JP2004019656A - 可変カムタイミング制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】改良された新規なフィードバックループ構成を有する可変カムタイミング制御システムを実現する。
【解決手段】インテークカムシャフト９４がエグゾーストカムシャフト９２に依存しているシステムにおいて、エグゾーストカムシャフト９２と係合するエグゾースト位相器８６と、インテークカムシャフト９４と係合するインテーク位相器６６と、インテーク位相器に関連する誤差を補償する第１のフィードバックループ４２と、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償する第２のフィードバックループ４４とを備え、第１のフィードバックループ４２が、測定インテーク位相信号５４を有し、ローカルインテーク設定値４８と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループ４２によって用いられる誤差信号５５を発生するように用いられている。第２のフィードバックループ４４は、測定エグゾースト位相信号５０を有している。
【選択図】 図３
【解決手段】インテークカムシャフト９４がエグゾーストカムシャフト９２に依存しているシステムにおいて、エグゾーストカムシャフト９２と係合するエグゾースト位相器８６と、インテークカムシャフト９４と係合するインテーク位相器６６と、インテーク位相器に関連する誤差を補償する第１のフィードバックループ４２と、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償する第２のフィードバックループ４４とを備え、第１のフィードバックループ４２が、測定インテーク位相信号５４を有し、ローカルインテーク設定値４８と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループ４２によって用いられる誤差信号５５を発生するように用いられている。第２のフィードバックループ４４は、測定エグゾースト位相信号５０を有している。
【選択図】 図３
Description
【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（ＶＣＴ： ｖａｒｉａｂｌｅ ｃａｍｓｈａｆｔ ｔｉｍｉｎｇ） システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、従属関係を有する２本のカムシャフトを有するダブルＶＣＴシステムに関する。このシステムにおいては、所望のインテークグローバル位相が、エグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相を直接制御しかつインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を制御することによって、達成されている。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
内燃機関は、可変カムタイミング（ＶＣＴ：ｖａｒｉａｂｌｅ ｃａｍ ｔｉｍｉｎｇ）やアクティブノイズ相殺のような構造を含むことによって、ますます複雑になってきている。
【０００３】
たとえば、ＶＣＴを用いることによって、角変位つまりクランクシャフトに対するカムシャフトの位相が動的に変化して、燃費、動力または排ガスのようなエンジン特性の変化を生じさせる。典型的には、このようなエンジン特性の所望の値が現在値と比較されるとともに、その差に応じてエンジン内部で変化を生じさせるフィードバックループがある。
【０００４】
これを達成するために、最近の自動車は、エンジンの種々の部品や自動車のその他の部分および周囲環境（排ガスセンサ、圧力センサ、温度センサなど）から供給されるデータを絶えず分析して、このようなデータに応じた信号を出力するマイクロコンピュータを備えた一つまたはそれ以上の制御モジュールを通常有している。たとえば、ＶＣＴに関しては、エンジンおよび外部条件に変化が生じると、カムシャフトおよびクランクシャフト間の角変位が変更される。
【０００５】
図１には、従来の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の制御目標は、スプールバルブを零位置におくことである。言い換えれば、スプール１４が零位置に固定されたまま、設定値１２によって与えられた位相角にＶＣＴ機構が保持されるように、位相器（図示せず）内の二つの流体保持チャンバ間で流体の流れが生じないようにすることが目標である。
【０００６】
これにより、ＶＣＴ機構が正確な位相位置におかれて、位相の変化速度が零になる。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、上述の状態を達成するのに用いられている。
【０００７】
ＶＣＴクローズドループ制御機構は、カムシャフト位相変化θ０ １６を測定して、これを所望の設定値１２と比較することによって、実現されている。ＶＣＴ機構は、位相器が設定値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。
【０００８】
制御法則１８は、設定値１２を位相変化θ０ １６と比較する。比較された結果は、スプール１４を位置決めするようにソレノイド２０に命令信号を出力するための基準として使用される。スプール１４のこうした位置決めは、位相誤差（設定値１２と位相変化θ０ １６との差）が零以外のときに生じる。
【０００９】
スプール１４は、位相誤差が負（リタード）であれば第１の方向（つまり右方）に向かって移動し、位相誤差が正（アドバンス）であれば第２の方向（つまり左方）に向かって移動する。
【００１０】
最新の位相測定手法をともなうリタードは大きな値を生じさせ、アドバンスは小さな値を生じさせるということが注目される。位相誤差が零であれば、ＶＣＴ位相は設定値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が零位置に保持される。
【００１１】
ＶＣＴシステム内のカムシャフト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およびクランクシャフトパルス回転盤２２，２４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、回転盤２２，２４はそれぞれのシャフトとともに回転する。
【００１２】
回転盤２２，２４は、測定パルスを送出するセンサによって検出されかつ測定される歯を有している。測定パルスは、それぞれカムシャフトおよびクランクシャフト測定パルスセンサ２２ａ，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。
【００１３】
これにより、測定位相差が決定される。カムシャフトおよびクランクシャフト間の位相は、全回転時間で分割されかつ３６０度を掛けた連続クランク・カム間パルスからの時間として定義される。測定された位相は、θ０ １６として表される。この位相は、所望のスプール位置に到達するための制御法則１８に供給される。
【００１４】
クローズループ１０の制御法則１８が米国特許第 ５，１８４，５７８号に記述されており、該制御法則は、引用することによって本件出願の中に含まれる。制御法則の簡略化されたものが図２に示されている。
【００１５】
測定された位相２６は、まず、ブロック３０において制御法則１８の作用を受ける。ブロック３０では、比例積分（ＰＩ）処理が行われる。ＰＩ処理は、二つのサブ処理の総和である。第１のサブ処理は増幅作用を含み、第２のサブ処理は積分作用を含んでいる。測定された位相はさらに、ブロック３２において位相補償の作用を受ける。すなわち、制御信号が、アクチュエータ、ここ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増加させるように調整される。
【００１６】
混同を避けるために、グローバル位相およびローカル位相という二つの用語が導入されている。グローバル位相は、クランクシャフトに対するインテークＶＣＴ位相器およびエグゾーストＶＣＴ位相器双方の相対的角度位置と定義される。ローカル位相は、エグゾーストＶＣＴ位相器に対するインテークＶＣＴ位相器のみの相対的角度位置と定義される。
【００１７】
米国特許第 ５，１８４，５７８号に記述されたカム位相器制御方法は、引用することによって本件出願の中に含まれるものであるが、ネガティブフィードバック（負帰還）ループについて記述している。
【００１８】
理解されるように、ループは、図１および図２に類似している。ループは、グローバル位相およびローカル位相の概念を単にそれぞれ導入するために、ここでは簡単に記述されている。
【００１９】
エグゾーストグローバル設定値は設定値フィルタを通過して、測定されたエグゾーストグローバル位相と比較される。その差は、ＰＩコントローラおよび位相補償器を通過する。計算された値には、零値が加えられる。最終値は、制御アクチュエータを駆動するために、ＰＷＭ駆動回路または電流駆動回路のいずれかに送られる制御値である。
【００２０】
【特許文献１】
米国特許第 ５，１８４，５７８号
【００２１】
内燃機関の性能は、エンジンの種々のシリンダのインテークバルブを駆動する一方のシャフトとエグゾーストバルブを駆動する他方のシャフトという２本のカムシャフトの使用によって改良することができる。
【００２２】
典型的には、このようなカムシャフトのうちの一方のカムシャフトは、スプロケットおよびチェーン駆動装置またはベルト駆動装置を介してエンジンのクランクシャフトによって駆動され、他方のカムシャフトは、第２のスプロケットおよびチェーン駆動装置または第２のベルト駆動装置を介して前記一方のカムシャフトによって駆動される。あるいは、双方のカムシャフトが、単一のクランクシャフトにより駆動されるチェーン駆動装置またはベルト駆動装置によって駆動される。
【００２３】
２本のカムシャフトを備えたエンジンの性能は、通常はエンジンのインテークバルブを駆動するカムシャフトである一方のカムシャフトの他方のカムシャフトおよびクランクシャフトに対する位置関係を変えることによって、アイドル運転の質、燃費、低減排ガスまたは上昇トルクの観点から、さらに改良することが可能である。
【００２４】
これにより、エグゾーストバルブに対するインテークバルブの運転の観点から、またはクランクシャフトの位置に対するバルブ運転の観点から、エンジンのタイミングを変えることができる。
【００２５】
したがって、所望のインテークグローバル位相がエグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相およびインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を直接制御することによって達成されている、従属関係を有するダブルＶＣＴシステムを提供することが望ましい。
【００２６】
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、改良された新規なフィードバックループ制御構成を有する可変カムタイミング制御システムを提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存しているダブルカムシャフト構成を備えた内燃機関のための可変カムタイミング制御システムであって、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器と、インテークカムシャフトと係合するインテーク位相器と、インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループと、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループとを備えている。第１のフィードバックループは、測定されたインテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループによって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。第２のフィードバックループは、測定されたエグゾースト位相信号を有している。
【００２８】
請求項２の発明では、請求項１において、誤差信号が、第１の制御信号を発生するように、制御法則によって用いられている。
【００２９】
請求項３の発明では、請求項２において、測定されたエグゾースト位相信号が、エグゾースト設定値と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号を発生するように制御法則によって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。
【００３０】
請求項４の発明では、請求項３において、第２の制御信号が、ローカルインテーク設定値を発生するために、グローバルインテーク設定値と比較するように用いられている。
【００３１】
請求項５の発明は、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存している依存関係を有するダブルカムシャフト構成を備えた内燃機関のための可変カムタイミング制御システムであって、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器と、インテークカムシャフトと係合するインテーク位相器と、インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループと、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループとを備えている。第１のフィードバックループは、測定されたインテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループによって用いられる誤差信号を発生するように用いられ、誤差信号は、第１の制御信号を発生するように制御法則によって用いられている。第２のフィードバックループは、エグゾースト設定値と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号を発生するように制御法則によって用いられる誤差信号を発生するように用いられる、測定されたエグゾースト位相信号を有しており、測定されたエグゾースト位相信号は、ローカルインテーク設定値を発生するように、グローバルインテーク設定値と比較するように用いられている。
【００３２】
請求項６の発明は、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存している依存関係を有するダブルカムシャフト構成を備えた内燃機関のための可変カムタイミング制御システムの構築方法であって、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器を提供する工程と、インテークカムシャフトと係合するインテーク位相器を提供する工程と、インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループを提供する工程と、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループを提供する工程とを備えている。第１のフィードバックループは、測定されたインテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループによって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。第２のフィードバックループは、測定されたエグゾースト位相信号を有している。この方法は、さらに、測定されたエグゾースト位相信号を用いて、グローバルインテーク設定値とエグゾースト設定値の双方を補償し、これにより、前記システムに対してさらに正確な補償を提供する工程を備えている。
【００３３】
請求項７の発明では、請求項６において、誤差信号が、第１の制御信号を発生するように、制御法則によって用いられている。
【００３４】
請求項８の発明では、請求項７において、測定されたエグゾースト位相信号が、エグゾースト設定値と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号を発生するように制御法則によって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。
【００３５】
請求項９の発明では、請求項８において、第２の制御信号が、ローカルインテーク設定値を発生するために、グローバルインテーク設定値と比較するように用いられている。
【００３６】
本発明によれば、フィードバック制御を改良するために、従属関係にある一対のカムシャフトを使用するシステムおよび方法が提供されている。
【００３７】
エグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相およびインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を直接制御することによって、システムおよび方法が提供されている。これにより、所望のインテークグローバル位相が達成され、所望の制御信号が生成される。
【００３８】
したがって、従属関係にある２本のカムシャフトの構成を有する内燃機関用可変カムタイミング（ＶＣＴ）制御システムが提供されている。従属関係にあるダブルカムシャフトの構成においては、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存している。
【００３９】
制御システムは、ａ）エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器と、ｂ）エグゾーストカムシャフトの運動に依存（従属）しているインテークカムシャフトと係合するインテーク位相器と、ｃ）インテーク位相器に関連する誤差を補償するように設けられるとともに、測定インテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較して誤差信号を発生するように用いられる第１のフィードバックループと、ｄ）測定エグゾースト位相信号を有し、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループとを有している。
【００４０】
したがって、内燃機関に使用される可変カムタイミング（ＶＣＴ）制御システムにおいて、従属関係を有する２本のカムシャフトを備えたシステムが提供されている。インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに従属して依存関係にある２本のカムシャフトの構成において、以下の工程からなるシステム構築方法が提供されている。
【００４１】
すなわち、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器を提供する工程。エグゾーストカムシャフトの動きに依存しているインテークカムシャフトと係合するインテーク位相器を提供する工程。インテーク位相器に関連する誤差を補償するように設けられるとともに、測定インテーク位相器信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較して誤差信号を発生するように用いられる第１のフィードバックループを提供する工程。測定エグゾースト位相信号を有し、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループを提供する工程。測定エグゾースト位相信号を用いて、グローバルインテーク設定値およびエグゾースト設定値の双方を補償し、それにより、依存関係にあるダブル可変カムタイミングシステムに対してより正確な補償を提供する工程。
【００４２】
本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。
【００４３】
【発明の実施の形態】
依存関係を有するダブル可変カムタイミング（ＶＣＴ）装置においては、エグゾーストＶＣＴ位相器がクランクシャフトによって駆動され、インテークＶＣＴ位相器がエグゾーストＶＣＴ位相器によって駆動されている。
【００４４】
このため、インテーク位相器は、クランクシャフトに対するエグゾースト角度位置とエグゾースト位相器に対するインテーク角度位置との双方によって、設定されている。
【００４５】
エグゾーストＶＣＴ位相器は、ダブル独立ＶＣＴ制御と同じ方法を用いて制御することも可能であるが、この場合には、インテークＶＣＴ位相器制御がそれ相当に変更されなければならない。
【００４６】
本発明においては、所望のインテークグローバル位相が、エグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相を直接制御するとともに、図３に示されたようなインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を制御することによって、達成されている。
【００４７】
図３において、本発明を示すループ４０は、第１のループ４２および第２のループ４４に分割されている。第１のループ４２は、インテーク位相器制御のためのネガティブフィードバック（負帰還）ループである。第２のループ４４は、エグゾースト位相器制御のためのネガティブフィードバック（負帰還）ループである。
【００４８】
まず、エンジンコントローラ（図示せず）によって指定されたグローバルインテーク設定値４６が、ローカルインテーク設定値４８に変換される。ローカルインテーク設定値４８は、以下のように定義される。
（ローカルインテーク設定値４８）＝（グローバルインテーク設定値４６）−（測定されたエグゾーストグローバル位相５０）
【００４９】
ローカルインテーク設定値４８は、設定値フィルタ５２でろ過された後、測定ローカルインテーク位相５４と比較される。その差（誤差信号５５）は、ＰＩコントローラ５６を通って、第１の信号６０を生成する。
【００５０】
信号６０および零デューティサイクル信号（ｄｃｎｕｌｌ）６２は合計され、その合計は、コントロールアクチュエータ６４を駆動する第１の制御信号６３を生成する。アクチュエータ６４は、中央取付けのスプールバルブ６８を介してインテーク位相器６６を駆動する。
【００５１】
インテーク位相器６６の位置は、インテーク位相測定装置５４によって測定される。インテーク位相器６６の測定値は、ローカルインテーク設定値４８の補償のためにフィードバックされている。
【００５２】
第２のループ４４においては、コントローラが、設定値フィルタ７２によるろ過の作用を受けるグローバルエグゾースト設定値７０を決定する。ろ過された設定値は、測定されたグローバルエグゾースト位相５０と比較される。ろ過されたエグゾースト設定値は、ローカル設定値４８が受ける処理と構造上類似した処理を受ける。
【００５３】
言い換えれば、比較後の差（誤差信号７３）は、ＰＩコントローラ７６を通り、位相補償器（図示せず）を通って、第２の信号８０を生成する。第２の信号８０および零デューティサイクル信号８２は合計され、その合計は、コントロールアクチュエータ８４を駆動する第２の制御信号８５を生成する。
【００５４】
アクチュエータ８４は、中央取付けのスプールバルブ８８を介してエグゾースト位相器８６を駆動する。エグゾースト位相器８６の位置は、エグゾースト位相測定装置５０によって測定される。
【００５５】
エグゾースト位相器８６の測定値は、グローバルエグゾースト設定値７０の補償のためにフィードバックされている。上述したように、測定されたグローバルエグゾースト位相は、ローカルインテーク設定値４８を生成するように用いられている。
【００５６】
本発明をさらに明確にするために、グローバル位相およびローカル位相の測定方法が、例示を用いて以下に説明されている。
【００５７】
図４において、依存（従属）関係を有するインテークカムシャフト９４を備えたＶ型エンジンが提供されている。エグゾーストカムシャフト９２はインテークカムシャフト９４を駆動しており、したがって、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。
【００５８】
エグゾーストカムシャフト９２の駆動力は、クランクシャフト９６から供給されている。依存関係のために、インテークカムの位相を決定するための異なる方法が要求される。各カムシャフトには、それぞれ位相器（図示せず）が取り付けられている。
【００５９】
本発明には、依存関係を有する一対のＶＣＴサブシステムが存在している。これらのシステムは、第１のＶＣＴサブシステムおよび第２のＶＣＴサブシステムである。第１のＶＣＴサブシステムは、クランクシャフト９６に対する角度関係を調整するための少なくとも一つのエグゾースト位相器（図示せず）を有している。
【００６０】
第２のＶＣＴサブシステムは、エグゾーストカムシャフトおよびクランクシャフト間の相対的角度関係のことを認識しつつ、エグゾーストカムシャフトに対する角度位置を調整することによって、クランクシャフト９６に対する角度関係を調整するための少なくとも一つのインテーク位相器（図示せず）を有している。
【００６１】
理解されるように、インテークカムシャフト９４はエグゾーストカムシャフト９２に連結されており、これにより、インテークカムシャフト９４はクランクシャフト９６に駆動連結されている。したがって、一対のＶＣＴサブシステムは、この点で依存関係にある。
【００６２】
エグゾーストカムシャフト９２をクランクシャフト９６に連結し、エグゾーストカムシャフト９２をインテークカムシャフト９４に連結するための連結手段が設けられている。連結手段は、エンジンタイミングチェーン、タイミングベルトまたはギヤ駆動装置である。
【００６３】
図４に記述される位相器は、２本の回転軸とその間に配置された位相器との角度関係を調整する任意の種類の位相器でよい。図５は、本発明に適用される位相器の具体例を示している。
【００６４】
図５は、位相器の一つのタイプを示す概略図である。位相器は、零位置におかれている。ソレノイド２０は、スプールバルブ１４の第１の端部１３に第１の力を作用させることによって、スプールバルブ１４と係合している。
【００６５】
第１の力は、スプールバルブ１４の第２の端部１７においてスプリング２１により作用する力と釣り合っており、これにより、零位置が維持されている。スプールバルブ１４は、それぞれ流体の流れを阻止する第１のブロック１９および第２のブロック２３を有している。
【００６６】
位相器４２は、ハウジング５７をアドバンスチャンバＡおよびリタードチャンバＲに区画するベーン５８を有している。典型的には、ハウジング５７およびベーン５８は、図示しないクランクシャフトおよびカムシャフトにそれぞれ連結されている。
【００６７】
ベーン５８は、アドバンスチャンバＡおよびリタードチャンバＲ内の流量を調整することによって、ハウジング５７に対して移動するように許容されている。ベーン５８をアドバンス側に向かって移動させるのが望ましい場合には、チャンバＡ内の流体がダクト４からダクト８を通って排出されるように、ソレノイド２０がスプールバルブ１４を元の零位置からさらに右方に移動させる。
【００６８】
ブロック１９をさらに右方にスライドさせて流体連絡が生じるようにすることによって、流体がさらに流れまたは外部排出口（図示せず）と流体連絡する。それと同時に、流体源からの流体は、ダクト２７を通り、一方向バルブ１５を介してダクト１１と一方向に流体連絡しており、ダクト５を介してチャンバＲに流体が供給されている。
【００６９】
このことは、ブロック２３がさらに右方に移動して上記一方向流体連絡を発生させることにより、生じる。所望のベーン位置に到達したとき、スプールバルブは、左方に移動して零位置に戻るように命令される。これにより、クランクシャフトおよびカムシャフト間の新しい位相関係が維持される。
【００７０】
依存関係にあるダブル可変カムタイミングシステムの計算に移行する前に、独立カムシャフト駆動装置のエグゾーストカムまたはインテークカムのための位相測定計算の概要が以下に示されている。
位相＝（ΔＴ／Ｔ＊ クランク角）−Ｚ位相
【００７１】
ここで、位相は、度数で表した、クランクシャフトに対する位相である。ΔＴは、クランク歯形信号の波形の下降線から次に発生するカム歯形信号の波形の下降線までの時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。
【００７２】
Ｔは、連続する二つのクランク歯形信号の波形の下降線間の時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。Ｔは、常時、ΔＴよりも大きい。
クランク角＝３６０／均等に離間されたクランク歯の歯数
２枚のクランク歯の場合、クランク角＝１８０°
３枚のクランク歯の場合、クランク角＝１２０°
４枚のクランク歯の場合、クランク角＝９０°
【００７３】
Ｚ位相は、カム歯形信号の波形の下降縁部がクランク歯形信号の波形の下降縁部の後においてかつクランクの第１および第２の縁部によって提供されるウインドウの範囲内において数学的に小さな角度の範囲内で発生しているということを保証するように、制御状態下で決定されかつ実行時間で計算されたオフセット値である。
【００７４】
依存関係を有するダブルＶ型エンジン用インテークカム９４のための位相測定は、いくつかの点で類似しているが他の点では異なっている。インテークカム位置がエグゾーストカム位置に依存しているので、インテークカム位置はエグゾーストカム９２と関連付けられる。
位相＝（ΔＴ／Ｔ＊ クランク角）−Ｚ位相
【００７５】
ここで、位相は、度数で表した、エグゾーストカム９２の位相に対するインテークカム９４の位相である。ΔＴは、エグゾーストカム歯形信号の波形の下降線から次に発生するインテークカム歯形信号の波形の下降線までの時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。
【００７６】
Ｔは、連続する二つのクランク歯形信号の波形の下降線間の時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。Ｔは、常時、ΔＴよりも大きい。クランク角は、上述したものと同一である。
【００７７】
Ｚ位相は、インテークカム歯形信号の下降縁部がエグゾースト歯形信号の下降縁部の後においてかつエグゾーストカム信号の第１および第２の縁部によって提供されるウインドウの範囲内において数学的に小さな角度（この場合、２．５°）の範囲内で発生しているということを保証するように、制御状態下で決定されかつ実行時間で計算されたオフセット値である。
【００７８】
図６は、公知の独立したカムとは異なる本発明に適用可能な波形間の関係のいくつかの例を示している。この関係は、インテークカムがエグゾーストカムおよびクランクシャフトの双方に依存しているという点で異なっている。
【００７９】
図６には、依存関係にあるダブルＶＣＴシステムのタイミングチャートが示されている。波形６１０は、１回転に４つのパルスを有する検出クランク信号を示している。１つの検出クランクパルスは、２つの検出カム歯信号に対応している。したがって、４つのクランク歯が８つのカム歯に対応している。
【００８０】
波形６１２は、１回転に８つのパルスを有する検出エグゾーストカム信号を示している。第１のエグゾーストカム歯信号の下降線は、第１のクランク歯形信号に下降線に対して１５°リタード（遅延）されている。
【００８１】
波形６１４は、１回転につき８パルスを有する依存関係の検出インテークカム信号を示している。この依存関係のために、第１のインテークカム歯形信号の下降線は、第１のエグゾーストカム歯形信号の下降線に対して１５°リタードされている。
【００８２】
したがって、第１のインテークカム歯形信号の下降線は、第１のクランク歯形信号の下降線に対して３０°リタードされている。言い換えれば、ダブルカム構成のために、インテークカムにおいて、タイムラグが増加している。
【００８３】
理解されるように、９０°の限界がある単一カムシステムに対する従来のアプローチがさらに制限されている。したがって、本発明は、新規な特徴を含む新規な表現を系統立てて説明しており、上記限界に取り組むための要素が提供されている。
【００８４】
この点で、トータルタイムラグは、依然として９０°の制限の範囲内にある。以下の２つの波形は、タイムラグまたはリタードが限界を超えたときの波形間の関係を示している。
【００８５】
波形６１６は、１回転につき８パルスを有する検出エグゾーストカム信号を示している。第１のエグゾーストカム歯形信号の下降線は、第１のクランク歯形信号の下降線に対して７５°リタードされている。波形６１８は、１回転につき８パルスを有する依存関係の検出インテークカム信号を示している。
【００８６】
この依存関係のために、第１のインテークカム歯形信号の下降線は、第１のエグゾーストカム歯形信号の下降線に対して７０°リタードされている。したがって、第１のインテークカム歯形６２０の下降線は、第１のクランク歯形の下降線に対して１４５°リタードされている。
【００８７】
本発明が、グローバルエグゾースト設定値およびグローバルインテーク設定値の双方を補償するために、エグゾースト位相測定値を用いることを教示している点に注目すべきである。
【００８８】
グローバルインテーク設定値は、補償されると、エグゾーストループに関連してこれに依存するローカル設定値を生成する。さらに、インテーク位相測定値は、グローバルインテーク設定点のかわりにローカルインテーク設定点において、用いられている。
【００８９】
本発明の一実施態様は、たとえば図３の概略図に示すような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施されている。プログラム製品のプログラムは、実施態様の機能を限定しており、種々の信号担持媒体に含まれる。
【００９０】
具体的な信号担持媒体は、以下のものを含むが、これらには限定されない。ｉ）書き込み不可の記憶媒体（例えば、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読み取り専用の記憶装置）に永久に格納された情報。ｉｉ） 書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスクドライブ内のフレキシブルディスクまたはハードディクドライブ内のハードディスク）に格納された変更可能な情報。ｉｉｉ）ＥＰＲＯＭのような車載コントローラのメモリ。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ネットワーク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。さらに、インターネットやその他のネットワークからダウンロードさえる情報が含まれている。
【００９１】
このような信号担持媒体は、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命令を有している場合には、本発明の実施態様を表している。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。
【００９２】
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。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態様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。
【００９３】
任意の特定のプログラム用語が単に便宜上の目的で用いられており、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ないということが理解されるべきである。
【００９４】
一般に、本発明の実施態様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ていようがされていまいが、ここでは、「プログラム」と呼称される。
【００９５】
以下の記述は、本発明に関連する用語および概念である。
上記流体は作動流体であるということが注目される。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る。
【００９６】
本発明のＶＣＴシステムは、カムトルク駆動（ＣＴＡ： ｃａｍ ｔｏｒｑｕｅ ａｃｔｕａｔｅｄ）ＶＣＴシステムである。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。
【００９７】
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。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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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をチェックして、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。
【０１０４】
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システムの位相器の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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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ように圧力を作用させている。
【０１１０】
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。
【０１１１】
作動流体は、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。
【０１１２】
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ている。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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一部として定義されている。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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提供している。
【０１１８】
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。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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、バルブが開くときまたは閉じ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。
【０１２１】
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）。
【０１２２】
チェックバルブは、トルク逆転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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、改良された新規なフィードバックループ制御構成を有する可変カムタイミング制御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】従来の制御ループを示すブロック図である。
【図２】図１の制御法則を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施態様による制御ループを示すブロック図である。
【図４】インテークカム、エグゾーストカムおよびクランクシャフト間の結合関係を示す概略構成図である。
【図５】本発明に適したタイプの位相器を示す概略構成図である。
【図６】本発明に適用可能ないくつかの例によるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１２： 設定値
１８： 制御法則
４０： ループ
４２： 第１のフィードバックループ
４４： 第２のフィードバックループ
４６： グローバルインテーク設定値
４８： ローカルインテーク設定値
５０： エグゾースト位相信号
５４： インテーク位相信号
５５： 誤差信号
６６： インテーク位相器
８６： エグゾースト位相器
９２： エグゾーストカムシャフト
９４： インテークカムシャフト
【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（ＶＣＴ： ｖａｒｉａｂｌｅ ｃａｍｓｈａｆｔ ｔｉｍｉｎｇ） システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、従属関係を有する２本のカムシャフトを有するダブルＶＣＴシステムに関する。このシステムにおいては、所望のインテークグローバル位相が、エグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相を直接制御しかつインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を制御することによって、達成されている。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
内燃機関は、可変カムタイミング（ＶＣＴ：ｖａｒｉａｂｌｅ ｃａｍ ｔｉｍｉｎｇ）やアクティブノイズ相殺のような構造を含むことによって、ますます複雑になってきている。
【０００３】
たとえば、ＶＣＴを用いることによって、角変位つまりクランクシャフトに対するカムシャフトの位相が動的に変化して、燃費、動力または排ガスのようなエンジン特性の変化を生じさせる。典型的には、このようなエンジン特性の所望の値が現在値と比較されるとともに、その差に応じてエンジン内部で変化を生じさせるフィードバックループがある。
【０００４】
これを達成するために、最近の自動車は、エンジンの種々の部品や自動車のその他の部分および周囲環境（排ガスセンサ、圧力センサ、温度センサなど）から供給されるデータを絶えず分析して、このようなデータに応じた信号を出力するマイクロコンピュータを備えた一つまたはそれ以上の制御モジュールを通常有している。たとえば、ＶＣＴに関しては、エンジンおよび外部条件に変化が生じると、カムシャフトおよびクランクシャフト間の角変位が変更される。
【０００５】
図１には、従来の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の制御目標は、スプールバルブを零位置におくことである。言い換えれば、スプール１４が零位置に固定されたまま、設定値１２によって与えられた位相角にＶＣＴ機構が保持されるように、位相器（図示せず）内の二つの流体保持チャンバ間で流体の流れが生じないようにすることが目標である。
【０００６】
これにより、ＶＣＴ機構が正確な位相位置におかれて、位相の変化速度が零になる。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、上述の状態を達成するのに用いられている。
【０００７】
ＶＣＴクローズドループ制御機構は、カムシャフト位相変化θ０ １６を測定して、これを所望の設定値１２と比較することによって、実現されている。ＶＣＴ機構は、位相器が設定値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。
【０００８】
制御法則１８は、設定値１２を位相変化θ０ １６と比較する。比較された結果は、スプール１４を位置決めするようにソレノイド２０に命令信号を出力するための基準として使用される。スプール１４のこうした位置決めは、位相誤差（設定値１２と位相変化θ０ １６との差）が零以外のときに生じる。
【０００９】
スプール１４は、位相誤差が負（リタード）であれば第１の方向（つまり右方）に向かって移動し、位相誤差が正（アドバンス）であれば第２の方向（つまり左方）に向かって移動する。
【００１０】
最新の位相測定手法をともなうリタードは大きな値を生じさせ、アドバンスは小さな値を生じさせるということが注目される。位相誤差が零であれば、ＶＣＴ位相は設定値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が零位置に保持される。
【００１１】
ＶＣＴシステム内のカムシャフト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およびクランクシャフトパルス回転盤２２，２４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、回転盤２２，２４はそれぞれのシャフトとともに回転する。
【００１２】
回転盤２２，２４は、測定パルスを送出するセンサによって検出されかつ測定される歯を有している。測定パルスは、それぞれカムシャフトおよびクランクシャフト測定パルスセンサ２２ａ，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。
【００１３】
これにより、測定位相差が決定される。カムシャフトおよびクランクシャフト間の位相は、全回転時間で分割されかつ３６０度を掛けた連続クランク・カム間パルスからの時間として定義される。測定された位相は、θ０ １６として表される。この位相は、所望のスプール位置に到達するための制御法則１８に供給される。
【００１４】
クローズループ１０の制御法則１８が米国特許第 ５，１８４，５７８号に記述されており、該制御法則は、引用することによって本件出願の中に含まれる。制御法則の簡略化されたものが図２に示されている。
【００１５】
測定された位相２６は、まず、ブロック３０において制御法則１８の作用を受ける。ブロック３０では、比例積分（ＰＩ）処理が行われる。ＰＩ処理は、二つのサブ処理の総和である。第１のサブ処理は増幅作用を含み、第２のサブ処理は積分作用を含んでいる。測定された位相はさらに、ブロック３２において位相補償の作用を受ける。すなわち、制御信号が、アクチュエータ、ここ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増加させるように調整される。
【００１６】
混同を避けるために、グローバル位相およびローカル位相という二つの用語が導入されている。グローバル位相は、クランクシャフトに対するインテークＶＣＴ位相器およびエグゾーストＶＣＴ位相器双方の相対的角度位置と定義される。ローカル位相は、エグゾーストＶＣＴ位相器に対するインテークＶＣＴ位相器のみの相対的角度位置と定義される。
【００１７】
米国特許第 ５，１８４，５７８号に記述されたカム位相器制御方法は、引用することによって本件出願の中に含まれるものであるが、ネガティブフィードバック（負帰還）ループについて記述している。
【００１８】
理解されるように、ループは、図１および図２に類似している。ループは、グローバル位相およびローカル位相の概念を単にそれぞれ導入するために、ここでは簡単に記述されている。
【００１９】
エグゾーストグローバル設定値は設定値フィルタを通過して、測定されたエグゾーストグローバル位相と比較される。その差は、ＰＩコントローラおよび位相補償器を通過する。計算された値には、零値が加えられる。最終値は、制御アクチュエータを駆動するために、ＰＷＭ駆動回路または電流駆動回路のいずれかに送られる制御値である。
【００２０】
【特許文献１】
米国特許第 ５，１８４，５７８号
【００２１】
内燃機関の性能は、エンジンの種々のシリンダのインテークバルブを駆動する一方のシャフトとエグゾーストバルブを駆動する他方のシャフトという２本のカムシャフトの使用によって改良することができる。
【００２２】
典型的には、このようなカムシャフトのうちの一方のカムシャフトは、スプロケットおよびチェーン駆動装置またはベルト駆動装置を介してエンジンのクランクシャフトによって駆動され、他方のカムシャフトは、第２のスプロケットおよびチェーン駆動装置または第２のベルト駆動装置を介して前記一方のカムシャフトによって駆動される。あるいは、双方のカムシャフトが、単一のクランクシャフトにより駆動されるチェーン駆動装置またはベルト駆動装置によって駆動される。
【００２３】
２本のカムシャフトを備えたエンジンの性能は、通常はエンジンのインテークバルブを駆動するカムシャフトである一方のカムシャフトの他方のカムシャフトおよびクランクシャフトに対する位置関係を変えることによって、アイドル運転の質、燃費、低減排ガスまたは上昇トルクの観点から、さらに改良することが可能である。
【００２４】
これにより、エグゾーストバルブに対するインテークバルブの運転の観点から、またはクランクシャフトの位置に対するバルブ運転の観点から、エンジンのタイミングを変えることができる。
【００２５】
したがって、所望のインテークグローバル位相がエグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相およびインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を直接制御することによって達成されている、従属関係を有するダブルＶＣＴシステムを提供することが望ましい。
【００２６】
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、改良された新規なフィードバックループ制御構成を有する可変カムタイミング制御システムを提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存しているダブルカムシャフト構成を備えた内燃機関のための可変カムタイミング制御システムであって、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器と、インテークカムシャフトと係合するインテーク位相器と、インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループと、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループとを備えている。第１のフィードバックループは、測定されたインテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループによって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。第２のフィードバックループは、測定されたエグゾースト位相信号を有している。
【００２８】
請求項２の発明では、請求項１において、誤差信号が、第１の制御信号を発生するように、制御法則によって用いられている。
【００２９】
請求項３の発明では、請求項２において、測定されたエグゾースト位相信号が、エグゾースト設定値と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号を発生するように制御法則によって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。
【００３０】
請求項４の発明では、請求項３において、第２の制御信号が、ローカルインテーク設定値を発生するために、グローバルインテーク設定値と比較するように用いられている。
【００３１】
請求項５の発明は、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存している依存関係を有するダブルカムシャフト構成を備えた内燃機関のための可変カムタイミング制御システムであって、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器と、インテークカムシャフトと係合するインテーク位相器と、インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループと、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループとを備えている。第１のフィードバックループは、測定されたインテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループによって用いられる誤差信号を発生するように用いられ、誤差信号は、第１の制御信号を発生するように制御法則によって用いられている。第２のフィードバックループは、エグゾースト設定値と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号を発生するように制御法則によって用いられる誤差信号を発生するように用いられる、測定されたエグゾースト位相信号を有しており、測定されたエグゾースト位相信号は、ローカルインテーク設定値を発生するように、グローバルインテーク設定値と比較するように用いられている。
【００３２】
請求項６の発明は、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存している依存関係を有するダブルカムシャフト構成を備えた内燃機関のための可変カムタイミング制御システムの構築方法であって、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器を提供する工程と、インテークカムシャフトと係合するインテーク位相器を提供する工程と、インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループを提供する工程と、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループを提供する工程とを備えている。第１のフィードバックループは、測定されたインテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループによって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。第２のフィードバックループは、測定されたエグゾースト位相信号を有している。この方法は、さらに、測定されたエグゾースト位相信号を用いて、グローバルインテーク設定値とエグゾースト設定値の双方を補償し、これにより、前記システムに対してさらに正確な補償を提供する工程を備えている。
【００３３】
請求項７の発明では、請求項６において、誤差信号が、第１の制御信号を発生するように、制御法則によって用いられている。
【００３４】
請求項８の発明では、請求項７において、測定されたエグゾースト位相信号が、エグゾースト設定値と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号を発生するように制御法則によって用いられる誤差信号を発生するように用いられている。
【００３５】
請求項９の発明では、請求項８において、第２の制御信号が、ローカルインテーク設定値を発生するために、グローバルインテーク設定値と比較するように用いられている。
【００３６】
本発明によれば、フィードバック制御を改良するために、従属関係にある一対のカムシャフトを使用するシステムおよび方法が提供されている。
【００３７】
エグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相およびインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を直接制御することによって、システムおよび方法が提供されている。これにより、所望のインテークグローバル位相が達成され、所望の制御信号が生成される。
【００３８】
したがって、従属関係にある２本のカムシャフトの構成を有する内燃機関用可変カムタイミング（ＶＣＴ）制御システムが提供されている。従属関係にあるダブルカムシャフトの構成においては、インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに依存している。
【００３９】
制御システムは、ａ）エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器と、ｂ）エグゾーストカムシャフトの運動に依存（従属）しているインテークカムシャフトと係合するインテーク位相器と、ｃ）インテーク位相器に関連する誤差を補償するように設けられるとともに、測定インテーク位相信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較して誤差信号を発生するように用いられる第１のフィードバックループと、ｄ）測定エグゾースト位相信号を有し、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループとを有している。
【００４０】
したがって、内燃機関に使用される可変カムタイミング（ＶＣＴ）制御システムにおいて、従属関係を有する２本のカムシャフトを備えたシステムが提供されている。インテークカムシャフトがエグゾーストカムシャフトに従属して依存関係にある２本のカムシャフトの構成において、以下の工程からなるシステム構築方法が提供されている。
【００４１】
すなわち、エグゾーストカムシャフトと係合するエグゾースト位相器を提供する工程。エグゾーストカムシャフトの動きに依存しているインテークカムシャフトと係合するインテーク位相器を提供する工程。インテーク位相器に関連する誤差を補償するように設けられるとともに、測定インテーク位相器信号を有し、ローカルインテーク設定値と比較して誤差信号を発生するように用いられる第１のフィードバックループを提供する工程。測定エグゾースト位相信号を有し、エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループを提供する工程。測定エグゾースト位相信号を用いて、グローバルインテーク設定値およびエグゾースト設定値の双方を補償し、それにより、依存関係にあるダブル可変カムタイミングシステムに対してより正確な補償を提供する工程。
【００４２】
本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。
【００４３】
【発明の実施の形態】
依存関係を有するダブル可変カムタイミング（ＶＣＴ）装置においては、エグゾーストＶＣＴ位相器がクランクシャフトによって駆動され、インテークＶＣＴ位相器がエグゾーストＶＣＴ位相器によって駆動されている。
【００４４】
このため、インテーク位相器は、クランクシャフトに対するエグゾースト角度位置とエグゾースト位相器に対するインテーク角度位置との双方によって、設定されている。
【００４５】
エグゾーストＶＣＴ位相器は、ダブル独立ＶＣＴ制御と同じ方法を用いて制御することも可能であるが、この場合には、インテークＶＣＴ位相器制御がそれ相当に変更されなければならない。
【００４６】
本発明においては、所望のインテークグローバル位相が、エグゾーストＶＣＴ位相器のグローバル位相を直接制御するとともに、図３に示されたようなインテークＶＣＴ位相器のローカル位相を制御することによって、達成されている。
【００４７】
図３において、本発明を示すループ４０は、第１のループ４２および第２のループ４４に分割されている。第１のループ４２は、インテーク位相器制御のためのネガティブフィードバック（負帰還）ループである。第２のループ４４は、エグゾースト位相器制御のためのネガティブフィードバック（負帰還）ループである。
【００４８】
まず、エンジンコントローラ（図示せず）によって指定されたグローバルインテーク設定値４６が、ローカルインテーク設定値４８に変換される。ローカルインテーク設定値４８は、以下のように定義される。
（ローカルインテーク設定値４８）＝（グローバルインテーク設定値４６）−（測定されたエグゾーストグローバル位相５０）
【００４９】
ローカルインテーク設定値４８は、設定値フィルタ５２でろ過された後、測定ローカルインテーク位相５４と比較される。その差（誤差信号５５）は、ＰＩコントローラ５６を通って、第１の信号６０を生成する。
【００５０】
信号６０および零デューティサイクル信号（ｄｃｎｕｌｌ）６２は合計され、その合計は、コントロールアクチュエータ６４を駆動する第１の制御信号６３を生成する。アクチュエータ６４は、中央取付けのスプールバルブ６８を介してインテーク位相器６６を駆動する。
【００５１】
インテーク位相器６６の位置は、インテーク位相測定装置５４によって測定される。インテーク位相器６６の測定値は、ローカルインテーク設定値４８の補償のためにフィードバックされている。
【００５２】
第２のループ４４においては、コントローラが、設定値フィルタ７２によるろ過の作用を受けるグローバルエグゾースト設定値７０を決定する。ろ過された設定値は、測定されたグローバルエグゾースト位相５０と比較される。ろ過されたエグゾースト設定値は、ローカル設定値４８が受ける処理と構造上類似した処理を受ける。
【００５３】
言い換えれば、比較後の差（誤差信号７３）は、ＰＩコントローラ７６を通り、位相補償器（図示せず）を通って、第２の信号８０を生成する。第２の信号８０および零デューティサイクル信号８２は合計され、その合計は、コントロールアクチュエータ８４を駆動する第２の制御信号８５を生成する。
【００５４】
アクチュエータ８４は、中央取付けのスプールバルブ８８を介してエグゾースト位相器８６を駆動する。エグゾースト位相器８６の位置は、エグゾースト位相測定装置５０によって測定される。
【００５５】
エグゾースト位相器８６の測定値は、グローバルエグゾースト設定値７０の補償のためにフィードバックされている。上述したように、測定されたグローバルエグゾースト位相は、ローカルインテーク設定値４８を生成するように用いられている。
【００５６】
本発明をさらに明確にするために、グローバル位相およびローカル位相の測定方法が、例示を用いて以下に説明されている。
【００５７】
図４において、依存（従属）関係を有するインテークカムシャフト９４を備えたＶ型エンジンが提供されている。エグゾーストカムシャフト９２はインテークカムシャフト９４を駆動しており、したがって、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。
【００５８】
エグゾーストカムシャフト９２の駆動力は、クランクシャフト９６から供給されている。依存関係のために、インテークカムの位相を決定するための異なる方法が要求される。各カムシャフトには、それぞれ位相器（図示せず）が取り付けられている。
【００５９】
本発明には、依存関係を有する一対のＶＣＴサブシステムが存在している。これらのシステムは、第１のＶＣＴサブシステムおよび第２のＶＣＴサブシステムである。第１のＶＣＴサブシステムは、クランクシャフト９６に対する角度関係を調整するための少なくとも一つのエグゾースト位相器（図示せず）を有している。
【００６０】
第２のＶＣＴサブシステムは、エグゾーストカムシャフトおよびクランクシャフト間の相対的角度関係のことを認識しつつ、エグゾーストカムシャフトに対する角度位置を調整することによって、クランクシャフト９６に対する角度関係を調整するための少なくとも一つのインテーク位相器（図示せず）を有している。
【００６１】
理解されるように、インテークカムシャフト９４はエグゾーストカムシャフト９２に連結されており、これにより、インテークカムシャフト９４はクランクシャフト９６に駆動連結されている。したがって、一対のＶＣＴサブシステムは、この点で依存関係にある。
【００６２】
エグゾーストカムシャフト９２をクランクシャフト９６に連結し、エグゾーストカムシャフト９２をインテークカムシャフト９４に連結するための連結手段が設けられている。連結手段は、エンジンタイミングチェーン、タイミングベルトまたはギヤ駆動装置である。
【００６３】
図４に記述される位相器は、２本の回転軸とその間に配置された位相器との角度関係を調整する任意の種類の位相器でよい。図５は、本発明に適用される位相器の具体例を示している。
【００６４】
図５は、位相器の一つのタイプを示す概略図である。位相器は、零位置におかれている。ソレノイド２０は、スプールバルブ１４の第１の端部１３に第１の力を作用させることによって、スプールバルブ１４と係合している。
【００６５】
第１の力は、スプールバルブ１４の第２の端部１７においてスプリング２１により作用する力と釣り合っており、これにより、零位置が維持されている。スプールバルブ１４は、それぞれ流体の流れを阻止する第１のブロック１９および第２のブロック２３を有している。
【００６６】
位相器４２は、ハウジング５７をアドバンスチャンバＡおよびリタードチャンバＲに区画するベーン５８を有している。典型的には、ハウジング５７およびベーン５８は、図示しないクランクシャフトおよびカムシャフトにそれぞれ連結されている。
【００６７】
ベーン５８は、アドバンスチャンバＡおよびリタードチャンバＲ内の流量を調整することによって、ハウジング５７に対して移動するように許容されている。ベーン５８をアドバンス側に向かって移動させるのが望ましい場合には、チャンバＡ内の流体がダクト４からダクト８を通って排出されるように、ソレノイド２０がスプールバルブ１４を元の零位置からさらに右方に移動させる。
【００６８】
ブロック１９をさらに右方にスライドさせて流体連絡が生じるようにすることによって、流体がさらに流れまたは外部排出口（図示せず）と流体連絡する。それと同時に、流体源からの流体は、ダクト２７を通り、一方向バルブ１５を介してダクト１１と一方向に流体連絡しており、ダクト５を介してチャンバＲに流体が供給されている。
【００６９】
このことは、ブロック２３がさらに右方に移動して上記一方向流体連絡を発生させることにより、生じる。所望のベーン位置に到達したとき、スプールバルブは、左方に移動して零位置に戻るように命令される。これにより、クランクシャフトおよびカムシャフト間の新しい位相関係が維持される。
【００７０】
依存関係にあるダブル可変カムタイミングシステムの計算に移行する前に、独立カムシャフト駆動装置のエグゾーストカムまたはインテークカムのための位相測定計算の概要が以下に示されている。
位相＝（ΔＴ／Ｔ＊ クランク角）−Ｚ位相
【００７１】
ここで、位相は、度数で表した、クランクシャフトに対する位相である。ΔＴは、クランク歯形信号の波形の下降線から次に発生するカム歯形信号の波形の下降線までの時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。
【００７２】
Ｔは、連続する二つのクランク歯形信号の波形の下降線間の時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。Ｔは、常時、ΔＴよりも大きい。
クランク角＝３６０／均等に離間されたクランク歯の歯数
２枚のクランク歯の場合、クランク角＝１８０°
３枚のクランク歯の場合、クランク角＝１２０°
４枚のクランク歯の場合、クランク角＝９０°
【００７３】
Ｚ位相は、カム歯形信号の波形の下降縁部がクランク歯形信号の波形の下降縁部の後においてかつクランクの第１および第２の縁部によって提供されるウインドウの範囲内において数学的に小さな角度の範囲内で発生しているということを保証するように、制御状態下で決定されかつ実行時間で計算されたオフセット値である。
【００７４】
依存関係を有するダブルＶ型エンジン用インテークカム９４のための位相測定は、いくつかの点で類似しているが他の点では異なっている。インテークカム位置がエグゾーストカム位置に依存しているので、インテークカム位置はエグゾーストカム９２と関連付けられる。
位相＝（ΔＴ／Ｔ＊ クランク角）−Ｚ位相
【００７５】
ここで、位相は、度数で表した、エグゾーストカム９２の位相に対するインテークカム９４の位相である。ΔＴは、エグゾーストカム歯形信号の波形の下降線から次に発生するインテークカム歯形信号の波形の下降線までの時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。
【００７６】
Ｔは、連続する二つのクランク歯形信号の波形の下降線間の時間（マイクロ秒または数分のマイクロ秒）である。Ｔは、常時、ΔＴよりも大きい。クランク角は、上述したものと同一である。
【００７７】
Ｚ位相は、インテークカム歯形信号の下降縁部がエグゾースト歯形信号の下降縁部の後においてかつエグゾーストカム信号の第１および第２の縁部によって提供されるウインドウの範囲内において数学的に小さな角度（この場合、２．５°）の範囲内で発生しているということを保証するように、制御状態下で決定されかつ実行時間で計算されたオフセット値である。
【００７８】
図６は、公知の独立したカムとは異なる本発明に適用可能な波形間の関係のいくつかの例を示している。この関係は、インテークカムがエグゾーストカムおよびクランクシャフトの双方に依存しているという点で異なっている。
【００７９】
図６には、依存関係にあるダブルＶＣＴシステムのタイミングチャートが示されている。波形６１０は、１回転に４つのパルスを有する検出クランク信号を示している。１つの検出クランクパルスは、２つの検出カム歯信号に対応している。したがって、４つのクランク歯が８つのカム歯に対応している。
【００８０】
波形６１２は、１回転に８つのパルスを有する検出エグゾーストカム信号を示している。第１のエグゾーストカム歯信号の下降線は、第１のクランク歯形信号に下降線に対して１５°リタード（遅延）されている。
【００８１】
波形６１４は、１回転につき８パルスを有する依存関係の検出インテークカム信号を示している。この依存関係のために、第１のインテークカム歯形信号の下降線は、第１のエグゾーストカム歯形信号の下降線に対して１５°リタードされている。
【００８２】
したがって、第１のインテークカム歯形信号の下降線は、第１のクランク歯形信号の下降線に対して３０°リタードされている。言い換えれば、ダブルカム構成のために、インテークカムにおいて、タイムラグが増加している。
【００８３】
理解されるように、９０°の限界がある単一カムシステムに対する従来のアプローチがさらに制限されている。したがって、本発明は、新規な特徴を含む新規な表現を系統立てて説明しており、上記限界に取り組むための要素が提供されている。
【００８４】
この点で、トータルタイムラグは、依然として９０°の制限の範囲内にある。以下の２つの波形は、タイムラグまたはリタードが限界を超えたときの波形間の関係を示している。
【００８５】
波形６１６は、１回転につき８パルスを有する検出エグゾーストカム信号を示している。第１のエグゾーストカム歯形信号の下降線は、第１のクランク歯形信号の下降線に対して７５°リタードされている。波形６１８は、１回転につき８パルスを有する依存関係の検出インテークカム信号を示している。
【００８６】
この依存関係のために、第１のインテークカム歯形信号の下降線は、第１のエグゾーストカム歯形信号の下降線に対して７０°リタードされている。したがって、第１のインテークカム歯形６２０の下降線は、第１のクランク歯形の下降線に対して１４５°リタードされている。
【００８７】
本発明が、グローバルエグゾースト設定値およびグローバルインテーク設定値の双方を補償するために、エグゾースト位相測定値を用いることを教示している点に注目すべきである。
【００８８】
グローバルインテーク設定値は、補償されると、エグゾーストループに関連してこれに依存するローカル設定値を生成する。さらに、インテーク位相測定値は、グローバルインテーク設定点のかわりにローカルインテーク設定点において、用いられている。
【００８９】
本発明の一実施態様は、たとえば図３の概略図に示すような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施されている。プログラム製品のプログラムは、実施態様の機能を限定しており、種々の信号担持媒体に含まれる。
【００９０】
具体的な信号担持媒体は、以下のものを含むが、これらには限定されない。ｉ）書き込み不可の記憶媒体（例えば、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読み取り専用の記憶装置）に永久に格納された情報。ｉｉ） 書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスクドライブ内のフレキシブルディスクまたはハードディクドライブ内のハードディスク）に格納された変更可能な情報。ｉｉｉ）ＥＰＲＯＭのような車載コントローラのメモリ。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ネットワーク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。さらに、インターネットやその他のネットワークからダウンロードさえる情報が含まれている。
【００９１】
このような信号担持媒体は、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命令を有している場合には、本発明の実施態様を表している。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。
【００９２】
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。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態様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。
【００９３】
任意の特定のプログラム用語が単に便宜上の目的で用いられており、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ないということが理解されるべきである。
【００９４】
一般に、本発明の実施態様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ていようがされていまいが、ここでは、「プログラム」と呼称される。
【００９５】
以下の記述は、本発明に関連する用語および概念である。
上記流体は作動流体であるということが注目される。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る。
【００９６】
本発明のＶＣＴシステムは、カムトルク駆動（ＣＴＡ： ｃａｍ ｔｏｒｑｕｅ ａｃｔｕａｔｅｄ）ＶＣＴシステムである。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。
【００９７】
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。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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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をチェックして、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。
【０１０４】
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システムの位相器の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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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ように圧力を作用させている。
【０１１０】
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。
【０１１１】
作動流体は、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。
【０１１２】
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ている。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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一部として定義されている。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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提供している。
【０１１８】
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。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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、バルブが開くときまたは閉じ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。
【０１２１】
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）。
【０１２２】
チェックバルブは、トルク逆転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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、改良された新規なフィードバックループ制御構成を有する可変カムタイミング制御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】従来の制御ループを示すブロック図である。
【図２】図１の制御法則を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施態様による制御ループを示すブロック図である。
【図４】インテークカム、エグゾーストカムおよびクランクシャフト間の結合関係を示す概略構成図である。
【図５】本発明に適したタイプの位相器を示す概略構成図である。
【図６】本発明に適用可能ないくつかの例によるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１２： 設定値
１８： 制御法則
４０： ループ
４２： 第１のフィードバックループ
４４： 第２のフィードバックループ
４６： グローバルインテーク設定値
４８： ローカルインテーク設定値
５０： エグゾースト位相信号
５４： インテーク位相信号
５５： 誤差信号
６６： インテーク位相器
８６： エグゾースト位相器
９２： エグゾーストカムシャフト
９４： インテークカムシャフト
Claims (9)
- 内燃機関に用いられる可変カムタイミング制御システムにおいて、インテークカムシャフト９４がエグゾーストカムシャフト９２に依存している依存関係を有するダブルカムシャフト構成を有しており、前記システムが、ａ）エグゾーストカムシャフト９２と係合するエグゾースト位相器８６を備え、
ｂ）インテークカムシャフト９４と係合するインテーク位相器６６を備えるとともに、インテークカムシャフト９４の動きがエグゾーストカムシャフト９
２の動きに依存しており、
ｃ）インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループ４２を備え、第１のフィードバックループ４２が、測定されたインテーク位相信号５４を有し、ローカルインテーク設定値４８と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループ４２によって用いられる
誤差信号５５を発生するように用いられており、
ｄ）エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループ４４を備え、第２のフィードバックループ４４が、測定されたエグ
ゾースト位相信号５０を有している、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。 - 請求項１において、
誤差信号５５が、第１の制御信号６３を発生するように、制御法則１８によって用いられている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。 - 請求項２において、
測定されたエグゾースト位相信号５０が、エグゾースト設定値７０と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号８５を発生するように制御法則１８によって用いられる誤差信号７３を発生するように用いられている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。 - 請求項３において、
第２の制御信号８５が、ローカルインテーク設定値４８を発生するために、グローバルインテーク設定値４６と比較するように用いられている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。 - 内燃機関に用いられる可変カムタイミング制御システムにおいて、インテークカムシャフト９４がエグゾーストカムシャフト９２に依存している依存関係を有するダブルカムシャフト構成を有しており、前記システムが、ａ）エグゾーストカムシャフト９２と係合するエグゾースト位相器８６を備え、
ｂ）インテークカムシャフト９４と係合するインテーク位相器６６を備えるとともに、インテークカムシャフト９４の動きがエグゾーストカムシャフト９
２の動きに依存しており、
ｃ）インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループ４２を備え、第１のフィードバックループ４２が、測定されたインテーク位相信号５４を有し、ローカルインテーク設定値４８と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループ４２によって用いられる誤差信号５５を発生するように用いられ、誤差信号５５が、第１の制御信号
６３を発生するように制御法則１８によって用いられており、
ｄ）エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループ４４を備え、第２のフィードバックループ４４が、エグゾースト設定値７０と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号８５を発生するように制御法則１８によって用いられる誤差信号７３を発生するように用いられる、測定されたエグゾースト位相信号５０を有しており、測定されたエグゾースト位相信号５０が、ローカルインテーク設定値４８を発生するように、グローバルインテーク設定値４６と比較するように用いられている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システム。 - 内燃機関に用いられる可変カムタイミング制御システム４０において、インテークカムシャフト９４がエグゾーストカムシャフト９２に依存している依存関係を有するダブルカムシャフト構成を有しており、前記システムの構築方法が、
エグゾーストカムシャフト９２と係合するエグゾースト位相器８６を提供する工程を備え、
インテークカムシャフト９４と係合するインテーク位相器６６を提供する工程を備えるとともに、インテークカムシャフト９４の動きがエグゾーストカムシャフト９２の動きに依存しており、
インテーク位相器に関連する誤差を補償するための第１のフィードバックループ４２を提供する工程を備え、第１のフィードバックループ４２が、測定されたインテーク位相信号５４を有し、ローカルインテーク設定値４８と比較するように用いられるとともに、第１のフィードバックループ４２によって用いられる誤差信号５５を発生するように用いられており、
エグゾースト位相器に関連する誤差を補償するための第２のフィードバックループ４４を提供する工程を備え、第２のフィードバックループ４４が、測定されたエグゾースト位相信号５０を有しており、
測定されたエグゾースト位相信号５０を用いて、グローバルインテーク設定値４６とエグゾースト設定値７０の双方を補償し、これにより、前記システム４０に対してさらに正確な補償を提供する工程を備えている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システムの構築方法。 - 請求項６において、
誤差信号５５が、第１の制御信号６３を発生するように、制御法則１８によって用いられている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システムの構築方法。 - 請求項７において、
測定されたエグゾースト位相信号５０が、エグゾースト設定値７０と比較するように用いられるとともに、第２の制御信号８５を発生するように制御法則１８によって用いられる誤差信号７３を発生するように用いられている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システムの構築方法。 - 請求項８において、
第２の制御信号８５が、ローカルインテーク設定値４８を発生するために、グローバルインテーク設定値４６と比較するように用いられている、
ことを特徴とする可変カムタイミング制御システムの構築方法。
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