JP2003328710A - 可変カムタイミングシステム - Google Patents

可変カムタイミングシステム

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JP2003328710A
JP2003328710A JP2003117528A JP2003117528A JP2003328710A JP 2003328710 A JP2003328710 A JP 2003328710A JP 2003117528 A JP2003117528 A JP 2003117528A JP 2003117528 A JP2003117528 A JP 2003117528A JP 2003328710 A JP2003328710 A JP 2003328710A
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Roger Simpson
ロジャー・シンプソン
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34426—Oil control valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変カムタイミングシステムにおいてエンジ
ンの軸方向長さを減少させる。 【解決手段】 可変カム位相器６０の流体制御入力にお
ける流体を変化させることによりクランクシャフトおよ
びカムシャフト３３の相対的位相を変化させるための内
燃機関用可変カムタイミングシステムである。このシス
テムは、可変カム位相器６０の内側部分の穴にスライド
可能に取り付けられたスプール２５を有するスプールバ
ルブ２８と、ソレノイドバルブ１５を有する内部差圧制
御システムとを備えている。スプール２５の軸方向移動
が可変カム位相器６０の流体制御入力における流体の流
れを制御している。スプール２５は、第２の端部２１の
面積が第１の端部１９の面積よりも大きくなっている。
ソレノイドバルブ１５への電気的入力における電気信号
が、スプール２５の第２の端部２１に供給される圧力の
変化を生じさせて、スプール２５を穴内の軸方向に移動
させている。

Description

【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
タイミングシステム（ＶＣＴ: variable camshaft timi
ng system)の運転を制御するための制御システムに関す
る。より詳細には、本発明は、エンジンの軸方向長さを
減少させるための内部差圧制御システム（ＤＰＣＳ：di
fferential pressure control system）の使用に関す
る。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】以下の米国特許は引用す
ることによって本件出願の中に含まれており、これらの
米国特許に開示された情報を考慮することは、本発明の
背景を調べるのに有用である。
【０００３】ベーン式またはピストン式カム位相器のチ
ャンバに対するオイルの流入および流出を制御するため
のスプールバルブの位置を制御する一つの方法は、米国
特許第 5,107,804号に開示されたような外部取付けのソ
レノイドＤＰＣＳ（差圧制御システム) の採用である。
【０００４】図５は、スプールバルブ２８を示してお
り、このスプールバルブ２８は、穴３１およびベントス
プール２５から構成されている。スプール２５は、穴３
１内でスライド自在に設けられている。なお、位相器６
０は、図では詳細に示されていない。
【０００５】図示しないアドバンスチャンバおよびリタ
ードチャンバへの通路９１が、例示目的のためにのみ示
されており、これは、使用される位相器のタイプにより
決定される。
【０００６】穴３１内におけるベントスプール２５の位
置は、エンジンからの油圧２によって供給される外部取
付けのソレノイドＤＰＣＳ１によって影響を受ける。Ｄ
ＰＣＳ１は、スプールバルブ２８の一端を押圧するの
に、エンジンオイル供給圧２を利用している。スプール
の両端１０は、同じ面積を有している。
【０００７】ＤＰＣＳ１は、スプール２５のアーマチュ
ア３に作用している。パルスはコイル４に印加されてお
り、コイル４はソレノイド５を駆動する。スプール２５
の端部１０の面積は、典型的には、７８．５ｍｍ2 （つ
まり直径１０ｍｍ）である。
【０００８】ＰＷＭまたは比例ソレノイド５のいずれか
からの制御圧がピストン６を押圧しており、ピストン６
の面積は、典型的には１５７ｍｍ2 （つまり直径約１４
ｍｍ）である。
【０００９】外部取付けのシステムにおいては、ソレノ
イドおよびピストンは、カム位相器の前方に取り付けら
れている。位相器に取り付けられたスプリング１８は、
ソレノイドの破損の場合に備えて、スプールをデフォー
ルト位置に付勢している。
【００１０】好ましくは、ソレノイド５は、制御信号に
反応してコイル４に供給される電流によって制御されて
いる。制御信号は、好ましくは、電子エンジン制御ユニ
ット（ＥＣＵ）から直接送出されている。ソレノイド５
は、図１中のグラフ９に示すような通常開放状態か、同
図中のグラフ１１に示すような通常閉塞状態のいずれか
になるように製作される。
【００１１】外部取付けの制御システムには、一定の限
界がある。外部取付けの差圧システムは、ソレノイド５
および制御ピストン６がエンジンフロントカバー７また
はエンジンブロックのいずれかに取り付けられることを
要求する。これは、エンジンの軸方向長さを増加させ
る。いずれの取付方法においても、第２のエンジンオイ
ル供給圧２がソレノイド制御システムに送出されなけれ
ばならない。
【００１２】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制御システムは、スプ
ールバルブの両端に作用する液圧を利用している。
【００１３】米国特許第 5,184,578号に示された制御シ
ステムにおいては、クランクおよびカムの位置が検出さ
れ、パルス幅変調ソレノイドがスプールバルブを移動さ
せて位相器の駆動制御を行っており、クローズドループ
制御がカムおよびクランク間の位相差を測定し、それに
したがってスプールバルブを運転している。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第 5,172,659号
【００１５】
【特許文献２】米国特許第 5,184,578号
【００１６】米国特許第 5,497,738号は、中央取付けス
プールバルブを用いて位相角を制御するのに、可変力ソ
レノイドを使用している。このタイプの可変力ソレノイ
ドは、位相器の位置を無段階で制御することが可能であ
る。
【００１７】位相器の中央に配置されたベントスプール
バルブの端部に作用する力は、好ましくは可変力ソレノ
イド型の電気機械的アクチュエータによって供給されて
いる。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
される電気信号に反応してベントスプールに直接作用し
ている。
【００１８】
【特許文献３】米国特許第 5,497,738号
【００１９】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、相対位相角を計算するのにこれらの位置情報を利用
している。好ましくは、あらゆる位相角誤差を補償する
クローズドループフィードバックシステムが採用され
る。
【００２０】可変力ソレノイドの使用が、緩慢な動的応
答性の問題を解消する。このような装置は、スプールバ
ルブの機械的応答性と同じくらい速くなるように設計す
ることができ、確かに従来の（完全液圧）差圧制御シス
テムよりもかなり速い。
【００２１】応答性が速くなると、増加したクローズド
ループゲインを使用できるようになり、このことが、構
成要素の許容誤差および運転環境に対してシステムがそ
れほど敏感でないようにする。
【００２２】本発明の目的は、エンジンの軸方向長さを
減少させることができる可変カムタイミングシステムを
提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る可
変カムタイミングシステムは、可変カム位相器の流体制
御入力における流体の流れを制御するように軸方向スラ
イド自在に設けられかつ第２の端部の面積が第１の端部
の面積よりも大きいスプールを有するスプールバルブを
備えている。また、このシステムは、ソレノイドバルブ
を有する内部差圧制御システムを備えている。ソレノイ
ドバルブは、スプールに対する圧力の流れを制御する電
気的入力と、スプールの第２の端部に作用するソレノイ
ド制御圧である出力とを有しており、電気的入力におけ
る電気信号が、スプールの第２の端部に供給される圧力
の変化を生じさせて、スプールを穴内の軸方向に移動さ
せている。
【００２４】請求項２の発明では、請求項１において、
ソレノイドバルブが、パルス幅変調ソレノイドバルブお
よび比例ソレノイドバルブからなるグループから選択さ
れている。
【００２５】請求項３の発明では、請求項１において、
位相器内に設けられたスプリングをさらに備えており、
ソレノイドバルブの破損時には、スプリングがスプール
をデフォールト位置に移動させている。
【００２６】請求項４の発明では、請求項１において、
ＶＣＴ（可変カムタイミング）位相測定センサと、ＶＣ
Ｔ制御回路とを備えている。ＶＣＴ制御回路は、位相設
定値入力、カム位相入力、ソレノイド駆動入力および油
圧入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信
号により選択されたカムシャフトの位相を変えるため
に、可変カム位相器を制御するスプールを移動させるよ
うにソレノイド駆動出力に出力する信号処理回路を備え
ている。
【００２７】請求項５の発明では、請求項１において、
スプールに連結され、スプールの物理的位置を表す位置
信号出力を有する位置センサをさらに備えている。
【００２８】請求項６の発明では、請求項５において、
ＶＣＴ位相測定センサと、ＶＣＴ信号処理回路とを備え
ている。ＶＣＴ制御回路は、位相設定値入力、カム位相
入力およびスプールバルブ位置入力からの各信号を受け
取るとともに、位相設定値信号により選択されたカムシ
ャフトの位相を変えるために、可変カム位相器を制御す
るスプールを移動させるようにソレノイド駆動出力に出
力する信号処理回路を備えている。
【００２９】請求項７の発明では、請求項６において、
信号処理回路が、位相角を制御するための外側ループ
と、スプールバルブ位置を制御するための内側ループと
から構成されており、外側ループにより設定されたソレ
ノイド駆動出力が、スプールバルブ位置に基づいた内側
ループによって調整されている。
【００３０】請求項８の発明では、請求項７において、
外側ループが、第１のＰＩコントローラ、位相補償器お
よびアンチワインドアップ回路からなるアンチワインド
アップループと、加算器と、第２のＰＩコントローラと
から構成されており、内側ループが、スプールバルブ位
置入力を加算器の第３の入力に接続している。
【００３１】請求項９の発明では、請求項５において、
位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果セ
ンサおよびテープエンドセンサからなるグループから選
択されている。
【００３２】請求項１０の発明では、請求項５におい
て、スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結
合、磁気結合および容量結合からなるグループから選択
された手段によって、結合されている。
【００３３】請求項１１の発明では、請求項１におい
て、スプールの第２の端部がスプールの第１の端部の２
倍の面積を有している。
【００３４】請求項１２の発明に係る内燃機関は、可変
カム位相器と、可変カムタイミングシステムとを備えて
いる。可変カムタイミングシステムは、スライド可能な
スプールを有するスプールバルブを備えており、スプー
ルは、第２の端部が第１の端部よりも大きな面積を有す
るとともに、その軸方向移動が可変カム位相器の流体制
御入力における流体の流れを制御するように設けられて
いる。また、このシステムは、ソレノイドバルブを有す
る差圧制御システムを備えており、ソレノイドバルブへ
の電気的入力における電気信号が、スプールに送出され
る圧力出力の変化を生じさせて、スプールを軸方向に移
動させるようになっている。
【００３５】請求項１３の発明では、請求項１２におい
て、ソレノイドバルブが、パルス幅変調ソレノイドバル
ブおよび比例ソレノイドバルブからなるグループから選
択されている。
【００３６】請求項１４の発明では、請求項１２におい
て、位相器内に設けられたスプリングをさらに備えてお
り、ソレノイドバルブの破損時には、スプリングがスプ
ールをデフォールト位置に移動させている。
【００３７】請求項１５の発明では、請求項１２におい
て、ＶＣＴ位相測定センサと、ＶＣＴ制御回路とをさら
に備えている。ＶＣＴ制御回路は、位相設定値入力、カ
ム位相入力、ソレノイド駆動入力および油圧入力からの
各信号を受け取るとともに、位相設定値信号により選択
されたカムシャフトの位相を変えるために、可変カム位
相器を制御するスプールを移動させるようにソレノイド
駆動出力に出力する信号処理回路を備えている。
【００３８】請求項１６の発明では、請求項１２におい
て、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有し、
スプールに連結された位置センサをさらに備えている。
【００３９】請求項１７の発明は、請求項１６におい
て、ＶＣＴ位相測定センサと、ＶＣＴ制御回路とを備え
ている。ＶＣＴ制御回路は、位相設定値入力、カム位相
入力、およびスプールバルブ位置入力からの各信号を受
け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供
給されたときに、位相設定値信号により選択されたカム
シャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御す
るスプールを移動させるために、ソレノイド駆動出力に
出力する信号処理回路を備えている。
【００４０】請求項１８の発明では、請求項１７におい
て、信号処理回路が、位相角を制御するための外側ルー
プと、スプールバルブ位置を制御するための内側ループ
とから構成されており、外側ループにより設定されたソ
レノイド駆動出力が、スプールバルブ位置に基づいた内
側ループによって調整されている。
【００４１】請求項１９の発明では、請求項１８におい
て、外側ループが、第１のＰＩコントローラ、位相補償
器およびアンチワインドアップ回路からなるアンチワイ
ンドアップループと、加算器と、第２のＰＩコントロー
ラとから構成されており、内側ループが、スプールバル
ブ位置入力を加算器の第３の入力に接続している。
【００４２】請求項２０の発明では、請求項１６におい
て、位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効
果センサおよびテープエンドセンサからなるグループか
ら選択されている。
【００４３】請求項２１の発明では、請求項１６におい
て、スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結
合、磁気結合および容量結合からなるグループから選択
された手段によって、結合されている。
【００４４】請求項２２の発明では、請求項１２におい
て、スプールの第２の端部がスプールの第１の端部の２
倍の面積を有している。
【００４５】請求項２３の発明は、クランクシャフトに
対するカムシャフトの位相角を変化させるための可変カ
ムタイミングシステムを有する内燃機関において、クラ
ンクシャフトからハウジングへの回転運動を伝達するた
めの手段に対して供給源からの流体の流れを調整するた
めの方法である。この方法は、カムシャフトおよびクラ
ンクシャフトの位置を検出する工程と、検出工程から得
られた情報を処理するために、エンジン制御ユニットを
用いて位相角誤差に基づいた命令信号を調整して、カム
シャフトおよびクランクシャフト間の相対位相角を計算
する工程と、スプールバルブ本体内にスライド自在に配
置されたベントスプールの位置を制御する工程とを備え
ている。スプールの第２の端部は、第１の端部よりも大
きな面積を有している。制御工程は、ソレノイドバルブ
を備えた内部差圧制御システムを利用しており、第２の
スプール端部に供給される圧力出力の変化を生じさせ
て、スプールを穴内の軸方向に移動させている。また、
この方法は、カムシャフトへの回転運動を伝達するため
の手段に対して供給源からスプールバルブを介して流体
を供給する工程を備えており、スプールバルブが導入ラ
インおよび戻りラインを介した流体の流れを選択的に許
容しまたは阻止している。さらに、この方法は、クラン
クシャフトに対するカムシャフトの位相角を変化させる
ように、カムシャフトに対して回転運動を伝達する工程
を備えており、回転運動がハウジングを介して伝達され
ており、ハウジングがカムシャフトに取り付けられると
ともに、カムシャフトとともに回転可能でカムシャフト
に対して振動可能になっている。
【００４６】請求項２４の発明では、請求項２３におい
て、ベントスプールの位置を制御する工程が、スプール
に接続されかつスプールの位置を検出する位置センサを
利用している。
【００４７】請求項２５の発明では、請求項２４におい
て、位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効
果センサおよびテープエンドセンサからなるグループか
ら選択されている。
【００４８】請求項２６の発明では、請求項２３におい
て、スプールの第２の端部がスプールの第１の端部の２
倍の面積を有している。
【００４９】本発明における内部差圧制御システム（Ｄ
ＰＣＳ: differential pressure control system) は、
スプールの一端に対してエンジンオイル圧を、スプール
の一端の２倍の面積を有するスプールの他端においてピ
ストンにソレノイド制御圧を送出している。
【００５０】制御圧が供給されるスプールは、好ましく
は、エンジンオイル圧が供給されるスプールの２倍の面
積を有している。位相器に取り付けられたスプリング
は、ソレノイドの破損の場合に備えて、スプールをデフ
ォールト位置に押圧している。
【００５１】パルス幅変調（ＰＷＭ： pulse width mod
ulated）ソレノイドバルブまたは比例ソレノイドバルブ
は、スプールの大面積の端部へのオイルの流れを制御す
る。本発明の好ましい実施態様においては、スプールバ
ルブの位置を制御するのに位置センサが加えられてい
る。
【００５２】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。
【００５３】
【発明の実施の形態】本発明の内部ＤＰＣＳ（差圧制御
システム) は、スプールの一端に対してエンジンオイル
圧を、スプールの一端の２倍の面積を有するスプールの
他端においてピストンにソレノイド制御圧をそれぞれ送
出している。
【００５４】ソレノイド制御圧が供給されるスプール端
部は、エンジンオイル圧が供給されるスプール端部より
も大きな面積を有している。好ましい実施態様では、大
きなスプール端部は、小さなスプール端の２倍の面積を
有している。ＰＷＭ（パルス幅変調）ソレノイドバルブ
または比例ソレノイドバルブは、スプールの大面積の端
部へのオイルの流れを制御する。
【００５５】位相器に取り付けられたスプリングは、ソ
レノイドの破損の場合に備えて、スプールをデフォール
ト位置に押圧している。ソレノイドが破損した場合に
は、位相器は、フェールセーフ状態に誘導される必要が
ある。このため、スプールは、そのストロークの一端に
押しやられることが要求される。
【００５６】このシステムでは、制御圧が常時エンジン
オイル圧の一部になっている。制御システムにおいて
は、制御圧に対する制御信号の関係がコントローラの内
部にマップ化されている。
【００５７】この関係は、エンジンオイル圧および温度
が変化すると、変化し得る。この場合、制御法則の積分
器があらゆる位相器設定値誤差を補償する。もしエンジ
ンの軸方向長さが問題とならなければ、スプールバルブ
の位置を測定するセンサを加えることが可能である。
【００５８】このような誤差を減少させる一つの方法
は、スプールバルブ位置を測定する位置センサを設ける
とともに、スプールバルブ位置を制御する制御ループを
設けることである。
【００５９】このタイプのシステムは、スプール・ソレ
ノイド制御システム内のあらゆる摩擦ヒステリシスまた
は磁気ヒステリシスを減少させる。位相角を制御するた
めのもう一つのループも設けられている。
【００６０】スプールバルブ位置に追加されているの
は、スプールバルブを安定状態つまり零位置に移動させ
るためのオフセットである。零位置は、スプールが内方
に移動して位相器を一方向に移動させるとともに外方に
移動して位相器を他の方向に移動させるように、要求さ
れている。
【００６１】従来のカム割出器においては、逆方向のカ
ムの捩じれによるオイル漏れが多くの通路で生じる。こ
れらのオイル漏れは、位相器、導入ポート（カムジャー
ナル軸受）、４方向取付穴、４方向スプールのクリアラ
ンスおよび零位置からの漏れを含んでいる。
【００６２】カム割出器の４方向バルブは、安定位置を
保持するのに閉塞された零位置を有している。この場合
の問題は、漏出するオイルを補充するのにポートを通っ
て位相器に向かうオイルがないということである。この
ため、４方向バルブは、漏出オイルを補充するのに零位
置を非常に漏れやすい状態にしてやる必要がある。
【００６３】この増加した開口は、逆向きのカムの捩じ
れの際にオイルがチャンバ間で移動する直接の通路を提
供する。これは、位相器からの振動を増加させる。この
ため、漏出オイル量が位相器内の全体のオイル量の一部
であるように、チャンバの容量を増加させる必要があ
る。
【００６４】これに対して、本発明による設計は、好ま
しくは、オープン零スプール制御バルブを使用してい
る。補充オイルは、チェックバルブを通って直接アドバ
ンスチャンバおよびリタードチャンバに流入する。カム
の捩じれによる逆駆動を最小限に抑えるために、チェッ
クバルブがオイルの逆方向の流れを阻止している。
【００６５】このことは、位相器における最小限のオイ
ル漏れと相俟って、位相器全体の振動を減少させる。位
相器のロータ内に制御装置を設けることにより、応答性
が向上し、位相器の振動が減少する。
【００６６】図１および図３において、本発明の内部Ｄ
ＰＣＳが、矢印１３に示すように、エンジンオイル圧３
２をスプール２５の一方の端部１９に送出するととも
に、矢印１４に示すように、ソレノイド制御圧１４をス
プール２５の他方の端部２１においてピストン１２に送
出している。
【００６７】このシステムにおいては、ソレノイド制御
圧１４を受けるスプール端部２１が、エンジンオイル圧
３２を受けるスプール端部１９よりも大きな面積を有し
ている。
【００６８】好ましい実施態様においては、スプール端
部２１は、スプール端部１９の２倍の面積を有してい
る。ＰＷＭソレノイドバルブ１５または比例ソレノイド
バルブは、スプールの大面積の端部２１へのオイルの流
れを制御している。
【００６９】位相器に供給されるエンジンオイル圧の量
は常時１００％である。ソレノイド制御圧１４は０〜１
００％のデューティサイクルで変化する。ソレノイドバ
ルブ１５は、スプールの大面積の端部２１に供給される
ソレノイド制御圧１４の一部を制御している。位相器内
に設けられたスプリング１８は、ソレノイドの破損の場
合に備えて、スプール２５をデフォールト位置に押圧し
ている。
【００７０】オイルは、カムベアリングの一方からカム
シャフト３３の中心を通って送出される。カムシャフト
３３は、オーバヘッドカムシャフト型またはインブロッ
ク型のいずれかにおける単一カムシャフトエンジンにお
ける唯一のカムシャフトである。
【００７１】あるいは、カムシャフト３３は、ダブルカ
ムシャフトエンジンにおけるインテークバルブ駆動カム
シャフトまたはエグゾーストバルブ駆動カムシャフトの
いずれかである。
【００７２】ソレノイドバルブ１５は、制御信号に反応
してコイル１６に供給される電流により制御されるのが
好ましい。制御信号は、好ましくは、電子エンジン制御
ユニット（ＥＣＵ）４８から直接送出されている。制御
信号は、図１中のグラフ１７に示すように、制御圧と比
例関係にある。
【００７３】図３は、本発明の一実施態様による制御シ
ステムのブロック図である。エンジン制御ユニット（Ｅ
ＣＵ）４８は、エンジンおよびシステムパラメータ（温
度、スロットル位置、油温またはエンジン速度など）の
種々の要求に基づいて位相設定値４９を決定する。
【００７４】設定値４９は、フィルタ５０でフィルタリ
ングされるとともに、ＰＩコントローラ５２、位相補償
器５３およびアンチワインドアップ回路５４を備えた制
御ループ内において、ＶＣＴ位相設定値６４と結合され
ている。
【００７５】この制御ループの出力は、零デューティサ
イクル信号５５と結合されて、好ましくはＰＷＭソレノ
イドであるソレノイド１５に出力されている。ソレノイ
ド１５は、スプール２５の大面積の端部２１におけるピ
ストン１２に圧力１００を作用させる。エンジンオイル
圧３２は、スプール２５の他方の端部１９に供給されて
いる。
【００７６】ＤＰＣＳは、位相器６０の中心に配置され
たスプール２５の移動を制御している。スプールバルブ
２８は、ベーンチャンバに油圧を作用させることによ
り、またはカムトルクパルス５９が位相器６０を移動さ
せるのを許容するように通路を切り換えることにより、
流体（エンジンオイル）を制御してＶＣＴ位相器６０を
駆動する。
【００７７】カムの位置はカムセンサ６１によって検出
され、クランク（またはクランクシャフトに連結された
位相器駆動スプロケット）の位置はクランクセンサ６２
によって検出される。これら二つの位置の差は、ループ
を完成するようにフィードバックされるＶＣＴ位相信号
６４を引き出すために、ＶＣＴ位相測定回路６３によっ
て用いられる。
【００７８】図１および図３のシステムでは、二つの制
御圧が常時エンジンオイル圧の一部になっている。制御
システムにおいては、制御圧に対する制御信号の関係
は、コントローラ内にマップ化されている。この関係
は、エンジンオイルの圧力および温度が変化すると変化
する。この場合、制御法則の積分器があらゆる位相器設
定値誤差を補償する。
【００７９】図２および図４による本発明のシステムに
おいては、スプールバルブ位置に位置センサ３４を設け
ることによって、誤差を減少させている。この位置セン
サ３４は、スプロケット２５の位置を検出するように取
り付けられている。位置センサ３４は図２ではスプール
２５と物理的に接触しているが、このような物理的な接
触は必ずしも必要ではない。
【００８０】たとえば、位置センサ３４は、スプール２
５に対して光学的、容量的または磁気的に結合していて
もよい。本発明に用いられる位置センサ３４は、リニア
ポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエン
ドセンサを含むが、これらには限定されない。
【００８１】図４は、本実施態様による制御回路のブロ
ック図である。この制御回路は、スプールバルブ位置を
制御するのにフィードバックループを使用しており、こ
れにより、スプール・ソレノイド制御システム内のあら
ゆる摩擦ヒステリシスまたは磁気ヒステリシスを減少さ
せている。
【００８２】第２のフィードバックループは、位相角を
制御している。内側ループ３７はスプールバルブ位置を
制御しており、図３に示されたものと同様の外側ループ
は位相角を制御している。スプールバルブを安定位置つ
まり零位置に移動させるために、スプールバルブ位置に
オフセットが加えられているのが好ましい。
【００８３】この零位置は、スプールが内方に移動して
位相器を一方向に移動させるとともにスプールが外方に
移動して位相器を他の方向に移動させるように、要求さ
れている。
【００８４】図４の位相器の基本的な制御ループは、図
３と同じであって、図３と同一符号は同一または相当部
分を示している。したがって、回路の詳細な説明はここ
で行わない。図４の実施態様と図４の実施態様との違い
は、内側制御ループ３７にある。
【００８５】この内側制御ループ３７は、位相補償器５
３の出力でスタートする。位相補償器５３の出力は、零
位置オフセット６５およびスプール位置センサ３４の出
力と結合されて、ＰＷＭ１５に入力される。
【００８６】ＰＷＭ１５は、スプール２５の大面積の端
部２１においてピストン１２に圧力を作用させる。中央
取付けのスプールバルブ２８の位置は、位置センサ３４
によって読み取られ、位置センサ３４の出力は、ループ
３７を完成するように、フィードバックされている。
【００８７】デューティサイクルが増加するとピストン
が変化する図３のグラフと異なり、本実施態様のよう
に、位置センサ制御ループである内側ループ３７が加え
られることによって、図４中のグラフ４４に示すよう
に、位置設定値４１に対して位置が直線状の比例関係に
なる。
【００８８】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。
【００８９】それゆえ、本発明の範囲は、上記記述内容
よりもむしろ添付の請求の範囲に示されている。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。
【００９０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る可変
カムタイミングシステムによれば、内部差圧制御システ
ムを設けるようにしたので、エンジンの軸方向長さを減
少できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様による内部ＤＰＣＳの概略
構成図である。
【図２】本発明の他の実施態様による、位置センサを備
えた内部ＤＰＣＳの概略構成図である。
【図３】本発明の一実施態様によるＤＰＣＳ制御システ
ムブロック図である。
【図４】本発明の他の実施態様による、位置フィードバ
ックを備えたＤＰＣＳ制御システムのブロック図であ
る。
【図５】従来より知られている外部取付けのＰＷＭ型Ｄ
ＰＣＳの概略構成図である。
【符号の説明】
１４： ソレノイド制御圧 １５： ソレノイドバルブ １９：（第１の）端部 ２１：（第２の）端部 ２８： スプールバルブ ３３： カムシャフト ６０：（可変）カム位相器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500124378 Ｐｏｗｅｔｒａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ 3800 Ａｕｔｏｍａｔｉ ｏｎ Ａｖｅｎｕｅ Ｓｕｉｔｅ 100, Ａｕｂｕｒｎ Ｈｉｌｌｓ，Ｍｉｃｈｉｇ ａｎ 48326−1782 Ｕ．Ｓ．Ａ (72)発明者 ロジャー・シンプソン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14850 イサカ ウッドレイン・ロード 29 Ｆターム(参考） 3G018 BA09 BA33 CA20 DA57 DA58 DA60 DA63 DA66 DA73 FA07 GA02 GA03 GA14 3G084 BA23 DA04 DA13 EC02 FA00 FA38 FA39 3G092 AA11 DA01 DA02 DA10 DA12 DF04 DF07 DF08 DF09 DG09 EA11 FA09 FA50 HE03X HE03Z

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クランクシャフトと、少なくとも一つの
    カムシャフト３３と、クランクシャフトに連結されたカ
    ム駆動装置と、少なくとも一つのカムシャフト３３に取
    り付けられた内側部分とカム駆動装置に連結された同芯
    の外側部分とを有する可変カム位相器６０とを備え、可
    変カム位相器６０の流体制御入力における流体を変化さ
    せることによりクランクシャフトおよび少なくとも一つ
    のカムシャフト３３の相対的位相を変化させるように、
    内側部分および外側部分の相対的角度位置が流体制御入
    力に反応して制御可能になっている内燃機関のための可
    変カムタイミングシステムであって、 ａ）可変カム位相器６０の内側部分の中心軸における穴
    にスライド可能に取り付けられたスプール２５を有する
    スプールバルブ２８を備え、 前記穴内におけるスプール２５の軸方向移動が可変カム
    位相器６０の流体制御入力における流体の流れを制御す
    るように、前記穴が可変カム位相器６０の流体制御入力
    に接続された複数の流路９１を有しており、 スプール２５が第１の端部１９および第２の端部２１を
    有し、第２の端部２１の面積が第１の端部１９の面積よ
    りも大きくなっており、 ｂ）ソレノイドバルブ１５を有する内部差圧制御システ
    ムを備え、 ソレノイドバルブ１５が、スプールに対する圧力の流れ
    を制御する電気的入力と、スプールの第２の端部２１に
    作用するソレノイド制御圧１４である出力とを有してお
    り、 電気的入力における電気信号が、スプールの第２の端部
    ２１に供給される圧力の変化を生じさせて、スプールを
    穴内の軸方向に移動させている、ことを特徴とする可変
    カムタイミングシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 ソレノイドバルブ１５が、パルス幅変調ソレノイドバル
    ブおよび比例ソレノイドバルブからなるグループから選
    択されている、ことを特徴とする可変カムタイミングシ
    ステム。
  3. 【請求項３】 請求項１において、 位相器６０内に設けられたスプリング１８をさらに備え
    ており、ソレノイドバルブ１５の破損時には、スプリン
    グ１８がスプール２５をデフォールト位置に移動させて
    いる、ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
  4. 【請求項４】 請求項１において、 ｃ）可変カムタイミングシステムによって制御されるク
    ランクシャフトおよび少なくとも一つのカムシャフト３
    ３に連結されたＶＣＴ位相測定センサ６１，６２を備
    え、 ｄ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入
    力と、 ii) カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望
    の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力
    と、 iii)ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力
    と、 iv) カムシャフトおよびクランクシャフト間の所望の相
    対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、 v) 零デューティサイクル信号５５に接続された第１の
    入力と、位相補償器５３の出力に接続された第２の入力
    と、出力とを有する加算器５６と、 vi) 加算器５６の出力に接続されたソレノイド駆動入力
    と、 vii)ソレノイドバルブ１５に接続されたソレノイド駆動
    出力と、 viii)スプールバルブ２８に接続された油圧入力と、 ix)位相設定値入力、カム位相入力、ソレノイド駆動入
    力および油圧入力からの各信号を受け取るとともに、位
    相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制
    御回路がソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、制
    御ポートを通って供給される油圧の量を調整し、位相設
    定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変える
    ために可変カム位相器６０を制御するスプール２５を移
    動させるように、ソレノイド駆動出力に出力する信号処
    理回路と、 からなるＶＣＴ制御回路をさらに備えている、ことを特
    徴とする可変カムタイミングシステム。
  5. 【請求項５】 請求項１において、 ｃ）スプール２５に連結され、スプール２５の物理的位
    置を表す位置信号出力を有する位置センサ３４をさらに
    備えた、ことを特徴とする可変カムタイミングシステ
    ム。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 ｄ）可変カムタイミングシステムによって制御されるク
    ランクシャフトおよび少なくとも一つのカムシャフトに
    連結されたＶＣＴ位相測定センサ６１，６２を備え、 ｅ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入
    力と、 ii) カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望
    の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力
    と、 iii)位置信号出力に接続されたスプール位置入力と、 iv) スプールバルブの電気入力に接続されたソレノイド
    駆動出力と、 v) スプールバルブに接続された油圧入力と、 vi) 位相設定値入力、カム位相入力、およびスプールバ
    ルブ位置入力からの各信号を受け取るとともに、位相設
    定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回
    路がソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、制御ポ
    ートを通って供給される油圧の量を調整し、位相設定値
    信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるため
    に可変カム位相器を制御するスプールを移動させるよう
    に、ソレノイド駆動出力に出力する信号処理回路と、 からなるＶＣＴ制御回路をさらに備えている、ことを特
    徴とする可変カムタイミングシステム。
  7. 【請求項７】 請求項６において、信号処理回路が、 設定値入力、カム位相入力およびソレノイド駆動出力に
    接続され、位相角を制御するための外側ループと、 スプールバルブ位置入力および内側ループに接続され、
    スプールバルブ位置を制御するための内側ループとから
    構成されており、 外側ループにより設定されたソレノイド駆動出力が、ス
    プールバルブ位置に基づいた内側ループによって調整さ
    れている、ことを特徴とする可変カムタイミングシステ
    ム。
  8. 【請求項８】 請求項７において、 ａ）外側ループが、 ｉ）Ａ）設定値入力に接続された第１の入力と、カム位
    相入力に接続された第２の入力と、第３の入力と、出力
    とを有する第１のＰＩコントローラ５２と、 Ｂ）第１のＰＩコントローラの出力に接続された入力
    と、第１の出力と、第２の出力とを有する位相補償器５
    ３と、 Ｃ）位相補償器の第２の出力に接続された入力と、ＰＩ
    コントローラの第３の入力に接続された出力とを有する
    アンチワインドアップ回路５４と、 からなるアンチワインドアップループと、 ii) 零位置オフセット信号６５に接続された第１の入力
    と、位相比較器の出力に接続された第２の入力と、第３
    の入力と、出力とを有する加算器７１と、 iii)加算器の出力に接続された入力と、ソレノイド駆動
    入力に接続された出力とを有する第２のＰＩコントロー
    ラ６６と、 から構成されており、 ｂ）内側ループが、スプールバルブ位置入力を加算器の
    第３の入力に接続している、ことを特徴とする可変カム
    タイミングシステム。
  9. 【請求項９】 請求項５において、 位置センサ３４が、リニアポテンシオメータ、ホール効
    果センサおよびテープエンドセンサからなるグループか
    ら選択されている、ことを特徴とする可変カムタイミン
    グシステム。
  10. 【請求項１０】 請求項５において、 スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結合、
    磁気結合および容量結合からなるグループから選択され
    た手段によって、結合されている、ことを特徴とする可
    変カムタイミングシステム。
  11. 【請求項１１】 請求項１において、 スプールの第２の端部がスプールの第１の端部の２倍の
    面積を有している、ことを特徴とする可変カムタイミン
    グシステム。
  12. 【請求項１２】 内燃機関であって、 ａ）クランクシャフトと、 ｂ）少なくとも一つのカムシャフト３３と、 ｃ）クランクシャフトに連結されたカム駆動装置と、 ｄ）少なくとも一つのカムシャフト３３に取り付けられ
    た内側部分とカム駆動装置に取り付けられた同芯の外側
    部分とを有する可変カム位相器６０とを備え、 可変カム位相器６０の流体制御入力における流体を変化
    させることによりクランクシャフトおよび少なくとも一
    つのカムシャフト３３の相対的位相を変化させるよう
    に、内側部分および外側部分の相対的角度位置が流体制
    御入力に反応して制御可能になっており、 ｅ）さらに、可変カムタイミングシステムを備え、 可変カムタイミングシステムが、 ｉ）可変カム位相器６０の内側部分の中心軸における穴
    にスライド可能に取り付けられたスプール２５を有する
    スプールバルブ２８を備え、前記穴内におけるスプール
    ２５の軸方向移動が可変カム位相器６０の流体制御入力
    における流体の流れを制御するように、前記穴が可変カ
    ム位相器６０の流体制御入力に連結された複数の流路９
    １を有しており、スプール２５が第１および第２の端部
    １９，２１を有し、第２の端部２１が第１の端部１９よ
    りも大きな面積を有しており、 ii) スプール２５への流体圧を制御する電気的入力と、
    スプール２５の第２の端部２１に接続された圧力出力と
    が接続されたソレノイドバルブ１５を有する差圧制御シ
    ステムを備え、 電気的入力における電気信号が、スプール２５に送出さ
    れる圧力出力の変化を生じさせ、スプール２５を前記穴
    内で軸方向に移動させている、ことを特徴とする内燃機
    関。
  13. 【請求項１３】 請求項１２において、 ソレノイドバルブ１５が、パルス幅変調ソレノイドバル
    ブおよび比例ソレノイドバルブからなるグループから選
    択されている、ことを特徴とする可変カムタイミングシ
    ステム。
  14. 【請求項１４】 請求項１２において、 位相器６０内に設けられたスプリング１８をさらに備え
    ており、ソレノイドバルブ１５の破損時には、スプリン
    グ１８がスプール２５をデフォールト位置に移動させて
    いる、ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
  15. 【請求項１５】 請求項１２において、 ｆ）可変カムタイミングシステムによって制御されるク
    ランクシャフトおよび少なくとも一つのカムシャフトに
    連結されたＶＣＴ位相測定センサを備え、 ｇ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入
    力と、 ii) カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望
    の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力
    と、 iii)ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力
    と、 iv) カムシャフトおよびクランクシャフト間の所望の相
    対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、 v) 零デューティサイクル信号に接続された第１の入力
    と、位相補償器の出力に接続された第２の入力と、出力
    とを有する加算器と、 vi) 加算器の出力に接続されたソレノイド駆動入力と、 vii)ソレノイドバルブに接続されたソレノイド駆動出力
    と、 viii)スプールバルブに接続された油圧入力と、 ix) 位相設定値入力、カム位相入力、ソレノイド駆動入
    力および油圧入力からの各信号を受け取るとともに、位
    相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制
    御回路がソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、制
    御ポートを通って供給される油圧の量を調整し、位相設
    定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変える
    ように可変カム位相器を制御するスプールを移動させる
    ために、ソレノイド駆動出力に出力する信号処理回路
    と、 からなるＶＣＴ制御回路をさらに備えている、ことを特
    徴とする可変カムタイミングシステム。
  16. 【請求項１６】 請求項１２において、 iii)スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有し、
    スプールに連結された位置センサをさらに備えた、こと
    を特徴とする可変カムタイミングシステム。
  17. 【請求項１７】 請求項１６において、 ｆ）可変カムタイミングシステムによって制御されるク
    ランクシャフトおよび少なくとも一つのカムシャフトに
    連結されたＶＣＴ位相測定センサを備え、 ｇ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入
    力と、 ii) カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望
    の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力
    と、 iii)位置信号出力に接続されたスプール位置入力と、 iv) スプールバルブの電気入力に接続されたソレノイド
    駆動出力と、 v) スプールバルブに接続された油圧入力と、 vi) 位相設定値入力、カム位相入力、およびスプールバ
    ルブ位置入力からの各信号を受け取るとともに、位相設
    定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回
    路がソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、 制御ポートを通って供給される油圧の量を調整し、位相
    設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変え
    るように可変カム位相器を制御するスプールを移動させ
    るために、ソレノイド駆動出力に出力する信号処理回路
    と、 からなるＶＣＴ制御回路をさらに備えている、ことを特
    徴とする可変カムタイミングシステム。
  18. 【請求項１８】 請求項１７において、 信号処理回路が、 設定値入力、カム位相入力およびソレノイド駆動出力に
    接続され、位相角を制御するための外側ループと、 スプールバルブ位置入力および内側ループに接続され、
    スプールバルブ位置を制御するための内側ループとから
    構成されており、 外側ループにより設定されたソレノイド駆動出力が、ス
    プールバルブ位置に基づいた内側ループによって調整さ
    れている、ことを特徴とする可変カムタイミングシステ
    ム。
  19. 【請求項１９】 請求項１８において、 ａ）外側ループが、 ｉ）Ａ）設定値入力に接続された第１の入力と、カム位
    相入力に接続された第２の入力と、第３の入力と、出力
    とを有する第１のＰＩコントローラと、 Ｂ）第１のＰＩコントローラの出力に接続された入力
    と、第１の出力と、第２の出力とを有する位相補償器
    と、 Ｃ）位相補償器の第２の出力に接続された入力と、ＰＩ
    コントローラの第３の入力に接続された出力とを有する
    アンチワインドアップ回路と、 からなるアンチワインドアップループと、 ii) 零位置オフセット信号に接続された第１の入力と、
    位相比較器の出力に接続された第２の入力と、第３の入
    力と、出力とを有する加算器と、 iii)加算器の出力に接続された入力と、ソレノイド駆動
    入力に接続された出力とを有する第２のＰＩコントロー
    ラと、 から構成されており、 ｂ）内側ループが、スプールバルブ位置入力を加算器の
    第３の入力に接続している、ことを特徴とする可変カム
    タイミングシステム。
  20. 【請求項２０】 請求項１６において、 位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果セ
    ンサおよびテープエンドセンサからなるグループから選
    択されている、ことを特徴とする可変カムタイミングシ
    ステム。
  21. 【請求項２１】 請求項１６において、 スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結合、
    磁気結合および容量結合からなるグループから選択され
    た手段によって、結合されている、ことを特徴とする可
    変カムタイミングシステム。
  22. 【請求項２２】 請求項１２において、 スプールの第２の端部がスプールの第１の端部の２倍の
    面積を有している、ことを特徴とする可変カムタイミン
    グシステム。
  23. 【請求項２３】 クランクシャフトに対するカムシャフ
    トの位相角を変化させるための可変カムタイミングシス
    テムを有する内燃機関において、クランクシャフトから
    ハウジングへの回転運動を伝達するための手段に対して
    供給源からの流体の流れを調整するための方法であっ
    て、 カムシャフトおよびクランクシャフトの位置を検出する
    工程と、 検出工程から得られた情報を処理するために、エンジン
    制御ユニットを用いて位相角誤差に基づいた命令信号を
    調整して、カムシャフトおよびクランクシャフト間の相
    対位相角を計算する工程と、 スプールバルブ本体内にスライド自在に配置されたベン
    トスプールの位置を制御する工程とを備え、 スプールが第１の端部および第２の端部を有するととも
    に、第２の端部が第１の端部よりも大きな面積を有して
    おり、制御工程が、スプールへの流体の流れを制御する
    電気的入力とスプールの第２の端部に接続された圧力出
    力とを有するソレノイドバルブを備えた内部差圧制御シ
    ステムを利用しており、電気的入力における電気信号
    が、第２のスプール端部に供給される圧力出力の変化を
    生じさせて、スプールを穴内の軸方向に移動させてお
    り、 また、カムシャフトへの回転運動を伝達するための手段
    に対して供給源からスプールバルブを介して流体を供給
    する工程を備え、 スプールバルブが導入ラインおよび戻りラインを介した
    流体の流れを選択的に許容しまたは阻止しており、 さらに、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相
    角を変化させるように、カムシャフトに対して回転運動
    を伝達する工程を備え、 回転運動がハウジングを介して伝達されており、ハウジ
    ングがカムシャフトに取り付けられるとともに、カムシ
    ャフトとともに回転可能でカムシャフトに対して振動可
    能になっている、ことを特徴とする方法。
  24. 【請求項２４】 請求項２３において、 ベントスプールの位置を制御する工程が、スプールに接
    続されかつスプールの位置を検出する位置センサを利用
    している、ことを特徴とする方法。
  25. 【請求項２５】 請求項２４において、 位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果セ
    ンサおよびテープエンドセンサからなるグループから選
    択されている、ことを特徴とする方法。
  26. 【請求項２６】 請求項２３において、 スプールの第２の端部がスプールの第１の端部の２倍の
    面積を有している、ことを特徴とする方法。
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