JP4584582B2 - 非真円駆動要素を有する同期駆動装置 - Google Patents
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Description
本明細書においては、特に断らない限り、周期的に変動する量の振幅という用語は、ピークからピークまでの振幅を意味する。
本発明の特徴は、本発明による装置に関連して本明細書に示されるが、このような特徴はまた、本発明による方法(すなわち、同期駆動装置を作動させる方法、又は、同期駆動装置を構成する方法)に関しても提供することができ、その逆も言えるということがわかる。
本発明の更に別の態様によれば、
(i)複数の係合部分を有する連続ループの細長い駆動構造体と、細長い駆動構造体の係合部分と係合するための複数の歯を有する第1のロータと細長い駆動構造体の係合部分と係合するための複数の歯を有する第2のロータとを少なくとも含む複数のロータと、第2のロータに連結された回転荷重アセンブリとを含む構成要素を組み立てる段階と、
(ii)細長い駆動構造体を駆動するように構成された第1のロータと、細長い駆動構造体によって駆動されるように構成された第2のロータとの周りに細長い駆動構造体を係合させる段階と、
を含み、
ロータのうちの一方は、後退部分と交互する少なくとも2つの突出部分を有する非真円プロフィールを有し、
回転荷重アセンブリは、回転駆動される時に周期的に変動する荷重トルクを与えるようになっており、
(iii)非真円プロフィールが回転荷重アセンブリの変動荷重トルクを低減するか又は実質的に相殺する逆に変動する補正トルクを第2のロータに付与するように、第2のロータの角度位置に対する非真円プロフィールの突出及び後退部分の角度位置と非真円プロフィールの偏心の大きさとを決定する段階、
を更に含む、同期駆動装置を構成する方法を提供することができる。
(i)非真円プロフィールが形成されたロータに隣接する細長い駆動構造体のスパンの周期的な伸長及び収縮によって逆に変動する補正トルクを生成するように非真円プロフィールを構成する段階、
を含み、
細長い駆動構造体は、非真円プロフィールが形成されたロータと第2のロータとの間に駆動スパンを有し、
駆動スパンは、非真円プロフィールが形成されたロータの緊張側に配置され、
(ii)駆動スパンの最大伸長が回転荷重アセンブリの変動荷重トルクのピーク値と一致する角度位置の+/−15度以内であるように非真円プロフィールの角度位置を調節することにより、非真円プロフィールの突出及び後退部分の角度位置を決定する段階、
を更に含む。
(i)同期駆動装置の所定の一組の選択された作動条件における回転荷重アセンブリの変動荷重トルクの振幅を測定する段階と、
(ii)駆動スパンの周期的伸長及び収縮に必要な振幅を以下の式:
L=T/rk、
L=上述の駆動スパンの周期的伸長及び収縮の振幅、
T=同期駆動装置の所定の一組の選択された作動条件における回転荷重アセンブリの変動荷重トルクの振幅、
r=第2のロータの半径、及び
k=dFを構造体の長さにおける長さの増加dLを生成するために要する力とする時にk=dF/dLで定義される細長い駆動構造体の剛性係数、
によって計算する段階と、
(iii)(a)非真円プロフィールの突出及び後退部分の円からの発散、及び(b)得られる駆動スパンの周期的伸長及び収縮の振幅の一連の値を実験的に関連付けるためのデータを生成して記録する段階と、
(iv)駆動スパンの周期的伸長及び収縮に必要な振幅を与える対応する偏心をデータから選択する段階と、
によって決定される。
すなわち、要約すると、本発明は、荷重アセンブリの変動荷重トルクを最も有利に相殺するか又は低減するような非真円プロフィールの偏心及びタイミングの正しい選択を提供する。
ここで、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を例示的に以下に説明する。
L=T/rk
ここで、
L=必要な駆動スパンの周期的伸長及び収縮の振幅、
T=最大振幅時に測定されたカムシャフト26の変動荷重トルクの振幅、
r=第2のロータ12の半径、及び
k=ベルト10の剛性係数。
剛性係数kは、式:k=dF/dLから求められ、dFは、構造体において長さの増加dLを生み出すために要する力である。
図7aは、丸いクランクシャフトスプロケットについてrpmによるエンジン速度に対する回転振動の角度によるカムシャフト捩れ振動の振幅を示す。図7bは、楕円形クランクシャフトスプロケットについてrpmによるエンジン速度に対する回転振動の角度によるカムシャフト捩れ振動の振幅を示す。図7bは、捩れ振動が大きく低減されることを示している。クランクシャフトに由来する捩れ振動のみが残存しており、共振は相殺されている。
図13は、楕円形クランクシャフトスプロケットに対するカムシャフト捩れ振動をスペクトル解析で示しており、x軸=調和次数、y軸=エンジンrpm、及びz軸=カムシャフト捩れ振動の振幅である。楕円形プロフィールにより2次の捩れ振動のみが除去される。図14に示すような一層複雑なプロフィールを使用することにより、2次及び4次の捩れ振動が同時に相殺されることになる。
加速度=力/質量
をもたらし、回転運動においては、
加速度=トルク/慣性力
をもたらす。普通の内燃機関においては、弁機構又はディーゼル燃料ポンプからのトルクが変動し、速度を変動させて角変位を変動させる(捩れ振動としても公知)。ベルトを引っ張る(適切な時に)楕円体クランクシャフトスプロケットを使用することにより、カムシャフトに作用する結合トルクがゼロであるような振幅及び位相を有する付加的なトルクを生成することができる。トルクが存在しないということは、ニュートンの第1法則により加速が存在しないことを意味する。加速が存在しないということは、速度の変動が存在しないことを意味し、これは、捩れ振動が存在しないことを意味する。
11 第1のロータ
12 第2のロータ
13、14、17 別のロータ
15、16 歯
20a 基準半径
26 内燃機関のカムシャフト
Claims (39)
- 複数の係合部分(15)を有する連続ループの細長い駆動構造体(10)と、
少なくとも第1及び第2のロータ(11、12)を含む複数のロータであって、前記第1のロータ(11)が、前記細長い駆動構造体(10)の前記係合部分(15)と係合するための複数の歯(16)を有し、前記第2のロータ(12)も、該細長い駆動構造体(10)の該係合部分(15)と係合するための複数の歯(16)を有する複数のロータと、
前記第2のロータ(12)に連結された回転荷重アセンブリ(26)とを、備え、
前記細長い駆動構造体は、前記第1及び第2のロータの周りに係合され、
前記第1のロータ(11)は、前記細長い駆動構造体(10)を駆動するように配置され、前記第2のロータ(12)は、該細長い駆動構造体(10)によって駆動されるように配置され、
前記ロータの一方は、後退部分(24、25)と交互する少なくとも2つの突出部分(22、23)を有する非真円プロフィール(19)を有し、
前記回転荷重アセンブリ(26)は、回転駆動される時に周期的に変動する荷重トルクを与えるようになっている同期駆動装置であって、
第2のロータ(12)における周期的変動荷重トルクの角度位置に対する非真円プロフィール(19)の突出及び後退部分の角度位置と、該非真円プロフィール(19)の偏心の大きさとは、該非真円プロフィールが、回転荷重アセンブリ(26)の変動荷重トルク(103)を低減するか又は実質的に相殺する逆の変動補正トルク(104)を前記第2のロータに付与するような角度位置及び大きさであり、
前記非真円プロフィール(19)は、該非真円プロフィール(19)が形成されたロータに隣接する前記細長い駆動構造体(10)のスパンの周期的な伸長及び収縮によって前記逆の変動補正トルクを生成するようになっており、
前記細長い駆動構造体は、前記非真円プロフィール(19)が形成されたロータの緊張側に駆動スパン(10A、10B)を有し、
前記非真円プロフィール(19)の前記角度位置は、前記駆動スパン(10A、10B)の最大伸長が前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルク(103)のピーク値と一致する角度位置の+/−15度以内である、
ことを特徴とする同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィール(19)の前記角度位置は、前記駆動スパン(10A、10B)の最大伸長が前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルク(103)のピーク値と一致する前記角度位置の+/−5度以内である、
請求項1に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィール(19)の前記角度位置は、前記駆動スパン(10A、10B)の最大伸長が前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルク(103)のピーク値と実質的に一致する角度位置である、
請求項1に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィールの偏心の大きさは、前記変動補正トルク(104)が、同期駆動装置の所定の一組の選択された作動条件における前記変動荷重トルク(103)の振幅の70%から110%の範囲の振幅を有するような大きさである、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の同期駆動装置。 - 前記範囲は、前記変動荷重トルク(103)の振幅の90%から100%の範囲から成る、
請求項4に記載の同期駆動装置。 - 前記変動補正トルク(104)の振幅は、前記変動荷重トルク(103)の振幅と実質的に等しい、
請求項4に記載の同期駆動装置。 - 前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルク(103)の振幅は、実質的に一定であり、
前記非真円プロフィール(19)の偏心の大きさは、前記変動補正トルク(104)が前記変動荷重トルク(103)の振幅の70%から110%の範囲の振幅を有するような大きさである、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の同期駆動アセンブリ。 - 前記範囲は、前記変動荷重トルク(103)の振幅の90%から100%の範囲から成る、
請求項7に記載の同期駆動装置。 - 前記変動補正トルク(104)の振幅は、前記変動荷重トルク(103)の振幅と実質的に等しい、
請求項7に記載の同期駆動装置。 - 前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルク(103)の振幅は変動し、
前記非真円プロフィール(19)の偏心の大きさは、前記変動補正トルク(104)が、前記変動荷重トルクが最大となるような条件において決定された時の該変動荷重トルクの振幅の70%から110%の範囲の振幅を有するような大きさである、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の同期駆動アセンブリ。 - 前記範囲は、前記変動荷重トルク(103)が最大となるような条件において決定された時の該変動荷重トルクの振幅の90%から100%の範囲から成る、
請求項10に記載の同期駆動装置。 - 前記変動補正トルク(104)の振幅は、前記変動荷重トルク(103)が最大となるような条件において決定された時の該変動荷重トルクの振幅と実質的に等しい、
請求項10に記載の同期駆動装置。 - 前記回転荷重アセンブリの前記変動荷重トルク(103)の振幅は変動し、
前記非真円プロフィール(19)の偏心の大きさは、前記変動補正トルク(104)が、同期駆動装置の固有共振周波数において決定された時の前記変動荷重トルク(103)の振幅の70%から110%の範囲の振幅を有するような大きさである、
請求項1から請求項3いずれか1項に記載の同期駆動アセンブリ。 - 前記範囲は、同期駆動装置の固有周波数において決定された時の前記変動荷重トルク(103)の振幅の90%から100%の範囲から成る、
請求項13に記載の同期駆動装置。 - 前記変動補正トルク(104)の振幅は、同期駆動装置の固有周波数において決定された時の前記変動荷重トルク(103)の振幅と実質的に等しい、
請求項13に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィール(19)の偏心の大きさは、次式、
L=T/rk、
L=前記駆動スパン(10A、10B)の周期的伸長及び収縮の振幅、
T=同期駆動装置の所定の一組の選択された作動条件における回転荷重アセンブリの変動荷重トルク(103)の振幅、
r=第2のロータの半径、及び
k=dFを構造体の長さにおける長さの増加dLを生成するために要する力としてk=dF/dLとして定義される細長い駆動構造体(10)の剛性係数、
で与えられる前記駆動スパンの周期的伸長及び収縮を生成するような大きさである、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の同期駆動装置。 - 前記作動条件は、前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルク(103)の振幅が実質的に一定であるような条件である、
請求項16に記載の同期駆動装置。 - 前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルク(103)の振幅は変動し、
T=前記変動荷重トルクが最大となる条件において決定された前記回転荷重アセンブリ(26)の該変動荷重トルクの振幅である、
請求項16に記載の同期駆動装置。 - 前記回転荷重アセンブリ(26)の前記変動荷重トルクの振幅は変動し、
T=同期駆動装置の固有共振周波数において決定された前記回転荷重アセンブリの前記変動荷重トルク(103)の振幅である、
請求項16に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィール(19)は、前記第1のロータ(11)上に設けられる、
請求項1から請求項19のいずれか1項に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィール(19)は、前記第2のロータ(12)上に設けられる、
請求項1から請求項20のいずれか1項に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィール(19)は、第3のロータ(14)上に設けられる、
請求項1から請求項20のいずれか1項に記載の同期駆動装置。 - 前記第3のロータ(14)は、前記連続ループの細長い駆動構造体(10)と接触するように強く押されたアイドラロータを含み、該細長い駆動構造体の係合部分(15)と係合するための複数の歯(16)を有する、
請求項22に記載の同期駆動装置。 - 前記第1のロータ(11)は、内燃機関に取り付けられた時は、クランクシャフトスプロケットを含む、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の同期駆動装置。 - 前記内燃機関は、ディーゼルエンジンであり、
前記回転荷重アセンブリ(26)は、回転燃料ポンプを含む、
請求項24に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィールの偏心の大きさは、前記変動補正トルク(104)が、前記燃料ポンプの最大供給条件において決定された時の前記変動荷重トルク(103)の振幅と実質的に等しい振幅を有するような大きさである、
請求項25に記載の同期駆動装置。 - 前記内燃機関は、ガソリンエンジンであり、
前記回転荷重アセンブリ(26)は、カムシャフトアセンブリを含む、
請求項24に記載の同期駆動装置。 - 前記カムシャフトアセンブリの前記変動荷重トルク(103)は、前記エンジンの回転範囲を通して実質的に一定であり、
前記変動補正トルク(104)の振幅は、前記変動荷重トルク(103)の振幅と実質的に等しい、
請求項27に記載の同期駆動装置。 - 前記非真円プロフィールは、該非真円プロフィール(19)が形成されたロータの中心から該非真円プロフィール(19)の突出部分(22、23)の中心をそれぞれ通過する少なくとも2つの基準半径(20A、20B)を有し、
前記非真円プロフィール(19)の前記角度位置は、該非真円プロフィール(19)を有するロータの周りに前記細長い駆動構造体(10)が巻き付けられた角度を二分割するベクトル(27)の方向である、該非真円プロフィール(19)が形成されたロータの基準方向(27)と関連付けられ、
前記非真円プロフィール(19)の前記角度位置はまた、前記回転荷重アセンブリの前記変動荷重トルクが最大の時に、基準半径(20A)の角度位置が、該非真円プロフィール(19)が形成されたロータの回転方向に取られた前記基準方向(27)から90°から180°の範囲内にあるような角度位置である、
請求項1から請求項28のいずれか1項に記載の装置。 - 前記基準半径(20A)の前記角度位置は、前記非真円プロフィールが形成されたロータの回転方向に取られた前記基準方向(27)から130°から140°の範囲内にある、
請求項29に記載の装置。 - 前記基準半径(20A)の前記角度位置は、前記非真円プロフィールが形成されたロータの回転方向に取られた前記基準方向(27)から実質的に135°である、
請求項29に記載の装置。 - 前記非真円プロフィール(19)は、ほぼ楕円形プロフィールである、
請求項1から請求項31のいずれか1項に記載の装置。 - 前記非真円プロフィール(19)は、前記ロータの周りに規則的に配置された3つの突出部分を有する、
請求項1から請求項31のいずれか1項に記載の装置。 - 前記非真円プロフィール(19)は、前記ロータの周りに規則的に配置された4つの突出部分を有する、
請求項1から請求項31のいずれか1項に記載の装置。 - 前記突出部分は、主要突出部分(22、23)を構成し、
前記後退部分は、主要後退部分(24、25)を構成し、
前記非真円プロフィール(19)は、前記回転荷重アセンブリ(26)によって与えられる副次的次数の変動荷重トルクを低減するか又は実質的に相殺するために前記第2のロータ(12)に付与されたトルクに付加的な小さい変動補正トルクパターンを生成するようになった、前記主要突出部分(22、23)よりも小さな程度の付加的な小突出部分を含む、
請求項1から請求項34のいずれか1項に記載の装置。 - 前記連続ループの細長い駆動構造体(10)は、歯付きベルトである、
請求項1から請求項35のいずれか1項に記載の装置。 - 前記連続ループの細長い駆動構造体(10)は、駆動チェーンである、
請求項1から請求項35のいずれか1項に記載の装置。 - 複数の係合部分(15)を有する連続ループの細長い駆動構造体(10)と、
少なくとも第1及び第2のロータ(11、12)を含む複数のロータであって、前記第1のロータ(11)が、前記細長い駆動構造体(10)の前記係合部分(15)と係合するための複数の歯(16)を有し、前記第2のロータ(12)も、該細長い駆動構造体(10)の該係合部分(15)と係合するための複数の歯(16)を有する複数のロータと、
前記第2のロータ(12)に連結された回転荷重アセンブリ(26)とを、備え、
前記細長い駆動構造体は、前記第1及び第2のロータの周りに係合され、
前記第1のロータ(11)は、前記細長い駆動構造体(10)を駆動するように配置され、前記第2のロータ(12)は、該細長い駆動構造体(10)によって駆動されるように配置され、
前記ロータの一方は、後退部分(24、25)と交互する少なくとも2つの突出部分(22、23)を有する非真円プロフィール(19)を有し、
前記回転荷重アセンブリ(26)は、回転駆動される時に周期的に変動する荷重トルクを与えるようになっている同期駆動装置であって、
前記非真円プロフィールは、該非真円プロフィール(19)が形成されたロータの中心から該非真円プロフィール(19)の突出部分(22、23)の中心をそれぞれ通過する少なくとも2つの基準半径(20A、20B)を有し、
前記非真円プロフィール(19)の前記角度位置は、該非真円プロフィール(19)を有するロータの周りに前記細長い駆動構造体(10)が巻き付けられた角度を二分割するベクトル(27)の方向である、該非真円プロフィール(19)が形成されたロータの基準方向(27)と関連付けられ、
第2のロータ(12)における周期的変動荷重トルクの角度位置に対する非真円プロフィール(19)の突出及び後退部分の角度位置と、該非真円プロフィール(19)の偏心の大きさとは、該非真円プロフィールが、回転荷重アセンブリ(26)の変動荷重トルク(103)を低減するか又は実質的に相殺する逆の変動補正トルク(104)を前記第2のロータに付与するような角度位置及び大きさであり、
前記非真円プロフィール(19)の前記角度位置は、前記回転荷重アセンブリの前記変動荷重トルクが最大の時に、基準半径(20A)の角度位置が、該非真円プロフィール(19)が形成されたロータの回転方向に取られた前記基準方向(27)から90°から180°の範囲内にあるような角度位置である、
ことを特徴とする同期駆動装置。 - 前記ロータが非円形プロフィールを有している、
請求項1ないし38の何れか1項に記載の同期駆動装置で使用されるロータ。
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