JP5162659B2 - 移相器を有する同心カム - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は「移相器を有する同心カム」(“CONCENTRI CAM WITH PHASER”)の題名で2007年6月19日に出願された、米国仮特許出願第60/944,806号明細書において開示された1つ以上の発明について請求する。当該米国仮特許出願の米国特許法第119条(e)の下での利益が本明細書により請求され、前述の出願は本明細書により、参照によって本明細書中に援用される。
本発明は可変カムタイミングシステムの分野に関する。とりわけ、本発明は同心カムを伴う移相器を含む、可変カムタイミングシステムに関する。
米国特許出願公開第2005/0279302号明細書は、回転のため駆動リンクによって第2のシングルカム移相器のカム軸の内軸及び外管と連結された、第1のシングルカム移相器のカム軸の内軸及び外管を駆動する、クランク軸により駆動されるベーン式移相器を開示している。該駆動リンクは噛み合っている複数の歯車輪である。移相器は、双方のカム軸の内軸と外管の両方とも変化させ得るか、あるいは個々の単一ベーン式移相器が、それぞれトルクを第1及び第2のカム軸に伝達し得る。
第1及び第2のカム軸は、2つの内軸上に直接形成されたカム、及び2つの外管上に形成された他のカムを各々有する。外管と共に回転するカムは、焼嵌めにより外管に結合されたカラーを有し、内軸と共に回転するカムは外管にすきま嵌めされ、外管中の円周方向に長いスロットを介して通るピンで内軸に接続される。
米国特許第7,036,473号明細書は、吸入及び/又は排出カムローブを支えている複数の軸区間を含む、細長い軸を有する調整可能なカム軸を開示している。第1の軸区間はそこから延びている軸を含み、第2の軸区間は第1の軸区間を第2の軸区間と回転可能に結合させるため、その中に軸を受けるように、そこから延びている中空スリーブを含む。第1と第2の軸区間が相互に回転可能に結合されている状態で、該区間同士は吸入及び排出のタイミングを変えるように、カムローブ同士の間の変位角度を調整するために互いに対して選択的に回転し得る。細長い軸は歯車及びハブを含む駆動歯車/タイミングギヤ組立品に取り付けられる。内軸はエンジンブロックへの取付けのために、細長い軸を通じて延び得る。カムはロックナット又はピンにより軸と相互にロックされ得る。
エンジン用の組立品は、少なくとも1台の移相器及びカム軸組立品を備える。
移相器はハウジング、ロータ、及び制御弁を有する。ハウジングは駆動力を受けるための外周を有する。ロータはハウジング内に同軸に位置する。ハウジング及びロータの双方は、ハウジング内のチャンバを進角室と遅角室とに分離する、少なくとも1つのベーンを画定する。ベーンはハウジングとロータとの相対角度位置をシフトするために、回転可能である。制御弁は流体をチャンバへと導くために、ロータ中の口径内に支えられる。
カム軸組立品は外側のカム軸要素及び内側のカム軸要素を有する。外側のカム軸要素は、中央部分を通じて移相器のハウジングに一体的に取り付けられた、外側カムを含む。外側のカム軸要素はまた、その長さにわたって延びている中空を画定する。内側のカム軸要素は、外側カムに隣接する内側カムを含む。管部分は内側カムの第1の側から延びて、外側のカム軸要素の中空によって支えられ、内側カムを移相器のロータに接続している。軸部分は外側カムのもう一方の側から末端部へ延びる。入口ラインに接続された通路は、内側のカム軸要素の中にあり、流体を移相器の制御弁へと導く。
移相器のロータが動くとき、内側カムは外側カムに対して位相調整され、弁に起こる事象の期間が増加又は減少することを可能にする。
別の実施形態において、2台の移相器がカム軸組立品と共に用いられる。
移相器はカムトルク作動式、油圧作動式、ねじりアシスト、又はその混成であってもよい。
1本のカム軸上に同心カムを有する、可変カムタイミング移相器の概略図を示す。 線A−Aに沿った図1の断面を示す。 線B−Bに沿った図2の断面を示す。 1本のカム軸上に同心カムを有する、可変カムタイミング移相器の第2実施形態の概略図を示す。 線A−Aに沿った図4の断面を示す。 線B−Bに沿った図5の断面を示す。 1本のカム軸上に同心カムを有する、複式可変カムタイミング移相器の第3実施形態の概略図を示す。 線A−Aに沿った図7の断面を示す。 線B−Bに沿った図8の断面を示す。
内燃機関は改善されたエンジン性能又は排出物低減のために、カム軸とクランク軸との間の角度を変えるように、様々な機構を採用して来ている。これらの可変カム軸タイミング(VCT)機構の大部分は、エンジンのカム軸(又は複数のカム軸エンジンにおける複数のカム軸)26上で、1つ以上の「ベーン式移相器」を使用する。殆どの場合、移相器25は、その中にベーン11a、11b、11cがぴったりとはまり、羽根室9を進角室15及び遅角室17へと分割する、羽根室9を伴うハウジング8に囲まれたカム軸26の端部に取り付けられている、1つ以上のベーンを伴うロータ10を有する。ハウジング8に取り付けられたベーン11と、ロータ10内のチャンバ9とを持つことも同様に可能である。ハウジング8の外周4cの部分は、駆動力を通常クランク軸から、又は場合により複数カムのエンジンにおける別のカム軸から、チェーン、ベルト、又は歯車を介して受ける、スプロケット、プーリー、又は歯車を形成する。
図1〜3を参照すると、外側カム4aは、中間部分4bを通じて駆動力を受けるためのハウジングの外周を形成する、ハウジング8の部分4cへ一体的に取り付けられ、第1のカム軸要素又は外側のカム軸要素40を形成している。第1のカム軸部分又は内側のカム軸部分40は、駆動力を受けるためのハウジング外周を形成する部分4c、中間部分4b、及び外側カム4aを含む。中間部分4bは第1の軸受16によって囲まれている。中央の中空部5は、第1のカム軸要素40の全長にわたって延び、言い換えれば、外側カム4a、中間部分4b、及び駆動力を受けるための外周を形成するハウジング8の部分4cを通って延びる。駆動力を受けるための部分4cは移相器25の端部を密閉し、ハウジング8にしっかりと取り付けられている。
外側カム4aに隣接するのは内側カム6aである。相互に隣接し一列となっている内側カム及び外側カム4a、6aを持つことにより、リフタ29のローラ28は同時にカム4a、6aの双方のローブ上に乗ることが可能である。内側カム6aは、第1のカム軸要素40の中空5内で支えられている管6bと、一端において一体になっており、ハウジング8内で同軸に位置する移相器25のロータ10に接続されている。ロータ10は、ハウジング8とロータ10との間に形成されるチャンバ9を、進角室と遅角室15、17へと分離する、複数のベーン11a、11b、11cを有する。内管部分6bの反対側で、内側カム6aのもう一方の側には、第1のカム軸要素40及び内管部分6bならびに軸部分6cの直径よりも大きい、末端部6dを有する軸部分6cがある。軸部分6cの末端部6dは、内側カム6a、内管部分6b、軸部分6c、及び末端部6dを含む、第2のカム軸要素又は内側のカム軸要素60が、組立品から取り外されることを防止する。末端部6dを含まない軸部分6cは、第2の軸受18により囲まれている。通路20bは、流体を入口ライン20aから移相器に供給するために、第2のカム軸要素又は内側のカム軸要素60の長さに沿って存在する。ライン22はカム軸受に給油するために、油を供給する。通路20bは、ロータ10の口径3内の制御弁14を通じて、流体を進角室及び遅角室15、17に与える。制御弁14は流体の進角室及び遅角室15、17への流れ、及びハウジング8に対するロータ10の位置を制御する。制御弁14の位置はアクチュエータ12により影響される。図2に示すアクチュエータは可変力ソレノイド、モータ、又はオン/オフ・ソレノイドであってもよい。
ロータ10が動くと、内側カム6aは固定された外側カム4aに対して位相調整され、弁に起こる事象の持続時間が増加又は減少することを可能にする。弁に起こる事象の持続時間を変えることにより、弁の開く傾斜又は閉じる傾斜は変化する。先頭部における軸受16、18は内側のカム軸要素40及び外側のカム軸要素60を支持するために用いられるゆえ、内側のカム軸要素40を支持するための軸受は、外側のカム軸要素60には必要でない。外側カム4aよりも内側に軸受を持たないことによって、基礎円の振れは先頭部におけるカム軸受のすきまにより決定される。
図4〜6は本発明の第2の実施形態を示す。外側カム4aは、中間部分4bを通じて駆動力を受けるためのハウジングの外周を形成する、ハウジング8の部分4cへ一体的に取り付けられ、第1のカム軸要素又は外側のカム軸要素40を形成している。中間部分4bは第1の軸受16によって囲まれている。中央の中空部は、第1のカム軸要素40の全長にわたって延び、外側カム4a、中間部分4b、及び駆動力を受けるための外周を形成するハウジング8の部分4cを通って延びる。駆動力を受けるための部分4cは移相器25の端部を密閉し、ハウジング8にしっかりと取り付けられている。外側カム4aに隣接するのは内側カム6aである。相互に隣接し一列となっている内側カム及び外側カム4a、6aを持つことにより、リフタ29のローラ28は同時にカム4a、6aの双方のローブ上に乗ることが可能である。内側カム6aは、第1のカム軸要素40の中空5内で支えられている内管部分6bと、一端において一体になっており、ハウジング8内で同軸に位置する移相器のロータ10に接続されている。ロータ10は、ハウジング8とロータ10との間に形成されるチャンバ9を、進角室と遅角室15、17へと分離する、複数のベーン11a、11b、11cを有する。内管部分6bの反対側で、内側カム6aのもう一方の側には、第1のカム軸要素40及び内管部分6bならびに軸部分6cの直径よりも大きい、末端部6dを有する軸部分6cがある。軸部分6cの末端部6dは、内側カム6a、内管部分6b、軸部分6c、及び末端部6dを含む、第2のカム軸要素60又は内側のカム軸要素が、組立品から取り外されることを防止する。末端部6dを含まない軸部分6bは、第2の軸受18により囲まれている。通路20bは、流体を入口ライン20aから移相器に供給するために、第2のカム軸要素又は内側のカム軸要素60の長さに沿って存在する。通路22はカム軸受に給油するために、油を供給する。通路20bは、ロータ10の口径3内の制御弁14を通じて、流体を進角室及び遅角室15、17に与える。制御弁14は流体の進角室及び遅角室15、17への流れ、及びハウジング8に対するロータ10の位置を制御する。断面には示されていないが、通気口が制御弁の後側にある。制御弁14の位置は、2006年5月2日に出願されたPCT/US2006/017259号明細書で開示され、参照により本明細書に援用される、調圧制御システム(RPCS)によって影響される。
ロータ10が動くと、内側カム6aは外側のカム軸要素40に対して位相調整され、弁に起こる事象の持続時間が増加又は減少することを可能にする。弁に起こる事象の持続時間を変えることにより、弁の開く傾斜又は閉じる傾斜は変化する。先頭部における軸受16、18は内側のカム軸要素40及び外側のカム軸要素60を支持するために用いられるゆえ、内側のカム軸要素40を支持するための軸受は、外側のカム軸要素60には必要でない。外側カム4aよりも内側に軸受を持たないことによって、基礎円の振れは先頭部におけるカム軸受のすきまにより決定される。
図7〜9は本発明の第3の実施形態を示す。本実施形態においては、2つの移相器25、125が使用される。各々の移相器25、125は、その中にベーン11a、11b、11cがぴったりとはまり、羽根室9を進角室15及び遅角室17へと分割する、羽根室9を伴うハウジング8、108に囲まれた内側のカム軸要素60の端部に取り付けられている、(第2の移相器125には示されていない)1つ以上のベーン11a、11b、11cを有するロータ10、1110を含む。移相器のうちの1つ125はクランク軸から、又は複数カムのエンジンにおける別のカム軸から来る、チェーン、ベルト、又は歯車からの駆動力を受けるための、外周4cを有するハウジング108を有する。
内側カム及び外側カム6a、4aは、それらに取り付けられた移相器125、25を有し、それらは双方のカム6a、4aが相互に位相調整されることを可能にする。外側カム4aは、該外側カム4aから第2の移相器125を通り、そして第1の移相器25のエンドプレート24を通って延び、第1の移相器25のエンドプレート24にしっかりと取り付いている、中間の管部分4bに一体として取り付けられている。外側カム4a及び中間の管部分4bを通って延びているのは、中央の中空5である。中間の管部分4bの一部は第1の軸受16によって囲まれている。第1の軸受16を通って複数の通路23a、23b、22が存在して供給部から導き、第2の移相器125のロータ110中で口径103内に支えられている、制御弁114に流体を提供する。ライン22は流体を軸受に提供する。
外側カム4aに隣接するのは内側カム6aである。相互に隣接し一列となっている内側カム及び外側カム6a、4aを持つことにより、リフタ29のローラ28は同時にカムの双方のローブ上に乗ることが可能である。内側カム6aは、第1のカム軸要素60の中空5内で支えられている内管部分6bと、一端において一体になっており、第2の移相器125の中を通って、第1の移相器25のハウジング8内で同軸に位置するロータ8に接続されている。内管部分6bの反対側で、内側カム6aのもう一方の側には、第1のカム軸要素60、内管部分6b、及び軸部分6cの直径よりも大きい、末端部6dを有する軸部分6cがある。軸部分6cの末端部6dは、内側カム6a、内管部分6b、軸部分6c、及び末端部6dを含む、第2のカム軸要素又は内側のカム軸要素40が、組立品から取り外されることを防止する。末端部6dを含まない軸部分6cは、第2の軸受18によって囲まれている。通路20bは、流体を入口ライン20aから第1の移相器25に供給するために、第2のカム軸要素又は内側のカム軸要素40の長さに沿って存在する。通路20a、20bは、第1移相器25のロータ10の口径3内にある制御弁14を通じて、流体を進角室及び遅角室15、17に与える。制御弁14は流体の進角室及び遅角室15、17への流れ、及びハウジング8に対するロータ8の位置を制御する。第1移相器25の制御弁14の位置はアクチュエータ12により影響される。図8に示すアクチュエータ12は可変力ソレノイド、モータ、又はオン/オフ・ソレノイドであってもよい。
その1つが各カム6a、4aに取り付けられている2つの移相器25、125を使用することにより、弁に起こる事象の持続時間を増加又は減少させながら、弁に起こる事象の開く傾斜及び閉じる傾斜の双方とも同時に調整可能である。この実施形態において、弁に起こる事象自体もまた位相調整され得る。さらに、移相器125を外側カム4aに追加することにより、全体の弁に起こる事象はその基本タイミング位置から進められ、あるいは遅らせられ得る。弁に起こる事象はまた必要に応じて追加されてもよい。2つの移相器25、125の使用はまた、双方のカムローブが相互に充分遠く離れて位相調整されることを可能にし、1つのシリンダに対して2つの弁に起こる事象が、双方のカム軸要素の360°以内の回転で位相調整されることを許容し、内部の排気再循環(EGR)及びエンジンブレーキのような方策の使用を可能にする。
図7〜9に示す実施形態の第2の移相器は、参照により本明細書に援用される、2006年5月2日に出願されたPCT/US2006/017259号明細書で開示されたような、調圧制御システム(RPCS)を用いて作動し得る。
上記の実施形態の全てにおいて、第1のカム軸要素又は外側カム軸要素40、及び第2のカム軸要素又は内側カム軸要素60は、共にカム軸組立品26を形成する。
上記の実施形態のいずれかの移相器は、「内燃機関用の可変カム軸タイミング」(“VARIABLE CAMSHAFT TIMING FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE”)と題して、1992年4月28日に発行された米国特許第5,107,804号明細書において開示され、参照により本明細書に援用される、カムトルク作動式移相器、又は2005年11月23日に出願された「カムの小さなねじりを伴うエンジン状態における作動のための、釣り合った油圧を有するCTA移相器」(“CTA PHASER WITH PROPORTIONAL OIL PRESSURE FOR ACTUATION AT ENGINE CONDITION WITH LOW CAM TORSIONALS”)と題され、参照により本明細書に援用される、米国特許出願第11/286,483号明細書で開示された混成型、単一のチェック弁TAを有し「ロータ内に位置する制御部を持つ、ねじりでアシストされた多重位置のカム・インデクサ」(“TORSIONAL ASSISTED MULTI−POSITION CAM INDEXER HAVING CONTROLS LOCATED IN ROTOR”)と題して、2005年4月26日に発行された米国特許第6,883,481号明細書において開示され、参照により本明細書に援用される、ねじりアシスト移相器、及び/又は2つのチェック弁TAを開示しており、参照により本明細書に援用される、「チャンバとスプール弁との間のロータにおいて2つのチェック弁を有するエンジン用のカム移相器」(“CAM PHASER FOR ENGINES HAVING TWO CHECK VALVES IN ROTOR BETWEEN CHAMBERS AND SPOOL VALVE”)と題して、2004年7月20日に発行された米国特許第6,763,791号明細書、あるいは油圧作動の移相器であり得る。
従って、本明細書で記述されている本発明の実施形態は、本発明の原理の適用を単に例証するに過ぎないことを理解されたい。例示された実施形態の詳細に対する本明細書での言及は、本発明にとって不可欠であると見なされるそれらの特徴を列挙している、請求項の範囲を制限することを意図していない。

Claims (23)

  1. 内燃機関用の組立品であって、
    a)少なくとも1つの:
    i)駆動力を受けるための外周を有するハウジングと、
    ii)ハウジングとロータが、該ハウジング内のチャンバを進角室及び遅角室へと分離する、ハウジングとロータの相対角度位置をシフトするために回転可能な少なくとも1つのベーンを画定する、ハウジング内に同軸で位置するロータと、
    iii)流体をチャンバへと導くための、ロータ中の口径内に支えられる制御弁とを含む移相器と、
    b)以下の:
    i)外側カム、中間部分、及び駆動力を受けるためのハウジング外周が、外側のカム軸要素の長さにわたって延びる空洞を画定している、中間部分を通じてハウジングの外周に一体的に取り付けられた外側カムを有する、外側のカム軸要素と、
    ii)内側カムの第1の側から延びて、内側カムを移相器のロータに接続している外側のカム軸要素により画定される、中空によって支えられた管部分と、内側カムの第2の側から末端部へと延びる軸部分とを持つ、外側カムに隣接した内側カムを有し、入口ラインに接続された通路が軸部分、内側カム、及び管部分を通って延び、流体を移相器の制御弁へ導く、内側のカム軸要素とを含むカム軸組立品と
    を備え、
    移相器のロータが動くとき、内側カムが外側カムに対して位相調整され、弁に起こる事象の持続時間を増加又は減少させることを可能にする組立品。
  2. 外側のカム軸要素の中間部分が第1の軸受によって囲まれ、内側のカム軸要素の軸部分の一部が第2の軸受によって囲まれる、請求項1に記載の組立品。
  3. 第1と第2の軸受がエンジンの先頭部にあり、内側のカム軸要素を支持するために外側のカム軸要素の中に軸受を必要としないように、内側及び外側のカム軸要素を支持する、請求項2に記載の組立品。
  4. 駆動力を受けるためのハウジングの外周がしっかりとハウジングに取り付けられ、移相器のエンドプレートを形成する、請求項1に記載の組立品。
  5. 外側カムと外側のカム軸要素とが固定されている、請求項1に記載の組立品。
  6. 内側のカム軸要素の末端部が、内側カム軸要素の軸部分、内側カム軸要素の管部分、及び外側のカム軸要素よりも大きな直径を有し、内側のカム軸要素が外側のカム軸要素から落下するのを防止する、請求項1に記載の組立品。
  7. リフタのローラが同時に内側カム及び外側カムの上に乗るように、内側カムと外側カムが相互に隣接して一列となっている、請求項1に記載の組立品。
  8. 移相器がさらに制御弁を位置決めするためのアクチュエータを備える、請求項1に記載の組立品。
  9. アクチュエータが可変力ソレノイド、モータ、オン/オフ・ソレノイド、又は差圧制御システムである、請求項8に記載の組立品。
  10. 制御弁が調圧制御システムにより作動する、請求項1に記載の組立品。
  11. 移相器がカムトルク作動、油圧作動、混成、又はねじりアシストである、請求項1に記載の組立品。
  12. 内燃機関用の組立品であって、
    a)以下の:
    i)第1のハウジングと、
    ii)第1のハウジングと第1のロータが、該ハウジング内のチャンバを進角室及び遅角室へと分離する、第1のハウジングと第1のロータの相対角度位置をシフトするために回転可能な少なくとも1つのベーンを画定する、第1のハウジング内に同軸で位置する第1のロータと、
    iii)流体をチャンバへ導くための、第1のロータ中の口径内に支えられる第1の制御弁とを含む第1の移相器と、
    b)以下の:
    i)駆動力を受けるための外周を有する第2のハウジングと、
    ii)第2のハウジングと第2のロータが、第2のハウジング内のチャンバを進角室及び遅角室へと分離する、第2のハウジングと第2のロータの相対角度位置をシフトするために回転可能な少なくとも1つのベーンを画定する、第2のハウジング内に同軸で位置する第2のロータと、
    iii)流体をチャンバへ導くための、第2のロータ中の口径内に支えられる第2の制御弁とを含む第2の移相器と、
    c)以下の:
    i)外側カム、中間部分が、外側のカム軸要素の長さにわたって延びる空洞を画定している、中間部分を通じて第2の移相器の第2のハウジングと、第1の移相器の第1のハウジングとの外周に一体的に取り付けられた外側カムを有する、外側のカム軸要素と、
    ii)内側カムの第1の側から延びて、内側カムを第1の移相器の第1のロータに接続している外側のカム軸要素により画定される、中空によって支えられた管部分と、内側カムの第2の側から末端部へと延びる軸部分とを持つ、外側カムに隣接した内側カムを有し、入口ラインに接続された通路が軸部分、内側カム、管部分、及び第2の移相器を通って延び、流体を第1の移相器の第1の制御弁へ導く、内側のカム軸要素とを含むカム軸組立品と
    を備え、
    第1の移相器の第1のロータが動くとき、内側カムが外側カムに対して位相調整され、弁に起こる事象の位相調整、持続時間、開放、及び閉鎖を増大又は減少させることを可能にする組立品。
  13. 外側のカム軸要素の中間部分の一部が、第1の軸受によって囲まれ、内側のカム軸要素の軸部分の一部が第2の軸受によって囲まれる、請求項12に記載の組立品。
  14. 第1と第2の軸受がエンジンの先頭部にあり、内側のカム軸要素を支持するために外側のカム軸要素の中に軸受を必要としないように、内側及び外側のカム軸要素を支持する、請求項13に記載の組立品。
  15. 駆動力を受けるためのハウジングの外周がしっかりと第2のハウジングに取り付けられ、第2の移相器のエンドプレートを形成する、請求項12に記載の組立品。
  16. 外側カムと外側のカム軸要素とが固定されている、請求項12に記載の組立品。
  17. 内側のカム軸要素の末端部が、内側カム軸要素の軸部分、内側カム軸要素の管部分、及び外側のカム軸要素よりも大きな直径を有し、内側のカム軸要素が外側のカム軸要素から落下するのを防止する、請求項12に記載の組立品
  18. リフタのローラが同時に内側カム及び外側カムの上に乗るように、内側カムと外側カムが相互に隣接して一列となっている、請求項12に記載の組立品。
  19. 第1の移相器がさらに第1の制御弁を位置決めするためのアクチュエータを備える、請求項12に記載の組立品。
  20. アクチュエータが可変力ソレノイド、モータ、オン/オフ・ソレノイド、又は差圧制御システムである、請求項19に記載の組立品。
  21. 第2の移相器の第2の制御弁が調圧制御システムを用いて作動する、請求項12に記載の組立品。
  22. 第1の移相器がカムトルク作動、油圧作動、ねじりアシスト、又は混成である、請求項12に記載の組立品。
  23. 第2の移相器がカムトルク作動、油圧作動、ねじりアシスト、又は混成である、請求項12に記載の組立品。
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