JP2003314219A - 可変カムシャフトタイミング位相器 - Google Patents

可変カムシャフトタイミング位相器

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JP2003314219A
JP2003314219A JP2003109682A JP2003109682A JP2003314219A JP 2003314219 A JP2003314219 A JP 2003314219A JP 2003109682 A JP2003109682 A JP 2003109682A JP 2003109682 A JP2003109682 A JP 2003109682A JP 2003314219 A JP2003314219 A JP 2003314219A
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piston
rotor
housing
tapered
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JP2003109682A
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English (en)
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Franklin R Smith
フランクリン・アール・スミス
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Original Assignee
BorgWarner Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変カムタイミング位相器において、ロック
ピンに対する圧力の解除レベルを圧力の保持レベルより
も高くする。 【解決手段】 カムシャフトに連結され、ハウジング１
に対する相対的角度位置を変更可能なロータ２と、ハウ
ジング１の穴１７にスライド自在に配置され、ロータ２
のテーパ状凹部１９に係合し得るテーパ状内側先端部１
８を有し、内側先端部１８が凹部１９に係合してハウジ
ング１およびロータ２間の相対的角度位置をロックする
ロック位置とロック解除位置との間で穴１７内を移動可
能なロックピン１０と、ロックピン１０をロック位置側
に付勢するスプリング２１と、凹部１９内に流体が流入
するのを許容しまたは阻止する移動可能なボール状また
は円筒状のピストン１４とを設ける。ピストン１４の横
断面積はロックピン本体の外径の横断面積よりも小さ
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変カムシャフト
タイミングシステム（ＶＣＴ: variable camshaft timi
ng system)の運転を制御するための液圧制御システムに
関する。より詳細には、本発明は、クランクシャフトお
よびカムシャフト間の回転位相を変えるのに油圧を利用
するベーン型または類似のカム位相器のための制御シス
テムに関する。本発明によるＶＣＴ機構は、ロックピン
をロック解除位置に保持するのに要求される圧力よりも
高い圧力でロック解除するように設けられたロックピン
を有している。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】内燃機関は、エンジン性
能を改良しまたは排気ガスを減少させるように、カムシ
ャフトおよびクランクシャフト間の角度を変えるため
に、種々の機構を採用している。このような可変カムタ
イミング機構の多くは、エンジンカムシャフトに一つま
たはそれ以上の「ベーン位相器」を使用している。
【０００３】大抵の場合、位相器は、一つまたはそれ以
上のベーンを有するロータを備えており、ロータは、カ
ムシャフト端部に取り付けられるとともに、ベーンが装
着されるベーンチャンバを有するハウジングによって囲
繞されている。
【０００４】ベーンをロータに取り付けるとともに、チ
ャンバをステータに取り付けることも可能である。ハウ
ジングの外周は、通常カムシャフトからチェーン、ベル
トまたはギヤを介して駆動力を受け入れるスプロケッ
ト、プーリまたはギヤを構成している。
【０００５】位相器は、作動流体としてエンジンオイル
を用いて運転されるが、エンジンオイルは、クランクシ
ャフトからの駆動装置に対して円周方向にカムシャフト
を回転させるように、ベーンのいずれかの側においてオ
イルチャンバ内に導入される。
【０００６】位相器は完全にはシールすることができな
いので、漏れによるオイル損失の影響を受ける。通常の
エンジン運転中において、エンジンオイルポンプにより
発生する油圧および油量は、位相器をオイルで十分に満
たして完全な作動状態にするには十分なものである。し
かしながら、エンジン停止時には、オイルはＶＣＴ機構
から漏出し、その結果、取り除くべきエアでチャンバが
満たされることになる。
【０００７】エンジン始動時において、エンジンオイル
ポンプが油圧を発生させる前には、制御油圧の不足およ
びチャンバ内のエアにより、位相器が過度に振動してノ
イズを発生させ、その結果、機器に損傷を与える可能性
がある。また、エンジンが始動される際には、位相器が
或る特定の位置でロックされている方が望ましい。
【０００８】従来の位相器で採用された一つの解決法
は、チャンバ内のオイルが十分でないときに、クランク
シャフトに対する或る特定の位相角度位置で位相器をロ
ックするロックピンを採用することである。典型的に
は、このロックピンは、ばね力によって係合し、エンジ
ンオイル圧によって解除される。
【０００９】したがって、エンジンが停止してエンジン
の油圧が所定の低い値に達したときに、スプリング付勢
のピンが位相器と係合して位相器をロックする。エンジ
ン始動時には、エンジンオイルポンプがピンをロック解
除するのに十分な圧力を発生するまで、ピンは係合状態
におかれる。
【００１０】これらのロックピンの欠点は、エンジン運
転中にＶＣＴ機構がロックされるのを回避するために、
最小エンジンオイル圧を使用してロックピンを解除位置
に保持しなければならないということである。
【００１１】アイドル運転時のように油温が高くエンジ
ンが低回転数で運転されているとき、一般に、エンジン
は低い油圧しか発生しない。古いエンジンが高温のアイ
ドル運転時において発生する油圧は、さらに低いもので
ある。或るエンジンの場合、発生する油圧は５ＰＳＩし
かない。
【００１２】もし位相器のロックピンがこのような低い
油圧で解除するように設計されていれば、低温のエンジ
ンが最初に始動するとき、位相器からすべてのエアが十
分に取り除かれるまでロックピンは解除された状態にな
る。このことは、位相器がオイルで完全に満たされて完
全な運転状態になる前に位相器が移動できることにな
る。このような運転状態下では、位相器は振動する。
【００１３】したがって、エンジン始動時に十分な量の
エアを位相器が排出できる一方、エンジンが暖機された
アイドル運転時に低い油圧でロックピンを解除状態に維
持できるように、高い圧力で解除するロックピンが要求
されている。
【００１４】このように本発明は、ロックピンをロック
解除位置に保持するのに要求された圧力よりも高い圧力
でロック解除するように設けられたロックピンを備えた
可変カムシャフトタイミング位相器を提供することを目
的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、少な
くとも一つのカムシャフトを有する内燃機関のための可
変カムシャフトタイミング位相器である。この位相器
は、駆動力が伝達されるハウジングと、カムシャフトに
連結され、ハウジングに対する相対的角度位置を変更で
きるように回転可能に設けられたロータと、ハウジング
に形成された穴にスライド自在に設けられ、ロータに形
成されたテーパ状凹部に係合し得るテーパ状内側先端部
を有するロックピンとを備えている。ロックピンは、テ
ーパ状内側先端部がテーパ状凹部に係合してハウジング
およびロータ間の相対的角度位置をロックするロック位
置と、ハウジングおよびロータが自由に移動するロック
解除位置との間で移動可能になっている。位相器は、さ
らに、ロックピンのテーパ状内側先端部の逆側において
ハウジング穴に配置され、ロックピンをロック位置に向
かって付勢するスプリングと、テーパ状凹部に設けられ
たピストンとを備えている。ピストンは、流体の流れを
阻止する第１の位置と、ピストンを通ってテーパ状凹部
内に流体が流入するのを許容する第２の位置との間を移
動可能になっている。そして、ロックピンのテーパ状内
側先端部がロータのテーパ状凹部に位置するロック位置
にロックピンが配置されているとき、ピストンが第１の
位置に配置されており、これにより、ロックピンがロッ
ク位置に配置されて流体圧が流路に導入されたときに
は、ピストンがスプリング力に抗してロックピンのテー
パ状内側先端部に圧接し、また、圧力が解除レベルに達
したときには、ピストンがスプリング力に打ち勝ってロ
ックピンをロック解除位置に向かって外方に移動させ、
さらに、ピストンが第２の位置に到達したときには、流
体の流れがピストンを通ってロックピンの内側端部に圧
力を作用させており、これにより、圧力の保持レベルが
ロックピンをロック解除位置に保持させている。圧力の
解除レベルが圧力の保持レベルよりも大きくなるよう
に、ピストンがロックピン本体の外径の横断面積よりも
小さい横断面積を有している。
【００１６】請求項２の発明では、ロックピンの少なく
とも内側先端部を囲繞する穴にブシュが設けられてい
る。請求項３の発明では、ピストンが球状の部材であ
り、請求項４の発明では、ピストンが円筒状の部材であ
る。また、請求項５の発明では、穴が半径方向を向いて
おり、請求項６の発明では、穴が軸方向を向いている。
【００１７】本発明は、ＶＣＴから適切な量のエアを十
分に排出できないという問題を解決する。エアの不十分
な排出は、エンジンが高温で運転されかつ低回転数で回
転しているアイドル運転時（ホットアイドル時）に非常
に大きな問題になる。このことは、とくに、古い自動車
において顕著である。というのは、古いエンジンでは、
エンジンが摩耗しており、高温のアイドル状態下で低い
油圧しか発生しないからである。
【００１８】本発明は、解除位置でロックピンを保持す
るのに要求される圧力よりも高い圧力でロックピンを解
除させる機構を有している。解除のために要求される高
い圧力は、位相器を解除する前に位相器がよく多くのエ
アを排出することを許容する。
【００１９】ロックピンを保持するのに要求される低い
圧力は、高温のアイドル運転時のような低い油圧状態下
で、ロックピンが部分的にでもロータと係合することな
く、ＶＣＴを運転するのを許容する。
【００２０】本発明は、内燃機関の可変カムシャフトタ
イミングシステムのためのロックベーン位相器である。
この位相器においては、ロックピンは、最初の始動時に
おいて縮退するのに高い油圧を要求しており、高温時お
よび（または）アイドル運転時には低い油圧でロック解
除状態に維持されている。
【００２１】ロックピンは、ロックピンが係合する凹部
に通じる油路において、ボール状または円筒状ピストン
により押し戻されている。ピストンは、ロックピンの横
断面積よりも小さな横断面積を有している。
【００２２】ピストンがテーパ状凹部内に押圧されたと
き、オイルはピストンを通って、ロックピンの大きな横
断面に作用する。これにより、ピストンを移動させるの
に要求される圧力よりも低い圧力がピストン保持のため
に必要とされる。
【００２３】本発明およびその目的をさらに理解するた
めには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実
施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向け
られるべきである。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１において、ベーン型の可変カ
ムシャフトタイミング（ＶＣＴ: variable camshaft ti
ming）位相器は、ハウジング１を有している。ハウジン
グ１の外周は、タイミングチェーン９と噛み合ってタイ
ミングチェーン９により駆動されるスプロケット歯８を
有している。ハウジング１の内部には、流体チャンバ
６，７が配置されている。
【００２５】ハウジング１の内部に同芯に配置されかつ
ハウジング１に対して回転自在になっているのは、チャ
ンバ６，７間に装着されたベーン５を有するロータ２
と、流路１２，１３を介してそれぞれチャンバ６，７に
加圧オイルを送出する中央の制御バルブ４である。バル
ブ４によって流路１２に導入された加圧オイルは、ハウ
ジング１に対してベーン５を反時計回りに押して、チャ
ンバ６から流出したオイルを流路１３およびバルブ４に
送る。
【００２６】本明細書中の記述が一般のベーン位相器に
共通したものであり、図１に示されたベーン、チャン
バ、流路およびバルブの特定の配置が本発明の教示の範
囲内で変更され得るということが、当該分野の当業者に
は理解されるだろう。
【００２７】たとえば、ベーンの数および配置は変更可
能である。位相器の中には、ただ一つのベーンしか有し
ていないものもあれば、１２個ものベーンを有している
ものもある。
【００２８】またベーンは、ハウジング上に配置され
て、チャンバ内においてロータ上で往復動するようにし
てもよい。ハウジングは、チェーン、ベルトまたはギヤ
によって駆動され、ハウジングの外周には、図示された
ようなスプロケット歯の他に、ベルトと係合する歯付プ
ーリまたはギヤ歯を形成するようにしてもよい。
【００２９】図１および図２（ａ）の詳細図に示すよう
に、本発明による位相器の内部には、ハウジング１にお
ける半径方向の穴１７内をスライド自在なロックピン１
０が設けられており、ロックピン１０は、ロータ２およ
びハウジング１を固定位置にロックするように、スプリ
ング２１によってロータ２内部のテーパ状凹部１９内に
押圧されている。
【００３０】ベント１１は、ピストン１０を通って漏れ
るオイルの排出を許容している。穴１７内には、良好な
シール状態を提供するために、ロックピン１０の少なく
とも内側端部２０を囲繞するブシュ１６が設けられてい
る。
【００３１】流路１５は、図示しないエンジンオイル供
給路からの加圧オイルを凹部１９に送出している。ボー
ル形状または円筒状のピストン１４が流路１５内に配置
されており、ロックピン１０の内側先端部１８に当接し
ている。ピストン１４は、図２（ａ）に示すように、ロ
ックピン１０が係合するときに、流路１５に係合して流
路１５を完全に閉塞するような大きさに形成されてい
る。
【００３２】穴１７および穴１７内に係合するロッキン
グピン本体の内側端部２０の直径（したがってその受圧
面積）は、流路１５の直径（したがってその断面積）よ
りも大きくなっている。このため、流路１５内に係合す
るピストン１４の受圧面積もまた、ロッキングピン本体
の内側端部２０の受圧面積より小さくなっている。
【００３３】エンジン始動時において、流路１２，１３
内のオイルがチャンバ６，７を完全に満たすとともに、
エンジン停止中の漏れにより導入されたエアを排出する
ほど十分なレベルに供給油圧が達するまでは、スプリン
グ２１のばね力に抗してピストン１４がロックピン１０
を押し戻すことができないように、ピストン１４の表面
積の大きさが選択されている。
【００３４】圧力が設定圧またはそれよりも高い圧力に
達すると、図２（ｂ）に示すように、ピストン１４は、
テーパ状凹部１９からロックピン１０を押し戻し始め
る。ピストン１４がテーパ状凹部１９内まで押される
と、オイルはピストン１４を通って流れ（同図中の点線
２２参照）、油圧がロックピン１０の大面積の内側端部
２０に作用する。
【００３５】この大面積の部分は、ピストン１４をテー
パ状凹部１９から離れさせるのに要求されていた圧力よ
りも低い圧力でピンを保持できるようにする。ロックピ
ン１０の面積は、エンジン加熱後アイドル状態まで減速
したときに、ロックピン１０を穴１７内に保持するのに
依然として低い油圧で十分であるような大きさに設定さ
れている。
【００３６】ピストン１４は丸い形状を有しているの
で、ハウジング１およびロータ２が回転移動して流路１
５がロックピン１０と非整列状態に移動したときでも、
ピストン１４はハウジング１に対するロータ２の回転に
は干渉しない。
【００３７】エンジン停止時には、流路１５内の圧力
が、スプリング２１のばね力に抗してロックピン１０を
穴１７内に保持させる設定圧よりも低下し、ロックピン
１０がロータ２に向かって移動する。ロックピン１０お
よび凹部１９が整列すると、ロックピン１０は凹部１９
内に嵌まり込んで、ロータ２およびハウジング１を再度
固定する。
【００３８】本発明によるロックピンの移動および配置
は、前記実施態様で述べた配向また方向には限定されな
い。たとえば、ロックピンは、軸方向に配向していても
よく、エンジンオイル圧が、ロックピンをスプリング力
に抗して穴に保持させる設定圧よりも低下したときに、
ロックピンがハウジングに向かって外方にスライドする
ようにしてもよい。
【００３９】本発明が関連する分野の当業者は、上述の
教示内容を考慮するとき、本発明の精神および本質的な
特徴部分から外れることなく、本発明の原理を採用する
種々の変形例やその他の実施態様を構築し得る。上述の
実施態様はあらゆる点で単なる例示としてのみみなされ
るべきものであり、限定的なものではない。
【００４０】それゆえ、本発明の範囲は、上記記述内容
よりもむしろ添付の請求の範囲に示されている。したが
って、本発明が個々の実施態様に関連して説明されてき
たものの、構造、順序、材料その他の変更は、本発明の
範囲内においてではあるが、当該技術分野の当業者にと
って明らかであろう。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る可変カムシ
ャフトタイミング位相器によれば、ロックピンに対する
圧力の解除レベルを圧力の保持レベルよりも大きくする
ことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用するＶＣＴ位相器の前面図であ
る。
【図２】図１のII部分詳細図であって、（ａ）は本発明
によるロックピンの係合位置を、（ｂ）は本発明による
ロックピンの非係合位置をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１： ハウジング ２： ロータ １０： ロックピン １４： ピストン １５： 流路 １７： 穴 １８：（テーパ状）内側先端部 １９： テーパ状凹部 ２０： 内側端部 ２１： スプリング
フロントページの続き (71)出願人 500124378 Ｐｏｗｅｔｒａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ 3800 Ａｕｔｏｍａｔｉ ｏｎ Ａｖｅｎｕｅ Ｓｕｉｔｅ 100, Ａｕｂｕｒｎ Ｈｉｌｌｓ，Ｍｉｃｈｉｇ ａｎ 48326−1782 Ｕ．Ｓ．Ａ (72)発明者 フランクリン・アール・スミス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 13045 コートランド ヘッジムーア・ドライブ 3736 Ｆターム(参考） 3G018 CA20 DA18 DA72 DA83 GA02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一つのカムシャフトを有する
    内燃機関のための可変カムシャフトタイミング位相器で
    あって、 駆動力を受け入れる外周部を有するハウジングと、 カムシャフトに連結され、ハウジングに対する相対的角
    度位置を変更できるように回転可能に設けられかつハウ
    ジング内に同芯に配置されるとともに、テーパ状凹部を
    外周に有し、テーパ状凹部をエンジン流体圧源に連結す
    る流路を有するロータと、 穴にスライド自在に配置されるとともに、穴に密着する
    外径を有するボディと、ロータのテーパ状凹部に係合し
    得るテーパ状内側先端部とを備え、テーパ状内側先端部
    がテーパ状凹部に係合してハウジングおよびロータ間の
    相対的角度位置をロックするロック位置と、ハウジング
    およびロータが自由に移動するロック解除位置との間で
    穴内を移動可能なロックピンと、 ロックピンのテーパ状内側先端部の逆側において穴に配
    置され、ロックピンをロック位置に向かって内方に付勢
    するスプリングと、 流体が密封された流路内に配置されるとともに、内部へ
    の流体の流れを阻止する第１の位置と、テーパ状凹部内
    に少なくとも一部が配置され、ピストンを通ってテーパ
    状凹部内に流体が流入するのを許容する第２の位置との
    間を移動可能なピストンとを備え、 ロックピンのテーパ状内側先端部がロータのテーパ状凹
    部に位置するロック位置にロックピンが配置されている
    とき、ピストンが第１の位置に配置されており、これに
    より、ロックピンがロック位置に配置されて流体圧が流
    路に導入されたときには、ピストンがスプリング力に抗
    してロックピンのテーパ状内側先端部に圧接し、また、
    圧力が解除レベルに達したときには、ピストンがスプリ
    ング力に打ち勝ってロックピンをロック解除位置に向か
    って外方に移動させ、さらに、ピストンが第２の位置に
    到達したときには、流体の流れがピストンを通ってロッ
    クピンのテーパ状内側先端部に圧力を作用させてお
    り、、これにより、圧力の保持レベルがロックピンをロ
    ック解除位置に保持させており、 圧力の解除レベルが圧力の保持レベルよりも大きくなる
    ように、ピストンがロックピン本体の外径の横断面積よ
    りも小さい横断面積を有している、可変カムシャフトタ
    イミング位相器。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 ロックピンの少なくとも内側先端部を囲繞する穴にブシ
    ュをさらに備えている、ことを特徴とする可変カムシャ
    フトタイミング位相器。
  3. 【請求項３】 請求項１において、 ピストンが球状の部材である、ことを特徴とする可変カ
    ムシャフトタイミング位相器。
  4. 【請求項４】 請求項１において、 ピストンが円筒状の部材である、ことを特徴とする可変
    カムシャフトタイミング位相器。
  5. 【請求項５】 請求項１において、 穴が半径方向の穴である、ことを特徴とする可変カムシ
    ャフトタイミング位相器。
  6. 【請求項６】 請求項１において、 穴が軸方向の穴である、ことを特徴とする可変カムシャ
    フトタイミング位相器。
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