JP4209153B2 - 位相器 - Google Patents

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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。詳細には、本発明は、ロータの中心にスプールバルブと二つのチェックバルブとを備えた無段階可変カムシャフト割出し装置(infinitely variable camshaft indexer)に関する。
【0002】
【従来の技術およびその課題】
本発明は、2001年8月14日に出願された「チャンバおよびスプールバルブ間のロータに二つのチェックバルブを有する4シリンダエンジンのための捩じり補助カム位相器」という名称の米国仮出願第60/312,140号に開示された発明の利益を主張する。米国特許法第119条(e)項における米国仮出願の利益をここに主張する。上記出願は、引用することによって本件出願の中に含まれる。
【0003】
可変カムタイミングには、排気、燃費および動力密度の向上のような多くの利点がある。カムの位相調整のための一つの方法は、ベーン型カム位相器または油圧駆動装置(OPA)を使用している。この装置の性能は、典型的にはエンジン速度の関数である油圧に左右される。
【0004】
このため、低速時(とくにエンジンアイドル運転時)においては、OPAの性能は受け入れ難いものである。カム位相調整の第2の方法である、「カムトルク駆動による(CTA: cam torque actuated)位相調整」は、チェックバルブとともにカム捩じりエネルギを捕捉して、オイルチャンバを再循環させる。
【0005】
CTA技術は、速度範囲にわたってカムトルクを増幅することにより、I3エンジン、V3およびV6エンジンには良好に作用する。しかしながら、CTA技術は、4気筒エンジンには全速度範囲にわたって良好に作用しない。したがって、当該分野においては、4気筒エンジンに良好に作用する技術の必要性が存在している。
【0006】
これまで、数多くのVCTシステムに特許が付与されている。
米国特許第 5,386,807号は、高速でトルク作用を使用し、低速でエンジン油圧を使用している。制御バルブは、位相器の中心部に配置されている。位相器は、低速で油圧を提供するために内蔵型オイルポンプを有している。オイルポンプは、電磁気により制御されているのが好ましい。
【0007】
米国特許第 6,053,138号は、シャフトとくに内燃機関のカムシャフトの駆動ホイールに対する液圧回転角調整のための装置を開示している。この装置は、シャフトに回転不能に連結されたリブまたはベーンを有している。これらのリブおよびベーンは、区画されたホイールの隔室内に配置されている。
【0008】
ホイールの隔室とリブおよび(または)ベーンは、その液圧化によって二つの構成要素が互いに回転し得る圧力チャンバを生成する。調整圧または保持圧が不十分なときには、望ましくない回転を減らすために、ホイールとリブおよび(または)ベーンとの共通端面が、互いに回転可能な部分に解除可能な締結作用を及ぼす環状ピストンとともに作動する。
【0009】
関連する米国特許第 6,085,708号は、内燃機関のカムシャフトの駆動ホイールに対する相対的回転角を変更するための装置を示している。この装置は、隔室のあるホイール内で回転可能なリブまたはベーンに連結された内側部分を有している。
【0010】
この隔室のある従動ホイールは、円周回りに分配されかつリブまたはベーンによってそれぞれ二つの圧力チャンバに分割された複数の隔室を有している。回転角の変更は、加圧によってもたらされる。内燃機関のバルブ駆動装置からの、オーバラップする交番トルクの影響を最小限に抑えるために、回転位置の変化を液圧により減衰させる減衰構造が組み込まれている。
【0011】
引用することによって本件出願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、本願発明の背景を検討するときに有用である。
【0012】
米国特許第 5,002,023号は、本願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VCTシステムにおいては、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作動流体を選択的に移送することによって、カムシャフトのクランクシャフトに対する周方向位置を前進させまたは後退させるために、システムの液圧装置が、適切な作動流体要素を有しかつ逆方向に作用する一対の液圧シリンダを有している。
【0013】
制御システムは、スプールをバルブ内でその中央位置または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り、逆方向に作動するシリンダの一方または他方から作動流体を消費できる制御バルブを使用している。
【0014】
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 の増加または減少と、この一端に作用する液圧と他端に逆方向に作用する圧縮スプリングからの機械的な力との間の関係とに対応して生じる。
【0015】
米国特許第 5,107,804号は、本願発明の分野におけるVCTシステムの他のタイプについて記述している。このシステムにおいては、液圧装置が、上述の米国特許第 5,002,023号におけるシリンダに置き換わるローブをハウジング内に備えたベーンを有している。
【0016】
ベーンは、ハウジングに対して振動可能になっており、ハウジング内で作動流体をローブの一方の側から他方の側にまたはその逆方向に移動させるための適切な液圧流体要素を備えている。これにより、ベーンをハウジングに対して一方向にまたは他の方向に振動させる。
【0017】
この振動は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位置を前進させまたは後退させるのに効果的な運動である。このVCTシステムにおける制御システムは、作用した同じタイプの力に反応する同じタイプのスプールバルブを使用する米国特許第 5,002,023号に開示されたものと同一である。
【0018】
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と他端に作用する機械的な力とを釣り合わせようとすることによって発生する、上記タイプのVCTシステムの問題に取り組んでいる。
【0019】
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された制御システムは、スプールの両端に作用する液圧を使用している。スプールの一端に作用する液圧は、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からのものである。
【0020】
スプールの他端に作用する液圧は、減圧された圧力Pc において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他の増幅器からのものである。スプールの対向端部に作用する力は、元は液圧であって同じ作動流体に基づいているため、作動流体の圧力変化および粘性は、互いに打ち消し合ってスプールの中央位置または零位置には影響を及ぼさない。
【0021】
米国特許第 5,361,735号においては、カムシャフトが、振動しないよう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ローブを有している。
【0022】
カムシャフトの回転は、通常の運転中に作用するトルクパルスに反応して変化する傾向があり、エンジン制御ユニットからの振動に応答して制御バルブのバルブ本体内のスプール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阻止しまたは許容することにより、カムシャフトの回転が前進しまたは後退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型の電気モータにより回転する回転直線運動変換手段により、定められた方向に付勢されている。
【0023】
米国特許第 5,497,738号は、最大液圧Ps 時においてエンジンオイルギャラリから直接供給された液圧に起因するスプール一端への液圧を使用しない制御システムを示している。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式のアクチュエータに起因している。
【0024】
このアクチュエータは、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)から出力された電子信号に反応するスプールに直接作用する。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、センサからの信号を受け取り、この情報を利用して、相対位相角を計算する。位相角誤差を訂正する閉ループフィードバックシステムが採用されているのが好ましい。
【0025】
可変力ソレノイドの使用は、遅い動的応答の問題を解決する。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することが可能であり、たしかに従来の(完全に液圧による)差圧制御システムよりもずっと速い。
【0026】
応答性が速くなることによって、上昇した閉ループゲインを使用できるようになり、このことは、構成部品の誤差や運転環境に対してシステムをあまり敏感でないようにする。
【0027】
上述したすべてのシステムにおいては、カムシャフトタイミングの制御装置が、カムシャフトの内部または下流に配置されている。このため、作動流体がスプールバルブからロータのベーン内に移動したとき、漏れの可能性が高まる。したがって、当該分野においては、運転中の漏れを減少させる、無段階VCT多数位置カム割出し装置の必要性が存在する。
【0028】
本発明は、運転中のオイル漏れを減少させることができる位相器を提供することを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、カムシャフトと、エンジンのクランクシャフトに連結されたタイミングギヤとの間のタイミングを調整するための位相器である。この位相器は、第1、第2のベーンおよび中央の円筒状凹部を有し、カムシャフトとともに回転するようにカムシャフトに連結可能なロータと、タイミングギヤとともに回転するようにタイミングギヤに連結可能に設けられ、ロータを同軸に囲繞する本体部を有するハウジングと、ロータの円筒状凹部内に配置され、ロータの回転軸に沿ってスライド可能なスプールとを備えている。本体部は、ロータの各ベーンを受け入れるように周方向に間隔を隔てた第1、第2の凹部を有し、各ベーンの回転運動を許容している。各ベーンは、各凹部を第1、第2の部分にそれぞれ分割している。各凹部における第1、第2の部分は、流体の第1の部分への導入がロータをハウジングに対して第1の回転方向に移動させ、流体の第2の部分への導入がロータをハウジングに対して逆側の回転方向に移動させるように、液圧を維持し得るようになっている。ロータの円筒状凹部内でスプールをスライド可能に移動させることにより、流体導入部から第1、第2の部分への流体の流れが制御されてロータに対するハウジングの回転運動を変化させるように、スプールがロータの複数の流路を閉塞しまたは接続する2つのランドを有している。ロータの中央の円筒状凹部は、円筒状凹部を第1の部分に接続するとともに円筒状凹部から第1の部分に流体を導入するための第1の導入ラインと、流体が第1の部分に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第1の導入ライン内に配置された第1のチェックバルブと、第1の導入ラインとは別個に設けられかつ円筒状凹部を第2の部分に接続するとともに円筒状凹部から第2の部分に流体を導入するための第2の導入ラインと、流体が第2の部分に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第2の導入ライン内に配置された第2のチェックバルブとを備えている。スプールは、中央部と、中央部の長さ分だけ離間配置された第1、第2のランド部を有しており、各ランド部が、円筒状凹部で流体の流れを阻止する嵌合状態を提供する円周部を有しており、中央部が、各ランド部よりも小さくかつ流体が流れるのを許容する円周部を有している。ロータの円筒状凹部においてカムシャフトからもっとも離れた第1の端部からカムシャフトにもっとも接近した第2の端部まで長さ方向に間隔を隔てた関係で、円筒状凹部が、円筒状凹部内の中央位置を流体源に接続する中央の導入ラインと、円筒状凹部を大気に開放する第1の排出ベントと、第1の部分を円筒状凹部に接続するとともに第1の部分から円筒状凹部内に流体を戻すための第1の戻りラインと、円筒状凹部を大気に開放する第2の排出ベントと、第2の部分を円筒状凹部に接続するとともに第2の部分から円筒状凹部内に流体を戻すための第2の戻りラインとを有している。第1、第2の排出ベント、第1、第2の戻りライン、第1、第2の導入ラインおよび中央の導入ラインは、円筒状凹部に長さ方向に間隔を隔てて配置されている。スプールが円筒状凹部の各端部間の中央位置に配置されているとき、第1、第2のチェックバルブがいずれも開放し、第1のランドが第1の戻りラインおよび第1の導入ラインを閉塞し、かつ第2のランドが第2の導入ラインおよび第2の戻りラインを閉塞するように、また、スプールが円筒状凹部の第1の端部に接近して配置されているときに、第1の導入ラインおよび第2の戻りラインが閉塞されておらず、第1のチェックバルブが開放して第2のチェックバルブが閉塞し、中央の導入ラインからの流体が第1の導入ラインおよび第1の部分に流入し、かつ第2の部分からの流体が第2の戻りラインおよび第2の排出ベントに流入するように、さらに、スプールが円筒状凹部の第2の端部に接近して配置されているとき、第2の導入ラインおよび第1の戻りラインが閉塞されておらず、第1のチェックバルブが閉塞して第2のチェックバルブが開放し、中央の導入ラインからの流体が第2の導入ラインおよび第2の部分に流入し、かつ第1の部分からの流体が第1の戻りラインおよび第1の排出ベントに流入するように、第1、第2のランドが十分な長さと互いの距離を有している。
【0030】
請求項の発明においては、請求項1において、エンジン制御ユニットから出力された信号に反応してスプールの位置を制御する可変力アクチュエータがさらに設けられている。
【0031】
請求項の発明においては、請求項において、可変力アクチュエータが電気機械式の可変力ソレノイドであることを特徴としている。
【0032】
請求項の発明においては、請求項において、電気機械式可変力ソレノイドが遮断されているときに、スプールバルブを最大前進位置に付勢するためのスプリングがさらに設けられている。
【0033】
請求項の発明においては、請求項において、可変力アクチュエータがパルス幅変調ソレノイドであることを特徴としている。
【0034】
請求項の発明においては、請求項1において、流体がエンジン潤滑油であることを特徴としている。
【0035】
本発明は、制御バルブがロータ内に配置された無段階可変カムシャフトタイミング装置(割出し装置)である。詳細には、本発明は、チャンバおよびスプールバルブ間のロータに二つのチェックバルブを有する4シリンダエンジンのための捩じり補助カム位相器である。制御バルブがロータ内に配置されていることにより、カムシャフトは、エンジンオイルまたは作動流体を供給するための単一の流路を提供するだけでよく、従来のように、位相器を制御するための多数の流路を必要としない。
【0036】
二つのチェックバルブ、つまりアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブもまたロータ内に配置されている。チェックバルブは、各チャンバの制御流路内に配置されている。供給部に単一のチェックバルブを備えるかわりに、チェックバルブをアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに配置することの主な利点は、漏れを減少させることにある。
【0037】
このような設計手法はまた、スプールバルブを通る高圧のオイルの流れをなくすとともに、油路が短くなることによりトルク逆転に対してチェックバルブの応答時間を向上させる。また、本願発明による位相器は、油圧駆動の装置よりも性能が優れており、オイル消費量が少ない。
【0038】
ロータはカムシャフトに連結されており、外側ハウジングおよびギヤは、ロータおよびカムシャフトに対して移動する。供給源からのオイルは、カムシャフトの中心を通って供給される。スプールバルブの位置は、位相器が前進するかまたは後退するかを決定する。
【0039】
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。
【0040】
【発明の実施の形態】
大抵のエンジンは、アイドル運転時には、カム位相器を駆動する許容カムトルクを有している。しかしながら、第4次のカムトルクがエンジン速度とともに減少して、高速回転時には、カム位相器は、カムトルクのみでは駆動されず、液圧による力を必要とする。このような問題は、4気筒エンジンにはとくによく起こることである。
【0041】
本願発明は、エンジンオイル圧を使用しており、カム位相器を駆動するのにカム捩じりエネルギによって補助されている。このことは、捩じり補助(TA: Torsional Assist)と呼称される。この設計におけるチェックバルブは、カムの捩じりによって発生するトルク逆転を排除しており、駆動速度を向上させている。
【0042】
本願発明が適用される内燃機関は、ピストンのコネクティングロッドにより駆動されるクランクシャフトと、シリンダの吸排気弁を駆動する一本またはそれ以上のカムシャフトとを有している。カムシャフト上のタイミングギヤは、ベルト、チェーンまたはギヤのようなタイミング駆動装置を介してクランクシャフトに連結されている。
【0043】
図面には、ただ1本のカムシャフトが図示されているが、このカムシャフトが、オーバヘッドカムシャフト型またはインブロックカムシャフト型のいずれかにおける単一カムシャフトエンジンのカムシャフトであるか、ダブルカムシャフト型エンジンの2本のカムシャフト(吸気弁を駆動するカムシャフトまたは排気弁を駆動するカムシャフト)のうちの1本であるか、またはV型オーバヘッドカムシャフトエンジンにおける4本(各シリンダバンクに2本)のカムシャフトのうちの1本であるかのいずれかであるということが、理解されるだろう。
【0044】
可変カムタイミング(VCT)システムにおいては、カムシャフトに連結されたロータとタイミングギヤに連結されたハウジングとを有し、位相器(phaser)として知られる可変角カップリングによって、カムシャフト上のタイミングギヤが置き換えられている。
【0045】
これにより、カムシャフトおよびクランクシャフトの相対的なタイミングを変化させるために、角度限界の範囲内でカムシャフトをタイミングギヤから独立して回転させることができる。
【0046】
ここで使用される「位相器」という用語は、ハウジングおよびロータを含み、さらに、カムシャフトのタイミングをクランクシャフトに対して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。任意の多軸カムシャフト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設けられるということが理解されるだろう。
【0047】
図1において、ロータ1は、ねじ14によりロータ前側プレート4とともに取付フランジ8に固定されることによって、カムシャフト9に据え付けられている。ロータ1は、半径方向外方において逆方向に突出しかつハウジング本体2の凹部17内に配置される一対のベーン16を有している。
【0048】
内側プレート5、ハウジング本体2および外側プレート3は、取付フランジ8、ロータ1およびロータ前側プレート4の回りにねじ13により一体に固定されている。これにより、ベーン16を保持しかつ外側プレート3および内側プレート5により囲繞された凹部17が、流体を密封するチャンバを構成する。
【0049】
タイミングギヤ11が、ねじ12によって内側プレート5に連結されている。ここでは、内側プレート5、ハウジング本体2、外側プレート3およびタイミングギヤ11は、「ハウジング」と総称される。
【0050】
図2ないし図5に示すように、ロータ1のベーン16は、ハウジング本体2において半径方向外方に延びる凹部17内に係合しており、各凹部17の周方向長さは、ロータ1に対してハウジングの限定された振動を許容するように各凹部内に受け入れられたベーン16の周方向長さよりも若干長くなっている。
【0051】
ベーン16には、収容溝19内にベーンチップ6が設けられており、このベーンチップ6は、弧状弾性部材であるリニアエキスパンダ7によって半径方向外方に付勢されている。ベーンチップ6は、凹部17の内壁面およびベーン16の間からエンジンオイルが漏れないようにしており、各凹部は、対向チャンバ17a,17bに分割されている。
【0052】
これにより、ハウジング2の各チャンバ17a,17bが、液圧を維持できるようになっている。チャンバ17aへの液圧の導入は、ロータ1を時計回りに移動させ、チャンバ17bへの液圧の導入は、ロータ1を反時計回りに移動させる。
【0053】
スプールバルブ20のスプール27が、ロータ1の内部において中心軸26に沿って円筒状の凹部25内に配置されている。スプールバルブからのオイルは、流路によりチャンバ17a,17bに導かれる。エンジンオイルまたは他の作動流体は、取付フランジ8の側部に流入し、流路21を通ってロータ1に入る。
【0054】
スプールバルブ20がロータ1内に配置されてカムシャフト9内には配置されていないので、カムシャフト9の製造はかなり容易になる。流体は、位相器を通ってロータ1のスプールバルブ20内に移動するだけでよいので、複雑な流路をカムシャフト9に加工する必要がなくなり、外部取付バルブが不要になる。
【0055】
ロータ1内にスプールバルブ20を設置することは、漏れを減少させ、位相器の応答性を向上させる。このような設計手法は、カムベアリングに設けられた制御システムと比較して、流路を短くすることができる。
【0056】
図6ないし図10において、ロータ1はスプールバルブ109を収容している(図6参照)。スプールバルブ109は、スプール104および円筒状部材115を有している。止め輪150がスプール104の一端に係合している。プラグ202は、円筒状部材115の端面と面一に圧入されている。
【0057】
スプリング116がプラグ202に当接している。ロータ1内部のアドバンスチャンバチェックバルブ200およびリタードチャンバチェックバルブ201は、止め輪205,206をそれぞれ有している。止めねじ203は、ロータ1の表面の下方に沈んでいるのが好ましい。ロータ1には、ダボ207も装着されている。
【0058】
図11ないし図13において、エンジン潤滑油の形態として図示された位相器作動流体122は、共通の導入ライン110を介して、凹部17a,17bに流入する。ここで、“A”と表示されているのはアドバンス側を示し、“R”と表示されているのはリタード側を示している。
【0059】
アドバンスチャンバチェックバルブ200は、アドバンスチャンバ導入ライン111に配置されており、リタードチャンバチェックバルブ201は、リタードチャンバ導入ライン113に配置されている。供給部に単一のチェックバルブを設けるかわりに、アドバンスチャンバおよびリタードチャンバにチェックバルブを設置する主な利点は、オイル漏れを減少させることである。
【0060】
チャンバおよびスプールバルブ109間にチェックバルブ200,201を配置することは、スプールバルブ109を通る高圧オイルの流れを排除する。また、短い油路に起因したトルク逆転に対してチェックバルブ200,201の応答時間を向上させる。
【0061】
油圧駆動(OPA)装置と比較した捩じり補助(TA)位相器の第2の利点は、オイル消費量である。TA位相器は、OPA装置の性能よりも優れており、オイル消費量も少ない。
【0062】
導入ライン110は、スプールバルブ109への入口を終端としている。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。好ましくは漏出孔を有するスプール104は、前後方向にスライド可能になっている。
【0063】
スプール104は、その対向端部にスプールランド104a,104bを有しており、これらは、円筒状部材15の内部にぴったりと装着されている。スプールランド104a,104bは、好ましくは円柱形状を有しており、以下に詳細に記述されるように、好ましくは三つの位置をとり得るようになっている。
【0064】
円筒状部材115内におけるスプール104の位置制御は、可変力ソレノイド(VFS)103に直接応答している。可変力ソレノイド103は、好ましくは電気機械式のアクチュエータである。
【0065】
1996年3月12に発行された「直流電気機械式アクチュエータを有するVCT制御」という名称の米国特許第 5,497,738号は、可変力ソレノイドの使用について開示しており、該特許は、引用することによって本明細書の中に含まれる。
【0066】
簡単にいえば、好ましい実施態様においては、電流がケーブルからソレノイドハウジングを通ってソレノイドコイルに流れ、電気機械式アクチュエータ103の内部でアーマチュア(鉄芯)117に反発力を及ぼす。アーマチュア117は、スプール104の延長部104cを押圧して、スプール104を右方に移動させる。
【0067】
スプリング116の弾性反発力が、アーマチュア117による逆方向の押付力と釣り合っていれば、スプール104は零位置つまり中央位置を維持する。このようにして、場合に応じてソレノイドコイルへの電流を増加または減少させることにより、スプール104はいずれかの方向に移動する。
【0068】
他の実施態様においては、可変力ソレノイド103の構成を逆にして、スプール延長部104cへの力を押付力から引張力に変えてもよい。このような変形例では、スプリング116の作用がアーマチュア117の新しい方向への移動における力に対抗するように、設計変更が必要である。
【0069】
可変力ソレノイド103は、従来のカムシャフトタイミング装置に一般的であったように移動距離の一端または他端まで完全に移動できるのではなく、スプールバルブが段階的に移動するのを許容する。可変力ソレノイドの使用は、遅い動的応答性を解消する。
【0070】
応答性が速くなると、増加した閉ループゲインを使用できるようになり、これにより、システムが構成要素の誤差および運転環境にあまり影響を受けないようになる。また可変力ソレノイドのアーマチュアは、エンジン制御ユニット(ECU)102からの電流によって制御された短い距離を移動するだけである。
【0071】
好ましい実施態様においては、電子インターフェースモジュール(EIM)がVCTの電子機器を提供している。EIMは、アクチュエータ103とECU102との間をインターフェースしている。
【0072】
要求される移動距離が極端に大きくなることはほとんどないので、チャタリングが解消されており、このことは、システムを実際上ノイズのない状態にする。従来の差圧制御システムに対して最も重要な利点は、基本的なシステムの改良された制御にある。可変力ソレノイドは、VCT位相器の命令入力信号に迅速にかつ正確に従うことができる非常に進んだ能力を提供する。
【0073】
可変力ソレノイドの好ましいタイプは、円筒状のアーマチュア、可変断面積ソレノイド、平坦面を有するアーマチュア、または可変ギャップソレノイドを含むが、これらには限定されない。ここで採用された電気機械式アクチュエータは、パルス幅変調供給によっても運転されるだろう。
【0074】
あるいは、液圧ソレノイド、ステッピングモータ、ウォームギヤまたはヘリカルギヤモータ、あるいは純粋に機械式のアクチュエータのような他のアクチュエータも、本発明の教示の範囲内でスプールバルブを駆動するのに用いられるだろう。
【0075】
図11に示すように、スプール104は、位相角を維持するために零位置に配置される。関連するエンジンのクランクシャフトに対して、カムシャフト9は、スプール104の零位置に関係する、選択された中間位置に維持されている。供給部からの補給オイルは、双方のチャンバ17a,17bを満たす。
【0076】
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ばかりでなく、戻りライン112,114の双方を閉塞する。
【0077】
作動流体122は、スプールバルブ109の中央のキャビティ119内に実質的に取り込まれているので、圧力は維持され、作動流体122はチャンバ17a,17b双方に対して流入も流出もしない。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。
【0078】
このため、スプールバルブは、小刻みに振動して小さな動きを生じる。すなわち、アドバンスチャンバ17aおよびリタードチャンバ17bが圧力を失い始めたとき、補給オイル122が圧力を取り戻すように、スプール104は前後方向に小刻みに動く。
【0079】
その一方、その動きは、流体が排出ポート106,107を出るほど十分な大きさではない。振動中に補給オイルの供給が容易に行われるように、中央のキャビティ119は、その端部がテーパ状に形成されているのが好ましい。
【0080】
アーマチュア117の力が、ソレノイドコイルに与えられる電流に対応しており、スプリング116の力もスプリング位置に対して予想可能であるので、スプール104の位置は、ソレノイド電流のみに基づいて容易に確認可能である。
【0081】
スプール104の両端に作用する液圧荷重間の不均衡を使用する場合と比較すると、スプール104の一方向または他の方向への移動について、スプール104の一端104bに作用する電気的な力と、他端104aに作用するスプリング力との間の不均衡のみを使用することによって、制御システムは液圧システムの圧力から完全に切り離されている。
【0082】
したがって、潜在的に広い油圧の範囲内で運転するのに、特定のエンジンの個々の特性に起因する、妥協したシステムを設計する必要はない。その点で、パラメータの狭い範囲内で運転されるシステムを設計することにより、VCTシステムの改良された運転のためにスプール104を迅速かつ正確に零位置に配置できるようになる。
【0083】
図12において、位相器を進めるために、スプールバルブ104を左側に移動させることによって、作動流体122がアドバンスチャンバ17aまで供給される。同時に、リタードチャンバ17bの作動流体は、大気中に排出される。
【0084】
つまり、リタードチャンバ17bは低圧位置まで移動し、排出された作動流体は、流体源まで戻って再使用される。多くの場合、「大気」とは、エンジンオイルがエンジン底部のオイルパンに排出される位置まで、たとえばタイミングチェーンカバーまたはオイルパンに接続された戻りラインまでを意味している。
【0085】
アドバンスチャンバチェックバルブ200は開放されており、これにより、作動流体122がアドバンスチャンバ17aに流入するのが許容される。リタードチャンバチェックバルブ201は閉塞されており、これにより、リタードチャンバ導入ライン113を通って作動流体122がリタードチャンバ17bに流入するのを阻止している。
【0086】
この構造においては、ランド104bが、リタードチャンバ導入ライン113に作動流体が導入されるのを阻止する。キャビティ119は、アドバンスチャンバ17aの導入ライン11と整列しており、これにより、追加の作動流体122がアドバンスチャンバ17aに流入するのが許容される。
【0087】
ランド104aは、アドバンスチャンバ17aの戻りライン112から作動流体122が流出するのを阻止する。キャビティ121は、作動流体122がリタードチャンバ戻りライン114を通って排出口107から大気中に排出されるのを許容する。
【0088】
図13において、位相器を後退させるために、スプールバルブ104が右方に移動して、作動流体122がリタードチャンバ17bに供給されるとともに、アドバンスチャンバ17a内の作動流体122が大気中に排出される。リタードチャンバチェックバルブ201は開放されており、これにより、作動流体122がリタードチャンバ17bに流入するのが許容される。
【0089】
アドバンスチャンバチェックバルブ200は閉塞されており、これにより、アドバンスチャンバ導入ライン111を通って作動流体122がアドバンスチャンバ17aに流入するのを阻止している。この構成においては、ランド104bが、リタードチャンバ戻りライン114から作動流体が排出するのを阻止する。
【0090】
キャビティ119は、リタードチャンバ導入ライン113と整列しており、作動流体122がリタードチャンバ17b内に流入するのを許容する。ランド104aは、作動流体122がアドバンスチャンバ導入ライン111内に流入するのを阻止する。
【0091】
キャビティ120は、作動流体122がアドバンスチャンバ戻りライン112を通ってアドバンスチャンバ排気口106から大気中に排出されるのを許容する。
【0092】
好ましい実施態様においては、位相器を所定位置に保持するのに油圧が十分でない場合に、始動用のロック機構が含まれている。たとえば、単一位置のピンが穴に挿入されており、ロータおよびハウジングをともにロックする。または、当該分野で知られている変更およびロック機構が用いられる。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る位相器によれば、ロータ内にスプールのみらず第1、第2のチェックバルブを設けるようにしたので、運転中のオイル漏れを減少させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様によるカムシャフトの分解組立図である。
【図2】図1のカムシャフトの平面図である。
【図3】図1のカムシャフトの平面概略図である。
【図4】図3のIV-IV 線断面図である。
【図5】図3のV-V 線断面図である。
【図6】本発明の一実施態様によるロータの分解組立図である。
【図7】図6のロータの平面図である。
【図8】図7のVIII-VIII 線断面図である。
【図9】図6のロータの平面図である。
【図10】図9のX-X 線断面図である。
【図11】本発明の好ましい実施態様において、零位置におかれたアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブを備えたカム位相器を示している。
【図12】本発明の好ましい実施態様において、アドバンス位置におかれたアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブを備えたカム位相器を示している。
【図13】本発明の好ましい実施態様において、リタード位置におかれたアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブを備えたカム位相器を示している。
【符号の説明】
1: ロータ
2: ハウジング(本体部)
9: カムシャフト
11: タイミングギヤ
16: ベーン
17: 凹部
17a: チャンバ(第1の部分)
17b: チャンバ(第2の部分)
25: 円筒状凹部
26: 回転軸
104: スプール
104a: ランド
104b: ランド
122: 流体
200: アドバンスチャンバチェックバルブ
201: リタードチャンバチェックバルブ

Claims (6)

  1. カムシャフト(9)と、エンジンのクランクシャフトに連結されたタイミングギヤ(11)との間のタイミングを調整するための位相器であって、
    周方向に間隔を隔てた第1および第2のベーン(16)と、回転軸(26)に沿って配置された中央の円筒状凹部(25)とを有し、カムシャフト(9)とともに回転するようにカムシャフト(9)に連結可能なロータ(1)と、
    タイミングギヤ(11)とともに回転するようにタイミングギヤ(11)に連結可能に設けられ、ロータ(1)を同軸に囲繞する本体部(2)を有するハウジングと、
    ロータ(1)の円筒状凹部(25)内に配置され、ロータ(1)の回転軸に沿ってスライド可能なスプール(104)とを備え、
    本体部(2)が、ロータ(1)の第1および第2のベーン(16)を受け入れるように周方向に間隔を隔てた第1および第2の凹部(17)を有するとともに、第1および第2のベーン(16)の回転運動を許容しており、
    第1および第2のベーン(16)の各々が、第1および第2の凹部(17)の各々を第1の部分(17a)および第2の部分(17b)にそれぞれ分割しており、
    第1および第2の凹部(17)における第1の部分(17a)および第2の部分(17b)は、圧力下で流体(122)の第1の部分(17a)への導入がロータ(1)をハウジングに対して第1の回転方向に移動させるとともに、圧力下で流体(122)の第2の部分(17b)への導入がロータ(1)をハウジングに対して逆側の回転方向に移動させるように、液圧を維持し得るようになっており、
    ロータ(1)の円筒状凹部(25)内でスプール(104)をスライド可能に移動させることによって、流体導入部から第1の部分(17a)および第2の部分(17b)への流体(122)の流れが制御されて、ロータ(1)に対するハウジングの回転運動を変化させるように、スプール(104)が、ロータ(1)の複数の流路を閉塞しまたは接続する2つのランド(104a,104b)を有しており、
    ロータ(1)の中央の円筒状凹部(25)が、
    円筒状凹部(25)を第1の部分(17a)に接続するとともに円筒状凹部(25)から第1の部分(17a)に流体(122)を導入するための第1の導入ライン(111)と、流体(122)が第1の部分(17a)に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第1の導入ライン(111)内に配置された第1のチェックバルブ(200)と、第1の導入ライン(111)とは別個に設けられかつ円筒状凹部(25)を第2の部分(17b)に接続するとともに円筒状凹部(25)から第2の部分(17b)に流体(122)を導入するための第2の導入ライン(113)と、流体(122)が第2の部分(17b)に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第2の導入ライン(113)内に配置された第2のチェックバルブ(201)と、
    を備えており、
    スプール(104)が、中央部と、中央部の長さ分だけ離間配置された第1のランド部(104a)および第2のランド部(104b)を有しており、第1のランド部(104a)および第2のランド部(104b)が、円筒状凹部(25)内で流体の流れを阻止する嵌合状態を提供する円周部を有するとともに、中央部が、第1のランド部(104a)および第2のランド部(104b)よりも小さくかつ流体(122)が流れるのを許容する円周部を有しており、
    ロータ(1)の円筒状凹部(25)においてカムシャフト(9)からもっとも離れた第1の端部からカムシャフト(9)にもっとも接近した第2の端部まで長さ方向に間隔を隔てた関係で、円筒状凹部(25)が、円筒状凹部(25)内の中央位置を流体源(122)に接続する中央の導入ライン(110)と、円筒状凹部(25)を大気に開放する第1の排出ベント(106)と、第1の部分(17a)を円筒状凹部(25)に接続するとともに第1の部分(17a)から円筒状凹部(25)内に流体(122)を戻すための第1の戻りライン(112)と、円筒状凹部(25)を大気に開放する第2の排出ベント(1 07)と、第2の部分(17b)を円筒状凹部(25)に接続するとともに第2の部分(17b)から円筒状凹部(25)内に流体(122)を戻すための第2の戻りライン(114)とを有しており、
    第1の排出ベント(106)、第2の排出ベント(107)、第1の戻りライン(112)、第2の戻りライン(114)、第1の導入ライン(111)、第2の導入ライン(113)および中央の導入ライン(110)が、円筒状凹部(25)に長さ方向に間隔を隔てて配置されており、
    スプール(104)が円筒状凹部(25)の第1の端部と第2の端部との間の中央の位置に配置されているとき、第1のチェックバルブ(200)および第2のチェックバルブ(201)がいずれも開放し、第1のランド(104a)が第1の戻りライン(112)および第1の導入ライン(111)を閉塞し、第2のランド(104b)が第2の導入ライン(113)および第2の戻りライン(114)を閉塞するように、
    また、スプール(104)が円筒状凹部(25)の第1の端部に接近して配置されているとき、第1の導入ライン(111)および第2の戻りライン(114)が閉塞されておらず、第1のチェックバルブ(200)が開放しかつ第2のチェックバルブ(201)が閉塞し、中央の導入ライン(110)からの流体(122)が第1の導入ライン(111)および第1の部分(17a)に流入し、第2の部分(17b)からの流体(122)が第2の戻りライン(114)および第2の排出ベント(107)に流入するように、
    さらに、スプール(104)が円筒状凹部(25)の第2の端部に接近して配置されているとき、第2の導入ライン(113)および第1の戻りライン(112)が閉塞されておらず、第1のチェックバルブ(200)が閉塞しかつ第2のチェックバルブ(201)が開放し、中央の導入ライン(110)からの流体(122)が第2の導入ライン(113)および第2の部分(17b)に流入し、第1の部分(17a)からの流体が第1の戻りライン(112)および第1の排出ベント(106)に流入するように、
    第1のランド(104a)および第2のランド(104b)が、十分な長さと互いの距離を有している、
    ことを特徴とする位相器。
  2. 請求項1において、
    エンジン制御ユニット(102)から出力された信号に反応してスプール(104)の位置を制御する可変力アクチュエータ(103)をさらに有している、
    ことを特徴とする位相器。
  3. 請求項2において、
    可変力アクチュエータ(103)が電気機械式の可変力ソレノイドである、
    ことを特徴とする位相器。
  4. 請求項3において、
    電気機械式可変力ソレノイドが遮断されているときに、スプールバルブ(109)を最大前進位置に付勢するためのスプリング(116)をさらに有している、
    ことを特徴とする位相器。
  5. 請求項2において、
    可変力アクチュエータ(103)がパルス幅変調ソレノイドである、
    ことを特徴とする位相器。
  6. 請求項1において、
    流体(122)がエンジン潤滑油である、
    ことを特徴とする位相器。
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