JP4875068B2 - カム軸調整装置 - Google Patents

Description

本発明は独立請求項の前段によるカム軸調整装置に関する。

合成変速装置及び回転アクチュエータから成るカム軸調整装置において、カム軸駆動トルクは位置決め入力部の所で支えられる。支えられるべき基本トルクは、ここで合成変速装置の変速比により分配された実際のカム軸トルクにより与えられる。位置決め入力部に接続された位置決めアクチュエータ、例えば電動機又はブレーキは、支えられるべきトルクを常に伝えなければならない。補助ユニット、例えば高圧噴射ポンプが追加的にカム軸によって駆動される必要がある場合、支えられるべきトルクもまた位置決め入力部の所で増加し、その結果として位置決めアクチュエータはより大きな寸法のものとなる。動力消費及び、受動的なカム軸調整装置がブレーキを有する場合のブレーキ損失は相応に増加する。従って補助ユニットはカム軸によって駆動されないことが一般的に望ましい。

特許文献１はクラッチが駆動入力軸と駆動出力軸との間に直列に接続されているカム軸調整装置を開示している。摩擦効果から生じる一定のトルクはクランクシャフトから生じる周期的なトルク変動に重ね合わされ、当該周期的なトルク変動は、カム軸が相応に減速又は加速されるおかげでカム軸の位相調整のために利用される。カム軸調整装置が、トルク変動が十分小さいために変動及び一定のトルクから成る合計トルクが全体としてプラスである駆動伝達系において使用される場合、一つの回転方向に予め荷重を加えられたばね要素が、当該カム軸調整装置と平行に配置されることができ、当該ばね要素はカム軸を加速又は減速するため、トルク変動のプラスとマイナスの成分が当該カム軸調整装置に完全に適用できるように、完全に又は部分的に当該一定のトルクを補償する。低い一定トルクの場合、トルク変動が合計トルクにおいてさえもマイナスの成分をもたらすとき、ばね要素は省略され得る。当該ばね要素は摩擦効果により発生するトルクに加えて、追加的にカム軸により作動するバルブ以外の、カム軸で駆動される構成部品から生じるトルクもまた補償する必要がある。

米国特許第５，２３４，０８８ Ａ１号明細書

本発明は調整方向に関係なく、そしてカム軸調整装置により支えられるべきトルクの大幅な増加なしに、補助ユニットをカム軸経由で駆動可能にするカム軸調整装置、及びこのためのカム軸配置を提供する。

前記目的は独立請求項の特徴を用いた本発明により達成される。

本発明の好適な実施形態及び利点は本明細書及び更なる請求項から明らかとなり得る。

本発明によるカム軸調整装置は、ばね要素が直接又は間接的にカム軸とクランクシャフトとの間に配置され、カム軸により追加的に駆動されるべきユニットの負荷トルクが少なくとも部分的に補償され得るように、当該ばね要素のばねトルクが構成されることにより特徴付けられる。ばね要素は基本駆動トルク及び負荷トルクから成る全体のカム軸駆動トルクの一部分のみを打ち消す。ユニットの負荷トルクは一般に重ね合わされた振動を伴う、回転速度に依存する平均トルクから成り、その振幅は同様に回転速度に依存し得る。追加ユニットの回転速度に依存する平均負荷トルクから得られるトルク、及び適切な場合、基本駆動トルクの一部分は、望ましくは補償される。複数のユニットがカム軸によって駆動される必要がある場合、それらの合計トルクが考慮される。ここで、カム軸に作用するばねトルクを伴うばね要素は、多くて基本駆動トルクの一部分が補償されるように構成される。しかしながら、当該ばね要素はその機能が、位置決めアクチュエータの能動的な反作用なしに、カム軸調整装置を端部停止位置又は中間位置のような所定の位置にしっかりと保持することにある、復元ばねを有する既知の装置とは対照的に、カム軸駆動トルク全体を打ち消すことが出来ないように常に設計される。

調整変速装置が設けられる場合、どの軸の間にばね要素が配置されるかによって、対応する適切なばねトルクが発生する。ばね要素が例えば調整変速装置の位置決め入力と駆動入力軸との間に位置する場合、ばねトルクは補償されるべきトルク、特に調整変速装置の変速比により分配された負荷トルクと同一である。ばね要素が例えば駆動入力軸と駆動出力軸との間に位置する場合、ばねトルクは補償されるべきトルクと同一である。駆動入力軸と駆動出力軸との間のばね要素の間接的な配置は、ばね要素が調整変速装置の二つの軸の間、すなわち特に位置決め軸と駆動入力軸との間、又は位置決め軸と駆動出力軸との間に配置されることを意味すると理解されるべきである。ばね要素は代わりに、駆動入力軸と駆動出力軸との間に直接配置されることができる。

変速装置のないカム軸調整装置の場合、ばね要素は駆動入力軸と駆動出力軸との間に直接接続される。位置決めアクチュエータは全体のカム軸駆動トルクを伝える。

能動的な位置決めアクチュエータの場合、ばね要素は内燃機関の所定の運転範囲において、より好ましい平均燃料消費量が与えられるように、有利に構成される。能動的な位置決めアクチュエータの場合、ばね要素は適切な場合には調整変速装置の変速比により分配された平均負荷トルクが補償され得るように、特に有利に構成される。調整は単に位置決めアクチュエータのトルクによってのみ行なわれ、受動的な位置決めアクチュエータと対照的に、カム軸の平均トルクは調整のためには利用されない。有利な消費量削減が内燃機関の対応する運転範囲において与えられる。

能動的な位置決めアクチュエータと対照的に、受動的な位置決めアクチュエータの場合、カム軸調整装置の調整特性が依然として要求に合致できるように、ばね要素を用いた補償が単に顕著である必要性のため、平均カム軸駆動トルクが調整用に利用される。これは適切な場合に調整変速装置の変速比により分配された、多くて最小限の平均負荷トルクが補償され得るように、ばね要素が構成されることにおいて有利に達成される。ばねトルクがより大きい場合、調整速度は例えば減じられる。位相位置を保持するため、位置決めアクチュエータは、調整変速装置が設けられる場合には、その変速比により分配された基本駆動トルクと負荷トルクを含む、全体のカム軸駆動トルクを伝える。受動的な位置決めアクチュエータ、例えばブレーキの場合、これは相応の動力損失を生じる。当該動力損失は、ばね要素を用いて最小限にされ得る。設けられた任意の調整変速装置の変速比に関し、受動的な位置決めアクチュエータの場合の同一の変速比に対して生じるばね要素のばねトルクは、一般に能動的な位置決めアクチュエータの場合のばねトルクよりも小さい。

好適な第一の実施形態において、調整変速装置が駆動入力軸とカム軸との間に設けられ、そこでばね要素が調整変速装置の位置決め軸と駆動入力軸との間、又は位置決め軸とカム軸との間、或いは駆動入力軸と駆動出力軸との間に配置される。調整変速装置は合成変速装置として供されることが望ましい。

能動的な位置決めアクチュエータは、望ましくは電動機として供され得る。当該電動機は両回転方向に駆動及び減速することができる。

受動的な位置決めアクチュエータはブレーキとして、望ましくは例えばヒステリシス・ブレーキ又は渦電流ブレーキのような、非接触で動作するブレーキとして任意に供され得る。調整変速装置はそのときマイナス変速装置として形成されることが望ましい。

代案の第二実施形態において、位置決めアクチュエータが駆動入力軸とカム軸との間に直列に配置されている場合、ばね要素は駆動入力軸とカム軸との間に配置される。変速装置のないそのような設計の場合、カム軸の交番トルクが調整用に利用される。能動的な位置決めアクチュエータは、例えばベーン・セルを有する油圧旋回モータとして又は、はす歯を持つ圧力ピストンとして望ましくは供されることができる。受動的な位置決めアクチュエータは逆止め弁を有する油圧位置決め装置として、又は機械的フリーホイール装置として有利に供され得る。

一つの有利な設計は、当該ばね要素がねじりばねとして供される場合に与えられる。

本発明による配置は、ばね要素がカム軸内のトーションバーとして配置される場合に、特にコンパクトな設計であり得る。前記改良は変速装置のないカム軸調整装置及び、調整変速装置を有するカム軸調整装置の双方に対して使用できる。

本発明によるカム軸配置において、ばね要素はその内側に配置され、そこで当該ばね要素は望ましくはトーションバーとして供され得る。

本発明は図面に記述されている例示的実施形態に基づいて、以下により詳細に説明される。図面、明細書、及び特許請求の範囲は、当業者が目的にかなって又個々に考慮し、そして更に有意義な組合せを形成するために統合するであろう、多くの組み合わされた特徴を含む。

図において、機能的に同等の要素は、いずれの場合にも同じ参照記号により示される。

図１ａ及び１ｂは本発明のより良い理解のために、カム軸１３上で追加的に駆動されるべきユニット２１を伴う、合成変速装置１２及び位置決めアクチュエータ１１を有するカム軸調整装置１０の概略図（図１ａ）、及び変速装置のない好適なカム軸調整装置１０の概略図（図１ｂ）を示す。ユニット２１を駆動するため、更なる手段が取られない場合にはカム軸駆動トルクが上昇するように、カム軸１３はバルブ配置１５を作動させるための基本トルクに加えて負荷トルクを伝えなければならない。クランクシャフト２３は駆動入力手段１９、例えばチェーン又はベルトを介して、カム軸調整装置１０の駆動入力軸１６、及び従ってカム軸１３を駆動する。カム軸１３はカム軸調整装置１０の駆動出力軸１７につながる。カム軸１３はそのカム配置１４を用いて（これ以上の詳細は例示されない）内燃機関のバルブ配置１５を作動させる。図１ａに示される位置決め駆動装置１１は、バルブ配置１５のバルブがより早く、又はより遅く作動するような方法で、クランクシャフト２３とカム軸１３との間の位相位置を調整するため、駆動入力軸１６と駆動出力軸１７との間に配置された調整変速装置１２において位置決め軸１８と係合する。図１ｂによる変速装置のない実施形態において、カム軸調整装置１０の位置決めアクチュエータ１１は対照的に、クランクシャフト２３と直列に接続される。

図２ａ〜２ｄは、ばね要素２０がいずれの場合にも異なる方法で配置されている、好適なカム軸調整装置１０の様々な実施形態を示す。図２ａ〜２ｃは望ましくは合成変速装置として供される調整変速装置１２を有する、図１ａによるカム軸調整装置１０に関し、一方図２ｄは図１ｂによる変速装置のないカム軸調整装置に関する。

ばね要素２０はいずれの場合にも合成変速装置として供される調整変速装置１２の３つの軸の内の２つを支える。図２ａにおいて、受動的又は能動的な位置決めアクチュエータ１１は、クランクシャフト２３（図１）により駆動される駆動入力軸１６と駆動出力軸１７との間に配置された調整変速装置１２において位置決め軸１８と係合する。カム軸１３は駆動出力軸１７（図１）につながる。ばね要素２０は位置決め軸１８と駆動入力軸１６との間に配置され、その２つを互いに対して支える。ユニット２１（図１）の追加的負荷トルクはそれにより補償されることができる。ばね要素２０は、そのばねトルクが調整変速装置１２の変速比により分配された負荷トルクをもたらすように構成される。図２ｂは、ばね要素２０が駆動入力軸１６と駆動出力軸１７との間に配置された実施形態を示す。ばねトルクは負荷トルクに対応する。図２ｃは、ばね要素２０が位置決め軸１８と駆動出力軸１７との間に配置され、その２つを互いに対して支える実施形態を示す。ばねトルクは調整変速装置１２の変速比により分配された負荷トルクとして再び生じる。

図２ｄによる変速装置のない実施形態において、ばね要素２０は駆動入力軸１６を駆動出力軸１７に対して支え、そこでばねトルクは負荷トルクに対応する。

カム軸調整装置１０の好適な実施形態及び、カム配置１４を伴うカム軸１３を有する好適なカム軸配置は図３から収集され得る。当該実施形態は、調整変速装置１２を有するカム軸調整装置１０及び、また変速装置のないカム軸調整装置１０の双方に対して適している。

カム軸調整装置１０は、望ましくは回転アクチュエータとして供される位置決め駆動装置１１を有する、望ましくは合成変速装置として供される調整変速装置１２を備える。当該調整変速装置１２は遊星歯車装置として供される。位置決め軸１８は調整変速装置１２の（これ以上の詳細は例示されない）太陽歯車に接続され、当該太陽歯車上を、リングギヤとして供される駆動入力軸１６の内歯と同時に係合する（これ以上の詳細は例示されない）遊星歯車が転がり、当該駆動入力軸は同心円状に当該配置を囲み、その駆動出力軸１７はカム軸１３につながっている。

カム軸１３の内側に配置されているのは、トーションバーとして供され、一端２４が調整変速装置１２において係合し、駆動入力軸１６と接続され、そしてその反対側の端部がカム軸１３において固定されているばね要素２０である。

図４ａ及び４ｂは線図を示し、それに基づき前の例示的実施形態において、そのばねトルクを伴うばね要素２０が、如何に受動的又は能動的な位置決めアクチュエータ用に構成され得るかを説明することができる。構成部品の参照記号は前に説明された例示的実施形態に関連する。

当該線図において、いずれの場合にも当該ユニット２１又は複数のユニット２１の平均負荷トルクＭはカム軸回転速度ｎの関数としてプロットされ、いずれの場合にも重ねられた交番トルクを持たない。平均負荷トルクＭは回転速度に依存し、回転速度ｎに対して初期に低下し、広範囲な最低値の後に再び僅かに上昇する。位置決めアクチュエータ１１が例えば調整変速装置１２を有するカム軸調整装置１０の場合の電動機として、又は変速装置のないカム軸調整装置１０の場合の油圧旋回モータとして動作している場合、図４ａによれば、ばね要素２０はカム軸１３に作用するそのばねトルクが、平均負荷トルクＭの平均値Ｍ１に対応するように望ましくは構成される。

対照的に位置決めアクチュエータ１１が、例えば調整変速装置１２を有するカム軸調整装置１０の場合のブレーキとして、又は変速装置のないカム軸調整装置１０の場合の逆止め弁あるいは切替え可能なフリーホイールを有する、油圧位置決めアクチュエータ１１として受動的である場合、図４ｂによれば、ばね要素２０はカム軸１３に作用するそのばねトルクが、多くて平均負荷トルクＭの最小値Ｍ２に対応するように望ましくは構成される。

カム軸上で追加的に駆動されるべきユニットを伴う、合成変速装置及び位置決めアクチュエータを有する好適なカム軸調整装置の概略図を示す。 直列に接続された位置決めアクチュエータを有し、変速装置のない好適なカム軸調整装置の概略図を示す。 位置決め軸と駆動入力軸との間にばね要素を有する調整変速装置を伴う好適なカム軸調整装置を示す。 駆動入力軸と駆動出力軸との間にばね要素を有する調整変速装置を伴う好適なカム軸調整装置を示す。 位置決め軸と駆動出力軸との間にばね要素を有する調整変速装置を伴う好適なカム軸調整装置を示す。 駆動入力軸と駆動出力軸との間にばね要素を有し、変速装置のない好適なカム軸調整装置を示す。 ばね要素としてトーションバーを有する本発明の一つの有利な実施形態を示す。 能動的な位置決めアクチュエータ用のばねトルクの推移を伴う、カム軸により駆動されるべきユニットの平均負荷トルクの、回転速度に依存する推移を示す。 受動的な位置決めアクチュエータ用のばねトルクの推移を伴う、カム軸により駆動されるべきユニットの平均負荷トルクの、回転速度に依存する推移を示す。

Claims (14)

1. 内燃機関のクランクシャフト（２３）と関係するカム軸（１３）の位相位置調整用の位置決めアクチュエータ（１１）を有するカム軸調整装置であって、
   前記カム軸（１３）が前記クランクシャフト（２３）により駆動入力軸（１６）を介して駆動されることができ、前記カム軸（１３）の基本駆動トルクが前記位置決めアクチュエータ（１１）により支えられ又は伝えられるカム軸調整装置において、
   ばね要素（２０）が前記カム軸（１３）と前記クランクシャフト（２３）との間に直接的又は間接的に配置され、前記ばね要素（２０）のばねトルクは、前記カム軸（１３）により追加的に駆動されるべきユニット（２１）の平均負荷トルク（Ｍ）が少なくとも部分的に補償されることができるように設定されると共に、多くて前記基本駆動トルクの一部分のみが補償され得るように設定されることを特徴とするカム軸調整装置。
2. 能動的な位置決めアクチュエータ（１１）の場合、より望ましい平均燃料消費量が前記内燃機関の所定の運転範囲において与えられるように、前記ばね要素（２０）が構成されることを特徴とする、請求項１に記載のカム軸調整装置。
3. 能動的な位置決めアクチュエータ（１１）の場合、前記ばねトルクの補償により、適切な場合に変速比により分配される前記平均負荷トルク（Ｍ）の、回転速度に依存する前記平均負荷トルク（Ｍ）の推移から得られた平均値（Ｍ１）となるように、前記ばね要素（２０）が構成されることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載のカム軸調整装置。
4. 受動的な位置決めアクチュエータ（１１）の場合、前記ばねトルクの補償により、適切な場合に変速比により分配される前記平均負荷トルク（Ｍ）の、回転速度に依存する前記平均負荷トルク（Ｍ）の推移から得られた少なくとも最小値（Ｍ２）となるように、前記ばね要素（２０）が構成さ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調整装置。
5. 調整変速装置（１２）が駆動装置（１６）とカム軸（１３）との間に設けられ、そこで前記ばね要素（２０）が前記調整変速装置（１２）の位置決め軸（１８）と駆動入力軸（１６）との間、又は前記位置決め軸（１８）と前記カム軸（１３）との間に配置され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調整装置。
6. 前記受動的な位置決めアクチュエータ（１１）がブレーキとして供されることを特徴とする請求項５に記載のカム軸調整装置。
7. 前記能動的な位置決めアクチュエータ（１１）が電動機として供されることを特徴とする請求項５に記載のカム軸調整装置。
8. 位置決めアクチュエータ（１１）が前記駆動入力軸（１６）と前記カム軸（１３）との間に直列に配置され、前記ばね要素（２０）が前記駆動入力軸（１６）と前記カム軸（１３）との間に配置され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調整装置。
9. 前記能動的な位置決めアクチュエータ（１１）が油圧旋回モータとして供されることを特徴とする請求項８に記載のカム軸調整装置。
10. 前記受動的な位置決めアクチュエータ（１１）が逆止め弁及び／又は切替え可能なフリーホイールを有することを特徴とする請求項８に記載のカム軸調整装置。
11. 前記ばね要素（２０）がねじりばねとして供されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のカム軸調整装置。
12. 前記ばね要素（２０）が前記カム軸（１３）内のトーションバーとして配置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のカム軸調整装置。
13. ばね要素（２０）がカム軸（１３）の内部に配置され、前記ばね要素（２０）のばねトルクは、前記カム軸（１３）により追加的に駆動されるべきユニット（２１）の平均負荷トルク（Ｍ）が少なくとも部分的に補償されることができるように設定されると共に、多くてカム軸（１３）の基本駆動トルクの一部分のみが補償され得るように設定されることを特徴とする、前記カム軸（１３）を有するカム軸配置。
14. 前記ばね要素（２０）がトーションバーとして供されることを特徴とする請求項１３に記載のカム軸配置。

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