JP2006177343A - 可変カムタイミングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 可変カムタイミングシステムの全長を短くし、流体の漏れを防止する。
【解決手段】 アドバンスチャンバ１０２およびリタードチャンバ１０７を有し、カムシャフト１２６に取り付けられた可変カムタイミング位相器と、アドバンスチャンバ１０２と流体連絡しかつカムシャフト１２６に通じるアドバンスライン１０８と、リタードチャンバ１０７と流体連絡しかつカムシャフト１２６に通じるリタードライン１１０とを有する可変カムタイミングシステムを構成する。アドバンスライン１０８およびリタードライン１１０と整列するポートを有し、同じ熱膨張係数を有するスリーブ２３６によって囲繞されたカムベアリングと、位相器から離隔配置され、アドバンスライン１０８またはリタードライン１１０のポートからの流体の流れを選択的に阻止しかつ一方向に許容するバルブを有する制御システム１３０とを設ける。
【選択図】 図１Ａ

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、離隔配置の制御システムを備えた可変カムシャフトタイミングシステムに関する。

カムトルク駆動（ＣＴＡ）型位相器は、油圧駆動型位相器よりも小さな容量の小形チャンバを使用していることにより、漏れに対する感度が高い。漏れを減少させるとともに、チャンバ間の流路を短くするために、チェックバルブおよびスプールバルブが位相器内の中央に設けられている。

その一方、或るアプリケーションにおいては、一般にＶＣＴの前方に配置されるスプールバルブアクチュエータを含んだ可変カムタイミング（ＶＣＴ）システムの全長が、車両内部に配置するには長すぎるものであった。可変カムタイミングシステムの全長を短くするための一つの方法は、スプールバルブおよびチェックバルブを離隔配置するか、またはカムトルク駆動型位相器を離隔配置することである。

しかしながら、ＣＴＡ制御システムを位相器から離隔配置するためには、カムシャフトベアリングを通って流体を移送することが必要になる。カムシャフトベアリングは、ＶＣＴシステムに対して漏れをもたらすことによりシステムの性能を低下させる或る回転クリアランスを有している。

ヘッドがアルミニウム製であり鉄製のカムシャフトよりも速く膨張するので、ＣＴＡシステム内においても漏れは発生する。このため、エンジンの温度が上昇すると、ヘッドおよびカムシャフト間のクリアランスは増加する。

したがって、当該分野においては、ＶＣＴシステムにおいて、リモートコントロールバルブを用いることにより、可変カムタイミングシステムの全長を短くして、位相器の漏れを制御する必要性が存在している。

このように、本発明は、システム全体の全長を短くでき、流体の漏れを防止できる可変カムタイミングシステムを提供しようとしている。

請求項１の発明は、少なくとも一つのカムシャフトと、複数のアドバンスチャンバおよびリタードチャンバを有し、カムシャフトに取り付けられた可変カムタイミング（ＶＣＴ）位相器と、アドバンスチャンバと流体連絡しかつカムシャフトのカムベアリング部分に通じるアドバンスラインと、リタードチャンバと流体連絡しかつカムシャフトのカムベアリング部分に通じるリタードラインとを有する内燃機関のための可変カムタイミングシステムである。このシステムは、カムシャフトの周りでカムベアリング部分を支持するとともに、アドバンスラインおよびリタードラインと整列するポートを有し、同じ熱膨張係数を有するスリーブによって囲繞されたカムベアリングと、位相器から隔てられて配置され、アドバンスラインのポートまたはリタードラインのポートからの流体の流れを選択的に阻止するとともに一方向に許容するためのバルブを有する制御システムとを備えている。

請求項２の発明では、スリーブおよびカムシャフトが同じ材料から構成されている。

請求項３の発明では、材料が鋼である。

請求項４の発明では、制御システムがさらにアクチュエータを備えている。

請求項５の発明では、バルブがスプールバルブである。

請求項６の発明では、加圧流体源から制御システムへのラインをさらに備えている。

請求項７の発明では、ラインがさらにチェックバルブを備えている。

請求項８の発明では、加圧流体源と制御システム内のアドバンスラインおよびリタードラインとの間に、一対のチェックバルブをさらに備えている。

本発明における内燃機関用ＶＣＴシステムは、少なくとも一つのカムシャフトと、カムシャフトに取り付けられたＶＣＴ位相器とを有している。位相器は、複数のアドバンスチャンバおよびリタードチャンバと、アドバンスチャンバと流体連絡しかつカムシャフトのカムベアリング部分に通じるアドバンスラインと、リタードチャンバと流体連絡しかつカムシャフトのカムベアリング部分に通じるリタードラインとを有している。

カムベアリングは、カムシャフト周りのカムベアリング部分を支持するとともに、アドバンスラインおよびリタードラインと整列するポートを有している。カムベアリング内には、複数のシールが配置されている。少なくとも一つのシールが、アドバンスラインおよびリタードラインへの各ポートの間に配置されており、一対のシールが、アドバンスラインおよびリタードラインと整列する各ポートの逆側に配置されている。

シールは、位相器からの漏れを防止するとともに、アドバンスチャンバおよびリタードチャンバ間の漏れを防止している。制御システムは、位相器から分離して配置されている。制御システムは、各ポートからアドバンスラインへまたは各ポートからリタードラインへの一定方向の流体の流れを選択的に阻止しまたは許容するためのバルブを有している。

あるいは、カムシャフト周りのカムベアリング部分を支持しているカムベアリングは、アドバンスラインおよびリタードラインと整列するポートを有しており、同じ熱膨張係数を有するスリーブによって囲繞されている。スリーブおよびカムシャフトは、同じ材料から構成されていてもよい。

本発明によれば、制御システムが位相器から隔てられて配置されるので、可変カムタイミングシステム全体の長さを短くできる。また、カムベアリングが、同じ熱膨張係数を有するスリーブによって囲繞されているので、熱膨張の違いによる流体の漏れを防止できる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
内燃機関は、エンジン性能の向上および排出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ための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）機構の大部分は、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。

大抵の場合、位相器は、図２（ｂ）に示すように、カムシャフト２６の端部に取り付けられかつハウジング５によって囲繞された一つまたはそれ以上のベーンを有するロータ１を備えている。ハウジング５は、ベーンが係合するベーンチャンバを有している。なお、ベーンがハウジングに取り付けられ、チャンバがロータ内に配置されるようにすることも可能である。

ハウジングの外周部は、通常はカムシャフトから、あるい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るスプロケット、プーリまたはギヤを構成している。

図１Ａは、零位置に配置された、本発明による位相器の概略図である。作動流体は、加圧流体源から供給ライン１１８に入り、ロータ１０１およびハウジング１０５から離隔してつまり隔てられて配置された制御システム（リモートコントロールシステム）１３０に流入する。

制御システム１３０は、スプールバルブ１０９と、アクチュエータ１０３と、コモンライン１１６と、チェックバルブ１１２，１１４と、アドバンスライン１０８およびリタードライン１１０の一部とを有している。スプールバルブ１０９は、穴１２２にスライド自在に受け入れられた多数のランド１０４ａ，１０４ｂを有するスプール１０４から構成されている。

スプール１０４の一端はスプリング１２０によって付勢されており、他端はアクチュエータ１０３によって付勢されている。アドバンスライン１０８およびリタードライン１１０は、離隔配置の制御システム１３０からカムシャフト１２６を通り、ハウジング１０５内に配置されたアドバンスチャンバ１０２およびリタードチャンバ１０７に通じている。

シール１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃが、カムシャフト１２６の周りにおいて、可変カムタイミング（ＶＣＴ）システムと制御システム１３０との間の境界部分に配置されている。とくに、外側寄りのシール１２８ａ，１２８ｃは、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型ＶＣＴシステム内の流体が大気中に漏れるのを制限しており、中央のシール１２８ｂは、アドバンスチャンバ１０２からリタードチャンバ１０７に流体が漏れるのを制限している。

零位置においては、供給源からの流体は、スプールバルブ１０９に入り、コモンライン１１６およびチェックバルブ１１２，１１４を通って、アドバンスライン１０８およびリタードライン１１０に流入する。流体は、アドバンスライン１０８およびリタードライン１１０からそれぞれアドバンスチャンバ１０２およびリタードチャンバ１０７に入る。

スプリング１２０の付勢力がアクチュエータ１０３の付勢力よりも小さい場合、スプール１０４は、左方に移動し、図１Ｂに示すように、リタード位置に移動する。リタード位置においては、流体は、アドバンスチャンバ１０２を出て、アドバンスライン１０８およびカムシャフト１２６を通り、制御システム１３０内のスプールバルブ１０９に移動する。

スプールバルブ１０９内の流体および供給ライン１１８からの流体は、コモンライン１１６に入り、チェックバルブ１１４を通って、リタードライン１１０からリタードチャンバ１０７に流入し、ベーン１０６を図示左方に移動させる（図１Ｂ中の矢印参照）。

スプール１０４のランド１０４ｂは、リタードチャンバ１０７からの流体がスプールバルブ１０９に入るのを阻止している。チェックバルブ１１４は、流体がリタードチャンバ１０７から出るのを許容しない。

アクチュエータ１０３の付勢力がスプリング１２０の付勢力よりも小さい場合、スプール１０４は、右方に移動し、図１Ｃに示すように、アドバンス位置に移動する。アドバンス位置においては、流体は、リタードチャンバ１０７を出て、リタードライン１１０およびカムシャフト１２６を通り、制御システム１３０内のスプールバルブ１０９に移動する。

スプールバルブ１０９内の流体および供給ライン１１８からの流体は、コモンライン１１６に入り、チェックバルブ１１２を通って、アドバンスライン１０８からアドバンスチャンバ１０２に流入し、ベーン１０６を図示右方に移動させる（図１Ｃ中の矢印参照）。

スプール１０４のランド１０４ａは、アドバンスチャンバ１０２からの流体がスプールバルブ１０９に入るのを阻止している。チェックバルブ１１２は、流体がアドバンスチャンバ１０２から出るのを許容しない。

図２（ａ）は、本発明による位相器が全長１３２を有していることを示しており、同図（ｂ）は、従来の位相器が全長３２を有していることを示している。これらの図を比べると分かるように、本発明による位相器の全長１３２は、従来の位相器の全長３２よりも著しく短くなっている。これは、制御システムがハウジング１０５およびロータ１０１から離隔して配置されているからである。これに対して、従来の位相器では、制御システムがハウジング５およびロータ１内に配置されている。なお、図２（ｂ）中の各参照符号は、同図（ａ）中の対応部材の参照符号の下二桁の数字（ただし十の位の数字が０のものは下一桁の数字）で表されている。

位相器を機能し得なくすることになるであろう著しい漏れは、シール１２８ａ，１２８ｂおよび１２８ｃによって防止されている。シール１２８ａ，１２８ｃは、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型ＶＣＴシステム内の流体が大気中に漏れるのを制限しており、中央のシール１２８ｂは、アドバンスチャンバ１０２からリタードチャンバ１０７に流体が漏れるのを制限している。

スプールバルブは、各図に示されたスプールの配置、形状、ランドの数には限定されない。さらに、チェックバルブ１１２，１１４は、２００４年９月２８日に出願された「一体的なチェックバルブを備えた制御バルブ」という名称の米国特許出願第10/952,054号に開示されたスプールまたはスプールバルブに組み込まれていてもよい。当該米国特許出願は、引用することによって本明細書に含まれている。

アクチュエータ１０３は、液圧式または電気式でもよく、あるいは、差圧制御システム（ＤＰＣＳ: differential pressure control system）や可変力ソレノイド（ＶＦＳ：variable force solenoid）でもよい。オイル供給システムに対するプレッシャーフィードバックを制限するために、供給ライン１１８にチェックバルブ１２４が設けられていてもよい。

チェックバルブは、各図に示すように、ボールおよびシートから構成されているが、バンドチェックバルブやディスクチェックバルブ、コーン型チェックバルブを含むその他のチェックバルブが用いられてもよい。
また、本明細書中で用いられる「離隔（リモート）」という語は、ハウジングおよびロータから隔てられているという意味である。

図３および図４は、本発明の他の実施例の概略を示している。
従来技術の欄で説明したように、シリンダヘッドおよびカムシャフトは、異なる熱膨張係数を有する異なる材料から製作されている。このため、エンジン温度が上昇すると、アルミニウム製のシリンダヘッドが鉄製のカムシャフトよりも速く膨張する。シリンダヘッドはカムシャフトの周りを直接囲繞しているため、シリンダヘッドが膨張すると、カムシャフトとのクリアランスも拡大する。

図４には、位相器に装着された取付フランジおよびカムシャフトが、アドバンスチャンバおよびリタードチャンバ（図示せず）への流路２０８，２１０をベーンのいずれかの側に有している。

各流路２０８，２１０は、制御システム１３０（図１Ａ〜図１Ｃ参照）からの流体をチャンバに送出しており、カムシャフト２２６およびシリンダヘッド２３４を通っている。カムシャフト２２６のクリアランス２３８が拡大するのを防止するために、カムシャフト２２６が鉄製スリーブ２３６で囲繞されている。

このため、エンジン温度の上昇によりアルミニウム製シリンダヘッド２３４が膨張した場合でも、鉄製カムシャフト２２６が鉄製スリーブ２３６で囲繞されていることにより、鉄製スリーブ２３６およびカムシャフト２２６は、同じゆっくりとした速度で膨張する。これにより、カムシャフト２２６のクリアランス２３８が拡大するのを防止できるとともに、図１Ａ〜図２に示した前記実施例におけるシールを設ける必要性が減少し、またはこれらのシールを排除できる。

ここで述べられた本発明の実施例が本発明の原理を採用する単なる例示であるということが理解されるべきである。本発明に本質的であるとみなされる特徴部分を説明している実施例の詳細にここで言及することは、特許請求の範囲を限定する意図ではない。

本発明による位相器の概略図であって、零位置におかれた状態を示している。 本発明による位相器の概略図であって、リタード位置におかれた状態を示している。 本発明による位相器の概略図であって、アドバンス位置におかれた状態を示している。 本発明による位相器の長さを従来の位相器の長さと比較して示す図であって、同図中（ａ）が本発明による位相器を示し、（ｂ）が従来の位相器を示している。 本発明の他の実施例を示す概略図である。 図３の４−４線断面概略図である。

符号の説明

１０２： アドバンスチャンバ
１０３： アクチュエータ
１０７： リタードチャンバ
１０８： アドバンスライン
１０９： スプールバルブ
１１０： リタードライン
１１２，１１４： チェックバルブ
１２６： カムシャフト
１３０： 制御システム
２３６： スリーブ

Claims (8)

1. 少なくとも一つのカムシャフトと、複数のアドバンスチャンバおよびリタードチャンバを有し、カムシャフトに取り付けられた可変カムタイミング（ＶＣＴ）位相器と、アドバンスチャンバと流体連絡しかつカムシャフトのカムベアリング部分に通じるアドバンスラインと、リタードチャンバと流体連絡しかつカムシャフトのカムベアリング部分に通じるリタードラインとを有する内燃機関のための可変カムタイミングシステムであって、
   カムシャフトの周りでカムベアリング部分を支持するとともに、アドバンスラインおよびリタードラインと整列するポートを有し、同じ熱膨張係数を有するスリーブによって囲繞されたカムベアリングと、
   位相器から隔てられて配置され、アドバンスラインのポートまたはリタードラインのポートからの流体の流れを選択的に阻止するとともに一方向に許容するためのバルブを有する制御システムと、
   を備えた可変カムタイミングシステム。
2. 請求項１において、
   スリーブおよびカムシャフトが同じ材料から構成されている、
   ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
3. 請求項２において、
   材料が鋼である、
   ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
4. 請求項１において、
   制御システムがさらにアクチュエータを備えている、
   ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
5. 請求項１において、
   バルブがスプールバルブである、
   ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
6. 請求項１において、
   加圧流体源から制御システムへのラインをさらに備えている、
   ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
7. 請求項６において、
   ラインがさらにチェックバルブを備えている、
   ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
8. 請求項６において、
   加圧流体源と制御システム内のアドバンスラインおよびリタードラインとの間に、一対のチェックバルブをさらに備えている、
   ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。

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