KR100956012B1

KR100956012B1 - 내연기관 시스템용 가변캠 타이밍 시스템, 이 가변캠 타이밍 시스템을 갖는 내연기관 시스템, 및 내연기관 시스템에서 유체 유동을 조절하는 방법

Info

Publication number: KR100956012B1
Application number: KR1020030025061A
Authority: KR
Inventors: 로저 심슨
Original assignee: 보그워너 인크.
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2010-05-06
Also published as: EP1357258A3; KR20030084642A; JP2003314225A; CN1459551A; CN100353037C; EP1357258A2; US6571757B1

Abstract

본 발명의 캠 페이저는 캠에 장착된 페이저의 위상각도를 제어하고 중앙에 장착된 스풀 밸브(192)의 위치를 제어하기 위해 스풀 위치를 피드백하는 가변력 솔레노이드(201)를 포함한다. 위치 센서(300)는 제어 루프(400)가 스풀 밸브(192)의 위치를 제어하도록 스풀 밸브 위치에 장착된다. 제 2의 외부 루프(430)가 위상 각도를 제어한다. 스풀 밸브를 그 안정(steady) 상태 또는 중립(null) 위치로 이동시키기 위해 스풀 밸브 위치에 바람직하게는 오프셋(offset)이 부가된다. 상기 중립 위치는 스풀(200)이 페이저를 일 방향으로 이동시키기 위해 안으로 이동하고 페이저를 다른 방향으로 이동시키기 위해 외측으로 이동할 수 있도록 하는데 필요하다. 이러한 타입의 시스템은 스풀(200)과 솔레노이드 제어 시스템의 어느 마찰 또는 자기 이력(magnetic hysteresis)을 감소시킨다.

캠, 페이저, 솔레노이드, 내연기관, 위상

Description

내연기관 시스템용 가변캠 타이밍 시스템, 이 가변캠 타이밍 시스템을 갖는 내연기관 시스템, 및 내연기관 시스템에서 유체 유동을 조절하는 방법 {A variable cam timing system for an internal combustion engine system, an internal combustion engine system having the same, and a method of regulating the flow of fluid in an internal combustion engine system}

도 1은 가변력 솔레노이드를 갖는 캠의 토크에 의해 작동되는 가변 캠 타이밍 장치의 플로우챠트.

도 2는 본 발명의 가변력 솔레노이드 및 위치 센서를 갖는 캠 페이저의 단면도.

도 3은 본 발명의 가변력 솔레노이드 및 스풀 밸브 위치 피드백을 갖는 캠의 토크에 의해 작동되는 가변 캠 타이밍 장치의 플로우챠트.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

100: 크랭크 축 126: 캠축

132: 스프라킷 138: 무한 롤러 체인

160: 베인 192: 스풀 밸브

198: 원통 부재 200: 스풀

201: 전기기계적 액츄에이터 202: 스프링

본 원은 발명의 명칭이 "캠에 장착된 페이저의 위상각도를 제어하기 위해 중앙에 장착된 스풀 밸브의 위치를 제어하기 위해 스풀 위치를 피드백하는 가변력 솔레노이드"인 2002년 4월 22일 출원된 미국 임시출원번호 60/374,329호를 우선권으로 주장한다. 이에 의해 미국 임시출원의 35 USC 119(e) 하의 권익이 주장되며, 상술한 출원은 본원에서 참조에 의해 합체 되었다.

본 발명은 가변 캠축 타이밍(VCT; variable camshaft timing) 시스템의 작동을 제어하는 유압식 제어 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 스풀 밸브 위치에 장착된 위치 센서와 스풀 밸브의 위치를 제어하는 제어 루프를 사용하는 제어 시스템에 대한 것이다.

미국 특허 제 5,167,206호는 나선형 스플라인 타입의 페이저를 개시하며, 이는 스플라인들을 축방향으로 움직이기 위해 유압 피스톤을 사용하며, 이는 스프라킷과 캠이 반경방향으로 움직이게 된다. 움직임-감지 로드(motion-sensing rod)가 코일에 의해 둘러싸여 있고, 코일은 로드 위치에서 전자기 픽업(electromagnetic pick-up)을 형성한다.

미국 특허 제 5,172,659호 및 5,184,578호 모두에 개시된 제어 시스템은 스풀 밸브의 양단부에서의 유압력을 사용한다. 상기 특허 5,184,578호는 크랭크 및 캠의 위치들이 감지되고 펄스-폭 변조된 솔레노이드(Pulse-width Modulated Solenoid)가 페이저의 작동을 제어하기 위해 스풀 밸브를 이동시키며, 폐쇄 루프 제어가 캠과 크랭크 간의 위상차를 측정하여 이에 따라 스풀 밸브를 작동시키는 제어 시스템을 나타내고 있다.

미국 특허 제 5,497,738호는 중앙에 장착된 스풀 밸브를 사용하여 위상 각도를 제어하기 위해 가변력 솔레노이드를 사용한다. 이러한 타입의 가변력 솔레노이드는 페이저의 위치를 무한 적으로 제어할 수 있다. 페이저의 중앙에 위치된 통기된(vented) 스풀 밸브의 단부 상의 작용력은 바람직하게는 가변력 솔레노이드 타입의 전기기계적 액츄에이터에 의해 가해지며, 상기 가변력 솔레노이드는 다양한 엔진 매개변수들을 모니터링하는 엔진 제어 유닛("ECU(engine control unit)")으로부터 발생된 전자 신호에 반응하여 통기된 스풀에 직접 작용한다.

ECU는 캠축 및 크랭크축의 위치들에 대응하는 센서로부터의 신호를 받고 상대 위상 각도를 계산하기 위해 이러한 정보를 사용한다. 어느 위상각도 오차를 수정하는 폐쇄-루프 피드백 시스템이 바람직하게 사용된다. 가변력 솔레노이드를 사용하면 동적 반응이 둔한(sluggish) 문제가 해결된다. 이러한 장치는 스풀 밸브의 기계적 반응만큼 빠르고, 종래의 (완전히 유압식인) 차압 제어 시스템보다는 훨씬더 빠르도록 설계될 수 있다. 응답이 더 빨라지면 증가된 폐쇄-루프 게인(gain)값을 사용할 수 있어 시스템이 구성요소의 공차와 작동 환경에 덜 민감하게 된다.

도 1은 상기 특허 5,497,738호에 도시된 제어시스템이 더 개발된 블록도이다. 엔진 제어 유닛(1; ECU)은 위상 설정점(2; phase set point)에서 엔진에 대한 다양한 요구사항과 시스템 매개변수(온도, 스로틀 위치, 오일 압력, 엔진 속도 등)에 근거하여 결정한다. 설정점은 필터링(3)되고, VCT 위상 측정값(12)과 조합(4)되고, PI 컨트롤러(5), 위상 보상기(6; phase compensator), 안티-와인드업 로직(7; anti-windup logic)으로 제어 루프를 이룬다. 이러한 루프의 출력값은 0 듀티 사이클 신호(8; null duty cycle signal)와 조합(9)되어 전류 구동기(10)로 가고, 구동기의 출력은 디더 신호(11)와 조합(13)되어 가변력 솔레노이드(201; VFS)를 구동하기 위한 전류(320)를 제공한다. VFS(201)는 페이저(14)의 중앙에 위치하는 스풀 밸브(200)를 민다. 결국, 스풀 밸브(200)는 상술한 특허들에서 보이는 바와 같이, 캠 토크 펄스(15)가 페이저(14)를 움직이게 하기 위해 통로들을 전환하거나 또는 베인 챔버들에 오일 압력을 가하여 VCT 페이저(14)를 작동하기 위해 유체(엔진 오일)를 제어한다. 캠 위치는 캠 센서(20)에 의해 감지되고, 크랭크 위치(또는 크랭크 축에 연결된 페이저 구동 스프라킷의 위치)도 센서(21)에 의해 감지되고, 이 두 위치간의 차이가 VCT 위상 측정 회로(19)에 의해 루프를 완료하기 위해 피드백되는 VCT 위상 신호(12)를 유도하기 위해 사용된다.

이러한 시스템의 한가지 문제점은 가변력 솔레노이드(201)와 스풀 밸브(200)가 마찰 및 자기 이력을 모두 갖는다는 것이다. 이는 증가하는 전류(320)를 갖는 스풀 밸브의 위치(310)가 감소하는 전류(320)를 갖는 스풀 밸브(200)의 위치(310)와 다를 수 있기 때문에 스풀 밸브(192)의 중립 위치가 바뀌게 된다. 이러한 변할 수 있는 위치가 도 1의 그래프(330, 335)에 도시되어 있다.

따라서, 이력으로 인한 오차를 최소화하는 시스템 및 방법이 필요하다.

본 발명의 캠 페이저는 캠에 장착된 페이저의 위상각도를 제어하고 중앙에 장착된 스풀 밸브의 위치를 제어하기 위해 스풀 위치를 피드백하는 가변력 솔레노이드를 포함한다. 제어 루프가 스풀 밸브의 위치를 제어하도록 스풀 밸브 위치에 위치 센서가 장착된다. 제 2의 외부 루프가 페이저 각도를 제어한다. 오프셋이 바람직하게는 스풀 밸브 위치에 부가되어 스풀 밸브를 그 안정 상태 또는 중립(null) 위치로 이동시킨다. 이러한 중립 위치는 스풀이 페이저를 일 방향으로 이동시키기 위해 안으로 이동하고 페이저를 다른 방향으로 이동시키기 위해 외측으로 이동할 수 있도록 하는데 필요하다. 이러한 타입의 시스템은 스풀과 솔레노이드 제어 시스템의 어느 마찰 또는 자기 이력을 감소시킨다.

본 발명은 가변력 솔레노이드의 스풀 밸브 위치 또는 아마츄어에 장착된 위치 센서와, 스풀 밸브의 위치를 제어하는 피드백 제어 루프를 가짐으로서 종래기술에서 발생된 오차를 감소시킨다. 이러한 방법은 스풀 및 솔레노이드 제어 시스템에서의 어느 마찰 또는 자기 이력을 감소시킨다. 바람직하게는, 페이저 각도를 제어하기 위해 제 2의 외부 피드백 루프가 존재한다. 내부 루프는 스풀 밸브 위치를 제어하는 반면, 외부 루프는 위상 각도를 제어한다. 바람직하게는 스풀 밸브를 그 안정 상태 또는 중립 위치로 이동시키기 위해 스풀 밸브 위치에 오프셋이 부가된다. 중립 위치는 스풀이 페이저를 한 방향으로 이동시키기 위해 안으로 이동하고 페이저를 다른 방향으로 이동시키기 위해 외측으로 이동할 수 있도록 하는데 필요하다. "페이저"는 캠축(126)의 위치가 크랭크축(100)에 대해 위상이 바뀔 수 있도록 하는 가변 캠 타이밍(VCT)의 구성요소이며, "캠 인덱서(cam indexer)"로도 알려져 있다.

페이저 내의 오일은 많은 상이한 통로에서 누설될 수 있다. 이러한 누설에는, 페이저 누설, 입구 포트(캠 저널 베어링), 장착 구멍, 스풀 밸브 간극(clearance), 중립 위치 누설이 포함된다. 캠 인덱서 밸브가 안안정태 위치를 유지하기 위해 "폐쇄된 중립(closed null)" 위치를 가지면, 누설되어 나가는 오일을 보충하기 위해 포트들을 통해 페이저로 가는 오일이 없게 된다. 그러므로, 밸브는 엔진 오일 공급부로부터 누설되는 오일을 보충하기 위해 누설 되기 쉬운 중립위치를 가질 필요가 있다. 이러한 증가된 개구(opening)(언더랩(underlap)는 이제 역 비틀림(reverse torsional)(캠축 상의 작용력들로 인한 토크 효과) 중에 챔버로부터 챔버로 오일이 직접 유동할 수 있는 직선 경로(direct path)를 제공하며, 이러한 역 비틀림은 페이저가 위치를 전환하게 한다. 또한, 이는 페이저부터의 요동이 증가하게 된다. 그러므로, 누설 경로들의 증가와 언더랩으로 인해, 누설되는 오일의 체적이 페이저 내의 전체 체적의 적은 비율이 되도록 챔버 체적들이 증가될 필요가 있다.

본 발명의 설계는 개방된 중립 스풀 제어 밸브(open null spool control valve)를 사용한다. 보충 오일이 체크 밸브들을 지나 진각 및 지연 챔버로 직접 간다. 캠 비틀림으로부터의 역 구동(back drive)을 최소화하기 위해, 체크 밸브들이 역방향 오일 유동을 방지한다. 이는 페이저에서의 누설 최소화와 함께 전체 페이저 요동을 감소시킨다. 페이저의 로터를 모두 제어하여, 응답이 증가되고 페이저의 요동이 감소된다.

도 2는 스프라킷(132) 형태의 하우징이 캠축(126) 상에 요동가능하게 저널되어 있는(oscillatingly journalled) 본 발명의 캠 페이저를 도시한다. 캠축(126)은 오버헤드 캠축 타입이거나 또는 인-블록(in block) 캠축 타입의 싱글 캠축 엔진의 단 하나의 캠축으로 고려될 수 있다. 다르게는, 캠축(126)은 듀얼 캠축 엔진의 흡입 밸브 구동 캠축이거나 배기 밸브 구동 캠축 중의 하나로 고려될 수 있다. 어느 경우이든, 스프라킷(132)과 캠축(126)은 함께 회전가능하고, 그 자체에 스프라킷(101)을 갖는 크랭크축(100) 둘레 및 스프라킷(132) 둘레에 걸려있고 일부만이 도시된 무한 롤러 체인(138)에 의해 스프라킷(132)에 토크를 가해 회전하게 된다. 이하에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 스프라킷(132)은 캠축의 회전 중에 캠축(126)에 대해 적어도 한정된 원호를 그리며 진동할 수 있도록 캠축(126) 상에 요동가능하게 저널되어 있으며, 이의 작용은 크랭크 축(100)에 대해 캠축(126)의 위상을 조정하는 것이다.

환형 펌핑 베인(annular pumping vane)이 캠축(126)에 고정적으로 배치되어 있고, 상기 베인은 직경방향에서 서로 대향하는 반경방향 외측으로 돌출하는 쌍의로브(160a, 160b; lobe)들을 가지며, 베인(160)을 통해 단부 부분(126a)으로 지나가는 볼트에 의해 캠축(126)의 확대 단부 부분(126a)에 부착된다. 로브(160a, 160b)들은 스프라킷(132)의 반경방향 외측으로 돌출하는 리세스(132a, 132b)에 각각 수용되며, 각각의 리세스(132a, 132b)의 원주방향 크기는 베인 로브(160a, 160b)의 원주방향 크기보다 다소 크며, 상기 로브는 베인(160)에 대해 스프라킷(132)의 제한된 요동 운동을 할 수 있도록 이러한 리세스에 수용되어 있다. 리세스(132a, 132b)들은 각각 로브(160a, 160b) 둘레에서 이격된 횡방향으로 연장하는 환형 판(166, 168)에 의해 닫히며, 상기 환형 판들은 볼트에 의해 베인(160), 즉 캠축(126)에 대해 고정되어 있고, 상기 볼트들은 동일한 로브(160a, 160b)를 통해 하나의 판으로부터 다른 판으로 연장한다.

스풀 밸브(192)는 원통형 부재(198)와 통기된 스풀(200)로 구성되며, 상기 스풀은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 공동(198a) 내에서 앞뒤로 슬라이딩할 수 있고, 여기서 캠축(126)은 관련한 엔진의 크랭크축에 대해 선택된 중간 위치에 유지되며, 이 중간 위치는 스풀(200)의 "중립" 위치라고도 불린다.

예시적으로 엔진 윤활유의 형태인, 유압 유체가 공통의 입구 라인(inlet line)을 통해 스풀 밸브(192)로부터 리세스(132a, 132b)로 유동하며, 상기 입구 라인은 리세스(132a, 132b)에 연결된 서로 대향하는 체크 밸브(184, 186)들 사이의 접합부에서 종료한다.

본 발명에서, 부재(198) 내의 통기된 스풀(200)의 위치는 스풀(200)의 단부에서 작용하는 스프링(202)에 의해 영향을 받는다. 그러므로, 스프링(202)은 도 2에 도시된 방향과 같이, 스풀(200)을 우측으로 탄성에 의해 민다.

부재(198) 내의 스풀(200)의 위치는 전기기계적(electromechanical) 액츄에이터(201), 바람직하게는 가변력 솔레노이드에 의해 제어된다. 위치 센서(300)는 솔레노이드 아마츄어(201b)의 위치를 감지하도록 장착된다. 전류는 솔레노이드 하우징(201d)을 통해 아마츄어(201b)를 당기거나 밀어내는 솔레노이드 코일(201a)로 흘러들어가, 아마츄어가 움직이게 된다. 아마츄어(201b)는 통기된 스풀(200)에 대해 지지되어 있어, 통기된 스풀(200)을 도 2에 도시된 방향과 같이 좌측으로 움직이게 한다. 스프링(202)의 힘이 반대방향의 아마츄어(201b)에 의해 가해지는 힘과 균형을 이루면, 스풀(200)은 그 중립 또는 중앙의 위치에 계속 있게 된다. 그러므로, 통기된 스풀(200)은 경우에 따라, 솔레노이드 코일(201a)로의 전류를 증가 또는 감소시켜 어느 방향으로도 이동될 수 있다. 물론, 솔레노이드(201)의 설정은 거꾸로 되어, 스풀 연장부(200c)에의 힘이 "밀음"에서 "당김"으로 또는 그 반대로 바뀔 수 있다. 이는 스프링(202)의 기능이 아마츄어(201b)의 새로운 운동 방향에서의 힘에 대항 하도록 재설계할 필요가 있게 된다.

양호한 실시예에 통상적으로 사용되는 타입의 솔레노이드는 도 2에 도시된 원통형 아마츄어 또는 가변 영역의 솔레노이드이다. 주 공기 갭(201c; main air gap)은 아마츄어(201b) 둘레에서 방사방향으로 연장하고 비자성의 베어링 재료를 포함할 수 있다. 아마츄어(201b)가 축방향으로 움직임에 따라, 주 갭(201c)의 원통형 영역이 증가하지만, 코일에 대한 거리와 힘은 일정하게 유지된다. 축방향 아마츄어의 위치에 작용하는 힘이 비교적 민감하지 않기 때문에, 솔레노이드 하우징(201d)으로부터 통기된 스풀(200)까지의 매우 정확한 거리는 요구되지 않는다.

아마츄어(201b)의 운동은, 전자식 엔진 제어 유닛(1; ECU)으로부터의 직접적인 제어 신호, 또는 도 2에 도시된 바와 같이 ECU(1)로부터 위상 설정점 신호를 받고 이에 따라 페이저의 위치를 감지 및 변화시키는 필요한 처리를 수행하는 VCT 제어 유닛(25)으로부터의 제어 신호에 반응하여 솔레노이드 코일(201a)에 가해지는 전류에 의해 제어된다.

본 발명의 VCT 제어 유닛(25)은 바람직하게는 캠축(126)과 크랭크축(100)의 상대적인 위상을 감지하기 위해 크랭크축(100)에 인접한 센서(21)로부터의 신호와, 페이저 또는 캠축(126)에 인접한 다른 센서(20)로부터의 신호를 입력값으로서 사용한다. 솔레노이드 센서(300)는 VCT 제어 유닛(25)의 다른 입력값을 형성하며, 이의 기능는 하기에 도 3과 관련하여 설명된다.

비록 위치 센서(300)가 도면에서 액츄에이터(201b) 로드와 물리적으로 접촉하지만, 물리적인 접촉은 필수적인 것이 아니다. 예를 들어, 위치 센서(300)가 광학적, 전기용량적(capacitively) 또는 자기적으로 액츄에이터(201b)에 결합될 수 있고, 가변력 솔레노이드에 포함될 수도 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 위치 센서(300)들에는 선형 전위차계, 홀-효과 센서, 테이프 엔드 센서(tape end sensor)가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다.

도 3은 스풀 밸브의 위치를 제어하기 위해 피드백 루프를 사용하여 스풀 및 솔레노이드 제어 시스템에서의 어느 마찰 또는 자기 이력을 감소시키는, 본 발명의 제어회로의 블록도를 도시한다. 제 2 피드백 루프는 페이저 각도를 제어한다. 내부 제어루프(30)는 스풀 밸브 위치를 제어하고, 외측 루프(도 1에 도시된 것과 유사한)는 위상 각도를 제어한다. 스풀 밸브를 그 안정 상태 또는 중립 위치로 이동시키기 위해 스풀 밸브 위치에 바람직하게는 오프셋이 부가된다. 이러한 중립 위치는 스풀이 페이저를 일 방향으로 이동시키기 위해 안으로 이동하고 페이저를 다른 방향으로 이동시키기 위해 외측으로 이동할 수 있도록 하는데 필요하다.

도 3의 기본적인 페이저 제어 루프는 도 1과 같고, 이들 도면에서 동일한 회로 부분은 개별적으로 설명하지 않는다. 도 3에 도시된 본 발명과 도 1의 종래 기술과의 차이는 위상 보상기(6)의 출력으로 시작하는 내부 제어 루프(30)에 있다. 보상기(6)의 출력은 중립 위치 오프셋(410)과, 스풀 위치 센서(300)의 출력(400)과 조합(402)되고, 내부 제어 루프(30)를 위한 PI 컨트롤러(401)에 입력된다. PI 컨트롤러(401)의 출력은 전류 구동기(403)에 대한 입력이며, 전류 구동기의 출력은 디더 신호(11; dither signal)와 조합되고(13), 그 결과 얻어지는 전류가 VFS(201)를 구동한다. VFS(201)의 위치는 위치 센서(300)에 의해 판독되고, 위치 센서(300)의 출력(400)은 피드백되어 루프(30)를 완료한다.

따라서, 본원에서 설명한 본 발명의 실시예들은 단지 본 발명의 원리들을 적용하는 예일 뿐이다. 본원에서 예시된 실시예들의 세부사항을 언급한 것은 청구범위를 제한하고자 하는 것이 아니며, 청구범위 자체가 본 발명에 대해 필수적으로 고려되는 특징들을 설명한다.

본 발명은 가변력 솔레노이드의 스풀 밸브 위치 또는 아마츄어에 장착된 위치 센서와, 스풀 밸브의 위치를 제어하는 피드백 제어 루프를 가져 종래기술에서 발생하는 오차를 감소시키고, 스풀 및 솔레노이드 제어 시스템에서의 모든 마찰 또는 자기 이력을 감소시킨다.

Claims

크랭크축, 하나 이상의 캠축, 크랭크축에 연결된 캠 구동 장치, 하나 이상의 캠축에 장착된 내부 부분과 캠 구동 장치에 연결된 동심의 외부 부분을 포함하는 가변 캠 페이저(variable cam phaser)를 포함하며, 상기 내부 부분과 외부 부분의 상대 각도 위치들은 유체 제어 입력에 반응하여 제어가능하여 크랭크축과 하나 이상의 캠축의 상대적인 위상이 가변 캠 페이저의 유체 제어 입력에서 유체를 변화 시킴으로써 전환될 수 있게 되는, 내연기관 시스템용 가변 캠 타이밍 시스템에 있어서,

상기 가변 캠 페이저의 내부 부분의 중심축의 구멍에 슬라이딩가능하게 장착된 스풀을 포함하는 스풀밸브(192)로서, 상기 구멍은 상기 가변 캠 페이저의 유체 제어 입력에 결합된 다수의 통로를 갖고 그리하여 상기 구멍 내의 스풀의 축방향 운동이 상기 가변 캠 페이저의 유체 제어 입력에서의 유체 유동을 제어하도록 하는, 상기 스풀 밸브(192)와;

전기 입력부와, 스풀에 결합된 아마츄어(201b)를 갖고, 그리하여 전기 입력부에서의 전기 신호가 아마츄어를 이동시키고, 스풀이 상기 구멍 내에서 축방향으로 이동하게 하는, 가변력 솔레노이드(201)와;

상기 아마츄어에 결합되어 있고, 상기 아마츄어의 물리적 위치를 나타내는 위치신호 출력을 갖는 위치 센서(300)와;

가변 캠 타이밍 시스템에 의해 제어되는 크랭크축 및 하나 이상의 캠축에 결합된 VCT 위상 측정 센서들(20, 21)과;

VCT 제어 회로를 포함하며,

상기 VCT 제어 회로는,

상기 VCT 위상 측정 센서들에 결합된 캠 위상 입력과;

상기 캠축과 크랭크축의 원하는 상대적 위상을 나타내는 신호를 받는 위상 설정점 입력과;

위치 신호 출력에 결합된 솔레노이드 위치 입력과;

가변력 솔레노이드의 전기 입력에 결합된 솔레노이드 구동 출력과;

상기 위상 설정점 입력, 상기 캠 위상 입력, 상기 솔레노이드 위치 입력으로부터의 신호들을 받고, 솔레노이드 구동 출력에 출력하여, 위상 설정점 신호가 위상 설정점 입력에 가해졌을 때, 제어 회로는 솔레노이드 구동 출력에 전기 신호를 제공하여 위상 설정점 신호에 의해 선택된 바와 같이 캠축의 위상을 전환하도록 가변 캠 페이저를 제어하기 위하여 가변력 솔레노이드가 스풀을 움직이게 하는 신호 처리 회로; 를 포함하는 내연기관 시스템용 가변 캠 타이밍 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 위치 센서(300)는 선형 전위차계, 홀-효과 센서, 테이프 엔드 센서(tape end sensor)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 내연기관 시스템용 가변 캠 타이밍 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 아마츄어와 위치 센서는 물리적인 결합, 광학 결합, 자기 결합, 전기용량 결합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 수단에 의해 결합되는 내연기관 시스템용가변 캠 타이밍 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 유체는 가압된 윤활유 공급원(source)으로부터 나오는 엔진 윤활유를 포함하는 내연기관 시스템용 가변 캠 타이밍 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 처리 회로는

상기 설정점 입력, 상기 캠 위상 입력, 상기 솔레노이드 구동 출력에 결합된,위상 각도 제어용 외부 루프와;

상기 솔레노이드 위치 입력과 상기 내부 루프에 결합된, 스풀 밸브 위치 제어용 내부 루프를 포함하고,

상기 외부 루프에 의해 설정된 솔레노이드 구동 출력은 솔레노이드 위치에 근거한 상기 내부 루프에 의해 수정되는 내연기관 시스템용 가변 캠 타이밍 시스템.
제 5 항에 있어서,

a) 상기 외부 루프는

A) 설정점 입력에 결합된 제 1 입력과, 캠 위상 입력에 결합된 제 2 입력과, 제 3 입력 및, 출력을 갖는 제 1 PI 컨트롤러(5)와;

B) 상기 제 1 PI 컨트롤러의 출력에 결합된 입력과, 제 1 출력 및, 제 2 출력을 갖는 위상 보상기(6)와;

C) 상기 위상 보상기의 제 2 출력에 결합된 입력과, PI 컨트롤러의 제 3 입력에 결합된 출력을 갖는 안티-와인드업(anti-windup) 로직(7);을 포함하는 안티-와인드업 루프를 포함하고;

b)상기 내부 루프는

i) 중립 위치 오프셋 신호(410)에 결합된 제 1 입력과, 상기 위상 보상기의 출력에 결합된 제 2 입력과, 제 3 입력 및, 출력을 갖는 조합기(402; combiner)와;

ii) 상기 조합기의 출력에 결합된 입력과, 출력을 갖는 제 2 PI 컨트롤러(401)와;

iii) 상기 제 2 PI 컨트롤러의 출력에 결합된 입력과, 솔레노이드 구동 출력에 결합된 출력을 갖는 전류 구동기(403)를 포함하고,

상기 솔레노이드 위치 입력은 상기 조합기의 제 3 입력에 결합되는 내연기관 시스템용 가변 캠 타이밍 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 솔레노이드 구동 출력에 결합되는 디더 신호(11)를 더 포함하는 가변 캠 타이밍 시스템.
a) 크랭크축과;

b) 하나 이상의 캠축과;

c) 상기 크랭크축에 연결된 캠 구동장치와;

d) 하나 이상의 캠축에 장착된 내부 부분과 상기 캠 구동 장치에 연결된 동심관계의 외부 부분을 갖는 가변캠 페이저로서, 상기 내부 부분과 상기 외부 부분의 상대 각도 위치들은 유체 제어 입력에 반응하여 제어가능하여 상기 크랭크축과 하나 이상의 캠축의 상대적인 위상이 가변 캠 페이저의 유체 제어 입력에서 유체를 변화시킴으로써 전환될 수 있게 되는, 상기 가변 캠 페이저와;

e) 가변 캠 타이밍 시스템을 포함하고,

상기 가변 캠 타이밍 시스템은,

i) 상기 가변 캠 페이저의 내부 부분의 중심축의 구멍에 슬라이딩가능하게 장착된 스풀을 포함하는 스풀밸브(32)로서, 상기 구멍은 상기 가변 캠 페이저의 유체 제어 입력에 결합된 다수의 통로를 갖고 그리하여 상기 구멍 내의 스풀의 축방향 운동이 상기 가변 캠 페이저의 유체 제어 입력에서의 유체 유동을 제어하도록 하는, 상기 스풀 밸브(192)와;

ii) 전기 입력부와, 상기 스풀에 결합된 아마츄어(201b)를 갖고, 그리하여 전기 입력부에서의 전기 신호가 아마츄어를 이동시키고, 스풀이 상기 구멍 내에서 축방향으로 이동하게 되는 가변력 솔레노이드(201)와;

iii) 상기 아마츄어에 결합되어 있고, 상기 아마츄어의 물리적 위치를 나타내는 위치신호 출력을 갖는 위치 센서(300)와;

iv) 상기 가변 캠 타이밍 시스템에 의해 제어되는 크랭크축과 하나 이상의 캠축에 결합된 VCT 위상 측정 센서들(20, 21)과;

v) VCT 제어 회로를 포함하고,

상기 VCT 제어 회로는,

상기 VCT 위상 측정 센서들에 결합된 캠 위상 입력과;

상기 캠축과 상기 크랭크축의 원하는 상대적 위상을 나타내는 신호를 받는 위상 설정점 입력과;

위치 신호 출력에 결합된 솔레노이드 위치 입력과;

가변력 솔레노이드의 전기 입력에 결합된 솔레노이드 구동 출력과;

상기 위상 설정점 입력, 상기 캠 위상 입력, 상기 솔레노이드 위치 입력으로부터의 신호들을 받고, 솔레노이드 구동 출력에 출력하여, 위상 설정점 신호가 위상 설정점 입력에 가해졌을 때, 제어 회로는 솔레노이드 구동 출력에 전기 신호를 제공하여 위상 설정점 신호에 의해 선택된 바와 같이 캠축의 위상을 전환하도록 가변 캠 페이저를 제어하기 위하여 가변력 솔레노이드가 스풀을 움직이게 하는 신호 처리 회로; 를 포함하는 내연기관 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 위치 센서(300)는 선형 전위차계, 홀-효과 센서, 테이프 엔드 센서로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 내연기관 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 아마츄어와 위치 센서는 물리적인 결합, 광학 결합, 자기 결합, 전기용량 결합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 수단에 의해 결합되는 내연기관 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 유체는 가압된 윤활유 공급원으로부터 나오는 엔진 윤활유를 포함하는 내연기관 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 신호 처리 회로는

상기 설정점 입력, 상기 캠 위상 입력, 상기 솔레노이드 구동 출력에 결합된, 위상 각도 제어용 외부 루프와;

상기 솔레노이드 위치 입력과 상기 내부 루프에 결합된, 스풀 밸브 위치 제어용 내부 루프를 포함하고;

상기 외부 루프에 의해 설정된 솔레노이드 구동 출력은 솔레노이드 위치에 근거한 상기 내부 루프에 의해 수정되는 내연기관 시스템.
제 12 항에 있어서,

a) 상기 외부 루프는

A) 설정점 입력에 결합된 제 1 입력과, 캠 위상 입력에 결합된 제 2 입력과, 제 3입력 및, 출력을 갖는 제 1 PI 컨트롤러(5)와;

B) 상기 제 1 PI 컨트롤러의 출력에 결합된 입력과, 제 1 출력 및, 제 2 출력을 갖는 위상 보상기(6)와;

C) 상기 위상 보상기의 제 2 출력에 결합된 입력과, PI 컨트롤러의 제 3 입력에 결합된 출력을 갖는 안티-와인드업 로직(7); 을 포함하는 안티-와인드업 루프를 포함하고;

b) 상기 내부 루프는

i) 중립 위치 오프셋 신호(410)에 결합된 제 1 입력과, 상기 위상 보상기의 출력에 결합된 제 2 입력과, 제 3 입력 및, 출력을 갖는 조합기(402)와;

ii) 상기 조합기의 출력에 결합된 입력과, 출력을 갖는 제 2 PI 컨트롤러(401)와;

ⅲ) 상기 제 2 PI 컨트롤러의 출력에 결합된 입력과, 솔레노이드 구동 출력에 결합된 출력을 갖는 전류 구동기(403)를 포함하고,

상기 솔레노이드 위치 입력은 상기 조합기의 제 3 입력에 결합되는 내연기관 시스템.
제 13 항에 있어서,

상기 솔레노이드 구동 출력에 결합되는 디더 신호(11)를 더 포함하는 내연기관 시스템.
크랭크축에 대한 캠축의 위상 각도를 변화시키기 위한 가변 캠축 타이밍 시스템을 포함하는 내연기관 시스템에서 유체 유동을 조절하는 방법에 있어서,

캠축과 크랭크축의 위치들을 감지하는 단계와;

상기 감지 단계에서 얻은 정보를 처리하기 위해 위상 각도에 대응하는 전기 신호를 또한 발생시키는 엔진 제어 유닛을 사용하여, 캠축과 크랭크축 간의 상대 위상 각도를 계산하는 단계와;

스풀 밸브 본체 내에 슬라이딩가능하게 위치된 통기된 스풀의 위치를 제어하는 단계로서, 상기 엔진 제어 유닛으로부터 받은 신호에 반응하고, 상기 통기된 스풀의 위치를 바꾸기 위해 전기기계적(electromechanical) 액츄에이터를 사용하고 상기 스풀의 위치를 감지하기 위해 위치 센서를 사용하고, 상기 전기기계적 액츄에이터는 가변력 솔레노이드를 포함하는, 상기 통기된 스풀의 위치를 제어하는 단계와;

유체 공급원으로부터 스풀 밸브를 통해, 캠축에 회전운동을 전달하는 수단에 유체를 공급하는 단계로서, 상기 스풀 밸브는 입구 라인과 복귀 라인을 통해 유체 유동을 선택적으로 허용하고 차단하는 상기 유체 공급 단계와;

크랭크축에 대한 캠축의 위상각도를 변화시키는 방식으로 캠축에 회전 운동을 전달하는 단계로서, 상기 회전 운동은 하우징을 통해 전달되고, 상기 하우징은 캠축에 장착되고, 상기 하우징은 또한 캠축과 함께 회전가능하고 캠축에 대해 요동가능한, 상기 회전 운동을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 시스템에서 유체 유동을 조절하는 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 위치 센서는 선형 전위차계, 홀-효과 센서, 테이프 엔드 센서로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 내연기관 시스템에서 유체 유동을 조절하는 방법.