JP2005264950A - Method for controlling liquid-pressure fluid flowing from its source to means for conveyance to camshaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カム軸が通常の運転中に受けるトルクの反転に反応してカム軸の位置がクランク軸の位置に関して円周方向に変化される形式の可変カム軸調時(VCT)装置の動作を制御するための液圧制御装置に関する。このような可変カム軸調時装置(以下VCT装置と呼ぶ)において、液圧装置はこのようなトルクの反転に反応してクランク軸の再位置決めを行うように設けられ、制御装置は液圧装置がこのような再位置決めを行うのを選択的に許容し或いは阻止するように設けられている。 The present invention relates to the operation of a variable camshaft timing (VCT) device of the type in which the camshaft position is changed in the circumferential direction with respect to the crankshaft position in response to the reversal of torque that the camshaft receives during normal operation The present invention relates to a hydraulic pressure control device for controlling the pressure. In such a variable camshaft timing device (hereinafter referred to as a VCT device), the hydraulic device is provided to reposition the crankshaft in response to such torque reversal, and the control device is the hydraulic device. Is provided to selectively allow or prevent such repositioning.
更に詳細には、本発明は、十分に排出された孔付きスプール弁の位置を直接制御する力可変ソレノイドを使用する制御装置に関し、そのスプール弁は液圧装置に有用な部分である。 More particularly, the present invention relates to a control device using a variable force solenoid that directly controls the position of a fully drained holed spool valve, which is a useful part of a hydraulic device.
この明細書に参考として組み入れられた以下の米国特許に示された情報の考察は本発明の背景を調査するとき有用である。
米国特許第5,002,023号は本発明の分野に属するVCT装置を記載し、そのVCT装置において、液圧装置が一対の反対に作用する液圧シリンダを備えていて、適当な液圧流れ要素が液圧流体を一方の液圧シリンダから他方の液圧シリンダに或いはその逆に選択的に送り、それによってクランク軸に関するカム軸の円周方向位置を進め或いは遅らせる。制御装置は制御弁を利用し、その制御弁において、逆に作用するシリンダの一方又は他方からの液圧流体の排出が制御弁内のスプールを中央位置すなわちゼロ(null)位置から一方又は他方に移動することによって行われる。スプールの移動は、スプールの一方の端部における制御液圧Pcの増加又は減少、及びその端部における液圧の力と作用する圧縮ばねに起因する他端における反対方向の機械的力との間の関係、に応答して起きる。
A discussion of the information presented in the following US patents, incorporated herein by reference, is useful when investigating the background of the present invention.
U.S. Pat. No. 5,002,023 describes a VCT device belonging to the field of the invention, in which the hydraulic device is provided with a pair of oppositely acting hydraulic cylinders and suitable hydraulic flow. The element selectively sends hydraulic fluid from one hydraulic cylinder to the other hydraulic cylinder or vice versa, thereby advancing or retarding the circumferential position of the camshaft relative to the crankshaft. The control device utilizes a control valve in which the discharge of hydraulic fluid from one or the other of the counteracting cylinders causes the spool in the control valve to move from a central or null position to one or the other. Done by moving. The movement of the spool is between the increase or decrease of the control hydraulic pressure Pc at one end of the spool and the opposite mechanical force at the other end due to the hydraulic pressure at that end and the acting compression spring. Happens in response to the relationship.
米国特許第5,107,804号は本発明の分野に属する別の形式のVCT装置を記載し、そのVCT装置において、液圧装置が閉鎖されたハウジング内のローブを有するベーンを備え、そのローブは前記米国特許第5,002,023号に示された反対に作用するシリンダに代わる。このベーンはハウジングに関して揺動可能であり、適当な液圧流れ要素がハウジング内の液圧流体をローブの一方の側から他方の側に或いはその逆に送り、それによってベーンをハウジングに関して一方向又は他方に揺動させ、クランク軸に関するカム軸の位置を進めさせ或いは後らせるのに有効な動作を制御する。このVCT装置の制御装置は上記米国特許第5,002,023号に示された装置と同じで、同じように作用する力に応答する同じ形式のスプール弁を使用している。 U.S. Pat. No. 5,107,804 describes another type of VCT device belonging to the field of the invention, wherein the hydraulic device comprises a vane having a lobe in a closed housing, the lobe. Replaces the counteracting cylinder shown in the aforementioned US Pat. No. 5,002,023. The vane is swingable with respect to the housing, and a suitable hydraulic flow element sends hydraulic fluid in the housing from one side of the lobe to the other or vice versa, thereby causing the vane to move in one direction relative to the housing. The other side is controlled so as to move the camshaft forward or backward with respect to the crankshaft. The controller of this VCT device is the same as that shown in the above-mentioned US Pat. No. 5,002,023, and uses the same type of spool valve that responds to the same acting force.
米国特許第5,172,659号及び第5,184,578号は、どちらも、スプールの一端に作用する液圧力と他端に作用する機械的な力とを釣り合うように作られた前述のVCT装置の問題を扱っている。上記両米国特許第5,172,659号及び第5,184,578号に示された改良した制御装置はスプールの両端に作用する液圧を利用している。一端における液圧力は全液圧Psのエンジン油溜めから直接加えられる液圧流体に起因する。スプールの他端に作用する液圧力は液圧シリンダ又は他の力増幅器に起因していて、その力増幅器はPWMソレノイドからの低い圧力Pcのシステム液圧流体に応答して作用する。スプールの両端の各々における力は、本来、同じ液圧流体に基づく液圧であるから、液圧流体の圧力又は速度の変化は自己否定(self−negative)であり、かつスプールの中央位置すなわちゼロ位置に影響しない。しかしながら、上記米国特許第5,172,659号及び第5,184,578号に示された発明には幾つかの固有の欠点がある。 U.S. Pat. Nos. 5,172,659 and 5,184,578 are both described above, made to balance the hydraulic pressure acting on one end of the spool with the mechanical force acting on the other end. It deals with VCT equipment issues. The improved control system shown in both US Pat. Nos. 5,172,659 and 5,184,578 utilizes hydraulic pressure acting on both ends of the spool. The hydraulic pressure at one end is due to the hydraulic fluid applied directly from the engine sump at the total hydraulic pressure Ps. The hydraulic pressure acting on the other end of the spool is attributed to a hydraulic cylinder or other force amplifier, which acts in response to the low pressure Pc system hydraulic fluid from the PWM solenoid. Since the force at each end of the spool is essentially a hydraulic pressure based on the same hydraulic fluid, the change in pressure or velocity of the hydraulic fluid is self-negative, and the center position or zero of the spool Does not affect the position. However, the inventions shown in the aforementioned US Pat. Nos. 5,172,659 and 5,184,578 have several inherent disadvantages.
一つの欠点は、この差圧制御装置(DPCS)がエンジンの初期の始動相中にスプールの位置を適切に制御できないことである。エンジンが最初に始動するとき、エンジンは油圧が生起するのに数秒かかる。その間、スプール弁の位置は知られていない。システム論理(system logic)は必要な計算を遂行する知られた量を有しないので、DPCSはエンジンが通常の動作速度に達するまでスプール弁の位置を有効に制御できない。 One drawback is that the differential pressure controller (DPCS) cannot properly control the spool position during the initial start phase of the engine. When the engine is first started, it takes a few seconds for the hydraulic pressure to occur. Meanwhile, the position of the spool valve is not known. Since the system logic does not have a known amount to perform the necessary calculations, the DPCS cannot effectively control the position of the spool valve until the engine reaches normal operating speed.
現存するVCT装置の他の問題は動的応答が緩慢なことである。エンジンが通常の動作速度で安定した後でさえ、個々の特性はエンジンによってかなり異なる。高速及び低温における新しいエンジンは、厚いアイドル状態における使い古したエンジンと決定的に異なった油圧を有することができる。幅広い範囲のエンジン特性(液圧ピストンの大きくなった横断面積及びばねの小型化のような)に亙って運転できるように採用された現存の方法は、応答速度が低くなり、安定性を保つために比較的低い閉ループコントローラのゲイン(gain)を必要とする。 Another problem with existing VCT devices is that the dynamic response is slow. Even after the engine has stabilized at normal operating speeds, the individual characteristics vary considerably from engine to engine. New engines at high speeds and low temperatures can have oil pressures that are significantly different from worn-out engines in thick idle conditions. Existing methods adopted to operate over a wide range of engine characteristics (such as increased cross-sectional area of hydraulic pistons and smaller springs) result in lower response speed and stability Therefore, a relatively low closed-loop controller gain is required.
低い閉ループコントローラのゲインにより、装置は構成要素の公差及び動作環境により影響され易くなる。正味の影響(スプールの中央位置すなわちゼロ位置(null position)を達成するために必要なPWMデューティサイクルにおける変化のような)は全体の閉ループ装置の性能を低下させる。 The low closed-loop controller gain makes the device more susceptible to component tolerances and operating environments. The net effect (such as the change in PWM duty cycle required to achieve the center or null position of the spool) degrades the performance of the overall closed loop device.
最後に、通常のDPCSに特に使用されるPWMソレノイドの可動部品は装置内に好ましくない騒音を発生する。動作中、ソレノイドは各PWMパルスと共にその全ストロークに亙って反復動作する。素早く反復動作すると、アーマチュア及びポペットが「がたがた」する、すなわち高い周波数の振動を発生することになり、したがって、好ましくない騒音を発生する。 Finally, the moving parts of the PWM solenoids that are particularly used in normal DPCS generate unwanted noise in the device. In operation, the solenoid is repeatedly operated over its entire stroke with each PWM pulse. Rapid repetitive movement will cause the armature and poppet to rattle, i.e., generate high frequency vibrations, and thus generate undesirable noise.
本発明の目的は、排出孔付きすなわち排液スプール式の液圧制御弁の動作を制御するための改良した方法を提供することである。 It is an object of the present invention to provide an improved method for controlling the operation of a hydraulic control valve with a drain hole or a drain spool.
本発明の他の目的は、自動可変カム軸調時装置における排出孔付きスプール式の液圧制御弁の動作を制御するための改良した方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an improved method for controlling the operation of a spool type hydraulic control valve with a discharge hole in an automatic variable camshaft timing device.
本発明は、また、クランク軸に対するカム軸の位相角度を変える可変のカム軸調時装置を有する内燃エンジンにおける、クランク軸に対するカム軸の位相角度を変えるために、回転運動を、前記クランク軸から、前記カム軸と共に回転可能で前記クランク軸に関して揺動可能なハウジングであって前記カム軸に取り付けられているハウジングを介して、前記カム軸に伝達する手段への流体源からの液圧流体の流れを制御する方法において、
前記カム軸及びクランク軸の位置を検出することと、
前記カム軸と前記クランク軸との間の相対位相角度を計算することであって、計算することが前記検出することから得られた情報を処理するためのエンジン制御ユニットを使用し、そのエンジン制御ユニットが前記位相角度に対応する電気信号を発することと、
スプール弁本体内に滑り可能に配置されたかつスプール弁の空洞内の圧力を逃がすスプールの位置を制御することであって、前記制御することが前記エンジン制御ユニットから受け取った前記信号に応答しており、前記制御することが、前記排気孔を有するスプールの位置を変えるために力可変ソレノイドを有する電気機械式アクチュエータを使用することと、
液圧流体を前記流体源から前記スプール弁を介して前記クランク軸から前記カム軸に回転運動を伝達するための前記手段に供給することであって、前記スプール弁が入口ライン及び戻りラインを通して前記ハウジング内への液圧流体の流れを許容しまた阻止することと、
前記クランク軸に対する前記カム軸の位相角度を変えるように前記カム軸に回転運動を伝達しかつ液圧流体の流れを選択的に許容し或いは阻止するためにスプールの位置を制御すること、
を備えて構成されている。
The present invention also provides an internal combustion engine having a variable camshaft timing device that changes the phase angle of the camshaft relative to the crankshaft, in order to change the phase angle of the camshaft relative to the crankshaft. A hydraulic fluid from a fluid source to a means for transmitting to the camshaft via a housing rotatable with the camshaft and swingable with respect to the crankshaft and attached to the camshaft. In a method for controlling flow,
Detecting the positions of the camshaft and crankshaft;
Calculating a relative phase angle between the camshaft and the crankshaft, the calculating using an engine control unit for processing the information obtained from the detection and controlling the engine The unit emits an electrical signal corresponding to the phase angle;
Controlling the position of a spool slidably disposed within the spool valve body and relieving pressure in the cavity of the spool valve, wherein the controlling is responsive to the signal received from the engine control unit Using the electromechanical actuator having a force variable solenoid to change the position of the spool having the exhaust hole;
Supplying hydraulic fluid from the fluid source through the spool valve to the means for transmitting rotational motion from the crankshaft to the camshaft, the spool valve passing through an inlet line and a return line. Allowing and preventing hydraulic fluid flow into the housing;
Controlling the position of the spool to transmit rotational motion to the camshaft and selectively permit or block hydraulic fluid flow to change the camshaft phase angle relative to the crankshaft;
It is configured with.
上記エンジンにおいて、前記電気機械式アクチュエータが力可変ソレノイドを備えてもよい。また、その前記力可変ソレノイドが、前記エンジン制御ユニットから電流を受けるコイルと、前記コイルによって実質的に包囲されたアーマチュアと、前記コイルを前記アーマチュアから分離するエアギャップと、前記コイル、前記アーマチュア及び前記エアギャップのための包囲体を与えるハウジングとを備え、前記アーマチュアが前記スプールに接続され、前記コイルは附勢されたとき、前記アーマチュアが前記スプールに力を加えて前記スプールを移動させるのに十分な磁界を生起し、前記移動が前記エンジン制御ユニットからの前記信号に対応してもよい。更に、電気機械式アクチュエータが更にストローク増幅器を備えていて前記ストローク増幅器が前記排出孔付きスプールに加えられたとき力に正味ゲインを与えてもよく、前記ストローク増幅器がレバー装置を備えていてもよい。 In the engine, the electromechanical actuator may include a force variable solenoid. The force variable solenoid includes a coil that receives a current from the engine control unit, an armature substantially surrounded by the coil, an air gap that separates the coil from the armature, the coil, the armature, and A housing that provides an enclosure for the air gap, and when the armature is connected to the spool and the coil is energized, the armature applies a force to the spool to move the spool. A sufficient magnetic field may be generated and the movement may correspond to the signal from the engine control unit. Further, the electromechanical actuator may further comprise a stroke amplifier, and the stroke amplifier may comprise a lever device when the stroke amplifier is applied to the drained spool, and the stroke amplifier may comprise a lever device. .
本発明は、液圧制御弁内の排出孔付きすなわち排液スプール(vented spool)の位置を制御するための改良した方法及び装置を提供する。更に詳細には、本発明は、例えば米国特許第5,002,023号に示される形式の反対に作用する液圧シリンダVCT装置調時装置に使用される液圧制御弁と同じ制御制御弁又は米国特許第5,107,804号に示される形式のベーン式VCT調時装置に使用される液圧制御弁と同様の液圧制御弁における排出孔付きスプールの位置を制御する方法及び装置を提供する。 The present invention provides an improved method and apparatus for controlling the position of a vented or drained spool in a hydraulic control valve. More particularly, the present invention relates to a control control valve that is the same as the hydraulic control valve used in a hydraulic cylinder VCT device timing device acting opposite to the type shown, for example, in US Pat. No. 5,002,023. A method and apparatus for controlling the position of a spool with a discharge hole in a hydraulic control valve similar to the hydraulic control valve used in a vane type VCT timing device of the type shown in US Pat. No. 5,107,804 is provided. To do.
本発明の制御装置は、VCT装置の以前の実施例によって使用された全液圧PSでエンジン油槽から直接加えられた液圧流体に起因するスプールの一端における液圧力を除去する。排出孔付きスプールの他端における力は、好ましくは力可変ソレノイド式の電気機械式アクチュエータに起因し、その力は、種々のエンジンのパラメータを監視するエンジン制御ユニット(ECU)から発せられた電子信号に応答して排出孔付きスプールに直接作用する。ECUはカム軸及びクランク軸位置に対応するセンサからの信号を受け、かつこの情報を使用して相対位相角度を計算する。好ましい実施例は、米国特許第5,184,578号に示されらような閉ループフィードバック装置を採用し、その装置はあらゆる位相角度誤差を訂正する。本発明は、上述の問題に対する有効なかつ経済的な解決策、及び通常のDPCSを越えた追加の利点を提供する。 The controller of the present invention removes the hydraulic pressure at one end of the spool due to the hydraulic fluid applied directly from the engine oil reservoir at the total hydraulic pressure PS used by the previous embodiment of the VCT apparatus. The force at the other end of the spool with the discharge hole is preferably due to an electromechanical actuator of variable force solenoid type, which force is an electronic signal issued from an engine control unit (ECU) that monitors various engine parameters. In response to this, it acts directly on the spool with the discharge hole. The ECU receives signals from sensors corresponding to the camshaft and crankshaft positions and uses this information to calculate the relative phase angle. The preferred embodiment employs a closed loop feedback device such as that shown in US Pat. No. 5,184,578, which corrects for any phase angle error. The present invention provides an effective and economical solution to the above-mentioned problems and additional advantages over conventional DPCS.
スプール位置と制御信号(ソレノイド電流)との間の関係がエンジン油圧と独立しているとき、油圧又はその変動と関連するあらゆる問題も除去される。例えば、初期のエンジン始動中に通常の動作油圧が得られないと、ECUからの信号がスプールを直接位置決めするソレノイドに直ちに供給されるので、始動エラーが発生しない。 When the relationship between spool position and control signal (solenoid current) is independent of engine oil pressure, any problems associated with oil pressure or variations thereof are also eliminated. For example, if normal operating oil pressure cannot be obtained during initial engine start, a signal from the ECU is immediately supplied to the solenoid that directly positions the spool, so that no start error occurs.
力可変ソレノイドを使用することは緩慢な動的応答の問題を解決する。このような装置はスプール弁の機械的応答と同じように早く応答するように設計されることができ、通常の(全液圧の)DPCSより確実に速い。応答が速いと、増大した閉ループゲインを使用することが許され、装置を構成要素の公差及び動作環境に影響されにくくする。 Using a force variable solenoid solves the problem of slow dynamic response. Such a device can be designed to respond as fast as the mechanical response of a spool valve and is definitely faster than normal (full hydraulic) DPCS. A fast response allows the use of increased closed loop gain, making the device less sensitive to component tolerances and operating environments.
力可変ソレノイドのアーマチュアは、PWMソレノイドを使用することによる全サイクルに対抗されるので、ECUからの電流によって制御されたとき、短い距離のみ移動する。必要な移動が、稀に過度にならないので、がたがたが防止され、装置はほとんど騒音がなくなる。 The armature of the variable force solenoid is countered for the entire cycle by using the PWM solenoid, so it moves only a short distance when controlled by the current from the ECU. Since the required movement is rarely excessive, rattling is prevented and the device is almost no noise.
ことによると、通常のDPCSを超えた重要な利点は、基本の装置の改良した制御である。本発明は、VCT位相の命令入力に迅速にかつ正確に追従する大きな能力を与える。 Perhaps an important advantage over normal DPCS is improved control of the basic equipment. The present invention provides a great ability to quickly and accurately track VCT phase command inputs.
更に、本発明の好ましい実施例は油圧に依存していないので、本発明は、調時ベルトエンジンに関連したような油無しアクチュエータが望ましい用途に対して使用され得る。 Furthermore, since the preferred embodiment of the present invention does not rely on hydraulic pressure, the present invention can be used for applications where an oilless actuator such as that associated with a timing belt engine is desired.
代わりの実施例において、レバー装置又はそれと同等のものが電子機械式アクチュエータとスプールとの間に機能的に配置されている。レバー装置はストローク増幅器/力減衰機として有効に作用し、弁の移動を犠牲にすることなく、必要なソレノイド電流の減少又は空隙距離の減少を許容する。 In an alternative embodiment, a lever device or equivalent is functionally disposed between the electromechanical actuator and the spool. The lever device works effectively as a stroke amplifier / force dampener, allowing a reduction in the required solenoid current or clearance distance without sacrificing valve movement.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図1ないし図9の例において、クランク軸22にはスプロケット24がキー止めされ、示されていない組み込まれたエンジンの動作中のクランク軸22の回転は、排気カム軸26すなわちにエンジンの排気弁を動作するのに利用されるカム軸に、スプロケット24にかけられたチエーン28及びカム軸26にキー止めされたスプロケット30によって伝達される。示されていないが、適当なチエーン張り装置がチエーン28を緩みがないように比較的張った状態に保つために設けられる。示されるように、スプロケット30はスプロケット24の2倍の大きさである。この関係により、カム軸26の回転速度はクランク軸22の回転速度の1/2であり、これは4サイクルエンジンに適している。チエーン28の代わりにベルトを使用できる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the example of FIGS. 1-9, a
カム軸26は他のスプロケットすなわちスプロケット32を支持し、そのスプロケットは、図3、図4及び図6に示されるようにカム軸に関して限られた円弧に亙って揺動するように或いはカム軸と共に回転可能に支持されている。カム軸26の回転はチエーン36によって吸気カム軸34に伝達され、そのチエーンはスプロケット32と吸気カム軸34にキー止めされたスプロケット38との回りに掛けられている。示されるように、スプロケット32及び38は直径が等しく、カム軸26とカム軸34との間で等しい回転速度を与える。チエーン36の代わりにベルトを使用してもよい。
The
図6に示されているように、カム軸26及び34の各々の端部はそれぞれヘッド50の軸受け42及び44内で回転するように軸受けされおり、そのヘッドは一部が示されかつボルト48によって示されていないエンジンブロックにボルト付けされている。示されていないカム軸26及び34の反対端はヘッド50の示されていない反対端に回転するように同じように支持されている。スプロケット38はヘッド50の外側のカム軸34の位置でそのカム軸34にキー止めされている。同様に、スプロケット32及び30はヘッド50の外側の位置でカム軸26に並んで配置され、スプロケット32はスプロケット38と横に整合されかつスプロケット30はスプロケット24と横に整合するようにスプロケット32のわずかに外側に配置されている。
As shown in FIG. 6, the end of each of the
スプロケット32は円弧状のリテーナ52(図7及び図8)を一体の部品として有し、リテーナ52はスプロケット30の円弧状の開口30aを介してスプロケット32から外側に伸びている。スプロケット30には円弧状の液圧装置本体46がボルト付けされ、かつ関連する液圧制御装置の幾つかの液圧構成要素を収容している液圧装置本体46は一対の反対に作用する単作動液圧シリンダ54及び56のそれぞれの本体端部を受けて枢動可能に支持し、それら液圧シリンダはカム軸26の長手方向軸線の両側に配置されている。シリンダ54及び56のピストン端部は作動ブラケット58に枢動的に取り付けられ、ブラケット58は複数のねじ付き止め具60によってスプロケット32に固定されている。したがって、シリンダ54及び56の一方を伸ばすことによって及びシリンダ54及び56の他方を同時に引っ込めることによって、スプロケット32の作動ピストンはスプロケット30に関して押し込められ、もしシリンダ54が伸ばされかつシリンダ56が引っ込められるとスプロケット32を進めさせ(これは図2及び図4に示される動作状態である)、或いはもしシリンダ56が伸ばされかつシリンダ54が引っ込められるとスプロケット30に関して遅らされる(これは図1、図3、図7及び図8に示される動作状態である)。いずれの場合においても、スプロケット30の位置に関するスプロケット32の位置の遅れ又は進みは、前述の米国特許第5,002,023号において説明されているようにカム軸26におけるトルクの方向に反応して選択的に許容され或いは阻止されるが、カム軸上での相対的な円弧状運動を制限するために支持されたスプロケット32とカム軸34にキー止めされたスプロケット38との間のチエーン36によって与えられるチエーン駆動接続により、カム軸26の位置に関するカム軸34の位置を進めさせ或いは遅らせる。この関係は、図1及び図3に示されるようにスプロケット30上の調時マーク30b及びカム軸34の遅れ位置におけるスプロケット38上の調時マーク38aの相対位置を、図2及び図4に示されるようにカム軸34の進み位置におけるそれらの相対位置と比較することによって、図面で示される。
The
図10ないし図20は本発明の二つの実施例を示し、そこにおいて、スプロケット132の形状のハウジングはカム軸126に揺動するように支持されている。カム軸126はオーバーヘッドカム軸式であれブロックカム軸式であれ、単一カム軸エンジンのカム軸であると考えられてもよい。代わりに、カム軸126は両カム軸エンジンの吸気弁作動カム軸又は排気弁作動カム軸のいずれかであると考えられてもよい。いずれにしろ、スプロケット132及びカム軸126は共に回転可能であり、部分的に示されている無端ローラチエーン138によってスプロケット132にトルクが加えられることによって回転され、そのチエーンはスプロケット132の回り及び示されていないクランク軸の回りに掛けられている。以下で詳細に示されるように、スプロケット132は、カム軸の回転、すなわちクランク軸に関するカム軸126の位相を調整する動作中に、カム軸126に関して少なくとも限られた円弧に亙って揺動可能なように、カム軸126に揺動可能に支持されていている。
10 to 20 show two embodiments of the present invention in which a
環状のポンプ動作ベーン160はカム軸126に固定して配置され、ベーン160は直径方向に対向する対の半径方向外側に突出するローブ160a及び160bを有し、かつボルト162によってカム軸126の拡大端部126aに取り付けられ、そのボルトは端部126a内までベーン160を貫通している。この点に関して、カム軸126は、カム軸が図示しない関連するエンジンブロックに関して正確に位置決めされるようにするため、スラスト肩部126bが設けられている。ポンプ動作ベーン160は、端部との間で伸びる位置決めピンすなわち合わせピン164によって端部126aに関して正確に位置決めされている。ローブ160a及び160bはスプロケット132の半径方向外側に突出するリセス132a及び132b内にそれぞれ受けられ、リセス132a、132bのそれぞれの円周方向長さはベーンのローブ160a、160bの円周方向長さより幾分大きく、そのベーンのローブはそのリセス内に受けられていてベーン160に関するスプロケット132の限られた揺動運動を許容している。リセス132a、132bは、隔てられた横に伸びる環状板166、168によってローブ160a、160bの回りでそれぞれ閉鎖され、環状板は、ベーン160に関して固定され、したがって、幾つかのローブ160a及び160bを通して一方から他方に伸びるボルト170によってカム軸126に関して固定されている。更に、スプロケット132の内周132cはベーン160の部分160dの外周に関してシールされ、その部分160dはローブ160aと160bとの間にあり、ベーン160のローブ160a、160bの先端はそれぞれシール受けスロット160e、160fが設けられ、その中に図示しないシールが入れられている。したがって、スプロケット132のリセス132a、132bの各々は液圧を保持することができ、かつ各リセス132a、132b内で、ローブ160a、160bの各側の部分は、それぞれ液圧を保持することができる。
An
図10ないし図18に示す構造の機能は、図19及び図20を参照することによって理解でき得る。しかしながら、図19の液圧制御装置は、図10ないし図18に示す構造のベーン式VCT装置と同様に、図1ないし図9に示す構造の、対抗する液圧シリンダVCT装置に応用可能である。 The function of the structure shown in FIGS. 10 to 18 can be understood with reference to FIGS. However, the hydraulic pressure control device shown in FIG. 19 can be applied to the opposing hydraulic cylinder VCT device having the structure shown in FIGS. 1 to 9, similarly to the vane type VCT device having the structure shown in FIGS. .
いずれにしろ、代表的にエンジン潤滑油の形式の液圧流体は共通の入口ライン182によってリセス132a、132b内に流れる。入口ライン182は対向する逆止弁184及び186間の接続部で終わり、その逆止弁はそれぞれ枝ライン188、190によってリセス132a、132bにそれぞれ接続されている。逆止弁184、186はそれぞれ環状のシート184a、186aを備え、液圧流体が逆止弁184、186を介してリセス132a、132b内にそれぞれ流れるのを許容する。逆止弁184、186を介しての液圧流体の流れは浮動するボール184a、186bによってそれぞれ阻止され、そのボールはそれぞればね184c、186cによってそれぞれシート184a、186aに弾性的に偏倚されている。したがって、逆止弁184、186はリセス132a、132bの初期の充填を許容し、かつ補充液圧流体の連続的な供給を与える。液圧流体は、図19に最も良く示されかつそのスプール弁はカム軸126内に組み込まれているスプール弁192によってライン182に入り、液圧流体はそれぞれ戻りライン194、196によってリセス132a、132bからスプール弁192に戻される。
In any case, hydraulic fluid, typically in the form of engine lubricant, flows into the
スプール弁192は円筒状部材198及び排出孔付きスプール200からつくられ、そのスプールは空洞198a内で前後に滑り可能である。排出孔付きすなわち排液スプール200はその両端に円筒状のランド200a及び200bを有し、円筒状部材内にぴったりと嵌まっているランド200a及び200bは、図19及び図20に概略的に示されるごとく、ランド200bが戻りライン196からの液圧流体の流出を阻止し、ランド200aが戻りライン194からの液圧流体の流出を阻止し、ランド200a及び200bが両戻りライン194及び196からの液圧流体の流出を阻止するように、配置され、そこにおいてカム軸126は関連するエンジンのクランク軸に関して選択された中間位置に保持され、その位置はスプール200の「ゼロ(null)位置」と呼ばれる。
The
本発明において、円筒状部材198内の排出孔付きスプール200の位置は、ランド200aの端部に作用するばね202によって影響される。したがって、ばね202は図19及び図20に示されるようにスプール200を左に弾力的に偏倚する。取り入れライン182は、排出孔付きスプール200をバイパスする導管230aによってエンジンの主油槽(MOG)230から直接加圧流体(エンジン油)を受ける。この油は軸受け232を潤滑するために使用され、その軸受け内でエンジンのカム軸126は回転する。
In the present invention, the position of the
部材198内のスプール200の位置の制御は、図19に示されるように、電気機械式アクチュエータ201、好ましくは力可変ソレノイドに直接応答する。電流はソレノイドハウジング201dを通るケーブル238をへてソレノイドコイル201a内に導かれ、その電流はアーマチュア201bを跳ね返し又は押す。アーマチュア201bは排出孔付きスプール200の延長部200cに当接し、それによって排出孔付きスプール200を図19に示されるように、右に移動する。もしばね202の力がアーマチュア201bによって反対方向に加えられる力と釣り合っているなら、スプール200はゼロ位置すなわち中央位置を保つ。したがって、排出孔付きスプール200は、必要に応じてソレノイドコイル201aへの電流を増加し又は減少することによっていずれの方向にも動かされ得る。もちろん、ソレノイド201の形状は逆にされ、スプール延長部200cに作用する力を「押し」から「引き」に変換する。これは、ばね202の機能が再度設計されたアーマチュア201bの移動の新しい方向における力に反作用するようにすることを、必要とする。しかしながら、スプールにとってはるか左に又は偏倚された位置に押されることが望ましい場合がある。図19に示されるような空洞198c内又は図20に示されるような空洞198aのばね202の位置により、動力の不足又はエンジンの停止の間のようにソレノイドのコイル201aに電流が流れていないとき、スプール200が偏倚された位置に戻ることが確保される。
Control of the position of the
アーマチュア201bの移動は、図19に概略的に示される電子エンジン制御ユニット(ECU)208からの制御信号に応答してソレノイドコイル201aに加えられる電流によって制御され、その制御ユニットは通常の構造である。制御ユニットにはセンサ207a及び207bで検出されたクランク軸及びカム軸の位置信号が入力される。VCT装置の前の変形例において、スプールの延長部200cに加えられる力は、もしスプール200の中央位置すなわちゼロ位置が望まれるなら、ばね202の力とランド200aの端部に作用する空洞198a内のシステム油圧との和と釣り合わなければならない。装置が顕著に変化できる構成要素すなわち油圧を含んでいたので、この釣り合いを達成しようと試みたとき、問題が生じた。最適な解決策は、可変のパラメータから独立した制御装置、すなわちエンジン油圧から独立した装置である。
The movement of the armature 201b is controlled by a current applied to the solenoid coil 201a in response to a control signal from an electronic engine control unit (ECU) 208 schematically shown in FIG. 19, and the control unit has a normal structure. . The control unit receives the crankshaft and camshaft position signals detected by the
本発明において、空洞198a内の油圧は逃がされ、アーマチュア201bの力のみがばね202の力に抗して釣り合わされ、スプール200のゼロ位置を達成する。空洞198a内の圧力の逃がしは、例えば、ベーン装置にスプールをバイパスするエンジン油流路を設けることによって達成される。すなわちスプール200内への通路を使用せずに、以前の装置のように入口ライン182に油を供給する。スプール200のバイパスは、バイパスライン220aを入口ライン182に直接接続し、入口の油逆止弁222aをスプールの内部の通路に前以て含まれていた逆止弁に代えることによって、達成され得る。代わりの流路を設けることと組み合わせて、スプール弁198を排出孔(vent)198dを介して大気中に逃がすことは、空洞198a内の圧力を逃がす目的を達成し、その空洞内の圧力は前のVCT装置におけるランド200Aの端部に作用する。
In the present invention, the hydraulic pressure in the
可変の油圧が除去されると、排出孔付きスプール200の位置を制御するのに考慮される力は、変化の割合が断定不可能な圧力である。アーマチュア201bの力はソレノイドコイル201aに通される電流に相当し、ばね202の力は断定可能である(ばねの位置に関して)。効果は、スプール200の位置がソレノイドの電流のみに基づいて容易に確かめ得ることである。
When the variable oil pressure is removed, the force considered for controlling the position of the
好ましい実施例に通常使用されているソレノイドの形式は、円筒状のアーマチュア、又は図19に示される可変面積ソレノイドである。主エアギャップ201cはアーマチュアの回りで半径方向に伸び、非磁性軸受け材料を含み得る。アーマチュア201bが軸方向に移動すると、主ギャップ201cの円筒状面積は増加するが、力及びコイルへの距離は一定に保たれる。力は軸方向のアーマチュアの位置に比較的敏感でないので、ソレノイドハウジング201dから排出孔付きスプール200までの極端に精密な距離は必要ではない。
The type of solenoid commonly used in the preferred embodiment is a cylindrical armature or a variable area solenoid as shown in FIG. The
本発明の代わりの実施例が図20に示されている。平坦面アーマチュア又は可変ギャップ式の力可変ソレノイドが使用される。力はエアギャップ201cの二乗に逆比例する。エアギャップ201cを比較的小さな値に制限することは有益である。可変ギャップソレノイドと組み合わせてストローク増幅器を使用することによって、力における正味ゲインは達成される。レバー装置201eはアーマチュア201bをスプールの延長部200cと接続し、力におけるこのようなゲインを与える。正味ゲインは電気機械式アーマチュア201の物理的大きさを減少することによって促進され、このように、弁の移動を犠牲にすることなくソレノイドコイル201aの電流要件を減少する。
An alternative embodiment of the present invention is shown in FIG. A flat surface armature or a variable gap force variable solenoid is used. The force is inversely proportional to the square of the
スプールを一方向又は他方に移動するために、スプール200の一端200aに電気的に発生された力と他端200bに作用するばね力との間の不釣り合いのみを使用することによって(両端における共通の液圧源からの液圧負荷間の不釣り合いを使用すのと反対に)、図19及び図20の制御装置は液圧システム圧力とは完全に独立している。したがって、潜在的に広い範囲の油圧で動作するように、特定のエンジンの個々の特性に起因すると考えられる装置のような妥協した装置を設計する必要はない。その点に関して、狭い範囲のパラメータ内で動作する装置を設計することによって、VCT装置の強化された動作に対して、スプール200をそのゼロ位置に敏速にかつ正確に位置決めすることが可能である。
To move the spool in one direction or the other, by using only the unbalance between the force generated electrically at one
ベーン160はカム軸126のトルクの脈動によって時計回り方向及び反時計回り方向に交互に偏倚され、これらのトルク脈動はベーン160を、したがってカム軸126をスプロケット132に関して揺動させようとする。しかしながら、図19及び図20に示されてスプール位置において、このような揺動は、ベーン160のローブ160a、160bの両側におけるスプロケット132のリセス132a、132b内の液圧流体によって阻止される。これはそれらのリセス132a、132bのいずれからも液圧流体が排出されないからである。両戻りライン194、196は排出孔付きスプール200の位置によって阻止される。例えば、もしカム軸126及びベーン160がスプロケット132に関して反時計回り方向に移動することを許容したいなら、ソレノイドコイル201aへの電流量を増加することのみが必要である。これはアーマチュア201bを右に「押し」、スプールを右に偏倚し、それによって戻りライン194を解放する。装置のこの状態において、カム軸126における反時計回り方向のトルク脈動は、リセス132aの部分の外に流体を汲み出し、ベーン160のローブ160bが液圧流体が空になったリセス132aの他の部分内に移動するのを許容する。しかしながら、ベーン160の逆の移動は、カム軸126のトルク脈動が反対に向くので起こらない。それはスプール200のランド200bによって戻りライン196を通る流体の流れが阻止されるからである。図19及び図20において別個の閉じた通路として示されているが、ベーン160の周囲は図10、図11、図15、図16及び図17に示されるように開いた油通路を限定するスロット160cを有し、そのスロットはローブ160aの右側のリセス132aの部分とローブ160bの右側のリセス132bの部分との間で油の移送を許容し(それらの部分はローブ160a及び160bの不動作側である。)、したがって、流れが戻りライン194を介して許容されたときスプロケット132に関するベーン160の反時計回り方向の移動が起こり、また流れ戻りライン196を介して許容されたとき時計回り方向の移動が起こる。
The
更に、入口ライン182は、ローブ160bとして示されているように、ローブ160a又は160bの一方の不動作側に延長部182aが設けられ、良好な回転釣り合い、ベーンの運動の改良した減衰及びベーン160の支持面の改良した潤滑のために、補償油をローブ160a、160bの不動作側に連続して供給するのを許容する。補償油の流れは影響を及ぼさず、かつ電気機械式アクチュエータ201の動作によって影響されない。補償油はローブ160a及び160bに供給され続ける。
Further, the
出願時において本発明を実行するために発明者により考えられた最適のモードがここに示されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、適当な改良、変形及び同じものを作ることができることは、当業者には明らかである。 While the best mode contemplated by the inventor for practicing the invention at the time of filing has been set forth herein, appropriate modifications, variations, and the like may be made without departing from the scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that this can be done.
本発明によれば、クランク軸とカム軸との間の位相誤差を効果的に修正できる。 According to the present invention, the phase error between the crankshaft and the camshaft can be effectively corrected.
126 カム軸 132 ハウジング
132a、132b リセス 160 ベーン
160a、160b ローブ
184、186 逆止弁 188 導管手段すなわちライン
190 導管手段すなわちライン 192 スプール弁
194 導管手段すなわちライン 196 導管手段すなわちライン
198 スプール弁本体 200 スプール
200a、200b ランド 201 電気機械式アクチュエータ
202 ばね 207 検出手段すなわちセンサ
208 制御ユニット
126
Claims (1)
前記カム軸及びクランク軸の位置を検出することと、
前記カム軸と前記クランク軸との間の相対位相角度を計算することであって、計算することが前記検出することから得られた情報を処理するためのエンジン制御ユニットを使用し、そのエンジン制御ユニットが前記位相角度に対応する電気信号を発することと、
スプール弁本体内に滑り可能に配置されたかつスプール弁の空洞内の圧力を逃がすスプールの位置を制御することであって、前記制御することが前記エンジン制御ユニットから受け取った前記信号に応答しており、前記制御することが、前記排気孔を有するスプールの位置を変えるために力可変ソレノイドを有する電気機械式アクチュエータを使用することと、
液圧流体を前記流体源から前記スプール弁を介して前記クランク軸から前記カム軸に回転運動を伝達するための前記手段に供給することであって、前記スプール弁が入口ライン及び戻りラインを通して前記ハウジング内への液圧流体の流れを許容しまた阻止することと、
前記クランク軸に対する前記カム軸の位相角度を変えるように前記カム軸に回転運動を伝達しかつ液圧流体の流れを選択的に許容し或いは阻止するためにスプールの位置を制御すること、
を備える、液圧流体の流れを制御する方法。 In an internal combustion engine having a variable camshaft timing device that changes the phase angle of the camshaft relative to the crankshaft, rotational motion is rotated from the crankshaft together with the camshaft to change the phase angle of the camshaft relative to the crankshaft. In a method for controlling the flow of hydraulic fluid from a fluid source to a means for transmitting to the camshaft via a housing that is capable of swinging with respect to the crankshaft and attached to the camshaft ,
Detecting the positions of the camshaft and crankshaft;
Calculating a relative phase angle between the camshaft and the crankshaft, the calculating using an engine control unit for processing the information obtained from the detection and controlling the engine The unit emits an electrical signal corresponding to the phase angle;
Controlling the position of a spool slidably disposed within the spool valve body and relieving pressure in the cavity of the spool valve, wherein the controlling is responsive to the signal received from the engine control unit Using the electromechanical actuator having a force variable solenoid to change the position of the spool having the exhaust hole;
Supplying hydraulic fluid from the fluid source through the spool valve to the means for transmitting rotational motion from the crankshaft to the camshaft, the spool valve passing through an inlet line and a return line. Allowing and preventing hydraulic fluid flow into the housing;
Controlling the position of the spool to transmit rotational motion to the camshaft and selectively permit or block hydraulic fluid flow to change the camshaft phase angle relative to the crankshaft;
A method for controlling the flow of hydraulic fluid.
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