JP5484055B2 - 振動減少のための補償装置を備えたトラクション駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に内燃エンジン用の振動減少のための補償装置を有するトラクション駆動装置であって、被動シャフトと、被動シャフトに結合された駆動ホイールと、駆動手段と、トラクション駆動装置内で相対的にシャフトの回転方向に一致して又はこれと逆に運動できる少なくとも１つの補償質量体と、少なくとも１つの補償質量体を動かす少なくとも１つの作動機構体とを有するトラクション駆動装置に関する。さらに、本発明は、トラクション駆動装置の振動を減少させるためのカムシャフト調整システムの使用及びトラクション駆動装置の振動を減少させる上で適当な方法に関する。

最新式の自動車の開発では、所謂ＮＶＨ挙動（騒音、振動及びハーシュネス）が、ますます重要になっている。振動に対する高いレベルの快適さに対する購入者の要望とは別に、騒音が少ないこと及び運転手に対する振動応力が少ないことも又、積極的な安全性に寄与する。加うるに、振動応力は、特に、コンポーネントの有効寿命に影響を及ぼし、それにより、影響を受けるコンポーネントの寸法決めの際、寸法形状が強化される。

自動車では、多数のコンポーネントが、振動及び騒音の励起源として同時に生じる。しかしながら、パワートレインの振動及び騒音励起、特にクランクシャフト及びカムシャフトのトルク励振は、主要な役割を果たす。パワートレインに加わるこれら動的応力は、主として自動車全体を通じて続き、他の全ての音響源及び震動源に重ね合わされる。

独国特許出願公開第４０１０８５６号明細書から、被動エンジンシャフト、特にクランクシャフトの質量及び力の補償が知られており、この補償では、補償重りを備えた２本の補償シャフトが、クランクシャフトから間隔を置くと共に相互に間隔を置いた状態で配置されている。２本の補償シャフトは、共に、クランクシャフトから駆動されて互いに逆方向に回転する。この所謂ランチェスタ補償（Lanchester compensation ）の大きな欠点は、かかる補償方式が、比較的広い設置空間を占め、それによりエンジンの全体的サイズが増大し、エンジンが重くなるということにある。さらに、補償シャフトは、追加の軸受を必要とし、補償シャフトの駆動装置は、エンジンの摩擦損失を増大させる。

ランチェスタ補償方式の改良が、独国特許第１９９０８４３７号明細書に記載されており、この改良では、補償シャフトは、摩擦損失を減少させると共にこの種の補償装置の所要の設置空間を減少させるために、クランクシャフトジャーナルで支持された補償重りを備えた歯車と相互作用する。

さらに、カムシャフトのためのトルク補償の開発が知られており、かかる開発では、４つの半径方向に動くことができる補償質量体を備えた質量体支持体が、カムシャフトに取り付けられ、補償質量体は、シャフトの回転時に、固定されたカム形状によりばねの圧縮力に抗して半径方向に動く。この装置は、回転速度及び振動次数に関する動的トルクの著しい減少を容易にする。このトルク補償装置の欠点は、質量体支持トルクが増大すること及び通常は１つの振動次数及び或る特定の回転速度に関して補償が或るトルク励振曲線に制限されるということにある。

近年、騒音及びパワートレインに作用する振動応力を減少させる多くの種々の解決策が提案され、これら解決策は、これらの用途範囲内においては有益であることが判明している場合がある。自動車においてＮＶＨ挙動を一段と改善するための現在集中的に行われている技術的努力は、特に、パワートレインの主要な音響及び震動源においても一段の開発努力を要求している。さらに、技術の現状から知られている解決策は、通常、共振範囲における最大振動応力の補償に向けられており、即ち、１つの振動次数及び１つの回転速度範囲に対して最適化されている。このことは、駆動装置に作用する動的応力が、広い動作範囲、また、他の振動次数においては依然として高いということを意味している。したがって、特に駆動チェーン又は駆動ベルトの耐久性を向上させるためには、振動応力、特にパワートレインにおける交番トルクを一段と減少させることが、望ましい。さらに、パワートレインの寸法決めにおける小型化努力によりコスト軽減を達成することができる。

したがって、本発明の目的は、内燃機関のトラクション駆動装置における振動の動的成分を補償し又は少なくともこれら動的成分を減少させ、それにより公知の解決策の欠点をできるだけ回避するために、振動減少のための補償装置を備えたトラクション駆動装置を提供することにある。

この目的は、少なくとも１つの作動機構体が、トラクション駆動装置の振動減少のために、少なくとも１つの補償質量体を、被動シャフトの回転方向に一致して及び／又はこの方向とは逆に動かす、接線方向に運動し且つ能動的に作用するアクチュエータとして形成されていることを特徴とする、振動減少のための補償装置を備えた一般的なトラクション駆動装置によって達成される。

相対的にシャフトの回転方向に一致して及び／又はこれとは逆に動くことができるように設けられた補償質量体は、一般に、シャフトの回転時にシャフトの軸線回りにトラクション駆動装置のシステム内で回転する。トラクション駆動装置の他のコンポーネントに対する補償質量体の運動は、接線方向に動くアクチュエータによって生じ、シャフトの回転方向に一致して又はこれとは逆の、アクチュエータによって割り出された補償質量体の運動は、結果的に生じる力ベクトルのうちの５０％を超え、好ましくは８０％を超える部分を含む少なくとも実質的に接線方向の成分を有する。加えられた力／時間の関係に従って、能動的に作用するアクチュエータによって力が作用する補償質量体により、被動シャフトに反応トルクが生じ、かかる反応トルクは、トラクション駆動装置の振動の既存の動的成分の補償に利用できる。従来型振動補償装置とは対照的に、この本質的に力の運動学的利用により、モーメントベクトルの変位能力を通じて、例えば質量体支持体上でのトラクション駆動装置の他のコンポーネントに対する少なくとも１つの補償質量体の自由な配置及び自由な形成が容易になる。被動シャフトでのトルクの直接的な生成に起因して、適当な反応トルクを生じさせるのに、第１には、小さな質量及び第２に僅かな相対変位が必要であるに過ぎない。

受動的に反応する作動機構体、例えば、運動又は力伝達の形態の外部励振を介して反応を生じさせるよう開始される圧縮ばねとは対照的に、能動的に作用するアクチュエータ、例えば電気駆動装置が、作動を介する外部機械的励振無しに、能動的媒体、電気信号又はパルスによって動作し、力を伝達する機械的運動を生じさせる。

カムシャフトの場合、制御時間の角度調節のため、カムシャフトが例えば油圧を使用した駆動手段によって固定された駆動ホイールに対して調整される所謂カムシャフト調整システムが知られている。本発明の補償装置を備えたトラクション駆動装置とは対照的に、カムシャフトの相対運動により、エンジンの燃焼室内での燃焼状態に対する制御時間の純粋な適合が行われ、これは、全体的なエンジン観点、例えば動作温度、燃焼、排気ガス組成及び動力スペクトルによって影響を受ける。内燃機関の回転速度と比較して、カムシャフトの角度調整は、非常に長い期間にわたって起こり、その結果、カムシャフト調整システムにより被動シャフトの１回転に関して行われる制御時間の角度調整により、有効トルクは生じず、しかもトラクション駆動装置の振動の動的部分を補償する補償トルクも生じない。

原理的には、本発明の装置は、シャフトが駆動ホイールを介して駆動手段によって駆動されるシャフトの全ての駆動装置について利用できる。この場合、内燃機関の制御駆動装置とは別に、噴射ポンプ及びウォーターポンプ駆動装置又はこれに類似した駆動装置が、振動減少のための適当な補償手段を備えることができる。しかしながら、内燃機関により生じる動的振動を補償するために、特に関心のあるものは、カムシャフト用の上述したような性質の補償装置である。トラクション駆動装置の振動又は被動シャフトの動的交番トルクの動的成分の減少に起因して、例えば、クランクシャフトとカムシャフトとの間のパワートレインに関し、タイミングチェーン又は適当なベルトを著しく軽量且つ細長く寸法決めすることが可能である。補償装置がカムシャフト側に取り付けられる場合、更に、開置（spreizung ）とは独立の効果が生じ、その結果、カムシャフトの角度調整に関し、補償装置の作用効果は、不変のままである。

好ましい実施形態では、少なくとも１つの補償質量体は、シャフトの回転方向に一致して又はこれとは逆に円弧を描いて動くことができる。補償質量体がシャフトの軸線回りに描く円形の線の一部分に沿う被動シャフトの軸線回りの補償質量体の回転に起因して、シャフトに対する補償質量体の適度にバランスの取れた分布では、質量関係は、補償質量体の運動にもかかわらず、変化せず、従って、被動シャフトにおける静モーメントの関係は、本質的には不変のままである。補償質量体の円形運動の代わりに、少なくとも１つの補償質量体は、シャフトの回転方向に一致して又はこれとは逆にシャフトの軸線回りに円の接線上で動くことができても良い。補償質量体の接線方向運動により、アクチュエータに起因して生じる接線方向力は、被動シャフトに作用する補償トルクに完全に変換可能であり、かかる補償トルクにより、トラクション駆動装置の駆動手段の動的振動成分を補償し又は減少させることができる。

有効な実施形態では、補償質量体の運動を回復するための回復機構体が、少なくとも１つの補償質量体に取り付けられる。トラクション駆動装置に対する補償質量体の運動が制限された状態において、この種の回復機構体、例えばばね装置又は例えば補償質量体上で硫化させた弾性材料の付与は、簡単且つ有効な作動機構体、特に接線方向又は直線アクチュエータの使用を容易にする。コンポーネントを減少させると共に製造費を制限するために、少なくとも１つの補償質量体を、回復機構体によって支持体に可動的に取り付けるのが良い。少なくとも１つの補償質量体の硫化による付与は、特に本発明の装置の使用により可能な質量体の低い作動経路に関しても、特に簡単な取り付けを可能にする。

別の実施形態では、接線方向アクチュエータは、圧電要素として形成される。比較的狭い設置空間に関する要件により、圧電要素は、簡単且つ有効な作動機構体であり、更に比較的経済的である。オプションとして、所要の回復機構体に関する節約を行うため、圧電要素は、少なくとも１つの補償質量体を圧縮方向及び引張方向に動かす複動圧電要素として形成されるのが良い。

補償装置の能動的調整のため、少なくとも１つの作動機構体を制御するコントローラを設けるのが良い。コントローラは、回転速度を変更する作動機構体の適当な制御だけでなく、種々の次数の組み合わせ振動に対する反応を容易にする。この場合、特に、シャフトの１回転中の組み合わせ振動の補償のため、補償質量体の連続調整が行われ、その結果、一連の全ての種々の撓み位置に関する補償質量体の調整変位が、シャフトの１回転により既に生じるようになる。エンジン特性に応じた少なくとも１つの作動機構体の制御とは別に、被動シャフトに加わる瞬間的な負荷トルクに応じた能動的制御も又可能である。この場合、負荷トルク又は負荷トルクの動的部分を求めるセンサを被動シャフトに設けるのが良く、このセンサは、制御のための適当な入力量を送る。好ましくは、このセンサは、シャフトに簡単に取り付け可能であり、迅速に反応し、そして経済的な歪ゲージであるのが良い。変形例として、センサは、圧電要素であっても良く、この圧電要素は、被動シャフトの２つの構成部品相互間に配置されなければならず、励振時に、負荷トルクに比例した電圧を発生し、この電圧を同様に好ましくは圧電要素である作動機構体又はアクチュエータの入力電圧として直接利用することができる。

好ましくは、シャフトに永続的に取り付けられた質量体支持体を設けるのが良く、少なくとも１つの補償質量体は、環状又は円形に形成されると共に質量体支持体に回転可能に取り付けられる。質量体支持体に回転可能に取り付けられた一様に等間隔に又は一定間隔で分布して設けられた環状又は円形の補償質量体により、単一の作動機構体だけで本質的に運動学的補償トルクを提供することができる。シャフトの軸線回りの環状の形をした補償質量体の回転により、追加の動的トルクをほぼ完全に回避することができる。というのは、補償質量体は、回転軸線回りに等間隔に分布して配置されているからである。変形例として、追加の動的トルクを回避するため、少なくとも２つの補償質量体を設けても良く、これら補償質量体は、シャフト周りに等間隔に分布して配置され、即ち、シャフトの軸線に対してこれらの角度位置及び角度間隔に関して均等に質量体支持体に取り付けられる。この場合、一様な分布を得るため、アンバランスが生じないようにするために、２つの補償質量体は、１８０°だけオフセットした状態で配置され、３つの質量体であれば、１２０°だけオフセットした状態で配置され、４つの質量体であれば、９０°だけオフセットした状態で配置される等する。数個の補償質量体の均等な配置により、質量体全ての運動がほぼ同じ状態となり、被動シャフトに加わる外力の効果を阻止することができ、追加の動的トルクを本質的に回避することができ、又、補償質量体により生じる接線方向の力を被動シャフトに加わる適当な補償トルクに完全に変換することができる。さらに又、少なくとも１つの補償質量体の均等に分布した状態の取り付けにより、被動シャフトに加わる追加の支承応力が生じないようになる。というのは、本発明の補償装置は、本質的に、外力が加わらない状態のままだからである。

有利な実施形態では、少なくとも１つの作動機構体は、質量体支持体に取り付けられる。このようにすると、本発明の補償装置は、被動シャフトの近くの静止輪郭への接触を回避することができる。したがって、補償質量体に対する作動機構体の相対位置が変化しないので、作動機構体を非常に僅かな相対速度で且つ所要の補償トルクが適当なアクチュエータによって質量体支持体に取り付けられた補償質量体に直接加えられた状態で、作動することができる。少なくとも２つの作動機構体を設けるのが良く、作動機構体は、追加の動的トルクを回避するために補償質量体の一様な運動及び撓みが得られるようシャフトの回りに等間隔で配置される。幾つかの作動機構体を被動シャフト周りに等間隔に分布して配置することにより、もしそうしなければ非一様な力の励起で生じうる質量体支持体のアンバランスが阻止される。したがって、好ましくは、質量体支持体に分布して取り付けられた各補償質量体に関して、少なくとも１つの作動機構が、又、環状又は円形の補償質量体では、少なくとも２つの作動機構体が設けられる。

別の実施形態では、被動シャフト及び駆動ホイールは、互いに対して動くことができるように形成され、少なくとも１つの作動機構体は、トラクション駆動装置の振動を減少させるために、被動シャフト及び駆動ホイールを、シャフトの回転方向に一致して及び／又はこの方向とは逆に動かすように、駆動ホイールと被動シャフトとの間に配置されている。この実施形態は、追加の補償質量体及び質量体支持体を無しで済ましているが、これらに代えて、トラクション駆動装置の振動を減少させるためにシャフトに加わる補償トルクを生じさせるように、トラクション駆動装置の既存のコンポーネントを用いる。

本発明の変形例では、被動シャフトは、制御時間の角度調節のためのカムシャフト調整システムを備えたカムシャフトとして形成され、カムシャフトは、同時に補償質量体として形成され、カムシャフトを、トラクション駆動装置の振動を減少させるために駆動ホイールに対してシャフトの回転方向に一致して及び／又はこの方向とは逆に動かすことができる。トルク補償装置と既存のカムシャフト調整システムの組み合わせにより、駆動手段によって固定支持された駆動ホイールに対して動くことができる既存のカムシャフトを、同時にトルク補償のために補償質量体として用いることができる。このようにすると、カムシャフトの既存の全体的なモーメント運動及びその結果として駆動手段に生じる力は、本質的に不変のままである。さらに、コンポーネントのこの組み合わせにより、駆動ホイール、好ましくは、タイミングチェーンに係合するスプロケットに関する組立費及びその製造費が減少する。

カムシャフト調整システムとトルク補償の組み合わせに関する特に効果的な実施形態では、カムシャフト調整システムは、制御時間調整機構体を有し、振動を減少させるための少なくとも１つの作動機構体は、制御時間調整機構体に直列に連結され、或いは、少なくとも１つの作動機構体は、制御時間調整機構体によって形成されている。直列に連結された作動機構体は、可動質量体について同一の連結部品を用いることができ、この質量体をそれぞれの他の機構体の制御とは独立して同時に動かすことができる。作動機構体を不要にすることにより、制御時間の角度調整及びトラクション駆動装置の振動の減少のための共通の作動機構体が、組立費を減少させるだけでなく、重ね合わせが生じない状態でかかる共通作動機構体を単一のコントローラで制御することができる。

本発明は又、トラクション駆動装置の振動を減少させるための補償装置としてのカムシャフトの制御時間の角度調整のためのカムシャフト調整システムの使用であって、接線方向に作用するアクチュエータとして形成された作動機構体が、トラクション駆動装置の振動を減少させるためにカムシャフトをシャフトの回転方向に一致して及び／又はこの方向とは逆に動かす使用に関する。トラクション駆動装置の同時の振動減少のためのカムシャフト調整システムの使用により、追加の補償質量体の節約及び作動機構体の共通の相互適応制御が容易になる。したがって、振動減少のためのカムシャフト調整システムと補償装置の相乗効果は、設計を単純化できると共にコストを節減するのに役立つ。

さらに、本発明は、特に内燃機関用のトラクション駆動装置の振動を減少させる方法であって、トラクション駆動装置は、被動シャフトと、被動シャフトに結合された駆動ホイールと、駆動手段とを有し、少なくとも１つの作動機構体が、トラクション駆動装置内で相対的に動くことができる少なくとも１つの補償質量体を動かし、方法は、コントローラによって少なくとも１つの作動機構体を制御するステップと、作動機構体によって少なくとも１つの補償質量体を、被動シャフトの回転方向に一致して及び／又はこの方向とは逆に動かすステップと、被動シャフトに働く補償トルクを生じさせるステップとを有することを特徴とする振動減少方法に関する。本発明の方法により、振動の動的部分、又はパワートレインの振動に適した負荷トルク若しくは補償されるべき負荷トルクの動的部分を補償するために、補償トルクを被動シャフトに生じさせることができる。この場合、補償質量体の所要の運動変位は、比較的小さく、場合によっては、ほんの数ミリメートルであり又は適度に大きな補償質量体では、１ｍｍのほんの何分の一かであり、かかる変位を同様にシャフトの軸線に対して円周方向に設けられた作動機構体により補償質量体に直接及ぼすことができる。この方法では、補償質量体は、本質的に接線方向に作動する機構体によって力が励起され、それによって、補償トルクが被動シャフトに直接生じる。また、作動機構体による補償質量体の最小限の撓みとは別に、所要の質量は、被動シャフトに対する直接的な作用に起因して僅かであり、その結果、この方法により生じる追加の静モーメントは、小さくなることが分かる。作動機構体及び補償質量体によるこの方法の直接的な作用に起因して、質量体の配置及びその変位能力を最適且つ相互にマッチさせることができる。さらに、直接的な作用により、本発明の方法は又、トラクション駆動装置の被動シャフト又は動的振動コンポーネントに生じる実際の動的トルク応力に対して本発明の閉ループ又は開ループ制御にも役立つ。全体的にこの方法により、トラクション駆動装置の振動又はそれにより被動シャフトに生じる交番トルクの問題を著しく軽減することができ、場合によってはほぼ無くすことができ、それにより内燃機関に用いられるトラクション駆動装置の駆動手段及び駆動ホイールの寸法形状を減少させることができ、それと同時に、駆動チェーン又は駆動ベルトの有効寿命が延びる。

好ましい観点として、振動減少方法は、被動シャフトに働く動的トルク成分を求めるステップと、動的トルク成分を考慮に入れて少なくとも１つの作動機構体を制御するステップとを更に有するのが良い。このように、実際に被動シャフトに生じる負荷トルク又はその動的成分を作動機構体の制御にあたり考慮に入れることができる。動的トルク成分の直接的測定のため、被動シャフトは、被動シャフトに加わる実際の動的トルク成分を測定するセンサを備えるのが良い。さらに、被動シャフトに加わる動的トルク又はトラクション駆動装置の動的振動挙動を間接的なパラメータ、特に内燃機関のエンジン特性、例えば回転速度、駆動トルク等の助けを借りて求めることができる。間接的なパラメータを用いることによる動的トルク成分及びトラクション駆動装置の振動挙動の測定は、被動シャフトに取り付けられる対応のセンサを無しで済ますのを容易にする。

振動減少方法の特定の改造例では、被動シャフトは、制御時間の角度調整のためのカムシャフト調整システムを備えたカムシャフトとして形成され、カムシャフトは、トラクション駆動装置に対して動くことができ、この方法は、少なくとも１つの作動機構体又は作動機構体と直列に配置された、カムシャフトの角度調整のためのカムシャフト調整システムの制御時間調整機構体を制御するステップを更に有する。トルク補償方法とカムシャフトの制御時間調整の組み合わせにより、一連の相乗効果の実現が容易になり、かかる相乗効果は、慣性モーメント及びチェーン力を本質的に、既存の適当な制御時間調整度に制限するだけでなく、特に、共通の制御により、補償質量体の逆向き運動を阻止する。

次に、図面に基づいて本発明を有利な実施形態に関して詳細に説明する。

本発明のトラクション駆動装置のための可動的に配置された補償質量体を備える補償装置の側面図である。 本発明のトラクション駆動装置のための環状の形をした補償質量体を備える別の補償装置の側面図である。 本発明のトラクション駆動装置のための２つの相互にオフセットした補償質量体を備える別の補償装置の側面図である。 図１ａ〜図１ｃの補償装置の概念的ブロック図である。 本発明のトラクション駆動装置のための補償装置を備えた被動シャフトの長手方向断面図である。 本発明のトラクション駆動装置における補償質量体の相対変位と被動シャフトの回転角度の関係を表わすグラフである。 本発明のトラクション駆動装置に関し、トルク補償のための可動的に配置されたシャフトを備える別の補償装置の側面図である。 図４ａの補償装置の概念的なブロック図である。 本発明のトラクション駆動装置において振動を減少させるための補償装置として用いられるカムシャフト調整システムを備えたスプロケット及びカムシャフトの断面図である。

図１ａ〜図１ｃは、トラクション駆動装置の振動を減少させる補償装置の種々の実施形態の側面図である。ここでは、いずれの場合においても、１つ又は２つの補償質量体２が、補償装置の質量体支持体１に可動的に取り付けられており、補償質量体２は、いずれの場合においても、作動機構体３を備え、この作動機構体は、補償質量体２をシャフト４の回転方向Ｄに一致して又はこれとは逆に動かすことができる。

図１ａに示す補償装置では、１つの補償質量体２だけが、被動シャフト４の回転軸線Ａに対して間隔を置いた状態で質量体支持体１に配置されている。この補償質量体２は、作動機構体３によって動かされ、この作動機構体は、好ましくはシャフトの回転方向に一致して又はこれとは逆に回転軸線Ａ回りに補償質量体２の質量中心の円弧上に質量体支持体１で支持されている。また、振動減少のための所望の補償トルクとは別に、この単一の偏心的に配置された補償質量体２の運動により、静的及び動的トルクが生じ、しかしながら、かかるトルクを質量が小さく且つ回転軸線Ａに対して僅かな間隔を置いた状態で小さく保つことができる。カウンタ質量体を１８０°だけオフセットした状態に適切に位置決めすることにより、動的成分を機能依存性成分に減少させることができる。

図１ｂは、振動減少のための別の補償装置を示しており、かかる補償装置では、図１ａとは対照的に、質量体支持体１に可動的に取り付けられた補償質量体２は、環状の形になっており、環状の形をした補償質量体の質量中心は、被動シャフト４の回転軸線Ａに位置している。図示の実施形態では、環状の形をした補償質量体２は、作動機構体３によって動かされる。環状の形をした補償質量体２の円弧の形の運動Ｂは、この場合、被動シャフト４の回転軸線Ａ回りの円弧に沿って存在している状態で、追加の動的トルクは生じないが、振動減少のための補償トルクが生じる。というのは、質量の関係は、シャフトの回転軸線Ａに対して変化しないからである。しかしながら、この場合、円弧の形の運動Ｂの外側の運動成分による接線方向運動中、僅かな追加の動的トルクがシャフトに生じ、特定の励起又は配置状態では、半径方向運動成分も又、追加の補償効果を有する場合がある。

図１ｃは、２つの補償質量体２を備えた補償装置を示しており、この場合、補償質量体２は、１８０°だけ相互にオフセットしており、質量体支持体１に取り付けられた被動シャフト４の回転軸線Ａに対して同一の間隔を置いた状態で配置されている。補償質量体２の両方は、それぞれ、作動機構体３に連結されており、この作動機構体３は、質量体支持１で支持され、シャフトの回転方向Ｄに一致し又はこれとは逆に回転軸線Ａに対して同一の方向に補償質量体２を回転させ、即ち補償質量体２が１８０°だけオフセットした状態で配置されているので、運動方向も又、１８０°だけオフセットしている。補償質量体２のオフセット配置及びオフセット運動は、追加の動的トルクの発生を阻止し又は結果として補償質量体２が円形運動Ｂを行うか円弧ではない形の成分を含む接線方向運動を行うかどうかに無関係に、生じる追加の動的トルクの本質的な補償をもたらす。

図１ｄは、図１ａ〜図１ｃに示す補償装置のための本発明のトラクション駆動装置１１の概念的なブロック図である。ノード（節点）１２には、トラクション駆動装置が内燃機関に対して構成されており、ノード１２におけるトラクション駆動装置は、剛性がＣ_Amの駆動手段に係合している。剛性Ｃ_Amの駆動手段上で、互いにしっかりと接合された駆動ホイール及びシャフトは、質量ｍ_Ar+Wに結合され、補償されるべき負荷トルクＭ_L（ｔ）は、シャフトに作用する。時間依存性作動運動Ｕ（ｔ）の作動機構体３は、質量ｍ_Ar+Wの駆動ホイール及びシャフトと質量ｍ_Amの補償質量体２との間で作用する。質量ｍ_Amの作動運動ｕ（ｔ）により、相対的に加速される質量ｍ_Amの慣性モーメントとして生じる補償トルクＭ_m（ｔ）が、トラクション駆動装置の振動減少のために生じる。

図２は、図１ｂに対応した補償装置の長手方向断面図である。ここで、質量体支持体１は、被動シャフト４にしっかりと接合されていて、回転軸線Ａ回りの円の形を描いてシャフト４と一緒に回転する。この場合、質量体支持体１は、被動シャフト４の実際の機能とは独立した別個のコンポーネントとして形成されても良く、或いは、質量体支持体１は、シャフト４の駆動又は出力ホイールとしてのトラクション駆動装置における補償質量体及びオプションとして作動機構体の支持体としての機能と同時に使用されても良い。質量体支持体１は、この実施形態では、環状又は円形の補償質量体２を備え、この補償質量体は、シャフト４の回転軸線Ａ回りに回転可能に取り付けられ又は少なくとも質量体支持体１に可動的に取り付けられている。同様に質量体支持体１に取り付けられた作動機構体３は、補償質量体２をシャフト４の回転方向Ｄに一致して又はこれとは逆に動かし、作動機構体３は、この場合、前後に動かす圧電要素として形成されている。引っ張り方向及び圧縮方向に動き、力を及ぼすこの種の圧電要素が用いられる場合、回復機構体を省いても良い。作動機構体３は、被動シャフト４に働いている負荷トルクＭの動的成分を補償し又はトラクション駆動装置の振動を減少させるために、制御ライン８を介してコントローラ５によって能動的に制御される。作動機構体３の能動的制御のため、コントローラ５には信号ライン７を介して、被動シャフト４に取り付けられた歪ゲージ６から入力量が供給される。

トラクション駆動装置の振動の補償又は減少のため、補償質量体２は、被動シャフト４に現在生じている振動挙動又は動的トルクに対応した一回転中、被動シャフト４の現在の角度調整に応じて、種々の仕方で撓まなければならない。図３は、一例として、シャフトの一回転中における被動シャフト４の角度位置に応じた補償質量体２の相対的変位を示している。この場合、シャフトの一回転中、補償質量体２の連続した前進後退運動及び撓み点位置における補償質量体の一時停止が生じる。補償質量体２の絶対変位は、その質量及び被動シャフト４の回転軸線Ａに対する位置で決まる。図３の補償質量体２の相対変位から、補償質量体２は、単純に動かされるわけではなく、むしろ、瞬間的な振動状況に応じて連続的に撓むことが理解できる。この場合、この角度依存性変位プロフィールは、３０００ｒｐｍのエンジン速度で非常に短期間で、例えば４０ｍｓ以内に補償装置によって処理される。

図４ａは、振動減少のための本発明の別の実施形態としてのトラクション駆動装置の補償装置を示している。この実施形態では、可動的に配置された補償質量体は、被動シャフト４によって直接形成され、即ち、トラクション駆動装置は、補償質量体２の配置のための質量体支持体１を必要としない。制御機構体駆動装置内への駆動ホイールの固定が、トラクション駆動装置に対する運動を容易にする場合、変形例として、駆動ホイール又は別の適当なコンポーネントは、補償質量体としても機能することができ、補償トルクを生じさせるよう運動可能である。

図４ａに示す補償装置は、この場合、負荷トルクＭの動的成分を補償するための補償トルクを生じさせるため、即ち、駆動手段の振動減少のために利用できるだけでなく、シャフト、この場合カムシャフトの角度調整のためにも同時に利用でき、かくして、内燃機関の点火時期の変化を生じさせることができる。制御時間調整のための公知のカムシャフト調整システムでは、駆動チェーン又はベルトの走行面と噛み合う歯を同時に有するのが良い駆動ホイール９は、被動カムシャフト４に対して動くことができる状態でシャフト４周りに設けられ、また、制御時間調整機構体を備え、この制御時間調整機構体は、所望のエンジン性能特性に依存してカムシャフト４に対する駆動ホイール９の運動を容易にする。駆動ホイール９に対するカムシャフト４の相対運動が行われる場合、駆動ホイール９の位置も又、基準点に応じてカムシャフト４に対して調整可能である。

この作動装置では、補償質量体として働く駆動シャフト４の運動は、同様にシャフト４の回転方向Ｄに一致して又はこれとは逆に、作動機構体３によって生じる。このシャフト４は、動くことができ、駆動ホイール９に対してそれ自体の軸線Ａ回りに案内されるので、「慣性体」の運動は、シャフト４の回転軸線Ａ回りの円弧の形の運動Ｂの状態で生じる。この場合、カムシャフトとしてのシャフト４を、制御時間の長期間角度調整のため及びカムシャフト４に働く補償トルクの瞬間的発生のために、作動機構体３によって動かすことができる。単一の作動機構体３とは別に、２つの作動機構体を直列に設けても良く、これら２つの作動機構体は、互いに独立して、駆動チェーンスプロケットに対するカムシャフトの角度調整を実現すると共に、現在の角度位置にマッチした補償トルクを生じさせるためのトラクション駆動装置に対するシャフトの運動を実現する。

図４ｂは、図４ａに示す補償装置のための本発明のトラクション駆動装置１１の概念的ブロック図である。ノード１１におけるトラクション駆動装置は、内燃機関に対して固定されており、剛性Ｃ_Amのトラクション駆動装置の駆動手段は、ノード１２の第２の側に配置されている。質量ｍ_Arの駆動ホイールは、剛性Ｃ_Amの駆動手段に結合されている。時間依存性作動運動Ｕ（ｔ）の作動機構体３は、質量ｍ_Arの駆動ホイールと、被動カムシャフトの負荷トルクＭ_L（ｔ）が加えられる、質量ｍ_Wの被動シャフトとの間で作用する。質量ｍ_Wの被動シャフトの作動運動ｕ（ｔ）により、補償トルクＭ_m（ｔ）が、追加の質量をトラクション駆動装置システムに組み込む必要なく、トラクション駆動装置の振動減少のためにトラクション駆動装置に生じる。

図５は、接線方向に作用するアクチュエータの使用により本発明のトラクション駆動装置の振動を減少させるためのカムシャフト調整システムを備えたスプロケット及びカムシャフトの断面図である。駆動ホイール９は、内側部分１３と外側部分１４に分割されており、駆動ホイール９の内側部分１３と外側部分１４は、適当な支持体１５により互いに対して摺動関係をなして運動可能である。駆動ホイール９の外側部分１４は、駆動チェーンとして形成された駆動手段と係合可能な歯付きリング１６を備えている。駆動ホイール９の内側部分１３は、例えば圧力嵌めによってシャフト４にしっかりと接合され、軸線Ａ回りにシャフト４と一緒に回転する。外方に突き出た内側部分１３のアームと内方に延びる駆動ホイール９の外側部分１４のアームとの間への１つ又は数個の作動機構体３の配置により、シャフト４が、駆動ホイール９の外側部分１４及びこれに係合してトラクション駆動装置を内燃機関に対して固定する駆動チェーンに対して、軸線Ａ回りの円弧Ｂに沿う被動シャフトの回転方向Ｄに一致し及び／又はこれとは逆に内側部分１３と共に運動するのが容易になる。

以下において、上述したトラクション駆動装置及び被動シャフトの振動減少のための補償装置の動作原理及び機能について詳細に説明する。

割り当てられたトラクション駆動装置又は被動シャフト４に対する補償質量体２の相対運動により、本発明の補償装置は、作動機構体の適当な制御により、結果的に、被動シャフト４に加えられた負荷トルクの動的成分を除去し又は減少させ、かくして、トラクション駆動装置それ自体の振動減少をもたらす補償トルクを生じさせる。負荷トルクＭの動的成分を減少させるため、作動機構体３による補償質量体２の定期的な励起は、事実上十分であり、これは、カム、ばね又は被動シャフト４に対して静止している輪郭の歯の噛み合い方式によって機械的に達成できる。この種の純粋に周期的な相対運動により、特に、被動シャフト４の共振範囲、したがってトラクション駆動装置の共振振動で生じる最大動的トルクを減少させることができる。他方、コントローラ５による作動機構体３の能動的制御により、負荷トルクＭの動的成分又はシャフト４の速度範囲全体又は少なくともその大部分にわたる振動をなくすことができ又は減少させることができる。コントローラ５による作動機構体３の能動的制御を、存在するエンジン特性に応じて且つ被動シャフト４に存在する実際の動的トルクをシステムの振動に関する比例量として測定することによって実現できる。

補償装置を備えた本発明のトラクション駆動装置では、所要の補償トルクは、アクチュエータによってシャフト４の回転方向Ｄに一致して又はこれとは逆に回転させることができる補償質量体２によって、直接付与される。補償質量体２は、アクチュエータ、例えば圧電要素として形成された作動機構体３によって接線方向に力が励起され、対応の反応トルクが、負荷トルクＭの動的成分及びかくしてトラクション駆動装置の振動の補償のためにシャフト上に生じる。トルクの直接的な発生により、補償質量体２の僅かな相対変位が必要にあるに過ぎず、その結果、補償質量体２の所要の撓み変位は、主に数ミリメートルであり又は質量が大きい場合、一ミリメートル未満であるようになる。補償質量体２のこの小さい撓みにより、制御できる迅速な作動機構体３、例えば圧電要素の使用が容易になり、かかる作動機構体によって、補償装置を融通性のある状態で用いることができ、振動補償を回転速度にマッチさせることができる。補償質量体２の接線方向の力励起によるトルクの直接的な発生によって、結果的に得られたモーメントベクトルも又、シャフト４の回転軸線Ａに対して変位させることができ、かくして、補償質量体２を相対変位に応じて自由に配置すると共に寸法決めできる。

接線方向に作用するアクチュエータによって力を直接的に加えることにより、振動又は測定負荷トルクＭの動的成分の直接的な補償が容易である。この場合、例えば、歪ゲージ６によって被動シャフト４に働いている負荷トルクＭを測定することができ、かかる歪ゲージの出力電圧を作動機構体又はアクチュエータの入力量として又は作動機構体３を制御するコントローラ５の入力量として直接用いることができ、制御された作動機構体３は、補償質量体２を動かす所要の力を本質的に補償質量体２に接線方向に加え、かくして対応の補償トルクを生じさせる。

さらに、被動シャフト４に働く動的トルクを圧電要素によって求めることができるので作動機構体３の直接的制御を達成することができ、圧電要素は、原理的には、動かされるシステムに自由に取り付けることができる。特に実用的な構成は、補償装置に関して鏡映構造であり、圧電要素は、一端が質量体支持体に取り付けられ、他端は、（小さな）質量体を備える。このように、圧電要素は、弾性撓みの代わりに、慣性モーメントに比例した出力信号を生じさせる。この場合、測定量と作動量は、同一の次数差（２次／加速）のものであり、これにより、トルクの補償のための直接的な非制御形態が可能である。圧電要素の出力電圧は、この場合、作動機構体３、例えば同様に圧電要素の入力量として直接働き、この圧電要素は、被動シャフト４に働く負荷トルクＭの動的成分に比例した補償トルクを生じさせるために、補償質量体２の接線方向の力励起を及ぼす。

単一の質量の場合、本発明のトルク補償装置の少なくとも１つの補償質量体２は、好ましくは、環状又は円形の補償質量体２として形成され、この補償質量体は、質量体支持体１にシャフトの回転軸線Ａ回りに枢動可能に取り付けられる。この環状又は円形補償質量体２は、接線方向に作用するアクチュエータによってシャフトの回転方向に一致し又はこれとは逆に円弧に沿って回転する。この環状又は円形補償質量体２は、被動シャフト４の回転軸線Ａ回りに回転するので、追加の動的トルクは生じない。追加の動的トルクの発生を阻止する別の方法は、数個の補償質量体２をどの場合においても互いに対して同一の間隔を置くと共に回転軸線Ａに対して同一の間隔を置いた状態でシャフト４の回転軸線Ａ回りに一様にオフセットした状態で配置することである。個々の補償質量体２が全て回転軸線Ａに対して同一の仕方で励起される限り、励起が円弧に沿って又は円の接線に沿って生じるかどうかとは無関係に、追加の動的トルクは生じない。補償質量体２の対をなす又は一様な取り付けにより、補償質量体２の制御が同一の状態で、補償装置は、外力が加わらない状態のままであり、したがって、追加の支承応力も生じないようになる。

本発明の補償装置は、小さな補償質量体２及び接線方向に力が励起されるアクチュエータを介する補償質量体２の僅かな撓みにより、被動シャフトに対するトルク補償を容易にする。必要な小さな追加の補償質量体又は追加の質量体の省略に起因して、補償装置に起因する追加の静モーメントも又、例えば、質量体支持体１がシャフト４の駆動及び出力ホイールとして同時に用いられる場合又は被動シャフト４それ自体が補償質量体２として作用する場合、小さく保つことができる。また、補償質量体２の不完全にバランスのとれた配置により又は補償質量体２の不均等な又は片側の運動により、追加の動的トルクは、変位が小さく且つ質量が小さいので、比較的小さい。

考えられる別の実施形態では、本発明のトラクション駆動装置の振動減少のための純粋な補償装置が提供され、制御駆動装置の場合、取り付けは、速度とは独立した作用効果を達成するためにカムシャフト側で行われる。

トラクション駆動装置における図４に示す従来設計のカムシャフト調整システムと本発明の補償装置の組み合わせにより、両方の機能が単一の装置によって実現されるが、個々の機能の動作原理は変わらない。この装置では、制御時間の角度調整は、トラクション駆動装置の振動又はカムシャフトに働く瞬間的な負荷トルクＭとは完全に独立したエンジンのそれぞれの性能範囲又は作動状態に必要な調整に応じて作動機構体３によって生じる。制御時間の角度調整とは対照的に、振動減少の制御は、振動又はシャフト４に働いている負荷トルクＭ又はその動的成分で直接左右され、かかる振動等は、駆動ホイールによるシャフト４の瞬間的加速で左右される。この組み合わせ装置では、振動減少のための補償質量体の制御は、制御時間の角度調整に重ね合わされる。ただし、単一の機能が、互いに異なるレベルで働く。トラクション駆動装置の振動又は負荷トルクＭの動的成分は、回転軸線Ａ回りのシャフト４の数度の回転中でも変わり、これに対し、制御時間調整は、シャフト回転及び角度位置とは独立して、駆動手段によりその駆動に関し、即ち、カムシャフト４の非常に多くの回転数又は或る特定のエンジン作動範囲について、カムシャフト４の長期間位置調整を実現する。互いに異なるレベルで働くこれら機能を支配するためには、作動機構体３は、カムシャフト４の回転方向Ｄに一致し又はこれとは逆に利用できる適当な行程を行うと共に補償トルクを生じさせるのに必要な反応速度を達成しなければならない。

Claims (16)

1. 振動減少のための補償装置を備えた内燃機関用チェーン駆動装置であって、
   回転軸線（Ａ）を中心に回転する被動シャフト（４）と、
   前記被動シャフト（４）に結合され外方に延びるアームを有する内側部分（１３）と、前記内側部分（１３）の周囲に設けられ、かつ前記内側部分（１３）及びこれに接合された被動シャフト（４）に対して、回転軸線（Ａ）を中心に相対的に回転できるように設けられており、駆動チェーンと係合可能な歯付きリング（１６）及び内方に延びるアームを有する外側部分（１４）とによって形成された駆動ホイール（９）と、
   前記内側部分（１３）のアームと、前記外側部分（１４）のアームとの間に配置され、前記内側部分（１３）と前記外側部分（１４）とを相対的に動かす、少なくとも１つの作動機構体（３）とを有し、
   前記作動機構体（３）は、前記チェーン駆動装置の振動を減少するように、前記外側部分（１４）と、前記被動シャフト（４）とを互いに、前記被動シャフト（４）の回転方向（Ｄ）に一致して及び／又はこの方向とは逆に動かすために、前記被動シャフト（４）の接線方向に運動する、能動的に作用するアクチュエータとして形成されていることを特徴とする、内燃機関用チェーン駆動装置。
2. 前記内側部分（１３）及び前記外側部分（１４）は、各々、少なくとも２つのアームを有しており、
   前記内燃機関用チェーン駆動装置は、前記内側部分（１３）のアームと、前記外側部分（１４）のアームとの間に各々配置された少なくとも２つの前記作動機構体（３）を備える、請求項１に記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
3. 前記作動機構体（３）は、圧電要素として形成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
4. 前記圧電要素は、前記被動シャフト（４）を、当該圧電要素の圧縮方向及び引張方向に動かす複動圧電要素として形成されている、請求項３記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
5. 前記少なくとも１つの作動機構体（３）を制御するコントローラ（５）が設けられている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
6. 前記被動シャフト（４）に働く負荷トルク（Ｍ）を求めるためのセンサが設けられている、請求項５記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
7. 前記センサは、歪ゲージ（６）である、請求項６記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
8. 前記センサは、圧電要素である、請求項６記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
9. 前記被動シャフト（４）は、制御時間の角度調節のためのカムシャフト調整システムを備えたカムシャフトとして形成され、前記カムシャフトを前記内燃機関用チェーン駆動装置の振動を減少させるために前記外側部分（１４）に対して前記被動シャフト（４）の回転軸線（Ａ）回りに動かすことができる、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
10. 前記カムシャフト調整システムは、制御時間調整機構体を有し、振動を減少させるための前記少なくとも１つの作動機構体（３）は、前記制御時間調整機構体に直列に連結され、或いは、前記少なくとも１つの作動機構体（３）は、トルク補償のために前記制御時間調整機構体によって形成されている、請求項９記載の内燃機関用チェーン駆動装置。
11. チェーン駆動装置の振動を減少させる方法であって、
    請求項１乃至１０の何れか１項に記載の内燃機関用チェーン駆動装置の振動を減少させるために、制御装置によって前記少なくとも１つの作動機構体（３）を制御するステップと、
    前記被動シャフト（４）の接線方向に動く前記作動機構体（３）によって前記被動シャフト（４）と、前記駆動ホイール（９）の外側部分（１４）とを互いに、前記被動シャフト（４）の回転軸線（Ａ）回りに前記被動シャフト（４）の回転方向（Ｄ）に一致して及び／又はこの方向とは逆に動かすステップと、
    前記被動シャフト（４）に働く補償トルクを生じさせるステップとを有する、振動減少方法。
12. 前記方法は、
    前記被動シャフト（４）に働く動的トルク成分を求めるステップと、
    前記動的トルク成分を考慮に入れて前記少なくとも１つの作動機構体（３）を制御するステップとを更に有する、請求項１１記載の振動減少方法。
13. 前記被動シャフト（４）の前記動的トルク成分は、前記被動シャフト（４）に設けられたセンサによって測定される、請求項１２記載の振動減少方法。
14. 前記被動シャフト（４）に働く前記動的トルク成分は、前記被動シャフト（４）の間接的なパラメータの助けを借りて測定される、請求項１２記載の振動減少方法。
15. 前記被動シャフト（４）の間接的なパラメータは、内燃機関のエンジン特性であり、適当な駆動パラメータは、速度及び駆動トルクである、請求項１４に記載の振動減少方法。
16. 前記被動シャフト（４）は、制御時間の角度調整のためのカムシャフト調整システムを備えたカムシャフトとして形成され、前記カムシャフトは、前記チェーン駆動装置に対して動くことができ、前記方法は、
    前記少なくとも１つの作動機構体（３）又は前記カムシャフトの前記角度調整のための前記作動機構体（３）と直列に配置された前記カムシャフト調整システムの制御時間調整機構体を制御するステップを更に有する、請求項１１〜１５のうちいずれか一に記載の振動減少方法。

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