JP2004019660A - 可変カムシャフトタイミング位相器 - Google Patents
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Abstract
【課題】バルブを介することなく、エンジンオイルが直接供給される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。
【解決手段】ハウジング内に同軸に配置されたカムシャフト２６に連結され、ハウジングに対する角度位置を変えるように回転可能なロータ３０４と、ロータの半径方向穴にスライド自在に配置され、そのテーパ状端部がハウジングのテーパ状凹部に係合してロータおよびハウジングの相対的角度位置をロックするロック位置とテーパ状端部がテーパ状凹部と係合しないロック解除位置とをとり得るロックピン３００と、半径方向穴においてロックピン３００をロック位置に向かって付勢するスプリング３０２と、バルブの影響を受けないエンジンオイルがロックピンに直接影響を与えてロックピンをロック解除位置に移動させるように、エンジンオイル供給に直接連結されたオイル通路１１０とを設ける。
【選択図】 図３
【解決手段】ハウジング内に同軸に配置されたカムシャフト２６に連結され、ハウジングに対する角度位置を変えるように回転可能なロータ３０４と、ロータの半径方向穴にスライド自在に配置され、そのテーパ状端部がハウジングのテーパ状凹部に係合してロータおよびハウジングの相対的角度位置をロックするロック位置とテーパ状端部がテーパ状凹部と係合しないロック解除位置とをとり得るロックピン３００と、半径方向穴においてロックピン３００をロック位置に向かって付勢するスプリング３０２と、バルブの影響を受けないエンジンオイルがロックピンに直接影響を与えてロックピンをロック解除位置に移動させるように、エンジンオイル供給に直接連結されたオイル通路１１０とを設ける。
【選択図】 図３
Description
【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（ＶＣＴ： ｖａｒｉａｂｌｅ ｃａｍｓｈａｆｔ ｔｉｍｉｎｇ） システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、中央取付けのスプールバルブと、供給オイルが直接供給されるロックピンに関する。また、本発明は、ベーン式カム位相器において、ピンロックのアクティブ運転を保証するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
内燃機関は、エンジン性能の向上および排ガスの低減のために、カムシャフトおよびクランクシャフト間の角度を変化させる種々の機構を採用してきた。これらの可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）機構の多くは、カムシャフトに一つまたはそれ以上の“ベーン位相器”を用いている。
【０００３】
大抵の場合、位相器は、一つまたはそれ以上のベーンを備えたロータを有している。ロータは、カムシャフトの端部に取り付けられるとともに、ベーンが係合するベーンチャンバを備えたハウジングによって囲繞されている。ベーンをハウジングに取り付けるとともに、チャンバをロータ内に配置することも可能である。
【０００４】
ハウジングの外周は、チェーン、ベルトまたはギヤを介して通常はクランクシャフト（または、多数本のカムを備えたエンジンでは他のカムシャフト）からの駆動力を受けるスプロケット、プーリまたはギヤを構成している。
【０００５】
一般的なシステムにおいては、ロックピンが位相器のベーン内に存在している。アドバンスチャンバまたはリタードチャンバのいずれか一方からの圧力（制御圧）、あるいはこれら双方の組合せが、ロックピンを非係合状態にする。
【０００６】
図１および図２に示す従来のシステムは、エンジンブロック１６内において離隔配置されたスプールバルブ１４に供給オイルを供給するオイルポンプ１０を備えている。スプールバルブ１４は、可変力ソレノイド（ＶＦＳ）１２によって制御されている。
【０００７】
エンジンブロック１６内のオイルライン１８，２０は、スプールバルブ１４からのオイル供給を受けており、カムシャフト２６に配置されたベアリング２２に通じている。ライン１８，２０は、ベアリング２２およびカムシャフト２６を挿通して、位相器２４まで延びている。
【０００８】
これら二つのラインは、位相器のベーン内に存在している。一方のラインはリタードチャンバ１７ｂまで延びており、他方はアドバンスチャンバ１７ａまで延びている。各チャンバはそれぞれＲ，Ａと呼称されている。
【０００９】
ピストンを保持するのに油圧が低すぎる場合において、位相器の動きを防止するために、ロックピンがしばしば用いられている。本システムのロックピン３０は、ベーン２８内に、あるいはロータまたはハウジング内に配置される。
【００１０】
ロックピンは、アドバンスチャンバまたはリタードチャンバのいずれか一方から、またはこれら二つの組合せからの油圧を受け取ることによって、ロータ（図示しない）から係合解除される。
【００１１】
後述する一般的なシステムにおいて、離隔配置されたスプールバルブのカム捩じりによる位相器の振動を低減させようとして、スプールバルブのオーバラップが増加し、チャンバ間の流体の流れが低減する。このようなシステムにおいては、ロックピン３０は、油圧の一部を受けているだけである。
【００１２】
油圧が一部である理由は、オイルが、エンジンブロック１６のスプールバルブ１４を通ってエンジンブロック１６のライン１８，２０およびカムシャフト２６から位相器２４のチャンバ１７ａ，１７ｂまで移動しなければならないという事実による。
【００１３】
オイルがさらに移動を続けて、カムベアリング、チャンバおよびスプールバルブのような多くの物体を通過すると、漏れによるオイル損失の量が増加して、油圧が著しく減少する。その結果、オイルがロックピンに到達する時までに、油圧は一部のみになる。
【００１４】
また、後述する一般的なシステムにおいて、離隔配置されたスプールバルブのカム捩じりによる位相器の振動を低減させようとして、スプールバルブのオーバラップが増加し、チャンバ間の流体の流れが低減する。
【００１５】
オイルの流れの減少は、ロックピンをロータから係合解除状態にするオイルの圧力を低減させる。流体の流れの減少にともなって、とくにベーンがストロークの中間に位置している場合に、ロックピンがロータと容易に係合できる。
【００１６】
従来の多くの可変カムタイミングシステムにおいては、ロックピンは、アドバンスチャンバまたはリタードチャンバにおいて一方または双方のチャンバからのオイルラインを介して油圧によって制御される。
【００１７】
たとえば米国特許第 ６，４８１，４０２号においては、カムシャフトロータが、該ロータのハウジングに対する動きを阻止する位置にロックされるスライドピンを有している。
【００１８】
ピンのスライド移動は、ハウジングのアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに対するエンジンオイルの流れを選択的に制御するために、軸に沿ってスライド可能なスプールバルブの位置によって制御される。ピンがロックされていようがいまいが、スプールバルブが制御されているので、ピンのロックはエンジンオイル圧の機能だけではない。
【００１９】
【特許文献１】
米国特許第 ６，４８１，４０２号
【００２０】
本発明は、バルブを介することなくエンジンオイルが直接供給される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。
【００２１】
【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備えた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、ハウジング内に同軸に配置されたカムシャフトに連結されるとともに、ハウジングに対する角度位置を変えるように回転可能なロータと、ハウジングまたはロータのいずれかにおいて半径方向の穴にスライド自在に配置されたロックピンとを備えている。ロックピンは、半径方向穴に流体密封状態で装着されるように設けられた外径を有する本体部と、他のハウジングまたはロータのテーパ状凹部内に係合するように設けられたテーパ状端部とを有している。ロックピンは、テーパ状端部がテーパ状凹部に係合してロータおよびハウジングの相対的角度位置をロックするロック位置から、テーパ状端部がテーパ状凹部と係合しないロック解除位置まで、穴内で半径方向に移動可能になっている。さらに、ロックピンのテーパ状端部と逆側において半径方向穴に配置され、ロックピンをロック位置に向かって半径方向内方に付勢するスプリングと、バルブが介在してその影響を受けることがないエンジンオイルにより、ロックピンが直接影響を受けて、エンジンオイルがロックピンをスプリングの側に移動させるように、エンジンオイル供給に直接連結されたオイル通路とを備えている。
【００２２】
本発明によれば、可変カムシャフトタイミング位相器は、中間バルブによって影響を受けず、エンジンオイルによって直接影響を受けるロックピンを有している。ロックピンは、テーパ状凹部内に係合するテーパピンから構成されている。
【００２３】
ロックピンは、スプリングにより係合方向に付勢されており、エンジンオイル供給からのオイルによって縮退させられる。オイルポンプがオンしている間は、ロックピンは、テーパ状凹部から係合解除された状態に維持される。
【００２４】
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。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る可変カムタイミング（ＶＣＴ）システムにおいては、カムシャフト上のタイミングギヤが、“位相器”として知られた可変角カップリングによって置き換えられている。
【００２６】
この位相器は、カムシャフトに連結されたロータと、タイミングギヤに連結（または形成）されたハウジングとを有しており、カムシャフトおよびクランクシャフトの相対的タイミングを変化させるために、角度制限の範囲内でカムシャフトがタイミングギヤから独立して回転するのを許容している。
【００２７】
ここで用いられる“位相器”という用語は、ハウジングおよびロータを含むとともに、カムシャフトのタイミングをクランクシャフトからオフセットさせるために、ハウジングおよびロータの相対的角度位置を制御するすべての部分を含んでいる。
【００２８】
多数本のカムシャフトを備えた任意のエンジンにおいては、当該分野で知られているように、各カムシャフトに一つの位相器があるということが理解されるだろう。
【００２９】
位相器には、カムトルク駆動（ＣＴＡ：Ｃａｍ Ｔｏｒｑｕｅ Ａｃｔｕａｔｅｄ）、油圧駆動（ＯＰＡ：Ｏｉｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｔｕａｔｅｄ）、およびトルク（またはトーション）アシスト（ＴＡ：Ｔｏｒｑｕｅ Ａｓｓｉｓｔ）という３つの一般的なタイプがある。
【００３０】
ＣＴＡ位相器においては、可変カムタイミングシステムは、ベーンを移動させるのに、エンジンバルブを開閉する力によって生じるカムシャフトのトルク逆転現象を使用している。
【００３１】
制御バルブは、チャンバ間で流体の流れを許容してベーンを移動させるとともに、流体の流れを停止させてベーンを所定位置にロックするために、設けられている。ＣＴＡ位相器は、漏れによる損失を補填するのにオイル導入口を有しているが、位相器を移動させるのにエンジンオイル圧を使用してはいない。
【００３２】
ＯＰＡまたはＴＡ位相器においては、ベーンを移動させるのに、リタードチャンバまたはアドバンスチャンバ内においてベーンの一方または他方の側にエンジンオイル圧が供給されている。
【００３３】
ＴＡ位相器は、各チャンバへの各供給ラインに、またはスプールバルブへのエンジンオイル供給ラインにチェックバルブを追加している。チェックバルブは、トルク逆転現象による油圧パルスがオイルシステム内に伝搬するのを阻止しており、トルク逆転現象によりベーンが後退するのを停止させている。
【００３４】
本発明の各図に示すように、スプールバルブ１０９のスプール１０４は、ロータ内に配置されている。各図に示すように、流路は、スプールバルブからのオイルをチャンバ１７ａ，１７ｂに導いている。
【００３５】
スプールバルブ１０９がロータ内に配置され、カムシャフト２６内に配置されていないので、カムシャフト２６の製造がかなり容易になる。というのは、流体は、位相器を通ってロータのスプールバルブ１０９内に移動するだけでよく、カムシャフト２６に複雑な通路を加工する必要もなく、外部取付けのバルブも不要となるからである。
【００３６】
スプールバルブ１０９をロータ内に設けることは、漏れを減少させ、位相器の応答性を改良する。この設計は、カムベアリングに取り付けられた制御システムと比較すると、短い流路が可能になる。
【００３７】
さらに、スプールをベーン式位相器の中央に移動させることにより、零位置において０または０に近いところから始まる、いずれかのチャンバからの制御油圧ではなく、供給オイル圧をロックピンに直接供給させることができる。
【００３８】
図３は、油圧駆動（ＯＰＡ）型位相器の零位置を示している。位相器駆動流体１２２は、凹部１７ａ（アドバンスチャンバＡ）および１７ｂ（リタードチャンバＲ）に流入するエンジン潤滑油の形態で示されているが、共通の導入ライン１１０を通って位相器内に流入する。
【００３９】
導入ライン１１０は、スプールバルブ１０９を終端とする導入ライン１１０ａと、ロックピン３００を終端とするもう一つの導入ライン１１０ｂという２つの流路に分岐されている。
【００４０】
スプールバルブ１０９は、スプール１０４および円筒状部材１１５から構成されている。スプール１０４は前後方向にスライド可能であり、円筒状部材１１５にぴったりと係合するスプールランド１０４ａ，１０４ｂおよび１０４ｃを有している。
【００４１】
スプールランド１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは好ましくは円筒状のランド部であって、以下にさらに詳細に記述されるように、３つの位置を有しているのが好ましい。
【００４２】
位相角を維持するために、図３に示すように、スプール１０４は零位置に配置されている。供給源からの補充オイルは、チャンバ１７ａ，１７ｂの双方を満たす。
【００４３】
スプール１０４が零位置におかれているとき、スプールランド１０４ａ，１０４ｂは、導入ライン１１１，１１３のみならずリターンライン１１２，１１４の双方を閉塞している。
【００４４】
作動流体１２２がスプールバルブ１０９の中央のキャビティ１１９に実質的に取り込まれるので、圧力が維持され、作動流体１２２はチャンバ１７ａ，１７ｂのいずれに対しても流入または流出しない。しかしながら、チャンバ１７ａ，１７ｂからは不可避的に漏れが生じる。
【００４５】
スプールバルブは、わずかな動きを許容するように振動（ｄｉｔｈｅｒ）する。すなわち、もしアドバンスチャンバ１７ａおよびリタードチャンバ１７ｂが圧力を失い始めれば補充流体１２２が圧力を回復させるように、スプール１０４が前後方向に小刻みに振動する。
【００４６】
なお、その動きは、流体をエグゾーストポート１０６，１０７から流出させるには十分ではない。中央のキャビティ１１９は、振動中に補充オイルの輸送を容易にするために、両端がテーパ状に形成されているのが好ましい。
【００４７】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００４８】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００４９】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００５０】
図４は、単一のチェックバルブが導入供給ライン１１０ａに設けられたトーションアシスト（ＴＡ）位相器を示している。図示されるように、ＴＡ位相器のスプール１０４は、零位置におかれている。
【００５１】
スプール１０４が零位置におかれているとき、スプールランド１０４ａ，１０４ｂは、導入ライン１１１，１１３のみならずリターンライン１１２，１１４の双方を閉塞している。
【００５２】
作動流体１２２がスプールバルブ１０９の中央のキャビティ１１９に実質的に取り込まれるので、圧力が維持され、作動流体１２２はチャンバ１７ａ，１７ｂのいずれに対しても流入または流出しない。しかしながら、チャンバ１７ａ，１７ｂからは不可避的に漏れが生じる。
【００５３】
スプールバルブは、わずかな動きを許容するように振動（ｄｉｔｈｅｒ）する。すなわち、もしアドバンスチャンバ１７ａおよびリタードチャンバ１７ｂが圧力を失い始めれば補充流体１２２が圧力を回復させるように、スプール１０４が前後方向に小刻みに振動する。
【００５４】
なお、その動きは、流体をエグゾーストポート１０６，１０７から流出させるには十分ではない。中央のキャビティ１１９は、振動中に補充オイルの輸送を容易にするために、両端がテーパ状に形成されているのが好ましい。
【００５５】
単一のチェックバルブ４００が、スプールバルブ１０９を終端とする、導入ライン１１０の分岐ライン１１０ａに配置されている。チェックバルブは、トルク逆転現象による油圧パルスがオイルシステム内に伝搬するのを阻止して、トルク逆転現象によりベーン１６が後退するのを停止させる。
【００５６】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００５７】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００５８】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００５９】
図５は、アドバンスチャンバ１７ａおよびリタードチャンバ１７ｂにそれぞれ続く導入ライン１１１，１１３の内部に存在している二つのチェックバルブ５００を備えたトーションアシスト（ＴＡ）位相器を開示している。
【００６０】
上述のように、チェックバルブは、トルク逆転現象による油圧パルスが油圧システム内に伝搬する阻止するとともに、トルク逆転現象によりベーンが後退するのを停止させている。
【００６１】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００６２】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００６３】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００６４】
図６は、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型位相器を示している。このＣＴＡ位相器は、エンジンバルブの開閉によって生じるカムシャフトからのトルク逆転現象を用いることによって、作動する。
【００６５】
チェックバルブ６００，６１０は、アドバンスチャンバからリタードチャンバへの流体の流れを許容して、ベーンを移動または停止させて流体の流れを許容している。ＣＴＡ位相器は、漏れによる損失を補填するためにオイル導入口を有しているが、位相器を移動させるのにエンジンオイル圧を使用してはいない。
【００６６】
本システムのロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されている。ロックピン３００は、テーパピン３０３から構成されており、該テーパピン３０３は、外側プレート３０１のテーパ状凹部に係合している。ロックピン３００は、スプリング３０２によって外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。
【００６７】
ロックピン３００は、共通導入ライン１１０によって供給オイルを直接供給されている。位相器が零位置にあるとき、ロックピン３００は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持している。
【００６８】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００６９】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００７０】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００７１】
いずれのタイプの位相器においても、ロックピン３００は、オイルポンプがオンとなって作動して十分な油圧が存在している限り、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００７２】
したがって、ロックピン３００は、スプールバルブが零位置におかれているときでさえ、車がオン状態のときには、非係合状態を維持している。
【００７３】
ロックピンは、スプールの出力ではなく、エンジンオイルポンプからのオイルによって制御されているので、ロックピンは、油圧駆動（ＯＰＡ）型、トーションアシスト（ＴＡ）型およびカムトルク駆動（ＣＴＡ）型を含むあらゆるタイプの位相器で使用され得る。
【００７４】
ロックピン３００は、エンジンまたはオイルポンプが停止して油圧が低下しているとき、外側プレート３０１と係合している。また、ロックピンがロータ以外の場所に配置されていてもよいということが当業者には理解される。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、バルブを介することなくエンジンオイルが直接供給される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実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来より知られた、離隔配置の制御バルブを備えたインテーク位相器を示している。
【図２】従来のインテーク位相器の変形例を示している。
【図３】零位置におかれた油圧駆動（ＯＰＡ）型位相器の概略構成図である。
【図４】零位置におかれたトーションアシスト（ＴＡ）型位相器の概略構成図である。
【図５】零位置におかれたトーションアシスト（ＴＡ）型位相器の他の実施態様の概略構成図である。
【図６】零位置におかれたカムトルク駆動（ＣＴＡ）型位相器の概略構成図である。
【符号の説明】
２６： カムシャフト
１１０： 導入ライン（オイル通路）
３００： ロックピン
３０２： スプリング
３０４： ロータ
【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（ＶＣＴ： ｖａｒｉａｂｌｅ ｃａｍｓｈａｆｔ ｔｉｍｉｎｇ） システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、中央取付けのスプールバルブと、供給オイルが直接供給されるロックピンに関する。また、本発明は、ベーン式カム位相器において、ピンロックのアクティブ運転を保証するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
内燃機関は、エンジン性能の向上および排ガスの低減のために、カムシャフトおよびクランクシャフト間の角度を変化させる種々の機構を採用してきた。これらの可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）機構の多くは、カムシャフトに一つまたはそれ以上の“ベーン位相器”を用いている。
【０００３】
大抵の場合、位相器は、一つまたはそれ以上のベーンを備えたロータを有している。ロータは、カムシャフトの端部に取り付けられるとともに、ベーンが係合するベーンチャンバを備えたハウジングによって囲繞されている。ベーンをハウジングに取り付けるとともに、チャンバをロータ内に配置することも可能である。
【０００４】
ハウジングの外周は、チェーン、ベルトまたはギヤを介して通常はクランクシャフト（または、多数本のカムを備えたエンジンでは他のカムシャフト）からの駆動力を受けるスプロケット、プーリまたはギヤを構成している。
【０００５】
一般的なシステムにおいては、ロックピンが位相器のベーン内に存在している。アドバンスチャンバまたはリタードチャンバのいずれか一方からの圧力（制御圧）、あるいはこれら双方の組合せが、ロックピンを非係合状態にする。
【０００６】
図１および図２に示す従来のシステムは、エンジンブロック１６内において離隔配置されたスプールバルブ１４に供給オイルを供給するオイルポンプ１０を備えている。スプールバルブ１４は、可変力ソレノイド（ＶＦＳ）１２によって制御されている。
【０００７】
エンジンブロック１６内のオイルライン１８，２０は、スプールバルブ１４からのオイル供給を受けており、カムシャフト２６に配置されたベアリング２２に通じている。ライン１８，２０は、ベアリング２２およびカムシャフト２６を挿通して、位相器２４まで延びている。
【０００８】
これら二つのラインは、位相器のベーン内に存在している。一方のラインはリタードチャンバ１７ｂまで延びており、他方はアドバンスチャンバ１７ａまで延びている。各チャンバはそれぞれＲ，Ａと呼称されている。
【０００９】
ピストンを保持するのに油圧が低すぎる場合において、位相器の動きを防止するために、ロックピンがしばしば用いられている。本システムのロックピン３０は、ベーン２８内に、あるいはロータまたはハウジング内に配置される。
【００１０】
ロックピンは、アドバンスチャンバまたはリタードチャンバのいずれか一方から、またはこれら二つの組合せからの油圧を受け取ることによって、ロータ（図示しない）から係合解除される。
【００１１】
後述する一般的なシステムにおいて、離隔配置されたスプールバルブのカム捩じりによる位相器の振動を低減させようとして、スプールバルブのオーバラップが増加し、チャンバ間の流体の流れが低減する。このようなシステムにおいては、ロックピン３０は、油圧の一部を受けているだけである。
【００１２】
油圧が一部である理由は、オイルが、エンジンブロック１６のスプールバルブ１４を通ってエンジンブロック１６のライン１８，２０およびカムシャフト２６から位相器２４のチャンバ１７ａ，１７ｂまで移動しなければならないという事実による。
【００１３】
オイルがさらに移動を続けて、カムベアリング、チャンバおよびスプールバルブのような多くの物体を通過すると、漏れによるオイル損失の量が増加して、油圧が著しく減少する。その結果、オイルがロックピンに到達する時までに、油圧は一部のみになる。
【００１４】
また、後述する一般的なシステムにおいて、離隔配置されたスプールバルブのカム捩じりによる位相器の振動を低減させようとして、スプールバルブのオーバラップが増加し、チャンバ間の流体の流れが低減する。
【００１５】
オイルの流れの減少は、ロックピンをロータから係合解除状態にするオイルの圧力を低減させる。流体の流れの減少にともなって、とくにベーンがストロークの中間に位置している場合に、ロックピンがロータと容易に係合できる。
【００１６】
従来の多くの可変カムタイミングシステムにおいては、ロックピンは、アドバンスチャンバまたはリタードチャンバにおいて一方または双方のチャンバからのオイルラインを介して油圧によって制御される。
【００１７】
たとえば米国特許第 ６，４８１，４０２号においては、カムシャフトロータが、該ロータのハウジングに対する動きを阻止する位置にロックされるスライドピンを有している。
【００１８】
ピンのスライド移動は、ハウジングのアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに対するエンジンオイルの流れを選択的に制御するために、軸に沿ってスライド可能なスプールバルブの位置によって制御される。ピンがロックされていようがいまいが、スプールバルブが制御されているので、ピンのロックはエンジンオイル圧の機能だけではない。
【００１９】
【特許文献１】
米国特許第 ６，４８１，４０２号
【００２０】
本発明は、バルブを介することなくエンジンオイルが直接供給される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。
【００２１】
【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備えた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、ハウジング内に同軸に配置されたカムシャフトに連結されるとともに、ハウジングに対する角度位置を変えるように回転可能なロータと、ハウジングまたはロータのいずれかにおいて半径方向の穴にスライド自在に配置されたロックピンとを備えている。ロックピンは、半径方向穴に流体密封状態で装着されるように設けられた外径を有する本体部と、他のハウジングまたはロータのテーパ状凹部内に係合するように設けられたテーパ状端部とを有している。ロックピンは、テーパ状端部がテーパ状凹部に係合してロータおよびハウジングの相対的角度位置をロックするロック位置から、テーパ状端部がテーパ状凹部と係合しないロック解除位置まで、穴内で半径方向に移動可能になっている。さらに、ロックピンのテーパ状端部と逆側において半径方向穴に配置され、ロックピンをロック位置に向かって半径方向内方に付勢するスプリングと、バルブが介在してその影響を受けることがないエンジンオイルにより、ロックピンが直接影響を受けて、エンジンオイルがロックピンをスプリングの側に移動させるように、エンジンオイル供給に直接連結されたオイル通路とを備えている。
【００２２】
本発明によれば、可変カムシャフトタイミング位相器は、中間バルブによって影響を受けず、エンジンオイルによって直接影響を受けるロックピンを有している。ロックピンは、テーパ状凹部内に係合するテーパピンから構成されている。
【００２３】
ロックピンは、スプリングにより係合方向に付勢されており、エンジンオイル供給からのオイルによって縮退させられる。オイルポンプがオンしている間は、ロックピンは、テーパ状凹部から係合解除された状態に維持される。
【００２４】
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。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る可変カムタイミング（ＶＣＴ）システムにおいては、カムシャフト上のタイミングギヤが、“位相器”として知られた可変角カップリングによって置き換えられている。
【００２６】
この位相器は、カムシャフトに連結されたロータと、タイミングギヤに連結（または形成）されたハウジングとを有しており、カムシャフトおよびクランクシャフトの相対的タイミングを変化させるために、角度制限の範囲内でカムシャフトがタイミングギヤから独立して回転するのを許容している。
【００２７】
ここで用いられる“位相器”という用語は、ハウジングおよびロータを含むとともに、カムシャフトのタイミングをクランクシャフトからオフセットさせるために、ハウジングおよびロータの相対的角度位置を制御するすべての部分を含んでいる。
【００２８】
多数本のカムシャフトを備えた任意のエンジンにおいては、当該分野で知られているように、各カムシャフトに一つの位相器があるということが理解されるだろう。
【００２９】
位相器には、カムトルク駆動（ＣＴＡ：Ｃａｍ Ｔｏｒｑｕｅ Ａｃｔｕａｔｅｄ）、油圧駆動（ＯＰＡ：Ｏｉｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｔｕａｔｅｄ）、およびトルク（またはトーション）アシスト（ＴＡ：Ｔｏｒｑｕｅ Ａｓｓｉｓｔ）という３つの一般的なタイプがある。
【００３０】
ＣＴＡ位相器においては、可変カムタイミングシステムは、ベーンを移動させるのに、エンジンバルブを開閉する力によって生じるカムシャフトのトルク逆転現象を使用している。
【００３１】
制御バルブは、チャンバ間で流体の流れを許容してベーンを移動させるとともに、流体の流れを停止させてベーンを所定位置にロックするために、設けられている。ＣＴＡ位相器は、漏れによる損失を補填するのにオイル導入口を有しているが、位相器を移動させるのにエンジンオイル圧を使用してはいない。
【００３２】
ＯＰＡまたはＴＡ位相器においては、ベーンを移動させるのに、リタードチャンバまたはアドバンスチャンバ内においてベーンの一方または他方の側にエンジンオイル圧が供給されている。
【００３３】
ＴＡ位相器は、各チャンバへの各供給ラインに、またはスプールバルブへのエンジンオイル供給ラインにチェックバルブを追加している。チェックバルブは、トルク逆転現象による油圧パルスがオイルシステム内に伝搬するのを阻止しており、トルク逆転現象によりベーンが後退するのを停止させている。
【００３４】
本発明の各図に示すように、スプールバルブ１０９のスプール１０４は、ロータ内に配置されている。各図に示すように、流路は、スプールバルブからのオイルをチャンバ１７ａ，１７ｂに導いている。
【００３５】
スプールバルブ１０９がロータ内に配置され、カムシャフト２６内に配置されていないので、カムシャフト２６の製造がかなり容易になる。というのは、流体は、位相器を通ってロータのスプールバルブ１０９内に移動するだけでよく、カムシャフト２６に複雑な通路を加工する必要もなく、外部取付けのバルブも不要となるからである。
【００３６】
スプールバルブ１０９をロータ内に設けることは、漏れを減少させ、位相器の応答性を改良する。この設計は、カムベアリングに取り付けられた制御システムと比較すると、短い流路が可能になる。
【００３７】
さらに、スプールをベーン式位相器の中央に移動させることにより、零位置において０または０に近いところから始まる、いずれかのチャンバからの制御油圧ではなく、供給オイル圧をロックピンに直接供給させることができる。
【００３８】
図３は、油圧駆動（ＯＰＡ）型位相器の零位置を示している。位相器駆動流体１２２は、凹部１７ａ（アドバンスチャンバＡ）および１７ｂ（リタードチャンバＲ）に流入するエンジン潤滑油の形態で示されているが、共通の導入ライン１１０を通って位相器内に流入する。
【００３９】
導入ライン１１０は、スプールバルブ１０９を終端とする導入ライン１１０ａと、ロックピン３００を終端とするもう一つの導入ライン１１０ｂという２つの流路に分岐されている。
【００４０】
スプールバルブ１０９は、スプール１０４および円筒状部材１１５から構成されている。スプール１０４は前後方向にスライド可能であり、円筒状部材１１５にぴったりと係合するスプールランド１０４ａ，１０４ｂおよび１０４ｃを有している。
【００４１】
スプールランド１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは好ましくは円筒状のランド部であって、以下にさらに詳細に記述されるように、３つの位置を有しているのが好ましい。
【００４２】
位相角を維持するために、図３に示すように、スプール１０４は零位置に配置されている。供給源からの補充オイルは、チャンバ１７ａ，１７ｂの双方を満たす。
【００４３】
スプール１０４が零位置におかれているとき、スプールランド１０４ａ，１０４ｂは、導入ライン１１１，１１３のみならずリターンライン１１２，１１４の双方を閉塞している。
【００４４】
作動流体１２２がスプールバルブ１０９の中央のキャビティ１１９に実質的に取り込まれるので、圧力が維持され、作動流体１２２はチャンバ１７ａ，１７ｂのいずれに対しても流入または流出しない。しかしながら、チャンバ１７ａ，１７ｂからは不可避的に漏れが生じる。
【００４５】
スプールバルブは、わずかな動きを許容するように振動（ｄｉｔｈｅｒ）する。すなわち、もしアドバンスチャンバ１７ａおよびリタードチャンバ１７ｂが圧力を失い始めれば補充流体１２２が圧力を回復させるように、スプール１０４が前後方向に小刻みに振動する。
【００４６】
なお、その動きは、流体をエグゾーストポート１０６，１０７から流出させるには十分ではない。中央のキャビティ１１９は、振動中に補充オイルの輸送を容易にするために、両端がテーパ状に形成されているのが好ましい。
【００４７】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００４８】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００４９】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００５０】
図４は、単一のチェックバルブが導入供給ライン１１０ａに設けられたトーションアシスト（ＴＡ）位相器を示している。図示されるように、ＴＡ位相器のスプール１０４は、零位置におかれている。
【００５１】
スプール１０４が零位置におかれているとき、スプールランド１０４ａ，１０４ｂは、導入ライン１１１，１１３のみならずリターンライン１１２，１１４の双方を閉塞している。
【００５２】
作動流体１２２がスプールバルブ１０９の中央のキャビティ１１９に実質的に取り込まれるので、圧力が維持され、作動流体１２２はチャンバ１７ａ，１７ｂのいずれに対しても流入または流出しない。しかしながら、チャンバ１７ａ，１７ｂからは不可避的に漏れが生じる。
【００５３】
スプールバルブは、わずかな動きを許容するように振動（ｄｉｔｈｅｒ）する。すなわち、もしアドバンスチャンバ１７ａおよびリタードチャンバ１７ｂが圧力を失い始めれば補充流体１２２が圧力を回復させるように、スプール１０４が前後方向に小刻みに振動する。
【００５４】
なお、その動きは、流体をエグゾーストポート１０６，１０７から流出させるには十分ではない。中央のキャビティ１１９は、振動中に補充オイルの輸送を容易にするために、両端がテーパ状に形成されているのが好ましい。
【００５５】
単一のチェックバルブ４００が、スプールバルブ１０９を終端とする、導入ライン１１０の分岐ライン１１０ａに配置されている。チェックバルブは、トルク逆転現象による油圧パルスがオイルシステム内に伝搬するのを阻止して、トルク逆転現象によりベーン１６が後退するのを停止させる。
【００５６】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００５７】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００５８】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００５９】
図５は、アドバンスチャンバ１７ａおよびリタードチャンバ１７ｂにそれぞれ続く導入ライン１１１，１１３の内部に存在している二つのチェックバルブ５００を備えたトーションアシスト（ＴＡ）位相器を開示している。
【００６０】
上述のように、チェックバルブは、トルク逆転現象による油圧パルスが油圧システム内に伝搬する阻止するとともに、トルク逆転現象によりベーンが後退するのを停止させている。
【００６１】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００６２】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００６３】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００６４】
図６は、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型位相器を示している。このＣＴＡ位相器は、エンジンバルブの開閉によって生じるカムシャフトからのトルク逆転現象を用いることによって、作動する。
【００６５】
チェックバルブ６００，６１０は、アドバンスチャンバからリタードチャンバへの流体の流れを許容して、ベーンを移動または停止させて流体の流れを許容している。ＣＴＡ位相器は、漏れによる損失を補填するためにオイル導入口を有しているが、位相器を移動させるのにエンジンオイル圧を使用してはいない。
【００６６】
本システムのロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されている。ロックピン３００は、テーパピン３０３から構成されており、該テーパピン３０３は、外側プレート３０１のテーパ状凹部に係合している。ロックピン３００は、スプリング３０２によって外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。
【００６７】
ロックピン３００は、共通導入ライン１１０によって供給オイルを直接供給されている。位相器が零位置にあるとき、ロックピン３００は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持している。
【００６８】
本システムにおけるロックピン３００は、ロータ３０４内に配置されているのが好ましいが、ハウジング内でもよい。ロックピン３００は、外側プレート３０１内のテーパ状凹部に係合するテーパピン３０３から構成されている。
【００６９】
ロックピン３００は、スプリング３０２によって、外側プレート３０１と係合する側に付勢されている。ロックピン３００には、共通導入ライン１１０を介して供給オイルが直接供給されている。
【００７０】
導入ライン１１０は、エンジン始動時に油圧が生成されたとき、ピンを非係合状態にする。位相器が零位置にあるとき、共通導入ライン１１０に十分な圧力が存在している限り、ロックピン３０は、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００７１】
いずれのタイプの位相器においても、ロックピン３００は、オイルポンプがオンとなって作動して十分な油圧が存在している限り、外側プレート３０１から係合解除された状態を維持する。
【００７２】
したがって、ロックピン３００は、スプールバルブが零位置におかれているときでさえ、車がオン状態のときには、非係合状態を維持している。
【００７３】
ロックピンは、スプールの出力ではなく、エンジンオイルポンプからのオイルによって制御されているので、ロックピンは、油圧駆動（ＯＰＡ）型、トーションアシスト（ＴＡ）型およびカムトルク駆動（ＣＴＡ）型を含むあらゆるタイプの位相器で使用され得る。
【００７４】
ロックピン３００は、エンジンまたはオイルポンプが停止して油圧が低下しているとき、外側プレート３０１と係合している。また、ロックピンがロータ以外の場所に配置されていてもよいということが当業者には理解される。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、バルブを介することなくエンジンオイルが直接供給される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実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来より知られた、離隔配置の制御バルブを備えたインテーク位相器を示している。
【図２】従来のインテーク位相器の変形例を示している。
【図３】零位置におかれた油圧駆動（ＯＰＡ）型位相器の概略構成図である。
【図４】零位置におかれたトーションアシスト（ＴＡ）型位相器の概略構成図である。
【図５】零位置におかれたトーションアシスト（ＴＡ）型位相器の他の実施態様の概略構成図である。
【図６】零位置におかれたカムトルク駆動（ＣＴＡ）型位相器の概略構成図である。
【符号の説明】
２６： カムシャフト
１１０： 導入ライン（オイル通路）
３００： ロックピン
３０２： スプリング
３０４： ロータ
Claims (1)
- 少なくとも一つのカムシャフトを備えた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、
ハウジング内に同軸に配置されたカムシャフトに連結されるとともに、ハウジングに対する角度位置を変えるように回転可能なロータと、
ハウジングまたはロータのいずれかにおいて半径方向の穴にスライド自在に配置されたロックピンとを備え、
ロックピンが、半径方向穴に流体密封状態で装着されるように形成された外径を有する本体部と、他のハウジングまたはロータのテーパ状凹部内に係合するように設けられたテーパ状端部とを有するとともに、ロックピンは、テーパ状端部がテーパ状凹部に係合してロータおよびハウジングの相対的角度位置をロックするロック位置から、テーパ状端部がテーパ状凹部と係合しないロック解除位置まで、穴内で半径方向に移動可能になっており、
さらに、ロックピンのテーパ状端部と逆側において半径方向穴に配置され、ロックピンをロック位置に向かって半径方向内方に付勢しているスプリングと、
バルブが介在してその影響を受けることがないエンジンオイルにより、ロックピンが直接影響を受けて、エンジンオイルがロックピンをスプリングの側に移動させるように、エンジンオイル供給に直接連結されたオイル通路とを備えている、
ことを特徴とする可変カムシャフトタイミング位相器。
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