(57)【要約】  本発明は、特に内燃機関用の、カムシャフト調整装置に関し、カムシャフト調整装置は、カムシャフト（２０ａ−２０ｄ）の位相角と相互に関連する制動トルク（Ｍｂ）を生成する少なくとも１つの渦電流ブレーキ（１２ａ―１２ｄ）を有するブレーキユニット（１１ａ−１１ｄ）と、少なくとも１つの作動レンジ（１５ｂ）において渦電流ブレーキ（１２ａ―１２ｄ）の調整機能を少なくとも補助する補助ユニット（１４ａ−１４ｄ）とを具備する。
2008544136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフト（２０ａ−２０ｄ）の位相角と相互に関連する制動トルク（Ｍｂ）を生成する少なくとも１つの渦電流ブレーキ（１２ａ−１２ｄ）を有するブレーキユニット（１１ａ−１１ｄ）と、少なくとも１つの作動レンジ（１５ｂ）において調整機能に関して前記渦電流ブレーキ（１２ａ−１２ｄ）を少なくとも補助するために設けられた補助ユニット（１４ａ−１４ｄ）と、を有する、特に内燃機関用の、カムシャフト調整装置。
【請求項２】
前記補助ユニット（１４ａ−１４ｄ）が係止ユニットで形成されることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト調整装置。
【請求項３】
前記補助ユニット（１４ａ）が、少なくとも部分的に、前記渦電流ブレーキ（１２ａ）と一体部材に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のカムシャフト調整装置。
【請求項４】
前記渦電流ブレーキ（１２ａ）が、軸方向に移動可能なロータ（１６ａ）を有することを特徴とする請求項３に記載のカムシャフト調整装置。
【請求項５】
少なくとも１つの予備変速段（１７b−１７ｄ）が、前記ブレーキ装置（１１ｂ−１１ｄ）の上流側に配置され、前記ブレーキユニット（１１ｂ−１１ｄ）の方向に回転速度を上げることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカムシャフト調整装置。
【請求項６】
エピサイクリック歯車装置ユニット（１０ｃ、１０ｄ）が、少なくとも部分的に、前記予備変速段（１７ｃ、１７ｄ）と一体部材に形成されることを特徴とする請求項５に記載のカムシャフト調整装置。
【請求項７】
前記渦電流ブレーキ（１２ａ、１２ｄ）が、ロータ（１６ａ、１６ｂ）に対して両側に配置される磁極構造体（２４ａ、２４ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のカムシャフト調整装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のカムシャフト調整装置を有する内燃機関。
【請求項９】
前記渦電流ブレーキ（１２ａ−１２ｄ）が、前記補助ユニット（１４ａ−１４ｄ）により、少なくとも１つの作動レンジ（１５ｂ）において調整機能に関して少なくとも補助されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のカムシャフト調整装置を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に内燃機関用の、ブレーキユニットを有するカムシャフト調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、エピサイクリック歯車装置ユニットと、ヒステリシスブレーキで形成されるブレーキユニットとを有する内燃機関用カムシャフト調整装置を開示しており、これによりカムシャフト位相角を調整するための制動力を生成することができる。
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３  ２４  ８４５  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、コスト効率がよく、高熱負荷を受けることができ、結果として特に省スペース設計のカムシャフト調整装置を提供するという目的に特に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴により達成され、本発明のさらなる実施形態は、従属項から得ることができる。
【０００６】
特に内燃機関用の、カムシャフト調整装置が提案され、このカムシャフト調整装置は、カムシャフトの位相角と相互に関連する制動トルクを生成する少なくとも１つの渦電流ブレーキを有するブレーキユニットと、少なくとも１つの作動レンジにおいて調整機能に関して渦電流ブレーキを少なくとも補助するために設けられた補助ユニットとを有する。
【０００７】
ここで、「補助」は、補助ユニットが、少なくとも１つの作動レンジにおいて、カムシャフトの位相角を一定に保持するため、及び／又は、この位相角を進める方向及び／又は遅れる方向に調整するために設けられることを特に意味するものと理解すべきである。
【０００８】
本発明による解決策により、特に内燃機関の回転速度に関して低作動のレンジ等の特定の作動レンジにおいて、及び、好ましくは内燃機関のアイドリング回転速度を下回る作動レンジにおいて、渦電流の制動力を補助する制動力を補助ユニットによって生成させることが可能であり、及び／又は、係止作用によりカムシャフトの位相角の調整を防止することが可能である。渦電流ブレーキのロータは、熱的及び機械的に高度に負荷を受けることができるように、コスト効率のよい態様で設計することができ、その結果、渦電流ブレーキを特に全体的に低重量で省スペースの設計とすることができる。ここで、「渦電流ブレーキ」は、作動原理が渦電流の生成に少なくとも大きく基づくものであるが、しかし、特にヒステリシスブレーキ成分などの他のブレーキ成分を有することも可能であるブレーキを特に意味することが本明細書中では理解されるべきである。更に、「位相角と相互に関連する制動トルク」は、特に依存性を意味することを理解すべきであり、この場合、制動トルクの異なる大きさを持つ種々の調整モードを得ることができる。
【０００９】
補助ユニットは、例えばヒステリシスブレーキである非接触ブレーキユニット、例えば摩擦板を備えたブレーキである接触ブレーキユニットによって、及び／又は、有利にはまた係止ユニットによって等、当業者にとって好適な異なるユニットで形成することができ、これにより、構造的に簡単でかつコスト効率的な態様で、力が合致した及び／又は特に形状が合致した接続により、カムシャフトの位相角が一定に保持され又はカムシャフトの位相角の調整が防止できる。係止ユニットは、エピサイクリック歯車装置を係止し、又は、カムシャフトの位相角の調整を防止するために、遊星歯車装置として形成されたエピサイクリック歯車装置の少なくとも２つのシャフトに特に回転固定された状態で連結するように作用することが好ましい。
【００１０】
補助ユニットが、少なくとも部分的に渦電流ブレーキと一体に形成される場合には、追加部材、設置スペース、重量及び組立費用を軽減することができる。渦電流ブレーキは、ヒステリシスブレーキとして形成することが更に有利であり、その結果、特にすべての作動レンジにおいて、例えば渦電流ブレーキのロータの特別な形態により、生成された渦電流制動成分及び生成されたヒステリシス制動成分の合計は、所望の制動トルクを得るために十分であり、及び／又は、渦電流ブレーキは、摩擦ブレーキとして及び／又は渦電流ブレーキの軸方向に移動可能なロータを有する構造的に簡単な態様で実現可能な係止装置として追加的に用いることができる。
【００１１】
本発明の他の実施形態では、カムシャフト調整装置は少なくとも１つの予備変速段を有し、この予備変速段はブレーキユニットの上流側に配置され、ブレーキユニットの方向に回転速度を上げるように設けられることが提案される。これにより、ブレーキユニット、特に渦電流ブレーキ内で高回転速度を実現することができ、したがって、内燃機関の回転速度が低いときでも、渦電流ブレーキにより有利な又は十分な制動トルクを有利に得ることができる。特に、渦電流ブレーキが補助ユニットにより調整機能に関して少なくとも補助される作動レンジについては、好ましくは内燃機関のアイドリング回転速度を下回るレンジ内に制限されることが可能となる。更に、予備変速段は、ブレーキユニットとエピサイクリック歯車装置ユニットとの間の公差に起因する又は熱膨張に起因するオフセットを補償するために有利に利用できる。ここでは、角度オフセットの有利な補償のために、突状歯部を備えた予備変速段を設計することもできる。
【００１２】
予備変速段が、少なくとも部分的にエピサイクリック歯車装置ユニットと一体的に形成される場合には、これも部材、設置スペース、重さ及び組立費用を軽減することができる。
【００１３】
渦電流ブレーキが、ロータに対して両側に配置された磁極構造体を有することがさらに提案され、この結果、高い効率を得ることができる。
【００１４】
他の利点は、以下の図の説明から推測できる。図は、本発明の例示的な実施形態を示す。本明細書及び特許請求の範囲は、種々の特徴を組み合わせて包含する。当業者であれば、その特徴を個々に考慮して、それらを組み合わせてさらに意味のある組み合わせを好ましく形成するであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、エピサイクリック歯車装置ユニット１０ａ及びブレーキユニット１１ａを有する内燃機関用カムシャフト調整装置を示す。エピサイクリック歯車装置ユニット１０ａは、遊星ギアセットで形成されており、このエピサイクリック歯車装置ユニットは、マイナス歯車装置として具体化されており、遊星キャリア１９ａが固定されているときの太陽ギア１８ａの理論的な動きの場合、ブレーキユニット１１ａに連結された調整入力と、エピサイクリック歯車装置ユニット１０ａのカムシャフト２０ａに連結された出力とは、異なる方向に回転する。遊星キャリア１９ａは歯付きベルトにより、内燃機関のクランクシャフト（詳細には図示しない）に連結され、作動中にこのクランクシャフトで駆動される。
【００１６】
ブレーキユニット１１ａは、カムシャフト２０ａの位相角と相互に関連する制動トルクを生成する渦電流ブレーキ１２ａと、この渦電流ブレーキ１２ａと一体部材に形成された補助ユニット１４ａとを備え、この補助ユニット１４ａは内燃機関の回転速度に関し低作動のレンジにおける調整機能に関して渦電流ブレーキ１２ａを補助し又はそれと置き換わるものである（図２）。渦電流ブレーキ１２ａは、ロータ１６ａと、ステータ２１ａと、ステータ２１ａに取り付けられた励磁コイル２２ａと、ロータ１６ａに固定されかつ銅から構成されるバンド状又はスリーブ状の渦電流ユニット２３ａと、渦電流ユニット２３ａに対して両側に配置された磁極構造体２４ａとを備える。銅に代えて、渦電流ユニット２３ａは、例えばアルミニウム等の当業者にとって好適と考えられる他の材料から形成することも可能である。磁極構造体２４ａは、互いに対向配置された磁極を有する（図３）が、しかし、これらの磁極をオフセット状態に配置することも可能である（図４）。
【００１７】
補助ユニット１４ａは、係止ユニットで形成され、これにより、太陽ギア１８ａ及び遊星キャリア１９ａは回転固定された状態で連結されることができる。ロータ１６ａはこのために軸方向に移動可能に設計されており、渦電流ブレーキ１２ａのスタータ２１ａから離れる方を向く側に歯部２５ａを有し、この歯部２５ａは遊星キャリア１９ａ（図２）に一体的に形成された歯部２６ａと、係止するために噛み合わせることができる。
【００１８】
内燃機関が始動されると、アイドリング回転速度に達する直前に、補助ユニット１４ａは電流を供給された励磁コイル２２ａにより係止を解除され、これによりロータ１６ａはステータ２１ａの方向にばね（詳細には図示しない）のばね力に抗して係止位置から引き出され、したがって、太陽ギア１８ａ及び遊星キャリア１９ａは、異なる回転速度で回転でき、カムシャフト２０ａの位相角の調整が可能となる。
【００１９】
その後、カムシャフト２０ａの位相位置が一定に設定されると、渦電流ブレーキ１２ａにより制動トルクが生成され、したがって、カムシャフト２０ａはクランクシャフトの回転速度の半分の速度で回転する。進める方向に調整が行われると、一定位相角における制動トルクに対して制動トルクが増大される。遅れる方向に調整が行われると、一定位相角における制動トルクに対して制動トルクが減少される。
【００２０】
内燃機関が停止されアイドリング回転速度よりも低下すると、補助ユニット１４ａは、励磁コイル２２ａが無励磁にされることにより再度係止され、ロータ１６ａはばねのばね力により遊星キャリア１９ａに向けて軸方向に押され、したがって、ロータ１６ａしたがって太陽ギア１８ａが、周方向に形状が合致した状態で遊星キャリア１９ａに連結され、この結果、太陽ギア１８ａ及び遊星キャリア１９ａ及びしたがって全体のエピサイクリック歯車装置ユニット１０ａは１つのユニットとして回転する。励磁コイル２２ａに代えて又は励磁コイル２２ａに加え、少なくとも１つの他のコイル及び／又は代替的なアクチュエータを設け、ロータ１６ａを軸方向に移動することも可能である。
【００２１】
図５から１２は、別の実施形態を示す。実質的に同じ部材には基本的に同じ参照符号を付し、例示的な実施形態を区別するためにａ−ｄの文字を付す。更に、同じ特徴及び機能について、図１から４の例示的な実施形態に関する説明を参照することができる。以下の説明は、図１から４に示す例示的な実施形態と相違する点にほぼ限定される。
【００２２】
図５は、ブレーキユニット１１ｂとエピサイクリック歯車装置ユニット１０ｂとの間に配置されてブレーキユニット１１ｂの方向に回転速度を上げるために設けられた予備変速段１７ｂを有する内燃機関のカムシャフト調整装置を示す。この予備変速段１７は、太陽ギア１８ｂと連結される第１スパーギア２７ｂと、このスパーギア２７ｂに噛み合う第２スパーギア２８ｂとを有し、この第２スパーギア２８ｂはブレーキユニット１１ｂの入力軸に連結される。
【００２３】
ブレーキユニット１１ｂは、カムシャフト２０ｂの位相角と相互に関連する制動トルクＭｂを生成する渦電流ブレーキ１２ｂと、内燃機関回転速度に関して低作動のレンジ１５ｂにおける調整機能に関して渦電流ブレーキ１２ｂを補助し又はそれと置き換わるために設けられる補助ユニット１４ｂとを備える（図６及び７）。渦電流ブレーキ１２ｂは、ロータ１６ｂと、ステータ２１ｂと、ステータ２１ｂに取り付けられた励磁コイル２２ｂと、ロータ１６ｂに固定されかつ銅から構成されるディスク状の渦電流ユニット２３ｂと、渦電流ユニット２３ｂに対して両側に配置された磁極構造体２４ｂとを備える。
【００２４】
補助ユニット１４ｂは係止ユニットで形成され、これにより、エピサイクリック歯車装置ユニット１０ｂの太陽ギア１８ｂと遊星キャリア１９ｂとが回転固定された状態で接続することができる。
【００２５】
図７は、図５のカムシャフト調整装置の内燃機関回転速度ｎに対する、ブレーキユニット１１ｂの制動トルクＭｂの特性を示す。ここでは、ライン２９ｂは、予備変速段１７ｂなしで渦電流成分によってのみ生成されたトルクの理論特性を示し、ライン３０ｂは、予備変速段１７ｂを有する渦電流成分によってのみ生成されるトルクの理論特性を示し、ライン３１ｂは、予備変速段１７ｂを有する渦電流成分及びヒステリシス成分１３ｂによって生成されたトルクの特性を示す。
【００２６】
内燃機関が始動すると、アイドリング回転速度３２ｂに達する直前に、補助ユニット１４ｂが係止解除され、特に一度、十分な制動トルク３５ｂが渦電流ブレーキ１２ｂにより付与される。内燃機関が停止されアイドリング回転速度を下回ると、補助ユニット１４ｂが再度係止され、したがって、カムシャフト２０ｂの位相角の調整が防止される。ここでは、ほぼ垂直に反映されている制動トルクＭｂの特性が生成される。
【００２７】
図８は、ブレーキユニット１１ｃとエピサイクリック歯車装置ユニット１０ｃとの間に配置されてブレーキユニット１１ｃの方向に回転速度を上げるために設けられた予備変速段１７ｃを有する内燃機関のカムシャフト調整装置を示す。エピサイクリック歯車装置ユニット１０ｃは、２段の段付太陽ギア１８ｃを有し、この太陽ギアは予備変速段１７ｃのスパーギア２７ｃと一体部材で形成され、このスパーギア２７ｃは、エピサイクリック歯車装置ユニット１０ｂの遊星ギアと噛み合う段付太陽ギア１８ｃの部分よりも大きな径を有する。
【００２８】
ブレーキユニット１１ｃは、カムシャフト２０ｃの位相角と相互に関連する制動トルクを生成するための渦電流ブレーキ１２ｃと、内燃機関回転速度に関して低作動のレンジにおける調整機能に関して渦電流ブレーキ１２ｃを補助し又はそれと置き換わるために設けられる補助ユニット１４ｃとを備える（図９）。
【００２９】
補助ユニット１４ｃは係止ユニットで形成され、これにより、段付太陽ギア１８ｃ及びカムシャフト２０ｃは、回転固定された状態に接続され、したがって、位相調整を防止することができる。
【００３０】
渦電流ブレーキ１２ｃは、ロータ１６ｃと、ステータ２１ｃと、ステータ２１ｃに取り付けられた励磁コイル２２ｃと、ロータ１６ｃに固定されたバンド状又はスリーブ状の渦電流ユニット２３ｃと、渦電流ユニット２３ｃに対して一方の側に配置されかつ軸方向に直列に配置された２つの極性の異なる作動領域を備える磁極構造体２４ｃとを備える（図９及び１０）。渦電流ユニット２３ｃは２層構造に形成され、この渦電流ユニット２３ｃは、特に、磁極構造体２４ｃに面する半径方向内側に、銅から構成される非軟磁性磁気層３３ｃを有し、磁極構造体２４ｃから離れる方を向く側の半径方向外側に、鉄から構成される軟磁性磁気層３４ｃを有する。軟磁性磁気層３４ｃにより、有利なリターン流を得ることができる。しかしながら、当業者にとって好適な他の材料あるいは単層の渦電流ユニット２３ｃも基本的に考えられる。
【００３１】
図１１は、内燃機関のカムシャフト調整装置を示し、このカムシャフト調整装置は、ブレーキユニット１１ｄとエピサイクリック歯車装置ユニット１０ｄとの間に配置された予備変速段１７ｄを有し、この予備変速段はブレーキユニット１１ｄの方向に回転速度を上げるために設けられる。エピサイクリック歯車装置ユニット１０ｄは太陽ギア１８ｄを有し、この太陽ギアは、ブレーキユニット１１ｄの方向に外側に延びて予備変速段１７ｄのスパーギア２７ｄと一体部材に形成される連続的な歯部を有する。
【００３２】
ブレーキユニット１１ｄは、カムシャフト２０ｄの位相角に相互に関連する制動トルクを生成するための渦電流ブレーキ１２ｄと、内燃機関の回転速度に関して低作動のレンジにおける調整機能に関して渦電流ブレーキ１２ｄを補助し又はそれと置き換わるために設けられた補助ユニット１４ｄとを備える（図１１及び１２）。
【００３３】
補助ユニット１４ｄは係止ユニットで形成され、この係止ユニットにより、太陽ギア１８ｄとカムシャフト２０ｄを回転固定された状態で接続することができる。
【００３４】
渦電流ブレーキ１２ｄはロータ１６ｄと、ステータ２１ｄと、ステータ２１ｄに取り付けられた励磁コイル２２ｄと、ロータ１６ｄに固定されかつ銅から構成されるロータ１６ｄに固定されたディスク状渦電流ユニット２３ｄと、渦電流ユニット２３ｄに対する一方の側に配置されて半径方向に直列に配置された２つの極性の異なる作動領域を有する磁極構造体２４ｄとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】カムシャフト調整装置の概略図である。
【図２】磁極構造体の配置及びバンド状作動領域を有する渦電流ブレーキを示す。
【図３】磁極を互いに反対側に配置した渦電流ブレーキの概略的な磁極構造体の細部を示す。
【図４】磁極をオフセット配置した別の概略的な磁極構造体の詳細を示す。
【図５】予備変速段を有する別のカムシャフト調整装置の概略的な説明図である。
【図６】両側に磁極構造体を配置し、ディスク状の作動領域を有する図５のカム調整装置の渦電流ブレーキを示す。
【図７】内燃機関の回転速度に対する制動トルクの特性を示す。
【図８】段付太陽歯車を有する別のカムシャフト調整装置の概略的な図である。
【図９】磁極構造体の片側配置及びバンド状の作動領域を有する図８のカムシャフト調整装置の渦電流ブレーキを示す。
【図１０】一方の側に磁極を配置した図９の渦電流ブレーキの概略的な磁極構造体の細部を示す。
【図１１】連続的な太陽歯車の歯部を有する別のカムシャフト装置の概略的な図である。
【図１２】磁極構造体及びディスク状作動領域を片側に配置した別の渦電流ブレーキを示す。
【符号の説明】
【００３６】
１０  エピサイクリック歯車装置ユニット
１１  ブレーキユニット
１２  渦電流ブレーキ
１３  ヒステリシス成分
１４  補助ユニット
１５  作動レンジ
１６  ロータ
１７  予備変速段
１８  太陽ギア
１９  遊星キャリア
２０  カムシャフト
２１  ステータ
２２  励磁コイル
２３  渦電流ユニット
２４  磁極構造体
２５  歯部
２６  歯部
２７  スパーギア
２８  スパーギア
２９  ライン
３０  ライン
３１  ライン
３２  アイドリング回転速度
３３  層
３４  層
３５  制動トルク
ｎ  内燃機関回転速度
Ｍ  制動トルク
【図１】
2008544136.tif 000003
【図２】
2008544136.tif 000004
【図３】
2008544136.tif 000005
【図４】
2008544136.tif 000006
【図５】
2008544136.tif 000007
【図６】
2008544136.tif 000008
【図７】
2008544136.tif 000009
【図８】
2008544136.tif 000010
【図９】
2008544136.tif 000011
【図１０】
2008544136.tif 000012
【図１１】
2008544136.tif 000013
【図１２】
2008544136.tif 000014
【国際調査報告】
2008544136.tif 000015
2008544136.tif 000016
2008544136.tif 000017
2008544136.tif 000018