非同期ベルト駆動カムシャフト位相シフト装置
内燃機関Ｅと共に使用される非同期カムシャフト位相整合装置（ｎｏｎ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃａｍｓｈａｆｔ ｐｈａｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）４６。内燃機関Ｅは、エンジン制御ユニットＥＣＵと、カムシャフト４２と、クランクシャフト１２とを有する。非同期位相整合装置４６は、カムシャフト４２とクランクシャフト１２との間の位相ずれ角度を制御するためにクランクシャフト１２とカムシャフト４２との間に位置される。位相整合装置４６は、非同期ベルト４０を介してクランクシャフト１２に結合される入力シャフト３６を有する。位相整合装置４６はまた、カムシャフト４４に結合される出力シャフト４２と、入力シャフト３６及び出力シャフト４２の周りに同軸に配置されそれらに結合されるプラネタリ歯車列４８と、キャリア５６によってプラネタリ歯車列４８に結合されるモータ５０とを有する。制御装置がエンジン制御装置ユニットＥＣＵに動作可能に連結され、ここでは、この制御装置は、エンジン制御ユニットＥＣＵによって発生されるエンジン作動信号を受けるように、並びに、入力シャフト３６及び出力シャフト４２に結合される位置センサ５１からの信号を受けるように構成される。制御装置は、それらの信号に応答して、キャリア５６を介してプラネタリ歯車列４８を制御してカムシャフト４２とクランクシャフト１２との間の位相ずれ角度を調整するようにモータ５０に指示を出すために、トルク・コマンド信号を発生させてそれをモータ５０に送る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００７年１０月９日に出願された米国仮特許出願第６０／９７８，５６８号に関し、その優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフト位相シフティング装置は、内燃機関内で、燃費を向上させるため及び排気ガス品質を改善するためにバルブ・タイミングを変更するのに使用される。現行のカムシャフト・シフタを用いて、最大限のコンフォートを得るために並びに／又は最大トルク及び最高性能を得るためにバルブの作動のタイミングを調整することが可能である。現在使用されているカムシャフト位相シフティング装置は、タイミング歯付きベルト又はチェーン駆動装置を介してクランクシャフトにより駆動される。能動的／同期的係合駆動システム（ｐｏｓｉｔｉｖｅ／ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ）（すなわち、歯付きベルト駆動装置（ｔｏｏｔｈｅｄ ｂｅｌｔ ｄｒｉｖｅ）及びチェーン駆動装置）が使用されるのは、主として、クランクシャフトとカムシャフトとの間のタイミングの要求基準が厳しいことが理由である。しかし、能動的係合駆動システムにかかるコストは、非同期ベルト（ｎｏｎ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｂｅｌｔ）として知られている平ベルト又はＶベルトによる駆動システムなどの、非能動的係合駆動システムにかかるコストより高い。
【０００３】
車体の空間設計及びコスト削減のために単純な非能動的／非同期ベルト駆動装置によって駆動されるのに適しており、更には、所望のバルブ・タイミングを得てそれを維持するように調整可能であり、一方、単純化及び高精度化のために電子的に制御されるカムシャフト位相整合装置を有することが所望される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／９７８，５６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
簡単に述べると、本開示は内燃機関用のカムシャフト位相装置に関し、詳細には、非同期のベルト駆動式カムシャフト位相装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ベルト駆動式カムシャフト位相装置は、非同期ベルトと、入力シャフト及び出力シャフトに動作可能に連結されるエピサイクリック歯車列とを有する。入力シャフトは非同期ベルトを介してクランクシャフトに連結され、出力シャフトはカムシャフトに連結される。カムシャフト位相装置はセンサ及び制御装置を更に有しており、これらを介して、入力シャフト及び出力シャフトの位置並びにカムシャフト及びクランクシャフトの位置が検出及び追跡される。万一クランクシャフトとカムシャフトとの間での所望の位置関係が非同期になったことが許容範囲を超えるエラー信号によって測定された場合には、歯車列を介して出力シャフトに修正又は補償が行われる。本開示のカムシャフト位相装置は、非同期ベルト駆動システムの作動により生じるカムシャフトとクランクシャフトとの間の相対的な角度位置の不整合をリアルタイムで補償するのを実現するのに十分なスルーレートを有する。
【０００７】
前述の特徴及び本開示に記載される利点、並びに本発明の好適な実施例が、添付図面と併せて以下の説明を読むことによってより明確となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の内部構成要素、それらに付随するプーリ、及び、非同期ベルトを概略的に示す、非同期のベルト駆動式駆動システムの概略図である。
【図２】本開示に従って構築され本開示を具体化する、カムシャフト位相シフト装置の概略図である。
【図３】入力シャフト、出力シャフト、及び位相シフト装置の断面図である。
【図４】本開示に従って構築され本開示を具体化する、位相シフト装置の分解図である。
【図５】図４の位相シフト装置の構成要素の別の分解図である。
【図６】本開示に従って構築され本開示を具体化する、位相シフト装置の断面図である。
【図７】入力シャフトに対する出力シャフトの所望の角度位置を制御するカムシャフト位相シフト装置のトルク・ベースの制御構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
これらの図面の複数の図を通して一致する参照符合は対応する部品を示している。これらの図面は本開示に記載される概念を図示しているものであり、縮尺に従って描かれているわけではないことを理解されたい。
【００１０】
以下の詳細な記述は、限定的にではなく例として本発明を説明するものである。この記述は、当業者が本開示を作って使用することを可能にするものであり、本開示を実施する最良の形態と現在考えられるものを含む、本開示の複数の実施例、適用例、変形例、代替例、及び用途を説明するものである。
【００１１】
図面を参照すると、内燃機関Ｅ用の駆動システムが１０として概略的に示されている（図１）。この駆動システムは、クランクシャフト１２及びクランクシャフト・プーリ１４と、エアコンディショニング・コンプレッサ１６及びコンプレッサ・プーリ１８と、パワーステアリング・ポンプ２０及びポンプ・プーリ２２と、ウォータ・ポンプ２４及びポンプ・プーリ２６と、オルタネータ２８及びオルタネータ・プーリ３０と、テンショナ３２及びテンション・プーリ３４と、入力シャフト３６及び付随するプーリ３８と、非同期ベルト４０とを有する。非同期ベルト４０は、付随するプーリ１４、１８、２２、２６、３０、３４及び３８に動作可能に連結され、クランクシャフト１２がそのプーリ１４を介して非同期ベルト４０を駆動させる。
【００１２】
図２〜６を参照すると、入力シャフト３６は、入力シャフト３６の端部のところで入力プーリ３８に結合されている。出力シャフト４２は、出力シャフト４２の端部のところでクランクシャフト４４に結合されている。更に、全体として４６で示される、本開示の電気機械式位相シフト装置が、内燃機関Ｅのカムシャフト４４の端部のところに位置されて示されている。位相シフト装置４６は、全体として４８で示されるエピサイクリック歯車列と；全体として５０で示されるモータと；センサ５１、並びに、入力シャフト３６及び出力シャフト４２更にはエンジン制御ユニットＥＣＵに動作可能に連結される付随するターゲット・ホイール４７、４９とを有する。
【００１３】
エピサイクリック歯車列４８は、入力シャフト３６及び出力シャフト４２の周りに同軸に配置される。エピサイクリック歯車列４８は、入力太陽歯車５２の形態の第１のブランチと、出力太陽歯車５４の形態の第２のブランチと、キャリア５６の形態の制御ブランチとを有する。歯車列４８はまた、第１の遊星歯車５８及び第２の遊星歯車６０を有する。当技術分野で知られているように、第１の遊星歯車５８は第１の遊星歯車のセットを有していてよく、第２の遊星歯車６０は第２の遊星歯車のセットを有していてよい。最も有利には、第１の遊星歯車のセットと第２の遊星歯車６０のセットとがキャリア５６内で等間隔に配置される。
【００１４】
入力太陽歯車５２は第１の遊星歯車５８のセットに噛合され、出力太陽歯車５４は第２の遊星歯車６０のセットに噛合される。第１の遊星歯車セット内の各遊星歯車５８は第２の遊星歯車セット内の対応する遊星歯車６０に結合されてそれらと共に一体に回転する。遊星歯車５８、６０は合わせて一対のプラネタリ歯車を形成し、共通の軸を中心に同じ角速度で回転する。この一対のプラネタリ歯車は、軸受６４を介してプラネット・シャフト６２のセットによって支持される（図２）。キャリア５６は軸受６８を介してハウジング６６内で支持される。
【００１５】
一実施例（図４〜６）では、遊星歯車５８、６０は実質的に同じ形状であり、単一の歯車７０として統合される。単一の歯車７０は、それぞれが遊星歯車５８、６０と相互に関連し合う第１のギアエンド７２及び第２のギアエンド７４を有する。図６は、１８０度離れて位置された単一の歯車７０のセットの断面図を示している。
【００１６】
入力シャフト３６はその一方の端部が入力プーリ３８に連結され、他方の端部が入力太陽歯車５２に連結される。入力シャフト３６は軸受６４を介してハウジング６６内で支持される。出力シャフト４２はその一方の端部が出力太陽歯車５４に連結され、他方の端部がカムシャフト４４に連結される。出力シャフト４２は軸受６４を介してハウジング６６内で支持される。当技術分野で知られているように、第１の太陽歯車５２及び第２の太陽歯車５４は、それぞれ入力シャフト３６及び出力シャフト４２から、一体に形成されていてよい。示されるように、モータ５０は回転子７６及び固定子７８を有する。回転子７６はキャリア５６に外嵌されて強固な機械的連結を成し、その結果、キャリア５６が回転子７６と一体に回転するようになる。示されるように、固定子７８はハウジング６６に取り付けられる。
【００１７】
支持剛性を向上させるために、入力シャフト３６及び出力シャフト４２が、軸受８０を介して一方がもう一方の上に誘導される形で、入力太陽歯車５２及び出力太陽歯車５４を越えて延在してよい（図２）。２つのシャフト３６、４２の間の位相ずれが望ましい場合、入力シャフト３６が出力シャフト４２に対して回転され得る。最も有利には、２つのシャフト３６、４２の間で過度の角度のずれが生じるのを防止するために、全体として８２で示される角度位置制限装置（図１、図４〜６）が、両方の回転方向において機械的ストッパを形成するのに使用される。
【００１８】
制限装置８２は、入力太陽歯車５２を出力歯車５４に回転可能に結合させる。図４〜６を参照すると、制限装置８２は、一実施例では、入力太陽歯車５２の面８６上に位置するスロット８４と、出力太陽歯車５４の別の面９０から突出する延長部８８とを有しており、延長部８８はスロット８４に摺動可能に係合される。一実施例では、延長部８８は、出力太陽歯車５４から突出するピンを有する。シャフト３６、４２の回転中、スロット８４が延長部５６の行程内の移動を制限する形で、延長部５６が対向するスロット８４内で摺動しながら往復運動し、シャフト３６、４２の間で過度の角度のずれが生じるのを防止する。
【００１９】
作動中、クランクシャフト１２が、クランクシャフト・プーリ１４及び入力プーリ３８を経由するサーペンタイン・ベルト４０を介して入力シャフト３６を駆動させる。次いで、入力シャフト３６が歯車列４８を介して出力シャフト４８を駆動させる。センサ５１が、ターゲット・ホイール４７、４９を介して入力シャフト３６及び出力シャフト４２の角速度及び位置を監視する。このとき、センサ５１はシャフトの情報をエンジン制御ユニットＥＣＵに送る。
【００２０】
一実施例では、クランクシャフト・プーリ１４のピッチ線速度に対してのピッチ線速度の損失率として定義される有効クリープ率は以下で「γ」として示される。クランクシャフト・プーリ１４のピッチ円直径に対する入力シャフト・プーリ３８のピッチ円直径の比は以下で「Ψ」として示される。入力シャフト３６の角速度に対するクランクシャフト１２の角速度の比「φ」は以下のように特徴づけられる。
【数１】
【００２１】
公称の有効クリープ率がγ＝γ０である場合、クランクシャフト１２及び入力シャフト３６のプーリ・サイズは、最適には、式（１）に従って得られる角速度比φが実質的に２に接近するように選択される。すなわち、クランクシャフト１２に対する入力シャフト３６のプーリ直径比は以下のように設定される。
Ψ０＝２（１−γ０） （２）
【００２２】
クランクシャフト１２とカムシャフト４４との間で同期を確保するために、キャリア５６の角速度は、以下の関係が厳密に維持されるように、入力シャフト３６又は出力シャフト４２の角速度に従って設定される。
【数２】
ここで、
ωＣはキャリア５６の角速度；
ωＳ１は入力シャフト３６の角度速度；
ωＳ２は出力シャフト４２の角速度であり；
ｉｂは
【数３】
のように定義される、差動歯車列４８の基準の歯車比であり、
ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、第１の太陽歯車５２及び第２の太陽歯車５４の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、第１の遊星歯車５８及び第２の遊星歯車６０の歯数である（図６の実施例の場合、ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、第１の遊星歯車の端部７２及び第２の遊星歯車の端部７４の歯数である）；
φは、入力シャフト３６に対するクランクシャフト１２の角速度比であり、以下の式を介してクリープ率に関係付けられる。
【数４】
【００２３】
式（５）を式（３）に代入して、γに関する（ωＣ／ωＳ１）の導関数をとると、
【数５】
が得られる。
【００２４】
公称値γ０におけるクリープ率に対する速度比（ωＣ／ωＳ１）の感度定数は
【数６】
である。ｉｂ＝０．９６、γ０＝１％の場合、
【数７】
となる。
【００２５】
γの変化の大部分は低振動成分によって占められることから、ベルト４０のクリープによって生じる出力シャフト４２のいかなる速度の変化もキャリア５６を制御することによって補償することができる。複数の制御構造により、クランクシャフト１２の位置に対する出力シャフト４２の装置の所望の角度位置を得ることが可能である。例えば、キャリア５６の速度は、式（３）によって示される速度関係を維持するために、閉じられた速度制御ループのための制御変数として使用され得る。制御装置がエンジン制御ユニットＥＣＵ及びモータ５０に動作可能に連結される。この制御装置は、エンジン制御ユニットＥＣＵによって発生されるエンジン作動信号を受けるように、並びに、入力シャフト３６及び出力シャフト４２に結合される位置センサ５１からの信号を受けるように構成され、更には、それらに応答して、キャリア５６を介してプラネタリ歯車列４８を制御してカムシャフト１２とクランクシャフト４４との間の位相ずれ角度を調整するようにモータ５０に指示を出すために、コマンド信号を発生させてそれをモータ５０に送る。
【００２６】
図４は、出力シャフト４２の所望の角度位置を得るための別の制御構造を示している。具体的には、図４は、クランクシャフト１２の位置に対する出力シャフト４２の所望の角度位置を得るために本開示のカムシャフト位相整合装置４６と共に使用されるのに適した、全体として９２で示されるトルク・ベースの制御構造を示している。主制御変数は、クランクシャフト１２の位置に対するカムシャフト４４の角度位置として定義されるカムシャフトの角度である。制御トルク・ベースの制御構造９２は、エンジンＥ及びエンジン制御ユニット９６（ＥＣＵ）に動作可能に連結される制御装置９４を有する。
【００２７】
制御装置９４は、制御装置９４がエンジン制御ユニット９６から受け取る情報に基づき、電圧信号などのトルク・コマンド信号９８を発生させる。受け取られる情報には、限定しないが、カムシャフト位相ずれ設定点（基準点）と、角度位置センサ信号から測定された実際のカムシャフトの位相ずれ角度と、カムシャフトのトルク荷重と、カムシャフトの角度位置とが含まれる。
【００２８】
作動中、実際のカムシャフトの位相ずれ角度が基準値と比較され、差動信号（エラー信号）が発生される。次いで、この作動信号又はエラー信号が制御装置９４の比例積分微分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（ＰＩＤ））補償装置１００に送られ、フィードバック・トルク信号１０２が発生される。このフィードバック・トルク信号１０２は、この後、カムシャフト位相角度を調整するための制御を行うようにモータ５０に指示を出すためのトルク・コマンド信号９８を発生させるのに使用されてよく、それにより、ＰＩＤ補償装置１００又はリード／ラグ補償装置の入力部へのエラー信号が許容レベルまで低減される。こうすることで、所望のカム位相の変位が達成される。トルク・ベースの制御構造９２の場合、補償装置１００は、比例微分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ａｎｄ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（ＰＤ））補償装置、リード／ラグ補償装置、又はリード補償装置を有していてよい。
【００２９】
エンジンＥの作動中、この制御システムは、バルブ・リフトの際にカム位相角度に応じてカムシャフトのトルクが変化することで外乱を受ける場合がある。基準入力に対するこのシステムの応答を改善して外乱に対するロバストネスを向上させるために、あらゆる既知の外乱を補償できるようなフィードフォワード・スキームを使用することが望ましい。したがって、制御装置９４は、予想されるトルク外乱をプログラム操作にかけて計算するためのフィードフォワード・ブランチ又はフィードフォワード・ブロック１０４を更に有していてよい。予想されるトルク外乱より得られるフィードフォワード・トルク信号１０６がＰＩＤ補償装置１００（又はリード／ラグ補償装置）の出力信号にフィードフォワードされてその出力信号に組み合わされ、それによりトルク・コマンド信号が生成される。
【００３０】
フィードフォワード・トルクとも称される予想されるトルク外乱は２つの成分、Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ及びＴｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎから決定される。Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃは、３つのブランチを有する歯車駆動装置（ｔｈｒｅｅ−ｂｒａｎｃｈ ｇｅａｒ ｄｒｉｖｅ）の、摩擦のない静的平衡条件から計算される。Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎは、その時点のカムシャフト・トルク荷重が摩擦トルクに打ち勝つために必要となる成分である。Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎの正負の符号は、キャリア５６と入力シャフト３６（又は出力シャフト４２）との間の相対速度によって決定される。開示したこのカムシャフト位相整合装置Ａの構成の場合、フィードフォワード・トルクは、
Ｔｆｆｗｄ＝Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ＋Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ＝（１−ｉｂ）・Ｔｃａｍ＋ｓｇｎ（ｖ）・ｆ（Ｔｃａｍ） （８）
のように計算され、ここで、Ｔｃａｍは、カムシャフトの位相角度の関数であるカムシャフト・トルク荷重である。
【００３１】
カム位相角度は解析的方程式によって又は参照テーブルとして表され得る。関数ｓｇｎ（ｖ）は、キャリア５６と入力シャフト３６との間の相対速度ｖの正負の符号を表す。関数ｆ（Ｔｃａｍ）は摩擦トルク（Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ）の大きさを表す。Ｔｆｆｗｄは、作動中に、エンジン・トルク及びエンジン回転速度の関数としてダイナモメータ試験で決定され得る。その場合、較正された試験データが、リアルタイムでアクセスできるように車上の記憶装置（図示せず）内に記憶され得る。
【００３２】
通常の動作中では（位相の変位が行われていない）、制御構造９２は、式（３）によって示される速度関係が維持されるようにモータ速度ωｃを自動で制御する。カム位相の変位が行われている場合、制御装置９４は、この変位の終了時に所望のカム位相角度が得られるように、モータ速度ωｃを調整して短時間でカム位相角度を変更する。
【００３３】
本発明の範囲から逸脱することなく上述の構成に対して種々の変更がなされ得ることから、上述の説明に含まれる又は添付図面に示されるすべての事柄は例示的なものであり、限定的な意味で解釈されるべきではないことを意図する。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００７年１０月９日に出願された米国仮特許出願第６０／９７８，５６８号に関し、その優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフト位相シフティング装置は、内燃機関内で、燃費を向上させるため及び排気ガス品質を改善するためにバルブ・タイミングを変更するのに使用される。現行のカムシャフト・シフタを用いて、最大限のコンフォートを得るために並びに／又は最大トルク及び最高性能を得るためにバルブの作動のタイミングを調整することが可能である。現在使用されているカムシャフト位相シフティング装置は、タイミング歯付きベルト又はチェーン駆動装置を介してクランクシャフトにより駆動される。能動的／同期的係合駆動システム（ｐｏｓｉｔｉｖｅ／ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ）（すなわち、歯付きベルト駆動装置（ｔｏｏｔｈｅｄ ｂｅｌｔ ｄｒｉｖｅ）及びチェーン駆動装置）が使用されるのは、主として、クランクシャフトとカムシャフトとの間のタイミングの要求基準が厳しいことが理由である。しかし、能動的係合駆動システムにかかるコストは、非同期ベルト（ｎｏｎ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｂｅｌｔ）として知られている平ベルト又はＶベルトによる駆動システムなどの、非能動的係合駆動システムにかかるコストより高い。
【０００３】
車体の空間設計及びコスト削減のために単純な非能動的／非同期ベルト駆動装置によって駆動されるのに適しており、更には、所望のバルブ・タイミングを得てそれを維持するように調整可能であり、一方、単純化及び高精度化のために電子的に制御されるカムシャフト位相整合装置を有することが所望される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／９７８，５６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
簡単に述べると、本開示は内燃機関用のカムシャフト位相装置に関し、詳細には、非同期のベルト駆動式カムシャフト位相装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ベルト駆動式カムシャフト位相装置は、非同期ベルトと、入力シャフト及び出力シャフトに動作可能に連結されるエピサイクリック歯車列とを有する。入力シャフトは非同期ベルトを介してクランクシャフトに連結され、出力シャフトはカムシャフトに連結される。カムシャフト位相装置はセンサ及び制御装置を更に有しており、これらを介して、入力シャフト及び出力シャフトの位置並びにカムシャフト及びクランクシャフトの位置が検出及び追跡される。万一クランクシャフトとカムシャフトとの間での所望の位置関係が非同期になったことが許容範囲を超えるエラー信号によって測定された場合には、歯車列を介して出力シャフトに修正又は補償が行われる。本開示のカムシャフト位相装置は、非同期ベルト駆動システムの作動により生じるカムシャフトとクランクシャフトとの間の相対的な角度位置の不整合をリアルタイムで補償するのを実現するのに十分なスルーレートを有する。
【０００７】
前述の特徴及び本開示に記載される利点、並びに本発明の好適な実施例が、添付図面と併せて以下の説明を読むことによってより明確となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の内部構成要素、それらに付随するプーリ、及び、非同期ベルトを概略的に示す、非同期のベルト駆動式駆動システムの概略図である。
【図２】本開示に従って構築され本開示を具体化する、カムシャフト位相シフト装置の概略図である。
【図３】入力シャフト、出力シャフト、及び位相シフト装置の断面図である。
【図４】本開示に従って構築され本開示を具体化する、位相シフト装置の分解図である。
【図５】図４の位相シフト装置の構成要素の別の分解図である。
【図６】本開示に従って構築され本開示を具体化する、位相シフト装置の断面図である。
【図７】入力シャフトに対する出力シャフトの所望の角度位置を制御するカムシャフト位相シフト装置のトルク・ベースの制御構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
これらの図面の複数の図を通して一致する参照符合は対応する部品を示している。これらの図面は本開示に記載される概念を図示しているものであり、縮尺に従って描かれているわけではないことを理解されたい。
【００１０】
以下の詳細な記述は、限定的にではなく例として本発明を説明するものである。この記述は、当業者が本開示を作って使用することを可能にするものであり、本開示を実施する最良の形態と現在考えられるものを含む、本開示の複数の実施例、適用例、変形例、代替例、及び用途を説明するものである。
【００１１】
図面を参照すると、内燃機関Ｅ用の駆動システムが１０として概略的に示されている（図１）。この駆動システムは、クランクシャフト１２及びクランクシャフト・プーリ１４と、エアコンディショニング・コンプレッサ１６及びコンプレッサ・プーリ１８と、パワーステアリング・ポンプ２０及びポンプ・プーリ２２と、ウォータ・ポンプ２４及びポンプ・プーリ２６と、オルタネータ２８及びオルタネータ・プーリ３０と、テンショナ３２及びテンション・プーリ３４と、入力シャフト３６及び付随するプーリ３８と、非同期ベルト４０とを有する。非同期ベルト４０は、付随するプーリ１４、１８、２２、２６、３０、３４及び３８に動作可能に連結され、クランクシャフト１２がそのプーリ１４を介して非同期ベルト４０を駆動させる。
【００１２】
図２〜６を参照すると、入力シャフト３６は、入力シャフト３６の端部のところで入力プーリ３８に結合されている。出力シャフト４２は、出力シャフト４２の端部のところでクランクシャフト４４に結合されている。更に、全体として４６で示される、本開示の電気機械式位相シフト装置が、内燃機関Ｅのカムシャフト４４の端部のところに位置されて示されている。位相シフト装置４６は、全体として４８で示されるエピサイクリック歯車列と；全体として５０で示されるモータと；センサ５１、並びに、入力シャフト３６及び出力シャフト４２更にはエンジン制御ユニットＥＣＵに動作可能に連結される付随するターゲット・ホイール４７、４９とを有する。
【００１３】
エピサイクリック歯車列４８は、入力シャフト３６及び出力シャフト４２の周りに同軸に配置される。エピサイクリック歯車列４８は、入力太陽歯車５２の形態の第１のブランチと、出力太陽歯車５４の形態の第２のブランチと、キャリア５６の形態の制御ブランチとを有する。歯車列４８はまた、第１の遊星歯車５８及び第２の遊星歯車６０を有する。当技術分野で知られているように、第１の遊星歯車５８は第１の遊星歯車のセットを有していてよく、第２の遊星歯車６０は第２の遊星歯車のセットを有していてよい。最も有利には、第１の遊星歯車のセットと第２の遊星歯車６０のセットとがキャリア５６内で等間隔に配置される。
【００１４】
入力太陽歯車５２は第１の遊星歯車５８のセットに噛合され、出力太陽歯車５４は第２の遊星歯車６０のセットに噛合される。第１の遊星歯車セット内の各遊星歯車５８は第２の遊星歯車セット内の対応する遊星歯車６０に結合されてそれらと共に一体に回転する。遊星歯車５８、６０は合わせて一対のプラネタリ歯車を形成し、共通の軸を中心に同じ角速度で回転する。この一対のプラネタリ歯車は、軸受６４を介してプラネット・シャフト６２のセットによって支持される（図２）。キャリア５６は軸受６８を介してハウジング６６内で支持される。
【００１５】
一実施例（図４〜６）では、遊星歯車５８、６０は実質的に同じ形状であり、単一の歯車７０として統合される。単一の歯車７０は、それぞれが遊星歯車５８、６０と相互に関連し合う第１のギアエンド７２及び第２のギアエンド７４を有する。図６は、１８０度離れて位置された単一の歯車７０のセットの断面図を示している。
【００１６】
入力シャフト３６はその一方の端部が入力プーリ３８に連結され、他方の端部が入力太陽歯車５２に連結される。入力シャフト３６は軸受６４を介してハウジング６６内で支持される。出力シャフト４２はその一方の端部が出力太陽歯車５４に連結され、他方の端部がカムシャフト４４に連結される。出力シャフト４２は軸受６４を介してハウジング６６内で支持される。当技術分野で知られているように、第１の太陽歯車５２及び第２の太陽歯車５４は、それぞれ入力シャフト３６及び出力シャフト４２から、一体に形成されていてよい。示されるように、モータ５０は回転子７６及び固定子７８を有する。回転子７６はキャリア５６に外嵌されて強固な機械的連結を成し、その結果、キャリア５６が回転子７６と一体に回転するようになる。示されるように、固定子７８はハウジング６６に取り付けられる。
【００１７】
支持剛性を向上させるために、入力シャフト３６及び出力シャフト４２が、軸受８０を介して一方がもう一方の上に誘導される形で、入力太陽歯車５２及び出力太陽歯車５４を越えて延在してよい（図２）。２つのシャフト３６、４２の間の位相ずれが望ましい場合、入力シャフト３６が出力シャフト４２に対して回転され得る。最も有利には、２つのシャフト３６、４２の間で過度の角度のずれが生じるのを防止するために、全体として８２で示される角度位置制限装置（図１、図４〜６）が、両方の回転方向において機械的ストッパを形成するのに使用される。
【００１８】
制限装置８２は、入力太陽歯車５２を出力歯車５４に回転可能に結合させる。図４〜６を参照すると、制限装置８２は、一実施例では、入力太陽歯車５２の面８６上に位置するスロット８４と、出力太陽歯車５４の別の面９０から突出する延長部８８とを有しており、延長部８８はスロット８４に摺動可能に係合される。一実施例では、延長部８８は、出力太陽歯車５４から突出するピンを有する。シャフト３６、４２の回転中、スロット８４が延長部５６の行程内の移動を制限する形で、延長部５６が対向するスロット８４内で摺動しながら往復運動し、シャフト３６、４２の間で過度の角度のずれが生じるのを防止する。
【００１９】
作動中、クランクシャフト１２が、クランクシャフト・プーリ１４及び入力プーリ３８を経由するサーペンタイン・ベルト４０を介して入力シャフト３６を駆動させる。次いで、入力シャフト３６が歯車列４８を介して出力シャフト４８を駆動させる。センサ５１が、ターゲット・ホイール４７、４９を介して入力シャフト３６及び出力シャフト４２の角速度及び位置を監視する。このとき、センサ５１はシャフトの情報をエンジン制御ユニットＥＣＵに送る。
【００２０】
一実施例では、クランクシャフト・プーリ１４のピッチ線速度に対してのピッチ線速度の損失率として定義される有効クリープ率は以下で「γ」として示される。クランクシャフト・プーリ１４のピッチ円直径に対する入力シャフト・プーリ３８のピッチ円直径の比は以下で「Ψ」として示される。入力シャフト３６の角速度に対するクランクシャフト１２の角速度の比「φ」は以下のように特徴づけられる。
【数１】
【００２１】
公称の有効クリープ率がγ＝γ０である場合、クランクシャフト１２及び入力シャフト３６のプーリ・サイズは、最適には、式（１）に従って得られる角速度比φが実質的に２に接近するように選択される。すなわち、クランクシャフト１２に対する入力シャフト３６のプーリ直径比は以下のように設定される。
Ψ０＝２（１−γ０） （２）
【００２２】
クランクシャフト１２とカムシャフト４４との間で同期を確保するために、キャリア５６の角速度は、以下の関係が厳密に維持されるように、入力シャフト３６又は出力シャフト４２の角速度に従って設定される。
【数２】
ここで、
ωＣはキャリア５６の角速度；
ωＳ１は入力シャフト３６の角度速度；
ωＳ２は出力シャフト４２の角速度であり；
ｉｂは
【数３】
のように定義される、差動歯車列４８の基準の歯車比であり、
ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、第１の太陽歯車５２及び第２の太陽歯車５４の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、第１の遊星歯車５８及び第２の遊星歯車６０の歯数である（図６の実施例の場合、ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、第１の遊星歯車の端部７２及び第２の遊星歯車の端部７４の歯数である）；
φは、入力シャフト３６に対するクランクシャフト１２の角速度比であり、以下の式を介してクリープ率に関係付けられる。
【数４】
【００２３】
式（５）を式（３）に代入して、γに関する（ωＣ／ωＳ１）の導関数をとると、
【数５】
が得られる。
【００２４】
公称値γ０におけるクリープ率に対する速度比（ωＣ／ωＳ１）の感度定数は
【数６】
である。ｉｂ＝０．９６、γ０＝１％の場合、
【数７】
となる。
【００２５】
γの変化の大部分は低振動成分によって占められることから、ベルト４０のクリープによって生じる出力シャフト４２のいかなる速度の変化もキャリア５６を制御することによって補償することができる。複数の制御構造により、クランクシャフト１２の位置に対する出力シャフト４２の装置の所望の角度位置を得ることが可能である。例えば、キャリア５６の速度は、式（３）によって示される速度関係を維持するために、閉じられた速度制御ループのための制御変数として使用され得る。制御装置がエンジン制御ユニットＥＣＵ及びモータ５０に動作可能に連結される。この制御装置は、エンジン制御ユニットＥＣＵによって発生されるエンジン作動信号を受けるように、並びに、入力シャフト３６及び出力シャフト４２に結合される位置センサ５１からの信号を受けるように構成され、更には、それらに応答して、キャリア５６を介してプラネタリ歯車列４８を制御してカムシャフト１２とクランクシャフト４４との間の位相ずれ角度を調整するようにモータ５０に指示を出すために、コマンド信号を発生させてそれをモータ５０に送る。
【００２６】
図４は、出力シャフト４２の所望の角度位置を得るための別の制御構造を示している。具体的には、図４は、クランクシャフト１２の位置に対する出力シャフト４２の所望の角度位置を得るために本開示のカムシャフト位相整合装置４６と共に使用されるのに適した、全体として９２で示されるトルク・ベースの制御構造を示している。主制御変数は、クランクシャフト１２の位置に対するカムシャフト４４の角度位置として定義されるカムシャフトの角度である。制御トルク・ベースの制御構造９２は、エンジンＥ及びエンジン制御ユニット９６（ＥＣＵ）に動作可能に連結される制御装置９４を有する。
【００２７】
制御装置９４は、制御装置９４がエンジン制御ユニット９６から受け取る情報に基づき、電圧信号などのトルク・コマンド信号９８を発生させる。受け取られる情報には、限定しないが、カムシャフト位相ずれ設定点（基準点）と、角度位置センサ信号から測定された実際のカムシャフトの位相ずれ角度と、カムシャフトのトルク荷重と、カムシャフトの角度位置とが含まれる。
【００２８】
作動中、実際のカムシャフトの位相ずれ角度が基準値と比較され、差動信号（エラー信号）が発生される。次いで、この作動信号又はエラー信号が制御装置９４の比例積分微分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（ＰＩＤ））補償装置１００に送られ、フィードバック・トルク信号１０２が発生される。このフィードバック・トルク信号１０２は、この後、カムシャフト位相角度を調整するための制御を行うようにモータ５０に指示を出すためのトルク・コマンド信号９８を発生させるのに使用されてよく、それにより、ＰＩＤ補償装置１００又はリード／ラグ補償装置の入力部へのエラー信号が許容レベルまで低減される。こうすることで、所望のカム位相の変位が達成される。トルク・ベースの制御構造９２の場合、補償装置１００は、比例微分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ａｎｄ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（ＰＤ））補償装置、リード／ラグ補償装置、又はリード補償装置を有していてよい。
【００２９】
エンジンＥの作動中、この制御システムは、バルブ・リフトの際にカム位相角度に応じてカムシャフトのトルクが変化することで外乱を受ける場合がある。基準入力に対するこのシステムの応答を改善して外乱に対するロバストネスを向上させるために、あらゆる既知の外乱を補償できるようなフィードフォワード・スキームを使用することが望ましい。したがって、制御装置９４は、予想されるトルク外乱をプログラム操作にかけて計算するためのフィードフォワード・ブランチ又はフィードフォワード・ブロック１０４を更に有していてよい。予想されるトルク外乱より得られるフィードフォワード・トルク信号１０６がＰＩＤ補償装置１００（又はリード／ラグ補償装置）の出力信号にフィードフォワードされてその出力信号に組み合わされ、それによりトルク・コマンド信号が生成される。
【００３０】
フィードフォワード・トルクとも称される予想されるトルク外乱は２つの成分、Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ及びＴｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎから決定される。Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃは、３つのブランチを有する歯車駆動装置（ｔｈｒｅｅ−ｂｒａｎｃｈ ｇｅａｒ ｄｒｉｖｅ）の、摩擦のない静的平衡条件から計算される。Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎは、その時点のカムシャフト・トルク荷重が摩擦トルクに打ち勝つために必要となる成分である。Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎの正負の符号は、キャリア５６と入力シャフト３６（又は出力シャフト４２）との間の相対速度によって決定される。開示したこのカムシャフト位相整合装置Ａの構成の場合、フィードフォワード・トルクは、
Ｔｆｆｗｄ＝Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ＋Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ＝（１−ｉｂ）・Ｔｃａｍ＋ｓｇｎ（ｖ）・ｆ（Ｔｃａｍ） （８）
のように計算され、ここで、Ｔｃａｍは、カムシャフトの位相角度の関数であるカムシャフト・トルク荷重である。
【００３１】
カム位相角度は解析的方程式によって又は参照テーブルとして表され得る。関数ｓｇｎ（ｖ）は、キャリア５６と入力シャフト３６との間の相対速度ｖの正負の符号を表す。関数ｆ（Ｔｃａｍ）は摩擦トルク（Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ）の大きさを表す。Ｔｆｆｗｄは、作動中に、エンジン・トルク及びエンジン回転速度の関数としてダイナモメータ試験で決定され得る。その場合、較正された試験データが、リアルタイムでアクセスできるように車上の記憶装置（図示せず）内に記憶され得る。
【００３２】
通常の動作中では（位相の変位が行われていない）、制御構造９２は、式（３）によって示される速度関係が維持されるようにモータ速度ωｃを自動で制御する。カム位相の変位が行われている場合、制御装置９４は、この変位の終了時に所望のカム位相角度が得られるように、モータ速度ωｃを調整して短時間でカム位相角度を変更する。
【００３３】
本発明の範囲から逸脱することなく上述の構成に対して種々の変更がなされ得ることから、上述の説明に含まれる又は添付図面に示されるすべての事柄は例示的なものであり、限定的な意味で解釈されるべきではないことを意図する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン制御ユニットと、クランクシャフト及びカムシャフトと、前記クランクシャフトと前記カムシャフトとの間の位相ずれ角度を制御するために前記クランクシャフトと前記カムシャフトとを結合させる位相シフト装置と有する内燃機関内の位相シフト装置であって、
前記クランクシャフトに動作可能に連結される非同期ベルトと、
端部に結合される第１の太陽歯車を有する、前記非同期ベルトに動作可能に連結される入力シャフトと、
端部に結合される第２の太陽歯車を有する、前記カムシャフトに結合される出力シャフトと、
前記第１の太陽歯車及び前記第２の太陽歯車の周りに同軸に配置され、キャリアと、前記第１の太陽歯車及び前記第２の太陽歯車にそれぞれが係合され且つ前記キャリアの第１の軸受及び第２の軸受を介して共通の軸を中心に回転するように一体化される第１のギアエンド及び第２のギアエンドを有する遊星歯車とを有する、プラネタリ歯車列と、
前記キャリアに動作可能に連結されるモータと、
前記エンジン制御ユニット及び前記モータに動作可能に連結され、前記エンジン制御ユニットによって発生されるエンジン作動信号を受けるように、並びに、前記入力シャフト及び前記出力シャフトに結合される位置センサからの信号を受けるように構成され、更には、それらに応答して、前記キャリアを介して前記プラネタリ歯車列を制御して前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間の位相ずれ角度を調整するように前記モータに指示を出すために、コマンド信号を発生させてそれを前記モータに送るように構成される、制御装置と
を有する位相シフト装置。
【請求項２】
前記第１の太陽歯車の反対側の前記入力シャフトの端部のところで前記入力シャフトに連結される入力シャフト・プーリと、前記クランクシャフトに連結されるクランクシャフト・プーリとを更に有し、前記非同期ベルトが前記クランクシャフト・プーリ及び前記入力シャフト・プーリに動作可能に連結される、請求項１に記載の位相装置。
【請求項３】
前記非同期ベルトのクリープ率が「γ」で示され、前記入力シャフト・プーリのピッチ円直径に対する前記クランクシャフト・プーリのピッチ円直径の比が「Ψ」で示され、前記入力シャフトの角速度に対する前記クランクシャフトの角速度の比が、以下の式
【数１】
によって特徴づけられる「φ」で示される、請求項２に記載の位相装置。
【請求項４】
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比が、以下の式
【数２】
（ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、前記第１及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、前記第１及び第２のギアエンドの歯数）
によって特徴づけられる、請求項３に記載の位相装置。
【請求項５】
前記制御装置が、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出し、それにより、前記キャリアの角速度ωＣが、以下の式
【数３】
に従って前記入力シャフトωＳ１の角速度との関係を維持するように制御される、請求項４に記載の位相装置。
【請求項６】
前記制御装置が、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出し、それにより、前記キャリアの角速度ωＣが、以下の式
【数４】
に従って前記出力シャフトの角速度ωＳ２との関係を維持するように制御される、請求項４に記載の位相装置。
【請求項７】
前記プラネタリ歯車が第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車を有し、前記第１の遊星歯車が前記第１の太陽歯車に噛合され、前記第２の遊星歯車が前記第２の太陽歯車に噛合される、請求項３に記載の位相装置。
【請求項８】
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比が、以下の式
【数５】
（ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、第１の太陽歯車及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車の歯数）
によって特徴づけられる、請求項７に記載の位相装置。
【請求項９】
前記制御装置が、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出し、それにより、前記キャリアの角速度ωｃが、以下の式
【数６】
に従って前記入力シャフトの角速度ωＳ１との関係を維持するように制御される、請求項８に記載の位相装置。
【請求項１０】
前記入力シャフトに対する前記クランクシャフトの角速度比が「φ」で示され、以下の式
【数７】
（ここで、
γは、前記クランクシャフト・プーリのピッチ線速度に対してのピッチ線速度の損失率として定義される有効クリープ率；
γ０は非同期ベルトの所定の公称クリープ率）
によってクリープ率に関連付けられる、請求項２に記載の位相装置。
【請求項１１】
前記制御装置が、内燃機関に加えられる予想されるトルク外乱をプログラム操作にかけるように構成されるフィードフォワード・ブロックを有する、請求項１に記載の位相整合装置。
【請求項１２】
前記フィードフォワード・ブランチの出力Ｔｆｆｗｄが、以下の式
Ｔｆｆｗｄ＝Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ＋Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ＝（１−ｉｂ）・Ｔｃａｍ＋ｓｇｎ（ｖ）・ｆ（Ｔｃａｍ）
（ここで、
Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃは、３つのブランチを有する歯車駆動装置の、摩擦のない静的平衡条件から計算される；
Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎは、その時点のカムシャフト・トルク荷重が摩擦トルクに打ち勝つために必要となる成分である；
Ｔｃａｍはカムシャフト・トルク荷重である；
ｆ（Ｔｃａｍ）はＴｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎの大きさである）
によって決定される、請求項１１に記載の位相装置。
【請求項１３】
内燃機関内で、カムシャフトとクランクシャフトとの間の位相ずれ角度を制御する方法であって、
非同期ベルトを、前記クランクシャフトと、端部に結合される第１の太陽歯車の端部を有する入力シャフトとに連結させるステップと、
プラネタリ歯車列を、前記入力シャフトの周り、及び、端部に結合される第２の太陽歯車を有する、前記カムシャフトに結合される出力シャフトの周りに配置するステップと、
前記プラネタリ歯車列の第１の遊星歯車を前記第１の太陽歯車に噛合させ、前記プラネタリ歯車列の第２の遊星歯車を前記第２の太陽歯車に噛合させ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車が前記プラネタリ歯車列のキャリアを介して共通の軸を中心に回転するように一体化される、ステップと、
モータを前記キャリアに動作可能に連結させるステップと、
前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間の前記位相ずれ角度を調整するように前記キャリアを介して前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出すステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記モータを制御するステップが、以下の式
【数８】
［ここで、
非同期ベルトのクリープ率は「γ」で示され；前記入力シャフト・プーリのピッチ円直径に対する前記クランクシャフト・プーリのピッチ円直径の比は「Ψ」で示され；前記入力シャフトの角速度に対する前記クランクシャフトの角速度の比は、以下の式
【数９】
によって特徴づけられる「φ」で示され、
更に、ここで、
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比は、以下の式
【数１０】
（ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、前記第１の太陽歯車及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車の端部の歯数）
によって特徴づけられる］
に従って前記キャリアの角速度ωＣが制御されてそれにより前記入力シャフトの角速度ωＳ１との関係が維持されるように、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出すステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記モータを制御するステップが、以下の式
【数１１】
［ここで、
非同期ベルトのクリープ率は「γ」で示され；前記入力シャフト・プーリのピッチ円直径に対する前記クランクシャフト・プーリのピッチ円直径の比は「Ψ」で示され；前記入力シャフトの角速度に対する前記クランクシャフトの角速度の比は、以下の式
【数１２】
によって特徴づけられる「φ」で示され、
更に、ここで、
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比は、以下の式
【数１３】
（ここで
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、前記第１の太陽歯車及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車の端部の歯数）
によって特徴づけられる］
に従って前記キャリアの角速度ωＣが制御されてそれにより前記出力シャフトの角速度ωＳ２のとの関係が維持されるように、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出すステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
内燃機関内で、内燃機関のカムシャフトとクランクシャフトとの間の位相ずれ角度を制御する方法であって、
非同期ベルトを、前記クランクシャフトと、端部に結合される第１の太陽歯車の端部を有する入力シャフトとに連結させるステップと、
プラネタリ歯車列を、前記入力シャフトの周り、及び、端部に結合される第２の太陽歯車を有する、前記カムシャフトに結合される出力シャフトの周りに配置するステップと、
前記プラネタリ歯車列の第１の遊星歯車を前記第１の太陽歯車に噛合させ、前記プラネタリ歯車列の第２の遊星歯車を前記第２の太陽歯車に噛合させ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車が前記プラネタリ歯車列のキャリアを介して共通の軸を中心に回転するように一体化される、ステップと、
モータを前記キャリアに動作可能に連結させるステップと、
前記カムシャフトの角度位置信号を受け取るステップと、
前記カムシャフト位相信号をエンジン制御ユニットによって発せられる基準信号と比較するステップと、
前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間の前記位相ずれ角度を調整するように前記モータに指示を出すトルク・コマンド信号を前記比較されたカムシャフト信号に基づいて発生させるステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記トルク・コマンド信号が「Ｔｆｆｗｄ」で示され、以下の式
Ｔｆｆｗｄ＝Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ＋Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ＝（１−ｉｂ）・Ｔｃａｍ＋ｓｇｎ（ｖ）・ｆ（Ｔｃａｍ）
（ここで、
Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃは、３つのブランチを有する歯車駆動装置の、摩擦のない静的平衡条件から計算される；
Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎは、その時点のカムシャフト・トルク荷重が摩擦トルクに打ち勝つために必要となる成分である；
Ｔｃａｍはカムシャフト・トルク荷重である；
ｆ（Ｔｃａｍ）はＴｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎの大きさである）
によって決定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
エンジン制御ユニットと、クランクシャフト及びカムシャフトと、前記クランクシャフトと前記カムシャフトとの間の位相ずれ角度を制御するために前記クランクシャフトと前記カムシャフトとを結合させる位相シフト装置と有する内燃機関内の位相シフト装置であって、
前記クランクシャフトに動作可能に連結される非同期ベルトと、
端部に結合される第１の太陽歯車を有する、前記非同期ベルトに動作可能に連結される入力シャフトと、
端部に結合される第２の太陽歯車を有する、前記カムシャフトに結合される出力シャフトと、
前記第１の太陽歯車及び前記第２の太陽歯車の周りに同軸に配置され、キャリアと、前記第１の太陽歯車及び前記第２の太陽歯車にそれぞれが係合され且つ前記キャリアの第１の軸受及び第２の軸受を介して共通の軸を中心に回転するように一体化される第１のギアエンド及び第２のギアエンドを有する遊星歯車とを有する、プラネタリ歯車列と、
前記キャリアに動作可能に連結されるモータと、
前記エンジン制御ユニット及び前記モータに動作可能に連結され、前記エンジン制御ユニットによって発生されるエンジン作動信号を受けるように、並びに、前記入力シャフト及び前記出力シャフトに結合される位置センサからの信号を受けるように構成され、更には、それらに応答して、前記キャリアを介して前記プラネタリ歯車列を制御して前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間の位相ずれ角度を調整するように前記モータに指示を出すために、コマンド信号を発生させてそれを前記モータに送るように構成される、制御装置と
を有する位相シフト装置。
【請求項２】
前記第１の太陽歯車の反対側の前記入力シャフトの端部のところで前記入力シャフトに連結される入力シャフト・プーリと、前記クランクシャフトに連結されるクランクシャフト・プーリとを更に有し、前記非同期ベルトが前記クランクシャフト・プーリ及び前記入力シャフト・プーリに動作可能に連結される、請求項１に記載の位相装置。
【請求項３】
前記非同期ベルトのクリープ率が「γ」で示され、前記入力シャフト・プーリのピッチ円直径に対する前記クランクシャフト・プーリのピッチ円直径の比が「Ψ」で示され、前記入力シャフトの角速度に対する前記クランクシャフトの角速度の比が、以下の式
【数１】
によって特徴づけられる「φ」で示される、請求項２に記載の位相装置。
【請求項４】
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比が、以下の式
【数２】
（ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、前記第１及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、前記第１及び第２のギアエンドの歯数）
によって特徴づけられる、請求項３に記載の位相装置。
【請求項５】
前記制御装置が、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出し、それにより、前記キャリアの角速度ωＣが、以下の式
【数３】
に従って前記入力シャフトωＳ１の角速度との関係を維持するように制御される、請求項４に記載の位相装置。
【請求項６】
前記制御装置が、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出し、それにより、前記キャリアの角速度ωＣが、以下の式
【数４】
に従って前記出力シャフトの角速度ωＳ２との関係を維持するように制御される、請求項４に記載の位相装置。
【請求項７】
前記プラネタリ歯車が第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車を有し、前記第１の遊星歯車が前記第１の太陽歯車に噛合され、前記第２の遊星歯車が前記第２の太陽歯車に噛合される、請求項３に記載の位相装置。
【請求項８】
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比が、以下の式
【数５】
（ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、第１の太陽歯車及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車の歯数）
によって特徴づけられる、請求項７に記載の位相装置。
【請求項９】
前記制御装置が、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出し、それにより、前記キャリアの角速度ωｃが、以下の式
【数６】
に従って前記入力シャフトの角速度ωＳ１との関係を維持するように制御される、請求項８に記載の位相装置。
【請求項１０】
前記入力シャフトに対する前記クランクシャフトの角速度比が「φ」で示され、以下の式
【数７】
（ここで、
γは、前記クランクシャフト・プーリのピッチ線速度に対してのピッチ線速度の損失率として定義される有効クリープ率；
γ０は非同期ベルトの所定の公称クリープ率）
によってクリープ率に関連付けられる、請求項２に記載の位相装置。
【請求項１１】
前記制御装置が、内燃機関に加えられる予想されるトルク外乱をプログラム操作にかけるように構成されるフィードフォワード・ブロックを有する、請求項１に記載の位相整合装置。
【請求項１２】
前記フィードフォワード・ブランチの出力Ｔｆｆｗｄが、以下の式
Ｔｆｆｗｄ＝Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ＋Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ＝（１−ｉｂ）・Ｔｃａｍ＋ｓｇｎ（ｖ）・ｆ（Ｔｃａｍ）
（ここで、
Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃは、３つのブランチを有する歯車駆動装置の、摩擦のない静的平衡条件から計算される；
Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎは、その時点のカムシャフト・トルク荷重が摩擦トルクに打ち勝つために必要となる成分である；
Ｔｃａｍはカムシャフト・トルク荷重である；
ｆ（Ｔｃａｍ）はＴｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎの大きさである）
によって決定される、請求項１１に記載の位相装置。
【請求項１３】
内燃機関内で、カムシャフトとクランクシャフトとの間の位相ずれ角度を制御する方法であって、
非同期ベルトを、前記クランクシャフトと、端部に結合される第１の太陽歯車の端部を有する入力シャフトとに連結させるステップと、
プラネタリ歯車列を、前記入力シャフトの周り、及び、端部に結合される第２の太陽歯車を有する、前記カムシャフトに結合される出力シャフトの周りに配置するステップと、
前記プラネタリ歯車列の第１の遊星歯車を前記第１の太陽歯車に噛合させ、前記プラネタリ歯車列の第２の遊星歯車を前記第２の太陽歯車に噛合させ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車が前記プラネタリ歯車列のキャリアを介して共通の軸を中心に回転するように一体化される、ステップと、
モータを前記キャリアに動作可能に連結させるステップと、
前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間の前記位相ずれ角度を調整するように前記キャリアを介して前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出すステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記モータを制御するステップが、以下の式
【数８】
［ここで、
非同期ベルトのクリープ率は「γ」で示され；前記入力シャフト・プーリのピッチ円直径に対する前記クランクシャフト・プーリのピッチ円直径の比は「Ψ」で示され；前記入力シャフトの角速度に対する前記クランクシャフトの角速度の比は、以下の式
【数９】
によって特徴づけられる「φ」で示され、
更に、ここで、
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比は、以下の式
【数１０】
（ここで、
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、前記第１の太陽歯車及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車の端部の歯数）
によって特徴づけられる］
に従って前記キャリアの角速度ωＣが制御されてそれにより前記入力シャフトの角速度ωＳ１との関係が維持されるように、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出すステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記モータを制御するステップが、以下の式
【数１１】
［ここで、
非同期ベルトのクリープ率は「γ」で示され；前記入力シャフト・プーリのピッチ円直径に対する前記クランクシャフト・プーリのピッチ円直径の比は「Ψ」で示され；前記入力シャフトの角速度に対する前記クランクシャフトの角速度の比は、以下の式
【数１２】
によって特徴づけられる「φ」で示され、
更に、ここで、
「ｉｂ」で示される前記プラネタリ歯車列の歯車比は、以下の式
【数１３】
（ここで
ＮＳ１、ＮＳ２は、それぞれ、前記第１の太陽歯車及び第２の太陽歯車の歯数；
ＮＰ１、ＮＰ２は、それぞれ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車の端部の歯数）
によって特徴づけられる］
に従って前記キャリアの角速度ωＣが制御されてそれにより前記出力シャフトの角速度ωＳ２のとの関係が維持されるように、前記プラネタリ歯車列を制御するように前記モータに指示を出すステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
内燃機関内で、内燃機関のカムシャフトとクランクシャフトとの間の位相ずれ角度を制御する方法であって、
非同期ベルトを、前記クランクシャフトと、端部に結合される第１の太陽歯車の端部を有する入力シャフトとに連結させるステップと、
プラネタリ歯車列を、前記入力シャフトの周り、及び、端部に結合される第２の太陽歯車を有する、前記カムシャフトに結合される出力シャフトの周りに配置するステップと、
前記プラネタリ歯車列の第１の遊星歯車を前記第１の太陽歯車に噛合させ、前記プラネタリ歯車列の第２の遊星歯車を前記第２の太陽歯車に噛合させ、前記第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車が前記プラネタリ歯車列のキャリアを介して共通の軸を中心に回転するように一体化される、ステップと、
モータを前記キャリアに動作可能に連結させるステップと、
前記カムシャフトの角度位置信号を受け取るステップと、
前記カムシャフト位相信号をエンジン制御ユニットによって発せられる基準信号と比較するステップと、
前記カムシャフトと前記クランクシャフトとの間の前記位相ずれ角度を調整するように前記モータに指示を出すトルク・コマンド信号を前記比較されたカムシャフト信号に基づいて発生させるステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記トルク・コマンド信号が「Ｔｆｆｗｄ」で示され、以下の式
Ｔｆｆｗｄ＝Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃ＋Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎ＝（１−ｉｂ）・Ｔｃａｍ＋ｓｇｎ（ｖ）・ｆ（Ｔｃａｍ）
（ここで、
Ｔｒｑ＿ｓｔａｔｉｃは、３つのブランチを有する歯車駆動装置の、摩擦のない静的平衡条件から計算される；
Ｔｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎは、その時点のカムシャフト・トルク荷重が摩擦トルクに打ち勝つために必要となる成分である；
Ｔｃａｍはカムシャフト・トルク荷重である；
ｆ（Ｔｃａｍ）はＴｒｑ＿ｆｒｉｃｔｉｏｎの大きさである）
によって決定される、請求項１６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１０−５４０８４４（Ｐ２０１０−５４０８４４Ａ）
【公表日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２９０１６（Ｐ２０１０−５２９０１６）
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７９２７４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０４９００１
【国際公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（５１００９９０２８）コーヨー ベアリングス ユーエスエイ、エルエルシー (10)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７９２７４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０４９００１
【国際公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（５１００９９０２８）コーヨー ベアリングス ユーエスエイ、エルエルシー (10)
【Ｆターム（参考）】
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