JP5876061B2 - 中間位置ロックを備えたカムトルク駆動型位相器 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸と内燃機関のポペット型吸気バルブまたは排気バルブとの間に介在し、少なくとも１つのそのようなバルブを作動させるための機構に関するものであり、エンジンの運転サイクルに対するバルブ開放の時間、継続時間の程度を変更するための手段を提供し、さらに、カムシャフトまたはカムシャフトの関連カムの構造または軸方向配置を変更するための手段を提供する。

内燃機関の性能はデュアルカムシャフトを使用することによって向上することができ、カムシャフトの一方はエンジンの種々のシリンダの吸気バルブを作動させるため、他方は排気バルブを作動させるためである。一般に、このようなカムシャフトの一方はスプロケットとチェーンドライブまたはベルトドライブとを介してエンジンのクランク軸によって駆動され、このようなカムシャフトの他方は第２のスプロケットとチェーンドライブまたは第２のベルトドライブとを介して第１によって駆動される。別の方法として、両方のカムシャフトを単一のクランク軸により駆動されるチェーンドライブまたはベルトドライブによって駆動することもできる。クランク軸は、少なくとも１つの変速機および少なくとも１つのカムシャフトを駆動するための動力をピストンから得ることができる。デュアルカムシャフトを備えたエンジンのエンジン性能は、通常はエンジンの吸気バルブを駆動するカムシャフトである一方のカムシャフトと他方のカムシャフトに対する位置関係と、クランク軸に対する位置関係とを変更し、それによってその排気バルブに対する吸気バルブの作動の観点において、またはクランク軸の位置に対するそのバルブの作動の観点においてエンジンのタイミングを変更することによって、アイドル品質、燃費、排気ガスの低減またはトルクの増加という点においてさらに改良することができる。

当技術分野において一般化しているように、１つのエンジンに１つ以上のカムシャフトを設けることができる。カムシャフトはベルトまたはチェーンまたは１つ以上の歯車または別のカムシャフトによって駆動することができる。１つ以上のバルブを押すために、１つ以上のローブがカムシャフト上に存在しうる。複数カムシャフト式のエンジンは、一般に、排気バルブに対して１つのカムシャフト、吸気バルブに対して１つのカムシャフトを有する。「Ｖ」型エンジンは、通常、２つのカムシャフト（各バンクに１つ）または４つのカムシャフト（各バンクに吸気と排気）を有する。

可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）デバイスは、米国特許第５，００２，０２３号明細書、米国特許第５，１０７，８０４号明細書、米国特許第５，１７２，６５９号明細書、米国特許第５，１８４，５７８号明細書、米国特許第５，２８９，８０５号明細書、米国特許第５，３６１，７３５号明細書、米国特許第５，４９７，７３８号明細書、米国特許第５，６５７，７２５号明細書、米国特許第６，２４７，４３４号明細書、米国特許第６，２５０，２６５号明細書、米国特許第６，２６３，８４６号明細書、米国特許第６，３１１，６５５号明細書、米国特許第６，３７４，７８７号明細書および米国特許第６，４７７，９９９号明細書等の当技術分野において一般に公知である。これら先行する公知の特許のそれぞれはその意図する目的に適切なものであると思われる。しかしながら、スプールカムトルク駆動型（ＣＴＡ）位相器の逆止弁を、移動限界端部停止部（ｅｎｄ ｓｔｏｐ ｌｉｍｉｔ ｏｆ ｔｒａｖｅｌ）の両側においてではなく、移動経路のどこかにおいて係止できるようにすることが望ましいであろう。

中間位置ロックを備えた、開示されるスプールカムトルク駆動型（ＣＴＡ）位相器の逆止弁により、ロータとエンドプレートの両方において油圧式デテント回路の中間位置ロックが可能となる。油圧式デテント回路の１つまたは複数のメータリングエッジは、ロータに対するエンドプレートの位置によって制御することができる。デテントバルブがロックピンに一体化されうる場合、油圧式デテント回路はロックピンの位置によって作動できるが、そうする必要はない。ロックピンは、第１に、位相器をベースタイミング位置に係止する機能と、第２に、油圧式デテント回路のスイッチとしての機能との２つの機能を有しうる。油圧式デテント回路の１つまたは複数のメータリングエッジはエンドプレートとロータとの間に配置することができる。

位相器を係止するため、スプールを全面的に配置することができ、ここで、ロックピンの先端部に油を供給する係止通路が遮断され、ベント通路が開かれて係止通路内に残ったあらゆる油を排出することを可能にする。ロックピンの後側のばねは、先端部がエンドプレートまたはスプロケットの面に接触するまでロックピンを押し、ロックピン上の円環部が３つの通路と整列することが可能になる。ここで、１つの通路がアドバンスチャンバに連結しており、別の通路がリタードチャンバに連結しており、最後の通路が加圧流体供給通路に連結している。ロータの位置によって、チャンバに連結された２つの通路を開閉することができ、ロータが係止位置に移動する。これはロックピンの先端部がスプロケットまたはエンドプレートと接している場合にのみ起こる。ロータとスプロケットとが係止位置において整列している場合、位相器を係止するため、ロックピンは対応する開口部内に入ることができる。２つの通路はロータに対するエンドプレートの位置によって制御されるため、内部軸受を必要としない構成が提供される。

位相器を係止解除するため、スプールバルブが内側に押され、ベント通路を遮断するとともに供給油がロックピンの先端部に供給されることを可能にする。供給油はロックピンの先端部を押し、これを後退させることにより位相器を係止解除する（ロックピンのばねを圧縮する）。ロックピンが後退すると、ピン上の円環部は他の通路とそれ以上整列せず、油圧式デテント回路は無効にされるか遮断される。油圧式デテント通路が閉じられると、位相器は通常通りに制御することができる。

添付の図面とともに本発明の実施のため企図された最良の実施形態に関する以下の説明を読むと、当業者には本発明の他の用途が明らかになろう。

本明細書中の説明では、複数の図にわたり同様の参照番号が同様の部品を示す添付の図面を参照する。

油圧式デテントバルブがロックピンに一体化された状態の中間位置に移動した位相器を示す簡易概略図である。 油圧式デテントバルブがロックピンに一体化された状態の前進位置に移動した位相器を示す図１による簡易概略図である。 油圧式デテントバルブがロックピンに一体化された状態の後退位置に移動した位相器を示す図１および図２による簡易概略図である。 油圧式デテントバルブがロックピンに一体化された状態の位相器保持位置を示す図１〜３による簡易概略図である。 油圧式デテントバルブがロックピンから分離された状態の中間位置に移動した位相器を示す簡易概略図である。 油圧式デテントバルブがロックピンから分離された状態の前進位置に移動した位相器を示す図５による簡易概略図である。 油圧式デテントバルブがロックピンから分離された状態の後退位置に移動した位相器を示す図５および図６による簡易概略図である。 油圧式デテントバルブがロックピンから分離された状態の保持位置に移動した位相器を示す図５〜７による簡易概略図である。 油圧式デテント回路を有する中間位置ロック位相器の断面図である。 油圧式デテント回路がロータの面に形成された、ロータ内の油圧式デテント通路の端面図である。 油圧式デテント回路がエンドプレートの面に形成された、エンドプレート内の油圧式デテントポケットの詳細端面図である。 位相器内の油圧式デテント通路の端面図である。

「作動液」または単に「流体」という用語は、本明細書においては、任意の種類の作動流体を意味する。「作動流体」という用語は、本明細書においては、ベーン位相器内においてベーンを動かす流体である。一般に、作動流体はエンジン油を含みうるが、別の作動液とすることもできる。「エンジン油」という用語は、本明細書においては、エンジンの潤滑のために使用される油として定義される。制御弁により位相器を駆動するために油圧が利用されうる。「ベーン」という用語は、本明細書においては、作動流体が作用する半径方向の要素であり、ベーンはチャンバ内に収容され、空間をアドバンスチャンバとリタードチャンバとに分割する。「ベーン位相器」という用語は、本明細書においては、対応する１つ以上のチャンバ内において動く１つ以上のベーンによって駆動される位相器である。「チャンバ」という用語は、本明細書においては、ベーンが内部において回転する空間として定義される。チャンバは、クランク軸の回転に対してより速くバルブを開くアドバンスチャンバと、クランク軸の回転に対してより遅くバルブを開くリタードチャンバとに分けられる。ベーンの「中間位置」という用語は、本明細書においては、ベーンの側部がハウジングのキャビティのいずれの側壁にも触れていない位置として定義される。

「逆止弁」という用語は、本明細書においては、流体が１つの方向のみに流れることを可能とするバルブとして定義される。「開ループ」という用語は、本明細書においては、動作を確認するフィードバックなしで１つの特性を別の特性に応答して変化させる制御システムとして定義される（例えば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）からの命令に応答して制御弁を動かす）。「閉ループ」という用語は、本明細書においては、１つの特性を別の特性に応答して変化させ、その後、変化が正しく実施されたかどうかを確認し、所望の結果を得るために動作を調整する（例えば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）からの命令に応答し、制御弁を動かして位相器の位置を変化させ、その後、実際の位相器の位置を確認し、制御弁を再度正しい位置に動かす）制御システムとして定義される。「制御弁」という用語は、本明細書においては、位相器への流体の流れを制御するバルブである。カムトルク駆動型（ＣＴＡ）システムでは制御弁は位相器内に存在しうる。制御弁は油圧またはソレノイドによって駆動することができる。「スプールバルブ」という用語は、本明細書においては、スプール型の制御弁として定義される。一般に、スプールが穴内において往復運動し、１つ以上の通路を相互に連結する。多くの場合、スプールは位相器のロータの中心軸線上にある。

「ハウジング」という用語は、本明細書においては、少なくとも１つのチャンバが中に画定された位相器の外部部分として定義される。ハウジングの外部表面は、（タイミングベルトとの協働係合のための）プーリとして、（タイミングチェーンとの協働係合のための）スプロケットとして、または（タイミングギアとの協働係合のための）歯車として形成されうる。「作動液」という用語は、本明細書においては、油圧シリンダ内において使用される、限定はしないが、例えば、ブレーキ用流体またはパワーステアリング用流体等の任意の種類の油として定義される。作動液はエンジン油と同じである必要はない。通常、本発明では、上に定義した「作動流体」を使用する。「ロックピン」という用語は、本明細書においては、位相器を所定の位置に係止するために配置される可動可能な部材として定義される。通常、エンジン始動または停止時等の、位相器を所望の位置に保持するには油圧が低すぎる場合にロックピンが使用される。「従動シャフト」という用語は、本明細書においては、動力を受ける任意のシャフト（ＶＣＴシステム内においては、多くの場合カムシャフト）として定義される。「駆動シャフト」という用語は、本明細書においては、動力を供給する任意のシャフト（ＶＣＴシステム内においては、多くの場合クランク軸であるが、いくつかの構成においては１つのカムシャフトが別のカムシャフトを駆動することができる）として定義される。

「位相」という用語は、本明細書においては、カムシャフトとクランク軸（または、位相器が別のカムによって駆動される場合、カムシャフトと別のカムシャフト）との相対的な角度位置として定義される。「位相器」という用語は、本明細書においては、カムに取り付けられる部品全体として定義される。位相器は、一般に、ロータと、ハウジングと、おそらくはスプールバルブと、逆止弁とから構成される。ピストン位相器は、内燃機関のシリンダ内のピストンによって駆動される位相器である。「ロータ」という用語は、本明細書においては、カム軸に取り付けられた位相器の内部部品として定義される。

「ソレノイド」という用語は、本明細書においては、一般に、オン／オフ（全か無の）ソレノイド構成において、機械的なアームを動かすためにコイル内に流れ込む電流を使用する電気アクチュエータとして定義される。「可変力ソレノイド（ＶＦＳ）」という用語は、本明細書においては、通常、供給電流のパルス幅変調（ＰＷＭ）によってその駆動力を変化させることができるソレノイドとして定義される。

「スプロケット」という用語は、本明細書においては、エンジンタイミングチェーン等のチェーンとともに使用される部材として定義される。「タイミング」という用語は、本明細書においては、所定の位置（通常、上死点（ＴＤＣ））にピストンが到達する時間と、それ以外の何らかの事象が発生する時間との間の関係として定義される。例えば、可変カムタイミング（ＶＣＴ）システムまたは可変バルブタイミング（ＶＶＴ）システムにおいては、タイミングは、通常、バルブいつ開くかまたは閉じるかに関係する。点火タイミングはスパークプラグがいつ発火するかに関係する。

「可変カムタイミング（ＶＣＴ）」システムという用語は、本明細書においては、カムトルク駆動型（ＣＴＡ）ＶＣＴシステムとされうる。ＶＣＴシステムでは、ベーンを動かすためのエンジンバルブの開閉に対応する力によって生じる、カムシャフトのトルク反転を使用する。ＣＴＡシステムの制御弁は、流体をアドバンスチャンバからリタードチャンバに流すことによりベーンが動くことを可能にするか、流れを停止してベーンを所定の位置に係止する。ＣＴＡ位相器は、また、漏れによる損失を補償するため油の投入を有しうるが、位相器を動かすためにエンジン油圧を使用しない。

「バルブ制御ユニット（ＶＣＵ）」という用語は、本明細書においては、ＶＣＴシステムを制御するための制御回路として定義される。一般に、ＶＣＵは、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）からの命令に応答して動作する。「エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）」という用語は、本明細書においては、車両内に配置された中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータとして定義される。

「可変カムタイミング（ＶＣＴ）」システムという用語は、本明細書においては、位相器と、制御弁と、制御弁アクチュエータと、制御回路とを含む。可変カムタイミング（ＶＣＴ）は、エンジンの吸気バルブおよび／または排気バルブを駆動する１つ以上のカムシャフト間における角度関係（位相）の制御および／または変化を意味するプロセスであり、物ではない。角度関係は、クランク軸がピストンに連結される、カムとクランク軸との間の位相関係も含む。

可変バルブタイミング（ＶＶＴ）はバルブタイミングを変化させる任意のプロセスである。可変バルブタイミング（ＶＶＴ）は、可変カムタイミング（ＶＣＴ）と関連しうるか、もしくは、カムの形状、もしくはカムローブとカムとの関係またはバルブアクチュエータとカムまたはバルブの関係を変えることによって、もしくは電気アクチュエータまたは油圧アクチュエータを使用してバルブ自体を個々に制御することによって達成しうる。換言すると、全ての可変カムタイミング（ＶＣＴ）は可変バルブタイミング（ＶＶＴ）であるが、全ての可変バルブタイミング（ＶＶＴ）が可変カムタイミング（ＶＣＴ）というわけではない。

図１〜８を参照すると、ベーン式可変カムタイミング（ＶＣＴ）位相器は、タイミングチェーンまたはベルトまたは歯車（ノートが示される）と駆動係合的に噛合するために（ｆｏｒ ｍｅｓｈｉｎｇ ｄｒｉｖｉｎｇ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）外周に沿って形成されたスプロケット歯１２を有するハウジング１０を含みうる。ハウジング１０の内部にキャビティ１０ａが形成される。ハウジング１０内において同軸上にあり、ハウジングに対して自由に回転するのは、キャビティ１０ａ内に嵌合して第１の流体チャンバ１６と第２の流体チャンバ１８とを画定する少なくとも１つのベーン２２を備えたロータ２０である。制御弁２４は、カムトルク駆動力に応答してロータ２０のベーン２２を駆動するために、それぞれ第１のチャンバ１６と第２の流体チャンバ１８との間の通路２６および通路２８を通じて加圧作動流体または油を送ることができる。この説明は一般にベーン位相器に共通のものであり、図１〜８に示すベーン、チャンバ、通路およびバルブの特定の配置は、本発明の教示内において変更することができることが当業者には理解されよう。例えば、ベーンの数およびそれらの位置は変更することができ、わずか１つのベーンを有する位相器もあれば、１ダースものベーンを有しうるものもある。ベーンをハウジング上に配置し、ロータ上のチャンバ内において往復運動させてもよい。ハウジングはチェーンまたはベルトまたは歯車によって駆動してもよく、スプロケット歯は歯車歯またはベルト用の歯付きプーリであってもよい。

図１〜８は、カムトルク駆動型（ＣＴＡ）可変カムタイミング（ＶＣＴ）機構３０の典型的な油圧概略図を示す。限定はしないが、例えば、可変力ソレノイド（ＶＦＳ）等のアクチュエータまたはバルブ制御ユニット（ＶＣＵ）３２は、一組の流体回路を完成させるために、限定はしないが、例えば、示されているようなスプール型制御弁２４等の制御弁２４を配置するため、開ループ制御シーケンスまたは閉ループ制御シーケンスのいずれかを使用して制御部またはエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）３４により制御されうる。制御弁２４のスプール３６の第１の端部３６ａに作用する力によってスプール型制御弁２４を係合することにより、ばね等の弾性部材３８によって制御弁２４のスプール３６の第２の端部３６ｂに作用する均等な力により平衡位置を達成できる。スプール３６は、大径のランド３６ｈ、３６ｉ、３６ｊ、３６ｋによって分離される５つの縮径のチャンバ３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇを画定する。中心通路３６ｌは、内部スプールばね付勢式逆止弁４０、４２それぞれによって制御されるポートを通じてチャンバ３６ｄをチャンバ３６ｃ、３６ｅと連結させている。スプール３６は、（図１および図５に示すような）第１の移動限界端部の近傍にある第１の位置と、（図２および図６に示すような）第２の移動限界端部の近傍にある第２の位置と、（図３および図７に示すような）第１の位置と第２の位置との間にある第３の位置と、（図４および図８に示すような）第１の位置と第２の位置との間にある第４の位置との間において移動可能である。制御弁２４は、スプール３６が（図３および図７に示すような）第３の位置にある場合にチャンバ３６ｃとチャンバ３６ｄとの間の連通を可能にする拡大径の逆止弁バイパス通路４４ａを備えたバルブハウジング４４を含みうる。流体通路２６はスプールのチャンバ３６ｃと流体連通している。流体通路２８はチャンバ３６ｅと流体連通しており、スプール３６が（図２および図６に示すような）第２の位置にある場合、チャンバ３６ｄと流体連通するよう、ランド３６ｉをバイパスすることができる。加圧作動流体または油の源が流体供給路４６を通じてスプール３６のチャンバ３６ｄ、３６ｆに供給される。排出口または排出路４８がスプール３６のチャンバ３６ｇに流体連通している。

ここで図１および図５を参照すると、スプール３６が第１の位置にある場合、加圧作動流体供給通路４６は、漏れによる流体の損失を補償するために制御弁２４内のスプール３６のチャンバ３６ｄと流体連通している。内部通路３６ｌは、内部スプールばね付勢式逆止弁４０、４２それぞれにより各端部において閉じられている。ばね付勢式デテントバルブ５０は（図１および図５に示すような）通常開位置と（図２〜４および図６〜８に示すような）閉位置との間において移動可能である。開位置にある場合、デテントバルブ５０は、通路５２を通じてチャンバ３６ｄ内の加圧作動流体供給源と流体連通している。デテント通路５２、５４、５６、５８を通じたチャンバ１６、１８それぞれとの流体連通のために、回路内におけるあらゆる流体の損失を補償するため、作動流体供給源通路４６を通じてスプール３６のチャンバ３６ｄに加圧流体が供給される。チャンバ１６とチャンバ１８との間の作動流体の流れは、エンドプレート６４またはスプロケット７０に対するロータ２０の相対的な角度位置によって制御される。

通路５６、５８の一部がロータ２０とエンドプレート６４またはスプロケット７０のいずれかとの両方を貫通しており、ロータ２０とエンドプレート６４またはスプロケット７０のいずれかとの間の界面にある、エンドプレート６４またはスプロケット７０に対するロータの角度位置に応じて通路５６、５８を通る作動流体の流れを制御するためのメータリングポケットまたはメータリングエッジ６４ａ、６４ｂを備えた通路部を画定する。チャンバ１６、１８それぞれに開いている通路５６、５８のポートの配置およびカムトルク駆動（ＣＴＡ）力の印加により、ベーン２２は間の位置または中間位置に向かって移動することができる。理解されうるように、流体の流れの最終結果は、ハウジング１０に対するロータ２０の回転を停止すること、または中間位置または中央位置においてロックピン６０がハウジング１０およびロータ２０を係止するのに、十分なほど、中間位置において少なくとも回転速度を減速することであり、それにより間の位置または中間位置を流体の流れと無関係に維持することができる。ロックピン６０は、（図１〜４に示すように）デテントバルブと一体的に形成されるか、（図５〜８に示すように）デテントバルブと別個に形成されるかのいずれかであり、（図１および図５に示すような）係止位置と（図２〜４および図６〜８に示すような）解放位置との間において移動可能である。スプール３６が第１の位置にある場合、ロックピンは通路６２とスプール３６のチャンバ３６ｇとを通じて排出路４８と流体連通しており、係止位置にばね付勢されている。

図２および図６において最も良くわかるように、スプール３６が第２の位置にある場合、加圧作動流体供給源通路４６はチャンバ３６ｆと通路６２とを通じてロックピン６０と流体連通しており、ロックピン６０を係止位置から解放位置に駆動する。さらに、デテントバルブ５０が開位置から閉位置に駆動され、内部通路５４を通路５６、５８から遮断する。通路４６を通じて制御弁２４により導入される加圧作動流体または油は回路内におけるあらゆる流体の損失を補償する。チャンバ１６とチャンバ１８はチャンバ３６ｄを通じて流体連通している。内部スプール通路３６ｌは、開いた逆止弁４０を通過してチャンバ３６ｃ内に通じ、通路２６と流体連通し、カムトルク駆動型（ＣＴＡ）機構のカムトルク駆動力によって駆動され、ベーン２２をハウジング１０に対して時計回りに押すか回転し、チャンバ１８からの作動流体または油を通路２８内および制御弁２４内に押し出す。ベーンはロータに強固に取り付けられているため、ロータ２０が前進タイミング位置まで時計回りに回転すると、ベーン２２はロータとともに回転する。カムトルク駆動型（ＣＴＡ）機構のため、流体はチャンバ１８を出て通路２８を通りチャンバ３６ｅに流れる。チャンバ３６ｅでは内部スプール逆止弁４２がそこを通過する流体の流れを停止するが、スプール３６が第２の位置に配置された状態で通路２８からランド３６ｉをバイパスしてチャンバ３６ｄ内に流れる流体を有することにより流体回路をなお完全なものにしている。通路３６ｌ内のかなりの量の流体が内部スプール逆止弁４０を通過し、通路２６を通過して、チャンバ１６内に流れる。上記流体の流れの最終結果は、ロータ２０および任意の関連するベーン２２が、ハウジング１０に対して、前進タイミング位置の方に回転することである。特に、上記流体の流れにより、ベーン２２はハウジング１０のキャビティ１０ａ内において時計回りに動く。

図３および図７において最も良くわかるように、スプール３６が第３の位置にある場合、加圧流体供給通路４６はランド３６ｋによりロックピン６０との流体連通から遮断され、ロックピン６０を解放位置に維持している。さらに、それに応じてデテントバルブ５０は閉位置に維持され、内部通路５４を通路５２、５６、５８から遮断する。通路４６を通じて制御弁２４により導入される加圧作動流体または油は回路内における流体のあらゆる損失を補償する。チャンバ１６とチャンバ１８はチャンバ３６ｄを通じて互いに流体連通している。内部スプール通路３６ｌは、開いた逆止弁４２を通過してチャンバ３６ｅ内に通じ、通路２８と流体連通し、カムトルク駆動型（ＣＴＡ）機構のカムトルク駆動力によって駆動され、ベーン２２をハウジング１０に対して、後退タイミング位置に向かって反時計回りに押すか回転し、作動流体または油をチャンバ１６から通路２６内および制御弁２４内に押し出す。ロータ２０が反時計回りに回転すると、ベーンがロータに強固に取り付けられているため、ベーン２２はロータとともに回転する。カムトルク駆動型（ＣＴＡ）機構のため、流体はチャンバ１６を出て通路２６を通りチャンバ３６ｃに流れる。チャンバ３６ｃでは内部スプール逆止弁４０がそこを通過する流体の流れを停止するが、スプール３６が第３の位置に配置された状態で通路２６からランド３６ｈをバイパスしてバルブハウジング４４内の逆止弁バイパス通路４４ａを通過してチャンバ３６ｄ内に流れる流体を有することにより流体回路をなお完全なものにしている。通路３６ｌ内のかなりの量の流体が内部スプール逆止弁４２を通過して、通路２８を通過し、チャンバ１８内に流れる。上記流体の流れの最終結果は、ロータ２０および任意の関連するベーン２２がハウジング１０に対して、後退タイミング位置の方に回転することである。特に、上記流体の流れにより、ベーン２２はハウジング１０のキャビティ１０ａ内において反時計回りに動く。

ここで図４および図８を参照すると、スプール３６が第４の位置にある場合、加圧流体供給通路４６はロックピン６０と流体連通しており、それによってロックピン６０を解放位置に維持している。さらに、それに応じてデテントバルブ５０は閉位置に維持され、内部通路５４を通路５２、５６、５８から遮断している。制御弁２４により通路４６を通じて導入される加圧作動流体または油は回路内における流体のあらゆる損失を補償する。通常閉じているばね付勢式逆止弁４０、４２の閉鎖により内部スプール通路３６ｌがチャンバ３６ｃ、３６ｅ内に流れ込むことが防止され、ランド３６ｈ、３６ｉがチャンバ３６ｃ
３６ｅをチャンバ３６ｄから遮断するために密閉されるため、チャンバ１６とチャンバ１８はチャンバ３６ｄを通じて流体連通していない。上記構成の最終結果は、ロータ２０および任意の関連するベーン２２がハウジング１０に対して保持位置にあることである。特に、上記流体の流れにより、ベーン２２はハウジング１０とともに動くが、それらの間に相対運動はない。

ここで図９を参照すると、油圧式デテントを備えた中間位置ロックを有する少なくとも１つのカムシャフト６８を有する内燃機関の可変カムタイミング（ＶＣＴ）位相器の断面が示されている。ベーン式可変カムタイミング（ＶＣＴ）位相器は、タイミングチェーンまたはベルトまたは歯車（図示せず）と駆動係合的に噛合するためのスプロケット歯１２が外周に沿って形成されたハウジング１０を含みうる。図１０において最も良くわかるように、ハウジング１０の内部にキャビティ１０ａが形成される。ハウジング１０内において同軸上にあり、ハウジングに対して自由に回転するのは、第１の流体チャンバ１６と第２の流体チャンバ１８とを画定するキャビティ１０ａ内に嵌合する少なくとも１つのベーン２２を備えたロータ２０である。再度図９を参照すると、制御弁２４は、カムトルク駆動力に応じてロータ２０のベーン２２を駆動するために、第１のチャンバ１６と第２の流体チャンバ１８それぞれの間の通路２６および通路２８を通じて加圧作動流体または油を送ることができる。制御弁２４のスプール３６は大径のランド３６ｈ、３６ｉ、３６ｊ、３６ｋによって分離される５つの縮径のチャンバ３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇを画定する。内部スプールの、通常閉じているばね付勢式逆止弁４０、４２それぞれにより制御されるポートを通じて、中心通路３６ｌがチャンバ３６ｄをチャンバ３６ｃ、３６ｅと連結している。図９に示されるように、ロックピン６０はデテントバルブ５０と一体的に形成され、係止位置と解放位置との間において移動可能であり、デテントバルブ５０は開位置と閉位置それぞれの間において移動可能である。図１０〜１２において最も良くわかるように、油圧式デテント回路は、油圧式デテント通路５６、５８の別の部分を画定する、対応するポケット６４ａ、６４ｂを備えたエンドプレート６４に面しているロータ２０の面２０ａにある部分を有する通路５６、５８を含む。所望であれば、本開示から逸脱することなく、通路５６、５８の一部を形成するポケットをスプロケット７０内に形成することができると理解されるべきである。さらに、エンドプレート６４はスプロケット７０を含みうると理解されるべきである。通路５６、５８の一部を形成するポケット６４ａ、６４ｂは、エンドプレート６４およびスプロケット７０のいずれか１つに形成されうるか、エンドプレート６４とスプロケット７０との両方に形成されうる。さらに、スプロケットの角度位置は、所望の動作モード、すなわち、ハウジング捕捉動作モードまたはロータ捕捉動作モードのいずれかによって、ロータ２０またはハウジング１０のエンドプレート６４に対して固定することができると理解されるべきである。

制御弁２４のスプール３６内の内部にある、通常閉じているばね付勢式逆止弁４０、４２を備えたカムトルク駆動型（ＣＴＡ）位相器は、油圧式デテントバルブ５０およびロックピン６０を作動的に駆動し、通路５６、５８の一部がロータ２０とエンドプレート６４の両方を貫通する場合、油圧式デテント通路５２、５４、５６、５８を通じて中間位置ロックを可能にすることができる。油圧式デテント通路５６、５８のポケット６４ａ、６４ｂの１つまたは複数のメータリングエッジはエンドプレート６４に対するロータ２０の角度位置によって制御できる。デテントバルブ５０がロックピンに一体化されうる場合、油圧式デテント回路はロックピン６０の位置によって作動されうるが、そうする必要はない。ロックピン６０は、第１に、位相器をベースタイミング位置に係止する機能と、第２に、油圧式デテント通路５２、５４、５６、５８を開閉するためのスイッチまたはアクチュエータとしての機能との２つの機能を有しうる。油圧式デテント通路５６、５８のポケット６４ａ、６４ｂの１つまたは複数のメータリングエッジは、エンドプレート６４とロータ２０との間に配置されうる。または別の方法として、ロータ２０とスプロケット７０との間に配置されうる。

ロックピン６０の先端部に作動流体または油を供給する係止通路６２が遮断されるとともに、ベント通路４８が開かれ、係止通路６２内に残ったあらゆる作動流体または油がスプール３６のチャンバ３６ｇを通じて排出路４８から排出されることを可能にする場合、位相器を係止するため、スプール３６を全面的に配置することができる。ロックピン６０の後側にあるばね６６は、先端部がエンドプレート６４の面６４ｃまたはスプロケット７０の面７０ａに接触するまでロックピン６０を押し、さらにはロックピン６０上の円環部５４が３つの通路５２、５６、５８と整列することを可能にする。３つの通路５２、５６、５８は、１つの通路５６がアドバンスチャンバ１６に連結しており、別の通路５８がリタードチャンバ１８に連結しており、残りの通路５２がスプール３６のチャンバ３６ｅを通じて加圧流体供給通路４６に連結している。ロータ２０の位置によって、チャンバ１６、１８に連結された２つの通路５６、５８の部分を開閉することができ、カムトルク駆動力に応答してロータ２０を係止位置に移動させる。カムトルク駆動力はロックピンの先端部がスプロケット７０またはエンドプレート６４と接している場合にのみ起こる。ロータ２０とエンドプレート６４またはスプロケット７０とが係止位置において整列している場合、ロックピン６０は、位相器を係止するため、対応する開口部７０ｂ内に入ることができる。２つの通路５６、５８は、内部軸受を必要としない構成を提供する、ロータ２０とエンドプレート６４の相対的な角度位置によって制御される。

位相器を係止解除するため、制御弁２４のスプール３６が内側に押され、ベント通路４８を遮断するとともに、加圧作動流体または油の供給が通路６２を通じてロックピン６０の先端部に供給されることを可能にする。加圧作動流体または油の供給がロックピン６０の先端部を押し、ロックピン６０を後退させ、位相器を係止解除する（ロックピンのばね６６を圧縮する）。ロックピン６０が後退すると、ロックピン６０上の円環部５４は他の通路５２、５６、５８とそれ以上整列せず、油圧式デテント回路は無効にされるか遮断される。油圧式デテント通路５２、５６、５８が閉じられると、位相器は通常通りに制御されうる。

制御弁２４のスプール３６の位置は位相の方向および変化率を決定するが、一般に、特定の中間位相位置において停止するために、カムシャフト上に位置フィードバックセンサを必要とする。この際、特定の中間位相位置を、作動流体または油の流れから独立したままにすることが望ましい。ロックピン６０は、例えば、エンジンのクランキングサイクルの間、エンジン油ポンプがＶＣＴ位相器に作動流体または油を全く供給していない状態時にＶＣＴ位相器を係止することができる。ロックピン６０は、ＶＣＴ位相器機構内の両移動限界最端部間の間の位置または中間位置のどこにでも配置できる。ＶＣＴ位相器は「開ループ」モードにおいて作動することができ、ロックピン６０が係合すると停止するように命令される。ロックピン６０が確実に係合するように、デテント通路５２、５４、５６、５８を流れる流体がロータ２０をエンドプレート６４に対する適切な位置に配置する。

カムトルク駆動型（ＣＴＡ）ＶＣＴ位相器の場合、（図２〜３または図６〜７に示されるように）制御弁２４のスプール３６が行程の一端に設置されると、油等の作動流体が、例えば、第１のチャンバから第２のチャンバに、１つのチャンバ１６または１８から排出され、別のチャンバ１８または１６に充填されることを可能とする。例えば、チャンバ１６はアドバンスチャンバとすることができ、したがって、チャンバ１８はリタードチャンバとすることができる。（図１および図５に示されるように）作動流体がアドバンスチャンバ１６とリタードチャンバ１８との間において流体連通している場合、カムシャフトは係止のため中間位置の方に移動する。（図２および図６に示されるように）作動流体がリタードチャンバ１８から排出され、アドバンスチャンバ１６に充填される場合、カムシャフトは前進位相位置に到達する。（図３および図７に示されるように）作動流体がアドバンスチャンバ１６から排出され、リタードチャンバ１８に充填されることを可能とした場合、カムシャフトは後退位相位置に到達する。（図４および図８に示されるように）作動流体がアドバンスチャンバ１６とリタードチャンバ１８との間における移動を遮断された場合、カムシャフトは保持位相位置にある。

本発明を現在最も実用的かつ好適な実施形態と考えられることとの関連において説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の精神および範囲に包含される種々の改良形態および均等の配置形態を包含することを意図するものであることは理解されよう。範囲にはそのような改良形態および均等の構造体を全て網羅すべく、法の許す範囲で最も広い解釈を与えられるべきである。

Claims (15)

1. 互いに対して回転するように、およびエンドプレート（６４）によって密閉されるように配置された、ハウジング（１０）およびロータ（２０）を含む位相器であって、前記ハウジング（１０）が前記ロータ（２０）に強固に取り付けられたベーン（２２）によって分割されるように配置された少なくとも１つのキャビティ（１０ａ）を有し、前記ベーン（２２）が前記キャビティ（１０ａ）を第１のチャンバ（１６）と第２のチャンバ（１８）とに分割し、前記位相器が前記第１のチャンバ（１６）と前記第２のチャンバ（１８）とを連結する通路（２６、２８、５６、５８）をさらに含み、前記キャビティ（１０ａ）内における前記ベーン（２２）の振動を容易にし、前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）の１つがスプロケット（７０）に対して一定の角度位置を有する、位相器であり、
   開位置と閉位置との間において移動可能であり、前記開位置にある場合、前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）を通るデテント通路（５６、５８）に連結し、加圧作動流体が、前記ロータ（２０）と前記エンドプレート（６４）の互いに対する相対的な角度位置に応じ、前記第１のチャンバ（１６）および前記第２のチャンバ（１８）に対して流れることを可能にするデテントバルブ（５０）と、
   係止位置と解放位置との間において移動可能なロックピン（６０）とを含み、ここで前記デテントバルブ（５０）が前記開位置にある場合、前記ロックピン（６０）が、作動流体の流れと無関係に前記ハウジング（１０）と前記ロータ（２０）とを互いに係止するために前記係止位置にある、位相器。
2. カムシャフト（６８）に対して同軸上に連結された前記ハウジング（１０）をさらに含む、請求項１に記載の位相器。
3. 前記ハウジング（１０）に対して同軸上に回転可能であり、前記ハウジング（１０）の各キャビティ（１０ａ）内にあり、各キャビティ（１０ａ）を第１のチャンバ（１６）と第２のチャンバ（１８）とに分割するベーン（２２）を有する前記ロータ（２０）をさらに含む、請求項２に記載の位相器。
4. 前記デテントバルブ（５０）と一体的に形成された前記ロックピン（６０）をさらに含む、請求項１に記載の位相器。
5. 前記デテントバルブ（５０）と別個に形成された前記ロックピン（６０）をさらに含む、請求項１に記載の位相器。
6. 内部に配置された第１の逆止弁（４０）および第２の逆止弁（４２）を有するばね付勢式スプール（３６）を有する制御弁（２４）であって、前記スプール（３６）が、作動流体供給源（４６）を、前記第１のチャンバ（１６）と前記第２のチャンバ（１８）との間において選択的に作動的に連結し、前記ロックピン（６０）と前記デテントバルブ（５０）とを、排出口（４８）と前記作動流体供給源（４６）との間において作動的に連結する制御弁（２４）をさらに含む、請求項１に記載の位相器。
7. エンジン制御ユニット（３４）からの入力に応答して、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を作動させる可変力ソレノイド（３２）であって、前記可変力ソレノイド（３２）が、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）をベースタイミング位置に対して選択的に移動する可変力ソレノイド（３２）をさらに含み、ここで前記ロックピン（６０）が前記係止位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記開位置にある、請求項６に記載の位相器。
8. エンジン制御ユニット（３４）からの入力に応答して、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を作動させる可変力ソレノイド（３２）であって、前記可変力ソレノイド（３２）が前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を前進タイミング位置に対して選択的に移動する可変力ソレノイド（３２）をさらに含み、ここでカムトルク駆動力が前記第２のチャンバ（１８）から前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を介して前記第１のチャンバ（１６）に作動流体を駆動し、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記閉位置にある、請求項６に記載の位相器。
9. エンジン制御ユニット（３４）からの入力に応答して、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を作動させる可変力ソレノイド（３２）であって、前記可変力ソレノイド（３２）が前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を後退タイミング位置に対して選択的に移動する可変力ソレノイド（３２）をさらに含み、ここでカムトルク駆動力が、前記第１のチャンバ（１６）から前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を介して前記第２のチャンバ（１８）に作動流体を駆動し、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が閉じている、請求項６に記載の位相器。
10. エンジン制御ユニット（３４）からの入力に応答して、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を作動させる可変力ソレノイド（３２）であって、前記可変力ソレノイド（３２）が前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を位相器保持位置に対して選択的に移動する可変力ソレノイド（３２）をさらに含み、ここで前記第１のチャンバ（１６）と前記第２のチャンバ（１８）とが前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）の前記位置と、内部に配置された前記第１の逆止弁（４０）および前記第２の逆止弁（４２）の閉鎖とによって互いに分離され、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記閉位置にある、請求項６に記載の位相器。
11. 少なくとも１つのカムシャフト（６８）を有する内燃機関の可変カムタイミング位相器であって、
    カムシャフト（６８）に対して同軸上に連結され、かつ少なくとも１つのキャビティ（１０ａ）を画定するハウジング（１０）と、
    前記ハウジング（１０）に対して同軸上に回転可能であり、前記ハウジング（１０）の各キャビティ（１０ａ）内にあり、各キャビティ（１０ａ）を第１のチャンバ（１６）と第２のチャンバ（１８）とに分割するベーン（２２）を有するロータ（２０）と、
    前記ロータ（２０）を前記ハウジング（１０）に対して密閉しているエンドプレート（６４）であって、前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）の１つがスプロケット（７０）に対して一定の角度位置を有するエンドプレート（６４）と、
    前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）を通り前記第１のチャンバ（１６）および前記第２のチャンバ（１８）のそれぞれと流体連通しているデテント通路（５６、５８）であって、前記第１のチャンバ（１６）および前記第２のチャンバ（１８）に対する流体の流れが前記ロータ（２０）と前記エンドプレート（６４）の互いに対する相対的な角度位置に応じて制御されるデテント通路（５６、５８）と、
    係止位置と解放位置との間において移動可能なロックピン（６０）と、
    前記デテント通路（５６、５８）内に配置され、前記係止位置にある前記ロックピン（６０）に対応する開位置と、前記解放位置にある前記ロックピン（６０）に対応する閉位置との間において移動可能なデテントバルブ（５０）であって、前記開位置にある場合、加圧作動流体供給源（４６）が、前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）を通り、かつ前記エンドプレート（６４）に対する前記ロータ（２０）の相対的な角度位置に応じて制御される前記デテント通路（５６、５８）に流体連通しているデテントバルブ（５０）と、を含む、可変カムタイミング位相器。
12. 前記デテントバルブ（５０）のためのアクチュエータとして作動する前記ロックピン（６０）をさらに含む、請求項１１に記載の可変カムタイミング位相器。
13. 内部に配置された第１の逆止弁（４０）および第２の逆止弁（４２）を備えたスプール（３６）を有する制御弁（２４）であって、前記スプール（３６）が、前記ロータ（２０）を介して、作動流体供給源（４６）を前記第１のチャンバ（１６）と前記第２のチャンバ（１８）との間において選択的に作動的に連結し、前記ロックピン（６０）と前記デテントバルブ（５０）とを、前記ロータ（２０）内の通路（６２）を介して、排出口（４８）と前記作動流体供給源（４６）との間において作動的に連結する制御弁（２４）をさらに含む、請求項１１に記載の可変カムタイミング位相器。
14. 前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）をエンジン制御ユニット（３４）からの入力に応答して作動させる可変力ソレノイド（３２）であって、前記可変力ソレノイド（３２）が、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を、前記ロックピン（６０）が前記係止位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記開位置にある第１の位置と、カムトルク駆動力が前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を介して前記第２のチャンバ（１８）から前記第１のチャンバ（１６）に作動流体を駆動し、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記閉位置にある第２の位置と、カムトルク駆動力が、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を介して前記第１のチャンバ（１６）から前記第２のチャンバ（１８）に作動流体を駆動し、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が閉じている第３の位置と、前記第１のチャンバ（１６）と前記第２のチャンバ（１８）とが前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）の前記位置と、内部に配置された前記第１の逆止弁（４０）および前記第２の逆止弁（４２）の閉鎖とによって互いに分離され、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記閉位置にある第４の位置との間において、選択的に移動する可変力ソレノイド（３２）をさらに含む、請求項１３に記載の可変カムタイミング位相器。
15. 少なくとも１つのカムシャフト（６８）を有する内燃機関のカムトルク駆動型可変カムタイミング位相器であって、
    前記カムシャフト（６８）に対して同軸上に連結され、かつ少なくとも１つのキャビティ（１０ａ）を画定するハウジング（１０）と、
    前記ハウジング（１０）に対して同軸上に回転可能であり、前記ハウジング（１０）の各キャビティ（１０ａ）内に回転自在に配置され、各キャビティ（１０ａ）を第１のチャンバ（１６）と第２のチャンバ（１８）とに分割するベーン（２２）を有するロータ（２０）と、
    前記ロータ（２２）を前記ハウジング（１０）に対して密閉しているエンドプレート（６４）であって、前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）の１つがスプロケット（７０）に対して一定の角度位置を有するエンドプレート（６４）と、
    前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）を通り前記第１のチャンバ（１６）および前記第２のチャンバ（１８）のそれぞれと流体連通しているデテント通路（５６、５８）であって、前記第１のチャンバ（１６）および前記第２のチャンバ（１８）に対する流体の流れが前記ロータ（２０）と前記エンドプレート（６４）の互いに対する相対的な角度位置に応じて制御される、デテント通路（５６、５８）と、
    ベースタイミングを提供する係止位置と解放位置との間において移動可能なばね付勢式ロックピン（６０）と、
    前記ロックピン（６０）が前記係止位置にある場合は開位置にあり、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にある場合は閉位置にあるばね付勢式デテントバルブ（５０）と、
    ばね付勢式スプール（３６）を有する制御弁（２４）であって、前記ばね付勢式スプール（３６）が前記スプール（３６）内に配置されたばね付勢式の第１の逆止弁（４０）とばね付勢式の第２の逆止弁（４２）とを備え、前記スプール（３６）が、前記ロータ（２０）を介して、作動流体供給源（４６）を前記第１のチャンバ（１６）と前記第２のチャンバ（１８）との間において選択的に作動的に連結し、前記ロックピン（６０）および前記デテントバルブ（５０）を、前記ロータ（２０）および前記エンドプレート（６４）を通る前記デテント通路（５６、５８）を通じて、排出口（４８）と前記作動流体供給源（４６）との間において作動的に連結する制御弁（２４）と、
    前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）をエンジン制御ユニット（３４）からの入力に応答して作動させる可変力ソレノイド（３２）であって、前記可変力ソレノイド（３２）が、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を、前記ロックピン（６０）が前記係止位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記開位置にあり、加圧作動流体供給源（４６）と、前記エンドプレート（６４）に対する前記ロータ（２０）の相対的な角度位置に応じて制御される前記デテント通路（５６、５８）との間における流体連通を可能にするベースタイミング位置に相当する第１の位置と、カムトルク駆動力が前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を介して前記第２のチャンバ（１８）から前記第１のチャンバ（１６）に作動流体を駆動し、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記閉位置にある前進タイミング位置に相当する第２の位置と、カムトルク駆動力が、前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）を介して前記第１のチャンバ（１６）から前記第２のチャンバ（１８）に作動流体を駆動し、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が閉じている後退タイミング位置に相当する第３の位置と、前記第１のチャンバ（１６）と前記第２のチャンバ（１８）が前記制御弁（２４）の前記スプール（３６）の前記位置と前記第１の逆止弁（４０）および前記第２の逆止弁（４２）の閉鎖とによって互いに分離され、前記ロックピン（６０）が前記解放位置にあり、前記デテントバルブ（５０）が前記閉位置にある位相器保持位置に相当する第４の位置との間において、選択的に移動する、可変力ソレノイド（３２）と、を含む、カムトルク駆動型可変カムタイミング位相器。
    

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