(57)【要約】      （修正有）【課題】所定のオイルポンプ容量をもってカムシャフトとタイミングギアとの間のタイミングを制御するためのフェーザ性能を高める。【解決手段】このフェーザは、少なくとも１つの羽根５を有し、カムシャフト１１およびタイミングギアのうちの一方に接続されてそれと一体で回転するロータ２と、ロータを同軸的に取り囲むステータ１であり、ロータの少なくとも１つの羽根を受け且つステータに対するロータの回転動作を可能にするための少なくとも１つの凹部を備えるとともに、カムシャフトおよびタイミングギアのうちの他方に対して接続可能なステータとを備える。ロータは流体の流れを制御することでステータに対して正逆両方向に回転可能である。また、フェーザは、羽根の両側の流体圧を制御することによりステータに対するロータの角度位置を制御するための制御手段を備え、この制御手段は、各ポケット内の流体の圧力差により流体の流れを選択的に調整できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトとタイミングギアとの間のタイミングを制御するためのフェーザであって、
−  少なくとも１つの羽根を有し、カムシャフトおよびタイミングギアのうちの一方に接続されてそれと一体で回転するロータと、
−  ロータを同軸的に取り囲むステータであって、ロータの少なくとも１つの羽根を受け且つステータに対するロータの回転動作を可能にするための少なくとも１つの凹部が設けられているとともに、カムシャフトおよびタイミングギアのうちの他方に対して接続可能なステータと、
を備え、
−  羽根が凹部を第１のポケットと第２のポケットとに分け、これらのポケットが加圧流体を受けることができ、第１のポケット内へ流体を導入することによりロータがステータに対して第１の回転方向に動き、第２のポケット内に流体を導入することによりロータがステータに対して反対の回転方向に動き、
−  当該フェーザが、羽根の両側の流体圧を制御することによりステータに対するロータの角度位置を制御するための制御手段を備え、
−  制御手段が、各ポケット内の流体の圧力差によりポケット間で流体を流して一方のポケットから他方のポケットへ流体を送ることができるように第１のポケットと第２のポケットとの間の接続の開閉のタイミングを選択的に調整するための手段を備える、フェーザ。
【請求項２】
制御手段が、カムシャフトの固有のトリク反転によって引き起こされる第１または第２のポケットの一方におけるピーク圧力の発生により、第１のポケットと第２のポケットとの間の接続の開放のタイミングを図ることができる、請求項１に記載のフェーザ。
【請求項３】
制御リングが、アセンブリの回転軸を中心にロータおよびステータと共に回転しない、請求項１または２に記載のフェーザ。
【請求項４】
制御手段が、羽根の両側に位置された第１のロータ開口および第２のロータ開口と、ロータと同軸な制御リングとを備え、制御リングには、第１のロータ開口と第２のロータ開口との間の選択的な連通を可能にする１つ以上の凹部または開口が設けられ、制御リングのその回転軸に対する角度位置を調整して第１のロータ開口と第２のロータ開口との間の連通の開閉タイミングを調整するために駆動手段が設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフェーザ。
【請求項５】
制御リングの角度位置が、ステータの凹部のポケット間の連通の開閉をカムシャフトの角度位置に対して変えるために駆動手段により調整可能である、請求項４に記載のフェーザ。
【請求項６】
制御リングが、第１のポケットを流体を受けるためのリザーバに連通させるために第１のロータ開口と位置合わせ可能な第１のリング開口および第２のリング開口と、第２のポケットを前記リザーバに連通させるために同時に第２のロータ開口と位置合わせ可能な第２のリング開口とを備え、それにより、リザーバを介した第１のポケットと第２のポケットとの間の連通を可能にする、請求項５に記載のフェーザ。
【請求項７】
駆動手段が、駆動手段の並進動作をリングの回転動作へ変換するためのカム−カムフォロアシステムを備える、請求項４に記載のフェーザ。
【請求項８】
駆動手段がステッピングモータを備える、請求項４に記載のフェーザ。
【請求項９】
制御リングが、ステータの凹部のポケット間の連通の開閉をカムシャフトの角度位置に対して変えるために、アセンブリの回転軸に沿ってロータに対して軸方向に調整可能である、請求項１または２に記載のフェーザ。
【請求項１０】
制御リングにが、第１のポケットを第２のポケットに連通させるためにロータ開口と位置合わせ可能であり、それにより、第１のポケットと第２のポケットとの間を連通させることができる螺旋状のスロットまたは溝がその周囲に設けられている、請求項９に記載のフェーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトとタイミングギアとの間のタイミングを制御するためのフェーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、接続ロッドおよびピストンによって駆動されるクランクシャフトと、シリンダの吸気弁および排気弁を作動させる１つ以上のカムシャフトとを有している。カムシャフトは、ベルト、チェーンまたはギア等のタイミングドライブによってタイミングギアに接続されている。可変カムタイミングシステムにおいては、タイミングギアがフェーザとして既知である可変角カップリングに取って代えられる。フェーザには、ハウジング内のカムシャフトに接続されるロータ、または、タイミングギアに接続されるステータが設けられている。これにより、カムシャフトは、カムシャフトとクランクシャフトとの相対的なタイミングを変えるために、タイミングギアとは無関係に角度限界内で回転することができる。本文で使用される用語「フェーザ」は、ステータと、ロータと、ステータおよびロータの位置の相対角度を制御してカムシャフトのタイミングをクランクシャフトからオフセットできる全ての部品とを含んでいる。いかなるマルチカムシャフトエンジンにおいても、エンジン毎に１つ以上のフェーザが存在することは言うまでもない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
冒頭で説明したフェーザは技術的に既知である。今日において製造されている殆どの可変カムシャフトフェーザは、凹部内に受けられる羽根を使用する液圧作動装置である。この場合、羽根および凹部は流体ポケットを取り囲んでおり、流体ポケット内の流体圧は、凹部内の羽根の角度位置を制御する。技術的に既知であるフェーザは、エンジンオイルポンプから得られる油圧によって作動される。フェーザ性能を最適化するためには、理論的に、そのようなエンジンオイルポンプの能力ができる限り高くなければならない。しかしながら、エンジンオイルポンプが大きくなればなるほど、オイルポンプが引き起こす寄生電力損失は大きくなる。したがって、フェーザの燃料経済利得を大型エンジンオイルポンプにより形成される損失と重複させないように妥協案を見出さなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、所定のオイルポンプ容量をもってフェーザ性能を高めることである。このことは、大きなエンジンオイルポンプを使用する必要なくフェーザの制御が最適化されることを意味している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は、カムシャフトとタイミングギアとの間のタイミングを制御するためのフェーザであって、
−  少なくとも１つの羽根を有し、カムシャフトおよびタイミングギアのうちの一方に接続されてそれと一体で回転するロータと、
−  ロータを同軸的に取り囲むステータであって、ロータの少なくとも１つの羽根を受け且つステータに対するロータの回転動作を可能にするための少なくとも１つの凹部を備えるとともに、カムシャフトおよびタイミングギアのうちの他方に対して接続可能なステータを備え、
−  羽根が凹部を第１のポケットと第２のポケットとに分け、これらのポケットが加圧流体を受けることができ、第１のポケット内へ流体を導入することによりロータがステータに対して第１の回転方向に動き、第２のポケット内に流体を導入することによりロータがステータに対して反対の回転方向に動き、
−  フェーザは、羽根の両側の流体圧を制御することによりステータに対するロータの角度位置を制御するための制御手段を備え、
−  制御手段は、各ポケット内の流体の圧力差によりポケット間で流体を流して一方のポケットから他方のポケットへ流体を送ることができるように第１のポケットと第２のポケットとの間の接続の開閉のタイミングを選択的に調整するための手段を備えるフェーザが提供されることにより達成される。
【０００６】
制御手段は、カムシャフトの固有のトリク反転によって引き起こされる第１または第２のポケットの一方におけるピーク圧力の発生により、第１のポケットと第２のポケットとの間の接続の開放のタイミングを図ることができることが好ましい。
【０００７】
本発明に係るフェーザは、その使用中にフェーザの内部で形成される油圧を利用してフェーズレート（ｐｈａｓｅ  ｒａｔｅ）性能を高めることができる。
【０００８】
カムシャフトの固有のトルク反転は、エンジンオイル圧よりも著しく高い圧力脈動をロータ羽根（動翼）の両側のポケット内に形成する。本発明に係るフェーザは、ロータ羽根ショートカット手段の両側のポケット間の連通の開閉タイミングを調節することができるため、これらの高い圧力ピークを使用して、羽根の第１の側にあるポケットから羽根の他方側にあるポケットへの油の流れをサポートすることができる。第１のポケットから第２のポケットへ或いはその逆方向への流体のこの更なるシフトは、大容量のポンプを使用する必要なくフェーザの性能を高める。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態において、制御手段は、羽根の両側に位置された第１のロータ開口および第２のロータ開口と、ロータと同軸な制御リングとを備え、制御リングには、第１のロータ開口と第２のロータ開口との間の選択的な連通を可能にする１つ以上の凹部または開口が設けられ、制御リングのその回転軸に対する角度位置を調整して第１のロータ開口と第２のロータ開口との間の連通の開閉タイミングを調整するために駆動手段が設けられている。
【００１０】
一実施形態において、制御リングは、アセンブリの回転軸を中心にロータおよびステータと共に回転しない。リングの角度位置は、ステータの凹部のポケット間の連通の開閉をカムシャフトの角度位置に対して変えるために駆動手段により調整可能である。制御リングは、第１のポケットを流体を受けるためのリザーバに連通させるために第１のロータ開口と位置合わせ可能な第１のリング開口および第２のリング開口と、第２のポケットを上記リザーバに連通させるために同時に第２のロータ開口と位置合わせ可能な第２のリング開口とを備え、それにより、リザーバを介した第１のポケットと第２のポケットとの間の連通を可能にする。
【００１１】
本発明によれば、駆動手段は、リングをその回転軸に対して回転させるようになっていてもよい。あるいは、駆動手段は、駆動手段の並進動作をリングの回転動作へ変換するためのカム−カムフォロアシステムを備えていてもよい。
【００１２】
代替の実施形態において、制御リングは、ステータの凹部のポケット間の連通の開閉をカムシャフトの角度位置に対して変えるために、ロータに対して軸方向に調整可能である。そのような実施形態において、制御リングには、第１のポケットを第２のポケットに連通させるためにロータ開口と位置合わせ可能であり、それにより、第１のポケットと第２のポケットとの間を連通させることができる螺旋状のスロットまたは溝がその周囲に設けられていてもよい。そのような実施形態において、制御リングは、その回転を防止するために回転不能に固定される。
【００１３】
本発明によれば、駆動手段がステッピングモータを備えることもできる。制御リングの角度位置または軸方向位置を代替の駆動手段によって変えられることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここで、添付図面を参照しながら本発明について説明する。
【００１５】
図１は、ステータ１とロータ２とリング３とから成るアセンブリを示している。図１において、ステータ１には４つの凹部４が設けられている。ロータには４つの羽根５が設けられている。各羽根５は、各凹部４を第１のポケット４ａと第２のポケット４ｂとに分けている。
【００１６】
ポケット４ａ，４ｂは加圧油などの流体を受けることができる。ポケット４ａ内の圧力の増大により、羽根５がステータ１に対して時計周りに動く。ポケット４内の油圧の増大により、羽根５が反対方向に動く。このことは、両方のポケット４ａ，４ｂ内の流体圧を制御することによりステータ１に対するロータの角度位置を操作できることを意味している。
【００１７】
ポケット４ａ，４ｂ内の流体圧はエンジンオイル圧を使用して調整される。ポケット４ａ内の圧力を増大させる場合には、ポケット４ａへの通路が開かれ、それにより流体をポケット４ｂから流出させることができる。エンジンオイル圧がステータ１およびロータ２の相対的動作を制御するための唯一のメカニズムである場合には、２つの部品の動作が瞬間油圧によって決まる。瞬間油圧が低いと、ステータに対してロータが非常にゆっくりと動き或いは全く動かない。
【００１８】
フェーザ（ｐｈａｓｅｒ）の使用中、羽根５の両側におけるポケット４ａ，４ｂ内の圧力の脈動は、エンジンオイル圧よりも著しく高い値に達する。これらの圧力の脈動は、（図２に示される）カムシャフト１１の固有のトルク反転により引き起こされる。ポケット４ａ，４ｂ内のこれらの圧力脈動を使用するため、本発明に係るフェーザには更なる制御リング３が存在する。制御リング３はロータ２およびステータ１の両方と同軸である。ロータは、制御リング３に対して回転できるとともに、シリンダヘッドに対して装着固定されているが、後述するようにシリンダヘッドに対して角度調節することができる。制御リング３は、４つの第１のリング開口６と、４つの第２のリング開口７とを備える。ロータ２には、４つの第１のロータ開口８と、４つの第２のロータ開口９とが設けられている。制御リング３の第１のリング開口６がロータ２の第１のロータ開口８と一致する場合には、流体を受けるために第１のポケット４ａと中央リザーバ１０との間で接続が成される。
【００１９】
図１に示されるように、同時に、制御リング３の第２のリング開口７がロータ２の第２のロータ開口９と一致すると、流体を受けるためにポケット４ｂと中央リザーバ１０との間で接続が成される。
【００２０】
制御リング３は、ロータ２に対して回転せず、むしろ、シリンダヘッドに対して静止している。しかしながら、カムシャフトに対するその角度位置は、ステッピングモータなどの駆動手段によって調整することができる。ロータ開口８，９に対してリング開口６，７を位置決めして、第１のポケット４ａと第２のポケット４ｂとの間の圧力差を表わす所定のカム角度で両方のポケット４ａ，４ｂと流体のための中央リザーバとの間の接続が成されるようにするため、駆動手段は例えばエンジン制御ユニットにより制御される。
【００２１】
例えば、フェーザが推進するように命じられて、ステータ１がロータ２に対して時計周りに回転すると、第２のポケット４ｂ内の圧力がポケット４ａ内の圧力よりも高いときにポケット４ａ，４ｂが接続されるように制御リング３が調整され、それにより、流体が第１のポケット４ａ内へ流れることができ、その結果、フェージング作用（ｐｈａｓｉｎｇ  ａｃｔｉｖｉｔｙ）が可能になる。
【００２２】
図２には、本発明の一実施形態に係るフェーザの一部の側断面図が示されている。図２は、タイミングギア２０に接続されたステータ１を示している。ロータ２はカムシャフト１１に対して接続されており、フェーザは、タイミングギア２０に対するカムシャフトの回転動作を許容する。図１に関して説明したポケット４ａ，４ｂ間の圧力差を使用するためには、制御リング３の角度位置を決定しなければならない。したがって、制御リング３のその回転軸に対する角度位置を制御するために駆動手段１２が存在する。リング３には第１のリング開口６と第２のリング開口７とが設けられている。これらの開口は、適切な時に、ロータ２のロータ開口８，９と一致させることができる。
【００２３】
図３は本発明に係る制御リングの側面図を示している。リング３には、第１のリング開口６および第２のリング開口７が存在する。
【００２４】
図４は、ロータ開口８，９が設けられるロータ２の平面図を示している。図１を参照して説明したポケット４ａ，４ｂの接続を制御するため、第２のリング開口７の想定し得る実施形態が図５に示されている。
【００２５】
また、同様の形状を成す第１のリング開口６を有することもできる。この特徴的構成は、リング開口６または７の組のうちの一方が中央キャビティ１０に対して永久的に接続されるという効果を有し、流体を受けるための中央凹部１０（図２参照）に接続できる貫通穴７ｂに接続される溝７ａをリング３の表面に備える。
【００２６】
制御リングの角度調整に代わるものとして、後述するように、制御リングを軸方向に移動させ、それに伴って制御リングの螺旋状のスロットまたは溝を用いることにより開口を開閉することもできる。
【００２７】
図６には本発明の第２の実施形態が示されている。この実施形態において、制御リング３’は、ロータ２に対して軸方向に調整できるが、シリンダヘッドに対して回転不能に固定されている。制御リング３’には、ロータ２の穴８，９間の連通を選択的に行なう螺旋状の接続溝２０が設けられている。この実施形態において、溝２０は、ロータの回転中にロータ２の穴８，９が溝２０を通り過ぎるときに穴８，９間にショートカットを形成する。
【００２８】
スロットではなく溝を使用すると、流体を中央リザーバに導入させる必要なく接続溝２０を介して第１のポケットから第２のポケットへと移動させることができる。穴８，９が溝２０を通過するタイミングは、ロータ２に対する制御リング３’の位置を軸方向で調整することにより、カムタイミングに対して変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るステータ、ロータ、リングを示している。
【図２】本発明に係るフェーザの一部を断面で示している。
【図３】本発明に係る制御リングの平面図を示している。
【図４】ロータ開口が設けられるロータの平面図を示している。
【図５】第２のリング開口の想定し得る実施形態を示している。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…ステータ、２…ロータ、３…制御リング、４ａ，４ｂ…ポケット、５…羽根、１１…カムシャフト、１２…駆動手段、２０…タイミングギア。
【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】
2007056872.tif 000008
【外国語明細書】
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