JP2004156603A - ロック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズを低減しつつ、ドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持するためのロック装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関で使用されるように設けられるとともに、ドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持するためのロック装置１０であって、中央取付けのスプールバルブ２８を有しかつ零位置が液圧制御されるとともに、複数の角度関係を有する可変カムシャフトタイミング位相器５０と、電磁ロック機構２２と、位相器５０と電磁ロック機構２２の間に配置されるロックプレート１４とを設ける。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、カムシャフトおよびクランクシャフトの角度関係を含む内燃機関の分野に関する。より詳細には、本発明は、シフト運転およびロック運転のための電磁ロックシステムを備えた可変カムタイミング（ＶＣＴ: variable camshaft timing) 位相器に関する。

内燃機関の性能は、エンジンの種々のシリンダのインテークバルブを駆動するカムシャフトと、エグゾーストバルブを駆動するカムシャフトという２本のカムシャフトを使用することによって改良することが可能である。

典型的には、このようなカムシャフトの一方は、第１のスプロケットおよびチェーン駆動装置または第１のベルト駆動装置を介してエンジンのクランクシャフトによって駆動され、他方のカムシャフトは、第２のスプロケットおよびチェーン駆動装置または第２のベルト駆動装置を介して、前記一方のカムシャフトによって駆動される。あるいは、双方のカムシャフトが、単一のクランクシャフトにより駆動されるチェーン駆動装置またはベルト駆動装置により運転される。

２本のカムシャフトを備えたエンジンの性能は、エグゾーストバルブに対するインテークバルブの運転の点からまたはクランクシャフトの位置に対する各バルブの位置の点からエンジンタイミングを変更するために、一方のカムシャフト（通常はインテークバルブ駆動用のカムシャフト）の他方のカムシャフトおよびクランクシャフトに対する位置関係を変えることによって、アイドル運転の質、燃費、低減排気ガスおよび上昇トルクの観点からさらに改良を加えることが可能である。

引用することによってすべて本明細書の中に含まれる以下の米国特許により開示された情報を考慮することは、本発明の背景を探るのに有用である。

米国特許第 5,002,023号は、本発明の分野におけるＶＣＴシステムについて記述している。このシステムの液圧装置は、適切な作動流体要素を備えるとともに逆方向に作用する一対の液圧シリンダを有している。

作動流体要素は、作動流体を一方のシリンダから他方のシリンダにまたはその逆方向に選択的に移送しており、これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの周方向位置をアドバンスさせまたはリタードさせている。

制御システムは、一方または他方のシリンダからの作動流体の排出がバルブ内のスプールを中央位置つまり零位置から一方向または他の方向に移動させることによって行われる制御バルブを使用している。

スプールの移動は、スプールの一端に作用する制御液圧Ｐc の増加または減少に応じて、さらにスプリングの一端に作用する液圧と他端に作用する圧縮スプリングによる機械的な押付力との間の関係に応じて、生じる。

米国特許第 5,107,804号は、本発明の分野における他のタイプのＶＣＴシステムについて記述しており、このシステムの液圧装置は、囲繞されたハウジング内にローブを備えたベーンを有している。このベーンは、上述の米国特許第 5,002,023号により開示された逆方向作用のシリンダに取って代わっている。

ベーンは、ハウジング内でローブの一方の側から他方の側にまたはその逆方向に作動流体を移動させることによりハウジングに対してベーンを一方の側から他方の側に振動させる適切な作動流体要素を有しており、ベーンはハウジングに対して振動可能つまり周方向に移動可能に構成されている。

このようなベーンの振動は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位置をアドバンスまたはリタードさせるのに効果的なものである。このＶＣＴシステムの制御システムは、米国特許第 5,002,023号に開示されたものと同一であって、スプールバルブに作用する同種の力に反応する同一タイプのスプールバルブを使用している。

米国特許第 5,172,659号および米国特許第 5,184,578号はいずれも、スプールの一端に作用する液圧による力とスプールの他端に作用する機械的な力とを釣り合わせようとする試みによって発生する、上述したタイプのＶＣＴシステムの問題に取り組んでいる。

米国特許第 5,172,659号および米国特許第 5,184,578号の双方に開示された改良制御システムは、スプールの両端に作用する液圧による力を利用している。スプールの一端に作用する液圧による力は、最大液圧Ｐs でエンジンオイルギャラリから直接供給される作動流体に起因している。

スプールの他端に作用する液圧による力は、減圧Ｐc 下でＰＷＭソレノイドからの作動流体に反応して作用する液圧シリンダまたはその他の倍力装置に起因している。スプールの対向端の各々に作用する力が元々同じ作動流体に基づいた液圧であるため、作動流体の圧力または粘性の変化は自己否定的なものであって、スプールの中央位置または零位置には影響を与えない。

米国特許第 5,289,805号は、改良されたＶＣＴ方法を提供している。この方法は、所定の設定値を追跡する挙動を生じさせる液圧ＰＷＭスプール位置制御および進んだ制御アルゴリズムを利用している。

米国特許第 5,361,735号においては、カムシャフトが、非振動の回転のために一端に固定されたベーンを有している。カムシャフトはまた、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトに対して振動可能なタイミングベルト駆動のプーリを有している。ベーンは、プーリの対向凹部内にそれぞれ受け入れられた対向配置のローブを有している。カムシャフトは、通常の運転中に発生するトルクパルスに反応して変化する傾向がある。

カムシャフトは、エンジン制御ユニットからの信号に反応して制御バルブのバルブ本体内でのスプールの位置を制御することによって、凹部からのエンジンオイルの流れを選択的に許容しまたは阻止することにより、アドバンスしまたはリタードするようになっている。スプールは、好ましくはステッピングモータ型の電気モータによって回転させられるロータリー・リニア運動移動手段によって一定の方向に付勢されている。

米国特許第 5,497,738号は、ＶＣＴシステムの実施態様で利用された最大液圧Ｐs においてエンジンオイルギャラリから直接供給された作動流体に起因してスプールの一端に作用する液圧による力を除去する制御システムについて開示している。

ベントスプールの他端に作用する力は、好ましくは可変力ソレノイド型の電気機械的アクチュエータによるものであり、この力は、種々のエンジンパラメータを監視するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）から出力された電気信号に反応してベントスプールに直接作用している。

ＥＣＵは、カムシャフト位置およびクランクシャフト位置に対応するセンサ信号を受け取り、この位置情報を利用して相対位相角を計算する。好ましくは、位相角誤差を補償するクローズドループフィードバックシステムが採用されている。

可変力ソレノイドの使用が、緩慢な動的応答性の問題を解決する。このような装置は、スプールバルブの機械的応答性と同程度に速くなるように設計でき、確かに従来の完全液圧差圧制御システムよりもずっと速くなっている。

応答性が速くなることにより、増加したクローズドループゲインを使用することができ、これにより、構成要素の許容誤差および運転環境に対してシステムがそれほど敏感でないようにすることが可能である。

米国特許第 5,657,725号は、駆動のためにエンジンオイル圧を利用する制御システムを示している。このシステムは、ベーンが一端に固定されたカムシャフトを有しており、ベーンはカムシャフトとともに回転可能でカムシャフトに対して振動しないようになっている。カムシャフトはまた、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトとともに振動するハウジングを有している。

ベーンは、ハウジングの対向凹部内に受け入れられた対向ローブを有している。ベーンおよびハウジングが相対的に振動でき、これにより、カムシャフトの位相がクランクシャフトの位相に対して変化するように、凹部はローブよりも周方向長さが長くなっている。カムシャフトは、通常の運転中に受けるエンジンオイル圧および（または）カムシャフトトルクパルスに反応して方向を変える。

エンジン運転状態を示すエンジン制御ユニットからの信号に反応してスプールバルブ本体内のスプールの位置を制御することによって、カムシャフトは、凹部からリターンラインを通るエンジンオイルの流れを選択的に許容しまたは阻止することにより、アドバンスまたはリタードすることができる。

スプールは、エンジン制御ユニットからの信号に反応してその対向端に作用する液圧による力を制御することによって、選択的に配置される。ベーンは、回転中にカムシャフトが受ける一方向の摩擦トルクに対して反作用の力を作用させるように、最も端の位置に付勢されている。

米国特許第 6,247,434号は、エンジンオイルによって駆動される多数位置可変カムシャフトタイミングシステムを示している。このシステム内には、カムシャフトに同期して回転するようにハブがカムシャフトに固定されている。

また、ハウジングがハブを囲繞しており、ハウジングは、ハブおよびカムシャフトとともに回転可能であり、所定の回転角の範囲内でハブおよびカムシャフトに対して振動可能になっている。ドライブベーンは、ハウジング内において半径方向に配置されており、ハブの外面と協働する。

ドリブンベーンは、ハウジング内において半径方向に配置されており、ハブの内面と協働する。ロック装置は、油圧に反応して、ハウジングおよびハブ間の相対運動を防止している。また制御装置が、ハブに対するハウジングの振動を制御している。

米国特許第 6,250,265号は、内燃機関のためのアクチュエータロック機構を備えた可変バルブタイミングシステムを示している。この可変バルブタイミングシステムは、ベーンが固定されたカムシャフトを有しており、ベーンは、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトに対して振動しないようになっている。

ベーンは、周方向に延びかつ半径方向外方に延びる複数のローブを有している。ベーンは、各ローブに対応する複数の凹部を有する環状ハウジングによって囲繞されており、各ローブは、対応する各凹部に受け入れられている。

ハウジングがカムシャフトおよびベーンとともに回転しているときにベーンおよびカムシャフトに対するハウジングの振動を許容するように、各凹部は、ローブの周方向長さよりも長い周方向長さを有している。

ベーンおよびカムシャフトに対するハウジングの振動は、ローブの対向側の各凹部内の加圧エンジンオイルによって励起されている。好ましくは、凹部内の油圧は、運転中のカムシャフトの回転時に、カムシャフトのトルクパルスから一部引き出されている。

環状ロックプレートは、カムシャフトおよび環状ハウジングと同芯に配置されている。また、環状ロックプレートは、ロックプレートが環状ハウジングと係合してベーンに対する周方向の動きを防止する第１の位置と、ベーンに対する環状ハウジングの周方向の動きを許容する第２の位置との間で、カムシャフトの長手方向の中心軸に沿って環状ハウジングに対して移動可能になっている。

ロックプレートは、第１の位置に向かってスプリングにより付勢されるとともに、エンジンオイル圧により、第１の位置から離れて第２の位置に向かって押圧される。ロックプレートは、エンジンオイル圧がスプリングの付勢力に打ち勝つほど十分に高いときに、これは環状ハウジングおよびベーンの相対位置を変化させるように要求される唯一のときであるが、カムシャフトを挿通する流路によって第２の位置にさらされる。

ロックプレートの移動は、クローズドループ制御システムまたはオープンループ制御システムを介して、エンジン電子制御ユニットにより制御されている。

米国特許第 6,263,846号は、ベーン型可変カムシャフトタイミングシステムのための制御バルブを示している。この制御バルブは、カムシャフトおよびこれに固定されてカムシャフトとともに回転するハブを有する内燃機関を含んでいる。

また、ハウジングがハブを囲繞しており、ハウジングは、ハブおよびカムシャフトとともに回転可能であり、ハブおよびカムシャフトに対して振動可能になっている。ドライブベーンは、ハウジング内において半径方向内方に配置されており、ハブとともに協働する。

ドリブンベーンは、ハウジングと協働するようにハブ内において半径方向外方に配置されている。また、ドリブンベーンは、アドバンスチャンバおよびリタードチャンバを周方向に交互に限定するように、ドライブベーンと周方向に交互に配置されている。

ハブに対するハウジングの振動を制御するための構成は、電子エンジン制御ユニットと、電子エンジン制御ユニットに反応してアドバンスチャンバに対するエンジンオイル圧を調整するアドバンス制御バルブとを有している。

電子エンジン制御ユニットに反応するリタード制御バルブは、リタードチャンバに対してエンジンオイル圧を調整する。アドバンス通路は、アドバンス制御バルブおよびアドバンスチャンバ間でエンジンオイル圧を伝達する。リタード通路は、リタード制御バルブおよびリタードチャンバ間でエンジンオイル圧を伝達する。

米国特許第 6,311,655号は、ベーン取付けのロックピストン装置を有する多数位置可変カムタイミングシステムを示している。カムシャフトおよび可変カムシャフトタイミングシステムを有する内燃機関において、ロータはカムシャフトに固定されるとともに、カムシャフトに対して回転可能で振動しないように構成されている。

ハウジングは、ロータを囲繞するとともに、ロータおよびカムシャフトの双方に対して回転可能になっており、さらに、最リタード位置および最アドバンス位置間においてロータおよびカムシャフトの双方に対して振動可能になっている。

ロック装置は、ロータまたはハウジングのいずれか一方の内部に設けられるとともに、最リタード位置、最アドバンス位置およびこれらの間の位置において、ロータまたはハウジングのいずれか他方に係脱可能に係合しており、ロータおよびハウジング間の相対運動を防止している。

ロック装置は、ロータをハウジングに固定するために、キーとその逆側に設けられたセレーションとを備えたロックピストンを有している。制御装置は、ハウジングに対するロータの振動を制御する。

米国特許第 6,374,787号は、エンジンオイル圧によって駆動される多数位置可変カムシャフトタイミングシステムを示している。ハブがカムシャフトに同期して回転するようにカムシャフトに固定されている。

ハウジングは、ハブを囲繞しており、ハブおよびカムシャフトとともに回転するとともに、所定の回転角の範囲内でハブおよびカムシャフトに対して振動するようになっている。ドライブベーンは、ハウジング内において半径方向に配置されており、ハブの外面と協働している。

ドリブンベーンは、ハブ内において半径方向に配置されており、ハウジングの内面と協働している。油圧に反応するロック装置は、ハウジングおよびハブ間の相対運動を防止している。制御装置は、ハブに対するハウジングの振動を制御している。

米国特許第 6,477,999号は、非振動の回転のために、その一端にベーンが固定されたカムシャフトを示している。カムシャフトはまた、カムシャフトとともに回転しかつカムシャフトに対して振動可能なスプロケットを有している。

ベーンは、スプロケットの対向凹部内にそれぞれ受け入れられた対向配置のローブを有している。凹部は、ベーンおよびスプロケットが互いに振動するのを許容するように、ローブよりも大きな周方向長さを有している。

カムシャフトの位相は、通常の運転中に受けるパルスに反応して変化する傾向がある。カムシャフトの位相は、制御バルブのバルブ本体内におけるスプールの位置を制御して、凹部からの加圧作動流体（好ましくはエンジンオイル）の流れを選択的に阻止しまたは許容することにより、アドバンスまたはリタード方向という一定の方向にのみ変化するように許容されている。

スプロケットは、カムシャフトの回転軸から離れて該回転軸に平行に延びる貫通通路を有している。ピンは、通路内にスライド可能に設けられており、ピンの自由端が通路を越えて突出する位置までスプリングによって弾性的に付勢されている。ベーンは、ポケットを有するプレートを備えており、該ポケットは所定のスプロケットの通路と整列している。

ポケットは作動流体を受け入れており、流体圧が通常の運転レベルにあるとき、ポケット内には、ピンの自由端がポケットに入らないようにするのに十分な圧力がある。その一方、液圧レベルが低いときには、ピンの自由端がポケット内に入り、カムシャフトおよびスプロケットと所定の向きに係合する。

最近のエンジンの中には、液圧制御された可変カム位相器を備えたものがある。このようなエンジンの始動時や油圧低下時には、カム位相器が制御を失う。クランクシャフトおよびカムシャフトのようなドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の角度関係を調整するためのロック機構は、位相器が位置制御を維持するとともにこのような条件下でノイズを発生しないということを保証するように要求されている。

したがって、ドライブシャフトをドリブンシャフトに駆動連結しかつノイズを低減させた状態で、ドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の適切な角度関係において位相器をロックすることが望ましい。
米国特許第 5,002,023号明細書 米国特許第 5,107,804号明細書 米国特許第 5,172,659号明細書 米国特許第 5,184,578号明細書 米国特許第 5,289,805号明細書 米国特許第 5,361,735号明細書 米国特許第 5,497,738号明細書 米国特許第 5,657,725号明細書 米国特許第 6,247,434号明細書 米国特許第 6,250,265号明細書 米国特許第 6,263,846号明細書 米国特許第 6,311,655号明細書 米国特許第 6,374,787号明細書 米国特許第 6,477,999号明細書

本発明が解決しようとする課題は、ノイズを低減しつつドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持するように位相器をロックできるようにする点にある。

請求項１の発明は、内燃機関で使用されるように設けられるとともに、ドライブシャフトおよびドリブンシャフト間において一定の角度関係を維持するためのロック装置であって、中央取付けのスプールバルブを有し、零位置が液圧制御されるとともに、複数の角度関係を有する可変カムシャフトタイミング位相器と、電磁ロック機構と、位相器と電磁ロック機構の間に配置されたロックプレートとを備えている。

請求項２の発明では、請求項１において、ロック解除状態においてロックプレートに回転可能に連結された第２のプレートをさらに備えている。

請求項３の発明では、請求項１において、位相器およびロックプレート間に配置され、当該ロック装置を位相器の側に付勢するためのストラップ駆動装置をさらに備えている。

請求項４の発明では、請求項１において、ロックプレートが電磁ロック機構に直接接触するのを防止するためのストッパ部材をさらに備えている。

請求項５の発明では、請求項１において、電磁ロック機構がコイルから構成されている。

請求項６の発明では、請求項１において、角度関係が、カムシャフトおよびクランクシャフト間、または２本のカムシャフト間の角度関係を含んでいる。

請求項７の発明では、請求項１におけるドリブンシャフトがカムシャフトである。

請求項８の発明では、請求項１におけるドライブシャフトがクランクシャフトである。

請求項９の発明では、請求項１におけるドライブシャフトがカムシャフトである。

請求項１０の発明は、内燃機関においてドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持するためのロック装置であって、中央取付けのスプールバルブを有しかつ零位置が液圧制御されるとともに、複数の角度関係を有する可変カムシャフトタイミング位相器と、位相器をロックするためのロックプレートと、ロックプレートによる位相器のロック状態を解除するようにロックプレートに作用する電磁ロック機構とを備えている。

本発明においては、位相器が或る角度位置から他の角度位置に移行しているときを除いて、位相器のベーンおよびスプロケットを常時ロックする装置が提供されている。この装置は、ノイズの発生を防止するために、始動時を含む或る条件下で位相器がロックされることを保証している。

位相器のベーンおよびスプロケットをともにロックする装置が提供されている。この装置は、定常状態における複数の位置で制御される位相器のタイミング精度を保証している。ここで、定常状態とは、スプールが零位置におかれたスプールバルブのような制御バルブと位相器とが命令位置におかれている状態のことである。

引張式のロック機構を採用する電磁ロック機構を備えた装置が提供されている。また、この装置は、カム位相器のスプールバルブを制御するための可変力ソレノイドを含んでいる。

装置には、可変力ロック機構を採用する電磁ロック機構がさらに設けられている。また、この装置は、カム位相器の制御バルブを制御するための可変力ソレノイドを含んでいる。

したがって、ドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持するためのロック装置が提供されており、該ロック装置は内燃機関で使用されるように設けられている。

このロック装置は、零位置が液圧制御された中央取付けのスプールバルブを有する可変カムシャフトタイミング位相器を備えており、該位相器は複数の角度関係を有している。ロック装置はさらに、電磁ロック機構と、位相器およびロック機構間に配置されたロックプレートとを有している。

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。

本発明によれば、ノイズを低減しつつドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持できるようになる。

以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。
図１Ａ，１Ｂ，２Ａおよび２Ｂには、引張式電磁ロック装置１０が示されている。このロック装置１０は、ベアリング１８を介して第２のプレート１６に連結されたロックプレート１４を有している。

第２のプレート１６は、電磁コイルによる適切な起動のために強磁性材料から構成されている。第２のプレート１６は、ロックプレート１４とともに中心線２０の回りを回転可能になっている。

ロック装置１０は、ロックコイル（またはロックソレノイド）２２に対して磁気的に係合し得るようになっている。より詳細には、ロックコイル２２は、以下に示すように位相器に強固に係合されたロックプレート１４とともに第２のプレート１６を該ロックコイル２２の側に引っ張るように設けられている。

ロックコイル２２は、制御ソレノイドのコイル２４とともに、図示しない外壁の上において中心線２０に関して同芯に取り付けられている。制御ソレノイドは、コイル２４と、スプール２８の第１の端部２８ａに対して可変力を及ぼす駆動部材２６とを備えている。

スプール２８は、金属スプリングのような弾性部材３０と係合するシートを他端に有している。弾性部材３０は、スプール２８と係合する一端と、スプールバルブ穴３４の一端に形成されたシート３２に着座する他端とを有している。

ストラップ駆動装置３６は、ロックプレート１４と係合する第１の端部４０を有するストラップ３８を備えている。ストラップ３８は、位相器５０に連結されたシート４２の上に取り付けられた第２の端部をさらに有している。

ロックプレート１４は、位相器５０と係合する歯または突起を有しており、また位相器５０は、ロックプレート１４の歯を受け入れるためのノッチまたは受入れ部材を有しており、これにより、位相器５０およびロックプレート１４間の相対回転が停止させられるようになっている。位相器５０は、その外周に沿って配置された歯５２，５４（図ではこれら二つの歯のみ図示）が形成されたタイミングギヤを有している。

例示によれば、ＶＣＴシステムにおいては、５度のロック爪が７つの別個のロック位置を提供し得る。したがって、ロック爪が解除されまたはロックされていない場合には、カムおよびクランクシャフト間の角度関係のような角度関係が、７つの角度関係に調整できる。

上述したことに基づいて、いくつかの実施態様が実現される。本発明の第１の実施態様は、引張式ロック機構を採用する電磁気ロック装置である。第２の実施態様は、可変力ロック機構を採用するもう一つの電磁気ロック装置である。いずれの実施態様も、カム位相器の制御スプールバルブを制御するための可変力ソレノイドを備えている。

双方のロック装置とも、ロックプレートをＶＣＴ位相器から離れる側に引っ張るコイルおよび磁気通路を有している。ロックコイルがオンつまり通電されているとき、位相器はロックされておらず、自由に動き得る。

ロックコイルがオフつまり通電されていないとき、位相器は、ストラップ機構によるロックプレート係合を介してロックされている。いずれの設計においても、ロックソレノイド２２，２２ａおよび制御ソレノイド２４は、図示しないフロントカバーに取り付けられている。

第１の電磁ロック装置１０は、第２のプレート１６をコイル２２の側に引っ張る。この第２のプレート１６は、ベアリング１８により、ロックプレート１４に対して回転可能になっていなければならない。第２のプレート１６の回転は、一旦引っ張られると停止する。

図２Ａおよび２Ｂには、本発明の第２の実施態様による電磁ロック装置６０が示されている。この実施態様では、ロックプレート１４ａがコイル２２ａに向かって引っ張られるが、このとき、ロックプレート１４ａの下端が先にストッパ部材６２に当接することにより、ロックプレート１４ａはコイル２２ａには接触しない。この設計手法では、図１Ａおよび１Ｂにおけるベアリング１８および第２のプレート１６は、必要とされない。

コイルにより作用する磁気力は、ロックプレート１４ａの移動距離に比例する。言い換えれば、図２Ａ，２Ｂは、ロックプレートを位相器から離れる側に引っ張るもう一つの方法を示している。

この方式のソレノイドは、ロックプレートを位相器から離れる側に引っ張ることができるものの、ストローク他端においては、ロックプレートが引っ張られて離れたときに第１のソレノイドが有するのと同じだけの大きな力を有してはいない。したがって、ソレノイドのコイル２２ａは可変力ソレノイドである。

第２の実施態様を使用する一つの理由は、エンジン停止時（たとえばエンスト時）に或る条件下で位相器５０が誤った位置におかれることがあるためである。このため、位相器５０は、基準タイミングに戻ることができるように、エンジンクランキング時にはロック解除される必要がある。いずれの実施態様も、位相器がクランキング中に正規の基準タイミングに戻ることができるように、位相器をロック解除している。

なお、図１Ａ，１Ｂ中の同一符号は、図２Ａ，２Ｂ中において同一符号を有する実質的に同一の部材を示している。

図３は、位相器５０についての可能な一実施態様を概略の形態で示している。ベーン型ＶＣＴ位相器は、ハウジング１を有している。ハウジング１の外側は、タイミングチェーン９と噛み合いかつこれによって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を含むキャビティが限定されている。ハウジング１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間に係合するベーン５を有するロータ２と、通路１２，１３を介して加圧オイルをチャンバ６，７に送出する中央の制御バルブ４である。

バルブ４によって通路１２に導入された加圧オイルは、ベーン５をハウジング１に対して反時計回りに押圧し、オイルをチャンバ６から流出させて通路１３およびバルブ４内に流入させる。

当該分野の当業者には、このような記述がベーン位相器に一般的なものであり、図面に示されたベーン、チャンバ、通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し得るということが理解されるだろう。

たとえば、ベーンの個数およびその位置は変化し得る。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、６個のベーンを有しているものもある。ベーンは、ハウジング上に配置されていて、ロータ上においてチャンバ内部で往復動する。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、スプロケット歯は、ギヤ歯またはベルト用歯付プーリである。

図４は、本発明に適した位相器の分解組立図である。ロータ１０１は、取付フランジ１０８によってカムシャフト１０９に固定されており、ロータおよびロータフロントプレート１０４はねじ１１４によって固定されている。

ロータ１は、各々半径方向外方に延びかつ直径方向に対向する一対のベーン１１６を有している。ベーン１１６は、ハウジングボディ１０２に形成された凹部１１７内に延びている。

インナープレート１０５、ハウジングボディ１０２およびアウタープレート１０３は、ねじ１１３によって、取付フランジ１０８、ロータ１０１およびロータフロントプレート１０４の回りに一体に固定されている。

これにより、アウタープレート１０３およびインナープレート１０５によって囲繞されたベーン１１６を保持する凹部１１７が、流体を密封するチャンバを形成している。タイミングギヤ１１１は、ねじ１１２によってインナープレート１０５に連結されている。

総体的に、インナープレート１０５、ハウジングボディ１０２、アウタープレート１０３およびタイミングギヤ１１１は、「ハウジング」と呼称されている。ハウジングは、クランクシャフトまたは他のカムシャフトであるドライブシャフトに連結されている。さらに、カムシャフト１０９は、それ自体ドライブシャフトであってもよい。

以下の事項は、本発明に関連する用語および概念である。
上記流体が作動流体であるということが注目されるべきである。作動流体は、ベーン位相器内でベーンを移動させる流体のことである。典型的には、作動流体はエンジンオイルを含んでいるが、これとは別個の作動流体である。

本発明のＶＣＴシステムは、カムトルク駆動（ＣＴＡ）ＶＣＴシステムである。ＶＣＴ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させる力によって生じるカムシャフト内のトルク逆転現象を使用している。

ＣＴＡシステム内の制御バルブは、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おり、これにより、ベーンの移動を許容しまたは流体の流れを停止させて、ベーンを所定位置にロックしている。

ＣＴＡ位相器はまた、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。ベーンは、チャンバ内に収容されるとともに、作動流体が作用する半径方向の部材である。ベーン位相器は、チャンバ内で移動するベーンによって駆動される位相器である。

エンジンには、一つまたはそれ以上のカムシャフトがある。カムシャフトは、ベルト、チェーン、ギヤまたは他のカムシャフトにより駆動される。カムシャフト上には、バルブを押圧するローブが設けられている。

多数本のカムシャフトを有するエンジンにおいては、大抵の場合、エグゾーストバルブ用に１本のシャフトが設けられ、インテークバルブ用に一本のシャフトが設けられている。Ｖ型エンジンは、通常、各バンクに１本ずつ２本のカムシャフトを有しているか、または各バンクにインテークバルブ用およびエグゾーストバルブ用の４本のカムシャフトを有している。

チャンバは、ベーンが回転する空間領域として定義されている。チャンバは、クランクシャフトに対してバルブを先に開放させるアドバンスチャンバと、クランクシャフトに対してバルブを後で開放させるリタードチャンバとに分割されている。

チェックバルブは、ただ一つの方向のみの流体の流れを許容するバルブとして定義されている。クローズドループは、一つの特性を他の特性に反応させて変化させるとともに、その変化が正しくなされたかどうかチェックして、所望の結果が得られるように作用を調整する制御システムとして定義されている。

たとえば、ＥＣＵからの命令に反応して位相器位置を変化させるバルブを移動させ、実際の位相器位置をチェックして、バルブを再度正規の位置に移動させる。制御バルブは、位相器への流体の流れを制御するバルブである。制御バルブは、ＣＴＡシステムの位相器の内部に設けられている。

制御バルブは、油圧またはソレノイドによって駆動される。クランクシャフトは、ピストンからの動力により、トランスミッションおよびカムシャフトを駆動する。スプールバルブは、スプール型の制御バルブとして定義されている。典型的には、スプールは穴内に配置されて、一方の通路を他方の通路に連絡している。

スプールは、大抵の場合、位相器のロータの中心軸に配置されている。なお、離隔配置の４方向スプールバルブおよびソレノイドを使用するＯＰＡ位相器のような他のタイプの位相器の場合には、スプールはロータの中心軸に配置されていない。

差圧制御システム（ＤＰＣＳ： differential pressure control system)は、スプールの各端部への作動流体圧を使用して、スプールバルブを移動させるシステムである。スプールの一端は他端よりも大きくなっており、一端に作用する流体は通常は油圧制御のＰＷＭバルブによって制御され、全供給圧はスプールの他端に供給されており、これにより、差圧が生じている。

バルブ制御ユニット（ＶＣＵ： valve control unit)は、ＶＣＴシステムを制御するための制御回路である。典型的には、ＶＣＵは、ＥＣＵからの命令に反応して作動する。

ドリブンシャフトは、ＶＣＴ内において動力を受ける任意のシャフトであり、大抵の場合、カムシャフトである。ドライブシャフトは、ＶＣＴ内において動力を供給する任意のシャフトであり、大抵の場合はクランクシャフトであるが、一方のカムシャフトに対する他方の駆動カムシャフトの場合もある。

ＥＣＵは、車載コンピュータであるエンジン制御ユニットである。エンジンオイルは、エンジンを潤滑するのに使用されるオイルであり、制御バルブを介して位相器を駆動するのに圧力を作用させている。

ハウジングは、チャンバを備えた位相器の外側部分として定義されている。ハウジングの外側部分は、タイミングベルト用のプーリ、タイミングチェーン用のスプロケットまたはタイミングギヤ用のギヤである。作動流体は、ブレーキオイルやパワーステアリングオイルと同様に、液圧シリンダに使用される任意のオイルである。

作動流体は、必ずしもエンジンオイルと同じでなくてもよい。ロックピンは、位相器を所定位置にロックするように配置されている。ロックピンは、エンジン始動時や停止時のように、油圧が低すぎて位相器を保持できない場合に通常用いられる。

ＯＰＡ型のＶＣＴシステムは、ベーンを移動させるのにエンジンオイル圧をベーンの一方の側または他方の側に作用させる一般的な位相器を使用している。

オープンループは、作用を確認するフィードバックを行うことなく、一つの特性を他方の特性に反応して変化させる（たとえば、ＥＣＵからの命令信号に反応してバルブを移動させる）制御システム内で用いられている。

位相は、カムシャフトおよびクランクシャフト間（または、位相器が他方のカムによって駆動される場合にはカムシャフト間）の相対的角度位置として定義されている。位相器は、カムに据え付けられる全体の部分として定義されている。

位相器は、典型的には、ロータおよびハウジング、さらにはスプールバルブおよびチェックバルブから構成されている。ピストン位相器は、内燃機関のシリンダ内のピストンによって駆動される位相器である。ロータは、カムシャフトに装着された、位相器の内側部分である。

ＰＷＭは、電圧または流体圧のオン・オフパルスのタイミングを変化させることによって、変化する力または圧力を提供している。ソレノイドは、機械的アームを移動させるのにコイル内を流れる電流を使用する電気式アクチュエータである。

可変力ソレノイド（ＶＦＳ： variable force solenoid）は、通常は供給電流のＰＷＭによってその駆動力が変化し得るソレノイドである。ＶＦＳは、オン・オフソレノイドに対向している。

スプロケットは、エンジンタイミングチェーンのようなチェーンとともに使用される部材である。タイミングとは、ピストンが或る限定位置（通常は上死点（ＴＤＣ））に達する時間と他の事象が起こる時間との間の関係として定義される。

たとえば、ＶＣＴまたはＶＶＴシステムにおいては、タイミングは通常、バルブが開くまたは閉じるときに関係している。点火タイミングは、点火プラグが点火するときに関係している。

トーション・アシスト（ＴＡ）位相器またはトルク・アシスト位相器は、ＯＰＡ位相器の変形例であって、オイル供給ラインにチェックバルブを付加しており（つまり、単一のチェックバルブの実施態様）、または各チャンバへの供給ラインにチェックバルブを付加している（つまり、二つのチェックバルブの実施態様）。

チェックバルブは、トルク逆転による油圧パルスが油圧システム内に伝搬するのを阻止するとともに、ベーンがトルク逆転により後退するのを停止させる。ＴＡシステムにおいては、前方へのトルク効果によるベーンの動きが許容されている。このため、トーション・アシストという表現が用いられている。ベーンの動きのグラフは、階段状である。

ＶＣＴシステムは、位相器、制御バルブ、制御バルブアクチュエータおよび制御回路を有している。可変カムタイミング（ＶＣＴ）は、エンジンのインテークバルブおよび（または）エグゾーストバルブを駆動する一つまたはそれ以上のカムシャフト間の角度関係（位相）を制御しまたは変化させるための方法であって物ではない。

角度関係はまた、クランクシャフトがピストンに連結されているところのカムおよびクランクシャフト間の位相関係を含んでいる。

可変バルブタイミング（ＶＶＴ： variable valve timing）は、バルブタイミングを変化させる任意の方法である。ＶＶＴはＶＣＴに関連している。ＶＶＴは、カムの形状を変えることによって、あるいは、カムに対するカムローブの関係、カムまたはバルブに対するバルブアクチュエータの関係を変えることによって、達成される。

またＶＶＴは、電気式または液圧式アクチュエータを使用してバルブを個々に制御することによって、達成される。言い換えれば、すべてのＶＣＴはＶＶＴであるが、ＶＶＴがすべてＶＣＴであるというわけではない。

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。

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。

ロック位置で位相器機構と一体化された引張式電磁ロック装置の側面図である。 非ロック位置で図１Ａの位相器機構と一体化された引張式電磁ロック装置の側面図である。 ロック位置において、ロック歯付プレートを有する位相器機構と一体化された引張式電磁ロック装置の側面図である。 非ロック位置において、ロック歯付プレートを有する位相器機構と一体化された引張式電磁ロック装置の側面図である。 本発明による位相器の概略構成図である。 本発明による位相器の分解組立図である。

符号の説明

１０： 引張式電磁ロック装置（ロック装置）
１４： ロックプレート
１６： 第２のプレート
２２： ロックコイル（電磁ロック機構）
２８： スプール（バルブ）
３６： ストラップ駆動装置
５０： （可変カムシャフトタイミング）位相器

Claims (10)

1. 内燃機関で使用されるように設けられるとともに、ドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持するためのロック装置１０，６０であって、
   中央取付けのスプールバルブ２８を有し、零位置が液圧制御されるとともに、複数の角度関係を有する可変カムシャフトタイミング位相器５０と、
   電磁ロック機構２２，２２ａと、
   位相器５０と電磁ロック機構２２，２２ａの間に配置されたロックプレート１４，１４ａと、
   を備えたロック装置。
2. 請求項１において、
   ロック解除状態においてロックプレート１４に回転可能に連結された第２のプレート１６をさらに備えた、
   ことを特徴とするロック装置。
3. 請求項１において、
   位相器５０およびロックプレート１４間に配置され、当該ロック装置１０，６０を位相器５０の側に付勢するためのストラップ駆動装置３６をさらに備えた、
   ことを特徴とするロック装置。
4. 請求項１において、
   ロックプレート１４ａが電磁ロック機構２２ａに直接接触するのを防止するためのストッパ部材６２をさらに備えた、
   ことを特徴とするロック装置。
5. 請求項１において、
   電磁ロック機構２２，２２ａがコイルから構成されている、
   ことを特徴とするロック装置。
6. 請求項１において、
   角度関係が、カムシャフト４，１０９およびクランクシャフト間、または２本のカムシャフト間の角度関係を含んでいる、
   ことを特徴とするロック装置。
7. 請求項１において、
   ドリブンシャフトがカムシャフト４，１０９である、
   ことを特徴とするロック装置。
8. 請求項１において、
   ドライブシャフトがクランクシャフトである、
   ことを特徴とするロック装置。
9. 請求項１において、
   ドライブシャフトがカムシャフトである、
   ことを特徴とするロック装置。
10. 内燃機関において、ドライブシャフトおよびドリブンシャフト間の一定の角度関係を維持するためのロック装置１０，６０であって、
    中央取付けのスプールバルブ２８を有し、零位置が液圧制御されるとともに、複数の角度関係を有する可変カムシャフトタイミング位相器５０と、
    位相器５０をロックするためのロックプレート１４，１４ａと、
    ロックプレート１４，１４ａによる位相器５０のロック状態を解除するようにロックプレート１４，１４ａに作用する電磁ロック機構２２と、
    を備えたロック装置。

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