(57)【要約】  位相器２２は、ハウジング４４と、ロータ４２と、位相器制御バルブ３６と、調整圧力制御システムＲＰＣＳとを有している。位相器制御バルブ３６は、ハウジング４４に対するロータの相対角度位置を変更するように流体を導く。ＲＰＣＳは、エンジンパラメータに基づいた設定値を供給するコントローラを有している。信号は、設定値に基づいて生成され、直接制御圧力調整バルブ３８に送られる。直接制御圧力調整バルブ３８は、供給ポートＳおよび制御ポートＣを有している。供給ポートＳは供給源から供給流体圧力を受け入れ、その圧力を信号に基づいて制御圧力に調整する。制御圧力は、ハウジング４４およびロータ４２の相対角度位置が変更されるように、スプリング６６に対抗して位相制御バルブ３６のスプールの一端に力を加える。位相器２２の制御方法についても開示されている。【選択図】  図３ａ
2008540904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトおよび少なくとも１つのカムシャフトを備えた内燃機関用の可変カムタイミング位相器であって、
駆動力を受け入れるための外周部分を備えたハウジングと、
前記ハウジングの内部に同軸に配置されるカムシャフトに連結され、前記ハウジングとの間でチャンバを画成する少なくとも１つのベーンを有し、前記少なくとも１つのベーンが前記チャンバをアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに区画し、前記少なくとも１つのベーンが回転により前記ハウジングとの相対角度位置を変更できるようになっているロータと、
前記ロータの孔にスライド可能に受け入れられる第１および第２端部を備えたスプールを有し、前記スプールの前記第１の端部がスプリングによって第１の方向に付勢されており、前記ハウジングに対する前記ロータの相対的な角度位置を切り換えるように流体の流れを導くための位相制御バルブと、
調整圧制御システムとを備え、
前記調整圧制御システムが、
エンジンパラメータに基づいて信号を提供するコントローラと、
供給ポートおよび制御ポートを有する直接制御圧力調整バルブとを備え、
前記直接制御圧力調整バルブの前記供給ポートが、加圧流体源から供給流体源圧力を受け入れ、前記供給流体源圧力を、前記コントローラからの信号に基づいて制御圧力に調整し、前記制御圧力が、前記制御ポートを通って前記直接制御圧力調整バルブから出て、前記スプールの第２端部に前記第１の方向と逆方向の第２の方向の力を加え、それによって前記ハウジングおよび前記ロータの相対的な角度位置を切り換えるようになっている、
位相器。
【請求項２】
前記直接制御圧力調整バルブが前記位相器から離れている、
請求項１に記載の位相器。
【請求項３】
前記直接制御圧力調整バルブがシリンダヘッドに配置される、
請求項１に記載の位相器。
【請求項４】
前記直接制御圧力調整バルブがカムベアリングキャップに配置される、
請求項１に記載の位相器。
【請求項５】
前記信号の基礎となるエンジンパラメータが温度、ｒｐｍおよびスロットル位置である、
請求項１に記載の位相器。
【請求項６】
前記信号が電流または電圧である、
請求項１に記載の位相器。
【請求項７】
前記電流が０〜１アンペアである、
請求項６に記載の位相器。
【請求項８】
前記制御圧が０〜１５ＰＳＩである、
請求項１に記載の位相器。
【請求項９】
前記位相制御バルブが、流体を前記加圧流体源から前記アドバンスチャンバまたは前記リタードチャンバに導き、他方のアドバンスまたはリタードチャンバから流体を排出している、
請求項１に記載の位相器。
【請求項１０】
前記位相制御バルブと前記加圧流体源との間にチェックバルブをさらに有している、
請求項９に記載の位相器。
【請求項１１】
前記位相制御バルブが、流体を前記アドバンスチャンバから前記リタードチャンバに選択的に導きかつ流体の逆方向の流れを遮断することによって、位相器の位置を制御している、
請求項１に記載の位相器。
【請求項１２】
補充流体を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、前記加圧流体源に接続された流路をさらに有している、
請求項１１に記載の位相器。
【請求項１３】
前記流路がチェックバルブをさらに有している、
請求項１２に記載の位相器。
【請求項１４】
前記位相制御バルブと前記加圧流体源との間には、前記位相器に補充流体を供給するための補充ラインをさらに有している、
請求項１に記載の位相器。
【請求項１５】
前記直接制御圧力調整バルブが排出ポートをさらに有している、
請求項１に記載の位相器。
【請求項１６】
クランクシャフトおよび少なくとも１つのカムシャフトを備えた内燃機関における位相器の位相制御バルブの位置のタイミングを制御するための方法であって、
ａ）前記カムシャフトおよびクランクシャフト間の所望の角度と設定点値を、エンジンパラメータに基づいてコントローラによって設定するステップと、
ｂ）前記コントローラによって設定された前記所望角度および前記設定値に基づいて信号を発生するステップと、
ｃ）前記信号を前記コントローラから直接制御圧力調整バルブに伝送するステップと、
ｄ）前記直接制御圧力調整バルブの供給ポートが受け入れる供給流体源圧力を調整するステップと、
ｅ）前記信号および前記供給流体源圧力に基づいて制御圧力を生成するステップと、
ｆ）前記位相器のカムシャフトおよびクランクシャフトの相対角度位置が変更されるように、前記制御圧力によって位相制御バルブの一端に力を加えるステップと、
を備えた方法。
【請求項１７】
前記供給流体源圧力が、加圧流体源から供給されている、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記直接制御圧力調整バルブが前記位相器から離れている、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記直接制御圧力調整バルブがシリンダヘッドに配置される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記直接制御圧力調整バルブがカムベアリングキャップに配置される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記制御圧力が０〜１５ＰＳＩである、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記位相制御バルブが、前記位相器の孔にスライド可能に受け入れられた第１および第２端部を有するスプールを備え、前記スプールの前記第１の端部が、前記位相器の位置を切り換えるように流体の流れを導くために、スプリングによって第１の方向に付勢されている、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記位相制御バルブが、流体を加圧流体源からアドバンスチャンバまたはリタードチャンバに導き、他方のアドバンスまたはリタードチャンバから流体を排出している、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記位相制御バルブと加圧流体源との間にチェックバルブをさらに有している、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記位相制御バルブが、流体をアドバンスチャンバからリタードチャンバに選択的に導きかつ流体の逆の流れを阻止することによって、位相器の位置を制御している、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
補充用の流体を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、加圧流体源に接続された流路をさらに有している、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記流路がチェックバルブをさらに有している、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記位相制御バルブと前記加圧流体源との間に、前記位相器に補充用の流体を供給するための補充ラインをさらに有している、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
前記直接制御圧力調整バルブが排出ポートをさらに有している、
請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
前記信号が電流または電圧である、
請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
請求項１６に記載の方法おいて、ステップａ）およびステップｂ）の間に、
ｇ）前記カムシャフトおよび前記クランクシャフト間の位相位置を測定するステップと、
ｈ）前記位相位置および前記設定値を合算してエラー信号を得るステップと、
ｉ）前記エラー信号を制御法則内に入力して制御信号を得るステップと、
ｊ）前記制御信号およびゼロ制御信号を合算するステップと、
ｋ）前記制御信号および前記ゼロ制御信号の合計値を前記直接制御圧力調整バルブに供給するステップと、
をさらに備えている、
請求項１６に記載の方法。
【請求項３２】
前記制御信号と前記ゼロ制御信号と前記ゼロ制御信号および制御信号の合計値とが電圧または電流である、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記電流が０〜１アンペアである、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１つの可動部分と静止部分とを備えた内燃機関用のロータリアクチュエータであって、
動きが３６０°未満に制限されるハウジングと、
前記ハウジング内部に同軸に配置されるシャフトに連結され、駆動力を受け入れるように設けられ、前記ハウジングとで前記ハウジング内のチャンバをアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに区画する少なくとも１つのベーンを画成し、前記ベーンが、回転して前記ハウジングとの相対的な角度位置を切り換えることができるロータと、
前記ハウジングに対する前記ロータの相対角度位置を切り換えるように流体の流れを導くために設けられ、前記ロータの孔にスライド可能に受け入れられた第１および第２端部を有するスプールを備え、前記スプールの前記第１の端部がスプリングによって第１の方向に付勢されている位相制御バルブと、
調整圧力制御システムとを備え、
前記圧力制御システムが、
エンジンパラメータに基づいて信号を提供するコントローラと、
供給ポートおよび制御ポートを有する直接制御圧力調整バルブとを備え、
前記直接制御圧力調整バルブの前記供給ポートが、加圧流体源から供給流体源圧力を受け入れ、前記供給流体源圧力を前記コントローラからの信号に基づいて制御圧力に調整し、前記制御圧力が、前記制御ポートを通って前記直接制御圧力調整バルブから出て、前記スプールの第２の端部に前記第１の方向と逆方向の第２の方向の力を加え、それによって前記ハウジングおよび前記ロータの相対角度位置を切り換えるようになっている、
ロータリアクチュエータ。
【請求項３５】
前記直接制御圧力調整バルブが前記ロータリアクチュエータから離れている、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３６】
前記設定値信号の基礎となるエンジンパラメータが温度、ｒｐｍおよびスロットル位置である、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３７】
前記信号が電流または電圧である、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３８】
前記電流が０〜１アンペアである、
請求項３７に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３９】
前記制御圧力が０〜１５ＰＳＩである、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４０】
前記位相制御バルブが、流体を前記加圧流体源から前記アドバンスチャンバまたは前記リタードチャンバに導き、他方のアドバンスチャンバまたはリタードチャンバから流体を排出している、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４１】
前記位相制御バルブと前記加圧流体源との間にチェックバルブをさらに有している、
請求項４０に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４２】
前記位相制御バルブが、流体を前記アドバンスチャンバから前記リタードチャンバに選択的に導きかつ流体の逆方向の流れを遮断することによって、ロータリアクチュエータの位置を制御している、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４３】
補充用の流体を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、加圧された流体源に接続される流路をさらに有している、
請求項４２に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４４】
前記流路がチェックバルブをさらに有している、
請求項４３に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４５】
前記位相制御バルブと前記加圧流体源との間に、前記ロータリアクチュエータに補充用の流体を供給するための補充ラインをさらに有している、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４６】
前記直接制御圧力調整バルブが排出ポートをさらに有している、
請求項３４に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項４７】
可動部分および静止部分を備えた内燃機関用のロータリアクチュエータにおける位相制御バルブの位置のタイミングを制御するための方法であって、
ａ）前記可動部分および前記静止部分間の所望の角度と設定値とを、エンジンパラメータに基づいてコントローラによって設定するステップと、
ｂ）前記コントローラによって設定された前記所望角度および前記設定値に基づいて信号を発生するステップと、
ｃ）前記信号を前記コントローラから直接制御圧力調整バルブに伝送するステップと、
ｄ）前記直接制御圧力調整バルブの供給ポートが受け入れる供給流体源圧力を調整するステップと、
ｅ）前記信号および前記供給流体源圧力に基づいて制御圧力を生成するステップと、
ｆ）前記ロータリアクチュエータの前記可動部分および前記静止置部分の相対角度位置を切り換えるように、前記制御圧力によって位相制御バルブの一端に力を加えるステップと、
を備えた方法。
【請求項４８】
前記信号が電流または電圧である、
請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
請求項４７に記載の方法において、ステップａ）およびステップｂ）の間に、
ｇ）前記可動部分および前記静止部分間の位相位置を測定するステップと、
ｈ）前記位相位置および前記設定値を合算してエラー信号を得るステップと、
ｉ）前記エラー信号を制御法則の中に入力して制御信号を得るステップと、
ｊ）前記制御信号およびゼロ制御信号を合算するステップと、
ｋ）前記制御信号および前記ゼロ制御信号の合計値を前記直接制御圧力調整バルブに供給するステップと、
をさらに備えた、
請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記制御信号と前記ゼロ制御信号と前記ゼロ制御信号および制御信号の合計値とが電圧または電流である、
請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記電流が０〜１アンペアである、
請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変カムタイミングシステムのための制御システムの分野に関する。とくに、本発明は、調整圧力制御システム（regulated pressure control system：RPCS）を備えた可変カムタイミング位相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、「タイミング位相器制御システム（TIMING PHASER CONTROL SYSTEM）」という名称で2005年5月2日に出願された米国特許仮出願第60/676,771号の明細書に開示された発明を主張する。米国仮出願の米国特許法第１１９条（ｅ）項下の利益が本出願により主張され、上記仮出願は参照によって本願に援用される。
【０００３】
内燃機関は、エンジン性能を改良し、排出物質を低減させるために、カムシャフトおよびクランクシャフト間の角度を変化させる種々の機構を採用してきた。この可変カムシャフトタイミング（variable camshaft timing：VCT）機構の大多数は、エンジンのカムシャフト（多数本カムシャフトのエンジンの場合は複数のカムシャフト）に装着される１つまたはそれ以上の“ベーン位相器”を用いている。ほとんどの場合、この位相器は１つまたはそれ以上のベーンを備えたハウジングを有しており、ベーンは、カムシャフトの端部に装着され、ベーンがその中に取り付けられるベーンチャンバを有するハウジングに囲繞されている。ベーンをハウジングに取り付け、ハウジング内のチャンバに取り付けることも可能である。ハウジングの外周は、スプロケット、プーリまたはギヤを形成しており、通常はカムシャフトから、多数本のカムのエンジンの場合に他のカムシャフトから、チェーン、ベルトまたはギヤを介して駆動力を受け入れている。
【０００４】
いくつかのシステムにおいては、スプールバルブの一端にエンジンオイル圧の一部を加えて、スプールバルブの他端側のスプリング力に対抗するように、位相器のスプールバルブがパルス幅変調（pulse width modulation：PWM）を用いて制御されている。先行技術の図１を参照すると、スプール２００が、カムシャフト２２６の円筒状部材２９８の内部にスライド可能に収納されている。スプール２００は、第１のランド２００ｂと、第２のンド２００ａと、ランド２００ａ、２００ｂ間の小径部分２００ｃとを含む。スプール２００は、第１のランド２００ｂの端部に接触するスプリング２０２によって、図示右方に付勢されている。スプール２００は、ランド２００ａの外側の円筒状部材２９８の部分２９８ａ内への加圧作動流体の供給によって、図示左方に力を加受けている。スプール２００の右方への移動は、スリーブ状の機械的ストッパ２９８ｂによって制限されている。ストッパ２９８ｂ内の圧力は、ＥＣＵ２０８によって制御されるパルス幅変調（ＰＷＭ）バルブ２０６からの圧力制御信号によって制御されている。ＰＷＭバルブ２０６は、流入ライン２１０を通じてメインオイルギャラリからエンジンオイルを受け入れ、エンジンオイルを部分２９８ａにライン２１２を通じて選択的に供給する。ＰＷＭバルブ２０６からの使用済オイルは、導出ライン２１４を経由して、低圧調整バルブ２１６に戻される。低圧調整バルブ２１６もまた、導入ライン２１０からオイルを受け入れる。低圧調整バルブ２１６からのオイルは、導出ライン２１８によってエンジンオイル溜めに戻される。低圧調整バルブ２１６は、円筒状部分２９８の部分２９８ａにおける最小オイル圧を維持する役割を果たす。スプールは、ライン２８２、２９４、２９６およびチェックバルブ２８４を経由して流体をシリンダ２５４、２５６に導き、そこから流体を導出する。エンジンオイル圧は、エンジン速度とともに変化するものなので、この技術は、スプールバルブ位置に対して正確な制御を行うことができない。というのは、いかなるＰＷＭの設定値も、エンジンオイル圧の変動に応じて、スプールバルブへの異なる圧力帰着し得るからである。
【０００５】
この問題を解決するため、先行技術は、差圧制御システムを含む他のシステムを利用した。このシステムにおいては、エンジンオイル圧がパルス幅変調されて分圧（fractional pressure）が生成される。この分圧は、バルブの一方の直径を有するスプールバルブの第１の端部に加えられて、小径のスプールバルブの第２の端部に作用するスプリング力に対抗する。小さな面積に加えられるのと同じ分圧が大きな面積に加えられるので、第２の端部への対抗圧力は、固定比であり、通常は、スプールバルブの第１の端部に作用する分圧の２倍である。
【０００６】
図２を参照すると、スプールバルブ４９２は、延長部５００ｃ、第１のランド５００ｂおよび第２のランド５００ａを有するスプール５００と、第１のスプリング５０４と、第２のスプリング５０２とを有している。スプール５００は、カムシャフト４２６の円筒状部材４９８の内部に収容されている。スプール５００の位置は、さらに、第２のランド５００ａの外側において円筒状部材４９８の部分４９８ａの内部への加圧作動流体の供給により影響を受け、加圧作動流体の供給はスプール５００を左方に付勢する。部分４９８ａは、メインオイルギャラリ５３０から加圧流体を受け入れる。円筒状部材４９８の内部におけるスプール位置の制御は、制御圧力シリンダ５３４内部の液圧に反応している。制御圧力シリンダ５３４のピストン５３４ａは、スプール５００の延長部分５００ｃに当接している。ピストン５３４ａの表面積は、部分４９８ａ内部において液圧にさらされるスプール５００の端部の表面積よりも大きく、好ましくは２倍の大きさである。シリンダ５３４内の圧力は、ソレノイド５０６、好ましくはパルス幅変調（ＰＷＭ）タイプのソレノイドによって、ＥＣＵ５０８からの制御信号に反応して制御される。ソレノイド５０６は、エンジンオイルギャラリ５３０から導入ライン５０４を通してエンジンオイルを受け入れ、エンジンオイルをオイル源から供給ライン５３８を通してシリンダに選択的に送出する。スプールバルブ４９２は、流体を、ライン４８８、４９０、４９６、４８２、４９４、４６０ｃと、チェックバルブ４８６、４８４とを経由して、ベーンおよびハウジング間に形成される凹部４３２ａ、４３２ｂに導き、そこから導出する。したがって、このタイプのシステムは、エンジンオイル圧の変動を取り除くのに差圧を利用しており、スプールバルブ位置に対するより正確な制御を可能にしている。しかし、これは、一層複雑なオイル径路と一層複雑なスプールバルブをともなっている。
【０００７】
したがって、正確であって、エンジンオイルの変動に対して抵抗力があり、さらに、構成が簡単なスプールバルブを用いたタイミング位相器制御システムを提供することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡単な構成で、より正確な制御を行えるタイミング位相器制御システムを提供しようとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
位相器は、ハウジングと、ロータと、位相器制御バルブと、調整圧力制御システム（ＲＰＣＳ）とを有している。ＲＰＣＳは、設定値、所望の角度、エンジンパラメータに基づいた信号を直接制御圧力調整バルブに提供するコントローラを有している。直接制御圧力調整バルブは、供給ポートおよび制御ポートを有しており、供給ポートは、供給源から供給流体圧力を受け入れ、設定値に基づく信号に基づいて、圧力を制御圧力に調整する。位相器制御バルブは、ハウジングに対するロータの相対角度位置を変更するように流体を導いている。位相器制御バルブは、ロータの穴にスライド可能に受け入れられた、第１および第２端部を有するスプールを備えている。スプールの第１の端部は、スプリングによって第１の方向に付勢されている。制御圧力は、ハウジングおよびロータの相対角度位置を変更するように、スプールの第２の端部に対して第１の方向と逆向きの第２の方向に力を加えている。
【００１０】
位相器の位置決めを制御する方法についても開示されている。第１のステップにおいて、ＥＣＵまたはコントローラが、設定値を提供するとともに、多数のエンジンパラメータに基づいてカムシャフトおよびクランクシャフト間の所望角度を提供する。次に、設定値を、カムシャフトおよびクランクシャフト間の実際の位相位置と合算して、エラー信号を発生させる。発生したエラー信号は、制御法則（control law）の中に入り、制御信号に変換される。制御信号は、ゼロ制御信号と合算される。合算された信号は、次のステップにおいて調整圧力制御バルブに送られる。オイルギャラリからの供給オイル圧力もまた、調整圧力制御バルブに入力され、直接に調整された出力制御オイル圧になる。前のステップからの調整制御圧が、供給される圧力に比例してスプールの位置を動かしており、このスプール位置の移動が、カムシャフトおよびクランクシャフト間の位相を変化させる。ＶＣＴ位相器が動いた後、位相位置が再度測定されて、上述のステップが繰り返される。
【００１１】
ロータリアクチュエータ、および、調整圧力制御システムを備えた本発明による位置決め制御方法についても開示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明による調整圧力制御システム（ＲＰＣＳ）は、設定値に基づいた信号を受け取る。この信号は、調整圧力制御バルブまたは直接制御圧力調整（direct control pressure regulator：DCPR）バルブに対して、入力オイル圧を調整制御オイル圧に適合させる。また、調整制御オイル圧は、当該信号およびメインオイルギャラリ内の圧力に比例して、位相制御バルブのスプールの一端を付勢する。位相制御バルブのスプールの他端は、好ましくは、スプリングによって逆方向に付勢される。
【００１３】
調整圧力制御システムは、図３ａ〜３ｃおよび図４に示すようなカムトルク駆動型位相器、図５に示すような油圧駆動型位相器、図６に示すような捩り補助型位相器、図１２に示すようなロータリアクチュエータ、またはハイブリッド位相器とともに用いられる。このハイブリッド位相器は、２００５年１１月２３日に出願され、「カム捩じりが小さいエンジン条件下で駆動用の比例油圧を有するＣＴＡ位相器」（CTA PHASER WITH PROPORTIONAL OIL PRESSURE FOR ACTUATION AT ENGINE CONDITION WITH LOW CAM TORSIONALS）と題された米国特許出願第11/286,483号明細書に開示されているようなものであり、この内容は、参照によって本明細書中に援用される。
【００１４】
図９は、カムシャフト２６、クランクシャフト２４および位相器２２間の関係を示している。好ましくはクランクシャフトである第１の回転可能体２４と、好ましくはカムシャフトである第２の回転可能体２６とは、好ましくはチェーンのような機械的な連結手段によって連結されている。この連結手段はベルトやプーリでもよい。クランクシャフト２４は、動力源３４に接続されて、それから動力を受け取り、カムシャフト２６を駆動する。動力源３４は、エンジンからの１つ以上のピストン、電気モータ、クランク、タービン、または軸を駆動可能な任意の他の装置である。位相器２２は、カムシャフト２６に連結されており、カムシャフト２６およびクランクシャフト２４間の相対角度位置を変えることができる。位相器は、コントローラ４０に接続された直接制御圧力調整器または圧力制御バルブ３８によって位置決めされるスプールバルブ３６を有する。位置センサ３９、４１は、コントローラ４０に接続され、カムシャフト２６およびクランクシャフト２４の角度位置をモニターするのに用いられる。
【００１５】
図３ａ〜３ｃは、カムトルク駆動型位相器を備えた本発明の制御システムを示している。カムトルク駆動（cam torque actuated：CTA）型位相器は、ベーンを動かすのに、エンジンバルブを開閉する力によって引き起こされるカムシャフトのトルク逆転現象を利用している。チャンバ間の流体の流れを許容してベーンを動かす、またはオイルの流れを停止してベーンを所定位置にロックするために、制御バルブが存在している。ＣＴＡ位相器は、漏れによる損失を補充するためにオイル入力を有しているが、位相器を動かすのにエンジンオイル圧を用いていない。ＣＴＡ位相器は、迅速な応答と低オイル使用量とを提供し、それにより、燃料消費および排出物質を低減させるということを示してきた。しかし、ある種のエンジン、すなわち４シリンダエンジンにおいては、カムシャフトからの捩りエネルギーは、エンジンの全速度範囲にわたって（とくに高回転域において）位相器を作動させるには十分でない。エンジンの運転条件（例えば利用可能なカムトルクの量）の観点から位相器の性能を最適化することが必要になる
エンジンバルブを開閉する力によって引き起こされるカムシャフトのトルク逆転現象は、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型ベーン４６を移動させる。アドバンスおよびリタードチャンバ５０、５２は、カムシャフトにおける正負のトルクパルスに対抗するように配置されており、カムトルクによって選択的に加圧される。好ましくはスプールバルブ３６である位相制御バルブは、図３ｂおよび図３ｃに示すように、移動の所望の方向に応じて、アドバンスチャンバ５０からリタードチャンバ５２へのまたはその逆方向への流体の流れを許容することによって、位相器内部のベーン４６を移動させる。正負のカムの捩りが、位相器を動かすのに用いられている。
【００１６】
位相器２２のハウジング４４は、駆動力を受け入れるための外周部分４５を備えている。ロータ４２はカムシャフトに連結され、ハウジング４４の内部に同軸に配置されている。ロータ４２は少なくとも１つのベーン４６を有しており、ベーン４６は、ハウジング４４およびロータ４２間に形成されるチャンバを、アドバンスチャンバ５０とリタードチャンバ５２とに区画している。ベーン４６は、ハウジング４４およびロータ４２の相対角度位置を変更するように回転可能になっている。
【００１７】
スプールバルブ３６は、ロータ４２内のスリーブ６２内部にスライド可能に受け入れられた、円筒状のランド３７ａ、３７ｂを備えたスプール３７を有している。スリーブ６２は、ライン６８を受け入れる第１の端部と、大気に通じる開口または孔７１を有する第２の端部とを備えている。スプール３７の位置は、調整圧制御システムの直接制御圧力調整バルブ３８およびスプリング６６によって影響を受ける。圧力調整バルブ３８は、コントローラまたはＥＣＵ４０によって制御される。スプール３７の位置は、位相器の動き（例えばアドバンス位置またはリタード位置に向かう動き）と、クランクシャフトに対するカムシャフトの位置とを制御する。
【００１８】
調整圧バルブ制御システム（ＲＰＣＳ）の直接制御圧力調整バルブ３８は、位相器から離れて、好ましくは、図示のようにシリンダヘッドまたはカムベアリングキャップ７６に配置されており、メインオイルギャラリ（main oil gallery：MOG）７２からライン７０を通じて入力または供給オイル圧を受け入れる。メインオイルギャラリ７２からの供給オイル圧は、典型的には、ＲＰＭ（回転数）、温度およびエンジン負荷によって変化するであろうが、直接制御圧力調整バルブ３８は、コントローラ４０からの設定値に基づく信号に比例した、既知の安定したまたは一定の制御圧を供給することができる。コントローラ４０は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit：ASIC）、デジタル電子回路、アナログ電子回路、またはこれらの任意の組み合わせからなる。制御信号は、電流（アンペア）、電圧（ボルト）の形でもよく、またはデジタル化された情報を有するコード化信号である。直接制御圧力調整バルブ３８はまた、ライン６９に通じる排出ポートＥと、カムベアリングキャップ７６を通るライン６８に通じる制御ポートＣとを有している。
【００１９】
直接制御圧力調整バルブ３８は、メインオイルギャラリ７２から供給ポートＳを通じて供給圧力を受け入れ、それを、好ましくは０〜１５ＰＳＩの範囲の制御圧に調整する。制御圧の範囲は、０〜１５ＰＳＩに限定される訳ではなく、システムが用いられる用途に基づいて変えられる。制御圧はバルブの電流に比例する。バルブの電流は、好ましくは０〜１アンペアの範囲であるが、この範囲に限定される訳ではなく、用途に基づいて変化する。具体的には、図７に示すように、コントローラまたはＥＣＵ４０は、設定値とカムシャフトおよびクランクシャフト間の所望角度とを提供する。次に、第２のステップ９３において、コントローラからの所望角度および設定値に基づいて、信号が提供される。第３のステップ９４において、この信号が、ＥＣＵによって決定された設定値に基づいて、供給または入力オイル圧力を直接調整するのを支援し、これによって、制御されたオイル出力圧が得られることになる。次に、制御されたオイル出力圧は、位相制御バルブ３６に送り込まれ、第４のステップ９６において、スプール３７の逆側を付勢するスプリング６６に対抗して、スプール３７の一方の側に力を加える。最後に、第５のステップ９８において、クランクシャフト２４に対するカムシャフト２６の位置が、位相制御バルブのスプール位置に基づいて調節される。信号はまた、デジタル化された情報を含むコード化信号でもよい。
【００２０】
図１０は、直接制御圧力調整バルブ３８にアンペア表示の設定値信号を与えた場合における、ＰＳＩ表示の供給圧または入力圧対ＰＳＩ表示の制御圧のグラフを示す。利用可能な供給圧および信号に基づいて、制御圧が発生する。信号の範囲は、エンジンおよび設計パラメータに基づいて変化する。ゼロ制御信号、例えば０．５アンペアは、供給圧が十分である限り、スプールの位置をゼロに設定して、位相器の位置を維持する結果をもたらす。図１０の例としては、設定値信号は、０〜１アンペアの範囲にわたる。結果的に得られる制御圧の範囲もまた、エンジンおよび設計のパラメータに基づいて変化する。この例では、制御圧は０〜１５ＰＳＩ（１バール）の範囲になっている。
【００２１】
供給圧が１５ＰＳＩと等しいかまたはこれよりも大きい場合には、結果として生成される制御圧は信号の強さに依存する。例えば、信号が０．３３アンペアであれば、制御圧は５ＰＳＩとなり、信号が０．６６アンペアであれば、制御圧は１０ＰＳＩとなり、信号が１アンペアであれば、制御圧は１５ＰＳＩとなるであろう。供給圧が１５ＰＳＩ未満であれば、制御圧は、信号の強さと利用可能な供給圧に基づく。例えば、信号が０．３３アンペアで、供給圧が１０ＰＳＩであれば、制御圧は５ＰＳＩであり、信号が１アンペアで、供給圧が１０ＰＳＩであれば、制御圧は１０ＰＳＩである。制御圧を利用可能な供給圧より高くすることはできない。制御圧を信号および供給圧に基づくものとすることによって、供給圧が一定値に調整される。図には０．３３アンペアおよび０．６６アンペアが示されているが、他の信号の強さを用いるようにしてもよい。但し、その場合でも、スプールは３つの位置、すなわちアドバンス、リタードおよびゼロの３位置に移動できるようにする。
【００２２】
図８は、本発明の調整圧制御システムにおけるより詳細な閉ループ制御システムを概略的に示している。第１のステップ１０８において、ＥＣＵまたはコントローラ４０が、ｒｐｍ（回転数）、温度、エンジン負荷およびスロットル位置（これらには限定されない）のような種々のエンジンパラメータに基づいて、カムシャフト２６およびクランクシャフト２４間の所望の角度および設定値を決定する。この設定値は、ステップ１０６で、位相器２２のカムシャフト２６およびクランクシャフト２４間の実際の位相位置１０２と合算される。その結果得られるエラー信号１０７は、正負のいずれかまたはゼロに等しくなるが、このエラー信号１０７が制御法則１０４の中に入る。制御法則１０４は、エラー信号１０７を、電流または電圧のいずれかである制御信号１１０に変換する。制御信号１１０は、ステップ１１２でゼロ制御信号１１１と合算される。このゼロ制御信号１１１は、同様に電圧または電流のいずれかであり、スプール３７の位置をゼロ位置または中央位置に調節する。図１０に関連して説明したように、ゼロ制御信号は、選定された範囲にわたって電流の約５０％である。ステップ１１２でゼロ制御信号１１１を制御信号１１０と合算することによって、スプール３７は中央位置に戻され、スプール３７がアドバンス位置またはリタード位置のいずれかにおける最大移動量を有することを可能にする。このいずれかの方向への最大移動量は、位相器２２の位置を調節するために後のステップで要求されるものである。合算ステップ１１２から得られる電圧または電流の合算信号は、次のステップ１１３において、調整圧制御バルブ３８に送られる。オイルギャラリ７２からの供給オイル圧１１４もまた、調整圧制御バルブ３８に入力されており、図１０および図１１に示すようにステップ１１６において、直接調整された出力制御オイル圧が生成される。ステップ１１６からの調整された制御圧は、ステップ１１８においてスプール３７の位置を供給圧に比例して動かし、このスプール３７の移動によって、続いてＶＣＴ位相器２２がカムトルクまたはオイル圧の補助により動かされ、カムシャフト２６およびクランクシャフト２４間の位相を変化させる。ステップ１１９でＶＣＴ位相器２２が動かされた後、位相位置がステップ１０２において再度測定され、上記のステップが繰り返される。
【００２３】
設定値１０８、設定値１０８の位相位置１０２との合算１０６、エラー信号１０７、制御法則１０４、制御信号１１０、ゼロ制御信号１１１、および制御信号１１０のゼロ制御信号１１１との合算１１２の各ステップは、すべてコントローラまたはＥＣＵ４０の内部で行われることに注目すべきである。
【００２４】
ステップ１０２〜１１９は、図７に関連して説明したステップ９２〜９８と類似しており、その記述は図８のステップ１０２〜１１９にも同様に当てはまる。
【００２５】
図１０に示すように１０ＰＳＩの中央制御圧力値が確立されて、位相器をゼロ位置に導くスプール位置が得られる一方で、閉ループシステムが、図１１に示すようなシステムの圧力範囲内で、必要な中央値を、選定された中央値を超えた値または中央値より小さな値に調節するであろう、ということに注目すべきである。
【００２６】
図３ａ〜３ｃに戻って説明すると、制御圧はカムベアリング７６を横切っており、その圧力は、ライン６８を通ってスプール３７の第２の端部に対する力を生成しており、この力は、スプール３７を逆方向に付勢するスプリング６６に対抗している。スプリング力と制御圧６８との間のバランスがスプールの位置を決定している。制御圧がカムベアリングキャップインターフェース７６を横切るようにすることにより、制御流体および供給流体間の漏れが、緊密なカムベアリングのクリアランスおよび／またはカムベアリングのシール度合いによって最少化される。
【００２７】
直接制御圧力調整バルブ３８は、例えばトランスミッション圧調整バルブでもよい。直接制御圧力調整バルブ３８はまた、直接駆動型可変力ソレノイド圧力調節器または可変ブリード圧力調節器（variable bleed pressure regulator）でもよい。上記の例および実施態様においては、直接制御圧力調整バルブ３８は、メインオイルギャラリの圧力が１５ＰＳＩ以上である時に、他の制御範囲も使用可能であるが、０〜１５ＰＳＩの圧力を出力するように設計された。
【００２８】
この実施態様においては、カムベアリング７６を通って２本のオイル流路が設けられている。第１の流路６８は制御圧力の出力用であり、第２の流路７４はメインオイルギャラリからの補充オイル入力用である。図３ａに示すように、ゼロ位置または中央位置においては、スプールバルブのスプールランド３７ａ、３７ｂが流体の流れを阻止し、ベーンを所定にロックする。位相器には、漏れによる損失を補填するために少量の流体が供給される。
【００２９】
図３ｂに示すように、アドバンス位置に向かって移動する際には、ライン６８の直接制御圧調整バルブ３８からの制御圧による力が低下し、スプール３７は、スプリング６６の力が直接制御圧力調整バルブ３８からの制御圧による力と均衡するまで、スプリング６６によって図示右方に動かされた。図示の位置においては、スプール３７の動きによって、スリーブ６２内部の流体がライン６８を経由して直接制御圧力調整バルブ３８の制御ポートＣに排出させられた。流体は、制御ポートＣから排出ポートを経てライン６９に排出される。スプールのランド３７ａはライン５６を遮断する。ライン５８および６０は開放され、ベーン４６はアドバンス位置に向かって動くことができる。カムシャフトのトルクはリタードチャンバ５２を加圧して、リタードチャンバ５２内の流体をアドバンスチャンバ５０内に移動させ、ベーン４６を矢印４１方向に動かす。流体は、リタードチャンバ５２からライン６０を通って、スプールランド３７ａおよび３７ｂ間のスプールバルブ３６に流出し、中央ライン５８、ライン５６およびアドバンスチャンバ５０に再循環される。
【００３０】
補充用のオイルは、漏れを補填するために、メインオイルギャラリ（ＭＯＧ）７２から位相器に供給されて、ライン７４に入り、導入チェックバルブ５４を通過してスプールバルブに３６に移動する。流体は、スプールバルブ３６からライン５８に流入し、チェックバルブ４７、４９のいずれが開放されているかに応じて、チェックバルブ４７、４９のいずれかを経由してアドバンスまたはリタードチャンバ５０、５２に流入する。
【００３１】
図３ｃに示すように、リタード位置に向かって動く際には、ライン６８のＲＰＣＳシステムからの制御圧による力が増大し、スプール３７は、スプリング６６の力が直接制御圧力調整バルブ３８からの制御圧による力と均衡するまで、調整圧制御システム３８からのライン６８の圧力によって左方に動かされた。
【００３２】
図示の位置においては、スプール３７の動きによって、スリーブ６２内のあらゆる流体は、流出開口７１を通って排出させられる。スプールのランド３７ｂはライン６０を遮断する。ライン５６および５８は開放され、ベーン４６はリタード位置に向かって動くことができる。カムシャフトのトルクは、アドバンスチャンバ５０を加圧して、アドバンスチャンバ５０内の流体をリタードチャンバ５２内に移動させ、ベーン４６を矢印４１方向に動かす。流体は、アドバンスチャンバ５０からライン５６を通ってスプールランド３７ａ、３７ｂ間のスプールバルブ３６に流出し、ライン５８、６０およびリタードチャンバ５２に再循環される。
【００３３】
漏れ分を補填するために、補充用のオイルがメインオイルギャラリ（ＭＯＧ）７２から位相器に供給されて、ライン７４に入り、導入チェックバルブ５４を通過してスプールバルブに３６に移動する。流体は、スプールバルブに３６からライン５８に流入し、チェックバルブ４７、４９のいずれが開放されているかに応じて、チェックバルブ４７、４９のいずれかを経由してアドバンスまたはリタードチャンバ５０、５２に流入する。
【００３４】
好ましい実施形態においては、ロックピン３００が、ロータ４２の半径方向の孔にスライド可能に配置されている。ロックピン３００は、半径方向の孔内に流体を密封するように設けられた直径部分を有するボディ３００ａを有している。ロックピン３００は、ライン３０１からの流体圧がスプリング３００ｂによる力よりも大きい場合に、ロック解除位置に押し込まれる。ライン３０１はライン６８に接続されている。ライン３０１の流体圧力がロックピンのボディ３００ａを付勢するスプリング３００ｂの力より小さい場合には、ロックピンはロックされる。アドバンス位置に向かって動く際には、ライン３０１内の流体圧は、ロックピンのスプリング３００ｂによる力より大きいことはなく、ピンはロック位置に移動する。リタード位置に向かって動く際には、およびゼロ位置にある場合には、ライン３０１内の流体圧はスプリング３００ｂによる力よりも大きく、ロックピンはロック解除位置に動かされる。
【００３５】
図４は、他の実施態様によるＶＣＴ位相器２２を概略的に示している。図４の実施態様は、カムトルク駆動システム用の補充オイルがメインオイルギャラリ７２からではなく直接制御圧力調整バルブ３８の制御圧出力６８から供給されるという点を除いて、図３ａ〜３ｃの実施態様と同一である。このため、位相器２２は、カムベアリング７６を通るただ１つのオイル流路７８を備えるように設計されている。この場合、位相器２２の圧力は、予め定められた最小値、例えば０．３５バールまたは５ｐｓｉを下回ることはない。その理由は、この最小圧力が、カムベアリング７６を潤滑し、漏れを補填する補充オイルを供給するのに必要だからである。この最小値を維持する１つの方法は、図１１のグラフに示すように最小制御圧の出力値が５ｐｓｉとなるように、直接制御圧力調整バルブ３８を設計することである。なお、図１１は、アンペア表示の設定値信号を直接制御圧力調整バルブに与えた場合において、ＰＳＩ表示の供給または入力圧力対ＰＳＩ表示の制御圧の関係を表すグラフである。この実施態様においては、制御圧の範囲は５ＰＳＩ〜１５ＰＳＩである。設定値信号が存在しない場合にも一定の供給圧力が利用可能なので、少量のオイルがカムベアリングを通っており、１本の供給ラインを可能にしている。あるいは、メインオイルギャラリ７２からカムベアリング７６への別個の専用のオイル流路を、ベアリング潤滑用として設けることも可能であろう。
【００３６】
図１１に示すように、１０ＰＳＩの中央制御圧力値が確立されて、位相器をゼロ位置に導くスプール位置が得られる一方、閉ループシステムが、必要な中央値を、選定された中央値の上または下の値に調節するということが留意されるべきである。
【００３７】
図５は、調整圧制御システムを備えた、ゼロ位置におけるオイル圧駆動位相器を概略的に示している。オイル圧駆動システムにおいては、ランド３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄを備えたスプール３７を有するスプールバルブ３６が、当該スプールバルブ３６の位置に応じて、エンジンオイル圧がメインオイルギャラリ７２から供給ライン５６、６０を経由してアドバンスチャンバ５０またはリタードチャンバ５２のいずれに流れるかを選択的に許容する。対向するチャンバからのオイルは、ライン８４、８８を通って、アドバンス排出ライン８０またはリタード排出ライン８２のいずれかを経由してエンジンのオイル溜めに排出される。
【００３８】
図３ａ〜３ｃに示す実施態様および図７〜図１１に関連して述べた実施態様のように、直接制御圧力調整バルブ３８からの制御オイル圧６８は、スプールバルブ３６内部のスプール３７を正確に位置決めするために用いられる。スプール３７の一端はスプリング６６によって一方向に付勢され、直接制御圧力調整バルブ３８からの制御圧はスプール３７の逆方向の力を加える。メインオイルギャラリ７２からの供給オイル圧８６は、ベーン４６を動かすのに用いられる。そのため、２本のオイル流路がカムベアリング７６を通っており、一方の流路６８は制御オイル圧用であり、他方の流路８６は、供給オイル圧となるべきメインオイルギャラリ７２からのオイル用である。他のオイル圧駆動型の実施形態においては、供給オイル圧８６がもっぱら制御圧６８から導入されており、これにより、カムベアリング７６を通るただ１本のオイル流路を設けることが可能になる。
【００３９】
図６は、本発明の調整圧制御システムを備えた捩り補助型（torsion assist：TA）位相器２２を概略的に示している。捩り補助型位相器は、オイル供給ラインにおけるチェックバルブ９０、または、各チャンバへのライン５６、６０におけるチェックバルブ（図示せず）を有している。２００５年４月２６日に発行された「ロータに配置された制御装置を有する捩じり補助型多数位置カムインデクサ」（Torsional Assisted Multi-Position Cam Indexer Having Controls Located in Rotor）という名称の米国特許第6,883,481号明細書は、単一チェックバルブのＴＡを開示しており、当該特許は参照によって本明細書に援用される。また、２００４年７月２０日に発行された「チャンバおよびスプールバルブ間においてロータ内に２つのチェックバルブを備えたエンジン用カム位相器」（Cam Phaser for Engines Having Two Check Valves in Rotor Between Chambers and Spool Valve）という名称の米国特許第6,763,791号明細書は、２つのチェックバルブのＴＡを開示しており、当該特許は参照によって本明細書に援用される。チェックバルブ９０は、負荷条件の変動によって引き起こされるトルク逆転現象によるオイル圧パルスがオイルシステム内に伝播するのを阻止し、エンジン停止時に位相器からのオイルの漏れを防止するとともに、トルク逆転現象によってベーンが元の方向に戻るのを停止させる。前方へのトルク効果はベーン４６の動きを補助する。トルク逆転現象からオイルがオイルシステム内に伝播するのを防止することを別にすれば、捩り補助型位相器２２は、図５のオイル圧駆動システムと同様のやり方で運転される。
【００４０】
捩り補助型位相器においては、スプールバルブ３６は、メインオイルギャラリ７２からのエンジンオイル圧を、スプールバルブ３６の位置に応じて供給ライン５６、６０を通りアドバンスチャンバ５０またはリタードチャンバ５２のいずれかに与える。対向側のチャンバからのオイルは、ライン８４、８８を通り、アドバンス排出ライン８０またはリタード排出ライン８２のいずれかを経由してエンジンのオイル溜めに排出される。図３ａ〜３ｃに示す実施形態および図７〜図１１に関連して説明した実施形態の場合と同様に、直接制御圧力調整バルブ３８の制御オイル圧６８は、スプールバルブ３６を正確に位置決めするのに用いられる。供給オイル圧８６は、前方へのトルク動作に補助されて、ベーン４６を動かすのに用いられる。供給オイルは、メインオイルギャラリ７２からチェックバルブ９０を通して導入される。このため、２本のオイル流路がカムベアリングを通っており、一方の流路６８は調整オイル圧力用であり、他方の流路７２は、供給オイル圧力８６となるべきメインオイルギャラリからのオイル用である。あるいは、供給オイル圧８６は、もっぱら制御圧６８から導くことができであろう。これにより、カムベアリングを通るただ１本のオイル流路を設けることが可能になる。
【００４１】
調整圧制御システムまたは直接制御圧力調整バルブは、2005年11月23日に出願された「低いカム捩じりのエンジン条件下で駆動用の比例オイル圧を有するＣＴＡ位相器」（CTA PHASER WITH PROPORTIONAL OIL PRESSURE FOR ACTUATION AT ENGINE CONDITION WITH LOW CAM TORSIONALS）という名称の米国特許出願第11/286,483号明細書に開示されるようなハイブリッド位相器とともに用いてもよい。当該米国特許出願は、参照によって本明細書に援用される。
【００４２】
さらに、調整圧制御システム（ＲＰＣＳ）の直接制御圧力調整バルブ３８は、図１２に示すように、ロータリアクチュエータとともに用いるようにしてもよい。ロータリアクチュエータ８０においては、ハウジング４４が、駆動力を受け入れるための外周部分を有しておらず、ハウジングの動きが制限されている。ハウジングは、静止している部分である。ハウジング４４の制限の範囲は、ハウジングを全く動かさないという状態から、矢印１５０に示すようにハウジングの動きを３６０°未満に制限する状態まで及ぶ。シャフトの捩り以外のあらゆる動きは、可動部分であるロータ４２によって行われる。ロータ４２およびベーン４６は、ハウジングによって限定されかつ制限された距離を移動しまたは揺動する。繰返し負荷のすべてはロータ４２に作用し、ロータ４２はすべての駆動力を受け入れる。前記実施態様の場合のように、直接制御圧力調整バルブ３８からの制御オイル圧力６８は、スプールバルブを正確に位置決めするために用いられる。スプール３７の一端はスプリング６６によって一方向に付勢され、直接制御圧力調整バルブからの制御圧はスプール３７に逆方向の力を加える。
【００４３】
図１３は、本発明の調整圧制御システムにおけるより詳細な閉ループ制御システムを概略的に示している。第１のステップ１０８において、ＥＣＵまたはコントローラ４０は、カムシャフトおよびクランクシャフト間の所望の角度と設定値を、例えばｒｐｍ（回転数）、温度、エンジン負荷およびスロットル位置（これらには限定されない）のような多くのエンジンパラメータに基づいて決定する。この設定値は、ステップ１０６において、静止部分つまりハウジング４４と可動部分つまりロータ４２との間の実際の位相位置１０２と合算される。その結果得られるエラー信号１０７は、正負のいずれかまたはゼロとなるが、制御法則１０４内に入力される。制御法則１０４は、エラー信号１０７を、電流または電圧のいずれかである制御信号１１０に変換する。制御信号１１０は、ステップ１１２においてゼロ制御信号１１１と合算される。このゼロ制御信号１１１は、同様に電圧または電流の形態であり、スプール３７の位置をゼロ位置または中央位置に調節するものである。図１０に関連して述べたように、ゼロ制御信号は、選定された電流範囲の約５０％である。ステップ１１２においてゼロ制御信号１１１を制御信号１１０と合算することによって、スプール３７は中央位置に戻され、これにより、スプール３７が、ロータリアクチュエータ８０の位置を調節するために後のステップにおいて要求されるアドバンス位置またはリタード位置のいずれかにおける最大移動量を有することを許容する。合算ステップ１１２から得られる電圧または電流の合算信号は、次のステップ１１３において、調整圧制御バルブ３８に送られる。オイルギャラリ７２からの供給オイル圧１１４もまた調整圧制御バルブ３８に入力され、図１０および図１１に示すように、直接調整された出力制御オイル圧がステップ１１６で生成されることになる。ステップ１１６からの調整制御圧は、ステップ１１８においてスプール３７の位置を供給圧力に比例して動かし、このスプール３７の移動が、続いてロータリアクチュエータ８０をカムトルク１２１の補助で動かし、これにより、ハウジングまたは静止部分４４とロータまたは可動部分４２との間の位相を変化させる。ステップ１２０においてロータリアクチュエータ８０が動かされた後、可動部分および静止部分間の位相位置がステップ１２２において再度測定され、上記ステップが繰り返される。
【００４４】
位相器のスプールバルブ用の従来の多くの液圧制御システムは、制御されたオイル圧力をスプールバルブの両端に加えるように設計されていた。例えば図２の従来技術に示されるような差圧制御システムにおいては、スプールバルブは、２つの直径部分、すなわち制御側端部における小直径部分と逆側端部における大直径部分とを有することが要求されていた。小直径側に加えられるのと同じ圧力が大面積に加えられていたため、大直径部分を有する側に小さな力しか加えられておらず、このため、スプールの大直径側を付勢するスプリングも設けられていた。同じオイル圧力をスプールバルブの両端に加えることによって、エンジンＲＰＭ（回転数）の変化によって生じるオイル圧の変動が相殺されていた。本発明の実施態様は、このような差圧制御システムに対して大きな利点を有する。それは、直接制御圧力調節器が、望ましくない圧力変動を、差圧システムが必要とされない点まで除去するかあるいは低減するからである。これによって、スプールバルブがただ１つの直径を有することになり、スプールバルブが簡素化され、かつそのコストが低下する。
【００４５】
ギャラリ圧力の変化による影響を受けにくくなることに加えて、直接制御圧力調節バルブ３８は、オイル圧の調節をパルス幅変調に依存するＶＣＴシステムに存在している高周波の圧力パルスを含まない制御圧を有しており、これによって、スプールバルブ３６の位置に対するより正確な制御が可能になる。
【００４６】
もう１つの利点は、直接制御圧力調節器に設定値を供給するのに、図１の従来技術に示すようなパルス幅変調システムにおいて多くの場合必要となる多重ラインではなく、所望であればただ１本の制御ラインを使用することである。これによって、おそらくは可変力ソレノイド用のただ１本の位相器制御ラインを含むコントローラをすでに所有している製造者が、コントローラを再設計する必要なく液圧制御のスプールバルブ用に改良するかまたはそれを組み込むことができるようになる。さらに、調整圧制御システムを用いることによって、位相器組立体の全ての軸方向長さ（overall axial package of the phaser）が低減する。
【００４７】
本明細書に記載したシステムおよびその同等システムは、メインオイルギャラリまたは供給圧力におけるオイル圧力変動による変化を低減し、供給圧力をほぼ一定にする。直接制御圧力調節器はカム位相器から離して取り付けることができる。直接制御圧力調節器はまた、カムベアリングの漏れを補償することができる。本明細書に記載したシステムはまた、カム位相器のフェイルセーフの位置を維持し、位相器の設計を簡素化し、組立体の長さを低減することができる。直接制御圧力調節器を備えたタイミング位相器制御システムの利点を活かし得る機械システムの種類は、内燃機関に止まらない。本明細書に含まれる概念による直接制御圧力調節器を備えたタイミング位相器の実施態様を実行するために、機能的および／または構造的に同等の他の種々の変更および置換を特定の実行態様に応じてかつ本願の特許請求の範囲内でなし得ることは、明らかである。
【００４８】
したがって、本明細書に記載する発明の実施太陽は、発明の原理の応用を単に例示するものであることが理解されるべきである。本明細書における例示された実施態様の詳細に言及することは、特許請求の範囲を制限するように意図されたものではない。特許請求の範囲それ自体が本発明に本質的とみなされる特徴を説明している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】スプールバルブ内でスプールの位置を制御するのにパルス幅変調バルブを用いる従来の位相器の概略図である。
【図２】スプールバルブ内のスプールの位置を制御するのに差圧制御システムを用いる従来の位相器の概略図である。
【図３ａ】本発明の制御システムを備えた、零位置におけるカムトルク駆動型位相器の概略図である。
【図３ｂ】本発明の制御システムを備えた、アドバンス位置に向かって移動するカムトルク駆動型位相器の概略図である。
【図３ｃ】本発明の制御システムを備えた、リタード位置に向かって移動するカムトルク駆動型位相器の概略図である。
【図４】他の実施形態による、零位置におけるカムトルク駆動型位相器の概略図である。
【図５】本発明の制御システムを備えた、零位置における油圧駆動型位相器の概略図である。
【図６】本発明の制御システムを備えた、零位置における捩り補助型位相器の概略図である。
【図７】本発明による制御システムのフローチャートである。
【図８】可変カムタイミング位相器を備えた、本発明による制御システムの他のフローチャートである。
【図９】本発明の制御システムを備えた可変カムタイミングシステムの概略図である。
【図１０】異なる電流が直接制御圧力調整バルブに印加された場合において、「供給圧」対「制御圧」のグラフである。
【図１１】異なる電流が他の実施態様の直接制御圧力調整バルブに印加された場合において、「供給圧」対「制御圧」のグラフである。
【図１２】本発明の制御システムを備えたロータリアクチュエータの概略図である。
【図１３】ロータリアクチュエータを備えた本発明の制御システムのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
２２：  位相器
２４：  クランクシャフト
２６：  カムシャフト
３６：  位相制御バルブ
３７：  スプール
３８：  圧力調整バルブ
４０：  コントローラ
４２：  ロータ
４４：  ハウジング
４６：  ベーン
５０：  アドバンスチャンバ
５２：  リタードチャンバ
【図１】
2008540904.tif 000003
【図２】
2008540904.tif 000004
【図３ａ】
2008540904.tif 000005
【図３ｂ】
2008540904.tif 000006
【図３ｃ】
2008540904.tif 000007
【図４】
2008540904.tif 000008
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月28日(2008.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトおよび少なくとも１つのカムシャフトを備えた内燃機関用の可変カムタイミング位相器であって、
クランクシャフトからの駆動力を受け入れるための外周部分を備えたハウジングと、
前記ハウジングの内部に同軸に配置されるカムシャフトに連結され、前記ハウジングとの間に少なくとも一つのチャンバを有し、少なくとも１つのベーンが前記チャンバをアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに区画し、前記少なくとも１つのベーンが回転により前記ハウジングとの相対角度位置を変更できるようになっているロータと、
前記ロータの孔にスライド可能に受け入れられるスプールを有し、前記スプールがスプリングによって第１の方向に付勢されており、前記ハウジングに対する前記ロータの相対的な角度位置を切り換えるように流体の流れを導くための位相制御バルブと、
調整圧制御システムとを備え、
前記調整圧制御システムが、
エンジンパラメータに基づいて信号を提供するコントローラと、
前記コントローラに接続された制御入力と、加圧流体源からの供給流体源圧力を受け入れるための供給ポートと、前記第１の方向と逆方向の第２の方向に前記スプールを付勢するために、調整された制御圧力を前記スプリングの逆側端において前記孔に供給するための制御ポートとを有する制御圧力調整バルブとを備え、
前記制御圧力調整バルブの前記供給ポートが、加圧流体源から供給流体源圧力を受け入れ、前記制御圧力調整バルブが、前記調整制御圧力を前記コントローラからの信号に基づいて制御圧力に調整し、前記制御圧力が、前記制御ポートを通って前記制御圧力調整バルブから出て、前記スプールの第２端部に前記第１の方向と逆方向の第２の方向の力を加え、それによって前記ハウジングおよび前記孔内の前記スプールの相対的な角度位置を切り換えるようになっている、
位相器。
【請求項２】
前記制御圧力調整バルブが前記位相器から離れている、
請求項１に記載の位相器。
【請求項３】
前記制御圧力調整バルブが内燃機関のシリンダヘッドに配置されている、
請求項１に記載の位相器。
【請求項４】
前記制御圧力調整バルブがカムベアリングキャップに配置されている、
請求項１に記載の位相器。
【請求項５】
前記信号の基礎となるエンジンパラメータが、温度、エンジン回転数およびスロットル位置の一つまたはそれ以上に基づいている、
請求項１に記載の位相器。
【請求項６】
前記信号が、所望のスプール位置に比例した電圧である、
請求項１に記載の位相器。
【請求項７】
前記信号が、所望のスプール位置に比例した電流である、
請求項６に記載の位相器。
【請求項８】
前記位相制御バルブが、流体を前記加圧流体源から前記アドバンスチャンバまたは前記リタードチャンバに導くとともに、他方のアドバンスまたはリタードチャンバから流体を排出することによって、前記位相制御バルブが位相器の位置を制御している、
請求項１に記載の位相器。
【請求項９】
前記位相制御バルブと前記加圧流体源との間にチェックバルブをさらに有している、
請求項８に記載の位相器。
【請求項１０】
前記位相制御バルブが、流体を前記アドバンスチャンバまたはリタードチャンバの一方から前記リタードチャンバまたはアドバンスチャンバの他方に選択的に導くことによって、位相器の位置を制御するとともに、流体の逆方向の流れを遮断するための少なくとも一つのチェックバルブをさらに備えている、
請求項１に記載の位相器。
【請求項１１】
補充流体を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、前記加圧流体源に接続された流路をさらに有している、
請求項１０に記載の位相器。
【請求項１２】
前記流路がチェックバルブをさらに有している、
請求項１１に記載の位相器。
【請求項１３】
内燃機関におけるクランクシャフトおよび少なくとも１つのカムシャフトの相対的角度位相を制御するための方法であって、前記内燃機関が、所望の角度位相を示す出力信号を生成するためのエンジンコントローラと、クランクシャフトおよび少なくとも一つのカムシャフトに連結された位相器とを備え、位相制御バルブの位置に応答してクランクシャフトおよびカムシャフト間の角度位相を調整することができるように構成されており、前記方法が、
ａ）エンジンパラメータに基づいて前記カムシャフトおよびクランクシャフト間の所望の角度を決定するステップと、
ｂ）前記位相器を所望の角度位置に移動させるために、前記制御バルブの所望位置に基づいてエンジンコントローラから出力信号を発生するステップと、
ｃ）調整制御圧を出力ポートに発生させるために、前記信号を前記コントローラから制御圧力調整バルブに伝送するステップと、
ｄ）前記位相制御バルブの位置が決定位置に変更されて、前記位相器がクランクシャフトおよびカムシャフト間の相対的角度位置を変更するように、前記調整制御圧をバネ力に抗して前記制御バルブに加えるステップと、
ｅ）所望の角度に達したとき、前記制御バルブを零位置に戻すために、前記ステップ（ｃ）および（ｄ）を実行して、位置を所望の角度に保持するステップと、
を備えた方法。
【請求項１４】
前記制御圧力調整バルブが前記位相器から離れている、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記制御圧力調整バルブが内燃機関のシリンダヘッドに配置されている、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記制御圧力調整バルブが内燃機関のカムベアリングキャップに配置されている、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記位相制御バルブが、流体を加圧流体源からアドバンスチャンバまたはリタードチャンバに導くとともに、他方のアドバンスまたはリタードチャンバから流体を排出することによって、位相位置を制御している、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記位相制御バルブと加圧流体源との間にチェックバルブをさらに有している、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記位相制御バルブが、流体をアドバンスチャンバまたはリタードチャンバの一方からリタードチャンバまたはアドバンスチャンバの他方に選択的に導くことによって、位相器の位置を制御しており、さらに流体の逆方向の流れを阻止する少なくとも一つのチェックバルブを備えている、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
補充用の流体を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、加圧流体源に接続された流路をさらに有している、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記流路がチェックバルブをさらに有している、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の方法おいて、ステップａ）が
ｉ）前記カムシャフトおよび前記クランクシャフト間の位相位置を測定するステップと、
ii）前記位相位置および前記設定値を合算してエラー信号を得るステップと、
iii)前記エラー信号を制御法則内に入力して制御信号を得るステップと、
iv）前記制御信号およびゼロ制御信号を合算するステップと、
をさらに備え、
前記ステップ(ii)における信号が、制御信号の合算とゼロ制御信号とを有している、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの可動部分と静止部分とを備えた内燃機関用のロータリアクチュエータであって、
動きが３６０°未満に制限されるハウジングと、
前記ハウジング内部に同軸に配置されるシャフトに連結され、駆動力を受け入れるように設けられ、前記ハウジングとで前記ハウジング内の少なくとも一つのチャンバをアドバンスチャンバおよびリタードチャンバに区画する少なくとも１つのベーンを画成し、前記ベーンが、回転して前記ハウジングとの相対的な角度位置を切り換えることができるロータと、
前記ハウジングに対する前記ロータの相対角度位置を切り換えるように流体の流れを導くために設けられ、孔にスライド可能に受け入れられたスプールを備え、前記スプールがスプリングによって第１の方向に付勢されている位相制御バルブと、
調整圧力制御システムとを備え、
前記調整圧力制御システムが、
エンジンパラメータに基づいて信号を提供するコントローラと、
前記コントローラに接続された制御入力と、加圧流体源から供給流体源圧力を受け入れる供給ポートと、前記第１の方向と逆方向の第２の方向に前記スプールを付勢するスプリングの逆側端において前記孔に調整制御圧を作用させるための制御ポートとを有する制御圧力調整バルブとを備え、
前記制御圧力調整バルブの前記供給ポートが、加圧流体源から供給流体源圧力を受け入れ、前記制御圧力調整バルブが、前記供給流体源調整制御圧力を前記コントローラからの信号に基づいて制御圧力に調整し、前記制御圧力が、前記制御ポートを通って前記制御圧力調整バルブから出て、前記スプールの第２の端部に前記第１の方向と逆方向の第２の方向の力を加え、それによって前記ハウジングおよび前記孔内の前記ロータスプールの相対角度位置を切り換えるようになっている、
ロータリアクチュエータ。
【請求項２４】
前記制御圧力調整バルブが前記ロータリアクチュエータから離れている、
請求項２３に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項２５】
前記信号の基礎となるエンジンパラメータが温度、エンジン回転数およびスロットル位置のうちの一つまたは二つ以上である、
請求項２３に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項２６】
前記信号が、所望のスプール位置に比例する電圧である、
請求項２３に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項２７】
前記信号が、所望のスプール位置に比例する電流である、
請求項２３に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項２８】
前記位相制御バルブと前記加圧流体源との間にチェックバルブをさらに有している、
請求項２３に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項２９】
前記位相制御バルブが、流体を前記アドバンスチャンバまたはリタードチャンバの一方から前記リタードチャンバまたはアドバンスチャンバの他方に選択的に導くことによって、ロータリアクチュエータの位置を制御しており、さらに流体の逆方向の流れを遮断するための少なくとも一つのチェックバルブを備えている、
請求項２３に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３０】
補充用の流体を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、加圧された流体源に接続される流路をさらに有している、
請求項２９に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３１】
前記流路がチェックバルブをさらに有している、
請求項３０に記載のロータリアクチュエータ。
【請求項３２】
前記制御圧力調整バルブが、可変ブリード圧力調整バルブである、
請求項１に記載の位相器。
【請求項３３】
前記制御圧力調整バルブが、直接作用型可変力ソレノイド圧力調整バルブである、
請求項１に記載の位相器。
【請求項３４】
前記制御圧力調整バルブが、可変ブリード圧力調整バルブである、
請求項２３に記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項３５】
前記制御圧力調整バルブが、直接作用型可変力ソレノイド圧力調整バルブである、
請求項２３に記載のロータリーアクチュエータ。
【国際調査報告】
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