KR101302915B1

KR101302915B1 - 엔진의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 변경 가능하게조절하기 위한 장치

Info

Publication number: KR101302915B1
Application number: KR1020060035976A
Authority: KR
Inventors: 옌스 셰퍼; 마르틴 슈타이거발트; 조나단 헤이우드
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2005-04-23
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2013-09-06
Also published as: US7275506B2; DE102005018957A1; KR20060111395A; EP1715142A1; JP2006300067A; EP1715142B1; US20060236966A1

Abstract

본 발명은 구동 요소(12), 피동 요소(8), 및 3축 기어 로서 형성된 조절 기어(11)를 갖는, 엔진의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 변경 가능하게 조절하기 위한 장치(1)에 관한 것이며, 이때 구동 요소(12)는 피동 요소(8)에 대해 회전 가능하게 피동 요소 또는 캠축(9) 상에 지탱된다. 구동 요소(12)에 대한 피동 요소(8)의 상대적인 위상 위치가 조절 기어(11)에 의해 선택적으로 변경되거나 유지될 수 있다. 본 발명에 따라 구동 요소(12)는 롤러 베어링(19, 21)에 의해 피동 요소(8) 상에 지탱되는 것이 제안된다. 이러한 방식으로 반경 방향 및/또는 축 방향 힘이 마찰에 대해 최적으로 지지됨으로써, 장치(1)의 효율이 증가된다.

구동 요소, 피동 요소, 조절 기어, 가스 교환 밸브, 캠축, 크랭크축

Description

엔진의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 변경 가능하게 조절하기 위한 장치{DEVICE FOR VARIABLE ADJUSTING CONTROL TIME FOR GAS-EXCHANGE VALVES OF A COMBUSTION ENGINE}

도1은 엔진의 개략도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진의 제어 시간 변경을 위한 장치의 종단면도.

도2a는 도2의 Z 영역의 부분도.

도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔진의 제어 시간 변경을 위한 장치의 종단면도.

도3a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 엔진의 제어 시간 변경을 위한 장치 중 도3의 Y 영역만의 부분도.

도4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 엔진의 제어 시간 변경을 위한 장치의 종단면도.

도5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 엔진의 제어 시간 변경을 위한 장치의 종단면도.

<도면 부호의 설명>

1: 장치 25: 내부 기어 휘일

2: 경사판 기어 26: 내부 기어 휘일

3: 제1 베벨 기어 27: 내부 링

4: 제2 베벨 기어 28: 외부 링

5: 경사판 29: 롤러 본체

6: 제1 기어 림 29a: 케이지

7: 제2 기어 림 30: 이중 유성 기어

8: 피동 요소 31: 유성 휘일

9: 캠축 32: 유성 캐리어

10: 고정 나사 33: 볼프롬 기어

11: 조절 기어 34: 태양 휘일

12: 구동 요소

13: 구동 휘일 100: 엔진

14: 제1 롤러 베어링 101: 크랭크축

15: 조절 축 102: 피스톤

16: 커플링 요소 103: 실린더

17: 제2 롤러 베어링 104: 동력 전달 드라이브

18: 중공축 105: 동력 전달 드라이브

18a: 섹션 106: 흡기 캠축

18b: 융기부 107: 배기 캠축

19: 반경 방향 롤러 베어링 108: 캠

20: 스토퍼 디스크 109: 캠

21: 축 방향 롤러 베어링 110: 흡기 가스 교환 밸브

22: 하모닉 드라이브 기어 111: 배기 가스 교환 밸브

23: 제3 롤러 베어링

24: 스퍼 휘일

본 발명은 크랭크축과 구동 연결되어 있는 구동 요소, 캠축과 구동 연결되어 있는 피동 요소, 및 조절 기어를 갖는, 엔진의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 변경 가능하게 조절하기 위한 장치에 관한 것이며, 이때 구동 요소는 피동 요소에 대해 회전 가능하게 피동 요소 또는 캠축 상에 지탱되며 구동 요소에 대한 피동 요소의 상대적인 위상 위치가 조절 기어에 의해 선택적으로 변경되거나 유지될 수 있다.

엔진에서 가스 교환 밸브를 작동시키기 위해 캠축이 이용된다. 캠축은 캠축에 부착된 캠들이, 예를 들면 버킷 태핏, 록커 아암 또는 스윙 아암과 같은 캠 종동부(cam follower)에 인접하는 방식으로 엔진 내에 장착된다. 캠축이 회전하면, 상기 캠들은 캠 종동부 상에서 롤링하며, 상기 캠 종동부들은 다시 가스 교환 밸브를 작동시킨다. 캠들의 위치 및 형상에 의해 상기 가스 교환 밸브들의 개방 기간뿐만 아니라 개방폭 및 개방 시점과 폐쇄 시점이 결정된다.

최근의 엔진의 개념은 밸브 구동 장치를 가변식으로 설계하는 것에 있다. 한편으로 밸브 행정 및 밸브 개방 기간은 각각의 실린더가 완전하게 차단될 때까지 변경 가능하게 설계될 수 있다. 이를 위해 전환 가능한 캠 종동부, 가변 밸브 작동부 또는 전기 유압식 또는 전기식 밸브 작동 장치와 같은 개념이 제공된다. 또한, 엔진이 작동하는 동안 가스 교환 밸브들의 개방 및 폐쇄 시간에 대해 영향을 미칠 수 있다는 점이 바람직한 것으로서 확인되었다. 마찬가지로 바람직하게는, 예를 들면 규정된 밸브 오버랩을 의도한 대로 조정할 수 있도록, 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 개방 시점 또는 폐쇄 시점에 대해 개별적으로 영향을 미칠 수 있다. 엔진의 현재 특성맵 영역에 따라, 예를 들면 현재 회전수 또는 현재 부하에 따라 가스 교환 밸브들의 개방 시점 또는 폐쇄 시점을 조절함으로써, 연료 소비율은 감소될 수 있고, 배기가스 거동에 긍정적인 영향이 미치며, 엔진 효율, 최대 토크 및 최대 출력이 증가될 수 있다.

가스 교환 밸브의 시간 제어에 대한 전술한 변경 가능성은 크랭크축에 대해 캠축의 위상 위치를 상대적으로 변경함으로써 달성된다. 이때 상기 캠축은 대개 체인 구동 장치, 벨트 구동 장치, 톱니 기어 구동 장치를 통해 또는 동일한 작용을 하는 구동 개념들을 통해 크랭크축과 구동 연결된다. 크랭크축에 의해 구동되는 체인 구동 장치, 벨트 구동 장치 또는 톱니 기어 구동 장치와 캠축 사이에는 캠축 조절기가 장착되며, 상기 캠축 조절기는 크랭크축의 토크를 캠축으로 전달한다. 이때, 엔진의 제어 시간을 변경하기 위한 상기 장치는, 엔진의 작동 중에 크랭크축과 캠축 사이의 위상 위치가 확실하게 유지되고 경우에 따라 상기 캠축이 소정의 각도 범위에서 크랭크축에 대해 상대 회전될 수 있도록 형성된다.

흡기 밸브 및 배기 밸브를 위해 각각 하나의 캠축을 구비한 엔진 내에서 이들 흡기 및 배기 밸브에는 각각 하나의 캠축 조절기가 구비될 수 있다. 이로써 상기 흡기 및 배기 가스 교환 밸브의 개방 시간 및 폐쇄 시간이 상호간에 시간적으로 오프셋되어, 밸브 시간의 오버랩이 의도한 대로 조절될 수 있다.

최근의 캠축 조절기의 시트(seat)는 일반적으로 캠축의 구동측 단부에 위치한다. 상기 캠축 조절기는 크랭크축에 고정된 구동 휘일, 캠축에 고정된 피동 휘일 및 구동 휘일의 토크를 피동부에 전달하는 조절 시스템으로 구성된다. 상기 구동 휘일은 체인 휘일, 벨트 휘일 또는 톱니 휘일로서 형성될 수 있으며, 체인 구동 장치, 벨트 구동 장치 또는 톱니 휠 구동 장치에 의해 크랭크축에 회전 고정식으로 연결된다. 조절 시스템은 전자기식, 유압식 또는 공압식으로 작동될 수 있다. 마찬가지로 캠축 조절기가 중간 축 상에 배치되거나 비회전식 구조 부품 상에 지탱되는 것도 고려될 수 있다. 이러한 경우, 토크는 추가의 구동부를 통해 캠축으로 전달된다.

전기식으로 작동되는 캠축 조절기는 엔진의 크랭크축과 구동 연결되어 있는 구동 휘일, 엔진의 캠축과 구동 연결되어 있는 피동 휘일, 및 조절 기어로 구성된다. 조절 기어는 상호 회전 가능한 세 개의 구조 부품을 갖는 3축 기어이다. 이때, 기어의 제1 구조 부품은 구동 휘일과 회전 고정식으로 연결되고 제2 구조 부품은 피동 부품과 회전 고정식으로 연결된다. 제3 구조 부품은, 예를 들면 치형부 쌍, 조인트 레버 또는 마찰 휘일 쌍에 의해 제1 구조 부품 및 제2 구조 부품과 상호작용한다. 제3 구조 부품의 회전수는, 예를 들면 전기 모터 또는 제동 장치에 의해 조절된다. 세 개의 구조 부품의 치형부의 상이한 톱니 수, 레버 동력학 또는 마찰 휘일들의 상이한 직경에 의해 제1 구조 부품과 제2 구조 부품 사이의 변속비는 1이 아니게 구현된다. 이로써 위상 위치는 제3 구조 부품의 적합한 회전수를 선택함으로써 선택적으로 유지되거나 변경될 수 있다.

토크는 크랭크축으로부터 제1 구조 부품 상에 전달되고 이로부터 제2 구조 부품 상에 전달됨으로써 캠축 상에 전달된다. 이는 직접적으로 이루어지거나, 제3 구조 부품이 중간에 삽입됨으로써 이루어진다. 제3 구조 부품의 회전수를 적합하게 조절함으로써 제1 구조 부품은 제2 구조 부품에 대해 상대 회전을 하고, 이로써 캠축과 크랭크축 사이의 위상 위치가 변경된다. 이러한 유형의 3축 기어에 대한 예는 내부 편심 기어, 이중 내부 편심 기어, 하모닉 드라이브 기어, 경사판 기어(swash plate gear), 유성 기어, 볼프롬(Wolfrom) 기어 등이다.

캠축 조절기를 제어하기 위해, 센서들은 엔진의 특성 데이터, 예를 들면 부하 상태, 회전수 및 캠축과 크랭크축의 각도 위치를 검출한다. 이러한 특성 데이터는 전자 제어 유닛에 공급되며, 상기 전자 제어 유닛은 공급된 데이터를 엔진의 특성 데이터 맵과 비교한 후에 캠축 조절기의 조절 모터를 제어한다.

DE 102 48 355호에는 엔진의 제어 시간을 변경시키기 위한 장치가 공지되어 있으며, 여기서 크랭크축으로부터 캠축으로 토크가 전달되고 이중 유성 기어에 의해 조절 과정이 구현된다. 크랭크축의 토크는 체인 구동을 통해 장치의 구동 요소에 전달된다. 구동 요소는 내부 기어 휘일로서 형성되며, 이때 내부 기어 휘일의 내부 치형부는 스퍼 휘일로서 형성된, 유성 캐리어 상에 배치되는 다수의 유성 휘일에 의해 외부 치형부와 맞물린다. 스퍼 휘일의 외부 치형부는 동시에 내부 기어 휘일로서 형성된 피동 요소의 내부 치형부 내로 맞물리며, 상기 피동 요소는 다시 캠축과 회전 고정식으로 연결된다. 또한, 유성 휘일의 치형부는 태양 휘일(sun wheel)의 외부 치형부와 맞물리며, 태양 휘일은 조절축으로의 기능을 하며 전기 모터에 의해 구동된다. 전기 모터의 회전수에 따라 구동 요소와 피동 요소 사이의 위상 위치가 유지되거나 조절된다. 두 구조 부품의 위상 위치가 변경될 수 있도록, 구동 요소는 미끄럼 베어링 또는 롤러 베어링에 의해 피동 요소에 대해 회전 가능하게 피동 요소 상에 지탱된다.

구동 요소는 축 방향으로 견부가 제공되며, 견부에 의해 구동 요소는 축 방향으로 피동 요소 상에 지지된다. 구동 요소는 다른 방향으로 스냅링(snap ring)에 의해 마찬가지로 피동 요소 상에 지지된다. 이러한 실시예에서 베어링은 미끄럼 베어링으로서 형성된다.

이러한 유형의 장치는 조절 축의 회전수를 조절하는 전기 구동부에 의해 조절된다. 전기 구동부를 구조 공간 측면에서 최적화하고 설계 비용을 절감하기 위해서는 장치의 높은 효율이 요구된다. 높은 효율을 위한 전제 조건으로서 장치의 구성 요소들 사이에 마모를 최소화시켜야 한다. 이와 관련하여 피동 요소에 대한 구동 요소의 미끄럼 베어링을 이용한 지탱은, 특히 조절 속도가 빠르고 구동 요소에 대해 작용하는 경사 모멘트가 높은 경우에 바람직하지 않은 것으로 판명되었다.

본 발명의 목적은 장치 내에서 마찰이 감소됨으로써 장치의 효율이 증가되어야 하는, 엔진의 제어 시간의 변경을 위한 장치를 제공하는 것이다. 이때, 특히 피동 요소에 대한 구동 요소의 축 방향 및 반경 방향 지탱에 중점을 둔다.

상기 목적은 본 발명에 따라 구동 요소가 적어도 하나의 롤러 베어링에 의해 축 방향으로 지지됨으로써 달성된다.

본 발명의 제1 실시예에서 롤러 베어링은 축 방향 롤러 베어링으로서 형성된다.

또한, 구동 요소는 양쪽 축 방향에서 각각 하나의 축 방향 롤러 베어링에 의해 지지되는 것이 제공될 수 있다.

추가의 실시예에서 구동 요소는 피동 요소 상에 축 방향 베어링(들)에 의해 지지된다.

여기서, 축 방향 롤러 베어링은 축 방향 원통형 베어링, 니들 베어링, 니들 슬리브, 니들 림, 축 방향 경사 볼 베어링 또는 축 방향 홈 볼 베어링으로서 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 구동 요소는 추가로 반경 방향 롤러 베어링에 의해 반경 방향으로 지탱된다. 이때, 축 방향 롤러 베어링과 반경 방향 롤러 베어링은 분리된 별개의 베어링일 수 있다. 또한, 이들 베어링이 일체형으로 형성되는 것도 고려될 수 있다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 롤러 베어링은 반경 방향 롤러 베어링으로서 형성된다. 이때, 반경 방향 롤러 베어링은 홈 볼 베어링, 4점 베어링, 단열 또는 복렬 경사 볼 베어링 또는 마그네토 볼 베어링(magneto ball bearing)으로서 형성될 수 있다.

상기 바람직한 두 실시예 중 하나의 실시예에서, 축 방향 또는 반경 방향 롤러 베어링의 롤러 본체의 하나 이상의 활주 궤도가 구동 요소 또는 피동 요소의 구성 부품 상에 형성된다.

피동 요소에 대한 구동 요소의 베어링을 위해 롤러 베어링을 사용함으로써 장치 내에서 마찰은 현저히 감소되고 장치의 효율이 증가한다. 특히 바람직하게 본 발명은 신속하게 조절되는 시스템에서 작동한다. 축 방향 베어링을 사용함으로써, 예를 들면 체인 휘일 또는 벨트 휘일로서 형성되는 구동 휘일이 축 방향으로 베어링 위치에 대해 비대칭으로 배치되는 경우에 특히 유리하다. 이러한 경우, 피동 요소 또는 캠 축에 의해 지지되어야 하는 높은 축 방향 힘 및 경사 모멘트가 구동 요소에 작용한다.

축 방향 롤러 베어링 뿐만 아니라 반경 방향 롤러 베어링이 사용될 수 있는 경우 분리된 별개의 베어링들이 사용될 수 있다. 또한, 조합식 반경 방향-축 방향-롤러 베어링의 사용도 고려될 수 있으며, 이에 의해 장치의 제조 비용은 저렴하게 유지될 수 있다.

사용되는 롤러 베어링에는 별도로 제조된 내부 링 및 외부 링이 장착될 수 있다. 마찬가지로 롤러 본체의 일측 또는 양측 활주면이 직접 피동 요소, 캠축 또는 구동 요소 상에 형성되는 것이 고려될 수 있으며, 이에 의해 장치의 개별 부품의 수는 감소되고 이로써 제조 비용이 감소될 수 있다.

이하, 본 발명의 추가의 특징은 다음의 상세한 설명과 첨부되는 도면을 참조로 하여 설명되며, 도면에는 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 도시된다.

도1에는 크랭크축(101) 상에 지지된 피스톤(102)이 실린더(103) 내에 배치된 엔진(100)이 개략적으로 도시되어 있다. 크랭크축(101)은 도시된 실시예에서 각각 하나의 동력 전달 드라이브(104 및 105)에 의해 흡기 캠축(106) 및 배기 캠축(107)과 연결되어 있으며, 이때 제1 및 제2 장치(1)에 의해 크랭크축(101)과 캠축(106, 107) 사이의 상대 회전이 제공될 수 있다. 캠축(106, 107)의 캠(108, 109)은 흡기 가스 교환 밸브(110) 및 배기 가스 교환 밸브(111)를 작동시킨다.

도2 및 도2a는 엔진(100)의 제어 시간을 조절하기 위한 본 발명에 따른 장치(1)의 실시예를 도시한다. 여기서, 도2a는 도2의 Z 영역을 확대한 도면이다.

장치(1)는 특히 경사판 기구(2)로서 형성된 조절 기어(11)를 포함하며, 제1 베벨 기어(3), 제2 베벨 기어(4) 및 경사판(5)으로 구성된다. 제1 베벨 기어(3)에는 베벨 기어 치형부로서 형성된 제1 기어 림(6)이 형성된다. 경사판(5)에는 베벨 기어 치형부로서 형성된 두 개의 제2 기어 림(7)이 형성되며, 이때 각각 하나의 제2 기어 림(7)이 경사판(5)의 축 방향 측면 상에 배치된다. 제1 베벨 기어(3)와 유사하게 제2 베벨 기어(4)는 베벨 기어 치형부로서 형성된 제1 기어 림(6)을 포함한다. 제1 베벨 기어(3)는 이와 일체형으로 형성된 피동 요소(8)에 의해 캠축(9)과 회전 고정식으로 연결된다. 피동 요소(8)와 캠축(9) 사이의 연결은 재료 결합식, 힘 결합식, 마찰 결합식, 또는 형태 결합식 연결에 의해 구현될 수 있다. 도시된 실시예에서 피동 요소(8)는 고정 나사(10)에 의해 캠축(9)에 고정된다.

제2 베벨 기어(4)는 구동 요소(12)와 회전 고정식으로 연결되며, 구동 휘일(13)을 통해 도시되지 않은 주 구동부와 작동 연결되며, 주 구동부에 의해 토크가 크랭크축(101)으로부터 구동 요소(12)에 전달된다. 이러한 유형의 주 구동부는 예를 들면 체인 구동 장치, 벨트 구동 장치 또는 톱니 구동 장치일 수 있다. 제2 베벨 기어(4)와 피동 요소(8) 사이의 연결은 힘 결합식, 형태 결합식, 마찰 결합식 또는 재료 결합식 연결로 구현될 수 있다.

상기 두 개의 베벨 기어(3, 4)는 서로 평행하고 축 방향에서 서로 이격된다. 구동 요소(12)와 함께 베벨 기어(3, 4)는 링 형태의 공동을 형성하며, 상기 공동 내에 경사판(5)이 배치된다. 제1 롤러 베어링(14)에 의해 경사판(5)은 베벨 기어(3, 4)에 대해 규정된 입사각에서 조절 축(15) 상에 지탱된다. 사실상 포트(pot) 형상으로 이루어진 조절 축(15)에 커플링 요소(16)가 제공되며, 조절 축(15)의 회전수를 조절할 수 있는, 도시되지 않은 장치의 축이 조절 축 내로 맞물린다. 이러한 유형의 장치는, 예를 들면 전기 모터 또는 제동기에 의해 구현될 수 있다. 조절 축(15)은 제2 롤러 베어링(17)에 의해 캠축(9)과 회전 고정식으로 연결된, 도면의 실시예에서 중공축(18)으로서 형성된 축 상에 지지된다. 마찬가지로 미끄럼 베어링에 의해, 고정 나사(10)의 나사 헤드 상에서의 조절 축(15)의 지탱 및/또는 조절 축(15) 상에서의 경사판(5)의 지탱이 고려될 수 있다.

조절 축(15)에 대해 규정된 입사각에서 배치된 경사판(5)은 하나의 제2 기어 림(7)에 의해 제1 베벨 기어(3)의 제1 기어 림(6)과 맞물리고, 또 다른 제2 기어 림(7)에 의해 제2 베벨 기어(4)의 제1 기어 림(6)과 맞물린다. 이때 각각의 기어 림(6, 7)은, 경사판(5)의 입사각에 따라 그 크기가 좌우되는 정해진 각도 범위에서만 맞물린다.

기어 림(6, 7)의 맞물림에 의해 주 구동부로부터 구동 요소(12)에 전달되고 이로부터 제2 베벨 기어(4)에 전달되는 크랭크 축(101)의 토크는 경사판(5)에 의해 제1 베벨 기어(3)에 전달됨으로써 피동 요소(8)에 의해 캠축(9)에 전달된다. 예를 들어 구동 요소(12)에 대한 피동 요소(8)의 위상 위치를 조절하기 위해 전기 모터가 사용되는 경우, 조절 축(15)은 구동 요소(12)의 회전수로 구동됨으로써, 캠축(9)과 크랭크축(101) 사이의 위상 위치가 유지된다. 위상 위치가 변경되어야 하는 경우, 캠축(9)이 크랭크축(101)에 비해 상대적으로 더욱 신속하게 또는 더욱 느리게 구동되어야 하는 지에 따라 조절 축(15)의 회전수는 증가되거나 감소된다. 조절 축(15)의 변경되는 회전수에 의해 경사판(5)은 진동 회전을 야기하고, 이때 기어 림(6, 7)이 서로 맞물리는 각도 범위는 베벨 기어(3, 4) 둘레에서 순환된다. 적어도 한 쌍의 기어 림에서 서로 맞물리는 두 개의 기어 림(6, 7)은 상이한 수의 톱니를 갖는다. 기어 림(6, 7)이 서로 맞물리는 각도 범위가 한번 완전히 순환되어면, 톱니 수의 차이로 인해 제2 베벨 기어(4)에 대해 제1 베벨 기어(3)가 조절됨으로써 크랭크축(101)에 대해 캠축(9)이 조절된다. 조절 각도는 톱니 수의 차이를 형성하는 톱니들에 의해 점유되는 범위에 상응한다.

이와 관련하여, 두 개의 기어 림 쌍의 기어 림(6, 7)이 상이한 수의 톱니를 갖는 것이 고려될 수 있다. 이로써 발생하는 두 개의 감속비로부터 조절 감속비가 형성된다.

또한, 단지 하나의 기어 림 쌍의 기어 림(6, 7)이 상이한 수의 톱니를 갖는 것도 고려될 수 있다. 이러한 경우 감속비는 감속에 근거해서만 형성된다. 이러한 경우에 다른 기어 림 쌍은 경사판(5)과 각각의 구조 부품 사이의 감속비가 1:1인 연결 수단으로서만 기능한다. 또한, 이러한 경우 연결 수단으로서 제2 기어 림 쌍 대신에 핀 커플링이 제공되며, 이때 경사판(5) 또는 구동 요소(12)/피동 요소(8)에 장착되거나 구조 부품과 일체형으로 형성되는 핀들이 각각의 다른 구조 부품의, 축 방향으로 연장되는 홈에 맞물린다.

피동 요소(8)는 링 형태의 섹션(18a)가 형성되는 포트 형상으로 형성된다. 구동 요소 상에 형성되는 융기부(18b)에 의해 구동 요소(12)가 상기 섹션(18a) 상에 지탱된다. 또한, 섹션(18a)를 제한하고 피동 요소(8)와 회전 고정식 연결되는 스토퍼 디스크(20)가 제공된다. 구동 요소(12)는 반경 방향 롤러 베어링(19)에 의해 피동 요소(8) 상에 지탱된다. 도시된 실시예에서 반경 방향 롤러 베어링(19)은 니들 림으로서 구현되며, 이때 섹션(18a)의 외부면 및 융기부(18b)의 내부면은 롤러 본체(29)를 위한 활주면으로서 기능한다. 반경 방향 롤러 베어링(19)을 사용함으로써 조절 과정에서 발생하는 상기 부품들 사이의 마찰이 현저히 감소된다. 따라서, 장치(1)의 효율이 증가되며, 이에 의해 조절 축(15)을 위한 전기 구동부가 더욱 작게, 저렴한 비용으로 설계될 수 있다. 니들 베어링 이외에, 예를 들면 홈 볼 베어링, 4점 베어링, 단열 또는 복렬 경사 볼 베어링, 마그네토 볼 베어링 또는 테이퍼 롤러 베어링이 사용될 수 있다.

도2 및 도2a에서, 반경 방향 롤러 베어링(19)에 대해 추가로 두 개의 축 방향 롤러 베어링(21)이 제공되며, 상기 축 방향 롤러 베어링은 니들 슬리브로서 형성되고 구동 요소(12)는 제1 베벨 기어(3)와 스토퍼 디스크(20)에 대하여 축 방향으로 지탱된다. 이러한 경우 축 방향 롤러 베어링(21)은 반경 방향 롤러 베어링(19)과 일체형으로 형성되며, 이때 롤러 본체(29)는 케이지(29a)에 의해 안내된다. 또한, 분리된 반경 방향 롤러 베어링(19) 및 축 방향 롤러 베어링(21)도 고려될 수 있다. 마찬가지로 축 방향 롤러 베어링(21)으로서 축 방향 원통형 베어링, 니들 베어링, 니들 림, 축 방향 경사 베어링 또는 축 방향 홈 볼 베어링이 사용될 수 있다. 이때, 축 방향 롤러 베어링(21)은 피동 요소(8) 또는 구동 요소(12)와 별도로 제조된 내부 및/또는 외부 링을 구비하도록 형성될 수도 있다. 또한, 이러한 실시예에서 반경 방향 롤러 베어링(19)을 생략하고 단지 축 방향 롤러 베어링(21)만을 사용하는 것이 고려될 수 있다.

반경 방향 롤러 베어링(19)으로서, 예를 들면 홈 볼 베어링, 4점 베어링, 단열 또는 복렬 경사 볼 베어링, 마그네토 볼 베어링 또는 테이퍼 롤러 베어링이 사용되는 경우, 구동 요소(12)에 작용하는 축 방향 힘들이 동시에 지지될 수 있다. 이로써 구동 요소(12)와 피동 요소(8) 사이의 축 방향 롤러 베어링(21)이 생략될 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 장치(1)의 추가의 실시예를 도시한다. 이러한 경우 조절 기어(11)는 하모닉 드라이브 기어(22)로서 형성된다. 상기 기어는 무엇보다도 구동 휘일(13)을 포함하며, 구동 휘일은 도시되지 않은 주 구동부에 의해 크랭크축(101)의 토크를 장치(1)에 전달한다. 구동 휘일(13)은 힘 결합식, 재료 결합식 또는 형태 결합식 연결에 의해 구동 요소(12)와 회전 고정식으로 연결된다. 또한, 도시되지 않은 캠축과 회전 고정식으로 연결된 피동 요소(8)가 제공된다.

크랭크축(101)의 구동 토크는 구동 휘일(13) 및 구동 요소(12)를 통해 하모닉 드라이브 기어(22)에 의해 피동 요소(8)에 전달된다. 하모닉 드라이브 기어(22)는 단면이 타원형 형태인 조절 축(15), 제3 롤러 베어링(23), 가요성 슬리브로서 형성되는 스퍼 휘일(24) 및 두 개의 내부 기어 휘일(25, 26)로 구성된다. 피동 요소(8) 및 구동 요소(12)에 내부 기어 휘일(25, 26) 중 각각 하나의 휘일이 형성된다. 조절 축(15)은 피동 요소(8) 및 구동 요소(12)에 대해 동심으로 배치되고, 도시되지 않은 구동 드라이브와 상호작용하는 커플링 요소(16)를 구비한다. 조절 축(15)의 외부 주연면에 볼 베어링으로서 형성된 제3 롤러 베어링(23)이 배치된다. 제3 롤러 베어링(23)의 내부 링(27)은 조절 축(15)의 외부 주연에 매칭됨으로써 마찬가지로 타원형으로 형성된다. 제3 롤러 베어링(23)의 외부 링(28)의 외부 주연면에 스퍼 휘일(24)이 배치된다. 외부 링(28) 및 스퍼 휘일(24)은 가요성으로 구성됨으로써, 이들은 내부 링(27) 및 조절 축(15)의 타원형 윤곽에 맞게 매칭된다. 스퍼 휘일(24)의 외부 치형부는 두 개의 대향 각도 범위에서 내부 기어 휘일(25)의 내부 치형부뿐만 아니라 내부 기어 휘일(26)의 내부 치형부에도 맞물린다. 상기 각도 범위를 벗어나면 치형부는 맞물리지 않는다. 크랭크축(101)으로부터 구동 요소(12)에 전달되는 토크는 두 개의 스퍼 휘일-내부 기어 휘일 치형부 쌍을 통해 피동 요소(8)에 전달된다. 이때, 내부 기어 휘일(25, 26)의 내부 치형부는 상이한 수의 톱니를 갖는다.

크랭크축(101)에 대해 캠축(9)의 위상 위치를 유지시키기 위해, 조절 축(15)은 구동 휘일(13)의 회전수로 구동된다. 위상 위치가 조절되어야 하는 경우, 구동 휘일(13)에 대한 조절 축(15)의 회전수는 증가되거나 감소된다. 이에 의해 타원형 조절 축(15)은 구동 요소(12)에 대해 상대적으로 회전함으로써, 스퍼 휘일의 치형부와 내부 기어 휘일의 치형부가 맞물리는 각도 범위가 스퍼 휘일(24) 및 내부 기어 휘일(25, 26) 둘레에서 순환된다. 이는 두 개의 내부 기어 휘일(25, 26) 사이의 톱니 수 차이에 근거하여 구동 요소(12)에 대해 피동 요소(8)를 회전시키고, 캠축(9)과 크랭크축(101) 사이의 위상 위치를 변경시킨다.

구동 요소(12)는 반경 방향 롤러 베어링(19)에 의해 피동 요소(8) 상에 지탱된다. 이때 반경 방향 롤러 베어링(19)은 홈 볼 베어링, 4점 베어링, 단열 또는 복렬 경사 볼 베어링, 마그네토 볼 베어링 등으로서 형성될 수 있다. 이러한 베어링을 사용함으로써 구동 요소(12)는 피동 요소(8)에 대하여 축 방향에서 뿐만 아니라 반경 방향에서도 지지되며, 이에 의해 미끄럼 베어링에 의한 축 방향 가이드 및 반경 방향 미끄럼 베어링에 의한 지탱이 생략될 수 있다.

제1 실시예에 도시된 바와 같이, 하모닉 드라이브 기어(22)에서는 반경 방향 롤러 베어링(19)으로서 니들 롤러 베어링(21)이 제공되는 것도 고려될 수 있다. 이러한 경우 역시 바람직하게 예를 들면 축 방향 원통형 베어링, 니들 베어링, 니들 슬리브, 니들 림, 축 방향 경사 볼 베어링 또는 축 방향 홈 볼 베어링과 같은 축 방향 롤러 베어링(21)이 제공되어, 구동 요소(12)는 피동 요소(8)에 대해 마찰이 최적화되어 축 방향으로 지지된다.

도3에 도시된 실시예에서 구동 요소(12)와 피동 요소(8) 사이에 볼 베어링이 배치되며, 이때 피동 요소(8)의 외부 주연면이 롤러 본체(29)를 위한 활주 궤도로서 기능한다.

도3a는 도3에 도시된 본 발명에 따른 장치(1)의 변형을 도시한다. 이 실시예에서 구동 요소(12)는 역시 반경 방향 롤러 베어링(19)에 의해 피동 요소(8) 상에 지탱된다. 이러한 경우 구동 요소(12)의 내부 주연면이 롤러 본체(29)를 위한 활주 궤도로서 기능한다. 마찬가지로 반경 방향 롤러 베어링(19)에 별도의 내부 링 뿐만 아니라 외부 링(27, 28)도 제공되는 실시예가 고려될 수 있다. 또한, 피동 요소(8)의 외부 주연면 뿐만 아니라 구동 요소(12)의 내부 주연면도 반경 방향 롤러 베어링(19)을 위한 활주면으로서 기능하는 실시예도 고려될 수 있다. 하모닉 드라이브 기어(22)의 구성 부품들에 롤러 본체(29)의 활주 궤도가 형성됨으로써 구조 부품의 수가 감소되어, 장치(1)의 설치 공간, 중량, 조립 복잡도 및 비용에 긍적적으로 작용한다.

도4는 본 발명에 따른 장치(1)의 추가의 실시예를 도시한다. 상기 장치는 역시 구동 휘일(13) 및 피동 요소(8)를 포함하며, 구동 휘일(13)은 도시되지 않은 주 구동부를 통해 크랭크축(101)과 회전 고정식으로 연결되고 피동 요소(8)는 캠축(9)과 회전 고정식으로 연결된다. 구동 요소(12)는 구동 휘일(13)과 일체형으로 형성된다. 본 실시예에서 조절 기어(11)는 이중 유성 기어(30)로서 형성된다. 이 기어는 구동 요소(12)의 내부면에 형성되는 내부 기어 휘일(25), 피동 요소(8)의 내부면에 형성되는 제2 내부 기어 휘일(26), 및 유성 캐리어(32)에 회전 가능하게 지탱되는 복수의 유성 휘일(31)로 이루어진다. 유성 휘일(31)은 스퍼 휘일로서 형성된다. 유성 캐리어(32)는 커플링 요소(16)와 상호작용하며, 이에 의해 유성 캐리어는 도시되지 않은 전기 구동 유닛에 의해 구동될 수 있다. 유성 휘일(31)의 외부 치형부는 제1 내부 기어 휘일(25)의 내부 치형부 뿐만 아니라 제2 내부 기어 휘일(26)의 내부 치형부에도 맞물린다. 내부 기어 휘일(25, 26)의 두 내부 치형부는 상이한 수의 톱니를 갖는다. 내부 기어 휘일(25, 26)의 두 내부 치형부 사이의 상이한 톱니 수로 인해, 유성 캐리어(32)의 회전 구동에서 두 내부 기어 휘일(25, 26) 사이의 상대 운동이 발생함으로써 피동 요소(8)와 구동 요소(12) 사이의 상대 운동이 발생한다. 이에 의해 크랭크축(101)과 캠축(9) 사이의 위상 위치가 변경된다. 또한, 도4에 도시된 바와 같이 이 실시예에서는 구동 요소(12)가 반경 방향 롤러 베어링(19)에 의해 피동 요소(8) 상에 지탱된다.

도5는 본 발명에 따른 장치(1)의 또 다른 실시예를 도시하며, 이 실시예의 경우 조절 기어(11)는 볼프롬 기어(33)로서 형성된다. 이러한 볼프롬 기어는 도4에 도시된 이중 유성 기어(30)와 유사하지만, 추가의 태양 휘일(34)이 제공되는 점에서 상이하다. 상기 태양 휘일(34)은 스퍼 휘일로서 형성되며, 이때 유성 휘일(31)은 내부 기어 휘일(25, 26) 뿐만 아니라 태양 휘일(34)과 맞물린다. 도4에 도시된 실시예와는 상이하게, 여기서 태양 휘일(34)은 도시되지 않은 전기 구동 장치에 의해 구동된다.

또한, 상기 실시예에서 구동 요소(12)는 축 방향 롤러 베어링(21)에 의해 피동 요소(8) 상에 지탱된다.

도4 및 도5에 도시된 실시예에서는, 처음 두 실시예에서 설명되었던 동일한 지탱 방식이 적용될 수 있다. 피동 요소(8)에 대한 구동 요소(12)의 축 방향 지지는 적합한 반경 방향 롤러 베어링(19) 또는 특수 축 방향 롤러 베어링(21)에 의해 이루어질 수 있으며, 이때 이들 베어링의 조합형 실시예 및 일체형 실시예 모두 가능하다.

모든 실시예에서 반경 방향 롤러 베어링(19)으로서 니들 베어링, 테이퍼 롤러 베어링, 홈 볼 베어링 또는 경사 볼 베어링이 사용될 수 있다. 또한, 볼프롬 기어, 이중 유성 기어 또는 하모닉 드라이브 기어(33, 30, 22)가 사용되는 실시예에서, 피동 요소(8)가 축 방향 롤러 베어링(21)에 의해 구동 요소(12)에 대해 지탱 되는 것도 고려될 수 있다. 모든 롤러 베어링은 별도로 제조된 내부 링 및/또는 외부 링(27, 28)을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 롤러 본체(29)의 활주면이 구동 요소(12) 또는 피동 요소(8)에 직접 형성되는 것도 고려될 수 있다.

반경 방향 롤러 베어링 및 축 방향 롤러 베어링(19, 21)을 이용함으로써, 장치(1)에서 발생하는 마찰이 현저하게 감소되고 이로써 장치(1)의 효율이 증가된다. 이에 의해 더욱 낮은 출력의 전기 구동부가 제공되기 때문에 축 방향 필요 설치 공간이 감소되고 제조 비용이 더욱 저렴해진다. 특히 신속하게 조절되는 장치(1)에서는 롤러 베어링을 사용하는 것이 유리하며, 이때 구동 휘일(13)이 장치(1) 상에서의 지탱 지점에 대해 비대칭으로 배치됨으로써 높은 축 방향 힘 및 경사 모멘트가 지지되어야 하는 실시예에서는 축 방향 롤러 베어링(21)이 특히 바람직하다.

본 발명에 따르면, 장치 내에서 마찰이 감소됨으로써 장치의 효율이 증가되어야 하는, 엔진의 제어 시간의 변경을 위한 장치가 제공된다.

Claims

크랭크축(101)과 구동 연결되어 있는 구동 요소(12)와, 캠축(9)과 구동 연결되어 있는 피동 요소(8)와, 조절 기어(11)를 갖는, 엔진의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 변경 가능하게 조절하기 위한 장치(1)이며, 구동 요소(12)는 피동 요소(8)에 대해 회전 가능하게 피동 요소 또는 캠축(9) 상에 지탱되며, 구동 요소(12)에 대한 피동 요소(8)의 상대적인 위상 위치가 조절 기어(11)에 의해 선택적으로 변경되거나 유지될 수 있는 장치에 있어서,

구동 요소(12)가 적어도 하나의 롤러 베어링(19, 21)에 의해 축 방향으로 지지되고,

롤러 베어링(21)은 축 방향 롤러 베어링으로서 형성되고,

구동 요소(12)는 양쪽 축 방향에서 각각 하나의 축 방향 롤러 베어링(21)에 의해 지지되며,

구동 요소(12)는 추가로 반경 방향 롤러 베어링(19)에 의해 반경 방향으로 지탱되고,

축 방향 롤러 베어링(21)과 반경 방향 롤러 베어링(19)이 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 구동 요소(12)는 축 방향 베어링(들)(21)에 의해 피동 요소(8)에 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 축 방향 롤러 베어링(21)은 축 방향 원통형 베어링, 니들 베어링, 니들 슬리브, 니들 림, 축 방향 경사 베어링 또는 축 방향 홈 볼 베어링으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서, 반경 방향 롤러 베어링(19)은 홈 볼 베어링, 4점 베어링, 단열 또는 복렬 경사 볼 베어링 또는 마그네토 볼 베어링으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 축 방향 롤러 베어링(21) 또는 반경 방향 롤러 베어링(19)의 롤러 본체(29)의 하나 이상의 활주 궤도가 구동 요소(12) 또는 피동 요소(8)의 구성 부품 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.