KR20030085475A - 엔진의 축방향 길이를 감소시키기 위한 페이저 장착형차압 제어 시스템 - Google Patents

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KR20030085475A
KR20030085475A KR10-2003-0025102A KR20030025102A KR20030085475A KR 20030085475 A KR20030085475 A KR 20030085475A KR 20030025102 A KR20030025102 A KR 20030025102A KR 20030085475 A KR20030085475 A KR 20030085475A
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보그워너 인크.
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Abstract

본 발명에서, 내부 DPCS는 스풀의 한쪽(19)으로 엔진 오일 압력(32)을 공급(13)하고, 상기 스풀의 다른쪽(19)의 영역의 2배를 가지는 피스톤(12)으로 솔레노이드 제어된 압력(14)을 공급한다. 제어 압력이 공급되는 스풀 단부(21)는 엔진 오일 압력이 공급되는 스풀 단부(19)의 영역의 2배인 것이 양호하다. 페이저에 장착된 스프링(18)은 솔레노이드 실폐의 경우에 상기 스풀(25)을 디폴트 위치로 가압한다. PWM 솔레노이드 밸브(15) 또는 비례 솔레노이드 밸브는 스풀(25)의 큰 영역 단부(21)로의 오일 흐름을 제어한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 피스톤 센서(34)는 스풀 밸브(28)의 위치를 또한 제어한다.

Description

엔진의 축방향 길이를 감소시키기 위한 페이저 장착형 차압 제어 시스템{Phaser mounted DPCS(Differential Pressure Control System) to reduce axial length of the engine}
본 출원은 2002년 4월 22일자 출원된 임시 특허출원 제 60/374,334 호로서, 제목이 "엔진의 축방향 길이를 감소시키기 위한 페이저가 장착된 차압 제어 시스템"(PHASER MOUNTED DPCS(DIFFERENTIAL PRESSURE CONTROL SYSTEM) TO REDUCE AXIAL LENGTH OF THE ENGINE)에 기재된 발명을 청구하고 있다. 상기 미국 임시특허출원의 25 USC §119(e)하에서 이루어진 장점은 본원에 청구되고, 상술된 출원은 본원에서 참조로 합체된다.
본 발명은 가변성 캠축 타이밍(variable camshaft timing;VCT) 시스템의 작동을 제어하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 엔진의 축방향 길이를 감소시키기 위하여 내부 차압 제어 시스템의 사용에 관한 것이다.
모든 것이 본원에 참조로 합체된 다음의 미국 특허에 기재된 정보는 본 발명의 배경을 고려할 때에 유용한 것이다.
베인 또는 피스톤 스타일 캠 페이저(cam phaser)의 챔버로 부터 및 그것으로 흐르는 오일 흐름을 제어하는 스풀 밸브의 위치를 제어하기 위한 하나의 방법은, 미국 특허 제 5,107,804 호에 기재된 바와 같은 외부에서 장착된 솔레노이드 DPCS(차압 제어 시스템)이다.
도 1은 보어(31)와 벤트된 스풀(25)로 구성된 스풀 밸브(28)를 도시한다. 상기 스풀(25)은 보어(31)내에서 그 곳으로 및 그 전방으로 미끄럼가능하다. 페이저(60)는 상기 도면에 상세하게는 아니지만 도시되어 있다. 챔버(도시 않음)로 전진하고 그리고 후퇴하는 통로(91)는 단지 전형적인 목적을 위해서만 도시되어 있고, 사용되는 페이저의 형태에 의존한다. 보어(31)내의 벤트된 스풀(31)의 위치는 엔진으로 부터 오일 압력(2)에 의하여 공급되는 외부에서 장착된 솔레노이드 DPCS(1)에 의하여 영향을 받는다. 상기 DPCS(1)는 스풀 밸브(28)의 일단부에 대하여 가압되기 위하여 엔진의 오일 압력(2)을 이용한다. 상기 스풀의 양쪽 단부(10)는 동일한 영역을 가진다.
상기 DPCS(1)는 상기 스풀(25)의 아마츄어(3)에 작용한다. 펄스는 솔레노이드(5)에 작용하는 코일(4)에 작용한다. 상기 스풀 단부(10)의 영역은 통상적으로 78.5 mm2(10 mm 직경)이다. PWM 또는 비례 솔레노이드(5)로 나오는 제어 압력은, 통상적으로 157 mm2(14mm 직경)인 피스톤(6)에 대하여 가압한다. 외부에서 장착된 시스템을 위하여, 상기 솔레노이드와 피스톤은 캠 페이저의 전방에 장착된다. 상기 페이저에 장착된 스프링(18)은 솔레노이드가 실폐할 경우에 디폴트 위치(default position)로 상기 스풀을 가압시킨다.
상기 솔레노이드(5)는 제어 신호에 반응하여서 코일(4)에 적용되는 전류에 의하여 제어되는 것이 양호하다. 상기 제어 신호는 전자 엔진 제어 유닛(ECU)로 부터 직접 나오는 것이 양호하다. 상기 솔레노이드(5)는 정상적으로 개방(그래프 9 참조) 또는 정상적으로 페쇄(그래프 11 참조)로 이루어질 수 있다.
외부에서 장착된 제어 시스템에는 어떠한 제한이 있다. 상기 외부에서 장착된 차압 시스템은 솔레노이드(5)와, 상기 전방 커버(7)에 장착되거나 또는 엔진 블록에 장착되는 제어 피스톤(6)을 요구한다. 이러한 점은 엔진의 축방향 길이를 증가시킨다. 상기 어느 장착 방법에서도, 엔진 오일 공급부(2)는 솔레노이드 제어 시스템으로 루트 업(routed up)되어야만 한다.
미국 특허 제 5,172,659 호와, 미국 특허 제 5,184,578 호에 기재된 제어 시스템은 스풀 밸브의 양쪽 단부에서 유압력을 이용한다. 미국 특허 제 5,184,578 호는 크랭크와 캠 위치가 감지되고, 펄스-폭 변조 솔레노이드가 캠과 크랭크사이에서 위상 차이를 측정하고 따라서 스풀 밸브를 작동시키는 폐쇄된 루프 제어를 가지고 페이저의 작동을 제어하기 위하여 스풀 밸브를 이동시키는 제어 시스템을 도시한다.
미국 특허 제 5,497,738 호는 중앙에 장착된 스풀 밸브를 사용하는 페이저 각도를 제어하기 위하여 가변성 힘의 솔레노이드를 사용한다. 이러한 가변성 힘의 솔레노이드 형태는 상기 페이저의 위치를 무한하게 제어할 수 있다. 상기 페이저의 중심에 위치된 벤트된 스풀 밸브의 단부에 대한 힘은 전자기계적인 작동기, 양호하게는 다양한 엔진 패러미터(parameter)를 모니터하는 엔진 제어 유닛("ECU")로 부터 발생되는 전자 신호에 반응하여서 상기 벤트된 스풀에 직접 작용하는 가변성 힘의 솔레노이드 형태에 의하여 적용된다.
상기 ECU는 캠축과 크랭크축 위치에 대응되는 센서로 부터 신호를 수신하고, 상대적인 위상 각도를 계산하기 위하여 상기 정보를 사용한다. 어떠한 위상 각도에러용으로 교정하는 폐쇄 루프 피드백 시스템이 양호하게 사용된다. 가변성 힘의 솔레노이드의 사용은 슬러기쉬 다이나믹 반응(sluggish dynamic response)의 문제점을 해결한다. 상기 장치는 스풀의 기계적인 반응만큼 빠르게 설계될 수 있으며, 상기 종래(완전한 유체적인)차압 제어 시스템보다 더 빠르게 된다. 상기 보다 빠른 반응은 증가된 폐쇄 루프 게인(gain)의 사용을 허용하고, 상기 시스템을 구성품의 간극과 작동 환경에 덜 민감하게 만든다.
도 1은 종래 기술에서 공지된 바와 같은 외부에서 장착된 PWM DPCS의 개략적인 다이아그램.
도 2는 본 발명의 실시예에서 내부 DPCS의 개략적인 다이아그램.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에서 위치 센서를 가진 내부 DPCS의 개략적인 다이아그램.
도 4는 본 발명의 실시예에서 DPCS 제어 시스템의 블록 다이아그램.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에서 위치 피드백을 가진 DPCS 제어 시스템의 블록 다이아그램.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
12: 피스톤 15: 솔레노이드 밸브
16: 코일 18: 스프링
19,21: 스풀 단부 25: 스풀
33: 캠축 62: 센서
내부의 DPCS는 상기 스풀의 한쪽에 엔진 오일 압력을 공급하고, 솔레노이드 제어된 압력을 상기 스풀의 다른쪽의 영역의 두배를 가지는 피스톤으로 공급한다. 상기 제어 압력이 공급된 스풀의 단부는 엔진 오일 압력으로 공급되는 스풀의 단부 영역의 2배가 양호하다. 상기 페이저에 장착된 스프링은 솔레노이드의 실폐의 경우에 디폴트 위치로 스풀을 가압한다. PWM 솔레노이드 밸브 또는 비례 솔레노이드 밸브는 스풀의 보다 큰 영역 단부로 흐르는 오일을 제어한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 위치 센서는 스풀 밸브의 위치를 제어하기 위하여 부가된다.
본 발명의 내부 DPCS는 스풀의 한쪽에 엔진 오일 압력을 공급하고, 상기 스풀의 다른쪽 영역의 2배를 가지는 피스톤으로 솔레노이드 제어된 압력을 공급한다. 제어 압력이 공급되는 스풀 단부는 엔진 오일 압력이 공급되는 스풀 단부의 영역보다 더 큰 영역을 가진다. 양호한 실시예에서, 보다 큰 스풀 단부는 보다 작은 스풀 단부의 영역의 2배를 가진다. PWM 솔레노이드 밸브 또는 비례 솔레노이드 밸브는 상기 스풀의 큰 영역으로 흐르는 오일을 제어한다.
상기 페이저에 장착된 스프링은 솔레노이드가 실폐할 경우에 상기 디폴트 위치로 상기 스풀을 가압한다. 솔레노이드의 실폐를 위하여, 상기 페이저는 페일세이프 상태(failsafe condition)로 향하여 필요하다. 이러한 점은 이것의 이동 끝에 향하여 스풀이 가압되는 것이 요구된다.
이러한 시스템에서, 상기 제어 압력은 엔진 오일 압력의 항상 퍼센트가 된다. 상기 제어 시스템을 위하여, 제어 압력의 퍼센트에 대한 제어 신호 퍼센트의 관게는 제어기로 맵(mapped)된다. 이러한 관계는 엔진 오일 압력과 온도 변화로서 변화될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 제어 로우 인터그레이터(control law integrator)는어떠한 페이저 설정점 에러를 위하여 보상한다. 그 다음, 상기 엔진의 축방향 길이가 관련되지 않는다면, 스풀 밸브의 위치를 측정하기 위하여 센서가 부가될 수있다.
이러한 에러를 감소시키기 위한 하나의 방법은 스풀 밸브 위치를 측정하기 위하여 장착된 위치 센서를 가지고, 또한 상기 스풀 밸브의 위치를 제어하는 제어 루프를 가지는 것이다. 이러한 형태의 시스템은 스풀과 솔레노이드 제어 시스템에서 어떠한 마찰 또는 자기적인 히스테리시스(hysteresis)도 감소시킨다. 또한, 상기 페이저 각도를 제어하기 위한 다른 루프가 있다. 상기 스풀 밸브를 균일한 상태 또는 널(null) 위치로 이동시키기 위하여 오프셋(offset)이 상기 스풀 밸브 위치에 부가된다. 이러한 널 위치는 상기 스풀은 페이저를 하나의 방향으로 이동시키기 위하여 안쪽으로 이동할 수 있고, 또한 상기 페이저를 다른 방향으로 이동시키기 위하여 외향으로 이동할 수 있다.
종래의 캠 인덱서(indexer)에서, 역방향 캠 토셔널(reverse cam torsional)로 부터의 오일은 서로 다른 많은 통로에서 누설될 수 있다. 이러한 것은 페이저 누설, 입구 포트(캠 저어널 베어링), 4웨이 장착 구멍과, 4웨이 스풀 간극 및, 널 위치의 누설을 포함한다. 캠 인덱서 4웨이 밸브는 균일한 위치를 유지하기 위하여 "폐쇄된 널"위치를 가진다. 이러한 것이 가지는 문제점에서, 누설되는 오일을 보충하기 위하여 포트를 통하여 페이저로 가는 어떠한 오일도 없게 된다. 따라서, 상기 4 웨이 밸브는 누설 오일을 보충하기 위하여 매우 약하게 되는 널 위치를 가질 필요가 있다. 이러한 증가된 개구(랩(lap)하에서)는 역 토오션널동안에 챔버로 부터 챔버로 오일 흐름을 위한 다이렉트 경로를 제공한다. 이러한 점은 페이저로 부터 증가된 진동을 발생시킨다. 상기와 같은 증가된 누설 경로와, 상기 4웨이 밸브에서의 랩하에서, 오일 누설되는 부피는 페이저의 전체 부피의 작은 퍼센트가 될 수 있도록 챔버 부피는 증가될 필요가 있다.
본 발명의 디자인은 개방된 널 스풀 밸브(null spool valve)를 사용하는 것이 양호하다. 이와 같이 생성된 오일은 챔버를 직접 전진시키고 또한 후퇴시키기 위하여 첵크 밸브를 통과하게 된다. 상기 캠 토오셔널로 부터의 백 드라이브(back drive)를 최소로 하기 위하여, 상기 첵크 밸브는 역 오일 흐름을 방지시킨다. 상기 페이저에서 최소의 누설에 따른 이러한 점은 오버(over) 페이저 진동을 감소시킨다. 상기 페이저 로우터에서의 제어를 가지는 것은 반응을 증가시키고, 페이저 진동을 감소시킨다.
도 2 및 도 4에서, 본 발명의 내부 DPCS는 엔진 오일 압력(32)을 스풀(25)의일단부(19)로 공급하고, 또한 솔레노이드 제어된 압력(14)은 스풀(25)의 다른 단부(21)위의 피스톤(12)으로 공급한다. 이러한 시스템에서, 제어 압력(14)으로 공급되는 스풀 단부(21)는 엔진 오일 압력(32)으로 공급되는(12) 스풀 단부(19)보다 큰 영역을 가진다. 양호한 실시예에서, 스풀 단부(21)는 스풀 단부(19)의 영역의 2배를 가진다. PWM 솔레노이드 밸브(15) 또는 비례 솔레노이드 밸브는 상기 스풀의 큰 영역 단부(21)로의 오일 흐름을 제어한다.
상기 페이저로 공급되는 엔진 오일 압력(14)의 양은 항상 100%이다. 상기 솔레노이드 제어된 압력(14)은 0% 내지 100%의 듀티 사이클(duty cycle)로 가변적이다. 상기 솔레노이드 밸브(15)는 스풀의 큰 영역 단부(21)로 포트되는 솔레노이드 제어된 압력(14)의 퍼센트를 제어한다. 상기 페이저에 장착된 스프링(18)은 솔레노이드 실폐의 경우에 디폴트 위치로 상기 스풀(25)을 가압한다.
상기 오일은 캠 베어링(92)의 한쪽으로 부터 캠축(33)의 중심을 통과하여 공급된다. 상기 캠축(33)은 오버헤드 캠축형 또는 블록 캠축형에서 단일 캠축 엔진의 유일한 캠축이 되는 것이 고려될 수 있다. 또한, 상기 캠축(33)은 이중 캠축 엔진의 흡입 밸브 작동 캠축 또는 배기 밸브 작동 캠축으로 고려될 수 있다.
상기 솔레노이드(15)는 제어 신호에 반응하여 코일(16)로 공급되는 전류에 의하여 제어되는 것이 양호하다. 상기 제어 신호는 전자 엔진 제어 유닛(ECU)(48)로 부터 직접 나오는 것이 양호하다. 상기 제어 신호는 제어 압력에 선형으로 비례된다(그래프 17 참조).
도 4는 본 발명의 실시예에서 제어 시스템의 블록 다이아그램을 도시한다.상기 엔진 제어 유닛(ECU)(48)은 엔진과 시스템의 패러미터(온도, 스로틀 위치, 오일 압력, 엔진 속도등)에 대한 다양한 요구를 기초로 하여서 페이저 설정점(49)를 결정한다. 상기 설정점는 PI 제어기(52)를 가진 제어 루프와, 페이저 보상기(phase compensor)(53)와, 권취 방지 로직(anti-wind up logic)(54)을 가진 제어 루프에서 VCT 위상 측정(64)으로 필터링(50)되고 결합(51)된다. 상기 루프의 출력은, 스풀(25)의 보다 큰 단부(21)에서의 피스톤(12)으로 압력(100)을 공급하는 솔레노이드(15), 양호하게는 PWM 솔레노이드내로 널 듀티 사이클 신호(55)와 결합(56)된다. 오일 압력(32)은 스풀(25)의 다른쪽 단부(19)로 공급된다.
상기 DPCS는 페이저(60)의 중심에 위치되는 스풀(25)의 운동을 제어한다. 다시, 상기 페이저(60)를 이동시키기 위하여 캠 토오크 펄스(59)를 허용하도록 상기 베인 챔버로 오일 압력을 적용시키거나, 또는 통로를 스위칭시킴으로써 상기 VCT 페이저(60)를 작동하기 이하여 유체(엔진 오일)를 제어한다. 상기 캠 위치는 캠 센서(61)에 의하여 감지되고, 상기 크랭크 위치(또는 상기 크랭크 축에 연결되는 페이저 구동 스프라켓의 위치)는 또한 센서(62)에 의하여 감지되며, 이들 둘사이의 차이는 루프를 완료하기 위하여 후방으로 공급되는 VCT 위상 신호(64)를 추출하기 위하여 VCT 위상 측정 회로(63)에 의하여 사용된다.
도 2 및 도 4의 시스템에서, 상기 2개의 제어 압력은 항상 엔진 오일 압력의 퍼센트이다. 상기 제어 시스템을 위하여, 제어 압력의 퍼센트에 대한 제어 신호의 퍼센트의 관계는 제어기로 맵된다. 이러한 관계는 엔진 오일 압력 및 온도 변화로서 변화된다. 이러한 경우에, 상기 제어 로우 인테그레이터(control lawintegrator)는 어떠한 페이저 설정점 에러용으로 보상한다.
도 3 및 도 5에서, 본 발명은 스풀 밸브 위치에 장착된 위치 센서(34)를 가짐으로써 상기 에러를 감소시킨다. 상기 위치 센서(34)는 스풀(25)의 위치를 감지할 수 있도록 장착된다. 상기 위치 센서(34)가 상기 도면에서 상기 스풀(25)과 물리적으로 접촉할지라도, 물리적인 접촉은 필요한 것이 아니다. 예를 들면, 상기 위치 센서(34)는 광학적으로, 용량적으로 또는 자기적으로 상기 스풀(25)에 연결될 수 있다. 본 발명 사용될 수 있는 위치 센서(34)는, 한정되는 것이 아니지만 선형 포텐티오미터(potentiometer), 홀 효과 센서 및, 테이프 단부 센서를 포함한다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제어 회로의 블록 다이아그램을 도시하고, 이것은 스풀 밸브의 위치를 제어하기 위하여 피드백을 사용하고, 따라서 스풀과 솔레노이드 제어 시스템에서 어떠한 마찰 또는 자기적인 히스테리시스도 감소시킨다. 제 2의 피드백 루프는 페이저 각도를 제어한다. 상기 내부 루프(37)는 스풀 밸브 위치를 제어하고, 상기 외부 루프(도 4에 도시된 것과 유사한)는 상기 위상 각도를 제어한다. 오프셋은 상기 스풀 밸브를 안정된 상태 또는 널 위치로 이동시키기 위하여 상기 스풀 밸브 위치에 부가되는 것이 양호하다. 이와 같은 널 위치는 상기 스풀이 페이저를 한방향으로 이동시키기 위하여 내부로 이동할 수 있고, 또한 상기 페이저를 다른 방향으로 이동시키기 위하여 외부로 이동할 수 있도록 요구된다.
도 5의 베이직 페이저 제어 루프는 도 4에 도시된 것과 동일하고, 여기에서 상기 도면들은 동일하고, 상기 회로는 분리되어서 논의되지 않는다. 도 5에 도시된 본 발명의 실시예와, 도 4에 도시된 실시예와의 차이점은, 위상 보상기(53)의출력으로 시작하는 내부 제어 루프(37)에 놓이게 된다. 상기 보상기(53)의 출력은 널 위치 오프셋(65)와, 상기 스풀 위치 센서(34)의 출력(69) 및, 상기 스풀(25)의 보다 큰 단부(21)위에서 피스톤(12)으로 압력(100)를 공급하는 PWM(15)에 대한 입력과 결합(71)된다. 상기 중심에 장착된 스풀 밸브(28)의 위치는 위치 센서(34)에 의하여 판독되고, 상기 위치 센서(34)의 출력(69)은 루프(37)를 완료하기 위하여 후방으로 공급된다.
듀티 사이클이 증가될 때에 위치가 변하는 도 4의 그래프(42)와는 대조적으로, 상기 위치 센서 제어 루프(37)가 부가될 때에, 그래프(44)로 도시된 바와 같이, 위치 설정점(41)에 대하여 위치는 선형적으로 관련된다.
또한, 본원에서 설명된 본 발명의 실시예가 본 발명의 원리를 단지 예시적으로 적용시키는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 참조로 기재되고 설명된 실시예의 상세한 설명은 본원 청구범위에 한정되는 것이 아니고, 이들은 본원 발명에 기본적으로 간주되는 특징에 관한 것들이다.
이상으로 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 상기 ECU는 캠축과 크랭크축 위치에 대응되는 센서로 부터 신호를 수신하고, 상대적인 위상 각도를 계산하기 위하여 상기 정보를 사용한다. 어떠한 위상 각도 에러용으로 교정하는 폐쇄 루프 피드백 시스템이 양호하게 사용된다. 가변성 힘의 솔레노이드의 사용은 슬러기쉬 다이나믹 반응(sluggish dynamic response)의 문제점을 해결한다. 상기 장치는 스풀의 기계적인 반응만큼 빠르게 설계될 수 있으며, 상기 종래(완전한 유체적인)차압 제어 시스템보다 더 빠르게 된다. 상기 보다 빠른 반응은 증가된 폐쇄 루프 게인(gain)의 사용을 허용하고, 상기 시스템을 구성품의 간극과 작동 환경에 덜 민감하게 만든다

Claims (26)

  1. 크랭크축과, 적어도 하나의 캠축과, 상기 크랭크축에 연결된 캠 구동부 및, 적어도 하나의 캠축에 장착된 내부와, 상기 캠 구동부에 연결된 동심의 외부를 구비하는 가변성 캠 페이저(phaser)를 구비하고, 상기 내부와 외부의 상대적인 각도 위치는 유체 제어 입력에 반응하여서 제어가능됨으로써, 상기 크랭크축과 적어도 하나의 캠축의 상대적인 위상(phase)는 상기 가변성 캠 페이저의 유체 제어 입력에서 유체를 변화시킴으로써 시프트되는 내연기관용 가변성 캠 타이밍 시스템에 있어서,
    a) 상기 가변성 캠 페이저의 내부의 중심의 축에 있는 보어에서 미끄럼가능하게 장착된 스풀을 포함하는 스풀 밸브(28)와,
    b) 상기 스풀에 압력 흐름을 제어하는 전기 입력과, 상기 스풀의 제 2 단부(21)에 연결되는 압력 출력(14)을 포함하는 솔레노이드 밸브(15)를 포함하는 내부 차압 제어 시스템을 포함하고,
    상기 보어는 가변성 캠 페이저의 유체 제어 입력에 연결되는 다수의 통로를 구비함으로써, 상기 보어의 상기 스풀의 축방향 운동은 상기 가변성 캠 페이저의 유체 제어 입력에서 유체 흐름을 제어하고, 상기 스풀은 제 1 단부(19)와 제 2 단부(21)를 구비하고, 상기 제 2 단부(21)의 영역은 제 1 단부(19)의 영역 보다 더 크게 되고,
    상기 전기 입력에서의 전기 신호는 상기 제 2 스풀 단부로 공급되는 압력 출력에서의 변화를 발생시키고, 상기 스풀을 보어에서 축방향으로 이동시키는 내연기관용 가변성 캠 타이밍 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 펄스폭 변조(pulsed width modulated) 솔레노이드 밸브와 비례 솔레노이드 밸브로 구성된 그룹으로 부터 선택되는 내연기관용 가변성 캠 타이밍 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 페이저에 장착된 스프링(18)을 또한 포함하고, 상기 스프링은 솔레노이드 밸브가 실폐한다면 상기 스풀을 디폴트 위치(default position)으로 이동시키는 내연기관용 가변성 캠 타이밍 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, c)상기 크랭크축에 연결된 VCT 위상 측정 센서(61)(62)와, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템에 의하여 제어되는 적어도 하나의 캠축과,
    d)VCT 제어 회로를 또한 포함하고,
    상기 VCT 제어 회로는,
    VCT 위상 측정 센서에 연결된 캠 위상 입력과,
    상기 캠축과 크랭크축의 바람직한 상대 위상를 나타내는 신호를 수신하기 위한 위상 설정점 입력과,
    상기 VCT 위상 측정 센서에 연결되는 캠 위상 입력과,
    상기 캠축과 크랭크축의 바람직한 상대 위상를 나타내는 신호를 수용하기 위한 위상 설정점 입력과,
    널 듀티(null duty) 사이클 신호(55)에 연결된 제 1 입력과, 위상 비교기의 출력에 연결되는 제 2 입력 및 출력을 포함하는 결합기(combiner)(56)와,
    상기 결합기 출력에 연결된 솔레노이드 구동 입력과,
    상기 솔레노이드 밸브에 연결된 솔레노이드 구동 출력과,
    상기 스풀 밸브에 연결된 오일 압력 입력과,
    상기 위상 설정점 입력과, 캠 위상 입력과, 상기 솔레노이드 구동 입력 및, 상기 오일 압력 입력으로 부터 신호를 수신하고, 위상 설정점 신호가 위상 설정점 입력에 적용될 때에, 상기 제어 회로가 제어 포트를 통하여 포트되는 오일 압력의 양을 조절하기 위하여 솔레노이드 구동 출력에서 전기 신호를 제공하고, 상기 위상 설정점 신호에 의하여 선택될 때에 상기 캠축의 위상를 시프트하기 위하여 가변성 캠 페이저를 제어하도록 상기 스풀을 이동시키기 위하여 상기 위상 시키는 상기 솔레노이드 구동 출력에서 전기 신호를 제공하기 위하여 상기 솔레노이드 구동 출력으로 출력하는 신호 처리 회로를 포함하는 내연기관용 가변성 캠 타이밍 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, c)상기 스풀의 물리적인 위치를 나타내는 위치 신호 출력을 가지는 스풀에 연결되는 위치 센서(34)를 또한 포함하는 내연기관용 가변성 캠 타이밍 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, d)상기 크랭크축에 연결된 VCT 위상 측정 센서(61)(62)와, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템에 의하여 제어되는 적어도 하나의 캠축과,
    e) VCT 제어 회로를 포함하고,
    상기 VCT 제어 회로는,
    상기 VCT 위상 측정 센서에 연결된 캠 위상 입력과,
    상기 캠축과 크랭크축의 바람직한 상대 위상를 나타내는 신호를 수신하기 위한 위상 설정점 입력과,
    상기 위치 신호 출력에 연결되는 스풀 위치 입력과,
    상기 솔레노이드 밸브의 전기 입력에 대하여 연결되는 솔레노이드 구동 출력부와,
    상기 스풀 밸브에 연결된 오일 압력 입력 및,
    상기 위상 설정점 입력과, 캠 위상 입력 및, 스풀 밸브 위치로 부터 신호를 수신하고, 위상 설정점 신호가 위상 설정점 입력에 적용될 때에, 상기 제어 회로가 제어 포트를 통하여 포트되는 오일 압력의 양을 조절하기 위하여 솔레노이드 구동 출력에서 전기 신호를 제공하고, 상기 위상 설정점 신호에 의하여 선택될 때에 상기 캠축의 위상를 시프트하기 위하여 가변성 캠 페이저를 제어하도록 상기 스풀을 이동시키기 위하여 상기 솔레노이드 구동 출력으로 출력하는 신호 처리 회로를 포함하는 가변성 캠 타이밍 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,
    상기 설정점 입력에 연결되는 위상 각과, 캠 위상 입력 및, 솔레노이드 구동출력을 제어하기 위한 외부 루프 및,
    상기 스풀 밸브 위치 입력과 내부 루프에 연결되는 스풀 밸브 위치를 제어하기 위한 내부 루프를 포함함으로써,
    상기 외부 루프에 의하여 설정되는 솔레노이드 구동 출력은 상기 스풀 밸브 위치를 베이스로 하는 내부 루프에 의하여 조절되는 가변성 캠 타이밍 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    a) 상기 외부 루프는,
    i)권취 방지(anti-windup) 루프와,
    ii)널 위치(null position) 오프셋 신호(65)에 연결된 제 1 입력과, 위상 비교기의 출력에 연결되는 제 2 입력과, 제 3 입력 및, 출력을 구비하는 결합기(71) 및,
    iii)상기 결합기의 출력에 연결된 입력과, 상기 솔레노이드 구동 출력에 연결된 출력을 구비하는 제 2 PI 제어기(66)를 포함하고,
    b) 상기 내부 루프는 상기 결합기의 제 3 입력에 상기 스풀 밸브 위치 입력을 커플링하는 것을 포함하고,
    상기 권취 방지 루프는,
    A) 상기 설정점 입력에 연결되는 제 1 입력과, 상기 캠 위상 입력에 연결되는 제 2 입력과, 제 3 입력 및 출력을 구비하는 제 1 PI 제어기(52)와;
    B) 상기 제 1 PI 제어기의 출력에 연결되는 입력과, 제 1 출력 및, 제 2 출력을 구비하는 위상 보상기(compensator)(53) 및,
    C) 상기 위상 보상기의 제 2 출력에 연결된 입력과, 상기 PI 제어기의 제 3 출력에 연결된 출력을 구비하는 권취 방지 로직(logic)(54)을 포함하는 가변성 캠 타이밍 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 위치 센서(34)는 선형 포텐티오미터(linear potentiometer)와, 홀 효과 센서(hall effect sensor) 및 테이프 단부 센서로 구성된 그룹으로 부터 선택되는 가변성 캠 타이밍 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 스풀과 위치 센서는 물리적인 커플링과, 광학 커플링과, 자기 커플링 및, 용량 커플링으로 구성된 그룹으로 선택되는 수단에 의하여 연결되는 가변성 캠 타이밍 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀의 제 2 단부의 영역은 상기 스풀의 제 1 단부의 영역에 2배인 가변성 캠 타이밍 시스템.
  12. a)크랭크축과;
    b)적어도 하나의 캠축과;
    c)상기 크랭크축에 연결된 캠 구동부와,
    d)적어도 하나의 캠축에 장착된 내부와, 상기 캠 구동부에 연결된 동심의 외부를 구비하는 가변성 캠과,
    e)가변성 캠 타이밍 시스템을 포함하고,
    상기 내부와 외부의 상대적인 각도 위치는 유체 제어 입력에 반응하여서 제어가능함으로써, 상기 크랭크축과 적어도 하나의 캠축의 상대적인 위상(phase)는 가변성 캠 페이저의 유체 제어 입력에서 유체를 변화시킴으로써 시프트될 수 있으며,
    상기 가변성 캠 타이밍 시스템은,
    i)상기 가변성 캠 페이저의 내부 중심의 축에서 보어에 미끄럼가능하게 장착된 스풀을 포함하는 스풀 밸브와,
    ii)상기 스풀에 압력 흐름을 제어하는 전기 입력을 포함하는 솔레노이드 밸브와, 상기 스풀의 제 2 단부에 연결된 압력 출력을 포함하는 내부 차압 제어 시스템을 포함하고,
    상기 보어는 상기 가변성 캠 페이저의 유체 제어 입력에 연결된 다수의 통로를 구비함으로써, 상기 보어의 스풀에서의 축방향 운동은 상기 가변성 캠 페이저의 유체 제어 입력에서 유체 흐름을 제어하고, 상기 스풀은 제 1 단부와 제 2 단부를 구비하며, 상기 제 2 단부는 제 1 단부의 영역보다 더 큰 영역을 구비하고,
    상기 전기 입력에서의 전기 신호는 스풀로 공급되는 압력 출력의 변화를 발생시키고, 상기 스풀이 보어에서 축방향으로 이동하도록 하는 내연 기관.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 펄스폭 변조 솔레노이드 밸브와비례 솔레노이드 밸브로 구성된 그룹으로 부터 선택되는 내연 기관.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템은 상기 페이저에 장착된 스프링을 또한 포함하고, 상기 솔레노이드 밸브가 실폐하게 된다면 상기 스프링은 스풀을 디폴트 위치로 이동시키는 내연 기관.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템은,
    iii) 상기 크랭크 축과, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템에 의하여 제어되는 적어도 하나의 캠축에 연결되는 VCT 위상 측정 센서와,
    iv) VCT 제어 회로를 또한 포함하고,
    상기 VCT 제어 회로는,
    상기 VCT 위상 측정 센서에 연결된 캠 위상 입력과,
    상기 캠축과 크랭크 축의 바람직한 상대 위상를 나타내는 신호를 수용하기 위한 위상 설정점와,
    상기 VCT 위상 측정 센서에 연결된 캠 위상 입력과,
    상기 캠축과 크랭크 축의 바람직한 상대 위상를 나타내는 신호를 수신하기 위한 위상 설정점 입력과,
    널 듀티(null duty) 사이클 신호에 연결된 제 1 입력과, 위상 비교기의 출력에 연결된 제 2 입력 및, 출력을 포함하는 결합기(combiner)와,
    상기 결합기 출력에 연결된 솔레노이드 구동 입력과,
    상기 솔레노이드 밸브에 연결된 솔레노이드 구동 출력과,
    상기 스풀 밸브에 연결된 오일 압력 입력과,
    상기 위상 설정점 입력과, 캠 위상 입력과, 상기 솔레노이드 구동 입력 및, 상기 오일 압력 입력으로 부터 신호를 수신하고, 위상 설정점 신호가 위상 설정점 입력에 적용될 때에, 제어 회로가 제어 포트를 통하여 포트되는 오일 압력의 양을 조절하기 위하여 솔레노이드 구동 출력에서 전기 신호를 제공하고, 상기 위상 설정점 신호에 의하여 선택될 때에 상기 캠축의 위상를 시프트하기 위하여 가변성 캠 페이저를 제어하도록 상기 스풀을 이동시키기 위하여 상기 솔레노이드 구동 출력으로 출력하는 신호 처리 회로를 포함하는 내연 기관.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템은,
    iii)상기 스풀의 물리적인 위치를 나타내는 위치 신호 출력을 구비하는 스풀에 연결되는 위치 센서를 또한 포함하는 내연 기관.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템은,
    iv)상기 크랭크축과, 상기 가변성 캠 타이밍 시스템에 의하여 제어되는 적어도 하나의 캠축에 연결되는 VCT 위상 측정 센서 및,
    v)VCT 제어 회로를 또한 포함하고,
    상기 VCT 제어 회로는,
    상기 VCT 위상 측정 센서에 연결되는 캠 위상 입력과,
    상기 캠축과 크랭크축의 바람직한 상대 위상를 나타내는 신호를 수신하기 위한 위상 설정점 입력과,
    상기 위치 신호 출력에 연결된 스풀 위치 입력과,
    상기 솔레노이드 밸브의 전기 입력에 연결된 솔레노이드 구동 출력과,
    상기 스풀 밸브에 연결된 오일 압력 입력과,
    상기 위상 설정점 입력과, 캠 위상 입력과, 스풀 밸브 위치 입력으로 부터 신호를 수신하고, 위상 설정점 신호가 위상 설정점 입력에 적용될 때에, 상기 제어 회로가 제어 포트를 통하여 포트되는 오일 압력의 양을 조절하기 위하여 솔레노이드 구동 출력에서 전기 신호를 제공하고, 상기 위상 설정점 신호에 의하여 선택될 때에 상기 캠축의 위상를 시프트하기 위하여 가변성 캠 페이저를 제어하도록 상기 스풀을 이동시키기 위하여 상기 솔레노이드 구동 출력으로 출력하는 신호 처리 회로를 포함하는 내연 기관.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,
    설정점 입력과, 캠 위상 입력 및 솔레노이드 구동 출력에 연결된 위상 각도를 제어하기 위한 외부 루프 및,
    상기 스풀 밸브 위치 입력과 내부 루프에 연결된 스풀 밸브 위치를 제어하기 위한 내부 루프를 포함함으로써,
    상기 외부 루프에 의하여 세트되는 솔레노이드 구동 출력은 스풀 밸브 위치를 기초로 하는 내부 루프에 의하여 수정되는 내연 기관.
  19. 제 18 항에 있어서, a)상기 외부 루프는,
    i)권취 방지 루프와,
    ii)널 위치 오프셋 신호에 연결된 제 1 입력과, 상기 위상 비교기의 출력에 연결된 제 2 입력과, 제 3 입력 및, 출력을 구비하는 결합기와,
    iii)상기 결합기의 출력에 연결된 입력과, 상기 솔레노이드 구동 입력에 연결된 출력을 구비하는 제 2 PI 제어기를 포함하고,
    b)상기 내부 루프는 상기 결합기의 제 3 입력에 스풀 밸브 위치 입력을 커플링하는 것을 포함하며,
    상기 권취 방지 루프는,
    A)상기 설정점 입력에 연결된 제 1 입력과, 상기 캠 위상 입력에 연결된 제 2 입력과, 제 3 입력 및 출력을 구비하는 제 1 PI 제어기와,
    B)상기 제 1 PI 제어기의 출력에 연결된 입력과, 제 1 출력 및, 제 2 출력을 구비하는 위상 보상기(phase compensator) 및,
    C)상기 위상 보상기의 제 2 출력에 연결된 입력과, 상기 PI 제어기의 제 3 입력에 연결된 출력을 구비하는 권취 방지 로직을 포함하는 내연 기관.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 위치 센서는 선형 포텐티오미터와, 홀 효과 센서 및, 테이프 단부 센서로 구성된 그룹으로 부터 선택되는 내연 기관.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 스풀과 위치 센서는 물리적인 커플링과, 광학 커플링과, 자기 커플링 및 용량 커플링으로 구성된 그룹으로 선택되는 수단에 의하여 연결되는 내연 기관.
  22. 제 12 항에 있어서, 상기 스풀의 제 2 단부의 영역은 스풀의 제 1 단부의 영역에 2배인 내연 기관.
  23. 크랭크축에 대하여 캠축의 위상 각을 변화시키기 위한 가변성 캠축 타이밍 시스템을 구비하는 내연 기관에서, 소스로 부터 크랭크축으로 부터 하우징으로 회전 운동을 전달하기 위한 수단으로 유체 흐름을 조절하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    상기 캠축과 크랭크축의 위치를 감지하는 단계와,
    상기 감지하는 단계로 부터 얻어진 정보를 처리하기 위한 엔진 제어 유닛을 사용하며, 상기 엔진 제어 유닛은 위상 각 에러를 기초로 하여서 명령 신호를 또한 조정하는, 상기 캠축과 크랭크축사이의 상대 위상 각을 계산하는 단계와,
    스풀 밸브 몸체내에 미끄럼가능하게 위치된 벤트된 스풀의 위치를 제어하는 단계와,
    상기 스풀 밸브는 입구 라인과 리턴 라인을 통하여 유체 흐름을 선택적으로 허용하고 차단하고, 상기 캠축에 대하여 회전 운동을 전달하기 위한 수단으로 상기 스풀 밸브를 통하여 소스로 부터 유체를 공급하는 단계와,
    상기 크랭크축에 대하여 캠축의 위상 각을 변화시킬 수 있는 방법으로 상기 캠축으로 회전 운동을 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 회전 운동은 하우징을 통하여 전달되고, 상기 하우징은 캠축에 장착되며, 상기 하우징은 캠축에 대하여 회전가능하고 캠축에 대하여 진동가능하며,
    상기 스풀은 제 1 단부와 제 2 단부를 가지며, 상기 제 2 단부는 제 1 단부보다 더 큰 영역을 가지고, 상기 제어하는 단계는 스풀에 대한 압력 흐름을 제어하는 전기 입력과, 상기 스풀의 제 2 단부에 연결된 압력 출력을 포함하는 솔레노이드 밸브를 구비하는 차압 제어 시스템을 구비하며, 상기 전기 입력에서의 전기 신호는 제 2 스풀 단부로 공급되는 압력 출력의 변화를 발생시키며, 상기 스풀을 보어에서 축방향으로 이동시키는 유체 흐름을 조절하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 벤트된 스풀의 위치를 제어하는 단계는 스풀에 연결된 위치 센서를 또한 사용하고, 상기 위치 센서는 스풀의 위치를 감지하는 유체 흐름을 조절하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 위치 센서는 선형 포텐티오미터와, 홀 효과 센서 및 테이프 단부 센서로 구성된 그룹으로 부터 선택되는 유체 흐름을 조절하기 위한 방법.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 스풀의 제 2 단부의 영역은 상기 스풀의 제 1 단부의 영역의 2배인 유체 흐름을 조절하기 위한 방법.
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