(57)【要約】ピストンエンジン用のバルブトレインは，カムシャフト（２）の位相調整を行うためのスーパーインポーズギヤ（３）を備える。スーパーインポーズギヤ（３）は，２つの入力部材（4, 5）と出力部材（６）とを有し，第１入力部材（４）がクランクシャフトと駆動接続し，第２入力部材（５）が制御可能な制動装置（７）と作動接続し，出力部材（６）がカムシャフト（２）に対して回り止め状態で接続されている。制動装置（７）は電磁制御可能な摩擦制動装置（15）で構成され，磁石体（17）及び電磁コイル（18）を有し，ハウジングに固定された電磁石（16）と，第２入力部材（５）に対して回り止め状態で軸線方向に移動可能に接続し，ハウジングに固定された摩擦面（22）に対して電磁石（16）の磁界により圧接可能とした制動ロータ（21）とを備える。本発明では，永久磁石（23, 23'）を制動ロータ（21）に対して軸線方向で隣接させて配置し，その磁界により制動ロータの基本制動トルクを調整し，これに対応する基本圧接力をもって制動ロータ（21）を摩擦面（22）に対して圧接可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンエンジン用のバルブトレインであって，該バルブトレインが，カムシャフト（２）の位相調整を行うためのスーパーインポーズギヤ（３）を備え，該スーパーインポーズギヤ（３）が２つの入力部材（４，５）と出力部材（６）とを有し，第１入力部材（４）がクランクシャフトに駆動接続し，第２入力部材（５）が制御可能な制動装置（７）に作動接続し，出力部材（６）がカムシャフト（２）に対して回り止め状態で接続し，前記制動装置（７）が，電磁制御可能な摩擦制動装置（15）として構成され，磁石体（17）及び電磁コイル（18）を備え，更に，ハウジングに固定された電磁石（16）と，前記第２入力部材（５）に対して回り止め状態で軸線方向に移動可能に接続し，ハウジングに固定された摩擦面（22）に対して前記電磁石（16）の磁界により圧接可能とした制動ロータ（21）とを備えるバルブトレインにおいて，永久磁石（23, 23'）が前記制動ロータ（21）に対して軸線方向で隣接配置され，該永久磁石（23, 23'）の磁界により前記制動ロータの基本制動トルクを調整し，これに対応する基本圧接力をもって前記制動ロータ（21）を，ハウジングに固定された前記摩擦面（22）に対して圧接可能としたことを特徴とするバルブトレイン。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブトレインであって，前記永久磁石（23, 23'）は，エンジン始動時並びに前記電磁石（16）及び／又は該電磁石の制御回路への電圧供給遮断時に，調整された基本制動トルクをもって前記カムシャフト（２）を自動的に所定の基本位置に維持し，又は基本位置まで調整するように構成されていることを特徴とするバルブトレイン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバルブトレインであって，前記永久磁石（23, 23'）は，前記電磁石（16）の磁束内に配置されることを特徴とするバルブトレイン。
【請求項４】
請求項３に記載のバルブトレインであって，前記永久磁石（23）が環状に構成され，その磁極（N, S）が軸線方向に整列し，該永久磁石（23）が前記電磁石（16）における磁石体（17）の半径方向内側又は外側に設けた凹部（24）内に配置されていることを特徴とするバルブトレイン。
【請求項５】
請求項３に記載のバルブトレインであって，前記永久磁石（23’）が環状に構成され，その磁極（N, S）が半径方向に整列し，該永久磁石（23）が前記電磁石（16）における磁石体（17）の軸線方向外側に設けた凹部（24'）内に配置されていることを特徴とするバルブトレイン。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のバルブトレインであって，前記制動ロータ（21）に作用する制動トルクを上昇させるべく，前記電磁石（16）の極性を制御手段により整流することにより前記永久磁石（23, 23'）の磁界が増加可能であり，かつ，前記制動ロータ（21）に作用する制動トルクを低下させるべく，前記電磁石（16）の極性を反転させることにより前記永久磁石（23, 23'）の磁界が減少可能であることを特徴とするバルブトレイン。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のバルブトレインであって，前記スーパーインポーズギヤ（３）における第１入力部材（４）と出力部材（６）との間に端部ストッパが配置され，該端部ストッパにより前記カムシャフト（２）の位相調整範囲を許容位相角範囲内に限定することを特徴とするバルブトレイン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，請求項１の上位概念部分に記載したピストンエンジン用のバルブトレイン，即ち，カムシャフトの位相調整のために２つの入力部材と１つの出力部材とを設けたスーパーインポーズギヤを備えるバルブトレインに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の４行程ピストンエンジンは，出力，トルク，燃料消費及び排ガス性能等に関する要求が高度化しているため，ほぼ例外なく，吸気カムシャフト及び／又は排気カムシャフトの位相調整装置を備え，吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを，回転数及び負荷に応じて変更可能としている。吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを適切に位相調整すれば，アイドリングの安定化，低エンジン回転数でのトルクの向上，最大出力の向上，ピストンエンジンの部分負荷運転時における有害排出物質の低減などが達成可能である。
【０００３】
カムシャフトの位相調整を行うための既知の調整装置は，油圧式又は電気機械式の回転調整装置として構成され，チェーンベルト又は歯付きベルトとスプロケットホイールが設けられたハブと，カムシャフトに対して回り止め状態で接続したカムシャフトギヤのシャフトとの間に直接配置される。しかし，直接配置された回転調整装置は，ギヤ比が低いために大きな調整力が必要とされ，特定の位相角に調整するために高度の制御が必要となる欠点がある。
【０００４】
従って，カムシャフトの位相調整装置の調整特性を改善するためには，バルブトレインにおいて，クランクシャフトとカムシャフトの間に，アクチュエータに駆動接続されるスーパーインポーズギヤを配置する。通常，スーパーインポーズギヤは２つの入力部材と１つの出力部材を備え，第１入力部材は例えばチェーンベルト又は歯付きベルトを介してクランクシャフトに駆動接続され，第２入力部材は制御可能なアクチュエータに接続され，出力部材はカムシャフトに回り止め状態で接続される。
【０００５】
スーパーインポーズギヤとしては，単純なプラネタリーギヤセットを用いること，又は二組のプラネタリーギヤからなる複合プラネタリーギヤセットの構成要素を用いることが好ましい。アクチュエータは，パワーアシスト制御型の駆動回転体として，例えば電気モータとして，又は油圧式回転アクチュエータとして，又は制御可能な制動装置として構成することが可能である。
【０００６】
構造上及び制御性の観点から簡潔でコスト的にも優れた制動装置は，制御可能な摩擦式制動装置として構成されている。この摩擦式制動装置は，磁石体及び電磁コイルで構成され，ハウジングに固定された電磁石と，第２入力部材に対して回り止め状態で軸線方向に移動可能に接続し，ハウジングに固定された摩擦面に対して電磁石の磁界により圧接可能とした制動ロータとを備える。第２入力部材は，非制動状態では第１入力部材よりも高速で回転する。そのため，制動ロータに作用し，ひいては第２入力部材に作用する所定の中間制動トルクを調整すれば，関連するカムシャフトが所定の位相状態に維持される。そしてカムシャフトは，その位相状態に応じて，制動トルクを短時間で上昇させれば進角方向に調整され，制動トルクを短時間で低下させれば遅角方向に調整される。
【０００７】
ドイツ特許出願公開10 2006 011 806号公報は，スーパーインポーズギヤと，このスーパーインポーズギヤに作動接続する制動装置とによりカムシャフトの位相調整を行う第１の類型の調整装置を開示している。この位相調整装置におけるスーパーインポーズギヤは，直径及び歯数の異なる２つのサンギヤと，複数の回転可能な２段式プラネタリーギヤを支持する１つのプラネットキャリアとで構成された複合プラネタリーギヤで構成され，第１入力部材はプラネットキャリアで，第２入力部材は小径サンギヤで，出力部材は大径サンギヤで構成されている。
【０００８】
制動装置は，電磁制御可能な摩擦式制動装置として構成され，磁石体及び電磁コイルを備え，ハウジングに固定された電磁石と，小径サンギヤに対して回り止め状態で軸線方向に移動可能に接続され，電磁石の磁界により磁石体の摩擦面に対して圧接可能な制動ロータとを備える。電磁石の非通電状態において，ディスク状の制動ロータは，バネ付勢下でプラネットキャリアに対して軸線方向で押圧されるため，少なくとも係合部材は，プラネットキャリアにおける対応凹部内に係合し，プラネタリーギヤセット自体がブロックされ，その回転が阻止される。他方，電磁石の通電状態では，制動ロータがバネの復元力に抗して軸線方向外側に移動し，磁石体の摩擦面に引き寄せられるために，小径サンギヤとプラネットキャリアとの接続が解消され，小径サンギヤは有効制動トルクに対応して制動される。
【０００９】
ドイツ特許出願公開10 2006 028 554号公報は，ほぼ同様の機能的構成を有するカムシャフトの位相調整装置を開示している。この調整装置におけるスーパーインポーズギヤは，１つのサンギヤと，複数の回転可能なプラネタリーギヤを支持する１つのプラネットキャリアと，１つのリングギヤとで構成されるシンプルなプラネタリーギヤセットであり，第１入力部材はプラネットキャリアにより，第２入力部材はサンギヤにより，そして出力部材はリングギヤにより構成される点で前記の位相調整装置とは相違している。
【００１０】
ドイツ特許出願公開10 2008 043 673号公報は，クランクシャフトの位相調整のための同様な調整装置を開示しているが，その制御特性は前記とは逆である。この調整装置におけるスーパーインポーズギヤは，ドイツ特許出願公開10 2006 028 554号公報の調整装置と同様にシンプルなプラネタリーギヤセットで構成されている。これに対して，この調整装置においては，回り止め状態でサンギヤに接続した軸上を移動可能な制動ロータが電磁石の軸線方向外側にバネ付勢下で配置され，自由回転可能な圧接ディスクに対して軸線方向に押圧される。圧接ディスクは，電磁石の軸線方向内側でプラネットキャリアに隣接配置され，プラネットキャリアの凹部及びリングギヤの調整突起部と係合する調整カムを備える。電磁石の非通電状態で，プラネットキャリアはリングギヤに対してフェイルセイフ位置で係合する。更に制動ロータは，電磁石の非通電状態でバネ付勢により，ハウジングに固定された摩擦面に圧接される。電磁石に通電すると，圧接ディスクがバネの復元力に抗して軸線方向でプラネタリーギヤから離れる方向に移動するため，プラネットキャリアとリングギヤとの係合が解除される。これと同時に制動ロータは，磁界強度に対応してバネの復元力に抗しつつ，ハウジングに固定された摩擦面から軸線方向で離間移動するため，有効制動トルクが低下する。
【００１１】
カムシャフトの位相を調整するための既知の調整装置の欠点は，ピストンエンジン及び調整装置の作動の間，電磁石のために常にエネルギが消費されることである。また，この種の調整装置においては，バネの復元力に抗してその都度カムシャフトの位相角を調整し，かつ維持するに十分な制動トルクが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開10 2006 011 806号公報
【特許文献２】ドイツ特許出願公開10 2006 028 554号公報
【特許文献３】ドイツ特許出願公開10 2008 043 673号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した背景に鑑み，本発明の課題は，カムシャフトの位相調整装置を備えるピストンエンジンのバルブトレインにおいて，エネルギ消費を低減し，かつ調整装置の構造を単純化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は，請求項１の上位概念に記載した特徴と相まって，永久磁石を制動ロータに対して軸線方向で隣接させて配置し，その磁界により制動ロータの基本制動トルクを調整し，これに対応する基本圧接力をもって制動ロータを，ハウジングに固定された摩擦面に対して圧接可能とした構成により解決される。
【００１５】
また，本発明に係るバルブトレインの好適な実施形態及び更なる実施形態は，従属請求項に記載したとおりである。
【００１６】
本発明は，２つの入力部材と１つの出力部材を有するスーパーインポーズギヤを，カムシャフトの位相の調整装置として備える既知のピストンエンジン用バルブトレインに基くものである。第１入力部材は例えばチェーンベルト又は歯付きベルトを介してクランクシャフトに駆動接続し，第２入力部材は制御可能な制動装置に作動接続し，出力部材はカムシャフトに回り止め状態で接続する。制動装置は電磁制御可能な摩擦式制動装置として構成し，磁石体及び電磁コイルを備えると共にハウジングに固定された電磁石と，第２入力部材に対して回り止め状態で軸線方向に移動可能に接続し，ハウジングに固定された摩擦面に対して電磁石の磁界により圧接可能とした制動ロータとを備える。
【００１７】
本発明に基づいて永久磁石を制動ロータに対して軸線方向で隣接配置すれば，ほぼ一定の磁界が生じる。この磁界により，電磁石の非通電状態では，制動ロータが所定の基本圧接力によってハウジングに固定された摩擦面に圧接し，第２入力部材に作用する基本制動トルクを調整する。基本制動トルクから外れた制動トルクを調整するためには，永久磁石による基本圧接力の増減だけで十分であり，既知の調整装置と対比してエネルギー消費が顕著に低減される。
【００１８】
永久磁石は，エンジン始動時や，電磁石及び／又は電磁石調整装置への電圧供給遮断時にカムシャフトを，調整された基本制動トルクにより自動的に所定の基本位置に保ち，又は基本位置まで調整するように構成するのが好適である。これにより電磁石は，カムシャフトの実際の位相調整のみのために通電され，既知の調整装置における制動ロータとスーパーインポーズギヤの第２入力部材との間の形状結合，又はスーパーインポーズギヤの第１入力部材と出力部材との間の形状結合のような特殊な保安手段（フェイルセーフ手段）を省略することができる。
【００１９】
原則的に，永久磁石は，電磁石の半径方向内側又は外側に配置し，又は電磁石とは反対側において制動ロータに軸線方向で隣接させて配置する。しかしながら，このような配置によれば制動装置のコストが上昇し，サイズが大きくなる。従って，永久磁石を電磁石の磁束内に配置し，電磁石の磁石体と制動ロータの隣接部分とを，永久磁石の循環磁束円を形成するために利用する。これにより，更に両磁石の磁界が重なり合い，その結果として発生する制動トルクの制御性が向上する。
【００２０】
このような永久磁石の配置を適切に実現するため，好適には，永久磁石を環状に形成してその磁極（N, S）を軸線方向に整列させ，電磁石における磁石体の半径方向内側又は外側の対応箇所に設けた凹部内に永久磁石を配置する。
【００２１】
代替的に，永久磁石を環状に形成してその磁極（N, S）を半径方向に整列させ，電磁石における磁石体の軸線方向外側，即ち制動ロータとは反対側に設けた凹部内に永久磁石を配置することも可能である。
【００２２】
カムシャフトの位相調整は，次の要領で簡単に行うことができる。即ち，制動ロータに作用する制動トルクを上昇させてカムシャフトを進角方向に位相調整する場合，電磁石の極性を制御手段により整流して永久磁石の磁界を増加させる。また，制動ロータに作用する制動トルクを低下させてカムシャフトを遅角方向に位相調整する場合には，電磁石の極性を反転させることにより永久磁石の磁界を減少させる。
【００２３】
調整装置の組立ミスや，ハウジングに固定した制動面及び制動ロータの過度の磨耗を防止するために，スーパーインポーズギヤにおける第１入力部材と出力部材との間に端部ストッパを配置し，カムシャフトの位相調整域を許容可能な位相角範囲内に限定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下，本発明を図示の実施形態について更に詳述する。
【図１】本発明に係るカムシャフト位相調整装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るカムシャフト位相調整装置の第２実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に示すピストンエンジン用のバルブトレインは，カムシャフト２の位相調整装置１を備える。位相調整装置１は，２つの入力部材4, 5と，１つの出力部材６と，制御可能な制動装置７とを有するスーパーインポーズギヤ３を備える。スーパーインポーズギヤ３は，例えば，サンギヤ９と，複数の回転可能なプラネタリーギヤ10を支持する１つのプラネットキャリア11と，リングギヤ12とを備えるプラネタリーギヤセット８で構成する。プラネットキャリア11は第１入力部材４を構成し，チェーンスプロケット13を備え，チェーンスプロケット13を介して調整チェーン（図示せず）により，ピストンエンジンのクランクシャフトに対して形状結合的に駆動接続する。サンギヤ９は第２入力部材５を構成し，制動装置７に作動接続する。リングギヤ12は出力部材６を構成し，複数のネジ14によりカムシャフト２に接続する。
【００２６】
制動装置７は，電磁制御可能な摩擦式制動装置15で構成し，ハウジングに固定されたＵ字断面の強磁性材料からなる磁石体17及び電磁コイル18を有する電磁石16と，内歯19を介してサンギヤ９の軸線方向に延長された外歯20上を回り止め状態で軸線方向に移動可能に支持された制動ロータ21とを備える。制動ロータ21は，少なくとも磁石体17に隣接する領域を強磁性材料で構成する。制動ロータ21を電磁石16の通電時に発生する磁界により軸線方向に移動させて磁石体17の摩擦面22に圧接させ，これによりサンギヤ９に作用する制動トルクを発生させる。
【００２７】
本発明においては，永久磁石23を環状に形成すると共に，その磁極N, Sを軸線方向に整列させる。永久磁石23は，電磁石16における磁石体17の対応箇所に設けた半径方向外向きの凹部24内に収める。これにより，永久磁石23が電磁石16の磁束内に配置されることとなり，一方では電磁石16と永久磁石23の両者の磁界の重なり状態が向上し，他方では磁石体17の併用により磁界が強まり，両磁石16, 23の作用によって摩擦面22による制動ロータ21の制動が可能になる。
【００２８】
本発明に係る調整装置１の利点は，永久磁石23によりエネルギを消費せずに一定の磁界を発生させて制動ロータ21を磁石体17の摩擦面22に圧接させ，スーパーインポーズギヤ３におけるサンギヤ９に作用する基本制動トルクを発生させる点にある。
【００２９】
永久磁石23の寸法を適切に設定することにより，エンジン始動時や電磁石16及び／又は電磁石制御回路への電圧供給遮断時に，調整された基本制動トルクによりカムシャフト２が自動的に所定の基本位置に保たれ，又は基本位置に調整されるように構成するのが好適である。これにより，既知の調整装置においてその都度行われていた制動ロータ21とプラネットキャリア11との間の形状結合，即ちプラネットキャリア11とリングギヤ12との形状的な係合が不要となり，スペースの確保と共にコスト削減にもつながる。
【００３０】
カムシャフトの位相を調整するためには，制動ロータ21に作用する制動トルクを強まるため，即ち電磁石16の極性を整流することでカムシャフト２を進角方向に調整するために，永久磁石23の磁界が強められる。そして，制動ロータ21に作用する制動トルクを低減するため，即ち電磁石16の極性を反対方向にすることでカムシャフト２を遅角方向に調整するためには，永久磁石23の磁界が弱められる。制動ロータ21に作用する制動トルクを，永久磁石23によって発生する基本的な制動トルクに関連させて調整することで，従来の調整装置と対比して，電磁石16のエネルギ消費が明らかに削減され，動力が増すことで制動トルクの制御性も向上する。
【００３１】
図２は，本発明に係るカムシャフト位相調整装置の第２実施形態を示す。この実施形態は，環状に構成された永久磁石23'の磁極N, Sを半径方向に整列させ，これに対応して電磁石16における磁石体17の軸線方向外側，即ち制動ロータ21とは反対側に施された凹部24'の内部に永久磁石23'を収める点のみにおいて，図１の実施形態とは相違している。
【符号の説明】
【００３２】
１    位相調整装置
２    カムシャフト
３    スーパーインポーズギヤ
４    第１入力部材
５    第２入力部材
６    出力部材
７    制動装置
８    プラネタリーギヤセット
９    サンギヤ
10    プラネタリーギヤ
11    プラネットキャリア
12    リングギヤ
13    チェーンスプロケット
14    ネジ
15    摩擦式制動装置
16    電磁石
17    磁石体
18    電磁コイル
19    内歯
20    外歯
21    制動ロータ
22    摩擦面
23, 23'     永久磁石
24, 24'     凹部
Ｎ    永久磁石のＮ極
Ｓ    永久磁石のＳ極
【図１】
2013536362.tif 000003
【図２】
2013536362.tif 000004
【国際調査報告】
2013536362.tif 000005
2013536362.tif 000006
2013536362.tif 000007
2013536362.tif 000008