JP2018523774A - 電動位相可変器の遊星ギア用移動止め部 - Google Patents
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Abstract
クランクシャフトに対するカムシャフトの位相をスプリットリング遊星駆動により動的に調整する電動位相可変器を開示する。スプリットリング遊星駆動は、モータにより駆動される太陽ギアと、止歯を備える複数の遊星ギアと、クランクシャフトにより駆動される第1リングギアと、カムシャフトにより回転可能な第2リングギアを備えている。第1リングギアまたは第2リングギアの何れかがそれぞれ第1止め部および第2止め部を備えている。遊星ギアの止歯が第1リングギアまたは第2リングギアの何れかの第1止め部または第2止め部に作用すると、第1止め部または第2止め部に向かう第1方向または第2方向において位相可変器はそれ以上回転しない。【選択図】図1
Description
本発明は、位相可変器の分野に関するものである。より具体的には、電動位相可変器の遊星ギアの移動止め部に関する。
可変カムタイミング(VCT)は、エンジンの吸気バルブと排気バルブを制御する、ドライブシャフトと1つ以上のカムシャフト間の角度関係(位相)を、必要に応じて制御し変更することに関するプロセスである。閉ループVCTシステムでは、システムはカムシャフトと、カムシャフトが可動に接続されているクランクシャフトとの角変位(位相角度)を測定し、位相角度を変更して、出力増減のための要求に応えて様々なエンジン特性を調整する。典型的には、そのようなエンジン特性の所望の値を現在の値に対して測定したフィードバックループが設けられており、相違に対してエンジン内部で調整を行う。これを達成するため、現在の自動車では通常1つ以上の電子制御ユニット(ECU)を備えている。ECUは、例えば、排気ガスセンサ、圧力センサ、温度センサなどの、エンジンの様々なパーツや自動車の他のパーツから送られてくるデータを常時分析するものである。そしてそのようなデータに応じて制御信号が送られる。例えば、VCTシステムでは、エンジンや外界の状況に変化が起こった場合、カムシャフトとクランクシャフト間の角変位が適宜調整される。
VCTシステムは、時にフェイザとも呼ばれるカム位相可変器、制御バルブ、制御バルブアクチュエータ、および制御回路網を備えている。電動位相可変器(E−フェイザ)は、電動モータにより駆動され、ドライブシャフトと1つ以上のカムシャフト間の角度関係を制御し、変化させる。入力信号に応じて、電動位相可変器はカムシャフトを調整して、エンジンのタイミングを進めたり、遅らせたりする。
これらシステムは、高率の歯車列を有し、カムシャフトと同じ速度で回転するモータによりクランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させることが可能である。カムシャフトよりモータの回転の方が早い場合、位相可変器はクランクシャフトに対するカムシャフトの位相を一方向に変化させ、モータの速度が遅くなると、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相は他方に変化する。
ドライブシャフトと1つ以上のカムシャフト間の角関係を変更するために、位相可変器の移動を制御する必要があるが、リングギアの1つを他のリングギアに相対して止めると、遊星ギアが少々オーバーランし、遊星の歯がリングギアの歯と嵌ったり、遊星ギアの歯が2つのリングギアの間に挟まったりすることがある。太陽ギアを駆動するモータが遊星リングギアの歯をリングギアから外すのに十分なトルクを常に提供できるとは限らない。また、特定の複数の止め部において遊星の移動を止めるためにキャリアの移動を制限する構成も、遊星が移動する際にキャリアが一回を超過して回転することになるので、好ましくない。
スプリットリング遊星駆動により、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を動的に調整する電動位相可変器を開示する。該スプリットリング遊星駆動は:モータにより駆動される太陽ギアと、止歯を備えた複数の遊星ギアと、クランクシャフトにより駆動される第1リングギアと、カムシャフトにより回転可能な第2リングギアとを備えている。該第1または第2リングギアの何れかはそれぞれ第1および第2止め部を備えている。遊星ギアの止歯が第1リングギアまたは第2リングギアの何れかの第1止め部または第2止め部に作用すると、第1止め部または第2止め部に向かう第1方向または第2方向において位相可変器はそれ以上回転しない。
他の実施形態ではエンジンクランクシャフトに対する内燃エンジンのカムシャフトの回転関係を動的に調整する電動位相可変器を開示する。該電動位相可変器は、電動モータおよび;スプリットリングまたはリング遊星駆動を備えている。該スプリットリング遊星駆動は:回転駆動するキャリアと;該キャリアの周囲に配置され、複数の遊星歯と少なくとも1つの止歯を備えた遊星ギアと;第2シャフトにより駆動される第2リングギアであって、該第2リングギアを遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第2リングギア歯を備えた第2リングギアと;第1シャフトにより回転可能な第1リングギアであって、該第1リングギアを遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第1リングギア歯を備えた第1リングギアと;該第1リングギアまたは第2リングギアに設けられた止め部と;を備えている。電動モータがキャリアをエンジンクランクシャフトの速度より遅い速度で駆動する場合には、キャリアは遊星ギアを回転させ、それによりスプロケットリングギアとカムシャフトリングギアを異なる速度で回転させ、遊星ギアの止歯が止め部に作用するまでカムシャフトとエンジンクランクシャフト間の回転関係を調整し、スプリットリング遊星駆動の第1方向への回転を止め、スプリットリング遊星駆動が第1方向へそれ以上回転するのを防止する。電動モータがキャリアをエンジンクランクシャフトの速度より速い速度で駆動する場合には、キャリアは遊星ギアを回転させ、スプロケットリングギアとカムシャフトリングギアを異なる速度で回転させ、遊星ギアの止歯が止め部と作用するまでカムシャフトとエンジンクランクシャフト間の回転関係を調整して、スプリットリング遊星駆動が第2方向に回転するのを止め、第2方向にスプリットリング遊星駆動がそれ以上回転するのを防止する。
別の実施形態では、エンジンクランクシャフトに対する内燃エンジンのカムシャフトの回転関係を動的に調整する電動位相可変器を開示する。該電動位相可変器は:電動モータと;遊星駆動とを備えている。該遊星駆動は:回転駆動するキャリアと;該キャリアの周囲に配置され、複数の遊星歯と少なくとも1つの止歯を有し、クランクシャフトまたはカムシャフトに接続されている遊星ギアと;該クランクシャフトとカムシャフトの他方により駆動されるリングギアであって、該リングギアを遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数のリングギア歯を備えたリングギアと;該リングギアに設けられた止め部とを備えている。電動モータがキャリアをエンジンクランクシャフトの速度より遅い速度で駆動する場合には、キャリアは遊星ギアを回転させ、それによりスプロケットリングギアとカムシャフトリングギアを異なる速度で回転させ、遊星ギアの止歯が止め部に作用するまでカムシャフトとエンジンクランクシャフト間の回転関係を調整し、遊星駆動の第1方向への回転を止め、遊星駆動が第1方向へそれ以上回転するのを防止する。電動モータがキャリアをエンジンクランクシャフトの速度より速い速度で駆動する場合には、キャリアは遊星ギアを回転させ、スプロケットリングギアとカムシャフトリングギアを異なる速度で回転させ、遊星ギアの止歯が止め部と作用するまでカムシャフトとエンジンクランクシャフト間の回転関係を調整して、遊星駆動が第2方向に回転するのを止め、第2方向に遊星駆動がそれ以上回転するのを防止する。
別の実施形態では、第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整する遊星駆動を開示する。該遊星駆動は:回転駆動するキャリアと;該キャリアの周囲に配され、複数の遊星歯と少なくとも1つの止歯を備え、第1シャフトまたは第2シャフトに接続されている遊星ギアと;該第1シャフトと第2シャフトの他方により駆動されるリングギアであって、該リングギアを遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数のリングギア歯を備えたリングギアと;該リングギアに設けられた止め部とを備えている。遊星ギアの止歯が第1方向にて止め部と作用した時、第1方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第1方向にスプリットリング遊星駆動が回転することを防止する。遊星ギアの止歯が第2方向にて止め部と作用した時、第1方向の逆方向である第2方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第2方向に遊星駆動が回転することを防止する。
別の実施形態では、第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整するスプリットリング遊星駆動を開示する。該スプリットリング遊星駆動は:回転駆動するキャリアと;該キャリアの周囲に配置され、複数の遊星歯と少なくとも1つの止歯を備えた遊星ギアと;第2シャフトにより駆動される第2リングギアであって、該第2リングギアを遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数の第2リングギア歯を備えた第2リングギアと;第1シャフトにより回転可能な第1リングギアであって、該第1リングギアを該遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数の第1リングギア歯を備えた第1リングギアと;該第1リングギアまたは第2リングギアに設けられた止め部と、を備えている。遊星ギアの止歯が第1方向にて止め部と作用した時、第1方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第1方向にスプリットリング遊星駆動が回転することを防止する。遊星ギアの止歯が第2方向にて止め部と作用した時、第1方向の逆方向である第2方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第2方向に遊星駆動が回転することを防止する。
別の実施形態では、第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整するスプリットリング遊星駆動を開示する。該スプリットリング遊星駆動は:回転駆動するキャリアと;該キャリアの周囲に設けられ、複数の遊星歯と少なくとも1つの止歯を備えた遊星ギアと;第2リングギアであって、該第2リングギアを該遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数の第2リングギア歯を備えた第2リングギアと;第1シャフトにより回転可能な第1リングギアであって、該第1リングギアを該遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数の第1リングギア歯を備えた第1リングギアと;該第1リングギアまたは第2リングギアに設けられた止め部とを備えている。遊星ギアの止歯が第1方向にて止め部と作用した時、第1方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第1方向にスプリットリング遊星駆動が回転することを防止する。遊星ギアの止歯が第2方向にて止め部と作用した時、第1方向の逆方向である第2方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第2方向に遊星駆動が回転することを防止する。該遊星ギアは、共有遊星ギアであってもよいし、複合遊星ギアであってもよい。
別の実施形態では、第1シャフトと第2シャフトとの相対位相を調整する遊星駆動を開示する。該遊星駆動は:複数の遊星歯と少なくとも1つの止歯を備え、カップリングを介して該第1シャフトまたは第2シャフトに接続されている少なくとも1つの遊星ギアと;該第1シャフトと第2シャフトの他方により駆動されるリングギアであって、該リングギアを該遊星ギアの少なくとも一部の遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数のリングギア歯を備えたリングギアと;該リングギアに設けられた止め部とを備えている。遊星ギアの止歯が第1方向にて止め部と作用した時、第1方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第1方向にスプリットリング遊星駆動が回転することを防止する。遊星ギアの止歯が第2方向にて止め部と作用した時、第1方向の逆方向である第2方向における遊星駆動の回転は止まり、それ以上第2方向に遊星駆動が回転することを防止する。
電動位相可変器は、電動モータなどの電動アクチュエータを用いて、内燃エンジンのカムシャフトとエンジンクランクシャフトとの回転関係を動的に調整するものである。本発明の電動位相可変器は、電動モータにより駆動される遊星駆動システムを備えている。本遊星駆動システムは、中央に配置された太陽ギアと、該太陽ギアと係合している複数の遊星ギアとを備えている構成であってもよい。該遊星駆動システムは、エンジンクランクシャフトにより駆動されるスプロケットリングギアと、太陽ギアを中心としカムシャフトに接続されたカムシャフトリングギアとを備えたスプリットリング遊星駆動システムであってもよい。一実施形態において、遊星キャリアを設けて、遊星ギア同士を接続する構成であってもよい。遊星ギアは、遊星駆動システムの遊びを減らすようにそれぞれに対して搭載される。電動モータは、ブラシレスDCモータが好ましいが、ブラッシュを備えたDCモータや、ACモータ、ステッピングモータなどの他の形態のモータも使用可能であることは理解されよう。
カムシャフトリングギアとスプロケットリングギアでは歯数が違っている。カムシャフトリングギアは、太陽ギアがカムシャフトと異なる速度で回転した場合、この歯の差異のためスプロケットリングギアとは少し異なる速度で動く。
幾つかの実施形態では、電動モータが太陽ギアに接続されて、遊星ギアに相対して太陽ギアを駆動する。電動モータが太陽ギアをスプロケットリングギアと同じ速度で回転させる場合、クランクシャフトとカムシャフト間の位相位置は一定に保たれる。このような状況下では、遊星ギア機構は、太陽ギアと遊星ギア間、または遊星ギアとリングギア間の相対的移動が無いユニットとして回転する。電動モータの速度をスプロケットリングギア/カムシャフトリングギア/カムシャフトに対して調整すると、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相が調整される。電動モータがカムシャフトの速度より速い速度で太陽ギアを回転させる場合、位相可変器は遅角方向に移動する。電動モータがカムシャフトの速度より遅い速度で太陽ギアを回転させる場合、位相可変器は進角方向に移動する。
スプロケットリングギア、カムシャフトリングギア、遊星ギア、および太陽ギアが、好ましくは比較的低い電動モータの駆動トルクでも精確に位相角の調整ができるように高いギア比を有した遊星ギア駆動接続に配置されている。スプロケットリングギアは好ましくはスプロケットとエンドレスループ動力伝導チェーンを介してエンジンクランクシャフトにて駆動され、カムシャフトリングギアは好ましくはカムシャフトにより回転するように接続されている。
図1ないし図4、および図8に、遊星ギア歯18、20、22を備えた遊星ギア12、14、16と、中央に配置され、太陽ギア歯26を備えた太陽ギア24、およびスプロケットリングギア30とカムシャフトリングギア32を備えたスプリットリングギアとを備えたスプリットリング遊星駆動10を示す。なお、図1ないし図4ではキャリア38を図示していない。
リングギア30および32は、異なる数の歯34および36を有し、歯数の差異は、遊星ギア12、14、および16の数の倍数である。リングギア歯34および36は、リングギア30および32が遊星ギア12、14、および16と適切に噛み合えるような構成をしている。スプロケットリングギア30またはカムシャフトリングギア32の何れかが、少なくとも2つの止め部33および35を備えている。止め部33および35は、リングギアの外周の周りに間隔を開けて設けられており、第1方向および第2方向への位相可変器の移動の制限を定めるように間隔が開けられている。
遊星ギア12、14、および16は、大円(リングギア)内で回転する小円(遊星ギア)上の固定点の軌道により生ずる曲線である内サイクロイド曲線上を遊星ギア12、14、および16が移動するように太陽ギア24の周りをリングギア30および32の間で回転する。図7に、1つの遊星ギア14が、太陽ギア24の周りをリングギア30および32の間で移動する軌道を示す。遊星ギア14の1つの歯が位置1にて係合し、リングギア30および32の間で太陽ギア24の周囲を移動し、同じ歯が位置2、位置3、および位置4でリングギアと係合する。遊星ギア14の移動は最終的にはリングギア30および32の止め部35に当接する。図7に示すように、遊星ギア14は、リングギア30および32の止め部に遊星ギア14が当接する前にリングギア間で数回転する構成であってもよい。止め部と当接後、遊星ギア14は、その方向へはそれ以上回転することができず、逆方向にのみ回転することができる。よって、位相可変器は、最大進角状態または最大遅角状態に対応する位置に配置される。
遊星ギア12および14の少なくとも2つは、図5ないし図6に示すようにギア12、14の表面に搭載された止歯43、45を備えている。止歯43、45がスプロケットリングギア30またはカムシャフトリングギア32の何れかに設けられた止め部33、35と当接すると、位相可変器のスプリットリングギア遊星駆動10の動きは止まる。遊星ギア12、14、16は遊星キャリア38によりそれぞれに対して一定の関係に保持される。遊星キャリア38は、遊星キャリア38に遊星ギア12、14、16を接続するピンを受容している。遊星ギア12、14、16はピン11、13、15を軸にして回転する。
2つの遊星ギア12、14が止歯43、45をそれぞれ有する構成が図示されているが、1つの遊星ギアだけがスプロケットリングギア30またはカムシャフトリングギア32の何れかの止め部に当接する止歯を有する構成であってもよい。1つの止め部をスプロケットリングギア30またはカムシャフトリングギア32の何れかに設ける構成であってもよい。図15に、スプロケットリングギア30またはカムシャフトリングギア32の何れかに設けられた1つの止め部に当接し、それにより第1方向と第2方向の移動の制限を定める、1つの遊星ギア12に設けた1つの止歯43の軌道を示す。
図8に示すように、エンジンクランクシャフト50は、タイミングチェーン52によりスプロケット54を介してスプリットリングギア30に回転可能に係合し、エンジンカムシャフト56はカムシャフトリングギア32に回転可能に係合している。電動モータ58は出力シャフト60により太陽ギア24と回転可能に係合している。太陽ギア24が何れかのリングギア30、32と同じ速度で軸62を中心に電動モータ58により回転する時、両方のリングギア30、32が一緒に回転するので、カム位相位置は一定に保たれる。太陽ギア24が電動モータ58によりリングギア30、32とは異なる速度で駆動される場合、一方のリングギアと他方のリングギア間に若干の速度の差により、カム位相シフト機能が得られる。このようにして、非常に高い数値的比率が得られ、カムシャフト56に対するクランクシャフト50の基準の回転関係からプラスまたはマイナスの方向にカムシャフト56の位相が調整される。
位相可変器は、エンジンの燃料効率を向上するため、または負荷時または加速時により大きな動力を供給するために、エンジンクランクシャフト50に対するカムシャフト56の回転関係を動的に調整するのに好適に使用される。好ましくは一方がクランクシャフト50に設けられ、もう一方がカムシャフト56に設けられたセンサ64、65が、モータ制御部66へのフィードバック部として使用され、ある時点で最適なエンジン効率を得るには必要ならばどれくらいの調整が望ましいかを決定するためにクランクシャフト50に対するカムシャフト56の現在位置を測定する構成が好ましい。
図1は電動位相可変器の図であり、スプロケットリングギア30の第1止め部33と当接して第1止め位置に向かう第1方向への位相可変器の移動を制限する遊星ギア12の1つを示すものである。この位置では、遊星ギア12の第1止歯45がスプロケットリングギア30の第1止め部33と当接し、スプロケットリングギア30や遊星ギア12、14、16および太陽ギア24がそれ以上回転することを防ぐ。もう1つの遊星ギア14に設けられた第2止歯43はスプロケットリング30と当接しない。
図2は、太陽ギアの第1回転後の電動位相可変器を示す概略図である。リングギア30、32には反時計回りに回転し、太陽ギア24は時計回りに回転し、遊星ギア12、14、16は、反時計回りに回転する。遊星ギア12、14の止歯の何れもが、スプロケットリングギア30の第1止め部33と第2止め部35に当接しない。遊星ギア12、14は、遊星ギア12、14の止歯43、45が、位相可変器の移動制限まで、スプロケットリングギア30の止め部33、35に並んだり当接したりしないような回転をする。この図では、太陽ギアがリングギア30、32と同じ速度でモータ58にて駆動され、位相位置を保持する構成でもよく、または、太陽ギアがモータ58に駆動されて、リングギア30、32と異なる速度で駆動され、位相可変器を進角または遅角させ、カムシャフトとエンジンクランクシャフトの回転関係を変化させる構成でもよい。
図3は、太陽ギアの第2回転後の電動位相可変器を示す概略図である。図2と同様に、遊星ギア12、14の止歯の何れもがスプロケットリングギア30の第1止め部33と第2止め部35と当接しない。リングギア30は、遊星ギア14の止歯43が回転し続け、スプロケットリングギア30の止め部35と当接しないような回転をする。止歯45は、止め部33、35の何れとも係合しない。この図では、太陽ギアはモータ58に駆動されて、リングギア30、32と同じ速度で駆動され、位相位置を保持する構成でもよく、または、太陽ギアはモータ58で駆動されてリングギア30、32とは異なる速度で駆動され、位相可変器を進角または遅角させてカムシャフトとエンジンクランクシャフト間の回転関係を変える構成でもよい。
図4は、上記電動位相可変器の概略図であり、別の遊星ギアがリングギアの第2止め部に当接して、第2止め位置に向かう第2方向における該位相可変器の移動を制限している様子を示すものである。この位置では、スプロケットリングギア30の第2止め部35と遊星ギア14の第2止歯43が当接することにより、スプロケットリングギア30、遊星ギア12、14、16、および太陽ギア24がそれ以上回転することを防ぐ。他の遊星ギア12の第1止歯45は、スプロケットリングギア30とは当接しない。なお、第2止め部35から第2止歯43を有する遊星ギア14を離したり、遠ざけたりするためには、遊星ギアは時計回りに回転する必要があり、リングギアは時計回りに回転する必要があり、太陽ギアは遊星駆動と回転方向とは逆に反時計回りに回転して、第2方向にて第2止め部に達する。
別の実施形態では、電動位相可変器は、電動モータなどの電動アクチュエータを用いてエンジンクランクシャフトに対する内燃エンジンのカムシャフトの回転関係を動的に調整する。本発明の電動位相可変器は、電動モータにより駆動される遊星駆動システムを備えている。遊星駆動システムは、キャリアと少なくとも1つの遊星ギアとを備えた構成であってもよい。キャリアは、電動モータにて駆動される偏心軸であってもよい。
遊星駆動システムは、エンジンクランクシャフトと、カムシャフトに接続されたキャリアと同心のカムシャフトリングギアとにより駆動されるスプロケットリングギアを備えたスプリットリング遊星駆動システムであってもよい。
または、遊星駆動システムは、エンジンクランクシャフトまたはカムシャフトに接続された1つのリングギアと、カップリングを介してエンジンクランクシャフトとカムシャフトの他方に接続された遊星ギアとを備えた構成であってもよい。カップリングは、オルダムカップリング、またはフレキシブルカップリング、またはこの分野において同心ではない軸を接続するものとして公知のカップリングの何れかであってもよい。
この場合の遊星ギアとリングギアの歯数の差異は、小さいものであってもよく、1であってもよい。
電動モータが偏心軸を回転させ、それにより遊星キャリアをリングギアまたはスプロケットリングギアと同じ速度で回転させる場合、クランクシャフトとカムシャフト間の位相位置が一定に保たれる。これらの状況下において、遊星ギア機構は、遊星キャリアと遊星ギア間または遊星ギアとリングギア間の相対移動がないユニットとして回転する。スプロケットリングギア/カムシャフトリングギア/リングギア/カムシャフトに対する電動モータの速度を調整すると、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相が調整される。電動モータが偏心シャフトを回転し、それにより遊星キャリアをカムシャフトより速い速度で回転させる場合、位相可変装置は、スプロケットリングギアに対するモータとカムシャフト間のギア配給量(gear ration)の印で示した方向に動く。正のギア比では、位相可変器を進角させ、負のギア比では位相可変器を遅角させる。
図9ないし図10に他の実施形態の遊星駆動100を示す。
本実施形態では、太陽ギアが設けられていない。遊星ギア112は、遊星ギア歯118と止歯145を備えている。遊星ギア112は、カップリング(図示せず)を介してカムシャフトまたはエンジンクランクシャフトの何れかに直接接続されている構成であってもよい。遊星ギア112は、偏心軸であってもよいキャリア124に搭載されている。ベアリング114を遊星ギア112とキャリア124の間に設け、遊星ギア112がキャリア124を軸にして回転できるようにしてもよい。
遊星ギア118とキャリア124を、カムシャフトおよびエンジンクランクシャフトの他方に接続されたリングギア130が受ける。リングギア130は、遊星ギア112がキャリア124を軸にして回転すると遊星ギア歯118とかみ合うリングギア歯132を有する。なお、遊星ギア歯118が一度にかみ合うのは、リングギア歯130の一部のみである。
遊星ギア112は、大円(リングギア)内で回転する小円(遊星ギア)上の固定点の軌道により生ずる曲線である内サイクロイド曲線上を遊星ギア112が移動するように遊星キャリア124の周りをリングギア130の間で回転する。止歯145が進角軌道時または遅角軌道時にリングギア間を移動する軌道を図11のグラフに示す。進角軌道は実線で、遅角軌道は点線で示す。
リングギア130を1つだけ図示しているが、第1群の歯を備えたカムシャフトリングギアと、それとは別の群の歯を備えたスプロケットリングギアとを備えたスプリットリングギアを備えている構成も本発明の範囲にふくまれている。スプロケットリングギアは、スプロケットとエンドレスループ動力伝導チェーンを介してエンジンクランクシャフトにより軌道される構成が好ましく、また、カムシャフトリングギアはカムシャフトにより回転するように接続されている構成が好ましい。遊星ギア112はモータ駆動のキャリアに搭載されていてもよい。
遊星ギア112は1つだけ図示しているが、その他にも遊星ギアが設けられていてもよい。例えば、遊星ギアは、回転軸を共有し、お互いに固定されている異なる半径と歯数の別々のギア歯を備えた複合型遊星であってもよい。
なお、図9ないし図10は、遊星ギアに固定された止め部の軌道を固定の外側リングから見たものである。
図10は、ストップ位置に近づき、遅角方向への移動を制限する遊星ギア112の止歯145を示す図である。遊星ギア112の止歯145は、遊星ギア112が反時計回りに回転するとリングギア130の止め部133と当接し、リングギア130や遊星ギア112、キャリア124がそれ以上回転するのを防ぐ。よって、遊星ギア112の回転は、逆方向の時計回り方向に進まなければならなくなる。
図9は、リングギア130の止め部133を通過した遊星ギア112の止歯145を示す図である。遊星ギア112が進角軌道で回転しない場合は、遊星ギア112は、時計周りに回転し、キャリア124は反時計回りに回転し、リングギア130は時計回りに回転する。遊星ギア112の止歯145は、リングギア130の止め部133に当接しない。遊星ギア112は、位相可変器の移動制限まで、リングギア130の止め部133に遊星ギア112の止歯145が並んだり当接したりせずに回転する。この図では、キャリア124は、モータ(図示せず)によりリングギア130と同じ速度で駆動され、位相可変器の位置を保持する構成であってもよく、または、キャリアは該モータによりリングギア130と異なる速度で駆動され、位相可変器を進角または遅角して、カムシャフトとエンジンクランクシャフト間の回転関係を変化させる構成であってもよい。位相可変器を遅角するためリングギア130と異なる速度でキャリアが回転している場合、遊星ギア112の止歯145は、遅角方向の移動制限位置にてリングギア130の止め部133と当接する。
リングギアに止め部1つのみ設けられている構成を図示しているが、図1ないし3に示すようにリングギアまたは複数のリングギアに2つ以上の止め部を設け、偏心軸であってもよいキャリアに搭載された1つの遊星ギアに対して用いられる構成でもよい。
図12は、他の実施形態の遊星システムに設けられた止め部の配置の概略図である。本実施形態の遊星システムは、少なくとも1つの複合遊星212を有する。複合遊星は、ギア歯、歯の直径や数において異なるが、同じ回転軸を共有しお互いに固定されている第1部分と第2部分とを有した構成であってもよい遊星である。複合遊星212は第1歯群と第1止め部245を備えた第1部分214と、第2歯群と第2止め部242を備えた第2部分216とからなる。複合遊星212は、モータ(図示せず)により駆動されるキャリア258に搭載されている。複合遊星212の第2部分216の周りには、クランクシャフトまたは第2シャフト254に接続されたスプロケットリングギア230が設けられている。複合遊星212の第1部分214の周りにはカムシャフトリングギア232が設けられている。カムシャフトリングギア232はカムシャフトまたは第1シャフト256に接続されている。
リングギア230と232は、複合遊星ギア212の第1部分214および第2部分216と適切にリングギア230および232が噛み合うような構成の歯を異なる歯数で有している。
複合遊星212と、カムリングギア232とスプロケットリングギア230それぞれの間に止め部242、245、240、および243が図示されているが、止め部は両方ともカムリングギアまたはスプロケットリングギアに設けた構成であってもよい。止め部240および242は、リングギアの外周の周りに間隔を開けて設けられており、第1方向および第2方向への位相可変器の移動の制限を定めるように間隔が開けられている。
複合遊星ギア212の第1部分214と第2部分216は、キャリア258により駆動され、図11に示すように、大円(リングギア)内で回転する小円(遊星ギア)上の固定点の軌道により生ずる曲線である内サイクロイド曲線上を移動する。図11に示すように、始点と終点は同じである。遊星ストップ軌道は、図11の点線により図示されているが、第1方向では位置Bにて止まり、第2方向では位置Aにて止まる複合遊星ギア212の移動を示している。
モータがキャリア258を駆動し、リングギア230および232と異なる速度で回転させた場合、一方のリングギアと他方のリングギア間の速度に若干の差により、カム位相シフトの機能が得られる。このようにして、非常に高い数値比を得ることができ、カムシャフト256は、クランクシャフトのカムシャフト256に対する基準の回転関係から進角または遅角される。
図13は、さらに他の実施形態の他の遊星システムの止め部の配置の概略図である。
本実施形態の遊星システムは、少なくとも1つの共有遊星312を備えている。該共有遊星312の第1部分316は、スプロケットリングギア330に結合され、該遊星312の第2部分314はカムシャフトリングギア332と結合している。第1止め部342は、スプロケットリングギア330と結合している共有遊星312の第1部分316に配置されている。第2止め部340は、スプロケットリングギア332に配置されている。共有遊星312は、モータ(図示せず)により駆動されるキャリア358に搭載されている。共有遊星312の第2部分316の周りには、クランクシャフトまたは第2シャフト354に接続されたスプロケットリングギア330が設けられている。共有遊星312の第1部分314の周りにはカムシャフトリングギア332が設けられている。カムシャフトリングギア332は、カムシャフトまたは第1シャフト356に接続されている。
リングギア330および332は、共有遊星ギア312の第1部分314および第2部分316にリングギア330および332が適切に噛み合うような構成の歯を異なる歯数で備えている。
スプロケットリングギア330の外周の周りに間隔を開けて設けられている止め部340および324、共有遊星ギア312の止め部342は、第1方向と第2方向への位相可変器の移動の制限を定めるように間隔が開けられている。
共有遊星ギア312の第1部分314と第2部分316は、キャリア358により駆動され、図11に示すように、大円(リングギア)内で回転する小円(遊星ギア)上の固定点の軌道により生ずる曲線である内サイクロイド曲線上を移動する。遊星ストップ軌道は、図11の点線によって示され、第1方向では位置Aで止まり、第2方向では位置Bで止まる共有遊星ギア312の移動を示している。
モータがキャリア358を駆動し、リングギア330および332と異なる速度で回転させる場合、一方のリングギアと他方のリングギアとの間の速度の若干の差異によりカム位相のシフト機能が得られる。このようにして、非常に高い数値比を得ることができ、カムシャフト356は、クランクシャフト354のカムシャフト356に対する基準の回転関係から進角または遅角される。
図14は、他の実施形態の他の遊星システムの止め部の配置の概略図である。
本実施形態の遊星システムは、少なくとも1つの遊星412を備えている。遊星412の第1部分416は、リングギア430と結合している。リングギアが1つだけ設けられているので、カップリング475は、カムシャフトを遊星412に接続する。カップリング475は、オルダムカップリング、またはフレキシブルカップリング、またはこの分野において同心ではない軸を接続するものとして公知のカップリングの何れかであってもよい。
第1止め部442は、リングギア430に接続する遊星412の第1部分に配置されている。第2止め部440は、リングギア430に設けられている。遊星412は、モータ(図示せず)に駆動されるキャリア458に搭載されている。リングギア430の外周に間隔を開けて設けられている止め部440、遊星ギア412の止め部442は、第1方向と第2方向への位相可変器の移動の制限を定めるように間隔を開けて配置されている。
遊星ギア412の第1部分416は、キャリア458により駆動され、図11に示すように、大円(リングギア)内で回転する小円(遊星ギア)上の固定点の軌道により生ずる曲線である内サイクロイド曲線上を移動する。遊星ストップ軌道は、図11の点線にて示され、第1方向では位置Aで止まり、第2方向では位置Bで止まる遊星ギア412の移動を示している。
モータがキャリア458を駆動して、リングギア430と異なる速度で回転させる場合、一方のシャフトに接続されたリングギア430と共有遊星ギア412に接続された他方のシャフトとの速度の若干の差異によりカムシャフトシフト機能が得られる。このようにして、非常に高い数値比を得ることができ、カムシャフト456は、クランクシャフト454のカムシャフト456に対する基準の回転関係から進角または遅角される。
なお、本明細書に記載された本発明の実施形態は本発明の原理の使用を説明するためだけのものである。説明された実施形態の詳細についての本明細書中の言及は、権利請求の範囲の範囲を限定するものと解釈されるものではなく、権利請求の範囲自体が本発明にとって重要なものと考えられる構成を記載するものである。
Claims (15)
- 第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整するスプリットリング遊星駆動であって:
太陽軸を中心に回転駆動され、複数の太陽ギア歯を備えた太陽ギアと;
上記太陽ギアの周囲に配置された複数の遊星ギアであって、それぞれ該遊星ギアを上記太陽ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数の遊星歯を備え、少なくとも1つの遊星ギアが少なくとも1つの止歯を有している複数の遊星ギアと;
第2シャフトにより駆動される第2リングギアであって、該第2リングギアを各遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第2リングギア歯を備えた第2リングギアと;
第1シャフトにより回転可能な第1リングギアであって、該第1リングギアを各遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第1リングギア歯を備えた第1リングギアと;
該第1リングギアまたは第2リングギアに設けられた少なくとも1つの第1止め部と、を備え;
上記遊星ギアの少なくとも1つの上記少なくとも1つの止歯が上記第2リングギアまたは第1リングギアの少なくとも1つの第1止め部と第1方向にて作用すると、該スプリットリング遊星駆動は第1方向への回転が止まり、該スプリットリング遊星駆動がそれ以上第1方向に回転することを防止し;
上記遊星ギアの少なくとも1つの上記少なくとも1つの止歯が上記第2リングギアまたは第1リングギアの少なくとも1つの第1止め部と第2方向にて作用すると、該スプリットギア遊星駆動は第1方向の逆方向である第2方向への回転が止まり、該スプリットリング遊星駆動がそれ以上第2方向に回転することを防止するスプリットリング遊星駆動。 - 請求項1のスプリットリング遊星駆動であって、上記複数の遊星ギアにより回転可能であり、ピンを介して該遊星ギアと接続されている遊星キャリアを更に備えているスプリットリング遊星駆動。
- 請求項1のスプリットリング遊星駆動であって、上記第1シャフトはカムシャフトであり、上記第2シャフトはクランクシャフトであるスプリットリング遊星駆動。
- 内燃エンジンのカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的に調整する電動位相可変器であって:
電動モータと;
スプリットリング遊星駆動を備え、該スプリットリング遊星駆動は:
上記電動モータに接続され、上記電動モータにより太陽軸を中心に回転する太陽ギアであって、複数の太陽ギア歯を備えた太陽ギアと;
上記太陽ギアの周りに配された複数の遊星ギアであって、それぞれ該遊星ギアを上記太陽ギア歯にかみ合った係合に留める複数の遊星ギアを備え、ピンを中心にして回転可能な複数の遊星ギアと;
上記エンジンクランクシャフトにより駆動されるスプロケットリングギアであって、該スプロケットリングギアを上記遊星ギアのそれぞれの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数のスプロケットリングギア歯を備えたスプロケットリングギアと、
上記カムシャフトと回転可能なカムシャフトリングギアであって、該カムシャフトリングギアを上記遊星ギアのそれぞれの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数のカムシャフトリングギア歯を備えたカムシャフトリングギアと;
上記スプロケットリングギアまたは上記カムシャフトリングギアに設けられた第1止め部と;
上記スプロケットリングギアまたは上記カムシャフトリングギアに設けられた第2止め部と、を備え;
上記電動モータが上記太陽ギアを上記エンジンクランクシャフトの速度より遅い速度で駆動すると、上記太陽ギアは上記複数の遊星ギアを回転させ、上記スプロケットギアと上記カムシャフトリングギアが異なる速度で回転し、上記遊星ギアの1つの止歯が上記第1止め部に作用するまで上記カムシャフトと上記エンジンクランクシャフト間の回転関係を調整し、上記スプリットリング遊星駆動の第1方向への回転を止め、上記スプリットリング遊星駆動が第1方向にそれ以上回転することを防止し;
上記電動モータが上記エンジンクランクシャフトの速度より速い速度で上記太陽ギアを駆動すると、上記太陽ギアは上記複数の遊星ギアを回転させ、上記スプロケットギアと上記カムシャフトリングギアが異なる速度で回転し、上記遊星ギアの1つの止歯が上記第2止め部に作用するまで上記カムシャフトと上記エンジンクランクシャフト間の回転関係を調整し、上記スプリットリング遊星駆動の第2方向への回転を止め、上記スプリットリング遊星駆動が第2方向にそれ以上回転することを防止する電動位相可変器。 - 請求項4の電動位相可変器であって、カムシャフトリングギア歯の総数はスプロケットリングギア歯の総数と異なる電動位相可変器。
- 請求項4の電動位相可変器であって、上記複数の遊星ギアにより回転可能でありピンを介して上記遊星ギアと接続されている遊星キャリアを更に備えている電動位相可変器。
- 請求項4に記載の電動位相可変器であって、であって、上記回転関係は、上記カムシャフトと上記エンジンクランクシャフト間の位相角である電動位相可変器。
- 第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整するスプリットリング遊星駆動であって:
太陽軸を中心に回転駆動され、複数の太陽ギア歯を備えた太陽ギアと;
上記太陽ギアの周囲に配置された複数の遊星ギアであって、それぞれ該遊星ギアを上記太陽ギア歯とかみ合った係合状態に保つ複数の遊星歯を備え、少なくとも2つの遊星ギアが止歯を有している複数の遊星ギアと;
上記第2シャフトにより駆動される第2リングギアであって、該第2リングギアを各遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第2リングギア歯を備えた第2リングギアと;
第1シャフトにより回転可能な第1リングギアであって、該第1リングギアを各遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第1リングギア歯を備えた第1リングギアと;
上記第2リングギアまたは上記第1リングギアに設けられた第1止め部と;及び
上記第2リングギアまたは上記第1リングギアに設けられた第2止め部と、を備え;
上記遊星ギアの1つの止歯が上記第1止め部に作用すると、第1方向における該スプリットギア遊星駆動の回転が止まり、該スプリットリング遊星駆動がそれ以上第1方向に回転することが防止され;
上記遊星ギアの1つの止歯が上記第2止め部に作用すると、第1方向の逆方向である第2方向における該スプリットリング遊星駆動の回転が止まり、該スプリットリング遊星駆動がそれ以上第2方向に回転することが防止されるスプリットリング遊星駆動。 - 請求項8のスプリットリング遊星駆動であって、上記第1止め部と上記第2止め部は上記第2リングギアに設けられているスプリットリング遊星駆動。
- 請求項8のスプリットリング遊星駆動であって、上記第1止め部と上記第2止め部は上記第1リングギアに設けられているスプリットリング遊星駆動。
- 第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整するスプリットリング遊星駆動であって:
回転駆動されるキャリアと;
上記第1シャフトまたは第2シャフトに接続され、上記キャリアの周囲に配置され、複数の遊星ギアと少なくとも1つの止歯を備えた遊星ギアと;
上記第2シャフトにより駆動される第2リングギアであって、該第2リングギアを上記遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第2リングギア歯を備えた第2リングギアと;
上記第1シャフトにより回転可能な第1リングギアであって、該第1リングギアを上記遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第1リングギア歯を備えた第1リングギアと;及び
上記第1リングギアまたは上記第2リングギアに設けられた少なくとも1つの第1止め部と、を備え;
上記遊星ギアの少なくとも1つの止歯が第1方向において上記第1リングギアまたは第2リングギアに設けられた少なくとも1つの第1止め部に作用すると、第1方向における該遊星駆動の回転が止まり、該スプリットリング遊星駆動がそれ以上第1方向に回転することが防止され;
上記遊星ギアの少なくとも1つの止歯が第2方向において上記第1リングギアまたは第2リングギアに設けられた少なくとも1つの第1止め部に作用すると、第1方向の逆方向である第2方向における該スプリットリング遊星駆動の回転が止まり、該遊星駆動がそれ以上第2方向に回転することが防止されるスプリットリング遊星駆動。 - 請求項11のスプリットリング遊星駆動であって、上記キャリアは偏心軸であるスプリットリング遊星駆動。
- 第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整するスプリットリング遊星駆動であって:
入力シャフトと;
上記入力シャフトを駆動する電動モータと;
止歯と複数の遊星歯とを備えた少なくとも1つの遊星ギアと;
上記第2シャフトにより駆動される第2リングギアであって、該第2リングギアを上記遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第2リングギア歯を備えた第2リングギアと;
上記第1シャフトにより回転可能な第1リングギアであって、該第1リングギアを上記遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数の第1リングギア歯を備えた第1リングギアと;及び
上記第1リングギアまたは上記第2リングギアに設けられた止め部と、を備え;
遊星ギアの上記止め部が上記第1リングギアまたは上記第2リングギアに設けられた上記止め部に第1方向において作用すると、第1方向における該スプリットリング遊星駆動の回転が止まり、該スプリットリング遊星駆動がそれ以上第1方向に回転することが防止され;
遊星ギアの上記止め部が上記第1リングギアまたは上記第2リングギアに設けられた上記止め部に第2方向において作用すると、第1方向の逆方向である第2方向における該遊星駆動の回転が止まり、該遊星駆動がそれ以上第2方向に回転することが防止される、スプリットリング遊星駆動。 - 請求項13の遊星駆動であって、上記少なくとも1つの遊星ギアは複合遊星ギアである遊星駆動。
- 第1シャフトと第2シャフトの相対位相を調整する遊星駆動であって:
回転駆動されるキャリアと;
上記キャリアの周囲に配置され、少なくとも1つの止歯と複数の遊星歯とを備え、上記第1シャフトまたは上記第2シャフトに接続された遊星ギアと;
上記第1シャフトと第2シャフトの他方により駆動されるリングギアであって、該リングギアを上記遊星ギアの遊星ギア歯とかみ合った係合状態に留める複数のリングギア歯を備えているリングギアと;
該リングギアに設けられた少なくとも1つの止め部と、を備え;
上記遊星ギアの止歯が第1方向において止め部に作用すると、第1方向における該遊星駆動の回転が止まり、該遊星駆動がそれ以上第1方向に回転することが防止され;
上記遊星ギアの止歯が第2方向において上記止め部に作用すると、第1方向の逆方向である第2方向における該遊星駆動の回転が止まり、該遊星駆動がそれ以上第2方向に回転することが防止される遊星駆動。
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