(57)【要約】【課題】油圧エネルギー及び電気エネルギー消費を低減することで、カム位相システムの効率を向上させる。【解決手段】内燃機関のシリンダ弁タイミングを変化させるための制御システムを提供する。この制御システムは、第一及び第二アクチュエータ・ポートを有し、クランク軸に対するカム軸の回転位相を調整するカム位相アクチュエータと、第一制御弁と、第二制御弁と、動的再生弁と、を備えている。１つの実施例では、動的再生弁は、クランク軸に対するカム軸の回転位相を調整する際に、カム位相アクチュエータが油圧作動モードとカムトルク作動モードの間で動作を切り替えることができるように構成されている。【選択図】図３
2017025919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ、タンク、クランク軸、及びカム軸を備えた内燃機関のシリンダ弁タイミングを変化させるための制御システムであって、
前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を調整するための、第一アクチュエータ・ポートと第二アクチュエータ・ポートを有するカム位相アクチュエータと、
前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第一ポートと、第二ポートと、前記カム位相アクチュエータの前記第一アクチュエータ・ポートと流体連通した第一ワークポートと、を備え、前記第一ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第一位置と、前記第二ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第二位置と、を有する第一制御弁と、
前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第三ポートと、第四ポートと、前記第二アクチュエータ・ポートと流体連通した第二ワークポートと、を備え、前記第三ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される一つの位置と、前記第四ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される他の位置と、を有する第二制御弁と、
前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を調整する際に、前記カム位相アクチュエータが油圧作動モードとカムトルク作動モードの間で動作を切り替えることができるように構成された動的再生弁と、
を備えたことを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記動的再生弁が、
ハウジングと、
ハウジング内に収容され、第一弁部材位置と第二弁部材位置の間で移動可能な弁部材と、
を備え、
前記ハウジングには、圧力ポート、再生ポート、及びタンクポートが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記カム位相アクチュエータが前記カムトルク作動モードで動作する際に、前記弁部材が前記再生ポートと前記タンクポートの間での流体連通が阻止される第一弁部材位置にあることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記カム位相アクチュエータが前記油圧作動モードで動作する際に、前記弁部材が前記再生ポートと前記タンクポートの間での流体連通が提供される第二弁部材位置にあることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項５】
前記弁部材がスプールであることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項６】
前記弁部材がポペットであることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項７】
前記弁部材が差動領域を形成する部分を備えていることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項８】
前記弁部材が前記第二弁部材位置にある際に、前記差動領域によって前記弁部材が前記再生ポートと前記タンクポートの間の流路領域を増加又は減少させることができるようにすることを特徴とする請求項７に記載の制御システム。
【請求項９】
動作可能に接続されて、前記ポンプから前記第一ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第一チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１０】
動作可能に接続されて、前記ポンプから前記第三ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第二チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記第一制御弁の前記第二ポートが前記第二アクチュエータ・ポートと流体連通していることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１２】
動作可能に接続されて、前記第一制御弁の前記第二ポートから前記第二アクチュエータ・ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第三チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記第二制御弁の前記第四ポートが前記第一アクチュエータ・ポートと流体連通していることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１４】
動作可能に接続されて、前記第二制御弁の前記第四ポートから前記第一アクチュエータ・ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第四チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項１３に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記第一制御弁の前記第二ポートと前記第二制御弁の前記第四ポートとが、前記再生ポートと流体連通していることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１６】
前記タンクポートが前記タンクと流体連通していることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項１７】
前記圧力ポートが前記ポンプの出口と流体連通していることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項１８】
前記弁部材がばねによって第一スプール位置に付勢されていることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項１９】
前記第一制御弁と前記第二制御弁が、両方とも三方弁であることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項２０】
前記第一ワークポートと流体連通する一方のアクチュエータ・ポートと、前記第二ワークポートと流体連通する他方のアクチュエータ・ポートと、を有する第二カム位相アクチュエータをさらに備え、
前記第一カム位相アクチュエータが、前記カム軸が回転中の第一角度範囲の間に変化し、前記第二カム位相アクチュエータが、前記カム軸が回転中の第二角度範囲の間に変化することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項２１】
ポンプ、タンク、クランク軸、及びカム軸を備えた内燃機関のシリンダ弁タイミングを変化させるための制御システムであって、
前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を調整するための、第一アクチュエータ・ポートと第二アクチュエータ・ポートを有するカム位相アクチュエータと、
前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第一ポートと、第二ポートと、前記カム位相アクチュエータの前記第一アクチュエータ・ポートと流体連通した第一ワークポートと、を備え、前記第一ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第一位置と、前記第二ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第二位置と、を有する第一制御弁と、
前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第三ポートと、第四ポートと、前記第二アクチュエータ・ポートと流体連通した第二ワークポートと、を備え、前記第三ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される一つの位置と、前記第四ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される他の位置と、を有する第二制御弁と、
前記ポンプの出口のところの圧力に基づいて、前記カム位相アクチュエータが油圧作動モードとカムトルク作動モードの間で動作を切り替えることができるように構成された動的再生弁と、
を備えたことを特徴とする制御システム。
【請求項２２】
前記動的再生弁が、
ハウジングと、
ハウジング内に収容され、第一弁部材位置と第二弁部材位置の間で移動可能な弁部材と、
を備え、
前記ハウジングには、圧力ポート、再生ポート、及びタンクポートが形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２３】
前記弁部材が前記再生ポートと前記タンクポートの間での流体連通が阻止される第一弁部材位置にあることを特徴とする請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２４】
前記弁部材が前記再生ポートと前記タンクポートの間での流体連通が提供される第二弁部材位置にあることを特徴とする請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２５】
前記弁部材が付勢部材によって前記第一弁部材位置に向かって付勢されていることを特徴とする請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２６】
前記付勢部材がばねであることを特徴とする請求項２５に記載の制御システム。
【請求項２７】
前記カム位相アクチュエータが前記カムトルク作動モードで動作する際に、前記ポンプの前記出口での圧力が前記付勢部材の力を克服するのに十分な力を弁部材に提供せず、前記弁部材が前記付勢部材によって前記第一弁部材位置に向かって付勢されることを特徴とする請求項２５に記載の制御システム。
【請求項２８】
前記カム位相アクチュエータが前記油圧作動モードで動作する際に、前記ポンプの前記出口での圧力が前記付勢部材の力を克服するのに十分な力を弁部材に提供して、前記弁部材が前記第二弁部材位置に移動することを特徴とする請求項２５に記載の制御システム。
【請求項２９】
前記弁部材が差動領域を形成する部分を備えていることを特徴とする請求項２２に記載の制御システム。
【請求項３０】
前記弁部材が前記第二弁部材位置にある際に、前記ポンプの前記出口の圧力変化及び／又は前記再生ポートのところの圧力変化に応じて、前記差動領域によって前記弁部材が前記再生ポートと前記タンクポートの間の流路領域を増加又は減少させることができるようにすることを特徴とする請求項２９に記載の制御システム。
【請求項３１】
動作可能に接続されて、前記ポンプから前記第一ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第一チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項３２】
動作可能に接続されて、前記ポンプから前記第三ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第二チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項３１に記載の制御システム。
【請求項３３】
前記第一制御弁の前記第二ポートが前記第二アクチュエータ・ポートと流体連通していることを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項３４】
動作可能に接続されて、前記第一制御弁の前記第二ポートから前記第二アクチュエータ・ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第三チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項３３に記載の制御システム。
【請求項３５】
前記第二制御弁の前記第四ポートが前記第一アクチュエータ・ポートと流体連通していることを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項３６】
動作可能に接続されて、前記第二制御弁の前記第四ポートから前記第一アクチュエータ・ポートへの一方向にのみ流体が流れるように制限する第四チェック弁をさらに備えたことを特徴とする請求項３５に記載の制御システム。
【請求項３７】
前記第一制御弁の前記第二ポートと前記第二制御弁の前記第四ポートとが、前記再生ポートと流体連通していることを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項３８】
前記タンクポートが前記タンクと流体連通していることを特徴とする請求項２２に記載の制御システム。
【請求項３９】
前記圧力ポートが前記ポンプの出口と流体連通していることを特徴とする請求項２２に記載の制御システム。
【請求項４０】
前記第一制御弁と前記第二制御弁が、両方とも三方弁であることを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項４１】
前記第一ワークポートと流体連通する一方のアクチュエータ・ポートと、前記第二ワークポートと流体連通する他方のアクチュエータ・ポートと、を有する第二カム位相アクチュエータをさらに備え、
前記第一カム位相アクチュエータが、前記カム軸が回転中の第一角度範囲の間に変化し、前記第二カム位相アクチュエータが、前記カム軸が回転中の第二角度範囲の間に変化することを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項４２】
ポンプ、タンク、クランク軸、及びカム軸を備えた内燃機関のシリンダ弁タイミングを変化させるための制御システムであって、
前記クランク軸に対するカム軸の回転位相を調整するための、第一アクチュエータ・ポートと第二アクチュエータ・ポートを有するカム位相アクチュエータと、
少なくとも２つのポートを備えた少なくとも１つの制御弁であって、前記ポンプと前記第一アクチュエータ・ポートとの間、前記ポンプと前記第二アクチュエータ・ポートとの間、前記第一アクチュエータ・ポートと前記タンクとの間、及び、前記第二アクチュエータ・ポートと前記タンクとの間、の１つ以上を選択的に流体連通させる制御弁と、
前記少なくとも２つのポートの１つと前記タンクとの間に設けられた動的再生弁と、
を備え、
前記動的再生弁が、前記ポンプの出口のところの圧力に基づいて、油圧作動モードとカムトルク作動モードの間で前記カム位相アクチュエータの動作を切り替えるように構成されていることを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１３年３月１１日に出願された米国特許出願第１３／７９２，３９６号明細書、表題「内燃機関におけるシリンダ弁タイミングを変更するためのシステム」の一部継続出願であり、参照することによってここに組み込まれる。
【０００２】
（連邦支援の研究に関する宣言）
適用しない。
【０００３】
本発明は、内燃機関のための可変シリンダ弁タイミングシステムに関し、特にクランク軸とカム軸の間の位相関係を変化させる油圧作動アクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
内燃期間は、クランク軸を駆動するために接続されたピストンを含む複数のシリンダを有している。各シリンダは、シリンダへの空気の流れとシリンダからの排気ガスの流れを制御する２つ以上の弁を有している。弁は、クランク軸によって回転されるように機械的に接続されたカム軸によって動作する。ギヤ、チェーン、又はベルトがクランク軸をカム軸と結合するために用いられてきた。各シリンダの燃焼サイクルの間、適切な回数だけ弁が開閉することが重要である。従来、弁タイミング関係は、クランク軸とカム軸の間の機械的な結合によって固定されていた。
【０００５】
弁タイミングの固定設定は、しばしば、すべてのエンジン動作速度にわたって全体的に最良の動作とするための妥協であった。しかし、もし弁タイミングをエンジン速度、エンジン負荷、又は他の要因の関数として変化させれば、最適なエンジン性能が得られることが認識されている。コンピュータによるエンジン制御の出現で、現在の動作条件に基づいて最適なシリンダ弁タイミングを決定し、それに応じてタイミングを調整することが可能になった。
【０００６】
典型的な可変シリンダ弁タイミングシステムを図１に示すが、その中で、エンジン・コンピュータ１１が最適な弁タイミングと、ポンプ１３からカム位相アクチュエータ１２への加圧オイルの流れを制御する四方向電気油圧弁１０に付加する電流を決定する。一般的にポンプ１３はエンジンに潤滑油を送るために用いられる従来型のポンプである。カム位相アクチュエータ１２はカム軸１４をタイミングベルトで駆動される滑車（pulley）１６と結合する。タイミングベルトはエンジンのクランク軸にある別の滑車と係合している。滑車に代えて、鎖歯車（chain sprocket）、ギヤ、又は他の装置を、カム軸１４をクランク軸と機械的に結合させるために用いることができる。センサ１５が、カム軸１４の位相角を示す電気的フィードバック信号をエンジン・コンピュータ１１に送る。
【０００７】
次に図２を参照して、カム位相アクチュエータ１２はカム軸１４に固定されたロータ２０を有している。カム位相アクチュエータ１２はタイミングベルト滑車１６内の４つのチャンバに外向きに突出した４つの羽根（vane）２２を有し、それによって各チャンバ内でそれぞれの羽根の対向するサイドに第一と第二キャビティ２６，２８を形成している。アクチュエータ・マニホールド１５内の第一ポート１８は、第一通路３０によって第一キャビティ２６と接続され、第二通路３３は第二ポート１９を第二キャビティ２８と接続する。
【０００８】
カム位相アクチュエータ１２の第一、第二ポート１８，１９へのエンジン油の添加を選択的に制御することによって、回転滑車１６とカム軸１４の間の位相角関係は、シリンダ弁タイミングより進めたり遅らしたりするように変化させることができる。電気油圧弁１０が中央又は中立位置に付勢されると、ポンプ１０からの流体は、各タイミングで滑車チャンバ２５内の第一、第二キャビティ２６，２８の両方に等しく供給される。ロータ羽根２２の両側への等しい圧力によって、滑車チャンバ２５内のこれらの羽根は現在位置を維持する。電気油圧弁１０は、エンジンの動作中、大半の時間を中央位置で動作する。この中央位置を維持するために、電流を電気油圧弁１０に加える必要があることに留意する。
【０００９】
電気油圧弁１０の別の位置では、ポンプ１３からの加圧油が第一ポート１８に加えられ、他の油は第二ポート１９からタンク１７（例えばオイルパン）へ排出される。加圧油は第一キャビティ２６に運ばれて、それによってロータ２０をタイミングベルト滑車１６に対して時計回りに付勢して弁タイミングを進める。電気油圧弁１０のまた別の位置では、ポンプからの加圧油が第二ポート１９に加えられ、その一方で油は第一ポート１８からタンク１７へ排出される。次に加圧油は第二キャビティ２８に送られ、それによってロータ２０はタイミングベルト滑車１６に対して反時計回りに付勢され、弁タイミングを遅らせる。
【００１０】
右、左、時計回り、反時計回りといった方向関係や動作の参照は、図示のコンポーネントの向きに言及したものであって、機械類に取り付けられたコンポーネントのものとは必ずしも一致しない。ここで用いられる「直接接続された」という用語は、関連した油圧コンポーネントが、弁、オリフィス、又は他の装置といった、導管固有の制限以上の流量の制限や制御を行う介在物無しに導管と一体に接続されていることを意味する。同様にここで用いられる「流体連通された」コンポーネントとは、流体がそれらコンポーネント間を流れるように動作可能に接続されていることを言う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
カム位相アクチュエータ１２の動作には、カム軸のトルクプロファイルを克服し、カムタイミングを調整するために、エンジン油ポンプからの大きな油圧を必要とする。加えて、電気油圧弁１０はエンジン動作時間の大部分の時間を中央位置に位置するために電流を消費する。油圧エネルギー及び電気エネルギー消費を低減することで、カム位相システムの効率を向上させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１つの態様では、本発明の幾つかの実施例は、内燃機関のシリンダ弁タイミングを変化させるための制御システムを提供する。この内燃機関は、ポンプ、タンク、クランク軸、及びカム軸を備えている。この制御システムは、第一アクチュエータ・ポートと第二アクチュエータ・ポートを有し、前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を調整するためのカム位相アクチュエータを備えている。制御システムはさらに、前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第一ポートと、第二ポートと、前記カム位相アクチュエータの前記第一アクチュエータ・ポートと流体連通した第一ワークポートと、を有する第一制御弁を備えている。第一制御弁は、前記第一ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第一位置と、前記第二ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第二位置と、を有している。制御システムはさらに、前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第三ポートと、第四ポートと、前記第二アクチュエータ・ポートと流体連通した第二ワークポートと、を有する第二制御弁を備えている。第二制御弁は、前記第三ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される一つの位置と、前記第四ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される他の位置と、を有している。制御システムはさらに、前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を調整する際に、前記カム位相アクチュエータが油圧作動モードとカムトルク作動モードの間で動作を切り替えることができるように構成された動的再生弁を備えている。
【００１３】
別の態様では、本発明の幾つかの実施例は、内燃機関のシリンダ弁タイミングを変化させるための制御システムを提供する。この内燃機関は、ポンプ、タンク、クランク軸、及びカム軸を備えている。この制御システムが、第一アクチュエータ・ポートと第二アクチュエータ・ポートを有し、前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を調整するためのカム位相アクチュエータを備えている。制御システムはさらに、前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第一ポートと、第二ポートと、前記カム位相アクチュエータの前記第一アクチュエータ・ポートと流体連通した第一ワークポートと、を有する第一制御弁を備えている。第一制御弁は、前記第一ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第一位置と、前記第二ポートと前記第一ワークポートの間で流体連通が提供される第二位置と、を有している。制御システムはさらに、前記ポンプからの流体を収容するために動作可能に接続された第三ポートと、第四ポートと、前記第二アクチュエータ・ポートと流体連通した第二ワークポートと、を有する第二制御弁を備えている。第二制御弁は、前記第三ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される一つの位置と、前記第四ポートと前記第二ワークポートの間で流体連通が提供される他の位置と、を有している。制御システムはさらに、前記ポンプの出口のところの圧力に基づいて、前記カム位相アクチュエータが油圧作動モードとカムトルク作動モードの間で動作を切り替えることができるように構成された動的再生弁を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１はカム位相アクチュエータを備えた従来の可変カム調整システムの模式図である。
【図２】図２は図１の線２−２に沿ったカム位相アクチュエータの断面図である。
【図３】図３は本発明に係る油圧回路の第一実施例の模式図である。
【図４】図４は第一実施例におけるカム位相アクチュエータの径方向断面図である。
【図５】図５は本発明に係る油圧回路の第二実施例の模式図である。
【図６】図６は本発明の一実施例に係る動的再生弁の断面図である。
【図７】図７は本発明に係る油圧回路の第三実施例の油圧作動モードでの模式図である。
【図８】図８は図７の油圧回路のカムトルク作動モードでの模式図である。
【図９】図９は二重カム軸の使用を示す図７の油圧回路の模式図である。
【図１０】図１０は本発明の別の実施例に係る動的再生弁の断面図である。
【図１１】図１１は本発明に係る油圧回路の第四実施例の油圧作動モードでの模式図である。
【図１２】図１２は再生ポートでの圧力上昇を示す図１１の油圧回路の模式図である。
【図１３】図１３は図１１の油圧回路のカムトルク作動モードでの模式図である。
【図１４】図１４は二重カム軸の使用を示す図１１の油圧回路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
初めに図３を参照して、第一カム位相制御システム４０は、エンジンに潤滑油を差すためにタンク４４から油を供給する従来型油ポンプ４２によって提供される油を利用する。油ポンプ４２の出口は、第一、第二制御弁４６、４８と接続されている。制御弁４６，４８のそれぞれは、電気油圧式でオン・オフ又は比例式の三方向弁であって、エンジン・コンピュータ４５からの信号によって動作する。１つの実施例では、エンジン・コンピュータ４５はオン・オフ３方向弁にパルス幅変調（PWM）信号を加えて、弁を通る流体の流れの比例変化を得ている。例示的な制御弁４６又は４８のそれぞれは、一体化チェック弁５０又は５２を備えている。第一制御弁４６は、油ポンプ４２の出口からの油を収容する第一ポート５３と、戻りライン５６を介してタンク４４と連通する第二ポート５５を有している。第一制御弁４６が図示の第一位置にある時に、第一経路が第一ポート５３と第一ワークポート５４の間に設けられる。第一ばね６１が第一制御弁４６を第一位置に向かって付勢する。第一チェック弁５０は油が第一ポート５３から第一ワークポート５４への第一経路のみを流れることを可能にし、油が反対方向に流れることを防止する。第一ソレノイド・アクチュエータ６３がエンジン・コンピュータ４５からの電流によって作動すると、第一制御弁４６は第二位置に移動する。第二位置では、第一制御弁４６は第一ワークポート５４と第二ポート５５の間の、従ってタンク４４までの双方向の第二経路を提供する。
【００１６】
第二制御弁４８は、油ポンプ４２の出口と接続された第三ポート５７と、戻りライン５６を介してタンク４４と接続された第四ポート５９を有している。図示の第二制御弁の一つの位置では、第三経路が第三ポート５７と第二ワークポート５８との間に設けられる。第二ばね６２が第二制御弁４６をその一つの位置に向かって付勢する。第三経路を通る流体の流れは、第二チェック弁５２によって第三ポート５７から第二ワークポート５８への一方向のみに制限される。第二制御弁４８のもう一つの位置は、第二ワークポート５８と第四ポート５９の間の双方向の第四流体経路を提供する。エンジン・コンピュータからの電流が第二ソレノイド・アクチュエータ６４を作動させ、第二制御弁４８をそのもう一つの位置に移動させる。
【００１７】
第一カム位相制御システム４０は、エンジンのクランク軸とカム軸の間の回転関係を変化させるためのカム位相アクチュエータ６８を備えている。カム位相アクチュエータ６８は、その目的のために用いられる従来型の油圧操作装置で、図１及び２に示すアクチュエータと同類である。カム位相アクチュエータ６８は、第一制御弁４６の第一ワークポート５４と直接接続された第一アクチュエータ・ポート６６と、第二制御弁４８の第二ワークポート５８と直接接続された第二アクチュエータ・ポート７０とを有している。
【００１８】
エンジン・コンピュータ４５が第一、第二ソレノイド・アクチュエータ６３、６４に電流を加えない時には、２つの制御弁４６，４８は、ばね６１、６２によって図３に示す位置に付勢されている。この状態では、油ポンプ４２の出口からの等しい圧力が、カム位相アクチュエータ６８の両方のアクチュエータ・ポート６６，７０に加えられている。第一、第二制御弁４６、４８の第一、第二チェック弁５０，５２は、油がカム位相アクチュエータ６８から抜け出るのを防止するので、たとえエンジン速度が遅くてポンプ出口圧力が低くても、そしてエンジンが停止している場合でも、このアクチュエータ６８は現在の位相位置を保持する。カム位相アクチュエータを最後に動作した位置で保持することで、ポンプ４２によって生成される最小の油圧を伴う初期の低い速度にもかかわらず、エンジンの再スタート時に適切な弁タイミングが用いられる。
【００１９】
エンジン動作中の大半の時間に生じる、第一、第二制御弁４６、４８の動力源を断つことで、カム位相アクチュエータ６８の位置を保持することによって、電力と油ポンプからの油圧エネルギーの両方を節約する。このように、本発明のカム位相制御システムは、図１に示す四方向制御弁を採用した従来のシステムよりエネルギー消費量が少ない。
【００２０】
従来のカム位相アクチュエータは、カム位相が調整されていない場合に、カム位相アクチュエータを固定位置に保持するための係止機構も必要とする。第一カム位相制御システム４０では、カム位相アクチュエータ６８が調整されていない場合、チェック弁５０、５２がカム位相アクチュエータ６８内に油を保持し、カム位相関係の変化を防止するので、第一カム位相制御システム４０は係止機構を必要としない。
【００２１】
引き続き図３を参照して、第一カム位相制御システム４０は、カム位相調整に用いるためのカムトルクの双方向環境発電（energy harvesting）を提供する。これがさらにエネルギーを節約し、油供給圧力がほとんどゼロでのカム位相調整を可能にする。
【００２２】
カム位相アクチュエータ６８を調整してシリンダ弁タイミングを進めるために、第一制御弁４６は動作を停止した状態を維持する一方で、第二制御弁４８が動作して、第二ワークポート５８がタンク戻りライン５６に接続された第四ポート５９と接続される位置に移動する。これによって、油ポンプ４２からの加圧流体が第一アクチュエータ・ポート６６に供給され、他の流体は第二アクチュエータ・ポート７０からタンク４４に排出される。これにより、カム位相アクチュエータ６８がクランク軸とカム軸の間の位相関係を変化させて、シリンダ弁タイミングが進められる。カム位相が所望の角度に達すると、カム位相アクチュエータ６８上のセンサによって検出されて、エンジン・コンピュータ４５が第二ソレノイド・アクチュエータ６４の動力源を断ち、それによって第二制御弁４８は図示の位置に戻り、調整されたカム位相が維持される。
【００２３】
当然のことながら、エンジンのシリンダ弁はカム軸にトルクを与え、カム位相アクチュエータ６８の各コンポーネントの位置関係と、従って、クランク軸とカム軸間の位相関係を変更する傾向にある。カム軸の回転の特定のセグメントの間、正味のトルクは所望の方向へのカム位相の調整を補助し、それによってポンプ圧力からの調整力を補う。それらの後者のセグメントを通して、カム軸のトルクによって、カム位相アクチュエータ６８は第一制御弁４６を通して油を油ポンプ４２へ押し戻す。例えば低いエンジン速度で、ポンプ４２が低い圧力出力を生成する際に、そのような戻す流れが生じる。第一カム位相制御システム４０では、第一、第二チェック弁５０、５２が逆流を防止し、それによって例えば低いポンプ出力圧力、油温度、エンジン速度といったエンジンの広い条件範囲にわたってシステムが効率的に動作できる。このように、本発明のシステムは、所望のカム位相調整を妨害する逆方向カムトルクの効果を抑止する一方で、カム位相調整を補助する回転方向の正味のカム軸トルクをうまく利用する。換言すれば、本発明の制御システムは負のカムトルクエネルギーの逆効果を防ぐ一方で、正のカムトルクエネルギーを取り入れる。
【００２４】
このカムトルクのカム位相調整への利用は、エネルギーを節約し、ほとんどゼロの油供給圧力でのカム位相調整を可能にする。
【００２５】
カム位相アクチュエータ６８を調整してシリンダ弁タイミングを遅らせるために、第一制御弁４６が電気的に動作して、第一ワークポート５４は第二ポート５５と接続され、それによって流体がカム位相アクチュエータ６８からタンク４４に排出される。同時に、第二制御弁４８は動作を停止して、図示の位置にばね６２で付勢される。その位置では、ポンプ４２からの油が第二ワークポート５８とカム位相アクチュエータ６８の第二アクチュエータ・ポート７０に加えられる。この状態では、第二チェック弁５２が正のカムトルクエネルギーを利用し、一方で負のカムトルクエネルギーの逆効果を抑止する。
【００２６】
当然のことながら、図３の回路に関し、チェック弁５０、５２は、第一、第二制御弁４６、４８と一体化する代わりに、これらの弁の外側でそれぞれ第一、第三ポート５３、５７と接続することができる。
【００２７】
まだ図３を参照して、もしエンジンが２つのカム軸を有している場合、第二カム位相アクチュエータ７２がもう一つのカム軸のために設けられ、第一、第二制御弁４６、４８の制御弁ワークポート５４、５８とそれぞれ接続されるアクチュエータ・ポート７４、７５を有している。第一、第二カム位相アクチュエータ６８、７２は、カム軸１４の各回転の一部の間のみ、第一通路３０が第一アクチュエータ・ポートと連通し、第二通路３３が第二アクチュエータ・ポートと連通することを除いて、図１、２のカム位相アクチュエータと同等である。第一カム位相アクチュエータ６８の詳細を示す追加の図４を参照して、アクチュエータ・マニホールド７６内の第一アクチュエータ・ポート６６は、ロータ２０が回転する穴の周辺部から９０度で延在するアーチ状凹部７７のところで開放されている。ロータ２０の径方向の開口部７８は外周面から第一キャビティ２６に続く第一通路３０まで延在している。マニホールドのアーチ状凹部７７とロータの径方向開口部７８は、カム軸が回転して０度から９０度までの位置にある時に、流体連通している。第一カム位相アクチュエータ６８の第二アクチュエータ・ポート７０は、同様に配置されて、カム軸が０度から９０度までの間の時に、第二キャビティ２８に続く第二通路３３と流体連通する。２つ以上のカム位相アクチュエータを制御するために、他の角度や角度範囲を用いることができることが、当業者には理解できる。
【００２８】
第二カム位相アクチュエータ７２は、各回転の間、カム軸が１８０度から２７０度の間にある時に、第一、第二アクチュエータ・ポート７４、７５が第一、第二通路３０、３３とそれぞれ連通するようにアーチ状凹部７７が設けられていること以外は、同等の設計を有している。アーチ状凹部の角度オフセットによって、カム軸の各回転の間、第二カム位相アクチュエータ７２の第一、第二キャビティ２６，２８が制御弁ワークポートと接続される場合と異なる時に、第一カム位相アクチュエータ６８の第一、第二キャビティ２６，２８は制御弁ワークポート５４、５８と接続される。これによって、２つのカム位相アクチュエータ６８、７２によって設けられたカム軸位相を、別々に制御可能となる。２つのカム軸が０度と９０度の間にある時に、制御弁４６、４８はエンジン・コンピュータによって操作されて、第一カム位相アクチュエータ６８の位相を変化させ、２つのカム軸が１８０度と２７０度の間にある時は、制御弁は第二カム位相アクチュエータ７２の位相を変化させるように動作する。
【００２９】
図５を参照して、本発明の制御システムの第二実施例は、カム位相アクチュエータから排出された流体を用いた再生を提供する。この再生回路は、必要なポンプからの油流体の量を、カム位相アクチュエータと制御弁からエンジンに漏れ出る流体を置き換えるのに必要な量のみに低減する。
【００３０】
第二のカム位相制御システム８０では、従来型の油ポンプ８２がタンク８４（例えばエンジン・オイルパン）からの流体を一対の電気油圧式３方向制御弁８６、８８に供給する。油ポンプ８２の出口は第一制御弁８６の第一ポート９２に接続され、第一制御弁８６は第二ポート９４と第一ワークポート９３も有している。第一ワークポート９３はカム位相アクチュエータ１０４の第一アクチュエータ・ポート１０６と直接接続され、第二ポート９４は第一再生ライン１００によって第二アクチュエータ・ポート１０８と結合している。第三チェック弁９５は、油が第一再生ライン１００を通って第二ポート９４から第二アクチュエータ・ポート１０８の一方向のみに流れることを可能にしている。
【００３１】
油ポンプ８２の出口は第二制御弁８８の第三ポート９６とも接続され、第二制御弁８８は第四ポート９８と第二ワークポート９７も同様に有している。第二ワークポート９７はカム位相アクチュエータ１０４の第二アクチュエータ・ポート１０８と直接接続され、第四ポート９８は第二再生ライン１０２によって第一アクチュエータ・ポート１０６と結合している。第四チェック弁９９は、油が第二再生ライン１０２を通って第四ポート９８から第一アクチュエータ・ポート１０６の一方向のみに流れることを可能にしている。
【００３２】
もしエンジンが複数のカム軸を有している場合、個別のカム位相アクチュエータが各カム軸に対して設けられ、そのようなアクチュエータはカム位相アクチュエータ１０４と同様に、２つの制御弁８６、８８のワークポート９３，９７と結合する。
【００３３】
２つの制御弁８６，８８の動作を停止している時に、第二カム位相制御システム８０は、制御弁４６、４８の両方の動作を停止した時の第一カム位相制御システム４０と同様に機能する。シリンダ弁タイミングを進める場合、第一制御弁８６は動作を停止した状態を維持し、第二制御弁８８は第二ワークポート９７と第四ポート９８を接続する位置に移動するように電気的に操作される。この状態では、油ポンプ８２からの加圧油が第一制御弁８６を通ってカム位相アクチュエータ１０４の第一アクチュエータ・ポート１０６に加えられる。同時に、第二アクチュエータ・ポート１０８から第二制御弁８８、第四チェック弁９９、及び第二再生ライン１０２を通って油が流出する。第二再生ライン１０２を通って流れる油は、第一ワークポート９３から流出した油ポンプ８２からの油と結び付けられる。従って、第二アクチュエータ・ポート１０８から排出された油は、再生態様で第一アクチュエータ・ポート１０６に供給され、それによってカム位相アクチュエータ１０４を動作させるために必要な油ポンプ８２からの油の量が低減する。この油圧再生（hydraulic regeneration）が油ポンプ８２によるエネルギー消費量を低減する。加えて、エンジンを効率的に潤滑させるのに第二カム位相制御システム８０に供給するため要求される油ポンプ８２の寸法は、著しく大きな寸法を必要としない。
【００３４】
同様に、シリンダ弁タイミングを遅らせる場合、第一制御弁８６を活動させて第一ワークポート９３と第二ワークポート９４を接続する位置に移動させる。同時に、第二制御弁８８は動力が断たれた状態を維持して、ポンプの油出力を第三ポート９６から第二ワークポート９７まで搬送する経路を提供する。この動作モードでは、カム位相アクチュエータ１０４の第一アクチュエータ・ポート１０６から排出された油は、再生態様で第一制御弁８６、第三チェック弁９５、及び第一再生ラインを通って第二アクチュエータ・ポート１０８にフィードバックされる。その再生した油は油ポンプ８２から必要に応じて追加された第二制御弁８８を通って運ばれた油と結び付けられ、カム位相アクチュエータ１０４を動作させる。
【００３５】
図５の第二実施例は、アクチュエータ・ポート１０６、１０８の１つのみを再生し、残りのアクチュエータ・ポートは再生しないように変更することができる。例えば、第一再生ライン１００は、第一制御弁８６の第二ポート９４とタンク８４を接続するラインに置き換えることができる。この変形例では、第二ポート９４から流出した油はタンク８４に戻される一方で、第二制御弁８８の第四ポート９８から流出した油は第二再生ライン１０２を通って第一アクチュエータ・ポート１０６へ流れる。
【００３６】
上述のように、クランク軸に作用する正味のトルクはカム位相を所望の方向に向けるために用いることができる。トルク作動モードで動作する場合、カム位相制御システムは漏れ出る量を補うのに十分な量の油の流れのみを必要とし、従って、エンジンの主オイルギャラリー（oil galley）内の圧力に実質的に影響を与えない。一般的にエンジンブロック内に位置する主オイルギャラリーは、油が例えばクランク軸ベアリング、カムギア／ベアリング、クランクロッドベアリングなどの多くのエンジンの主コンポーネントを移動するための通路を提供する。従って、エンジンの主オイルシャラリー内の圧力の急激な変化は、エンジンの主コンポートへ供給する油の不足をもたらし、オーバーヒート及び／又はエンジン故障を生じさせる。
【００３７】
図６と図７を参照して、制御システムの第三実施例はハイブリッド・カム位相制御システム２００を提供し、このシステムは、詳細は後述するが、カムトルク作動モード又は油圧作動モードで動作時に、制御によってエンジンの主オイルギャラリー内の圧力に与える影響を最小化する。ハイブリッド・カム位相制御システム２００は、図６に示す動的再生弁２０２を利用し、動的再生弁２０２はシリンダ弁タイミング調整時にハイブリッド・カム位相制御システム２００がカムトルク作動モードと油圧作動モードの間を切り替えることを可能にする。動的再生弁２０２は、ハウジング２０４とハウジング２０４内に設けられた弁部材２０６とを備えている。ハウジング２０４は圧力ポート２０８、再生ポート２１０、及びタンクポート２１２を形成している。図６に示す弁部材２０６はスプール（spool）である。弁部材２０６は、再生ポート２１０とタンクポート２１２の間の流体連通を阻止する第一弁部材位置（図６）と、再生ポート２１０とタンクポート２１２の間の流体連通が提供される第二弁部材位置との間を移動可能なように構成されている。再生ばね２１４が弁部材２０６を第一弁部材位置に向かって付勢している。圧力ポート２０８での圧力が増加すると、弁部材２０６の底面２１６に作用する力が最終的に再生ばね２１４の力に打ち勝って、弁部材２０６は第一弁部材位置から第二弁部材位置へ移動する。
【００３８】
図７を参照して、ハイブリッド・カム位相制御システム２００では、従来型の油ポンプ２２０が流体をタンク２２２（例えばエンジン・オイルパン）から第一制御弁２２４、第二制御弁２２６、及び動的再生弁２０２へ供給する。第一、第二制御弁２２４、２２６はそれぞれエンジン・コンピュータ２２７からの信号によって動作する電気油圧式３方向制御弁である。第一制御弁２２４の第一ポート２２８は油ポンプ２２０の出口と流体連通し、第一チェック弁２３０は油ポンプ２２０と第一ポート２２８の間に設けられている。第一チェック弁２３０は、油ポンプ２２０の出口から第一ポート２２８への油の流れのみを許容し、反対方向への油の流れを防止する。別の実施例では、上述のチェック弁５０、９０と同様に、第一チェック弁２３０は第一制御弁２２４内に設けることができる。
【００３９】
第一制御弁２２４が図７に示す第一位置にある時、第一制御弁２２４は第一ポート２２８と第一ワークポート２３２の間の流体連通を提供する。第一制御弁２２４は第一ばね２３４によって第一位置に向かって付勢されている。第一ソレノイド・アクチュエータ２３６がエンジン・コンピュータ２２７からの電流によって動作すると、第一ソレノイド・アクチュエータ２３６は第一ばね２３４の力に打ち勝って、第一制御弁２２４は第二位置に移動する。第二位置では、第一制御弁２２４は第一ワークポート２３２と第二ポート２３８の間の流体連通を提供する。第二ポート２３８は動的再生弁２０２の再生ポート２１０と流体連通している。
【００４０】
第二制御弁２２６の第三ポート２４０は油ポンプ２２０の出口と流体連通し、第二チェック弁２４２は油ポンプ２２０の出口と第三ポート２４０の間に設けられている。第二チェック弁は、油ポンプ２２０の出口から第三ポート２４０への油の流れのみを許容し、反対方向への油の流れを防止する。別の実施例では、上述のチェック弁５２、９１と同様に、第二チェック弁２４２は第二制御弁２２６内に設けることができる。
【００４１】
第二制御弁２２６が一つの位置にある時、第二制御弁２２６は第三ポート２４０と第二ワークポート２４４の間の流体連通を提供する。第二制御弁２２６は第二ばね２４６によって一つの位置に向かって付勢されている。第二ソレノイド・アクチュエータ２４８がエンジン・コンピュータ２２７からの電流によって動作すると、第二ソレノイド・アクチュエータ２４８は第二ばね２４６の力に打ち勝って、第二制御弁２２６は図７に示す他の位置に移動する。他の位置では、第二制御弁２２６は第二ワークポート２４４と第四ポート２５０の間の流体連通を提供する。第四ポート２５０は動的再生弁２０２の再生ポート２１０と流体連通している。
【００４２】
引き続き図６、７を参照して、検知ライン２５２が動的再生弁２０２の圧力ポート２０８と油ポンプ２２０の出口との間の流体連通を提供する。油ポンプ２２０の出口での圧力が再生ばね２１４の力に打ち勝つのに十分な力を弁部材２０６の底面２１６に提供できない時、弁部材２０６は第一弁部材位置に押し付けられ、動的再生弁２０２は再生ポート２１０とタンクポート２１２の間、従ってタンク２２２までの流体連通を阻止する。油ポンプ２２０の出口での圧力が十分なレベルに達すると、弁部材２０６の底面２１６に作用する力が再生ばね２１４の力に打ち勝って、弁部材２０６は図７に示す第二弁部材位置に移動する。第二弁部材位置では、動的再生弁２０２が再生ポート２１０とタンクポート２１２の間、従ってタンク２２２までの流体連通を提供する。
【００４３】
ハイブリッド・カム位相制御システム２００は、エンジンのクランク軸とカム軸の間の回転関係を変化させるためのカム位相アクチュエータを備えている。カム位相アクチュエータ２５４は、図１、２に示すアクチュエータと同様の、従来型の油圧動作装置とすることができる。代替的に又は追加的に、カム位相アクチュエータ２５４は上述の図４に示すカム位相アクチュエータ６８と類似の動作をするように構成することができる。カム位相アクチュエータ２５４は第一ワークポート２３２と流体連通する第一アクチュエータ・ポート２５６と、第二ワークポート２４４と流体連通する第二アクチュエータ・ポート２５８とを備えている。ハイブリッド・カム位相制御システム２００は、第三チェック弁２６０、第四チェック弁２６２、及び再循環ライン２６４も備えている。第三チェック弁２６０は、第一ワークポート２３２と再循環ライン２６４の間の流体連通を阻止し、また第一アクチュエータ・ポート２５６と再循環ライン２６４の間の流体連通も阻止する。第四チェック弁２６２は、第二ワークポート２４４と再循環ライン２６４の間の流体連通を阻止し、また第二アクチュエータ・ポート２５８と再循環ライン２６４の間の流体連通も阻止する。再循環ライン２６４は、第二ポート２３８と第二アクチュエータ・ポート２５８の間の流体連通を提供し、第四ポート２５０と第一アクチュエータ・ポート２５６の間の流体連通を提供する。
【００４４】
ハイブリッド・カム位相制御システム２００の動作を、図６ないし８を参照して説明する。当然のことながら、シリンダ弁タイミングを進めたり遅らしたりすることに関する以下の記載は、クランク軸の一方の回転方向と、クランク軸の他方の回転方向に関し、第一制御弁２２４と第二制御弁２２６の動作は正反対である。従って、以下の記載は、ハイブリッド・カム位相制御システム２００の動作の１つの非限定的な例である。
【００４５】
ハイブリッド・カム位相制御システム２００はカムトルク作動モード又は油圧作動モードのどちらかを用いてカム位相アクチュエータ２５４を調整することができる。ハイブリッド・カム位相制御システム２００がカムトルク作動モード又は油圧作動モードのどちらで動作しても、カム位相アクチュエータ２５４をシリンダ弁タイミングを進める又は遅らせるように調整する場合に、第一制御弁２２４と第二制御弁２２６の動作は２つのモードに対して同じである。
【００４６】
シリンダ弁タイミングを進めるようにカム位相アクチュエータ２５４を調整するために、第一ソレノイド・アクチュエータ２３６は動力源を断たれ、第一制御弁２２４は第一ポート２２８と第一ワークポート２３２の間の流体連通を提供し、第二ソレノイド・アクチュエータ２４８は動作して、第二制御弁２２６は第二ワークポート２４４と第四ポート２５０の間の流体連通を提供する。これが、油ポンプ２２０からの油を第一アクチュエータ・ポート２５６に供給し、他の油を第二アクチュエータ・ポート２５８からタンク２２２に戻すことを可能にする。
【００４７】
シリンダ弁タイミングを遅らせるようにカム位相アクチュエータ２５４を調整するために、第一ソレノイド・アクチュエータ２３６は動作し、第一制御弁２２４は第一ワークポート２３２と第二ポート２３８の間の流体連通を提供し、第二ソレノイド・アクチュエータ２４８は動力源を断たれて、第二制御弁２２６は第三ポート２４０と第二ワークポート２４４の間の流体連通を提供する。これが、油ポンプ２２０からの油を第二アクチュエータ・ポート２５８に供給し、他の油を第一アクチュエータ・ポート２５６からタンク２２２に戻すことを可能にする。
【００４８】
カムトルク作動モードと油圧作動モードの間の切り替えは、油ポンプ２２０の出口での圧力に支配されている。検知ライン２５２によって検知される油ポンプ２２０の出口での圧力が、再生ばね２１４の力に打ち勝つ弁部材２０６の底面２１６に作用する力を提供すると、ハイブリッド・カム位相制御システム２００は油圧作動モードで動作し、油ポンプ２２０によって供給される加圧油がカム位相アクチュエータ２５４を調整する。油圧作動モードでは、弁部材２０６は第二弁部材位置に押し付けられ、第一ワークポート２３８又は第二ワークポート２５０のどちらか（シリンダ弁タイミングが進んでいるか遅れているかに依存する）から流れてくる油が、動的再生弁２０２を通ってタンク２２２に流れることが可能になる。例えば、カム位相アクチュエータ２５４をシリンダ弁タイミングを進めるように調整する場合、加圧油が油ポンプ２２０から第一制御弁２２４を通って第一アクチュエータ・ポート２５６に供給される。図７に太線で示すように、第二アクチュエータ・ポート２５８から排出された油は、第二制御弁２２６と動的再生弁２０２を通ってタンク２２２に送られる。
【００４９】
油ポンプ２２０の出口での圧力が、再生ばね２１４の力に打ち勝つのに十分な弁部材２０６の底面２１６に作用する力を提供できない場合、ハイブリッド・カム位相制御システム２００は、カムトルク作動モードで動作し、カム軸に作用する正味の力は、カム位相アクチュエータ２５４を調整するために用いられる。カムトルク作動モードでは、弁部材２０６は第一弁部材位置に付勢され、油はハイブリッド・カム位相制御システム２００を通って再循環される。例えば、カム軸に作用する正味のトルクがシリンダ弁タイミングを進めるようにカム位相アクチュエータ２５４を調整する場合、図８の太線で示すように、油ポンプ２２０からの油は第一アクチュエータ・ポート２５６に供給され、第二アクチュエータ・ポート２５８から排出された油は第二制御弁２２６、再循環ライン２６４、及び第三チェック弁２６０を通って送られる。再循環ライン２６４と第三チェック弁２６０を通って流れる油は第一アクチュエータ・ポート２５６に送り戻される。このように、第二アクチュエータ・ポート２５８から排出された油は第一アクチュエータ・ポート２５６に再循環され、油ポンプ２２０は漏れ出た油を補うのに十分な油を第一ポート２２８に供給するためにのみ必要である。これが、タンク２２２内の圧力のハイブリッド・カム位相制御システム２００に与える影響を最小化し、油ポンプの低圧力下でのカム位相アクチュエータ２５４の調整を可能にする。
【００５０】
もしエンジンが２つのカム軸を有する場合、図９に示すように、第二カム位相アクチュエータ２６６がもう一つのカム軸に対して設けられる。第二カム位相アクチュエータ２６６は、第一ワークポート２３２と流体接続した一方のアクチュエータ・ポート２６８と、第二ワークポート２４４と流体接続した他方のアクチュエータ・ポート２７０とを備えている。この実施例では、カム位相アクチュエータ２５４，２６６は上述のカム位相アクチュエータ６８、７２と同様に設計することができる。例えば、カム軸が０度と９０度の間の回転位置にある時に、第一、第二アクチュエータ・ポート２５６，２５８が第一、第二通路３０、３３と流体連通できるようにカム位相アクチュエータ２５４を設計することができる。加えて、カム軸が１８０度と２７０度の間の回転位置にある時に、アクチュエータ・ポート２６８、２７０が第一、第二通路３０、３３と流体連通できるように第二カム位相アクチュエータ２６６を設計することができる。２つ以上のカム位相アクチュエータを制御するために他の角度や角度範囲を用いることができることは、当業者に理解されるだろう。
【００５１】
図１０、１１を参照して、以下に詳細に説明するように、ハイブリッド・カム位相制御システム３００からなる制御システムの第四実施例を示すが、これは、ハイブリッド・カム位相制御システム３００がカムトルク作動モード又は油圧作動モードで動作時に、制御することによってエンジンの主オイルギャラリー内の圧力に与える影響を最小化する。ハイブリッド・カム位相制御システム３００は、図１０に示す動的再生弁３０２を利用することができ、これはシリンダ弁タイミング調整時にハイブリッド・カム位相制御システム３００がカムトルク作動モードと油圧作動モードの間で切り替わることを可能にする。動的再生弁３０２はハウジング３０４と、ハウジング３０４内に設けられた弁部材３０６とを備えている。ハウジング３０４は圧力ポート３０８、再生ポート３１０、及びタンクポート３１２を形成している。図１０に示す弁部材３０６はポペット弁（poppet）である。弁部材３０６は、再生ポート３１０とタンクポート３１２の間の流体連通を阻止する第一弁部材位置（図１０）と、再生ポート３１０とタンクポート３１２の間の流体連通が提供される第二弁部材位置との間で移動可能なように構成されている。再生ばね３１４が弁部材３０６を第一弁部材位置に向かって付勢している。弁部材３０６は、圧力ポート３０８と流体連通した底面３１６と、再生ポート３１０と流体連通した中央部３１８とを備えている。中央部３１８は、差動領域３１９を形成している。圧力ポート３０８での圧力が増加すると、弁部材３０６の底面３１６に作用する力が最終的に再生ばね３１４の力に打ち勝って、弁部材３０６は第一弁部材位置から第二弁部材位置に移動する。  
【００５２】
図１１を参照して、ハイブリッド・カム位相制御システム３００では、従来型の油ポンプ３２０がタンク３２２（例えばエンジンのオイルパン）からの流体を、第一制御弁３２４、第二制御弁３２６、及び動的再生弁３０２に供給する。第一、第二制御弁３２４、３２６はそれぞれエンジン・コンピュータ３２７からの信号によって動作する電気油圧式の３方向制御弁である。第一制御弁３２４の第一ポート３２８は油ポンプ３２０の出口と流体連通し、第一チェック弁３３０は油ポンプ３２０の出口と第一ポート３２８の間に設けられている。第一チェック弁３３０は、油ポンプ３２０の出口から第一ポート３２８への油の流れのみを許容し、反対方向への油の流れを防止する。別の実施例では、上述のチェック弁５０、９０と同様に、第一チェック弁３３０は第一制御弁３２４内に設けることができる。
【００５３】
第一制御弁３２４が図１１に示す第一位置にある時、第一制御弁３２４は第一ポート３２８と第一ワークポート３３２の間に流体連通を提供する。第一制御弁３２４は第一ばね３３４によって第一位置に向かって付勢されている。第一ソレノイド・アクチュエータ３３６がエンジン・コンピュータ３２７からの電流によって動作すると、第一ソレノイド・アクチュエータ３３６は第一ばね３３４の力に打ち勝って、第一制御弁３２４は第二位置に移動する。第二位置では、第一制御弁３２４は第一ワークポート３３２と第二ポート３３８の間に流体連通を提供する。第二ポート３３８は動的再生弁３０２の再生ポート３１０と流体連通している。
【００５４】
第二制御弁３２６の第三ポート３４０は、油ポンプ３２０の出口と流体連通し、第二チェック弁３４２が油ポンプ３２０の出口と第三ポート３４０の間に設けられている。第二チェック弁３４２は、油ポンプ３２０の出口から第三ポート３４０への油の流れのみを許容し、反対方向への油の流れを防止する。別の実施例では、上述のチェック弁５２、９１と同様に、第二チェック弁３４２は第二制御弁３２６内に設けることができる。
【００５５】
第二制御弁３２６が一つの位置にある時、第二制御弁３２６は第三ポート３４０と第二ワークポート３４４の間の流体連通を提供する。第二制御弁３２６は第二ばね３４６によって一つの位置に向かって付勢されている。第二ソレノイド・アクチュエータ３４８がエンジン・コンピュータ３２７からの電流によって動作すると、第二ソレノイド・アクチュエータ３４８は第二ばね３４６の力に打ち勝って、第二制御弁３２６は図１１に示す他の位置に移動する。他の位置では、第二制御弁３２６は第二ワークポート３４４と第四ポート３５０の間の流体連通を提供する。第四ポート３５０は動的再生弁３０２の再生ポート３１０と流体連通している。
【００５６】
引き続き図１０、１１を参照して、検知ライン３５２が動的再生弁３０２の圧力ポート３０８と油ポンプ３２０の出口との間の流体連通を提供する。油ポンプ３２０の出口での圧力が再生ばね３１４の力に打ち勝つのに十分な力を弁部材３０６の底面３１６に提供できない時、弁部材３０６は第一弁部材位置に押し付けられ、動的再生弁３０２は再生ポート３１０とタンクポート３１２の間、従ってタンク３２２までの流体連通を阻止する。油ポンプ３２０の出口での圧力が十分なレベルに達すると、弁部材３０６の底面３１６に作用する力が再生ばね３１４の力に打ち勝って、弁部材３０６は図１１に示す第二弁部材位置に移動する。第二弁部材位置では、動的再生弁３０２が再生ポート３１０とタンクポート３１２の間、従ってタンク３２２までの流体連通を提供する。
【００５７】
ハイブリッド・カム位相制御システム３００は、エンジンのクランク軸とカム軸の間の回転関係を変化させるためのカム位相アクチュエータを備えている。カム位相アクチュエータ３５４は、図１、２に示すアクチュエータと同様の、従来型の油圧動作装置とすることができる。代替的に又は追加的に、カム位相アクチュエータ３５４は上述の図４に示すカム位相アクチュエータ６８と類似の動作をするように構成することができる。カム位相アクチュエータ３５４は第一ワークポート３３２と流体連通する第一アクチュエータ・ポート３５６と、第二ワークポート３４４と流体連通する第二アクチュエータ・ポート３５８とを備えている。ハイブリッド・カム位相制御システム３００は、第三チェック弁３６０、第四チェック弁３６２、及び再循環ライン３６４も備えている。第三チェック弁３６０は、第一ワークポート３３２と再循環ライン３６４の間の流体連通を阻止し、また第一アクチュエータ・ポート３５６と再循環ライン３６４の間の流体連通も阻止する。第四チェック弁３６２は、第二ワークポート３４４と再循環ライン３６４の間の流体連通を阻止し、また第二アクチュエータ・ポート３５８と再循環ライン３６４の間の流体連通も阻止する。再循環ライン３６４は、第二ポート３３８と第二アクチュエータ・ポート３５８の間の流体連通を提供し、また第四ポート３５０と第一アクチュエータ・ポート３５６の間の流体連通も提供する。
【００５８】
ハイブリッド・カム位相制御システム３００の動作を、図１１ないし１３を参照して説明する。当然のことながら、シリンダ弁タイミングを進めたり遅らしたりすることに関する以下の記載は、クランク軸の一方の回転方向と、クランク軸の他方の回転方向に関し、第一制御弁３２４と第二制御弁３２６の動作は正反対である。従って、以下の記載は、ハイブリッド・カム位相制御システム３００の動作の１つの非限定的な例である。
【００５９】
ハイブリッド・カム位相制御システム３００はカムトルク作動モード又は油圧作動モードのどちらかを用いてカム位相アクチュエータ３５４を調整することができる。ハイブリッド・カム位相制御システム３００がカムトルク作動モード又は油圧作動モードのどちらで動作しても、カム位相アクチュエータ３５４をシリンダ弁タイミングを進める又は遅らせるように調整する場合に、第一制御弁３２４と第二制御弁３２６の動作は２つのモードに対して同じである。
【００６０】
シリンダ弁タイミングを進めるようにカム位相アクチュエータ３５４を調整するために、第一ソレノイド・アクチュエータ３３６は動力源を断たれ、第一制御弁３２４は第一ポート３２８と第一ワークポート３３２の間の流体連通を提供し、第二ソレノイド・アクチュエータ３４８は動作して、第二制御弁３２６は第二ワークポート３４４と第四ポート３５０の間の流体連通を提供する。これが、油ポンプ３２０からの油を第一アクチュエータ・ポート３５６に供給し、他の油を第二アクチュエータ・ポート３５８からタンク３２２に戻すことを可能にする。
【００６１】
シリンダ弁タイミングを遅らせるようにカム位相アクチュエータ３５４を調整するために、第一ソレノイド・アクチュエータ３３６は動作し、第一制御弁３２４は第一ワークポート３３２と第二ポート３３８の間の流体連通を提供し、第二ソレノイド・アクチュエータ３４８は動力源を断たれて、第二制御弁３２６は第三ポート３４０と第二ワークポート３４４の間の流体連通を提供する。これが、油ポンプ３２０からの油を第二アクチュエータ・ポート３５８に供給し、他の油を第一アクチュエータ・ポート３５６からタンク３２２に戻すことを可能にする。
【００６２】
カムトルク作動モードと油圧作動モードの間の切り替えは、油ポンプ３２０の出口での圧力に支配されている。検知ライン３５２によって検知される油ポンプ３２０の出口での圧力が、再生ばね３１４の力に打ち勝つ弁部材３０６の底面３１６に作用する力を提供すると、ハイブリッド・カム位相制御システム３００は油圧作動モードで動作し、油ポンプ３２０によって供給される加圧油がカム位相アクチュエータ３５４を調整する。油圧作動モードでは、弁部材３０６は第二弁部材位置に押し付けられ、第一ワークポート３３８又は第二ワークポート３５０のどちらか（シリンダ弁タイミングが進んでいるか遅れているかに依存する）から流れてくる油が、動的再生弁３０２を通ってタンク３２２に流れることが可能になる。例えば、カム位相アクチュエータ３５４をシリンダ弁タイミングを進めるように調整する場合、加圧油が油ポンプ３２０から第一制御弁３２４を通って第一アクチュエータ・ポート３５６に供給される。図１１に太線で示すように、第二アクチュエータ・ポート３５８から排出された油は、第二制御弁３２６と動的再生弁３０２を通ってタンク３２２に送られる。
【００６３】
上述のように、ハイブリッド・カム位相制御システム３００が油圧作動モードで動作中は、弁部材３０６は第二弁部材位置にある。この動作中、弁部材３０６の中央部３１８に形成された差動領域３１９は、再生ポート３１０の圧力に応じて、弁部材３０６が再生ポート３１０とタンクポート３１２の間の流量範囲を増加又は減少させることを可能にする。例えば、再生ポート３１０の圧力に急上昇（spike）があった場合、図示の差動領域３１９は、圧力の急上昇に応じて弁部材３０６が持ち上がることで再生ポート３１０とタンクポート３１２の間の流量範囲を弁部材３０６が増加させることを可能にする。この弁部材３０６の機能は、図１１ないし１４の再生検知ライン３６５によって図示されている。特に、図１２には、太線で上述の例が示され、そこではハイブリッド・カム位相制御システム３００が油圧作動モードで動作し、再生ポート３１０での圧力が弁部材３０６をさらに持ち上げて、再生ポート３１０とタンクポート３１２の間の流量範囲を増加させている。
【００６４】
差動領域３１９は、図１０に示した差動領域３１９と比較して、再生ポート３１０での圧力の急上昇の間、再生ポート３１０とタンクポート３１２の間に追加の流量範囲を提供するように設計することも、再生ポート３１０での圧力の急上昇の間、再生ポート３１０とタンクポート３１２の間の流量範囲を狭めるように設計することもできることが、当業者には理解できるだろう。このように、差動領域３１９は図１１ないし１４に示すように油圧回路の抵抗を低減するように設計することができ、追加の流量範囲を設けることでより速い移動速度を提供できる。代替的に、差動領域３１９は、再生ポート３１０での一貫した圧力急上昇の発生が止まった場合に、ハイブリッド・カム位相制御システム３００が初期設定の油圧作動モードに確実になるように設計することができる。
【００６５】
油ポンプ３２０の出口での圧力が、再生ばね３１４の力に打ち勝つのに十分な弁部材３０６の底面３１６に作用する力を提供できない場合、ハイブリッド・カム位相制御システム３００は、カムトルク作動モードで動作し、カム軸に作用する正味の力は、カム位相アクチュエータ３５４を調整するために用いられる。カムトルク作動モードでは、弁部材３０６は第一弁部材位置に付勢され、油はハイブリッド・カム位相制御システム３００を通って再循環される。例えば、カム軸に作用する正味のトルクがシリンダ弁タイミングを進めるようにカム位相アクチュエータ３５４を調整する場合、図１３の太線で示すように、油ポンプ３２０からの油は第一アクチュエータ・ポート３５６に供給され、第二アクチュエータ・ポート３５８から排出された油は第二制御弁３２６、再循環ライン３６４、及び第三チェック弁３６０を通って送られる。再循環ライン３６４と第三チェック弁３６０を通って流れる油は第一アクチュエータ・ポート３５６に送り戻される。このように、第二アクチュエータ・ポート３５８から排出された油は第一アクチュエータ・ポート３５６に再循環され、油ポンプ３２０は漏れ出た油を補うのに十分な油を第一ポート３２８に供給するためにのみ必要である。これが、タンク３２２内の圧力のハイブリッド・カム位相制御システム３００に与える影響を最小化し、油ポンプの低圧力下でのカム位相アクチュエータ３５４の調整を可能にする。
【００６６】
もしエンジンが２つのカム軸を有する場合、図１４に示すように、第二カム位相アクチュエータ３６６がもう一つのカム軸に対して設けられる。第二カム位相アクチュエータ３６６は、第一ワークポート３３２と流体接続した一方のアクチュエータ・ポート３６８と、第二ワークポート３４４と流体接続した他方のアクチュエータ・ポート３７０とを備えている。この実施例では、カム位相アクチュエータ３５４，３６６は上述のカム位相アクチュエータ６８、７２と同様に設計することができる。例えば、カム軸が０度と９０度の間の回転位置にある時に、第一、第二アクチュエータ・ポート３５６，３５８が第一、第二通路３０、３３と流体連通できるようにカム位相アクチュエータ２５４を設計することができる。加えて、カム軸が１８０度と２７０度の間の回転位置にある時に、アクチュエータ・ポート３６８、３７０が第一、第二通路３０、３３と流体連通できるように第二カム位相アクチュエータ３６６を設計することができる。２つ以上のカム位相アクチュエータを制御するために他の角度や角度範囲を用いることができることは、当業者に理解されるだろう。
【００６７】
上記記載は、主に本発明の１つ以上の実施例を対象にしている。本発明の範囲内で様々な代替案に対する注意が与えられているが、本発明の実施例の開示から明らかな追加の代替案を当業者は容易に理解できることが予想される。従って、本発明の範囲は、以下の請求項から決定すべきであり、上記開示によって限定されるべきでない。
【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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【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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【図１４】
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【外国語明細書】
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【選択図】  図３
【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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【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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【図１４】
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