(57)【要約】【課題】内燃機関のコンバッションバルブのタイミングを変化させるためのベーン式カムシャフトフェーザの改良を提案する。【解決手段】このフェーザは、回転子の中間回転の適切なポジションでスプロケットに形成されたシートと、回転子のベーンに摺動配置されて前記シートに係合し回転子を中間ポジションで固定子に錠止するための錠止ピンとを含む。カバープレートに配置されたバイアスばねシステムは、錠止ポジションのいずれの遅延したポジションからも回転子を中間錠止ポジション側に付勢するが、回転子のバルブタイミングアドバンス運動中は、中間錠止ポジションから回転子に係合しない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関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であって、前記フェーザは、固定子内で公認範囲の回転を有する回転子と、前記回転子および固定子の上方に配置されたカバープレートと、前記回転子を固定子に前記公認範囲の中間回転子ポジションで錠止するための錠止ピン手段とを含むカムシャフトフェーザにおいて、
前記回転子と前記固定子の間に作動的に配置された、前記回転子を前記公認範囲の一部のみから前記中間ポジション側に付勢するための、バイアスばねシステムを備え、
前記バイアスばねシステムは、第１の爪を介して前記固定子に連係された捻りばねと、前記捻りばねを前記カバープレートに捕捉するためのアンカプレートと、前記回転子に連結され、前記アンカプレートを通過回転可能であり、スロットを有するばね保持具であって、前記スロットは、前記回転子が前記中間ポジションから前記公認範囲の所定の部分に付勢されるときには常に前記スロットの一端が前記ばねの第２の爪に係合するように形成されるばね保持具とを含むカムシャフトフェーザ。
【請求項２】
前記中間回転子ポジションは前記公認範囲をフェーズアドバンス部分とフェーズリタード部分とに分離し、前記バイアスばねシステム手段は前記フェーズリタード部分内でのみ前記回転子に係合可能とされる請求項１に記載のカムシャフトフェーザ。
【請求項３】
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を備える内燃機関であって、前記カムシャフトフェーザは、
固定子内で公認範囲の回転を有する回転子と、
前記回転子を前記固定子に前記公認範囲の中間回転子ポジションで錠止するための錠止ピン手段と、
前記回転子と前記固定子の間に作動的に配置された、前記回転子を前記公認範囲の一部のみから前記中間ポジション側に付勢するための、バイアスばねシステムとを備え、
前記バイアスばねシステムは、第１の爪を介して前記固定子に連係された捻りばねと、前記捻りばねを前記カバープレートに捕捉するためのアンカプレートと、前記回転子に連結され、前記アンカプレートを通過回転可能であり、スロットを有するばね保持具であって、前記スロットは、前記回転子が前記中間ポジションから前記公認範囲の所定の部分に付勢されるときには常に前記スロットの一端が前記ばねの第２の爪に係合するように形成されるばね保持具とを含む内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年６月６日付提出による係属中の米国特許出願第１１／４４７，４３７号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトとカムシャフトの間の位相関係を変化させるためのベーン式カムシャフトフェーザに関し、さらに特段には、錠止ピンアセンブリを使用してフェーザ回転子を固定子に対して作動サイクルの一定時に錠止するそのようなフェーザに関し、最も特段には、スプロケットと回転子の間に掛けられたトルクを利用して、フルフェーザアドバンスポジションとフルフェーザリタードポジション間の中間の回転位置において錠止ピンの回転子錠止を助勢するフェーザに関する。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関のクランクシャフトとカムシャフトの間の位相関係を変化させるためのカムシャフトフェーザは良く知られている。従来技術のベーン式フェーザは、概ね回転子に複数の外向きに延在するベーンを備え、同ベーンは固定子の複数の内向きに延在するローブと相互に介在して、該ベーンと該ローブ間に交互するアドバンスチャンバおよびリタードチャンバを形成する。エンジンオイルはマルチポート油圧制御弁（ＯＣＶ）を介し、エンジン制御モジュールによって、現在のあるいは予期されるエンジン作動条件を満たすための要求に従い、アドバンスチャンバまたはリタードチャンバいずれかに供給される。
【０００４】
一般的な従来技術のベーン式フェーザにおいては、制御可能に可変の錠止ピンが回転子ベーンのボア内に摺動配置されて、固定子（またはスプロケットホイールもしくはプーリ）の錠止ピンシートへの回転子の回転錠止がフェーザおよびエンジンの一定の作動条件下で可能とされる。旧式の従来技術フェーザにおいては、回転子はその公認された末端、一般的にはフルリタードポジションで錠止されることが望ましいとされた。回転子の位置決めを助勢するため、回転子のための機械的停止材および回転子と固定子の間で作用して回転子を所望の錠止ポジションで停止材に当接付勢する捻りバイアスばねを組み込むことが知られている。そのような所望ポジションは一般的にフルフェーザリタードにありとされる。
【０００５】
より新しい従来技術フェーザにおいては、回転子を公認の一層広い回転範囲の中間ポジションで固定子に錠止可能とすることが望ましいとされる。そのようなフェーザにおいて知られている問題は、停止材のような、回転子の位置決めを助勢して中間ポジションに錠止するための機械的手段が無いこととされ、したがって錠止に信頼性が無く、錠止故障をきたす率が容認しかねる程高い。
【０００６】
中間錠止ピン角を要するフェーザの分野において必要とされているのは、低油圧時にカムタイミング角をフルリタードから進めて錠止ピンを中間範囲ピンシートに整合させるための機械的な手段とされる。
【特許文献１】米国特許出願第１１／４４７，４３７号
【特許文献２】米国特許第６，９４８，４６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主たる目的は、回転子錠止ピンを適切に位置決めすることによって回転子の公認範囲の中間点で固定子に係合させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
手短に述べるならば、内燃機関のコンバッションバルブのタイミングを変化させるための、本発明によるベーン式カムシャフトフェーザは、複数のローブを有する固定子内に配置された、複数のベーンを有する回転子を含み、ベーンおよびローブの相互介在によって、複数の交互するバルブタイミングアドバンスチャンバおよびバルブタイミングリタードチャンバをエンジンクランクシャフトに対して画定する。クランクシャフトの上死点に対する固定子内における回転子の公認の回転は、上死点前（バルブタイミングアドバンスド）約４０クランク度と上死点後（バルブタイミングリターデッド）約３０クランク度の間が好ましいとされる。エンジンは約１０クランク度バルブリタードのインテークフェーザポジション下で始動されることが一般的に望ましいとされる。したがって、本発明による、改良されたフェーザは、固定子内に中間回転の適切なポジションに形成されたピンシートと、回転子のベーンに摺動可能に配置され、該シートに係合して回転子を中間ポジションで錠止する錠止ピンとを含む。本発明によるカムシャフトフェーザにおいて使用されるのに適切な例示的従来技術の錠止ピンは、米国特許第６，９４８，４６７号に開示されており、その該当する開示をここに援用する。
【０００９】
フェーザカバープレートに配置されたトロイダルばねは固定子に連係され、且つ回転子に可変に連係される。回転子がフェーズアドバンス方向に、回転子錠止ポジションもしくはその近傍で運動するとき、バイアスばねは回転子から係合が外れ、回転子はしたがってばね拘束無しに運動する。回転子がフェーズリタード方向に、回転子錠止ポジションもしくはその近傍で運動するとき、バイアスばねは係合状態となり、それによって回転子は減速し、そのため中間ポジションにおける錠止の信頼性が増す。フェーザ角は、各バルブ事象の特徴的なトルク反転をそれぞれ伴って中間ポジション辺りで振れるであろう。したがって、錠止ピンはそのような振れのたびにピンシート上方を通り、錠止ピンの後退圧力が除かれたときに再係合することが可能とされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明を、例示により、添付の図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に関し、一般的な従来技術のベーン式カムシャフトフェーザ１０は、エンジンクランクシャフト（図示せず）により動かされるタイミングチェーンもしくはベルト（図示せず）に係合するプーリもしくはスプロケット１２を含む。固定子１４は、プーリ／スプロケット１２に当接配置され且つこれとともに回転する。固定子１４には、ハブ２０を有する回転子１８を受ける中央チャンバ１６が設けられる。ハブ２０には、スプロケット１２の中央ボア２４と同軸とされる凹陥２２が設けられ、内燃機関２７の組立中にフェーザ１０を搭載するに際して、エンジンカムシャフト２６端部の回転子ハブ２０内への近接を可能とする。中央チャンバ１６はカバープレート２８によって閉じられ、チャンバ１６内で回転子と固定子の間にアドバンスチャンバおよびリタードチャンバを形成する。回転子ハブ延長部３０は、回転子ハブ２０の凹陥内に押入され、カバープレート２８の中央開口を介して回転可能に延在する。ターゲットホイール３２は、エンジン２７の組立中にフェーザ１０をカムシャフト２６に取り付けるアキシャルマウンティングボルト（図示せず）によって、回転子ハブ延長部３０に取り付けられる。したがって、ターゲットホイール３２は、回転子１８およびカムシャフト２６とともに回転し且つ回転子およびカムシャフトの回転位置を示す。カバープレート２８および固定子１４は、チャンバ１６外部の固定子１４を介して延在する複数のバインダスクリュ３４を介してスプロケット１２に固定される。捻りバイアスばね３６は、回転子ハブ延長部３０と同軸配置され、バインダスクリュ３４の突出ヘッドとの係合によって固定子１４に固定された第１の爪３８を有し、ターゲットホイール３２の上部４２との係合によって回転子１８に固定された第２の爪４０を有する。バイアスばね３６はフェーザ１０の組付け中に回転子と固定子の間で予荷重を掛けられ、回転子１８をチャンバ１６内のフルオペレーショナルリタードポジション側に付勢する。
【００１２】
次に図２から４に関し、本発明による、改良されたカムシャフトフェーザの第１の実施形態１１０は、従来の捻りバイアスばね３６に代わる、改良されたバイアスばねシステム１３５を含む。ばねシステム１３５においては、捻りバイアスばね１３６はカバープレート１２８に取り付けられ、第１のばね爪１３８は、従来技術のフェーザ１０の場合と同様に、ボルトヘッド３４に係合することによって、ばねをスプロケット１２に連係させる。
【００１３】
従来技術のフェーザ１０を超える新規な改良において、ばね１３６は環状のアンカプレート１５０によって軸方向捕捉され、アンカプレート１５０は中央開口１５２と、アンカプレート１５０をボルト延伸部１５６に摺動可能に取付け可能とする複数の孔１５４とを有する。アンカプレート１５０にはさらに、第２の、軸方向に延在するばね爪１４０を受けるスロット１５８が設けられる。スロット１５８は、爪１４０が回転子１８のフルリタードポジションに対応するスロット１５８の第１端に係合するように形成される。ばね１３６は、カバープレート１２８とアンカプレート１５０の間に装着時に所望レベルの付勢力をスロット１５８に対して掛けるように好都合な弾撥力の程度および巻回構成に調整して形成することが可能とされる。このポジションにおいて、ばね１３６は回転子１８に係合せず、固定子１４に取り付けられた２つの要素（ボルトヘッド３４およびアンカプレート１５０）の間に連係されることに留意されたい。さらに、スロット１５８は、ばね１３６の作用運動中に爪１４０がスロット１５８の対向端には係合し得ないように十分に弧状に延びることにも留意されたい。
【００１４】
ばね保持具１６０は、アンカプレート１５０上方に半径方向に延在する第１フランジ部１６２と、ばね１３６を介して延在し且つ組立ボルト１６８により回転子１８に当接捕捉される円筒状部１６４および第２フランジ部１６６とを備える。ばね保持具１６０をピン１７０を介して回転子１８に回転するように連結させ、それによってばね保持具１６０のスロット１７２を第２ばね爪１４０およびスロット１５８に対して正確に割出しすることが好ましい。
【００１５】
回転子１８とともに回転する際に、ばね保持具１６０はアンカプレート１５０を自由に通過回転可能とされる。バイアスばねは、回転子がリタードポジションのときのみ回転子にばね保持具１６０を介して連結されることに留意されたい。したがって、フェーザはばねを回転子に連結させることなく組立可能とされ、それによって従来技術のフェーザに特有の回転子コッキング問題（rotor cocking problem）が克服され、エンジン組立中に、組立済みのフェーザをカムシャフトに信頼性良好に搭載することが保証される。
【００１６】
図４から６に関し、作動中において、バルブタイミングアドバンス方向１７１にオールフェーズアドバンスモード（図６）中は、スロット１７２の端は第２爪１４０に係合せず、したがってばね１３６を含むバイアスばねシステム１３５は回転子の運動に影響しない。しかし、図６に示すポジションから回転子リタードフェーズ角（リタード方向１８０）の全てのポジションにおいては、第２爪１４０がスロット１７２の一端に係合されるため、回転子の運動はバイアスばねシステム１３５によって影響される。回転子のリタード運動１８４がバイアスばねシステム１３５によって制動され始める、図５に示すスロット１７２および第２爪１４０のポジションは、インターナルロックピンシステム（ここでは見えないが従来技術で知られている）が固定子に錠止するポジションに相当する。フェーズ角は中間錠止ポジションを遅延通過するように指令されるため、爪１４０はスロット１７２の端に係合される。アドバンス方向のばね付勢はアンカプレート１５０から回転子１８に伝達され、回転子ポジションがさらに遅延するのに対して抵抗する。正規作動においては、回転子ベーンに対する油圧力によってばね付勢を克服可能とされ、図４に示すように、回転子はどの所望の遅延したポジション１８６にも移動する。しかし、油圧が降下、もしくはエンジン停止等により無くなると、ばね１３６がばね保持具１６０を介して作用し、回転子錠止ピンが固定子もしくはスプロケットのピンシートに係合可能な公認範囲の中間とされる所定ポジション１８８（図５）に回転子１８を戻す。各バルブ事象によってカムシャフト２６にトルク反転が生起し、カムトルクおよびバイアスばねトルクの対向力によって錠止ピンはそのシート上方で振れた末にシートに係合する。したがって、バイアスばねシステム１３５は、錠止ピンおよびシートがほぼ整合して錠止するタイムウィンドウを創成する。
【００１７】
以上に本発明を様々な具体的実施形態について説明したが、説明した進歩的着想の理念および範囲内で無数の変更が可能とされることを理解されたい。したがって、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、付属の請求範囲の言葉によって画定される全範囲に及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術のベーン式カムシャフトフェーザの縦断面図であり、エンジンカムシャフトの回転子内への入来を示し、回転子を固定子内のフルリタードポジションに付勢するための内部捻りバイアスばねをも示す図である。
【図２】本発明による捻りバイアスばねシステムを示すカムシャフトフェーザの切欠等角図である。
【図３】図２に示すフェーザおよびバイアスばねシステムの全等角図であり、ばね保持具を除いてアンカプレートを示した図である。
【図４】図２に示すフェーザおよびバイアスばねシステムの全等角図であり、バイアスばねを係合状態とするバルブリタードポジションの回転子を示す図である。
【図５】図２に示すフェーザおよびバイアスばねシステムの全等角図であり、回転子の公認範囲内の、固定子への錠止に適切な中間点における回転子を示す図である。
【図６】図２に示すフェーザおよびバイアスばねシステムの全等角図であり、バイアスばね爪が回転子から外れた状態のバルブアドバンスポジションにおける回転子を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１２  スプロケット
１４  固定子
１８  回転子
２６  カムシャフト
３４  ボルトヘッド
１１０  改良されたカムシャフトフェーザ
１２８  カバープレート
１３５  改良されたバイアスばねシステム
１３６  捻りバイアスばね
１３８  第１ばね爪
１４０  第２ばね爪
１５０  アンカプレート
１５２  中央開口
１５４  孔
１５６  ボルト延伸部
１５８  スロット
１６０  ばね保持具
１６２  第１フランジ部
１６４  円筒状部
１６６  第２フランジ部
１６８  組立ボルト
１７０  ピン
１７１  バルブタイミングアドバンス方向
１７２  スロット
１８０  リタード方向
１８４  リタード運動
１８６  遅延したポジション
１８８  所定ポジション
【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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【外国語明細書】
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