偏心軸との間で回転伝動を行うように構成されたクレードルロータと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に配置され、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の相対回転を選択的にロック及びロック解除するための入力を受け取るように構成されたスパイダーロータと、前記ギアハブに結合され、前記ギアハブに対して回転不能であるばねスリーブと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に結合されたねじりばねと、を備えている。ねじりばねは、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間にトルク負荷を印加するように構成されている。前記ねじりばねの付勢は、前記ねじりばねの第１端を前記クレードルロータに結合し、前記ねじりばねの反対側の第２端をばね座に結合し、前記ばねスリーブに対して前記ばね座を相対的に回転させることにより、前記ばねスリーブに配置された複数の第１のスロットのうち少なくとも１つの第１のスロットを、前記ばね座に配置された複数の第２のスロットのうち少なくとも１つの第２のスロットと選択的にアライメントすることにより設定される。前記少なくとも１つの第１のスロットと前記少なくとも１つの第２のスロットとの選択的なアライメントが、前記ばね座に対する前記ばねスリーブの回転をロックするように構成されている。

一側面では本願開示は、クランク軸と偏心軸との回転関係を変化させるためのＶＣＲ位相制御システムを提供する。ＶＣＲ位相制御システムは、クランク軸との間で回転伝動を行うように構成されたギアハブと、偏心軸との間で回転伝動を行うように構成されたクレードルロータと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に配置されたスパイダーロータと、を備えることができる。スパイダーロータは、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の相対回転を選択的にロック及びロック解除するように構成することができる。ＶＣＲ位相制御システムはまた、前記ギアハブと前記スパイダーロータとに結合されたプラネタリアクチュエータを備えることもできる。プラネタリアクチュエータは、回転入力を受け取って前記スパイダーロータへ出力を供給することにより、前記クレードルロータと前記ギアハブとの間の相対回転を選択的にロック又はロック解除するように構成することができる。前記プラネタリアクチュエータは、前記ギアハブと前記クレードルロータとの相対回転が阻止される定常モードと、前記ギアハブに対して前記クレードルロータを所望の方向に相対回転させるようにプラネタリアクチュエータへの所定の大きさの回転入力を設定できる位相制御モードと、で動作可能とすることができる。

以下の詳細な説明を参照すれば、本発明をより良好に理解することができ、また、上記にて記載した以外の構成、側面及び利点が明らかとなる。この詳細な説明は、以下の図面を参照する。

本願開示の一側面の回転位相制御システムの断面斜視図である。 本願開示の一側面のプラネタリアクチュエータの分解図である。 図２のプラネタリアクチュエータの背面斜視図である。 図３のプラネタリアクチュエータの正面斜視図である。 定常動作モードにおける図３のプラネタリアクチュエータの正面図である。 第１の方向に位相制御中の図３のプラネタリアクチュエータの正面図である。 第２の方向に位相制御中の図３のプラネタリアクチュエータの正面図である。 図１の回転位相制御システムの断面図である。 図８の回転位相制御システムの分解図である。 図８の回転位相制御システムのギアハブの斜視図である。 図８の回転位相制御システムのねじりばねアセンブリの分解図である。 図１１のねじりばねアセンブリのばね座の斜視図である。 線１３－１３（図８参照）に沿った図１１のねじりばねアセンブリの断面図である。 図８の回転位相制御システムのクレードルロータの分解図である。 図８の回転位相制御システムのスパイダーロータの斜視図である。 複数のロックアセンブリが設けられた図１５のスパイダーロータの斜視図である。 図８の回転位相制御システムの結合アセンブリの分解図である。 図８の機械的位相制御アセンブリとプラネタリアクチュエータとの間に設けられた図１７の結合アセンブリの斜視図である。 線１９－１９に沿った図８の機械的位相制御アセンブリの断面図である。 本願開示の他の一側面の回転位相制御システムの断面図である。 図２０の回転位相制御システムのねじりばねアセンブリの分解図である。 線２２－２２に沿った図２０の回転位相制御システムのねじりばねアセンブリの断面図である。 図２０のスパイダーロータを示す図である。 図２０の機械的位相制御アセンブリを示す図である。 時間軸上における偏心軸トルクパルスを示す図である。 時間軸上における偏心軸とクランク軸との間の位相角を示す図である。

ここでいう「軸方向」との用語及びその変形は、特定の要素又はシステムの対称軸、中心軸、又は長手方向に概ね沿った方向をいう。例えば、ある要素の軸方向に延在する構成要素は、当該要素の対称軸又は長手方向に対して平行な方向に概ね沿って延在する構成要素とすることができる。これに対応して、ここでいう「径方向」との用語及びその変形は、軸方向に対して概ね垂直な方向をいう。例えば、ある要素の径方向に沿った構造は、当該要素の長手軸又は中心軸に対して垂直な方向に少なくとも部分的に概ね沿って延在するものとすることができる。また、ここで「周方向」との用語及びその変形を使用した場合、ある物の概ね周まわりに延在し、又は特定の要素若しくはシステムの概ね対称軸まわり、中心軸まわり又は長手方向まわりに延在する方向をいう。

従来の回転位相制御（すなわち選択的相対回転又は回転差）システムは、２つの要素間の所望の相対回転を達成するために力又は変位を加える入力メカニズムを必要とする。中には、軸方向／直線入力がアクチュエータにより提供されるシステムがある。所望の位相制御を促進するために必要とされる力の量が増大すると、従来の位相制御システムではそのコストが指数関数的に増加する。さらに、位相制御システムにより提供される相対回転量が増大すると、その位相制御システムの高さも増大する。つまり、所与の用途で必要とされる相対回転量が増大するにつれて、軸方向／直線入力を提供するアクチュエータもストロークを増加する必要があり、これによりアクチュエータの高さが増大し、位相制御システムの全パッケージサイズが増大する。

本願開示は一般に、回転システムにおいて選択的に制御下で相対回転を達成するためのシステム及び方法を提供する。一部の非限定的な例では、回転アクチュエータとツーウェイクラッチ又はロック機構との間に結合されるプラネタリアクチュエータを設けることができる。ロック機構は、２つの回転要素の間に結合することができる。例えば、第１の回転要素を外部動力源によって所望の回転速度で駆動すると共に、第２の回転要素をツーウェイクラッチ又はロック機構によって回転駆動することができる。プラネタリアクチュエータも、ツーウェイクラッチ又はロック機構によって回転することができる。回転アクチュエータはプラネタリアクチュエータに入力を供給することができ、プラネタリアクチュエータは、第１の回転要素と第２の回転要素との間の選択的な相対回転を可能にするよう構成することができる。例えば、プラネタリアクチュエータはツーウェイクラッチ又はロック機構の一部を回転変位させ又は当該一部に回転力を加えることにより、第１の回転要素と第２の回転要素との間に所望の方向の所定の相対回転（すなわち所定の回転差）を提供するように構成することができる。

本願開示のプラネタリアクチュエータの使用により、相対回転運動を促進するために軸方向／直線変位／力ではなく回転変位／回転力が用いられるので、位相制御システムの軸方向高さを縮小することができる。さらに、相対回転運動を達成するために必要な力の量を、従来の位相制御システムと比較して格段に低減することもでき、これにより、プラネタリアクチュエータを用いる位相制御システムのコストが削減される。

図１は、本願開示の非限定的な一例の回転位相制御システム１０を示す。一部の非限定的な例では、内燃機関の可変圧縮比（ＶＣＲ）システムにおいて、クランク軸と偏心軸との間の選択的な回転位相制御（すなわち所定の相対回転量制御）を促進するため、回転位相制御システム１０を使用することができる。かかるＶＣＲシステム構成は、米国特許出願公開第２０１９／０３２３３９０号明細書に記載されている。回転位相制御システム１０はクランク軸１２によって回転駆動されることができる。例えば、クランク軸１２には、エンジンクランク軸と共に回転するギアを固定することができる。後述するように、クランク軸ギアは、回転位相制御システムに結合された第１のギアと噛み合って、これに回転駆動入力を供給することができる。このようにして、回転位相制御システム１０は偏心軸１４を回転駆動することができる。例えば、偏心軸１４には、当該偏心軸１４と共に回転するギアを固定することができる。後述するように、偏心軸ギアは、回転位相制御システム１０に結合された第２のギアと噛み合って、これから回転駆動入力を受け取ることができる。一般に、偏心軸１４の回転位置は、内燃機関の圧縮比を変化させるためにクランク軸１２に対してシフトしている。例えば、偏心軸１４の回転位置は、偏心軸１４を角度変位させることにより、クランク軸１２の回転位置に対してシフトする。下記にて詳細に説明するように、回転位相制御システム１０は、クランク軸１２と偏心軸１４との間の選択的な回転位相制御（すなわち所定の相対回転量又は角度変位）を促進するものである。

図中の非限定的な例では、回転位相制御システム１０はプラネタリアクチュエータ１００と、ツーウェイクラッチ又はロック機構の形態の機械的位相制御アセンブリ３００と、を備えることができる。一部の用途では、プラネタリアクチュエータ１００を用いてクランク軸と偏心軸との間の位相制御を直接的若しくは間接的に駆動し又は開始することができる。図中の非限定的な例では、プラネタリアクチュエータ１００を機械的位相制御アセンブリ３００と共に使用することができ、ここでは、クランク軸１２と偏心軸１４との間の相対回転を選択的に可能にするため、これら両軸間にツーウェイクラッチ又はロック機構を結合する。これらの用途では、プラネタリアクチュエータ１００は、ツーウェイクラッチ又はロック機構に所定量の回転力／回転変位を与えるように構成することができ、この回転力／回転変位の所定量は、供給される回転入力によって決定される。図中の非限定的な例では、回転位相制御システム１０は回転アクチュエータ３１３を備えることができ、この回転アクチュエータ３１３は、プラネタリアクチュエータ１００が回転するときにプラネタリアクチュエータ１００の２つのリングギアのアライメントを所定の大きさで選択的に変化させるためにプラネタリアクチュエータ１００に回転入力を供給するためのものである。後述するように、回転アクチュエータ３１３により供給される回転入力が、所望の方向における偏心軸１４とクランク軸１２との間の選択的な相対回転を促進する。

図２は、本願開示の非限定的な一例のプラネタリアクチュエータ１００を示す。図中の非限定的な例では、プラネタリアクチュエータ１００は第１のリングギア２００と、第１のサンギア２０２と、キャリアアセンブリ２０４と、第２のリングギア２０６と、第２のサンギア２０８と、入力軸３１５（図１参照）と、を備えることもできる。図中の非限定的な例では、プラネタリアクチュエータ１００の構成要素は、共通の中心軸Ｃに沿って配列することができる。

図２を参照すると、第１のリングギア２００は内側の歯列面２１２と外面２１４とを有することができる。歯列面２１２は第１のリングギア２００の軸方向端部から径方向内側に延在することができ、歯列面２１２に周方向に延在する複数のギア歯を有することができる。第１のリングギア２００の外面２１４は当該第１のリングギア２００の径方向外側のエッジから軸方向に延在して、第１のリングギア２００の内側にキャビティ２１５を形成する。外面２１４は複数のスロット２１６を有することができる。これら複数のスロット２１６は第１のリングギア２００に矩形の切欠きを形成し、軸方向には、外面２１４の長さの一部に沿った範囲に及ぶ。図中の非限定的な例では、第１のリングギア２００は２つのスロット２１６を有し、これら２つのスロット２１６は外面２１４に周方向に等間隔に配置されている（例えば、周方向に１８０°の間隔で配置されている）。他の非限定的な例では、第１のリングギア２００が有するスロット２１６を２より多く又は少なくすることができ、また、これらのスロット２１６は外面２１４に周方向に任意の間隔で配置することができる。

スロット又は切欠き２１６の延在起点となる軸方向端は、歯列面２１２よりも第１のリングギア２００の軸方向反対側寄りに配置されてもよい。後述するように、プラネタリアクチュエータ１００が回転位相制御システム１０に組み付けられる場合には、１つ又は複数のコンプライアンス部材をキャビティ２１５内に受容することができ、このコンプライアンス部材は、スロット２１６のエッジに力を加えるように構成することができる。また、第１のリングギア２００は、アセンブリにおけるコンプライアンス部材の軸方向位置を維持するためにスナップリングを受容するように構成されたスナップリング溝２１８を含むことができる。

引き続き図２を参照すると、キャリアアセンブリ２０４は、第１のプラネットギアセット２２２と、第２のプラネットギアセット２２４と、キャリアプレート２２６と、を備えることができる。第１のセットのプラネットギア２２２と第２のセットのプラネットギア２２４とは、キャリアプレート２２６の軸方向に相反対側に配置することができる。図中の非限定的な例では、第１のプラネットギアセット２２２は３つのプラネットギア２２８を含むことができ、これら３つのプラネットギア２２８は、第１のサンギア２０２の周囲に周方向に配列されて第１のサンギア２０２と噛み合う。他の非限定的な例では、第１のプラネットギアセット２２２に含まれ第１のサンギア２０２の周囲に周方向に配列されてこれと噛み合うプラネットギア２２８は、３つより多く又は少なくすることができる。

図中の非限定的な例では、第１のサンギア２０２は、プラネットギア２２８の中央に配置することができ、当該第１のサンギア２０２を軸方向に貫通する結合用開口２３０を含んでもよい。結合用開口２３０は、第１のサンギア２０２を回転させるために回転アクチュエータ３１３（図１参照）から入力軸３１５を受け入れるキー形又は矩形の凹部となることができ、これにより、回転アクチュエータ３１３の入力軸３１５と第１のサンギア２０２とが共に回転する。他の非限定的な例では、結合用開口２３０は、入力軸３１５と共に第１のサンギア２０２を回転させるために入力軸３１５と第１のサンギア２０２との回転結合を可能にする任意の幾何学的形状（例えば、卵形、正方形、三角形、多角形等）とすることができる。回転アクチュエータ３１３の入力軸３１５の一端は、第１のサンギア２０２内へ軸方向に延在して、第１のサンギア２０２の結合用開口２３０の形状に合った概ね相補的な形状であることが分かる。このようにして、例えば、入力軸３１５のこの一端を結合用開口２３０に挿入することによって入力軸３１５と第１のサンギア２０２との回転結合を可能にし、入力軸３１５と第１のサンギア２０２とが共に回転するこができる。

回転アクチュエータ３１３からの入力軸３１５は、キャリアプレート２２６を軸方向に貫通する中央開口２３４内に受けて挿通することができる。また、入力軸３１５は、第２のサンギア２０８を軸方向に貫通して第１のサンギア２０２と係合することもできる。入力軸３１５は第２のサンギア２０８を貫通するが、第１のサンギア２０２は、第２のサンギア２０８に対して独立して相対回転可能とすることができる。一部の非限定的な例では、入力軸３１５における第１のサンギア２０２に隣接する一端においてスナップリング（不図示）を使用して、入力軸３１５がキャリアプレート２２６に対して軸方向に相対変位することを防止し、これにより第１のサンギア２０２がキャリアプレート２２６に対して軸方向に相対変位することを防止することができる。

図中の非限定的な例では、第２のプラネットギアセット２２４は３つのプラネットギア２３６を含むことができ、これら３つのプラネットギア２３６は、第２のサンギア２０８の周囲に周方向に配列されて第２のサンギア２０８と噛み合う。他の非限定的な例では、第２のプラネットギアセット２２４に含まれ第２のサンギア２０８の周囲に周方向に配列されてこれと噛み合うプラネットギア２３６は、３つより多く又は少なくすることができる。第２のサンギア２０８は、プラネットギア２３６の中央に配置することができ、また、当該第２のサンギア２０８の少なくとも一部がプラネットギア２３６から軸方向にはみ出ることを確実にするのに充分な軸方向高さとすることができる。つまり、第２のサンギア２０８の少なくとも一部がプラネットギア２３６から軸方向に（例えばキャリアプレート２２６から離れる方向等に）はみ出ることを可能にするために、第２のサンギア２０８の軸方向高さはプラネットギア２３６の軸方向高さよりも大きい、ということである。

第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８及び第２のプラネットギアセット２２４のプラネットギア２３６は、キャリアプレート２２６に対して軸方向に相対的に固定することができる。例えば、図２に示すように、キャリアアセンブリ２０４は、複数のベアリングロッド２３８と一対のリングプレート２４０とを備えることができる。一部の非限定的な例では、複数の各ベアリングロッド２３８は、当該各ベアリングロッド２３８のフランジ付き端部とは反対側の遠位端に配置された溝（不図示）を有することができる。各溝は、各溝のベアリングロッド２３８内において径方向内側に向かって延在することができる。各ベアリングロッド２３８は、リングプレート２４０のうちの１つに軸方向に挿通され、次に第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８のうち１つ又は第２のプラネットギアセット２２４のプラネットギア２３６のうち１つのいずれかに挿通され、その次にキャリアプレート２２６のロッド開口２４３に挿通されることができる。一部の非限定的な例では、例えば、第１のプラネットギアセット２２２の各プラネットギア２２８及び第２のプラネットギアセット２２４の各プラネットギア２３６がキャリアプレート２２６に対して軸方向に相対変位することを防止するため、各溝にスナップリング（不図示）を入れることができる。

引き続き図２を参照すると、第２のリングギア２０６は、内側の歯列面２４６と、フランジ２４８と、一対のタブ２５０とを備えることができる。歯列面２４６は、当該歯列面２４６の周囲に周方向に延在する複数のギア歯を有することができる。フランジ２４８は、第２のリングギア２０６の軸方向端部から径方向外側に向かって延在することができる。一対のタブ２５０は、フランジ２４８から径方向外側に向かって延在する。図中の非限定的な例では、タブ２５０は、フランジ２４８の周方向において相対向する側に配置される。後述するように、第２のリングギア２０６のタブ２５０は、第２のリングギアをそれとともに回転するためのばねスリーブに回転的に固定するように構成される。

一般に、第１のサンギア２０２及び第２のサンギア２０８の一方を回転しないように回転不能とすることができる。図１～２に示されている非限定的な例では、第２のサンギア２０８を回転防止リング（不図示）に結合することにより、第２のサンギア２０８を回転アクチュエータハウジングに対して回転ロックすることができる。第２のサンギア２０８が第２のプラネットギアセット２２４のプラネットギア２３６から軸方向にはみ出ていることにより、回転防止リングを第２のサンギア２０８に近付けて第２のサンギア２０８の一部に軸方向に嵌めることができる。回転防止リングの内面を第２のサンギア２０８に軸方向に挿入できるように、当該内面を第２のサンギア２０８の歯列プロファイルに合わせることができることが分かる。回転防止リングは、当該回転防止リングの回転を防止することにより第２のサンギア２０８の回転を防止する回転アクチュエータのハウジング等の回転不能な外部部品に結合することができる。一部の非限定的な例では、第１のサンギア２０２を回転不能とし、第２のサンギア２０８は、入力軸３１５と共に回転するように入力軸３１５に結合することができる。

図３～４を参照すると、歯列面２１２が第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８と噛み合うように、組み立てられたキャリアアセンブリ２０４の少なくとも一部を、第１のリングギア２００のキャビティ２１５に挿入することができる。第２のリングギア２０６は、歯列面２４６が第２のプラネットギアセット２２４のプラネットギア２３６と噛み合うように、キャリアアセンブリ２０４に嵌めることができる。なお、リングプレート２４０はプラネタリアクチュエータ１００における噛み合いを隠す位置にあるため、図３～４ではリングプレート２４０の図示を省略している。

一般に、プラネタリアクチュエータ１００の動作時には、第１のリングギア２００及び第２のリングギア２０６は所望の方向に自在に回転可能とすることができる。例えば、第１のリングギア２００は、歯列面２１２が、第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８と噛み合うことにより第１のサンギア２０２まわりに回転可能とすることができる。第２のリングギア２０６も同様に、歯列面２４６が第２のプラネットギアセット２２４のプラネットギア２３６と噛み合うことにより第２のサンギア２０８まわりに回転可能とすることができる。

第２のサンギア２０８は、プラネタリアクチュエータ１００に対して相対回転不能とすることができるので、第１のサンギア２０２を選択的に回転させて、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６との間の回転関係を変更することができる。例えば、回転アクチュエータ３１３（図１参照）の入力軸３１５は、第１の方向に所望の回転大きさを選択的に回転することができ、この回転により、入力軸３１５と回転結合した第１のサンギア２０２が第１の方向に回転する。第１のサンギア２０２が第１の方向に回転することにより、第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８が第１の方向とは反対の方向に回転することができ、これによって最終的には、第１のリングギア２００が上述の第１の方向とは反対の方向に第２のリングギア２０６に対して相対回転する。第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６との間の相対回転又は回転差の大きさは、第１のリングギア２００と入力軸３１５との間で定められるギア比に依存することができる。例えば、合成ギア比（resultant gear ratio）は、入力軸３１５と第１のサンギア２０２とのギア比と、第１のサンギア２０２と第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８とのギア比と、第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８と第１のリングギア２００との間のギア比と、の各ギア比を考慮したものである。いずれの場合においても、合成ギア比が分かれば、入力軸３１５が回転する度数は、第１のリングギア２００が第２のリングギア２０６に対して相対回転する既知の度数と相関することができる。従って、回転アクチュエータ３１３によって駆動される入力軸３１５の回転の方向及び大きさは、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６との間の相対回転又は回転差の所定の方向及び大きさと相関することができる。

後述するように、プラネタリアクチュエータ１００は、第１の回転要素と第２の回転要素との間に相対回転、すなわち回転差を選択的に付与するために、第１の回転要素と第２の回転要素との間に回転結合することができる。一般に、プラネタリアクチュエータ１００は、第１の回転要素と第２の回転要素との間の回転関係を維持する（例えばロックする）定常モードと、第１の回転要素と第２の回転要素との間の回転関係を所望の方向及び所望の大きさにオフセットする位相制御モードと、で動作可能とすることができる。

図５は、定常モードで動作するプラネタリアクチュエータ１００を示す。図５の矢印によって示されるように、第１のリングギア２００及び第２のリングギア２０６は、第１の方向（例えば、図５では反時計回り）に回転している。定常モードでは、回転アクチュエータ３１３（図１参照）の入力軸３１５は相対回転不能とすることができ、これによって第１のサンギア２０２は、入力軸３１５と第１のサンギア２０２との回転結合によって相対回転不能とすることができる。さらに、第２のサンギア２０８も、（例えば本明細書で前述した回転防止リングによって）相対回転不能とすることができる。第１のサンギア２０２及び第２のサンギア２０８が相対回転不能とされていることにより、第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８は第１の方向に回転することができ、プラネットギア２２８自体は、第１のリングギア２００の回転によって、第１のサンギア２０２まわりに第１の方向に回転することができる（例えば、プラネットギア２２８は中心軸Ｃまわりに回転することができる）。第２のプラネットギアセット２２４のプラネットギア２３６も同様に、第２のリングギア２０６の回転によって、第２のサンギア２０８まわりに回転することができる。このようにして、定常モードでは、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６との間の相対的な回転の向きを維持することができ、これにより第１の回転要素と第２の回転要素との間の相対的な回転の向きを維持することができる。

図中の非限定的な例では、第１のリングギア２００及び第２のリングギア２０６は第１の方向に回転しているが、第２の方向（例えば、図５では時計回り）にも回転できると解すべきである。これにより、第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８は第２の方向に回転することができ、プラネットギア２２８自体は、第１のリングギア２００の回転によって、第１のサンギア２０２まわりに第２の方向に回転することができる（例えば、プラネットギア２２８は中心軸Ｃまわりに回転することができる）。第２のプラネットギアセット２２４のプラネットギア２３６も同様に、第２のリングギア２０６の回転によって、第２のサンギア２０８まわりに回転することができる。図中の非限定的な実施例では、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６とは、定常モードでは同じ速度で回転している。

図６は、第１の方向に位相制御を行う位相制御モードで動作するプラネタリアクチュエータ１００を示す。図６の矢印によって示されているように、第１のリングギア２００は、第１の方向（例えば図６では反時計回り）に第２のリングギア２０６に対して選択的に相対回転することができる。第２のリングギア２０６に対する第１のリングギア２００の相対回転を容易にするために、回転アクチュエータ３１３に回転結合された入力軸３１５（図１参照）を、第１の方向とは反対の第２の方向（例えば図６では時計回り）に回転させることができる。入力軸３１５が第２の方向に回転することにより、第１のサンギア２０２が第２の方向に回転する。第１のサンギア２０２が第２の方向に回転することによって第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８が第１の方向に回転し、このプラネットギア２２８の回転により第１のリングギア２００が第１の方向に回転する。第２のサンギア２０８が相対回転不能となっていることにより、上述の第１のサンギア２０２の選択的な回転、ひいては第１のリングギア２００の選択的な回転によって、第１のリングギア２００が第２のリングギア２０６に対して第１の方向に相対回転することが可能になる。

図７は、第２の方向に位相制御を行う位相制御モードで動作するプラネタリアクチュエータ１００を示す。図７の矢印によって示されているように、第１のリングギア２００は、第２の方向（例えば図７では時計回り）に第２のリングギア２０６に対して選択的に相対回転することができる。第２のリングギア２０６に対する第１のリングギア２００の相対回転を容易にするために、回転アクチュエータ３１３に回転結合された入力軸３１５（図１参照）を、第２の方向とは反対の第１の方向（例えば図７では反時計回り）に回転させることができる。入力軸３１５が第１の方向に回転することにより、第１のサンギア２０２が第１の方向に回転する。第１のサンギア２０２が第１の方向に回転することによって第１のプラネットギアセット２２２のプラネットギア２２８が第２の方向に回転し、このプラネットギア２２８の回転により第１のリングギア２００が第２の方向に回転する。第２のサンギア２０８が相対回転不能となっていることにより、上述の第１のサンギア２０２の選択的な回転、ひいては第１のリングギア２００の選択的な回転によって、第１のリングギア２００が第２のリングギア２０６に対して第２の方向に相対回転することが可能になる。

本願明細書に記載されるように、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６との間の相対回転の量は、入力軸３１５と第１のリングギア２００との間の既知のギア比によって求めることができる。図６～７は、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６との間の相対回転を示しているが、適用時には、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６自体を同位相に調整しつつ回転させることができ、又は相対回転を生じさせつつ回転させることができることが明らかである。さらに、プラネタリアクチュエータ１００の設計により、第１のリングギア２００（及び第１のリングギア２００に回転結合された任意の他の回転要素）と第２のリングギア２０６（及び第２のリングギア２０６に回転結合された任意の他の回転要素）との間の３６０度の周回遅れの相対回転も可能になる。

一般に、プラネタリアクチュエータ１００の設計及び具現化に必要なのは、入力信号（すなわち、回転アクチュエータ３１３の入力軸３１５から提供される入力トルク／入力速度／入力変位）が常時第１のリングギア２００及び／又は第２のリングギア２０６のいずれかを回転させることではなく、相対回転が必要な場合に入力信号が回転させることだけである。定常動作のとき、相対回転が必要でない場合には、入力軸３１５は回転不能（例えば静止状態）とすることができる。位相変化（すなわち相対回転）の際には、入力軸３１５は、第１のリングギア２００又は第２のリングギア２０６のいずれかと同じ速度で回転する必要はない。例えば、入力軸３１５は、所望の相対角の変化率で回転するだけでよく、これにより、第１のサンギア２０２も所望の相対角の変化率で回転するだけでよいこととすることができる。このようにして、例えば、位相制御モードのときの入力軸３１５の回転（すなわち速度／変位）は、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６との間の所望の相対回転の大きさに比例することができる。このようにして、所望の相対回転を達成するために入力軸３１５を回転させるために必要な出力及び速度は、第１のリングギア２００及び／又は第２のリングギア２０６の速度に依存しないことができる。さらに、入力軸３１５と第２のリングギア２０６との間にギア減速が存在する非限定的な例では、このギア減速により、所望の相対回転を達成するために必要とされるトルクの量を低減することができる。

一般に、プラネタリアクチュエータ１００は、選択的で制御可能な相対回転が望まれる回転システムにおいて利用することができる。例えば、プラネタリアクチュエータ１００は、機械的位相制御アセンブリにおいて具現化することができる。図８～９は、プラネタリアクチュエータ１００を機械的位相制御アセンブリ３００内に設置した回転位相制御システム１０の非限定的な一例を示す。図中の非限定的な例では、機械的位相制御アセンブリ３００は、ギアハブ３０２（例えば第１の回転要素）と、クレードルロータ３０４（例えば第２の回転要素）と、ベアリングケージ又はスパイダーロータ３０８と、複数のロックアセンブリ３１０と、プラネタリアクチュエータ１００と、ねじりばねアセンブリ４００と、を備えることができる。プラネタリアクチュエータ１００と、ねじりばねアセンブリ４００と、ギアハブ３０２と、クレードルロータ３０４と、スパイダーロータ３０８と、複数のロックアセンブリ３１０とはそれぞれ、組み立てられたときに共通の中心軸Ｃを共有することができる。後述するように、ねじりばねアセンブリ４００は、クレードルロータ３０４とギアハブ３０２との間にトルク負荷を印加するように構成することができる。ねじりばねアセンブリ４００は、ねじりばね４０２と、ばねスリーブ４０３とを備えることができる。図中の非限定的な例では、ばねスリーブ４０３は、第１のばねスリーブ４０４と第２のばねスリーブ４０６とを備えた二部品構成のばねスリーブとして構成されている。後述するように、ねじりばねアセンブリ４００は、第２のリングギア２０６をギアハブ３０２に対して回転不能とするように構成することができる。ねじりばねアセンブリは、ねじりばね４０２の一端をギアハブ３０２に取り付けるように構成することもできる。

図中の非限定的な例では、スパイダーロータ３０８（複数のロックアセンブリ３１０を含む）は、クレードルロータとギアハブとの間に放射状に配置することができる。ねじりばねアセンブリのばねスリーブ４０３はギアハブ３０２に結合されて、ギアハブ３０２から軸方向に離れていく方向に延在することができる。図示の例では、ねじりばね４０２のコイル部は、ばねスリーブ４０３の外側の周囲に周方向に延在することができる。図示されているように、ばねスリーブ４０３は内部キャビティ４１８（図１１参照）を画定することができ、プラネタリアクチュエータ１００はこの内部キャビティ４１８に入れられることができる。図中の非限定的な例では、回転アクチュエータ３１３の少なくとも一部をばねスリーブ４０３の内部キャビティ４１８に入れることもできる。

図中の非限定的な例では、機械的位相制御アセンブリ３００は回転アクチュエータ３１３を備えることができる。一部の非限定的な例では、回転アクチュエータ３１３はステータと、ステータに電磁的に結合されたロータ（不図示）とを備えることができる。回転アクチュエータ３１３に電流を印加して、回転アクチュエータ３１３により、所望の方向及び所望の力の回転出力を入力軸３１５に生じさせることができる。一部の非限定的な実施例では、回転アクチュエータ３１３はブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モータの形態とすることができる。図中の非限定的な例では、機械的位相制御アセンブリ３００は１つ又は複数のベアリング３１７を備えることができ、このベアリング３１７は、機械的位相制御アセンブリの内部構成要素を回転支持し、又は、機械的位相制御アセンブリ３００をエンジンの構成要素に対して相対回転支持するように構成されたものである。例えば、エンジンブロック又は他のエンジン部品に含まれ又はその一部として形成された構造物又はブラケットを介して行われる。図中の非限定的な例では、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間にベアリング３１７が、クレードルロータから延在する軸に沿って配置されている。ギアハブ３０２の外側に沿って、追加のベアリング３１７が配置されている。

図９～１１を具体的に参照すると、ギアハブ３０２は、その外径上に配置された第１のギア３１１を含むことができ、この第１のギア３１１は、例えばベルト、チェーン又は歯車機構アセンブリを介して、内燃機関のクランク軸１２（図１参照）と回転伝動することができる（例えば連結される）。ギアハブ３０２は、内面３１６及び前面３２０を有することができる。ギアハブ３０２の前面３２０は、例えば、ばねスリーブ４０３（例えば第１のばねスリーブ４０４）をギアハブ３０２と共に回動するようにギアハブ３０２に固定して取り付けるための締結要素を受けるように構成された複数の開口３２２を含むことができる。一部の非限定的な例では、ギアハブ３０２は、軸方向に窪んだ複数の周方向スロット（不図示）を有することができ、これらの周方向スロットは、第１のばねスリーブの外周から突出する径方向突起（不図示）を受けるように構成されている。いずれの場合においても、第１のばねスリーブ４０４は、ギアハブ３０２と共に回転するように（例えば相対回転不能となるように）ギアハブ３０２に結合することができる。また、ギアハブ３０２は、軸部３２５から径方向外側に延びる弧状の凹部３２３を有することができる（図１０参照）。

図９及び図１１を具体的に参照すると、第１のばねスリーブ４０４はフランジ４１２及び環状突起４１４を有することができる。上述のように、フランジ４１２は複数の開口４１６を有することができる。これら複数の各開口４１６は、ギアハブ３０２の前面３２０の各対応する開口３２２とアライメントするように配置することができる。環状突起４１４は、フランジ４１２から軸方向に離れる方向に延在して内部キャビティ４１８を画定することができる。内部キャビティ４１８は、プラネタリアクチュエータ１００の少なくとも一部を軸方向に受けるような寸法とすることができる。内部キャビティ４１８は、当該内部キャビティ４１８に沿って軸方向に延在する切欠き４２０を有することができ、これにより、内部キャビティ４１８の長さに沿った開口を形成することができる。切欠き４２０は、ねじりばね４０２の第１のコイル端（不図示）を通す構成となっている。

第１のばねスリーブ４０４及び第２のばねスリーブ４０６は、その軸方向の一端にキャスタレーション部を含むことができる。このキャスタレーション部は、複数の軸方向突起４２２と複数の軸方向凹部４２４とを含むことができる。第１のばねスリーブ４０４の軸方向突起４２２は第２のばねスリーブ４０６の軸方向凹部４２４と係合することにより、第２のばねスリーブ４０６に対する第１のばねスリーブ４０４の回転をロックして第２のばねスリーブ４０６と共に回転させるように構成されている。第２のばねスリーブ４０６の軸方向突起４２２も同様に、第１のばねスリーブ４０４の軸方向凹部４２４と係合するように構成されている。組み立てる際には、第１のばねスリーブ４０４及び第２のばねスリーブ４０６の各々に設けられた軸方向突起４２２のスナップリング溝にスナップリング４２６を入れることにより、第１のばねスリーブ４０４を第２のばねスリーブ４０６に結合することができる。第２のばねスリーブ４０６におけるキャスタレーション部とは反対側の軸方向の一端には、スプラインとして形成された複数の第１のスロット４２８を設けることができる。また、第２のばねスリーブ４０６は、当該第２のばねスリーブの内部キャビティ４３１内にタブ凹部４２９（図８参照）を有することができる。タブ凹部４２９は、第２のリングギア２０６のタブ２５０（図８参照）を受けることにより、第２のばねスリーブ４０６に対して第２のリングギア２０６を相対回転不能とし、これにより第２のリングギア２０６が第１のばねスリーブ４０４及びギアハブ３０２に対して相対回転不能となってこれらと共に回転するように構成されている。

図１１～１３を参照すると、ねじりばねアセンブリ４００は、ばねスリーブ４０３（例えば、第２のばねスリーブ４０６）に結合されたばね座４３０を有することもできる。ばね座４３０は、ねじりばね４０２の第２のコイル端４３２（図１３参照）を固定して係合するように構成することができる。例えば、ばね座４３０は、ばね座４３０から軸方向に離れる方向に第１のばねスリーブ４０４のフランジ４１２に向かって突出する第１のばね支持部４３３を有することができる。また、第１のばね支持部は、ねじりばね４０２から径方向外側に配置される。第１のばね支持部４３３は、ねじりばね４０２の第２のコイル端４３２と係合し、ねじりばね４０２のコイル巻き状態が解かれて無負荷状態（例えばバイアスの無い状態又は無付勢状態）になるのを防止するように構成されている。また、ばね座４３０は、第２のばね支持部４３７及び第３のばね支持部４３９を有することができる。図中の非限定的な例では、第２及び第３のばね支持部４３７，４３９は、ばね座４３０から軸方向に離れる方向に第１のばねスリーブ４０４のフランジ４１２に向かって突出している。第２のばね支持部４３７は、ねじりばね４０２のコイル部の外側を支持するために、ねじりばね４０２から径方向外側に配置される。第３のばね支持部４３９は、ねじりばね４０２のコイル部の内側を支持するために、ねじりばね４０２から径方向内側に配置されている。

図中の非限定的な例では、第１、第２、及び第３のばね支持部４３３，４３７及び４３９は、ばね座４３０に沿って周方向に延在して、ねじりばね４０２のコイル部の曲率半径と同じ中心を共有する曲率半径の弧状の突起となっている。すなわち、第１、第２、及び第３のばね支持部４３３、４３７、４３９によって形成される弧状の突起は、ねじりばね４０２のコイル部の円形の輪郭と同心、ということである。第１、第２、及び第３のばね支持部４３３、４３７、４３９は、これらが合わさってねじりばね４０２における応力集中部を防止し、ねじりばね４０２に嵌合する構成要素間の側方荷重を防止するように構成することができる。例えば、第１、第２、及び第３のばね支持部４３３、４３７、４３９は、ねじりばね４０２の内側部分及び外側部分と係合して、側方荷重を防止することができる。

ばね座４３０は、当該ばね座４３０を第２のばねスリーブに対して相対回転不能とし、第２のばねスリーブと共に回転させることができるように、第２のばねスリーブ４０６の第１のスロット４２８と相補的なスプラインとして形成された複数の第２のスロット４３４を有することができる。組み立ての際には、第２のばねスリーブ４０６の第１のスロット４２８に隣接するスナップリング溝にスナップリング４３６を入れることにより、第２のばねスリーブ４０６に対するばね座４３０の軸方向の変位を防止することができる。

本願明細書で前述したように、ねじりばね４０２の第１のコイル端４０１はクレードルロータ３０４に結合することができ、ねじりばねの第２のコイル端４３２はばね座４３０に結合することができ、これにより、第１及び第２のばねスリーブ４０４，４０６を介してギアハブ３０２に結合することができる。この構成では、ねじりばね４０２によってギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間にトルク負荷を印加することができる。

図１４を参照すると、クレードルロータ３０４は、第２のギア３３２を介して内燃機関の偏心軸１４（図１参照）と回転伝動する（例えば連結される）ように構成することができる。クレードルロータ３０４は、当該クレードルロータ３０４の一端から軸方向に離れる方向に延在するスプライン軸３３１を備えている。第２のギア３３２はスプライン孔３３３を有し、このスプライン孔３３３はスプライン軸３３１と相補的な形状であり、スプライン軸３３１を受けて第２のギア３３２に結合するように構成されている。図中の非限定的な例では、第２のギア３３２は、クレードルロータ３０４と共に回転するようにクレードルロータ３０４に対して回転不能とすることができる。また、クレードルロータ３０４は、ねじりばね４０２の一端を受けて係合する少なくとも１つの軸方向突起３３７を有することもできる。図中の非限定的な例では、クレードルロータ３０４は、スプライン軸３３１とは反対側の端部から軸方向に離れる方向に延在する２つの軸方向突起３３７を有する。図中の非限定的な例では、軸方向突起３３７は、ばねスリーブ４０３によって形成された内部キャビティ４１８内へ延在して、ねじりばね４０２と係合する（図８参照）。軸方向突起３３７はクレードルロータ３０４の周囲に周方向に等間隔で配置される（例えば、周方向に１８０°離隔している）。他の非限定的な例では、クレードルロータ３０４の周囲に周方向に配置される軸方向突起３３７を２つよりも多く又は少なくすることができる。各軸方向突起３３７は、軸方向突起３３７内に軸方向に延在するばね凹部３３９を含む。ばね凹部３３９は、ねじりばね４０２がクレードルロータ３０４にトルクを加えることができるように、ねじりばね４０２の第１のコイル端４０１（図８参照）を受けるように形成されている。

第２のギア３３２は、第２のギア３３２から軸方向に離れる方向に延在する弧状の突起３３５を有することができる。弧状突起の個数３３５は、ギアハブ３０２の弧状凹部３２３（図１０参照）の数に相当することができる。組み立ての際には（図８参照）、クレードルロータ３０４のスプライン軸３３１をギアハブ３０２の軸部３２５の内側に入れられて軸部３２５に挿通されることができる。その後、第２のギア３３２の弧状突起３３５がギアハブ３０２の弧状凹部３２３に受け入れられるように、第２のギア３３２をスプライン軸３３１上に取り付けることができる。クレードルロータ３０４に結合された第２のギア３３２の弧状突起３３５はギアハブ３０２の弧状凹部３２３の端部と係合して、（偏心軸１４と回転伝動する）クレードルロータ３０４と（クランク軸１２と回転伝動する）ギアハブ３０２（図１参照）との間の全体的な相対回転を機械的に制限することができる。これにより、ギアハブ３０２の弧状凹部３２３の端部が、クレードルロータ３０４に結合された第２のギア３３２の弧状突起に対して回転当接ストッパとして機能し得るので、偏心軸とクランク軸との間に生じ得る相対回転の量を機械的に制限することができる。機械的位相制御アセンブリ３００が故障した場合、又は回転アクチュエータが故障した場合には、回転位相制御システム１０に深刻な故障が生じるのを防止することができ、それによって内燃機関の深刻な故障を防止することができる。

図１４を参照すると、一般には、クレードルロータ３０４の外面３３６をロックアセンブリ３１０と係合させることができる。この他にも、ギアハブ３０２と、クレードルロータ３０４と、偏心軸１４と、クランク軸１２との相対的結合のための代替構成が可能であることが明らかである。図１５～１６に示すように、スパイダーロータ３０８は、第１のケージリング３４０と第２のケージリング３４２との間に軸方向に延在する複数のアーム３３８を備えることができる。複数のロックアセンブリ３１０のうちの１つは、周方向に隣り合う各対のアーム３３８の間に周方向に配置することができる。スパイダーロータ３０８は、当該スパイダーロータ３０８の第１の面３４６から軸方向に離れる方向に延在する複数の軸方向突起３４４を有することができる。軸方向突起３４４の数は、スパイダーロータ３０８とプラネタリアクチュエータ１００の第１のリングギア２００との間に配置された結合リング３６０（図１７参照）内のスロットの数に相当することができる。図中の非限定的な例では、スパイダーロータ３０８は２つの軸方向突起３４４を有することができる。他の非限定的な例では、スパイダーロータ３０８は、２つよりも多い又は少ない突起３４４を含んでもよい。また、スパイダーロータ３０８は、第１の面３４６を通って延びる開口部３４７を含むことができる。開口部３４７は、クレードルロータ３０４から延びる軸方向突起３３７を受け入れるように構成される。

各ロックアセンブリ３１０は、第１のロック部３５０と、第２のロック部３５２と、これらに対応するロック部支持体３５３とを有することができ、これら各ロック部支持体３５３はそれぞれ、第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２のうちの対応する１つと係合することができる。第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２は、１つ又は複数の付勢部材３５８によって互いに離れていく方向に押し広げることができる。各付勢部材３５８は、それぞれ対応する一対のロック部支持体３５３間に配置してこれらと係合することができ、これにより、第１のロック部３５０と第２のロック部３５２とを互いに離れていく方向に押し広げることができる。図中の各ロックアセンブリ３１０はそれぞれ、ばねの形態の１つの付勢部材３５８を有することができる。他の実施形態では、ロックアセンブリ３１０はそれぞれ複数の付勢部材３５８を有することができ、及び／又は付勢部材３５８は、第１のロック部３５０と第２のロック部３５２とを押し広げることができる任意の実施可能な機械的連結部の形態とすることができる。

図中の非限定的な例では、第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２は、丸いベアリングローラの形態とすることができる。第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２は、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間で選択的にロック及びロック解除を行うことができる任意の形状とすることができることが明らかである。また、ベアリング以外の第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２についても、他に代替機構が可能であることも明らかである。例えば、第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２は楔形状とすることができる。

図９及び図１７～図１８を具体的に参照すると、機械的位相制御アセンブリ３００とプラネタリアクチュエータ１００との間に結合アセンブリ３３０を配置することができる。結合アセンブリ３３０は、結合リング３６０と、１つ又は複数のコンプライアンス部材３４８と、１つ又は複数のワッシャ３４９と、スナップリング３５１と、を有することができる。組み立ての際には（図１８参照）、コンプライアンス部材３４８及びワッシャ３４９は、第１のリングギア２００のキャビティ２１５に入れられる。コンプライアンス部材が第１のリングギア２００に対して軸方向に相対変位するのを防止するため、コンプライアンス部材３４８及びワッシャ３４９はスナップリング３５１によって第１のリングギア２００のキャビティ２１５内に固定される。スナップリング３５１は、キャビティ２１５の内側に沿ったスナップリング溝２１８に挿入されることにより、第１のリングギア２００に固定することができる（図３参照）。結合リング３６０は、第１のリングギア２００を受容できる寸法となっている。

図中の非限定的な例では、コンプライアンス部材３４８は第１のリングギア２００と結合リング３６０との間に結合することができ、これにより、第１のリングギア２００の回転が結合リング３６０に回転伝達されるようにすることができる。結合リング３６０は、この回転を第１のリングギア２００からスパイダーロータ３０８に伝達するように構成されている。以下に説明するように、第１のリングギア２００と結合リング３６０との間の回転の伝達は、機械的位相制御アセンブリ３００がロック状態にある間に回転アクチュエータ３１３（図８）がプラネタリアクチュエータ１００に入力することを可能にしながら、コンプライアンス部材３４８によって行うことができる。

結合リング３６０は、中空コア３６１を有する環状スリーブを形成することができる。結合リング３６０は、第１のセットの軸方向に凹んだスロット３６２と、第２のセットの軸方向に凹んだスロット３６４とを有する。スロット３６２の第１のセットの数は、第１のリングギア２００のスロット２１６の数に相当することができる。図中の非限定的な例では、スロット３６２の第１のセットは、結合リング３６０の外面３６６の周囲に周方向に等間隔で配置された（例えば周方向に１８０°離隔した）２つのスロットを含む。他の非限定的な例では、スロット３６２の第１のセットは、結合リング３６０の外面３６６の周囲に周方向に任意の増分で配置された２つよりも多い又は少ないスロット３６２を含むことができ、これにより、スロット３６２が第１のリングギア２００のスロット２１６と周方向にアライメントするようにすることができる。

組み立ての際には（図１８参照）、コンプライアンス部材３４８のコイル部３６８を第１のリングギア２００のキャビティ２１５内に入れることができる。コンプライアンス部材３４８は、その第１端３７０及び第２端３７２がコイル部３６８から径方向外側に向かって突出して、第１のリングギア２００のスロット２１６と結合リング３６０のスロット３６２の第１のセットとを貫通することができる。一部の非限定的な例では、コンプライアンス部材３４８は、自由状態のときにその第１端３７０及び第２端３７２が周方向に互いに離れる方向に延在するように、予め付勢されることができる。例えば、コンプライアンス部材３４８の第１端３７０及び第２端３７２は互いに離れる方向に延在して、これら両端間に周方向の間隙を形成することができ、この間隙は自由状態のときには、組立状態又は圧縮状態のときより大きくすることができる。

組み立ての際（図１８を参照）、及び、相対回転が望まれないときの定常動作の際には、コンプライアンス部材３４８の第１端３７０及び第２端３７２は、第１のリングギア２００のスロット２１６のエッジと、結合リング３６０の第１のセットのスロット３６２のエッジとに係合して、第１のリングギア２００と結合リング３６０との間の回転アライメントを維持する。図中の非限定的な例では、第１のセットのスロット３６２及びスロット２１６によって形成される開口が同じ周方向幅となるように、第１のリングギア２００のスロット２１６のエッジと、結合リング３６０の第１のセットのスロット３６２のエッジとは、同じ周方向間隙を形成することができる。

引き続き図１７～１８を参照すると、スロット３６４の第２のセットの数は、スパイダーロータ３０８内の軸方向突起３４４の数と対応し得る。図中の非限定的な例では、スロット３６４の第２のセットは、結合リング３６０の外面３６６の周囲に周方向に等間隔で配置された(例えば周方向に１８０°離隔した)２つのスロットを含む。他の非限定的な例では、スロット３６４の第２のセットは、結合リング３６０の外面３６６の周囲に周方向に任意の増分で配置された２つよりも多い又は少ないスロット３６４を含むことができ、これにより、スロット３６２がスパイダーロータ３０８の軸方向突起３４４と周方向にアライメントするようにすることができる。

組み立ての際には（図１８を参照）、スパイダーロータ３０８の軸方向突起３４４は結合リング３６０の第２のセットのスロット３６４と係合することにより、スパイダーロータ３０８と結合リング３６０との間の回転アライメントを維持する。すなわち、結合リング３６０とスパイダーロータ３０８との相互回転はロックされている。図中の非限定的な例では、軸方向突起３４４は、結合リング３６０の第２のセットのスロット３６４に対して相補的な形状となっている。図１８を具体的に参照すると、機械的位相制御アセンブリ３００とプラネタリアクチュエータ１００との間に結合アセンブリ３３０が配置されていることにより、第１のリングギア２００はコンプライアンス部材３４８を介して結合リング３６０に回転結合することができ、結合リング３６０は、スパイダーロータ３０８に回転結合することができるが、第１のリングギア２００はスパイダーロータ３０８と直接接触しないことが可能である。従って、コンプライアンス部材３４８を用いることにより、回転アクチュエータ３１３がプラネタリアクチュエータ１００を駆動することによって、スパイダーロータ３０８と第１のリングギア２００との間の回転変位又は角変位を生じさせることができる。

図１８～１９を参照すると、プラネタリアクチュエータ１００がスパイダーロータ３０８に取り付けられると、各コンプライアンス部材３４８の端部３７０、３７２は径方向外側に延在し、第１のリングギア２００に形成された凹みスロット２１６及び結合リング３６０に形成された第１のセットのスロット３６２のうち対応する１つと係合する。コンプライアンス部材３４８が取り付けられた状態では、第１のリングギア２００の凹みスロット２１６及び結合リング３６０の第１のセットのスロット３６２の各スロットの周方向幅は、コンプライアンス部材３４８の端部３７０，３７２が自由状態のときよりも互いに向かって付勢されることを確実にする幅とすることができる。従って、コンプライアンス部材３４８の事前付勢により、スパイダーロータ３０８が第１のリングギア２００と回転アライメントするまで（すなわち、第１のリングギア２００に対して相対回転しなくなるまで）、第１のリングギア２００とスパイダーロータ３０８との間の相対回転により生じる力がスパイダーロータ３０８において維持されることを保証することができる。

回転アクチュエータ３１３は第１のサンギア２０２に回転結合されて、第１のサンギア２０２の回転を制御することができ、この第１のサンギア２０２は第１のリングギア２００の回転を制御する。一般に、第２のリングギア２０６は、ギアハブ３０２と共に回転するように、ねじりばねアセンブリ４００のばねスリーブ４０３を介してギアハブ３０２に回転結合されるように構成することができる。図中の非限定的な例では、第２のリングギア２０６は第２のばねスリーブ４０６に固定することができ、第２のばねスリーブ４０６は、ギアハブ３０２と共に回転するように第１のばねスリーブ４０４を介してギアハブ３０２に回転結合されている。

動作時には、回転アクチュエータ３１３は、第１のリングギア２００の既知の回転変位を達成するように第１のサンギア２０２に回転変位／トルクを加える構成とすることができ、この既知の回転変位は、スパイダーロータ３０８の既知の所望の回転変位に相当する。回転アクチュエータ３１３は、内燃機関のエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）によって制御され、給電を受けることができる。

動作中、ギアハブ３０２をＶＣＲ内燃機関のクランク軸１２に結合することができる。ＶＣＲ内燃機関の偏心軸１４は、クレードルロータ３０４に結合することができる。これにより、偏心軸１４とクランク軸１２とは共に回転するように機械的位相制御アセンブリ３００を介して結合することができ、その際には、偏心軸１４はクランク軸１２の半分の速度で回転する。偏心軸１４は、エンジン動作中に内燃機関の圧縮比を変化させるように構成することができる。エンジン動作中には、機械的位相制御アセンブリ３００を使用して、クランク軸１２に対する偏心軸１４の回転関係を変更することができ、これにより圧縮比が変化する。この圧縮比の変化は通常、ピストンと、クランク軸１２と、偏心軸１４（すなわち、ＶＣＲ）との間のマルチリンク構成体を介して行われる。偏心軸１４とクランク軸１２との間の回転関係を変化させることにより、所与の動作条件におけるエンジン排出量を低減し、及び／又はエンジンの効率／性能を向上させることができる。

エンジンが動作しているときに偏心軸の回転調整が望まれない場合には、機械的位相制御アセンブリ３００はギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間の回転関係をロックすることができ、これにより偏心軸とクランク軸との間の回転関係をロックすることができる。このロック状態（例えば、図１９－２０参照）では、回転アクチュエータ３１３は、プラネタリアクチュエータ１００のために入力軸３１５に回転出力を供給せず、第１のリングギア２００と第２のリングギア２０６とが、ギアハブ３０２と同調して回転する。従って、スパイダーロータ３０８はギアハブ３０２に対して相対回転せず、各ロックアセンブリ３１０の第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２が付勢部材３５８を介して完全に互いに離れることができる。第１及び第２のロック部３５０及び３５２が互いに完全に離れた状態で、第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２は、ギアハブ３０２の内面３５９及びクレードルロータ３０４の外面３３６のうちの少なくとも１つと係合することができ、これにより第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２はクレードルロータ３０４とギアハブ３０２との間に挟まれて楔止め状態となる（図１９参照）。この楔止め状態により、ギアハブ３０２に対するクレードルロータ３０４の相対的な動きをロック又は制限することができる（すなわち、ギアハブ３０２に対してクレードルロータ３０４の回転位置がロックされる）。従って、機械的位相制御アセンブリ３００がロック状態にあるときには、偏心軸１４とクランク軸１２との間の回転関係は変化しない。

クランク軸に対して偏心軸を進角又は遅角させたい場合、回転アクチュエータ３１３はＥＣＭにより、入力軸３１５を通してプラネタリアクチュエータ１００に回転変位／トルクを与えるよう指令を受けることができる。入力軸３１５の回転の方向及び大きさは、第２のリングギア２０６に対する第１のリングギア２００の相対回転と相関関係にあることができる。第２のリングギア２０６はばねスリーブ４０３を介してギアハブ３０２に回転結合されているので、第１のリングギア２００をギアハブ３０２に対して相対回転させることができる。第１のリングギア２００に加わった相対回転の所望の大きさ及び方向は、コンプライアンス部材３４８及び結合リング３６０によってスパイダーロータ３０８に回転伝達することができる。例えば、第１のリングギア２００が回転すると、第１のリングギア２００のスロット２１６は、（相対回転の向きに応じて）コンプライアンス部材３４８の端部３７０，３７２のうち１つと係合して、これを周方向に付勢する。コンプライアンス部材３４８のこの周方向バイアスにより、コンプライアンス部材３４８は、結合リング３６０の第１のセットのスロット３６２上に対応する力を加え、次いで、その力を第２のセットのスロット３６４を介してスパイダーロータ３０８の突起３４４上に伝達する。スパイダーロータ３０８に加えられた力は、クレードルロータ３０４がギアハブ３０２に対する所望の相対回転位置に達するまでコンプライアンス部材３４８によりスパイダーロータ３０８に維持されることとなり、この所望の相対回転位置は、回転アクチュエータ３１３によって与えられる回転入力変位／力によって決定される。換言すると、クレードルロータ３０４がスパイダーロータ３０８と回転アライメントして機械的位相制御アセンブリ３００がロック状態に戻るまで、スパイダーロータ３０８に力が維持される、ということである。

またコンプライアンス部材３４８は、機械的位相制御アセンブリ３００がロック状態にある間、回転アクチュエータ３１３（図８）がプラネタリアクチュエータ１００に入力を供給することを可能にする。例えば、第１のリングギア２００が（回転アクチュエータ３１３（図８）によって提供される回転入力によって）回転すると、第１のリングギア２００のスロット２１６は（相対回転の方向に応じて）コンプライアンス部材３４８の端部３７０，３７２のうちの１つと係合し、周方向にバイアスする。コンプライアンス部材３４８のこの周方向バイアスにより、結合リング３６０は、第１のリングギア２００が回転されている間はスパイダーロータ３０８に対して相対回転不能な状態に留まり、これは、機械的位相制御アセンブリ３００がロックされている間に行うことができる。コンプライアンス部材３４８は結合リング３６０の第１のセットのスロット３６２にかかる力を維持し、機械的位相制御アセンブリ３００がロック解除状態に入ると、クレードルロータ３０４がギアハブ３０２に対する所定の相対回転位置に達するまで、コンプライアンス部材３４８は第２のセットのスロット３６４を介して、上記の力をスパイダーロータ３０８の突起３４４に伝達する。

コンプライアンス部材３４８によってスパイダーロータ３０８に加えられた回転力はスパイダーロータ３０８のアーム３３８を周方向に変位させて、第１のロック部３５０又は第２のロック部３５２のうちいずれか一方をロック位置又は楔止め位置から離脱させると共に、第１のロック部３５０又は第２のロック部３５２のうち他方をロック位置に留めることができる。例えば、スパイダーロータ３０８はロック状態から（図１９において）時計回りに所望の回転量だけ回転することができる。スパイダーロータ３０８のこの回転により、第１のロック部３５０を時計回りに回転変位させて、第１のロック部３５０がギアハブ３０２の内面３５９やクレードルロータ３０４の外面３３６との係合状態から変位したロック解除位置にすることができる。他方、第２のロック部３５２は、回転変位せずにロック位置に留まることができる。

第１のロック部３５０のロック解除により、クレードルロータ３０４は、スパイダーロータ３０８が回転した方向と同じ回転方向に回転することができる。それと同時に、第２のロック部３５２がロック位置にあることにより、スパイダーロータ３０８が回転した方向とは反対方向にクレードルロータ３０４が回転するのを防止することができる。このようにして、スパイダーロータ３０８が時計回り３０８に付勢されている上記の非限定的な例では、第１のロック部３５０がロック解除位置にあることによりクレードルロータ３０４が時計回りに回転できると同時に、第２のロック部３５２がロック位置にあることによりクレードルロータ３０４が反時計回りに回転するのを防止することができる。これにより、機械的位相制御アセンブリ３００は、第１のリングギア２００によってスパイダーロータ３０８に与えられた所望の相対回転入力と同一方向に生じる偏心軸トルクパルスから、エネルギーを回収することができる。よって、プラネタリアクチュエータ１００は、回転アクチュエータ３１３から回転入力を受け取り、これに応じて、クレードルロータ３０４とギアハブ３０２との間の相対回転を選択的にロック／ロック解除するための出力をスパイダーロータ３０８に供給する構成となっている。

例えば、第１のリングギア２００がスパイダーロータ３０８を時計回りに回転付勢する非限定的な例では、偏心軸トルクパルスが時計回りの方向にクレードルロータ３０４に印加されるので、クレードルロータ３０４及び第２のロック部３５２は時計回りの方向に回転変位することができる。時計回りの偏心軸トルクパルスが消失すると、クレードルロータ３０４は、ギアハブ３０２に対して新しい相対回転位置に位置することができ、この新しい相対回転位置は、時計回りの方向の次の偏心軸トルクパルスがクレードルロータ３０４に印加されるまで、第２のロック部３５２が再度クレードルロータ３０４をロックする位置である。この処理は、クレードルロータ３０４が回転変位する場合、第１のロック部３５０がロック位置に戻ることができるよう程度に十分にクレードルロータ３０４が十分に回転変位するまで継続することができる。これが行われると、第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２は両方ともロック位置に来ることができ、また、機械的位相制御アセンブリ３００はロック状態に戻ることができる。その後、スパイダーロータ３０８は、（クランク軸に対する偏心軸の相対的な回転関係を変更するように再度指令を受けるまで）自己の回転位置を維持することにより、第１のロック部３５０及び第２のロック部３５２がロック状態に留まることを保証し、これにより、ギアハブ３０２に対するクレードルロータ３０４の相対角度位置をロックすることができる。スパイダーロータ３０８の反時計回りの回転については、上述の処理を逆にしたものが行われることが明らかである。

プラネタリアクチュエータ１００を通してスパイダーロータ３０８に加えられる所与の回転入力変位／力に応じて、クレードルロータ３０４はスパイダーロータ３０８に回転追従し、場合によっては、偏心軸トルクパルスの大きさに依存せずにスパイダーロータ３０８の所定の最終回転位置に到達する。すなわち、コンプライアンス部材３４８は、コンプライアンス部材３４８がスパイダーロータ３０８を付勢しなくなって、クレードルロータ３０４がスパイダーロータ３０８に回転追従してギアハブ３０２に対する所望の相対回転位置に達するまで、回転アクチュエータ３１３からプラネタリアクチュエータ１００を介してスパイダーロータ３０８に与えられた入力変位／力を維持するすることとなる。

この位相制御処理の間に行われるギアハブ３０２に対するクレードルロータ３０４の回転により、偏心軸１４とギアハブ３０２との間の回転関係を変化させることができ、これは同時に、偏心軸１４とクランク軸１２との間の回転関係も変化させる。上述のように、回転アクチュエータ３１３によって与えられる所与の回転入力変位／トルクに対してスパイダーロータ３０８により達成される回転量は、第１のサンギア２０２と第１のリングギア２００との間の歯車機構と、それらの間の合成ギア比とに基づいて知ることができる。さらに、機械的位相制御アセンブリ３００の設計により、クレードルロータ３０４が、スパイダーロータ３０８と同一方向にしか回転できないようにすることもできる。従ってエンジン動作時には、機械的位相制御アセンブリ３００は、エンジン速度と、返信軸トルクパルスの方向及び大きさとに依存せずに、偏心軸とクランク軸との間の回転関係を変更することができる。また、クレードルロータ３０４はスパイダーロータ３０８に追従して所望の位置に達するように制約を受けるので、機械的位相制御アセンブリ３００は、所望の回転位置（すなわち、偏心軸とクランク軸との間の所望の回転差）に到達するために連続的にサイクル動作する必要はない。

一般に、プラネタリアクチュエータ１００の設計及び具現化に必要なのは、回転アクチュエータ３１３が常時、偏心軸及びギアハブ３０２と同一速度で回転することではなく、相対回転を行いたいときに回転するための入力信号（すなわち、入力軸３１５から提供されて回転アクチュエータ３１３から第１のサンギア２０２に提供される入力トルク／変位）のみである。定常動作の際には、相対回転を行いたくないときには、回転アクチュエータ３１３を相対回転不能とし、それによって入力軸３１５を相対回転不能とする（例えば、静止状態とする）ことができる。位相の変化（すなわち、相対回転）の際には、回転アクチュエータ３１３ひいては入力軸３１５は、偏心軸とギアハブ３０２とを同じ速度で回転させる必要はない。例えば、回転アクチュエータ３１３によって入力軸３１５に供給され、ひいては第１のサンギア２０２に供給される出力は、所望の相対角の変化率で回転するだけでよいこととすることができる。このようにして、例えば、位相制御中の入力軸３１５の回転（すなわち、速度／変位）は、クレードルロータ３０４とギアハブ３０２との間で所望される相対回転の大きさに比例することができる。このようにして、回転アクチュエータ３１３が入力軸３１５を回転させて所望の相対回転を達成するために必要とされる出力及び速度は、エンジン速度に依存しないことが可能である。すなわち、回転アクチュエータ３１３によって出力される出力及び速度は、エンジン速度／偏心軸速度の変化に起因して変化しないことが可能である。さらに、入力軸３１５と第２のリングギア２０６との間にギア減速が存在する非限定的な例では、このギア減速により、所望の相対回転を達成するために回転アクチュエータ３１３が出力しなければならないトルクの量を低減することができる。

図２０は、位相制御システム１０００の別の非限定的な例を示す。位相制御システム１０００は位相制御システム１０に類似する構成となっており、１０００年代に索引付けられた同一の参照番号を用いて識別される類似の要素には、明細書に記載され又は図面から明らかな点を除いて、１０００と同一符号とを足したものを符号として付している（例えば、ギアハブ１３０２にはギアハブ３０２が関連する）。

例えば、位相制御システム１０００は位相制御システム１０と同様に、機械的位相制御アセンブリ１３００に設置されたプラネタリアクチュエータ１１００を備えている。図示の非限定的な例では、機械的位相制御アセンブリ１３００は、ギアハブ１３０２（例えば、第１の回転要素）と、クレードルロータ１３０４（例えば、第２の回転要素）と、スパイダーロータ１３０８と、複数のロックアセンブリ１３１０と、プラネタリアクチュエータ１１００と、ねじりばねアセンブリ１４００と、を備えている。プラネタリアクチュエータ１１００と、ねじりばねアセンブリ１４００と、ギアハブ１３０２と、クレードルロータ１３０４と、スパイダーロータ１３０８と、複数のロックアセンブリ１３１０とはそれぞれ、組み立てられたときに共通の中心軸Ｃを共有することができる。ねじりばねアセンブリ１４００は、クレードルロータ１３０４とギアハブ１３０２との間にトルク負荷を印加するように構成することができる。ねじりばねアセンブリ１４００は、ねじりばね１４０２と、ばねスリーブ１４０３とを備えることができる。ねじりばねアセンブリ１４００は、第２のリングギア１２０６をギアハブ１３０２に対して回転不能とするように構成することができる。 ねじりばねアセンブリは、ばねスリーブ１４０３と、当該ばねスリーブ１４０２に結合されたばね座１４３０とを介して、ねじりばね１４０２の一端をギアハブ１３０２に取り付けるように構成することもできる。

図中の非限定的な例では、機械的位相制御アセンブリ１３００は１つ又は複数のベアリング１３１７を備えることができ、このベアリング１３１７は、機械的位相制御アセンブリの内部構成要素を回転支持し、又は、機械的位相制御アセンブリ１３００をエンジンの構成要素に対して相対回転支持するように構成されたものである。図中の非限定的な例では、ベアリング１３１７は、クレードルロータ１３０４から延在する軸に沿って配置されている。一部の非限定的な例では、特に第１のギア１３１１又は第２のギア１３３２がヘリカルギアとして形成されている場合、第１のギア１３１１及び／又は第２のギア１３３２の隣に１つ以上のスラストベアリング１３１７ａを配置することができる。ギアハブ１３０２の外側に沿って、追加のベアリング１３１７が配置されている。

図２１～２２を参照すると、ばねスリーブ１４０３はシングルピース構成のばねスリーブとして構成されている。以下の図では、複数の側面の位相制御システム１０００のサブアセンブリが図示されており、これらの構成要素の中には、説明されるべき図示された側面の明確性を向上させるために図示されていないもの（例えば、プラネタリアクチュエータ１１００及び／又はギアハブ１３０２）があると解すべきである。

ばねスリーブ１４０３は、フランジ１４１２及び環状突起１４１４を備えることができる。環状突起１４１４は、フランジ１４１２から軸方向に離れる方向に延在して内部キャビティ１４１８を画定することができる。ばねスリーブ１４０３は、軸方向に環状突起１４１４の一部に沿って延在する１つ以上の切欠き１４２０ａ、１４２０ｂを有することができる。また、切欠き１４２０ａは、環状突起１４１４の長さに沿って軸方向に延在するスロット１４２１を有することができ、このスロット１４２１は、切欠き１４２０ａからばねスリーブ１４０３におけるフランジ１４１２とは反対側まで軸方向に延在する。切欠き１４２０ａは、ねじりばね１４０２の第１のコイル端（不図示）を受けるように構成された開口を形成し、これによりねじりばね１４０２を組み立てることができる。切欠き１４２０ａ、１４２０ｂが合わさって、位相制御イベントからの回転中、軸方向突起１３３７がクレードルロータ３０４から延在するためのクリアランスを提供することができる。

ばねスリーブ１４０３は、ばねスリーブ１４０３のフランジ１４１２から軸方向に離れる方向に突出する第４のばね支持部１４５１を備えることができる。第４のばね支持部１４５１は、ねじりばね１４０２より径方向外側に配置される。図中の非限定的な例では、第４のばね支持部１４５１はばね座１４３０に沿って周方向に延在して、ねじりばね１４０２のコイル部の曲率半径と同じ中心を共有する曲率半径の弧状の突起を形成する。第４のばね支持部１４５１も第１、第２、及び第３のばね支持部１４３３，１４３７，１４３９と同様に、ねじりばね１４０２内の応力集中部を防止し、ねじりばね１４０２に嵌合する構成要素間の側方荷重を防止するように構成されてもよい。例えば第４のばね支持部１４５１は、ねじりばね１４０２の外側におけるばね座１４３０とは反対側の第１のコイル端に隣接する部分と係合することにより、側方荷重を防止することができる。

図中の非限定的な例では、ばねスリーブ１４０３は複数の第１のスロット１４２８を有することができ、ばねスリーブ１４０３に結合されたばね座１４３０は複数の第２のスロット１４３４を有することができ、これら第２のスロット１４３４は、第２のばねスリーブと共に回転させるためにばね座１４３０を第２のばねスリーブに対して相対回転不能とできるように、ばねスリーブ１４０３の第１のスロット１４２８と相補的となっている。図中の非限定的な例では、第２のスロット１４３４は、ばね座１４３０の第３のばね支持部１４３９を軸方向に貫通する。特に図２２を参照すると、組み立ての際には、ばね座１４３０は、第１のスロット１４２８と第２のスロット１４３４とが合わさってキー１４３５を受ける１つのキー溝を形成するように、ばね座１４３０をばねスリーブ１４０３と回転アライメントして第１のスロット１４２８のうち少なくとも１つを第２のスロット１４３４のうち少なくとも１つとアライメントすることができる。キー１４３５は、ばねスリーブ１４０３に対してばね座１４３０を相対回転不能とするものである。ばね座１４３０に対するキー１４３５の軸方向の相対変位を防止するため、ばね座１４３０によって形成される開口内に環状リング１４３６を入れることができる。

図示のように、ねじりばね１４０２の第１のコイル端１４０１はクレードルロータ１３０４に結合されることができ、ねじりばねの第２のコイル端１４３２にはばね座１４３０が係合することができ、これによって、ばねスリーブ１４０３を介してギアハブ１３０２（図２０参照）が係合することができる。この構成では、ねじりばね１４０２によってギアハブ１３０２とクレードルロータ１３０４との間にトルク負荷を印加することができる。

次に、図２３～２４を参照すると、機械的位相制御アセンブリ１３００のスパイダーロータ１３０８は、第１のケージリング１３４０と第２のケージリング１３４２との間に軸方向に延在する複数のアーム１３３８を有することができ、複数のロックアセンブリ１３１０のうち１つは、周方向に隣接する各対のアーム１３３８の間に周方向に配置することができる。図中の非限定的な例では、スパイダーロータ１３０８は、当該スパイダーロータ１３０８内に一体に形成されたオイル通路１３８０を有することができる。オイル通路１３８０は入口１３８２でオイルを受け取って、このオイルを少なくとも１つの出口から機械的位相制御アセンブリ１３００又はプラネタリアクチュエータ１１００の構成要素の一方又は両方に分配するように構成されている。図中の非限定的な例では、オイル通路１３８０は、スパイダーロータ１３０８の第１の面１３４６から軸方向に離れる方向に延在する第１の出口１３８４を有し、プラネタリアクチュエータ１１００の方を向いている（図２０も参照）。また、オイル通路１３８０は第２の出口１３８６も有し、この第２の出口１３８６は、スパイダーロータ１３０８の第１の面１３４６に沿って形成されてスパイダーロータ１３０８より径方向外側の方を向いた導管によって画定されている。図中の非限定的な例では、第２の出口１３８６は、第１の出口１３８４に対して直交して配置されている。

また、スパイダーロータ１３０８は、当該スパイダーロータ１３０８の第１の面１３４６から軸方向に離れていく方向に延在する弧状突起１３３５を有することもできる。組み立ての際には（図２４参照）、ばねスリーブ１４０３は、スパイダーロータ１３０８の弧状突起１３３５がばねスリーブ１４０３の開口部１４２０ａに入るように、ギアハブ１３０２に装着されることができる。スパイダーロータ１３０８の弧状突起１３３５は、ばねスリーブの開口部１４２０ａの端部と係合することにより、（偏心軸１４と回転伝動する）クレードルロータ１３０４と（クランク軸１２と回転伝動する）ギアハブ１３０２（図１参照）との間の全体的な相対回転を機械的に制限することができる。これにより、ばねスリーブ１４０３の開口部１４２０ａの端部が、クレードルロータ１３０４に追従するスパイダーロータ１３０８の弧状突起１３３５に対して回転当接ストッパとして機能し得るので、偏心軸とクランク軸との間に生じ得る相対回転の量を機械的に制限することができる。

以下の動作説明では、回転位相制御システム１０を参照する。なお、以下の説明は、回転位相制御システム１０００にも適用されると解すべきである。ここで図２５を参照すると、ねじりばね４０２，１４０２は、回転位相制御システム１０，１０００内部のオフセットトルクを加えるように構成することができることが分かる。具体的には、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４とにトルク差を適用することによって、ねじりばね４０２は、偏心軸からのトルクパルスによって生じる正味トルク、又は、偏心軸とクランク軸との間（すなわち、ギアハブ３０２の第１のギア３１１と、クレードルロータ３０４に取り付けられた第２のギア３３２との間）に生じる正味トルクをオフセットすることができる。例えば、偏心軸からのトルクパルスは、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間に第１の方向に印加される正味トルク（すなわち、正味の正のトルクパルス）を生じさせることができる。ねじりばね４０２は、第１の方向とは反対の第２の方向に、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間にトルク負荷（すなわち、負のトルク）を印加するように構成することができる。ねじりばね４０２によって送られたトルク負荷は、第２の方向におけるギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間の正味の正のトルクパルスをオフセットすることができる（例えば、図２５においてパルス曲線の垂直方向シフトとして示されているように、偏心軸からのトルクパルスの垂直方向シフト又はオフセットとなる）。正又は負のトルクは、負荷事例を解析する見方に依存する相対的な用語であるから、「正」及び「負」との用語は入れ替え可能であると解すべきである。さらに、ねじりばねは、当該ねじりばねのトルクが偏心軸からのトルクパルスをオフセットするものであれば、任意の方向にトルクを与えるように構成又は設置できると解すべきである。

図２０に図示されている非限定的な例のような一部の用途では、偏心軸からクレードルロータ３０４に印加されたトルクパルスは、クレードルロータ３０４とギアハブ３０２との間に正味ゼロ又は二方向のトルクパルスを生じさせないことがある。また一部の事例では、このことによって、機械的位相制御アセンブリが二方向ロック機能を果たすことが妨げられることがあり得る。というのも、ロックアセンブリ３１０の「楔止め」作用を利用してクレードルロータ３０４をギアハブ３０２に対してより効果的にロックするためには、二方向にトルクパルス（例えば、正味トルク）を印加しなければならない（すなわち、図２５のｙ軸上の正負がゼロ交差しなければならない）からである。

図２５に示されるように、ねじりばね４０２の構成体は、機械的位相制御アセンブリ３００内部のオフセットルクを印加することができる。ねじりばね４０２によって印加されるこのトルク負荷により、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間にトルク負荷が常時印加され、これにより偏心軸からのトルクパルスがオフセットする。図中の非限定的な例では、ねじりばね４０２によって印加されるトルク負荷は一方向である。ねじりばね４０２によって印加されたオフセットトルク負荷は、機械的位相制御アセンブリ３００が受ける正味トルクが二方向（すなわち、図２５のｙ軸上でゼロ交差する）となる（すなわち、図２５のｙ軸上でゼロ交差する）ように、機械的位相制御アセンブリ３００が受ける正味のトルク負荷（すなわち、偏心軸トルクパルスを含む）をオフセットすることができる。このようにして、ねじりばね４０２により、ロックアセンブリ３１０の「楔止め」作用を介してギアハブ３０２に対してクレードルロータ３０４をより効果的にロックするために、機械的位相制御アセンブリが二方向ロック機能を達成することができる。特に一部のＶＣＲ内燃機関等の場合には、偏心軸によって送られる正味のトルクパルスは、正味で正又は正味で負とすることができる。一部の非限定的な例では、ねじりばね４０２は偏心軸トルクパルスに線形オフセットを適用することができる。他の非限定的な例では、ねじりばね４０２は、一定の一方向トルク負荷を適用することができる。

一部の非限定的な例では、ねじりばね４０２は事前付勢（例えば事前荷重）されることができる。例えば、図１１及び２２を参照すると、ばね座４３０、１４３０は、複数の異なる位置でばねスリーブ４０３、１４０３と回転ロックすることができる。これら複数の異なる各位置は、ねじりばね４０２、１４０２によって提供されるトルク負荷をそれぞれ唯一に決定し、これにより、ねじりばね４０２、１４０２の事前付勢の大きさが定まる。ねじりばね４０２、１４０２の事前付勢は、クレードルロータ３０４、１３０４（図９、１１、及び２２参照）に対するばね座４３０、１４３０の相対回転位置に基づいて調整されることができる（図９、１１、及び２２参照）。すなわち、ばねスリーブ４０３、１４０３に対するばね座４３０、１４３０の相対位置は、ばねスリーブ４０３，１４０３の第１のスロット４２８、１４２８とばね座４３０，１４３０の第２のスロット４３４、１４３４とを利用して調整されることができる。例えば、特に図１１のねじりばねアセンブリ４００を参照すると、ねじりばね４０２の第１のコイル端４０１をクレードルロータ３０４に結合することによって、ねじりばね４０２の事前付勢を設定することができる。その後、ねじりばね４０２の反対側の第２のコイル端４３２をばね座４３０に結合することができる。その後、ばね座４３０をばねスリーブ４０３に対して相対回転させて、ねじりばねに所望の事前付勢を提供する位置に移動させることができる。その時点で、ばねスリーブ４０３の複数の第１のスロット４２８のうち少なくとも１つの第１のスロット４２８を、ばね座４３０の複数の第２のスロット４３４のうち少なくとも１つの第２のスロット４３４と選択的にアライメントすることができる。選択的にアライメントした後は、本例ではスプラインとして形成された第１のスロット４２８と第２のスロット４３４とが互いに噛み合って、ばね座４３０に対するばねスリーブ４０３の回転をロックすることができる。図中の非限定的な例では、第１のスロット４２８の複数のスプラインと第２のスロット４３４の複数のスプラインとが噛み合う。

例えば、ねじりばねアセンブリ４００は、ねじりばね４０２の第１のコイル端４０１がクレードルロータ３０４のバネ凹部３３９に挿入されると共にねじりばね４０２の第２のコイル端がばね座４３０内に設けることができる第１の向きで組み立てることができる。この第１の向きでは、ばね座４３０はばねスリーブ４０３に対して相対的な第１の回転位置に位置することができ、これにより第１のトルク負荷（一部の事例ではゼロトルク負荷）が定まる。その後、ばね座４３０の第２のスロット４３４をばねスリーブ４０３の第１のスロット４２８と係合させずにばねスリーブ４０３に対してばね座４３０を相対回転させることにより、ねじりばねアセンブリ４００を複数の可能な回転位置のうち第２の回転位置に調整することができる。その後、ばね座４３０の第２のスロット４３４をばねスリーブ４０３の第１のスロット４２８に再係合させることができ、これにより、第２のトルク負荷を定める第２の回転位置にばね座４３０を固定することができる。

一部の非限定的な例では、ねじりばね４０２は、約５Ｎｍ～約２００Ｎｍのトルク負荷を印加することができる。他の非限定的な例では、ねじりばね４０２は、約２０Ｎｍ～約１００Ｎｍのトルク負荷を印加することができる。一部の非限定的な例では、ねじりばね４０２は、約４０Ｎｍ～約８０Ｎｍのトルク負荷を印加することができる。第１及び第２のスロット４２８，４３４の配置により、ばねスリーブ４０３とばね座４３０との間に約１°～約１０°の回転調整を行うことができる。一部の非限定的な例では、スロットは、約３°～約５°の回転調整を提供することができる。一部の非限定的な例では、さらに細やかな回転調整能力を実現するため、他のばね座に対してそれぞれ若干ずれた２つ以上のばね座４３０を設けることができる。

また、特に図２２のねじりばねアセンブリ１４００を参照すると、ねじりばね１４０２の事前付勢も同様に、ねじりばね１４０２の第１のコイル端１４０１をクレードルロータ１３０４に結合することによって設定することができる。その後、ねじりばね１４０２の反対側の第２のコイル端１４３２をばね座１４３０に結合することができる。その後、ばね座１４３０をばねスリーブ１４０３に対して相対回転させて、ねじりばねに所望の事前付勢を提供する位置に移動させることができる。その時点で、ばねスリーブ１４０３の複数の第１のスロット１４２８のうち少なくとも１つの第１のスロット１４２８を、ばね座１４３０の複数の第２のスロット１４３４のうち少なくとも１つの第２のスロット１４３４と選択的にアライメントすることができる。選択的にアライメントされると、第１のスロット１４２８のうち１つと第２のスロット１４３４のうち１つとが合わさって、キー１４３５を挿入できる１つのキー溝を形成し、これにより、ばね座１４３０に対するばねスリーブ１４０３の回転をロックすることができる。図中の非限定的な例では、複数の第１のスロット１４２８のうち１つのスロットのみが、複数の第２のスロット１４３４のうちの１つのスロットのみとアライメントしている。すなわち、ばね座１４３０のいかなる特定の回転向きにおいても、１つの第１のスロット１４２８のみが１つの第２のスロット１４３４とアライメントすることができる。

いくつかの非限定的な例では、ねじりばね４０２、１４０２によって印加されるトルク負荷は、第１のリングギア２００、１２００と第２のリングギア２０６、１２０６との間の相対的な回転差に依存することができる。すなわち、特に図１１を参照すると、回転アクチュエータ３１３によって第１のリングギア２００が第２のリングギア２０６に対して回転シフトした場合、ねじりばね４０２の第１のコイル端４０１に結合されているスパイダーロータ３０８が、当該ねじりばね４０２の第２のコイル端４３２に結合されているばね座４３０から回転シフトする、ということである（図８参照）。ねじりばね４０２の第１のコイル端４０１と第２のコイル端４３２との間のこのような回転シフトは、ねじりばね４０２から送られるトルク負荷を変化させることとなる。図２２のねじりばねアセンブリ１４００についても同様のことが当てはまる。

次に図１１及び２１を参照すると、一部の非限定的な例では、機械的位相制御アセンブリ３００を所定の範囲の位相角又は回転差に機械的に制限することができる。図中の非限定的な例では、ギアハブ３０２及びクレードルロータ３０４は、最小位相角（例えば位相角０°）から最大位相角（例えば、図２１に－３０°～＋３０°として図示されている位相角６０°）に回転することができる。ＶＣＲ内燃機関は、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間の位相角が最小位相角であるときに高圧縮比（ＣＲ）設定とすることができ、また、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間の位相角が最大位相角であるときに低ＣＲ設定とになるように構成することができる。上述のように、ねじりばね４０２によって印加されるトルク負荷は、位相角に依存することができる。位相角が増大すると、ねじりばね４０２によって印加されるトルク負荷も増大することができる。よって、ねじりばね４０２によって印加されるトルク負荷は、ＶＣＲ内燃機関が高ＣＲ設定（すなわち最小位相角）である場合は最小トルク負荷とすることができ、位相角が最大位相角に向かって増大するにつれて、ねじりばね４０２によって提供されるトルク負荷も最大トルク負荷に向かって増大する。一部の非限定的な例では、ねじりばね４０２は、ギアハブ３０２とクレードルロータ３０４との間の位相角が０°となるように機械的位相制御アセンブリ３００を保持することができる。つまり、ねじりばね４０２は、最小位相角設定になるように位相制御システム１０を付勢するよう構成されている。よって、ねじりばね４０２は、ＶＣＲ内燃機関を高ＣＲ設定に保持することができる。図２２のねじりばねアセンブリ１４００についても同様のことが当てはまる。

本願明細書では、詳細な説明を明確かつ簡潔に記載できるように実施形態を記載しているが、実施形態は本発明から逸脱することなく種々に組み合わせ、又は分離できることを意図したものであり、またその旨が明らかである。例えば、本願にて記載されている好適な構成は全て、本願に記載されている発明の全ての側面に適用できることが明らかである。

よって、特定の実施形態及び事例を参照して本発明を説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、数多くの他の実施形態、事例、使用、改良、並びにこれらの実施形態、使用、使用からの派生態様も、本願明細書に添付の特許請求の範囲に包含されることを意図したものである。本願にて引用した各特許公報及び特許公開公報の開示内容は全て参照により本願の開示内容に含まれるものとし、当該各特許公報又は特許公開公報を個別に参照によって含む場合と同等の効果を生ずる。

本発明の種々の構成及び利点は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (20)

1. クランク軸と偏心軸との回転関係を変化させるための可変圧縮比（ＶＣＲ）位相制御システムであって、
   クランク軸との間で回転伝動を行うように構成されたギアハブと、
   偏心軸との間で回転伝動を行うように構成されたクレードルロータと、
   前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に配置され、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の相対回転を選択的にロック及びロック解除するように構成されたスパイダーロータと、
   前記ギアハブと前記スパイダーロータとに結合されたプラネタリアクチュエータであって、回転入力を受け取って前記スパイダーロータへ出力を供給することにより、前記クレードルロータと前記ギアハブとの間の相対回転をロック解除するように構成されたプラネタリアクチュエータと、
   前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に結合されたねじりばねであって、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に第１の方向にトルク負荷を印加することにより、前記偏心軸又は前記クランク軸のうちいずれか１つにより第２の方向に印加されるトルク負荷をオフセットさせるように構成されたねじりばねと、
   を備えていることを特徴とする可変圧縮比位相制御システム。
2. 前記トルク負荷は約５Ｎｍ～約２００Ｎｍである、
   請求項１記載の可変圧縮比位相制御システム。
3. 前記ギアハブに結合されたばねスリーブであって、前記ギアハブから軸方向に離れる方向に延在し、内部キャビティを画定するばねスリーブをさらに備えている、
   請求項１記載の可変圧縮比位相制御システム。
4. 前記ねじりばねのコイル部は、前記ばねスリーブの外側まわりに周方向に延在する、
   請求項３記載の可変圧縮比位相制御システム。
5. 前記プラネタリアクチュエータは前記ばねスリーブの前記内部キャビティに受容されている、
   請求項３記載の可変圧縮比位相制御システム。
6. 前記ねじりばねは、第１のコイル端と、前記第１のコイル端とは反対側の第２のコイル端と、を有し、
   前記ねじりばねの前記第１のコイル端は前記クレードルロータに係合すると共に、前記第２のコイル端は、前記ばねスリーブに結合されたばね座に係合する、
   請求項３記載の可変圧縮比位相制御システム。
7. 前記クレードルロータは、軸方向に前記ばねスリーブの前記内部キャビティ内へ延在する少なくとも１つの突起を有し、
   前記少なくとも１つの突起は、前記ねじりばねの前記第１のコイル端を受けるように構成された凹部を有する、
   請求項６記載の可変圧縮比位相制御システム。
8. 前記ばね座は、前記ばねスリーブに対して複数の異なる位置に回転ロック可能であり、前記複数の異なる各位置は、それぞれ前記ねじりばねからの唯一のトルク負荷を決定する、
   請求項６記載の可変圧縮比位相制御システム。
9. 前記ばねスリーブは複数の第１のスロットを有し、
   前記ばね座は複数の第２のスロットを有し、
   前記複数の第１のスロットのうち少なくとも１つの第１のスロットと、前記複数の第２のスロットのうち少なくとも１つの第２のスロットと、の選択的なアライメントが、前記ばね座に対する前記ばねスリーブの回転をロックする、
   請求項８記載の可変圧縮比位相制御システム。
10. 前記複数の第１のスロット及び前記複数の第２のスロットは、互いに噛み合うスプラインとして形成されている、
    請求項９記載の可変圧縮比位相制御システム。
11. 前記複数の第１のスロットのうち１つの第１のスロットのみが、前記複数の第２のスロットのうち１つの第２のスロットのみとアライメントする、
    請求項９記載の可変圧縮比位相制御システム。
12. 前記少なくとも１つの第１のスロットと前記少なくとも１つの第２のスロットとは、アライメントしたときに、キーを受ける１つのキー溝を構成する、
    請求項９記載の可変圧縮比位相制御システム。
13. 第１の回転要素と第２の回転要素との回転関係を変化させるための位相制御システムであって、
    ギアハブと、
    クレードルロータと、
    前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に配置され、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の相対回転を選択的にロック及びロック解除するように構成されたスパイダーロータと、
    前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に結合されたねじりばねであって、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間にトルク負荷を印加するように構成されたねじりばねと、
    前記ギアハブと前記スパイダーロータとに結合されたプラネタリアクチュエータと、
    を備えており、
    前記プラネタリアクチュエータは、前記ギアハブと前記クレードルロータとの相対回転が阻止される定常モードと、前記ギアハブと前記クレードルロータとの相対回転を選択的に提供するための所定の大きさの回転入力を受け取る位相制御モードと、で動作可能である
    ことを特徴とする位相制御システム。
14. 前記ギアハブに結合されたばねスリーブであって、前記ギアハブから軸方向に離れる方向に延在するばねスリーブをさらに備えている、
    請求項１３記載の位相制御システム。
15. 前記ねじりばねは、第１のコイル端と、前記第１のコイル端とは反対側の第２のコイル端と、を有し、
    前記ねじりばねの前記第１のコイル端は前記クレードルロータに係合すると共に、前記第２のコイル端は、前記ばねスリーブに結合されたばね座に係合する、
    請求項１４記載の位相制御システム。
16. 前記ばね座は、前記ばねスリーブに対して複数の異なる位置に回転ロック可能であり、前記複数の異なる各位置は、それぞれ前記ねじりばねからの唯一のトルク負荷を決定する、
    請求項１５記載の位相制御システム。
17. 前記ばねスリーブは複数の第１のスロットを有し、
    前記ばね座は複数の第２のスロットを有し、
    前記複数の第１のスロットのうち少なくとも１つの第１のスロットと、前記複数の第２のスロットのうち少なくとも１つの第２のスロットと、の選択的なアライメントが、前記ばね座に対する前記ばねスリーブの回転をロックする、
    請求項１６記載の位相制御システム。
18. 前記少なくとも１つの第１のスロットと前記少なくとも１つの第２のスロットとは、アライメントしたときに、キーを受ける１つのキー溝を構成する、
    請求項１７記載の位相制御システム。
19. クランク軸と偏心軸との回転関係を変化させるための可変圧縮比（ＶＣＲ）位相制御システムであって、
    クランク軸との間で回転伝動を行うように構成されたギアハブと、
    偏心軸との間で回転伝動を行うように構成されたクレードルロータと、
    前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に配置され、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の相対回転を選択的にロック及びロック解除するための入力を受け取るように構成されたスパイダーロータと、
    前記ギアハブに結合され、前記ギアハブに対して回転不能であるばねスリーブと、
    前記ギアハブと前記クレードルロータとの間に結合されたねじりばねであって、前記ギアハブと前記クレードルロータとの間にトルク負荷を印加するように構成されたねじりばねと、
    を備えており、
    前記ねじりばねの付勢は、
    前記ねじりばねの第１端を前記クレードルロータに結合し、
    前記ねじりばねの反対側の第２端をばね座に結合し、
    前記ばねスリーブに対して前記ばね座を相対的に回転させることにより、前記ばねスリーブに配置された複数の第１のスロットのうち少なくとも１つの第１のスロットを、前記ばね座に配置された複数の第２のスロットのうち少なくとも１つの第２のスロットと選択的にアライメントする
    ことにより設定され、
    前記少なくとも１つの第１のスロットと前記少なくとも１つの第２のスロットとの選択的なアライメントが、前記ばね座に対する前記ばねスリーブの回転をロックするように構成されている
    ことを特徴とする可変圧縮比位相制御システム。
20. 前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の位相角が最小位相角であるとき、前記ねじりばねによって提供される前記トルク負荷は最小トルク負荷となり、
    前記ギアハブと前記クレードルロータとの間の位相角が増大すると、前記ねじりばねにより提供される前記トルク負荷が増大する、
    請求項１９記載の可変圧縮比位相制御システム。

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