KR102359751B1 - 동기식 벨트 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

동기식 벨트 구동 시스템이, 유리, 탄소, PBO, 또는 아라미드와 같은 고-탄성계수 섬유의 인장 코드를 갖는 동기식 벨트; 구동 스프로킷 및 적어도 하나의 종동 스프로킷으로서, 그들 중 적어도 하나는 오브라운드형 스프로킷인 것인, 구동 스프로킷 및 적어도 하나의 종동 스프로킷; 및 텐셔너로서, 반경 방향 외측 표면 및 수용 부분을 갖는 축 방향으로 연장되는 원통형 부분을 구비하는 베이스부, 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물리는 편심 아암, 상기 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링, 및 상기 편심 아암에 축 지지되는 풀리를 구비하는 것인, 텐셔너를 구비한다. 바람직하게, 편심 아암, 풀리, 또는 토션 스프링 중의 어느 하나도, 다른 것들로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않는다. 오브라운드형 스프로킷은, 톱니형 표면 및, 일정한 반경을 갖는 2개의 호형 부분 사이에 배치되는 적어도 하나의 선형 부분으로서, 사전결정된 길이를 갖는 것인, 선형 부분을 구비한다.

Description

동기식 벨트 구동 시스템

본 발명은, 개괄적으로, 타이밍 벨트, 자동 기계적 텐셔너, 구동 풀리, 및 하나 이상의 종동 풀리를 포함하고, 그러한 풀리들 중의 적어도 하나는, 오브라운드형(obround)인 것인, 내연 기관들에서 사용되는 것과 같은, 동기식 벨트 구동 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 오일 내에서 작동하는데 적절하며 그리고 공지의 시스템들보다 훨씬 더 좁은 패키지 폭을 갖는 벨트 구동 시스템에 관한 것이다.

엔진들을 위한 대부분의 동기식 벨트 구동 시스템들은, 엔진의 전방부에서, 엔진 블록 외측에, 장착되어 왔다. 타이밍 벨트들은, 그러한 소위 "건식" 벨트 적용에서, 윤활없이 작동될 수 있을 것이다. 이러한 접근법의 결과가, 구동 샤프트 및 캠샤프트(들)가 시간이 지남에 따라 누출되기 쉬울 수 있는 오일 시일들을 통해 블록을 빠져나가야만 한다는 것이다. 이득은, 엔진실 내에 벨트 구동 시스템의 폭을 수용함에 있어서의 상대적인 용이성, 즉 구동 시스템 폭에 관한 제약의 상대적인 부족이다. 그럼에도 불구하고, 일부 엔진실은, 제한된 공간을 가지며, 그리고 차량 중량 감소는 바람직하고, 따라서, 감소된 시스템 중량 및 폭에서, 동일한 구동 부하, 장력, 및 타이밍 요건을 취급할 수 있는, 더 좁은 건식 벨트 구동 시스템이, 바람직할 수 있다. 여기에서, "폭"은, 축 방향으로의, 즉 구동 시스템의 레이아웃 도면에서 볼 수 있는 것으로서, 구동 시스템의 평면에 수직인 방향으로의, 구동 시스템 또는 구동 구성요소의 치수를 지칭한다.

내연 기관들을 위한 타이밍 체인들은 일반적으로, 이들이 용이하게 윤활되는 곳인 엔진 내부에 장착된다. 다른 엔진-타이밍 접근법이, 타이밍 체인 구동 시스템의 설계와 유사하게, 엔진 블록 내부에 동기식 벨트 구동 시스템을 장착하는 것이다. 이러한 접근법은, 샤프트들 상에 필요하게 되는 시일들의 개수를 감소시킬 수 있을 것이다. 이러한 접근법은, 과도한 크기의 엔진 블록의 비용을 회피하기 위해 그리고 동일한 용도를 위한 타이밍 체인 구동 시스템의 폭과 정합시킬 때, 시스템 폭에 관한 많은 제약을 요구할 수 있을 것이다. 부가적으로, 이러한 소위 "습식" 벨트 적용은, 벨트 재료가 오일 및 다른 엔진 유체들에 탁월한 저항성을 갖는다는 것을 요구한다. 따라서, 타이밍 체인 시스템을 바로 교체할 수 있고, 오일과 접촉 상태에서 작동하는 가운데, 감소된 시스템 중량에서, 동일한 구동 부하, 장력, 및 타이밍 요건을 취급할 수 있는, 더 좁은, 습식-벨트, 구동 시스템이, 바람직할 수 있다.

예로서, 하나의 공지된 상업적 벨트-인-오일 타이밍 구동 시스템이, 약 19-23 mm 폭인 원형 풀리들, 및 약 35-38 mm의 폭을 차지하는 통상적인 텐셔너와 함께, 약 18 mm 폭인 벨트를 구비한다. 피크 타이밍 오차는, 전형적으로 피크에서 피크까지 약 2°인 것으로 여겨진다. 시스템 질량은, VVT 구성요소들을 포함하여 대략 총 2500 g 그리고 VVT 구성요소들 없이 대략 1700 g인 것으로 보고된다.

미국 특허번호 제9,927,001호(데이코 유럽 에스알엘)가, 기술 분야를 대표한다. 그 문헌에서, 오일과 접촉 상태에서 작동하는 19-mm 폭 벨트를 사용하는, 벨트 수명 테스트가, 설명된다.

전체 시스템 폭을 18 mm 미만으로, 즉 전형적인 현재의 시스템 폭의 절반 미만으로, 감소시키는 것이 바람직할 것이다. 이를 실행하는 것은, 적어도 얼마간 더 좁은 벨트 및 풀리들 그리고 훨씬 더 좁은 텐셔너를 요구할 것이다. 이는, 벨트 폭을 감소시키는 것이, 결국 타이밍 오차를 증가시킬 수 있으며 그리고 벨트 열화를 가속시킬 수 있고, 그에 따라 타이밍 시스템 성능 및 기대 수명을 감소시키도록 하는, 벨트 인장 스트레인, 접촉 압력, 및 톱니 변형을 증가시킬 것으로 예상되기 때문에, 용이한 업무가 아닐 것이다. 바람직한 것은, 동시에 타이밍 오차를 약 50% 감소시키는 가운데 그리고 벨트 수명의 손실 없이, 20 mm 이하로 시스템 폭을 그리고 상응하게 중량을 감소시키는 것이다.

본 발명은, 감소된 시스템 중량 및 폭에서, 전형적인 구동 부하, 장력 및 타이밍 요건을 취급할 수 있는, 더 좁은, 건식 또는 습식 벨트, 타이밍-구동 시스템을 제공하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

본 발명은, 고-탄성계수 타이밍 벨트, 오브라운드형 스프로킷, 및 좁은 윤곽의, 자동, 기계적 텐셔너를 갖는 시스템에 관한 것이다. 고-탄성계수 타이밍 벨트는 바람직하게, 이들의 혼성체들을 포함하는, 고-탄성계수-유리 섬유, 탄소 섬유, PBO, 또는 아라미드와 같은, 고-탄성계수 섬유의 인장 코드를 구비한다. 오브라운드형 스프로킷은, 피크에서 피크까지 1.5° 미만으로, 바람직하게 피크에서 피크까지 1.0° 미만으로, 타이밍 오차를 감소시키도록 선택되는, 위상 및 크기를 구비한다. 오브라운드형 스프로킷은, 톱니형 표면 및, 일정한 반경을 갖는 2개의 호형 부분 사이에 배치되는 적어도 하나의 선형 부분으로서, 사전결정된 길이를 갖는 것인, 선형 부분을 구비한다. 텐셔너는, 바람직하게 비틀림 스프링 및 비대칭 감쇠력을 동반하는 가운데, 이완측 벨트 장력을, 바람직하게 100 N 내지 600 N의 범위 내에, 유지하도록 선택되는, 감쇠력 및 장력을 갖는다. 텐셔너는 바람직하게, 반경 방향 외측 표면 및 수용 부분을 갖는 축 방향으로 연장되는 원통형 부분을 구비하는 베이스부, 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물리는 편심 아암, 상기 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링, 및 상기 편심 아암에 축 지지되는 풀리를 구비한다. 바람직하게, 편심 아암, 풀리, 또는 토션 스프링 중의 어느 하나도, 다른 것들로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않는다.

상기한 것은, 뒤따르는 본 발명의 상세한 설명이 더 양호하게 이해될 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 특징들 및 기술적 이점들을 다소 넓게 개괄적으로 설명했다. 본 발명의 청구항들의 대상을 형성하는, 본 발명의 부가적인 특징들 및 이점들이, 이하에서 설명될 것이다. 개시되는 개념 및 특정 실시예는, 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 설계하기 위한 또는 수정하기 위한 기초로서, 쉽게 활용될 수 있다는 것이, 당업자에 의해 인식되어야 한다. 그러한 균등한 구성들이, 첨부 특허청구범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것이, 당업자에 의해 또한 인지되어야 한다. 본 발명의 구성 및 작동 방법에 양자 모두에 대한 것으로서, 본 발명의 특성인 것으로 여겨지는 신규의 특징들은, 추가적인 목적들 및 이점들 함께, 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 뒤따르는 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은, 단지 예시 및 설명의 목적으로만 제공되며, 그리고 본 발명의 한계에 대한 정의로서 의도되는 것이 아니라는 것이, 명확하게 이해되어야 한다.

본 명세서에 통합되며 그리고 본 명세서의 일부를 형성하는, 유사한 참조 부호들이 유사한 부분들을 지시하는, 첨부되는 도면들은, 본 발명의 실시예들을 도시하며, 그리고, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 표현하는 역할을 한다.
도 1은 오브라운드형 스프로킷의 측면도이다.
도 2는 대안적인 오브라운드형 스프로킷의 측면도이다.
도 3은, 트윈 캠, 직렬 4 실린더, 4 행정, 가솔린 기관의 사시도이다.
도 4는, 캠샤프트의 후방에서 구동되는 연료 펌프를 구비하는, 단일 캠, 직렬 4 실린더, 4 행정, 디젤 구동 기관의 사시도이다.
도 5는, 동기식 벨트 구동 시스템 내에 통합되는 연료 펌프를 갖는, 단일 캠, 4 실린더, 4 행정, 디젤 구동 기관의 사시도이다.
도 6은, 트윈 캠, 4 실린더, 4 행정, 가솔린 구동 기관의 개략도이다.
도 7은, 1.5차 및 2차 추출 곡선들을 포함하는, 4 실린더, 4 행정 디젤 기관의 종동 스프로킷에 대한 전형적인 총 부하 특성을 나타낸다.
도 8은, 4 실린더, 4 행정 기관의 구동 스프로킷에 대한 2차 부하 특성을 나타낸다.
도 9는, 3 피스톤 연료 펌프(또는 1.5차를 포함하는 다른 장치)를 갖는, 4 실린더, 4 행정 커먼 레일 디젤 기관의 구동 스프로킷에 대한 1.5차 부하 특성을 나타낸다.
도 10은, 동기식 벨트에 대한 응력/변형 관계를 나타내는 곡선들의 군이다.
도 11은, 도 6의 시스템에 대한, 엔진 동력 특성에 관한 오브라운드형 스프로킷의 위상 정렬/위상 오정렬(phasing/misphasing)의 영향을 도시하는 일련의 곡선들이다.
도 12는, 오브라운드형 스프로킷의 적용 이전 및 이후의, 도 6에 도시된 엔진의 캠샤프트에서의 각 진동 특성을 도시하는 차트이다.
도 13은, 오브라운드형 스프로킷의 적용 이전 및 이후의, 도 6에 도시된 엔진의 긴장측 장력 특성을 도시하는 차트이다.
도 14는 진동 각도 대 크랭크샤프트 회전 속도에 대한 챠트이다.
도 15는 흡기 캠에 대한 진동 각도 대 크랭크샤프트 속도에 대한 챠트이다.
도 16은 배기 캠에 대한 진동 각도 대 크랭크샤프트 속도에 대한 챠트이다.
도 17은 흡기 캠에 대한 각 변위 대 크랭크샤프트 속도에 대한 차트이다.
도 18은 배기 캠에 대한 각 변위 대 크랭크샤프트 속도에 대한 차트이다.
도 19는 각각의 캠샤프트 타이밍 오차에 대한 오브라운드형 스프로킷 위상 정렬의 영향을 도시하는 도표이다.
도 20은, 표준 벨트 및 고탄성 벨트에 동반되는, 각각의 캠샤프트 타이밍 오차에 대한 오브라운드형 스프로킷 위상 정렬의 영향을 도시하는 도표이다.
도 21은, 벨트 폭에 의한, 타이밍 오차에 관한 오브라운드형 스프로킷의 영향을 도시하는 도표이다.
도 22는, 편심의 크기에 의한, 타이밍 오차에 관한 오브라운드형 스프로킷의 영향을 도시하는 도표이다.
도 23은 텐셔너의 분해도이다.
도 24는 텐셔너의 상측 분해도이다
도 25는 텐셔너의 베이스부의 사시도이다.
도 26은 텐셔너의 편심 아암의 사시도이다.
도 27은 텐셔너의 토션 스프링의 사시도이다.
도 28은 텐셔너의 단면도이다.
도 29는 대안적인 텐셔너의 분해도이다.
도 30은 도 29의 대안적인 텐셔너의 평면도이다.
도 31은 도 29의 대안적인 텐셔너의 단면도이다.
도 32는 대안적인 텐셔너의 측면도이다.
도 33은 도 32의 대안적인 텐셔너의 사시도이다.
도 34는 동기식 벨트의 부분적으로 파단된 도면이다.
도 35는, 본 발명의 양태를 테스트하기 위해 사용되는, 동기식 벨트 구동 시스템에 대한 도해이다.

본 발명은, 고-탄성계수 타이밍 벨트, 하나 이상의 오브라운드형 스프로킷, 및 좁은 설계의 자동 기계적 텐셔너를 포함하는, 동기식 벨트 구동 시스템에 관한 것이다. 고-탄성계수 타이밍 벨트는 바람직하게, 유사한 폭이지만 통상적인 유리섬유 인장 부재를 갖는 타이밍 벨트의 계수의 약 2배인, 인장 계수를 갖는다. 고-탄성계수 타이밍 벨트는 바람직하게, 열-저항성 및 오일-저항성 재료들로 구성된다. 제1 오브라운드형 스프로킷은 바람직하게, 스프로킷과 상기 제1 오브라운드형 스프로킷 사이의 각 변위 타이밍 오차가 피크에서 피크까지 1.5도 미만이 되도록 하는, 크기 및 위상을 갖는다. 자동 기계적 텐셔너는, 축 방향으로 연장되는 원통형 부분으로서, 반경 방향 외측 표면 및 상기 반경 방향 외측 표면의 반경 방향 내측에 놓이는 수용 부분을 구비하는 것인, 원통형 부분을 구비하는 베이스부, 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물리는 편심 아암, 상기 반경 방향 내측의 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링, 및 상기 편심 아암에 축 지지되는 풀리를 포함할 수 있을 것이다. 바람직하게, 편심 아암, 풀리 및 토션 스프링은, 편심 아암, 풀리, 또는 토션 스프링 중의 어느 하나도, 편심 아암, 풀리 또는 토션 스프링 중의 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않아, 최소 폭을 초래하도록, 동심으로 배열된다.

고-탄성계수 타이밍 벨트.

동기식 벨트(200)의 구조가, 도 34에 예시된다. 벨트(200)는, 랜드부들(215)과 교호반복되는 일측면 상의 톱니들(214), 및 부드러운 후면(220)을 구비한다. 몸체 고무 또는 탄성중합체는, 톱니 고무(212) 및 후면측 고무(222)를 포함한다. 톱니형 측면은, 톱니 자켓(216)으로 커버되며 그리고, 후면(220)은, 후면측 자켓(224)으로 커버된다. 톱니 반복 길이는, 피치 "P"이다. 인장 부재(218)는, 벨트 몸체 고무 내에 매립되며 그리고 벨트에 자체의 고-탄성계수를 제공한다.

톱니 자켓(216)은, 타이밍 오차 및 내구성과 같은, 시스템 성능 속성들 뿐만 아니라, 하나 이상의 벨트 속성을, 예를 들어, 접착제, 오일 저항성, 마모 저항성 및 이와 유사한 것을 향상시키기 위한, 직물 및 하나 이상의 처리(treatment)를 구비한다. 직물 처리는, 종래 기술에 공지된 임의의 적절한 처리일 수 있을 것이다. 마찬가지로, 후면측 자켓(224)은, 하나 이상의 톱니 자켓과 동일하거나 상이한 처리 및 직물을 구비할 수 있을 것이다. 용어 "자켓"은, 그에 따라, 일반적으로 벨트로의 조립을 위해 준비되는 형태인, 구비되는 하나 이상의 처리를 동반하는 직물을 설명하기 위해 사용된다. "직물"은 일반적으로, 처리를 적용하기 이전의, 미가공 직조물, 부직포, 또는 편직물을 지칭한다.

톱니 직물은, 적용을 위해 필요함에 따른, 적절한 신축성, 강도, 내마모성, 열적 저항성 및 환경적 저항성의, 임의의 적절한 직조물, 또는 편직물 또는 부직포 직물일 수 있을 것이다. 유동-관통 벨트 제조 프로세스(이후에 정의됨)에서의 사용을 위해, 80% 초과, 또는 100% 초과의 종방향 신장이, 바람직하다. 예비 성형 프로세스를 위해서는, 훨씬 더 낮은 신장이, 적절할 것이고, 또는 상당한 신장이 적절하지 않을 수 있을 것이다. 직물은, 나일론, 아라미드, PPS, PEEK, 폴리에스테르, 및 이들의 조합들과 같은, 고-강도, 오일, 마모 및 열 저항성 섬유들을 포함할 수 있을 것이다. 충분한 신장성의 얀들(Yarns)이, 텍스처라이징(texturizing), 탄성 코어 감싸기, 편향 배향, 및 이들의 조합을 포함하는, 임의의 공지된 적절한 방법에 의해 획득될 수 있을 것이다.

후면측 직물은, 적용을 위한, 적절한 신축성, 강도, 내마모성, 열적 저항성(고온 또는 저온) 및 환경적 저항성의, 임의의 적절한 직조물, 또는 편직물 또는 부직포 직물일 수 있을 것이다. 일반적으로, 벨트의 후면 상에 단지 평면형으로 놓일 것이기 때문에, 후면측 직물에 대한 어떤 신장의 양에 대한 특정 요건을 존재하지 않는다. 어느 정도의 신장성은, 벨트 가요성을 유지하기 위해 바람직할 수 있을 것이다. 후면측 직물은, 반복되는 저온 시동으로부터의 후면측 균열 형성(back cracking)을 감소시키도록, 저온 저항성을 개선하는 것으로 확인된 바 있다.

바람직한 직물 처리가, 참조로 본 명세서에 통합되는, 야마다 등에 의한, 미국 특허공개 제2014/0080647A1호에 설명된, 선택적인 RFL 처리를 동반하는, 에폭시 또는 에폭시-고무 처리를 포함한다. 그러한 처리는, 심지어 고온 및 고부하 조건들 하에서 또는 오일 및 물 환경 내부에서 사용될 때에도, 톱니 자켓의 오일 및 물 저항성 그리고 마모 저항성을 개선하고자, 그리고 만족스러운 내구성을 갖는 톱니형 벨트를 제공하고자 하는 것이다.

임의의 적절한 고무 조성물(들)이, 톱니 고무(212) 또는 후면측 고무(222)를 위해 사용될 수 있을 것이다. 부가적으로, 인장 코드(218)와 접촉하는 접착 고무 층 또는 다른 층들과 같은, 필요에 따른 다른 고무 층들이, 존재할 수 있을 것이다. 동일한 또는 상이한 화합물들이, 요구에 따라, 톱니 내에, 인장 코드 층 내에, 후면 상에 그리고 벨트 내의 다른 곳에, 사용될 수 있을 것이다. 참조로 본 명세서에 통합되는, 위트필드에 허여된 미국 특허 제6,358,171 B1호는, 톱니 고무 또는 벨트 몸체 고무를 위한 예시의 고무 화합물들을 설명한다. 상기 문헌에 설명되는 바와 같이, 벨트 몸체 고무 조성물은, HNBR과 같은, 니트릴-기 함유 공중합체 고무를 포함할 수 있으며, 그리고 고무는, 고무의 유리 전이를 낮추는, 제3 모노머를 포함할 수 있을 것이다. 고무 조성물은 또한, 고무의 약 0.5 내지 약 50 중량부(PHR)의 섬유 보강재를 포함할 수 있을 것이다. 참조로 본 명세서에 통합되는, 미국 특허 제9,140,329 B2는, 톱니 고무 또는 벨트 몸체 고무를 위한 다른 예시의 고무 화합물들을 설명한다. 상기 문헌에 설명되는 바와 같이, 벨트 몸체 고무 조성물은, HNBR 또는 HXNBR 고무, 레조르시놀(resorcinol), 및 멜라민 화합물을 포함할 수 있을 것이다.

벨트 몸체의 고무 조성물(들)은, 충전제, 가소제, 항-분해제, 가공 지원제(processing aids), 경화제, 보조제(coagents), 상용화제(compatibilizers), 및 이와 유사한 것과 같은, 당해 기술분야에 공지된 부가적 성분들을 더 포함할 수 있을 것이다.

벨트를 위한 인장 코드(218)는, 당해 기술분야에 공지된 임의의 것일 수 있지만, 바람직하게, 섬유 유리, PBO, 아라미드, 탄소 섬유 또는 상기한 것들 중의 2 이상의 혼성체를 포함한다. 인장 코드는 바람직하게, 오일-습식 환경에서의 사용을 위해 오일에 대해 높은 저항성인, 접착제 처리를 포함한다. 예를 들어, 접착제 처리는, 니트릴-함유 라텍스 또는 고무, 또는 다른 오일-저항성 재료들에 기초할 수 있을 것이다. 바람직한 인장 코드가, 크눗슨에게 허여된 미국 특허 제6,945,891호에 개시된 바와 같은 탄소 섬유, 또는 아키야마 등에게 허여된 미국 특허 제7,682,274호에 개시된 바와 같은 유리/탄소 혼성 코드를 포함한다. 인장 코드를 위한 바람직한 섬유 유리는, K-유리, U-유리, M-유리, 또는 S-유리와 같은, 고-강도 섬유 유리를 포함한다.

본 발명의 톱니형 벨트들은, 벨트를 제작하는 공지의 방법에 따라 제조될 수 있을 것이다. 가장 일반적인 접근법이, 홈형 멘드렐(grooved mandrel)에, 톱니 커버 자켓으로 시작하여, 이어서 인장 코드 및 몸체 고무, 그리고 후면측 자켓으로 끝나도록, 다양한 재료들을 적용하는 것이다. 멘드렐은 벨트 판상물(belt slab)과 함께, 이어서, 홈들의 형상 내로 톱니 자켓을 밀어 넣도록 톱니 홈들 내로 고무가 유동하는 것을 야기하도록, 재료들을 함께 압착하기 위해 가열되고 가압될 수 있는, 가압 가능한 쉘(shell) 내에 삽입된다("유동-관통(flow-through)" 방법으로 공지됨). 대안적으로, 톱니 자켓은, 멘드렐 상에 톱니 자켓을 배치하기 이전에 또는 도중에, 선택적으로 톱니를 충전하는 고무로, 적절한 홈 형상으로 예비 성형될 수 있다("예비 성형 방법"). 이러한 방법들에 관한 다른 변동들이 또한 가능하다. 직물 후면 배치 벨트(fabric-backed belt)를 제작하는데 대한 일차적인 부가적 특징은, 벨트의 후면이 고무-후면 배치 벨트들에 실행되는 바와 같이 사이즈 조절을 위해 연마될 수 없기 때문에, 고무 층들이, 요구되는 최종 벨트 두께를 달성하기 위해 주의 깊게 측정되어야만 한다는 것이다.

고무 화합물은 일반적으로, 톱니 및 타이밍 벨트의 톱니 강도 및 부하 용량에 크게 기여하는, 계수(modulus) 레벨을 갖는다. 마찬가지로, 톱니 커버 자켓은, 벨트의 톱니 강도 및 부하 용량에 또한 기여하는, 톱니에 대한 보강에 기여한다. 인장 코드는 일반적으로, 계수(또는 구간 강성(span stiffness)) 및 강도와 같은, 타이밍 벨트의 인장 속성들을 지배한다. 이러한 재료들의 선택에 의해 벨트 구간 강성 및 톱니 강성의 조합을 최적화하는 것이, 시스템 부하를 감소시키며 그리고 벨트에서 필요한 강도를 최소화하는 가운데, 더 좁은 벨트가 동일한 시스템 타이밍 오차를 갖는 것을 허용하는 것으로 확인되었다. 특히 유리섬유 코드를 갖는 통상적인 벨트의 구간 강성에 비해 구간 강성을 증가시키는 것이, 바람직한 효과를 갖는다. 최대 2배의 구간 강성을 갖는 그리고 동일한 톱니 강성을 갖는 일련의 벨트들이, 전산 시뮬레이션에서, 동일한 시스템 타이밍 오차를, 그러나 감소된 시스템 최대 벨트 장력, 최대 벨트 유효 장력, 및 최대 텐셔너 구간 장력을 가졌다.

오브라운드형 스프로킷.

본 발명은, 동기식 벨트 구동 시스템으로서, 톱니형 표면 및 2개의 호형 부분(14, 15) 사이에 배치되는 적어도 하나의 선형 부분(16)을 구비하는, 제1 오브라운드형 스프로킷(10)으로서, 상기 호형 부분들은 일정한 반경(R1, R2)을 가지며, 상기 선형 부분은 사전결정된 길이를 갖는 것인, 제1 오브라운드형 스프로킷(10), 톱니형 표면을 갖는 스프로킷(300)으로서, 무단 톱니형 부재(200)에 의해 상기 제1 오브라운드형 스프로킷과 맞물리는 것인, 스프로킷을 포함하며, 그리고 상기 제1 오브라운드형 스프로킷(10)은, 상기 스프로킷과 상기 제1 오브라운드형 스프로킷 사이의 각 변위 타이밍 오차가 피크에서 피크까지 1.5도 미만이 되도록 하는 크기 및 위상을 갖는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템을 포함한다.

도 1은 오브라운드형 스프로킷의 측면도이다. 본 발명의 스프로킷(10)은, 톱니형 표면(11)을 구비한다. 톱니형 표면(11)은, 톱니형 벨트와 맞물린다. 톱니형 표면(11)은, 랜드 영역들(land areas)(12) 및 인접한 홈들(13)을 포함한다. 홈들(13)은, 톱니형 벨트의 톱니 형상의 대응 설계와 양립하는, 형상을 갖는다. 톱니형 벨트들은 또한, 이들이 구동 스프로킷 및 종동 스프로킷의 회전을 동기화하기 위해 사용되기 때문에, 동기식 벨트들로 지칭된다.

스프로킷(10)은, 부분(14) 및 부분(15)을 포함한다. 부분(14)은, 일정한 반경(R2)을 갖는, 호형 톱니형 표면(11a)을 구비한다. 부분(15)은, 일정한 반경(R1)을 갖는, 호형 톱니형 표면(11b)을 구비한다. 부분들(14, 15)은, 반경들(R1, R2)이 동일하고 일정하기 때문에, 원의 세그먼트들이다. 이러한 방식의 원형 세그먼트들의 사용은, 본 발명의 스프로킷을 위한 설계 및 제조 프로세스의 복잡성을 감소시킨다.

부분(14)과 부분(15) 사이에, 선형 부분(16)이 배치된다. 부분(16)은, 각 부분(14, 15)을 서로로부터 변위시켜, 그에 따라 스프로킷에 오브라운드형 형상(obround shape)을 제공하는, 효과를 갖는 직사각형 섹션을 구비한다. 스프로킷 표면(11)은, 지점들(160 및 161) 사이, 그리고 지점들(162 및 163) 사이에서, 직선형, 즉 선형 또는 평면형이다.

평면형 부분(16)은, 시스템 토크 변동 진폭과 관련되는, 길이를 갖는다. 이러한 실시예에서, 부분(16)은, 지점들(160 및 161) 사이에서, 그리고 지점들(162 및 163) 사이에서, 대략 2 mm의 치수(W)를 갖는다. 따라서, 부분(14)의 곡률 중심(17)은, 오브라운드형 스프로킷의 편심의 "크기(magnitude)"로 지칭되는, 스프로킷의 회전 중심(20)으로부터, W/2의, 대략 1 mm의, 거리만큼 변위된다. 또한, 부분(15)의 곡률 중심(18)은, 스프로킷의 회전 중심(20)으로부터, W/2의, 대략 1 mm의, 거리만큼 변위된다. 주어진 치수들은, 단지 예시의 목적을 위한 것이며 그리고 제한하고자 하는 것이 아니다. 또한, 스프로킷의 최대 축이, 아래와 같은 치수를 갖는다:

L_major = R1 + R2 + W.

각 부분(14, 15)에 대한 최대 세그먼트(MG)가, 아래와 같은 치수를 갖는다:

MG = (R1 + W/2) 또는 (R2 + W/2).

스프로킷의 최소 축이, 아래와 같은 치수를 갖는다:

L_minor = R1 + R2.

2개 초과의 로브(lobe)를 갖는 스프로킷들에 대해 또한 더욱 유용할 수 있는, 크기에 대한 더욱 일반적인 정의가, 최대의 최대 세그먼트와 최소의 최소 세그먼트 사이의 차이(즉, 이러한 2개의 로브 경우에서 MG - R1 또는 MG - R2)이다. 대칭적인 2-로브 경우에서, 크기는 바로 W/2이다. 비대칭 설계들에서 또는 2개 초과의 로브를 갖는 경우, W/2로부터의 약간의 편차가 존재할 것이다.

부분(16)의 길이(W)는, 부분들(14, 15)의 반경에 의해 결정되며 그리고, 본 명세서의 다른 부분에서 설명되는, 반작용되고 있는 동적 각 진동 특성에 의존한다. 스프로킷(10)은, 일정한 표면 피치, 일정한 각도 피치 또는 둘의 조합을 사용하여, 설계될 수 있다. "표면 피치"는, 스프로킷의 OD(외경) 상의 임의의 2개의 연속적인 대응하는 "피치 지점들" 사이의, OD 라인 둘레에서 측정되는, 거리로서 정의된다. 일정한 표면 피치는, 다음과 같이 계산된다:

SP = (((((Ng x Nom Pitch) / Pi) - PLD) x Pi) / Ng),

여기서,

SP = 표면 피치,

Ng = 스프로킷 내의 홈들의 개수,

Nom Pitch = 공칭 시스템 피치,

Pi = ~3.141, 그리고

PLD = 시스템의 직경 PLD.

"각도 피치"는, 스프로킷 상의 임의의 2개의 연속적인 대응하는 "피치 지점들" 사이의, 각도 차로서 정의되며, 그리고 도(degrees) 또는 라디안(radians) 단위로 측정될 수 있을 것이다. 일정한 각도 피치는, 다음과 같이 정의된다:

AP = 360 / Ng (도),

여기서,

AP = 각도 피치, 그리고

Ng = 스프로킷 내의 홈들의 개수.

스프로킷 홈 윤곽은, 엔진의 특정 동적 특성에 적합하도록 개별적으로 설계될 수 있다.

벨트의 구간(span)의 탄성 계수는, 톱니 계수(tooth modulus) 및 스프로킷 오프셋(W/2)과 조합으로, 사전결정된 엔진 속도에서 장력 변동을 실질적으로 감소시키거나 또는 상쇄시키도록 최적화된다. 결과적으로, 이러한 적용에서, 벨트는, 요구되는 장력 부하를 전달하도록 크기 결정되는 것에 부가하여, 시스템의 스프링 부재로서 분석되고 설계된다. 시스템 동적 응답은, 그렇지 않은 경우 벨트 및 벨트 구동 시스템을 통해 전달되는, 모든 장력 변동을 실질적으로 감소시키거나 상쇄시키는, 벨트 계수 및 오브라운드형 스프로킷 반경(R1 및 R2)의 조합에 도달하도록 하기 위해, 반복적 프로세스에 의해 선택된다.

도 2는 스프로킷에 대한 대안적인 실시예의 측면도이다. 본 실시예는, 도 1에 설명된 것과 달리, 호형 부분들(14, 15, 16) 사이에 배치되는, 3개의 선형 세그먼트를 포함한다. 3개의 선형 세그먼트[(161 내지 162) 및(163 내지 164) 및(165 내지 166)]는, 각 호형 부분(14, 15, 16) 사이에 배치된다. 각 호형 부분(14, 15, 16)은, 개별적으로, 일정하고 동일한 반경(R1, R2, R3)을 갖는다. 3개의 선형 세그먼트는, 대략 120°의 간격으로 스프로킷의 둘레에 대해 균등하게 이격된다. 도 9는 도 2에 도시된 스프로킷을 사용하는 시스템에서의 1.5차 부하 특성(1.5th order load characteristic)을 나타낸다.

도 3, 도 4 및 도 5는, 캠샤프트 및 부속기계들을 구동하기 위해 톱니형 벨트 시스템을 사용하는, 4 실린더, 4 행정 내연기관들에 대한 일부 전형적인 구동 레이아웃들이다. 이러한 엔진들은 전형적으로, 높은 2차 동력 특성(2nd order dynamic)을 나타낸다. 연료 펌프 사양에 의존하여, 일부 디젤 기관들은, 지배적인 1.5차를 가질 수 있을 것이다. 그러한 동력 특성을 보여주는 개략적 도표들이, 도 7, 도 8 및 도 9에서 확인될 수 있다.

2차 동력 특성에 반작용하도록 하기 위해, 본 발명의 스프로킷(10)은, 엔진 크랭크샤프트(CRK)에 부착된다. 다른 지배적인 차수에 의존하여, 스프로킷의 대안적인 실시예들을 적용하는 것이 필요할 수 있을 것이다. 이들은, 크랭크샤프트에 부착될 수 있지만, 동등하게 시스템 내의 다른 곳에, 예를 들어, 워터 펌프, 연료 펌프 상에 또는 캠샤프트 스프로킷(들) 상에, 적용될 수 있을 것이다. 엔진 크랭크샤프트는, 전체 벨트 구동 시스템을 위한 구동원이다. 벨트의 구동 방향은, "DoR"이다. 스프로킷 비(sprocket ratio)로 인해, 엔진 크랭크샤프트(CRK)는, 캠샤프트(CAM1)의 각 회전당 2회 회전한다.

도 3에서, 스프로킷(300)이 캠샤프트(CAM1)에 연결되며, 그리고 스프로킷(304)이 제2 캠샤프트(CAM2)에 연결된다. 종래 기술에 공지된 유동 풀리들(Idlers)(IDR1, IDR2)이, 적절한 벨트 경로 설정 및 장력 제어를 유지하기 위해 사용된다. 스프로킷(100)이, 워터 펌프(WP)에 연결된다. 벨트(200)가, 여러 스프로킷들 사이에서 견인된다. 벨트(200)에 대한 회전 방향은, "DoR"로 도시된다. 벨트(200)가 크랭크샤프트 스프로킷(CRK)과 맞물리는 지점은, "201"이다. 캠샤프트 관성 및 토크 부하는, "301"에 의해 나타난다.

톱니형 벨트(200)는, 스프로킷(10)과 캠 스프로킷(300) 사이에서 견인된다. 벨트 진입 지점(201)은, 벨트(200)가 스프로킷과 맞물리는 지점이다. 크랭크샤프트(CRK)와 캠 스프로킷(304) 사이의 벨트 구간 길이(belt span length)는, "SL"이다.

유사하게, 도 4 및 도 5에서, 캠샤프트 스프로킷(300)이, 엔진 캠샤프트(CAM)에 부착된다. 도 4에서, 부하 특성(301)은, 캠샤프트의 후방에 부착되는 연료 펌프의 토크 특성을 포함하는 반면, 도 5에서, 연료 펌프 토크는, 부하 특성(302)에 의해 나타난다. 워터 펌프 및 진공 펌프와 같은 다른 구성요소들에 의해 야기되는 관성 및 토크 부하(301, 302, 101)가 또한, 말하자면 도 4 및 도 5의 WP(101)와 더불어, 존재할 수 있을 것이다. 도 4에서, "IDR1" 및 "IDR2"는, 벨트(200)를 적절하게 가이드하기 위한, 종래 기술에 공지된 유동 풀리들이다. 도 4에서, 크랭크샤프트 스프로킷(10)과 캠 스프로킷(300) 사이의 벨트 구간 길이는, "SL"이다.

가솔린 기관에 대해, 지배적인 주기적 변동 토크 부하는, 일반적으로 캠샤프트의 특성이다. 디젤 기관에 대해, 지배적인 차수는, 구동 시스템에 포함될 수 있는 캠샤프트 및/또는 연료 분사 펌프에 의해 생성될 수 있다. 워터 펌프 및 진공 펌프에 의해 야기되는 토크들은, 변화할 수 있지만, 이들은, 캠샤프트들과 동일한 주기 또는 주파수에 관하여 그들 자체적으로, 주기적이지 않으며, 그리고 일반적으로 구동 동력학의 지배적인 특성이 아니다.

도 5는, 디젤 기관을 위한 구동 시스템에 포함되는 연료 분사 펌프를 갖는, 다른 단일 캠 엔진 실시예의 사시도이다. 이러한 실시예에서, 도 4에 도시된 시스템에 부가하여, 시스템은, 연료 펌프(IP)에 연결되는 스프로킷(305)을 더 포함한다. 또한, 다양한 엔진 부속품들(미도시)을 구동하기 위해 사용되는 다른 복수-고무 벨트(multi-rubbed belt)와 맞물릴 수 있는, 스프로킷(P1)이, 도시된다. 도 5에서, 캠 부하는, "301"에 의해 그리고 연료 펌프 부하는, "302"에 의해 지시된다. 스프로킷(100)이, 워터 펌프(WP)에 연결된다. 도 5에서, 연료 분사 펌프에 의해 야기되는 토크 부하는, "302"에 의해 나타난다.

4 실린더, 4 행정 기관에 대한 전형적인 총 부하 특성이, 도 7에서 곡선 "E"에 의해 나타난다. 곡선 "D" 및 곡선 "C"는, 총 부하 특성으로부터 추출된 전형적인 2차 특성 및 1.5차 특성을 나타낸다. 직렬 4 실린더, 4 행정, 가솔린 구동 기관의 부하 특성은, 일반적으로, 1.5차를 포함하지 않을 것이다.

회전함에 따른 본 발명의 스프로킷(10)의 벨트 맞물림 지점(201)에서의 평균 반경의 변화는, 도 8 및 도 9에서 곡선 "C"이다. 도 4에서 벨트의 유효 길이 변화인, 곡선 "C"의 적분은, 도 8 및 도 9 상의 곡선 "D"이다. 평균 스프로킷 반경의 변화의 미분은, 스프로킷 형상의 변화로 인한, 톱니형 표면(11) 상의 주어진 지점에 대한 가속도이다.

2차 동력 특성에 반작용하도록 하기 위해, 오브라운드형 스프로킷(10)의 평면형 부분(16)은, 도 4의 스프로킷(300)과 스프로킷(10) 사이의 벨트(200)의 유효 길이가, 주기적 캠샤프트 토크 변동에 의해 야기되는 교호반복적 벨트 장력을 실질적으로 상쇄시키는 방식으로 변화하게 되도록, 타이밍 설정의 관점에서 캠샤프트 스프로킷(300)에 관해 배열된다. 2차 동력 특성을 상쇄시키기 위한 설계의 예로서, 이는, 캠샤프트 토크, 및 그에 따른 벨트 장력이 최대일 때, 스프로킷(10)의 최대 길이(R1 + R2 + W)를 벨트 진입 지점(201)과 일치하도록 타이밍 설정함에 의해, 달성될 수 있다.

오브라운드형 스프로킷을 포함하는 구동 시스템의 절대 치수적 특성은, 변동 토크, 벨트 구간 계수, 시스템 내의 종동 부속품들 각각의 관성, 벨트 설치 장력 및 벨트와 스프로킷들 사이의 상호작용과 같은, 파라미터들에 의존한다. 벨트와 스프로킷들 사이의 상호작용은, 스프로킷 상의 맞물린 톱니의 개수, 벨트 톱니 계수, 벨트 치수들 및 벨트와 스프로킷 표면들 사이의 마찰 계수와 같은 파라미터들에 의존한다.

도 6은, 트윈 캠, 4 실린더, 4 행정 가솔린 기관의 개략도이다. 예시의 시스템은, 캠들(CM1, CM2) 및 이들 사이에서 견인되는 벨트(B)를 포함한다. 시스템은, 텐셔너(TEN), 워터 펌프(WP) 및 크랭크샤프트 스프로킷(CRK)을 더 포함한다. 벨트(B)의 회전 방향은, "DoR"이다. 관심의 구간 길이들은, 스프로킷(CRK)과 스프로킷(IDR) 사이, 스프로킷(IDR)과 스프로킷(WP) 사이, 그리고 스프로킷(CRK)과 스프로킷(WP) 사이이다. 도 6에서, 크랭크샤프트 스프로킷(CRK)과 캠 스프로킷(CM1) 사이의 벨트 구간 길이는, "SL"이다. DoR에서의 CM1과 CRK 사이에 주된 부하 충격이 존재하지 않기 때문에, 계산 목적을 위해, 이들은, 하나의 구간 "SL"로 취급될 수 있을 것이다. 도 6에 설명된 시스템에 대한 변수들에 대한 대략적인 전형적인 값들은, 다음과 같다:

전형적인 캠 토크 변동은: +40N/-30N

벨트 구간 계수: 240 MPa

전형적인 구성요소 관성 값들은:

CRK = 0.4 gm²

CM1 = CM2 = 1.02 gm²

WP = 0.15 gm²

벨트 설치 장력: 400N(설치 장력은, 텐셔너(TEN)에 의해, 바람직하게 본 명세서에 설명되는 텐셔너를 사용하여, 유지됨).

3개의 스프로킷 상에서 맞물린 톱니들: CRK => 9 톱니; CM1, CM2 => 15 톱니.

벨트 치수들: 폭 = 25.4 mm; 길이 = 1257.3mm

스프로킷 표면(11)에 대한 마찰 계수에 대한 전형적인 값들은, 0.15 내지 0.5의 범위 이내, 전형적으로 0.2이다.

전형적인 벨트 설치 장력 값들은, 시스템 요건에 의존하여 75N 내지 최대 900N의 범위 이내일 수 있다.

벨트 구간 계수는, 인장 부재 구조, 벨트 내부의 인장 부재의 가닥들의 개수 및 벨트 폭에 의존한다. 20개의 유리섬유 인장 부재를 구비하는 25.4mm 폭 벨트에 대한 벨트 구간 계수의 예가, 대략 240MPa의 구역에 놓일 수 있다.

도 7은, 1.5차(곡선 "C") 및 2차(곡선 "D") 추출 곡선들을 포함하는, 4 실린더, 4 행정 디젤 기관의 종동 스프로킷에 대한 전형적인 총 부하 특성을 나타낸다. 직렬 4 실린더, 4 행정, 가솔린 구동 기관의 부하 특성은, 일반적으로, 1.5차를 포함하지 않을 것이다. "오프셋"은, W/2를 참조한다. "총 부하"는, 도 7의, 곡선 "E"를 참조한다.

도 7에서, 라인 "A"는, 제로 토크이다. 라인 "B"는, 벨트 구동 시스템 내의 평균 토크를 지시한다. 곡선 "C"는, 총 부하 곡선 "E"로부터 추출되는 1.5차 토크 특성이다. 곡선 "D"는, 총 부하 곡선 "E"로부터 추출되는 2차 토크 특성이다. 곡선 "E"는, 크랭크샤프트(CRK)에서 측정되는 엔진의 총 토크 특성이다. 곡선 "E" 아래의 면적은, 특정 속도에서 회전시키기 위해 실행되는 일을 나타낸다.

도 8은, 오브라운드형 스프로킷에 대한 반경 변화(곡선 "C") 및 결과적인 벨트 구간 길이 변화(곡선 "D")를 포함하는, 4 실린더, 4 행정 기관의 구동 스프로킷에 대한 2차 부하 특성(곡선 "B")을 나타낸다.

도 8에서, 라인 "A"는, 제로 토크이다. 곡선 "B"는, 총 부하로부터 추출되는 2차 토크 특성이다. 곡선 "C"는, 도 1의 세그먼트(16)에 의해 야기되는, 360도 회전할 때의, 유효 크랭크샤프트 풀리 반경의 변화이다. 곡선 "D"는, 곡선 "C"의 적분이며, 그리고 도 1에 설명된 스프로킷에 의해 야기되는 벨트 구동 구간 길이의 유효 변화이다.

도 9는, 오브라운드형 스프로킷의 대안적인 3개의 로브 실시예(도 2)에 대한 스프로킷 반경 길이의 변화(곡선 "C") 및 결과적인 벨트 구간 길이 변화(곡선 "D")를 포함하는, 3개의 연료 펌프(또는 1.5차를 유도할 다른 종동 장치)를 갖는 4 실린더, 4 행정 디젤 기관의 구동 스프로킷에 대한 1.5차 부하 특성 "B"를 나타낸다. 벨트 구간 길이는, 예를 들어, 도 6에서 캠 스프로킷(CAM)과 크랭크샤프트 스프로킷(CRK) 사이의 거리이다.

도 9에서, 라인 "A"는, 제로 토크이다. 곡선 "B"는, 총 부하로부터 추출되는 1.5차 토크 특성이다. 곡선 "C"는, 360도 회전할 때의, 유효 크랭크샤프트 풀리 반경의 변화이다. 곡선 "D"는, 곡선 "C"의 적분이며, 그리고 도 3에 설명된 스프로킷의 대안적인 실시예에 의해 야기되는 구동 길이의 유효 변화이다.

본 발명의 시스템에서 사용되는 다양한 벨트들의 인장 부재의 탄성 계수는, 도 10에 도시된다. 곡선들(SS1 내지 SS6)은, 다양한 벨트들(200)에 대한 응력-변형 곡선들로서 공지된다. 각 곡선은, 벨트 내의 인장 코드에 대해 상이한 재료를 사용하는 계수를 나타낸다. 탄성 중합체 HNBR 벨트 몸체는, 예시이며 그리고 제한하는 것이 아니다. HNBR에 부가하여, 다른 벨트 몸체 재료들은, EPDM, CR(폴리클로로프렌) 및 폴리우레탄, 또는 상기한 것 중의 2개 이상의 조합을 포함할 수 있다. 재료들은:

SS1(유리섬유 #1 인장 코드, HNBR 몸체)

SS2(유리섬유 #2 인장 코드, HNBR 몸체)

SS3(유리섬유 #3 인장 코드, HNBR 몸체)

SS4(탄소 섬유 인장 코드, HNBR 몸체)

SS5(아라미드 인장 코드, HNBR 몸체)

SS6(탄소 섬유 인장 코드, HNBR 몸체).

각 인장 부재의 탄성 계수(M)는, 종래 기술에 공지된 바와 같이, 각 곡선(SS1 내지 SS6)의 기울기이다. 전형적으로, 이러한 측정 및 계산은, 곡선의 실질적으로 선형 부분에 관해 실행된다. 유리섬유, 탄소 섬유 및 아라미드에 부가하여, 다른 인장 부재 재료가, 미세 필라멘트 스테인리스 스틸 와이어 또는 PBO를 포함할 수 있을 것이다.

M = Δ응력/Δ변형 (곡선의 실질적으로 선형 부분에서 측정될 때)

벨트 구간 계수는, 인장 부재 구조, 벨트 내부의 인장 부재의 가닥들의 개수 및 벨트 폭에 의존한다. 20가닥의 유리섬유 인장 부재를 갖는 25.4mm 폭 벨트에 대한, 곡선(SS1)에 대한 벨트 구간 계수의 예가, 대략 242MPa일 것이다.

도 11은, 도 6의 시스템에 대한, 엔진 동력 특성에 관한 오브라운드형 스프로킷 최대 길이의 위상 정렬/위상 오정렬의 영향을 도시하는 일련의 곡선들이다. 곡선 "D"는, 벨트 진입 지점(201)에 대한 스프로킷 최대 길이의 지점의 위치와 토크 펄스 사이의 최적 타이밍 배열이다. 곡선들 "A", "B", 및 "C"는, 개별적으로 +6 톱니, +4 톱니, 및 +2 톱니만큼, 곡선 "D"로부터 시계방향으로 잘못 타이밍 설정된 것이다. 곡선 "E"는, 2 톱니만큼, 반시계방향으로 잘못 타이밍 설정된 것이다. 피크 토크 및 관성 부하에 대한 최대 벨트 구간 길이의 위상 정렬은, 구동 시스템의 지배적인 차수 및 시스템에 의해 감소되어야 할 것들에 의존하여, 변화할 수 있을 것이다. 벨트 진입 지점(201)은, 벨트가 스프로킷과 맞물리는 지점이다. 도 3에서, 구간 길이는, "SL"이다.

각도 간격 또는 허용 가능 각도 공차 위상 정렬에 관하여, 뒤따르는 것을 사용하여 계산된다:

± (360/2 x 스프로킷 홈들의 개수).

벨트 구동 구간 길이는, 토크가 최대일 때, 최대이다.

도 12는, 도 6에 도시된 바와 같은, 트윈 캠, 4 실린더, 4 행정 기관에서, 정확하게 위상 정렬된 오브라운드형 스프로킷의 영향을 보여주는 차트이다. 곡선들 "A" 및 "B"는, 원형 스프로킷들을 사용하는 종래 기술 설계에 대한, 개별적으로 흡기 캠샤프트 스프로킷 및 배기 캠샤프트 스프로킷에서의 각 진동에 대한 측정 값들을 나타낸다.

비교에 의해, 곡선들 "C" 및 "D"는, 크랭크샤프트 상에 사용되는 본 발명의 스프로킷을 동반하는 경우의, 개별적으로 흡기 캠샤프트 스프로킷 및 배기 캠샤프트 스프로킷에서의 각 진동에 대한 측정 값들을 나타낸다. 각 진동에 관한 결과적인 감소는, 대략 50%이다.

유사하게, 도 13은, 도 6에 도시된 바와 같은, 트윈 캠, 4 실린더, 4 행정 기관에서, 도 1에 설명된 바와 같은 정확하게 위상 정렬된 오브라운드형 스프로킷의 영향을 보여주는 차트이다. 곡선들 "A", "B" 및 "C"는, 종래 기술의 구동 시스템 설계에 대한, 엔진 속도의 범위에서의, 개별적으로, 최대, 평균, 및 최소 동적 긴장측 장력들에 대한 측정 값들을 나타낸다. 이러한 예에서, 이러한 장력은, 도 6의 위치(IDR)에서 측정되었다. 연장된 벨트 수명을 위해, 벨트 긴장측 장력은, 최소화되어야만 한다. 곡선들 "D", "E" 및 "F"는, 본 발명의 스프로킷의 사용을 동반하는 경우의, 최대, 평균, 및 최소 벨트 긴장측 장력들에 대한 측정 값들을 나타낸다. 설치 긴장측 장력에 관한 결과적인 감소는, 엔진의 공진 속도 범위(대략 4000 rpm 내지 대략 4800 rpm)에서 50-60%의 범위 이내이다. 벨트 긴장측 장력에 관한 감소는, 벨트 작동 수명에 관한 상당한 개선의 가능성을 제공한다.

본 발명의 시스템은, IC 엔진들에서 타이밍 오차를 감소시키는데 유용하다. 타이밍 오차는, 진동, 구성요소 부정확성, 및 탄성 변형과 같은, 무작위적 인자들에 의해 야기되는, 구동원과 종동 샤프트 사이의 위치 불일치이다. 이 경우에, 엔진의 크랭크샤프트(구동)에 비교한 IC 엔진의 캠샤프트들(종동)의 회전 부정확성이다. 이것은, 일반적으로, 피크에서 피크까지(피크-투-피크)의 각도(도)로 보고된다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 스프로킷(300) 및 스프로킷(304)은 각각, 오브라운드형이다. 오브라운드형 스프로킷들의 사용은, 타이밍 오차를 상당히 감소시키고, 이는, 결국 연비에 관한 개선을 제공하고, 배기가스 배출량을 낮추며, 그리고 일반적으로 엔진 성능 및 효율을 개선한다. 구성요소 레벨에서, 감소된 타이밍 오차 및 더 낮은 시스템 부하는, 더 우수한 내구성 및 NVH 문제에 대한 더 낮은 가능성으로 이어진다. 장력의 감소는, 구동 시스템에서의, NVH 레벨을, 그리고 특히, 맞물림 차수(meshing order)를, 감소시킨다. 타이밍 오차를 감소시키기 위한 오브라운드형 스프로킷의 적용은, 단지 엔진의 캠샤프트들에만 국한되지 아니다. 이익은, 크랭크 또는 연료 펌프 상에 오브라운드형 스프로킷을 삽입함에 의해, 균등하게 획득될 수 있다.

도 14는 각 진동 대 크랭크샤프트 회전 속도에 대한 챠트이다. 예시적인 각 진동은, 엔진 속도가 증가함에 따라, 감소한다. 도 14는, 전동 기관 시험 장비(test rig) 및 점화 기관 시험 장비에 대한 데이터를 디스플레이한다. 전동 기관에 대해, 크랭크샤프트는 전기 모터에 의해 구동되고, 각 실린더 내에서의 연료 연소가 존재하지 않는다. 점화 기관에 대해, 크랭크샤프트는, 내연기관에 대한 통상적인 방식으로, 즉 각 실린더 내에서의 연료의 연소를 동반하는 가운데, 구동된다. 전동 기관 장비(MER)는, 주어진 엔진 회전 속도에 대해 점화 기관 장비(FER)보다 적은 각 진동을 초래한다.

도 15는 흡기 캠에 대한 진동 각도 대 크랭크샤프트 속도에 대한 챠트이다. 오브라운드형 스프로킷이, 흡기 밸브 트레인 캠샤프트에 장착된다. 3개의 조건이 도시된다. 제1 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖지 않는 표준 구동 시스템에 대한 것이다(곡선 A). 제2 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖는 경우이며(곡선 B), 그리고 제3 조건은, 오브라운드형 스프로킷 및 고탄성 벨트를 갖는 경우이다(곡선 C). 오브라운드형 스프로킷의 위상 및 크기는, 정각 3시의 위치로부터 10.5 피치 및 1.5mm이다. 표준 벨트 계수는 630,000N이며, 그리고 고-탄성 벨트 계수는 902,000N이다. 계수는, 뉴튼(N) 단위로 주어지며, 그리고 100%까지 단위 길이를 연장시키기 위해 요구되는 힘으로서 정의된다.

제3 조건(곡선 C)에 대한 진동 각도는, 양자 모두 4000 RPM에서 측정되는 것으로서, 피크에서 피크까지 약 1.5도의 표준 구동 시스템에 대한 값과 비교할 때, 피크에서 피크까지 0.5도 미만으로 상당히 감소된다.

도 16은 배기 캠에 대한 크랭크샤프트 속도 대 진동 각도에 대한 차트이다. 오브라운드형 스프로킷이, 배기 밸브 트레인 캠샤프트에 장착된다. 3개의 조건이 도시된다. 제1 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖지 않는 표준 구동 시스템에 대한 것이다(곡선 A). 제2 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖는 경우이며(곡선 B), 그리고 제3 조건은, 오브라운드형 스프로킷 및 고탄성 벨트를 갖는 경우이다(곡선 C). 제3 조건(곡선 C)에 대한 진동 각도는, 양자 모두 4000 RPM에서 측정되는 것으로서, 피크에서 피크까지 약 1.5도의 표준 구동 시스템에 대한 값과 비교할 때, 피크에서 피크까지 약 0.5도로 상당히 감소된다. 그러나, 엔진에 의존하여, 개선도는, 피크에서 피크까지 1.5도 아래로부터, 60% 넘는 감소인, 약 0.5도까지의 범위에 놓일 수 있다. 오브라운드형 스프로킷의 위상 및 크기는, 정각 3시의 위치로부터 23.5 피치 및 1.5mm이다. 표준 벨트 계수는 약 630,000N이며, 그리고 고-탄성 벨트 계수는 약 902,000N이다.

도 17은 흡기 캠에 대한 크랭크샤프트 속도 대 각 변위에 대한 차트이다. 각 변위는 또한, 타이밍 오차로서 지칭되며, 그리고 크랭크샤프트 위치에 대해 측정된다. 오브라운드형 스프로킷이, 흡기 밸브 트레인 캠샤프트에 장착된다. 3개의 조건이 도시된다. 제1 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖지 않는 표준 구동 시스템에 대한 것이다(곡선 A). 제2 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖는 경우이며(곡선 B), 그리고 제3 조건은, 오브라운드형 스프로킷 및 고탄성 벨트를 갖는 경우이다(곡선 C). 제3 조건(곡선 C)에 대한 각 변위는, 양자 모두 4000 RPM에서 측정되는 것으로서, 피크에서 피크까지 약 1.5도의 표준 구동 시스템에 대한 값과 비교할 때, 피크에서 피크까지 0.5도 미만으로 상당히 감소된다. 그러나, 엔진에 의존하여, 개선도는, 피크에서 피크까지 1.5도 아래로부터, 60% 넘는 감소인, 약 0.5도까지의 범위에 놓일 수 있다. 오브라운드형 스프로킷의 위상 및 크기는, 정각 3시의 위치로부터 10.5 피치 및 1.5mm이다. 표준 벨트 계수는 약 630,000N이며, 그리고 고-탄성 벨트 계수는 약 902,000N이다.

도 18은 배기 캠에 대한 크랭크샤프트 속도 대 각 변위에 대한 차트이다. 오브라운드형 스프로킷이, 배기 밸브 트레인 캠샤프트에 장착된다. 3개의 조건이 도시된다. 제1 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖지 않는 표준 구동 시스템에 대한 것이다(곡선 A). 제2 조건은, 오브라운드형 스프로킷을 갖는 경우이며(곡선 B), 그리고 제3 조건은, 오브라운드형 스프로킷 및 고탄성 벨트를 갖는 경우이다(곡선 C). 제3 조건에 대한 각 변위는, 양자 모두 4000 RPM에서 측정되는 것으로서, 피크에서 피크까지 약 1.5도의 표준 구동 시스템에 대한 값과 비교할 때, 피크에서 피크까지 약 0.5도로 상당히 감소된다. 그러나, 엔진에 의존하여, 개선도는, 피크에서 피크까지 1.5도 아래로부터, 60% 넘는 감소인, 약 0.5도까지의 범위에 놓일 수 있다. 오브라운드형 스프로킷의 위상 및 크기는, 정각 3시의 위치로부터 23.5 피치 및 1.5mm이다. 표준 벨트 계수는 약 630,000N이며, 그리고 고-탄성 벨트 계수는 약 902,000N이다.

도 19는 각각의 캠샤프트 타이밍 오차에 대한 오브라운드형 스프로킷 위상 정렬의 영향을 도시하는 도표이다. Y축은, 크랭크샤프트에 대한 각각의 캠 스프로킷의, 각 변위, 또는 타이밍 오차이다. 이는, 피크에서 피크까지의 값으로서, 말하자면, 최소값과 최대값 사이의 수치적 차이로서 표시된다. 도표의 1열 및 2열은, 모두 원형 스프라켓을 사용하는, 표준 구동 시스템 설정을 보고한다. 3열은, 흡기 캠샤프트 및 배기 캠샤프트 상에 설치되는 3차 오브라운드형 스프로킷의 사용을 보고한다. 각 스프로킷은, 최대 오프셋이 캠샤프트 로브들과 일직선 상에 놓이도록, 배치된다. 4열 내지 13열은, 오브라운드형 스프로킷들의 상이한 오프셋들을 사용하는 다양한 시도들을 보고한다. "정각 3시" 위치는, 모든 각도 방향 오프셋들에 대한 기준이다. 주어진 값들은, 단순히, 스프로킷 기준 지점이 해당 위치로부터 회전된 만큼의 피치들 또는 홈들의 개수 "g"이다. "기준 지점(Datum point)"은, 각도 측정을 위한 기준으로서 사용되는 지점이다. 이는 정각 3시의 위치로 설정된다. "CW"는 시계 방향을 지칭한다. 예를 들어, "EX 23.5g CW"는, 정각 3시 위치를 그리고 엔진 상의 정각 3시 위치로부터 시계 방향으로 23.5 홈의 오프셋을 갖는 배기 캠 오브라운드형 스프로킷을 지칭한다.

도 20은, 표준 벨트 및 고탄성 벨트에 동반되는, 각각의 캠샤프트 타이밍 오차에 대한 오브라운드형 스프로킷 위상 정렬의 영향을 도시하는 도표이다. Y축은, 크랭크샤프트에 대한 각각의 캠 스프로킷의, 피크에서 피크까지의 도 단위의 각 변위, 또는 타이밍 오차이다. 이는, 피크에서 피크까지의 값으로서, 말하자면, 최소값과 최대값 사이의 수치적 차이로서 표시된다. 도표의 1열 및 3열은, 모두 원형 스프라켓을 사용하는, 표준 구동 시스템 설정을 보고한다. 각 열은, 흡기 캠샤프트 및 배기 캠샤프트 상에 설치되는 3차 오브라운드형 스프로킷의 사용을 보고한다. 각 스프로킷은, 최대 오프셋이 캠샤프트 로브들과 일직선 상에 놓이도록, 배치된다. 2열 및 4열 내지 8열은, 오브라운드형 스프로킷들의 상이한 오프셋들을 사용하는 다양한 시도들을 보고한다. "정각 3시" 위치는, 모든 오프셋들에 대한 기준이다. 주어진 값들은, 단순히, 스프로킷 기준 지점이 해당 위치로부터 회전된 만큼의 피치들 또는 홈들의 개수이다. "기준 지점"은, 각도 측정을 위한 기준으로서 사용되는 지점이다. 이는 정각 3시의 위치로 설정된다. 오브라운드형 스프로킷의 위상 및 크기는, 정각 3시 위치로부터 배기의 경우 23.5 피치 및 흡기의 경우 10.5 피치이며 그리고 각각에 대해 1.5mm이다. 표준 벨트 계수는 약 630,000N이며, 그리고 고-탄성 벨트 계수는 약 902,000N이다.

도 21은, 벨트 폭에 의한, 타이밍 오차에 관한 오브라운드형 스프로킷의 영향을 도시하는 도표이다. 1열은 원형 스프로킷들을 사용하는 시스템에서의 14mm 폭 벨트를 보고한다. 2열은 오브라운드형 스프로킷들을 사용하는 시스템에서의 14mm 폭 벨트를 보고한다. 3열은 표준 스프로킷들을 사용하는 시스템에서 고탄성 벨트를 사용하는 14mm 폭 벨트를 보고한다. 4열은 오브라운드형 스프로킷들을 사용하는 시스템에서 고탄성 벨트를 사용하는 14mm 폭 벨트를 보고한다. 5열은 표준 스프로킷들을 사용하는 시스템에서 표준탄성 벨트를 사용하는 18mm 폭 벨트를 보고한다.

도 22는, 편심의 크기에 의한, 타이밍 오차에 관한 오브라운드형 스프로킷의 영향을 도시하는 도표이다. 각 열은, 흡기 캠샤프트 및 배기 캠샤프트 상에 사용되는 오브라운드형 스프로킷을 보고한다. 각 시스템에 대한 편심의 크기는, 1.0 mm 내지 1.5mm의 범위이다.

벨트 구동 시스템 동력을 감소시키기 위한 오브라운드형 스프로킷의 효과를 검증하기 위한 테스트가, 전동 기관 및 점화 기관 양자 모두에 관해 수행될 수 있다. 도면에 포함되는 타이밍 에러 개선도에 대한 결과는, 전동 기관에 관해 생성되었다. 비록 대부분의 경우 이러한 결과들이 점화 기관에 전달되지만, 일부의 경우 오브라운드형 스프로킷들이, 특정 기관들에서 동력을 감소시키지 못한다. 테스트는, 요구되는 개선이 달성되며 그리고 신뢰할 수 있는 것을 보장하기 위해, 점화 기관에 관해 실행되어야만 한다. 테스트를 이행하는데 필요한 단계들은, 엔진 동력학 분야에서 공지된다. 여기에 또한, 진동 센서들이, 오일 환경에서 작동할 필요가 있고, 최대 160℃를 견딜 수 있을 필요가 있으며, 그리고 오일 및 첨가제로부터의 화학적 공격을 견딜 수 있을 필요가 있다는 것이, 포함된다. 일관성 검사가 각각의 일련의 테스트 실행의 시작과 끝에서 수행된다. 측정은, 60초 램프(ramp)에 걸친 휴지 상태로부터 최대 엔진 속도로의 가동 도중에 수행된다. 표준 로텍(Rotec) 시스템이, 데이터 캡처 및 분석을 위해 사용될 수 있을 것이다.

텐셔너 .

본 발명은, 텐셔너로서, 축 방향으로 연장되는 원통형 부분으로서, 반경 방향 외측 표면 및 상기 반경 방향 외측 표면의 반경 방향 내측에 놓이는 수용 부분을 구비하는 것인, 원통형 부분을 구비하는 베이스부, 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물리는 편심 아암, 상기 반경 방향 내측의 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링, 및 상기 편심 아암에 축 지지되는 풀리를 포함하는 것인, 텐셔너를 포함한다.

도 23은 바람직한 텐셔너의 분해도이다. 텐셔너(400)는, 베이스부(410)를 포함한다. 베이스부(410)는, 외측 표면(414)을 구비하는, 축 방향으로 연장되는 원통형 부분(412)을 구비한다. 원통형 부분(412)은, 개구부(411) 및 수용 부분(418)을 더 구비한다.

편심 아암(420)은, 원통형 부분(412)을 중심으로 선회한다. 부싱(460)이, 내측 표면(422)과 외측 표면(414) 사이에 배치된다. 부싱(460)은, 원통형 부분(412) 내의 개구부(411)와 실질적으로 정렬되는, 슬롯(461)을 구비한다. 풀리(440)는, 니들 베어링(450) 상의 표면(421)에 축 고정된다. 니들 베어링이, 유조(oil bath) 환경에서 사용된다. 종래 기술에 공지된 다른 베어링들이, 또한 적절하다.

토션 스프링(430)은, 벨트 부하를 가하기 위해, 편심 아암(420)과 맞물리며 그리고 벨트(미도시)를 향해 편심 아암(420)을 편향시킨다. 단부(431)가, 편심 아암(420)의 수용 부분(424)과 맞물리도록, 슬롯(461) 및 개구부(411)를 통해 돌출한다. 단부(432)가, 베이스부(410) 내의 수용 부분(415)과 맞물린다. 토션 스프링(430)은, 전체적으로 수용 부분(418) 내부에 배치된다. 수용 부분(418)은, 원통형 부분(412)의 중앙 중공 부분이다. 토션 스프링(430)은, 베어링(450), 풀리(440) 및 편심 아암(420)과 동일 평면 상에 놓인다. 토션 스프링(430)은, 풀리(440), 베어링(450), 부싱(460) 및 원통형 부분(412)의 반경 방향 내향으로 배치된다. 말하자면, 토션 스프링(430), 베어링(450), 풀리(440) 및 편심 아암(420)은 모두, 열거된 구성요소들 중의 어느 하나도, 그들 중의 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열된다.

구속 링(406)이, 베이스부(410) 내의 원주 방향 슬롯(416)과 맞물린다. 구속 링(405)이, 편심 아암(420) 내의 원주 방향 슬롯(423)과 맞물린다. 구속 링(405)은, 베어링(450)을 편심 아암(420) 상에 구속한다. 구속 링(406)은, 편심 아암(420)을 베이스부(410) 상에 구속한다. 오일의 존재 시에, 구속 링(405 및 406)은 각각, 축 방향 힘을 전달하기 위한 스러스트 와셔(thrust washer)로서 역할을 한다.

풀리(440)는, 베어링(450) 상에 압입 끼워맞춤된다. 체결구(404)가, 엔진(미도시)과 같은 장착 표면에 텐셔너(400)를 고정하기 위해, 베이스부(410) 내의 구멍(417) 및 토션 스프링(430)을 통해 돌출한다.

부싱(460)은, 대략 0.05 내지 대략 0.20의 범위 내의 동적 마찰 계수(COF)를 구비한다. 정적 COF가 바람직하게, 동적 COF보다 더 낮다.

도 24는 상측 분해도이다. 편심 아암(420)은, 원통형 부분(412) 상에 중심을 두며 그리고 체결구(404)를 통해 돌출하는 축인, A-A 축을 중심으로 선회한다. 편심 아암(420)은, A-A 축을 중심으로 선회한다. 풀리(440)는, 편심 아암(420)의 기하학적 중심인, "B"를 중심으로 회전한다. "B"는, 결국 텐셔너(400)가 벨트(미도시)에 대해 가변 부하를 가하는 것을 허용하는, 편심 아암(420)의 편심 선회 운동을 그로 인해 허용하는, A-A 축으로부터 편심 방향으로의 오프셋이다.

도 25는 베이스부의 사시도이다. 단부 수용 부분(415)이, 베이스부(410) 내의 수용 부분(418)의 하나의 단부에 배치된다. 단부(432)는, 수용 부분(415)과 맞물려, 그로 인해 단부(432)를 고정하도록 그리고 토션 스프링을 위한 반작용점으로서 역할을 하도록 한다.

도 26은 편심 아암의 사시도이다. "B"는, 풀리(440)의 기하학적 중심이며, 그리고 풀리(440)가 그를 중심으로 회전하는 지점이다. 편심 아암(420)은, A-A 축 상의 "A"를 중심으로 선회한다. 수용 부분(424)은, 스프링(430)의 단부(431)와 맞물린다.

도 27은 토션 스프링의 사시도이다. 단부(431)는, 편심 아암(420)의 수용 부분(424) 내로 돌출한다. 단부(432)는 수용 부분(415)과 맞물린다.

도 28은 텐셔너의 단면도이다. 토션 스프링(430), 부싱(460), 원통형 부분(412), 편심 아암(420), 베어링(450) 및 풀리(440)는 모두, 열거된 구성요소들 중의 어느 하나도, 그들 중의 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열된다. 이러한 완전히 동심의 그리고 중첩된 배열은, 텐셔너가 매우 비좁은 적용들에서 사용되는 것을 허용하도록, 텐셔너의 높이(또는 폭)를 최소화한다.

도 29는 대안적인 실시예의 분해도이다. 구성요소들은, 베어링(451)이 플레인 베어링(plain bearing)이며 그리고 부싱(460)이 생략되는 예외를 동반하는 가운데, 본 명세서에서 설명된 것과 동일하다. 이러한 대안적인 실시예는, 오일 내에서 작동하도록 구성되고 및/또는 오일 스플래쉬 윤활(oil splash lubrication)을 동반하도록 제공된다. 편심 아암(420)은, A-A 축을 중심으로 선회한다. 풀리(440)는, B-B 축을 중심으로 회전한다(도 26 참조). A-A 축은, B-B 축으로부터 떨어져 배치되며, 그리고 그에 따라, A-A 축과 동축 상에 놓이지 않으며, 그로 인해 편심 아암(420)의 편심 선회 운동을 허용하도록 한다.

도 30은 도 29의 대안적인 실시예의 평면도이다.

도 31은 도 29의 대안적인 실시예의 단면도이다. 토션 스프링(430), 편심 아암(420) 및 베어링(451)은, 열거된 구성요소들 중의 어느 하나도, 그들 중의 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열된다. 베이스부(410) 내의 유체 도관(471)이, 엔진 오일 시스템(미도시)으로부터 유체 도관(473)을 통해 베어링(451)으로 유동할, 오일과 같은 유체를 위한 경로를 제공하여, 그로 인해 베어링을 윤활하도록 한다. O-링(472)이, 엔진 오일 시스템에 대한 연결부를 밀봉하기 위한 수단을 제공한다.

도 32는 대안적인 실시예의 측면도이다. 편심 아암(420) 및 풀리(440) 대신에, 이러한 대안적인 실시예는, 캠(445)을 포함한다. 캠(445)은, 편심 아암(420)과 동일한 원리로 작동하며, 그리고 이는, 장치 내의 동일한 위치를 차지한다. 풀리(440)는 존재하지 않는다. 캠(445)은, 세장형 부재(480)와 맞물린다. 세장형 부재(480)는, 종래 기술에 공지된 임의의 적절한 저 마찰 재료를 포함할 수 있을 것이다. 세장형 부재(480)는 또한, 미끄럼 가이드로 지칭될 수 있을 것이다. 체인(C)이, 미끄럼 가이드(480)의 표면과 슬라이딩 가능하게 맞물린다. 선회축(481)이, 미끄럼 가이드의 하나의 단부에 배치된다. 미끄럼 가이드(480)는, 캠(445)의 회전에 응답하여, 선회축(481)을 중심으로 회전한다. 표면(446)의 편심 형태로 인해, 캠(445)의 회전이, 미끄럼 가이드(480)가 선회축(481)을 중심으로 선회하는 것을 야기하여, 그로 인해 체인(C) 상에 부하를 유지하도록 한다. 이러한 실시예는, 예로서 내연 기관 타이밍 시스템에서 유용하다. 이러한 실시예는, 체인 대신에, 타이밍 벨트와 함께 사용될 수 있을 것이다.

도 33은 도 32의 대안적인 실시예의 사시도이다. 캠(445)의 표면(446)은, 미끄럼 가이드(480)와 맞물린다.

동기식 벨트 구동 시스템.

본 발명의 구동 시스템은, 벨트, 이상에 설명된 바와 같은 적어도 하나의 오브라운드형 스프로킷, 이상에 설명된 바와 같은 텐셔너를 포함한다. 구동 시스템은, 적어도 2개의 스프로킷을, 구동 스프로킷 및 종동 스프로킷을 포함한다. 구동 스프로킷 및 종동 스프로킷 중의 적어도 하나는, 본 명세서에 설명된 바와 같은, 오브라운드형이다. 텐셔너는 바람직하게, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 설계되며, 그리고 벨트 구간과 접촉하기 위해 후면측 유동 풀리 또는 슬라이더(slider)를 활용할 수 있을 것이다.

하나의 실시예에서, 동기식 벨트 구동 시스템은, 예를 들어, 자동차 또는 다른 육상 차량을 위한, 내연 기관을 위한, 오버헤드 캠 구동 시스템이다. 예들이, 이상에 소개되었으며 그리고 도 3 내지 도 6에 예시된다. 도 3 및 도 6은, 예시적인 이중 오버헤드 캠, 구동 시스템들을 나타내는 가운데, 도 4 및 도 5는, 단일 오버헤드 캠, 구동 시스템들을 나타낸다. 이러한 예들은 각각, 구동원으로서 크랭크 스프로킷 및 종동 스프로킷으로서 하나 이상의 캠 스프로킷을 구비한다. 각 구동 시스템은 또한, 다양한 후면측 유동 풀리 장치들 및 워터 펌프, 그리고 본 명세서에서 설명된 바와 같은 텐셔너를 포함할 수 있을 것이다. 도 5의 구동 시스템은, 분사 펌프를 포함한다. 구동 시스템들은, 디젤 기관 또는 가스 기관을 위한 것일 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 예를 들어 크랭크 스프로킷, 종동 구성요소를 위한 종동 스프로킷, 및 텐셔너를 포함하는, 구동 시스템은, 펌프 또는 밸런스 샤프트(balance shaft)와 같은, 단일 종동 구성요소를 위한 것일 수 있을 것이다. 각각의 경우에, 그리고 구동 시스템들의 수 많은 다른 변동들에서, 본 명세서에서 설명된 본 발명의 원리들이, 건식으로 또는, 오일 또는 다른 엔진 유체들과 접촉 상태에서 작동할 수 있는, 그리고 이전의 구동 시스템들보다 상당히 더 좁은 패키지 폭을 가질 수 있는, 동기식 구동 시스템을 제공하기 위해 활용될 수 있을 것이다.

동기식 벨트 구동 시스템을 위한 이상에 설명된 텐셔너 설계의 1차적 이점은, 콤팩트함이다. 통상적인 벨트 구동 시스템들에서, 텐셔너는 흔히, 가장 넓은 구성요소이고, 그에 따라 전체 패키지 폭을 상당히 제한하도록 한다. 본 명세서에서 설명되는 텐셔너 설계와 더불어, 벨트는 바람직한 한 작게 제작될 수 있으며 그리고 텐셔너 및 다른 스프로킷들은, 실제로 동일한 폭에 작은 양의 공차를 더한 것일 수 있거나, 또는 약간의 이탈(run-out) 또는 잠재적 오정렬을 수용하기를 원하는 경우, 단지 약간 더 넓을 수 있다.

고-탄성계수 타이밍 벨트와 함께하는, 오브라운드형 스프로킷 또는 스프로킷들의 사용은, 좁은-폭 벨트와 더불어 놀랍게도 잘 작동하는, 구동 시스템을 생성한다. 벨트 폭을 감소시키는 것은 일반적으로, 종래 기술에서, 벨트 상의 증가된 장력 및 (단위 폭 당) 부하와 연관되어, 증가된 구간 길이에 관한 변형 및 톱니 변형을 야기하도록 하고, 결국 열악한 타이밍 정확성 및 열악한 내구성을 야기하도록 한다. 그러나, 본 발명의 시스템들은, 감소된 장력 및 부하와 연관되는, 훨씬 개선된 타이밍, 및 충분한 내구성을 보여줄 수 있다.

예들.

아래의 각각의 예들에 대해, 테스트 레이아웃은, 도 35에 도시된 바와 같이 크랭크샤프트에 커플링되는 전기 모터에 의해 구동되는, 3-실린더 엔진 상의 이중 오버헤드 캠 구동 시스템이다. 3-실린더 엔진은, 포드 모터 컴퍼니 사에 의해 생산되는, 1.0L 폭스 엔진으로서 공지된다. 보통의(stock) 오일-습식 구동 시스템은, 이하에 설명되는 다양한 테스트 구동 시스템들을 수용하기 위해, 수정된다. 모두가, 140°C의 오일 온도에서 캐스트롤 마그나텍(Castrol Magnatec) 5W-20 오일과 더불어 오일-습식 환경에서 작동한다. 테스트 레이아웃(240)은, RPP 톱니 윤곽을 갖는 벨트(200)와 정합하도록 RPX 홈 윤곽 및 9.525-mm 피치를 갖는, 19-홈 구동 또는 크랭크 풀리(243) 및 2개의 38-홈 종동 캠 풀리(242, 245)를 포함한다. 속도 프로파일 그리고 벨트 폭, 풀리들 및 텐셔너(244)에 대한 세부사항은, 아래에 설명되는 바와 같이, 변화되었다.

표 1에 나타나는 3개의 예시적인 벨트가, 다양한 시스템 테스트에서 사용되었다. 벨트 1은, 데이코 사에 의해 공급되는 바와 같은, 1.0L 폭스 엔진을 위한, 보통의 벨트(stock belt)이다. 벨트 2는, 게이츠 유니타 아시아에 의해 공급되는, 오일 가능 벨트이다. 벨트 3은, 인장 코드가 U-유리 섬유(고-강도 유리)로 에워싸인 탄소-섬유의 혼성 코드로 교체되는, 벨트 2의 수정된 버전이다.

벨트 1은, 데이코 사에 의한 WO2005080820에 설명되는 바와 같이 구성되는 것으로 여겨진다.

벨트 2는, 참조로 본 명세서에 통합되는, 야마다 등에 의한, 미국 특허공개 제2014/0080647A1호에 설명된 바와 같은, 벨트 재료들로 구성되는 것으로 여겨진다. 톱니 직물은, 위사로 파라-아리미드/나일론 탄성 신장 얀을 그리고 경사로 나일론을 갖는, 2x2 트윌 직조물(twill woven)이었다. 톱니 직물은, 야마다 등에 의한, 미국 특허공개 제2014/0080647A1호에 설명된 바와 같이, 에폭시+NBR 라텍스+경화제 처리를 동반하도록 처리되었다. 처리는, 침지(dipping)에 의해 적용되었으며 그리고 통상적인 오븐에서 건조되었다. 후면측 직물은, NBR-라텍스-계 RFL로 처리된, 직조된 2x2 트윌 나일론 66 신축 직물이었다. 벨트 몸체(톱니 및 후면 양자 모두) 고무 조성물은, 니트릴-기 함유 공중합체 고무에, 짧은 섬유 보강제, 레조르시놀, 및 멜라민 화합물을 포함하는, HNBR에, 기초했다. 벨트 몸체의 고무 조성물은, 카본 블랙, 가소제, 항-분해제, 경화제, 및 보조제를 포함하는, 당해 기술분야에 공지된 부가적 성분들을 더 포함했다. 시스템(A)의 벨트를 위한 인장 코드(18)는, 오일-습식 환경에서의 사용을 위해 오일에 대한 저항을 위한 NBR RFL 처리에 의해 처리된, 꼬인 고-강도, 섬유-유리 얀들이었다.

벨트 3은, 상이한 인장 코드를 제외하고, 벨트 2와 동일하게 구성된다. 벨트 3은, 미국 특허 제7,682,274호에 설명된 바와 같은 혼성 탄소/유리 코드, 즉, 복수의 고-강도-유리 섬유 얀들에 의해 둘러싸인 탄소-섬유 코어 얀에 의해 대체된, 유리 코드를 구비했다.

비교 시스템들에 대한 제1 테스트 시리즈.

이러한 제1 테스트 시리즈를 위한 테스트 레이아웃은, 보통의 풀리들과 관성-정합되는 보통의 텐셔너 및 풀리들이 포함되었다. 캠 풀리들은, 원형이었으며 그리고 1.5-mm의 직경 방향 피치 라인 차이(diametric pitch line differential: DPLD)를 갖도록 절단되었고, 그리고 크랭크 풀리는, 1.45-mm DPLD를 가졌다. 양자 모두의 캠 스프로킷은, 보통의 VVT 장치를 포함하는 보통의 풀리들에 관성 정합되었다. 텐셔너(244)는, 약 500 N의 설치 장력을 제공하며 그리고 매끄러운 62-mm 직경 풀리를 갖는, 단일 편심 중심 및 대칭적 감쇠를 동반하는, 보통의 콤팩트한 텐셔너이었다. 텐셔너 풀리 면 폭은 24.5 mm이었으며, 그리고 텐셔너의 전체 폭은 약 36 mm이었다. 이는, 가장 넓은 구성요소이었고, 따라서 전체적인 비교 구동 시스템 패키지 폭은, 약 36 mm이었다. 크랭크 속도는, 교호반복적으로 10초 동안 증가하고 10초 동안 감소하는 가운데, 5000 내지 6000 rpm 사이에서 변화되었다.

표 2에 나타난 바와 같이, 5개의 구동 시스템이 테스트되었으며, 그리고 제6 시스템에 대한 결과가, 다른 5개에 기초하여 예측되었다. 단지 벨트만이, 이러한 시리즈에서 변화되었다. 벨트 1은, 3개의 상이한 폭, 18 mm, 12 mm, 및 10 mm로 사용되었다. 벨트 2는, 2개의 상이한 폭, 18 mm 및 10 mm로 사용되었으며, 그리고 결과가, 12-mm 폭에 대해 예측되었다. 2개의 유사한 시험 장비가 사용되었다. 시스템들은, 비교 시스템 1 및 2에 대해 고정된 시간까지 그리고 다른 시스템들에 대해 벨트 고장까지 실행되었다. 시스템 3 및 시스템 6에 대한 결과들은, 장비 1이 전형적으로 장비 2보다 약간 더 긴 실행 시간(run time)을 제공했다 것을 지시한다. 시스템 테스트에서의 그러한 변동은, 특이한 것이 아니다. 이러한 테스트들은, 본 발명의 시스템에 대한 테스트들을 위한 기준선으로 사용되었다. 추가의 테스트가, 시스템 패키지 크기를 최소화하는 목표 및 지나치게 긴 작동 시간을 피하려는 요구로 인해, 10-mm 폭 벨트들과 함께 실행되었다.

비교 시스템들 대 본 발명의 시스템들에 대한 제2 테스트 시리즈.

이러한 제2 테스트 시리즈를 위한 테스트 레이아웃은, 제1 시리즈와, 즉 도 35에 도시된 것과, 동일했지만, 시험 장비는, 제3 장비, 즉 장비 3이었다. 장비 3은, 보통의 플라이휠이 장비 3에 포함되었지만 장비 1 및 장비 2에는 포함되지 않았다는 점에서, 장비 1 및 장비 2와 상이했다. 2개의 구동 시스템이, 표 3에 나타난 바와 같이, 장비 3 상에서 테스트되었다. 비교 시스템 7은, 보통의 풀리들에 관성 정합된, 보통의 텐셔너 및 풀리들을 포함했다. 캠 풀리들은, 원형이었으며 그리고 1.5-mm의 직경 방향 피치 라인 차이(DPLD)를 갖도록 절단되었고, 그리고 크랭크 풀리는, 1.45-mm DPLD를 가졌다. 양자 모두의 캠 스프로킷은, 보통의 VVT 장치를 포함하는 보통의 풀리들에 관성 정합되었다. 텐셔너(244)는, 약 500 N의 설치 장력을 제공하며 그리고 매끄러운 62-mm 직경 풀리를 갖는, 단일 편심 중심 및 대칭적 감쇠를 동반하는, 보통의 콤팩트한 텐셔너이었다. 텐셔너 풀리 면 폭은 24.5 mm이었으며, 그리고 텐셔너의 전체 폭은 약 36 mm이었다. 이는, 가장 넓은 구성요소이었고, 따라서 전체적인 비교 구동 시스템 패키지 폭은, 약 36 mm이었다. 이러한 테스트 시리즈를 위해, 크랭크 속도는, 각 테스트 지속 시간 동안 (대략 최대 공진의 속도인) 4750 rpm에서 일정하게 유지되었다. 10-mm 폭, 116 톱니의 RPP 윤곽 및 9.525 mm의 피치를 갖는, 벨트 2가, 비교 시스템 7을 위해 사용되었다.

본 발명의 시스템 8은, 동일한 테스트 레이아웃을 갖지만, 캠 스프로킷들은, 오브라운드형이었으며, 그리고 1.5-mm의 직경 방향 피치 라인 차이(DPLD)를 갖도록 절단되었다. 오브라운드형 흡기 캠 스프로킷(242)은, 0.75-mm의 편심 크기를 갖는, 도 2에 도시된 바와 같은 3-로브형이며, 그리고 13g cw에, 즉 엔진의 기준 위치로부터 시계 방향으로 13홈의 각도 방향 오프셋 동반하는, 위상을 갖는다. 오브라운드형 배기 캠 스프로킷(245)은, 1.0-mm의 크기를 갖는, 도 2에 도시된 바와 같은 3-로브형이며, 그리고 23.5g cw에, 즉 기준 지점으로부터 시계 방향으로 23.5홈의 각도 방향 오프셋 동반하는, 위상을 갖는다. 양자 모두의 캠 스프로킷은, 보통의 풀리들에 관성 정합된다.

시스템 8을 위한 텐셔너(244)는, 약 500 N의 설치 장력을 제공하며 그리고 매끄러운 60-mm 직경 풀리를 갖는, 단일 편심 중심을 동반하는, 본 명세서에 설명된 설계에 따른 콤팩트한 텐셔너이었다. 텐셔너는 그에 따라, 14 mm의 풀리 면 폭 및 약 16 mm의 전체 폭을 가졌다. 텐셔너는 또한, 예를 들어 리우 등에 허여된 미국 특허 제6,609,988 B1에 설명된 바와 같은, 약 300 N의 비대칭 감쇠를 가졌다.

크랭크 풀리는, 동일한 것, 즉 좁은 벨트 및 패키지 폭에 어울리도록 감소된 면 폭을 갖는 것이었다.

10-mm 폭, 116 톱니의 RPP 윤곽 및 9.525 mm의 피치를 갖는, 벨트 3이, 시스템 8을 위해 사용되었다.

2개의 시스템은, 벨트 손상이 일어날 때까지 실행되었다. 결과는 표 3에 나타난다. 690 시간의 비교 시스템 7에 대한 실행 시간은, 777 시간의 비교 시스템 6에 대한 결과와 일치한다. 본 발명의 시스템 8의 결과는, 1266 시간의 거의 2배의 실행 시간이다. 이는, 좁은 고-탄성계수 벨트의, 오브라운드형 스프로킷들 및 특수한 좁은 텐셔너와의 조합이, 벨트 수명을 상당히 증가시킬 수 있다는 것을, 입증한다.

표 3은, 테스트 이전 및 이후를 포함하는, 약간의 타이밍 오차 결과를 포함한다. 개선된 타이밍 오차 결과는, 더 높은 벨트 계수의 영향, 텐셔너 설계의 영향 및 오브라운드형 스프로킷들의 영향을 포함하는, 영향들의 조합으로 고려될 수 있다. 표 3은, 그 중 일부는 표 3에 나타난 바와 같이 12-mm 폭 벨트들에 관해 실행된 것인, 다른 테스트로부터의 이러한 개별적인 영향들 중의 일부를 나타낸다. 최종 결과는, 벨트 수명 전체에 걸쳐 피크에서 피크까지 1° 미만의 최대 타이밍 오차를 갖는, 매우 좁은(10-mm 벨트) 시스템이다.

부가적으로, 표 3은, 시스템 내의 벨트의 유효 장력이, 500 N으로부터 약 250 N으로 실질적으로 감소되며, 그리고 이러한 영향은, 대부분 오브라운드형 스프로킷으로 인한 것임을, 나타낸다. 오브라운드형 풀리들의 이러한 바람직한 영향은 매우 중요하다. 이는, 톱니가 튀어나올 위험이 없는 가운데, 설치 장력이 감소되는 것을 허용하고, 이는 결국 랜드 영역 마모율을 감소시킨다.

시스템 7 및 시스템 8에 대한 결과들은 그에 따라, 고-탄성계수 벨트가 오브라운드형 스프로킷들 및 동심 텐셔너와 조합될 때, 탁월한 전체적인 시스템 성능 및 벨트 수명을 나타낸다. 결과들은 설치 장력을 최적화함에 의해 더욱 더 개선될 수 있다고, 여겨진다. 오브라운드형 스프로킷은 크랭크에서의 유효 장력을 상당히 감소시켰고, 이는 일반적으로 톱니-전단 손상 모드에 대해 벨트 수명을 연장시킬 것이다. 그러나, 관찰된 손상 모드는, (시스템 내의 PV(접촉 압력 x 슬립 속도)에 더욱 관련되는) 랜드 영역 마모였기 때문에, 벨트 수명에 관한 오브라운드형 스프로킷의 긍정적 영향이, 감소된다. 달리 표현하면, 벨트 수명은, 유효 장력을 부분적으로 감소시키기 위해 오브라운드형 스프로킷을 사용했지만(즉, 감소된 톱니 부하), 또한 설치 장력을 감소시킨 경우(즉, 벨트와 풀리 사이의 더 낮은 PV), 더욱 증가될 수 있었다.

10-mm 벨트 폭은, 테스트를 가속하기 위해 선택되었다. 이러한 결과들 및, 가속된 테스트들과 더욱 현실적인 적용들 사이의 상관관계에 대한 다른 경험으로부터, 약 14 mm까지 벨트 폭을 증가시키는 것이, 약 240,000 km의 차량 상에서의 수명과 상관될 것으로 예상되는, 약 3500 시간의 시험 장비 상에서의 시스템 8의 내구성을 초래할 것으로, 여겨진다. 14-mm 벨트 폭이, 보통의 구성요소들을 갖는 통상적인 구동 시스템의 패키지 폭의 약 절반인, 18 mm 이하의 정도의 총 구동 시스템 패키지 폭을 제공하도록, 설명된 바와 같은 텐셔너 및 풀리들 상에 수용될 수 있다. 이러한 구동 시스템은 용이하게, 보통의 구성요소들을 갖는 통상적인 구동 시스템보다 대략 30% 더 가볍게 제작될 수 있는 것으로, 또한 추산된다.

특히 오브라운드형 스프로킷(들)에 관련되는 본 발명의 일부 부가적인 양태들이, 다음에 열거될 수 있을 것이다.

양태 1. 본 발명은, 동기식 벨트 구동 시스템으로서: 톱니형 표면 및 2개의 호형 부분(14, 15) 사이에 배치되는 적어도 하나의 선형 부분(16)을 구비하는, 제1 오브라운드형 스프로킷(10)으로서, 상기 호형 부분들은 일정한 반경(R1, R2)을 가지며, 상기 선형 부분은 사전결정된 길이를 갖는 것인, 제1 오브라운드형 스프로킷(10); 톱니형 표면을 갖는 스프로킷(300)으로서, 무단 톱니형 부재(200)에 의해 상기 제1 오브라운드형 스프로킷과 맞물리는 것인, 스프로킷을 포함하며; 그리고 상기 제1 오브라운드형 스프로킷(10)은, 상기 스프로킷과 상기 제1 오브라운드형 스프로킷 사이의 각 변위 타이밍 오차가 피크에서 피크까지 1.5도 미만이 되도록 하는, 크기 및 위상을 갖는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템에 관한 것이다.

양태 2. 양태 1에 있어서, 제2 회전형 부하에 연결되는 제2 오브라운드형 스프로킷으로서, 무단 톱니형 부재와 맞물리는 것인, 제2 오브라운드형 스프로킷을 더 포함하며; 그리고 상기 제2 오브라운드형 스프로킷은, 상기 스프로킷과 상기 제2 오브라운드형 스프로킷 사이의 각 변위 타이밍 에러가 피크에서 피크까지 1.5도 미만이 되도록 하는, 크기 및 위상을 갖는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 3. 양태 1에 있어서, 상기 스프로킷과 상기 제1 오브라운드형 스프로킷 사이의 상기 각 변위 타이밍 오차는, 피크에서 피크까지 0.5도 미만인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 4. 양태 3에 있어서, 상기 스프로킷과 상기 제2 오브라운드형 스프로킷 사이의 상기 각 변위 타이밍 오차는, 피크에서 피크까지 0.5도 미만인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 5. 양태 1에 있어서, 상기 무단 톱니형 부재의 폭이, 12mm와 동등하거나 또는 그보다 더 큰 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 6. 양태 1에 있어서, 상기 무단 톱니형 부재는, 약 630,000N 내지 약 902,000N의 범위 내의 계수를 구비하는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 7. 양태 1에 있어서, 상기 크기는, 대략 1.0mm 내지 1.5mm의 범위 이내인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 8. 양태 1에 있어서, 상기 제1 오브라운드형 스프로킷의 위상은, 기준 지점에 대해 회전될 때, 9홈 내지 25홈의 범위 내에 놓이는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 9. 양태 8에 있어서, 상기 기준 지점은, 정각 3시 위치에 관련되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 10. 양태 2에 있어서, 상기 제2 오브라운드형 스프로킷의 위상은, 기준 지점에 대해 회전될 때, 9홈 내지 25홈의 범위 내에 놓이는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 11. 양태 10에 있어서, 상기 기준 지점은, 정각 3시 위치에 관련되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 12. 양태 10에 있어서, 상기 제1 오브라운드형 스프로킷의 위상은, 기준 지점에 대해 회전될 때, 9홈 내지 25홈의 범위 내에 놓이는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 13. 양태 12에 있어서, 상기 기준 지점은, 정각 3시 위치에 관련되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 14. 양태 1에 있어서, 상기 스프로킷은 구동원에 연결되며 그리고 상기 제1 오브라운드형 스프로킷은 회전형 부하에 연결되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 15. 양태 14에 있어서, 상기 구동원은, 엔진 크랭크샤프트인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 16. 양태 2에 있어서, 상기 제1 오브라운드형 스프로킷은, 배기 캠샤프트에 연결되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 17. 양태 2에 있어서, 상기 제2 오브라운드형 스프로킷은, 흡기 캠샤프트에 연결되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 18. 본 발명은 또한, 동기식 벨트 구동 시스템으로서: 톱니형 표면 및 2개의 호형 부분 사이에 배치되는 적어도 하나의 선형 부분을 구비하는, 제1 오브라운드형 스프로킷으로서, 상기 호형 부분들은 일정한 반경을 가지며, 상기 선형 부분은 사전결정된 길이를 갖는 것인, 제1 오브라운드형 스프로킷을 포함하고; 톱니형 표면을 갖는 스프로킷으로서, 무단 톱니형 부재에 의해 상기 제1 오브라운드형 스프로킷과 맞물리는 것인, 스프로킷을 포함하며; 상기 제1 오브라운드형 스프로킷은, 상기 스프로킷과 상기 제1 오브라운드형 스프로킷 사이의 각 변위 타이밍 오차가 피크에서 피크까지 1도 미만이 되도록 하는, 크기 및 위상을 갖고; 제2 회전형 부하에 연결되는 제2 오브라운드형 스프로킷으로서, 무단 톱니형 부재와 맞물리는 것인, 제2 오브라운드형 스프로킷을 포함하며; 그리고 상기 제2 오브라운드형 스프로킷은, 상기 스프로킷과 상기 제2 오브라운드형 스프로킷 사이의 각 변위 타이밍 오차가 피크에서 피크까지 1.5도 미만이 되도록 하는, 크기 및 위상을 갖는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템에 관한 것이다.

양태 19. 양태 18에 있어서, 상기 제1 오브라운드형 스프로킷은 배기 캠샤프트에 연결되며, 그리고 상기 제2 오브라운드형 스프로킷은 흡기 캠샤프트에 연결되며 그리고 상기 스프로킷은 엔진 크랭크샤프트에 연결되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

양태 20. 양태 19에 있어서, 상기 스프로킷과 상기 제1 오브라운드형 스프로킷 사이의 상기 각 변위 타이밍 오차는, 피크에서 피크까지 0.5도 미만이며; 그리고 상기 스프로킷과 상기 제2 오브라운드형 스프로킷 사이의 상기 각 변위 타이밍 오차는, 피크에서 피크까지 0.5도 미만인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

특히 텐셔너에 관련되는 본 발명의 일부 부가적인 양태들이, 다음에 열거될 수 있을 것이다.

양태 1. 본 발명은, 텐셔너로서: 축 방향으로 연장되는 원통형 부분으로서, 반경 방향 외측 표면 및 상기 반경 방향 외측 표면의 반경 방향 내측에 놓이는 수용 부분을 구비하는 것인, 원통형 부분을 구비하는 베이스부; 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물리는 편심 아암; 상기 반경 방향 내측의 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링; 및 상기 편심 아암에 축 지지되는 풀리를 포함하는 것인, 텐셔너에 관한 것이다.

양태 2. 양태 1에 있어서, 상기 풀리는, 니들 베어링 상에 축 지지되는 것인, 텐셔너.

양태 3. 양태 1에 있어서, 상기 편심 아암, 상기 풀리 및 상기 토션 스프링은, 상기 편심 아암, 풀리, 또는 토션 스프링 중의 어느 하나도, 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열되는 것인, 텐셔너.

양태 4. 양태 1에 있어서, 상기 편심 아암은, 부싱 상에서 상기 베이스부에 축 지지되는 것인, 텐셔너.

양태 5. 본 발명은 또한, 텐셔너로서: 반경 방향 외측 표면 및 반경 방향 내측 수용 부분을 구비하는 베이스 원통형 부분; 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물리는 편심 아암; 상기 반경 방향 내측의 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링; 및 상기 편심 아암과 맞물리며 그리고 상기 편심 아암의 회전에 응답하여 선회하도록 배치되는, 세장형 부재를 포함하는 것인, 텐셔너에 관한 것이다.

양태 6. 양태 5에 있어서, 상기 편심 아암 및 상기 토션 스프링은, 상기 편심 아암 또는 토션 스프링 중의 어느 하나도, 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열되는 것인, 텐셔너.

양태 7. 양태 5에 있어서, 상기 편심 아암은, 부싱 상에서 베이스부에 축 지지되는 것인, 텐셔너.

양태 8. 양태 5에 있어서, 상기 풀리는, 니들 베어링 상에서 상기 편심 아암에 축 지지되는 것인, 텐셔너.

양태 9. 본 발명은 또한, 텐셔너로서: 축 방향으로 연장되는 원통형 부분으로서, 반경 방향 외측 표면 및 반경 방향 내측 수용 부분을 구비하는 것인, 원통형 부분을 구비하는 베이스부; 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물리는 편심 아암; 상기 반경 방향 내측의 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링; 상기 편심 아암에 축 지지되는 풀리를 포함하며, 그리고 상기 편심 아암, 상기 풀리 및 상기 토션 스프링은, 상기 편심 아암, 풀리, 또는 토션 스프링 중의 어느 하나도, 상기 편심 아암, 풀리 또는 토션 스프링 중의 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열되는 것인, 텐셔너에 관한 것이다.

양태 10. 양태 9에 있어서, 상기 베이스부는, 유체가 그로 인해 베어링에 접근할 수 있는 것인, 유체 도관을 더 구비하는 것인, 텐셔너.

양태 11. 양태 9에 있어서, 상기 풀리는, 베어링 상에 축 지지되는 것인, 텐셔너.

양태 12. 양태 11에 있어서, 상기 베어링은, 니들 베어링을 포함하는 것인, 텐셔너.

비록 본 발명 및 그의 이점들이 상세하게 설명되었지만, 다양한 변경, 치환, 변형들이 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이, 여기에서 이루어질 수 있다는 것이, 이해되어야 한다. 더불어, 본 출원의 범위는, 명세서에 설명되는, 프로세스, 기계, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법 및 단계에 대한 특정 실시예들로 제한되도록 의도되지 않는다. 당업자 중 하나가 본 발명의 개시로부터 쉽게 인식할 것으로서, 여기에서 설명되는 대응하는 실시예들과 같은, 실질적으로 동일한 기능을 실행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 기존의 또는 이후에 개발될, 프로세스, 기계, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법 및 단계가, 본 발명에 따라 활용될 수 있을 것이다. 따라서, 첨부 청구범위는, 그러한 프로세스, 기계, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법 또는 단계를 보호 범위 이내에 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 개시되는 본 발명은, 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않는 임의의 요소 없이도 적절하게 실행될 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 동기식 벨트 구동 시스템으로서:
   고-탄성계수 섬유를 포함하는 인장 코드를 구비하는 동기식 벨트(200);
   구동 스프로킷 및 적어도 하나의 종동 스프로킷으로서, 그들 중 적어도 하나는 오브라운드형 스프로킷(10)인 것인, 구동 스프로킷 및 적어도 하나의 종동 스프로킷; 및
   텐셔너
   를 포함하고,
   상기 텐셔너는, A-A 축을 따라 축 방향으로 연장되는 원통형 부분을 구비하는 베이스부로서, 상기 원통형 부분은 반경 방향 외측 표면과 상기 반경 방향 외측 표면의 반경 방향 내측의 수용 부분을 구비하는 것인, 베이스부; 상기 반경 방향 외측 표면과 선회식으로 맞물림으로써 A-A 축을 중심으로 선회 가능한 편심 아암; 상기 반경 방향 내측의 수용 부분 내부에 배치되는 토션 스프링으로서, 상기 편심 아암에 편향력을 가하는 것인, 토션 스프링; 및 상기 편심 아암에 축 지지되는 풀리를 포함하고,
   상기 편심 아암, 풀리, 또는 토션 스프링 중의 어느 하나도 다른 어느 것으로부터 A-A 축을 따라 축 방향으로 변위되지 않도록 상기 편심 아암, 풀리 및 토션 스프링이 동심으로 배열되고,
   상기 시스템은 A-A 축 방향으로 20 mm 미만의 전체 시스템 패키지 폭을 형성하고,
   상기 편심 아암은 상기 베이스부의 반경 방향 외측 표면과 맞물리는 반경 방향 내측 표면을 포함함으로써 상기 편심 아암은 상기 베이스부의 반경 방향 외측에 놓이는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 오브라운드형 스프로킷(10)은, 톱니형 표면 및 2개의 호형 부분(14, 15) 사이에 배치되는 적어도 하나의 선형 부분(16)을 구비하고, 상기 호형 부분들은 일정한 반경(R1, R2)을 가지며, 상기 선형 부분은 사전결정된 길이를 갖는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 오브라운드형 스프로킷(10)은, 상기 구동 스프로킷과 상기 종동 스프로킷 사이의 각 변위 타이밍 오차가 피크에서 피크까지 1.5도 미만이 되도록 하는, 크기 및 위상을 갖는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 고-탄성계수 섬유는, 유리 섬유, PBO, 아라미드, 및 탄소 섬유로 이루어지는 그룹으로부터 하나 이상으로 선택되는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 고-탄성계수 섬유는, 고-강도-유리 섬유인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 고-탄성계수 섬유는, 탄소 섬유인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 인장 코드는, 탄소 섬유 및 유리 섬유를 포함하는 혼성 코드인 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
9. 삭제
10. 제 1항에 있어서,
    18 mm 이하의 전체 시스템 패키지 폭을 형성하는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
11. 제 1항에 있어서,
    16 mm 이하의 전체 시스템 패키지 폭을 형성하는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 동기식 벨트는, 14 mm 이하의 폭을 갖는 것인, 동기식 벨트 구동 시스템.

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