(57)【要約】【課題】内燃エンジンの燃焼バルブのタイミングを変化するためのベーン型カムシャフトフェーザーを提供する。【解決手段】ベーン型カムシャフトフェーザーは、スプロケットの適当な中間回転位置に形成された座と、この座と係合してロータを中間位置に係止するため、ロータのベーンに摺動自在に配置された係止ピンと、を含む。カバープレートに配置された押圧ばねシステムが、ロータを、係止位置から遅角の位置から係止位置に向かって押圧する。ばねシステムの第一例は、一対の圧縮ばね組立体を備えている。ばねシステムの第二例は、内部トーションばねを備えている。各例では、ばねシステムをロータに連結せずにフェーザーを組み立てることができ、これによって、ロータが傾くという従来技術のフェーザーに固有の問題点を解決し、組み立てたフェーザーがエンジンのカムシャフトに確実に取り付けられるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンのバルブのタイミングを進め且つ遅らせるためのカムシャフトフェーザーであって、当該カムシャフトフェーザーは、ステータ内で所定の割り当て範囲を持つロータと、前記ロータ及び前記ステータ上に配置されたカバープレートと、前記割り当て範囲内の中間ロータ位置で、前記ロータを前記ステータに係止するための係止ピン機構とを含む、カムシャフトフェーザーにおいて、
前記割り当て範囲の一部だけから、前記中間位置に向かって、前記ロータを押圧するために、前記ロータと前記ステータとの間で動作可能に配置された押圧ばねシステムを含む、カムシャフトフェーザー。
【請求項２】
請求項１に記載のカムシャフトフェーザーにおいて、
前記中間ロータ位置は、前記割り当て範囲を進相範囲及び遅相範囲に分け、前記押圧ばねシステムは、前記遅相範囲内でのみ前記ロータと係合できる、カムシャフトフェーザー。
【請求項３】
請求項１に記載のカムシャフトフェーザーにおいて、
前記中間ロータ位置は、前記割り当て範囲を進相範囲及び遅相範囲に分け、前記押圧ばねシステムは、前記進相範囲内でのみ前記ロータと係合できる、カムシャフトフェーザー。
【請求項４】
請求項１に記載のカムシャフトフェーザーにおいて、
前記押圧ばねシステムは、前記ロータが前記割り当て範囲の遅相部分にあるときに、前記ロータと係合するための少なくとも一つの圧縮ばね組立体を含む、カムシャフトフェーザー。
【請求項５】
請求項１に記載のカムシャフトフェーザーにおいて、
前記押圧ばねシステムは、前記ロータが前記割り当て範囲の進相部分にあるときに、前記ロータと係合するための少なくとも一つの圧縮ばね組立体を含む、カムシャフトフェーザー。
【請求項６】
請求項１に記載のカムシャフトフェーザーにおいて、更に、
前記ロータとともに回転するように取り付けられた、前記押圧ばねシステムと係合するための少なくとも一つのトルクアームを備えている、カムシャフトフェーザー。
【請求項７】
請求項５に記載のカムシャフトフェーザーにおいて、
前記圧縮ばね組立体手段は、
ａ）前記少なくとも一つの圧縮ばねが配置される、前記カバープレートに形成された孔と、
ｂ）前記ロータと前記圧縮ばねとの間で力を伝達するため、前記圧縮ばねに当てて配置されたプランジャーとを備えている、カムシャフトフェーザー。
【請求項８】
請求項１に記載のカムシャフトフェーザーにおいて、
前記押圧ばねシステムは、
ａ）第１突出部及び第２の突出部を有して配置されるトーションばねであって、前記第１突出部が前記ステータに取り付けられる、トーションばねと、
ｂ）前記第２突出部と係合するために、第１ストップを有する前記ロータであって、前記ロータを進相方向又は遅相方向のうちの一方に押圧する、前記ロータと、
ｃ）前記割り当て範囲の一部に亘って前記第２突出部が前記第１ストップと係合することを阻止するために、前記ステータに配置された第２ストップと、を備えるカムシャフトフェーザー。
【請求項９】
バルブのタイミングを進め且つ遅らせるためのカムシャフトフェーザーを備えた内燃エンジンであって、前記カムシャフトフェーザーは、
ステータ内で所定の割り当て範囲を持つロータと、
前記割り当て範囲内の中間ロータ位置で、前記ロータを前記ステータに係止するための係止ピン機構と、
前記割り当て範囲の一部だけから前記中間位置に向かって、前記ロータを押圧するために、前記ロータと前記ステータとの間に動作可能に配置された押圧ばねシステムと、を含む内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンのクランクシャフトとカムシャフトとの間の位相関係を変化するためのベーン型カムシャフトフェーザーに関し、更に詳細には、作動サイクルの特定の時期に係止ピン組立体を使用してフェーザー（移相器）のロータをステータに関して係止するフェーザーに関し、最も特定的には、フェーザーのロータを、フェーザー全進角位置とフェーザー全遅角位置との間の中間の回転位置に係止することを補助するための押圧ばねシステムを備えたフェーザーに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンのクランクシャフトとカムシャフトとの間の位相関係を変化するためのカムシャフトフェーザーは周知である。従来技術のベーン型フェーザーは、一般的には、ロータに設けられた外方に延びる複数のベーンを含み、これらのベーンは、ステータに設けられた内方に延びる複数のローブと交互になっており、ベーンとローブとの間に交互の進角チャンバ及び遅角チャンバを形成する。エンジンオイルが、必要に応じて、現在の又は予想されるエンジン作動状態に合わせて、多ポートオイル制御バルブ（ＯＣＶ）を介してエンジン制御モジュールに従って進角チャンバ又は遅角チャンバのいずれかに供給される。
【０００３】
代表的な従来技術のベーン型カムフェーザーでは、フェーザー及びエンジンの所定の作動状態で、ロータをステータ（又はスプロケットホイール又はプーリ）に対して回転に関して係合できるようにオイル圧力で係合解除できる係止ピンが、ロータベーンの孔に摺動自在に配置されている。旧式の従来技術のフェーザーでは、ロータ割り当て範囲(rotor authority) の一方の端部の駐車位置で、即ち吸気カムシャフトフェーザーの場合の全遅角(full retard) 位置、又は排気カムシャフトフェーザーの場合の全進角(full advance)位置のいずれかで、ロータを係止するのが望ましい。係止ピンを係合するためにロータを位置決めするのを補助するため、ロータ用の機械的ストップ、及びロータとステータとの間で作用するトーション押圧ばねを組み込んで、ロータをストップに押し付けて係止することが周知である。
【０００４】
現在継続中の米国特許出願第１１／２２５，７７２号（特開２００７−７７９９１号公報に対応）に開示された比較的新しい従来技術のフェーザーでは、中間位置で、好ましくは、ロータの大きな割り当て回転範囲内で、ロータがステータに対して係止自在であるのが望ましい。このようなフェーザーの周知の問題点は、中間位置に係止するためにロータの位置決めを補助するためのストップ等の機械的手段がないということであり、かくして、係止が確実でなく、係止部の破損が受け入れられない程の頻度で発生してしまう。
【０００５】
更に、従来技術のフェーザーでは、トーションばねは、ロータに、当該ロータの軸線と直交する軸線を中心とした望ましからぬトルクが発生し、エンジンの組み立て中にフェーザーがカムシャフトの端部に設置される前に、ロータをステータチャンバ内で僅かに傾けてしまう。この傾け即ちコッキング(cocking) は、ロータとステータとの間の必要な隙間により生じる。このようなコッキングは比較的に僅かであるけれども、エンジンの組み立て中にカムシャフトをロータに入れるのを妨げるのに十分大きい。
【０００６】
当該技術では、追加の割り当て回転範囲を持ち、割り当て範囲内の中間位置でロータをステータに確実に係止できる、改良ベーン型カムシャフトフェーザーが必要とされている。
【０００７】
更に、当該技術では、組み立てたフェーザーのロータを、エンジンの組み立て中にカムシャフトの端部に確実に入れることができる、改良ベーン型カムシャフトフェーザーが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主な目的は、ロータ係止ピンをステータと係合するために適正に位置決めすることである。
【０００９】
本発明の別の目的は、エンジンの組み立て中、組み立てたフェーザーのロータをエンジンのカムシャフトに入れる上での信頼性を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡単に説明すると、内燃エンジンの燃焼ベーンのタイミングを変化するための本発明によるベーン型カムシャフトフェーザーは、複数のベーンを持つロータを備えており、このロータは、複数のローブを持つステータ内に配置される。ベーンとローブとが交互に配置されることにより、エンジンのクランクシャフトに関し、複数の交互のバルブタイミング進角チャンバ及びバルブタイミング遅角チャンバが形成される。ステータ内のロータのクランクシャフトの上死点に関する割り当て回転範囲は、好ましくは、上死点前約４０クランク度（進角バルブタイミング）及び上死点後約２０クランク度（遅角バルブタイミング）である。一般的には、バルブを約１０クランク度遅らせたカムシャフト位置でエンジンを始動するのが望ましい。かくして、本発明による改良フェーザーは、適当な中間回転位置でステータに形成された係止ピン座と、この座と係合し、エンジンを始動するための中間位置にロータを係止するため、ロータのベーンに摺動自在に配置された係止ピンとを備えている。
【００１１】
フェーザーのカバープレートに配置された、予備負荷された押圧ばねシステムが、ロータを、係止位置から遅延した任意の回転位置から、係止位置に向かって押圧する。ロータが進相方向に移動する場合には、押圧ばねシステムは、ロータ係止位置又はその近くで、ロータから外れる。ロータが遅相方向に移動する場合には、押圧ばねシステムは、ロータ係止位置又はその近くで係合し、ロータを減速し、これによって係止の信頼性を向上する。
【００１２】
このような押圧ばねシステムの二つの実施形態を提供する。一方の実施形態はトーションばねを備えており、他方の実施形態は一対の圧縮ばねを備えている。各実施形態において、ばねシステムをロータに連結せずにフェーザーを組み立てることができ、これによって、従来技術のフェーザーに固有のロータのコッキングの問題を解決し、エンジンの組み立て中、組み立てたフェーザーがカムシャフトに確実に取り付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を添付図面を参照して以下に例として説明する。
【００１４】
図１を参照すると、代表的な従来技術のベーン型カムシャフトフェーザー１０、即ち単にフェーザー１０は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）によって作動されるタイミングチェーン、即ちベルト（図示せず）と係合するためのプーリ又はスプロケット１２を含む。ステータ１４が、プーリ／スプロケット１２に当てて配置されており、プーリ／スプロケット１２に関して回転に関して動かないようにしてある。ステータ１４には、ロータハブ２０を持つロータ１８を受け入れるための中央チャンバ１６が設けられている。ロータハブ２０には、プーリ／スプロケット１２の中央孔２４と同軸の凹所２２が設けられており、これにより、内燃エンジン２７の組み立て中にフェーザー１０をエンジンに取り付ける際、エンジンのカムシャフト２６の一端をロータハブ２０に入れることができる。中央チャンバ１６は、カバープレート２８によって閉鎖され、中央チャンバ１６内でロータとステータとの間に進角チャンバ及び遅角チャンバを形成する。ロータハブ延長部３０をロータハブ２０の凹所に押し込む。ロータハブ延長部は、カバープレート２８の中央開口部を通って延びる。エンジン２７の組み立て中にフェーザー１０をカムシャフト２６に取り付ける軸線方向取付ボルト（図示せず）によって、ターゲットホイール３２をロータハブ延長部３０に取り付ける。かくして、ターゲットホイール３２は、ロータ１８及びカムシャフト２６とともに回転し、ロータ１８及びカムシャフト２６の回転位置を表示する。カバープレート２８及びステータ１４は、ステータ１４を通って中央チャンバ１６の外側に延びる複数のバインダーねじ３４によって、プーリ／スプロケット１２に固定される。トーション押圧ばね３６が、ロータハブ延長部３０と同軸に配置されている。このトーションばねは、例えばバインダーねじ３４の突出したへッドとの係合によりプーリ／スプロケット１２に固定された第１突出部（タング）３８と、例えばターゲットホイール３２に設けられたストップ４２との係合によってロータ１８に固定された第２突出部４０とを有する。押圧ばね３６は、フェーザー１０の組み立て中にロータとステータとの間で予負荷が加えられ、ロータ１８を中央チャンバ１６内で作動的全遅角位置に向かって押圧し、これによって、上文中に説明したロータのコッキングの問題を生じる。
【００１５】
次に図１ａを参照すると、係止ピン機構４４は、環状肩部４７を持つ係止ピン４６と、戻しばね４８と、ブッシュ４９とを含む。戻しばね４８は、係止ピン４６の内側に配置されており、ブッシュ、係止ピン、及び戻しばねは、ロータ１８のオーバーサイズベーン５２に形成された長さ方向孔５０に受け入れられ、係止ピン４６の端部は、戻しばね４８によって、ベーンの下側から延ばすことができる。係止ピン４６の端部が孔５０から延びているときにこれを受け入れ、ロータ１８をプーリ／スプロケット１２に対し、及び従ってステータ１４に対して回転的に係止するため、プーリ／スプロケット１２の内側面にピン座５４が形成されている。係止機構４４の作動は、現在継続中の米国特許出願第１１／２２５，７７２号に記載されている。孔５４を、プーリ／スプロケット１２の内側面上で、ロータ１８の割り当て回転範囲内で角度的に位置決めすることによって、係止機構と孔との係合により、ロータを、その全遅角位置（５４ａ）、その全進角位置（５４ｃ）、又はこれらの間の任意の位置（５４ｂ）に係止できるということに着目されたい。
【００１６】
次に、図２及び図３を参照すると、本発明による改良カムシャフトフェーザーの第１実施形態１１０は、従来技術のトーション押圧ばね３６に代わる改良押圧ばねシステム１３６を備えている。このシステム１３６は、カバープレート１２８に配置された少なくとも一つの圧縮ばね組立体１６０と、フェーザー取付ボルトから延びるねじ山を備えたスタッド１６５に螺着したナット１６４によって固定された、フェーザーのロータ（図２及び図３には示さず）とともに回転するように取り付けられたトルクアーム１６２とを含む。（更に、従来のターゲットホイール（図示せず）が、明らかな手段によってスタッド１６５に取り付けられていてもよい。）圧縮ばね組立体１６０は、カバープレート１２８のハウジング１６８に形成された孔に取り付けられている。トルクアーム１６２と係合するため、プランジャー１７０が圧縮ばね組立体１６０から延びている。ハウジング１６８は、カバープレート１２８に回転的に形成されており、トルクアーム１６２は、フェーザーをカムシャフトに設置した後、図２及び図３に示す位置からロータ進相角度（進角方向１７２）の全ての位置で、ロータの動きが押圧ばねシステム１３６によって影響されないように、ロータに回転的に位置決めされる。これは、トルクアーム１６２がプランジャー１７０から遠ざかる方向に移動するためである。しかしながら、図２及び図３に示す位置からロータ遅相角度（遅角方向１７４）の全ての位置では、ロータの動きは、押圧ばねシステム１３６によって影響が及ぼされる。これは、トルクアーム１６２が、ばね負荷されたプランジャー１７０と係合するためである。現在の好ましい実施形態では、トルクアームの遅角移動が押圧ばねシステム１３６によって制動される図２及び図３に示すロータ及びトルクアームの位置は、内部係止ピンシステム（図２又は図３に示さず）の中間係止位置（図１ａの５４ｂ）と対応する。更に、現在の好ましい実施形態では、中間係止位置は、ロータの割り当て範囲を進相範囲（図１ａの５８ｂ）及び遅相範囲（図１ａの５８ａ）に分ける。更に、本発明による押圧ばねシステムは、遅相範囲内でのみ、ロータと係合できる。
【００１７】
かくして、作動では、押圧ばねシステム１３６は、係止ピン及びピン座がほぼ整合して係止する時間ウィンドウを形成する。押圧ばねシステム１３６は、フェーザーの遅角作動モードのみで作用し、システム１３６は、遅角作動モードが作用していないとき、常に、ロータをその係止位置に戻そうとする。更に、押圧ばねシステム１３６は、従来技術のフェーザーの上述の望ましからぬロータのコッキングを生じることがない。好ましくは、改良フェーザー１１０は、ロータがステータ内で係止位置にある状態で組み立てられ、即ち設置され、次いでトルクアーム１６２を、所定位置でプランジャー１７０に当ててナット１６４によって固定する。
【００１８】
現在の好ましい実施形態では、改良押圧ばねシステム１３６は、図２及び図３に示すように、１８０°離間して配置された二つのトルクアーム１６２と、１８０°離間して配置された二つの圧縮ばね組立体１６０を含む。この構成により、作動時にロータにバランスのとれたトルクを加える。
【００１９】
次に、図４、図５、及び図６を参照すると、本発明による改良カムシャフトフェーザーの第２実施形態２１０は、従来技術のトーション押圧ばねに代わる改良押圧ばねシステム２３６を備えている。この押圧ばねシステム２３６では、トーション押圧ばねは、実質的に図１に従来技術のトーション押圧ばね３６について示したように取り付けられている。トーション押圧ばね２３６は、ロータハブ延長部２３０に取り付けられており、第１突出部２３８がボルトへッド３４と係合し、トーション押圧ばねをスプロケット１２に取り付ける。しかしながら、従来技術のばねシステム３６を越える改良では、ばねストップ２８０が、第２ばね突出部２４０と係合するため、カバープレート２２８から、変更したターゲットホイール２３２に向かって延びる。ストップ２８０は、ターゲットホイールの変更したストップ２４２の半径方向内側に配置される。更に、ストップ２８０は、内部係止ピンシステム（図示せず）の係止位置と実質的に同軸に配置されている。かくして、設置された、図４に示すトーション押圧ばねは、両突出部２３８、２４０がカバープレートに連結されており、ロータハブ延長部２３０又はロータにトルクやコッキングモーメントを及ぼさず、エンジン２７（図１参照）の組み立て中、改良フェーザー２１０をカムシャフト２６に確実に設置できる。このような設置中、フェーザーをカムシャフト端部に位置決めした後、ターゲットホイール２３２をトーション押圧ばね２３６上に設置し、ストップ２４２がばねストップ２８０の外側の第２ばね突出部２４０と係合するまで、反時計廻り方向（遅角方向２７４）に回転する。次いで、カムシャフト取付ボルト（図示せず）を締め、ストップ２８０、第２突出部２４０、及びターゲットホイールのストップ２４２の間の回転関係を固定する。
【００２０】
改良フェーザー２１０の作動特性は、上文中に説明した改良フェーザー１１０と同じである。作動に当たっては、全ての進相モード（図１ａの５８ａ）中、ターゲットホイールのストップ２４２は第２突出部２４０と係合しておらず、かくしてトーション押圧ばね２３６はロータの移動に全く影響を及ぼさない。第１実施形態１１０におけるのと同様に、図４及び図６に示す位置からのロータ遅相角度（遅角方向２７４）の全ての位置において、ロータの移動に押圧ばねシステム２３６によって影響が及ぼされる。これは、第２突出部２４０がターゲットホイールのストップ２４２と係合するためである。上述のように、ロータの遅角移動が押圧ばねシステム２３６によって制動される、図４及び図６に示すターゲットホイール及び第２突出部の位置は、ステータ内への内部係止ピンシステム（図示せず）の係止位置と対応する。かくして、押圧ばねシステム２３６は、係止ピン及びピン座が係止のためにほぼ整合した時間ウィンドウを形成する。押圧ばねシステム２３６は、フェーザーの作動の遅角モードだけで作用し、ばねシステムは、遅角モードが作用していないとき、常に、ロータをその係止位置に戻そうとする。
【００２１】
本発明を様々な特定の実施形態を参照して説明したが、上文中に説明した本発明の概念の精神及び範囲内で多くの変更を行うことができるということは理解されるべきである。従って、本発明を上文中に説明した実施形態に限定しようとするものではなく、本発明は、特許請求の範囲によって定義される全範囲を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、エンジンのカムシャフトがロータに直接入っており、ロータをステータ内で全遅角位置に押圧するための内部トーション押圧ばねを示す、従来技術のベーン型カムシャフトフェーザーの縦断面図である。
【図１ａ】図１ａは、プーリ／スプロケット、ステータ、ロータ、及び係止ピン機構を含む部分カムフェーザーの分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明による押圧ばねシステムの第１実施形態を示す、改良カムシャフトフェーザーの平面図である。
【図３】図３は、図２に示すフェーザー及び押圧ばねシステムの斜視図である。
【図４】図４は、本発明による押圧ばねシステムの第２実施形態を示す、改良カムシャフトフェーザーの分解斜視図である。
【図５】図５は、図４に示すフェーザーのを組み立てた状態の斜視図である。
【図６】図６は、図４及び図５に示す第２実施形態の一部を下方から見た、一部を除去した斜視図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１０  カムシャフトフェーザー
１２８  カバープレート
１３６  押圧ばねシステム
１６０  圧縮ばね組立体
１６２  トルクアーム
１６４  ナット
１６５  スタッド
１６８  ハウジング
１７０  プランジャー
【図１】
2007327492.tif 000003
【図１ａ】
2007327492.tif 000004
【図２】
2007327492.tif 000005
【図３】
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【図４】
2007327492.tif 000007
【図５】
2007327492.tif 000008
【図６】
2007327492.tif 000009
【外国語明細書】
2007327492000001.pdf