(57)【特許請求の範囲】
【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（１２２）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２つのランド（１０４ａ，１０４ｂ）を有しており、
ロータ（１）の中央の円筒状凹部（２５）が、
円筒状凹部（２５）を第１の部分（１７ａ）に接続するとともに円筒状凹部（２５）から第１の部分（１７ａ）に流体（１２２）を導入するための第１の導入ライン（１１１）と、流体（１２２）が第１の部分（１７ａ）に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第１の導入ライン（１１１）内に配置された第１のチェックバルブ（２００）と、第１の導入ライン（１１１）とは別個に設けられかつ円筒状凹部（２５）を第２の部分（１７ｂ）に接続するとともに円筒状凹部（２５）から第２の部分（１７ｂ）に流体（１２２）を導入するための第２の導入ライン（１１３）と、流体（１２２）が第２の部分（１７ｂ）に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第２の導入ライン（１１３）内に配置された第２のチェックバルブ（２０１）と、
を備えており、
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）内の中央位置を流体源（１２２）に接続する中央の導入ライン（１１０）と、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）に接続するとともに第１の部分（１７ａ）から円筒状凹部（２５）内に流体（１２２）を戻すための第１の戻りライン（１１２）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、第２の部分（１７ｂ）を円筒状凹部（２５）に接続するとともに第２の部分（１７ｂ）から円筒状凹部（２５）内に流体（１２２）を戻すための第２の戻りライン（１１４）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）が円筒状凹部（２５）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のチェックバルブ（２００）および第２のチェックバルブ（２０１）がいずれも開放し、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）が円筒状凹部（２５）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、第１のチェックバルブ（２００）が開放しかつ第２のチェックバルブ（２０１）が閉塞し、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（１７ｂ）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）が円筒状凹部（２５）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、第１のチェックバルブ（２００）が閉塞しかつ第２のチェックバルブ（２０１）が開放し、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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
請求項２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。
【請求項４】
請求項３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、スプールバルブ（１０９）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。
【請求項５】
請求項２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。
【請求項６】
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。
【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、ロータの中心にスプールバルブと二つのチェックバルブとを備えた無段階可変カムシャフト割出し装置(infinitely variable 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「チャンバおよびスプールバルブ間のロータに二つのチェックバルブを有する４シリンダエンジンのための捩じり補助カム位相器」という名称の米国仮出願第60/312,140号に開示された発明の利益を主張する。米国特許法第１１９条（ｅ）項における米国仮出願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】
可変カムタイミングには、排気、燃費および動力密度の向上のような多くの利点がある。カムの位相調整のための一つの方法は、ベーン型カム位相器または油圧駆動装置（ＯＰＡ）を使用している。この装置の性能は、典型的にはエンジン速度の関数である油圧に左右される。
【０００４】
このため、低速時（とくにエンジンアイドル運転時）においては、ＯＰＡの性能は受け入れ難いものである。カム位相調整の第２の方法である、「カムトルク駆動による（ＣＴＡ: cam torque actuated)位相調整」は、チェックバルブとともにカム捩じりエネルギを捕捉して、オイルチャンバを再循環させる。
【０００５】
ＣＴＡ技術は、速度範囲にわたってカムトルクを増幅することにより、Ｉ３エンジン、Ｖ３およびＶ６エンジンには良好に作用する。しかしながら、ＣＴＡ技術は、４気筒エンジンには全速度範囲にわたって良好に作用しない。したがって、当該分野においては、４気筒エンジンに良好に作用する技術の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。
【００１９】
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。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。
【００２０】
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。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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、漏れの可能性が高まる。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、無段階ＶＣＴ多数位置カム割出し装置の必要性が存在する。
【００２８】
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。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、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、ロータの各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、各ベーンの回転運動を許容している。各ベーンは、各凹部を第１、第２の部分にそれぞれ分割している。各凹部における第１、第２の部分は、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、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り、流体導入部から第１、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２つのランドを有している。ロータの中央の円筒状凹部は、円筒状凹部を第１の部分に接続するとともに円筒状凹部から第１の部分に流体を導入するための第１の導入ラインと、流体が第１の部分に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第１の導入ライン内に配置された第１のチェックバルブと、第１の導入ラインとは別個に設けられかつ円筒状凹部を第２の部分に接続するとともに円筒状凹部から第２の部分に流体を導入するための第２の導入ラインと、流体が第２の部分に流入するのを許容しかつその逆方向への流体の流れを阻止するように、第２の導入ライン内に配置された第２のチェックバルブとを備えている。スプールは、中央部と、中央部の長さ分だけ離間配置された第１、第２のランド部を有しており、各ランド部が、円筒状凹部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おり、中央部が、各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とともに第１の部分から円筒状凹部内に流体を戻すための第１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、第２の部分を円筒状凹部に接続するとともに第２の部分から円筒状凹部内に流体を戻すための第２の戻りラインとを有している。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は、円筒状凹部に長さ方向に間隔を隔てて配置されている。スプールが円筒状凹部の各端部間の中央位置に配置されているとき、第１、第２のチェックバルブがいずれも開放し、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、スプールが円筒状凹部の第１の端部に接近して配置されているときに、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、第１のチェックバルブが開放して第２のチェックバルブが閉塞し、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、かつ第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、スプールが円筒状凹部の第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、第１のチェックバルブが閉塞して第２のチェックバルブが開放し、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、かつ第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。
【００３０】
請求項２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。
【００３１】
請求項３の発明においては、請求項２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ことを特徴としている。
【００３２】
請求項４の発明においては、請求項３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、スプールバルブ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。
【００３３】
請求項５の発明においては、請求項２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。
【００３４】
請求項６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。
【００３５】
本発明は、制御バルブがロータ内に配置された無段階可変カムシャフトタイミング装置（割出し装置）である。詳細には、本発明は、チャンバおよびスプールバルブ間のロータに二つのチェックバルブを有する４シリンダエンジンのための捩じり補助カム位相器である。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。
【００３６】
二つのチェックバルブ、つまりアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブもまたロータ内に配置されている。チェックバルブは、各チャンバの制御流路内に配置されている。供給部に単一のチェックバルブを備えるかわりに、チェックバルブをアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに配置することの主な利点は、漏れを減少させることにある。
【００３７】
このような設計手法はまた、スプールバルブを通る高圧のオイルの流れをなくすとともに、油路が短くなることによりトルク逆転に対してチェックバルブの応答時間を向上させる。また、本願発明による位相器は、油圧駆動の装置よりも性能が優れており、オイル消費量が少ない。
【００３８】
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。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。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の実施の形態】
大抵のエンジンは、アイドル運転時には、カム位相器を駆動する許容カムトルクを有している。しかしながら、第４次のカムトルクがエンジン速度とともに減少して、高速回転時には、カム位相器は、カムトルクのみでは駆動されず、液圧による力を必要とする。このような問題は、４気筒エンジンにはとくによく起こることである。
【００４１】
本願発明は、エンジンオイル圧を使用しており、カム位相器を駆動するのにカム捩じりエネルギによって補助されている。このことは、捩じり補助（ＴＡ: Torsional Assist）と呼称される。この設計におけるチェックバルブは、カムの捩じりによって発生するトルク逆転を排除しており、駆動速度を向上させている。
【００４２】
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。
【００４３】
図面には、ただ１本のカムシャフトが図示されているが、このカムシャフトが、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。
【００４４】
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(phaser)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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
図１において、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
図２ないし図５に示すように、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。
【００５１】
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。
【００５２】
これにより、ハウジング２の各チャンバ１７ａ，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。
【００５３】
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１７ａ，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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
図６ないし図１０において、ロータ１はスプールバルブ１０９を収容している（図６参照）。スプールバルブ１０９は、スプール１０４および円筒状部材１１５を有している。止め輪１５０がスプール１０４の一端に係合している。プラグ２０２は、円筒状部材１１５の端面と面一に圧入されている。
【００５７】
スプリング１１６がプラグ２０２に当接している。ロータ１内部のアドバンスチャンバチェックバルブ２００およびリタードチャンバチェックバルブ２０１は、止め輪２０５，２０６をそれぞれ有している。止めねじ２０３は、ロータ１の表面の下方に沈んでいるのが好ましい。ロータ１には、ダボ２０７も装着されている。
【００５８】
図１１ないし図１３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。
【００５９】
アドバンスチャンバチェックバルブ２００は、アドバンスチャンバ導入ライン１１１に配置されており、リタードチャンバチェックバルブ２０１は、リタードチャンバ導入ライン１１３に配置されている。供給部に単一のチェックバルブを設けるかわりに、アドバンスチャンバおよびリタードチャンバにチェックバルブを設置する主な利点は、オイル漏れを減少させることである。
【００６０】
チャンバおよびスプールバルブ１０９間にチェックバルブ２００，２０１を配置することは、スプールバルブ１０９を通る高圧オイルの流れを排除する。また、短い油路に起因したトルク逆転に対してチェックバルブ２００，２０１の応答時間を向上させる。
【００６１】
油圧駆動（ＯＰＡ）装置と比較した捩じり補助（ＴＡ）位相器の第２の利点は、オイル消費量である。ＴＡ位相器は、ＯＰＡ装置の性能よりも優れており、オイル消費量も少ない。
【００６２】
導入ライン１１０は、スプールバルブ１０９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。
【００６３】
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り得るようになっている。
【００６４】
円筒状部材１１５内におけるスプール１０４の位置制御は、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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１０３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。
【００６７】
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１０４はいずれかの方向に移動する。
【００６８】
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１１７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。
【００６９】
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ように移動距離の一端または他端まで完全に移動できるのではなく、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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ＥＣＵ１０２との間をインターフェースしている。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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バルブを駆動するのに用いられるだろう。
【００７５】
図１１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。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。
【００７６】
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。
【００７７】
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１７ａ，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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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１１６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容易に確認可能である。
【００８１】
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１０４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１０４ａに作用するスプリング力との間の不均衡のみを使用することによって、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。
【００８２】
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できるようになる。
【００８３】
図１２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。
【００８４】
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。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。
【００８５】
アドバンスチャンバチェックバルブ２００は開放されており、これにより、作動流体１２２がアドバンスチャンバ１７ａに流入するのが許容される。リタードチャンバチェックバルブ２０１は閉塞されており、これにより、リタードチャンバ導入ライン１１３を通って作動流体１２２がリタードチャンバ１７ｂに流入するのを阻止している。
【００８６】
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１７ａに流入するのが許容される。
【００８７】
ランド１０４ａは、アドバンスチャンバ１７ａ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を通って排出口１０７から大気中に排出されるのを許容する。
【００８８】
図１３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１２２が大気中に排出される。リタードチャンバチェックバルブ２０１は開放されており、これにより、作動流体１２２がリタードチャンバ１７ｂに流入するのが許容される。
【００８９】
アドバンスチャンバチェックバルブ２００は閉塞されており、これにより、アドバンスチャンバ導入ライン１１１を通って作動流体１２２がアドバンスチャンバ１７ａに流入するのを阻止している。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。
【００９０】
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。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。
【００９１】
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口１０６から大気中に排出されるのを許容する。
【００９２】
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をともにロックする。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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
【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のみならず第１、第２のチェックバルブを設けるようにしたので、運転中のオイル漏れを減少させることができる効果がある。
【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】本発明の一実施態様によるロータの分解組立図である。
【図７】図６のロータの平面図である。
【図８】図７のVIII-VIII 線断面図である。
【図９】図６のロータの平面図である。
【図１０】図９のX-X 線断面図である。
【図１１】本発明の好ましい実施態様において、零位置におかれたアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブを備えたカム位相器を示している。
【図１２】本発明の好ましい実施態様において、アドバンス位置におかれたアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブを備えたカム位相器を示している。
【図１３】本発明の好ましい実施態様において、リタード位置におかれたアドバンスチャンバチェックバルブおよびリタードチャンバチェックバルブを備えたカム位相器を示している。
【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
１６：  ベーン
１７：  凹部
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
２００：  アドバンスチャンバチェックバルブ
２０１：  リタードチャンバチェックバルブ
【図１】
0004209153.tif 000002
【図２】
0004209153.tif 000003
【図３】
0004209153.tif 000004
【図４】
0004209153.tif 000005
【図５】
0004209153.tif 000006
【図６】
0004209153.tif 000007
【図７】
0004209153.tif 000008
【図８】
0004209153.tif 000009
【図９】
0004209153.tif 000010
【図１０】
0004209153.tif 000011
【図１１】
0004209153.tif 000012
【図１２】
0004209153.tif 000013
【図１３】
0004209153.tif 000014