(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のカムシャフトアセンブリであって、
長さ方向に沿って環状部６０、１９、２８、３０、３２を有する中空の外側シャフト２であって、内側シャフト４が、前記内側シャフト４の長さ方向に沿ってポート４ａ、２９、３１、２７および少なくとも１つの環状部３７ａ、３７ｂを有し、前記内側シャフト４の一端に穴４ｃを形成する、中空の外側シャフト２と、
長さ方向に沿った前記ポート２９、３１、２７の少なくとも１つが、前記外側シャフト２の長さ方向に沿った前記環状部２８、３０、３２と整列するように、前記中空の外側シャフト２内に受け入れられる内側シャフト４と、
前記外側シャフト２に取り付けられた少なくとも第２のカム山６、および前記内側シャフト４に取り付けられた少なくとも１つの第１のカム山８と、
位相器７０であって、
ｉ）駆動力を受ける外周部１４付きハウジング１２と、
ｉｉ）前記ハウジング１２内に同軸に配置されたロータであって、前記ハウジング１２と共に、前記ハウジング内のチャンバを、進角チャンバ３と遅角チャンバ５とに分割する少なくとも１つのベーン１０ａを画定し、前記ベーン１０ａは、前記ハウジング１２とロータ１０との相対角度位置を変えるために回転することができる、ロータ１０と、
ｉｉｉ）前記内側シャフト４の穴４ｃ内に収容され、複数の定量スロット２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを有するスプール２０を含む制御弁２１と、
を備える位相器７０と、
前記位相器の前記ハウジング１２および第１のベアリング１４７に隣接する第１の外側シャフト部片１４９であって、流体が前記スプール２０の前記定量スロット２０ｂを通って前記遅角チャンバ５に出入りするためのチャンバ１４９ａを画定し、前記第１のベアリング１４７は、前記位相器７０に補充オイルを供給する加圧源に接続された通路１１８を有する、第１の外側シャフト部片１４９と、
前記第１のベアリング１４７および前記第２のカム山６に隣接し、前記スプール２０の前記定量スロット２０ｃを通って、進角チャンバ３に出入りする流体流れのためのチャンバ１５０ａを画定する第２の外側シャフト部片１５０と、
前記制御弁の前記スプールの位置を制御するための弁６２と流体連通した通路１５２を備える第２のベアリング１５１と、
を含むカムシャフトアセンブリ。
【請求項２】
前記第２の外側シャフト部片の前記チャンバは、前記スプールの定量スロット２０ｄに流体を供給し、ロックピン位置を制御する、請求項１に記載のカムシャフトアセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのカム山は、前記内側シャフトに直接取り付けられ、前記少なくとも１つの他のカム山は、前記外側シャフトに直接取り付けられる、請求項１に記載のカムシャフトアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのカム山は、前記外側シャフトに固定された第１のカム山セットであり、前記少なくとも１つの他のカム山は、穴を画定し、前記穴が前記外側シャフト２のスロットの上に整列するように、すき間ばめで前記外側シャフト２上に配置された第２のカム山セットであり、前記第２のカム山セットを前記内側シャフト４に固定し、それと同時に、前記第２のカム山セットが前記外側シャフト２とすき間ばめで嵌合するのを可能にする手段を含む、請求項１に記載のカムシャフトアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本願は、「ＣＡＭ  ＴＯＲＱＵＥ  ＡＣＴＵＡＴＥＤ  ＰＨＡＳＥＲ  ＵＳＩＮＧ  ＢＡＮＤ  ＣＨＥＣＫ  ＶＡＬＶＥＳ  ＢＵＩＬＴ  ＩＮＴＯ  Ａ  ＣＡＭＳＨＡＦＴ  ＯＲ  ＣＯＮＣＥＮＴＲＩＣ  ＣＡＭＳＨＡＦＴＳ（カムシャフトまたは複数の同心カムシャフトに内蔵されたバンド逆止弁を使用するカムトルク駆動型位相器）」と題して２００８年９月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／０９８，２８９号、および「ＰＨＡＳＥＲ  ＢＵＩＬＴ  ＩＮＴＯ  Ａ  ＣＡＭＳＨＡＦＴ  ＯＲ  ＣＯＮＣＥＮＴＲＩＣ  ＣＡＭＳＨＡＦＴＳ（カムシャフトまたは複数の同心カムシャフトに内蔵された位相器）」と題して２００８年９月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／０９８，２７４号に開示された１つまたは複数の発明について主張するものである。米国特許法１１９条（ｅ）に基づく米国仮特許出願の利益が本明細書で主張され、前述の出願は、参照により本明細書に援用するものとする。
【０００２】
本発明はカムタイミングの分野に関する。より詳細には、本発明は、カムシャフトまたは複数の同心カムシャフトに内蔵されたバンド逆止弁を使用するカムトルク駆動型位相器に関する。
【背景技術】
【０００３】
カムインカム（ｃａｍ  ｉｎ  ｃａｍ）システムは、先行技術において公知である。先行技術のカムインカムシステムでは、カムシャフトは、一方が他方の内部に配置された２つのシャフトを有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
内燃機関用のカムシャフトアセンブリは、その長さ方向に沿って環状部を備える中空外側シャフトと、その長さ方向に沿ってポートを有し、一方の端部に穴を形成する内側シャフトとを含み、内側シャフトは、内側シャフトの長さ方向に沿ったポートが、外側シャフトの全長に沿った環状部およびカム山と整列するように、中空外側シャフト内に収容される。アセンブリはまた、駆動力を受ける外周部付きハウジングと、ハウジング内に同軸で配置されたロータであって、ハウジング内のチャンバを進角チャンバおよび遅角チャンバに分割する少なくとも１つのベーンをハウジングとともに画定し、ベーンは、ハウジングとロータとの相対角度位置を変えるように回転することができる、ロータと、内側シャフトの穴内に収容され、複数の定量スロットを備えたスプールを有する制御弁とを備える位相器、および外側シャフト上で第２のカム山と位相器のハウジングとに隣接する少なくとも１つのベアリングを含み、この少なくとも１つのベアリングは、位相器に補充オイルを供給するための加圧源に接続された第１の通路と、スプールの位置およびロックピンの状態を制御するための弁と流体連通する第２の通路とを有する。
【０００５】
カムシャフトアセンブリは、多気筒エンジンまたは単気筒エンジンに使用することができる。単気筒エンジンでは、少なくとも１つのカム山が、外側シャフトに直接取り付けられるか、またはこれに圧縮成形され、少なくとも１つの他のカムが、内側シャフトに直接取り付けられるか、またはこれに圧縮成形される。
【０００６】
多気筒エンジンでは、外側シャフトは中空とされ、回転軸に対して垂直に延びる複数のスロット（図示せず）を備え、外側シャフトの外面に取り付けられたスプロケットを有する。中空の外側シャフトの内部には、シャフトの長さ方向に対して垂直に延びる複数の穴（図示せず）を備える中空の内側シャフトがある。第１のカム山セットは、外側シャフトに堅固に取り付けられ、第２のカム山セットは自由に回転し、すき間ばめで外側シャフト上に置かれる。第２のカム山セットは、外側シャフトのスロット（図示せず）の上に配置され、内側シャフトによって機械連結器（図示せず）を介して制御される。
【０００７】
代替の実施形態では、ベアリングは、外側シャフト上のスラストキャップおよびベアリングに置き換えられる。スラストキャップは、内側および外側シャフトの進角および遅角環状部と、進角および遅角ポートとを収容する。第１のベアリングは、位相器に補充流体を供給し、第２のベアリングは、スプールの位置およびロックピンの位置を制御するための流体を供給する。代替案として、スラストキャップは、ベアリング、位相器の後部プレートの一部、または外側シャフト上の任意の部品であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示している。
【図２】本発明の第１の実施形態の分解図を示している。
【図３】本発明の第１の実施形態の位相器の断面図を示している。
【図４】本発明の第１の実施形態の位相器の別の断面図を示し、制御弁が最前方位置の方に移動している。
【図５】Ｓ−Ｓ線に沿った図４の断面図を示し、制御弁が最前方位置の方に移動している。
【図６】Ｕ−Ｕ線に沿った図４の断面図を示し、制御弁が最前方位置の方に移動している。
【図７】本発明の第１の実施形態の断面図を示し、制御弁が最後方位置の方に移動している。
【図８】Ｓ−Ｓ線に沿った図７の断面図を示し、制御弁が最後方位置の方に移動している。
【図９】Ｕ−Ｕ線に沿った図７の断面図を示し、制御弁が最後方位置の方に移動している。
【図１０】本発明の第１の実施形態の断面図を示し、制御弁が中間位置にある。
【図１１】Ｓ−Ｓ線に沿った図１０の断面図を示し、制御弁が中間位置にある。
【図１２】Ｕ−Ｕ線に沿った図１０の断面図を示し、制御弁が中間位置にある。
【図１３】本発明の第２の実施形態の分解図を示している。
【図１４】本発明の第２の実施形態の位相器の別の断面図を示し、制御弁が最前方位置の方に移動している。
【図１５】Ｗ−Ｗ線に沿った図１４の断面図を示し、制御弁が最前方位置の方に移動している。
【図１６】Ｖ−Ｖ線に沿った図１４の断面図を示し、制御弁が最前方位置の方に移動している。
【図１７】本発明の第２の実施形態の断面図を示し、制御弁が最後方位置の方に移動している。
【図１８】Ｖ−Ｖ線に沿った図１７の断面図を示し、制御弁が最後方位置の方に移動している。
【図１９】Ｖ−Ｖ線に沿った図１７の断面図を示し、制御弁が最後方位置の方に移動している。
【図２０】本発明の第２の実施形態の断面図を示し、制御弁が中間位置にある。
【図２１】Ｗ−Ｗ線に沿った図２０の断面図を示し、制御弁が中間位置にある。
【図２２】Ｖ−Ｖ線に沿った図２０の断面図を示し、制御弁が中間位置にある。
【図２３】本発明の別の実施形態の分解図を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜１２は、本発明の第１の実施形態の位相器７０に取り付けられたカムシャフトアセンブリ４０を示している。カフシャフトアセンブリ４０は、内側シャフト４および外側シャフト２を有する。
【００１０】
カムシャフトアセンブリ４０は、多気筒エンジン用または単気筒エンジン用とすることができる。
【００１１】
多気筒エンジンの場合、外側シャフト２は中空とされ、回転軸に対して垂直に延びる複数のスロット（図示せず）を備え、外側シャフト２の外面に取り付けられたスプロケット１４を有する。中空の外側シャフト２の内部には、シャフトの長さ方向に対して垂直に延びる複数の穴（図示せず）を備える、中空の内側シャフト２がある。第１のカム山セット６は、外側シャフト２に堅固に取り付けられ、第２のカム山セット８は自由に回転し、すき間ばめで外側シャフト２上に置かれる。第２のカム山セット８は、外側シャフト２のスロット（図示せず）の上に配置され、内側シャフト４によって機械連結器（図示せず）を介して制御される。
【００１２】
単気筒エンジンの場合、外側シャフト２は中空であり、外側シャフト２の外面に取り付けられたスプロケット１４を有する。中空の外側シャフト２の内部には、中空の内側シャフト４がある。少なくとも１つのカム山６は、外側シャフトに直接取り付けられるか、またはこれに圧縮成形され、少なくとも１つの他のカム山８は、内側シャフト４に直接取り付けられるか、またはこれに圧縮成形される。カムシャフトアセンブリの一端で、位相器７０のロータ１０が内側シャフト４に堅固に取り付けられている。
【００１３】
内燃機関は、エンジン性能を改良したり、または排出物を減らしたりするために、カムシャフトとクランクシャフトとの間の角度を変える様々な機構を採用してきた。これらの可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）機構の大部分は、エンジンカムシャフト（または、多重カムシャフトエンジンでは複数のカムシャフト）にある１つまたは複数の「ベーン位相器」を使用する。ほとんどの場合、位相器は、１つまたは複数のベーン１０ａを備え、カムシャフトアセンブリ４０の端部に取り付けられ、ハウジング１２によって囲まれた、あるいはハウジング１２内に同軸に配置されたロータ１０を有する。ハウジング１２およびロータ１０はチャンバを形成し、このチャンバ内には、ベーン１０ａが収まり、チャンバを進角チャンバ３と遅角チャンバ５とに分割している。ベーン１０ａは、ハウジング１２とロータ１０との相対角度位置を変えるために回転することができる。ハウジング１２に取り付けられたベーン１０ａおよびロータ１０内にあるチャンバを有することも同様に可能である。ハウジングの外周の一部は、通常はクランクシャフトから、または多重カムエンジンでは、可能ならば他のカムシャフトから、チェーン、ベルト、またはギヤを介して駆動力を受けるスプロケット１４、プーリ、またはギヤを形成する。前端プレート４３は、ハウジング１２の前側にボルト留めされている。後部プレート４１は、ハウジング１２の一部およびスプロケットとして形成されている。あるいは、図２３に示すように、独立した後部プレート４１が、ハウジング１２の後部にボルト留めされてもよい。通気口４３ａは前端プレート４３にあり、位相器７０の制御弁２１と一列に並んでいる。
【００１４】
位相器７０は、外側シャフト２および内側シャフト４の互いに対する位相を調整する。カムシャフトアセンブリ４０の内側シャフト４の端部は、位相器７０の制御弁２１のスプール２０を受け入れるスリーブを形成する穴４ｃを有する。スプール２０は、スプリング２３を受け入れる凹部２０ａのある第１の端部と、スプール２０が内側シャフト４に対して回転するのを防止する、内側シャフト４内にある位置合わせプラグ５０と係合する第２の端部２０ｅとを有する。スプリング２３は、スプール２０を前部プレート４３から離れる第１の方向に付勢する。スプール２０はまた、進角チャンバ３および遅角チャンバ５、ならびにロックピン４２に流体を送る助けとなる定量スロット２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを有する。
【００１５】
第１のカム山６と後端プレート４１との間には、第１の幅広ベアリング４９があり、第２のカム山８に隣接して第２のベアリング５１がある。第１の幅広ベアリング４９内には、外側シャフト２および内側シャフト４内の整列したポートおよび環状部に通じる２つの主通路１８、５２がある。外側シャフト２の環状部２８、３０、３２は、内側シャフト４内のスプール２０の位置に応じて、内側シャフト４のポート２９、３１、２７およびスプール２０の定量スロット２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと整列する。第１の幅広ベアリング４９の第１の通路１８は位相器７０に流体を供給し、ベアリング４９に給油する。第１の通路１８は、外側シャフト２の３つの環状部２８、３０、３２と整列した、第１の幅広ベアリング４９の溝１９と流体連通し、外側シャフト２の進角環状部２８は、内側シャフト４の進角ポート２９に通じ、外側シャフト２の供給または共通環状部３０は、内側シャフト４の中央ポート３１に通じ、外側シャフト２の遅角環状部３２は、内側シャフト４の遅角ポート２７に通じている。進角環状部２８、遅角環状部３０、および第１の通路１８は、それぞれ組み込まれた逆止弁３４、３６、２２を有する。逆止弁３４、３６、２２は、バンド逆止弁またはディスク逆止弁であるのが好ましいが、他のタイプの逆止弁を使用してもよい。
【００１６】
第１の幅広ベアリング４９の第２の通路５２は、ロックピン４２を制御し、弁６２を介して、制御弁２１のスプール２０の位置を前部プレート４３に向かう第２の方向に偏らせる流体を供給する。弁６２は、一定の加圧流体源を備える入／切弁または無段可変弁とすることができる。
【００１７】
ロックピン４２は、位相器のロータ１０の穴１０ｂ内にある。ロックピン４２は、ロックピン本体４６およびスプリング４３を含む。スプリング４３は、ロックピン本体４６がハウジング１２内の凹部５３と係合し、ハウジング１２がロータ１０に対してロックされるロック位置の方にロックピン本体４６を付勢する。ロック解除位置では、流体がロックピン本体４６をハウジング１２内の凹部５３から離れる方向に、スプリング４３に抗して付勢する。なお、ロックピン４２はロータ１０内に示され、ハウジング１２と係合して、ハウジング１２をロータ１０に対してロックしているが、ロックピン４２がハウジング１２内にあり、ロータ１０と係合してもよい。
【００１８】
図４〜６は、最前方位置の方に移動した制御弁を示している。加圧流体源からの流体は、弁６２を通って第１の幅広ベアリング４９の第２の通路５２に移動し、外側シャフト２と内側シャフト４との間で外側シャフト２内に形成された溝６０に至る。流体は、溝６０から内側シャフト４のポート４ａを通って、スプールの全長ではないが、スプール２０のほぼ全長に及ぶ定量スロット２０ｄに流れ込み、定量スロット２０ｄの一方の端部は、スプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４に開放され、定量スロット２０ｄの他方の端部は、ロックピン４２に通じる、ロータ１０の通路４７と整列している。チャンバ６４に供給された流体の流体圧力は、スプリング２３のスプリング力よりも大きく、チャンバ６４内の流体は、スプール２０の第２の端部２０ｅを位相器７０の前部プレート４３の方に付勢して、定量スロット２０ｄをロータ１０のロックピン通路４７と整列させ、弁６２からの流体が、ロックピン４２をロック解除位置に付勢するのを可能にする。
【００１９】
スプール２０が最前方位置の方に移動した場合、定量スロット２０ｃは、進角環状部２８および進角ポート２９と、共通環状部３０および共通ポート３１と、定量スロット２０ｃを進角チャンバ３に通じる進角通路３３に接続する進角チャンバ環状部分３７ａとに整列する。スプール２０が最前方位置の方に移動した場合、定量スロット２０ｂは、遅角環状部３２および遅角ポート２７と、定量スロット２０ｂを遅角チャンバ５に通じる遅角通路３５に接続する遅角チャンバ環状部分３７ｂとに整列する。
【００２０】
スプール２０が最前方位置の方に移動した場合、進角チャンバ３からの流体は、ロータ１０の進角通路３３を通り、内側シャフト４の進角チャンバ環状部分３７ａを通って、スプール２０の定量スロット２０ｃに流れ、進角ポート２９および共通路ポート３１に至る。流体は、逆止弁３４のために進角環状部２８に流入することができない。流体は、共通路ポート３１から共通環状部３０と、遅角環状部３２および遅角ポート２７に通じる溝１９とに流入する。流体は、遅角ポート２７から定量スロット２０ｂおよび遅角チャンバ環状部分３７ｂに流入して、遅角チャンバ５に通じる遅角通路３５に至り、ベーン１０ａを図４に矢印で示した方向に動かす。流体は、遅角逆止弁３６のために遅角チャンバ５から出ることができない。流体は、逆止弁２２のために、第１の通路１８を通って加圧源（図示せず）に逆流することができない。流体は、漏れを補うためにだけ加圧源（図示せず）から導入路１８を経由して位相器７０に供給される。
【００２１】
図７〜９は、最後方位置の方に移動した制御弁２１を示している。弁６２は排出位置に移動し、ロックピン４２を収容する穴１０ｂ、定量スロット２０ｄ、およびスプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４内にある流体は、油だめに排出される。ロックピン４２を収容する穴１０ｂからの流体が、油だめに排出された場合、ロックピンスプリング４３は、ハウジング１２内の凹部５３と係合する方にロックピン本体４６を付勢し、ロックピン４２がハウジング内の凹部５３と整列すると、ロックピンは、ハウジング１２がロータ１０に対してロックされるロック位置に移動する。スプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４内の流体が、油だめに排出された場合、スプリング２３の力は、スプールの第２の端部に面するチャンバ６４内の流体の力よりも大きく、スプールは前部プレート４３から離れる方向に移動する。
【００２２】
スプール２０が最後方位置の方に移動した場合、定量スロット２０ｃは、進角環状部２８および進角ポート２９と、定量スロット２０ｃを進角チャンバ３に通じる進角通路３３に接続する進角チャンバ環状部分３７ｂとに整列する。さらに、定量スロット２０ｂは、遅角環状部３２および遅角ポート２７と、共通環状部３０および共通ポート３１と、定量スロット２０ｂを遅角チャンバ５に通じる遅角通路３５に接続する遅角チャンバ環状部分３７ｂとに整列する。
【００２３】
スプール２０が最後方位置の方に移動した場合、遅角チャンバ５からの流体は、ロータ１０の遅角通路３５を通り、内側シャフト４の遅角チャンバ環状部分３７ｂを通って、スプール２０の定量スロット２０ｂに流れ、遅角ポート２７および共通路ポート３１に至る。流体は、逆止弁３６のために遅角環状部３２に流入することができない。流体は、共通路ポート３１から共通環状部３０と、進角環状部２８および進角ポート２９に通じる溝１９とに流入する。流体は、進角ポート２９から定量スロット２０ｃおよびポート２９に流入して、進角チャンバ３に通じる進角通路３３に至り、ベーン１０ａを図７に矢印で示した方向に動かす。流体は、進角逆止弁３４のために進角チャンバ３から出ることができない。流体は、逆止弁２２のために、第１の通路１８を通って加圧源（図示せず）に逆流することができない。流体は、漏れを補うためにだけ加圧源（図示せず）から導入路１８を経由して位相器に供給される。
【００２４】
図１０〜１２は中間位置を示している。中間位置では、スプリング２３がスプール２０の第１の端部に及ぼす力は、スプール２０の第２の端部２０ｅに面したチャンバ６４内の流体の力に等しく、定量スロット２０ｃは、進角環状部２８および進角ポート２９と、進角通路３３および進角チャンバ３に通じる進角チャンバ環状部分３７ａに開放され、定量スロット２０ｂは、遅角環状部３２および遅角ポート２７と、遅角通路３５および遅角チャンバ５に通じる遅角チャンバ環状部分３７ｂとに開放される。補充オイルは、漏れを補うために加圧源（図示せず）から位相器７０に供給され、第１の幅広ベアリング４９の流路１８に流入する。流体は、導入路１８から第１の幅広ベアリング４９内の溝１９に流入し、それから進角環状部２８に流入し、進角逆止弁３４および進角ポート２９を通ってスプール２０の定量スロット２０ｃに至り、この定量スロット２０ｃは、進角チャンバ環状部分３７ａと、進角チャンバ３に通じる進角通路３３とに通じている。溝１９からの流体はまた、遅角環状部３２に流入し、遅角逆止弁３６および遅角ポート２７を通ってスプール２０の定量スロット２０ｂに至り、この定量スロット２０ｂは、遅角チャンバ環状部分３７ｂと遅角チャンバ５に通じる遅角通路３５とに通じている。流体は、スプール２０のために共通路環状部３０または共通路ポート３１から出ることができない。
【００２５】
流体はまた、弁６２によって、第１の幅広ベアリング４９内の第２の通路５２を通って、外側シャフト２と内側シャフト４との間で外側シャフト２内に形成された溝６０に送られる。流体は、溝６０から内側シャフト４の環状部４ａを通って、スプールの全長ではないが、スプール２０のほぼ全長に及ぶ定量スロット２０ｄに流れ込み、定量スロット２０ｄの一方の端部は、スプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４に開放され、他方の端部は、ロックピン４２に通じる、ロータ１０の通路４７と整列している。スプールが中間位置にある場合、流体は、弁６２から溝６０および定量スロット２０ｄを通って、ロータ１０の通路４７に至り、ロックピン本体４６をロックピンスプリング４４に付勢して、ロックピン４２をロック解除位置に移動させる。
【００２６】
図１３〜２２は、本発明の第２の実施形態の位相器に取り付けられたカムシャフトアセンブリ１４０を示している。カムシャフトアセンブリ１４０は、内側シャフト４および外側シャフト２を有する。第２の実施形態のカムシャフトアセンブリは、多気筒エンジン用または単気筒エンジン用とすることができる。
【００２７】
多気筒エンジンの場合、外側シャフト２は中空とされ、回転軸に対して垂直に延びる複数のスロット（図示せず）を備え、外側シャフト２の外面に取り付けられたスプロケット１４を有する。中空の外側シャフト２の内部には、シャフトの長さ方向に対して垂直に延びる複数の穴（図示せず）を備える、中空の内側シャフト４がある。第１のカム山セット６は、外側シャフト２に堅固に取り付けられ、第２のカム山セット８は自由に回転し、すき間ばめで外側シャフト２上に置かれる。第２のカム山セットは、外側シャフト２のスロット（図示せず）の上に配置され、内側シャフト４によって機械連結器（図示せず）を介して制御される。
【００２８】
単気筒エンジンの場合、外側シャフト２は中空であり、外側シャフト２の外面に取り付けられたスプロケット１４を有する。中空の外側シャフト２の内部には、中空の内側シャフト４がある。少なくとも１つのカム山６は、外側シャフトに直接取り付けられるか、またはこれに圧縮成形され、少なくとも１つの他のカム山８は、内側シャフト４に直接取り付けられるか、またはこれに圧縮成形される。カムシャフトアセンブリの一端で、位相器７０のロータ１０が内側シャフト４に堅固に取り付けられている。
【００２９】
内燃機関は、エンジン性能を改良したり、または排出物を減らしたりするために、カムシャフトとクランクシャフトとの間の角度を変える様々な機構を採用してきた。これらの可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）機構の大部分は、エンジンカムシャフト（または、多重カムシャフトエンジンでは複数のカムシャフト）にある１つまたは複数の「ベーン位相器」を使用する。ほとんどの場合、位相器は、１つまたは複数のベーン１０ａを備え、カムシャフトアセンブリの端部に取り付けられ、ハウジング８によって囲まれた、あるいはハウジング８内に同軸に配置されたロータ１０を有する。ハウジングおよびロータはチャンバを形成し、このチャンバ内には、ベーン１０ａが収まり、チャンバを進角チャンバ３と遅角チャンバ５とに分割している。ベーン１０ａは、ハウジング１２とロータ１０との相対角度位置を変えるために回転することができる。ハウジング１２に取り付けられたベーン１０ａ、およびロータ１０内にあるチャンバを有することも同様に可能である。ハウジングの外周の一部は、通常はクランクシャフトから、または多重カムエンジンでは、可能ならば他のカムシャフトから、チェーン、ベルト、またはギヤを介して駆動力を受けるスプロケット１４、プーリ、またはギヤを形成する。前端プレート４３は、ハウジング１２の前側にボルト留めされている。後部プレート４１は、ハウジング１２の一部およびスプロケットとして形成されている。あるいは、図２３に示すように、独立した後部プレート４１が、ハウジング１２の後部にボルト留めされてもよい。通気口４３ａは、前端プレート４３にあり、位相器７０の制御弁２０と一列に並んでいる。
【００３０】
位相器７０は、シャフト２、４の互いに対する位相を調整する。カムシャフトアセンブリ１４０の内側シャフト４の端部は、位相器の制御弁２１のスプール２０を受け入れるスリーブを形成する穴４ｃを有する。スプール２０は、スプリング２３を受け入れる凹部２０ａのある第１の端部と、スプール２０が回転するのを防止する、内側シャフト４内にある位置合わせプラグ５０と係合する第２の端部２０ｅとを有する。スプリング２３は、スプール２０を前部プレート４３から離れる第１の方向に付勢する。スプール２０はまた、進角チャンバ３および遅角チャンバ５、ならびにロックピン４２に流体を向ける助けとなる調整スロット２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを有する。なお、この実施形態では、スプールおよび定量スロットは、スラストキャップ１４９、１５０のポートおよび環状部がスプールの適切な定量スロットと整列するように、第１の実施形態のスプールよりも長くなっている。
【００３１】
第１のカム山６と後端プレート４１との間には、後端部プレート４１のすぐ隣りにある第１のスラストキャップ１４９と、第１のスラストキャップ１４９に隣接する第１のベアリングと、さらに、第１のベアリング１４７および第１のカム山６に隣接する第２のスラストキャップ１５０とがある。第２のベアリング１５１は、第１のカム山６と第２のカム山８との間にある。
【００３２】
第１のベアリング１４７内には、流体を位相器７０に供給し、ベアリング１４７に給油する通路１１８がある。第１の通路１１８は、共通路環状部１３０と、外側シャフト２の環状部１１９に通じる、外側シャフト２の共通路ポート１３１とに流体連通している。外側シャフト２の環状部１１９は、第２のスラストキャップ１５０内のチャンバ１５０ａと流体連通する、外側シャフト２内の第２の進角ポート１２８ｂに延び、また、第１のスラストキャップ１４９内のチャンバ１４９と流体連通する、外側シャフト２内の第２の遅角ポート１３２ｂに延びる。また、第２のスラストキャップ１５０のチャンバ１５０ａ内には、第１の進角ポート１２８ａと、内側シャフト４の第３の進角ポート１２９と整列する、外側シャフト２の第１の進角環状部１２９ａとがあり、第３の進角ポート１２９は、スプール２０の定量スロット２０ｃと流体連通している。第１のスラストキャップ１４９のチャンバ１４９ａ内には、第１の遅角ポート１３２ａと、内側シャフト４の第３の遅角ポート１２７と整列する、外側シャフト２の第１の遅角環状部１２７ａとがあり、第３の遅角ポート１２７は、スプール２０の定量スロット２０ｂと流体連通している。第１の進角環状部１２９ａおよび第１の遅角環状部１２７ａはそれぞれ、組み込まれた逆止弁１３４、１３６を有する。流体通路１１８内に導入口逆止弁１２２があってもよい。逆止弁１３４、１３６、１２２は、バンド逆止弁またはディスク逆止弁であるのが好ましいが、他のタイプの逆止弁を使用してもよい。
【００３３】
第２のベアリング１５１内には第２の通路１５２があり、この第２の通路１５２は、弁６２により、ロックピン４２を制御し、制御弁２１のスプール２０の位置を前部プレート４３に向かう第２の方向に偏らせる流体を供給する。弁６２は、一定の加圧流体源を備える入／切弁または無段可変弁とすることができる。
【００３４】
ロックピン４２は、位相器のロータ１０の穴１０ｂ内にある。ロックピンは、ロックピン本体４６およびスプリング４４を含む。スプリング４４は、ロックピン本体４６がハウジング１２内の凹部５３と係合し、ハウジング１２がロータ１０に対してロックされるロック位置の方にロックピン本体４６を付勢する。ロック解除位置では、流体がロックピン本体４６をハウジング１２内の凹部５３から離れる方向に、スプリング４４に抗して付勢する。なお、ロックピン４２はロータ１０内に示され、ハウジング１２と係合して、ハウジング１２をロータ１０に対してロックしているが、ロックピン４２がハウジング１２内にあり、ロータ１０と係合してもよい。
【００３５】
図１４〜１６は、最前方位置の方に移動した制御弁を示している。加圧流体源からの流体は、弁６２を通って第２のベアリング１５１の第２の通路５２に移動し、外側シャフト２と内側シャフト４との間で外側シャフト２内に形成された環状部１６０に至る。流体は、環状部１６０から内側シャフト４のポート４ａを通って、スプールの全長ではないが、スプール２０のほぼ全長に及ぶ定量スロット２０ｄに流れ込み、定量スロット２０ｄの一方の端部は、スプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４に開放され、他方の端部は、ロックピン４２に通じる、ロータの通路４７と整列している。チャンバ６４に供給された流体の流体圧力は、スプリング２３のスプリング力よりも大きく、チャンバ６４内の流体は、スプール２０の第２の端部２０ｅを位相器７０の前部プレート４３の方に付勢して、定量スロット２０ｄをロータ１０のロックピン通路４７と整列させ、弁６２からの流体が、ロックピン４２をロック解除位置に付勢するのを可能にする。
【００３６】
スプール２０が最前方位置の方に移動した場合、定量スロット２０ｃは、第３の進角ポート１２９、第１の進角環状部１２９ａ、および第１の進角ポート１２８ａと、定量スロット２０ｃを進角チャンバ３に通じる進角通路３３に接続する進角チャンバ環状部分３７ａと、共通ポート１３１および共通環状部１３０とに整列する。スプール２０が最前方位置の方に移動した場合、定量スロット２０ｂは、第３の遅角ポート１２７、第１の遅角環状部１２７ａ、および第１の遅角ポート１３２ａと、定量スロット２０ｂを遅角チャンバ５に通じる遅角通路３５に接続する遅角チャンバ環状部分３７ｂとに整列する。
【００３７】
スプール２０が最前方位置の方に移動した場合、進角チャンバ３からの流体は、ロータ１０の進角通路３３を通り、内側シャフト４の進角チャンバ環状部分３７ａを通って、スプール２０の定量スロット２０ｃに流れ、第３の進角ポート１２９および共通路ポート１３１に至る。流体は、逆止弁１３４のために第１の遅角ポート１２８ａに流入することができない。流体は、共通路ポート１３１から共通環状部１３０および環状部１１９に流入する。流体は、環状部１１９から第２の遅角ポート１３２ｂを通って、第１のスラストキャップ１４９のチャンバ１４９ａに流れ込み、第１の遅角ポート１３２ａ、第１の遅角環状部１２７ａ、および逆止弁１３６を通り、第３の遅角ポート１２７を通って定量スロット２０ｂに至る。流体は、定量スロット２０ｂから内側シャフト４の遅角チャンバ環状部３７ｂに流れ込み、ロータ１０の遅角通路３５に流れて、遅角チャンバ５に至り、ベーン１０ａを図１４に矢印で示した方向に動かす。流体は、遅角逆止弁１３６のために遅角チャンバ５から出ることができない。流体は、逆止弁２２のために、導入通路１１８を通って加圧源に逆流することができない。第３の進角ポート１２９を通り、第１の進角環状部１２９ａと逆止弁１３４と第１の進角ポート１２８とを通って、第２のスラストキャップ１５０のチャンバ１５０ａに流れ込んだ環状部１１９からの流体は、環状部１１９に逆戻りさせる定量スロット２０ｃに流れ込み、遅角チャンバ５に至る。流体は、漏れを補うためにだけ加圧源（図示せず）から導入路１１８を経由して位相器に供給される。
【００３８】
図１７〜１９は、最後方位置の方に移動した制御弁６２を示している。弁６２は排出位置に移動し、ロックピン４２を収容する穴１０ｂ、定量スロット２０ｄ、およびスプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４内にある流体は、油だめに排出される。ロックピン４２を収容する穴１０ｂからの流体が油だめに排出された場合、ロックピンスプリング４３は、ハウジング１２内の凹部５３と係合する方にロックピン本体４６を付勢し、ロックピン４２がハウジング内の凹部５３と整列すると、ロックピン４２は、ハウジング１２がロータ１０に対してロックされるロック位置に移動する。スプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４内の流体が、油だめに排出された場合、スプリング２３の力は、スプール２０の第２の端部２０ｅに面するチャンバ６４内の流体の力よりも大きく、スプール２０は、前部プレート４３から離れる方向に移動する。
【００３９】
スプールが最後方位置の方に移動した場合、定量スロット２０ｂは、第３の遅角ポート１２７、第１の遅角環状部１２７ａ、および第１の遅角ポート１３２ａと、定量スロット２０ｂを遅角チャンバ５に通じる遅角通路３５に接続する遅角チャンバ環状部分３７ｂと、共通ポート１３１および共通環状部１３０とに整列する。スプール２０が最後方位置の方に移動した場合、定量スロット２０ｃは、第３の進角ポート１２９、第１の進角環状部１２９ａ、および第１の進角ポート１２８ａと、定量スロット２０ｃを進角チャンバ３に通じる進角通路３３に接続する進角チャンバ環状部分３７ａとに整列する。
【００４０】
スプール２０が最後方位置の方に移動した場合、遅角チャンバ５からの流体は、ロータ１０内の遅角通路３５を通り、内側シャフト４の遅角チャンバ環状部分３７ｂを通って、スプール２０の定量スロット２０ｂに入り、遅角ポート１２７ａおよび共通路ポート１３１に至る。流体は、逆止弁１３６のために第１の遅角環状部１２７ａに流入することができない。流体は、共通路ポート１３１から共通環状部１３０および環状部１１９に流入する。流体は、環状部１１９から第２の進角ポート１２８ｂを通って、第２のスラストキャップ１５０のチャンバ１５０ａに流れ込み、第１の進角ポート１２８ａを通って第１の進角環状部１２９ａに流れ込み、逆止弁１３４を通り、第３の進角ポート１２９を通って定量スロット２０ｃに流れ込む。流体は、定量スロット２０ｃから内側シャフト４の進角チャンバ環状部３７ａに流れ込み、ロータ１０の進角通路３７に流れて、進角チャンバ３に至り、ベーン１０ａを図１７に矢印で示した方向に動かす。流体は、進角逆止弁１３４のために進角チャンバ３から出ることができない。流体は、逆止弁１２２のために、導入通路１１８を通って加圧源に逆流することができない。第３の遅角ポート１２７を通り、第１の遅角環状部１２７ａと逆止弁１３６と第１の遅角ポート１３２ａとを通って、第１のスラストキャップ１４９のチャンバ１４９ａに流れ込んだ、環状路１１９からの流体は、遅角逆止弁１３６を通って、環状路１１９に逆戻りさせる定量スロット２０ｂに流れ込み、遅角チャンバ３に至る。流体は、漏れを補うためにだけ加圧源（図示せず）から導入路１１８を経由して位相器に供給される。
【００４１】
図２０〜２２は中間位置を示している。中間位置では、スプリング２３がスプール２０の第１の端部に及ぼす力は、スプール２０の第２の端部２０ｅに面したチャンバ６４内の流体の力に等しく、定量スロット２０ｃは、第１の進角ポート１２８ａ、第１の進角環状部１２９ａ、および第３の進角ポート１２９と、進角通路３３および進角チャンバ３に通じる進角チャンバ環状部分３７ａとに開放され、定量スロット２０ｂは、第１の遅角ポート１３２ａ、第１の遅角ポート環状部１２７ａ、および遅角ポート１２７と、遅角通路３５および遅角チャンバ５に通じる遅角チャンバ環状部分３７ｂとに開放される。補充オイルは、漏れを補うために加圧源（図示せず）から位相器７０に供給され、第１のベアリング１４７の流路１１８に流入する。流体は、導入路１１８から、外側シャフト２と内側シャフト４との間に形成された環状部１１９に流入し、第２の進角ポート１２８ｂおよび第２のスラストキャップ１５０のチャンバ１５０ａに流入し、第１の進角ポート１２８ａ、第１の進角環状部１２９ａ、および進角逆止弁１３４と進角ポート１２９とを通って、スプール２０の定量スロット２０ｃに至り、この定量スロット２０ｃは、進角チャンバ環状部分３７ａと、進角チャンバ３に通じる進角通路３３とに通じている。外側シャフト２と内側シャフト４との間の環状部１１９からの流体はまた、第２の遅角環状部１３２ｂおよび第１のスラストキャップ１４９のチャンバ１４９ａに流入し、第１の遅角ポート１３２ａ、第１の遅角環状部１２７ａ、および遅角逆止弁１３６と遅角ポート１２７とを通って、スプール２０の定量スロット２０ｂに至り、この定量スロット２０ｂは、遅角チャンバ環状部分３７ｂと遅角チャンバ５に通じる遅角通路３５とに通じている。流体は、スプール２０のために共通路環状部１３０または共通路ポート１３１から出ることができない。
【００４２】
流体はまた、弁６２によって第２のベアリング１５１の第２の通路１５２を通って、外側シャフト２と内側シャフト４との間で外側シャフト２内に形成された溝６０に送られる。流体は、溝６０から内側シャフト４の環状部４ａを通って、スプールの全長ではないが、スプール２０のほぼ全長に及ぶ定量スロット２０ｄに流れ込み、定量スロット２０ｄの一方の端部は、スプール２０の第２の端部２０ｅと位置合わせプラグ５０との間に形成されたチャンバ６４に開放され、他方の端部は、ロックピン４２に通じる、ロータ１０の通路４７と整列している。スプールが中間位置にある場合、流体は、弁６２から溝６０および定量スロット２０ｄを通って、ロータ１０の通路４７に至り、ロックピン本体４６をロックピンスプリング４４に付勢して、ロックピン４２をロック解除位置に移動させる。
【００４３】
代替案として、第２の実施形態のスラストキャップは、ベアリング、位相器の後部プレートの一部、または外側シャフト上の任意の部品であってもよい。
【００４４】
上記に鑑みて、本明細書で説明した本発明の実施形態が、本発明の原理を応用した単なる例示にすぎないのは当然のことである。本明細書における、図示した実施形態の細部への言及は、請求項の範囲を限定することを意図するものではなく、請求項自体は、本発明に不可欠であると考えられる特徴について記載している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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