JP2019157853A - 位相器のためのゼロ圧力ロック解除システム - Google Patents

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Abstract

【課題】既存の位相器制御弁とソレノイドを使用して、あらゆる状況でロッキングピンを外すのに十分な油圧を提供するポンピングチャンバを作成する。【解決手段】エンジン停止中、供給部および/またはロックピン凹部からの流体は、パイロット弁130を通して制御弁内のポンプチャンバに流れ、エンジンのクランキング中に、流体圧力が閾値まで上昇する前に、制御弁が第1の位置から第2の位置に移動してポンプチャンバ内の流体の容積をパイロット弁130を通して凹部に強制流入させてロックピンをロック解除位置に移動させる、可変カムタイミング位相器。【選択図】図8

Description

本発明は可変カムタイミング位相器の分野に関する。より詳細には、本発明は、可変カムタイミング位相器のためのゼロ圧力ロック解除システムに関する。
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ためにカムシャフトとクランクシャフトとの間の相対的なタイミングを変える様々な機構を採用している。これらの可変カムシャフトタイミング(VCT:variable camshaft timing)機構の大部分は、エンジンカムシャフト(または多重カムシャフトエンジンにおいて、複数のカムシャフト)上にある1つまたはそれ以上の「ベーン位相器」を使用する。ベーン位相器は、カムシャフトの端部に取り付けられ、1つまたはそれ以上のベーンを有するロータを有し、ロータは、内部にベーンが嵌まり込むベーンチャンバを有するハウジング組立体によって囲繞されている。ベーンをハウジング組立体に取り付け、同様に、チャンバをロータ組立体に取り付けることが可能である。ハウジングの外周は、一般的にクランクシャフトから、または可能であればマルチカム式エンジンにおける別のカムシャフトから、チェーン、ベルト、またはギヤを通して駆動力を受けるスプロケット、プーリー、またはギヤを形成する。
カムトルク作動型(CTA)可変カムシャフトタイミング(VCT)システムでは、エンジンからのカムトルクを利用して1つまたはそれ以上のベーンを動かし、流体を油溜めに排出することなく作用チャンバ間で再循環させる。ハウジング組立体およびロータ組立体間の移動をロックしたりロック解除したりするためのロックピンは、制御弁によって制御することができる。エンジン停止中、制御弁は、流体が再循環によってチャンバ内に維持されるような位置に移動され、かつロックピンに供給されるいかなる流体も制御弁を通して回路からベントされる。
エンジンのクランキングの間またはその直後に、位相器に通じる通路を含むエンジンのオイル通路が排出された可能性があるため、ロックピンを解放するのに十分な油圧がない可能性がある。エンジンの回転によって駆動される、オイルポンプがエンジンのオイル回路に再充填して圧力を立ち上げるのに時間がかかる。
カムシャフトトルク作動式(CTA)可変カムシャフトタイミング(VCT)システムの他にも、油圧式のVCTシステムの大部分は2つの原理、すなわち油圧作動(OPA)またはねじり補助(TA)で作動する。油圧作動式のVCTシステムにおいて、オイル制御弁(OCV)がエンジンの油圧をVCT位相器内の1つの作用チャンバに誘導し、同時にハウジング組立体、ロータ組立体、およびベーンで画定された対向する作用チャンバをベントさせる。これにより、ベーンの1つまたはそれ以上で圧力差が生じ、VCT位相器が一方向または他の方向に油圧的に押されるようにする。オイル制御弁を中立に置くか、またはゼロ位置に動かすと、ベーンの両側に同一の圧力が作用して、位相器は任意の中間位置に保持される。弁がより早く開くか閉まる方向に位相器が移動すると、該位相器はアドバンス(進角)すると言い、弁がより遅く開くかまたは閉まる方向に位相器が移動すると、該位相器はリタード(遅角)すると言う。
ねじれ補助(TA)システムは、カム作動によって起こるトルクインパルスのような対向力を招くと、VCT位相器が命令を受けたこととは反対方向に移動するのを防止するために、1つまたはそれ以上のチェック弁を有している点を除いては、OPAシステムと同様の原理で作動する。
上述した動作を実行する際のOPAまたはTAシステムの問題は、オイル制御弁がデフォルトでアドバンスまたはリタード作用チャンバのいずれかから全てのオイルを排出し、かつ対向するチャンバを満たす位置になることである。このモードでは、位相器はデフォルトで、ロックピンが噛み合うところの極限停止点まで一方向に移動しする。付勢ばねを使用して、位相器を所望の位置に優先的にガイドすることができる。OPAまたはTAシステムは、エンジンが油圧を発生しておらず、ロックピンをロック解除できないエンジン始動サイクル中は、VCT位相器を任意の他の位置に誘導できない。
一部の車両は、内燃機関を自動的に停止および自動的に再始動する「停止始動モード」を使用して、例えば停止信号または交通渋滞において車両が停止するときに、エンジンがアイドリングに費やす時間を減らすことができる。このモードは排出ガスを減少させ、燃料効率(燃費)を向上させる。エンジンのこの停止は、「キーオフ」位置、あるいはイグニションスイッチの動作停止による手動停止とは異なる。この場合、車両の使用者がエンジンを停止する、または駐車場に車を入れて車両の電源を切る。「停止−始動モード」では、車両が停止するとエンジンが停止し、そして車両の使用者がほとんど気付かない方法で自動的に再始動する。「停止−始動」時に、完全リタード位相器位置(full retard phaser position)はエンジンを始動するのに必要なエネルギーを減少させ、かつ完全リタード位相器位置は高温エンジン再始動中のエンジン「騒音、振動およびハーシュネス」(NVH:Noise, Vibration and Harshness)を減少させると判断されている。説明したものとは異なるロック位置を必要とする他の戦略を開発することができる。
拡張された範囲のオーソリティおよび完全リタード停止でロックする能力を有する吸気カムシャフト位相器デザインの問題点は、吸気カムシャフト位相器がリタード停止においてまたはその近傍でロックされた状態でエンジンが停止され、かつエンジンが放冷されるならば、位相器がリタード停止の近傍にロックされた状態でエンジンが正常なコールドスタートを達成できない可能性がある。エンジンクランキングの間、ロックピンを解除するのに十分なエンジン油圧がない可能性がある。
既存の位相器制御弁とソレノイドを使用して、あらゆる状況でロッキングピンを外すのに十分な油圧を提供するポンピングチャンバを形成する。
位相器の停止中およびスプールチャンバの充填中の一実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 スプールポンプの動作中の一実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 位相器がロック位置から離れて位相調整された後のポンプ回路の排出中の一実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 エンジンが作動して油圧が閾値に達した後の通常運転中の一実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 ロータ組立体及びパイロット弁を示す可変カムタイミング位相器の断面図を示す。 制御弁とロックピンを示す可変カムタイミング位相器の断面図を示す。 制御弁およびスプール内のポンプチャンバからパイロット弁への通路を示す可変カムタイミング位相器の別の断面図を示す。 制御弁およびパイロット弁を示す可変カムタイミング位相器の別の断面図を示す。 エンドプレート上のベント機構を閉じた状態でのロック位置の拡大図を示す。 エンドプレート上のベント機構を閉じた状態のロック位置の別の拡大図を示す。 エンドプレート上のベント機構が開いた状態でのロック解除位置の拡大図を示す。 エンドプレート上のベント機構が開いた状態でのロック解除位置の別の拡大図を示す。 位置対圧力のグラフを示す。 位相器の停止中およびスプールチャンバの充填中の別の実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 スプールポンプの動作中の別の実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 位相器がロック位置から離れて位相調整された後のポンプ回路の排出中の別の実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 エンジンが作動して油圧が閾値に達した後の通常運転中の別の実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。 別の実施形態の可変カムタイミング位相器の断面図を示す。 図16の線17−17に沿った断面図を示す。 図16の線18−18に沿った他の断面図を示す。
図1〜図10Bは、スプール弁の位置に応じたVCT位相器の作動モードを示している。図に示す位置は、VCT位相器が移動している方向を規定する。位相制御弁は無限な数の中間位置を有するので、制御弁はVCT位相器が移動する方向を制御するだけでなく、個別のスプール位置に応じて、VCT位相器が位置を変更する速度を制御することが理解される。したがって、位相制御弁はまた、無限な数の中間位置でも作動可能であり、図に示す位置に限定されないことが理解されるであろう。
図5を参照すると、位相器のハウジング組立体100は、駆動力を受けるための外周101を有する。位相器のハウジング組立体100は、内面板100aと外面板100bとを備える。ロータ組立体105は、カムシャフト(図示せず)に連結され、かつハウジング組立体100の内部に同軸に配置されている。ロータ組立体105は、ハウジング組立体100とロータ組立体105との間に形成されたチャンバ117をアドバンスチャンバ102とリタードチャンバ103のような作用チャンバに分離する少なくとも1つのベーン104を有する。ベーン104は、ハウジング組立体100とロータ組立体105との相対的な角度位置をシフトするために回転することができる。
ハウジング組立体100の内面板100aは、オイル溜めに通じるベント128に連結されたエンドプレートポケット155を含むことができる。ロータ組立体105は対応するロータポケット157を有し、これはエンドプレートポケット155と整列したときに制御弁109のベントを可能にし、ロックアップを防止する。ベント128は、図9A、図9B、図10Aおよび図10Bにオリフィスとして示されているが、ベント128は、ウォームトレイル(worm trail)または他の制限オリフィスとすることができる。
ロックピン125は、ロータ組立体105のボア122内部に摺動自在に収容され、例えば図6に示すように、ばね124によってハウジング組立体100の内側プレート100bにおけるの凹部127に向けて付勢されかつ嵌合される端部125aを有する。代案的に、ロックピン125をハウジング組立体100内に収容し、ロータ組立体105内の凹部127に向けてばね124によって付勢してもよい。外側エンドプレート100bは、ベント129を含んでもよい、例えばロックピン125をベント可能にし、ロックピン125の油圧ロックを防止するウォームトレイルまたは他の制限オリフィスなどである。
ロックピン125は、ロックピン125の端部125aが凹部127と係合しない第1のロック解除位置と、ロックピン125の端部125aが凹部127と係合する第2のロック位置とを有し、ハウジング組立体100に対するロータ組立体105の相対的な移動をロックする。凹部127は、パイロット弁130を介して位相制御弁109と流体連通している。ロックピン125の加圧は、位相制御弁109およびパイロット弁130の切替/移動によって制御される。
図1〜図4および図5〜図8を参照すると、位相制御弁109、好ましくはスプール弁はスプール111を含む。該スプール111は、カムシャフト(図示せず)において案内するロータ組立体105のボア内部にあるスリーブ116中に摺動自在に収容される少なくとも1つの円筒状ランド111aを有する。位相制御弁109は、カムシャフトにおいて案内するロータ組立体105のボア内部に、位相器から遠く離れて、あるいは位相器のセンターボルトに配置されてもよい。スプールの一端は、ばね115に接触し、かつスプールの反対側の端部はパルス幅変調可変力ソレノイド(VFS)107に接触する。ソレノイド107はまた、電流または電圧を変化させてあるいはその他の適用可能な方法によって線形的に制御することができる。加えて、スプール111の反対側の端部は、モータまたは他のアクチュエータと接触してその影響を受けることがある。ばね115と接触するスプール111の端部とスリーブ116の内径116aとの間にポンプチャンバ150が形成されている。ポンプチャンバ150は供給オイルを貯蔵し、このチャンバ150内のオイルの圧力はパイロット弁130とスプール111の動きによってポンプアップすなわち昇圧される。
位相制御弁109の位置は、可変力ソレノイド107の負荷サイクルを制御するエンジン制御ユニット(ECU)106によって制御される。ECU106は、エンジン、メモリ、および外部デバイスやセンサーとのデータ交換に使用される入出力ポートを制御するための様々な計算プロセスを実行する中央処理ユニット(CPU)を含むことが好ましい。
スプール111の位置は、ばね115およびECU106によって制御されるソレノイド107の影響を受ける。位相器の制御に関する追加的な詳細内容は、以下に詳細に論議される。スプール111の位置によって、位相器の動き(例えば、アドバンス位置、ホールド位置、またはリタード位置に向かって移動する)が制御され、かつロックピンをロックまたはロック解除するためにどんな流体が使用されるかが制御される。
パイロット弁130、好ましくはスプール弁はスプール131を含む。該スプール131は、ロータ組立体105のボア内部にあるスリーブ132中に摺動自在に収容された円筒状ランド131a、131b、131c、131dを有する。貫通通路134はランド131aと131bの間に存在する。パイロット弁130は、位相器から遠く離れて、またはカムシャフト(図示せず)において案内するロータ組立体105のボア内部に配置されてもよい。スプール131の一端はばね133と接触し、スプール131の反対側の端部はライン118を通して供給部Sと流体連通している。供給ライン118は、供給ライン118への流体の流れを許容しかつ供給ライン118からの流体の流れを防止する入口逆止弁119を含むことができる。パイロット弁130は、ライン141および142を通って位相制御弁109とともにライン140を通ってハウジング組立体100の凹部127と流体連通している。パイロット弁130は、加えて供給ライン144と流体連通している。供給ライン144は、供給部Sと流体連通していることが好ましい。供給144は、ライン118と直接流体連通するかまたはスプール弁109を介して選択的に連通することも可能であろう。代案的に、供給144は、アドバンスチャンバ102またはリタードチャンバ103によって制御されることも可能であろう。ベントポート145がスリーブ132内にも存在している。
スプール131の位置は、ばね115と可変力ソレノイド107の影響を受ける。スプール111の位置は、ロックピン125をロック解除またはロックするためにどの流体を使用するか、およびスプール111とスリーブ116との間に存在するポンプチャンバ150に供給オイルを供給するかどうかを制御する。パイロット弁130は2つの位置を有する。パイロット弁130の第1の位置では、スプールランド131dは供給ライン144の流れを遮断し、その第2の位置では、供給ライン144が供給部Sに開放されかつライン141がスプールランド131aによって遮断される。
スプール制御式ロックピン回路は、パイロット弁130と流体連通する供給ライン144と、パイロット弁130と、ハウジング組立体100の凹部127と流体連通するライン140と、ロックピン125とから構成されている。エンジン停止のときロックピン125はロック位置にある。
ポンプチャンバ回路は、パイロット弁130と流体連通する供給ライン118と、パイロット弁130と、ポンプチャンバ150と、パイロット弁130およびポンプチャンバ150と流体連通するライン141と、ポンプチャンバ150およびパイロット弁130と流体連通するライン142とから構成されている。ポンプチャンバ150は、圧力がもはや流体をポンプチャンバ150内に押し込むのに十分でなくなるか、またはポンプチャンバ150が完全に満たされるまで、油圧を減衰させかつ流体をロックピン125からベントさせることによって満たされる。従って、エンジン油圧が低下するにつれてポンプチャンバ150が満たされる。
ポンプチャンバ回路はエンジン停止中に満たされる。CTA位相器のアドバンスチャンバおよびリタードチャンバを除いて,位相器自体に存在するすべての流体は、ポンプチャンバ150内にドレンバックされる。オイルシステムからの残留圧力は、圧力が流体をポンプチャンバ150内に押し込むのにもはや十分でなくなるか、ポンプチャンバ150が完全に満たされるまでポンプチャンバ回路を満たす。
典型的には、エンジンクランキングの間、エンジン停止後、ロックピン125をロック解除するための油圧が存在せず、かつロックピン125がロック解除位置に圧力付勢された後まで位相調整を開始することができない。本発明では、エンジンのクランキング時および/または始動時に、エンジン停止後、ポンプチャンバ回路がスプール制御式ロックピン回路と流体連通しているときに、ロックピン125をロック解除位置に移動させる。言い換えれば、流体がポンプチャンバ150からライン142を通して、パイロット弁130のスプールランド131cと131dとの間でライン140を通して凹部127まで移動すると、ロックピン125はばね124の力に対抗して移動する。これにより、ロックピン125の端部125aがもはや凹部127と係合しないようになる。
ロックピン125の端部125aが凹部127から離脱されると、ロータ組立体105をハウジング組立体100に対して移動させることができ、位相器を例えばリタード位置、中間位置、アドバンス位置、かついくつかの位相器では戻り抑制位置に位相調整することができる。供給圧力が存在し、かつ位相器が位相調整されているときには、供給ライン144から流体がロックピン125の凹部127に供給されて、ロックピン125をロック解除位置に維持する。この時点では、ポンプチャンバ150内に流体は保持されていない。万一ポンプ回路を使用しないで位相器をロック解除するなら、油圧が作動レベルに達した後スプール111が位相器をロック解除する通常の機能を果たすことができる。なぜならばポンプチャンバ150をベントし、かつ通路144を通路140に連結するために、パイロット弁130が上に移動されているからである。
パルス幅変調可変力ソレノイド107の負荷サイクルに基づいて、スプール111はそのストロークに沿って対応する位置に移動する。可変力ソレノイド107の負荷サイクルが約40%、60%または80%であるとき、スプール111はそれぞれリタードモード、ゼロモード、およびアドバンスモードに対応する位置に移動され、かつパイロット弁130が加圧されて第2の位置に移動し、よってロックピン125が加圧されて解放される。
図1を参照すると、可変力ソレノイド107の負荷サイクルが0%であるとき、位相制御弁109のスプール111はばね115によって或る特定の位置に移動され、これにより、ポンプチャンバ150はランド131aとランド131b間のライン141を介してパイロット弁130を通して供給ライン118に存在するあらゆる流体を受け取る。エンジンの停止により、供給部Sからの流体の圧力は閾値以下であるので、ばね133はパイロット弁130のスプール131を或る特定の位置に付勢する。これにより、供給144は、ライン140を介して流体をロックピン125に供給することが阻止される。ライン140内に存在するいかなる流体も、パイロット弁130およびライン142を介してポンプチャンバ150に排出することができる。ライン140内には流体圧力がないため、ロックピン125は、凹部124に係合してハウジング組立体100に対するロータ組立体105の相対運動をロックするようにばね124によって付勢される。ポンプチャンバ150を満たすことは、ポンプとして作用するように位相制御弁109を本質的にプライミングすることである。流体チャンバ150内に集合する、流体の容積は、漏出に備えて、ロックピン125をロック解除するのに必要であろう容積であることが好ましい。ロータポケット157はエンドプレートポケット155と整列しておらず、ベント128は遮断されている。
図2は、エンジンクランキング中のスプールポンプの作動中の一実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図である。エンジンのクランキング中は、供給油圧が不足しているため、圧力は全く存在していないかまたは極めて少ししか存在していない。供給ライン118からもライン144からも供給圧力が存在しないので、ロックピン125をロック解除するための圧力が存在せず、したがってエンジンクランキングの直後またはエンジンクランキングの間に位相器を位相調整する。
エンジンクランキングの間、位相制御弁109のスプール111は、ばね115の力に対抗して、VFS107によって或る特定位置に移動され、これにより、スプール111はライン141を介してポンプチャンバ150への流体の流れを遮断する。エンジンクランキングの間、ポンプチャンバ150から流体をポンプ吐出するために、負荷サイクルは0%で始まり、100%まで移行して、位相制御弁109がポンプチャンバ150内に存在する流体を追い出し、かつポンプチャンバ150から、ライン141が遮断されているので、ライン142に排出するように強制する。ポンプチャンバ150をライン142に入れる。ばね115の力に対抗してVFS107によるスプールの動きは、ポンプチャンバ150内に圧力を生じさせ、流体を高圧でライン142内にポンプ吐出または押し込む。ライン142から、流体は、パイロット弁130のランド131cと131dとの間を通ってハウジング組立体100の凹部127と流体連通しているライン140まで流れ、ロックピン125をロック解除位置に向けてばね124に対抗して付勢する。ロータポケット157はエンドプレートポケット155と整列しておらず、ベント128は遮断されている。
図3は、エンジンクランキング中であるが、ロックピン125がロック解除位置に移動された後の位相器を示している。負荷サイクルは、可変カムタイミング位相器の目標位相調整に必要となるいかなるサイクルにも移行されることに留意されたい。ロックピン125がロック解除され、ハウジング組立体100の凹部127ともはや係合しなくなった後、ロータ組立体105は自由に回転する。ポンプチャンバ150から流出する流体は、ロータポケット157がエンドプレートポケット155と整列すると、ベント128と連通しているライン143に排出され、スプール111が動くのを可能にしてロックアップを防止し、位相器が位相調整することを可能にする。供給144はパイロット弁130のランド131dによってロックピン125へ流体を供給することが阻止され、またしたがって流体は供給144へ戻ることが許容されない。ライン118内の流体圧力が、パイロット弁130をばね133に対抗して第2の位置に付勢するのに十分ではないと(例えば、油圧が閾値に達していない)、供給144が遮断されることに留意されたい。
図4は、エンジンが作動して油圧が閾値に達した場合の通常運転中の一実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。ライン118の油圧が、スプール131をばね133に対抗して付勢できる或る特定の圧力に達すると、スプール131はスプールランド131aがライン141を遮断する第2の位置に移動される。位相制御弁109のポンプチャンバ150に存在するいかなる流体も偶発的でありかつパイロット弁130のベント145を通してベントする。流体はまた、供給144から、スプールランド131cと131dとの間でパイロット弁130を通してライン140まで供給され、ロックピン125をロック解除位置に維持しかつばね145に対抗して付勢する。ロックピン125が凹部127と整列しているまで、ロックピン125は、供給144からの流体がなくてもロック解除状態のままであり得ることに留意されたい。通常のエンジン運転が行われ、かつロックピン125は、エンジン運転条件に従ってロック解除位置およびロック位置に移動することができる。さらに、ロータポケット157はエンドプレートポケット155と整列して、ベント128は開放する。
図11は圧力対位置の一例のグラフである。例えば図4に示されるように、通常のエンジン位相器作動中、ロックピン125における油圧は約5バールであり得る。図1に示すように、エンジンが停止すると、ロックピン125におけるエンジン油圧は減衰し始める、すなわち例えば約1.25バールまで低下する。ロックピン125は、凹部127とロックまたは係合しており、約0.8バール未満で係合解除またはロック解除することはできない(すなわち、ばね124は、ロックピン125にかかる圧力の力よりも大きい力を有する)。パイロット弁130はポンプチャンバ150を約0.4バールで満たすことができるように動く。ロックピン125における油圧がゼロバールにあるとき、追加のオイルはポンプチャンバ150に供給されない。
再始動時のエンジンクランキングの間、スプール111はVFS107によって動かされ、その結果、ポンプチャンバ150内のオイルの容積は0.8バールを超えるまで加圧され、かつ図2に示すように、追い出されてスプール制御ロックピン回路を作動させ加圧する。図11に示した圧力は例示目的であり、エンジン運転中に変化することがあることに留意されたい。
上述の実施形態は、或る特定長さの単一のパイロット弁130を含むが、パイロット弁130は単一のパイロット弁130の長さ未満である、或る特定の長さの少なくとも2つのパイロット弁に分割することができ、位相器に必要とされる軸方向のパッケージスペースを減少させる。
図12〜図18は、異なるエンジン運転条件に基づくVCT位相器の動作モードを示す。図に示すう位置は、VCT位相器が動く方向を規定する。位相制御弁は無限な数の中間位置を有するので、制御弁はVCT位相器が移動する方向を制御するだけでなく、個別のスプール位置に応じてVCT位相器が位置を変更する速度も制御することが理解される。したがって、位相制御弁はさらに無限な数の中間位置でも作動することができ、図に示す位置に限定されないことが理解される。
図12〜図18を参照すると、位相制御弁109、好ましくは、スプール弁はスプール111を含む。該スプール111は、カムシャフト(図示せず)において案内するロータ組立体105のボア内部にあるスリーブ116中に摺動自在に収容される少なくとも1つの円筒状のランド111aを有する。位相制御弁109は、位相器から遠く離れて、カムシャフトにおいて案内するロータ組立体105のボア内部に、または位相器のセンターボルトに配置されてもよい。スプールの一端はばね115に接触し、スプールの反対側の端部はパルス幅変調可変力ソレノイド(VFS)107に接触する。ソレノイド107はまた、電流または電圧を変化させてまたは適用可能な他の方法によって線形的に制御することができる。加えて、スプール111の反対側の端部は、モータまたは他のアクチュエータと接触してその影響を受ける可能性がある。スプール111のばね115と接触する端部とスリーブ116の内径116aとの間にはポンプチャンバ150が形成されている。ポンプチャンバ150は供給オイルを貯蔵し、このチャンバ150内のオイルの圧力はスプール111の動きによって昇圧される。
位相制御弁109の位置は、可変力ソレノイド107の負荷サイクルを制御するエンジン制御ユニット(ECU)106によって制御される。ECU106は、エンジン、メモリ、およびデータを外部装置およびセンサとやりとりするために使用される入出力ポートを制御するための様々な計算プロセスを実行する中央処理ユニット(CPU)を含むことが好ましい。
スプール111の位置は、ばね115およびECU106によって制御されるソレノイド107の影響を受ける。位相器の制御に関するさらなる詳細は、以下に詳細に説明される。スプール111の位置により、位相器の動き(例えば、アドバンス位置、ホールド位置、またはリタード位置に向かって移動)が制御される。
第1のパイロット弁230、好ましくは、スプール弁はスプール231を含む。該スプール231は、ロータ組立体105のボア内部にあるスリーブ232中に摺動自在に収容された円筒状のランド231a、231bを有する。第1パイロット弁230は、位相器から遠く離れて、あるいはカムシャフト(図示せず)において案内するロータ組立体105のボア内部に配置されてよい。スプール231の一端はばね233と接触し、スプール231の反対側の端部はライン118を通して供給部Sと流体連通している。供給ライン118は、供給ライン118への流体の流入を許容しかつ供給ライン118からの流体の流出を防止する入口逆止弁119を収容することができる。第1のパイロット弁230は、ライン236および142を通って位相制御弁109とともにライン140を通ってハウジング組立体100の凹部127と流体連通している。第1のパイロット弁230は、さらに供給ラインと流体連通している。供給ライン234は、供給部Sと流体連通するのが好ましい。供給234はまた、ライン118と直接流体連通するか、または以下でさらに詳細に説明するスプール制御ロックピン回路などのスプールバルブ109を介して選択的に連通することも可能であろう。代案的に、供給234は、アドバンスチャンバ102またはリタードチャンバ103によって制御されることも可能であろう。ベントポート235もまた、第1のパイロット弁230のスリーブ232内に存在する。第1のパイロット弁230の位置は、どの回路がロックピンに接続されるかを決定する:スプール制御式ロックピン回路かまたはポンプチャンバ回路。言い換えれば、第1のパイロット弁230は、2つのロックピン制御回路のうちのどちらがロックピンに接続されているかを決定する。
第2のパイロット弁240、好ましくは、スプール弁はスプール241を含む。該スプール241は、ロータ組立体105のボア内部にあるスリーブ242中に摺動自在に収容された円筒状のランド241a、241bを有する。第2のパイロット弁240は、位相器から遠く離れて、あるいはカムシャフト(図示せず)において案内するロータ組立体105のボア内部に配置されてよい。スプール241の一端はばね243と接触し、スプール241の反対側の端部はライン118を通して供給部Sと流体連通している。第2のパイロット弁240は、ライン246および142を通して位相制御弁109とさらに流体連通している。供給ライン118は、好ましくは、第2のパイロット弁240のライン245と、そしてライン118と直接に流体連通している。ベントポート247はまた、第2のパイロット弁240のベント244と流体連通している。第2のパイロット弁は、ロックピン125と直接流体連通していない。
スプール111の位置は、ばね115および可変力ソレノイド107の影響を受ける。スプール111の位置は、スプール制御ロックピン回路を制御し、かつ第2のパイロット弁240を用いてスプール111とスリーブ116との間に存在するポンプチャンバ150に供給オイルが供給されるかどうかを制御する。第1のパイロット弁230および第2のパイロット弁240はそれぞれ2つの位置を有する。
第1のパイロット弁230の第1位置では、スプールランド231bは供給ライン234からの流体の流れを遮断し、そして第2位置では、供給ライン234は供給部から、好ましくはスプール制御ロックピン回路から流体を受け取るために開放し、かつライン236はスプールランド231aによって遮断されている。第2のパイロット弁240の第1の位置では、スプールランド241bはベント244を遮断する。第2のパイロット弁240の第2の位置では、ベント244は開放し、かつスプールランド241aは供給ライン245を遮断する。
スプール制御式ロックピン回路は、第1のパイロット弁230と流体連通する供給ライン234と、第1のパイロット弁230と、ハウジング組立体100の凹部127と流体連通するライン140と、ロックピン125とから構成される。エンジンがオフであるとき、ロックピン125はロック位置にある。
ポンプチャンバ回路は、第1のパイロット弁230および第2のパイロット弁240と流体連通する供給ライン118と、第1のパイロット弁230および第2のパイロット弁240と、ライン142および第2のパイロット弁240と流体連通するライン246と、パイロット弁240、ライン142および第1のパイロット弁230と流体連通するライン236と、ポンプチャンバ150と、ポンプチャンバ150および第1および第2のパイロット弁230、240と流体連絡するライン142とから構成される。圧力がもはや流体をポンプチャンバ150内に押し込むのに十分でなくなるか、ポンプチャンバ150を完全に満たすまで、油圧を減衰させかつロックピン125および第1および第2のパイロット弁230、240から流体をベントさせることによってポンプチャンバ150が満たされる。したがって、エンジンチャンバの油圧が低下するにつれて、ポンプチャンバ150が満たされる。
ポンプチャンバ回路はエンジンオフ中に満たされる。位相器自体に存在する流体の一部は、CTA位相器のアドバンスチャンバおよびリタードチャンバを除いて、ポンプチャンバ150内にドレンバックし得る。ポンプチャンバを満たすための根本的な方法は、残留油圧である。オイルシステムからの残留圧力は、圧力がもはや流体をポンプチャンバ150に押し込むのに十分でなくなるか、ポンプチャンバ150を完全に満たすまで、ポンプチャンバ回路を満たす。
典型的には、エンジンクランキングの間、エンジン停止後、ロックピン125をロック解除するための油圧が存在せず、ロックピン125がロック解除位置に圧力付勢された後まで位相調整を開始することができない。本発明では、エンジンクランキングおよび/または始動の間、エンジン停止後、ポンプチャンバがロックピン125と流体連通してスプール111がストロークされると、ロックピン125がロック解除位置に移動される。言い換えれば、流体がポンプチャンバ150から、ライン142を通って、第1のパイロット弁230のスプールランド231aと231bとの間のライン140を通って凹部127に移動すると、ロックピン125はばね124の力に対抗して移動して、その結果、ロックピン125の端部125aはもはや凹部127と係合しない。
ロックピン125の端部125aが凹部127から外れてしまうと、ロータ組立体105をハウジング組立体100に対して移動させることができ、位相器を例えばリタード位置、中間位置、アドバンス位置、そして一部の位相器では、戻り抑制位置に位相調整することができる。供給圧力が存在し、位相器が位相調整されているときには、流体が第1パイロット弁230の供給ライン234からロックピン125をロック解除位置に維持するためにロックピン125の凹部127に供給される。この時点では、ポンプチャンバ150内に流体は維持されていない。万一位相器をロック解除するためにポンプチャンバ回路を使用しなければ、スプール111は油圧が作動レベルに達した後に位相器をロック解除するそれの通常機能を実行できる。なぜならポンプチャンバ150をベントして通路234を通路140に連結するために第1のパイロット弁230は上へ移動されていたことになる。第2のパイロット弁240は、供給オイルSをポンプチャンバ150に連結して充填するタイミング、およびポンプチャンバ150をベントしてスプール弁109を自由に動くことを可能にするタイミングを制御する。
パルス幅変調可変力ソレノイド107の負荷サイクルに基づいて、スプール111はそのストロークに沿って対応する位置に移動する。可変力ソレノイド107の負荷サイクルが約40%、60%または80%であるとき、スプール111はそれぞれリタードモード、ゼロモード、およびアドバンスモードに対応する位置に移動される。供給圧力が適切であるとき、第1および第2のパイロット弁230、240は加圧されて第2の位置に移動し、ロックピン125は加圧されて解放される。
図12を参照すると、可変力ソレノイド107の負荷サイクルが0%であるとき、位相制御弁109のスプール111はばね115によって或る特定の位置に移動され、これにより、ライン245を介してライン246に至りランド241aと241bとの間で第2パイロット弁240を通過することによってポンプチャンバ150は供給ライン118に存在するあらゆる流体を受け取り、ロックピン125をスプール制御ロックピン回路を介して加圧および解放することができる。ライン246から、流体はライン142に流れそしてポンプチャンバ150に流れる。エンジンの停止により供給部Sからの流体の圧力は閾値を下回っているので、ばね233は第1のパイロット弁230のスプール231を或る特定の位置に付勢する、これにより、供給234はライン140を介して流体をロックピン125へ供給することが阻止される。同時に、第2のパイロット弁240のランド241aと241bとの間の流体の通過およびばね243のばね力により、ベント244が付加的に遮断される。ライン140内に存在する流体はいずれも、第1のパイロット弁230を通過してライン236およびライン142へ至ることによって第1のパイロット弁130を介してポンプチャンバ150へと排出することができる。ライン140に流体圧力がないことにより、ロックピン125がばね124により付勢されて凹部127に係合しかつハウジング組立体100に対するロータ組立体の相対的な移動を係止する。ポンプチャンバ150の充填は、基本的に位相制御弁109をプライミングしてポンプとして作用させることである。流体チャンバ150内で集合する流体の容積は、漏れに備えて、ロックピン125の係合を解除するのに必要とされるであろう或る特定の容積であることが好ましい。ロータポケット157はエンドプレートポケット155と整列しておらず、ベント128は遮断されている。
図13は、エンジンクランキング時のスプールポンプの動作中の別の実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。エンジンのクランキングの間、供給油圧が不足しているため、圧力が極めて少ないかまったくない。供給ライン118からもライン234からも供給圧力が存在しないので、ロックピン125をロック解除し、したがってエンジンクランキング直後またはエンジンクランキング中に位相器を位相調整するための圧力は存在しない。
エンジンクランキングの間、位相制御弁109のスプール111は、ばね115の力に対抗して、VFS107によって或る特定の位置に移動される。エンジンクランキングの間、ポンプチャンバ150から流体をポンプ吐出するために、負荷サイクルは0%で開始して100%まで移行して、位相制御弁109がポンプチャンバ150内に存在する流体を追い出しそしてポンプチャンバ150からライン142内に排出するように強制する。ばね115の力に対向してVFS107によるスプールの動きは、ポンプチャンバ150内に圧力が発生させ、流体を高圧でライン142内にポンプ吐出するかまたは押し込む。ライン142から、流体は、ハウジング組立体100の凹部127と流体連通するように第1のパイロット弁230のランド231aと231bとの間でライン140に流れ、ロックピン125をばね124に対抗してロック解除位置に付勢する。ロータポケット157はエンドプレートポケット155と整列しておらず、ベント128は遮断されている。
図14は、エンジンクランキング中の位相器を示しているが、ロックピン125がロック解除位置に移動された後の状態である。負荷サイクルは、可変カムタイミング位相器の目標位相調整に必要とされるどんなサイクルであれそこへ移動されることに留意されたい。ロックピン125がロック解除され、ハウジング組立体100の凹部127ともはや係合しなくなった後、ロータ組立体105は自由に回転する。ロータポケット157がエンドプレートポケット155と整列すると、ポンプチャンバ150から流出する流体はベント128と連通するライン143に排出され、スプール111が移動してロックアップを防止することを可能にして、かつ位相器が位相調整することを可能にする。供給234は、第1のパイロット弁230のランド231bによってロックピン125へ流体を供給することが阻止されるので、流体が供給234にドレンバックすることが許容されていない。供給ライン118内の流体圧が、ばね233、243に対抗して第1のパイロット弁230(第2のパイロット弁240もまた)を第2の位置に付勢するのに十分ではないと(例えば、油圧が閾値に達していない)供給234が遮断されることに留意されたい。
図15は、エンジンが作動していてかつ油圧が閾値に達した後の通常運転中の一実施形態の可変カムタイミング位相器の概略図を示す。ライン118の油圧が第1および第2のパイロット弁230、240のスプール231、241をばね233、243に対抗して付勢できる圧力に達すると、スプール231、241は、スプールランド231aがライン236を遮断し、かつスプールランド241aがライン245を遮断する第2の位置に移動される。位相制御弁109のポンプチャンバ150内に存在するいかなる流体はすべて偶発的であり、かつ第2のパイロット弁240のベント244を通してベントされる。流体はまた供給234から、第1のパイロット弁230のスプールランド231aと231bとの間を通ってライン140まで供給され、ロックピン125をロック解除位置に維持し、ロックピン125をばね124に対抗して付勢する。ロックピン125が凹部127と整列するまで、ロックピン125は、供給234からの流体がなくてもロック解除状態に留まることができることに留意されたい。通常のエンジン運転が行われ、ロックピン125はエンジン運転条件に従ってロック解除位置およびロック位置に移動される。さらに、ロータポケット157はエンドプレートポケット155と整列して、ベント128は開放する。
したがって、本明細書に記載した本発明の実施形態は、本発明の原理の適用の単なる例示にすぎないものと理解すべきである。本明細書における例示的な実施形態の詳細内容の参照は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではなく、その請求の範囲自体には本発明に本質的であると見なされる特徴的事項が列挙されている。

Claims (15)

  1. 内燃機関用の可変カムタイミング位相器であって、
    駆動力を受けるための外周と、外側エンドプレートと、内側エンドプレートとを備えるハウジング組立体と、
    複数のベーンを有する前記ハウジング組立体内に同軸に配置された、カムシャフトに連結するためのロータ組立体であって、前記ハウジング組立体および前記ロータ組立体が、ベーンによって作動流体チャンバに分離された少なくとも1つのチャンバを画定し、前記少なくとも1つのチャンバ内の前記ベーンの運動が前記ハウジング組立体と前記ロータ組立体との相対角度位置をシフトするように作用するロータ組立体と、
    前記ロータ組立体または前記ハウジング組立体の一方において摺動自在に配置されたロックピンであって、前記ロックピンが、前記ロックピンの端部部分が前記ロータ組立体または前記ハウジング組立体の他方においてロックピン凹部と係合しないロック解除位置から前記ロックピンの端部部分が前記ロックピン凹部に係合して前記ハウジング組立体と前記ロータ組立体との前記相対角度位置をロックするロック位置へと移動可能である、ロックピンと、
    少なくとも第1の位置と第2の位置との間で移動可能である制御弁であって、スリーブ内に摺動自在に収容されるスプールを備え、前記スプールと前記スリーブとの間に画定された流体の或る特定の容積を蓄積するためのポンプチャンバを有する、制御弁と、
    前記ロックピン、供給部および前記制御弁と流体連通するパイロット弁であって、流体がポンプチャンバから前記ロックピンの前記凹部へ流れることができる第1の位置と、供給部から前記ロックピンの前記凹部へ流体が流れる第2の位置とを有する、パイロット弁と、を備え、
    エンジン停止中、供給部および/または前記ロックピン凹部からの流体は、前記パイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れ、
    エンジンのクランキング中に、流体圧力が閾値まで上昇する前に、前記制御弁が前記第1の位置から前記第2の位置に移動して前記ポンプチャンバ内の前記流体の容積を前記パイロット弁を通して前記凹部に強制流入させて前記ロックピンを前記ロック解除位置に移動させる、可変カムタイミング位相器。
  2. 前記流体の容積は、前記ロックピンをロック解除位置からロック位置に移動させるための流体の或る特定の容積である、請求項1に記載の可変カムタイミング位相器。
  3. 前記ロータ組立体内のロータポケットと、ベントと流体連通する前記外側エンドプレート内のハウジングポケットとをさらに備える、請求項1に記載の可変カムタイミング位相器。
  4. 前記エンジンがクランキングしているとき、前記ロータポケットが前記ハウジングポケットおよび前記ベントと整列して、これにより、流体が前記制御弁から排出し、制御弁ロックアップを防止することができる、請求項3に記載の可変カムタイミング位相器。
  5. 供給部および/または前記ロックピン凹部からの前記流体が、前記ポンプチャンバが完全に満たされるまで、前記パイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れる、請求項1に記載の可変カムタイミング位相器。
  6. 前記供給部および/または前記ロックピン凹部からの前記流体が、前記可変カムタイミング位相器内の流体圧力が流体を前記ポンプチャンバ内に押し込むほど十分に大きくならないまで、前記パイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れる、請求項1に記載の可変カムタイミング位相器。
  7. 内燃機関用の可変カムタイミング位相器であって、
    駆動力を受けるための外周と、外側エンドプレートと、内側エンドプレートとを備えるハウジング組立体と、
    複数のベーンを有する前記ハウジング組立体内に同軸に配置された、カムシャフトに連結するためのロータ組立体であって、前記ハウジング組立体および前記ロータ組立体が、ベーンによって作動流体チャンバに分離された少なくとも1つのチャンバを画定し、前記少なくとも1つのチャンバ内の前記ベーンの運動が前記ハウジング組立体と前記ロータ組立体との相対角度位置をシフトするように作用するロータ組立体と、
    前記ロータ組立体または前記ハウジング組立体の一方において摺動自在に配置されたロックピンであって、前記ロックピンが、前記ロックピンの端部部分が前記ロータ組立体または前記ハウジング組立体の他方においてロックピン凹部と係合しないロック解除位置から前記ロックピンの端部部分が前記ロックピン凹部に係合して前記ハウジング組立体と前記ロータ組立体との前記相対角度位置をロックするロック位置へと移動可能である、ロックピンと、
    少なくとも第1の位置と第2の位置との間で移動可能である制御弁であって、スリーブ内に摺動自在に収容されるスプールを備え、前記スプールと前記スリーブとの間に画定された流体の或る特定の容積を蓄積するためのポンプチャンバを有する、制御弁と、
    前記ロックピン、供給部および前記制御弁と流体連通する第1パイロット弁であって、ポンプチャンバから前記ロックピンの前記凹部へ流体が流れることができる第1の位置およびスプール制御式ロックピン回路を介して前記ロックピンへおよびそこから流体が流れることができる第2の位置を有する、第1パイロット弁と、
    供給部、ベント、および前記制御弁と流体連通する第2パイロット弁であって、供給部から前記ポンプチャンバへ流体が流れることができる第1の位置および前記ポンプチャンバから流体がベントすることができる第2の位置を有する第2のパイロット弁と、を備え、
    エンジン停止中、流体が少なくとも前記供給部から前記第2のパイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れ、
    エンジンクランキングの間、流体圧力が閾値まで上昇する前に、前記制御弁が前記第1の位置から前記第2の位置に移動して前記ポンプチャンバ内の前記流体の容積を前記前記第1のパイロット弁を通して前記凹部に強制流入させて前記ロックピンをロック解除位置に移動させる、可変カムタイミング位相器。
  8. 前記第1のパイロット弁および前記第2のパイロット弁が前記ロータ組立体の中にある、請求項7に記載の可変カムタイミング位相器。
  9. 前記流体の容量は、前記ロックピンをロック解除位置からロック位置に移動させるための流体の或る特定の容量である、請求項7に記載の可変カムタイミング位相器。
  10. 前記ロータ組立体内のローターポケットと、ベントと流体連通する前記外側エンドプレート内のハウジングポケットとをさらに備える、請求項7に記載の可変カムタイミング位相器。
  11. エンジンがクランキングしているとき、前記ロータポケットが前記ハウジングポケットおよび前記ベントと整列して、これにより、流体が前記制御弁から排出することができ、かつ制御弁ロックアップを防止することができる、請求項10に記載の可変カムタイミング位相器。
  12. 供給部からの前記流体が、前記ポンプチャンバが完全に満たされるまで、前記第2のパイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れる、請求項7に記載の可変カムタイミング位相器。
  13. 前記ロックピン凹部からの前記流体は、前記ポンプチャンバが完全に満たされるまで、前記第1のパイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れる、請求項7に記載の可変カムタイミング位相器。
  14. 前記供給部からの前記流体が、前記可変カムタイミング位相器内の流体圧力が流体を前記ポンプチャンバ内に押し込むのに十分大きくないまで、前記第2パイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れる、請求項7に記載の可変カムタイミング位相器。
  15. 前記ロックピン凹部からの前記流体が、前記可変カムタイミング位相器内の流体圧力が流体を強制するのに十分大きくならないまで、前記第1パイロット弁を通して前記制御弁内の前記ポンプチャンバに流れる、請求項7に記載の可変カムタイミング位相器。
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