(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと、少なくとも一つのカムシャフトと、クランクシャフトに連結されたカム駆動装置と、少なくとも一つのカムシャフトに取り付けられた内側部分とカム駆動装置に連結された同芯の外側部分とを有する可変カム位相器とを備え、可変カム位相器の流体制御入力における流体を変化させることにより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の相対的位相を変化させるように、内側部分および外側部分の相対的角度位置が流体制御入力に応答して制御可能になっている内燃機関のための可変カムタイミングシステムであって、
ａ）可変カム位相器の内側部分の中心軸における穴にスライド可能に取り付けられたスプールを有するスプールバルブ２８を備え、前記穴内におけるスプールの軸方向移動が可変カム位相器の流体制御入力における流体の流れを制御するように、前記穴が可変カム位相器の流体制御入力に連結された複数の流路を有しており、
ｂ）ｉ）スプールに対する流体圧を制御する電気的入力と、
ii）流体圧入力と、
iii）スプールの第１の端部２６に接続された第１の制御ポート３と、
iv) スプールの第２の端部２７に接続された第２の制御ポート４と、
v）少なくとも一つの排出ポートと、
からなる４方向バルブ２を備えており、
４方向バルブが第１の位置におかれているときに、油圧がスプールの第１の端部に伝達されるように、圧力入力が第１の制御ポートに接続されるとともに、排出ポートが第２の制御ポートに接続されており、
４方向バルブが第２の位置におかれているときに、油圧がスプールの第２の端部に伝達されるように、圧力入力が第２の制御ポートに接続されるとともに、排出ポートが第１の制御ポートに接続されており、
４方向バルブの位置がスプールを穴内の軸方向に移動させるようになっている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項２】
請求項１において、
ｃ）可変カムタイミングシステムによって制御される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ＶＣＴ位相測定センサ６１，６２と、
ｄ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、
ii）カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、
iii）零デューティサイクル信号５５に接続された第１の入力と、位相補償器の出力に接続された第２の入力と、出力とを有する加算器５６と、
iv）加算器の出力に接続された入力と、出力とを有する電流ドライバ５７と、
v）加算器の出力に接続された４方向バルブ駆動入力と、
vi）４方向バルブの電気的入力に接続された４方向バルブ駆動出力と、
vii）位相設定値入力、カム位相入力および４方向バルブ駆動入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が４方向バルブ出力に電気信号を供給して、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御するスプールを移動させる制御ポートの一つを通ってオイルが供給されるように制御ポートを調整するために、４方向バルブ駆動出力に出力する信号処理回路と、
からなるＶＣＴ制御回路とをさらに備えている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項３】
請求項１において、
スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサ３４をさらに備えた、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項４】
請求項３において、
ｄ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、
ii）カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、
iii）位置信号出力に接続されたスプールバルブ位置入力と、
iv）４方向バルブの電気的入力に接続された４方向バルブ駆動出力と、
v）位相設定値入力、カム位相入力およびスプールバルブ位置入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が４方向バルブ出力に電気信号を供給して、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御するスプールを移動させる制御ポートの一つを通ってオイルが供給されるように制御ポートを調整するために、４方向バルブ駆動出力に出力する信号処理回路と、
からなるＶＣＴ制御回路をさらに備えている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項５】
請求項４において、
信号処理回路が、
設定値入力、カム位相入力および４方向バルブ駆動出力に接続され、位相角を制御するための外側ループと、
スプールバルブ位置入力および内側ループに接続され、スプールバルブ位置を制御するための内側ループとから構成されており、
外側ループに設定された４方向バルブ駆動出力が、スプールバルブ位置に基づいた内側ループによって修正されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項６】
請求項５において、
ａ）外側ループが、
ｉ）Ａ）設定値入力に接続された第１の入力と、カム位相入力に接続された第２の入力と、第３の入力と、出力とを有する第１のＰＩコントローラ５２と、
Ｂ）第１のＰＩコントローラの出力に接続された入力と、第１の出力と、第２の出力とを有する位相補償器５３と、
Ｃ）位相補償器の第２の出力に接続された入力と、ＰＩコントローラの第３の入力に接続された出力とを有するアンチワインドアップ回路５４と、
とからなるアンチワインドアップループと、
ii）零位置オフセット信号６５に接続された第１の入力と、位相比較器の出力に接続された第２の入力と、第３の入力と、出力とを有する加算器７１と、
iii）加算器の出力に接続された入力と、出力とを有する第２のＰＩコントローラ６６と、
iv）第２のＰＩコントローラの出力に接続された入力と、４方向バルブ駆動出力に接続された出力とを有する電流ドライバ７２と、
から構成されており、
ｂ）内側ループが、スプールバルブ位置入力を加算器の第３の入力に接続している、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項７】
請求項６において、
４方向バルブ駆動出力に接続されたジッター信号５８をさらに備えている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項８】
請求項３において、
位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項９】
請求項３において、
スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結合、磁気結合および容量結合からなるグループから選択された手段によって、結合されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１０】
請求項１において、
制御ポートからのオイルがカムシャフトの中心を通って送出されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１１】
請求項１において、
排出ポートが二つの排出ポートから構成されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１２】
クランクシャフトと、少なくとも一つのカムシャフトと、クランクシャフトに連結されたカム駆動装置と、少なくとも一つのカムシャフトに取り付けられた内側部分とカム駆動装置に連結された同芯の外側部分とを有する可変カム位相器とを備え、可変カム位相器の流体制御入力における流体を変化させることにより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の相対的位相を変化させるように、内側部分および外側部分の相対的角度位置が流体制御入力に応答して制御可能になっている内燃機関のための可変カムタイミングシステムであって、
ａ）可変カム位相器の内側部分の中心軸における穴にスライド可能に取り付けられたスプールを有するスプールバルブ２８を備え、前記穴内におけるスプールの軸方向移動が可変カム位相器の流体制御入力での流体の流れを制御するように、前記穴が可変カム位相器の流体制御入力に連結された複数の流路を有しており、
ｂ）ｉ）スプールの第１の端部２６に対する流体圧を制御する電気的入力と、
ii）流体圧入力と、
iii）スプールの第１の端部２６に接続されるとともに、ソレノイドバルブの駆動時にスプールの第１の端部２６にエンジンオイル圧３２を供給するための制御ポート１６と、
からなる第１のソレノイドバルブ１２を備え、
ｃ）ｉ）スプールの第２の端部２７に対する流体圧を制御する電気的入力と、
ii）流体圧入力と、
iii）スプールの第２の端部２７に接続されるとともに、第２のソレノイドバルブの駆動時にスプールの第２の端部２７にエンジンオイル圧３２を供給するための制御ポート１７と、
からなる第２のソレノイドバルブ１３を備えている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１３】
請求項１２において、
ｄ）可変カムタイミングシステムによって制御される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ＶＣＴ位相測定センサ６１，６２と、
ｅ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、
ii）カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、
iii）零デューティサイクル信号５５に接続された第１の入力と、位相補償器の出力に接続された第２の入力と、出力とを有する加算器５６と、
iv）加算器の出力に接続された入力と、出力とを有する電流ドライバ５７と、
v）加算器の出力に接続された第１のソレノイド駆動入力と、
vi）加算器の出力に接続された第２のソレノイド駆動入力と、
vii）第１のソレノイドバルブの電気的入力に接続された第１のソレノイド駆動出力と、
viii）第２のソレノイドバルブの電気的入力に接続された第２のソレノイド駆動出力と、
ix）位相設定値入力、カム位相入力、第１のソレノイド駆動入力および第２のソレノイド駆動入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が第１および第２のソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、制御ポートを通って供給されるオイルの量を調整するとともに、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御してスプールを移動させるために、第１および第２のソレノイド駆動出力に出力する信号処理回路と、
からなるＶＣＴ制御回路とをさらに備えている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１４】
請求項１２において、
スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサ３４をさらに備えた、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１５】
請求項１４において、
ｄ）ｉ）ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、
ii）カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、
iii）位置信号出力に接続されたスプールバルブ位置入力と、
iv）第１のソレノイドバルブの電気的入力に接続された第１のソレノイド駆動出力と、
v）第２のソレノイドバルブの電気的入力に接続された第２のソレノイド駆動出力と、
vi）位相設定値入力、カム位相入力およびスプールバルブ位置入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が第１および第２のソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、制御ポートを通って流れるオイルの量を調整するとともに、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御してスプールを移動させるために、第１および第２のソレノイド駆動出力に出力する信号処理回路と、
からなるＶＣＴ制御回路をさらに備えている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１６】
請求項１５において、
信号処理回路が、
設定値入力、カム位相入力、第１および第２のソレノイド駆動出力に接続され、位相角を制御するための外側ループと、
スプールバルブ位置入力および内側ループに接続され、スプールバルブ位置を制御するための内側ループとから構成されており、
外側ループにより設定された第１および第２のソレノイド駆動出力が、スプールバルブ位置に基づいた内側ループによって修正されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１７】
請求項１６において、
ａ）外側ループが、
ｉ）Ａ）設定値入力に接続された第１の入力、カム位相入力に接続された第２の入力、第３の入力および出力を有する第１のＰＩコントローラ５２と、
Ｂ）第１のＰＩコントローラ５の出力に接続された入力と、第１の出力と、第２の出力とを有する位相補償器５３と、
Ｃ）位相補償器の第２の出力に接続された入力と、ＰＩコントローラの第３の入力に接続された出力とを有するアンチワインドアップ回路５４とから構成されたアンチワインドアップループと、
ii）零位置オフセット信号６５に接続された第１の入力と、位相補償器の出力に接続された第２の入力と、第３の入力と、出力とを有する加算器７１と、
iii）加算器の出力に接続された入力と、第１および第２のソレノイド駆動入力に接続された出力とを有する第２のＰＩコントローラ６６と、
ｂ）内側ループが、スプールバルブ位置入力を加算器の第３の入力に結合することを含んでいる、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１８】
請求項１４において、
位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項１９】
請求項１４において、
スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結合、磁気結合および容量結合からなるグループから選択された手段によって、結合されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項２０】
請求項１２において、
制御ポートからのオイルがカムシャフトの中心を通って送出されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項２１】
内燃機関であって、
ａ）クランクシャフトと、
ｂ）少なくとも一つのカムシャフト３３と、
ｃ）クランクシャフトに連結されたカム駆動装置と、
ｄ）少なくとも一つのカムシャフトに取り付けられた内側部分とカム駆動装置に取り付けられた同芯の外側部分とを有する可変カム位相器とを備え、可変カム位相器の流体制御入力における流体を変化させることにより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の相対的位相を変化させるように、内側部分および外側部分の相対的角度位置が流体制御入力に応答して制御可能になっており、
ｅ）さらに、可変カムタイミングシステムを備え、
可変タイミングシステムが、
ｉ）可変カム位相器の内側部分の中心軸における穴にスライド可能に取り付けられたスプールを有するスプールバルブ２８を備え、前記穴内におけるスプールの軸方向移動が可変カム位相器の流体制御入力における流体の流れを制御するように、前記穴が可変カム位相器の流体制御入力に連結された複数の流路を有しており、
ii）Ａ）スプールへの流体圧を制御する電気的入力と、
Ｂ）流体圧入力と、
Ｃ）スプールの第１の端部２６に接続された第１の制御ポート３と、
Ｄ）スプールの第２の端部２７に接続された第２の制御ポート４と、
Ｅ）少なくとも一つの排出ポートとからなる４方向バルブ２を備え、
４方向バルブが第１の位置におかれているときに、油圧がスプールの第１の端部に送出されるように、圧力入力が第１の制御ポートに接続され、排出ポートが第２の制御ポートに接続されるとともに、４方向バルブが第２の位置におかれているときに、油圧がスプールの第２の端部に送出されるように、圧力入力が第２の制御ポートに接続されるとともに、排出ポートが第１の制御ポートに接続されており、４方向バルブの位置がスプールを穴内の軸方向に移動させるようになっている、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２２】
請求項２１において、
スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサ３４をさらに備えた、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２３】
内燃機関であって、
ａ）クランクシャフトと、
ｂ）少なくとも一つのカムシャフト３３と、
ｃ）クランクシャフトに連結されたカム駆動装置と、
ｄ）少なくとも一つのカムシャフトに取り付けられた内側部分とカム駆動装置に取り付けられた同芯の外側部分とを有する可変カム位相器とを備え、可変カム位相器の流体制御入力における流体を変化させることにより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の相対的位相を変化させるように、内側部分および外側部分の相対的角度位置が流体制御入力に応答して制御可能になっており、
ｅ）さらに、可変カムタイミングシステムを備え、
可変タイミングシステムが、
ｉ）可変カム位相器の内側部分の中心軸における穴にスライド可能に取り付けられたスプールを有するスプールバルブ２８を備え、前記穴内におけるスプールの軸方向移動が可変カム位相器の流体制御入力における流体の流れを制御するように、前記穴が可変カム位相器の流体制御入力に連結された複数の流路を有しており、
ii）第１のソレノイドバルブ１２を備え、第１のソレノイドバルブ１２が、スプール２５の第１の端部２６にオイルを送出する第１の圧力ポート１６を有しており、
iii）第２のソレノイドバルブ１３を備え、第２のソレノイドバルブ１３が、スプール２５の第２の端部２７にオイルを送出する第２の圧力ポート１７を有している、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２４】
請求項２３において、
スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサ３４をさらに備えた、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２５】
クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を変更するための可変カムシャフトタイミングシステムを有する内燃機関において、位相器に対して流体源からの流体の流れを調整する方法であって、
カムシャフトおよびクランクシャフトの位相位置を検出する工程と、
検出工程から得られた情報を処理するとともに位相角誤差に基づいた命令信号を調整するエンジン制御回路を用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の相対位相角を計算する工程と、
スプールへの流体圧を制御する電気的入力と、流体圧入力と、スプールの第１の端部に接続された第１の制御ポートと、スプールの第２の端部に接続された第２の制御ポートと、少なくとも一つの排出ポートとからなる４方向バルブを用いて、スプールバルブ本体内をスライド可能なベントスプールの位置を制御する工程とを備えており、４方向バルブが第１の位置におかれているとき、油圧がスプールの第１の端部に輸送されるように、圧力入力が第１の制御ポートに接続されるとともに排出ポートが第２の制御ポートに接続されており、４方向バルブが第２の位置におかれているとき、油圧がスプールの第２の端部に輸送されるように、圧力入力が第２の制御ポートに接続されるとともに排出ポートが第１の制御ポートに接続されており、４方向バルブの位置がスプールを穴内の軸方向に移動させており、
さらに、導入ラインおよび戻りラインを通じて流体の流れを選択的に許容しまたは阻止するスプールバルブを介して、流体源からの流体を、カムシャフトに回転運動を伝達するための手段に供給する工程と、
クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を変更するように、カムシャフトとともに回転可能な位相器を介して、カムシャフトに回転運動を伝達する工程とを備えている、
ことを特徴とする流体調整方法。
【請求項２６】
請求項２５において、
ベントスプールの位置を制御する工程が、スプールに接続されるとともに、スプールの位置を検出する位置センサを利用している、
ことを特徴とする流体調整方法。
【請求項２７】
請求項２６において、
位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている、
ことを特徴とする流体調整方法。
【請求項２８】
クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を変更するための可変カムシャフトタイミングシステムを有する内燃機関において、位相器に対して流体源からの流体の流れを調整する方法であって、
カムシャフトおよびクランクシャフトの位相位置を検出する工程と、
検出工程から得られた情報を処理するとともに位相角誤差に基づいた命令信号を調整するエンジン制御回路を用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の相対位相角を計算する工程と、
スプールバルブ本体内をスライド可能なベントスプールの位置を制御する工程とを備えており、この制御工程が、スプールの第１の端部への流体圧を制御する電気的入力と、流体圧入力と、スプールの第１の端部に接続され、ソレノイドバルブの駆動時にエンジンオイル圧をスプールの第１の端部に輸送する制御ポートとを有する第１のソレノイドバルブと、スプールの第２の端部への流体圧を制御する電気的入力と、流体圧入力と、スプールの第２の端部に接続され、ソレノイドバルブの駆動時にエンジンオイル圧をスプールの第２の端部に輸送する制御ポートとを有する第２のソレノイドバルブとを利用しており、
さらに、導入ラインおよび戻りラインを通じて流体の流れを選択的に許容しまたは阻止するスプールバルブを介して、流体源からの流体を、カムシャフトに回転運動を伝達するための手段に供給する工程と、
クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を変更するように、カムシャフトとともに回転可能な位相器を介して、カムシャフトに回転運動を伝達する工程とを備えている、
ことを特徴とする流体調整方法。
【請求項２９】
請求項２８において、
ベントスプールの位置を制御する工程が、スプールに接続されるとともに、スプールの位置を検出する位置センサを利用している、
ことを特徴とする流体調整方法。
【請求項３０】
請求項２９において、
位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている、
ことを特徴とする流体調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変カムシャフトタイミングシステム（ＶＣＴ: variable camshaft timing system)の運転を制御するための液圧制御システムに関する。より詳細には、本発明は、カム位相器の制御のために、二つのパルス幅変調ソレノイド（ＰＷＭ： pulsed width modulated solenoids)または４方向バルブを使用する制御システムに関する。また本発明は、カム位相器を制御するための中央取付けのスプールバルブのダブルＰＷＭ制御に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
米国特許第 4,627,825号は、二つの電磁ソレノイドを使用しており、これらはそれぞれバルブを駆動して、位相器を一方向または他の方向に移動させている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第 4,627,825号
【０００４】
米国特許第 5,150,671号は、液圧を供給して中央のスプールバルブを駆動するのに、電磁気により運転される外部スプールバルブを使用している。
【０００５】
【特許文献２】
米国特許第 5,150,671号
【０００６】
米国特許第 5,333,577号は、電磁リニアソレノイドを使用するスプールバルブの閉ループ制御について教示している。当該米国特許は、要求された角度および温度からのずれに基づいてソレノイド位置を計算するための方策について記述している。
【０００７】
【特許文献３】
米国特許第 5,333,577号
【０００８】
米国特許第 5,363,817号は、運転中の変化を防止するための制御技術について教示している。
【０００９】
【特許文献４】
米国特許第 5,363,817号
【００１０】
米国特許第 5,666,914号は、ロータ内にパイロットバルブを有するベーン位相器を示している。
【００１１】
【特許文献５】
米国特許第 5,666,914号
【００１２】
以下の米国特許は引用することによって本件出願の中に含まれるのであるが、これらの米国特許に開示された情報を考慮することは、本発明の背景を調べるのに有用である。
【００１３】
ベーン式またはピストン式カム位相器のチャンバに対するオイルの流入および流出を制御するスプールバルブの位置を制御するのに種々の方法がある。これらの制御方法は、米国特許第 5,107,804号に示されたような外部取付けのソレノイドＤＰＣＳ(differential pressure control system ：差圧制御システム) や、米国特許第 5,497,738号に示されたような可変力ソレノイド、米国特許第 5,218,935号に示されたようなステッピングモータを含んでいる。
【００１４】
【特許文献６】
米国特許第 5,107,804号
【００１５】
【特許文献７】
米国特許第 5,497,738号
【００１６】
【特許文献８】
米国特許第 5,218,935号
【００１７】
可変力ソレノイド（ＶＦＳ: variable force solenoid)は、エンジンからの油圧に対する制御システムの依存度を減少させるとともに、異なる径のスプールを備える必要性を解消するものの、カム位相器の前方に配置する必要があり、このため、エンジンの長さ方向の寸法を増加させる。可変力ソレノイドは、ソレノイドがオフのときに、バルブをデフォールトおよびフェールセーフ位置に戻すスプリングのばね力に抗して中央取付けのスプールバルブの一端を押圧する。
【００１８】
ステッピングモータシステムも同様に、カム位相器の前方に取り付けられるので、エンジンの長さ方向の寸法を増加させる。このシステムは、位相器のフェールセーフ位置制御に問題がある。ステッピングモータの位置は、一旦オフにされると、フェールセーフ位置には戻らない。
【００１９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、エンジンの長さ方向の寸法を増加させることなく、カムシャフトの位相制御を行える可変カムタイミングシステムを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る可変カムタイミングシステムは、可変カム位相器の内側部分の中心穴内をスライド可能なスプールと、スプールの第１、第２の端部にそれぞれ接続された第１、第２の制御ポートおよび排出ポートを有し、スプールを中心穴内の軸方向に移動させるための４方向バルブ２とを備えている。４方向バルブが第１の位置におかれているとき、油圧がスプールの第１の端部に伝達されるように、圧力入力が第１の制御ポートに接続されるとともに、排出ポートが第２の制御ポートに接続されており、４方向バルブが第２の位置におかれているとき、油圧がスプールの第２の端部に伝達されるように、圧力入力が第２の制御ポートに接続されるとともに、排出ポートが第１の制御ポートに接続されている。
【００２１】
請求項２の発明では、請求項１において、可変カムタイミングシステムによって制御されるクランクシャフトおよびカムシャフトに連結されたＶＣＴ位相測定センサと、ＶＣＴ制御回路とを備えている。ＶＣＴ制御回路は、ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、加算器と、加算器に接続された電流ドライバと、４方向バルブ駆動入力と、４方向バルブの電気的入力に接続された４方向バルブ駆動出力と、信号処理回路とを備えている。信号処理回路は、位相設定値入力、カム位相入力および４方向バルブ駆動入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が４方向バルブ出力に電気信号を供給して、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御するスプールを移動させる制御ポートの一つを通ってオイルが供給されるように制御ポートを調整するために、４方向バルブ駆動出力に出力している。
【００２２】
請求項３の発明では、請求項１において、スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサをさらに備えている。
【００２３】
請求項４の発明では、請求項３において、ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、位置信号出力に接続されたスプールバルブ位置入力と、４方向バルブの電気的入力に接続された４方向バルブ駆動出力と、位相設定値入力、カム位相入力およびスプールバルブ位置入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が４方向バルブ出力に電気信号を供給して、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御するスプールを移動させる制御ポートの一つを通ってオイルが供給されるように制御ポートを調整するために、４方向バルブ駆動出力に出力する信号処理回路とからなるＶＣＴ制御回路をさらに備えている。
【００２４】
請求項５の発明では、請求項４において、信号処理回路が、設定値入力、カム位相入力および４方向バルブ駆動出力に接続され、位相角を制御するための外側ループと、スプールバルブ位置入力および内側ループに接続され、スプールバルブ位置を制御するための内側ループとから構成されており、外側ループに設定された４方向バルブ駆動出力が、スプールバルブ位置に基づいた内側ループによって修正されている。
【００２５】
請求項６の発明では、請求項５において、外側ループが、第１のＰＩコントローラ、位相補償器およびアンチワインドアップ回路からなるアンチワインドアップループと、加算器と、第２のＰＩコントローラと、電流ドライバとから構成されており、内側ループが、スプールバルブ位置入力を加算器の第３の入力に接続している。
【００２６】
請求項７の発明では、請求項６において、４方向バルブ駆動出力に接続されたジッター信号をさらに備えている。
【００２７】
請求項８の発明では、請求項３において、位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている。
【００２８】
請求項９の発明では、請求項３において、スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結合、磁気結合および容量結合からなるグループから選択された手段によって、結合されている。
【００２９】
請求項１０の発明では、請求項１において、制御ポートからのオイルがカムシャフトの中心を通って送出されている。
【００３０】
請求項１１の発明では、請求項１において、排出ポートが二つの排出ポートから構成されている。
【００３１】
請求項１２の発明に係る可変カムタイミングシステムは、可変カム位相器の内側部分の中心穴内をスライド可能なスプールと、スプールの第１の端部に接続され、スプールの第１の端部にエンジンオイル圧を供給するための制御ポートを有する第１のソレノイドバルブと、スプールの第２の端部に接続され、スプールの第２の端部にエンジンオイル圧を供給するための制御ポートを有する第２のソレノイドバルブを備えている。
【００３２】
請求項１３の発明では、請求項１２において、可変カムタイミングシステムによって制御されるクランクシャフトおよびカムシャフトに連結されたＶＣＴ位相測定センサと、ＶＣＴ制御回路とをさらに備えている。ＶＣＴ制御回路は、ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、加算器と、加算器に接続された電流ドライバと、第１および第２のソレノイド駆動入力と、第１および第２のソレノイド駆動出力と、信号処理回路とを備えている。信号処理回路は、位相設定値入力、カム位相入力、第１のソレノイド駆動入力および第２のソレノイド駆動入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が第１および第２のソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、制御ポートを通って供給されるオイルの量を調整するとともに、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御してスプールを移動させるために、第１および第２のソレノイド駆動出力に出力している。
【００３３】
請求項１４の発明では、請求項１２において、スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサをさらに備えている。
【００３４】
請求項１５の発明では、請求項１４において、ＶＣＴ位相測定センサに接続されたカム位相入力と、カムシャフトおよびクランクシャフトにおける所望の相対位相を表す信号を受け取るための位相設定値入力と、位置信号出力に接続されたスプールバルブ位置入力と、第１および第２のソレノイドバルブの電気的入力に接続された第１および第２のソレノイド駆動出力と、信号処理回路とを備えている。信号処理回路は、位相設定値入力、カム位相入力およびスプールバルブ位置入力からの各信号を受け取るとともに、位相設定値信号が位相設定値入力に供給されたときに、制御回路が第１および第２のソレノイド駆動出力に電気信号を供給して、制御ポートを通って流れるオイルの量を調整するとともに、位相設定値信号により選択されたカムシャフトの位相を変えるように可変カム位相器を制御してスプールを移動させるために、第１および第２のソレノイド駆動出力に出力している。
【００３５】
請求項１６の発明では、請求項１５において、信号処理回路が、設定値入力、カム位相入力、第１および第２のソレノイド駆動出力に接続され、位相角を制御するための外側ループと、スプールバルブ位置入力および内側ループに接続され、スプールバルブ位置を制御するための内側ループとから構成されており、外側ループにより設定された第１および第２のソレノイド駆動出力が、スプールバルブ位置に基づいた内側ループによって修正されている。
【００３６】
請求項１７の発明では、請求項１６において、外側ループが、第１のＰＩコントローラ、位相補償器およびアンチワインドアップ回路から構成されたアンチワインドアップループと、加算器と、第２のＰＩコントローラとを備えており、内側ループが、スプールバルブ位置入力を加算器の第３の入力に結合することを含んでいる。
【００３７】
請求項１８の発明では、請求項１４において、位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている。
【００３８】
請求項１９の発明では、請求項１４において、スプールおよび位置センサが、物理的結合、光学結合、磁気結合および容量結合からなるグループから選択された手段によって、結合されている。
【００３９】
請求項２０の発明では、請求項１２において、制御ポートからのオイルがカムシャフトの中心を通って送出されている。
【００４０】
請求項２１の発明に係る内燃機関は、クランクシャフトと、カムシャフトと、クランクシャフトに連結されたカム駆動装置と、可変カム位相器と、可変カムタイミングシステムとを備えている。そして、可変カム位相器の流体制御入力における流体を変化させることによりクランクシャフトおよびカムシャフトの相対的位相を変化させるように、可変カム位相器の内側部分および外側部分の相対的角度位置が流体制御入力に応答して制御可能になっている。また、可変タイミングシステムは、可変カム位相器の内側部分の中心穴内をスライド可能なスプールと、スプールの第１および第２の端部に接続された第１および第２の制御ポートと、排出ポートとを有する４方向バルブを備えている。４方向バルブが第１の位置におかれているとき、油圧がスプールの第１の端部に送出されるように、圧力入力が第１の制御ポートに接続されるとともに排出ポートが第２の制御ポートに接続されており、４方向バルブが第２の位置におかれているとき、油圧がスプールの第２の端部に送出されるように、圧力入力が第２の制御ポートに接続されるとともに排出ポートが第１の制御ポートに接続されている。
【００４１】
請求項２２の発明では、請求項２１において、スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサをさらに備えている。
【００４２】
請求項２３の発明に係る内燃機関は、クランクシャフトと、カムシャフトと、クランクシャフトに連結されたカム駆動装置と、カムシャフトに取り付けられた可変カム位相器と、可変カムタイミングシステムとを備えている。可変カムタイミングシステムは、可変カム位相器の内側部分の中心穴内をスライド可能なスプールと、スプールの第１の端部にオイルを送出する第１の圧力ポートを有する第１のソレノイドバルブと、スプールの第２の端部にオイルを送出する第２の圧力ポートを有する第２のソレノイドバルブとを備えている。
【００４３】
請求項２４の発明では、請求項２３において、スプールに接続されるとともに、スプールの物理的位置を表す位置信号出力を有する位置センサをさらに備えている。
【００４４】
請求項２５の発明に係る流体調整方法は、以下の工程を備えている。すなわち
ｉ）カムシャフトおよびクランクシャフトの位相位置を検出する工程。
ii）検出工程から得られた情報を処理するとともに位相角誤差に基づいた命令信号を調整するエンジン制御回路を用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の相対位相角を計算する工程。
iii）スプールへの流体圧を制御する電気的入力と、流体圧入力と、スプールの第１の端部に接続された第１の制御ポートと、スプールの第２の端部に接続された第２の制御ポートと、少なくとも一つの排出ポートとからなる４方向バルブを用いて、スプールバルブ本体内をスライド可能なベントスプールの位置を制御する工程。
iv）導入ラインおよび戻りラインを通じて流体の流れを選択的に許容しまたは阻止するスプールバルブを介して、流体源からの流体を、カムシャフトに回転運動を伝達するための手段に供給する工程。
ｖ）クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を変更するように、カムシャフトとともに回転可能な位相器を介して、カムシャフトに回転運動を伝達する工程。
そして、４方向バルブが第１の位置におかれているとき、油圧がスプールの第１の端部に輸送されるように、圧力入力が第１の制御ポートに接続されるとともに排出ポートが第２の制御ポートに接続されており、
４方向バルブが第２の位置におかれているとき、油圧がスプールの第２の端部に輸送されるように、圧力入力が第２の制御ポートに接続されるとともに排出ポートが第１の制御ポートに接続されており、４方向バルブの位置がスプールを穴内の軸方向に移動させている。
【００４５】
請求項２６の発明では、請求項２５において、ベントスプールの位置を制御する工程が、スプールに接続されるとともに、スプールの位置を検出する位置センサを利用している。
【００４６】
請求項２７の発明では、請求項２６において、位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている。
【００４７】
請求項２８の発明に係る流体調整方法は、以下の工程を備えている。すなわち
ｉ）カムシャフトおよびクランクシャフトの位相位置を検出する工程。
ii）検出工程から得られた情報を処理するとともに、位相角誤差に基づいた命令信号を調整するエンジン制御回路を用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の相対位相角を計算する工程。
iii）スプールバルブ本体内をスライド可能なベントスプールの位置を制御する工程。
iv）導入ラインおよび戻りラインを通じて流体の流れを選択的に許容しまたは阻止するスプールバルブを介して、流体源からの流体を、カムシャフトに回転運動を伝達するための手段に供給する工程。
ｖ）クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を変更するように、カムシャフトとともに回転可能な位相器を介して、カムシャフトに回転運動を伝達する工程。
制御工程は、スプールの第１の端部への流体圧を制御する電気的入力と、流体圧入力と、スプールの第１の端部に接続され、ソレノイドバルブの駆動時にエンジンオイル圧をスプールの第１の端部に輸送する制御ポートとを有する第１のソレノイドバルブと、スプールの第２の端部への流体圧を制御する電気的入力と、流体圧入力と、スプールの第２の端部に接続され、ソレノイドバルブの駆動時にエンジンオイル圧をスプールの第２の端部に輸送する制御ポートとを有する第２のソレノイドバルブとを利用している。
【００４８】
請求項２９の発明では、請求項２８において、ベントスプールの位置を制御する工程が、スプールに接続されるとともに、スプールの位置を検出する位置センサを利用している。
【００４９】
請求項３０の発明では、請求項２９において、位置センサが、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサからなるグループから選択されている。
【００５０】
本発明は、中央取付けのスプールバルブを制御するのに、離間配置された４方向バルブまたは二つのソレノイドバルブを有している。４方向バルブの実施態様においては、一方の制御ポートがスプールの一端に油圧を供給し、他方の制御ポートがスプールの他端に油圧を供給する。
【００５１】
二つのソレノイドバルブを有する実施態様においては、一方のソレノイドバルブの制御ポートがスプールの一端にオイルを送出し、他方のソレノイドバルブの制御ポートがスプールの他端にオイルを送出している。これらのシステムにおいて、二つの制御圧は、常時、エンジンオイル圧の一部である。
【００５２】
これらの制御システムの双方にとって、制御圧に対する制御信号の関係は、コントローラ内にマップ化されており、エンジンオイルの圧力および温度が変化するにつれて変化する。このような誤差を減少させる一つの方法は、スプールバルブ位置に位置センサを取り付けるとともに、スプールバルブ位置を制御する制御ループを備えることである。また、位相角を制御するためのもう一つのループがさらに設けられている。
【００５３】
【発明の実施の形態】
本発明は、エンジンからの油圧が供給される、離間配置された４方向バルブまたは二つのソレノイドバルブを備えている。４方向バルブの実施態様においては、一方の制御ポートがスプールの一端に油圧を供給し、他方の制御ポートがスプールの他端に油圧を供給する。このことは、スプールの両端を同じ径にすることを許容し、中央取付けのスプールバルブの寸法上の許容差を減少させる。
【００５４】
オイルは、カムベアリングの一方からカムの中心を通って送出される。ソレノイドが作動しない場合には、制御ポートの一方が、バルブをデフォールト位置またはフェールセーフ位置に戻すように位相器にオイルを供給するためのポートになるように、４方向バルブは、その行程の一端に配置されたデフォールト位置を有している。
【００５５】
本発明の第２の実施態様は、二つの別個のソレノイドバルブを使用している。一方のソレノイドバルブの制御ポートがスプールの一端にオイルを送出し、他方のソレノイドバルブの制御ポートがスプールの他端にオイルを送出している。これらのソレノイドからの圧力を調整することによって、スプールは前後に移動し、位相器へのオイルを制御して位相器の位置を制御する。
【００５６】
フェールセーフ状態では、通常、一方のソレノイドは開放しており、他方のソレノイドは閉じている。ソレノイドが正常に作動しない場合には、一方のソレノイドが、位相器をデフォールト位置に移動させるような全エンジン圧をスプールの端部に供給する。
【００５７】
これらのソレノイドは、位相器内で中央配置のスプールバルブを移動させるのに油圧に依存しているため、ソレノイドは、カムカバーの下方位置または離間位置に取り付けることができ、エンジン全体の長さを長くしない。オイル流路は、好ましくは、カムシャフトの中心を通っている。
【００５８】
このシステムにおいて、二つの制御圧は、常時、エンジンオイル圧の一部である。制御システムにおいて制御圧に対する制御信号の関係は、コントローラ内にマップ化されており、エンジンオイルの圧力および温度が変化するにつれて変化する。この場合には、制御法則の積分回路が位相器の設定値誤差を補償する。
【００５９】
本発明は、位置センサをスプールバルブ位置に取り付けることによって、このような誤差を減少させる。制御ループは、スプールバルブの位置を制御する。このタイプのシステムは、スプールおよびソレノイド制御システム内における何らかの摩擦ヒステリシスまたは磁気ヒステリシスを減少させる。
【００６０】
位相角を制御するためのもう一つのループも設けられている。内側ループがスプールバルブ位置を制御するとともに、外側ループが位相角を制御している。スプールバルブ位置に追加されているのは、スプールバルブを安定状態つまり零位置に移動させるためのオフセットである。零位置は、スプールが内方に移動して位相器を一方向に移動させるとともに外方に移動して位相器を他の方向に移動させるように、要求されている。
【００６１】
図１ないし図５に示すように、スプールバルブ２８は、穴３１と、穴３１内を前後方向にスライド可能なベントスプール２５とから構成されている。図示しないアドバンスチャンバおよびリタードチャンバへの流路９１は、例示目的のためのみに示されており、使用される位相器のタイプに応じて適宜決定される。
【００６２】
穴３１内におけるベントスプール２５の位置は、エンジンオイル圧３２が供給される、離間配置された４方向バルブ２の作用を受ける。４方向バルブ２は、スプール２５の端部に作用する。パルスはコイル１に供給され、コイル１はバルブ２を駆動する。
【００６３】
コイル１は、好ましくはソレノイドの一部であり、ソレノイドは４方向バルブ２を駆動する。４方向バルブ２は、好ましくは、制御信号に応答してコイル１に供給される電流によって制御される。制御信号は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４８から直接送出されるのが好ましい。
【００６４】
一方の圧力ポート３がスプール２５の一端２６に接続されており、他方の圧力ポート４がスプール２５の他端２７に接続されている。これにより、スプール２５の両端２６，２７を同じ直径にすることができ、中央配置のスプールバルブ２８の寸法許容差を小さくできる。
【００６５】
二つの排出ポート５，６が装置からのオイルを排出している。図には二つの排出ポートが示されているが、少なくとも一つの排出ポートが設けられていればよい。エンジンオイル圧３２は、好ましくは、カムベアリング９２の一方からカムシャフト３３の中心を通って供給される。
【００６６】
カムシャフト３３は、オーバヘッドカムシャフト型またはインブロックカムシャフト型のいずれかにおける単一カムシャフトエンジンのカムシャフトである。あるいは、カムシャフト３３は、ダブルカムシャフトエンジンの吸気バルブ駆動カムシャフトまたは排気バルブ駆動カムシャフトのいずれかである。
【００６７】
ソレノイドが作動しない場合に、圧力ポートの一方が、バルブをデフォールト位置またはフェールセーフ位置に戻すように位相器６０にオイルを供給するためのポートになるように、４方向バルブ２が、その行程の一端に配置されたデフォールト位置を有しているのが好ましい。位相器６０は、図面では詳細に示されていない。
【００６８】
グラフ１１は、制御信号の増加につれて圧力ポート３からスプール端部２６への流量が減少することを示している。圧力ポート３からスプールへの流量が無視できる量になると、圧力ポート４からスプール端部２７への流量が増加し始める。このような制御信号に応答した流量制御は、離間配置の４方向バルブがスプール２５の移動を制御するのを許容する。
【００６９】
図５は、本発明の一実施態様による制御システムのブロック図である。エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４８は、エンジンに対する種々の要求およびシステムパラメータ（温度、スロットル位置、油圧、エンジン速度等）に基づいて位相設定値４９を決定する。
【００７０】
設定値は、フィルタ５０でフィルタリングされ、加算器５１でＶＣＴ位相測定値６４と結合されるとともに、ＰＩコントローラ５２、位相補償器５３およびアンチワインドアップ回路５４を備えた制御ループに出力される。
【００７１】
この制御ループの出力は、加算器５６において、零デューティサイクル信号５５と結合されて、電流ドライバ５７に出力されている。電流ドライバ５７の出力は、加算器７０でジッター信号５８と結合されて、４方向バルブ２を駆動する電流３９として出力されている。
【００７２】
４方向バルブ２は、位相器６０の中央に配置されたスプール２５を移動させるために、スプール２５端部へのオイルの流れを制御する。スプールバルブ２８は、ベーンチャンバに油圧を作用させることによって、またはカムトルクパルス５９が位相器６０を移動させるように流路を切り換えることによって、流体（エンジンオイル）を制御してＶＣＴ位相器６０を駆動する。
【００７３】
カムの位置はカムセンサ６１によって検出され、クランクの位置（またはクランクシャフトに連結された位相器駆動スプロケットの位置）はセンサ６２によって検出されるとともに、これらの差は、ＶＣＴ位相信号６４を導き出すＶＣＴ位相測定回路６３によって用いられる。ＶＣＴ位相信号６４は、ループを完成するようにフィードバックされている。グラフ１１と同様に、グラフ４２は、電流の変化に応答した流量を示している。
【００７４】
図１および図５のシステムにおいては、二つの制御圧が常時エンジンオイル圧の一部になっている。制御システムにおいて、制御圧に対する制御信号の関係はコントローラ内にマップ化されている。この関係は、エンジンオイルの圧力および温度が変化すると変化する。この場合、制御法則の積分回路が、任意の位相器設定値誤差を補償する。
【００７５】
図２および図６においては、本発明が、スプールバルブ位置に取り付けられた位置センサ３４を備えることによって、このような誤差を減少させている。位置センサ３４は、スプール２５の位置を検出するように取り付けられている。図面では、位置センサ３４はスプール２５と物理的に接触しているが、このような物理的接触は必ずしも必要ではない。
【００７６】
たとえば、位置センサ３４は、光学結合、容量結合または磁気結合により、スプール２５に接続されていてもよい。本発明で使用される位置センサ３４は、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサを含むが、これらには限定されない。
【００７７】
図６は、本実施態様による制御回路のブロック図であり、スプールバルブの位置を制御して、スプールおよびソレノイド制御システム内の摩擦ヒステリシスまたは磁気ヒステリシスを減少させるのにフィードバックループを使用している。第２のフィードバックが位相角を制御している。
【００７８】
内側ループ３７がスプールバルブ位置を制御し、図５に示されたものと同様の外側ループが位相角を制御している。スプールバルブを安定状態または零位置に移動させるのに、スプールバルブ位置にはオフセットが追加されているのが好ましい。
【００７９】
この零位置は、スプールが内方に移動して位相器を一方向に移動させるとともに、スプールが外方に移動して位相器を他の方向に移動させるように、要求されている。
【００８０】
図６における基本的な位相器制御ループは、図５におけるものと同一であり、符号も同一であるため、回路についての別個の説明は行わない。図６に示された発明の実施態様と図５の実施態様との違いは、位相補償器５３の出力で始動する内側ループ３７にある。
【００８１】
補償器５３の出力は、加算器７１において零位置オフセット６５およびスプール位置センサ３４の出力６９と結合されており、加算器７１は内側ループ３７のＰＩコントローラに出力している。ＰＩコントローラ６６の出力は、電流ドライバ７２に入力されている。
【００８２】
電流ドライバ７２の出力は、加算器７０においてジッター信号５８に結合されており、加算器７０からの電流が４方向バルブ２を駆動している。中央配置のスプールバルブ２８の位置は位置センサ３４によって読み込まれ、位置センサ３４の出力６９は、ループ３７を完成するように、フィードバックされている。
【００８３】
位置が電流の増加につれて変化する図５のグラフ４３とは異なり、位置センサ制御ループである内側ループ３７が加えられると、グラフ４４に示すように、位置が位置設定値４１の１次関数になる。
【００８４】
図３および図７においては、本発明の他の実施態様が二つの別個のソレノイドバルブ１２，１３を使用している。ソレノイドバルブは、好ましくは、パルス幅変調ソレノイド（ＰＷＭ: pulse width modulated solenoids) である。コイル１４，１５からのパルスは、それぞれバルブ１２，１３を駆動する。
【００８５】
一方のソレノイドバルブ１２の圧力ポート１６がスプール２５の一端にオイルを送出し、他方のソレノイドバルブ１３の圧力ポート１７がスプール２５の他端にオイルを送出している。
【００８６】
これらのソレノイドからの圧力を調整することによって、スプール２５は、位相器６０へのオイルを制御して位相器６０の位置を制御するように、前後方向に移動することができる。位相器６０には、制御圧供給路１８も接続されている。
【００８７】
フェールセーフ状態については、一方のソレノイド１２が通常開放状態にされ（グラフ１９参照）、他方のソレノイド１３が通常閉塞状態にされる（グラフ２２参照）。もしソレノイドが作動しなければ、一方のソレノイドが、位相器をデフォールト位置に移動させる全エンジン圧をスプールの端部に作用させる。
【００８８】
これらのソレノイドは、位相器内で中央配置のスプールバルブ２８を移動させるのに油圧３２を利用しているため、ソレノイドは、好ましくは、カムカバーの下方に離れて取り付けられ、エンジンの長さを越えることはない。油路は、好ましくは、カムシャフト３３の中心を通って配設される。
【００８９】
図７は、本実施態様のブロック図である。エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４８は、エンジンに対する種々の要求およびシステムパラメータ（温度、スロットル位置、油圧、エンジン速度等）に基づいて位相設定値４９を決定する。
【００９０】
設定値は、ＰＩコントローラ５２、位相補償器５３およびアンチワインドアップ回路５４を備えた制御ループ内において、フィルタ５０でフィルタリングされるとともに、加算器５１でＶＣＴ位相測定値６４と結合されている。
【００９１】
この制御ループの出力は、加算器５６において、零運転サイクル信号５５と結合されて、第１および第２のソレノイド１２，１３に出力されている。二つのソレノイド１２，１３からの圧力ポート１６，１７は、位相器６０の中央に配置されたスプール２５の移動を制御するために、スプール２５の端部にオイルを送出する。
【００９２】
グラフ４５，６７が示すように、ソレノイド１２については、デューティサイクルの増加が圧力を増加させ、一方、ソレノイド１３については、その逆に、デューティサイクルの増加が圧力を減少させる。
【００９３】
スプールバルブ２８は、ベーンチャンバに油圧を作用させることによって、またはカムトルクパルス５９が位相器６０を移動させるように流路を切り換えることによって、ＶＣＴ位相器６０を駆動するように流体（エンジンオイル）を制御する。
【００９４】
カムの位置はカムセンサ６１によって検出され、クランクの位置（またはクランクシャフトに連結された位相器駆動スプロケットの位置）はセンサ６２によって検出されるとともに、これらの差は、ＶＣＴ位相信号６４を導き出すＶＣＴ位相測定回路６３によって用いられる。ＶＣＴ位相信号６４は、ループを完成するようにフィードバックされている。
【００９５】
図３および図７のシステムにおいては、二つの制御圧が常時エンジンオイル圧の一部になっている。制御システムにおいて、制御圧に対する制御信号の関係はコントローラ内にマップ化されている。この関係は、エンジンオイルの圧力および温度が変化すると変化する。この場合、制御法則の積分回路が、任意の位相器設定値誤差を補償する。
【００９６】
図４および図８においては、本発明が、スプールバルブ位置に取り付けられた位置センサ３４を備えることによって、このような誤差を減少させている。位置センサ３４は、スプール２５の位置を検出するように取り付けられている。図面では、位置センサ３４がスプール２５と物理的に接触しているが、このような物理的接触は必ずしも必要ではない。
【００９７】
たとえば、位置センサ３４は、光学結合、容量結合または磁気結合により、スプール２５に接続されていてもよい。本発明で使用される位置センサ３４は、リニアポテンシオメータ、ホール効果センサおよびテープエンドセンサを含むが、これらには限定されない。
【００９８】
図８は、本実施態様による制御回路のブロック図であり、スプールバルブの位置を制御して、これにより、スプールおよびソレノイド制御システム内の摩擦ヒステリシスまたは磁気ヒステリシスを減少させるのにフィードバックループを使用している。第２のフィードバックが位相角を制御している。内側ループ３７がスプールバルブ位置を制御し、図７に示されたものと同様の外側ループが位相角を制御している。
【００９９】
スプールバルブを安定状態または零位置に移動させるのに、スプールバルブ位置にオフセットが追加されているのが好ましい。この零位置は、スプールが内方に移動して位相器を一方向に移動させるとともに、スプールが外方に移動して位相器を他の方向に移動させるように、要求されている。
【０１００】
図８における基本的な位相器制御ループは、図７におけるものと同一であり、符号も同一であるため、回路についての別個の説明は行わない。図８に示された発明の実施態様と図７の実施態様との違いは、位相補償器５３の出力で始動する内側ループ３７にある。
【０１０１】
補償器５３の出力は、加算器７１において零位置オフセット６５およびスプール位置センサ３４の出力６９と結合されており、加算器７１は内側ループ３７のＰＩコントローラに出力している。ＰＩコントローラ６６の出力は、第１のソレノイド１２および第２のソレノイド１３に入力されている。
【０１０２】
これらのソレノイド１２，１３による圧力は、中央配置のスプールバルブ２８の位置を制御している。中央配置のスプールバルブ２８の位置は位置センサ３４によって読み込まれ、位置センサ３４の出力６９は、ループ３７を完成するように、フィードバックされている。
【０１０３】
位置が電流の増加につれて変化する図７のグラフ４６とは異なり、位置センサ制御ループである内側ループ３７が加えられると、グラフ４７に示すように、位置が位置設定値４１に対して１次関係になる。
【０１０４】
本発明が関連する分野の当業者は、上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神および本質的な特徴部分から外れることなく、本発明の原理を採用する種々の変形例やその他の実施態様を構築し得る。上述の実施態様はあらゆる点で単なる例示としてのみみなされるべきものであり、限定的なものではない。
【０１０５】
それゆえ、本発明の範囲は、上記記述内容よりもむしろ添付の請求の範囲に示されている。したがって、本発明が個々の実施態様に関連して説明されてきたものの、構造、順序、材料その他の変更は、本発明の範囲内においてではあるが、当該技術分野の当業者にとって明らかであろう。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、エンジンの長さ方向の寸法を増加させることなく、カムシャフトの位相制御を行える可変カムタイミングシステムを実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様における中央取付けのスプールバルブの４方向バルブ制御を示している。
【図２】本発明の一実施態様において、位置センサを有する中央取付けのスプールバルブの４方向バルブ制御を示している。
【図３】本発明の一実施態様における中央取付けのスプールバルブのダブルＰＷＭ制御またはダブル比例制御を示している。
【図４】本発明の一実施態様において、位置センサを有する中央取付けのスプールバルブのダブルＰＷＭ制御またはダブル比例制御を示している。
【図５】位置フィードバックのない４方向バルブ制御のブロック図である。
【図６】位置フィードバックを有する４方向バルブ制御のブロック図である。
【図７】位置フィードバックのないダブルＰＷＭ制御のブロック図である。
【図８】位置フィードバックを有するダブルＰＷＭ制御のブロック図である。
【符号の説明】
２：  ４方向バルブ
３：  圧力ポート（第１のポート）
４：  圧力ポート（第２のポート）
５：  排出ポート
６：  排出ポート
２５：（ベント）スプール
２６：  一端（第１の端部）
２７：  他端（第２の端部）
２８：  スプールバルブ
３３：  カムシャフト
３１：  穴
６０：（可変カム）位相器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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