KR100966770B1 - 전기적으로 구동되는 캠샤프트 조절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관의 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트(3)의 회전각 위치를 조절하기 위한 전기식 조절 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 3중샤프트 기어로서 형성된 조절 기어(1), 크랭크 샤프트에 고정된 구동부(4), 캠 샤프트에 고정된 피동부(5), 및 전기식 조절 모터(2)와 회전 불가능하게 결합된 조절 샤프트(6)를 구비하고 있고, 상기 조절 모터는 영구 자석 회전자(8) 및 하우징에 고정된 고정자를 포함한다. 조절 샤프트(6)가 정지된 경우 상기 구동부(4)와 피동부(5) 사이에는 정지 기어 변속비(i₀)가 존재하고, 상기 변속비의 크기가 플러스 또는 마이너스 기어로서의 조절 기어(1)의 유형을 규정하고, 캠 샤프트(3)의 조절 방향이 이른 또는 늦은 기본 위치인지를 결정한다. 조절 기어(1)의 적절한 구성으로 정지 기어 변속비(i₀)가 구현될 수 있고, 상기 변속비에 의해 조절 기어(1)가 회전할 때, 단지 조절 샤프트(6)를 제동하는 것만으로 캠 샤프트(3)가 이른 또는 늦은 기본 위치에 도달할 수 있으며, 상기 조절 샤프트(6)는 상기 조절 모터(2)의 단락 제동에 의해서 바람직하게 제동된다.

Description

전기적으로 구동되는 캠샤프트 조절 장치{ELECTRICALLY DRIVEN CAMSHAFT ADJUSTER}

본 발명은 특히 청구항 1의 전제부에 따른, 내연 기관의 크랭크 샤프트에 대해 캠 샤프트의 회전각 위치를 조절하기 위한 장치에 관한 것이다.

유압식 또는 전기식 캠 샤프트 조절기를 구비한 내연 기관에서 확실한 모터 스타트를 보증하기 위해서는, 캠 샤프트가 스타트시 크랭크 샤프트에 대해 소정의 기본 위치에 있어야 한다. 상기 기본 위치가 유입 캠 샤프트의 경우에는 통상적으로 "늦은(retarded)" 위치에 있고, 배출 캠 샤프트의 경우에는 "이른(advanced)" 위치에 있다.

차량의 정상 동작 중에는, 캠 샤프트가 모터의 제동시 각각의 기본 위치로 이동되어 그곳에 고정되거나 또는 로킹되도록 조절된다. 이 목적을 위해, 전기식으로 캠 샤프트를 조절하는 경우에는 전기식 조절 모터가 이용되고, 유압식으로 캠 샤프트를 조절하는 경우에는 유압식 회전 피스톤 조절기가 이용되며, 상기 유압식 회전 피스톤 조절기는 베인-셀(vane-cell), 선회 날개 또는 세그먼트 날개로서 로킹 유닛을 포함한다. 상기 로킹 유닛은, 내연 기관의 재스타트 후에 캠 샤프트를 조절하기에 충분할 정도로 높은 오일 압력이 구성될 때까지 상기 유압식 조절기를 기본 위치에 고정시킨다.

그러나 내연 기관이 실수로 꺼지게 되면 유압식 캠 샤프트 조절기를 제어 조정하는 것이 불가능함으로, 캠 샤프트는 기본 위치 밖의 정해지지 않은 위치에 있을 수 있다.

"늦은" 기본 위치를 갖는 유압식 캠 샤프트 조절기의 경우, 캠 샤프트는 내연 기관의 다음 스타트시에 그리고 오일 압력이 없는 때에, 상기 캠 샤프트 회전 방향과 반대로 작용하는 캠 샤프트 마찰 모멘트 때문에 자동으로 늦은 기본 위치로 움직인다. 기본 위치가 "이른"에 있으면, 캠 샤프트는 오일 압력이 없을 때에 상기 캠 샤프트 마찰 모멘트에 대항하여 이른 기본 위치로 움직여야 한다. 이와 같은 동작은 대부분 보상 스프링에 의해서 이루어지는데, 상기 보상 스프링은 캠 샤프트 마찰 모멘트와 동일하지만 대향하는 모멘트를 발생시킨다.

내연 기관이 실수로 꺼진 후에 기본 위치에 도달시키기 위한, 유압식 캠 샤프트 조절기에서 통상적인 상기 방법들이 전기식으로 구동되는 캠 샤프트 조절기에서는 필요치 않은데, 그 이유는 내연 기관이 정지한 경우 또는 스타트시에도 조절 모터가 캠 샤프트를 각각의 기본 위치로 움직일 수 있기 때문이다. 그러나 전기식 캠 샤프트 조절기의 경우에는 조절 모터 및/또는 상기 모터의 제어부가 파손될 수 있음으로써, 적어도 제한된 동작 및 재스타트를 위해 필요한 기본 위치 또는 비상 위치에 도달하는 것이 방해를 받을 수 있다.

독일 공개 특허 출원서 제 41 10 195호에는 내연 기관의 크랭크 샤프트에 대해 캠 샤프트의 회전각 위치를 조절하기 위한 전기 조절 장치가 기술되어 있으며, 상기 조절 장치는 조절 기어를 포함하고, 상기 조절 기어는 3중샤프트 기어(triple-shaft gear)로서 형성되어 크랭크 샤프트에 고정된 구동부, 캠 샤프트에 고정된 피동부 그리고 조절 샤프트를 구비한다. 이 때 상기 조절 샤프트는 전기식 조절 모터에 회전 불가능하게 결합되고, 상기 조절 모터는 영구 자석 회전자 및 하우징에 고정된 고정자를 포함하며, 이 경우 조절 샤프트가 정지한 경우에는 구동부와 피동부 사이에 정지 기어 변속비가 존재하고,

상기 변속비의 크기는 기어의 유형(플러스 또는 마이너스 기어) 및 캠 샤프트의 조절 방향(이른 또는 늦은 기본 위치)을 결정한다. 상기 조절 장치에서는 캠 샤프트 위치의 용이하고도 정확한 셋팅이 추구된다. 조절 모터 시스템이 고장난 경우, 내연 기관의 기능이 적어도 임시적으로 유지될 수 있도록 하기 위해 조절각이 제한된다. 그러나 그 경우에는 기본 위치 또는 비상 위치의 도달에 대한 언급이 없다.

본 발명의 목적은, 조절 모터 및 상기 모터의 제어부가 고장이거나 전류 공급이 제대로 이루어지지 않는 경우에도 간단한 방식으로 그리고 무전류 방식으로 캠 샤프트를 비상 위치 또는 기본 위치로 조절할 수 있는 전기식 캠 샤프트 조절기를 제공하는 것이다.

조절 기어의 구조적인 형상에 의해, 정지 기어 변속비(i₀)의 크기 및 캠 샤 프트 조절 장치가 결정될 수 있다. 조절 모터 또는 상기 조절 모터의 전류 공급이 고장인 경우에는, 조절 기어의 회전시 조절 샤프트를 단순히 제동함으로써, 캠 샤프트가 이른 또는 늦은 기본 위치 방향 및 비상 위치 방향으로 조절된다. 이와 같은 조절은 모터 작동 동안에 그리고 내연 기관이 멈추거나 스타트할 때에 이루어질 수 있다. 모터 스타트 및 낮은 모터 회전수에 대해서는 캠 샤프트의 기본 위치가 최적이고, 보다 높은 회전수를 위해서도 가능하기 때문에, 상기와 같은 방식에 의해서는 적어도 하나의 워크 스테이션이 얻어질 수 있다.

조절 샤프트의 제동은 기계적인 제동 또는 와전류 제동에 의해서 이루어질 수 있다. 그러나 상기 제동 방식들은 동작을 위해 전류를 필요로 한다. 그에 비해 본 발명에 따른 단락 브레이크는 단락 전류로 동작하고, 상기 단락 전류는 조절 모터 내에서 발생되어 단락 브레이크를 전기적으로 자발적으로 만든다. 기계적인 마찰이 존재하지 않기 때문에, 단락 브레이크는 마모 없이 동작한다.

조절 기어를 선택하는 경우에는, 마이너스 또는 플러스 기어가 논하여진다. 마이너스 기어는 0보다 작은 정지 기어 변속비(i₀)를 갖고, 플러스 기어는 0보다 큰 정지 기어 변속비(i₀)를 갖는다. 정지 기어 변속비(i₀)가 양(+)인 경우에는 구동 샤프트 및 피동 샤프트가 정지해 있는 조절 샤프트 및 상기 조절 샤프트와 결합된 부품에 대하여 동일한 회전 방향을 갖고, 정지 기어 변속비(i₀)가 음(-)인 경우에는 반대의 회전 방향을 갖는다.

마이너스 기어에서 조절 샤프트가 고정되고 구동 샤프트가 시계 바늘 방향으 로 회전하면, 피동 샤프트 및 캠 샤프트는 시계 바늘 방향과 반대로 회전하게 되고, 이것은 늦은 조절에 해당한다.

1보다 큰 정지 기어 변속비(i₀)를 갖는 플러스 기어의 경우에는, 조절 샤프트가 고정되고 구동 샤프트가 시계 바늘 방향으로 회전함으로써, 피동 샤프트는 구동 샤프트보다 느리게 회전한다. 즉, 시계 바늘 방향과 반대로 그리고 그럼으로써 마찬가지로 "늦은" 기본 위치의 방향으로 회전하게 된다.

0보다 크고 1보다 작은 정지 기어 변속비(i₀)를 갖는 플러스 기어의 경우에는, 조절 샤프트가 고정되고 구동 샤프트가 시계 바늘 방향으로 회전함으로써, 피동 샤프트는 구동 샤프트보다 빠르게 회전한다. 즉, 시계 바늘 방향으로 그리고 그럼으로써 "이른" 기본 위치의 방향으로 회전하게 된다. 이와 같은 상황은 논의되고 있는 3중샤프트 기어에 적용될 수 있다.

조절 기어로서 이중 편심 기어 또는 텀블링(tumbling) 기어 및 다른 이중 편심 기어가 제공되는 것이 바람직하다. 이중 편심 기어는 마찰이 적고, 구성이 단순하며, 주행시 진동이 없는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 이중 편심 기어가 캠 샤프트에 고정된 커버를 갖고, 상기 커버가 축방향 핀과 고정 결합되며, 상기 핀은 동일한 구조로 형성된 2개의 정면 휠의 보어 내부에 선형 접촉 방식으로 삽입되며, 조절 모터에 의해서 이중 편심 샤프트를 통해 구동될 수 있는 정면 휠은 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠과 맞물린다.

스크루 슬리브를 구비한 중앙 표준-인장 스크루를 이중 편심 샤프트의 롤링 베어링용 베어링면으로서 사용하면, 비용적인 장점은 얻어지지만, 보다 큰 축방향 설치 공간이 필요하다. 구조적으로 동일하게 형성된 정면 휠의 미끄럼 베어링은 롤링 베어링에 비해 마찰 손실은 크면서도 비용 및 설치 공간 면에서 장점을 갖는다.

구조적으로 동일하게 형성된 각 정면 휠의 톱니수(Z_NW)(피동 톱니수와 같음)는 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠의 톱니수(Z_KW)(구동 톱니수와 같음) 보다 작으며, 이것은 0보다 크고 1보다 작은 정지 기어 변속비(i₀)를 야기한다. 이와 같은 정지 기어 변속비는 플러스 기어에서 및 조절 샤프트의 제동시 캠 샤프트를 "이른" 위치 방향으로 조절하며, 이와 같은 조절은 배출 캠 샤프트에서 통상적인 것이다.

본 발명의 바람직한 개선예에서는, 다른 이중 편심 기어가 크랭크 샤프트에 고정된 구동 휠을 구비하고, 상기 구동 휠은 축방향 핀과 고정 결합되며, 상기 핀은 동일한 구조로 형성된 2개의 정면 휠의 보어 내부에 선형 접촉 방식으로 삽입되며, 조절 모터에 의해서 이중 편심 샤프트를 통해 구동될 수 있고 동일한 구조로 형성된 정면 휠은 캠 샤프트에 고정된 중공 휠과 맞물린다.

이중 편심 샤프트를 중앙 특수-인장 스크루의 원통형 스크루 헤드 상에 지지함으로써, 축방향 설치 공간이 얻어진다. 이중 편심 샤프트 및 정면 휠을 지지하기 위한 2가지 해결책은 2개 이중 편심 기어에 적합하다.

캠 샤프트에 고정된 중공 휠의 톱니수(Z_NW)(피동 톱니수와 같음)가 동일한 구조로 형성된 정면 휠의 톱니수(Z_KW)(구동 톱니수와 같음) 보다 큰 것도 바람직하며, 이와 같은 사실은 1보다 큰 정지 기어 변속비(i₀)를 야기한다.

조절 모터의 3가지 위상에 의해, 설치 비용은 저렴한 동시에 조절 모터의 토크 파형도 변동이 없다. 한 가지, 두 가지 또는 세 가지 위상을 단락시킬 수 있는 가능성은, 단락 브레이크 모멘트의 정밀한 조절을 가능하게 한다.

조절 모터가 무전류 상태일 때 접속되고 조절 모터에 전류가 공급될 때 단락되는 단락 스위치가 제공되기 때문에, 조절 모터가 고장인 경우 및/또는 전류 공급이 불량인 경우에는 캠 샤프트가 기본 위치 또는 비상 위치로 되돌아가는 고장-안전 기능(Fail-Safe Function)이 즉각적으로 나타난다. 이와 같은 내용은, 후속하는 스타트 과정에서 보정되는 캠 샤프트 위치를 갖는 내연 기관이 실수로 정지된 경우에도 적용된다.

조절 모터의 온도 상승을 제한하기 위해서는, 스위치-모드(switched-mode) 단락도 적합하다. 이 경우 단락 스위치는 소정 단락 전류에 도달한 경우에 단락되고, 그 후에 자동으로 접속된다. 이와 같은 과정이 바람직하게는 단락 전류 자체에 의해서 제어 및 작동됨으로써, 조절 모터가 고장이거나 제어 장치의 전압 공급이 불량인 경우에도 클록킹(clocking)이 제 기능을 한다. 제동 전류는 활성 부품, 예컨대 축전지로부터도 인출될 수 있다. 독자적인 접속은 예를 들어 탄성력에 의해서 이루어진다.

높은 단락 전류를 제한하기 위해서는, 단락 라인 내에 파워 저항이 배치되는 것이 바람직하다.

단락 전류에 의해 작동되는 전자식 전류 조절기가 단락 라인 내에 제공되는 것도 바람직하다. 이와 같은 해결책도 조절 모터에 전력을 공급하는 것과 무관하게 이루어진다.

본 발명의 추가 특징들은 하기 설명부 및 본 발명의 실시예가 개략적으로 도시된 도면에서 기술된다.

도 1은 3중샤프트 기어로 형성된 조절 기어 및 하우징에 고정된 고정자를 포함하는 전기식 조절 모터를 구비한 캠 샤프트 조절 장치의 개략도이며,

도 2는 단락 라인 및 단락 스위치를 구비한 3상 직류 조절 모터의 회로도이고,

도 3은 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠을 구비한 이중 편심 기어이며,

도 4는 캠 샤프트에 고정된 중공 휠을 구비한 이중 편심 기어이다.

도 1에는 조절 기어(1) 및 조절 모터(2)를 구비한 캠 샤프트 조절 장치가 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 장치는 도시되지 않은 내연 기관의 캠 샤프트(3)와 도시되지 않은 크랭크 샤프트 사이에서 회전각 위치를 조절하기 위해서 이용된다.

조절 기어(1)는 구동 휠(7)을 포함하고 크랭크 샤프트에 고정된 구동부(4), 캠 샤프트에 고정된 피동부(5) 및 조절 모터(2)의 영구 자석 회전자에 회전 불가능하게 결합된 조절 샤프트(6)를 구비한 3중샤프트 기어로서 형성된다. 조절 모터(2)는 고정자(9)를 포함하고, 상기 고정자는 하우징(10) 내에 고정 배치되어 있다.

캠 샤프트(3)는, 확실한 스타트 및 내연 기관의 제한된 작동을 위해 도달되어야 하는 기본 위치 및 비상 위치를 갖는다. 상기 위치의 도달은 조절 모터(2)가 손상되지 않은 경우 내연 기관이 실수로 단락된 후에도 별다른 어려움 없이 성공적으로 이루어지는데, 그 이유는 내연 기관이 정지된 경우 또는 재스타트 동안에는 조절 모터(2)가 캠 샤프트(3)를 조절하기 때문이다. 그러나 적어도 하나의 워크 스테이션에 도달할 수 있기 위해서는, 조절 모터(2)가 고장난 경우에도 적어도 제한된 모터 작동 및 재스타트가 가능해야만 한다.

조절 기어(1) 및 상기 기어의 정지 기어 변속비(i₀)는, 내연 기관의 스타트시 조절 샤프트(6)의 단순한 제동에 의해서 캠 샤프트(3)가 기본 위치에 도달하고, 그럼으로써 내연 기관이 스타트될 수 있도록 설계된다.

조절 샤프트(6)가 정지되고 구동부(4)가 우측으로 회전하는 경우에는 i₀의 설계에도 적용된다.

i₀가 0보다 작은 경우에는 늦게 조절된 마이너스 기어가 존재한다; i₀가 1보다 작은 경우에는 이르게 조절된 플러스 기어가 존재하며, i₀가 1보다 큰 경우에는 늦게 조절된 플러스 기어가 존재한다.

도 2에는 조절 모터(2)의 고정자(9)의 회로도가 도시되어 있다. 조절 모터(2)는 별모양으로 접속된 3개의 위상(11)을 갖는 브러시 없는 직류 모터로서 형성 되며, 상기 위상은 고정자 권선(12)을 포함하고, 상기 위상에는 제어 장치(13)로부터 제어 라인(15)을 거쳐 위상에 적합한 전류가 공급된다.

상기 3가지 위상(11)은 단락 라인(14)에 의해서 삼각형으로 결합된다. 단락 라인(14) 내에는 단락 스위치(16)가 제공되며, 상기 단락 스위치는 조절 모터(2)가 무전류 상태인 경우에는 접속되고, 조절 모터(2)에 전력이 공급되는 경우에는 단락된다. 단락 스위치(16)의 접속에 의해 단락 전류가 흐르게 되고, 상기 단락 전류는 제너레이터로서 구동되는 조절 모터(2)의 단락 제동을 위해서 이용된다. 단락 스위치(16)의 접속이 개별적으로 또는 전체적으로 이루어질 수 있음으로써, 제동력은 조절 가능하다.

지나치게 높은 단락 전류는 조절 모터(2)를 위험하게 하기 때문에, 전류를 제한할 필요가 있다. 전류의 제한은 단락 스위치(16)가 전류에 따라 단락됨으로써 이루어질 수 있으며, 상기 단락 스위치는 한계값에 미달된 경우에는 자동으로 - 예컨대 탄성력에 의해서 - 접속된다.

단락 전류는 단락 라인(14) 내에 있는 파워 저항(17)에 의해서도 제한될 수 있다. 단락 라인(14) 내에 배치되고 단락 전류를 공급받는 전기식 전류 조절기(18)가 동일한 목적으로 이용된다.

도 3 및 도 4에는, 부품들이 유사하지만 상이하게 배치된 3중샤프트 기어로서 형성된 조절 기어가 도시되어 있다.

도 3은 크랭크 샤프트에 고정된 체인 휠(21), 캠 샤프트에 고정된 커버(25) 및 이중 편심 샤프트(29)로서 형성된 조절 샤프트를 구비한 이중 편심 기어(19)를 보여준다. 상기 기어는 해체 가능한 매칭 스프링 샤프트 커플링(37)을 통해 도시되지 않은 조절 모터와 연결된다. 해체 가능한 커플링으로서는 특히 쐐기형-, 5각형-, 톱니형-, 2각-, 4각-, 및 6각 샤프트 커플링도 생각할 수 있다,

캠 샤프트에 고정된 커버(25)는 중앙 표준-인장 스크루(31)에 의해서 클램핑 슬리브(30)를 통해 캠 샤프트(65)의 캠 샤프트 저널(38)과 조여진다. 상기 매칭 스프링 샤프트 커플링(37)의 개구(66)에 의해서, 스크루 드라이버가 상기 중앙 표준-인장 스크루(31)의 스크루 헤드(36)에 접근할 수 있다.

캠 샤프트(65)와 캠 샤프트에 고정된 커버(25) 사이의 회전각 위치는 고정 핀(39)에 의해서 고정되고, 상기 고정 핀은 압입 끼워맞춤에 의해서 상기 커버(25) 및 캠 샤프트 저널(38)과 동일한 평면에 있는 보어 내에 배치된다.

클램핑 슬리브(30)는 또한 이중 편심 샤프트(29)의 니들 부시(32)를 위한 베어링면으로서 이용된다. 상기 클램핑 슬리브(30)는 동일하지만 180°만큼 변위된, 그리하여 완전히 보상된 편심기(67)를 포함하고, 상기 편심기는 미끄럼 베어링(33)을 통해 구조적으로 동일하게 형성된 2개의 정면 휠(28)을 구동시킨다. 상기 정면 휠(28)은, 체인 휠(21)과 일체로 형성되고 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠(20)의 내부 기어 맞물림부와 맞물린다.

캠 샤프트에 고정된 커버(25)는 축방향 보어(63)를 포함하고, 상기 보어 내부로 핀(26)이 삽입된다. 상기 핀은 구조적으로 동일하게 형성된 정면 휠(28)의 축방향 보어(27)를 관통하고, 폐쇄 커버(34)의 축방향 보어(68)를 통해 돌출한다. 상기 축방향 보어(63, 68)는 동일한 평면에 배치되고, 캠 샤프트 조절기의 회전축 (64) 둘레에 원을 그리면서 균일한 간격으로 배치된다. 축방향 보어(27)는 상기 핀(26)보다 편심기(67)의 2배의 편심률만큼 더 큰 직경을 가지며, 상기 핀은 축방향 보어(27)의 내부 둘레에 선형 접촉부를 갖는다.

폐쇄 커버(34)는 이중 편심 기어(19)를 폐쇄시키기 위해서 그리고 이중 편심 샤프트(29), 정면 휠(28) 및 중공 휠(20)을 축방향으로 고정시키기 위해서 이용된다. 상기 폐쇄 커버는 스냅 링(35)에 의해서 축방향으로 고정된다. 상기 스냅 링은 홈부(78) 내에 배치되고, 상기 홈부는 폐쇄 커버(34)의 축방향 보어(68)로부터 돌출하는 핀(26)의 단부에 배치되어 있다. 홈부(78)의 위치는 상기 커버(25) 및 폐쇄 커버(34)의 내부면(79, 80)의 간격을 결정한다. 이 경우에는, 이중 편심 샤프트(29), 정면 휠(28) 및 중공 휠(20)의 상응하는 주행면에 대한 상대적인 움직임을 위해 필요한 축방향 유격이 고려된다.

중공 휠(20)은 미끄럼 베어링(43) 내의 커버(25) 상에 지지되며, 상기 중공 휠은 무엇보다도 체인 휠(21)의 파워를 수용한다. 상기 체인 휠은 중공 휠(20)과 일체로 형성되고, 체인을 통해 내연 기관의 크랭크 샤프트와 회전 불가능하게 결합되며, 상기 크랭크 샤프트에 의해서 절반 크랭크 샤프트 회전수로 구동된다. 상기 체인 휠(21)의 구동 모멘트는 정면 휠(28) 및 핀(26)을 통해 커버(25) 및 캠 샤프트(65)에 전달된다. 상기 핀(26)의 개수는 구동 모멘트의 레벨에 따라 결정된다.

이중 편심 기어(19)의 윤활 작용은 모터 윤활유에 의해서 이루어진다. 상기 이중 편심 기어(19)는 캠 샤프트 저널(38)의 유입 라인(40)으로부터 니들 부시(32) 내부로 그리고 그곳으로부터 원심력에 의해 방사형 윤활유 보어(41)를 거쳐 미끄럼 베어링(33) 내부, 축방향 보어(27) 내부, 내부 기어 맞물림부(22)까지, 미끄럼 베어링(43)까지 이르고, 폐쇄 보어(23, 24)를 거쳐 모터 공간 내부에 이른다. 상기 이중 편심 샤프트(29)는 방사형 유출 보어(42)를 통해 윤활유를 배출시킨다. 이중 편심 기어(19)로서는 체인 휠(21) 및 캠 샤프트(63)의 회전 방향이 동일한 플러스 기어가 이용된다. 각각의 정면 휠(28)이 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠(20)의 톱니수(Z_KW)보다 작은 톱니수(Z_NW)를 갖기 때문에, 아래와 같은 정지 기어 변속비가 산출된다:

본 경우에 이중 편심 샤프트(29)의 회전수가 예를 들어 조절 모터의 단락 제동에 의해 체인 휠(21)의 회전수보다 작으면, 상기 체인 휠(21)의 회전수는 캠 샤프트(65)의 회전수보다 작으며, 그에 따라 상기 캠 샤프트는 "이른" 위치 방향으로 조절된다.

도 4는 크랭크 샤프트에 고정된 체인 휠(46), 캠 샤프트에 고정된 중공 휠(51) 및 이중 편심 샤프트(50)로서 형성된 조절 샤프트를 구비한 다른 이중 편심 기어(44)를 보여준다. 상기 기어는 해체 가능한 스플라인 축 커플링(62)을 통해 도시되지 않은 조절 모터와 연결된다. 상기 이중 편심 기어(44)는 중앙 특수-인장 스크루(54)에 의해 캠 샤프트(69)의 캠 샤프트 저널(55)과 조여진다. 이 경우에도 캠 샤프트(69)와 이중 편심 기어(44) 사이의 회전각 위치는 고정 핀(60)에 의해서 고정되고, 상기 고정 핀은 압입 끼워맞춤에 의해 중공 휠(51) 및 캠 샤프트 저널(55)의 동일 평면에 있는 보어 내부에 배치된다. 상기 중앙 특수-인장 스크루(54)는 스플라인 축 커플링(62)을 관통하여 빼내질 수 있다.

상기 특수-인장 스크루(54)의 원통형 스크루 헤드(53)는 또한 이중 편심 샤프트(50)의 니들 부시(57)를 위한 베어링면으로서 이용되고, 그럼으로써 매우 짧게 구성된다. 상기 특수-인장 스크루(54)는 180°만큼 변위된 2개의 동일한 편심기(70)를 포함하고, 상기 편심기는 롤링 베어링(56)을 통해 구조적으로 동일하게 형성된 2개의 정면 휠(49)을 구동시킨다. 상기 롤링 베어링(56)은 미끄럼 베어링으로도 대체될 수 있으며, 상기 미끄럼 베어링은 비용 및 설치 공간을 절약시키고, 이를 위해 더 많이 침식된다.

정면 휠(49)은 캠 샤프트에 고정된 중공 휠(51)의 내부 기어 맞물림부(52)와 맞물린다. 상기 정면 휠의 둘레에는 크랭크 샤프트에 고정된 구동 휠(45)이 배치되어 있으며, 체인 휠(46) 및 측면부(76)와 일체로 형성된 둘레부(75)를 구비한다. 상기 측면부는 무엇보다도 이중 편심 기어(44)의 측면 폐쇄부로서 이용된다. 상기 둘레부(75)는 이중 편심 기어(44) 내의 중공 휠(51)의 둘레 상에 지지된다. 상기 측면부(76)는 축방향 보어(77)를 포함하고, 상기 보어 내부에는 축방향 핀(47)이 삽입되며, 상기 핀은 도 3에서와 같이 정면 휠(49)의 보어(48) 내에 결합되고, 구동 휠(45)의 구동 모멘트는 정면 휠(49)을 통해 상기 중공 휠(51) 및 캠 샤프트(69)에 전달된다. 크랭크 샤프트에 고정된 구동 휠(45) 및 정면 휠(49)과 이중 편심 샤프트(50)는 스냅 링(59)에 의해서 축방향으로 고정된다. 상기 스냅 링은 크랭크 샤프트에 고정된 구동 휠(45)의 방사형 홈부(71) 내부에 배치되고, 상기 스냅 링의 한 쪽 플랭크(flank)는 중공 휠(51)의 캠 샤프트에 가까운 정면(72)에 인접한다. 중공 휠(45)의 캠 샤프트로부터 먼 정면(73)은 간극을 두고 구동 휠(45)의 축방향 내부면(74)에 인접한다. 상기 간극은 중공 휠(51), 구동 휠(45), 정면 휠(49) 및 이중 편심 샤프트(50)의 상대적인 움직임을 가능하게 한다.

이중 편심 기어(44)의 윤활 작용은 이중 편심 기어(19)의 경우와 마찬가지로 유입 보어(61)를 통해 니들 부시(57)까지 그리고 그곳으로부터 원심력에 의해 다른 부품까지 이루어진다.

이중 편심 기어(44)로서는 마찬가지로 플러스 기어가 이용된다. 캠 샤프트에 고정된 중공 휠(52)의 톱니수(Z_NW)가 구조적으로 동일하게 형성된 각 정면 휠(49)의 톱니수(Z_KW)보다 크기 때문에, 아래와 같은 정지 기어 변속비가 산출된다:

이 경우 이중 편심 샤프트의 회전수가 예를 들어 조절 모터의 단락 제동에 의해 체인 휠(46)의 회전수보다 작으면, 캠 샤프트(69)가 상기 체인 휠보다 느리게 회전되어 "늦은" 위치 쪽으로 조절된다.

상기 이중 편심 기어(19)는 "이른" 기본 위치를 갖는 배출 캠 샤프트의 조절 기어로서 이용되고, 다른 이중 편심 기어(44)는 "늦은" 기본 위치를 갖는 유입 캠 샤프트의 조절 기어로서 이용된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 조절 기어 2: 조절 모터

3, 65, 69: 캠 샤프트 4: 구동부

5: 피동부 6: 조절 샤프트

7: 구동 휠 8: 영구자석 회전자

9: 고정자 10: 하우징

11: 위상 12: 고정자 권선

13: 제어 장치 14: 단락 라인

15: 제어 라인 16: 단락 스위치

17: 파워 저항 18: 전자식 전류 조정기

19: 이중 편심 기어 20: 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠

21, 46: 체인 휠 22, 52: 내부 기어 맞물림부

23, 24: 배출 보어 25: 캠 샤프트에 고정된 커버

26: 핀 27, 63, 68, 77: 축방향 보어

28, 49: 정면 휠 29, 50: 이중 편심 샤프트

30: 클램핑 슬리브(clamping sleeve)

31: 표준-인장 스크루(standard-straining screw)

32, 57: 니들 부시(needle bush)

33, 43, 58: 미끄럼 베어링(sliding bearing)

34: 폐쇄 커버 35, 59: 스냅 링(snap ring)

36: 표준-스크루 헤드 37: 매칭 스프링 샤프트 커플링

38, 55: 캠 샤프트 저널(cam shaft journal)

39, 60: 고정 핀 40: 유입 라인

41: 윤활유 보어 42: 유출 보어

44: 다른 이중 편심 기어 45: 크랭크 샤프트에 고정된 구동 휠

47: 축방향 핀 48: 보어

51: 캠 샤프트에 고정된 중공 휠

53: 원통형 스크루 헤드 54: 특수-인장 스크루

56: 롤링 베어링 61: 유입 보어

62: 스플라인 축 커플링 64: 회전축

66: 개구 67, 70: 편심기

71: 방사형 홈부 72: 캠 샤프트에 가까운 정면

73: 캠 샤프트로부터 먼 정면 74: 축방향 내부면

75: 둘레부 76: 측면부

78: 홈부 79, 80: 내부면

Claims (15)

1. 크랭크 샤프트에 고정된 구동부(4), 캠 샤프트에 고정된 피동부(5) 및 전기식 조절 모터(2)에 회전 불가능하게 결합된 조절 샤프트(6)를 구비하고 3중샤프트 기어로서 형성된 조절 기어(1)를 포함하고, 상기 조절 모터는 영구 자석 회전자(8) 및 하우징에 고정된 고정자(9)를 포함하며, 조절 샤프트(6)가 정지된 경우 상기 구동부(4)와 피동부(5) 사이에는 아래와 같은 정지 기어 변속비(i₀)가 존재하고,

   

   상기 변속비의 크기가 플러스 또는 마이너스 기어로서의 조절 기어(1)의 유형 및 이른 또는 늦은 기본 위치로의 캠 샤프트(3, 65, 69)의 조절 방향을 결정하도록 구성된, 내연 기관의 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트(3, 65, 69)의 회전각 위치를 조절하기 위한 전기식 조절 장치에 있어서,

   조절 기어(1)의 적당한 구조적 구성으로 인해 정지 기어 변속비(i₀)가 구현될 수 있고, 이 정지 기어 변속비에 의해 조절 기어(1)의 회전시 단지 조절 샤프트(6)를 제동하는 것만으로도 캠 샤프트(3, 65, 69)가 이른 및 늦은 기본 위치에 도달할 수 있으며, 상기 조절 샤프트(6)의 제동은 상기 조절 모터(2)의 단락 제동에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 정지 기어 변속비(i₀)가 0보다 크고 1보다 작은 경우에는 캠 샤프트 조절을 위한 플러스 기어는 "이른" 위치를 향한 방향으로 구현될 수 있고, 정지 기어 변속비(i₀)가 1보다 큰 경우에는 캠 샤프트 조절을 위한 플러스 기어는 "늦은" 위치를 향한 방향으로 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 조절 기어(1)로서 이중 편심 기어(19) 또는 텀블링 기어 및 다른 이중 편심 기어(44)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 이중 편심 기어(19)가 캠 샤프트에 고정된 커버(25)를 포함하며, 상기 커버는 축방향 핀(26)과 고정 결합되고, 상기 핀은 동일하게 형성된 2개 정면 휠(28)의 보어(27) 내부에 선형 접촉에 의해서 삽입되며, 상기 조절 모터(2)에 의해 이중 편심 샤프트(29)를 통해 구동될 수 있는 상기 정면 휠(28)은 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠(20)과 맞물리는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 이중 편심 샤프트(29)가 중앙 표준-인장 스크루(31)의 클램핑 슬리브(30) 상에 니들 부시(32)에 의해 롤링 지지되고, 구조적으로 동일하게 형성된 정면 휠(28)이 미끄럼 베어링(33) 에 의해 상기 이중 편심 샤프트(29) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 동일 구조로 형성된 2 개의 정면 휠(28) 각각의 톱니수(Z_NW) (피동 톱니수와 같음) 는 크랭크 샤프트에 고정된 중공 휠(20)의 톱니수(Z_KW) (구동 톱니수와 같음) 보다 작으며, 그 결과 0보다 크고 1보다 작은 정지 기어 변속비(i₀)가 산출되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
7. 제 3 항에 있어서, 다른 이중 편심 기어(44)는 크랭크 샤프트에 고정된 구동 휠(45)을 포함하고, 상기 구동 휠은 축방향 핀(47)과 고정 결합되며, 상기 핀은 동일 구조로 형성된 2개 정면 휠(49)의 보어(48) 내부에 선형 접촉에 의해서 삽입되며, 상기 조절 모터(2)에 의해 이중 편심 샤프트(50)를 통해 구동될 수 있고 구조적으로 동일하게 형성된 상기 정면 휠(49)은 캠 샤프트에 고정된 중공 휠(51)과 맞물리는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 이중 편심 샤프트(50)는 중앙 특수-인장 스크루(54)의 원통형 스크루 헤드(53) 상에 지지되고, 동일 구조로 형성된 상기 정면 휠(49)은 상기 이중 편심 샤프트(50) 상에, 롤링 베어링(56) 에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 캠 샤프트에 고정된 중공 휠(51)의 피동 톱니수(Z_NW)는 동일 구조로 형성된 정면 휠(49) 각각의 구동 톱니수(Z_KW)보다 크며, 그 결과 1보다 큰 정지 기어 변속비(i₀)가 산출되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 조절 모터(2)의 고정자(9)가 3가지 위상(11)을 가지며, 상기 위상들은 상기 조절 모터(2)의 단락 제동을 위해 개별적으로 그리고 전체적으로 단락될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 조절 모터(2)가 무전류 상태에서는 접속되고 조절 모터(2)에 전력이 공급되는 경우에는 단락되는 단락 스위치(16)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 단락 전류를 제한하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 단락 스위치 (16) 의 접속에 의해 단락 전류가 흐르게 되어 단락 전류의 한계값을 초과한 경우에는, 단락 전류를 제한하기 위해 상기 단락 스위치(16)가 단락되고, 한계값에 미달된 경우에는 자동으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 단락 전류가 흐르는 단락 라인(14) 내에, 단락 전류를 제한하기 위한 수단으로서, 파워 저항(17)이 배치되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 단락 전류가 흐르는 단락 라인(14) 내에, 단락 전류를 제한하기 위한 수단으로서, 단락 전류에 의해 구동되는 전자식 전류 조절기(18)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기식 조절 장치.

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