JP2007298032A

JP2007298032A - 中間段階エンジン停止を伴うカムフェージングシステム

Info

Publication number: JP2007298032A
Application number: JP2007109967A
Authority: JP
Inventors: Daniel G Gauthier; ダニエル・ジー・ゴウティエール; Michael A Kozan; マイケル・エイ・コーザン; John H Waller; ジョン・エイチ・ウォルラー; Daniel J Moreno; ダニエル・ジェイ・モレノ; Sergio Quelhas; セルジオ・クゥエルハス
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2007-11-15
Also published as: US20070251474A1; US20080136404A1

Abstract

【課題】従来の錠止ピン機構を無くしたカムシャフトフェーザシステムを提供する。
【解決手段】オイル制御スプールバルブの２つの対向するバネによってスプールを中央静止位置に合わせてＣ１およびＣ２チャンバへの給排を阻止することによりフェーザ回転子をロックする。複動ソレノイドアクチュエータがスプールを第１および第２ポジションに移動させ、Ｃ１およびＣ２それぞれに給排する。回転子はフルアドバンスとフルリタードの間のいずれの位置でも液圧的にロック可能とされる。クランクシャフトおよびカムシャフトの回転位置をモニタするシステムはシャフト軸の対向する両側に配置される磁石を含む。磁気センシング要素は、シャフトの各位置について磁界の回転方向を感知する。エンジン制御モジュールは位置信号およびアルゴリズムを使用して回転子を所望の位置にロックする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関における燃焼バルブのタイミングを変えるために吸気および／または排気カムシャフトと共に使用されるフェーザに関し、より詳細には、フェーザ回転子をその回転公認範囲内で中間位置に拘束する手段に関し、最も詳細には、そのような拘束を与えるためのカムフェージング油圧装置および方法に関する。

内燃機関の燃焼バルブのタイミングを変えるためのベーンタイプカムシャフトフェーザは良く知られている。ベーンタイプフェーザにおいては、タイミングアドバンスチャンバおよびリタードチャンバが、フェーザ内で概ね円筒状の固定子の内側に延びるローブと固定子内に同心に配置された回転子の外側に延びるベーンとの間に形成される。便宜上、これらのチャンバは当業界でそれぞれＣ１およびＣ２と称され、また本明細書でもそれに倣う。固定子はエンジンクランクシャフトに機械的に結合され且つエンジンクランクシャフトの回転位置に合わせて割出しされ、回転子はカムシャフトに機械的に結合される。

一般に、カムシャフトフェーザは、Ｃ１およびＣ２チャンバに出入するオイル流量を制御して回転子を固定子に対して回転させるオイル制御バルブを含む。バルブは加圧オイルをエンジンブロックのオイルギャラリから受け、選択的にオイルを配分することによってエンジンのカムシャフトとクランクシャフトの間の位相関係を制御可能に変化させる。オイルバルブのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を使用することにより、カムタイミングはエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）からの命令によって変えられる。例えば、命令されたデューティサイクルが平均５０％未満のときは、供給オイルはＣ１チャンバに差し向けられ、Ｃ２チャンバはエンジンクランクケース側に排油される。この逆が、命令されたデューティサイクルが５０％を超えたときに生起する。このように、オイル制御バルブはカム位置およびそれが１つの位置から別の位置に変わる速度を調節する絞りおよび方向制御バルブとされる。

吸気バルブカムシャフトに使用される一般的な従来技術のフェーザは、始動時等、一定のエンジン作動条件下で回転子を固定子にロックして回転を止め、次いで他の作動条件下で回転子をアンロックすることによりバルブタイミングの促進および遅延を可能とする機械的錠止ピンを含む。一般に、摺動可能なバネ負荷されたピンが回転子のボア内に配置され、軸方向または半径方向に作用の方向を有し、油圧がピンの係合端から取り除かれたときにバネの作用によって固定子のキー溝もしくは穴内に係止される。係止解除は油圧が係止ピンの端に掛けられたときに生起し、一般に同時に回転子の命令されたオイル駆動作用を伴う。

ピン係止された従来技術のベーンタイプフェーザについては幾つかの問題があることが知られている。

固定子に対する回転子の位置のタイミングを取ってピンが係止ボアもしくはキー溝内に完全に入ることを保証するのが困難とされる場合があり得、また部分的に係止すれば係止解除過早となってフェーザおよび／またはエンジンに損傷を与えることになりかねない。ディーゼルのようなインタフェレンスエンジンにおいては、過早の係止解除はバルブヘッドとピストンの破壊的な衝突を招来し得る。ピンを先細にして入りやすくするのは、先細のピンは円筒状ピンより自然に係合が外れやすいため、完全な解決法にならない。

ピンを固定子からきれいに係止解除することも同等に困難な場合があり、ピンが十分に係合解除される前に回転子のトルクが増すと、それによってピンがボア内に拘着して全く係止解除しなくなることがある。

さらに、供給されたオイルの圧力が一定の値より低いときは、係止ピンは回転子の角位置或いはフェーザの所期の作用に関わりなくロックしようとするように付勢されることが分かるであろう。

より古い従来技術のフェーザにおいては、回転子と固定子の間の係止は１つの位置でのみ与えられ、一般に、吸気バルブクランクシャフトの場合は、カムシャフトのフルバルブリタードポジションに限られ、また回転子と固定子の間の名目のフェーザ公認範囲は、約３０カムシャフト度とされる。フルリタードポジションは、本明細書ではゼロ度と称し、吸気バルブカムシャフトがエンジン始動態勢となるべきポジションであり、フルアドバンスポジションは、本明細書で３０度とされ、エンジン稼動時に吸気バルブカムシャフトが全力態勢となるべきポジションである。

従来技術においては、フェーザハイドロリックスおよび油圧制御によって、エンジン稼動中は回転子をフルリタードとフルアドバンスの間のいずれの所望位置でも保持可能とされる。しかし、エンジン停止時および油圧がゼロになったときは、従来のシステムでは回転子をエンジン再始動のためのゼロ度に確実に保持できず、したがって回転子を錠止ピンによって機械的に保持する必要があった。

近時、回転子およびカムシャフトが標準ゼロ度よりさらに遅らされた場合には、エンジンの稼動モードによっては燃料節減が改善可能とされることが判明しているが、しかし、エンジン始動のために回転子はやはりゼロ度に位置付けされなければならない。これを行う１つの方法は、３０度公認範囲を単純にずらすことで、それによって、従来技術の範囲に対し、新しい３０度範囲はマイナス１０度で始まりプラス２０度で終わる（或いはフェーザの範囲を４０度に増し、範囲をマイナス１０度からプラス３０度に設定する）。錠止ピンは斯くしてエンジン始動のためのゼロ度位置に置かれる。

さらに従来技術においては、あるエンジン稼動条件下で回転子を固定子に１つまたは複数の中間段階位置に係合することが有益と判明し、以来、より近時の従来技術フェーザは複数キー溝を含み、そこから回転の所望の中間段階係止位置を選択することが可能とされる。例えば、米国特許６７７２７２１号（以下、’７２１引例）および米国特許第６３１１６５５号（以下、’６５５引例）を参照されたい。

フェーザ用の一般的な従来技術のオイル制御弁はスプールバルブとされ、同バルブはスプールをバルブボディに対して第１の方向に駆動する単動ソレノイドおよびスプールを対向方向に駆動する戻しバネを有する。’７２１引例は、Ｃ１およびＣ２チャンバへのオイル経路がアクチュエータストロークの中間位置で同時に閉鎖され、それによってＣ１およびＣ２双方のオイルが捕捉され、したがって回転子が運動不能とされるように作動するスプールバルブを開示している。そのような中間段階ポジショニングは錠止ピンの固定子への係合を助勢する上で有用であり得る。しかし、このポジションを維持するには単動ソレノイドアクチュエータの付勢および制御が維持されることを要する。このポジションは、ソレノイドの消勢時にはスプールの静止位置にはなり得ず、それはＣ２（リタード）チャンバに供給しＣ１チャンバを排油するには、さらにソレノイドが進行することを要するためで、そこが戻しバネによって駆動されるソレノイドアクチュエータの静止位置である。したがって、ピンがスプールおよびソレノイドの中間段階位置で係合時にソレノイドを消勢すれば、戻しバネに望ましからぬトルクを係止ボア内のピンに掛けさせることとなり、後にピンをボアから外すことが阻止または防止される可能性がある。

従来技術においては、エンジン速度および相対的クランク／カムフェーズは、クランクシャフトおよびカムシャフトによって駆動されるターゲットホイールの歯およびスロット部の通過によって状態を変えるダイナミック近接センサによってモニタされる。このアプローチは、とりわけ低いエンジン速度における将来のフェーザ制御に関して著しくポジションニングを制限する。これには、シャフトの回転の開始および絶対角位置を識別するために、タイミングホイールに独特のスロットもしくはツースジオメトリ等の、タイミング部が必要とされ、したがってタイミング部がセンサを通過するのに全周回転が必要とされよう。角度分解能はターゲットホイールの歯およびスロット数によって決まり、それは近接センサが一般に磁気技術を使用し、ホイールの特徴部の大きさに対する制限は少ない方とされるからである。ターゲットホイールの回転方向の変化は検知できない。エンジン停止中に経験されるように、１５０ｒｐｍを下回る速度ではシステムの信頼性が漸減する。

当分野で必要とされているのは、回転子をフルアドバンスとフルリタードの間のどの所望位置にも位置付けおよび保持可能なカムシャフトフェーザシステムである。

当分野でさらに必要とされているのは、回転子がエンジン停止時に機械的ピンロックを使用せずに自動的に中間段階ポジションにロックされ且つ保持されるカムシャフトフェーザシステムである。

当分野でさらになお必要とされているのは、クランクシャフトおよびカムシャフト（したがって、回転子および固定子）ポジションをゼロｒｐｍを含めてあらゆるエンジン速度で正確に測定するポジションセンシングシステムである。
米国特許第６７７２７２１号米国特許第６３１１６５５号

本発明の主たる目的は、フェーザ回転子をその固定子内で公認範囲の所定の中間段階ポジションに位置付けおよびロックすることにある。

本発明の別の目的は、内燃機関の燃料節減を向上させることにある。

端的に言うならば、ベーンタイプ・カムシャフト・フェージング・システムにオイル制御スプールバルブを含めることにより、Ｃ１およびＣ２チャンバに出入りするオイル流量を制御してフェーザ回転子をフェーザ固定子に対して回転させる。該バルブは、加圧オイルをエンジンブロックのオイルギャラリから受け、オイルを選択的に配分することによってエンジンのカムシャフトとクランクシャフトの間の位相関係を制御可能に変化させる。バルブのハイドロリックデザインは従来通りとされるが、スプールのソレノイドアクチュエータの消勢時に、２つの対向するバネの作用によってスプールを中央静止位置に合わせてＣ１およびＣ２チャンバへの給排を阻止し、それによって回転子を所定位置に液圧的にロックする。アクチュエータは複動式とされ、Ｃ１に供給しＣ２で排出する第１ポジション側への第１の方向か、Ｃ２に供給しＣ１で排出する第２ポジション側への第２且つ対向方向かいずれかにスプールを移動させる。従来の錠止ピン機構はしたがって必要とせず、回転子が所望位置のときにアクチュエータを消勢するだけでフルアドバンスとフルリタードの間のフェーザ公認範囲のいずれの位置でも回転子は固定子に液圧的にロック可能とされ、バネは直ちにスプールを両チャンバの給排阻止ポジションに移動させる。

クランクシャフトおよびカムシャフトそれぞれの回転位置をきわめて正確且つ間断なくモニタするための手段は、シャフトの端に配置された非強磁性プレートにシャフト軸と芯違いに配置された磁石を含む。好ましい実施形態は、整列された磁界を有しシャフト軸の対向する両側に配置された第１および第２の固定磁石を備える。固定磁気センシング要素は、好ましくはホール形か磁気抵抗形かいずれかとされ、磁石手段近傍、好ましくはシャフト軸上の検出面に離間して位置付けされる。エンジン作動中に磁石手段がセンシング要素中心に回転するにつれ、シャフト回転によって有効磁界の大きさおよび方向が変化し、それによってシャフトのそれぞれの角位置に関して独特の磁界が存在する。センサは間断ない電圧出力信号を生成して、シャフト位置測定の分解能を向上させる。角位置それぞれに関して大きさ、傾斜、および傾斜符号は独特とされる。信号はエンジン制御モジュールに送られ、同モジュールはソレノイドアクチュエータをいつ付勢しなければならないかを判断し、次いでソレノイドを付勢して回転子を公認範囲の予め決められた所望位置でロックする。

センサが磁石および、したがってシャフトの磁気的方向性をどの瞬間においても判断するため、この検出システムはシャフト回転速度と無関係とされ、従来技術の光学式もしくは磁気的信号チョッピングシステムと異なり、シャフト速度ゼロ（エンジン停止）でも完全に機能を果たす。

以下に本発明を、実施例により、添付図面を参照して説明する。

本明細書に示す例示は本発明の１つの好ましい実施形態を１つの形式で示すものであり、そのような例示は本発明の保護範囲を如何様であれ制限するものと解釈されるべきではない。

本発明によるカムシャフトフェーザシステムの利点および長所は、先ず錠止ピン機構を有する第１および第２の従来技術を考慮することによってより良く理解されよう。

図１を参照すると、第１の従来技術のカムシャフトフェーザ１０ａにおいては、フェーザ内の、概ね円筒状の固定子１８の内側に延びるローブ１６と固定子１８内に同心配置された回転子２２の外側に延びるベーン２０との間に、タイミングアドバンスチャンバおよびタイミングリタードチャンバ１２、１４が形成される。チャンバ１２、１４は、本明細書ではそれぞれＣ１およびＣ２と称する。固定子１８は、同固定子１８をエンジンクランクシャフト（図示せず）と同期駆動するための、スプロケットホイールとして例示する駆動部材２４により囲繞され且つ同部材に付着される。各ローブ１６は、内側に開き且つ回転子２２の対向面３０に摺接してアドバンスチャンバとリタードチャンバの間の固定子ローブ越しの油漏れを防止するためのワイパ２８を備えた半径方向溝２６を含む。同様に、各ベーン２０は、外側に開き且つ固定子１８の対向面３６に摺接してアドバンスチャンバとリタードチャンバの間の回転子ベーン越しの油漏れを防止するためのワイパ３４を備えた半径方向溝３２を含む。回転子２２の１つのベーン２０は、フェーザ軸４０に平行な軸を有し錠止ピン４２ａを収容するボア３８ａを含む。ピン４２ａは、前述のようにボア３８ａ内で軸方向作用可能とされ、回転子２２を固定子１８のハブ（図示せず）に錠止して回転子の回転を止める。

図２に関し、第２の従来技術カムシャフトフェーザ１０ｂは、全体構造において第１従来技術のフェーザ１０ａに類似とされ、固定子１８内に配置された回転子２２を有し、相互係合して複数のアドバンスチャンバとリタードチャンバ１２、１４を画定する固定子ローブ１６および回転子ベーン２０並びにローブおよびベーンの溝２６、３２に配置されたワイパ２８、３４を有する。唯一の著しい相違は、錠止ピンボア３８ｂは回転子２２の半径方向に向けられ、それによって錠止ピン４２ｂがボア３８ｂ内で半径方向作用可能とされて回転子２２を固定子１８に錠止し回転を止める点とされる。ピン４２ｂには固定子１８の複数のキー溝４６のいずれか１つに係合するスペード形の先端４４が設けられ、それによって回転子は複数の離散的角位置のいずれか１つで固定子に錠止されることが可能とされる。

次に図３に関し、本発明によるカムシャフトフェージングシステム１００は、改良されたフェーザ２００、改良されたオイル制御弁３００、改良されたカムシャフト回転位置センシングシステム５０２および改良されたクランクシャフト回転位置センシングシステム５０４、並びにエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）５００を備える。

一般的運用においては、ＥＣＭ５００はオイル制御弁３００を信号３０２を介して命令するためのアルゴリズムを使用することにより、オイルをフェーザ２００のアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに選択的に供給する。位置センシングシステム５０２は、回転中のカムシャフトの端部に固定されたフェーザ回転子の瞬間的回転位置を感知し、対応する信号５０６をＥＣＭ５００に送る。位置センシングシステム５０４は、エンジンクランクシャフト（図示せず）の瞬間的回転位置を感知し、対応する信号５０８をＥＣＭ５００に送る。クランクシャフトに対する固定子の位相関係は固定されているため、ＥＣＭ５００はクランクシャフトとカムシャフトの間の瞬間的位相関係、且つしたがってピストンに対するエンジンバルブの位相関係を連続的に計算することが可能とされる。以下に説明するように、回転子の公認範囲内のいずれの所望位置でも、現在の好適な実施形態においては、オイルがアドバンスチャンバまたはリタードチャンバのどちらにも供給されず、どちらからも排出されず、したがってこれらのチャンバを液圧的に堅牢とするようにバルブ３００を所定位置に拘束することが可能とされる。

代替実施形態においては、オイルはアドバンスチャンバとリタードチャンバ双方に同時に供給可能とされ、したがってまた、両チャンバとも液圧的に堅牢且つ回転子を拘束可能とされるが、しかし、時がたって、拘束されたオイルがアクチュエータの消勢後にアドバンスチャンバおよびリタードチャンバから漏れて戻ることによってハイドロリックロックが外され好ましくないことから、この代替実施形態は現在は好適とされない。

フェーザ２００は従来技術のフェーザ１０ａ、１０ｂと実質的に同じとされ、各部品および数をここで繰返し述べる必要はない。但し、本発明の好ましい実施形態においては、従来技術の錠止ピン機構は、軸方向作用可能にせよ半径方向作用可能にせよ完全に省かれる。本発明によるシステムにおいては、以下に説明するように、回転子は専らハイドロリックスによって、ＥＣＭ５００の指令によりいずれの回転位置にも保持可能とされるため、そのような機構は（所望により選択肢として使用することは可能とされるが）必要とされない。したがって、回転子２２２は固定子２１８内でフルリタードとフルアドバンスの間で公認範囲に亘る無数の回転位置で拘束可能とされることが分かるであろう。さらに、そのようなフェーザの設計および構造は一層簡潔且つ一層安価とされ、錠止ピンの係合および係合解除において遭遇され得る前述の問題は取り除かれる。

次いで図４に関し、改良されたオイル制御弁３００は概ね管状のバルブボディ３０１を備え、同ボディはスプール３０６を摺接して受ける円筒状ボア３０４を有する。ボディ３０１は支持用エンジン付属品３０３内に取付可能とすることが好ましい。スプール３０６は複動ソレノイドアクチュエータ３１０の電機子３０８に接続される。アクチュエータ３１０の作用方向は、例えば、双方向電動絞り弁を制御するための従来技術において良く知られた電気的構成で、電気的「Ｈブリッジ」（図示せず）を介して制御されよう。

スプール３０６および電機子３０８は、ボア３０４および磁極片３１１内の対向する第１および第２の圧縮バネ３１２、３１４の間に配置され、該圧縮バネはソレノイドアクチュエータ３１０の消勢時にスプール３０６をボア３０４内の中間位置（図４に示す）に駆動するように作用する。

バルブ３００のハイドロリックス上の構成は図６に示し、実質的に’７２１引例の図５、６、７、および８に示すように、実質的に従来技術において知られており、同引例の該当部分を参照により本明細書に援用する。バルブ３００の新規な点はアクチュエータ３１０を、’７２１引例の単動アクチュエータ７０と異なり、複動アクチュエータとしたことにあり、それによって、アクチュエータ３１０の消勢時に２つの選択された対向バネによってスプール３０６が自然な中間静止位置に駆動され、すべてのチャンバへの流れをブロックするのに対し、’７２１引例のスプール３２は従来技術のアクチュエータの消勢時に１つのバネ３１ａによって末端の静止位置（’７２１引例、図７のフェーザフルアドバンス位置）に駆動される。バルブ３００では、任意選択として、逆止め弁３２７（図３）をオイル供給ポート３２４に設けることによって回転子ロックドモード中のオイル逆流対策が保証される。

スプール３０６には、第１ランド３２０によって分離され第２ランド３２２で終わる第１および第２の環状凹陥３１６、３１８が設けられる。第１凹陥３１６はスプールの軸方向にスプール運動の全範囲に亘りオイル入口ポート３２４に対して開いているのに十分な長さ分延在する。スプール運動の左側端（図４に示す左側）でオイル入口ポート３２４はオイルアドバンス出口３２６に接続される。第２ランド３２２は、その軸方向長さは、このスプール位置では、オイルリタード出口３２８がボア３０４および、したがって出口３３０に対して開かれている長さとされる。図４に示すスプール運動の反対側即ち右側端では、第１凹陥３１６はオイルリタード出口３２８に連通し、オイルアドバンス出口３２６は、軸方向出口穴３３４に接続する半径方向ポート３３２によって交差される第２凹陥３１８を介して排油される。

作動においては、ソレノイドアクチュエータ３１０の消勢時に、スプール３０６は図４に示す位置にあり、バネ３１２、３１４の組合せ作用によってそのように位置付けされる。バルブタイミングを早めるには、ソレノイドアクチュエータ３１０が第１極性で付勢されることによってスプール３０６が左に駆動され、オイル供給ポート３２４がアドバンスポート３２６に接続され、且つリタードポート３２８がオイル排油される。バルブタイミングを遅らせるには、ソレノイドアクチュエータ３１０が第２且つ対向極性で付勢されることによってスプール３０６を右に駆動され、オイル供給ポート３２４がリタードポート３２８に接続され、且つアドバンスポート３２６が排油される。

図５に関し、バルブ３００の好ましい制御モードは、アクチュエータが交互に対向方向に付勢されるパルス幅変調（ＰＷＭ）方式とされる。図５はバルブ３００を通るオイルの全流量をパーセントデューティサイクルにより示す。約２５％に満たないデューティサイクルでは、フェーザはフルアドバンス（または配管次第によりフルリタード）となり、約６５％より上ではフェーザはフルリタード（またはアドバンス）となる。その間の範囲では、フェーザは公認範囲に合った中間位置で効果的に絞られる。特に関心を引くのは、デューティサイクル約５０％ではバルブに流れが無く、したがってフェーザはこの条件下で液圧的に堅牢とされることである。これはまた、アクチュエータが単純に消勢されたときにスプールが取る位置に対応すること、即ち５０％デューティサイクルはアクチュエータを消勢させることに等しいことに注目されたい。

本発明による例示的なシャフトポジションセンサ４００を示す図６および７に関し、カムシャフト、カムシャフトフェーザ、もしくはクランクシャフト等、回転可能なシャフト４０１はその一端に非強磁性の取付プレート４０２を設けられる。シャフト４０１は回転軸４０４を有する。少なくとも１つの永久磁石４０６がプレート４０２の軸方向面４０８に、好ましくは磁石の磁軸４１０がシャフト軸４０４に交差する状態で取り付けられる。現在の好ましい実施形態においては、２つの永久磁石４０６ａ、４０６ｂは表面４０８に軸４０４沿いに位置する面の対向する両側に且つその磁軸４１０ａ、４１０ｂが整列されて取り付けられる。両磁石は面４０８に平行な平坦領域を含む磁界（図示せず）を創成し、その磁界は磁石４０６ａ、４０６ｂの軸を含み且つ磁石から離隔された軸を有する。シャフト４０１が回転するにつれ、磁界とその軸もまた回転することが分かるであろう。固定マウント４１２には磁気センサ４１４が配置され、同センサは、作用ポジション（図７）においては、磁石４０６ａ、４０６ｂ間の磁界内に配置される。現在の好ましい実施形態においては、磁気センサ４１４は軸４０４もしくはその近傍に位置する少なくとも１つのリニアホールセンサを含む。ホールセンサは磁界強度をセンサに関する極性により検出するセンサとして当分野で良く知られ、磁界軸と整列時に最小出力を有し、磁界軸に対し直交時に最大出力を有する。さらに一層好ましい実施形態においては、センシング手段４１４は相互に直交して配置された第１および第２のリニアホールセンサ４１４ａ、４１４ｂを備え、各センサは個別の信号をＥＣＭ５００（図３）に送るためのそれぞれのリード線４１６ａ、４１６ｂを有する。

図８に関し、磁界の回転によって生成されたホールセンサ４１４ａ、４１４ｂからの信号を磁界の軸とセンサの軸の間の回転角度による正弦波形で示す。したがって図６および７で磁軸に関して示すセンサポジションでは、出力曲線６０２は磁界に対し平行な第１のセンサ４１４ａについてゼロ開始出力を示し（正弦出力曲線）、出力曲線６０４は磁界に対し直交する第２センサ４１４ｂについて最大出力を示す（余弦出力曲線）。したがって、磁軸が回転（シャフト４０１の回転により生起する）するにつれ、シャフトのあらゆる角位置毎に正弦値および余弦値の独特の組合せがあり、それによってＥＣＭ５００はシャフトの瞬間的角位置をいずれの与えられた時にも推定することが可能とされる。

センシング手段アセンブリ４００の重要な側面は、同アセンブリがシャフトの回転速度に無関係とされ、ダイナミックシステムでないことにある。したがって、従来技術のダイナミックビームチョッパもしくは界磁チョッパとは異なり、シャフトの角位置はシャフト速度がゼロのときすら知られ、エンジン停止および始動シーケンス中における著しい利点とされる。

本発明による使用に適するセンシングシステムは磁石４０６およびセンサ４１４は各１つのみを備え、１つの正弦出力曲線を生成するシステムとすることも可能なことは分かるであろう。しかし、全曲線の正負両領域の正負両傾斜曲線部分に関して等しい正弦値があって正弦の実際値を使用する上で曖昧になるため、ＥＣＵ５００はいずれの与えられた時にも曲線の傾斜の正負符号および大きさを求めるようにプログラムされなければならない。傾斜符号および大きさは、隣り合う読みを単純に時間平均することによって、応答瞬時性が僅かに失われるのは必然乍ら、容易に求められる。しかし、現在は、２つの磁石４０６ａ、４０６ｂを使用して磁界の強さを増し、２つの直交するセンサを使用して固定子内の回転子を曖昧さなく瞬間的に位置決めすることが好ましいとされる。

本発明の現在好適とされる実施形態においては、センサアセンブリ４００はシャフトポジションセンサ５０２、５０４（図３）のそれぞれに関して使用することによってフェーザ固定子２１８に対するフェーザ回転子２２２の正確な角位置がすべての時に知られ、且つしたがって、回転子公認範囲内の所望角位置でオイルをＣ１およびＣ２チャンバ内に捕らえることにより回転子を固定子内に固定させるにはいつオイル供給弁３００を消勢するべきかを判断する上でＥＣＭ５００によって使用可能とされる。

以上に本発明を様々な具体的実施形態に関して説明したが、説明した進歩性を具備する思想の理念および保護範囲内で無数の変更を行うこと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、付属の特許請求範囲の言葉によって規定される全保護範囲に及ぶものである。

第１の従来技術のカムシャフトフェーザの、実質的に米国特許第６３１１６５５号の図３に示す通りの断面図であり、軸方向作用可能な回転子錠止ピン機構を示す図である。第２の従来技術のカムシャフトフェーザの、実質的に米国特許第６３１１６５５号の図７に示す通りの断面図であり、半径方向作用可能な回転子錠止ピン機構を示す図である。本発明によるカムシャフトフェーザシステムの模式制御図である。図３に示すカムシャフトフェーザシステムのためのオイル制御弁の断面図である。図４に示すバルブを通るオイル流量をパルス幅変調された流量制御システムのデューティサイクルにより示すグラフである。本発明によるシャフト・ポジション・センシング・システムの正面からの等角図であり、回転シャフトの信号生成要素および固定マウントの信号センシング要素を、表示の便宜上、両要素を作用ポジションから回し（軸曲折し）て示した図である。図６に示す装置の稼動形態を示す立面図である。図６および７の信号センシング要素によって生成されたシャフトポジション信号を示すグラフである。

符号の説明

１００カムシャフトフェージングシステム
２００フェーザ
２１８固定子
２２２回転子
３００制御弁
３０１バルブボディ
３０２信号
３０３エンジン付属品
３０４ボア
３０６スプール
３０８電機子
３１０アクチュエータ
３１１磁極片
３１２、３１４圧縮バネ
３１６、３１８凹陥
３２０、３２２ランド
３２４オイル供給ポート
３２６オイルアドバンス出口
３２８オイルリタード出口
３３０出口
３３２半径方向ポート
３３４軸方向出口穴
４００シャフトポジションセンサ
４０１シャフト
４０２取付プレート
４０４回転軸
４０６、４０６ａ、４０６ｂ永久磁石
４０８軸方向面
４１０、４１０ａ、４１０ｂ磁軸
４１２固定マウント
４１４磁気センサ
４１４ａ、４１４ｂリニアホールセンサ
４１６ａ、４１６ｂリード線
５００エンジン制御モジュール
５０２、５０４回転位置センシングシステム
５０６、５０８信号
６０２、６０４出力曲線

Claims

ａ）回転子および固定子、および前記固定子のローブと前記回転子のベーンの間に形成された複数のアドバンスチャンバおよび複数のリタードチャンバを有するカムシャフトフェーザと、
ｂ）加圧オイルを供給源から選択的に前記アドバンスチャンバおよび前記リタードチャンバに供給するためのオイル制御バルブアセンブリとを備え、前記バルブアセンブリは、
前記供給源と、前記アドバンスチャンバおよびリタードチャンバと、出口とに接続されたバルブボディに設けられたボア内に摺動配置されたスプールと、
前記スプールに作動可能に接続されたアクチュエータであって、前記アクチュエータは選択的に第１および第２方向に発動されるアクチュエータと、
前記バルブアセンブリ内に配置され、前記アクチュエータの消勢時に前記スプールを前記バルブボディの中間位置へと付勢する第１および第２の対向するバネであって、そのスプールポジションでは、前記加圧オイルは前記アドバンスチャンバおよびリタードチャンバに出入を阻止され、それによって前記回転子は前記固定子に対して回転運動不能とされる第１および第２のバネとを含むカムシャフトフェーザシステム。
ａ）前記回転子の前記固定子に対する回転位置をモニタし、該回転位置を表すモニタリング信号を送るためのセンサ機構と、
ｂ）前記アクチュエータの前記モニタリング信号に応答する前記アクチュエータの作用を制御するための制御器とをさらに備える請求項１に記載のカムシャフトフェーザシステム。
前記センサ機構はカムシャフトとこれに関係するクランクシャフトの間の位相関係を判断するための磁気ポジションセンシングシステムを含み、前記センシングシステムは、
ａ）前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの一方と共に回転するように配置された第１の磁石であって、前記第１磁石の磁界の極性が前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの前記一方と共に回転される第１磁石と、
ｂ）前記第１磁石から離間して位置付けされた、前記磁界の回転位置を求め且つ該回転位置を表す前記モニタリング信号を生成するための固定磁気センサとを含む請求項２に記載のカムシャフトフェーザシステム。
前記磁気センサはホールタイプおよび磁気抵抗形から成るグループから選択される請求項３に記載のカムシャフトフェーザシステム。
前記磁気センサは前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの一方の回転軸に配置される請求項３に記載のカムシャフトフェーザシステム。
前記第１磁石は前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの一方に付属する非鉄製の取付プレートに配置される請求項３に記載のカムシャフトフェーザシステム。
前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの前記一方と共に回転するように配置され、前記第１磁石に対向し前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの一方の回転軸と心違いに取り付けられる第２の磁石をさらに備える請求項３に記載のカムシャフトフェーザシステム。
前記第１および第２磁石はそれぞれの磁気極性の第１および第２軸を有し、且つ前記第２磁石の前記極性軸は前記第１磁石の前記極性軸に整列される請求項７に記載のカムシャフトフェーザシステム。
前記センサ機構は前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトのそれぞれの磁気ポジションセンシングシステムを含む請求項３に記載のカムシャフトフェーザシステム。
ａ）回転子および固定子、および前記固定子のローブと前記回転子のベーンの間に形成された複数のアドバンスチャンバおよび複数のリタードチャンバを有するカムシャフトフェーザと、
ｂ）加圧オイルを供給源から選択的に前記アドバンスチャンバおよび前記リタードチャンバに供給するためのオイル制御スプールバルブアセンブリとを備え、
前記バルブアセンブリは前記スプールをバルブボディに位置決めするための複動アクチュエータを含み、
前記スプールは、前記アクチュエータの消勢時に、オイルは前記アドバンスチャンバおよびリタードチャンバに出入を阻止され、それによって前記回転子は前記固定子に対して回転運動不能とされるように前記バルブボディ内の位置を取るカムシャフトフェーザシステム。
カムシャフトフェーザシステムを備える内燃機関であって、前記カムシャフトフェーザシステムは、
回転子および固定子、および前記固定子のローブと前記回転子のベーンの間に形成された複数のアドバンスチャンバおよび複数のリタードチャンバを有するカムシャフトフェーザと、
加圧オイルを供給源から選択的に前記アドバンスチャンバおよび前記リタードチャンバに供給するためのオイル制御バルブアセンブリとを含み、前記バルブアセンブリは、
前記供給源と、前記アドバンスチャンバおよびリタードチャンバと、出口とに接続されたバルブボディに設けられたボア内に摺動可能に配置されたスプールと、
前記スプールに作動可能に接続されたアクチュエータであって、前記アクチュエータは選択的に第１および第２方向に発動されるアクチュエータと、
前記バルブアセンブリ内に配置され、前記アクチュエータの消勢時に前記スプールを前記バルブボディの中間位置へと付勢する第１および第２の対向するバネであって、そのスプールポジションでは、前記加圧オイルは前記アドバンスチャンバおよびリタードチャンバに出入を阻止され、それによって前記回転子は前記固定子に対して回転運動不能とされる第１および第２のバネとを含む内燃機関。
内燃機関のカムシャフトおよびクランクシャフトの一方の回転位置をモニタするための磁気ポジションセンシングシステムであって、
ａ）前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの前記一方と共に回転するように配置された第１の磁石であって、前記第１磁石の磁界の極性軸は前記第１磁石の磁界の極性が前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの前記一方と共に回転されるようにシャフト回転軸と直交する方向にある第１磁石と、
ｂ）前記第１磁石から離間して位置付けされた、前記磁界の回転位置を感知するための磁気センサとを備える磁気ポジションセンシングシステム。
前記カムシャフトおよび前記クランクシャフトの前記一方と共に回転するように配置され、前記第１磁石に対向し前記シャフト回転軸と心違いに位置付けられる第２の磁石をさらに備える請求項１２に記載の磁気ポジションセンシングシステム。
前記磁気センサはホールタイプおよび磁気抵抗形から成るグループから選択される請求項１２に記載の磁気ポジションセンシングシステム。
フェーザ固定子に対するフェーザ回転子の角位置を感知するための磁気センシングシステムを備えるカムシャフトフェーザシステムであって、前記磁気センシングシステムは、磁軸を有する磁界を生成するための、前記フェーザ回転子およびフェーザ固定子の一方と共に回転するように配置される少なくとも１つの磁石と、前記少なくとも１つの磁石から離間して位置付けされた、前記磁界の回転位置を感知するための磁気センサとを含むカムシャフトフェーザシステム。
内燃機関のシャフトの回転位置をモニタするための磁気ポジションセンシングシステムであって、
ａ）前記シャフトと共に回転するように配置された第１の磁石であって、前記第１磁石の極性軸は前記第１磁石の磁界の極性が前記シャフトと共に回転されるようにシャフト回転軸と直交する方向にある第１磁石と、
ｂ）前記シャフトと共に回転するように配置された第２の磁石であって、前記第２磁石の磁界の極性が前記シャフトと共に回転されるように前記第１磁石に対向し前記シャフト回転軸と心違いに位置付けられる第２の磁石と、
ｃ）前記第１および第２磁石から離間して位置付けされた、前記磁界の回転位置を感知するための磁気センサとを備える磁気ポジションセンシングシステム。