JPH06346707A - 内燃エンジン - Google Patents

内燃エンジン

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JPH06346707A
JPH06346707A JP7842694A JP7842694A JPH06346707A JP H06346707 A JPH06346707 A JP H06346707A JP 7842694 A JP7842694 A JP 7842694A JP 7842694 A JP7842694 A JP 7842694A JP H06346707 A JPH06346707 A JP H06346707A
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エドワード・シー・シーモン
Jr Stanley B Quinn
スタンレー・ビー・クイン・ジュニアー
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    • F01L1/34409—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 by torque-responsive means
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 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改良した装置
を提供する。 【構成】 カム軸１２６はその端部にベーン１６０を固
定しそれと共に揺動しない。カム軸はスプロケット１３
２を支持し、スプロケットはカム軸と共に回転するがカ
ム軸と共に揺動可能である。ベーンはスプロケットの反
対側のリセス１３２ａ、ｂ内に設けたローブ１６０ａ、
ｂを有する。カム軸はパルスに反応して変化し、制御ユ
ニット２０８からの信号に応答して制御弁１９２の弁本
体１９８内の排出孔付きスプール２００の位置を制御す
ることによって、リセスから戻りラインを通る液圧流
体、好ましくはエンジン油を選択的に阻止又は流すこと
によって、与えられた方向、すなわち進み方向又は遅れ
方向に変化できる。排出孔付きスプールは制御ユニット
によって制御される電気機械式アクチュエータ２０１に
よって弁本体内に選択的に位置決めされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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。
【０００２】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。
【０００３】
【従来の技術】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５，００２，０２
３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（ｎｕｌ
ｌ）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。
【０００４】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Ｖ
ＣＴ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５，０
０２，０２３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。
【０００５】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５，１
８４，５７８号に示された発明には幾つかの固有の欠点
がある。
【０００６】一つの欠点は、この差圧制御装置（ＤＰＣ
Ｓ）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。
【０００７】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（ｇａｉ
ｎ）を必要とする。
【０００８】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。
【０００９】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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】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及び装置を提供することであ
る。
【００１１】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及び装置を提供すること
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、軸線の回りで
回転可能なクランク軸と、第２の軸線の回りで回転可能
であって回転中にトルクの逆転を受けるカム軸と、第１
及び第２の円周方向に隔てられたローブを有するベーン
であって、前記カム軸に取り付けられ、前記カム軸と共
に回転可能であって前記カム軸に関して揺動可能でない
ベーンと、前記カム軸と共に回転可能でまた前記カム軸
に関して揺動可能であるハウジングであって、第１及び
第２の円周方向に隔てられたリセスを有し、前記第１及
び第２のリセスの各々が前記第１及び第２のローブの一
つを受けかつ前記第１及び第２のローブの前記一方の揺
動運動を許容するハウジングと、前記クランク軸から前
記ハウジングに回転運動を伝達するための手段と、前記
ハウジングの揺動を制御するための手段であって、前記
カム軸に関する前記ハウジングの位置を変えるために前
記カム軸のトルク反転に反応可能である制御手段とを備
えた内燃エンジンにおいて、前記前記制御手段が、スプ
ール弁本体と、前記本体内で往復動可能でありかつ第１
及び第２の隔てられたランドを有するスプールであっ
て、大気への排出孔を有するスプールと、前記第１のリ
セス及び第２のリセスの一方から前記スプール弁本体に
伸びている第１の戻りライン手段であって、前記第１及
び第２のランドの一方が前記弁本体内の前記スプールの
位置の第１のレンジにおいて前記第１の戻りライン手段
を通る流れを阻止しかつ前記弁本体内の前記スプールの
位置の第２のレンジにおいて前記第１の戻りライン手段
を通る流れを許容する第１の戻りライン手段と、前記第
１のリセス及び第２のリセスの他方から前記弁本体に伸
びている第２の戻りライン手段であって、前記第１及び
第２のランドの他方が前記弁本体内の前記スプールの位
置の前記第２のレンジにおいて前記第２の戻りライン手
段を通る流れを阻止し、前記弁本体内の前記スプールの
位置の前記第１のレンジの第１の部分において前記第２
の戻りライン手段を通る流れを許容し、また前記弁本体
内の前記スプールの位置の前記第１のレンジの第２の部
分において前記第２の戻りライン手段を通る流れを阻止
する第２の戻りライン手段と、前記弁本体から前記第１
のリセス及び前記第２のリセスの各々に伸びている入口
ライン手段であって、前記スプールの位置に関係なく液
圧流体が前記弁本体から前記第１のリセス及び前記第２
のリセスの前記各々に流れるのを許容し、液圧流体が前
記第１のリセス及び第２のリセスの各々から前記弁本体
に流れるのを阻止する逆止弁手段を有する入口ライン手
段と、前記クランク軸及び前記カム軸の位置を検出する
手段と、前記検出手段から情報を受けるための、また前
記情報を使用して前記クランク軸とカム軸との間の相対
位相角度を計算するためのエンジン制御ユニットと、前
記エンジン制御ユニットから発せられた信号に応答して
前記スプールの位置を制御するための電気機械式アクチ
ュエータと、前記電気機械式アクチュエータが附勢され
ていない期間に前記スプール弁を全進み位置に偏倚する
ための手段と、を備えて構成されている。
【００１３】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。
【００１４】
【作用】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（ｖｅｎｔｅｄｓｐｏｏｌ）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。
【００１５】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（ＥＣ
Ｕ）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。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】力可変ソレノイドのアーマチュアは、ＰＷ
Ｍ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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】
【実施例】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。
【００２３】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。
【００２４】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３
０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。
【００２５】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５
２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３
０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２
６の長手方向軸線の両側に配置されている。シリンダ５
４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５，０
０２，０２３号において説明されているようにカム軸２
６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３
４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３
４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。
【００２６】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１
３８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１
３２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１２
６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。
【００２７】環状のポンプ動作ベーン１６０はカム軸１
２６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１２
６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１３
２の限られた揺動運動を許容している。リセス１３２
ａ、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。
【００２８】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Ｖ
ＣＴ装置に応用可能である。
【００２９】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１８４
ａ、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１８４
ｃ、１８６ｃによってそれぞれシート１８４ａ、１８６
ａに弾性的に偏倚されている。したがって、逆止弁１８
４、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、１３２
ｂからスプール弁１９２に戻される。
【００３０】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１
９及び図２０に概略的に示されるごとく、ランド２００
ｂ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（ｎｕｌ
ｌ）位置」と呼ばれる。
【００３１】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。
【００３２】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２
００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２
０１ｂ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洞１９
８ｃ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。
【００３３】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２０
１ａ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２０
７ａ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。
【００３４】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）１９８
ｄ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ＶＣ
Ｔ装置におけるランド２００Ａの端部に作用する。
【００３５】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２０
１ｂ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。
【００３６】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２
０１ｃ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。
【００３７】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２
０１ａの電流要件を減少する。
【００３８】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、ＶＣ
Ｔ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。
【００３９】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１３２
ａ、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１６
０のローブ１６０ｂが液圧流体が空になったリセス１３
２ａ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２０
０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１６
０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。
【００４０】更に、入口ライン１８２は、ローブ１６０
ｂとして示されているように、ローブ１６０ａ又は１６
０ｂ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。
【００４１】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。
【００４２】
【効果】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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変カム軸調時装置の実施例を組
み込んでいる２カム軸内燃エンジンの部分図であって、
カム軸及びクランク軸を通して横に伸びる平面上で切断
しかつクランク軸及び排気カム軸関して遅れた位置にあ
る吸気カム軸を示す図である。
【図２】図１の部分と同様の部分図であって、排気カム
軸に関して進み位置にある吸気カム軸を示す図である。
【図３】図６の線３−３に沿って切断した部分図であっ
て、簡潔にするため構造体の一部が取り除かれかつ装置
の遅れた位置で示されている図である。
【図４】排気カム軸に関して進み位置にある吸気カム軸
を示す図３と同様の部分図である。
【図５】図１に示された構造体の幾つかの反転側を示す
部分図である。
【図６】図４の線６−６に沿って切断した部分図であ
る。
【図７】図１の線７−７に沿って切断した部分図であ
る。
【図８】図１の線８−８に沿って切断した断面図であ
る。
【図９】図３の線９−９に沿って切断した断面図であ
る。
【図１０】可変カム軸調時装置の別の実施例を有するカ
ム軸の立面図である。
【図１１】他の部分をより明白に説明するために構造体
の一部が取り除かれた図１０と同様の図である。
【図１２】図１１の線１２−１２に沿って切断した断面
図である。
【図１３】図１０の線１３−１３に沿って切断した断面
図である。
【図１４】図１１の線１４−１４に沿って切断した断面
図である。
【図１５】図１０ないし図１４の可変カム軸調時装置の
要素の端部立面図である。
【図１６】反対の端部から見た図１５の要素の立面図で
ある。
【図１７】図１５及び図１６の要素の横立面図である。
【図１８】反対側から見た図１７の要素の立面図であ
る。
【図１９】図１０ないし図１８の可変カム軸調時装置の
単純化した概略図である。
【図２０】本発明の代わりの実施例の図１９と同様の単
純化した概略図である。
【符号の説明】
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｋ 31/06 ３８５ Ａ 7366−3Ｈ (72)発明者 スタンレー・ビー・クイン・ジュニアー アメリカ合衆国ニューヨーク州14850，イ サカテラス・ビュー・ドライブ 113

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸線の回りで回転可能なクランク軸と、 第２の軸線の回りで回転可能であって回転中にトルクの
    逆転を受けるカム軸（１２６）と、 第１及び第２の円周方向に隔てられたローブ（１６０
    ａ、１６０ｂ）を有するベーン（１６０）であって、前
    記カム軸に取り付けられ、前記カム軸と共に回転可能で
    あって前記カム軸に関して揺動可能でないベーンと、 前記カム軸と共に回転可能でまた前記カム軸に関して揺
    動可能であるハウジング（１３２）であって、第１及び
    第２の円周方向に隔てられたリセス（１３２ａ、１３２
    ｂ）を有し、前記第１及び第２のリセスの各々が前記第
    １及び第２のローブの一つを受けかつ前記第１及び第２
    のローブの前記一方の揺動運動を許容するハウジング
    と、 前記クランク軸から前記ハウジングに回転運動を伝達す
    るための手段と、 前記ハウジングの揺動を制御するための手段であって、
    前記カム軸に関する前記ハウジングの位置を変えるため
    に前記カム軸のトルク反転に反応可能である制御手段と
    を備えた内燃エンジンにおいて、 前記前記制御手段が、 スプール弁本体（１９８）と、 前記本体内で往復動可能でありかつ第１及び第２の隔て
    られたランド（２００ａ、２００ｂ）を有するスプール
    （２００）であって、大気への排出孔（１９８ｄ）を有
    するスプールと、 前記第１のリセス及び第２のリセスの一方から前記スプ
    ール弁本体に伸びている第１の戻りライン手段（１９
    ４）であって、前記第１及び第２のランドの一方が前記
    弁本体内の前記スプールの位置の第１のレンジにおいて
    前記第１の戻りライン手段を通る流れを阻止しかつ前記
    弁本体内の前記スプールの位置の第２のレンジにおいて
    前記第１の戻りライン手段を通る流れを許容する第１の
    戻りライン手段と、 前記第１のリセス及び第２のリセスの他方から前記弁本
    体に伸びている第２の戻りライン手段（１９６）であっ
    て、前記第１及び第２のランドの他方が前記弁本体内の
    前記スプールの位置の前記第２のレンジにおいて前記第
    ２の戻りライン手段を通る流れを阻止し、前記弁本体内
    の前記スプールの位置の前記第１のレンジの第１の部分
    において前記第２の戻りライン手段を通る流れを許容
    し、また前記弁本体内の前記スプールの位置の前記第１
    のレンジの第２の部分において前記第２の戻りライン手
    段を通る流れを阻止する第２の戻りライン手段と、 前記弁本体から前記第１のリセス及び前記第２のリセス
    の各々に伸びている入口ライン手段（１８２）であっ
    て、前記スプールの位置に関係なく液圧流体が前記弁本
    体から前記第１のリセス及び前記第２のリセスの前記各
    々に流れるのを許容し、液圧流体が前記第１のリセス及
    び第２のリセスの各々から前記弁本体に流れるのを阻止
    する逆止弁手段（１８４、１８６）を有する入口ライン
    手段と、 前記クランク軸及び前記カム軸の位置を検出する手段
    （２０７ａ、２０７ｂ）と、 前記検出手段から情報を受けるための、また前記情報を
    使用して前記クランク軸とカム軸との間の相対位相角度
    を計算するためのエンジン制御ユニット（２０８）と、 前記エンジン制御ユニットから発せられた信号に応答し
    て前記スプールの位置を制御するための電気機械式アク
    チュエータ（２０１）と、 前記電気機械式アクチュエータが附勢されていない期間
    に前記スプール弁を全進み位置に偏倚するための手段
    （２０２）と、を備えた内燃エンジン。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のエンジンにおいて、前
    記第１及び第２のローブの各々が前記第１及び第２のリ
    セスの各々を第１及び第２の部分にそれぞれ分割し、前
    記第１及び第２のリセスの前記各々の前記第１の部分及
    び第２の部分の前記一方の各々が液圧を保持できるエン
    ジン。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のエンジンにおいて、前
    記制御手段が逆転されて、液圧流体を前記第１及び第２
    の流体の前記各々の前記第１の部分及び前記第２の部分
    の外に移送しまた液圧流体を前記第１及び第２のリセス
    の前記各々の前記第１の部分及び前記第２の部分の前記
    他方内に移送することができるエンジン。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のエンジンにおいて、前
    記液圧流体がエンジン潤滑油であり、前記エンジンが、
    更に、エンジン潤滑油を加圧された潤滑油源（２３０）
    から前記制御手段に移送しかつ前記カム軸の前記トルク
    逆転に応答して再び戻すための少なくともひとつの導管
    手段（２３０ａ）を備えるエンジン。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のエンジンにおいて、更
    に、前記第１のリセス及び前記第２のリセスの一方の前
    記第１の部分及び前記第２の部分の一方を前記第１のリ
    セス及び前記第２のリセスの他方の前記第１の部分及び
    前記第２の部分の一方と液圧的に接続して前記第１のリ
    セス及び前記第２のリセスの前記一方の前記第１の部分
    及び前記第２の部分の前記一方と前記第１のリセス及び
    前記第２のリセスの前記他方の前記第１の部分及び前記
    第２の部分の前記一方との間で液圧流体を流す手段（１
    ８２ａ）を備えているエンジン。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のエンジンにおいて、更
    に、少なくとも一つの他の導管手段（２２０ａ）を備
    え、前記他の導管手段が液圧流体を前記弁本体を通して
    前記入口ライン手段に流し、前記他の導管手段は液圧流
    体が前記入口ライン手段から前記弁本体を通して流れる
    のを阻止するための第２の逆止弁手段（２２２ａ）を有
    するエンジン。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のエンジンにおいて、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
    るエンジン。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のエンジンにおいて、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（２
    ０１ａ）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
    （２０１ｂ）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（２０１ｃ）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（２０１ｄ）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するエンジン。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載のエンジンにおいて、前
    記電気機械式アクチュエータは更にストローク増幅器を
    備え、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るエンジン。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のエンジンにおいて、
    前記ストローク増幅器がレバー装置（２０１ｅ）を備え
    ているエンジン。
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