(57)【要約】  本発明は、内燃機関のガス交換弁を制御するカムシャフト１の回転角の連続的な位相シフト用であり、駆動要素、特にチェーンまたはベルトに関連する制御装置に関する。  制御装置は、外部リング歯車４、入力要素６、３４、および外部ディスク１２の３つの入力／出力を有する減速ギヤボックス３に結合している電気制御モータ２を備え、外部リング歯車４は前記駆動要素によって支持されており、前記出力ディスク１２はカムシャフト１に固定されている。この制御装置は、電気モータ２のステータ１８の内側に単一シャフト８を備え、前記単一シャフト８は減速ギヤボックスの入力要素６、３４と電気モータ２のロータ１６を支持する。【選択図】  図１ａ
2019517635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のガス交換弁を制御するカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用であり、駆動要素、特にチェーンまたはベルトに関連する制御装置であって、
前記制御装置は、外部リング歯車に対して固定されたステータ（１８）を有するブラシレス電気制御モータ（２）を備え、
前記モータは、前記外部リング歯車（４）、入力要素（６、３４）、および出力ディスク（１２）の３つの入力／出力を有する減速ギヤボックス（３）と結合しており、
前記外部リング歯車（４）は前記駆動要素によって駆動され、
前記出力ディスク（１２）は前記カムシャフト（１）に固定されており、
前記制御装置は、前記電気モータ（２）の前記ステータ（１８）の内側に単一シャフト（８）を含み、
前記電気モータは、前記単一シャフト（８）が前記電気モータ（２）のロータおよび前記減速ギヤボックスの前記入力要素（６、３４）を支持するように前記単一シャフト（８）に固定された前記ロータ（１６）を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記減速ギヤボックス（３）はトロコイド型の減速ギヤボックスであり、前記単一シャフト（８）の軸はトロコイド型の減速を可能にする偏心器を支持することを特徴とする、請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項３】
前記外部リング歯車（４）はその内表面に前記偏心器に取り付けられた１以上の歯車（６）と噛み合う管状の歯付き経路（５）を有し、前記偏心器は前記歯車（６）の環状領域上に円形断面の穴（１０）が分布し、前記トロコイド型減速ギヤボックス（３）は前記穴（１０）の断面よりも小さな断面を有する一組のピン（１１）を備え、前記ピン（１１）は前記穴（１０）を貫通するように前記出力ディスク（１２）に固定されており、偏心的に動く前記歯車（６）と前記出力ディスク（１２）との間の動作伝達を保証することを特徴とする、請求項２に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置
【請求項４】
前記減速ギヤボックス（３）は遊星型の減速ギヤボックスであり、前記単一シャフト（８）の軸は内部太陽歯車（３４）を支持することを特徴とする、請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項５】
前記外部リング歯車（４）の内表面は、１以上の遊星歯車（３５）と噛み合う管状の歯付き経路（５）を有しており、前記遊星歯車は、前記遊星歯車（３５）と前記出力ディスク（１２）との間の動きの伝達を確保するために前記出力ディスク（１２）に固定されたピン（１１）の周りに回転可能であることを特徴とする、請求項４に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項６】
前記単一シャフト（８）は貫通穴を有することを特徴とする、請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項７】
前記出力ディスク（１２）は、前記カムシャフト（１）の内部ねじ山に一致し、前記出力ディスク（１２）の半径方向の肩部（１５）を支持するねじ山を有するスクリュー（２３）によって前記カムシャフト（１）に固定されることを特徴とする、請求項６に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項８】
前記電気モータ（２）は、前記単一シャフト（８）のガイド要素（３０）を受容するハウジングを有する外部ケーシング（２９）で覆われていることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項９】
前記電気モータ（２）の前記ステータ（１８）は、オーバーモールドされて前記外部ケーシング（２９）に固定されていることを特徴とする請求項８に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項１０】
前記電気モータ（２）は、前記ステータ（１８）によって支持される電気コイル（２４）の制御および起動用の電子部品を支持する回路基板（１９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項１１】
前記出力ディスク（１２）の角度位置に関する信号を供給する少なくとも一つの位置センサを備えることを特徴とする、請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項１２】
前記外部リング歯車（４）の角度位置に関する信号を供給する少なくとも一つの位置センサを備えることを特徴とする、請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項１３】
前記ピン（１１）が前記ピンの自由端で、前記磁石を有する前記位置センサを形成する磁気感応プローブに対向して位置する永久磁石を備えるピンホルダー（２０）によって結合されることを特徴とする、請求項３および請求項１２、または請求項５に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項１４】
前記電気モータ（２）は、前記内燃機関のシリンダーヘッド（２６）上に備えられたハウジングに適合する外部表面を有する外部ケーシング（２９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【請求項１５】
前記外部ケーシング（２９）は、前記内燃機関の前記シリンダーヘッド（２６）に取り付ける締結要素（３３）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載のカムシャフト（１）の回転角の連続的な位相シフト用の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に特有のバルブリフト法則を設定する分野に関する。より詳細には、可変配分エンジン用の位相シフト装置を組み込んだカムシャフトに関する。
【０００２】
吸気および排気バルブのリフト法則の設定は、通常、異なる目標間の妥協が必要になる。例えば、最大性能の探索は低性能のトルクと高速での最大出力との間の妥協が必要になる。他方、アイドル安定性、低負荷での汚染物質の放出および高速での最大出力の間の妥協を考慮する必要がある。
【０００３】
速度または負荷に応じた適切な設定の原則は、興味深い。
【０００４】
加えて、種々のシステムがそのような目標を達成するために、ほとんど２つのカムシャフトを用いるエンジンに適用されており、カムシャフトの一方は吸入用、他方は排出用である。本発明は、より詳細にはカムシャフトの回転角制御用の電気装置の分野に関する。
【背景技術】
【０００５】
内燃機関のカムシャフト用カム可変設定装置を記載している欧州特許出願公報第２１９４２４１号は従来技術として公知である。この装置は、駆動要素、駆動要素に動的接続された高調波駆動減速ギヤボックス、およびカムシャフト駆動用の出力要素から構成されている。減速ギヤボックスは、回転駆動軸によって制御可能である。記載された実施形態においては、この文献は常にロータがステータの外側にある電気機械を示している。後者は、カムシャフトにねじ込まれた減速ギヤボックスの出力軸上にベアリングを介して案内されなければならない。従ってベアリングがステータと出力軸との間に必要であるので、エンジンの組み立てはかなり複雑である。加えて、ステータの外側のロータを使用していることにより、主要な動的な慣性が使用の際に動的な駆動を困難にする。
【０００６】
国際公開公報第２０１０／０６８６１３号は、内燃機関のカムシャフト用の電気的位相シフト装置を開示している。この装置は、差動歯車列を組み込んでおり、摩擦係止を可能にする軸流電気機械を備えている。この公報においては、電気機械は、シャフトとは直接的なリンク結合はなく、２つのベアリングは従って一方でステータ、他方でロータの位置決め用に必要とされている。従ってエンジンの組み立ての容易さに悪影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術の欠点
先行技術の解決策は構造および組み立てが容易ではなく、多数のガイドが必要であるので満足できるものではない。
【０００８】
加えて、先行技術の解決策は、特に角精度に関しては十分に満足できるものではない。高調波駆動ギヤボックスは、ねじり剛性が高くない。そのような装置によって（約５０ニュートン／ｍの）大きなトルクが与えられると、意図しない角シフトのリスクがもたらされる。
【０００９】
結局、一方ではカムシャフト上に減速ギヤを組み立て、他方ではその減速ギヤ上にモータを固定することは通常は競合する解決策とみられるが、オルダム継手によって提供される組み立てにより、減速ギヤボックスとモータとの間の機械的クリアランスを決定することにより可能である。このようなオルダム継手は、さらなるコストとより複雑な取り付けを課す追加的な部分を加える。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、組立が容易で部品の数が最小化された、コンパクトなモータ減速機を用いることにより、カムシャフトの位相シフト解決策の改善をもたらすことである。
【００１１】
先行技術の欠点を解消すべく、本発明は最も広義には、内燃機関のガス交換弁を制御するカムシャフトの回転角の連続的な位相シフト用であり、駆動要素、特にチェーンまたはベルトに関連する制御装置に関する。
制御装置は、外部リング歯車に対して固定されたステータを有するブラシレス電気制御モータを備え、モータは外部リング歯車、入力要素、および出力ディスクの３つの入力／出力を有する減速ギヤボックスと結合しており、外部リング歯車は前記駆動要素によって駆動され、前記出力ディスクはカムシャフトに固定されている。
制御装置は電気モータのステータの内側に単一シャフトを含み、前記電気モータは前記単一シャフトが電気モータのロータおよび減速ギヤボックスの入力要素を支持するように単一シャフトに固定されたロータを備える。
【００１２】
第１の実施形態においては、前記減速ギヤボックスはトロコイド型減速ギヤボックスであり、単一シャフトの軸はトロコイド型の減速を可能にする偏心器を支持する。
【００１３】
好ましくは、前記外部リング歯車はその内表面に前記偏心器に取り付けられた１以上の歯車と噛み合う管状の歯付き経路を有し、偏心器は前記歯車の環状領域上に円形断面の穴が分布し、トロコイド型減速ギヤボックスは前記穴の断面よりも小さな断面を有する一組のピンを備え、前記ピンは前記穴を貫通するように前記出力ディスクに固定されており、偏心的に動く前記歯車と前記出力ディスクとの間の動作伝達を保証する。
【００１４】
第２の実施形態においては、前記減速ギヤボックスは、遊星型の減速ギヤボックスであり、単一シャフトの軸は内部太陽歯車を支持する。
【００１５】
この場合には、前記外部リング歯車の内表面は、好ましくは、１以上の遊星歯車と噛み合う管状の歯付き経路を有しており、遊星歯車は、遊星歯車と前記出力ディスクとの間の動きの伝達を確保するために前記出力ディスクに固定されたピンの周りに回転可能である。
【００１６】
特定の実施形態においては、前記単一シャフトは貫通孔を有する。
【００１７】
その後、前記出力ディスクは、好ましくは、カムシャフトの内部ねじ山に一致し、前記出力ディスクの半径方向の肩部を支持するねじ山を有するスクリューによってカムシャフトに固定される。
【００１８】
好ましい実施形態においては、前記電気モータは、前記単一シャフトのガイド要素を受容するハウジングを有する外部ケーシングで覆われている。
【００１９】
この場合、好ましくは、前記電気モータのステータは、オーバーモールドされて前記外部ケーシングに固定されている。
【００２０】
装置を制御するために、前記電気モータは、好ましくは、ステータによって支持される電気コイルの制御および起動用の電子部品を支持する回路基板を備える。
【００２１】
装置の制御を可能にするために、装置は、好ましくは、前記出力ディスクの角度位置に関する信号を供給する少なくとも一つの位置センサを備える。
【００２２】
装置はまた、好ましくは、前記外部リング歯車の角度位置に関する信号を供給する少なくとも一つの位置センサを備える。
【００２３】
ピンが用いられれば、好ましくは、前記磁石を有する前記位置センサを形成する磁気感応プローブに対向して位置する永久磁石を備えるピンホルダーによって、ピンがピンの自由端で結合される。
【００２４】
装置の取り付けを可能にするために、前記電気モータは、内燃機関のシリンダーヘッド上に備えられたハウジングに適合する外部表面を有する外部ケーシングを備えてもよい。
【００２５】
この場合において、前記外部ケーシングは、また、内燃機関のシリンダーヘッドに取り付ける締結要素を備えてもよい。
【００２６】
本発明の例示的な実施形態の詳細な説明
本発明は、添付図面を参照して以下の例示的な実施形態の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１ａ】トロコイド型減速ギヤボックスを用いる本発明による装置の第１実施形態による縦断面図である。
【図１ｂ】遊星型減速ギヤボックスを用いる本発明による装置の第１実施形態による縦断面図である。
【図２】本発明に用いることが可能なトロコイド型減速ギヤボックスに属する例示的な歯車の分離した説明図である。
【図３】本発明に用いることが可能なトロコイド型減速ギヤボックスの例示的な出力アセンブリの分離した説明図である。
【図４】本発明に用いることが可能なトロコイド型減速ギヤボックスの例示的な実施形態の分解組立図である。
【図５】本発明のサブアセンブリの例示的な実施形態の分解組立図である。
【図６】本発明による装置の第２実施形態による縦断面図である。
【図７】本発明のサブアセンブリの第２実施形態の分解組立図である。
【図８】位相シフト測定用に用いられるピンホルダーの利益を強調する出力アセンブリの１実施形態の説明図である。
【図９】燃焼機関のシリンダーヘッド上に取り付けられた本発明による制御装置の説明図である。
【図１０】本発明による装置の第３実施形態による縦断面図である。
【図１１】本発明による装置の第４実施形態による縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１ａは、カムシャフト１に結合する、本発明の例示的な実施形態による装置の断面図を示す。
【００２９】
装置は、ここではトロコイド型の減速ギヤボックス３と連動する電気モータ２から構成されている。
【００３０】
減速ギヤボックス３は、（図示しない）内燃機関のタイミングチェーンまたはタイミングベルトによって駆動される外部リング歯車４を備える。この外部リング歯車４の典型的な外径は１００〜１５０ミリメートルであり、前記タイミングチェーンによって駆動されるように構成された外歯を有する。
【００３１】
その内表面には、管状の形状を有する歯付き経路５がある。
【００３２】
外部リング歯車４は、カムシャフト１に対して回転自由である。
【００３３】
偏心歯車６は、外部リング歯車４の内側部分よりも低い部分を有しており、同一のモジュールに対して、偏心歯車６の歯の数が外部リング歯車４の内表面上の歯付き経路５の歯の数よりも少ない。
【００３４】
偏心歯車６の歯の数と外部リング歯車４の内表面上の歯付き経路５の歯の数との相異は、好ましくは、トロコイド型減速ギヤボックス３の減速比を最大にするために１つの歯である。
【００３５】
偏心歯車６は、単一シャフト８上の偏心器９に取り付けられたベアリング７によってガイドされており、歯車の回転軸は単一シャフト８の中央軸に対してシフトしている。２つの軸の間のシフトは、通常は０．１〜１ｍｍに及んでおり、トロコイド型メッシュの歯車モジュールに依存している。
【００３６】
偏心歯車６は、図２に見ることができるように、環状トラック上に角度的に分布した一連の円形穴１０を有する。
【００３７】
図３に示すように、円形穴１０の断面Ｓｐよりも小さい円形の断面Ｓｇを有するピン１１がこれらの穴１０を貫通する。円形断面Ｓｇは、単一シャフト８と断面Ｓｐの直径に対する偏心器９との間の偏心の１／２に減少された直径を有する。
【００３８】
ピン１１は、出力ディスク１２の横断面に対して垂直に立っている。出力ディスク１２は、単一シャフト８と同軸であり、単一シャフト８に対して回転自由である。出力ディスクはこの単一シャフト８に対して、ベアリング１３によってガイドされる。
【００３９】
個別の実施形態においては、ピン１１の端部は、ピンホルダー２０が用いられている。ピンホルダー２０は好ましくは、減速ギヤボックス３の出力アセンブリ２１のねじれに対する剛性を、ピンホルダー２０、ピン１１および出力ディスク１２によって形成して増加することができる。
【００４０】
前記ピンホルダー２０は、個別の実施形態においては、好ましくは外部リング歯車４の円筒状の内表面２７上でガイドされてもよい。これにより、減速ギヤボックス３の出力アセンブリ２１のガイドを改善する。
【００４１】
出力ディスク１２は、外部リング歯車４をガイドするための肩部１４を有する。
【００４２】
さらに、出力ディスク１２はスクリュー２３によってカムシャフト１に固定されており、スクリュー２３は形成されたアセンブリの回転軸に最も近接しているカムシャフトの径方向拡大部１５を用いて結合されている。
【００４３】
本発明は、トロコイド型の減速ギヤボックスに限定されない。実際のところ、例えば、遊星型（epicyclic type）の減速ギヤボックスのように、他の減速ギヤボックスも用いることができる。図１ｂに、このような減速ギヤボックスを用いた断面図を図１ａと同様に示す。減速ギヤボックスの選択は、所望の減速比および解決策の最終コストによって決定されてもよい。
【００４４】
図１ｂの遊星型減速ギヤボックスの場合においては、単一シャフト８は、典型的には、２または３の遊星歯車（satellites）３５に噛み合う太陽歯車（sun gear）３４を支持する。遊星歯車３５は外部リング歯車４の歯付き経路５とも噛み合う。遊星歯車３５は、遊星歯車支持物を形成する、出力ディスク１２に固定されたピン１１の周りを回転可能である。太陽歯車３４と外部リング歯車４の間の制御された相対移動によって位相シフトを制御することができる。
【００４５】
全ての場合において、使用される減速ギヤボックスにかかわらず、モータ２は、単一シャフト８に固定されたロータ１６を備える。交互に磁化された永久磁石１７が、典型的には、半径方向または波形状に提供される。
【００４６】
全ての場合において、単一シャフト８は、例えばトロコイド型のギヤボックスの場合の偏心歯車６、または遊星型ギヤボックスの場合の内部太陽歯車３４のように、減速ギヤボックスの入力要素を支持する。
【００４７】
電気モータ２のステータ１８は、多相アセンブリを形成する１組の電気コイル２４および、通常は積層された強磁性体部品から構成されている。
【００４８】
モータ２は、更に、位相シフト制御の際を除いて、タイミングチェーンと同期したモータの回転動作を制御する電子制御回路１９を備える。
【００４９】
ステータ１８によって形成されたアセンブリ、ロータ１６および電子回路１９は、ハウジングまたはオーバーモールド外板である外部ケーシング２９内に位置している。単一シャフト８は、従って、減速ギヤボックスとロータ１６の間のベアリング３０を用いて外部ケーシング２９に対してガイドされる。
【００５０】
モータのシーリングを確保するために、および特にオイルがステータ１８や電子回路１９に向かって上がってくるのを防ぐために、シール２２、典型的にはリップシールが、モータの外部ケーシング２９と接する単一シャフト８に配置されている。
【００５１】
このように形成されたモータ減速機の取り付けは、本実施形態においては大幅に簡単化されている。事実、ロータ１６および出力ディスク１２、および全ての減速ギヤボックス要素３を単一シャフト８上に取り付けることができる。その後、単一シャフト８の中空内径よりも小さな直径を有する径方向拡大部１５を介してカムシャフト１にアセンブリの取り付けを可能にすべく、シール２２を配置した後で、電気モータ２を前記単一シャフト８に取り付けることができる。その後、カムシャフト１の径方向拡大部１５をねじ結合して、単一シャフト８をカムシャフト１と同軸に取り付けることができる。
【００５２】
この解決策の重要な長所は、従って、全体的に中空な単一シャフト８を提供することであり、アセンブリ配置後に減速ギヤボックス３を容易にねじ結合できることである。
【００５３】
図５は、サブアセンブリおよびその組み立て手順を示す。
【００５４】
特定の実施形態を示す図６の別の解決策によれば、電気モータ２の磁石を支持する減速ギヤボックスの単一の入力シャフト８は、完全にガイドされて、減速ギヤボックス３によって支持される。この実施形態は、位置決めを可能にする。第１に、単一シャフト８を有する減速ギヤボックス３はロータ１６をカムシャフト１上に直接的に支持することを可能にし、その後、第２に、前記入力シャフト８上に電気モータ２のステータ１８を直接的に挿入することを可能にする。従って、組み立ては容易であり、格別に単純化できる。この個別の実施形態に対して電気モータ２の磁石１７とステータ１８との間のクリアランスは、好ましくは減速ギヤボックス３の単一入力シャフト８とステータ１８内の電気モータ２の磁石の円筒ハウジングの軸との間の起こり得る誤配置を許容するために増加されなければならない。ここで、ブラシレスモータ、すなわちステータとロータとの間にいかなる機械的接触もないモータを用いることは、この観点において格別の長所となる。図６に示すように、単一シャフト８を磁石１７のための強磁性体ヨークとして用いることができることも注記しなければならない。
【００５５】
図７は、カムシャフト１上に単一シャフト８を有する減速ギヤボックス３を最初に配置することによって容易に取り付けることを可能にする。その後、図９に示すアセンブリを形成するために、ここでは小穴（eyelets）の形態である締め具要素３３を用いて、ハウジング２５で電気モータ２のステータ１８がエンジンのシリンダーヘッド２６に更にねじ込まれることを可能にする。
【００５６】
この実施形態においては、完全に中空な単一シャフト８の存在は、必ずしも必要ではないことを注記しなければならない。なぜならば、ステータ１８の位置決めに先立って単一シャフトを取り付けなければならないからである。従って、図１０に示すように、カムシャフト１に減速ギヤボックス３を搭載した後で、逆にしたリップシール２２によってなされたシーリング、および、そのケーシング２９内のステータによってアセンブリを閉じることにより、単一シャフト８に取り付けられたロータ１６の位置決めは可能である。電気モータ２は、その後、シリンダーヘッド上のそのケーシング２９によって、締結要素３３を用いて取り付けられる。本実施形態内においても、シーリングがエンジンおよびそれらの電子要素を全体的に覆うケーシングによって提供される場合には、リップシールは、除去されてもよい。この別の解決策を図１１に示す。
【００５７】
種々の実施形態に示されて本発明によって規定された減速ギヤボックス３を用いることにより、好ましくは、位置センサを統合することを可能にする。図３に示すように、外部リング歯車４の円筒型内表面２７上を摺動するピンホルダー２０が、出力ディスク１２に接続されて出力アセンブリ２１を形成する。この出力アセンブリに固定された、例えばディスクまたは磁石リング３１の形態のセンサ磁石の位置決めも考えられる。磁石リングまたはディスク３１の反対側のステータ１８の傍での磁界測定用のプローブの位置決めにより、位相シフト絶対位置センサが構築できる。すなわちカムシャフト１の位置を知ることが可能になる。位置センサが外部リング歯車４に接続されている場合または内燃機関の軸に接続されている場合には、位相シフトが分かる。
【００５８】
なされてきた本発明の説明から、本発明が使用される電気モータの型に限定されないことは明らかである。事実、種々のリラクタンスモータを磁化ロータを有するモータの代わりに考慮することができる。
【図１ａ】
2019517635.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019517635.tif 000011
【図９】
2019517635.tif 000012
【図１０】
2019517635.tif 000013
【図１１】
2019517635.tif 000014
【国際調査報告】
2019517635.tif 000015
2019517635.tif 000016
2019517635.tif 000017
2019517635.tif 000018