KR20100061521A - 체인과 스프로킷 시스템의 다수의 장력 감소 스프로킷들 - Google Patents

Abstract

적어도 두 개의 공진 모드들을 가지는 체인과 스프로킷 시스템들에서, 두 개 이상의 장력 감소 스프로킷들은 제1 공진 모드에서 서로 소멸시키기 위해 배향되며 이런 제1 공진 모드에서 장력들을 증가시키는데 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 이 장력 감소 스프로킷들은 장력들이 제2 공진 모드에서 감소되도록 서로에 대하여 배향된다. 따라서, 두 개 이상의 장력 감소 스프로킷들은 제1 공진 모드에서 장력 증가들을 최소화시키면서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 공급원들로부터 제2 공진 모드에서 장력들을 감소시키기 위해 사용된다.

Description

체인과 스프로킷 시스템의 다수의 장력 감소 스프로킷들{MULTIPLE TENSION REDUCING SPROCKETS IN A CHAIN AND SPROCKET SYSTEM}

본 출원은 그의 전문이 여기에서 참조로 포함된, 2007년 9월 28일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/976,399호와 2007년 10월 2일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/976,977호의 35 USC 119 (e)에 의한 이익을 주장하고 있다.

본 발명은 풀리들과 스프로킷들의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 공진 장력을 감소시키기 위한 체인과 다수의 스프로킷들에 관한 것이다.

체인과 스프로킷 시스템들은 샤프트들 사이에 회전력을 전달하기 위해서 자동차 엔진 시스템들에 종종 사용된다. 예를 들어, 피동 샤프트의 스프로킷은 아이들러 사프트(idler shaft)의 스프로킷에 체인을 통해 연결될 수 있다. 이와 같은 체인과 스프로킷 시스템에서, 피동 샤프트와 피동 스프로킷의 회전은 체인을 통해 아이들러 샤프트와 아이들러 스프로킷의 회전을 일으킬 것이다. 자동차 엔진 시스템에서, 크랭크샤프트의 스프로킷들이 하나 이상의 캠 샤프트 스프로킷들을 구동하기 위해 사용될 수 있다.

체인과 스프로킷 시스템들에 사용되는 체인들은 일반적으로 핀들이나 롤러들과 연결되는 복수의 링크 플레이트들, 또는 핀들 및/또는 링크들과 연결되는 맞물림 치형들을 갖는 복수의 링크 플레이트들을 가지는 체인들 포함한다. 스프로킷들은 일반적으로 그의 원주의 둘레에 배치되는 복수의 치형들을 가지는 원형 플레이트를 포함한다. 일반적으로 체인의 핀들, 롤러들, 또는 치형들을 받아들이기 위해 활 모양 또는 반원형 윤곽들을 가지는 루트들(roots)이 인접한 치형들 사이에 위치된다. 각각의 루트는 스프로킷의 중심으로부터 루트를 따라 이 스프로킷의 중심에 가장 가까운 점까지의 거리인 루트 반경을 가진다. 또한 스프로킷 루트들 및/또는 치형들은, 체인이 스프로킷에 안착될 때 스프로킷의 중심으로부터 체인 조인트의 부분인 핀 축까지의 거리인, 피치 반경과 관련된다.

종래의 (“스트레이트”) 스프로킷에서, 루트 반경들은 모두 대체로 동일하며, 스프로킷의 피치 반경들도 또한 대체로 동일하다. 그러나, 체인이 스트레이트 스프로킷의 둘레에 회전할 때, 체인의 링크들을 연결하는 체인 치형들, 핀들 또는 롤러들이 스프로킷 치형들과 접촉하여 스프로킷 맞물림 면들 또는 스프로킷들의 인접한 치형들 사이에 배치되는 루트들에 충돌함에 따라 원하지 않는 소음을 만들어내는 가청 사운드 주파수들이 종종 발생된다는 것이 발견되었다.

체인과 스프로킷 시스템들의 작동에 의해 만들어진 이런 소음의 사운드 주파수들과 크기는 일반적으로 체인과 스프로킷 디자인들, 체인 회전 속도, 및 작동 환경의 다른 사운드 또는 소음 공급원들에 따라 변한다. 체인과 스프로킷 시스템들의 디자인에서, 체인의 롤러들, 핀들 또는 치형들이 스프로킷을 맞물 때 발생되는 소음 레벨을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.

체인 장력 측정에서, 특정한 시스템에서 체인 및/또는 스프로킷의 외부에서 발생한 것으로부터 일어나는 어떤 체인 장력들은 주기적이거나 반복적으로 변할 수 있으며, 이는 장력을 유발하는 이벤트들과 종종 상호 연관될 수 있다. 예를 들어, 자동차 타이밍 체인 시스템들에서, 체인과 각각의 스프로킷 치형 또는 루트의 맞물림 및 맞물림 해제가 종종 반복되는 장력 변화들을 초래한다는 것이 체인 장력 측정으로부터 관찰되었다. 이런 체인 장력 변화들은 피스톤 실린더들의 점화와 같은, 잠재적인 장력-유발 이벤트들과 상호 관련될 수 있다. 미국 출원 번호 10/379,669호에 설명된 바와 같이 만약 체인들이 세라믹 요소들과 같은, 강철의 특성들을 가지지 않은 요소들을 포함한다면 체인들에 대한 이런 장력들 및 힘들을 감소시키는 것은 특별한 중요성을 가질 수 있다.

기준 시간에 대하여 일어난 장력 이벤트들의 횟수뿐만 아니라 각각의 이벤트에 대한 장력 변화의 양이 관찰될 수 있다. 예를 들어, 자동차 타이밍 체인 시스템에서, 스프로킷 또는 크랭크샤프트의 회전들에 대한 체인의 장력 변화들의 횟수 또는 빈도뿐만 아니라 체인의 장력 변화의 크기를 관찰할 수 있다. 샤프트 또는 스프로킷의 매 회전마다 한 번 일어나는 장력 이벤트는 “제1” 오더 이벤트로 간주되며, 각각의 샤프트 또는 스프로킷의 매 회전에 대하여 네 번 일어나는 이벤트는 “제4” 오더 이벤트로 간주된다. 시스템과 상대적인 기준 시간, 즉, 크랭크샤프트 또는 스프로킷의 회전들(또는 다른 기준)에 따라, 체인과 스프로킷의 외부의 하나 이상의 장력 공급원들로부터 일어나는 이런 시스템의 크랭크샤프트 또는 스프로킷 회전에서 이벤트들의 다수의 “오더들”이 있을 수 있다. 유사하게, 스프로킷 회전의 특정한 오더는 둘 이상의 장력 이벤트의 누적 효과를 포함하거나 반영할 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 스프로킷(또는 크랭크샤프트) 회전 중에 일어나는 장력 이벤트들의 오더들은 또한 스프로킷(또는 크랭크샤프트)의 오더들 또는 스프로킷 오더들(또는 크랭크샤프트 오더들)이라고 불릴 수 있다.

스트레이트 스프로킷들에서, 측정 가능한 장력들은 일반적으로, 또한 피치 오더에서 알려진, 스프로킷에 있는 치형들의 수에 상응하는 스프로킷 오더에서 체인에 부여된다. 따라서, 19개의 치형들을 가지는 스프로킷에서, 장력들이 제19 오더에서, 즉, 스프로킷의 매 회전마다 19번 체인에 부여될 것이다. 이는 맞물림 오더이다. 스프로킷의 외부로부터 일어나는 스트레이트 스프로킷의 장력 이벤트는, 일반적으로 동일한 장력 변화 또는 진폭과 함께, 일반적으로 스프로킷 회전에 대해 동일한 간격으로 발생할 것이다.

“랜덤” 스프로킷은 일반적으로 스프로킷의 둘레에서 변하는 루트 및/또는 피치 반경들을 가지며, 즉 이것은 스트레이트 스프로킷이 아니다. 대조적으로, 램덤 스프로킷들은, 이들의 상이한 루트 또는 피치 반경들 때문에 스트레이트 스프로킷들과 비교할 때, 일반적으로 상이한 장력 특성들을 가진다. 체인이 랜덤 스프로킷의 둘레를 회전할 때, 각각의 상이한 반경들은 일반적으로 상이한 장력 이벤트를 체인에 부여한다. 예를 들어, 롤러 체인의 롤러가 제1 루트 반경을 가지는 루트를 맞물 때, 이 체인은 이 체인의 롤러가 제1 루트 반경보다 더 큰 제2 루트 반경을 가지는 루트를 맞물 때와는 상이한 장력이 부여될 수 있다. 더구나, 장력 변화들이 또한 상이한 루트 반경들의 상대적인 위치로 인해 랜덤 스프로킷에 의해 체인에 부여될 수 있다. 동일한 루트 반경들을 가지는 인접한 루트들 사이에서 움직이는 롤러는 상이한 반경들을 가지는 인접한 루트들 사이에서 움직이는 롤러와는 상이한 체인 장력 변화들을 초래할 수 있다.

루트 및/또는 피치 반경들의 상대적인 위치로 인해 랜덤 스프로킷들에 의해 부여된 체인 장력들의 변화는 스프로킷이 세 개 이상의 상이한 루트 또는 피치 반경들을 가질 때에 더 강조될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 및 제3의 연속적으로 더 큰 루트 반경들을 가지는 랜덤 스프로킷에서, 체인에 부여되는 장력은 체인 롤러가 제1 루트 반경들을 가지는 루트로부터 제2 루트 반경들을 가지는 루트까지 이동할 때보다 체인 롤러가 제1 루트 반경들을 가지는 루트로부터 제3 루트 반경들을 가지는 루트까지 이동할 때 더 클 수 있다.

소음 감소를 위해 주로 디자인되는 랜덤 스프로킷들은, 스트레이트 스프로킷들에 의해 체인에 부여된 최대 장력들과 비교할 때에, 종종 체인 장력들과 장력 변화들의 증가의 원인이 된다. 예를 들어, 랜덤 스프로킷 디자인은 스프로킷의 피치 오더를 감소시킴으로써 체인 소음 또는 체인 금속음을 감소시킬 수 있다. 그러나, 스프로킷의 피치 오더를 감소시키는 것은 스프로킷의 하위 오더들에 걸쳐 스프로킷에 의해 체인에 부여된 장력들을 집중시키는 것을 초래할 수 있다. 이런 하위 오더들은 체인 구동 공진을 여기할 수 있다. 이는 종종 랜덤 스프로킷의 하위 오더들에 상응하는 증가된 체인 장력들을 초래한다.

하위 스프로킷 오더들에서의 이런 증가된 체인 장력들은 종종 체인과 스프로킷에 가해지는 전체의 최대 체인 장력이 증가하는 원인이 된다. 그 결과로서, 이런 장력들을 받는 체인과 스프로킷 시스템은, 하위 오더들에서 장력들의 집중 때문에, 일반적으로 더 큰 마모와 증가된 고장의 가능성뿐만 아니라 다른 역효과들을 경험할 것이다.

“장력-감소 랜덤 스프로킷”을 명칭으로 하는 최근에 등록된 토드(Todd)의 미국 특허 번호 제7,125,356호는 반복되는 루트 및/또는 피치 반경들의 패턴들을 사용하여 체인 장력들을 감소시키기 위한 하나의 방법을 설명한다. 이 특허는 시스템의 최대 체인 장력들에 관련된 이 시스템의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키기 위해 체인에 장력들을 부여하는데 효과적인 패턴들 또는 시퀀스들을 설명한다. 토드의 미국 특허 번호 제7,125,356호의 공개서는 이 공개서에 완전히 재작성된 것처럼 여기에서 포함된다.

일반적으로 말해서, 체인 장력들이 엔진의 체인과 스프로킷 시스템에서 최대 또는 "피크(spike)"에 도달할 때, 공진 상태가 도달되었으며 이 공진 상태 또는 모드는 일반적으로 주어진 시스템 진동에 상응한다. 미국 특허 번호 제 7,123,356호로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 스프로킷의 둘레에 장력 감소 피치 반경 또는 루트 반경들의 패턴들을 제공하는 장력 감소 스프로킷들이 공진 상태들에서 이런 최대 장력들을 감소시키는데 이용될 수 있다.

몇몇 시스템들에서, 둘 이상의 공진 모드(resonance mode)가 있을 수 있으며, 시스템 진동 들의 범위에 걸쳐서, 상응하는 장력 “피크”가 있을 수 있다. 이런 다수의 공진 상태들 또는 모드들은 하나 이상의 시스템 주파수들에 상호 작용하는 체인과 스프로킷 시스템의 외부로부터 다수의 장력 이벤트들이 있거나; 시스템을 형성하는 다수의 체인들 및 스프로킷들이 있거나; 또는 다수의 공진 모드들을 초래하는 시스템에 부과된 다른 여기들이 있는 곳에서 일어날 수 있다. 다수의 공진 모드들의 존재는 전체 체인 장력들을 감소시키기 위한 노력들을 곤란하게 만들 수 있다. 예를 들어, 두 개 이상의 피동 스프로킷을 가지는 시스템은 제1 공진 모드와 제2 공진 모드를 가질 수 있다. 제2 공진 모드에서 장력들을 감소시키기 위해, 스트레이트 스프로킷으로, 디자인되며 시스템에 배치되는 장력 감소 스프로킷은 제1 공진 모드에서 체인 장력들을 증가시킬 수 있다. 게다가, 만약 제2 장력 감소 스프로킷이 제2(또는 다른) 공진 모드의 장력들을 감소시키기 위해 이 시스템에 배치된다면 유사한 결과가 일어날 수 있다.

어떤 이론에 의해 제한되는 것을 의도하지는 않지만, 체인과 스프로킷 시스템은 상대적으로 낮은 주파수 시스템 진동들에서, 장력 피크를 가진, 공진 모드에 도달할 수 있다. 이 체인과 스프로킷 시스템은 더 높은 시스템 진동 주파수들에서 다른(또는 두 개 이상의) 공진 모드에 도달할 수 있다. 공진 모드들의 수와 이들의 상응하는 시스템 주파수들은, 체인의 강성과 같은, 시스템들의 성질과 구성, 시스템에 사용되는 스프로킷들의 수와 타입들, 스프로킷 및 체인의 구성, 시스템에 부과된 외부 여기들의 성질과 빈도에 의존할 것이다.

다시, 이론에 의해 제한되는 것을 의도하지 않고, 하위의 공진 모드들에서 시스템 진동들은 동일한 방향으로 되는 경향이 있다. 더 높은 진동 주파수들에서, 시스템의 한 부분은 제2 또는 다른 공진 모드를 초래하는 시스템의 다른 부분의 반대 방향으로 진동하는 경향이 있다. 몇몇 구동 시스템들에서, 상대적으로 높은 시스템 진동 주파수들에서의 공진 모드는 체인 내구성에 대한 우려를 초래하기에 충분한 장력을 전체의 최대 체인 장력에 제공하지는 않는다. 높은 관성 시스템들과 같은, 다른 구동 시스템들에서, 이런 더 높은 시스템 진동 주파수들의 공진 모드에서의 체인 장력들이 중요할 수 있다. 이런 더 높은 진동 주파수 또는 더 높은 공진 모드 장력들의 공진 모드에서 장력들을 더 감소시키는 것은, 특히 장력 감소 스프로킷이 제1 모드에서 최대 장력들을 감소시키기 위해 이미 적용되었다면, 개선된 구동 효율을 초래할 수 있다.

미국 가출원 번호 제60/976,399호, 미국 가출원 번호 제60/976,977호, 미국 출원 번호 10/379,669호, 미국 특허 번호 제7,125,356호, 미국 특허 번호 제7,123,356호

여기에서 설명된 스프로킷 시스템들에서, 두 개 이상의 장력 감소 스프로킷들이 서로에 대하여 배향되며, 두 개 이상의 공진 모드들을 가지는 체인과 스프로킷 시스템들의 최대 체인 장력들을 협력하여 감소시키며, 몇몇 예들에서는 소멸시키는, 루트 또는 피치 반경들의 패턴들이 제공된다. 하나의 양상에서, 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 루트 또는 피치 시퀀스들을 제공하며, 이 시스템의 스트레이트 스프로킷을 사용하는 이런 모드에서의 장력들에 비교하여, 다른 공진 모드들에서 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 공급원들로부터의 장력 여기들의 효과를 크게 증가시키지 않고, 하나의 공진 모드에서 최대 체인 장력들을 감소시키기 위해 배향된다. 다른 양상에서, 제1 공진 모드에서 최대 체인 장력들을 20%보다 더 크게 심하게 증가시키는 것 없이, 바람직하게는 10%보다 크지 않게, 가장 바람직하게는 0%보다 크지 않게 하면서, 스트레이트 스프로킷(들)을 사용하는 이런 모드에서의 장력들에 비교하여, 장력들이 제2(또는 더 높은) 공진 모드에서 감소되도록 장력 감소 스프로킷들이 상호 배향된다. 따라서, 두 개 이상의 장력 감소 스프로킷들이 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 공급원들로부터의 하나의 공진 모드에서의 장력들을 감소시키며 동시에 다른(또는 다수의) 공진 모드(들)에서 장력 증가들을 최소화시키는데 사용될 수 있다.

또 다른 양상에서, 장력 감소들이, 두 개의 별개의 캠 샤프트들 각각에 하나씩 있는 장력 감소 스프로킷과 같은, 피동 스프로킷들(구동 스프로킷의 반대인)인 두 개의 장력 감소 스프로킷들로 획득될 수 있다. 구동 스프로킷과 조합하여 사용되는 이런 듀얼(dual) 장력 감소 스프로킷 디자인들은 유사한 레벨의 체인 장력을 일으키는 크기로 만들어져야 하며 이들이 일으킨 장력들이 이 구동 스프로킷의 제1 공진 모드에서 대체로 상호 소멸되도록 배향되어야 한다. 이때 두 개의 장력 감소 스프로킷들로부터 나온 장력의 기여는, 제1 공진 모드의 장력들을 증가시키는 것 없이, 제2 모드의 장력들을 소멸시키거나, 또는 대체로 감소시키는, 장력들을 일으키기 위해 제2 공진 모드에 추가된다. 이 양상에서, 체인 장력들은 제1 공진 모드에서 약 20%보다 더 크게 증가되지 않으며, 바람직하게는 약 10%보다 크지 않게, 가장 바람직하게는 약 0%보다 크지 않게 증가된다. 또 다른 양상에서, 장력 감소 스프로킷들의 어떤 상대적인 배향들은, 이 스프로킷들이 다른 상대적인 배향들에 있는 모드들에서의 장력과 비교할 때, 제1 모드에서 20%보다 더 큰 장력의 증가가 없이 제2 모드에서 장력 감소들을 제공한다. 또 다른 양상에서, 제3 장력 감소 스프로킷은 제1 공진 모드에서 장력들을 감소시키기 위해서 시스템에서 장력들을 감소시키기 위해 이 시스템으로 삽입될 수 있다.

아래에 보다 완전히 설명되는 바와 같이, 여기에서 설명되는 체인과 스프로킷 시스템들에 대해, 예를 들어 각각의 캠 샤프트에 하나씩 있는, 두 개의 장력 감소 스프로킷들이 제1 모드 장력들을 소멸시키기 위해 사용될 수 있다. 제2 모드 루트 및/또는 피치 반경들의 패턴은 하나의 스프로킷에 있는 제1 모드 패턴과 조합될 수 있지만, 제1 공진 모드 장력들로부터 발생한 장력들은 롤러 및 사일런트 체인 시스템들 양쪽 모두에서 위에 설명된 바와 같이 약 0% 내지 약 20%보다 더 크게 증가되지 않는다. 더구나, 장력 감소를 위한 다수의 오더들에 대한 두 개 이상의 반복되는 루프 및/또는 피치 반경들의 패턴은 하나의 스프로킷에 포함될 수 있다.

도1a는 종래 기술에 따른 스트레이트 스프로킷을 도시하는 측면도를 보인다.
도1b는 종래 기술에 따른 랜덤 스프로킷을 도시하는 측면도이다.
도1c는 체인이 처음 및 마지막에 스프로킷을 접촉하는 랩 각도를 도시한다.
도2는 실질적으로 제4 오더를 가지는 스프로킷을 보인다.
도3은 랜덤 스프로킷을 도시하는 측면도이다.
도4는 엔진 속도와 도1 내지 3의 스프로킷들의 최대 체인 장력들을 비교하는 그래프이다.
도5는 인접한 스프로킷 치형들 사이에 있는 사일런트 체인의 치형들을 보이는 스프로킷의 상세도이다.
도6은 체인이 스프로킷을 떠날 때 체인이 도1c와 상이하게 스프로킷을 맞문 결과로서 얼마나 랩 각도가 변할 수 있는 지와 랩 각도 변화를 도시한다.
도7은 두 개의 제3 오더 장력 감소 스프로킷들을 가지는 체인과 스프로킷 시스템을 보인다.
도7a는 rpm의 엔진 속도 대 스트랜드 장력에 대한 도표이며 도7의 장력 감소 스프로킷들에 대한 베이스라인 도표이다.
도7b는 체인 랩의 중심에서 최대 반경들의 둘레로 둘러싸인 체인을 도시한다.
도7c는 도7d에 보여지는 바와 같이 장력 감소 스프로킷의 최대 반경이 16도 전진될 때 장력 도표들을 도시한다.
도7d는 16도 전진된 장력 감소 스프로킷의 최대 반경을 보인다.
도7e는 도7f에 보여지는 바와 같이 장력 감소 스프로킷의 최대 반경이 39도 후퇴될 때 장력 도표들을 도시한다.
도7f는 39도 후퇴된 장력 감소 스프로킷의 최대 반경을 도시한다.
도7g는 도7h에 보여지는 바와 같이 장력 감소 스프로킷의 최대 반경이 55도 후퇴될 때 체인 장력들에 일어나는 것을 도시한다.
도7h는 55도 후퇴된 장력 감소 스프로킷의 최대 반경을 도시한다.
도8은 두 개의 장력 감소 스프로킷들을 가지는 4 스프로킷 시스템을 도시한다.
도8a는 도8의 모든 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷들인 경우의 도8의 4 스프로킷 시스템의 장력들을 도시한다.
도8b는 도8의 스프로킷 시스템이 도8에 보여지는 샤프트(1)에 단일 장력 감소 스프로킷을 가지는 경우의 도8의 4 스프로킷 시스템의 장력들을 도시한다.
도8c는 도8의 스프로킷 시스템이 도8에 보여지는 샤프트(3)에 단일 장력 감소 스프로킷을 가지는 경우의 도8의 4 스프로킷 시스템의 장력들을 도시한다.
도9a는 외부에서 발생된 장력들이 없이 도8의 샤프트(1)에 있는 1.0 mm 반경방향 진폭과 0도에서 최대 반경을 가지는 장력 감소 스프로킷의 장력들의 변화를 보인다.
도9b는 외부에서 발생된 장력들이 없이 도8의 샤프트(3)에 있는 1.0 mm 반경방향 진폭과 0도에서 최대 반경을 가지는 장력 감소 스프로킷의 장력들의 변화를 보인다.
도10은 외부에서 발생된 장력들이 없이 -20도에서 샤프트(3)에 있는 1.15 mm 장력 감소 스프로킷과 함께 0도에서 도8의 샤프트(1)에 있는 1.0 mm 장력 감소 스프로킷에 대한 다양한 엔진 속도들에서 장력들의 변화를 보인다.
도10a는 외부에서 발생된 장력들이 없이 -20도에서 샤프트(3)에 있는 1.15 mm 장력 감소 스프로킷과 함께 0도에서 도8의 샤프트(1)에 있는 1.0 mm 장력 감소 스프로킷에 대한 크랭크 각도의 함수로서 개개의 체인 스트랜드들의 장력들의 변화를 보인다.
도10b는 제2 공진 모드에서 외부에서 발생된 장력들과 함께 -20도에서 샤프트(3)에 있는 1.15 mm 장력 감소 스프로킷과 함께 0도에서 도8의 샤프트(1)에 있는 1.0 mm 장력 감소 스프로킷에 대한 크랭크 각도의 함수로서 개개의 체인 스트랜드들의 장력들의 변화를 보인다.
도11은 샤프트(1)에 1.0 mm 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷과 샤프트(3)에 1.15 mm 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷을 가지는 도8에 보여지는 바와 같은 시스템에 대하여 단지 외부에서 발생된 장력들에 대한 베이스라인을 보인다.
도11a는 9도 회전된 샤프트(1)에 있는 1.0 mm 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷과 -11도 회전된 샤프트(3)에 있는 1.15 mm 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷을 가지는 도8에 보여지는 바와 같은 시스템에 대하여 외부에서 발생된 장력들과 함께 체인과 스프로킷 시스템의 장력들의 변화들을 보인다.
도12는 17도 회전된 샤프트(1)에 있는 1.0 mm 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷과 -3도 회전된 샤프트(3)에 있는 1.15 mm 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷을 가지는 도8에 보여지는 바와 같은 시스템에 대하여 외부에서 발생된 장력들과 함께 체인과 스프로킷 시스템의 장력들의 변화들을 보인다.
도13은 스프로킷들의 양쪽 뱅크들 모두를 구동시키는 V8 엔진을 위한 7 스프로킷 시스템을 보인다.
도13a, 13b, 및 13c는 도13의 스프로킷 시스템에 보여지는 모든 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷들일 때 제1 및 제2 공진 모드에서 도13에 보여지는 7 스프로킷 시스템의 체인 스트랜드들(1, 2, 3)의 장력들을, 각각, 도시한다.
도14a, 14b, 및 14c는 도13에 보여지는 스프로킷 시스템에서 샤프트(2)의 위에 있는 장력 감소 스프로킷이 18도에서 0.5 mm 반경방향 진폭 최대값을 가질 때와 도13의 스프로킷 시스템에 보여지는 샤프트(5)의 위에 있는 장력 감소 스프로킷이 -112도에서 1.3 mm 반경방향 진폭 최대값을 가질 때 제1 및 제2 공진 모드에서 도13에 보여지는 7 스프로킷 시스템의 체인 스트랜드들(1, 2, 3)의 장력들을, 각각, 도시한다.
도15a 및 15b는 rpm의 엔진 속도 대 뉴턴(N)의 스트랜드 장력에 대한 도7의 시스템에 대한 장력 도표들을 보인다. 도15a는 스프로킷들 각각이 스트레이트이며 외부 여기들(이 경우에 크랭크 비틀림들, 게다가 변동하는 밸브 트레인/캠 토크 부하들)이 이 시스템에 가해지는 체인 장력들을 보인다. 도15b는 두 개의 제3 오더 장력 감소 피동 스프로킷들을 가지는 도7d에 보여지는 시스템에 대한 체인 장력 도표이다.
도16은 논의된 도7에 보여지는 시스템의 장력 감소 스프로킷 배향들 사이의 상대적인 각도들과 도7d에 보여지는 두 개의 장력 감소 피동 스프로킷 시스템에 의해 발생된 최대 체인 장력들 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 이들은 캠 각도(cam degrees)로 체인 랩의 중심을 기준으로 한다. 도16에 대해 상대적인 각도들에 대한 음의 부호들은 반대가 되며, 예를 들면 도7a 내지 7h의 -16.5 루트 각도가 도16의 16.5도로 표시될 것이다.
도17은 모두 스트레이트 스프로킷들일 수 있는, 구동 스프로킷 및 두 개의 피동 스프로킷들, 또는 피동 스프로킷으로서 장력 감소 스프로킷들과 구동 스프로킷으로 장력 감소 스프로킷을 가지는 시스템을 보인다.
도18a 및 18b는 rpm의 엔진 속도 대 뉴턴(N)의 스트랜드 장력에 대한 도17에 보여지는 시스템에 대한 장력 도표들을 보인다. 도표 18a는 스프로킷들 각각이 스트레이트이며 외부 여기들(이 경우에 크랭크 비틀림들, 게다가 변동하는 밸브 트레인/캠 토크 부하들)이 이 시스템에 가해지는 체인 장력들을 보인다. 도18b는 피동 스프로킷 및 구동 스프로킷으로 장력 감소 스프로킷을 사용하는 최대 체인 장력들에 대한 도표들을 보인다. 각 도면에서, 하나의 도표는 스트랜드에 의한 최소 및 최대 체인 장력들을 보이며 다른 하나의 도표는 엔진 사이클 오더 수에 의한 (및 크랭크 오더에 의한) 스트랜드(3)의 장력 함유량을 보인다.
도19는 구동 스프로킷, 및 외부 여기들을 받는 두 개의 피동 스프로킷들을 가지는 시스템을 보인다. 이 시스템은 모든 스트레이트 스프로킷들을 사용할 수 있거나, 이는 스프로킷의 회전과 함께 듀얼 오더 피치 패턴이 제공되는 장력 감소 피동 스프로킷과 장력 감소 구동 스프로킷을 사용할 수 있다.
도20a, 20b, 20c 및 20d는 rpm의 엔진 속도 대 뉴턴(N)의 스트랜드 장력에 대한 도19의 시스템에 대한 장력 도표들을 보인다. 도20a는 스프로킷들 각각이 스트레이트이며 외부 여기들(이 경우에 크랭크 비틀림들, 게다가 변동하는 밸브 트레인/캠 토크 부하들)이 이 시스템에 가해지는 곳의 체인 장력들을 보인다. 도20b는 듀얼 오더 피치 패턴을 가지는 피동 스프로킷 및 장력 감소 구동 스프로킷으로서 장력 감소 스프로킷을 사용하는 최대 체인 장력들을 보인다. 도20c 및 20d는, 위에 언급된 단일 오더 장력 감소 피동 스프로킷과 위에 언급된 듀얼 오더 구동 스프로킷을 사용하는 시스템과 비교하여, 위에 언급된 스트레이트 스프로킷들을 가지는 도19에 보여지는 시스템에 대한 장력 도표들을 보인다. 도20c 및 20d에서 외부 여기들은 도20a 및 20b에 사용되는 여기들로부터 변경된다. 각각의 도면에서, 하나의 도표는 스트랜드에 의한 최소 및 최대 체인 장력들을 보이며 다른 하나의 도면은 엔진 사이클 오더 수에 의한 (및 크랭크 오더에 의한) 스트랜드(3)의 장력 함유량을 보인다.
도21은 다양한 작동 조건들에서 V6 엔진 체인 구동 시스템에 적용된 바와 같이 위의 도8에 보여지며 논의된 시스템에 의해 제공되는 스트레이트 스프로킷 시스템에 비교한 장력 감소들을 요약하고 있다. 최대 체인 장력들(공진 모드에서 통상 일어나는)이 상이한 작동 조건들의 범위에 대하여 Y-축을 따라 뉴턴(N)으로 보고된다. 작동 조건들은 X-축을 따라 행으로 표시된다. 제1 행의 조건들은 밸브 타이밍(베이스, 중간 및 최고조), 체인 신장(0%, 0.35%, 및 0.70%) 및 스로틀(20% 및 WOT-wide open throttle(스로틀의 최대 열림))이다.

랜덤 스프로킷은, 엔진 타이밍 시스템에 사용되는 것과 같이, 자동차의 체인과 스프로킷 시스템에 사용될 수 있다. 체인과 랜덤 스프로킷은 가변 속도들에서 체인 및 스플킷을 작동시키는 내연 엔진에 결합된다. 하나의 공진 모드를 가지는 단순한 체인과 스프로킷 시스템에서, 스프로킷은 스프로킷을 가지는 체인의 랩 각도와 패턴이 체인에 부여된 장력들을 감소시키는데 효과적인 랩 각도에서 체인에 결합되는 루트 또는 피치 반경들의 반복되는 패턴을 가진다. 체인 랩 각도, 스프로킷 오더 및 루트 또는 피치 반경들의 패턴은, 특히 공진에서, 체인에 부가되는 장력들을 감소시키기 위해, 그리고 체인이 스프로킷에 접촉할 때 발생된 소음을 감소시키기 위해 선택된다.

하나의 양상에서, 여기에서 설명된 다수의 스프로킷 시스템들은 적어도 하나의 구동 스프로킷과 적어도 두 개의 피동 스프로킷들을 가진다. 이 스프로킷들 중의 적어도 두 개는, 다양한 조합으로 사용될 수 있는, 장력 감소 스프로킷들이다. 예를 들어, 구동 스프로킷은 하나 이상의 피동 스프로킷들과 조합하여 사용되는 장력 감소 스프로킷일 수 있다. 다른 예들에서, 피동 스프로킷들은 장력 감소 스프로킷들일 수 있으며 구동 및 다른 스프로킷들은 스트레이트 스프로킷들일 수 있다.

이 양상에서, 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 루트 반경들 또는 피치 반경들의 패턴이나, 루트 또는 피치 반경들의 반복되는 패턴을 모방하는(emulates) 피치 또는 루트 변경들의 시퀀스의 패턴을 가지며, 이는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 360° 회전에 걸쳐 스프로킷들의 외부에서 시작하는 적어도 하나의 반복해서 일어나는 장력 이벤트가 있을 때 체인의 전체 장력들을 감소시킨다. 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 스프로킷 오더, 체인 랩 각도 및 피치 반경들 또는 루트 반경들의 패턴은 스프로킷들이 체인 시스템과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷들인 경우와 비교하여 체인 시스템과 함께 작동될 때 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 효과가 있도록 조정된다. (1) 피치 또는 루트 반경들의 모방하는 시퀀스 또는 (2) 평균 피치 반경들 또는 평균 루트 반경들로부터 변화의 시퀀스의 피치 또는 루트 반경들 대 스프로킷 위치를 나타내는 곡선 표본을 만들어내는 푸리에 급수는 공진 상태들에서 체인의 전체 장력 감소에 효과적인 피치 또는 루트 반경들의 반복되는 패턴을 가지는 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 오더의 진폭을 제공한다. 게다가 체인의 랩 각도는 또한 패턴 또는 시퀀스가 장력을 감소시키는데 효과적일 것인지에 영향을 끼친다.

여기에서 설명된 다수의 스프로킷 시스템들의 다른 양상에서, 이 시스템들은 적어도 하나의 구동 스프로킷, 적어도 두 개의 피동 장력 감소 스프로킷들 및 적어도 두 개의 공진 모드들을 가진다. 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 루트 반경들 또는 피치 반경들의 패턴이나, 루트 또는 피치 반경들의 반복되는 패턴을 모방하는 피치 또는 루트 반경들의 시퀀스를 가지며, 이는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 360° 회전에 걸쳐 스프로킷들의 외부에서 시작하는 적어도 하나의 반복해서 일어나는 장력 이벤트가 있을 때 체인의 전체 장력들을 감소시킨다. 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 스프로킷 오더, 체인 랩 각도 및 피치 반경들 또는 루트 반경들의 패턴은, 스프로킷들이 제2 모드 공진 상태들에서 작동하는 체인 시스템과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷들인 경우와 비교하여, 제2 공진 모드 조건들에서 체인 시스템과 함께 작동될 때, 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 효과가 있도록 조정된다. (1) 피치 또는 루트 반경들의 모방하는 시퀀스 또는 (2) 평균 피치 반경들 또는 평균 루트 반경들로부터 변화의 시퀀스의 피치 또는 루트 반경들 대 스프로킷 위치를 나타내는 곡선 표본을 만들어내는 푸리에 급수는 공진 상태들에서 체인의 전체 장력 감소에 효과적인 피치 또는 루트 반경들의 반복되는 패턴을 가지는 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 오더의 진폭을 제공한다. 게다가 체인의 랩 각도는 또한 패턴 또는 시퀀스가 장력을 감소시키는데 효과적일 것인지에 영향을 끼친다.

여기에서 설명된 다수의 스프로킷 시스템들에 사용되는 장력 감소 스프로킷을 제공하기 위해, 스프로킷의 오더 및 체인의 랩 각도가 체인과 스프로킷 어셈블리의 공진 장력이 공진 상태들에서 최소화되도록 선택된다. 그러나, 어떤 평균 체인 랩 각도들이 적어도 두 번 반복되는 변하는 루트 또는 피치 반경들의 적어도 하나의 패턴을 제공하기 위해 디자인되는 체인과 스프로킷과 함께 사용되어서는 안 된다는 것이 발견되었다. 여기에서 설명된 랩 각도들에서, 루트 또는 피치 반경들의 반복되는 패턴들 및 루트 또는 피치 반경들에 의해 제공되는 장력들의 타이밍은 스프로킷이 공진 상태들에서 체인 시스템과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷인 경우와 비교하여 공진 상태들에서 체인 시스템과 함께 작동될 때 장력 감소 스프로킷의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 특히 효과적이다. 아래에서 설명된 방정식에 의해 한정되는 평균 랩 각도들의 외부에 있는 평균 랩 각도들은 최대 체인 장력들을 가장 양호하게 감소시키기 위해 회피되어야 한다.

■ 평균 랩 각도 = 360 N/오더 + 120/오더

여기서: N = 1, 2,..., 오더-1

그리고 오더 = 체인 및/또는 스프로킷의 외부에서 시작하는 장력 이벤트들의 결과로서 스프로킷 오더

평균 랩 각도는 체인이 처음으로 스프로킷과 접촉하는 곳에서부터 체인이 마지막으로 스프로킷과 접촉하는 곳까지의 스프로킷 중심의 둘레에 있는 각도들의 평균이다. 이는 체인 맞물림 각도와 맞물림 해제 각도 사이의 각도 거리의 평균 차이(average difference)이다. 랩 각도들은 스프로킷이 맞물리거나 맞물림이 해제될 때마다 변하며; 따라서, 평균 각도가 여기에서 사용된다.

위에 언급된 바와 같이, 하나의 양상에서, 여기에서 설명된 다수의 스프로킷 시스템들은 적어도 하나의 구동 스프로킷, 및 적어도 두 개의 피동 스프로킷들을 가지며, 여기서 스프로킷들 중의 적어도 두 개는 장력 감소 스프로킷들이다. 여기에서 설명된 다수의 장력 감소 스프로킷 시스템들의 이런 양상에서, 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 스트레이트 스프로킷들을 사용하는 시스템에 대한 최대 체인 장력들과 비교하여 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키는데 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향된다.

다른 양상인, 여기에서 설명된 다수의 장력 감소 스프로킷 시스템들에는, 적어도 세 개의 스프로킷들이 있으며, 두 개는 피동 장력 감소 스프로킷들이며 하나는 구동 스프로킷이다. 여기에서 설명된 다수의 장력 감소 스프로킷 시스템들에서, 적어도 두 개의 피동 장력 감소 스프로킷들이, 장력 감소 스프로킷들과 관련된 제2 공진 모드에서 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 장력들을 감소시키며 동시에 시스템과 관련된 제1 공진 모드에서 약 0 내지 약 20%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않는 효과적인 방식으로, 서로에 대하여 배향된다.

이런 스프로킷들 사이의 배향은 스프로킷의 일 부분이 되도록 만들어지는 다른 스프로킷(들)에 대하여 미리 결정된 배향으로 스프로킷을 유지하기 위해 배치되는 설치 커플링(또는 배향 구조)으로 용이하게 유지될 수 있다. 이런 설치 커플링(또는 배향 구조)은 키(key) 및 슬롯(slot), 각각의 스프로킷을 설치하기 위한 알려진 구멍 패턴, 세트 스크류(set screw) 또는 볼트 시스템, 샤프트 또는 다른 스프로킷에 영구 고정 방법(예를 들면 용접 또는 주조) 또는 알려진 바와 같은 다른 스프로킷 배향 방법들일 수 있다.

이론에 의해 제한되지 않고 본 발명에 대한 제한은 아니지만, 엔진이 엔진 체인 구동을 위한 제2 공진 모드를 가지도록, 적어도 두 개의 피동 스프로킷들과 하나의 구동 스프로킷이 있어야 한다고 믿어지고 있다. 위에 언급된 바와 같으며, 또 이론에 의한 제약으로 또는 본 발명에 대한 제한으로 의도하지는 않지만, 제1 공진 모드에서, 두 개의 피동 스프로킷들이 일치되게 진동한다고 믿어지고 있다. 이들은 동일한 방향으로 진동할 것이며 동시에 이는 각 속도의 변동들을 초래할 것이다. 장력 감소 스프로킷은 제1 공진 모드 장력들을 처리하며 감소시키기 위해 적용될 때, 장력 감소 스프로킷은 피동 또는 구동 스프로킷이 될 수 있거나 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 조합이 될 수 있다. 이들 스프로킷들은, 장력들이 체인 랩(체인이 처음으로 스프로킷을 맞무는 곳과 체인이 스프로킷에서 떠나는 곳으로부터 측정될 때 체인의 중심에 있는)의 중심에서 최대 반경과 함께 더해지도록, 배향된다. 제1 공진 모드에서 체인과 스프로킷 시스템의 외부로부터 발생된 장력들을 소멸시키기 위해, 스프로킷들은 배향되어야 하지만, 이들 사이의 상대적인 각도가 동일한 조건에 남아 있도록 다시 배향될 때 이들은 함께 회전되어야 한다.

다수의 장력 감소 스프로킷 시스템의 제2 모드에서 장력 감소를 위해, 스프로킷 반경의 최대값은 제1 스프로킷의 체인 랩의 중심에 있으며 하나의 장력 감소 스프로킷에 대한 스프로킷 반경의 최소값은 제2 장력 감소 스프로킷을 위한 체인 랩의 중심에 있다. 그 후, 장력 감소 스프로킷들은 제2 공진 모드에서 체인과 스프로킷 시스템의 외부로부터 발생된 장력들을 감소시키기 위해 다시 배향되지만, 여전히 제1 공진 모드에 있는 장력들이 0 내지 20%보다 더 크게 증가하지 않도록 막는다. 사일런트 및/또는 롤러 체인들을 사용하는 다수의 장력 감소 체인과 스프로킷 시스템들에 사용되는 장력 감소 스프로킷들은 보다 상세하게 지금 설명되며 알려진 랜덤 및 스트레이트 스프로킷들과 비교될 것이다. 일반적으로, 제1 공진 모드는 위에 언급된 더 낮은 시스템 진동 주파수들에서 일어나며, 제2, 제3, 등의 공진 모드는 위에 언급된 더 높은 시스템 진동 주파수들에서 일어난다. 그러나, “제1” 및 “제2” 공진 모드들에 대한 이런 언급들은 관련된 공진 모드들에 대한 제한으로 의도되지는 않으며, 필요에 따라, 상이한 시스템 진동 주파수들에서 일어나는 공진 상태들을 가리킨다.

도1a는 일반적인 종래 기술의 스프로킷(10)을 도시한다. 스프로킷(10)은, 도3에 도시된 체인(80)의 링크들(82)과 같은, 체인의 링크들을 맞물기 위해 일반적으로 그의 원형의 원주의 둘레에 배치되는 19개의 반경방향으로 연장된 치형들(12)을 가진다. 스프로킷(10)과 같은, 스트레이트 스프로킷들은 다양한 크기들을 가질 수 있으며, 예를 들어, 스프로킷(10)의 중심으로부터 치형들(12)의 끝까지 측정된 바와 같이, 대략 3.0915 cm의 외측 반경을 가질 수 있다.

여기에서 공진과 공진에 있는 체인에 대한 장력의 전체적인 감소가 언급될 때, 비틀림 공진이 일반적으로 언급된다. 비틀림 공진에서, 체인 스트랜드들은 스프링으로 작용하며 스프로킷들과 샤프트들은 관성 또는 질량으로 작용한다. 하나의 피동 스프로킷과 두 개의 체인 스트랜드들을 가지는 간단한 체인 구동은 하나의 비틀림 모드를 가지며 단순한 스프링 질량 시스템의 회전 버전과 유사하게 작용한다. 이는 스프로킷의 외부에 있는 힘들에 대한 (샤프트 각 속도 및 장력 변화를 포함하는) 반응을 증폭시키는 공진 주파수를 가진다. 이런 비틀림 공진은 공진 주파수와 동일한 주파수에 있는 피동 샤프트에 가해지는 (캠 토크들과 같은) 주기적인 토크 변동들에 의해 여기될 수 있다. 또한 공진은 (크랭크와 같은) 구동 샤프트에서 각 속도 변화에 의해 또는 스프로킷과 체인의 맞물림이나 체인과 스프로킷 형상의 변화에 의해 야기되는 내부 장력 변동들에 의해 여기될 수 있다.

대부분의 체인 구동들에서 이런 제1 비틀림 공진이 100과 400 Hz 사이에서 일어난다. 이는 너무 낮아서 맞물림에 의해 여기되지 못하지만, 랜덤 스프로킷에 의해 유도되는 하위 오더들에 의해 쉽게 여기될 수 있다. 또한 체인 구동들은 횡방향 및 종방향 공진들을 가질 수 있다. 횡방향 공진에서 체인 스트랜드는 기타 줄과 유사하게 진동한다. 이는 스트랜드들의 단부에서 장력 변화들 또는 움직임에 의해 여기될 수 있다. 체인 장력 변화를 감소시키는 것이 횡방향 공진 활동을 감소시킬 수 있지만, 피치 반경 변화는 횡방향 공진 활동을 여기할 수 있다. 종방향 공진에서, 체인 스트랜드들은 스프링으로 작용하며 스프로킷은 (회전에 반대되는) 병진 질량으로 작용한다. 일반적인 체인 구동들은 체인과 스프로킷에 유해하게 영향을 끼치는 심한 종방향 공진 활동을 가지지 않는다. 엔진 체인과 스프로킷 구동들에서 가장 중요한 것은 이 구동의 비틀림 공진이다.

스프로킷 루트 반경들(14)은 체인(80)의 링크들(82)을 연결시키는 핀들 또는 롤러들(84)을 받아들이기 위한 인접한 치형들(12) 사이에 한정된다. 루트들(14)은 체인의 핀들(84)과 맞물림을 용이하게 하기 위해 일반적으로 활 모양의 단면을 가진다. 각각의 루트(14)는 스프로킷(10)의 중심에서부터 루트(14)를 따라 스프로킷의 중심에 가장 가까운 점까지의 거리로 한정되는, 루트 반경(R)을 가진다(도3 또는 도1a의 RR을 보라). 도1a의 도시된 스프로킷(10)에서, 루트 반경(RR)은 스프로킷(10)의 중심에서부터 루트(14)를 따라 가장 안쪽에 있는 점까지 측정된 바와 같이, 대략 2.57685 cm이다. 도1a의 스프로킷(10)은 모두 서로 같은 루트 반경들(RR)을 가지며, 일반적으로 “스트레이트” 스프로킷으로 알려져 있다. 따라서, 각각의 루트(14)의 깊이들은 이런 타입의 스프로킷(10)에 대한 제1 (및 유일한) 루트 반경(RR)에 상응하는, 참조 번호(1)로 표시된 바와 같이, 동일한 깊이들이다.

체인(스프로킷(10)에 대하여 보여지지 않는)에 대한 상이한 장력 이벤트들이 스프로킷의 각각의 회전 중에 주기적으로 반복될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 스프로킷의 일 회전에서 반복되는, 스프로킷의 외부에 있는 힘들로부터 초래되는, 주어진 장력 이벤트의 수는 스프로킷 회전에 대한 “오더”로 불릴 수 있다. 예를 들어, 스프로킷의 각각의 회전 중에 한 번씩 일어나는 체인의 장력 이벤트는 제1 오더 이벤트라 불리어질 수 있으며, 한 번의 스프로킷 회전 중에 두 번씩 일어나는 이벤트들은 제2 오더 이벤트들로 불리어질 수 있다.

체인(80)의 장력이 시스템의 작동 중에 관찰될 때, 체인(80)의 장력의 증가들이 스프로킷(10) 회전의 특정한 오더들에서 일어날 수 있다. 도1a의 스프로킷(10)과 같은 스트레이트 스프로킷에서, 체인 장력의 단지 중요한 피크는 스프로킷(10)에 있는 치형들(12)의 개수에 상응하는, 또한 위에 언급된 바와 같이 피치 오더에서 알려진, 스프로킷(10)의 오더에서 일어날 수 있다.

따라서, 19개의 치형들(12)을 가지는, 스프로킷(10)의 둘레로 회전하는 체인은 스프로킷 회전의 제19 오더에서, 또는 스프로킷(10)의 매 회전에 대한 19번, 스프로킷에 의해 체인에 부여된 장력의 피크를 가질 것이다. 스프로킷(10)에 의해 체인에 부여된 장력의 피크들은 또한 스프로킷 치형들(12)의 개수 이외에 다른 요소들 때문일 수 있다. 예를 들어, 그의 정확한 중심의 둘레로 회전하지 않는 스프로킷(10)은, 스프로킷의 편심 회전 때문에, 제1 스프로킷 오더에서, 또는 스프로킷의 매 회전에 대해 한번 체인에 장력을 부여할 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 체인과, 스프로킷(10)의 루트들(14) 및 치형들(12) 사이의 접촉에 의해 발생된 소음을 감소시키기 위해, 복수의 상이한 루트 반경들을 가지는 “랜덤” 스프로킷들이 개발되었다. 예를 들어, 랜덤 스프로킷은 소음을 감소시키기 위해 선택된 미리 결정된 패턴으로 배열되는 두 개의 상이한 루트 반경들을 가질 수 있다. 랜덤 스프로킷은 또한 스프로킷과 체인(80)의 맞물림에 의해 발생된 소음을 더 감소시키기 위해 미리 결정된 패턴으로 배열되는 세 개의 상이한 루트 반경들을 포함하도록 디자인될 수 있다. 루트 반경들은 특정한 시스템과 스프로킷 디자인에 기초하여 변할 수 있다.

도1b에 도시된 랜덤 스프로킷(20)은 스프로킷(20)과 체인(스프로킷(20)에 대해 보여지지 않음)의 맞물림에 의해 발생된 소음을 감소시키도록 디자인된다. 랜덤 스프로킷(20)은 도1a의 스트레이트 스프로킷(10)과 유사하지만, 세 개의 상이한 루트 반경들(R1, R2, R3)과 그에 따른 세 개의 상이한 루트 깊이들(1, 2, 3)을 가진다. 도1b에 도시된 스프로킷(20)에서, 스프로킷(20)의 중심으로부터 루트들(24)의 가장 안쪽의 점들까지 측정된 바와 같이, 제1 루트 반경(R1)은 대략 2.54685 cm이며, 제2 루트 반경(R2)은 대략 2.57685 cm이며, 제3 루트 반경(R3)은 대략 2.60685 cm이다.

루트 깊이들(1, 2, 3)은 소음 발생을 감소시키기 위해 체인의 핀들과 스프로킷(20)의 인접한 치형들(22) 사이에 있는 루트들(24) 사이의 맞물림 주파수를 조절하기 위해 선택된 패턴으로 배열된다. 체인의 핀들이 스프로킷(22)의 인접한 루트들(24) 사이로 이동할 때, 핀들이 안착되는 반경방향의 위치는 최대 반경, 공칭 반경, 및 최소 반경 사이에서 바뀐다. 도1b의 소음 감소 스프로킷(20)에서, 루트(24) 깊이들의 패턴은, 타이밍 마크(T)에서 시작하여, 2, 2, 3, 3, 2, 1, 1, 2, 2, 3, 2, 1, 1, 2, 1, 2, 1, 1, 1이다.

소음 감소를 위해 선택된 패턴으로 배열되는 세 개 이상의 상이한 루트 반경들을 가지는 도1b의 랜덤 스프로킷(20)에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 스프로킷 오더들은, 특히 공진에 의해 증폭될 때, 나머지 스프로킷 오더들과 비교하여 체인에 비교적 큰 장력들을 부여할 수 있다. 하위의 스프로킷 오더들에 상응하는 체인 장력들의 이런 증가는 전체 최대 체인 장력들을 증가시키며 체인 및/또는 스프로킷들의 전체 수명을 감소시키는 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있다.

여기에서 설명된 바와 같이 체인 랩 각도들, 스프로킷 오더 및 루트 반경들이나 피치 반경들의 패턴 또는 시퀀스들을 조정하는 것은 랜덤 스프로킷들에 감소된 체인 장력들을 제공한다. 복수의 상이한 루트 또는 피치 반경들이 여기에서 설명된 랩 각도들과 함께 사용된다. 이런 반경들은 체인으로 이동되는 스프로킷에 대한 외부의 힘들에 의해 하나 이상의 선택된 스프로킷 오더들에서 일어나는 체인 장력들의 감소를 허용하는데 효과적인 하나 이상의 패턴들로 배열된다. 루트 또는 피치 반경들의 패턴들 또는 시퀀스들은 또한 종래 기술의 랜덤 스프로킷들의 단점들이 없이 체인 소음 또는 금속음을 감소시키기 위해 선택될 수 있다.

여기에서 설명된 바와 같이 사용되는 스프로킷 피치 반경들 또는 루트 반경들은 체인 링크 크기 및 외형; 체인 연결 핀 크기 및 간격; 및/또는 스프로킷 치형들의 수, 치형의 외형 및 스프로킷들의 크기로부터 결정된 최대 반경 및 최소 루트 반경에 따라 선택된다. 또한 루트 반경들은 일반적으로 최대 및 최소 반경들 사이의 중간점인 공칭 루트 또는 피치 반경에 따라 선택될 수 있다.

변하는 루트 반경들 또는 변하는 피치 반경들의 선택은 스프로킷 치형/루트 접촉에 체인에 의해 발생된 피치 장력들의 전체적인 감소를 허용한다. 이는 스프로킷 루트들의 변하는 깊이들의 결과로서 상이한 시간들 및 상이한 장력 레벨들에서 스프로킷 치형들/루트들과 체인 핀들(또는 동등한 체인 요소들)의 접촉 때문이라는 것이 믿어지고 있다.

도1c는 스프로킷의 둘레로 랩 각도를 도시하며 체인이 스프로킷과 처음으로 접촉하는 곳과 마지막으로 접촉하는 곳을 보이며 그 접촉점들은 랩 각도(α)를 한정한다. 도1c 및 도6에 보여지는 랩 각도들의 비교는 체인이 스프로킷을 맞무는 방식 때문에, 도6의 ß로서 일반적으로 보여지는 각도와 같이, 체인 랩 각도들이 어떻게 바뀔 수 있는지를 보인다. 위에 언급된 바와 같이, 이는 평균 랩 각도가 여기에서 설명된 바와 같이 사용되는 이유이다.

하나의 양상에서, 루트 반경들 또는 피치 반경들은 적어도 두 번 반복되는 패턴으로 배열되지만, 이런 반복은 외측 스프로킷 원주의 둘레로 여러 번이 될 수 있다. 이 원주는 스프로킷 치형들의 외측 엣지들에 의해 한정되는 일반적으로 둥근 원주 단면을 가진다. 루트 또는 피치 반경들의 패턴은 일반적으로 하나 이상의 세트들 또는 다수의, 불균일 또는 랜덤 루트 또는 피치 반경들을 포함한다. 각 세트의 반경들은 일반적으로 동일한 길이를 가지며 동일한 오더에서 배열되는 동일한 수의 루트 또는 피치 반경들을 포함한다. 하나의 양상에서, 이 패턴은 피치 반경들 또는 루트 반경들이 상승 및 하강하는 오더에서, 예를 들면 1, 2, 3, 4, 4, 3, 2, 1, 1, 2, 3, 4, 4, 3, 2, 1로 배열되는 곳에서 반복될 수 있다. 따라서, 이런 양상에서 이 패턴은 최소 피치 반경으로부터 상승될 수 있으며 그런 다음에 최대 피치 반경으로부터 최소 피치 반경까지 하강될 수 있다. 게다가, 유익한 결과들이 하나의 패턴에서 하나의 피치 또는 루트 반경이 빠진 곳에서 획득될 수 있다. 문구 “대체로 반복한다”가 사용될 때, 이는 하나의 루트 또는 피치 반경이 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴으로부터 빠질 수 있다는 것을 의미한다. 다른 양상들에서, 다수의 반복하는 패턴들이 있으며, 두 개 이상의 패턴이 빠질 수 있을 때, 체인 랩 각도, 오더 및 패턴을 조정한 반경은, 특히 공진에서, 스트레이트 스프로킷에 걸쳐 체인 장력 감소를 제공할 수 있다. 게다가, 상이한 세트들의 루트 반경들은 상이한 길이들, 수 및 배열의 반경들을 가질 수 있다.

이런 패턴들의 사용 또는 그렇지 않으면 스프로킷의 원주를 따라 위에 설명된 바와 같은 패턴들을 모방하는 시퀀스들로서 반복되는 랜덤 루트 반경들은 특정한 스프로킷 오더들(또는 적용 가능한 기준에 근거한 다른 오더들)에 대한 장력들의 소멸 또는 감소를 허용한다. 그렇게 하는 데 있어서, 장력들을 소멸시키는 누적되는 효과가 특정한 오더들(또는 다른 기준 오더들)에서 스프로킷에 의해 시스템에 포함된 체인 장력의 계획된 전체 감소를 허용한다.

불균일한 또는 랜덤 루트 또는 피치 반경들의 패턴들과, 이 루트 반경들의 길이들의 선택은 반경들의 주류 및 비주류 패턴들 또는 서브패턴들의 사용을 더 허용한다. 이런 주류 및 비주류 패턴들은 다수의 스프로킷 오더들(또는 다른 적용 가능한 오더들)에 대해 그리고 상이한 크기들로 체인(및 전체 시스템)에 부여된 전체 장력들을 감소시키는데 효과적이다. 주어진 오더들에서 체인 랩 각도들의 선택과 함께 이는 시스템에서 다수의 장력 공급원들을 상쇄하기 위해 및/또는 장력들의 다른 공급원들에 관계없이 체인과 스프로킷에 대한 전체 장력들의 균형을 잡기 위해 스프로킷 루트 반경들 및 패턴들의 선택의 추가적인 유연성을 제공한다.

도2는 본 발명의 일 양상에 따른 스프로킷(30)을 도시하며 여기서 랜덤 스프로킷(30)은 미리 결정된 스프로킷 오더들에서 체인 장력들을 감소시키는 것과 스프로킷(30)과 체인(80)의 맞물림에 의해 발생된 소음을 감소시키는 것 모두를 위해 제공된다. 도1a의 스트레이트 스프로킷(10) 및 도1b의 소음 감소를 위해 주로 디자인된 랜덤 스프로킷(20)과 유사하게, 스프로킷(30)은 체인(80)의 핀들(84)을 맞물기 위해 일반적으로 그의 원형의 외측 원주의 둘레에 배치되는 복수의 반경방향으로 연장된 치형들(32)(도3)을 가진다. 루트들(34)은 체인(80)의 링크들(82)을 연결하는 핀들(84)을 받아들이기 위해 인접한 치형들(32)의 사이로 한정된다.

도3에 보여지는 바와 같이, 도3의 장력 감소 스프로킷(30)은 최대 루트 반경(R3), 공칭 루트 반경(R2), 및 최소 루트 반경(R1)을 가진다. 위에 언급된 바와 같이, 최대 및 최소 루트 반경들은 일반적으로 링크 크기 및 핀 간격, 스프로킷 치형들의 형상, 등에 의존한다. 도2 및 3의 스프로킷(30)의 루트 패턴은 도1b의 스프로킷(20)의 루트 패턴과 상이하다.

도2는, 각각, 대략 2.54685 cm, 2.57685 cm, 및 대략 2.60685 cm의 루트 반경들(R1, R2, R3)을 가지는 스프로킷을 도시한다. 루트 깊이들의 패턴은, 타이밍 마크(T)에서 시작하여, 2, 3, 3, 2, 1, 2, 3, 3, 2, 1, 2, 3, 3, 2, 1, 2, 3, 3, 2이다. 스프로킷(30)의 루트 반경 패턴은 대체로 스프로킷(30)의 원주의 둘레로 네 번 반복되는 (하나의 루트는 빠졌으며, 마지막은 불완전한 패턴을 제공하는) 패턴을, 예를 들면, 2, 3, 3, 2, 1을 가진다.

여기에서 설명된 바와 같은 오더들에서 체인 랩 각도들을 사용하는 것과 장력 감소 스프로킷들의 논의에서 여기에서 보여지는 바와 같은 루트 또는 피치 반경들의 패턴들의 세트들의 그룹으로 만들어진 루트 또는 피치 반경들의 랜덤 패턴의 사용은 스프로킷(30)의 제4 오더에서 체인(80)의 하위의 오더 장력들을 효과적으로 집중시키며 소멸시키기 위해 사용될 수 있는 반복하는 패턴을 제공한다. 하나의 공진 모드를 가지는 간단한 시스템에서, 이는 스프로킷(30) 및 체인 장력을 만들어내는 스프로킷에 부과된 외부 힘들에 의해 체인(80)에 부여된 전체적인 최대 장력들을 감소시킨다. 이런 체인 장력들은, 샤프트 및/또는 피스톤들과 같이, 스프로킷들의 외부에 있는 자동차 엔진 시스템의 다양한 부품들에 의해 체인(80)에 부여될 수 있다.

이런 외부의 공급원들은 위의 예들의 스프로킷(20, 30)에 의해 체인(80)에 부여된 장력들에 추가하여 체인(80)에 장력 이벤트들을 부여할 수 있다. 이런 외부의 장력 이벤트들은 스프로킷 회전의 오더들에 상응하는 간격으로 일어날 수 있다. 체인 랩 각도들, 랜덤 루트 반경들 및 반복하는 루트 반경들의 패턴들과 특정한 오더들의 조합의 사용은 모두 스프로킷(30)에 의해 체인(80)에 부여된 장력들을 소멸되게 하며 스트레이트 스프로킷에 비교하여 전체적인 최대 체인 장력들을 감소되게 하며 또한, 가변 속도들에서 작동하는 엔진들(내연 엔진들과 같은)과 함께, 특히 공진 상태들에서, 체인 소음 또는 금속음을 감소시킨다.

장력 감소 스프로킷들을 위한 루트 반경들 또는 피치 반경들의 배열은 전체 장력을 감소시키기 위해 체인 장력들을 집중시키는 것이 요구되는 스프로킷 오더와 동일하게 여러 번의 반경 패턴을 대체로 반복하는 것으로 선택될 수 있다. 제2 오더 장력 이벤트에 기인한 최대 장력들을 감소시키기 위해, 일반적으로 패턴은 전체 장력들을 감소시키기 위해 두 번 반복하는 제2 오더 패턴일 것이라고 예상할 것이다. 다른 예에서, 제4 또는 그 이상의 스프로킷 오더에서 본 발명의 스프로킷(30)에 의해 체인(80)에 부여된 장력들을 집중시키기 위해, 루트 반경들의 배열은 스프로킷(30)의 둘레로 네 번 또는 그 이상 대체로 반복하는 패턴을 포함할 수 있다.

위에 언급된 바와 같이, 반복하는 반경 패턴과 체인 랩 각도들은 스프로킷(30)에 의해 체인(80)에 부여된 전체 최대 장력들을 감소시키는 이익을 제공할 수 있으며, 동시에 또한 스프로킷(30)과 체인(80) 사이의 접촉에 의해 발생된 소음을 감소시킬 수 있다. 내연 피스톤 엔진과 연결에서, 본 발명의 랜덤 스프로킷(30)의 예상되는 전체 최대 장력 감소 효과들은 도4에 도시된다. 도1 내지 3의 스프로킷들(10, 20, 30)에 의해 체인에 부여되는 것으로 예상되는 최대 장력들은, 특히 속도들이 약 4000 rpm에서와 같이 공진 상태에 있을 때, 도4의 상응하는 내연 엔진 속도들과 비교된다.

도4에 도시된 바와 같이, 도1의 스트레이트 스프로킷(10)은 단지 소음 감소를 위해 디자인된 랜덤 스프로킷(20)과 비교하여, 다양한 엔진 속도들 전체에 걸쳐, 특히 공진 상태에서, 체인(80)에 상당히 더 낮은 최대 장력들을 부여한다. 특히, 주로 소음 감소를 위해 디자인된, 랜덤 스프로킷(20)에 의해 체인(80)에 부여된 최대 장력들이 4000 rpm 의 엔진 속도 근처에서 더 높은 것으로 예상되지만, 스트레이트 스프로킷(10)은 동일한 엔진 속도에 대하여 체인에 더 낮은 최대 장력들을 부여할 것이다.

소음 감소 및 감소된 최대 체인 장력들 모두를 위해 디자인된 랜덤 스프로킷(30)에 의해 체인(80)에 부여된 최대 장력들은 주로 소음을 감소시키기 위해 디자인된 랜덤 스프로킷(20)에 대한 것보다 상당히 더 작을 것으로 예상된다. 사실상, 장력 감소 스프로킷(30)은 스트레이트 스프로킷(10)과 동일한 장력을 부여하며, 몇몇 경우들에서는, 도4에 반영된 엔진 속도들에서 스트레이트 스프로킷(10)보다 더 낮은 최대 장력들을 체인(80)에 부여할 수 있다. 따라서, 도4는 본 발명의 개선된 랜덤 스프로킷(30) 디자인이 최대 전체 체인 장력들의 감소, 종래의 랜덤 스프로킷 디자인들로 얻을 수 없는 효과,를 제공하는 것으로 예상된다는 것을 도시한다.

비록 제4 오더가 도2 및 3에 도시를 위해 선택되었지만, 체인 장력들은 또한 아래의 표에 설명된 바와 같이 스프로킷 회전의 다른 오더들에서 집중될 수 있다. 예를 들어, 스프로킷 회전의 제3 오더에서 체인 장력들을 집중시키는데 효과적인 루트 또는 피치 반경들의 패턴이 선택될 수 있다. 이와 같은 패턴은 위에 설명된 바와 같이 체인 랩 각도를 가지는 스프로킷의 원주의 둘레로 대체로 세 번 반복되는 루트 반경들의 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 스프로킷 오더에서 체인 장력들을 집중하기 위한 루트 깊이 패턴은 1, 2, 3, 3, 3, 2, 1, 2, 3, 3, 3, 2, 1, 2, 3, 3, 3, 2, 1이 될 수 있으며, 여기서, 예를 들면, 1, 2, 3, 3, 2인, 루트 깊이 패턴은 스프로킷의 매 회전에 대하여 대체로 세 번 반복된다.

또한 스프로킷에 의해 체인(80)에 부여된 장력들은 두 개 이상의 스프로킷 오더에서 집중될 수 있다. 예를 들어, 스프로킷의 매 회전에 대하여 두 번 반복하는 주류의 루트 반경들 패턴과 각각의 주류의 패턴 내에서 두 번 반복하는 비주류의 패턴을 가지는 루트 또는 피치 반경들의 패턴이 선택될 수 있다. 따라서 이런 양상에서, 주류 및 비주류 반경들이 주류의 반복하는 패턴의 내에서 반복하는 비주류의 패턴을 가지는 것에 의해 제공된다. 선택된 오더에서 그리고 적당한 체인 랩 각도를 가지는 주류 및 비주류의 반복하는 패턴들 양쪽 모두를 가지는 것의 이익은 스프로킷 오더들을 더 재분배하며 스프로킷에 의해 체인(80)에 부여된 장력들을 감소시키는 능력이다. 따라서, 이와 같은 패턴을 가지는 스프로킷의 매 회전에 대하여, 주류 반경들의 패턴은 두 개의 장력 이벤트들을 부여하는데 효과적이며, 동시에 비주류 반경들의 패턴은 네 개의 장력 이벤트들을 부여하는데 효과적이다. 비주류 반경들의 패턴에 의해 부여된 장력 이벤트들이 주류 반경들의 패턴에 의해 부여된 장력 이벤트들보다 더 작은 크기를 가질 수 있다.

하나의 공진 모드가 관련되는 간단한 체인과 스프로킷 시스템에서 전체 체인 장력들을 감소시키기 위해서, 스프로킷(30)의 것들과 같은, 랩 각도들과 랜덤 및 반복하는 루트 또는 피치 반경들의 패턴들에 의해 체인(80)에 부여된 장력들은 스프로킷(30) 및 체인(80)의 외부에 있는 이와 같은 공급원들에 의해 체인(80)에 부과된 장력들을 적어도 부분적으로 상쇄하기 위해 선택된다. 하나의 양상에서, 외부 공급원들에 기인한 체인 장력뿐만 아니라 스프로킷(30)에 기인한 것의 피크들에 상응하는 스프로킷 회전의 오더들이 결정된다. 그리고 스프로킷(30)은 외부 공급원들에 기인한 체인 장력들이 최대값에 있는 스프로킷 오더에서 체인 장력들을 소멸시키도록 구성된다. 이는 만약 스프로킷(30)에 기인한 체인 장력과 외부 공급원들에 기인한 체인 장력 양쪽 모두가 공진 때문에 이들의 최대값들에 있다면 일어날 수 있는 것과 같이, 체인(80)의 전체 장력들을 감소시키는 가능성을 제공한다. 예를 들어, 외부 장력들이 스프로킷(30)의 매 회전에 대해 네 번 일어날 때, 스프로킷(30)의 루트 반경들은 공진에서 체인에 부여된 외부 장력들을 적어도 부분적으로 소멸시키기 위해 동조되는 스프로킷 오더들에서 스프로킷(30)에 의해 체인(80)에 부여된 최대 장력들을 집중시키기 위해 여기에서 설명된 랩 각도들을 사용하여 배열될 수 있다. 이런 방식으로, 체인(80)의 외부 장력들은 체인(80)의 전체 장력을 감소시키며 체인(80)과 스프로킷(30) 양쪽 모두의 수명을 증가시키기 위해 체인(80)의 스프로킷 장력들에 의해 적어도 부분적으로 상쇄될 수 있다.

도5는 스프로킷을 맞무는 체인 치형들을 가지는 사일런트 체인(90)과 사용하기 위한 장력 감소 스프로킷(100)을 도시한다. 사일런트 체인들은, 스프로킷의 치형들의 측면 또는 플랭크들에서와 같이, 스프로킷 치형들을 구동(또는 피동) 맞물림하는 치형들을 가지며, 또한 일반적으로 스프로킷을 구동되게 맞물지 않지만, 스프로킷 내로의 체인들의 정렬에 도움을 줄 수 있는, 외측 링크 플레이트들을 가진다. 사일런트 체인(90)은, 조인트들(94)의 둘레로 서로에 대하여 회전 가능한, 각각 하나 이상의 치형들(96)을 가지는, 복수의 링크 플레이트들(92)을 포함한다. 사일런트 체인(90)이 스프로킷(100)의 둘레로 회전할 때, 체인(90)의 치형들(96)은 스프로킷(100)의 치형들(102)을 맞문다. 스프로킷(100)은 스프로킷(100)의 중심으로부터 스프로킷(100)의 치형들(102) 사이에 안착된 치형들(96)을 가지는 링크 플레이트들(92) 사이의 조인트들(94)까지 측정된 바와 같이, 세 개의 상이한 피치 반경들(PR1, PR2, PR3)을 가진다. 도5는 피치 반경들(PR1, PR2, PR3)에 상응하는 체인 조인트들(94)의 중심들을 통과하는 원호들(PA1, PA2, PA3)을 도시한다. 이 피치 반경들(PR1, PR2, PR3)은 스프로킷(100)의 회전의 하나 이상의 미리 결정된 오더들에서 스프로킷(100)에 의해 체인(90)에 부여된 장력들을 분배하는데 효과적인 패턴으로 배열된다.

반복하는 패턴들을 모방하는 반경들의 패턴들 또는 시퀀스들은 체인 랩 각도들과 조화되어야 한다. 2, 3 또는 8까지의 오더들을 가지는 스프로킷들에 대한 예를 통해, 랩 각도들이 위에 설명된 방정식(1)을 적용하는 것에 의해 결정된다. 이 설명에서, 아래의 표 I은 2에서 8까지의 각각의 오더들을 위해 사용되어야 하는 랩 각도들을 설명한다.

[표 Ⅰ]

사용되어야 하는 랩 각도들

표로 위에 설명된 랩 각도들은 스프로킷 또는 풀리의 반경방향 변화가 외부 공급원들에 의해 발생된 장력들을 소멸시키기 위해 구동 공진에서 충분한 장력 변화를 일으키도록 사용된다. 이런 값들의 밖에 있는 랩 각도들은 반경방향의 변화 때문에 불충분한 장력 발생을 초래한다. 표 II로 아래에 설명된 것은 회피되어야 하는 랩 각도들이며 여기서 N과 오더는 위의 방정식 (1)에서 설명된다.

[표 Ⅱ]

회피되는 랩 각도들

장력 감소 스프로킷의 스프로킷 패턴 오더는 측정되거나 예측된 체인 장력들에 근거하여 선택될 수 있다. 하나의 과정에서, 핀 위치들은 정확한 수의 치형들, 피치 길이, 및 반경방향 진폭을 가지는 스프로킷의 둘레에 안착된 체인에 대해 발생될 수 있다. 이 핀 위치들은 정확한 피치 반경 변화 진폭을 달성하면서 동시에 위의 방정식(1)에 의해 한정된 바와 같이 일정한 피치 길이 및 체인 랩 각도를 유지하기 위해 위치된다. 그 다음에 동적 시스템 시뮬레이션들이 외부 여기들이 없는 스프로킷으로 수행된다. 장력 감소 스프로킷으로부터 나온 스트랜드 장력들은 스트레이트 스프로킷과 외부 여기들의 시뮬레이션으로부터 나온 스트랜드 장력들과 비교된다. 장력 감소 스프로킷의 배향들은 스프로킷의 장력들이 외부 장력들과 일치하지 않도록 조정된다. 장력 감소 스프로킷과 외부 여기들을 가지는 동적 시스템 시뮬레이션이 수행된다. 장력 감소 스프로킷 배향과 진폭에 대한 조정들은 필요하다면 행해진다. 조건들의 범위에서 시뮬레이션들이 스프로킷이 항상 효과적인지를 확인하기 위해 수행된다. CAD 기반 프로그램, 또는 유사한 소프트웨어가 핀 위치들을 실제 스프로킷 단면으로 변환시키는데 사용된다. 그 다음에 프로토타입의 스프로킷들이 만들어지며 성능을 확인하기 위해 엔진들에서 시험된다. 장력 감소 스프로킷들이 여기에서 설명된 바와 같이 디자인된 후에, 이들은 아래에 설명되는 다수의 장력 감소 스프로킷 시스템들의 일 부분으로 만들어진다.

실시예 1 ­ 스프로킷 배향이 제1 모드 상의 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 성능에 어떻게 영향을 끼치는가

도7은 제1 모드 공진을 소멸시키기 위해 (각각의 캠 샤프트에 있는) 두 개의 제3 오더 장력 감소 스프로킷들(202, 204)을 가지는 시스템(200)을 보인다. 외부에서 부과된 장력들은 없다. 이 시스템의 두 개의 다른 스프로킷들은 스프로킷(206)과 구동 스프로킷(208)을 포함한다. 스트랜드(210)를 가지는 체인은 배기 장력 감소 스프로킷(202)과 구동 스프로킷(208) 사이에 이어진다. 체인 스트랜드(212), 또는 스트랜드(4)는 구동 스프로킷(208)과 스프로킷(206) 사이에 이어진다. 스트랜드(214), 또는 스트랜드(3)는 스프로킷(206)과 장력 감소 스프로킷(204) 사이에 이어진다. 스트랜드(216), 또는 스트랜드(2)는 (흡입을 나타내는) 장력 감소 스프로킷(204)과 장력 감소 스프로킷(202) 사이에 이어진다.

도7에 보여지는 초기 배향은 양쪽의 스프로킷들에 대하여 218과 220에 보여지는 바와 같이 체인 랩의 중심에 위치된 최대 반경을 가진다. 배기 스프로킷(202)은 상대적인 스프로킷 배향을 바꾸기 위해 회전되었다. 장력 감소 스프로킷들에 의해 발생된 제1 모드 장력들의 최대화가 체인과 스프로킷 시스템의 외부로부터 발생된 제1 모드 장력들을 소멸시키는 가장 효과적인 방식이다. 도7, 7b, 7d, 7f, 및 7h에 설명된 루트(1) 각도는 엔진이 실린더 번호(1)(일반적으로 엔진의 전면에서 가장 가까운 실린더)을 위해 점화하는 상사점(top dead center)에 있을 때 수평면으로부터 최대 스프로킷 반경까지의 각도(반시계 방향으로 회전하는)이다.

도7a는 rpm의 엔진 속도 대 뉴턴(N)의 스트랜드 장력에 대한 도표를 보인다. 도7a는, 도7b의 218과 220에 도시된 바와 같이, 동시에 그들의 최대 반경들의 둘레에 둘러싸이는 체인을 가지는 장력 감소 스프로킷들(202, 204)에 대한 베이스라인 도표를 도시한다. 도7c, 7e, 및 7g와 도7a의 비교에 의해 보여질 수 있는 바와 같이, 장력 감소 스프로킷들 양쪽 모두는 이것이 스프로킷의 둘레를 둘러쌈에 따라 체인 랩의 중심에 가까운 최대 반경 점과 함께 배향될 때 최대 장력 발생이 일어난다. 따라서 이런 실시예의 시스템을 위해, 최적의 조건은 최대 반경들 양쪽 모두가 동시에 체인 랩의 중앙 내에 있을 때 실제로 나타나는 것으로 생각된다. 양쪽 모두의 스프로킷들이 동시에 동일한 회전 방향으로 가속되고 있기 때문에, 이들은 스트랜드들(1 및 4)의 사이에서 번갈아 일어나는 장력들을 발생시킨다. 이것이 외부 공급원들에 의해 발생된 제1 모드 장력들을 소멸시키기 위해 가장 좋은 상대적인 배향이다. 단일의 체인 스트랜드에 대해 두 개의 곡선들을 보이는 도7과 다른 도면들에서, 하나의 곡선은 변하는 엔진 속도들에 걸쳐 스트랜드에 대한 최대 장력들이며 다른 하나는 동일한 스트랜드에 대한 최소 장력들이라는 것에 주목해야 한다.

도7c, 7e, 및 7g에 도시된 경향들에 의해 일반적으로 보여지는 바와 같이, 장력 감소 스프로킷들이 배향되어서 하나의 스프로킷은 체인 랩의 중심에서 최대 반경을 가지며 다른 하나의 스프로킷은 체인 랩의 중심에서 최소 반경을 가질 때, 두 개의 장력 감소 스프로킷들(202, 204)에 의해 발생된 장력들은 제1 모드 공진 상태에서 서로 소멸시킨다. 스프로킷들이 반대의 회전 방향들로 가속되는 중이기 때문에, 이들은 함께 증가하며 감소하는 스트랜드(1 및 4)의 장력들을 발생시킨다. 결과적으로, 이런 상대적인 배향은 외부 공급원들에 의해 발생된 제1 모드 장력에 매우 작은 영향을 끼칠 것이다. 스트랜드들(1 및 4)의 장력들이 제2 모드에서 함께 증가하며 감소하기 때문에, 이런 배향이 외부 공급원들(또는 제1 모드 장력 감소 스프로킷)에 의해 발생된 제2 모드 장력들을 소멸시키기 위해 가장 좋을 것이다. 도7c는 장력 감소 스프로킷(202)의 최대 반경이 도7d에 보여지는 바와 같이 -16도로 이동될 때 무엇이 체인 장력들에서 일어나는가를 보인다. 도7e는 장력 감소 스프로킷의 최대 반경이 도7f에 보여지는 바와 같이 39도로 후퇴될 때 무엇이 체인 장력들에서 일어나는가를 보인다. 마지막으로 도7g는 장력 감소 스프로킷의 최대 반경이 도7h에 보여지는 바와 같이 55도로 후퇴될 때 무엇이 체인 장력들에서 일어나는가를 보인다.

실시예 2 ­ 고속에서 큰 제2 모드 공진을 가지는 시스템

도8은, 각각, 샤프트들(1 및 3)에 있는 두 개의 장력 감소 스프로킷들(302, 304)의 사이에 스프로킷(306)을 가지는 구동 스프로킷(308)에 의해 구동되는 두 개의 장력 감소 스프로킷들(302, 304)을 가지는 4 스프로킷 시스템(300)을 도시한다. 체인 스트랜드(310) 또는 스트랜드(1)는 장력 감소 스프로킷(302)과 샤프트(0)에 있는 구동 스프로킷(308) 사이에 이어진다. 체인 스트랜드(312)는 구동 스프로킷(308)과 장력 감소 스프로킷(304) 사이에 이어진다. 스트랜드(314) 또는 스트랜드(3)는 장력 감소 스프로킷(304)과 샤프트(2)에 있는 스프로킷(306) 사이에 이어지며 스트랜드(316) 또는 스트랜드(2)는 스프로킷(306)과 장력 감소 스프로킷(302) 사이에 이어진다. 도8a는 만약 모든 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷들이었다면 도8의 시스템(300)에서 발생되었을 장력들을 도시한다. 도 8a는 만약 도8에 보여지는 시스템에서 모든 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷들이었으며, 이와 같은 스트레이트 스프로킷 시스템이 외부적으로 발생된 장력들을 가진다면, 공진에서 큰 제2 모드 장력들이 있다는 것을 보인다. 도8b는 만약 도8에 보여지는 시스템이 0도에서 최대 반경을 가지면서 1.0 mm의 반경방향 진폭을 가지며 샤프트(1)(스프로킷(302))에서 단일의 장력 감소 스프로킷을 가지며 외부적으로 발생된 장력들이 없다면, 큰 제1 모드 공진 장력들이 있다는 것을 도시한다. 도8c는 만약 도8에 보여지는 시스템이 0도에서 최대 반경을 가지면서 1.0 mm의 반경방향 진폭을 가지는 단일의 장력 감소 스프로킷을 가지며 샤프트(3)(스프로킷(304))에서 외부적으로 발생된 장력들이 없다면, 큰 제1 모드 공진 장력들이 있다는 것을 도시한다.

또한 샤프트(3)(스프로킷(304))에서 발생된 장력들이 제1 모드 공진에서 샤프트(1)(스프로킷(302))의 장력들보다 약 15%만큼 더 크다는 것이 보여질 수 있다. 이들 두 개의 진폭들이 근접되게 하는 것이 요구된다. 이를 행하기 위해서, 샤프트(1)(스프로킷(302))에 대한 반경방향 변화의 진폭은 샤프트(3)(스프로킷(304))에 대한 반경방향 변화의 진폭보다 15% 더 크게 되는 것이 필요하다.

제1 모드 공진에서, 우측 뱅크(RB: right bank) 장력 감소 스프로킷(스프로킷(302))을 가지는 스트랜드(312)(스트랜드(4))의 장력 피크들이 좌측 뱅크(LB: left bank) 장력 감소 스프로킷(304)을 가지는 스트랜드(312)의 피크들(스트랜드(4))의 사이에서 중간에서 일어나는 것이 요구된다. 이를 달성하기 위해서, 우측 뱅크 장력 감소 스프로킷(302)의 배향은 약 40 크랭크 각도(crank degrees)(20 캠 각도(cam degrees))로 전진된다. 이 전진은 도9a 및 9b에 보여진다. 도9a는 0도에서 최대 반경을 가지며 외부에서 발생된 장력들 없이 샤프트(1)(스프로킷(302))에 1.0 mm의 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷으로 장력들의 변화를 보인다. 도9b는 0도에서 최대 반경뿐만 아니라 우측 뱅크(RB) 피크들을 위해 요구되는 위치들을 가지며 외부에서 발생된 장력들 없이 샤프트(3)(스프로킷(304))에 1.0 mm의 반경방향 진폭을 가지는 장력 감소 스프로킷으로 장력들의 변화를 보인다.

도9a 및 9b에 보여지는 데이터를 발생시키는 것은 두 개의 장력 감소 스프로킷들 사이의 상대적인 반경방향의 진폭을 제공하며 제1 모드 공진이 여기를 받지 않으며 장력들이 제2 모드의 공진에서 발생된다는 것을 확인하기 위해 시스템의 시뮬레이션 테스트들을 통해 스프로킷들의 상대적인 각도 배향을 제공하기 위한 시작점을 제공한다. 이 실시예에서, 시뮬레이션 테스트들은 0도에서 도8(스프로킷(302))의 샤프트(1)에 있는 1.0 mm의 스프로킷과 외부에서 발생된 장력들 없이 -20도에서 도8(스프로킷(304))의 샤프트(3)에 있는 1.15 mm의 스프로킷으로 수행되며, 도10을 보세요. 도10으로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 양쪽 모두의 장력 감소 스프로킷들로, 제1 공진 모드 장력들이 소멸되며 제2 공진 모드에서 더 많은 여기가 있다. 이런 결과들은 두 개의 장력 감소 스프로킷들이 제1 모드에서 다른 것의 장력들을 소멸시키며 제2 모드 공진 장력들을 여기하기 위해 함께 더하는 것을 확인한다. 따라서, 서로에 대하여 스프로킷들을 배향시키는 것에서 수행되는 다음의 것은 제2 공진 모드에서 외부에서 발생된 장력들을 소멸시키기 위해 장력 감소 스프로킷 진폭과 배향을 조절하는 것이다. 일반적으로 반경방향 진폭은 장력 감소 스프로킷들이 제2 모드에서 외부에서 발생된 장력들과 동일한 장력 레벨들을 발생시키도록 조절될 것이다. 장력 감소 스프로킷 배향은 장력 감소 스프로킷들로부터 나온 스트랜드(312)(스트랜드(4)) 장력 피크들이 외부 장력 공급원들(및 아마도 제1 모드 장력 감소 스프로킷)로부터 나온 스트랜드(312)(스트랜드(4)) 장력 피크들 사이에서 중간에 일어나도록 조절된다(동일한 양으로 이동된 양쪽 스프로킷들). 도10a(외부에서 발생된 장력들이 없는) 및 10b를, 특히 제2 모드에서 외부에서 발생된 장력들을 가지는 도10b를, 보면, 우측 뱅크(스프로킷(302))는 각도로 표시된 크랭크 각도 대 7500 rpm에서 스트랜드 장력(N)의 도표에서 좌측으로 이동된다. 도10에 일반적으로 보여지는 바와 같이, 결과들은 장력 감소 스프로킷들이 제1 모드에서 다른 것의 장력을 소멸시키며 제2 모드를 여기하기 위해 함께 더하는 것을 확인한다.

양쪽 모두의 장력 감소 스프로킷들을 가지는 스트랜드(4)(312)의 장력 피크들이 베이스라인 시스템으로부터 나온 스트랜드(4)(312)의 장력 피크들 사이에서 중간에 일어나는 것이 요구된다. 초기의 평가는 근접했다. 양쪽 모두의 장력 감소 스프로킷들은 20 크랭크 각도(10 캠 각도)로 전진되어야 한다. 통상적으로 양쪽 모두의 장력 감소 스프로킷들을 가지는 스트랜드(4)의 최대 장력들이 베이스라인으로부터 나온 최대 스트랜드(4)의 장력과 매칭하는 것이 요구된다. 이 경우에, 장력 감소 스프로킷의 반경방향 진폭들은 이미 상당히 크며 요구되지 않은 스트랜드 변화들을 일으킬 수 있다. 스트랜드 변화에 대한 여기를 제한하기 위해, 반경방향 변화는 그대로 유지될 것이며 제2 모드 장력들을 부분적으로만 소멸시킬 것이다. 그 다음에 두 개의 장력 감소 스프로킷들이 제2 모드 장력들을 부분적으로 소멸시키는 것이 확인되어야 한다.

도8에 보여지는 바와 같은 단지 시스템을 위해 외부에서 발생된 장력들에 대한 베이스라인이 1.0 mm의 스프로킷(스프로킷(302))을 가지는 샤프트(1)와 1.15 mm의 스프로킷을 가지는 샤프트(3)(스프로킷304)에 대하여 도11에 도시된다. 도11a에 보여지는 바와 같이, 샤프트(1)(스프로킷(302))이 9도로 회전되는 1.0 mm의 스프로킷을 가지며 샤프트(3)(스프로킷(304))가 1.15 mm이며 -11도로 회전될 때, 장력 감소 스프로킷들은 제1 모드에서 장력을 상당히 증가시키는 것이 없이 고속에서 제2 모드 장력을 상당히 감소시킨다. 이를 시작 점으로서 사용하여, 시스템에서 최대 장력들을 더 감소시키려고 시도하기 위해 장력 감소 스프로킷의 배향을 계속해서 바꾸는 추가적인 시뮬레이션들이 수행될 수 있다. 1.0 mm에서 17도로 회전되는 샤프트(1)(스프로킷(302))와 1.15 mm에서 -3도로 회전되는 샤프트(3)(스프로킷(304))와 외부에서 발생된 장력들을 가지는 시스템의 시뮬레이션은 제2 공진 모드에서 더 많은 장력 감소가 있지만, 도12에 보여지는 제1 공진 모드에서 작은 장력 증가가 있다는 것을 보인다.

실시예 3 ­ 양쪽 엔진 뱅크들 모두를 구동하는 V8 체인에서의 장력 감소

도13은 샤프트(0)에 있는 구동 스프로킷(402)이 체인 스트랜드(1)(416) 및 스트랜드(2)(418)에 의해 샤프트(1)에 있는 스프로킷(404)에 연결되는 7 스프로킷 시스템을 보인다. 샤프트(1)에 있는 스프로킷(404)은 체인 스트랜드(3)(420)에 의해 샤프트(2)에 있는 스프로킷(406)에 연결되며 샤프트(2)에 있는 스프로킷(406)은 체인 스트랜드(9)(432) 및 스트랜드(8)(430)에 의해 스프로킷(414)에 연결된다. 샤프트(2)에 있는 스프로킷(406)은 체인 스트랜드(4)(422)에 의해 샤프트(3)에 있는 스프로킷(408)에 연결된다. 스프로킷(408)은 체인 스트랜드(5)(424)에 의해 샤프트(4)에 있는 스프로킷(410)에 연결된다. 스프로킷(410)은 체인 스트랜드(6)(426)에 의해 샤프트(5)에 있는 스프로킷(412)에 연결된다. 마지막으로 스프로킷(412)은 체인 스트랜드(7)(428)을 통해 스프로킷(404)에 연결된다. 도13a, 13b 및 13c는 각각 모든 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷들일 때 제1 및 제2 공진 모드들에서 체인 스트랜드들(1, 2 및 3)에 대한 장력들을 도시한다.

스프로킷들(406, 412)이 제3 오더 장력 감소 스프로킷들로 변환될 때, 제2 공진 모드에서 만들어진 장력들의 상당한 장력 감소가 제1 공진 모드에서 장력을 증가시키지 않고 달성될 수 있다. 샤프트(2)에 있는 스프로킷(406)이 18도에서 0.5 mm의 반경방향 진폭의 최대값을 가질 때와 샤프트(5)에 있는 스프로킷(412)이 -112도에서 1.3 mm의 반경방향 진폭의 최대값을 가질 때 체인 스트랜드들(1, 2 및 3)에 대한 장력들은 각각 도14a, 14b 및 14c에 도시된다.

실시예 4 ­ 스트레이트 스프로킷과 비교한 제1 모드 장력들에 대한 장력 감소 스프로킷들의 영향

도15a 및 15b는 rpm의 엔진 속도 대 뉴턴(N)의 스트랜드 장력에 대하여 도7에 보여지는 시스템(200)에 대한 장력 도표들을 보인다. 이 도표(15a)는 각각의 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷이며 외부 여기들(이 경우에 크랭크 비틀림들, 게다가 변동하는 밸브 트레인/캠 토크 부하들)이 시스템에 가해지는 곳에서 체인 장력들을 보인다. 위에서 논의된 바와 같이, 시스템에 있는 다른 스프로킷들은 스프로킷(206)과 구동 스프로킷(208)(여기서 스트레이트 스프로킷)을 포함한다. 체인은 배기 스프로킷(202)(여기서 스트레이트 스프로킷)과 구동 스프로킷(208) 사이에 이어지는 스트랜드(210) 또는 스트랜드(1)를 가진다. 체인 스트랜드(212) 또는 스트랜드(4)는 구동 스프로킷(208)과 스프로킷(206) 사이에 이어진다. 스트랜드(214) 또는 스트랜드(3)는 스프로킷(206)과 스프로킷(204))(여기서 스트레이트 스프로킷) 사이에 이어진다. 스트랜드(216) 또는 스트랜드(2)는 스프로킷(204)과 스프로킷(202) 사이에 이어진다. 도15a에 표시된 바와 같이, 각각의 체인 스트랜드의 제1 공진 모드에서 매우 중요한 장력 증가들 또는 피크들이 있다.

도15b는 위의 실시예 1에서 논의된 두 개의 제3 오더 장력 감소 스프로킷들을 가지는 도7에 보여지는 시스템에 대한 체인 장력 도표이다. 장력 감소 스프로킷들(202, 204)(각각의 캠 샤프트에 하나씩 있는)이 도7d에 보여지며 논의된 바와 같이, 즉, 16도로 전진된 최대 반경으로 배향된다. 스트레이트 스프로킷 시스템과 비교하여, 이와 같은 제1 모드에서 일어나는 최대 체인 장력이 있으며, 도15b에 보여지는 바와 같이, 제1 모드 공진 장력들은 상당히 감소된다.

도16은 실시예 1에 논의된 시스템의 장력 감소 스프로킷 배향들 사이에 있는 상대적인 각도들과 (도7a 내지 7h를 참조하여 논의된 바와 같이 외부 여기들 없이) 실시예 1에서 논의된 두 개의 장력 감소 스프로킷 시스템에 의해 발생된 최대 체인 장력들 사이의 관계를 보인다. 이들은 캠 각도로 체인 랩의 중심을 기준으로 한다. 이런 도16의 목적을 위해 상대적인 각도들에 대한 음의 부호들이 역으로 바뀌게 되며, 예를 들면 도7a 내지 7h에서 -16.5 루트 각도는 도16에서 16.5도로 표시될 것이다.

실시예 5 ­ 구동 및 피동 스프로킷들에 사용되는 장력 감소 스프로킷들의 영향

도17은 구동 스프로킷 및 두 개의 피동 스프로킷들을 가지는 시스템(500)을 보인다. 이 실시예를 위해, 스트레이트 스프로킷들을 사용하여 이 시스템(500)에서 발생되며 외부 여기들을 받는 체인 장력들이 장력 감소 스프로킷들을 사용하며 동일한 외부 여기들을 받는 이 시스템(500)에 있는 장력들과 비교된다. 장력 감소 스프로킷들을 사용하는 시스템(500)은 스트레이트 스프로킷(502)(이 실시예에서 배기 캠 스프로킷을 나타내는 피동 스프로킷), 장력 감소 스프로킷(506)(이 실시예에서 흡입 캠 스프로킷을 나타내는 피동 스프로킷) 및 장력 감소 스프로킷(508)(이 실시예에서 크랭크 스프로킷을 나타내는 구동 스프로킷)을 사용한다. 스트랜드(510) 또는 스트랜드(1)를 가지는 체인은 배기 장력 감소 스프로킷(502)과 장력 감소 구동 스프로킷(508) 사이에 이어진다. 체인 스트랜드(512) 또는 스트랜드(3)는 구동 스프로킷(508)과 장력 감소 흡입 스프로킷(506) 사이에 이어진다. 스트랜드(514) 또는 스트랜드(2)는 흡입 스프로킷(506)과 배기 스프로킷(502) 사이에 이어진다.

각각의 장력 감소 스프로킷들은 스프로킷의 각각의 회전과 함께 반복하는 피치 반경들의 패턴이 제공된다. 더구나, 피치 반경들의 각도 변화는 체인 피치 길이(링크 핀 축들 사이의 거리)가 체인이 스프로킷들을 맞무는 대략 일정한 길이로 유지되는 것을 보장하기 위해 조절된다.

장력 감소 스프로킷(506)(흡입)은, 일정한 피치 반경을 가지는, 동일한 크기 및 개수의 치형들의 스트레이트 스프로킷과 비교하여 대략 1 mm의 반경방향 진폭의 최대값이 제공된다. 이 실시예에서, 장력 감소 스프로킷의 반경방향 진폭은 아래의 표 1에 보여지는 수량들로 동등한 스트레이트 스프로킷의 피치 반경으로부터 장력 감소 스프로킷의 피치 반경들을 바꾸는 것에 의해 제공된다. 또한 피치 반경들의 패턴은 아래의 표 1에 표시된다. 피치 반경들의 패턴은 제3 스프로킷 오더 및 제3 엔진 사이클 오더에서 장력 감소들로 목표로 한다. 장력 감소 스프로킷(506)(흡입)은 대략 5도의 루트(1) 각도에서 배향된다.

장력 감소 스프로킷(508)(구동, 크랭크 스프로킷)은 동일한 크기 및 개수의 치형들의 스트레이트 스프로킷의 피치 반경과 비교하여 대략 0.2 mm의 반경방향 진폭의 최대값이 제공된다. 장력 감소 스프로킷의 반경방향 진폭은 아래의 표 2에 보여지는 수량들로 동등한 스트레이트 스프로킷의 피치 반경으로부터 장력 감소 스프로킷의 피치 반경들을 바꾸는 것에 의해 제공된다. 또한 피치 반경들의 패턴은 아래의 표 2에 표시된다. 피치 반경들의 패턴은 제3 스프로킷 오더 및 제6 엔진 사이클 오더에서 장력 감소들을 목표로 한다. 장력 감소 스프로킷(508)(구동, 크랭크 스프로킷)은 대략 40도의 루트(1) 각도에서 배향된다.

도18a 및 18b는 rpm의 엔진 속도 대 뉴턴(N)의 스트랜드 장력에 대하여 도17에 보여지는 시스템(500)에 대한 장력 도표들을 보인다. 이 도표(18a)는 각각의 스프로킷들이 스트레이트이며 외부 여기들(이 경우에 크랭크 비틀림들, 게다가 변동하는 밸브 트레인/캠 토크 부하들)이 시스템에 가해지는 곳의 체인 장력들을 보인다. 각각의 도면에서, 하나의 도표는 스트랜드에 의한 최소 및 최대 체인 장력들을 보이며 다른 하나의 도표는 엔진 사이클 오더 번호에 의한 (및 크랭크 오더에 의한) 스트랜드(3)(스트랜드(510))의 장력 함유량을 보인다. 도18a에 표시된 바와 같이, 스트레이트 스프로킷 시스템을 가지는 각각의 스트랜드의 제1 공진 모드에서 매우 큰 장력 증가들 또는 피크들이 있다. 전체 스트랜드(3)의 장력은 매우 크게 증가하였으며 전체 오더를 기초로 하여, 그리고 공진 모드에 있는 제6 오더에서 피크에 이르렀다. 더구나, 제3 오더에서 증가하는 장력들이 보여질 수 있으며 다른 오더들에서는 상승하는 경향들이 있을 수 있다.

도18b에 표시된 바와 같이, 피동 스프로킷(흡입 스프로킷(506)) 및 구동 스프로킷(크랭크 스프로킷(508))과 같은 장력 감소 스프로킷을 사용하는 최대 체인 장력들이 각각의 스트랜드에서 스트레이트 스프로킷 시스템과 비교하여 상당히 감소된다. 유사하게, 전체 스트랜드(3)의 장력은 전체 오더에 기초하여, 그리고 제6 및 제3 오더들에서 매우 크게 감소되었다. 이 실시예에서, 어떤 제2 공진 모드는 도18a 및 18b의 도표들과 관련이 없는 높은 엔진 속도에 있을 것이다.

실시예 6 ­ 듀얼 오더 장력 감소 스프로킷을 가지는 구동 및 피동 스프로킷들에 사용되는 장력 감소 스프로킷들의 영향

도19는 구동 스프로킷 및 두 개의 피동 스프로킷들을 가지는 시스템(600)을 보인다. 이 실시예를 위해, 스트레이트 스프로킷들을 사용하고 외부 여기들을 받는 이 시스템(600)에서 발생된 체인 장력들이 장력 감소 스프로킷들을 사용하며 동일한 외부 여기들을 받는 이 시스템(600)에 있는 장력들과 비교된다. 장력 감소 스프로킷들을 사용하는 시스템(600)은 스트레이트 스프로킷(602)(이 실시예에서 배기 캠 스프로킷을 나타내는 피동 스프로킷), 장력 감소 스프로킷(606)(이 실시예에서 흡입 캠 스프로킷을 나타내는 피동 스프로킷) 및 장력 감소 스프로킷(608)(이 실시예에서 크랭크 스프로킷을 나타내는 구동 스프로킷)을 사용했다. 스트랜드(610) 또는 스트랜드(1)를 가지는 체인은 배기 장력 감소 스프로킷(602)과 장력 감소 구동 스프로킷(608) 사이에 이어진다. 체인 스트랜드(612) 또는 스트랜드(3)는 구동 스프로킷(608)과 장력 감소 흡입 스프로킷(606) 사이에 이어진다. 스트랜드(614) 또는 스트랜드(2)는 흡입 스프로킷(606)과 배기 스프로킷(602) 사이에 이어진다.

각각의 장력 감소 스프로킷들은 스프로킷의 각각의 회전과 함께 반복하는 패턴을 제공하는 피치 반경들의 시퀀스이 제공된다. 더구나, 피치 반경들의 각도 변화들은 체인 피치 길이(링크 핀 축들 사이의 거리)가 체인이 스프로킷을 맞무는 대략 일정한 길이로 유지되는 것을 보장하기 위해 조절된다.

장력 감소 스프로킷(606)(흡입)은 동일한 크기 및 개수의 치형들의 스트레이트 스프로킷의 반경방향 진폭과 비교하여 대략 1 mm의 반경방향 진폭의 최대값이 제공된다. 또한 이 실시예에서, 장력 감소 스프로킷의 반경방향 진폭은 아래의 표 3에 보여지는 수량들로 동등한 스트레이트 스프로킷의 피치 반경으로부터 장력 감소 스프로킷의 피치 반경들을 바꾸는 것에 의해 제공된다. 또한 피치 반경들의 패턴은 아래의 표 3에 표시된다. 피치 반경들의 패턴은 제3 스프로킷 오더 및 제3 엔진 사이클 오더에서 장력 감소들을 목표로 한다. 장력 감소 스프로킷(606)(흡입)은 대략 5도의 루트(1) 각도에서 배향된다.

장력 감소 스프로킷(608)(구동, 크랭크 스프로킷)은 스프로킷의 회전과 함께 듀얼 오더 피치 패턴이 제공된다. 듀얼 오더 패턴은 미리 선택된 오더 패턴 및 루트(1) 각도를 가지는 제1 피치 반경들의 시퀀스와, 다른 미리 선택된 오더 패턴 및 제2 루트(1) 각도(제1 피치 시퀀스의 루트(1) 각도와 동일하거나 상이한 것일 수 있는)를 가지는 제2 피치 반경들의 시퀀스를 결정하는 것에 의해 제공된다. 그 다음 피치 반경들의 시퀀스들은 동일한 크기 및 개수의 치형들을 가지는 스트레이트 스프로킷의 반경방향 진폭과 비교하여 각각의 피치 반경들의 시퀀스의 반경방향 진폭의 누적되는 변화를 가지는 피치 패턴을 제공하기 위해 효과적으로 오버레이되거나(overlaid) 조합된다. 이 패턴들이 효과적으로 오버레이될 때, 이들은 피치 시퀀스들의 루트(1) 각도들의 차이들을 일으키기 위해 각도로 변위된다.

이 실시예에서, 제1 피치 반경들의 시퀀스는 동일한 크기 및 개수의 치형들을 가지는 스트레이트 스프로킷의 반경방향 진폭과 비교하여 대략 0.2 mm의 반경방향 진폭의 최대값을 가진다. 이 실시예에서, 제1 피치 시퀀스의 반경방향 진폭은 아래의 표 4에 보여지는 수량들로 동등한 스트레이트 스프로킷의 피치 반경으로부터 장력 감소 스프로킷의 피치 반경들을 바꾸는 것에 의해 제공된다. 또한 피치 반경들의 시퀀스의 패턴은 아래의 표 4에 표시된다. 피치 반경들의 시퀀스는 제3 스프로킷 오더 및 제6 엔진 사이클 오더에서 장력 감소들을 목표로 한다. 이 피치 반경들의 시퀀스는 대략 30도의 루트(1) 각도에서 배향된다.

제2 피치 반경들의 시퀀스는 동일한 크기 및 개수의 치형들을 가지는 스트레이트 스프로킷의 반경방향과 비교하여 대략 0.05 mm의 반경방향 진폭의 최대값을 가진다. 제2 피치 반경들의 시퀀스의 반경방향 진폭은 아래의 표 5에 보여지는 수량들로 동등한 스트레이트 스프로킷의 피치 반경으로부터 장력 감소 스프로킷의 피치 반경들을 바꾸는 것에 의해 제공된다. 또한 피치 반경들의 시퀀스의 패턴은 아래의 표 5에 표시된다. 피치 반경들의 시퀀스는 제2 스프로킷 오더 및 제4 엔진 사이클 오더에서 장력 감소들을 목표로 한다. 이 피치 반경들의 시퀀스는 대략 -12.14도의 루트(1) 각도에서 배향된다.

구동 스프로킷(608)(크랭크)에 대해 최종 듀얼 오더 피치 패턴을 제공하는 조합된 피치 반경들의 시퀀스가 아래의 표 6에 보여진다. 보여질 수 있는 바와 같이, 듀얼 오더 패턴은 스프로킷의 회전과 함께 반복된다. (1) 조합된 두 개의 피치 반경들의 패턴들의 모방하는 시퀀스 또는 (2) 조합된 패턴들의 평균 피치 반경들 또는 평균 루트 반경들로부터 변화의 시퀀스의 피치 또는 루트 반경들 대 스프로킷 위치를 나타내는 곡선을 만들어내는 듀얼 오더 패턴의 푸리에 급수는, 체인의 전체 장력 감소에 효과적인 피치 또는 루트 반경들의 위에서 언급된 조합된 반복하는 패턴과 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 오더의 진폭을 제공하기 위해, 또한 사용될 수 있다.

도20a 및 20b는 rpm의 엔진 속도 대 뉴턴(N)의 스트랜드 장력에 대하여 도19에 보여지는 시스템(600)에 대한 장력 도표들을 보인다. 이 도표(20a)는 각각의 스프로킷들이 스트레이트이며 외부 여기들(이 경우에 크랭크 비틀림들, 게다가 변동하는 밸브 트레인/캠 토크 부하들)이 시스템에 가해지는 곳의 체인 장력들을 보인다. 각각의 도면에서, 하나의 도표는 스트랜드에 의한 최소 및 최대 체인 장력들을 보이며 다른 하나의 도표는 엔진 사이클 오더 번호(및 크랭크 오더)에 의한 스트랜드(3)(스트랜드(610))의 장력 함유량을 보인다. 도20a에 표시된 바와 같이, 스트레이트 스프로킷 시스템을 가지는 각각의 스트랜드의 제1 공진 모드에서 매우 큰 장력 증가들 또는 피크들이 있다. 전체 스트랜드(3) 오더 장력들은 매우 크게 증가하였으며 전체 오더를 기초로 하여, 그리고 공진 모드에 있는 제6 오더에서 피크에 이르렀다. 더구나, 제3 및 제4 오더들에서 증가하는 장력들이 보여질 수 있으며, 다른 오더들에서는 상승하는 경향들이 있을 수 있다.

도20b에 표시된 바와 같이, 피동 스프로킷(흡입 스프로킷(606))으로서 장력 감소 스프로킷 및 듀얼 오더 패턴을 가지는 장력 감소 구동 스프로킷(크랭크 스프로킷(608))을 사용하는 최대 체인 장력들이 각각의 스트랜드에서 스트레이트 스프로킷 시스템과 비교하여 상당히 감소된다. 유사하게, 전체 스트랜드(3)의 장력은 전체 오더에 기초하여, 그리고 제6, 제4 및 제3 오더들에서 매우 크게 감소되었다. 이 실시예에서, 어떤 제2 공진 모드는 도20a 및 20b의 도표들과 관련이 없는 높은 엔진 속도에 있을 것이다.

도20c 및 20d는 위에 언급된 단일 오더 장력 감소 피동 스프로킷(606)(흡입)과 위에 언급된 듀얼 오더 구동 스프로킷(608)(크랭크 스프로킷)을 사용하는 시스템과 비교되는 위에 언급된 스트레이트 스프로킷들을 가지는 시스템(600)에 대한 장력 도표들을 보인다. 이 실시예에서, 외부 여기들은 변경된다. 다시, 도20c에 표시된 바와 같이, 스트레이트 스프로킷 시스템을 가지는 각각의 스트랜드의 제1 공진 모드에서 매우 큰 장력 증가들 또는 피크들이 있다. 전체 스트랜드(3)의 장력들은 매우 크게 증가하였으며 전체 오더를 기초로 하여, 그리고 공진 모드에 있는 제6 오더에서 피크에 이르렀다. 더구나, 제3 및 제4 오더들에서 증가하는 장력들이 보여질 수 있으며, 다른 오더들에서는 상승하는 경향들이 있을 수 있다.

도20d에 표시된 바와 같이, 다시 한 번, 단일 오더 피동 스프로킷(606)(흡입) 및 듀얼 오더 구동 스프로킷(608)(크랭크)을 사용하는 최대 체인 장력들이 각각의 스트랜드에서 스트레이트 스프로킷 시스템과 비교하여 감소된다. 유사하게, 전체 스트랜드(3)의 장력은 전체 오더에 기초하여, 그리고 제6, 제4 및 제3 오더들에서 매우 크게 감소되었다. 이 실시예에서, 어떤 제2 공진 모드는 도20c 및 20d의 도표들과 관련이 없는 높은 엔진 속도에 있을 것이다.

실시예 7 ­ 다양한 작동 조건들에서 피동 스프로킷들에 사용되는 장력 감소 스프로킷들의 영향

도21의 그래프는, 다양한 작동 조건들에서 V6 엔진 체인 구동 시스템에 적용된 것과 같은, 위의 도8 및 실시예 2에 보여지며 논의된 시스템에 의해 제공되는 스트레이트 스프로킷 시스템과 비교한 장력들의 감소들을 요약하고 있다. 위에 언급된 바와 같이, 장력 감소 스프로킷들은 피동 스프로킷들이며, 이 실시예에서는, 스프로킷(302, 304)이다. 최대 체인 장력들(공진 모드에서 통상 일어나는)이 상이한 작동 조건들의 범위에 대하여 뉴턴(N)의 Y-축을 따라 보고된다. 작동 조건들은 X-축을 따라 행으로 표시된다. 제1 행의 조건들은 밸브 타이밍(베이스, 중간 및 최고조), 체인 신장(0%, 0.35%, 및 0.70%) 및 스로틀(20% 및 WOT-스로틀의 최대 열림)이다.

밸브 타이밍은 엔진 사이클의 가장 빠른 점으로 전진되는 배기 밸브 타이밍으로 설정하는 베이스를 가리키며 흡입 밸브 타이밍은 엔진 사이클의 가장 마지막 점에서 설정된다. 최고조의 밸브 타이밍은 엔진 사이클의 가장 빠른 점으로 전진되는 흡입 밸브 타이밍과 엔진 사이클의 가장 마지막 점에서 설정되는 배기 밸브 타이밍인 곳이다. 중간 타이밍은 최고조와 베이스 타이밍 설정들 사이의 대략 중간점에 있다. 체인 신장은 체인이 대략 0%, 0.35% 및 0.70%로 신장되는 체인 마모 조건들을 가리킨다. 대략 0.35%의 조건은 중간 내지 대량의 마모를 가지는 체인을 나타내며, 대략 0.70%의 조건은 그 유용한 수명의 끝에 가깝거나 지난 체인을 나타낸다. 스로틀 조건은 스로틀이 20%의 최대값으로 설정되며 WOT(스로틀의 최대 열림)의 설정이 최대 스로틀 설정인 곳이다.

도21에 보여지는 바와 같이, 장력 감소 스프로킷들의 사용은 작동 조건들의 넓은 범위에 걸쳐 최대 체인 장력의 상당한 감소들을 제공하였다. 이 실시예에서, 장력 감소 스프로킷들은, 작동 조건들의 범위를 넘어서 약 2500 N의 체인 장력들을 획득하는 목적과 함께, “중간” 밸브 타이밍 조건들 및 대략 0.35%의 체인 마모 조건들의 전형인 외부 여기 조건들에 기인한 장력들을 감소시키기 위해 디자인되었다. 도21에 보여지는 바와 같이, 스트레이트 스프로킷들에 대한 실시예 2에서 위에 논의된 바와 같은 장력 감소 스프로킷들의 교환은 위의 작동 조건들의 범위에 걸쳐 이 실시예에서 받아들일 수 없는 레벨들(2500 N 이상으로 상당히 큰)로부터, 약 2500 N의, 받아들일 수 있는 레벨들까지 체인 장력들을 감소시켰다.

게다가, 장력 감소 스프로킷들은 스트레이트 스프로킷들이 받아들일 수 있는 범위에 있거나 그 아래에 있는 작동 조건들에서 스트레이트 스프로킷 시스템과 비교하여 체인 장력들을 증가시키지 않았다. 도21에 보여지는 바와 같이, 감소들이 최소인 곳에서, 장력 감소 스프로킷들을 가지는 시스템은 대략 스트레이트 스프로킷 시스템과 동일한 체인 장력들을 경험하였다(즉 최고조 밸브 타이밍에서, 0.35%의 체인 신장과 20%의 스로틀). 또한 장력 감소 스프로킷들의 피치 패턴들은 특정한 작동 조건들 또는 작동 조건 범위들에서 장력 감소의 이익들을 획득하도록 시스템 조건들 및 외부 여기들의 변화들을 일으키기 위해 변경될 수 있다.

Claims (35)

1. 적어도 하나의 구동 스프로킷, 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들 및 적어도 두 개의 공진 모드들을 가지는 체인과 스프로킷 시스템에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 공진에서 전체 최대 장력을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지거나, 상기 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스로 상기 반복하는 패턴을 모방하는 루트 반경들 또는 피치 반경들의 시퀀스를 가지며, 상기 감소는 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 360° 회전에 걸쳐 상기 스프로킷들의 외부에서 시작하는 적어도 하나의 반복하는 장력 이벤트가 있을 때 일어나며, 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0 내지 약 20%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 피치 반경들의 패턴은 최소 피치 반경으로부터 최대 피치 반경까지 상승하며 그런 다음에 최대 피치 반경으로부터 최소 피치 반경까지 하강하는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스로 반복하는 패턴을 모방하는 루트 반경들 또는 피치 반경들의 시퀀스를 가지며, 상기 피치 또는 루트 반경들의 상기 시퀀스의 푸리에 급수는 공진 상태들에서 상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는데 효과적인 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지는 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 상기 피치 또는 루트 반경들의 오더의 진폭을 제공하는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 상기 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 상기 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0% 보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 상기 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 상기 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
7. 체인과 스프로킷 시스템에 있어서,
   상기 시스템은:
   적어도 하나의 구동 스프로킷, 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들 및 적어도 두 개의 공진 모드들; 및
   상기 스프로킷들의 둘레에 둘러싸인 체인을 포함하며,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 회전의 중심 축 및 스프로킷 맞물림 면들을 포함하는 복수의 치형들을 포함하며,
   각각의 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 상기 치형들과 상기 스프로킷 맞물림 면들은 상기 스프로킷들의 외면 주위에 이격되며, 상기 장력 감소 스프로킷들의 상기 스프로킷 맞물림 면들은 핀 중심 축을 가지는 조인트들에서 상호 연결되는 링크들과 체인을 맞물기 위해 배치되며,
   각각의 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 상기 스프로킷 맞물림 면들은 상기 스프로킷 중심 축과 상기 스프로킷 맞물림 면들에 의해 맞물리는 체인 링크의 핀 축 사이의 거리에 의해 한정되는 피치 반경에 상기 체인을 배치하기 위해 상기 스프로킷 중심 축으로부터의 거리만큼 이격되며,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 오더 및 반복하는 패턴을 가지거나, 상기 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스로 상기 반복하는 패턴을 모방하는 루트 반경들 또는 피치 반경들의 시퀀스를 가지며, 상기 감소는 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 360° 회전에 걸쳐 상기 스프로킷들의 외부에서 시작하는 적어도 하나의 반복하는 장력 이벤트가 있을 때 일어나며,
   상기 스프로킷 오더, 피치 반경들 또는 루트 반경들의 반복하는 패턴 또는 시퀀스는 상기 스프로킷들이 공진 상태들에서 작동하는 체인과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷인 경우와 비교하여 공진 상태들에서 체인과 함께 작동될 때 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 효과가 있도록 조화되며, 상기 피치 또는 루트 반경들의 상기 모방하는 시퀀스 또는 평균 피치 반경들 또는 평균 루트 반경들로부터 나온 변화의 시퀀스의 푸리에 급수는 공진 상태들에서 상기 체인의 전체 장력 감소에 효과적인 피치 또는 루트 반경들의 반복하는 패턴을 가지는 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 상기 오더의 진폭을 제공하며,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0 내지 20%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 피치 반경들의 패턴은 최소 피치 반경으로부터 최대 피치 반경까지 상승하며 그런 다음에 최대 피치 반경으로부터 최소 피치 반경까지 하강하는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
9. 제7항에 있어서,
   상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스로 반복하는 패턴을 모방하는 루트 반경들 또는 피치 반경들의 시퀀스를 가지며, 상기 피치 또는 루트 반경들의 상기 시퀀스의 푸리에 급수는 공진 상태들에서 체인의 전체 장력들을 감소시키는데 효과적인 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지는 상기 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 상기 피치 또는 루트 반경들의 오더의 진폭을 제공하는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
10. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 상기 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 상기 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
11. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 상기 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 상기 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
12. 제7항에 있어서,
    상기 맞물림 면들은 각각의 상기 스프로킷들과 맞물리는 링크들의 인접한 핀 축들 사이의 거리를 대체로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
13. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 루트 또는 피치 반경들의 상기 반복하는 패턴은 상기 스프로킷의 매 회전에 대해 대체로 적어도 세 번 반복하는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
14. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 루트 또는 피치 반경들의 상기 반복하는 패턴은 상기 스프로킷의 매 회전에 대해 대체로 적어도 네 번 반복하는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
15. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들 중의 적어도 하나의 피치 반경들의 상기 패턴은 피치 반경들의 완전한 패턴(full pattern)을 포함하며 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들 중의 적어도 하나는 피치 반경들의 불완전한 패턴(less than full pattern)을 가지며, 상기 불완전한 패턴은, 상기 완전한 패턴에는 있으며, 상기 불완전한 패턴으로부터 빠진, 하나의 피치 반경들을 가지는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 완전한 패턴의 상기 피치 반경들은 피치 반경들의 오더를 가지며 상기 완전한 패턴의 오더의 마지막 피치 반경들은 상기 불완전한 패턴에 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
17. 스프로킷의 둘레에 감겨있는 링크들을 가지는 체인이 구비되고, 상기 체인과 스프로킷은 가변 속도들에서 작동하며, 상기 체인에 부여된 장력들을 분배하는 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    적어도 하나의 구동 스프로킷 및 적어도 두 개의 피동 장력 감소 스프로킷들을 제공하는 단계로서, 상기 장력 감소 스프로킷들은 중심 축, 복수의 스프로킷 치형들 및 복수의 스프로킷 맞물림 면들을 가지며, 상기 스프로킷 맞물림 면들은 상기 스프로킷 중심 축과 상기 스프로킷 맞물림 면들에 의해 맞물리는 체인 링크의 핀 축 사이의 거리에 의해 한정되는 피치 반경에 체인을 배치하기 위해 상기 중심 축으로부터 일정한 거리만큼 이격되는 상기 단계;
    적어도 최소 피치 반경, 적어도 최대 피치 반경 및 이들 사이의 적어도 중간 피치 반경의 패턴을 제공하기 위해 스프로킷 오더와 상기 체인을 맞무는 맞물림 면들을 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들에 제공하는 단계로서, 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 상기 스프로킷 맞물림 면들은 상기 스프로킷 맞물림 면들과 맞물리는 링크들의 인접한 핀 축들 사이의 거리들을 일정하게 유지시키는 상기 단계;
    상기 체인과 스프로킷 시스템에 부여된 장력들을 분배하며 상기 스프로킷이 스트레이트 스프로킷인 체인과 스프로킷 시스템의 최대 장력들과 비교하여 상기 체인에 가해진 최대 장력들을 감소시키기 위해 상기 패턴이 적어도 두 번 그 자체를 연속하여 반복하도록 상기 상이한 피치 반경들의 상기 패턴을 제공하기 위해 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 상기 스프로킷 맞물림 면들을 배열하는 단계;
    아래의 방정식에 의해 한정된 평균 랩 각도에서 상기 장력 감소 스플킷들의 둘레에 상기 체인을 둘러싸는 단계로서
    랩 각도 = 360 N/오더 + 120/오더,
    여기서 N = 1, 2, ... 오더-1, 그리고 오더는 체인 및/또는 스프로킷의 외부에서 시작하는 장력 이벤트들의 결과로서 스프로킷 오더를 의미하며,
    상기 랩 각도, 피치 반경들의 상기 패턴 및 상기 스프로킷의 오더는 상기 스프로킷이 공진 상태들에서 작동하는 체인과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷인 경우와 비교하여 공진 상태들에서 체인과 함께 작동될 때 상기 스프로킷의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 효과가 있도록 조화되는 상기 단계; 및
    상기 시스템과 관련된 제1 공진 모드에서 약 0 내지 20%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들을 배향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 체인에 부여된 장력들을 분배하는 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 상기 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 상기 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인에 부여된 장력들을 분배하는 방법.
19. 제17항에 있어서,
    상기 피치 반경들의 패턴은 최소 피치 반경으로부터 최대 피치 반경까지 상승하며 그런 다음에 최대 피치 반경으로부터 최소 피치 반경까지 하강하는 것을 특징으로 하는 체인에 부여된 장력들을 분배하는 방법.
20. 스프로킷의 둘레에 감겨있는 링크들을 가지는 체인이 구비되고, 상기 체인과 스프로킷은 가변 속도들에서 작동하며, 상기 체인에 부여된 장력들을 분배하는 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    적어도 하나의 구동 스프로킷과 적어도 두 개의 피동 장력 감소 스프로킷들을 제공하는 단계로서, 상기 장력 감소 스프로킷들은 중심 축, 복수의 스프로킷 치형들 및 복수의 스프로킷 맞물림 면들을 가지며, 상기 스프로킷 맞물림 면들은 상기 스프로킷 중심 축과 상기 스프로킷 맞물림 면들에 의해 맞물리는 체인 링크의 핀 축 사이의 거리에 의해 한정되는 피치 반경에 체인을 배치하기 위해 상기 중심 축으로부터 일정한 거리만큼 이격되는 상기 단계;
    상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 모방하는 루트 반경들 또는 피치 반경들의 시퀀스를 제공하기 위해 상기 체인을 맞무는 스프로킷 맞물림 면들을 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들에 제공하는 단계로서, 상기 감소는 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 360° 회전에 걸쳐 상기 스프로킷들의 외부에서 시작하는 적어도 하나의 반복하는 장력 이벤트가 있을 때 일어나며, 상기 장력 감소 스프로킷들 각각은 오더를 가지며, 상기 스프로킷 오더들, 피치 반경들 또는 루트 반경들의 상기 모방하는 시퀀스는 상기 스프로킷들이 공진 상태들에서 작동하는 체인과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷인 경우와 비교하여 공진 상태들에서 체인과 함께 작동될 때 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 효과가 있도록 조화되며, 상기 피치 또는 루트 반경들의 상기 모방하는 시퀀스 또는 평균 피치 반경들 또는 평균 루트 반경들로부터 나온 변화의 시퀀스의 푸리에 급수는 공진 상태들에서 상기 체인의 전체 장력 감소에 효과적인 피치 또는 루트 반경들의 상기 반복하는 패턴을 가지는 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 상기 오더의 진폭을 제공하며, 상기 모방하는 시퀀스는 상기 체인과 스프로킷 시스템에 부여된 장력들을 분배하며 상기 스프로킷이 스트레이트 스프로킷인 체인과 스프로킷 시스템의 최대 장력들과 비교하여 상기 체인에 가해진 최대 장력들을 감소시키는 상기 단계; 및
    상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0에서부터 20%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들을 서로에 대하여 배향하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 체인에 부여된 장력들을 분배하는 방법.
21. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 시스템과 관련된 상기 제1 공진 모드에서 약 0%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 상기 제2 공진 모드에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 상기 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키기 위한 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인에 부여된 장력들을 분배하는 방법.
22. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 아래의 방정식에 의해 한정된 평균 랩 각도에서 이들의 둘레에 둘러싸이는 상기 체인을 가지며
    랩 각도 = 360 N/오더 + 120/오더,
    여기서 N = 1, 2, ... 오더-1, 그리고 오더는 체인 및/또는 스프로킷의 외부에서 시작하는 장력 이벤트들의 결과로서 스프로킷 오더를 의미하며,
    상기 랩 각도, 피치 반경들의 상기 패턴 또는 시퀀스 및 상기 스프로킷의 오더는 상기 스프로킷이 공진 상태들에서 작동하는 체인과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷인 경우와 비교하여 공진 상태들에서 체인과 함께 작동될 때 상기 스프로킷의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 효과가 있도록 조화되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
23. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 아래의 방정식에 의해 한정된 평균 랩 각도에서 이들의 둘레에 둘러싸이는 상기 체인을 가지며
    랩 각도 = 360 N/오더 + 120/오더,
    여기서 N = 1, 2, ... 오더-1, 그리고 오더는 체인 및/또는 스프로킷의 외부에서 시작하는 장력 이벤트들의 결과로서 스프로킷 오더를 의미하며,
    상기 랩 각도, 피치 반경들의 상기 패턴 또는 시퀀스 및 상기 스프로킷의 오더는 상기 스프로킷이 공진 상태들에서 작동하는 체인과 함께 작동되는 스트레이트 스프로킷인 인 경우와 비교하여 공진 상태들에서 체인과 함께 작동될 때 상기 스프로킷의 작동 중에 최대 체인 장력들을 감소시키는데 효과가 있도록 조화되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
24. 체인과 스프로킷 시스템의 체인에 의해 피동 관계로 맞물리는데 적합한 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들에 있어서,
    상기 시스템은 상기 스프로킷들 이외의 공급원들로부터 나온 적어도 하나의 반복하는 장력 이벤트를 받으며, 각각의 상기 스프로킷들은 다른 하나의 스프로킷에 대하여 미리 결정된 배향으로 상기 스프로킷을 유지시키기 위해 배치되는 설치 커플링 및, 각각의 상기 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷인 시스템의 최대 체인 장력과 비교하여 상기 전체 최대 체인 장력을 감소시키기 위해 이런 스프로킷 배향에서 협력하여 효과가 있는 피치 반경들 또는 루트 반경들의 반복하는 패턴이나 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들.
25. 제24항에 있어서,
    상기 스프로킷들의 상기 배향과 루트 또는 피치 반경들의 상기 반복하는 패턴 또는 상기 시퀀스는 공진 상태들에서 상기 전체 최대 체인 장력을 협력하여 감소시키는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들.
26. 제24항에 있어서,
    각각의 스프로킷의 루트 반경들 또는 피치 반경들의 상기 반복하는 패턴 또는 상기 시퀀스는 각각의 상기 스프로킷들이 스트레이트 스프로킷인 시스템의 최대 체인 장력들과 비교하여 상기 시스템과 관련된 제1 공진 모드에서 약 0 내지 약 20%보다 더 크게 체인 장력들을 증가시키지 않으면서 상기 시스템과 관련된 제2 공진 모드에서 최대 체인 장력들을 감소시키기 위해 미리 결정된 스프로킷 배향에서 협력하여 유효한 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들.
27. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 공진 상태들에서 상기 최대 체인 장력을 감소시키는데 효과적인 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들.
28. 제27항에 있어서,
    상기 반복하는 패턴은 최소 피치 반경으로부터 최대 피치 반경까지 상승하며 그런 다음에 최대 피치 반경으로부터 최소 피치 반경까지 하강하는 피치 반경들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들.
29. 제24항에 있어서,
    각각의 스프로킷의 루트 반경들 또는 피치 반경들의 상기 시퀀스는 푸리에 급수를 가지는 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스로 반복하는 패턴을 모방하며, 상기 피치 또는 루트 반경들은 최대 체인 장력들을 감소시키기 위해 이런 미리 결정된 스프로킷 배향에서 협력하여 유효한 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들.
30. 제29항에 있어서,
    각각의 스프로킷의 루트 반경들 또는 피치 반경들의 상기 시퀀스는 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지는 동일한 오더의 스프로킷과 일치하는 스프로킷 오더의 진폭을 제공하는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들.
31. 적어도 하나의 구동 스프로킷과 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들을 가지는 체인과 스프로킷 시스템에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 공진에서 전체적인 최대 장력을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지거나, 상기 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스로 상기 반복하는 패턴을 모방하는 루트 반경들 또는 피치 반경들의 시퀀스를 가지며, 상기 감소는 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 360° 회전에 걸쳐 상기 스프로킷들의 외부에서 시작하는 적어도 하나의 반복하는 장력 이벤트가 있을 때 일어나며, 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 공진에서 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키데 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
32. 적어도 하나의 구동 스프로킷과 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들을 가지는 체인과 스프로킷 시스템에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 스트레이트 스프로킷들을 사용하는 시스템과 비교하여 전체적인 최대 장력을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 반복하는 패턴을 가지거나, 상기 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인의 전체 장력들을 감소시키는 루트 또는 피치 반경들의 시퀀스로 상기 반복하는 패턴을 모방하는 루트 반경들 또는 피치 반경들의 시퀀스를 가지며, 상기 장력 감소는 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들의 360° 회전에 걸쳐 상기 스프로킷들의 외부에서 시작하는 적어도 하나의 반복하는 장력 이벤트가 있을 때 일어나며, 상기 적어도 두 개의 장력 감소 스프로킷들은 상기 체인과 스프로킷 시스템의 외부에 있는 장력 공급원들로부터 나온 장력들을 감소시키데 효과적인 방식으로 서로에 대하여 배향되는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
33. 제32항에 있어서,
    하나의 장력 감소 스프로킷은 구동 스프로킷이며 적어도 하나의 장력 감소 스프로킷은 피동 스프로킷인 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
34. 제33항에 있어서,
    적어도 하나의 장력 감소 스프로킷은 상기 스프로킷의 회전과 함께 반복하는 듀얼 오더 피치 패턴들을 가지는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.
35. 제32항에 있어서,
    상기 장력 감소들은 밸브 타이밍, 체인 신장 및 스로틀 조건들의 범위에 걸쳐 일어나는 것을 특징으로 하는 체인과 스프로킷 시스템.

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