JP2005147152A - 可変カムシャフトタイミングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータの軸線と平行な方向に延びるロックピンと、これとは別個に設けられた遠心バルブとを備えた新規な構成の可変カムシャフトタイミングシステムを提供する。
【解決手段】 駆動力を受け入れるための外周部を有するハウジング１８と、ハウジング１８内に同軸に配置されたカムシャフト２６に連結されるとともに、ハウジング１８に対する相対的角度位置を変更し得るように回転可能に設けられたロータ２０と、軸方向穴１６０にスライド自在に配置され、内側端部１３５がハウジング１８の凹部１３２内に係合してロータ２０のハウジング１８に対する相対的角度位置をロックするロック位置と、内側端部１３５が凹部１３２に係合していないロック解除位置との間を移動可能に設けられたロックピン１３０と、エンジンオイル供給源に直接連結され、ロックピン１３０へのオイルの流れを制御する導入ライン１１０と流体連絡する遠心バルブ１５０とを設ける。
【選択図】 図１

Description

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、遠心力駆動のバルブがロックピンへのオイルの流れを制御する可変カムシャフトタイミングシステムに関する。

内燃機関は、エンジン性能を向上させまたは排ガスを低減するために、カムシャフトおよびクランクシャフト間の角度を変更す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、エンジンの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。

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ハウジングを有している。ベーンは、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、チャンバをハウジング内に形成することも同様に可能である。

ハウジングの外周は、通常カムシャフトからまたは多数カムエンジンでは他の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形成している。

いくつかのエンジンでは、ロックピンは、エンジン速度が十分な大きさになるまで、ハウジングに対するロータの移動を防止するロック位置に着座したままの状態を維持しない。その他の場合には、ロックピンは、エンジン停止中の適切な時期にロックせず、位相器のチャンバ内でベーンが振動するのを許容して損傷を生じさせる。

位相器の中には、特開２００１−２２７３１１号公報に示すように、ハウジングをロータにロックするのに、遠心力を利用したロックピンを用いているものもある。特開２００１−２２７３１１号公報は、アイドル運転中にロックピンを迅速にロックするのに寄与する遠心力について記述している。当該公報におけるロックピンは、遠心力の存在下でロックピンに作用する液圧による力によって制御されている。
特開２００１−２２７３１１号公報

本発明は、ロータの軸線と平行な方向に延びるロックピンと、これとは別個に設けられた遠心バルブとを備えた新規な構成の可変カムシャフトタイミングシステムを提供しようとしている。

請求項１の発明に係る内燃機関用可変カムシャフトタイミングシステムは、駆動力を受け入れるための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、ハウジングに対する相対的角度位置を変更し得るように回転可能に設けられたロータと、ロータの軸線と平行な方向に延びる軸方向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、軸方向穴に密に係合するように設けられた直径部分と、ハウジングに形成された凹部内に係合するように設けられた内側端部とを有している。ロックピンは、内側端部が凹部内に係合してロータのハウジングに対する相対的角度位置をロックするロック位置と、内側端部が凹部に係合していないロック解除位置との間を移動可能になっている。さらに、可変カムシャフトタイミングシステムは、エンジンオイル供給源に直接連結され、ロックピンへのオイルの流れを制御する導入ラインと流体連絡する遠心バルブを有している。

請求項２の発明では、ロックピンが、軸方向穴において内側端部と逆側に配置されかつロック位置に向かってロックピンを付勢するスプリングをさらに有している。

請求項３の発明では、遠心バルブが、シリンダおよびスプリングを備えている。

請求項４の発明では、遠心バルブが、エンジン高速運転時に開放されている。

請求項５の発明では、遠心バルブが、エンジン低速運転時またはエンジン停止時に閉塞されている。

本発明によれば、内燃機関の可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ： variable camshaft timing）システムは、駆動力を受け入れるための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、ハウジングに対する相対的角度位置を変更するように回転可能に設けられたロータと、ロックピンと、遠心バルブとを備えている。

ロックピンは、軸方向穴にスライド可能に配置されており、軸方向穴に密に係合する直径を有するボディと、ハウジングによって限定された凹部内に係合するように設けられた内側端部とを有している。

ロックピンは、軸方向穴において軸方向に移動可能に設けられており、内側端部がハウジングの凹部内に係合してロータおよびハウジング間の相対的角度位置をロックするロック位置と、内側端部がハウジングの凹部に係合していない非ロック位置との間を移動し得るようになっている。

遠心バルブは、エンジンオイル供給源に直接接続されかつロックピンへのオイルの流れを制御する導入ラインと流体連絡している。エンジン速度が高い場合には、遠心力の作用により、遠心バルブが開放され、導入ラインから供給される十分な大きさの油圧の作用により、ロックピンが解除される。エンジン速度が低い場合またはエンジン停止時には、遠心バルブが閉塞して、位相器が次のエンジン始動のための正規の位置に確実に配置されるように、ロックピンがロック位置に留まる。

本発明によれば、ロータの軸線と平行な方向に延びるロックピンと、これとは別個に設けられ、遠心力の作用によりオイル導入ラインを開閉する遠心バルブとが設けられるので、エンジン高速運転時のような油圧の高いときに、ロックピンを容易かつ確実に解除させることができるようになる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
可変カムタイミング（ＶＣＴ： variable cam timing）システムにおいては、カムシャフト上のタイミングギヤは、「位相器」として知られる可変角カップリングによって置き換えられている。

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備えており、カムシャフトおよびクランクシャフト間の相対的タイミングを変更するようにカムシャフトが角度制限の範囲内で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。

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んでおり、さらに、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するようにハウジングおよびロータ間の相対的角度位置を制御するためのすべての部品を含んでいる。当該分野で知られているように、多数本のカムシャフトからなるエンジンの場合には、各カムシャフトにそれぞれ一つの位相器があるということが理解されるだろう。

図１ないし図４に示すように、エンジン潤滑油の形態で図示されている位相器用作動流体は、メインオイルギャラリ（ＭＯＧ）１６に接続された共通導入ライン１１０を介して位相器に導入されている。導入ライン１１０は、カムシャフト２６のベアリング２８を通って位相器に通じている。導入ライン１１０は、スプール（図示せず）およびロックピン１３０にオイルを供給している。

ロックピン１３０は、ロータ２０の軸方向穴１６０内に設けられている。ロックピン１３０は、ボディ１４０を有しており、該ボディ１４０は、軸方向穴１６０内に密に係合する直径を有している。また、ロックピン１３０は、ハウジング１８に形成された凹部１３２と係合し得る内側端部１３５を先端に有している。

スプリング１２０は、軸方向穴１６０内に配設されており、ロックピン１３０の内側端部１３５がハウジング１８の凹部１３２と係合する方向に、ロックピン１３０を付勢している。ロックピン１３０の一端には、ベント１８０が設けられている。ロックピン１３０は、ロータ内またはハウジング内に配置されている。導入ライン１１０に沿って、遠心バルブ１５０が設けられている。

図１および図３に示すように、遠心バルブ１５０は、シリンダおよびスプリングから構成されており、位相器が速度を増したときにスプリング１７０を押圧するシリンダへの増加した慣性力を用いることにより運転される。

速度が増加すると、遠心力の作用により、遠心バルブ１５０が開いて導入ライン１１０が開放される。これにより、オイルが導入ライン１１０を通ってロックピン１３０に流れ、速度増加にともなう高い油圧の作用によって、内側端部１３５が内方に押し込まれ、ロックピン１３０が解除される。このように、遠心バルブ１５０を用いることにより、ロックピン１３０および位相器は、エンジン速度が十分に高くなるまで、ロック位置におかれた状態を維持する。

図２および図４に示すように、低速時またはエンジン停止時には、遠心バルブ１５０が閉じており、導入ライン１１０からロックピン１３０へのオイルの流れが阻止されている。

本実施例によれば、ロータの軸線と平行な方向に延びるロックピンと、これとは別個に設けられ、遠心力の作用によりオイル導入ラインを開閉する遠心バルブとが設けられるので、エンジン高速運転時のような油圧の高いときに、ロックピンを容易かつ確実に解除させることができるようになるとともに、エンジン低速運転時またはエンジン停止時のような油圧の低いときに、ロックピンを容易かつ確実にロックさせることができるようになる。

また、オイルがロックピンに流れる前に十分な油圧が遠心バルブを解放するように要求することによって、エンジンがすでに停止して少量のオイルによる油圧が依然として存在しているときに、ロックピンが閉塞状態を維持できる。遠心バルブの存在はまた、エンジンが完全に回転を停止して次のエンジン始動のための位置に留まる前に、位相器が正規の位置でロックされるのを可能にする。

遠心バルブ１５０およびロックピン１３０は、特定のタイプの位相器には限定されず、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型、トルク補助（ＴＡ）型、油圧駆動型（ＯＰＡ）型位相器にも用いられる。ＣＴＡ型位相器においては、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。

ベーンを移動させるのにチャンバ間での流体の流れを許容するとともに、オイル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、制御バルブが設けられている。ＣＴＡ型位相器は、オイル漏れによる損失を補填するためのオイル入力を有しているが、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。

ＯＰＡ型またはＴＡ型位相器においては、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でベーンの一方の側または他方の側にエンジンオイル圧が供給されている。前方へのトルク作用によるベーンの移動が許容されている。

本明細書中で記述された本発明の実施例は、本発明の原理を採用した単なる例示にすぎないということが理解されるべきである。図示された実施例の詳細に本明細書中で言及することは、特許請求の範囲を限定する意図ではない。

エンジン高速運転時における本発明の一実施例の概略構成図である。 エンジン低速運転時における本発明の一実施例の概略構成図である。 エンジン高速運転時における本発明の一実施例の一部切欠き断面図である。 エンジン低速運転時における本発明の一実施例の一部切欠き断面図である。

符号の説明

１８： ハウジング
２０： ロータ
２６： カムシャフト
１２０： スプリング
１３０： ロックピン
１３２： 凹部
１３５： 内側端部
１５０： 遠心バルブ
１６０： 軸方向穴

Claims (5)

1. 内燃機関のための可変カムシャフトタイミングシステムであって、
   駆動力を受け入れるための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相対的角度位置を変更し得るように回転可能に設けられたロータと、
   ロータの軸線と平行な方向に延びる軸方向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、軸方向穴に密に係合する直径と、ハウジングに形成された凹部内に係合するように設けられた内側端部とを有しており、
   ロックピンは、内側端部が凹部内に係合してロータのハウジングに対する相対的角度位置をロックするロック位置と、内側端部が凹部に係合していないロック解除位置との間を移動可能になっており、
   さらに、エンジンオイル供給源に直接連結され、ロックピンへのオイルの流れを制御する導入ラインと流体連絡する遠心バルブを有している、
   ことを特徴とする可変カムシャフトタイミングシステム。
2. 請求項１において、
   ロックピンが、軸方向穴において内側端部と逆側に配置されかつロック位置に向かってロックピンを付勢するスプリングをさらに有している、
   ことを特徴とする可変カムシャフトタイミングシステム。
3. 請求項１において、
   遠心バルブが、シリンダおよびスプリングを備えている、
   ことを特徴とする可変カムシャフトタイミングシステム。
4. 請求項１において、
   遠心バルブが、エンジン高速運転時に開放されている、
   ことを特徴とする可変カムシャフトタイミングシステム。
5. 請求項１において、
   遠心バルブが、エンジン低速運転時またはエンジン停止時に閉塞されている、
   ことを特徴とする可変カムシャフトタイミングシステム。

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