JP2003065011A - 位相器 - Google Patents

位相器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相器において、運転中のオイル漏れを減少
させる。 【解決手段】 カムシャフトおよびタイミングギヤ間の
タイミングを調整する位相器において、第１、第２のベ
ーン１６および中央の円筒状凹部２５を有し、カムシャ
フト９とともに回転するロータ１と、ロータ１を囲繞す
る本体部２を有し、タイミングギヤ１１とともに回転す
るハウジングと、ロータ１の円筒状凹部２５内でスライ
ド可能なスプール１０４とを設ける。本体部２は、周方
向に間隔を隔てた第１、第２の凹部１７を有し、各ベー
ン１６が各凹部１７を第１、第２の部分１７ａ，１７ｂ
にそれぞれ分割している。スプール１０４はロータ１の
複数の流路を閉塞しまたは接続する複数のランド１０４
ａ，１０４ｂを有しており、スプール１０４のスライド
移動によって、各部分１７ａ，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
運動が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【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
心に制御装置を有する複合型多数位置カム割出し装置ま
たは無段可変カムシャフト割出し装置(infinitely vari
able 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「ロータ内に配置された制御装置
を有する複合型多数位置カム割出し装置」という名称の
米国仮出願第60/312,285号に開示された発明の利益を主
張する。米国仮出願の米国特許法第１１９条（ｅ）項の
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】今日の市場には、バルブ本体に設けられた
４方向バルブを用いて位相器(phaser)を制御するベーン
型ＶＣＴが多数存在している。位相器は、カムシャフト
をクランクシャフトから独立して回転させることができ
るエンジン部品である。
【０００４】典型的には、バルブ本体は、位相器および
制御システム間で漏出路を導入する前面カムベアリング
に一体に組み込まれている。この漏出は、エンジンの性
能およびオイル消費の点から重要である。
【０００５】したがって、当該分野においては、エンジ
ンの性能を最大限に発揮させかつオイル消費を最小限に
抑えるようにオイル漏れを減少させる必要性が存在して
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。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。
【００１９】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。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。
【００２０】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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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、
オイル漏れの可能性が高まる。
【００２９】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ＶＣＴ多数位置カム割出し装
置つまり位相器の必要性が存在する。
【００３０】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。
【００３１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る位
相器は、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、ロータの第１、第２のベ
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、第１、第２のベーンの回転運動を許容
している。第１、第２のベーンの各々は、第１、第２の
凹部の各々を第１、第２の部分にそれぞれ分割してい
る。第１、第２の凹部における第１、第２の部分は、圧
力下で流体の第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るとともに、圧力下
で流体の第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って、流体導入
部から第１および第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
は接続する複数のランドを有している。
【００３２】請求項２の発明に係る位相器は、請求項１
において、スプールが、中央部と、中央部の長さ分だけ
離間配置された第１および第２のランド部を有してお
り、中央部が、第１および第２の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おり、第
１および第２のランド部が、円筒状凹部内で流体の流れ
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第１の戻りライ
ンと、円筒状凹部を第１の部分に接続する第１の導入ラ
インと、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、円筒状凹部を第２の部分に接続する
第２の導入ラインと、第２の部分を円筒状凹部に接続す
る第２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が、円筒状の凹部に長さ方向に
間隔を隔てて配置されている。スプールが中央の凹部の
第１、第２の端部間の中央位置に配置されているとき、
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
が中央の凹部の第１の端部に接近して配置されていると
き、第１の導入ラインおよび第２の戻りラインが閉塞さ
れておらず、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、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、スプールが中央の凹部の第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、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、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。
【００３３】請求項３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。
【００３４】請求項４の発明においては、請求項３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。
【００３５】請求項５の発明においては、請求項４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、スプール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。
【００３６】請求項６の発明においては、請求項３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。
【００３７】請求項７の発明においては、請求項１にお
いて、流体導入口に対する流体の逆流を制御する導入チ
ェックバルブがさらに設けられている。
【００３８】請求項８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。
【００３９】本発明は、制御バルブがロータ内に配置さ
れた無段可変カムシャフトタイミング装置（割出し装
置）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。
【００４０】スプールをロータ内に配置することの主な
利点は、漏れを減少させて、位相器の応答性を向上させ
ることである。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に比べて、流路を短くできる
ようになる。
【００４１】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。
【００４２】好ましい実施態様においては、オイルは、
導入チェックバルブを通り、スプールバルブの中心に供
給される。導入チェックバルブは、トルク逆転時に供給
源に対する逆方向のオイルの流れを排除する。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。
【００４３】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。
【００４４】
【発明の実施の形態】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。
【００４５】図１ないし図５には、ただ１本のカムシャ
フト９のみが示されているが、カムシャフト９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。
【００４６】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(phase
r)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。
【００４７】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。
【００４８】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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】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。
【００５２】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。
【００５３】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。
【００５４】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。
【００５５】これにより、ハウジング２の各チャンバ１
７ａ，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。
【００５６】図４および図５において、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１７
ａ，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。
【００５７】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。
【００５８】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。
【００５９】図６ないし図８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。
【００６０】図６ないし図８に示す好ましい実施態様に
おいては、導入チェックバルブ１０５が、エンジンオイ
ル供給部に作動流体が逆流しないようにしている。な
お、本願発明はまた、本発明の精神の範囲内で、導入チ
ェックバルブ１０５がないものにも適用される。
【００６１】導入ライン１１０は、スプールバルブ１０
９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。
【００６２】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るようになっている。
【００６３】円筒状部材１１５内におけるスプール１０
４の位置制御は、電子機械式アクチュエータである可変
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。
【００６４】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。
【００６５】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１
０３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。
【００６６】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１
０４はいずれかの方向に移動する。
【００６７】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１１
７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。
【００６８】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、移動距離の一
端または他端まで完全に移動できるというかわりに、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。
【００６９】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。
【００７０】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ＥＣ
Ｕ１０２との間をインターフェースしている。
【００７１】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。
【００７２】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。
【００７３】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を駆動す
るのに用いられるだろう。
【００７４】図６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。
【００７５】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。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。
【００７６】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１
７ａ，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。
【００７７】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。
【００７８】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。
【００７９】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１１
６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
てすぐに確認することができる。
【００８０】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１０
４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１
０４ａに作用するスプリング力との間の不均衡のみを用
いることによって、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。
【００８１】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す
ることが可能になる。
【００８２】図７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。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。
【００８３】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。
【００８４】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１７
ａに流入するのが許容される。
【００８５】ランド１０４ａは、アドバンスチャンバ１
７ａ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を通って流路１０７
から大気中に排出されるのを許容する。
【００８６】図８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内の作動流体が大気中に
排出される。
【００８７】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。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。
【００８８】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。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１０６から大気中に排出されるのを許容する。
【００８９】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。
【００９０】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。
【００９１】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。
【００９２】
【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を設けるようにしたの
で、カムシャフトが多数の流路を必要とせず、単一の流
路で足りるようになり、これにより、運転中のオイル漏
れを減少できるようになる効果がある。
【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】中央のスプールバルブおよび導入チェックバル
ブを備えた本発明の好ましい実施態様によるカム割出し
装置の中立位置における状態を示している。
【図７】中央のスプールバルブおよび導入チェックバル
ブを備えた本発明の好ましい実施態様によるカム割出し
装置のアドバンス位置における状態を示している。
【図８】中央のスプールバルブおよび導入チェックバル
ブを備えた本発明の好ましい実施態様によるカム割出し
装置のリタード位置における状態を示している。
【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 １５： 円筒状部材 １６： ベーン 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500124378 Ｐｏｗｅｔｒａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ 3800 Ａｕｔｏｍａｔｉ ｏｎ Ａｖｅｎｕｅ Ｓｕｉｔｅ 100, Ａｕｂｕｒｎ Ｈｉｌｌｓ，Ｍｉｃｈｉｇ ａｎ 48326−1782 Ｕ．Ｓ．Ａ (72)発明者 マーティ・ガードナー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14850 イサカ シッケル・ロード ８ (72)発明者 マイケル・ダフィールド アメリカ合衆国 ニューヨーク州 13864 ウィルゼイビル シンディ・レーン ９ Ｆターム(参考） 3G018 BA33 DA52 DA60 DA73 DA74 EA24 FA01 FA07 GA25

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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１２
    ２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複数のランド１０
    ４ａ，１０４ｂを有している、ことを特徴とする位相
    器。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 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に接続する第１の戻りライン１１２と、円筒
    状凹部２５を第１の部分１７ａに接続する第１の導入ラ
    イン１１１と、円筒状凹部２５内の中央位置を流体源２
    ２に接続する中央の導入ライン１１０と、円筒状凹部２
    ５を第２の部分１７ｂに接続する第２の導入ライン１１
    ３と、第２の部分１７ｂを円筒状凹部２５に接続する第
    ２の戻りライン１１４と、円筒状凹部２５を大気に開放
    する第２の排出ベント１０７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、円筒状の凹部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が中央の凹部の第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が中央の凹部の第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、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１
    ７ｂ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が中央の凹部の第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１１３お
    よび第１の戻りライン１１２が閉塞されておらず、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。
  3. 【請求項３】 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。
  4. 【請求項４】 請求項３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。
  5. 【請求項５】 請求項４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１０４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。
  6. 【請求項６】 請求項３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。
  7. 【請求項７】 請求項１において、 流体導入口に対する流体の逆流を制御する導入チェック
    バルブ１０５をさらに有している、ことを特徴とする位
    相器。
  8. 【請求項８】 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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