JP5147940B2 - カムシャフトに取り付けられた可変カムタイミング制御装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００７年７月６日に出願された「カムシャフトに取り付けられた可変カムタイミング制御装置」（ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＣＡＭ ＴＩＭＩＮＧ ＣＯＮＴＲＯＬＳ ＭＯＵＮＴＥＤ ＩＮ ＴＨＥ ＣＡＭＳＨＡＦＴ）という名称の仮特許出願第６０／９４８，２１９号明細書に開示された発明を主張する。この米国仮特許出願の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益が本明細書で主張され、上記出願は、参照により本明細書に援用される。

本発明は、可変カムタイミングの分野に関する。より詳しくは、本発明は、カムシャフトに取り付けられた可変カムタイミング（ＶＣＴ）制御装置に関する。

先行技術において、可変カムタイミング制御装置は、カムシャフト、位相器またはスプールバルブとは別個に取り付けられ、および／または内燃機関のフロントカバーに存在する。ハウジングとは別個に可変カムタイミング制御装置を配置することにより、バルブトレインの長さが長くなり、したがって、エンジンサイズが大きくなる。

例えば、先行する米国特許第６，５７１，７５７号明細書において、位相器内に取り付けられた中央スプールバルブの位置を制御するための可変力ソレノイドは、位相器およびスプールバルブとは別個にまたはそれらの外部に取り付けられる。米国特許第５，２０１，２８９号明細書において、公知の電流比例式のアクチュエータは、スプールバルブを移動させるためのカムシャフトとは別個のハウジングを有する。特開平４−０９３１０８Ａ号公報において、ソレノイドバルブは、流体をカムシャフトの中央通路に供給し、カムシャフトに平行に取り付けられる。

あるいは、可変カムタイミング制御装置は、米国特許第６，４３５，１５４号明細書に記載の内燃機関のフロントカバーに取り付けられる。

改善されるパッケージまたはより小さなパッケージに対する自動車産業の現在の要求により、可変カムタイミング機構または位相器に対して可変カムタイミング制御装置を移動させて、ＶＣＴシステムのパッケージ空間を減少させる必要がある。

可変カムタイミング機構用の可変カムタイミング制御装置が、カムシャフトの中空部内に取り付けられた可変力ソレノイドを含む内燃機関が提供される。可変力ソレノイドは、エンジンに固定された管状シャフト、およびソレノイドと可変カムタイミング機構との間の軸受によって中空カムシャフト内の所定位置に保持される。

カムシャフト内に取り付けられた可変カムタイミング制御装置の図である。 ハウジングとは別個の可変カムタイミング制御装置を有する先行技術の可変カムタイミング機構と、カムシャフト内に可変カムタイミング制御装置を有する本発明の可変カムタイミング機構とを、それらが必要とするバルブトレインの長さおよびエンジンサイズの増大について比較する図である。 ハウジングとは別個の可変カムタイミング制御装置を有する先行技術の可変カムタイミング機構と、カムシャフト内に可変カムタイミング制御装置を有する本発明の可変カムタイミング機構とを、それらが必要とするバルブトレインの長さおよびエンジンサイズの増大について比較する図である。 代替実施態様のカムシャフト内に取り付けられた可変カムタイミング制御装置の図である。

図１は、カムシャフト内に取り付けられた可変カムタイミング機構用のタイミング制御装置の図を示している。ＶＣＴ機構は、エンジンカムシャフト（または多数カムシャフトエンジンのカムシャフト）の１つ以上の「ベーン位相器」を使用し得る。ほとんどの場合、位相器は、１つ以上のベーンを有するロータ１２８を有し、このロータ１２８は、カムシャフト１０８の第１の端部１０８ａに取り付けられ、そしてベーン（図示せず）が取り付けられる、ロータとハウジングとの間のチャンバを形成するハウジング１３２によって囲まれる。ＶＣＴ機構１４０のハウジング１３２は、チェーンを介して、通常は、クランクシャフト（図示せず）から、場合により、多数カムエンジンの他のカムシャフトから駆動力を受け入れるための歯１３２ａを含む。ハウジング１３２によって収容されたフランジ１２２はカムシャフト１０８に取り付けられる。

ロータ１２８内には制御バルブ１１４がある。制御バルブ１１４の位置は、制御バルブアクチュエータまたは可変力ソレノイド１０２によって変更される。制御バルブ１１４はベーンへの流体の流れを制御し、これらのベーンは移動してエンジンのタイミングを変更する。制御バルブ１１４は、好ましくは、ばね１０６によって偏倚される第１の端部１０４ｄと、可変力ソレノイド１０２のアーマチュア１０２ａに接触させるための第２の端部１０４ｃとを有する複数のランド１０４ａ、１０４ｂを有するスプール１０４である。

カムシャフト１０８の中空部内には、小径の可変力ソレノイド１０２が取り付けられ、この可変力ソレノイド１０２は、軸受１１２によって支持された第１の端部と、カムシャフトの第２の端部１０８ｂすなわち、カムシャフト１０８の、可変カムタイミング機構１４０の反対側の端部から延びる管状シャフトまたはトルク管１１６によってカムシャフト内に固定される第２の端部とを有する。トルク管または管状シャフト１１６は末端部１２０に接続される。可変力ソレノイド１０２の第１の端部は、可変カムタイミング機構１４０に近接する軸受１１２の近傍にまたは隣接して取り付けられる。軸受１１２により、取り付けられた中央制御バルブ１１４に対する可変力ソレノイド１０２の半径方向位置および軸方向位置が確保される。管状シャフトまたはトルク管１１６は、末端部１２０を介してエンジンヘッドのまたはエンジンブロック１１８の取付部に固定され、可変力ソレノイド１０２がカムシャフト１０８と共に回転または回動することを防止する。さらに、管状シャフトまたはトルク管１１６を使用して、配線（図示せず）を可変力ソレノイド１０２から、エンジンヘッド１１８に取り付けられたコネクタに導くことが可能である。

カムフランジ１２２の中空部１２２ａ、カムシャフト１０８の中空１０８ｃ、および制御バルブ１１４が収容される穴が全て整列される。可変力ソレノイド１０２のアーマチュア１０２ａ、およびスプール１０４の第２の端部１０４ｃはカムフランジ１２２の中空部１２２ａ内に延びる。可変力ソレノイド１０２のアーマチュア１０２ａは、ＥＣＵ（図示せず）から受信された制御信号に応じて、スプール１０４の第２の端部１０４ｃに接触し、可変カムタイミング機構１４０内のスプール１０４の位置を調整する。

流体は、カムフランジ１２２を介してロータ１２８に延びるカムシャフト１０８のライン１３２を介して、可変カムタイミング機構１４０に入る。流体は、当該技術分野で知られている他の経路を介してロータへと移動することが可能である。

あるいは、図３に示されているように、ソレノイドの一端２０２ｂがエンジンブロック１１８に直接取り付けられるべく、可変力ソレノイド２０２の長さを長くすることによって、可変力ソレノイド２０２をカムシャフト１０８の中空部１０８ｃ内に取り付けてもよい。可変力ソレノイド２０２の端部２０２ｂをエンジンブロック１１８に取り付けることによって、軸受１１２が不要になる。

可変カムタイミング機構１４０は、取り付けられた中央制御バルブを有する任意のタイプの位相器であり得る。位相器は、２００５年４月２６日に発行された「ロータに配置された制御装置を有する捩り補助型多数位置カムインデクサ」（ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＭＵＬＴＩ−ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＣＡＭ ＩＮＤＥＸＥＲ ＨＡＶＩＮＧ ＣＯＮＴＲＯＬＳ ＬＯＣＡＴＥＤ ＩＮ ＲＯＴＯＲ）という名称の米国特許第６，８８３，４８１号明細書に記載の捩り補助型位相器であることが可能であり、米国特許第６，８８３，４８１号明細書は、単一チェックバルブＴＡを開示しており、参照により本明細書に援用され、および／または２００４年７月２０日に発行された「チャンバ間のロータの２つのチェックバルブとスプールバルブとを有するエンジン用のカム位相器」（ＣＡＭ ＰＨＡＳＥＲ ＦＯＲ ＥＮＧＩＮＥＳ ＨＡＶＩＮＧ ＴＷＯ ＣＨＥＣＫ ＶＡＬＶＥＳ ＩＮ ＲＯＴＯＲ ＢＥＴＷＥＥＮ ＣＨＡＭＢＥＲＳ ＡＮＤ ＳＰＯＯＬ ＶＡＬＶＥ）という名称の米国特許第６，７６３，７９１号明細書は、２つのチェックバルブＴＡを開示しており、参照により本明細書に援用される。さらに、位相器は、２００７年８月１４日に発行された「低いカム捩りのエンジン作動状態用の比例油圧を有するＣＴＡ位相器」（ＣＴＡ ＰＨＡＳＥＲ ＷＩＴＨ ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＯＩＬ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＦＯＲ ＡＣＴＵＡＴＩＯＮ ＡＴ ＥＮＧＩＮＥ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＣＡＭ ＴＯＲＳＩＯＮＡＬＳ）という名称の米国特許第７，２５５，０７７号明細書に記載のハイブリッド位相器であることが可能であり、参照により本明細書に援用される。また、可変カムタイミング機構は、１９９２年４月２８日に発行された「内燃機関の可変カムシャフトタイミング」（ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＣＡＭＳＨＡＦＴ ＴＩＭＩＮＧ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥ）という名称の米国特許第５，１０７，８０４号明細書に記載のカムトルク作動位相器であることが可能であり、参照により本明細書に援用される。あるいは、位相器は油圧作動式であってもよい。

図２ａおよび図２ｂは、ハウジングとは別個の可変カムタイミング制御装置を有する先行技術の可変カムタイミング機構と、カムシャフト内に取り付けられた可変カムタイミング制御装置を有する本発明の可変カムタイミング機構とを、それらが必要とするバルブトレインの長さおよびエンジンサイズの増大について比較した図を示している。本発明の可変カムタイミング機構１４０のハウジング１３２の歯１３２ａは、図２ｂに示されている先行技術の可変カムタイミング機構４０のハウジング３２の歯３２ａと整列される。

図２ａは、本発明の可変カムタイミング機構を示している。本発明の可変カムタイミング機構は、ハウジング１３２の歯１３２ａから可変カムタイミング機構の前端まで測定された長さＤを有する。

図２ｂは、別個のタイミング制御装置を有する先行技術の可変カムタイミング機構を示している。先行技術の可変カムタイミング機構４０のハウジング３２は、カムシャフト８に取り付けられた、１つ以上のベーンを有するロータ２８を囲む。ロータ２８内には制御バルブ４がある。制御バルブ４の位置は、機構４０の外部に取り付けられた可変力ソレノイド２によって変更される。先行技術の可変カムタイミング機構４０は、ハウジング３２の歯３２ａから、可変カムタイミング機構を制御するのに必要な可変力ソレノイドの前部まで測定された長さｄを有する。

図２ａおよび図２ｂの比較から理解できるように、先行技術の機構４０の長さｄは、カムシャフト内に取り付けられたタイミング制御装置を有する本発明の可変カムタイミング機構１４０の長さＤよりも著しく長い。

したがって、本明細書に記載されている本発明の実施態様が、本発明の原理の適用を例示したものに過ぎないことを理解されたい。本明細書における例示した実施態様の詳細への言及は、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、特許請求の範囲自体は、本発明に不可欠であるとみなされる特徴を記載したものである。

Claims (8)

1. 可変カムタイミング機構に取り付けられた内燃機関用のカムシャフトであって、
   軸受によって前記カムシャフトに固定されかつ前記内燃機関に固定された可変力ソレノイドを収容するための中空部を備えるカムシャフト。
2. 前記可変力ソレノイドの端部を前記内燃機関に固定するための管状シャフトをさらに備える請求項１に記載のカムシャフト。
3. 内燃機関であって、
   中空部を有するカムシャフトと、
   制御バルブを有する、前記カムシャフトに取り付けられた可変カムタイミング機構と、
   前記制御バルブを制御しかつ前記可変カムタイミング機構のタイミングを変化させるために前記カムシャフトの前記中空部内に取り付けられた可変力ソレノイドと、
   前記可変力ソレノイドを前記内燃機関に固定するための手段と、
   を備える内燃機関。
4. 前記可変カムタイミング機構が、駆動力を受け入れるためのおよびカムフランジを収容するためのハウジングと、前記ハウジング内に同軸に配置された前記カムシャフトに接続するためのロータとを備える請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記可変カムタイミング機構が、前記ハウジングによって収容されたカムフランジを介して前記カムシャフトに取り付けられる請求項３に記載の内燃機関。
6. 前記可変カムタイミング機構と前記可変力ソレノイドとの間の前記カムシャフトの前記中空部内に、軸受をさらに備える請求項３に記載の内燃機関。
7. 前記可変カムタイミング機構が、カムトルク作動位相器、油圧作動位相器、捩り補助型位相器またはハイブリッド位相器である請求項３に記載の内燃機関。
8. 前記可変力ソレノイドが前記内燃機関に直接固定される請求項３に記載の内燃機関。