JP2018132060A - 電気位相器始動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置の調整精度を向上する。
【解決手段】クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムおよび方法は、カムシャフト位相器を制御する電気モータ出力軸の回転運動を検出するステップと、前記クランクシャフトの回転運動を検出するステップ５１０と、前記電気モータ出力軸の回転運動と前記クランクシャフトの回転運動との間の相対差を決定するステップ５３０と、前記クランクシャフトの角度位置に対する前記カムシャフトの角度位置が進角しているか、遅角しているか、または一定のままであるかを判定するステップ５４０と、を含む。
【選択図】図５

Description

本出願は、カムシャフト位相器を制御することに関し、より詳細には、始動時に内燃機関のカムシャフト位相器の位相を制御することに関する。

内燃機関には、エンジンの燃焼室内で燃料および空気の燃焼を制御するバルブを開閉するカムシャフトが含まれる。バルブの開閉は、燃焼室への燃料の噴射および燃焼、および上死点（ＴＤＣ）に対するピストンの位置などの様々な事象に対して注意深くタイミングが合わされる。カムシャフト（複数）は、これらの要素を接続させるベルトまたはチェーンなどの被駆動部材を介したクランクシャフトの回転によって、駆動される。過去においては、クランクシャフトの回転とカムシャフトの回転との間に一定の関係が存在していた。しかしながら、内燃機関は、クランクシャフトの回転に対してカムシャフトの回転の位相を変化させるカムシャフト位相器をますます使用している。カムシャフト位相器は、いくつかの実施形態では、クランクシャフト回転に対してバルブの開閉を進角（アドバンス）させたり遅角（リタード）させたりする電気モータによって作動させることができる。内燃機関が始動すると、クランクシャフトに対するカムシャフトの角度位置は、その位置が特定されていないか、またはカムシャフト回転が遅すぎてカムセンサから更新された位置情報を提供できないために正確に知られないことがある。しかし、効率的なエンジン動作を確保するための正確な位置が不足しているにもかかわらず、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を調整することが有用である。

一具現例では、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御する方法は、カムシャフト位相器を制御する電気モータ出力軸の回転運動を検出することと；前記クランクシャフトの回転運動を検出することと；前記電気モータ出力軸の回転運動と前記クランクシャフトの回転運動と間の相対差を決定することと；前記クランクシャフトの角度位置に対する前記カムシャフトの角度位置が進角しているか、遅角しているか、または一定のままであるかを判定することと；前記電気位相器モータに信号を送ることによって前記カムシャフトの角度位置を変更することと、を含む。

別の具現例では、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御する方法は、カムシャフト位相器を制御する電気モータ出力軸の回転に応答して生成された複数のパルスを含む電気位相器モータからの信号を受信することと；クランクシャフトの回転に基づいて生成された複数のパルスを含むクランクシャフトポジションセンサから信号を受信することと；前記電気位相器モータから受信したパルスの周波数と、前記クランクシャフトポジションセンサから受信したパルスの周波数との間の比を決定することと；前記比が所定値よりも高いか、低いか、または等しいかを判定することと；前記クランクシャフトの角度位置に対する前記カムシャフトの角度位置が進角している、遅角している、または一定のままであることを決定することと、を含む。

さらに別の具現例では、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムは、クランクシャフトの回転運動を検出するクランクポジションセンサからの複数の信号パルスを含む第１の信号と、カムシャフト位相器を制御する電気位相器モータのロータの回転運動を監視する１つ以上の電気モータセンサからの複数の信号パルスを含む第２の信号とを受信するように構成されたシステム処理デバイスを含む。該システム処理デバイスは、前記電気位相器モータの前記ロータの回転運動と前記クランクシャフトの回転運動との間の相対差を決定し、前記クランクシャフトの角度位置に対する前記カムシャフトの角度位置が、前記電気位相器モータの前記ロータの回転運動と前記クランクシャフトの回転運動との間の相対差に基づいて進角しているか、遅角しているか、または一定のままであるかを判定する。

図１は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムと、該システムによって制御されるカムシャフトおよびクランクシャフトを含む内燃機関の実施形態を示す斜視図である。 図２は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムに使用される電気モータの実施形態を示す断面図である。 図３は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムに使用される電気モータのカバーの実施形態を示す斜視図である。 図４は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムに使用されるカム位相器の実施形態を示す斜視図である。 図５は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御する方法の実施形態を示すフローチャートである。 図６は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムの一具現例で使用される比率値を示すチャートである。 図７は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムの別の実施形態を示す図である。

以下、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステムおよび方法について説明する。このシステムおよび方法は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相関係を決定するためにクランクシャフトセンサおよびカムシャフト位相器を制御する電気位相器モータを監視するセンサ（複数）からの信号を受信することを含む。該位相関係は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を指す。内燃機関は、運転が停止されるようにエンジンオフにされるかまたは非作動にされるとき、カムシャフト位相器を使用してクランクシャフトに対してカムシャフトの角変位を調整するマイクロコントローラ（複数）またはマイクロプロセッサ（複数）は、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの正確な角度位置を知らないことがあり得る。その後、ユーザが引き続いて内燃機関用の点火システムを起動し、クランクシャフトを回転させて燃焼およびエンジン運転を開始すると、マイクロコントローラ（複数）は、クランクシャフト、カムシャフト、またはその両方の正確な角度位置を知らなくてもカムシャフトとクランクシャフトとの間の位相関係が進角しているか、遅角しているか、または同じままであるかを判定することができる。マイクロコントローラは、次に、本明細書に記載されたシステムに基づいて、カムシャフトとクランクシャフトとの間の位相関係を進角させる、遅角させる、または維持するように電気位相器モータに伝達する指令を維持または調整することができる。カムシャフトとクランクシャフトとの間の角度の情報がない場合、エンジンの制御は、進角方向または遅角方向の固定停止位置に向けて所望の位相位置に近づけるように位相器を促すことによって利益を得ることができる。いったんカムシャフトとクランクシャフトとの間の位相関係が許容可能な精度および／または更新速度で知らされると、位相器の制御は、例えば、閉ループ制御におけるフィードバック要素としての位相関係に依存する当技術分野で既知である制御方法に戻ってもよい。

クランクシャフトがエンジンを始動するために回転を開始すると、マイクロコントローラ（複数）は、クランクシャフトまたはカムシャフトのいずれかの実際の角度位置に関係なく、クランクシャフトに対するカムシャフトの現在の位相関係を維持するように電気位相器モータを誘導することができる。あるいは、マイクロコントローラ（複数）は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相関係を進角または遅角させるように電気位相器モータを誘導させることができる。このシステムおよび方法は、クランクシャフトセンサから受信した信号パルスと、カムシャフト位相器を制御する電気位相器モータの出力軸の回転を監視するセンサから受信した信号パルスとの比率を決定することができる。この比率は、カムシャフトとクランクシャフトとの間の位相関係が進角しているか、遅角しているか、または一定のままであるかを判定するために使用される。この比率すなわちカムシャフトとクランクシャフトとの間の位相関係がどのように変化しているかの判定は、マイクロコントローラ（複数）によって電気位相器モータの制御におけるフィードバックとして使用されることができる。

図１〜４を参照すると、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置を制御するシステム１０の具現例が示されている。該システム１０は、内燃機関１２のクランクシャフトおよびカムシャフト（複数）の角運動を監視する電子ハードウェアを含む。クランクシャフトおよびカムシャフト（複数）の互いに対する角運動は、カムシャフト位相器１４を介してクランクシャフトとカムシャフト（複数）との間の位相関係を進角させる、遅角させる、または維持するための電気モータ制御信号を生成するために使用され得る。該内燃機関１２は、１つのクランクシャフト１６と、１つ以上のカムシャフト１８（１つが図示されている）とを含む。カムスプロケット２０が各カムシャフト１８に取り付けられている。カムシャフト１８は、カムスプロケット２０を介してクランクシャフト１６のノーズ２４に連結されたクランクスプロケット２２によって機械的に駆動することができる。クランクシャフト１６が回転すると、チェーンまたはベルトなどの被駆動部材２６が、クランクシャフト１６の回転運動をカムシャフト１８の回転運動に変換することによってカムシャフト１８を駆動する。クランクスプロケット２２はカムスプロケットの半分の数の歯を含み、それによってクランクシャフト１６の３６０度２回転が結果的にカムシャフト１８の３６０度１回転を生じるようになる。クランクシャフト１６の回転運動は、始動クランキング時にフライホイールに選択的に係合するスタータモータに応答して又はエンジン運転時にピストン運動に応答して発生することができる。

クランクシャフト１６は、クランクシャフト１６の角度位置を特定するのに使用できるクランクホイール２８を含む。該クランクホイール２８は、クランクスプロケット２２に隣接するクランクシャフト１６のノーズ２４に取り付けられ、６０−２クランクホイールとして実装されることができる。これは、クランクホイール２８がホイール２８の円周に沿って５８個の等間隔の歯および２つの歯が意図的に省略されている円周に沿った空間を含むことを意味する。この空間はクランクインデックス３０とも呼ばれ、上死点（ＴＤＣ）のような燃焼に対するクランクシャフトの回転の規定点を識別する。この具現例は、６０−２クランクホイールに関して記載されているが、等しい成功の代わりに異なる数の歯およびインデックスサイズを有するクランクホイールを使用することが可能であることを理解されたい。クランクホイール２８がクランクシャフト１６とともに回転すると、クランクホイール２８上の歯に近接して位置するクランクポジションセンサ３２が、クランクホイール２８上の歯の有無を示す信号を生成する。該クランクポジションセンサ３２は、歯がセンサ３２を通過するときに高電圧レベルを生成し、インデックス３２がセンサ３２を通過するときあるいはセンサ３２がクランクホイール２８上の歯間に位置しているときに低電圧レベルを生成するホール効果センサとして実装されることができる。クランクポジションセンサ３２からの出力は、マイクロコントローラに送ることができる。これについては以下でより詳細に説明する。規則的に間隔を空けたパターンから歯を除去したクランクホイール２８上のインデックスに応答して、マイクロコントローラ（複数）はその変化を認識し、抜け信号の代わりに信号を提供することができる。マイクロコントローラがクランクパルスを計数している場合、マイクロコントローラはその代わりにインデックス位置を通過し認識した後に抜け歯を計数に追加してもよい。

カムシャフト位相器１４は、クランクシャフト１６の角度位置に対するカムシャフト１８の角度位置を制御する。電気位相器モータ３４は、受信したモータ制御信号に応じて電気位相器モータ３４の出力軸４６を介してカムシャフト位相器１４の機械的ギヤボックスを駆動することによってクランクシャフト１６に対するカムシャフト１８の位相を調整する。システム１０は、米国特許出願公開第２０１５／０３１５９３９号に記載されていてその内容が参照によって援用されているスプリットリングギア遊星カム位相器のような、電気モータ（この電気モータは位相を維持するために回転している）によって制御される様々な異なるカム位相器と共に使用することができる。電気モータ駆動カム位相器１４は、カムスプロケット２０と電気位相器モータ３４とを含み、該電気位相器モータ３４は、遊星歯車装置（図示せず）の太陽歯車に回転可能に係合して、クランクシャフトの角度位置に対してカムシャフトの角度位置を変更することができる。該遊星歯車装置は、それぞれが異なる歯数を有する２つのリングギヤと係合する。一方のリングギヤは、カムスプロケット２０に取り付けられているカムシャフト位相器１４の一部に含まれ、他方のリングギヤはカムシャフト１８に取り付けられている。太陽歯車が２つのリングギヤと同じ速度で電気位相器モータ３４によって回転されるとき、一定のカム位相が維持される。しかし、電気位相器モータ３４が太陽歯車をリングギヤとは異なる速度で駆動する場合、一方のリングギヤと他方のリングギヤとの僅かに異なる速度がカム位相の変化をもたらす。カムシャフト１８は、完全に遅角された位置と完全に進角された位置との間のカムシャフト１８の角度位置の変化を制限するストップによって画定される角度位置の範囲にわたって位相シフトすることができる。いくつかの実施形態においては、この範囲は１４０度と大きくなり得る。これは、電気モータによって制御されるカム位相器の１つの特定の実施形態であり、電気モータを含む他のカム位相器設計もまた首尾よく使用され得ることが理解されるべきである。

カムシャフト位相器１４の電気位相器モータ３４は、出力軸４６に接続されたロータ４０上に配置された所定数の磁石３８を含む。図２は、磁石３８、ロータ４０、ステータ４２、およびコイル４４と共にモータ３４の断面図を示す。電気位相器モータ３４に使用される磁石３８の数は、電気位相器モータ３４の設計によって決めることができる。図２に示す具現例において、１０個の磁石３８がロータ４０に含まれている。電流が電気位相器モータ３４に印加されると、磁石３８は出力軸４６と同軸の軸（ｘ）の周りを回転する。図３に示すように、所定数の電気モータセンサ４８が電気位相器モータ３４の磁石３８の回転経路（ｐ）の近くに位置決めされていて、それによってモータ３４が作動して出力軸４６が回転しているとき、センサ４８はロータ４０が移動するにつれて磁石３８の有無を検出するようになっている。図３はまた、モータ３４のロータ４０を受け入れる電気モータカバー５０の内側部分を露出させるためにそれを電気位相器モータ３４から取り外すときの電気モータカバー５０を示す。該カバー５０の内側部分は、電気モータセンサ４８と共にステータ４２のステータ磁極５２を含む。ロータの磁石と相互作用するホールセンサがカバー内に示されているが、これらのセンサは、モータが回転するときにセンサに面する任意の数のＮ極およびＳ極を有する別個のセンサ磁石リングと相互作用するホールセンサを含めて、いかなる種類のものであってもよい。出力軸４６の位置を決定するための光学センサを使用することも可能である。ホールセンサは、ブラシレスＤＣモータを整流するために使用されるのと同じものであることが好ましい。電気モータの回転方向を示すために、複数のホールセンサまたは別のタイプのセンサを使用することも好ましい。カムシャフト位相器１４はまた、電気位相器モータ３４が動作中に通常運動している回転方向をカムシャフト１８が逆転させるように逆転駆動されることもできる。これを引き起こす要因は多数であり得る。例えば、クランキング時に、カムシャフト１８およびそのローブは、バルブスプリングによってバルブに加えられるバネ力に容易には打ち勝てない量の慣性を持つことがある。カムローブに加えられるバネ力の結果として、電気的位相器モータ３４はその回転方向を瞬間的に変化させることができる。電気モータセンサ４８は、この変化を示す。

電気位相器モータ３４が１０個の磁石３８と３個のホール効果センサ４８を含む実施形態において、モータ３４が動作しているときに磁石３８が経路（ｐ）に沿って通過するときに磁石３８がホール効果センサ４８に電圧を誘起し、出力軸４６の３６０度１回転は、センサ４８から３０個の高電圧パルスを生成させる。３つのセンサからの信号を組み合わせて、３０個のパルスを有する信号を生成することができる。あるいは、マイクロコントローラが各立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジをモータの動きとパルス周波数を計算するために使用されるイベントとして解釈する場合、１５パルスを有する信号を生成することができる。この文脈における高電圧という用語は、５ボルト（Ｖ）を意味し得るが、低電圧は、ホール効果センサ４８によって出力される０ボルト値を指すことができるが、他の値も可能である。電気モータコントローラ５４の形態のマイクロプロセッサは、電気位相器モータ３４の通過磁石３８を検出するセンサ４８からの出力を受信することができ、かつ磁石３８が検出される周波数を示す電気モータ位置信号を出力することができる。センサ４８からの該出力を用いて電気位相器モータ３４の出力軸４６の角速度または回転速度を決定することができる。一具現例では、該電気モータコントローラ５４は、三相ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータコントローラおよびＭＯＳＦＥＴドライバを使用して実装されることができる。

電気モータコントローラ５４に加えて、システム１０は電子制御ユニット（ＥＣＵ）などの、もうひとつの、別個のマイクロプロセッサ／マイクロコントローラとして、電気モータコントローラ５４からの電気モータ位置信号を受信するとともにクランクポジションセンサ３２からの出力を受信し、かつ本明細書に開示された方法を実行するシステム処理デバイス５６を含むことができる。該システム処理デバイス５６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ホストプロセッサ、コントローラ、車両通信プロセッサ、および特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む電子命令を処理することができる任意のタイプのデバイスとすることができる。これは、記載された方法を実行するためにのみ使用される専用プロセッサであってもよく、または他の車両システムと共有されてもよい。システム処理デバイス５６は、メモリに記憶されたソフトウェアまたはファームウェアプログラムのような、様々なタイプのデジタル記憶命令を実行する。センサ３２、４８、電気モータコントローラ５４、およびシステム処理デバイス５６の間の通信は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）プロトコルを使用して実装されるような、通信バス５８を介して実行することができる。しかしながら、これらの要素の少なくともいくつかをプリント回路基板上に一緒に実装することができる他の実施形態も可能であることを理解されたい。

図５を参照すると、クランクシャフト１６の角度位置に対するカムシャフト１８の角度位置を制御する方法（５００）の一具現例が示されている。該方法５００は、ステップ５１０において、クランクシャフト１６の回転運動を検出することによって開始する。クランクシャフト１６がエンジン１２の始動の一部として回転すると、若しくはエンジン１２が作動すると、クランクポジションセンサ３２はクランクホイール２８の歯がクランクポジションセンサ３２を通過するのに応答して生成される複数のパルスを含む信号を出力する。クランクポジションセンサ３２から出力される信号は、例えばクランクホイール２８の歯の不在及び存在を表す低（０Ｖ）および高（５Ｖ）パルスのパルス列として存在する。この信号はクランクホイール２８の歯の縁または中心を示すために、固定または可変持続時間の短いパルスであってもよい。この信号は、通信バス５８を介してクランクポジションセンサ３２からシステム処理デバイス５６へ送信することができる。方法５００はステップ５２０に進む。

ステップ５２０では、カムシャフト位相器１４を制御する電気位相器モータ３４のロータ４０または出力軸４６の回転運動が検出される。カムシャフト位相器１４を用いてクランクシャフト１６とカムシャフト１８との間の位相関係を制御するために、電気位相器モータ３４のロータ４０は速度の増加、速度の減少、または特定速度の維持がクランクシャフト１６の角度位置に対するとカムシャフト１８の角度位置をそれぞれ遅角、進角、または維持させることができるように可変速度で回転する。上述したように、電気位相器モータ３４は、複数の磁石３８を有するロータ４０を含む。また、ロータ４０および取り付けられた出力軸４６が回転すると、センサ４８はロータ４０に含まれる磁石３８が各センサ４８を通過するたびに高パルスを生成する。磁場が極性反転すると、しばしばホールセンサが遷移する。

電気位相器モータ３４が１０個の磁石３８を含むロータ４０および各センサが各磁石を検出するように配置された３個のセンサ４８を使用する実施形態では、電気モータコントローラ５４がロータ／出力軸の１回転あたり３０パルスを受信する。電気モータコントローラ５４は、センサ４８から受信したパルスを通信バス５０を介してシステム処理デバイス５６に送信することができる。方法５００はステップ５３０に進む。

ステップ５３０では、電気位相器モータ３４のロータ４０の回転運動とクランクシャフト１６の回転運動との間の相対差が決定される。これはクランクポジションセンサ３２から受信したパルスと電気位相器モータ３４を監視している電気モータセンサ４８から受信したパルスとの間の比率を決定することによって実施することができる。クランクポジションセンサ３２からのパルスおよび電気モータセンサ４８からのパルスを受信した後、システム処理デバイス５６がこれらのパルスの比率を計算することができる。この比率はクランクポジションセンサ３２から受信したパルスを、所定の期間にわたり電気モータセンサ４８から受信したパルス数で除算するなどして、いくつもの方法で決定することができる。あるいはこの比率は、クランクポジションセンサ３２から受信したパルス間の時間と、電気モータセンサ４８から受信したパルス間の時間とを測定し、比率を生成するためにそれぞれの時間測定値を除算することによって決定することができる。

図６を参照すると、クランクシャフト１６の回転速度に応じて比率値がどのように変化するかを示すチャート６００が示されている。図から理解されるように、クランクシャフト１６の回転数（ＲＰＭ）の上昇は、同じ比率値で測定されたクランク角（ＣＡ）の位相速度（度／秒）の変化をもたらすことができる。チャート６００に示された値は、１回転当たり３０パルスを発生する電気位相器モータ３４と、１００：１のギア比を有するカムシャフト位相器１４とに基づいている。システム処理デバイス５６は、複数のＲＰＭ値に対して異なる目標比率値を維持することができる。このチャートから分かるように、クランクシャフト１６とカムシャフト１８との間の相対位相が遅角されるにつれて比率は負の値になる。

図５に戻ると、電気モータセンサ４８またはクランクポジションセンサ３２のいずれかから、１つのタイプのパルスの一定数を計数することを確立することによって比率を決定することも可能である。特定のタイプのパルスの一定数を計数した後、電気処理デバイス５６は、一定数を計数しながら、異なるタイプのパルスが何個受信されるかを決定することができる。これは、クランクシャフト１６が回転する速度とは無関係に、所望の比率を達成するようにカムシャフト位相器１４を調整するタイミングを決定するのに有用であり得る。そして、システム１０が一定数のパルスの基礎として使用されるパルスのタイプを変更することができること、およびクランクシャフト１６の回転速度に基づいて変更を行うことができることを理解されたい。一実施例では、システム処理デバイス５６が監視する一定数のクランクシャフトパルスを設定し、次いで、一定数のクランクシャフトパルスが受信された時間中に、電気モータセンサ４８から受信されたパルスが何個かを決定する。一定数のクランクシャフトパルスを使用することは、システム処理デバイス５６がクランクシャフト１６の回転にかかわらず電気モータセンサ４８からのパルスを受信していないときに有用である。センサ４８からのパルスの不足は、エンジン１２がクランキングされ始動されているときのように、クランクシャフト１６が比較的ゆっくりと回転するときに起こる。システム電気処理デバイス５６が一定数のクランクシャフトパルスを計数している状態で、電気モータセンサ４８がパルスを生成していない場合に、デバイス５６はその比率がゼロであると判断することができる。しかし、実際の比率は一定数（ｘ）のパルスを計数しているとき、−１／ｘと１／ｘの間にある。

より速い位相速度では、システム処理デバイス５６は、電気モータセンサ４８から受信した固定速度のパルスを使用し始めることができ、固定速度のパルスが受信されている間にクランクシャフトパルスが何個受信されるかを決定することができる。一定数のパルスの根拠としてクランクシャフトパルスを使用することと、１：１または２：１など、いったん所定比率に達した一定数のパルスとして電気モータセンサ４８を使用することとの間で切り替えるようにシステム処理デバイス５６を構成することが可能である。

システム処理デバイス５６は、比率が所定値よりも高いか、低いか、または等しいかを判定することができる。クランクポジションセンサから受信したパルスの周波数と電気位相器モータ３４を監視する電気モータセンサ４８から受信したパルスの周波数との比率がどうなるかの例が、上記の実施例に基づいて説明され得る。

その実施例では、クランクホイール２８は５８個の歯と２個のトゥースインデックス３０を含み、一方電気位相器ーモータ３４は磁石３８を監視するための３つのセンサ４８と共に出力軸４６に取り付けられた１０磁石ロータ４０を含む。クランクシャフト１６および電気位相器モータ３４のロータ４０／出力軸４６が回転すると、システム処理デバイス５６は、通信バス５８を介してクランクポジションセンサ出力信号および電気モータ位置信号に含まれるパルス信号を受信する。システム処理デバイス５６は、次いで、電気モータセンサ４８から受信されかつ電気モータ位置信号に含まれるあらゆるパルスについて何個のパルスがクランクポジションセンサ３２から受信されるかを決定することができる。この実施例では、クランクシャフト１６の２回転毎にカムシャフト１８が１回転すると想定して、クランクポジションセンサ３２は、クランクシャフト１６の角度位置がカムシャフト１８の角度位置に対して一定のままであるように電気位相器モータ３４が一定位相関係を維持している場合には、電気モータセンサ４８から出力されるパルスごとにクランクポジションセンサ３２が４個のパルスを出力することになる。システム１０は、電気モータセンサ４８により出力されるパルス対してクランクポジションセンサ３２によって出力されるパルス間の関係を測定することによって、クランクシャフト１６またはカムシャフト１８のいずれかの角度位置を正確に決定する必要がない。その代わりに、カムシャフト１８に対するクランクシャフト１６の位相関係およびその関係の変化は、エンジン始動時にカムシャフト位相を制御するカムシャフト角度位置または位相の初期推定と共に使用することができる。方法５００はステップ５４０に進む。

ステップ５４０では、出力軸４６の回転運動とクランクシャフト１６の回転運動の相対差に基づいて、クランクシャフト１６の角度位置に対するカムシャフト１８の角度位置が進角しているか、遅角しているか、または一定のままであるか否かが判定される。システム処理デバイス５６は、クランクポジションセンサ３２から受信したパルスと電気モータセンサ４８から受信したパルスとの検出パルスの比率が、クランクシャフト１６とカムシャフト１８との間の一定の位相を示す比率に等しいか否かを判定することができる。上述の実施例を続けると、システム処理デバイス５６は、クランクシャフト１６とカムシャフト１８との間の一定の位相関係を示す比率が記憶されている内部または外部記憶装置からルックアップテーブルにアクセスすることができる。この比率はクランクシャフト回転のＲＰＭに依存し得る。上記の実施例では、電気モータセンサ４８から１個のパルスが受信されるごとに４個のクランクシャフトパルスが受信されるときに位相関係が一定であることがルックアップテーブルにより示されるであろう。電気モータセンサ４８により出力されるパルスに対してクランクポジションセンサ３２により出力されるパルス間の比率は、システム処理デバイス５６によってルックアップテーブルに記憶された比率の値と比較されることができ、この比較に基づいて電気位相器モータ３４を制御するためのモータ制御信号が生成される。

エンジンの始動の一部として設定された初期想定に応じて、システム処理デバイス５６は、センサ４８から受信されたパルスの決定された比率とルックアップテーブルに記憶された比率値との比較に基づいて電気位相器モータ３４の出力軸４６のトルクまたは速度を増加、減少、または維持することができる。内燃機関１２の点火システムが起動された後ではあるが、エンジン１２を始動するためにクランキングが開始する前に、システム処理デバイス５６は、電気位相器モータ３４およびクランクシャフト１６の角度位置に対するカムシャフト１８の角度位置を制御するために使用される１つ以上の初期想定を設定することができる。これらの初期想定として、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置の推定、現在のエンジン温度、エンジンが最後にオフにされたときのエンジン温度、および内燃機関を始動させるのに有用である他の変数が挙げられる。

一実施例では、システム処理デバイス５６は、エンジンの現在の温度、エンジン１２が最後にオフにされた温度、およびカムシャフト１８の位相を制御するための初期想定としてのカムシャフト角度位置の推定値を設定することができる。これらの初期想定が与えられれば、システム処理デバイス５６は、エンジン１２が現在冷間であるが、最後にオフにされたときに通常の動作温度にあったと判断することができる。システム処理デバイス５６は、エンジン１２によって使用される油または冷却液の温度を監視し、これらの値を通信バス５８を介してデバイス５６に伝達するボディ制御モジュール（図示せず）または他のセンサ／ＥＣＵ一体型装置からこの情報を受信することができる。システム処理デバイス５６は、以前に受信した油／冷却液温度値を記憶することができ、現在受信している油／冷却液温度値を監視することもできる。システム処理デバイス５６は、シャットダウン時の通常動作温度値と始動時の冷却温度値との組み合わせを、温度シャットダウン／始動の組み合わせとともに対応するカムシャフト位相位置を記憶するルックアップテーブルと比較することができる。

ルックアップテーブルは、エンジン１２が停止時に通常の動作温度にあることを前提として、クランクシャフトの角度位置に対するカムシャフトの角度位置が最初に進角され得ることを示すことができる。エンジンがクランキングされると、システム処理デバイス５６は、クランクポジションセンサ３２から受信したパルスと電気モータセンサ４８から受信したパルスとの比が所望の位相速度に対応する所定値に等しいか否かを判定することができる。上述したように、これは電気位相器モータ３４の出力軸４６が、カムシャフト１８とクランクシャフト１６との位相関係が所望の位相に一致するように、カムシャフト位相器１４を駆動していることを示している。そうでない場合には、システム処理デバイス５６はモータ制御信号を生成し、これを電気位相器モータ３４に送信して出力軸４６の回転速度を増加または減少させ、それによりクランクシャフト１６の角度位置に対するカムシャフトすなわちカムシャフト１８の角度位置を進角または遅角させる。システム処理デバイス５６は、電気位相器モータ３４の回転速度を調整するモータ制御信号を生成するいくつかの制御システムのうちのいずれか１つを実装するために使用することができる。そして方法５００は終了する。

図７は、クランクシャフト１６の角度位置に対するカムシャフト１８の角度位置を制御するシステム１０の別の具現例を示す。システム１０は、エンジン１２、カムシャフト位相器１４、クランクポジションセンサ３２、電気位相器モータ３４、およびシステム処理デバイス５６を含む。システム１０はクランクポジションセンサ３２からの信号パルスと電気位相器モータ３４から受信されたパルスとの比較に基づいて閉ループシステムを表す。システム処理デバイス５６がクランクポジションセンサ３２からの信号パルスと電気位相器モータ３４から受信されたパルスとの目標比率を決定することができる（ステップ７１０）。この目標比率は、上述した初期想定、クランクシャフト１６の回転数ＲＰＭ、またはその両方のような、いくつもの要因に基づいて選択することができる（ステップ７２０）。システム処理デバイス５６は、目標比率を現在決定された比率と比較し（ステップ７３０）、デバイス５６が電気モータコントローラ５４に送信するモータ指令信号を生成する（ステップ７４０）。この指令信号は、出力軸４６の現在の回転速度を増加、減少、または維持させるように電気位相器モータ３４を誘導させる。エンジン１２のクランクシャフト１６が回転し続けると、システム処理デバイス５６は、カムシャフト位相器１４の電気位相器モータ３４からのパルスおよびクランクポジションセンサ３２からのパルスを受信する。システム処理デバイス５６は、上述した手法を用いてパルス間を決定し、デバイス５６が目標比率と比較することができる更新され決定された比率を生成する（ステップ７５０）。決定比率が目標比率より低いか、高いか、または目標比率に等しいか否かに応じて、システム処理デバイス５６は、電気位相器モータ３４の出力軸４６の速度を増加、減少、または維持することができる。いったんクランクシャフト１６に対するカムシャフト位相位置が知らされかつ電気位相器モータ３４の制御がカムシャフトセンサ情報に依存する別のコントローラに切り替えられると、システム１０がオフにされ得る。

電気位相器モータ３４が十分に低い速度で回転するとき、電気モータセンサ４８は、比率比較更新のために割り当てられた窓内でマイクロコントローラが使用するためのパルスを生成しなくてもよい。例えば、その窓は４〜８個のクランクパルスとすることができる。電気位相器モータ３４がカムシャフト１８と同じ速度で回転していないので、カムシャフト位相はクランクシャフト１６に対して変化している。実際の比率はゼロではないかもしれないが、電気モータセンサ４８からの最後のパルス以降は所定の角度量または時間が経過しているので比率の限界が計算され得、電気位相器モータ３４がカムシャフト１８とクランクシャフト１６との間の位相関係を進角させる、遅角させる、または維持するのいずれかを指令され得る。

上記は、本発明の１つ以上の具現例の説明であることを理解されたい。本発明は、本明細書に開示される特定の具現例（複数）に限定されず、むしろ以下の特許請求の範囲によってのみ定義される。さらに、上記の説明に含まれる記述は、特定の具現例に関するものであり、用語または語句が上記で明示的に定義されている場合を除いて、本発明の範囲または特許請求の範囲で使用される用語の定義に対する限定として解釈されるべきではない。開示された具現例（複数）に対する様々な他の具現例および様々な変更および修正は、当業者には明らかになるであろう。このような他のすべての具現例、変更および修正は、添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。

本明細書および特許請求の範囲で使用されているように、用語「例えば」、「などの」、および「のような」、並びに動詞「を備える」、「を有する」、「を含む」およびそれらの他の動詞形式は、１つ以上の構成要素または他の品目のリストと併せて使用されるとき、それぞれが自由に構成されていると解釈されるべきであり、このリストは他を除外すると解釈されるものではない。他の用語は、異なる解釈を必要とする文脈で使用されない限り、それらの最も広い合理的な意味を用いて解釈されるべきである。

Claims (15)

1. クランクシャフト（１６）の角度位置に対するカムシャフト（１８）の角度位置を制御する方法であって：
   カムシャフト位相器（１４）を制御する電気モータ出力軸（４６）の回転運動を検出するステップ（ａ）と；
   前記クランクシャフト（１６）の回転運動を検出するステップ（ｂ）と；
   前記電気モータ出力軸（４６）の回転運動と前記クランクシャフト（１６）の回転運動と間の相対差を決定するステップ（ｃ）と；
   前記クランクシャフト（１６）の角度位置に対する前記カムシャフト（１８）の角位置がステップ（ｃ）に基づいて進角しているか、遅角しているか、または一定のままであるか否かを判定するステップ（ｄ）と；および
   前記電気位相器モータ（３４）に信号を送ることによってステップ（ｄ）に応答して前記カムシャフト（１８）の角度位置を変更するステップ（ｅ）と、を含む方法。
2. 前記電気モータ出力軸（４６）の回転運動が、１つ以上のホール効果センサ（４８）によって測定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記クランクシャフト（１６）の回転運動が、前記クランクシャフト（１６）に固着されたクランクホイール（２８）を監視するクランクポジションセンサ（３２）によって検出される、請求項１に記載の方法。
4. ステップ（ｃ）が、クランクポジションセンサ（３２）から受信されたパルスの周波数を、前電気モータ出力軸（４６）を介して前記カムシャフト位相器（１４）を制御する電気位相器モータ（３４）によって誘起されるパルスの周波数と比較するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記電気モータ出力軸（４６）の回転速度を変更することによって前記クランクシャフト（１６）の角度位置に対して前記カムシャフト（１８）の角度位置を変更するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. クランクシャフト（１６）の角度位置に対するカムシャフト（１８）の角度位置を制御する方法であって：
   カムシャフト位相器（１４）を制御する電気モータ出力軸（４６）の回転に応答して生成された複数のパルスを含む電気位相器モータ（３４）からの信号を受信するステップ（ａ）と；
   クランクシャフト（１６）の回転に基づいて生成された複数のパルスを含むクランクポジションセンサ（３２）から信号を受信するステップ（ｂ）と；
   前記電気位相器モータ（３４）から受信したパルスの周波数と、前記クランクポジションセンサ（３２）から受信したパルスの周波数との間の比率を決定するステップ（ｃ）と；
   前記比率が所定値よりも高いか、低いか、または等しいかを判定するステップ（ｄ）と；
   前記クランクシャフト（１６）の角度位置に対する前記カムシャフト（１８）の角度位置がステップ（ｄ）に基づいて進角している、遅角している、または一定のままであるかを判定するステップ（ｅ）と；および
   前記電気位相器モータ（３４）に信号を送ることによってステップ（ｅ）に応答して前記カムシャフト（１８）の角度位置を変更するステップ（ｆ）と、を含む方法。
7. 前記電気位相器モータ（３４）から受信され前記信号に含まれる前記複数のパルスが、１つ以上のホール効果センサ（４８）によって生成される、請求項６に記載の方法。
8. 前記クランクポジションセンサ（３２）から受信された前記信号に含まれる前記パルスが、前記クランクシャフト（１６）に固着されたクランクホイール（２８）によって制御される、請求項６に記載の方法。
9. 前記電気モータ出力軸（４６）の回転速度を変更することにより、前記クランクシャフト（１６）の角度位置に対して前記カムシャフト（１８）の角度位置を変更するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
10. クランクシャフト（１６）の角度位置に対するカムシャフト（１８）の角度位置を制御するシステムであって：
    クランクシャフト（１６）の回転運動を検出するクランクポジションセンサ（３２）からの複数の信号パルスを含む第１の信号と、カムシャフト位相器（１４）を制御する電気位相器モータ（３４）のロータ（４０）の回転運動を監視する１つ以上の電気モータセンサ（４８）からの複数の信号パルスを含む第２の信号とを受信するように構成されたシステム処理デバイス（５６）であって、前記電気位相器モータ（３４）の前記ロータ（４０）の回転運動と前記クランクシャフト（１６）の回転運動との間の相対差を決定し、前記クランクシャフト（１６）の角度位置に対する前記カムシャフト（１８）の角度位置が前記電気位相器モータ（３４）の前記ロータ（４０）の回転運動と前記クランクシャフト（１６）の回転運動との間の前記相対差に基づいて進角しているか、遅角しているか、または一定のままであるか否かを判定するシステム処理デバイス（５６）を備える、システム。
11. カムシャフト位相器（１４）および前記電気位相器モータ（３４）をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
12. 電気モータコントローラ（５４）をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記システム処理デバイス（５６）が、前記クランクポジションセンサ（３２）からの信号パルスと前記電気モータセンサ（４８）からの信号パルスとの比率を、該比率が所定数のクランクパルスまたは所定数の電気位相器モータパルスを含む時間窓内で受信されるパルスの量に基づくように決定する、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記比率を維持するために閉ループフィードバックをさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記電気モータセンサ（４８）が前記電気位相器モータ（３４）の回転方向を示す、請求項１０に記載のシステム。

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