JP4801660B2 - カムシャフト用の調整装置 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前段に記載のカムシャフト用の調整装置に関する。

自動車において燃料消費量及びエンジン出力を最適化するための可変バルブタイミング制御は既に知られている。例えば、バルブの作動を変化させるためにクランクシャフトに対するカムシャフトの位相位置を調整することが可能である。位相位置を調整するためのそのような配置は、通常比較的大きな全体スペースを要し、それは多くの組立品を収容している現代の車両においては容易に得ることが可能でない。位相位置を調整するため、しかしながら例えばその調整速度及び調整角度が非常に限られているベーン型調整装置が用いられてもよい。エンジン速度及び油圧が低い時、及び停止時には位相位置を調整することは出来ない。

これらの問題は電動の調整装置により回避することが可能である。公開されている特許出願である特許文献１は、揺動板機構を備えたカムシャフト駆動用のクランクシャフトにより駆動される駆動歯車と共に、内燃機関によって駆動されるクランクシャフトに対するカムシャフトの位相位置を調整するための調整装置を有する、電動の調整機構を開示している。そのような配置はしかしながら、要求される高度に連動した二段変速装置及びサーボモータのために高価格を伴う。
特許文献２は、同時にブレーキトルクの作用を受けることができる二つの駆動軸が調整用に備えられた、四軸伝動機構の形態のカムシャフト調整装置を開示している。

独国特許出願公開第１００ ３８ ３５４ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第４１ ３３ ４０８ Ａ１号明細書

本発明の目的は出来る限り小型で安価なカムシャフト用の調整装置を作り出すことにある。

本発明によれば、その目的は請求項１の特徴により達成される。本発明の有利な実施態様及び効果は実施例及びその他の請求項に記述されている。

本発明による調整装置はハウジング内の遊星歯車列として構成される四軸伝動装置を有し、そこから四本の軸が外側へ導かれる。そのような四軸伝動装置はクランクシャフトに対するカムシャフトの位相位置を調整する時に高い調整速度を可能にし、そのうえ理論的に無制限の範囲の調整が可能である。該四軸伝動装置が遊星歯車列として構成される二つの連結された歯車列として使用され、二つの運動学的自由度を有する場合は特に有利である。この運動学的自由度は、二軸の二つの任意に定義できる速度がその他の二軸の速度を決定することを意味する。伝動装置の構造によっては、三軸の三つの任意に定義できる速度が第四の軸の速度を決定する、三つの運動学的自由度もまた実現可能である。

本発明の第一の好適な実施形態及び第二の好適な実施形態において、二つの遊星歯車列は一つの連結された歯車列として構成されてもよく、又は第三の好適な実施形態において、それらは単一の遊星歯車伝動装置の形態を取ってもよい。

駆動歯車、特にスプロケットホイールは第一の入力を形成し、駆動軸からの最初及び二番目の位置制御入力は第二の入力及び第三の入力を形成し、そして第四軸は伝動装置の出力を形成する。伝動装置の出力がカムシャフトに連結されている一方、二つの位置制御入力は位相位置を調整するトルクの作用を受けることができる。

本調整装置は二つの位置制御入力が駆動トルク及び／又はブレーキトルクの作用を受けることが出来る場合、容易に調節され得る。制動トルク（ブレーキトルク）が用いられる所において、それは前進及び減速の調整を両方生み出すことに役立ち得る。該二つの位置制御入力は望ましくは可変のブレーキトルクの作用を受けることができる。自動ロック式機構の場合、位相位置が一定の時には動力の入力はない。

駆動歯車が保持された状態で、負のギヤ比（減速機構）が第一の位置制御入力とカムシャフトの間で優先され、正のギヤ比（増速機構）が第二の位置制御入力とカムシャフトの間で優先され、すなわち減速機構の場合は該入力の回転方向が出力の回転方向に反し、一方で増速機構の場合は回転方向が同じままである。一定の位相位置では、両方の位置制御入力はカムシャフトの速度に設定することができ、それは該機構において相対運動のない連結に相当する。駆動歯車とカムシャフト間が自動ロック式機構の場合、この目的のためには付加的ブレーキトルクを必要としない。該機構が自動ロック式ではない場合、同じ効果は調整プロセスにおいて、例えば外側へ導かれる四軸の内の二軸の間、又は互いに反対に回転している二つの部分の間の付加的なブレーキトルクにより得ることができる。位相位置を調整するため、二つの位置制御入力の内のいずれかがブレーキトルク、特に可変ブレーキトルクの作用を受けることができる。二つの位置制御入力は望ましくは同軸のシャフトを有する電気駆動モータに連結されることが好ましい。第一の位置制御入力がカップリング上でブレーキをかけられた場合、カムシャフトは前進する。より弱くブレーキをかけられた、又は完全に自由に動く第二の位置制御入力は、この場合現状のカムシャフト速度より高い速度まで加速される。第二の位置制御入力がブレーキをかけられる時、カムシャフトは減速される。より弱くブレーキをかけられた、又は完全に自由に動く第一の位置制御入力は、この場合現状のカムシャフト速度より高い速度まで加速される。従って両方向において、調整速度はギヤ比及びブレーキトルクに従って変化する。その結果、単純化された軸受及び歯車装置の品質に関する許容公差、ならびに対応する価格低減による追加的利点と共に、比較的低い伝達効率であっても十分である。

第一歯車列及び第二歯車列が少なくとも駆動歯車によって間接的に駆動され得る遊星歯車を有するならば、単純な調整装置の構造が結果としてもたらされる。

位置制御入力及びカムシャフトの第一及び第二駆動軸が共通の回転軸上に配置される場合コンパクトな装置が達成できる。第一及び第二駆動軸は同軸であることが望ましい。

本発明の第一の好適な実施形態において、第一歯車列は望ましくは第一の太陽歯車の周りを回転する連結されていない自由な第一遊星歯車であり、第二歯車列は第二の太陽歯車の周りを回転する連結されていない自由な第二遊星歯車である。二つの歯車列は該二つの歯車列の間に軸方向に位置する分離ディスクにより適切に隔てられる。歯車列の内の一つは望ましくは増速機構として設計され、他方は減速機構として設計される。

第二の好適な実施形態において、第一歯車列は第一の偏心輪上に支持された遊星歯車を含み、第二歯車列は第二の偏心輪上に支持された遊星歯車を含む。第一遊星歯車及び第二遊星歯車は駆動歯車に連結された内歯車により適切に平行に駆動されることが可能であり、それは特に単純でコンパクトな構造を提供する。更なる有利な実施形態において、第一遊星歯車を第一内歯車とかみ合い係合させることができ、また第二遊星歯車を第二内歯車とかみ合い係合させることが可能であり、該内歯車はカムシャフトに回転方向に固定される。

本発明の第三の好適な実施形態において、第一歯車列は各々が遊星歯車保持体の上に支持され第一太陽歯車の周りを回る遊星歯車を含み、第二歯車列は各々が遊星歯車保持体の上に支持され第二太陽歯車の周りを回る遊星歯車を含む。第二歯車列の遊星歯車保持体は望ましくは駆動歯車に回転方向に固定される。

本発明は図面に記載されている例示的な実施形態を参照して、以下により詳細に説明される。図面、明細書、及び請求項は多くの組み合わせにおける特徴を含み、当業者であれば個々の構成の変形、ならびに更なる組み合わせを構成出来るであろう。

基本的に同一又は本質的に類似の部品は同じ参照番号を付けられている。

図１は内燃機関（図示せず）により駆動されるクランクシャフト（図示せず）に対するカムシャフト４０の位相位置を調整するための、四軸伝動装置の形態の位置制御装置と、カムシャフト４０を駆動するためのクランクシャフトにより駆動される駆動歯車１０とを有する好適な調整装置の概念図を示す。

駆動歯車１０、駆動軸２０、３０を伴う二つの位置制御入力、及びカムシャフト４０に連結された伝動装置出力の形態の四つの軸が、調整装置から外側へ導かれる。

位置制御入力の各々の駆動軸２０、３０は、それぞれ遊星歯車列として設計された関連する歯車列２２および３２に作用する。二つの位置制御入力は駆動又は制動トルク（ブレーキトルク）の作用を受けることができる。

遊星歯車列として設計された二つの歯車列２２、３２は、連結された歯車列又は単一の遊星歯車伝動装置として設計することができる。

図２は本発明による調整装置の第一の好適な実施形態を示す。分離ディスク１５により互いに隔てられた第一歯車列２２及び第二歯車列３２は、共通のハウジング１９内に配置されている。二つの歯車列２２、３２の内の一つは増速機構として、他方は減速機構として設計される。二つの位置制御入力は同軸の駆動軸２０、３０を有する。スプロケット輪の形の駆動歯車１０は中央の駆動用内歯歯車１１に連結されている。駆動歯車１０はチェーン駆動４１を経由してクランクシャフト（図示せず）に駆動で連結されている。二つの出力用内歯歯車４３、４４は駆動用内歯歯車１１の前後の軸方向に配置され、伝動装置出力においてカムシャフト４０に回転方向に固定されている。このために、対応する開口１８が駆動歯車１０内に環状の部分的な開口として設けられている。異なる歯数にかかわらず出力用内歯歯車４３、４４は同じ円周内に配置されているので、それぞれの歯型は異なる。

二つの太陽歯車２３、３３が中心に備えられ、そこから同軸で現れる駆動軸２０、３０は位置制御入力を形成する。第一の太陽歯車２３は第一出力用内歯歯車４３及び中央の駆動用内歯歯車１１ともかみ合っている、自由に動く第一の遊星歯車２４とかみ合う。この自由に動く遊星歯車２４を複数設けることが可能である。第二の太陽歯車３３は自由に動く第二の遊星歯車３４とかみ合い、この遊星歯車３４は第二の出力用内歯歯車４４及び中央の駆動用内歯歯車１１とかみ合う。尚、自由に動く遊星歯車３４を複数設けることが可能である。遊星歯車２４、３４の数は、当業者に容易に明らかであるように、必要な数が選ばれる。

カムシャフト４０に連結された二つの内歯車４３、４４の保持体４２はハウジングのベースを形成する。第一歯車列２２及び第二歯車列３２は保持体４２及び、ハウジング１９を外側から密閉する分離ディスク１５もしくはカバー板１６により、軸方向に固定される。位置制御入力用の同軸の駆動軸２０、３０及びカムシャフト４０は共通の回転軸上に配置される。

図３は本発明による調整装置の好適な第二の実施形態を示す。図中で基本的に同一又は本質的に類似の部品は同じ参照番号を付けており、本発明による調整装置の第二の実施形態のために異なる形態は参照符号の後ろに“ａ”を付加している。

多くの点で該調整装置は図２の調整装置に相当し、このように歯車列２２ａ、３２ａの内の一つが増速機構を形成し、もう一つが減速機構を形成する組み合わされた歯車列を形成する。不必要な繰り返しを避けるため、第一の実施形態と該第２の実施形態との本質的な違いのみが説明されよう。記述されていない要素及びその働きについては、図２の説明に示されている。

第一歯車列２２ａは、偏心輪２５上に支持された遊星歯車２６を含み、一方で第二歯車列３２ａは偏心輪３５上に支持された遊星歯車３６を含む。双方の遊星歯車２６、３６は中央の駆動用内歯歯車１１ａとかみ合い、これにより並行に駆動され、そして各々の遊星歯車２６、３６は出力用内歯歯車４３ａ、４４ａとかみ合う。異なる歯数にかかわらず出力用内歯歯車４３ａ、４４ａは同じ円周の内に配置されている、それぞれの歯型は異なる。偏心輪２５、３５の駆動軸２０ａ、３０ａは調整装置から同軸で外側へ導かれる。二つの歯車列２２ａ、３２ａの内、一つは増速機構として設計され、一つは減速機構として設計される。

図４は図３の実際の調整装置の縦断面図を示す。調整装置のコンパクトな構造は明らかで、保持体４２ａ、出力用内歯歯車４３ａ、４４ａ、駆動歯車１０ａ、及びカバー板１６ａはハウジング１９ａを形成している。同軸の駆動軸２０ａ、３０ａに連結された偏心輪２５、３５は、駆動用内歯歯車１１ａ及び出力用内歯歯車４３ａ、４４ａと各々かみ合っている遊星歯車２６及び３６をそれぞれ保持している。カバー板１６ａは保持体４２ａにボルトで固定されている。

図５及び６は、図３及び４に説明されている調整装置の詳細の三次元視図を示す。カバー板１６ａのない視図は、同軸の駆動軸２０ａ、３０ａ及び第二歯車列３２ａの遊星歯車３６ａを示す。内側から外側へと駆動軸２０ａ、３０ａは遊星歯車３６ａに囲まれ、そして後者は出力用内歯歯車４４ａに囲まれている。カムシャフト４０ａに向かって出力用内歯歯車４４ａの軸方向下側には視図からは隠れている、中央の駆動用内歯歯車１１ａに連結された駆動歯車１０ａが配置されている。出力用内歯歯車４４ａは駆動歯車１０ａ内の環状の部分的開口１８ａを通じてカムシャフト４０ａに取り付けられている。環状の部分的開口１８ａを有する駆動歯車１０ａ及び、該駆動歯車１０ａに固定されている中央の駆動用内歯歯車１１ａは図６に表わされている。駆動歯車１０ａは駆動用内歯歯車１１ａに溶接されるか又は他の適切な方法で固定されてもよい。駆動歯車１０ａは任意に又駆動用内歯歯車１１ａと一体的に形成されてもよい。

図７は一段遊星歯車伝動装置の形態の二つの歯車列２２ｂ、３２ｂを有する、本発明による調整装置の第三の好適な実施形態を示す。図中で基本的に同一又は本質的に類似の部品は同じ参照番号を付けており、本発明による調整装置の第三の好適な実施形態のために異なる形態は参照符号の後ろに“ｂ”を付加している。不必要な繰り返しを避けるため、前出の実施形態と該第３の実施形態との本質的な違いのみが説明される。記述されていない要素及びその働きについては、図２の説明に示されている通りである。

第一歯車列２２ｂは増速機構を形成し、第二歯車列３２ｂは減速機構を形成する。駆動歯車１０ｂは駆動用内歯歯車１１ｂ及び、第二歯車列３２ｂの各遊星歯車保持体４７と４８に固定されている。環状の部分的開口１８ｂが駆動用内歯歯車１１ｂとの結合のために駆動歯車１０内に設けられている。伝動装置出力におけるカムシャフト４０ｂは、第一歯車列２２ｂの遊星歯車保持体４５、４６及び第二歯車列３２ｂの出力用内歯歯車４４ｂに連結されている。駆動用内歯歯車１１ｂと二つの遊星歯車保持体４７、４８は半径方向に異なる直径上に配置されている。

２つの太陽歯車２３ｂ、３３ｂは同軸の駆動軸２０ｂ、３０ｂにより、調整装置の位置制御入力に連結されている。第一歯車列２２ｂの太陽歯車２３ｂの周りを回転しているのは、各々が遊星歯車保持体４５、４６上に支持されている遊星歯車５０、５１である。各々が遊星歯車保持体４７、４８上に支持されている遊星歯車５２、５３は、第二歯車列３２ｂの太陽歯車３３ｂの周りを回転する。各々の歯車列２２ｂ、３２ｂに関して二つの遊星歯車５０、５１及び５２、５３よりも多くの数にすることも可能である。

四軸伝動装置の概略図を示す。 太陽歯車及び遊星歯車を伴う二つの歯車列を有する調整装置の第一実施形態の略図を示す。 偏心軸を有する調整装置の更に好適な実施形態の略図を示す。 図３における調整装置の断面図を示す。 図３における調整装置のカバー板のない視図を示す。 図３における調整装置の中央内歯車を有する駆動歯車の視図を示す。 単一の遊星歯車を有する調整装置の更に好適な実施形態の略図を示す。

Claims (8)

1. 内燃機関により駆動されるクランクシャフトに対するカムシャフト（４０）の位相位置を調整する調整装置であって、
   そこから四つの軸（１０、２０、３０、４０）が外側へ導かれる、ハウジング（１９）内の遊星歯車列として構成される四軸伝動機構を有し、
   駆動歯車（１０）が第一入力を形成し、駆動軸（２０、３０）からの第一及び第二の位置制御入力が第二入力及び第三入力を形成し、第四軸（４０）が伝動装置出力を形成し、
   調整用の二つの駆動軸（２０、３０）が同時にブレーキトルクの作用を受けることができる調整装置において、
   前記駆動軸（２０、３０）が同軸で、駆動モータの同軸へと導かれ、前記駆動軸（２０、３０）において前記一つの位置制御入力がブレーキをかけられる時、もう一方がより弱くブレーキをかけられるか又は自由に動き、
   第一歯車列（２２）及び第二歯車列（３２）が、前記駆動歯車（１０）により少なくとも間接的に駆動され得る第一遊星歯車（２４）及び第二遊星歯車（３４）をそれぞれ有し、
   前記第一歯車列（２２）の前記第一遊星歯車（２４）が第一太陽歯車（２３）の周りを自由に回転し、前記第二歯車列（３２）の前記第二遊星歯車（３４）が第二太陽歯車（３３）の周りを自由に回転し、
   前記駆動軸（２０、３０）の１つが前記第一太陽歯車（２３）に接続され、前記駆動軸の他の１つが前記第二太陽歯車（３３）に接続されることを特徴とする調整装置。
2. 内燃機関により駆動されるクランクシャフトに対するカムシャフト（４０）の位相位置を調整するための調整装置であって、
   そこから四つの軸（１０、２０、３０、４０）が外側へ導かれる、ハウジング（１９）内の遊星歯車列として構成される四軸伝動機構を有し、
   駆動歯車（１０）が第一入力を形成し、駆動軸（２０、３０）からの第一及び第二の位置制御入力が第二入力及び第三入力を形成し、第四軸（４０）が伝動装置出力を形成し、
   調整用の二つの駆動軸（２０、３０）が同時にブレーキトルクの作用を受けることができる調整装置において、
   前記駆動軸（２０、３０）が同軸で、駆動モータの同軸へと導かれ、前記駆動軸（２０、３０）において前記一つの位置制御入力がブレーキをかけられる時、もう一方がより弱くブレーキをかけられるか又は自由に動き、
   第一歯車列（２２）及び第二歯車列（３２）が、前記駆動歯車（１０）により少なくとも間接的に駆動され得る第一遊星歯車（２４）及び第二遊星歯車（３４）をそれぞれ有し、
   前記第一歯車列（２２）の前記第一遊星歯車（２４）が第一太陽歯車（２３）の周りを自由に回転し、前記第二歯車列（３２）の前記第二遊星歯車（３４）が第二太陽歯車（３３）の周りを自由に回転し、
   前記第一遊星歯車（２４）を第一駆動用内歯歯車（４３）とかみ合い係合させ、前記第二遊星歯車（３４）を第二駆動用内歯歯車（４４）とかみ合い係合させ、これらの駆動用内歯歯車が前記カムシャフト（４０）の保持体（４２）に回転方向に固定されることを特徴とする調整装置。
3. 内燃機関により駆動されるクランクシャフトに対するカムシャフト（４０ａ）の位相位置を調整するための調整装置であって、
   そこから四つの軸（１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ）が外側へ導かれる、ハウジング（１９ａ）内の遊星歯車列として構成される四軸伝動機構を有し、
   駆動歯車（１０ａ）が第一入力を形成し、駆動軸（２０ａ、３０ａ）からの第一及び第二の位置制御入力が第二入力及び第三入力を形成し、第四軸（４０ａ）が伝動装置出力を形成し、
   調整用の二つの駆動軸（２０ａ、３０ａ）が同時にブレーキトルクの作用を受けることができる調整装置において、
   前記駆動軸（２０ａ、３０ａ）が同軸で、駆動モータの同軸へと導かれ、前記駆動軸（２０ａ、３０ａ）において前記一つの位置制御入力がブレーキをかけられる時、もう一方がより弱くブレーキをかけられるか又は自由に動き、
   第一歯車列（２２ａ）及び第二歯車列（３２ａ）が、前記駆動歯車（１０ａ）により少なくとも間接的に駆動され得る第一遊星歯車（２６）及び第二遊星歯車（３６）をそれぞれ有し、
   前記第一歯車列（２２ａ）の前記第一遊星歯車（２６）が第一偏心輪（２５）上に支持され、前記第二歯車列（３２ａ）の前記第二遊星歯車（３６）が第二偏心輪（３５）上に支持され、
   前記第一遊星歯車（２６）を第一駆動用内歯歯車（４３ａ）とかみ合い係合させ、前記第二遊星歯車（３６）を第二駆動用内歯歯車（４４ａ）とかみ合い係合させ、これらの駆動用内歯歯車が前記カムシャフト（４０ａ）の保持体（４２ａ）に回転方向に固定されることを特徴とする調整装置。
4. 内燃機関により駆動されるクランクシャフトに対するカムシャフト（４０ｂ）の位相位置を調整するための調整装置であって、
   そこから四つの軸（１０ｂ、２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ）が外側へ導かれる、ハウジング（１９ｂ）内の遊星歯車列として構成される四軸伝動機構を有し、
   駆動歯車（１０ｂ）が第一入力を形成し、駆動軸（２０ｂ、３０ｂ）からの第一及び第二の位置制御入力が第二入力及び第三入力を形成し、第四軸（４０ｂ）が伝動装置出力を形成し、
   調整用の二つの駆動軸（２０ｂ、３０ｂ）が同時にブレーキトルクの作用を受けることができる調整装置において、
   前記駆動軸（２０ｂ、３０ｂ）が同軸で、駆動モータの同軸へと導かれ、前記駆動軸（２０ｂ、３０ｂ）において前記一つの位置制御入力がブレーキをかけられる時、もう一方がより弱くブレーキをかけられるか又は自由に動き、
   第一歯車列（２２ｂ）及び第二歯車列（３２ｂ）が、前記駆動歯車（１０ｂ）により少なくとも間接的に駆動され得る第一遊星歯車（５０、５１）及び第二遊星歯車（５２、５３）をそれぞれ有し、
   前記第一歯車列（２２ｂ）の前記第一遊星歯車（５０、５１）が、それぞれ遊星歯車保持体（４５、４６）上に支持され、かつ第一太陽歯車（２３ｂ）の周りを回転し、
   前記第二歯車列（３２ｂ）の前記第二遊星歯車（５２、５３）が、それぞれ遊星歯車保持体（４７、４８）上に支持され、かつ第二太陽歯車（３３ｂ）の周りを回転し、
   前記第二歯車列（３２ｂ）の前記遊星歯車保持体（４７、４８）が前記駆動歯車（１０ｂ）に回転方向に固定されることを特徴とする調整装置。
5. 前記二つの位置制御入力が駆動又はブレーキトルクの作用を受けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の調整装置。
6. 前記駆動歯車（１０、１０ａ、１０ｂ）が保持された状態で、負のギヤ比が前記第一の位置制御入力と前記カムシャフト（４０、４０ａ、４０ｂ）との間で優先され、正のギヤ比が前記第二の位置制御入力と前記カムシャフト（４０、４０ａ、４０ｂ）との間で優先されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の調整装置。
7. 前記二つの駆動軸（２０、２０ａ、２０ｂ、３０、３０ａ、３０ｂ）及び前記カムシャフト（４０、４０ａ、４０ｂ）が共通の回転軸上に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の調整装置。
8. 前記第一遊星歯車（２４、２６）及び前記第二遊星歯車（３４、３６）が、前記駆動歯車（１０、１０ａ）に連結された内歯車（１１、１１ａ）により平行に駆動されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の調整装置。

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