(57)【要約】【課題】  切換値に基づいた制御を行う可変カムタイミングシステムを提供する。【解決手段】  内燃機関のための可変カムタイミングシステムを制御する方法であって、測定パルスを用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の測定角度位相を決定する工程と、セットポイントおよび測定角度位相間の差に等しい切換値を決定する工程と、切換値に基づいてオン/オフソレノイドを制御する工程とを設ける。そして、切換値が０より大きければ、オン/オフソレノイドをＯＮして、複数のチャンバ間で流体が第１の方向に流れるのを許容し、切換値が０より小さければ、オン/オフソレノイドをＯＦＦして、複数のチャンバ間で第１の方向と逆方向の第２の方向に流体が流れるのを許容する。【選択図】  図３
2005315263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための可変カムタイミングシステムを制御する方法であって、
当該内燃機関が、カムシャフトおよびクランクシャフトを有し、各々測定パルスを発生するカムシャフトセンサおよびクランクシャフトセンサを有しており、可変カムタイミング位相器が、駆動力を受け入れる外周部を有するハウジングと、ハウジング内に同芯に配置されたカムシャフトに連結されるロータとを備え、ハウジングおよびロータが、複数のチャンバを区画する少なくとも一つのベーンを限定しており、ベーンがハウジングおよびロータの相対的角度位置を変更するように回転可能に設けられており、さらに、可変カムタイミング位相器が、複数のチャンバ間で流体の流れを制御するためのスライド可能なスプールを有するスプールバルブと、スプールの位置を制御するためのオン/オフソレノイドとを備え、
当該制御方法が、
測定パルスを用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の測定角度位相を決定する工程と、
セットポイントおよび測定角度位相間の差に等しい切換値を決定する工程と、
切換値に基づいてオン/オフソレノイドを制御する工程とを備え、
切換値が０よりも大きければ、オン/オフソレノイドがＯＮされて、複数のチャンバ間で流体が第１の方向に流れるのを許容し、切換値が０よりも小さければ、オン/オフソレノイドがＯＦＦされて、複数のチャンバ間において第１の方向と逆側の第２の方向に流体が流れるのを許容している、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項２】
請求項１において、
切換変数が、以下の式：
switch = C1*(セットポイント−検出信号)＋C２*（検出信号の変化速度）（ただし、C1， C２：調整を受ける制御パラメータ）
に従って計算されている、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項３】
請求項１において、
切換値が０に等しければ、オン/オフソレノイドの状態が維持されている、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項４】
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、
内燃機関が、
カムシャフトおよびクランクシャフトと、
各々測定パルスを発生するカムシャフトセンサおよびクランクシャフトセンサとを備え、
可変カムタイミング位相器が、
駆動力を受け入れるための外周部を有するハウジングと、
ハウジング内に同芯に配置されたカムシャフトに連結されるロータとを備え、
ハウジングおよびロータが、複数のチャンバを区画する少なくとも一つのベーンを限定しており、ベーンが、ハウジングおよびロータの相対的角度位置を変更するように回転可能になっており、
可変カムタイミング位相器が、さらに、
複数のチャンバ間で流体の流れを制御するスライド可能なスプールを有するスプールバルブと、
スプールの位置を制御するためのオン/オフソレノイドと、
オン/オフソレノイドの位置を制御するための制御システムとを備え、
当該制御システムが、
測定パルスを用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の測定角度位相を決定する工程と、
セットポイントおよび測定角度位相間の差に等しい切換値を決定する工程と、
切換値に基づいてオン/オフソレノイドを制御する工程とを備えた方法によって運転されるとともに、
当該方法では、切換値が０よりも大きければ、オン/オフソレノイドがＯＮされて、複数のチャンバ間で流体が第１の方向に流れるのが許容され、切換値が０よりも小さければ、オン/オフソレノイドがＯＦＦされて、複数のチャンバ間において第１の方向と逆側の第２の方向に流体が流れるのが許容されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【請求項５】
請求項４において、
切換変数が、以下の式：
switch = C1*(セットポイント−検出信号)＋C２*（検出信号の変化速度）（ただし、C1， C２：調整を受ける制御パラメータ）
に従って計算されている、
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４において、
切換値が０に等しければ、オン/オフソレノイドの状態が維持されている、
ことを特徴とする可変カムタイミングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クローズドループ制御システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、２位置オン/オフソレノイドを用いた可変カムタイミング（ＶＣＴ： variable camshaft timing）クローズドループ制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
アール・エクダールらによる「ＶＣＴソレノイドディザー周波数制御」という名称の米国特許出願公開第2003/0230266号は、可変カムタイミング（ＶＣＴ： variable cam timing）システムにおいてヒステリシスの影響を低減させるためにディザー信号を使用する方法について開示している。
【０００３】
当該方法は、以下の工程を備えている。すなわち、ａ）切換可能な少なくとも２つの周波数を有するディザー信号を提供する工程。ｂ）エンジン速度の周波数特性を決定する工程。ｃ）エンジンクランクｒｐｍ値の近傍に関連して少なくとも一つの周波数ビートポイント（frequency beating point）を決定する工程。ｄ）エンジンがエンジンクランクｒｐｍ値の近傍の範囲内で運転されているときに、ディザー信号周波数を変化させる工程。これにより、周波数ビート効果（frequency beating effect）が低減される。
【０００４】
ダニー・テイラーらによる「温度範囲にわたった電子液圧式制御バルブのための制御方法」という名称の米国特許出願公開第2004/0003788号は、クランクシャフト位置または少なくとも一つのカムシャフト位置のいずれかにおける少なくとも一つの検出位置信号に関連したエラー信号が、所定の命令信号を補償するためにフィードバックされているフィードバック制御ループを有する可変カムタイミング（ＶＣＴ）システムについて開示している。
【０００５】
当該システムはさらに、位相器の相対的角度位置を制御するためのバルブと、バルブの移動を制御するための可変力ソレノイドとを有している。改良された制御方法は、以下の工程を備えている。すなわち、エラー信号よりも十分に小さいディザー信号を提供する工程。温度が変化すると、ディザー信号に関連した少なくとも一つのパラメータを変化させる工程。可変力ソレノイドにディザー信号を供給し、これにより、バルブを過剰に移動させることなく、システムヒステリシスに打ち勝つディザー信号を用いる工程。
【０００６】
スタンレー・ビー・クイン・ジュニアらによる「電子ＶＣＴ制御におけるオープンループ運転およびクローズドループ運転間の移行のための制御方法」という名称の欧州特許出願公開第1375838号は、可変カムタイミング（ＶＣＴ）制御システムについて開示している。
【０００７】
この場合、システムがオープンループモードで運転されなければならない状態があり、またクローズドループ運転が要求される状態がある。ＶＣＴ制御システムが状態を切り換えるための多数の運転状態が提供されている。
【０００８】
最小の外乱をもってこれら２つの運転モード間で切り換えるための制御方法論が、記述されている。さらに、オープンループからクローズドループに切り換えている間に、ＶＣＴシステムへの影響を妨げる構成が提供されている。
【０００９】
ロジャー・シンプソンによる「中央取付けのスプールバルブの位置を制御することによるカム位相器のノイズ低減方法」という名称の米国特許出願公開第2004/0040525号は、ＶＣＴカムタイミングシステムにおいて位相器ハウジングに衝突するロータのトルク逆転現象により生じるノイズを低減させるための方法を開示している。
【００１０】
（チェックバルブを備えた）カムトルク駆動の位相器においては、制御ループがオープンにされるとともに、スプールバルブを一端または他端に移動させており、スプールバルブは零位置からわずかに外れて移動している。これにより、位相器の動きを制御するスプール通路のオイルポートが制限されて、位相器の動きが低減される。その結果、位相器のノイズが減少する。
【００１１】
アール・エクダールらによる「依存関係にある２つのカムのためのインテーク位相の計算を利用したＶＣＴカムタイミングシステム」という名称の米国特許出願公開第2003/0230263号は、インテークカムの位相を決定するのに異なる方法を要求する、依存関係にあるインテークカムを備えたエンジンについて開示している。
【００１２】
エグゾーストカムシャフトは、インテークカムシャフトを駆動しており、インテークカム位置は、エグゾーストカム位置に依存している。本発明は、依存関係にある２つのカムのためのインテーク位相の計算を利用したＶＣＴカムタイミングシステムを提供している。
【００１３】
フランクリン・アール・スミスらによる「可変カムシャフトタイミング装置のための液圧戻り止め器」という名称の米国特許第 6,666,181号は、互いに回転するように配置されたハウジングおよびロータを有する位相器について開示している。ハウジングは、ロータに固着されたベーンによって分割されるように配置された少なくとも一つのキャビティを有している。
【００１４】
ベーンは、キャビティを第１および第２のチャンバに分割している。位相器はさらに、第１および第２のチャンバを接続する通路を有しており、これにより、キャビティ内でのベーンの振動を容易にしている。
【００１５】
位相器は、以下の要素を備えている。すなわち、ａ）第１および第２のチャンバ間で流体を流すための少なくとも２つの開孔を形成するように配置されるとともに、少なくとも１つの開孔を閉じた状態に保持するように配置されたバルブ。ｂ）ハウジングおよびロータ間の回転を停止させまたは減速させるように配置され、これにより、流体の流れに拘わらず、ロック機構がハウジングおよびロータを一緒にロックするのを許容している少なくとも１つのバイバス。
【００１６】
スタンレー・ビー・クイン・ジュニアによる「セットポイント率リミターを用いて予想されたＶＣＴ駆動速度を達成するための制御方法」という名称の米国特許出願公開第2003/0230262号は、位相器の角度関係を制御するためのフィードバックループを備えたＶＣＴシステムにおいて、複数のセットポイント値を受け取るように配置された制御法則について教示している。
【００１７】
複数のフィードバック値は、以下のものを含むように提供されている。すなわち、ａ）入力として複数のセットポイント値を受け取るとともに、第１および第２の出力を出力するコンピュータブロック。ｂ）第１の出力および複数のフィードバック値を総計して第１の総和（ｅ０）を生成するための第１の加算器。ｃ）第１の総和（ｅ０）およびその導関数（ｅ１）を受け取って処理値（ｅ２）を出力する位相積分器および位相補償器。ｄ）所定のスケール（Ｋｆｆ）で第２の出力を増幅する増幅器。ｅ）処理値（ｅ２）および増幅された第２の出力を総計して第２の総和（ｅ３）を生成する第２の加算器。
【００１８】
フランクリン・アール・スミスによる「ＶＣＴロックのため差圧制御システムの使用」という名称の米国特許第 6,668,778号は、差圧制御システム（ＤＰＣＳ）の制御回路と流体連絡するＶＣＴロックピンを備えた可変カムタイミングシステムについて開示している。
【００１９】
制御圧がデューティサイクルの５０％よりも小さい場合には、同じ制御信号がロックピンを係合させるように命令して、ＶＣＴを機械的な停止端に向かって移動させる。制御圧がデューティサイクルの５０％よりも大きい場合には、ロックピンは係合解除して、ＶＣＴが機械的な停止端から離れる側に移動する。
【００２０】
ロジャー・シンプソンらによる「ベーン型可変カムシャフトタイミングシステムのための制御バルブ構成」という名称の米国特許第 6,263,846号は、カムシャフトと、カムシャフトに固定され、カムシャフトとともに回転するハブとを有する内燃機関について開示している。
【００２１】
この場合、ハウジングはハブを囲繞しており、ハブおよびカムシャフトとともに回転可能になっており、さらにハブおよびカムシャフトに関して振動可能になっている。ドライブベーンは、ハウジング内において半径方向内方に配置されており、ハブとともに協働する。
【００２２】
一方、ドリビングベーンは、ハウジングと協働しかつドライブベーンと周方向に交互に配置されることにより、周方向に交互にアドバンスチャンバおよびリタードチャンバを限定するように、ハブ内において半径方向外方に配置されている。
【００２３】
ハブに対するハウジングの振動を制御するための構成は、電子エンジン制御ユニットと、電子エンジン制御ユニットに反応しかつアドバンスチャンバに対するエンジンオイル圧を調整するアドバンス制御バルブとを有している。電子エンジン制御ユニットに反応するリタード制御バルブは、リタードチャンバに対するエンジンオイル圧を調整する。
【００２４】
アドバンス通路は、アドバンス制御バルブおよびアドバンスチャンバ間においてエンジンオイル圧と連絡しており、リタード通路は、リタード制御バルブおよびリタードチャンバ間においてエンジンオイル圧と連絡している。
【００２５】
フランクリン・アール・スミスによる「可変カムシャフトタイミング装置のためのエアベント機構」という名称の米国特許出願公開第2003/0196625号は、以下の要素を備えた装置について開示している。
【００２６】
すなわち、ハウジングの仕切り部内に実質的に配置され、相対回転および流体の流れに拘わりなく、ハウジングおよびロータをロックするロック部材。第１または第２のチャンバとハウジングの仕切り部との間に配置された少なくとも一つのベント通路。これにより、チャンバ内のエアが排出されて、ノイズが停止する。
【００２７】
アレキサンダー・ユーリ・ゴップらによる「排気ガス再循環制御のためのシステムおよび方法」という名称の米国特許出願公開第2003/0192518号は、自動制御可能な少なくとも一つのエアフローアクチュエータと、ＥＧＲバルブを含む排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムとを備えた多シリンダの内燃機関を制御するためのシステムおよび方法について開示している。
【００２８】
当該方法は、測定マニホールド圧が所望のマニホールドに接近するように、少なくとも一部はエアフローアクチュエータの位置に基づいて要求されたマニホールド圧を決定し、ＥＧＲバルブを制御する工程。一実施例においては、自動制御可能なエアフローアクチュエータが、制御バルブおよび可変カムタイミング装置を有している。
【００２９】
他の実施例では、エアフローアクチュエータが、可変バルブリフト装置または可変バルブタイミング装置を有しており、あるいは、シリンダ内の残留排気ガスに影響を与える任意の他の装置を有している。
【００３０】
なお、オン/オフソレノイドを使用した従来の特許または公開公報のいずれも、プリセットされる値を有する、予め決定された実体を使用してはいない。したがって、フィードバック制御ループ内にオン/オフソレノイドを有しているのが望ましい。この場合、切換変数が提供されており、２位置オン/オフソレノイドをオンまたはオフさせるために、切換変数の数値表示に基づいた計算も提供されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第2003/0230266号
【特許文献２】米国特許出願公開第2004/0003788号
【特許文献３】欧州特許出願公開第1375838号
【特許文献４】米国特許出願公開第2004/0040525号
【特許文献５】米国特許出願公開第2003/0230263号
【特許文献６】米国特許第6,666,181号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第2003/0230262号
【特許文献８】米国特許第6,668,778号明細書
【特許文献９】米国特許第6,263,846号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第2003/0196625号
【特許文献１１】米国特許出願公開第2003/0192518号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、セットポイントおよび測定角度位相間の差に等しい切換値に基づいた制御を行う可変カムタイミングシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
請求項１の発明は、内燃機関のための可変カムタイミング（ＶＣＴ）システムを制御する方法であって、当該内燃機関が、カムシャフトおよびクランクシャフトを有し、各々測定パルスを発生するカムシャフトセンサおよびクランクシャフトセンサを有しており、可変カムタイミング位相器が、駆動力を受け入れる外周部を有するハウジングと、ハウジング内に同芯に配置されたカムシャフトに連結されるロータとを備え、ハウジングおよびロータが、複数のチャンバを区画する少なくとも一つのベーンを限定しており、ベーンがハウジングおよびロータの相対的角度位置を変更するように回転可能に設けられている。可変カムタイミング位相器は、さらに、複数のチャンバ間で流体の流れを制御するためのスライド可能なスプールを有するスプールバルブと、スプールの位置を制御するためのオン/オフソレノイドとを備えている。当該制御方法は、測定パルスを用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の測定角度位相を決定する工程と、セットポイントおよび測定角度位相間の差に等しい切換値を決定する工程と、切換値に基づいてオン/オフソレノイドを制御する工程とを備え、切換値が０よりも大きければ、オン/オフソレノイドがＯＮされて、複数のチャンバ間で流体が第１の方向に流れるのを許容し、切換値が０よりも小さければ、オン/オフソレノイドがＯＦＦされて、複数のチャンバ間において第１の方向と逆側の第２の方向に流体が流れるのを許容している。
【００３３】
請求項２の発明では、切換変数が、以下の式：
switch = C1*(セットポイント−検出信号)＋C２*（検出信号の変化速度）（ただし、C1， C２：調整を受ける制御パラメータ）
に従って計算されている。
【００３４】
請求項３の発明では、切換値が０に等しければ、オン/オフソレノイドの状態が維持されている。
【００３５】
請求項４の発明は、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、内燃機関が、カムシャフトおよびクランクシャフトと、各々測定パルスを発生するカムシャフトセンサおよびクランクシャフトセンサとを備えており、可変カムタイミング位相器が、駆動力を受け入れるための外周部を有するハウジングと、ハウジング内に同芯にカムシャフトに連結されるロータとを備えている。ハウジングおよびロータが、複数のチャンバを区画する少なくとも一つのベーンを限定しており、ベーンが、ハウジングおよびロータの相対的角度位置変更するように回転可能になっている。可変カムタイミング位相器が、さらに、複数のチャンバ間で流体の流れを制御するスライド可能なスプールを有するスプールバルブと、スプールの位置を制御するためのオン/オフソレノイドと、オン/オフソレノイドの位置を制御するための制御システムとを備えている。当該制御システムは、測定パルスを用いて、カムシャフトおよびクランクシャフト間の測定角度位相を決定する工程と、セットポイントおよび測定角度位相間の差に等しい切換値を決定する工程と、切換値に基づいてオン/オフソレノイドを制御する工程とを備えた方法によって運転される。当該方法においては、切換値が０よりも大きければ、オン/オフソレノイドがＯＮされて、複数のチャンバ間で流体が第１の方向に流れるのが許容され、切換値が０よりも小さければ、オン/オフソレノイドがＯＦＦされて、複数のチャンバ間で第１の方向と逆方向の第２の方向に流体が流れるのが許容されている。
【００３６】
請求項５の発明では、切換変数が、以下の式：
switch = C1*(セットポイント−検出信号)＋C２*（検出信号の変化速度）（ただし、C1， C２：調整を受ける制御パラメータ）
に従って計算されている。
【００３７】
請求項６の発明では、切換値が０に等しければ、オン/オフソレノイドの状態が維持されている。
【００３８】
本発明においては、フィードバックループを有するＶＣＴシステムにおいて、ソレノイドがＶＣＴ位相器に関連して流体の流れを制御するスプールバルブを駆動するのに用いられるように、オン/オフソレノイドが提供されている。
【００３９】
フィードバックループを有するＶＣＴシステムにおいて、ソレノイドがＶＣＴ位相器に関連して流体の流れを制御するスプールバルブを駆動するのに用いられるように、２位置オン/オフソレノイドが提供されている。
【００４０】
オン/オフソレノイドを備えたフィードバックループを有するＶＣＴシステムにおいて、切換変数つまりスイッチ（switch）が提供されており、２位置オン/オフソレノイドをオンまたはオフするために、スイッチの数値表示に基づいた計算が提供されている。
【００４１】
ＶＣＴ位相器内で流体の方向を制御するスプールバルブを押し出すための小型かつ高速応答性の２位置オン/オフソレノイドが提供されている。
【００４２】
切換変数つまりスイッチ（switch）が提供されており、スイッチは、制御法則内で計算されている。スイッチの数値表示に基づいて、２位置オン/オフバルブがオンまたはオフされている。
【００４３】
検出信号およびセットポイントを含むフィードバックループを有するＶＣＴシステムにおいて、以下の工程を含む方法が提供されている。すなわち、検出信号およびセットポイントに関連したスイッチ変数を決定する工程。スイッチ変数を計算する工程。スイッチ変数値に応じて、ＶＣＴ位相器内を流れる制御流体の流れを制御する２位置オン/オフソレノイドの運転を制御する工程。これにより、制御流体は、ＶＣＴ位相器内で流れの方向を制御するスプールバルブを駆動するための２位置オン/オフソレノイドを用いて、ＶＣＴ位相器内で一方向または他の方向に流れる。
【００４４】
以下の要素を備えたＶＣＴシステムが提供されている。すなわち、検出信号およびセットポイントを含むフィードバックループ。ＶＣＴ位相器内で流れの方向を制御するスプールバルブを駆動するための２位置オン/オフソレノイド。当該システムはさらに、以下の工程を含む方法を備えている。すなわち、検出信号およびセットポイントに関連したスイッチ変数を決定する工程。スイッチ変数を計算する工程。スイッチ変数値に応じて、ＶＣＴ位相器内を流れる制御流体の流れを制御する２位置オン/オフソレノイドの運転を制御する工程。
【００４５】
これにより、制御流体は、ＶＣＴ位相器内で流れの方向を制御するスプールバルブを駆動するための２位置オン/オフソレノイドを用いて、ＶＣＴ位相器内で一方向または他の方向に流れる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、セットポイントおよび測定角度位相間の差に等しい切換値に基づいた制御を行う可変カムタイミングシステムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
自動較正の可変カムシャフトタイミングシステムという名称の米国特許第 5,289,805号は、引用することによって本明細書中に含まれているが、クローズドループアクチュエータが可変力ソレノイド（ＶＦＳ）である点を開示している。このシステムは、図１のフィードバックループに示されている。
【００４８】
図１には、一般的なフィードバックループ１０が示されている。フィードバックループ１０の制御目的は、スプールバルブを零位置におくことにある。言い換えれば、その目的は、スプール１４が零位置に静止した状態において、ＶＣＴ機構がセットポイント１２によって与えられる位相角に配置されるように、位相器（図示せず）の２つの流体保持チャンバ間において流体が流れないようにすることである。
【００４９】
このようにして、ＶＣＴ機構が正規の位相位置におかれ、位相の変化速度がゼロになる。ＶＣＴ機構の動的状態を利用する制御コンピュータプログラム製品が、上記状態を達成するのに用いられている。
【００５０】
ＶＣＴクローズドループ制御機構は、カムシャフト位相変化θ0１６を測定して、これを所望のセットポイント１２と比較することによって、実現されている。ＶＣＴ機構は、位相器がセットポイント１２によって決定される位置を獲得するように、調整されている。
【００５１】
制御法則１８は、セットポイント１２を位相変化θ0１６と比較する。比較結果は、スプール１４を位置決めするためにソレノイド２０に対して命令信号を出力するための基準として用いられる。このようなスプール１４の位置決めは、位相誤差（セットポイント１２および位相変化θ0１６間の差）が零でないときに発生する。
【００５２】
スプール１４は、位相誤差がマイナス（つまりリタード）であれば、第１の方向（右方）に向かって移動し、位相誤差がプラス（つまりアドバンス）であれば、第２の方向（左方）に向かって移動する。現行の位相測定システムを備えたリタードは大きな値を生じ、アドバンスは小さな値を生じるということが注目される。
【００５３】
位相誤差が０のとき、ＶＣＴ位相は、セットポイント１２と等しくなり、スプールバルブ内で流体が流れないようにスプール１４が零位置におかれる。制御流体の流れの状態とスプールバルブ１４の位置との機能的関係１５に着目のこと。
【００５４】
ＶＣＴシステムにおけるカムシャフト測定パルスおよびクランクシャフト測定パルスは、それぞれカムシャフトパルスホイール２２およびクランクシャフトパルスホイール２４によって発生する。図示しないクランクシャフトおよびカムシャフトが回転すると、ホイール２２，２４が各シャフトとともに回転する。
【００５５】
各ホイール２２，２４は、センサにより発生する測定パルスに応じてセンサにより検出されて測定される歯を有している。測定パルスは、カムシャフト測定パルスセンサ２２ａおよびクランクシャフト測定パルスセンサ２４ａによって検出される。検出されたパルスは、位相測定装置２６によって用いられる。次に、測定位相の差が決定される。
【００５６】
カムシャフトおよびクランクシャフト間の位相は、連続したクランク−カム間のパルスからの時間を全回転時間で割って３６０°を乗じたものとして定義される。測定位相は、θ０１６で表される。次に、この位相は、所望のスプール位置に到達するために、制御法則１８に供給される。
【００５７】
ソレノイド２０は、典型的には、スプール１４に作用する力が変化することによって、所定のラインに沿ってスプール１４の変位を変化させ、それにより、制御流体量を可変にする可変力ソレノイド（ＶＦＳ）である。
【００５８】
典型的には、ＶＦＳは、大きな台座を有しており、エンジンヘッド内またはエンジンカバーの辺りの貴重なスペースを占めるので、かさばる。このため、もし小型化が望ましいのであれば、ＶＦＳは、指定された寸法制限には適合できないことになる。
【００５９】
クローズドループ１０の制御法則１８は、米国特許第 5,184,578号に記述されており、当該米国特許は引用することによって本明細書中に含まれている。制御法則の簡略化されたものが図１Ａに示されている。
【００６０】
測定位相２６は、比例積分（ＰＩ）処理が行われるブロック３０において最初制御法則１８の影響を受ける。ＰＩ処理は、２つのサブ処理の和である。第１のサブ処理は増幅を含み、第２のサブ処理は積分を含んでいる。
【００６１】
測定された位相は、ブロック３２においてさらに位相補償の影響を受ける。ここでは、制御信号は、アクチュエータ（この例では、可変力ソレノイド）を駆動するように送出される前に、制御システム全体の安定性を向上させるように調整される。
【００６２】
言い換えれば、ＶＦＳは良好なクローズドループ制御性能を提供するが、高コスト化、パッケージスペースの大型化および信頼性の低下のようないくつかの欠点を有している。本発明は、２位置オン/オフソレノイドで置き換えることによって、ＶＦＳ固有の上記欠点を回避している。２位置オン/オフソレノイドは、ＶＦＳよりも、はるかに安価で、小型であり、信頼性が高い。
【００６３】
本発明は、図２に示すように、ＶＣＴ位相器内で流体の流れの方向を制御するスプールバルブを押し出すための、小型でかつ高速応答性の２位置オン/オフソレノイドを提供しようとしている。
【００６４】
図２には、フィードバックループ１１が示されている。フィードバックループ１１の制御目的は、スプールバルブを零位置におくことにある。言い換えれば、その目的は、スプール１４が零位置に静止した状態において、ＶＣＴ機構がセットポイント１２によって与えられる位相角に配置されるように、位相器（図示せず）の２つの流体保持チャンバ間において流体が流れないようにすることである。
【００６５】
このようにして、ＶＣＴ機構が正規の位相位置におかれ、位相の変化速度がゼロになる。ＶＣＴ機構の動的状態を利用する制御コンピュータプログラム製品が、上記状態を達成するのに用いられている。
【００６６】
ＶＣＴクローズドループ制御機構は、カムシャフト位相変化θ0１６を測定して、これを所望のセットポイント１２と比較することによって、実現されている。ＶＣＴ機構は、位相器がセットポイント１２によって決定される位置を獲得するように、調整されている。
【００６７】
セットポイント１２は、ＶＣＴコントローラのようなコントローラによって制御される、またはエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）内に格納された計算値である。制御法則３１は、検出クランクパルスまたはカムパルスのような少なくとも一つの測定値に関連した位相変化θ0１６とセットポイント１２を比較する。
【００６８】
比較結果は、スプール１４を位置決めするためにオン/オフソレノイド３０に対して命令信号を出力するための基準として用いられる。オン/オフソレノイド３０は、２位置ソレノイドである。このようなスプール１４の位置決めは、位相誤差（セットポイント１２および位相変化θ0１６間の差）が零でないときに発生する。
【００６９】
流体の流れの状態とスプールバルブ１４の位置との機能的関係１７に着目のこと。たった２つのバルブ位置、つまり第１の位置１７ａおよび第２の位置１７ｂの出口がソレノイドのオン/オフ性により用いられている。言い換えれば、理想的には、制御流体の流れは、十分に流れているか、あるいは完全に遮断されている。
【００７０】
スプール１４は、位相誤差がマイナス（つまりリタード）であれば、第１の方向（右方）に向かって移動し、位相誤差がプラス（つまりアドバンス）であれば、第２の方向（左方）に向かって移動する。
【００７１】
現行の位相測定システムを備えたリタードは大きな値を生じ、アドバンスは小さな値を生じるということが注目される。位相誤差が０のとき、ＶＣＴ位相は、セットポイント１２と等しくなり、スプールバルブ内で流体が流れないようにスプール１４が零位置におかれる。
【００７２】
ＶＣＴシステムにおけるカムシャフト測定パルスおよびクランクシャフト測定パルスは、それぞれカムシャフトパルスホイール２２およびクランクシャフトパルスホイール２４によって発生する。図示しないクランクシャフトおよびカムシャフトが回転すると、ホイール２２，２４が各シャフトとともに回転する。
【００７３】
各ホイール２２，２４は、センサにより発生する測定パルスに応じてセンサにより検出されて測定される歯を有している。測定パルスは、カムシャフト測定パルスセンサ２２ａおよびクランクシャフト測定パルスセンサ２４ａによって検出される。検出されたパルスは、位相測定装置２６によって用いられる。
【００７４】
次に、測定位相の差が決定される。カムシャフトおよびクランクシャフト間の位相は、連続したクランク−カム間のパルスからの時間を全回転時間で割って３６０°を乗じたものとして定義される。測定位相は、θ０１６で表される。次に、この位相は、所望のスプール位置に到達するために、制御法則１８に供給される。
【００７５】
本発明のソレノイド３０は、ＶＣＴ位相器内で流体の流れの方向を制御するスプールバルブ１４を押し出すための小型かつ高速応答性の２位置オン/オフソレノイドである。切換変数‘switch’ は、制御法則３１内で計算される。
【００７６】
switch の数値表示または値に基づいて、２位置オン/オフソレノイドがオンまたはオフされる。以下は、切換変数の値を計算するのに適した論理処理を示している。
If sign(switch) > 0 （つまり、切換変数の表示が０よりも大きければ）
２位置オン/オフソレノイドをオンにして、ＶＣＴ内の作動流体が一方向に流れるのを許容する。
If sign(switch) < 0 （つまり、切換変数の表示が０よりも小さければ）
２位置オン/オフソレノイドをオフにして、ＶＣＴ内の作動流体が逆方向に流れるのを許容する。
If switch = 0 （つまり、切換変数が０であれば）
元のソレノイドの状態を維持する。
【００７７】
本発明においては、switch の値を計算するのに種々の方法がある。Switch  を計算する好ましいやり方の一つは、
switch = theta_setP - theta_M
とすることである。もう一つの好ましいやり方の一つは、
switch = C１*(theta_setP - theta_M) + C2*(theta_M Dot)
【００７８】
ここで、theta_setP は、ＶＣＴ位置のセットポイントであり、theta_M 測定されたＶＣＴ位置であり、theta_M Dot は、theta_M の導関数である。C１および C2 は、調整されるべき制御パラメータである。
【００７９】
変化速度は、C2*(theta_M Dot) の第１次エラー補償が不十分であるようになされる、ということが注目される。これにより、高次エラー補償が必要になる。潜在的には、切換変数を計算する多数の方法がある。いくつかの変数は、他の変数よりも良好に作用する。本発明は、切換変数の少なくともいくつかの閾値または表示に基づいて計算された制御命令信号について教示している。
【００８０】
理解されるように、制御流体の流れを増加させる従来のＶＦＳ（図１中の関係１５参照）と比較すると、本発明によるオン/オフソレノイドは、わずか２つの位置、つまりオンまたはオフのいずれかの位置（図２中の数値１７ａおよび１７ｂ参照）を維持している。
【００８１】
制御流体の流れは、ＣＴＡシステムまたはＴＡシステムのいずれか関連するカムシャフトトルクパルスによって引き起こされている。本発明がＯＰＡシステムにおける使用をも意図しているということが注目されるべきである。
【００８２】
図３には、フローチャート４０が示されている。まず、ステップ４２において、切換変数 switch が定義される。次に、ステップ４４において、定義された切換変数 switchに値が付与される。切換変数 switch は、たとえば図２の制御法則３１の範囲内で計算される。
【００８３】
次に、ステップ４６では、switch の値が所定の値Ｚよりも大きいかどうかの判断がなされる。ステップ４６での判断がｙｅｓとなれば、プログラムはステップ４８に移行して、オン/オフソレノイドをＯＮにする。またステップ４６での判断がｎｏであれば、プログラムはステップ５０に移行する。
【００８４】
ステップ５０では、switch の値が所定の値Ｚよりも小さいかどうかの判断がなされる。ステップ５０での判断がｙｅｓとなれば、プログラムはステップ５２に移行して、オン/オフソレノイドをＯＦＦにする。またステップ５０での判断がｎｏであれば、プログラムはステップ５４に移行する。
【００８５】
ステップ５４では、switch の値が所定の値Ｚと等しいかどうかの判断がなされる。ステップ５４での判断がｙｅｓとなれば、プログラムはステップ５６に移行して、元のオン/オフソレノイドの状態を維持する。またステップ５４での判断がｎｏであれば、プログラムはステップ４６に戻る。なお、所定の値Ｚは、値０を含む任意の値でよい。
【００８６】
理解されるように、本発明は、ＶＣＴ位相器内で流体の流れの方向を制御するスプールバルブを駆動するための２位置オン/オフソレノイドの使用を含んでいる。切換変数が提供されており、切換変数の決定値に基づいて、オン/オフソレノイドがオンまたはオフされ、あるいは、現在の状態（つまりオンまたはオフ）を維持する。切換変数を定義する一つのやり方は、表示機能によることである。
【００８７】
本発明の一実施例は、コンピュータシステムとともに使用されるプログラム製品として実行されている。プログラム製品のプログラムは、実施例の機能を限定しており、種々の信号保持媒体に含まれ得る。
【００８８】
具体的な信号保持媒体は、以下のものを含むが、これらには限定されない。（ｉ）ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭなどのようなプログラム可能な装置に永久に格納された情報。(ii)書込不可の記憶媒体に永久に格納された情報（例：ＣＤ−ＲＯＭドライブによって読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭディスクのようなコンピュータ内のリードオンリーメモリ装置）。(iii) 書き込み可能な記憶媒体に格納された変更可能な情報（例：ハードディスクまたはディスケットドライブ内のフレキシブルディスク）。(iv)ワイヤレス通信を含むコンピュータネットワークまたは電話回線ネットワーク、あるいは自動車の車載コントローラのような通信手段によってコンピュータに伝達される情報。
【００８９】
いくつかの実施例は、とくに、インターネットおよびその他のネットワークからダウンロードされた情報を含んでいる。上記信号保持媒体は、本発明の機能を導く、コンピュータにより読み取り可能な指令を含んでいるとき、本発明の実施例を表している。
【００９０】
一般に、本発明の実施例を実施するように実行されるルーチンは、オペレーティングシステムの一部として、あるいは特定のアプリケーション、コンポーネント、プログラム、モジュール、オブジェクトまたは一連の指令として実施されようがされまいが、ここでは、「プログラム」と呼称される。
【００９１】
コンピュータプログラムは、典型的には、機械が読み取り可能なフォーマットに、したがって実行可能な命令に変換される多数の命令から構成されている。またプログラムは、プログラムに局所的に存在するか、あるいは、メモリまたは記憶装置に見出される変数およびデータ構造から構成されている。
【００９２】
なお、ここで記述される種々のプログラムは、本発明の特定の実施例において実施されるアプリケーションに基づいて確認される。その一方、任意の特定のプログラム用語が単に便宜上用いられており、したがって、本発明が、このような用語によって認定されまたは示唆される任意の特定のアプリケーションのみへの使用に限定されるべきではないということが理解されるべきである。
【００９３】
以下の記述は、本発明に関連する用語および概念である。
上記流体が作動流体であるということが注目されるべきである。作動流体は、ベーン位相器内でベーンを移動させる流体のことである。典型的には、作動流体はエンジンオイルを含んでいるが、これとは別個の作動流体であり得る。
【００９４】
本発明のＶＣＴシステムは、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型ＶＣＴシステムである。このＶＣＴシステムは、ベーンを移動させるのに、エンジンバルブを開閉させる力によって生じるカムシャフト内のトルク逆転現象を使用している。
【００９５】
ＣＴＡシステム内の制御バルブは、アドバンスチャンバからリタードチャンバへの流体の流れを許容してベーンの移動を許容しており、または流体の流れを停止させてベーンを所定位置にロックしている。
【００９６】
ＣＴＡ位相器はまた、漏れによる損失を補填するためにオイル導入口を有しているが、位相器を移動させるのにエンジンオイル圧を使用してはいない。ベーンは、チャンバ内に収容されるとともに、作動流体が作用する半径方向の部材である。ベーン位相器は、チャンバ内で移動するベーンによって駆動される位相器である。
【００９７】
エンジンには、一つまたはそれ以上のカムシャフトがある。カムシャフトは、ベルト、チェーン、ギヤまたは他のカムシャフトにより駆動される。カムシャフト上には、バルブを押圧するローブが設けられている。
【００９８】
多数本のカムシャフトを有するエンジンにおいては、多くの場合、エグゾーストバルブ用に１本のシャフトが設けられ、インテークバルブ用に１本のシャフトが設けられている。Ｖ型エンジンは、通常、各バンクに１本ずつ２本のカムシャフトを有しているか、または各バンクにインテークバルブ用およびエグゾーストバルブ用の４本のカムシャフトを有している。
【００９９】
チャンバは、ベーンが回転する空間領域として定義されている。チャンバは、クランクシャフトに対してバルブを先に開放させるアドバンスチャンバと、クランクシャフトに対してバルブを後で開放させるリタードチャンバとに分割されている。
【０１００】
チェックバルブは、ただ一方向のみの流体の流れを許容するバルブとして定義されている。クローズドループは、一つの特性を他の特性に反応させて変化させるとともに、その変化が正しくなされたかどうかチェックして、所望の結果が得られるように作用を調整する制御システムとして定義されている。
【０１０１】
たとえば、ＥＣＵからの命令に反応して位相器位置を変化させるようにバルブを移動させ、実際の位相器位置をチェックして、バルブを再度正規の位置に移動させる。制御バルブは、位相器への流体の流れを制御するバルブである。制御バルブは、ＣＴＡシステム内の位相器内部に存在している。制御バルブは、油圧またはソレノイドによって駆動される。
【０１０２】
クランクシャフトは、ピストンからの動力により、トランスミッションおよびカムシャフトを駆動する。スプールバルブは、スプール型の制御バルブとして定義されている。典型的には、スプールは穴内に配置されて、一方の通路を他方の通路に連絡している。スプールは、多くの場合、位相器のロータの中心軸に配置されている。
【０１０３】
差圧制御システム（ＤＰＣＳ）は、スプールの各端部への作動流体圧を使用して、スプールバルブを移動させるシステムである。スプールの一端は他端よりも大きくなっており、一端に作用する流体は通常は油圧制御のＰＷＭバルブによって制御され、全供給圧はスプールの他端に供給されており、これにより、差圧が生じている。バルブ制御ユニット（ＶＣＵ： valve control unit)は、ＶＣＴシステムを制御するための制御回路である。典型的には、ＶＣＵは、ＥＣＵからの命令に反応して作動する。
【０１０４】
ドリブンシャフトは、ＶＣＴ内において動力を受ける任意のシャフトであり、多くの場合、カムシャフトである。ドライブシャフトは、ＶＣＴ内において動力を供給する任意のシャフトであり、大抵の場合はクランクシャフトであるが、一方のカムシャフトに対する他方の駆動カムシャフトの場合もある。
【０１０５】
ＥＣＵは、車載コンピュータであるエンジン制御ユニットである。エンジンオイルは、エンジンを潤滑するのに使用されるオイルであり、制御バルブを介して位相器を駆動するのに圧力を作用させている。
【０１０６】
ハウジングは、チャンバを備えた位相器の外側部分として定義されている。ハウジングの外側部分は、タイミングベルト用のプーリ、タイミングチェーン用のスプロケットまたはタイミングギヤ用のギヤである。
【０１０７】
流体は、ブレーキオイルやパワーステアリングオイルと同様に、液圧シリンダに使用される任意のオイルである。流体は、必ずしもエンジンオイルと同じでなくてもよい。典型的には、本発明は作動流体を使用している。
【０１０８】
ロックピンは、位相器を所定位置にロックするように配置されている。ロックピンは、エンジン始動時や停止時のように、油圧が低すぎて位相器を保持できない場合に通常用いられる。
【０１０９】
油圧駆動（ＯＰＡ： oil pressure actuated）型のＶＣＴシステムは、ベーンを移動させるのにエンジンオイル圧をベーンの一方の側または他方の側に作用させる一般的な位相器を使用している。
【０１１０】
オープンループは、作用を確認するためのフィードバックを行うことなく、一つの特性を他方の特性に反応して変化させる（たとえば、ＥＣＵからの命令信号に反応してバルブを移動させる）制御システム内で用いられている。
【０１１１】
位相は、カムシャフトおよびクランクシャフト間（または、位相器が他方のカムによって駆動される場合にはカムシャフト間）の相対的角度位置として定義されている。位相器は、カムに据え付けられる全体の部分として定義されている。
【０１１２】
位相器は、典型的には、ロータおよびハウジング、さらにはスプールバルブおよびチェックバルブから構成されている。ピストン位相器は、内燃機関のシリンダ内のピストンによって駆動される位相器である。ロータは、カムシャフトに装着された、位相器の内側部分である。
【０１１３】
パルス幅変調（ＰＷＭ： pulse-width modulation)は、電圧または流体圧のオン・オフパルスのタイミングを変化させることによって、変化する力または圧力を供給している。ソレノイドは、機械式アームを移動させるのにコイル内を流れる電流を使用する電気式アクチュエータである。
【０１１４】
可変力ソレノイド（ＶＦＳ： variable force solenoid) は、通常は供給電流のＰＷＭによってその駆動力が変化し得るソレノイドである。ＶＦＳは、オン・オフソレノイドに対向している。
【０１１５】
スプロケットは、エンジンタイミングチェーンのようなチェーンとともに使用される部材である。タイミングとは、ピストンが或る限定位置（通常は上死点（ＴＤＣ））に達する時間と他の事象が起こる時間との間の関係として定義される。たとえば、ＶＣＴまたはＶＶＴシステムにおいては、タイミングは通常、バルブが開閉するときに関係している。点火時刻は、点火プラグが点火するときに関係している。
【０１１６】
トーション・アシスト（ＴＡ）位相器またはトルク・アシスト位相器は、ＯＰＡ位相器の変形例であって、オイル供給ラインにチェックバルブを付加しており（つまり、単一のチェックバルブの実施態様）、または各チャンバへの供給ラインにチェックバルブを付加している（つまり、二つのチェックバルブの実施態様）。
【０１１７】
チェックバルブは、トルク逆転現象による油圧パルスが油圧システム内に伝搬するのを阻止するとともに、ベーンがトルク逆転により後退するのを停止させる。ＴＡシステムにおいては、前方へのトルク効果によるベーンの動きが許容されている。このため、トーション・アシストという表現が用いられている。ベーンの動きのグラフは階段状である。
【０１１８】
ＶＣＴシステムは、位相器、制御バルブ、制御バルブアクチュエータおよび制御回路を有している。可変カムタイミング（ＶＣＴ）は、エンジンのインテークバルブおよび（または）エグゾーストバルブを駆動する一つまたはそれ以上のカムシャフト間の角度関係（位相）を制御しまたは変化させるための方法であって物ではない。角度関係はまた、クランクシャフトがピストンに連結されているところのカムおよびクランクシャフト間の位相関係を含んでいる。
【０１１９】
可変バルブタイミング（ＶＶＴ： variable valve timing）は、バルブタイミングを変化させる任意の方法である。ＶＶＴはＶＣＴに関連している。ＶＶＴは、カムの形状を変えることによって、あるいは、カムに対するカムローブの関係、カムまたはバルブに対するバルブアクチュエータの関係を変えることによって、達成される。
【０１２０】
またＶＶＴは、電気式または液圧式アクチュエータを使用してバルブを個々に制御することによって、達成される。言い換えれば、すべてのＶＣＴはＶＶＴであるが、ＶＶＴがすべてＶＣＴであるというわけではない。
【０１２１】
本明細書中で記述された本発明の実施例は、本発明の原理を採用した単なる例示にすぎないということが理解されるべきである。図示された実施例の詳細に本明細書中で言及することは、特許請求の範囲を限定する意図ではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】従来のＶＣＴループを示している。
【図１Ａ】従来のＶＣＴループ（図１）の制御法則を示している。
【図２】本発明の制御ループを示している。
【図３】本発明のフローチャートを示している。
【符号の説明】
【０１２３】
１０：  フィードバックループ
１２：  セットポイント
１４：  スプールバルブ
２２ａ：  カムシャフト測定パルスセンサ
２４ａ：  クランクシャフト測定パルスセンサ
３０：  オン/オフソレノイド
【図１】
2005315263.tif 000003
【図１Ａ】
2005315263.tif 000004
【図２】
2005315263.tif 000005
【図３】
2005315263.tif 000006