JP2023026407A - カム位相アクチュエータ制御システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、クランクシャフトとカムシャフトとの回転関係を変えるカム位相調整システムを提供する。【解決手段】プロセッサ２６は、位相角度命令を受信し、前記位相角度命令と、アクチュエータ２２のアクチュエーション位置とカム位相角度との間の所定の関係とに基づいて、前記アクチュエータ２２の要求されるアクチュエーション位置を決定する。前記プロセッサ２６は、更に、第１の固定位置と第２の固定位置との間の変位の大きさが、カム位相調整期１２の第１の部材１８と第２の部材２０との間の比例的な回転方向の変位に対応する場合に、前記アクチュエータ２２に対して、第１の固定位置から第２の固定位置へ変位するように命令する。【選択図】図１

Description

＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０２１年８月１２日に出願された、「カム位相アクチュエータ制御システム及び方法」という題名の米国仮特許出願第６３／２３２，４９５の優先権の利益を主張するものであり、その全ての内容は参照によりここに援用されているものとする。

一般に、カム位相調整システムは、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位置を調整するように構成されたロータリーアクチュエータまたは位相調整器を含む。

一態様によれば、本開示は、クランクシャフトとカムシャフトとの回転関係を変えるカム位相調整システムを提供する。前記カム位相調整制御システムは、カムシャフトに結合されるように構成された第１の部材及びクランクシャフトに結合されるように構成された第２の部材を含むカム位相調整器と、前記第２の部材に対する前記第１の部材の回転位置を調整するように構成されたアクチュエータと、前記アクチュエータのアクチュエーション位置を検出するように構成されたアクチュエータ位置センサーと、プロセッサ及びメモリを含むコントローラーと、を備える。前記プロセッサは、位相角度命令を受信し、前記位相角度命令と、前記アクチュエータのアクチュエーション位置とカム位相角度との間の所定の関係と、に基づいて前記アクチュエータの要求されるアクチュエーション位置を決定する。前記プロセッサは、更に、前記第１の固定位置と前記第２の固定位置との間の前記変位の大きさが、前記第１の部材と前記第２の部材との間の比例的な回転方向の変位に対応する場合に、前記アクチュエータに対して、第１の固定位置から第２の固定位置へ変位するように命令する、ように構成される。

ある態様によれば、カムシャフト位置センサー及びクランクシャフト位置センサーを用いることなく、前記要求されるアクチュエーション位置の決定がなされる。

他の一態様によれば、本開示は、クランクシャフトとカムシャフトとの回転関係を変えるカム位相調整システムの開ループ制御の方法を提供する。前記方法は、位相角度命令を受信し、前記位相角度命令と、カム位相調整アクチュエータのアクチュエーション位置とカム位相角度との間の所定の関係と、に基づいて前記カム位相調整アクチュエータの要求されるアクチュエーション位置を決定し、前記カム位相調整アクチュエータに前記要求されるアクチュエーション位置を命令する。

他の一態様によれば、本開示は、カム位相調整制御システムを校正する方法を提供する。前記方法は、カム位相調整器アクチュエータに端部位置を命令することと、クランクシャフト位置とカムシャフト位置とを決定することと、前記クランクシャフト位置と前記カムシャフト位置とに基づいてクランクシャフトに対するカムシャフトの位相角度を決定することと、前記決定された位相角度と、前記カム位相調整器アクチュエータのアクチュエーション位置と結果となる位相角度との間の所定の関係と、に基づいて、前記カムシャフトの前記位相角度に対する前記カム位相調整器アクチュエータの前記アクチュエーション位置の比例関係を定義することと、を含む。

他の一態様によれば、本開示は、クランクシャフトとカムシャフトとの回転関係を変化させるカム位相調整システムを制御する方法を提供する。前記方法は、命令されたアクチュエータ位置とカム位相調整器アクチュエータの感知されたアクチュエータ位置との間の誤差を検出することと、前記誤差が所定の範囲内であるか判定することと、を含む。前記誤差が前記所定の範囲外である場合、開ループモードで前記カム位相調整システムは動作させられる。前記誤差が前記所定の範囲内である場合、カムシャフト位置センサーによって感知された位相角度読み取りは正確であるか判定する。前記位相角度読み取りが正確であると判定された場合、閉ループモードで前記カム位相調整システムは動作させられる。

他の一態様によれば、本開示は、開ループモード及び閉ループモードで動作可能なカム位相調整制御システムを提供する。前記カム位相調整制御システムは、カムシャフトに結合されるように構成された第１の部材及びクランクシャフトに結合されるように構成された第２の部材を含むカム位相調整器と、前記第２の部材に対する前記第１の部材の回転位置を調整するように構成されたアクチュエータと、前記アクチュエータのアクチュエーション位置を検出するように構成されたアクチュエータ位置センサーと通信することができるコントローラーと、クランクシャフト位置を検出するように構成されたクランクシャフト位置センサーと、カムシャフト位置を検出するように構成されたカムシャフト位置センサーと、を備える。前記コントローラーが開ループモードにある場合、前記コントローラーは、位相角度命令を受信し、前記位相角度命令と、前記アクチュエータのアクチュエーション位置とカム位相角度との間の所定の関係と、に基づいて前記アクチュエータの要求されるアクチュエーション位置を決定し、前記アクチュエータに対して前記要求されるアクチュエーション位置へ変位するように命令するように構成される。前記コントローラーが閉ループモードにある場合、前記コントローラーは、前記位相角度命令を受信し、前記位相角度命令と、前記アクチュエータの前記アクチュエーション位置と前記カム位相角度との間の前記所定の関係と、に基づいて、前記アクチュエータの推定されるアクチュエーション位置を決定し、前記命令された位相角度と、前記カムシャフト位置センサー及び前記クランクシャフト位置センサーによって検出された実際のカム位相角度と、の間の誤差を決定し、前記誤差及び前記推定されるアクチュエーション位置に基づき前記アクチュエータにアクチュエータ位置へ変位するように命令するように構成される。

本開示の一態様による、カム位相調整制御システムの概略図である。 本開示の一態様による、開ループ制御方法の図である。 本開示の一態様による、アクチュエータ位置とカム位相角度との比例関係のグラフ図である。 図３のルックアップテーブルを校正する方法の図である。 本開示の一態様による、修正された閉ループ制御方法の図である。 本開示の一態様による、カム位相調整制御システムの動作モードを決定するアルゴリズムの図である。 本開示の一態様による、カムシャフト位置センサー又はクランクシャフト位置センサーの読み取り精度を判定するアルゴリズムの図である。 時間経過に伴う、測定されたアクチュエータ角度、測定された位相角度、及びエンジン回転数のプロットである。 軸方向の変位アクチュエータを使用するカム位相調整システムの非限定的な一例を示す。 回転方向の変位アクチュエータを使用するカム位相調整システムの非限定的な一例を示す。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその用途が、以下の詳細な説明に説明されるか、添付図面に図示された構造の詳細および構成部材の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態にも適用可能であり、様々な方法で実行または実施することが可能である。また、本明細書に使用される言回しおよび用語は、説明を目的とするものであり、限定的なものとして介されるべきではないことを理解されたい。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの変形の使用は本明細書において、その後ろに列挙されるアイテムおよびその均等、ならびに追加のアイテムの包含を意味する。別様に特定されるか限定されていない限り、「取り付けられる（ｍｏｕｎｔｅｄ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「支持される（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ）」、および「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、ならびにそれらの変形は、広範囲に使用され、直接的と間接的との両方の取付け、接続、支持、および結合を包含している。さらに、「接続される」および「結合される」は、物理的または機械的な接続または結合に制限されない。

以下の議論は、当業者が本発明の実施形態を作成および使用することを可能にするために提供されている。説明される実施形態に対する様々な変形は、当業者には容易に明らかになり、本明細書の包括的な原理は、本発明の実施形態から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用可能である。したがって、本発明の実施形態は、図示の実施形態に限定されることは意図されていないが、本明細書に開示の原理および特徴と調和する最も広い範囲に一致するものとする。以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるものとし、図中、異なる図における同様の部材は同様の参照符号を有する。図は必ずしも拡縮されている必要はなく、選択された実施形態を示すものであり、本発明の実施形態の範囲を限定することは意図されていない。当業者は、本明細書に提供された例には多くの有用な代替形態があり、本発明の実施形態の範囲内に含まれることを理解するであろう。

現在、カム位相調整器は、油圧作動、電子作動、または機械作動が可能である。通常、機械作動の位相調整器は、カム・トルク・パルスを利用して位相調整器の回転を可能にする。ほとんどの場合、システムは、システムが望まれる方向に回転することが許されるか否かについてのみ制御を行うことができるものであり、速度や最終的な位置の制御を殆どしない。とりわけ、カム・トルク・パルスが終わった後の位相調整器の回転の速度及び位相調整器の停止位置は、カム・トルク・パルスの大きさ／方向及びエンジンの速度の関数である。カム・トルク・パルスは、機械的カム位相調整システムの減衰に対して大きくなりえるので、位相調整器は、望まれる回転量に対して簡単にオーバーシュート又はアンダーシュートする。効果的な制御のために、それらのシステムは、エンジン・コントローラー（「ＥＣＵ」）によって読み取られるカムシャフト及びクランクシャフト位置センサーに依存し、極めて速い制御又はオンとオフの継続的な反復を必要とする。すなわち、機械的システムにおいて、ある部材は、２つの部材の間の回転をロックまたはアンロックするかもしれない。しかしながら、ロック状態又はアンロック状態の２つの部材は、位相角度には関係しない。むしろ、ロック状態又はアンロック状態の部材は、位相調整器がクランクシャフトに対してカムシャフトを進ませる又は遅らせることを許されるかについて決めるのみである。従って、アクチュエータだけでは、位相調整器を所定の予想可能な位置に駆動するように命令することはできない。

油圧作動の位相調整器は、普通は、作動油制御ソレノイドを使って、位相調整器の回転を可能にするように油圧を制御する。この動作は位相調整器の双方向制御を可能にするものの、油圧作動の位相調整器は、効果的な制御のために、エンジン・コントローラー（「ＥＣＵ」）によって読み取られるカムシャフト及びクランクシャフト位置センサーに依存する。すなわち、作動油制御ソレノイドにおけるスプールの位置は、位相角度に関係しない。むしろ、スプールの位置は、位相調整器がクランクシャフトに対してカムシャフトを進ませる又は遅らせるように駆動されているかを決めるのみである。従って、アクチュエータだけでは、位相調整器を所定の予想可能な位置に駆動するように命令することはできない。また、油圧式の位相調整器は、時間経過に伴って劣化しやすい、内燃機関の内部の作動油の油圧、粘度、及び品質の影響を受ける。

電子作動式位相調整器（「ｅ－位相調整器」としても知られる）は、普通は、電子式ロータリーアクチュエータを使って位相調整器の回転を可能にする。この動作において、ロータリーアクチュエータは、位相調整器を駆動するために、位相調整器よりも速く又は遅く（例えば、カム速度より速く又は遅く）スピンしなければならない。油圧作動の位相調整器のように、電子作動式位相調整器は、効果的な制御のために、エンジン・コントローラー（「ＥＣＵ」）によって読み取られるカムシャフト及びクランクシャフト位置センサーに依存する。すなわち、それらの従来のｅ－位相調整器の電子式ロータリーアクチュエータの回転位置は、位相角度に関係しない。むしろ、ロータリーアクチュエータの速度は、位相調整器がクランクシャフトに対してカムシャフトを進ませる又は遅らせるように駆動されてるかを決めるのみである。従って、アクチュエータだけでは、位相調整器を所定の予想可能な位置に駆動するように命令することはできない。さらに、それらの電子作動式位相調整器は、普通は、位相調整器の位置を取得する為にエンジン停止時にシステムが「ホーム位置」に戻ることを要求する。

カム位相調整システムの欠点の為、カム・トルク・パルス及びエンジン回転数の大きさ及び方向とは独立して、内燃機関のカムシャフトとクランクシャフトとの間の関係を変更することができるカム位相調整システムが望まれる。

ここに記載されるシステム及び方法は、カム位相調整器のアクチュエータの位置がクランクシャフトに対するカムシャフトの位相角度と直接的に関係する場合、エンジン回転数及びカム・トルク・パルスの大きさとは独立して、内燃機関のカムシャフトとクランクシャフトとの間の回転関係（つまり、カム位相調整）を変更することができる。後述するように、システム及び方法は、カム位相調整器のアクチュエータの軸方向又は回転方向の位置のみがカムシャフトの位相位置と直接的に関係する場合、カムシャフト位置センサー又はクランクシャフト位置センサーを必要とすることなく、正確なカム位相調整を可能にするアプローチを提供する。カムシャフト位置センサー又はクランクシャフト位置センサーを必要とすることなく位相位置の調整能力を提供することは、カム位相調整アクチュエータの軸方向又は回転方向の位置を検出するだけで位相角度の制御を可能にする。

ここにおいて使われるように、カムシャフト位置センサーとは、カムシャフトの実際の回転位置を検出するセンサーを意味する。これは、普通は、カムシャフトのゼロ位置を示す幾何学的／構造的特徴（例えば、新しい一回転を始まりを示す特徴）を検出するカムシャフト位置センサーによってなされるものである。同様に、クランクシャフト位置センサーとは、クランクシャフトの実際の回転位置を検出するセンサーを意味する。これは、普通は、クランクシャフトのゼロ位置を示す幾何学的／構造的特徴を検出するクランクシャフト位置センサーによってなされるものである。上述のように、通常のカム位相調整システムにおいて、カムシャフト位置センサーとクランクシャフト位置センサーとの両方からの信号は、そのカム位相調整器又はアクチュエータをどのように制御するかを決定するためにクランクシャフトに対するカムシャフトの位相角度を決定するために使われる。

図１は、開ループ及び閉ループモードの両方において、クランクシャフト１６に対するカムシャフト１４の位相角度を制御するように構成された、カム位相調整システム１０を示す。カム位相調整システム１０は、（図示されない）内燃機関のカムシャフト１４とクランクシャフト１６との間に結合されるように構成されたカム位相調整器１２を含んでもよい。カム位相調整器１２は、カムシャフト１４に結合された第１の部材１８（例えば、クレードル・ローター）及びクランクシャフト１６に結合された第２の部材２０（例えば、スプロケット・ハブ）を含んでもよい。第１の部材１８は、カムシャフト１４への結合を介して、例えば、１つ又は複数の連結部を介して、カムシャフト１４を駆動してもよい。第２の部材２０は、例えば、ベルト、チェーン、または歯車列アセンブリを介して、クランクシャフト１６によって駆動されてもよい。これは、第２の部材２０をクランクシャフトの速度に比例する速度（例えば、クランクシャフトの速度の半分）で回転させる。第１の部材１８、第２の部材２０、カムシャフト１４、及びクランクシャフト１６の相対的結合についての代替構成が可能であることは、当業者に知られているであろう。例えば、１つの実施形態においては、クランクシャフト１６は、第１の部材１８に結合されてもよく、カムシャフト１４は、第２の部材２０に結合されてもよい。

カム位相調整システム１０は、第２の部材２０に対する第１の部材１８の回転位置を調整するようにカム位相調整器１２を駆動させるように構成されたアクチュエータ２２を含んでもよい。ここに後述するように、いくつかの非限定的な例では、アクチュエータ２２は、カム位相調整器１２の中間部材（例えば、スパイダー・ローター、図９及び図１０参照）を直接的又は間接的に駆動させるように構成されてもよく、これは、内燃機関のカムシャフト１４とクランクシャフト１６との間の回転関係を変更するように、第１の部材１８に中間部材の回転位置を追従させる機構によって中間部材の回転位置を正確に制御するためである。

アクチュエータ２２は、軸方向又は回転方向の入力をカム位相調整器１２に与えるように構成されてもよい。例えば、アクチュエータ２２は、電流に応じて軸方向に変位できるリニアアクチュエータ又はソレノイドであってもよい。アクチュエータ２２は、カム位相調整器１２に軸方向の力及び／又は変位を与えることができる、機械的リンケージ、油圧作動のアクチュエーション要素、又はその他の機構であってもよい。その他の例によれば、アクチュエータ２２は、ロータリーアクチュエータであってもよく、またステーターとステーターに電磁結合されたローターとを含んでもよい。電流がロータリーアクチュエータに流されてもよく、それがロータリーアクチュエータによって望まれる力で望まれる方向に提供される回転出力となってもよい。いくつかの非限定的な例では、ロータリーアクチュエータは、ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モーターの形態であってもよい。

カム位相調整システムは、プロセッサ２６及びメモリ２８を含むコントローラー２４を含んでもよい。メモリ２８は、プロセッサ２６によって実行されるプログラム、ソフトウェア、又は命令を含む、フラッシュ又はその他の種類のメモリなどの非一時的なコンピュータ可読媒体又はその他の形態のストレージであってもよい。いくつかの非限定的な例によれば、コントローラー２４は、内燃機関のエンジン制御ユニットに統合されてもよい。その他の非限定的な例においては、コントローラー２４は、エンジン制御ユニットから分離されていてもよい。例えば、コントローラー２４は、アクチュエータ２２のボディに統合されてもよい。

図示された非限定的な例においては、コントローラー２４は、アクチュエータ２２にアクチュエーション命令信号を供給するために、アクチュエータ２２と電気通信することができる。コントローラー２４は、アクチュエータ２２のアクチュエーション位置を測定／感知するように構成されるアクチュエータ位置センサー３０とも電気通信することができる。いくつかの非限定的な例によれば、コントローラー２４は、それぞれカムシャフト１４とクランクシャフト１６の回転位置を検出するように構成された、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４とも電気通信することができる。カムシャフト及びクランクシャフトの速度及び加速度は、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４から導出されることができると解されるべきである。

開ループモード
図１のカム位相調整システム１０は、開ループと修正された閉ループモードとの両方で動作することができる。図２は、開ループ動作１００の方法の非限定的な例を示す。図１及び図２を参照すると、プロセスは、ブロック１０２において位相角度命令を受信するか生成することによって開始してもよい。位相角度命令は、コントローラー２４によって、例えば、エンジン制御ユニットによって、受信されてもよい。一つの非限定的な例によれば、位相角度命令は、内燃機関の運転パラメーター（例えば、エンジン回転数、エンジン負荷等）に基づいてコントローラー２４によって生成されてもよい。そして、ブロック１０４において、コントローラー２４は、位相角度命令と、アクチュエータ２２のアクチュエーション位置と結果となるカム位相角度との間の所定の関係（図３参照）と、に基づいて、アクチュエータ２２の要求されるアクチュエーション位置を決定されてもよい。

要求されるアクチュエーション位置を決定すると、ブロック１０６において、コントローラー２４は、（例えば、アクチュエータ２２に提供される信号又は電流を介して）アクチュエータ２２に前記要求されるアクチュエーション位置を命令する。すなわち、コントローラー２４は、第１の固定位置及び第２の固定位置が異なる位置である場合及び第１の位相角度及び第２の位相角度が異なる位相角度である場合、アクチュエーション要素を軸方向又は回転方向に変位させるようにアクチュエータ２２に命令してもよく、これにより、第１の位相角度に相関する第１の固定位置（例えば、静的なアクチュエーション要素位置）から第２の位相角度に相関する第２の固定位置にスパイダー・ローター等の中間部材（図９及び１０参照）を動作させるか又はそうでなければ変位させる。アクチュエーション位置センサー３０がアクチュエータ２２又はアクチュエータ２２によって制御されるアクチュエーション要素が第２の固定位置にあるということを検出するまで、アクチュエータ２２は、第２の固定位置へ進み続ける。後述するように、第１の固定位置と第２の固定位置との間のアクチュエータ２２によるアクチュエーション要素の変位の大きさは、カム位相調整器１２の第１の部材１８及び第２の部材２０との間の比例的な回転方向の変位に対応し、これにより、アクチュエータ２２のアクチュエーション要素の位置に基づくクランクシャフト１６に対するカムシャフト１４の位相角度を比例的に調整する。

開ループ動作の最中、コントローラー２４は、望まれる位相角度を達成するためにカム位相調整器１２を制御するために、アクチュエータ２２のアクチュエーション位置と結果となるカム位相角度との間の所定の関係と、アクチュエーション位置センサー３０と、だけを使う。すなわち、開ループ動作において、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４は、必要とされない又は使われない。アクチュエーション位置センサー３０と、アクチュエーション位置をカム位相角度に相関させる所定の関係と、を使用することは、高速で大きな位相角度の変化を可能にする。また、この開ループ動作は、大きく速い位相角度の変化において発生する誤読（例えば、「誤ったゼロ」又は「誤った欠けた歯」の検出）などのエンコーダーの誤動作の影響を受けやすい、カムシャフト及びクランクシャフト・トリガー・ホイール（つまり、エンコーダー）から独立しているので、開ループ動作は閉ループ動作よりも堅牢になりえる。また、閉ループ・フィードバック・モードで動作するよりも、開ループ動作は、アクチュエーション位置と結果となるカム位相角度との間の所定の関係を使用することによって、大きく速い位相角度の変化を可能にし、オーバーシュートを増やすことなくセトリング時間を減らすことができる。

ここで、図１及び図３を参照すると、アクチュエータ２２は、カム位相調整器１２の第１の部材１８と第２の部材２０との間の既知の望まれる回転方向の変位に対応する、軸方向又は回転方向の入力をカム位相調整器１２に提供するように構成されている。この結果、カムシャフト１４によって制御されるバルブ開／閉作動のタイミングを進ませることが望まれるのか遅らせることが望まれるのかに応じて、既知の量のアクチュエータ２２のアクチュエーション要素の変位によって、カムシャフト１４をクランクシャフト１６に対する既知の量（位相角度としても知られる）だけ時計回り又は反時計回りに回転させることができる。

図３は、固定アクチュエータ位置２０２と結果となる位相角度２０４との間の所定の比例関係２０６の一例を示す。図示された非限定的な例において、アクチュエータ２２の明確に区別できる位置、例えば、そのアクチュエーション要素の軸方向／リニア方向又は回転方向の位置から、明確に区別できる位相角度２０４の結果を取得できる。結果となる位相角度２０４は、アクチュエータ位置２０２に比例する。１つの特定の非限定的な動作の例において、アクチュエータ位置２０２は、第１の位相角度２０４に相関する第１の固定位置にあってもよい。アクチュエーション位置センサー３０によってアクチュエータ２２が第２の固定位置にあることを検出するまで、コントローラー２４は、第１の固定位置から第２の固定位置へ変位するようにアクチュエータ２２に命令する。アクチュエータ２２が第２の固定位置にあることで、結果となる位相角度は第２の位相角度となる。この非限定的な例において、第１の固定位置及び第２の固定位置と、第１の位相角度及び第２の位相角度と、のそれぞれは、図３に示された比例関係２０６に合致する。

図示された非限定的な例において、結果となる位相角度はアクチュエータ位置に対して線形に比例するが、その他の比例関係も可能である。例えば、位相角度とアクチュエータ位置との間の関係が、１つ又は複数のアクチュエータ位置において完全に線形であることから僅かに逸脱するかもしれない場合は、その関係は実質的に線形であってもよい。その他の例によれば、位相角度とアクチュエータ位置との間の関係は、比例とは逆になるかもしれない。後述するように、アクチュエータ位置と位相角度との間の比例性は、カム位相調整器の部材の配置又は構成によって定義されてもよい。いくつかの非限定的な例によれば、比例性は、カム位相調整器の内部のヘリカル形状によって定義される（例えば、図９を参照）。その他の非限定的な例によれば、比例性は、カム位相調整器の内部の歯車列の歯車比によって定義される（例えば、図１０を参照）。

校正
ここで図１、図３、及び図４を参照すると、コントローラー２４は、前述の所定の関係を定義するように構成される校正プロセス３００を実行してもよい。いくつかの非限定的な例によれば、校正プロセスは、開ループのカム位相調整器動作の最中に使われるための２次元ルックアップテーブルを生成するために、アクチュエータ位置と位相角度との間の所定の関係を使ってもよい。下記の等式は、アクチュエータ位置（ａ）と結果となる位相角度（θ）の間の所定の関係を表す等式の一つの非限定的な例を示す。

θ＝β（ａ－ａ_１）＋θ_１ （１）

上記等式において、βは、図３に示される関係の傾きを表す係数であり、（ａ_１、θ_１）は、既知の動作点を表す係数である。後述するように、係数βは、カム位相調整器の既知の幾何学的特徴又は構成によって定義されてもよく、既知の動作点は、校正プロシージャにおいて決定されてもよい。

校正プロセス３００は、ブロック３０２において、コントローラー２４がアクチュエータ２２にアクチュエータ２２の動作範囲の第１の端部位置２０８（例えば、第１の方向における最大位置）又は第２の端部位置２１０（例えば、第２の方向における最大位置）（図３参照）を命令することによって、始まってもよい。例えば、軸方向のアクチュエータに関しては、第１の端部位置又は第２の端部位置がアクチュエータに命令されてもよい。その他の例において、ロータリーアクチュエータに関しては、最大時計回り又は反時計回り位置がアクチュエータに命令されてもよい。

そして、コントローラー２４は、アクチュエーション位置センサー３０を介してアクチュエータ位置を検出してもよい。そして、コントローラー２４は、ブロック３０４において、カムシャフト位置センサー３２を介してカムシャフト位置を感知又は測定してもよく、クランクシャフト位置センサー３４を介してクランクシャフト位置を感知又は測定してもよい。次に、ブロック３０６において、コントローラー２４は、感知されたカムシャフト及びクランクシャフト位置に基づいてカム位相角度を決定してもよく、これにより、第１の端部位置２０８、第２の端部位置２１０における、カムシャフト１４の最大後退位置２１２、最大前進位置２１４における位相角度をそれぞれ得る。

少なくとも１つの動作点（例えば、１つのカム位相角度及び対応するアクチュエータ位置）が既知となれば、コントローラー２４は、既知の動作点、及びカム位相調整器１２の部材の配置又は構成によって定義される、アクチュエータ位置と位相角度（つまり、勾配２０６、β）との間の所定の比例関係とともに、上記等式（１）を使ってアクチュエータ２２のアクチュエーション範囲全体に対するアクチュエータ位置と結果となるカム位相角度との間の関係を定義することができる。この所定の関係（例えば、勾配、又は一次関数）は、コントローラー２４によって既知であってもよく、例えば、前記メモリ２８内に記憶されている（図１参照）ことによって既知であってもよい。

いくつかの非限定的な例によれば、コントローラー２４は、アクチュエータ２２に、第１の端部位置２０８から第２の端部位置２１０との間及び複数の明確に区別できる中間位置へ動作するように命令し、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４を使って複数の中間位置のそれぞれにおける位相角度を決定し、図３に示された関係を生成することができる。この特定の非限定的な例において、コントローラー２４は、複数の明確に区別できる位置の間を補完することができる。そして、アクチュエータ位置及び位相角度（例えば、勾配２０６）の間の比例関係は、複数のデータ点から計算又は導出されることができる。その他の非限定的な例によれば、コントローラー２４は、第１の端部位置２０８と第２の端部位置２１０とのうちいずれか１つをアクチュエータ２２に命令し、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４を使ってその位置における位相角度を決定し、第１の端部位置２０８と第２の端部位置２１０とのうち他方をアクチュエータ２２に命令し、再び位相角度を決定されてもよい。そして、コントローラー２４は、それらの２つの既知の位置を使って図３に示された関係を生成し、２つの既知の位置の間の比例関係（例えば、線形または非線形）を補完することができる。

校正命令及び情報は、コントローラー２４のメモリ２８の中に記憶されてもよい。一つの非限定的な例によれば、校正プロセス３００は、車両が組み立てラインにあるとき、または組み立てラインから出るときに、工場で実行されてもよい。その他の非限定的な例によれば、校正プロセス３００は、エンジン始動時に実行されてもよい。

所定の関係が定義されると、コントローラー２４は、カム位相調整システム１０の開及び閉ループ制御の最中にアクチュエーション位置センサー３０とともに、所定の関係（例えば、図３／等式１）を使ってもよい。例えば、コントローラー２４は、ブロック３０８において、所定の関係を２次元ルックアップテーブルとして実装できる。いくつかの非限定的な例によれば、コントローラー２４は、例えば、アクチュエーション位置センサー３０、カムシャフト位置センサー３２、及びクランクシャフト位置センサー３４を使用することにより、閉ループ動作の最中に測定されたデータに基づいてルックアップテーブルを継続的に更新することができる。この測定されたデータは、その他の要因のうち、製造されたカム位相調整器の間の違い、許容範囲、及び部材間の摩擦によって、完全に比例的であることから逸脱する部分を含む（例えば、完全に線形か又は等式１によって定義される線に合致しない）、ルックアップテーブルとなってもよい。

修正された閉ループモード
図１のカム位相調整システム１０は、修正された閉ループモードでも動作することができる。閉ループ動作の最中において、コントローラーは、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４からの読み取りを使って、命令された位相角度に対する実際のカム位相角度を決定し、位相角度誤差を決定してもよい。そして、この位相角度誤差は、命令された位相角度に対する実際のカム位相角度の誤差を訂正するためにカム位相調整器１２を調整するようにアクチュエータ２２に命令するフィードバックループで使われてもよい。更に、この修正された閉ループモードは、フィードフォワード機構として、図３に示された所定の関係を使う。すなわち、図５に示されるように、コントローラー２４は、修正された閉ループ制御アルゴリズム３５０への統合のために図２に関して上述した方法を使ってもよい。

アルゴリズム３５０は、ブロック３５２において位相角度命令を受信する又は生成することにより開始してもよい。そして、コントローラー２４は、位相角度命令と、アクチュエータ２２のアクチュエーション位置と結果となるカム位相角度との間の所定の関係（図３及び等式１参照）と、に基づいて、ブロック３５４において、アクチュエータ２２の推定されたアクチュエーション位置を決定してもよい。そして、コントローラー２４は、カムシャフト位置センサー３２を介してカムシャフト位置を感知又は測定し、クランクシャフト位置センサー３４を介してクランクシャフト位置を感知又は測定し、感知されたカムシャフト及びクランクシャフト位置に基づいて実際のカム位相角度を決定してもよい。そして、コントローラー２４は、命令された位相角度に対する実際のカム位相角度を比較することにより、ブロック３５６において位相角度誤差を決定してもよい。そして、ブロック３５８において、コントローラー２４は、予想されたアクチュエーション位置及び位相角度誤差に基づいて、アクチュエータ位置をアクチュエータ２２に命令してもよい。いくつかの非限定的な例によれば、位相角度誤差は、PIDコントローラーを通じて配信される。

開または閉ループモードの選択
一般的に、大きなの変化が必要である場合、開ループ制御が特に有益になりえる。なぜならば、カム位相調整システムがより早く応答することができるからである。例えば、従来の閉ループ制御では誤差が発生し、応答時間が遅くなる。現在の位相角度が命令された位相角度に近くなると、又は、位相角度の小さな変化に対して、ここに記載される修正された閉ループモードは、有益になりえる。なぜならば、閉ループ制御は、正確な微調整を可能にするからである。さらに、カムシャフト位置センサー３２又はクランクシャフト位置センサー３４が失敗するか不正確な読み取りを提供するならば、ここに記載されるカム位相調整システム１０は、開ループモードにおいてカム位相調整動作を継続することを可能にし、これにより、より堅牢で適応性があるシステムを提供する。

ここで、図１及び図６を参照すると、コントローラー２４は、カム位相調整システム１０が開ループモードで動作すべきか修正された閉ループモードで動作すべきかを決定するように構成されたアルゴリズム４００を実行してもよい。アルゴリズム４００は、ブロック４０２で開始してもよく、コントローラー２４がアクチュエータ誤差を検出し、アクチュエータ誤差が所定の範囲内であるかどうか判定されてもよい。アクチュエータ誤差は、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４から導出されるか、アクチュエーション位置センサー３０及びアクチュエータ位置と位相角度との間の所定の関係から導出される、現在の位相角度と命令された位相角度との差によって定義されてもよい。コントローラー２４があるエンジン状態（例えば、アイドリング状態、又は巡行中にあるエンジン回転数を維持している時）における位相角度を維持する場合、現在の位相角度は命令された位相角度にぴったり合うので、アクチュエータ誤差は、小さいかもしれない。逆に、位相角度の変化が命令された直後は、新しい命令された位相角度が現在の位相角度と異なるので、アクチュエータ誤差は、大きいかもしれない。

いくつかの非限定的な例によれば、所定の範囲は、パーセントによって定義されてもよい。例えば、所定の範囲は、現在の位相角度に対するパーセント（例えば、現在の位相角度の１０％、１５％、２５％以内など）によって定義されてもよい。その他の非限定的な例によれば、所定の範囲は、位相角度によって定義されてもよい。例えば、所定の範囲は、現在の位相角度に対する位相角度（例えば、現在の位相角度の１０°、１５°、２５°以内など）によって定義されてもよい。

ブロック４０２においてコントローラー２４はアクチュエータ誤差が所定の範囲外であると判定する（つまり、範囲内ではない）場合、前記コントローラー２４は図２に関して記載されたブロック４０４において開ループ制御モードを使う。いくつかの非限定的な例において、コントローラー２４は、ブロック４０２においてアクチュエータ誤差が所定の範囲内であると判定する場合、コントローラー２４は、ブロック４０８に進んで修正された閉ループ制御モードを使うかもしれない。オプションで、ブロック４０２においてコントローラー２４はアクチュエータ誤差が所定の範囲内であると判定する場合、コントローラー２４はブロック４０６に進んで、コントローラーは、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４によって導出された位相角度測定が正確であるか判定してもよい。コントローラー２４は、ブロック４０６において位相角度測定が正確ではないと判定する場合、コントローラー２４は、図２に関して記載されたブロック４０４における開ループ制御モードを使う。コントローラー２４は、位相角度測定が正確であると判定する場合、コントローラー２４は、ブロック４０８における修正された閉ループ制御モードを使う。アルゴリズム４００は、内燃機関の動作中に継続的に反復されてもよく、コントローラー２４は、いつでも何度でもアクチュエータ誤差に応じて開ループ動作と閉ループ動作とを切り替えてもよいと解されるべきである。

図７は、位相角度測定の精度を決定する方法５００の１つの特定の非限定的な例を示す。上述したように、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４は、カムシャフト及びクランクシャフトのゼロ位置を示す幾何学的特徴（例えば、新しい一回転を始まりを示す特徴）を感知又は検知できる。いくつかの非限定的な例によれば、幾何学的特徴は、トリガー・ホイールの隙間であってもよい。その他の非限定的な例によれば、幾何学的特徴は、トリガー・ホイールの突起であってもよい。一つの非限定的な例によれば、幾何学的特徴は、１つの欠けた「歯」を含んでもよい、トリガー・ホイールの「歯」（つまり、エンコーダー・ホイール）であってもよい。この欠けた歯の検出は、「ゼロ」位置を示す幾何学的特徴を定義してもよく、欠けた歯に対するクランク角度を決定するのに使われてもよい。すなわち、欠けた歯は、「ゼロ」としてとらえられるか、又は、クランクシャフト又はカムシャフトの回転の開始（例えば、０°点）としてとらえられる。したがって、カムシャフト位置センサー３２及びクランクシャフト位置センサー３４からの信号は、シィニュアス（蛇行した）信号に似ていてもよく、シィニュアス（蛇行した）信号の立下りエッジは、歯の通過に対応してもよい。離接する歯の検出が十分に大きい隙間は、カムシャフト又はクランクシャフトのゼロ・マークを示してもよい。それぞれの位置測定が正確であるか判定するために、クランクシャフト又はカムシャフトに関して下記の記載を用いることができると解されるべきである。どちらかの位置測定が不正確である場合、結果となる位相角度の計算も不正確となり、コントローラー２４は開ループ動作に切り替わってもよい。下記の説明は、クランク及びカム位置センサーによって感知されることにより測定された位相角度の精度を決定する１つの特定の非限定的な例であり、下記の説明は、上述したような、様々なその他の幾何学的特徴又はトリガー・ホイールにも適用できると解されるべきである。

方法５００は、コントローラー２４は歯の立下りエッジを検出する時に、ブロック５０２で始まってもよい。そして、コントローラー２４は、ブロック５０４で「ゼロ」を示す幾何学的特徴が検出されるか判定してもよく、例えば、１つ前の歯によって発生する１つ前のピークからの信号に十分大きい隙間が検出されているか判定してもよい。コントローラー２４がゼロを示す信号状態を検出しない場合、コントローラーは、ブロック５０６において歯のカウント数を増加させ、スタートに戻る。例えば、クランク／カム位置センサーを通じてコントローラー２４によって検出される、現在の歯のカウントがある数「ｎ」である場合、コントローラー２４は、歯のカウントを「ｎ＋１」に増加させる。

コントローラー２４はゼロを示す信号状態を検出する場合、コントローラーは、ブロック５０８に進み、現在の歯のカウント「ｎ」が、コントローラー２４のメモリ２８に記憶されてもよい、クランク又はカムのトリガー・ホイールの所定の合計歯数（例えば、５０）に等しいか判定する。コントローラー２４は現在の歯のカウント「ｎ」が所定の歯数に等しいと判定する場合、コントローラー２４は、トリガー・ホイールの正確なゼロ（つまり、欠けた歯）を検出したことになり、カムシャフト１４又はクランクシャフト１６の位置は既知である（ブロック５１０）。そして、コントローラー２４は、現在の歯のカウント「n」を１に等しくリセットすることによりボック５１２に進んでもよく、プロセスはスタートに戻ってもよい。クランクシャフト及びカムシャフト位置が正確であることを判定すると、コントローラー２４は、修正された閉ループ動作に切り替わってもよい。

コントローラー２４は、現在の歯のカウント「ｎ」が所定の歯数に等しくないと判定する場合、コントローラー２４は、トリガー・ホイールの誤った「ゼロ」（つまり、欠けた歯ではなく、歯の間の隙間）を検出したことになり、カムシャフト１４又はクランクシャフト１６の位置は未知である（ブロック５１４）。そして、コントローラー２４は、現在の歯のカウント「ｎ」を１に等しくリセットすることによりブロック５１２に進んでもよく、プロセスはスタートに戻ってもよい。クランクシャフト及びカムシャフト位置が不正確であることを判定すると、コントローラー２４は、開ループ動作に切り替わってもよい。いくつかの非限定的な例によれば、コントローラー２４は、デフォルトでは、開ループ動作を行う。

上述したように、「誤った」ゼロは、位相角度の急激な変化、又はカムシャフト位置センサー３２又はクランクシャフト位置センサー３４からの信号の誤差によって引きこされるかもしれない。例えば、位相調整の最中、カムシャフト速度は、位相調整の方向に応じて変化する（例えば、増加又は減少する）。ある特定の非限定的な例においては、ゼロを示す信号状態を引き起こすかもしれない、トリガー・ホイールの歯の間の異常に大きな隙間をカムシャフト位置センサー３２が検出する程度にカムシャフト速度を遅くしてもよい。すなわち、位相調整動作における隣接する歯の検出の間の隙間は、ゼロ位置を表す幾何学的特徴（つまり、欠けた歯）に似るぐらいに十分大きくてもよく、これにより誤った読み取りを発生させる。

図８は、ここに記載されるカム位相調整システム１０を使うスタートアップにおけるカム位相調整の一つの非限定的な例を示す。図示されるように、エンジン始動時において、前記コントローラー２４は、適切又は正確な位相角度測定なしに開ループ動作において位相角度を制御してもよい。すなわち、カム又はクランクシャフトは、カムシャフト位置センサー３２又はクランクシャフト位置センサー３４からの信号が正確であるか判定するのに十分な回数だけ始動時に回転していないかもしれない（図１参照）。

カム位相調整器例
ここに上述したように、アクチュエータ位置と位相角度との比例性は、カム位相調整器の部材の配置又は構成によって定義されてもよい。例えば、カム位相調整器の幾何学的特徴又は部材は、それぞれカムシャフト及びクランクシャフトに結合されるように、入力シャフトとカム位相調整器の第１の部材及び第２の部材のいずれか１つとの間に備えられていてよい。いくつかの非限定的な例によれば、比例性は、「機械的カム位相調整システム及び方法」という題名の、シュミットらの米国特許第１０，０７２，５３７号に記載されているカム位相調整器などの、カム位相調整器の内部のヘリカル形状によって定義される。米国特許第１０，０７２，５３７号の全ての内容は参照によりここに援用される。その他の非限定的な例によれば、比例性は、「制御された相対回転運動のシステム及び方法」という題名の、ヴァン・ウィールデンらの米国特許出願第２０２０／０３１３４６号に記載されているカム位相調整器などの、カム位相調整器の内部の歯車列の歯車比によって定義される。米国特許出願第２０２０／０３１３４６号の全ての内容は参照によりここに援用される。

図９に示されるように、カム位相調整器の内部のヘリカル形状は、アクチュエーション位置と回転部材の間の回転位置との間の関係を定義することができる。図９は、（図示されない）内燃機関の（図示されない）カムシャフトに結合するように構成されたカム位相調整システム１０００を示す。図９に示されるように、カム位相調整システム１０００は、カムシャフトに結合するように構成されたクレードル・ローター１０１８（例えば、第１の部材）と、クランクシャフトに結合するように構成されたスプロケット・ハブ１０２０（例えば、第２の部材）と、スパイダー・ローター１００６と、ヘリックス・ロッド１００８として構成された入力シャフトと、端部プレート１０１０と、を含んでよい。スプロケット・ハブ１０２０と、クレードル・ローター１０１８と、スパイダー・ローター１００６と、ヘリックス・ロッド１００８と、端部プレート１０１０とのそれぞれは、組み立てられた時に、共通中心軸１０１１を共有してもよい。スプロケット・ハブ１０２０は、歯車１０１２を含んでよく、歯車１０１２は、スプロケット・ハブ１０２０の外周に接続されてよく、歯車１０１２は、内燃機関の（図示されない）クランクシャフトに結合されてよい。これにより、スプロケット・ハブ１０２０をクランクシャフトの速度に比例する速度で駆動させることができる。

アクチュエータ１０２２は、ヘリックス・ロッド１００８に係合するように構成されてよい。アクチュエータ１０２２は、中心軸１０１１に平行又は沿った方向に、軸方向の力をヘリックス・ロッド１００８に与えるように構成されてよい。アクチュエータ１０２２は、軸方向の力及び／又は変位をヘリックス・ロッド１００８に与えることができる、リニアアクチュエータ、機械的リンケージ、油圧作動のアクチュエーション要素、又はその他の機構であってよい。すなわち、アクチュエータ１０２２は、スパイダー・ローター１００６の望まれる回転方向の変位に対応する既知の位置へリックス・ロッド１００８を軸方向へ変位させてよい。アクチュエータ１０２２は、コントローラー（例えば、コントローラー２４、図１）によって制御され駆動されてよい。

ヘリックス・ロッド１００８は、スパイダー・ローター１００６のヘリカル形状１０５６によって受けられるように構成されたヘリカル部分１０８２を含む。ヘリックス・ロッド１００８のヘリカル部分１０８２とスパイダー・ローター１００６のヘリカル形状１０５６との間の相互作用は、アクチュエータ１０２２によってヘリックス・ロッド１００８に与えられる軸方向の変位に対応して、スパイダー・ローター１００６がスプロケット・ハブ１０２０に対して回転することを可能にする。組み立てられた時、図９に示されるように、スパイダー・ローター１００６が軸方向に変位しないようにスパイダー・ローター１００６が拘束されることができる。従って、カムシャフトによって制御されるバルブ作動を進ませることが望まれるのか又は遅らせることが望まれるのかに応じて、アクチュエータ１０２２によってヘリックス・ロッド１００８に与えられる軸方向の変位に対応して、スパイダー・ローター１００６は、既知の量だけ時計回り又は反時計回りに回転するように強制される。すなわち、スパイダー・ローター１００６は、ヘリックス・ロッド１００８のヘリカル部分１０８２とスパイダー・ローター１００６のヘリカル形状１０５６との間の相互作用によって、スプロケット・ハブ１０２０に対して回転する。

動作において、クレードル・ローター１０１８に固定されているカムシャフトとスプロケット・ハブ１０２０に固定されているクランクシャフトとの間の回転関係を変更することが望まれる場合、コントローラー（例えば、図１のコントローラー２４）は、第１の固定軸位置から第２の固定軸位置への軸方向の変位をヘリックス・ロッド１００８に与えるようにアクチュエータ１０２２に命令してもよい。ヘリックス・ロッド１００８を軸方向に変位させる信号が送られると、カム位相調整システム１０００は、クレードル・ローター１０１８とスプロケット・ハブ１０２０との間の回転関係がロックされているロック状態からアクチュエーション状態へ遷移する。ヘリックス・ロッド１００８のヘリカル部分１０８２とスパイダー・ローター１００６のヘリカル形状１０５６との間の相互作用によって、スパイダー・ローター１００６は、ヘリックス・ロッド１００８へ与えられる軸方向の変位に対応して、軸方向の変位の方向に応じて時計回り又は反時計回りに回転する。スパイダー・ローター１００６の回転は、カム位相調整システム１０００をアクチュエーション状態にするように、スパイダー・ローター１００６を（個別に参照符号を与えられていない）ロック形状に係合させることができる。カム位相調整システム１０００がアクチュエーション状態になると、クレードル・ローター１０１８は、スパイダー・ローター１００６が回転させられたのと同じ方向に、（例えば、クレードル・ローター１０１８に与えられたカム・トルク・パルスを利用することによって）スパイダー・ローター１００６を回転的に追従する。ヘリックス・ロッド１００８の軸方向の変位の大きさ及びヘリカル形状１０５６の角度に対応する回転位置へクレードル・ローター１０１８が回転的に変位するまで、クレードル・ローター１０１８は、回転し続ける。

一般的に、カム位相調整システム１０００の設計は、相対的な回転が望まれる場合にアクチュエータ１０２２からヘリックス・ロッド１００８へ入力される力のみを必要とする（例えば、アクチュエータ１０２２が固定位置の間で変位し、それらの固定位置がカムシャフトとクランクシャフトとの間の既知の位相角度に対応する）。

図１０に示されるように、カム位相調整器の遊星歯車列の歯車比は、アクチュエーション位置と回転部材の間の回転位置との間の関係を定義することができる。図１０は、複数のアクチュエータ２００１を含むカム位相調整システム２０００の非限定的な例を示す。図示された非限定的な例では、機械的カム位相調整システム２０００は、カムシャフトに結合されるように構成されたクレードル・ローター２０１８（例えば、第１の部材）と、クランクシャフトに結合されるように構成されたスプロケット・ハブ２０２０（例えば、第２の部材）と、クレードル・ローター２０１８と、ベアリングケージ２００８又はスパイダー・ローターと、複数のロッキングアセンブリ２０１０と、及び遊星アクチュエータ２００１と、を含む。遊星アクチュエータ２００１と、スプロケット・ハブ２０２０と、クレードル・ローター２０１８と、ベアリングケージ２００８とのそれぞれは、組み立てられた時に、共通中心軸２１１１を共有してもよい。

図示された非限定的な例において、機械的カム位相調整システム２０００は、ロータリーアクチュエータとして構成されるアクチュエータ２０２２を含む。いくつかの非限定的な例においては、ロータリーアクチュエータ２０２２は、ステーターとステーターに電磁結合されたローターとを含んでよい。電流がロータリーアクチュエータ２０２２に流されてもよく、それがロータリーアクチュエータ２０２２によって望まれる力で望まれる方向に提供される回転出力となってもよい。いくつかの非限定的な例では、ロータリーアクチュエータ２０２２は、ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モーターの形態であってもよい。

遊星アクチュエータ２００１は、第１の内歯車２２００と、第１の太陽歯車２２０２と、キャリア・アセンブリ２２０４と、第２の内歯車２２０６と、第２の太陽歯車２２０８と、入力シャフト２０２１とを含む。キャリア・アセンブリ２２０４は、第１の遊星歯車群２２２２と、第２の遊星歯車群２２２４と、キャリア・プレート２２２６とを含む。第１の遊星歯車群２２２２及び第２の遊星歯車群２２２４は、キャリア・プレート２２２６の軸方向の両側に備えられていてもよい。図示された非限定的な例においては、第１の遊星歯車群２２２２は第１の太陽歯車２２０２と噛み合い、第２の遊星歯車群２２２４は第２の太陽歯車２２０８と噛み合う。

第１の内歯車２２００は、望まれる方向に第２の内歯車２２０６に対して選択的に回転させられてもよい。第２の内歯車２２０６に対する第１の内歯車２２００の回転を容易にするために、ロータリーアクチュエータ２０２２に回転するように結合された入力シャフト２０２１は第１の方向に回転させられてもよい。第１の方向への入力シャフト２０２１の回転は、第１の方向への第１の太陽歯車２２０２の回転を発生させる。第１の方向への第１の太陽歯車２２０２の回転は、第１の方向とは逆の第２の方向への第１の遊星歯車群２２２２の遊星歯車の回転を発生させ、これにより第２の方向に第１の内歯車２２００を回転させる。第２の太陽歯車２２０８が回転に関して固定されると、第１の太陽歯車２２０２のこの選択的回転、更にそれによる第１の内歯車２２００の回転は、第２の方向に第２の内歯車２２０６に対して第１の内歯車２２００を回転させることを可能にする。入力シャフトが第２の方向に回転させられるならば、逆もまた然りである。

スプロケット・ハブ２０２０は、その外周に備えられる歯車２０１１を含んでもよく、歯車２０１１は、例えば、ベルト、チェーン、または歯車列アセンブリを介して、（図示されない）内燃機関の（図示されない）クランクシャフトに結合されてもよい。クレードル・ローター２０１８は、ボルト２０３４を介して内燃機関の（図示されない）カムシャフトに取り付けられるように構成されていてよい。一般的に、クレードル・ローター２０１８は、ロッキングアセンブリ２０１０に係合していてもよい。

図示された非限定的な例においては、ロータリーアクチュエータ２０２２によって提供される回転出力が入力シャフト２０２１に回転的に伝えられるように、入力シャフト２０２１はロータリーアクチュエータ２０２２に結合されてもよい。第２の太陽歯車２２０８は、ロータリーアクチュエータ２０２２に回転に関して固定されおり、回転が防止されている。ロータリーアクチュエータ２０２２は、第１の太陽歯車２２０２に回転的に結合され、その回転を制御している。一般的に、第２の内歯車２２０６がスプロケット・ハブ２０２０とともに回転するように、第２の内歯車２２０６はスプロケット・ハブ２０２０に回転的に結合されるよう構成されてもよい。

動作において、ロータリーアクチュエータ２０２２は、ベアリングケージ２００８の既知の望まれる回転方向の変位に対応する遊星アクチュエータ２００１の歯車比に基づいて、第１の内歯車２２００の既知の回転変位を達成するように、回転変位／トルクを第１の太陽歯車２２０２に与えるように構成されてよい。ロータリーアクチュエータ２０２２は、コントローラー（例えば、コントローラー２４、図１）によって制御され駆動されてよい。

動作の最中、スプロケット・ハブ２０２０は、内燃機関のクランクシャフトに結合されてよい。内燃機関のカムシャフトは、クレードル・ローター２０１８に固定されていてよい。従って、クランクシャフトの半分の速度でカムシャフトが回転するように、機械的カム位相調整システム２０００を介して、カムシャフト及びクランクシャフトは、共に回転するように結合されてよい。エンジンが運転中であり、カムシャフトの回転調整が望まれない場合、機械的カム位相調整システム２０００は、スプロケット・ハブ２０２０とクレードル・ローター２０１８との間の回転関係をロックするロック状態になってよく、これにより、カムシャフトとクランクシャフトとの間の回転関係をロックする。このロック状態において、ロータリーアクチュエータ２０２２は、遊星アクチュエータ２００１の入力シャフト２０２１に回転出力を提供せず、第１の内歯車２２００及び第２の内歯車２２０６は、スプロケット・ハブ２０２０と一体に回転する。従って、ベアリングケージ２００８は、スプロケット・ハブ２０２０に対して回転させられず、ロッキングアセンブリ２０１０は、クレードル・ローター２０１８とスプロケット・ハブ２０２０との間の相対的な回転をロックする。従って、機械的カム位相調整システム２０００がロック状態の場合、カムシャフトとクランクシャフトとの間の回転関係は変更されない。

クランクシャフトに対してカムシャフトを進ませる又は遅らせることが望まれるならば、コントローラー２４によってロータリーアクチュエータ２０２２は、回転変位／トルクを遊星アクチュエータ２００１の入力シャフト２０２１に提供するように命令されてもよい。すなわち、コントローラー２４は、第１の固定回転位置から第２の固定回転位置に回転方向の変位を入力シャフト２０２１に与えるようにアクチュエータ２０２２に命令してもよい。入力シャフト２０２１の回転の方向及び大きさは、第２の内歯車２２０６に対する第１の内歯車２２００の既知の回転に関連付けられることができる。第２の内歯車２２０６はスプロケット・ハブ２０２０に回転的に結合しているので、第１の内歯車２２００は、スプロケット・ハブ２０２０に対して回転させられてもよい。第１の内歯車２２００へ提供される相対的回転の望まれる大きさ及び方向は、両者の間のカップリングを介して、ベアリングケージ２００８に回転的に伝えられてもよい。クレードル・ローター２０１８がスプロケット・ハブ２０２０に対して望まれる回転位置に達するまで、カップリングは、ベアリングケージ２００８に与えられる力を保持するように構成される。望まれる回転位置は、ロータリーアクチュエータ２０２２によって提供される回転入力変位／力及び遊星アクチュエータ２００１の歯車比によって決定される。ベアリングケージ２００８の回転は、ロッキングアセンブリ２０１０を係合させ、カム位相調整システム２０００をアクチュエーション状態にさせることができる。

アクチュエーション状態において、クレードル・ローター２０１８は、ベアリングケージ２００８が回転させられていた回転方向と同じ回転方向に回転する。例えば、非限定的な例においては、第１の内歯車２２００はベアリングケージ２００８に時計回りに回転的にバイアスをかけ、この場合、クレードル・ローター２０１８は時計回り方向に回転的に変位する。一般的に、遊星アクチュエータ２００１を介してベアリングケージ２００８に与えられた、ある回転入力変位／力に対応して、クレードル・ローター２０１８は、入力シャフト２０２１への回転入力の大きさ及び遊星アクチュエータ２００１の歯車比に基いてベアリングケージ２００８を回転的に追従し、最終的にはベアリングケージ２００８の事前に定義された最終的な回転位置に到達する。

この位相調整プロセスの最中に発生する、スプロケット・ハブ２０２０に対するクレードル・ローター２０１８の回転は、カムシャフトとクランクシャフトとの間の回転関係を同時に変更する、カムシャフトとスプロケット・ハブ２０２０との間の回転関係を変えることができる。上述したように、ロータリーアクチュエータ２０２２によって提供される、ある回転入力変位／トルクに対してベアリングケージ２００８が達成する回転量は、第１の太陽歯車２２０２と第１の内歯車２２００との間のギアリングと、その間に定義される結果となる歯車比と、に基づいて知ることができる。更に、機械的カム位相調整システム２０００の設計は、ベアリングケージ２００８と同じ方向にクレードル・ローター２０１８が回転することだけを許されるようにすることを可能にする。従って、エンジン運転時、機械的カム位相調整システム２０００は、カムシャフトとクランクシャフトとの間の回転関係を変更することができる。

一般的に、カム位相調整システム２０００の設計は、相対的な回転が望まれる場合にロータリーアクチュエータ２０２２から入力シャフト２０２１へ提供される入力トルク／変位のみを必要とする（例えば、アクチュエータ２０２２が固定位置の間で回転し、それらの固定位置がカムシャフトとクランクシャフトとの間の既知の位相角度に対応する）。

本発明は特定の実施形態および実施例に関連して上記に説明されたが、本発明は必ずしもそのように限定されるのではなく、複数の他の実施形態、実施例、使用、修正形態、ならびに実施形態、実施例および使用から逸脱する形態が、本明細書に添付される特許請求の範囲によって包含されるように意図されることを当業者なら理解するであろう。本明細書に列挙される各特許文献および文献の全体の開示が、そのような特許文献または文献のそれぞれが本明細書に参照によって独立して援用されるものとして、参照によって援用されている。

本発明の様々な特徴および利点が、以下の特許請求の範囲の中で述べられる。

Claims (20)

1. クランクシャフトとカムシャフトとの回転関係を変えるカム位相調整制御システムであって、
   前記カム位相調整制御システムは、
   カムシャフトに結合されるように構成された第１の部材及びクランクシャフトに結合されるように構成された第２の部材を含むカム位相調整器と、
   前記第２の部材に対する前記第１の部材の回転位置を調整するように構成されたアクチュエータと、
   前記アクチュエータのアクチュエーション位置を検出するように構成されたアクチュエータ位置センサーと、
   プロセッサ及びメモリを含むコントローラーと、を備え、
   前記プロセッサは、
   位相角度命令を受信し、
   前記位相角度命令と、前記アクチュエータのアクチュエーション位置とカム位相角度との間の所定の関係と、に基づいて前記アクチュエータの要求されるアクチュエーション位置を決定し、
   前記アクチュエータに対して、第１の固定位置から第２の固定位置へ変位するように命令する、ように構成され、
   前記第１の固定位置と前記第２の固定位置との間の前記変位の大きさは、前記第１の部材と前記第２の部材との間の比例的な回転方向の変位に対応することを特徴とするカム位相調整制御システム。
2. 前記アクチュエータの前記アクチュエーション位置と前記カム位相角度との間の前記所定の関係は、線形であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. カムシャフト位置センサー及びクランクシャフト位置センサーを用いることなく、前記要求されるアクチュエーション位置の決定がなされることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記アクチュエータの前記アクチュエーション位置と前記カム位相角度との間の前記所定の関係は、前記カム位相調整器の入力シャフトと前記第１の部材又は前記第２の部材のいずれかとの間に配設されるヘリカル形状によって定義されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記アクチュエータは、前記カム位相調整器の前記入力シャフトを軸方向に変位させるように構成されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記アクチュエータの前記アクチュエーション位置と前記カム位相角度との間の前記所定の関係は、前記カム位相調整器の入力シャフトと前記第１の部材又は前記第２の部材のいずれかとの間に配設される遊星歯車列の歯車比によって定義されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記アクチュエータは、前記カム位相調整器の前記入力シャフトを回転方向に変位させるように構成されることを特徴とするを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記所定の関係は、下記の等式、
   θ＝β（ａ－ａ_１）＋θ_１
   によって決まり、
   ａは、前記アクチュエーション位置であり、
   θは、前記カム位相角度であり、
   βは、前記カム位相調整器の入力シャフトと前記第１の部材又は前記第２の部材のいずれかとの間に配設されるヘリカル形状又は遊星歯車列の歯車比のいずれかによって定義される係数であり、
   ａ_１とθ_１は、既知のアクチュエーション位置及び対応する既知のカム位相角度に対する既知の作動点を表す係数である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. クランクシャフト位置を検出するように構成されたクランクシャフト位置センサー及びカムシャフト位置を検出するように構成されたカムシャフト位置センサーを更に備え、
   前記プロセッサは、前記クランクシャフト位置と前記カムシャフト位置とに基づいてカム位相角度を測定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記所定の関係は、２次元ルックアップテーブルとして前記コントローラーの前記メモリに記憶され、
    前記プロセッサは、前記測定されたカム位相角度と前記アクチュエータの前記アクチュエーション位置とに基づいて前記２次元ルックアップテーブルを更新するように構成されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記プロセッサは、更に、校正プロシージャを実行するように構成され、
    前記プロセッサは、
    前記アクチュエータに端部位置を命令し、
    前記クランクシャフト位置と前記カムシャフト位置とに基づいて前記カム位相角度を決定し、
    前記決定されたカム位相角度と、前記カム位相調整器の入力シャフトと前記第１の部材又は前記第２の部材のいずれかとの間に配設されるヘリカル形状又は遊星歯車列の歯車比のいずれかによって定義される係数と、に基づいて、前記２次元ルックアップテーブルを生成する、
    ように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記プロセッサは、更に、開ループモード及び閉ループモードで動作するように構成され、
    前記プロセッサは、前記アクチュエータの命令されたアクチュエータ位置と感知されたアクチュエータ位置との間のアクチュエータ誤差を検出し、
    前記アクチュエータ誤差が所定の範囲にあるか判定し、
    前記アクチュエータ誤差が前記所定の範囲外である場合、前記プロセッサは開ループモードで前記カム位相調整制御システムを動作させるよう構成され、
    前記アクチュエータ誤差が前記所定の範囲内である場合、前記プロセッサは前記カムシャフト位置センサー及び前記クランクシャフト位置センサーによって検出された測定されたカム位相角度が正確であるか判定するように構成され、
    前記位相角度読み取りが正確であると判定された場合、前記プロセッサは閉ループモードで前記カム位相調整制御システムを動作させるよう構成されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
13. 前記カム位相調整制御システムが前記閉ループモードである場合、前記プロセッサは、
    位相角度命令を受信し、
    前記位相角度命令と、前記アクチュエータの前記アクチュエーション位置と前記カム位相角度との間の前記所定の関係と、に基づいて前記アクチュエータの推定されるアクチュエーション位置を決定し、
    前記命令された位相角度と実際のカム位相角度との間の位相角度誤差を決定し、
    前記位相角度誤差と前記推定されたアクチュエーション位置とに基づいて前記アクチュエータにアクチュエータ位置を命令するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. クランクシャフトとカムシャフトとの回転関係を変えるカム位相調整制御システムの開ループ制御の方法であって、
    前記方法は、
    位相角度命令を受信し、
    前記位相角度命令と、カム位相調整アクチュエータのアクチュエーション位置とカム位相角度との間の所定の関係と、に基づいて前記カム位相調整アクチュエータの要求されるアクチュエーション位置を決定し、
    前記カム位相調整アクチュエータに前記要求されるアクチュエーション位置を命令することを特徴とする方法。
15. 前記カム位相調整アクチュエータの前記アクチュエーション位置と前記カム位相角度との間の前記所定の関係は、線形であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. カムシャフト位置センサー及びクランクシャフト位置センサーを用いることなく、前記要求されるアクチュエーション位置の決定がなされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記カム位相調整アクチュエータに前記要求されるアクチュエーション位置を命令することは、前記カム位相調整アクチュエータを、第１の位相角度に対応する第１の固定位置から第２の位相角度に対応する第２の固定位置に変位させることを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 前記第１の固定位置と前記第２の固定位置との間の前記変位の大きさは、カム位相調整器の第１の部材と第２の部材と間の比例的な回転方向の変位に対応することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１の固定位置及び前記第２の固定位置は、前記カム位相調整アクチュエータの第１の軸方向の位置及び前記第１の軸方向の位置とは異なる第２の軸方向の位置であるか、又は、
    前記第１の固定位置及び前記第２の固定位置は、前記カム位相調整アクチュエータの第１の回転方向の位置及び前記第１の回転方向の位置とは異なる第２の回転方向の位置であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記カム位相調整アクチュエータの前記要求されるアクチュエーション位置を決定することは、下記の等式、
    θ＝β（ａ－ａ_１）＋θ_１
    を実行することを含み、
    ａは、前記要求されるアクチュエーション位置であり、
    θは、前記命令された位相角度であり、
    βは、カム位相調整器の内部のヘリカル形状又は遊星歯車列の歯車比のいずれかによって定義される係数であり、
    ａ_１とθ_１は、既知のアクチュエーション位置及び対応する既知のカム位相角度に対する既知の動作点を表す係数であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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