JP2002332875A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
内燃機関のバルブタイミング制御装置Info
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Abstract
を防止する内燃機関のバルブタイミング制御装置を得
る。 【解決手段】 カムシャフト15C、16Cに結合され
たアクチュエータ15、16と、アクチュエータを駆動
する油圧供給装置19、20と、運転状態に応じてアク
チュエータへの供給油圧を制御してクランクシャフトに
対するカムシャフトの相対位相を変更する制御手段21
Aとを備え、アクチュエータは、相対位相をロック位置
に設定するロック機構と、所定油圧に応答してロック機
構を解除するロック解除機構とを有し、制御手段は、前
記ロック機構でのロック位置の所定範囲内ではバルブタ
イミングの制御を制限する。
Description
て吸気および排気のバルブタイミングを制御する内燃機
関のバルブタイミング制御装置に関するものである。
(エンジン)においては、環境に対する配慮から、エン
ジンから大気中に放出される排気ガス中の有害物質に対
する規制が厳しくなっており、排気ガス中の有害物質を
低減することが要求されている。
には、2通りの方法が知られており、1つは、エンジン
から直接排出される有害ガスを低減する方法であり、他
の1つは、排気管の途中に設けられた触媒コンバータ
(以下、単に「触媒」という)により後処理して低減す
る方法である。
の温度に達しないと有害ガスを無害化する反応が起こら
ないので、たとえばエンジンの冷機始動時においても、
触媒を早く昇温させて活性化させることが重要な課題と
なる。
て、吸気用および排気用のバルブ開閉タイミングを決定
するカムシャフトは、クランクシャフトからタイミング
ベルト(または、タイミングチェーン)などを介して回
転駆動されている。
ブの開閉タイミング(カム角)は、要求されるバルブタ
イミングが運転状態によって異なるにもかかわらず、ク
ランク角に対して一定に制御されている。
ため、また、排気ガスおよび燃費を低減させるために、
バルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御装
置が採用されるようになってきた。この種のバルブタイ
ミング制御装置は、たとえば特開平9−324613号
公報に参照することができる。
可変バルブタイミング機構(以下、「VVT機構」とい
う)は、吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシ
ャフトの位相を変化させるために、ハウジング内で回転
するベーン(後述する)を有している。VVT機構のベ
ーンは、エンジン始動時においては、ほぼ中間位置(始
動時対応位置)に保持されて、クランク角に対するカム
角の相対回動を規制し、始動時から所定時間経過後に回
動規制を解除するようになっている。
ミング制御装置を示すブロック構成図であり、エンジン
1の周辺部と関連付けて示している。図12において、
エンジン1には、エアクリーナ2およびエアフローセン
サ3を介して、吸気管4からの吸入空気が供給される。
入空気を浄化し、エアフローセンサ3は、エンジン1の
吸入空気量を計測する。吸気管4内には、スロットルバ
ルブ5、アイドルスピードコントロールバルブ(以下、
「ISCV」という)6およびインジェクタ7が設けら
れている。
る吸入空気量を調節してエンジン1の出力を制御し、I
SCV6は、スロットルバルブ5をバイパスして通過す
る吸入空気を調節して、アイドリング時の回転数制御な
どを行う。インジェクタ7は、吸入空気量に見合った燃
料を吸気管4内に供給する。
設けられており、点火プラグ8は、燃焼室内の混合気を
燃焼させるための火花を発生する。点火コイル9は、点
火プラグ8に高電圧エネルギを供給する。
気ガスを排出する。排気管10内には、O2センサ11
および触媒12が設けられており、O2センサ11は、
排気ガス内の残存酸素量を検出する。
気ガス内の有害ガス(HC、CO、NOx)を同時に浄
化することができる。
は、エンジン1により回転されるクランクシャフト(図
示せず)と一体に回転しており、所定のクランク角位置
に突起(図示せず)が設けられている。
13に対向配置されており、センサプレート13上の突
起がクランク角センサ14を横切るときに電気信号を発
生して、クランクシャフトの回転位置(クランク角)を
検出する。
0への連通、閉鎖を行うバルブが設けられており、吸気
用および排気用の各バルブの駆動タイミングは、クラン
クシャフトの1/2の速度で回転するカムシャフト(後
述する)により決定されている。
び16は、吸気用および排気用の各バルブタイミングを
個別に変更する。具体的には、各アクチュエータ15お
よび16は、互いに区分された遅角油圧室および進角油
圧室(後述する)を有し、クランクシャフトに対する各
カムシャフト15Cおよび16Cの回転位置(位相)を
相対的に変更する。
出用センサプレート(図示せず)に対向配置されてお
り、クランク角センサ14と同様に、カム角検出用セン
サプレート上の突起によりパルス信号を発生してカム角
を検出する。
V」という)19および20は、オイルポンプ(図示せ
ず)とともに油圧供給装置を構成しており、各アクチュ
エータ15および16に供給される油圧を切り替えて、
カム位相を制御する。なお、オイルポンプは、所定油圧
でオイルを供給するようになっている。
は、エンジン1の制御手段を構成しており、各種センサ
手段3、11、14、17および18により検出される
運転状態に応じて、インジェクタ7および点火プラグ8
を制御するとともに、各カムシャフト15Cおよび16
Cのカム角位相を制御する。
ットルバルブ5には、スロットル開度を検出するスロッ
トル開度センサが設けられ、エンジン1には、冷却水温
を検出する水温センサが設けられており、スロットル開
度および冷却水温は、上記各種センサ情報と同様に、エ
ンジン1の運転状態を示す情報として、ECU21に入
力されている。
ルブタイミング制御装置による一般的なエンジン制御動
作について具体的に説明する。まず、エアフローセンサ
3は、エンジン1の吸入空気量を計測し、運転状態を示
す検出情報としてECU21に入力する。
合った燃料量を演算して、インジェクタ7を駆動すると
ともに、点火コイル9の通電時間および遮断タイミング
を制御して点火プラグ8を駆動し、エンジン1の燃焼室
内の混合気を適切なタイミングで点火する。
への吸入空気量を調節し、エンジン1から発生する出力
を制御する。エンジン1のシリンダ内で燃焼した後の排
気ガスは、排気管10を通って排出される。
触媒12は、排気ガス中の有害物質であるHC(未燃焼
ガス)、COおよびNOxを、無害なCO2およびH2O
に浄化して大気中に排出する。
に引き出すために、排気管10にはO2センサ11が取
り付けられており、O2センサ11は、排気ガス中の残
存酸素量を検出してECU21に入力している。これに
より、ECU21は、燃焼前の混合気が理論空燃比とな
るように、インジェクタ7から噴射される燃料量をフィ
ードバック制御する。
アクチュエータ15および16(VVT機構)を制御し
て、吸気用および排気用のバルブタイミングを変更す
る。次に、図13〜図14を参照しながら、従来の内燃
機関のバルブタイミング制御装置による各カムシャフト
15Cおよび16Cの位相角制御動作について具体的に
説明する。
般のエンジン(図示せず)の場合、クランクシャフトの
回転トルクは、タイミングベルト(タイミングチェー
ン)からプーリ(およびスプロケット)に伝達され、プ
ーリと一体回転するカムシャフトに伝達される。
エンジン1においては、上記プーリおよびスプロケット
に代えて、クランクシャフトとカムシャフト15Cおよ
び16Cとの相対的な位相位置を変更するためのアクチ
ュエータ15および16が設けられている。
置とバルブリフト量(バルブ開放量)[mm]との関係
を示す説明図であり、TDCは各シリンダにおける圧縮
上死点を示している。
する最遅角時のバルブリフト量の変化を示し、破線は機
械的に停止する最進角時のバルブリフト量の変化を示
し、実線はロック機構(後述する)により設定されるロ
ック位置でのバルブリフト量の変化を示す。
右側)のバルブリフト量のピーク位置は、吸気バルブの
全開位置に対応し、進角側(図面左側)のバルブリフト
量のピーク位置は、排気バルブの全開位置に対応する。
各ピークの変動幅(一点鎖線と破線との差)は、各バル
ブタイミングの可動範囲を示している。すなわち、バル
ブタイミングは、吸気および排気のいずれにおいても、
破線から一点鎖線までの間で可変可能となっている。
センサ17または18との各出力パルスの位相関係を示
すタイミングチャートである。図14においては、最遅
角時および最進角時におけるカム角センサ17または1
8の出力パルスを示している。
(クランク角位置)に対するカム角センサ17または1
8の出力信号の位相位置は、カム角センサ17および1
8の取り付け位置によって異なる。
とは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対
して遅角する(遅くなる)ことを意味し、逆に、バルブ
タイミングを進角させることは、吸気用および排気用の
両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して進
角する(早くなる)ことを意味する。
タイミングは、VVT機構を構成するアクチュエータ1
5および16により変更され、図13に示す可動範囲内
の任意の遅角位置または進角位置に制御される。
クチュエータ15および16の内部構造を示す透視図で
あり、図15はカム角位相が最遅角位置(図13内の一
点鎖線に対応)に調整された状態、図16はカム角位相
がロック位置(図13内の実線に対応)に調整された状
態、図17はカム角位相が最進角位置(図13内の破線
に対応)に調整された状態をそれぞれ示している。
タ15および16は、矢印方向に回転するハウジング1
51と、ハウジング151とともに回転するベーン15
2と、ハウジング151内に設けられた遅角油圧室15
3、進角油圧室154、ロックピン155およびスプリ
ング156と、ベーン152に形成されたロック凹部1
57とを備えている。
からの動力が、ベルトおよびプーリ(図示せず)を介し
て、1/2に減速されて伝達される。ベーン152は、
遅角油圧室153または進角油圧室154に選択的に油
圧が供給されることにより、ハウジング151内で位相
位置がシフトされる。
は、ベーン152の動作範囲を決定している。スプリン
グ156は、ロックピン155を突出方向に付勢してお
り、ロック凹部157は、ロックピン155の先端と対
向するようにベーン152の所定のロック位置に設けら
れている。
口(図示せず)が設けられており、遅角油圧室153お
よび進角油圧室154のいずれか油圧の高い方からのオ
イルが切り替え供給されるようになっている。
(動作範囲)内で動作して位相シフトされるベーン15
2は、吸気用および排気用の各バルブを駆動するための
カムシャフト15Cおよび16Cに結合されている。
クチュエータ16には、カムシャフト16Cの反力を相
殺するために、ベーン152を進角側に付勢するための
スプリングが設けられている。
19および20から供給されるエンジン1の潤滑油(油
圧)により駆動される。アクチュエータ15および16
のカム角位相を図15〜図17のように制御するために
は、アクチュエータ15および16内に流入するオイル
量(油圧)が制御される。
最遅角位置に調整するためには、遅角油圧室153内に
オイルを流入させればよい。逆に、図17のように、カ
ム角位相を最進角位置に調整するためには、進角油圧室
154内にオイルを流入させればよい。
3および進角油圧室154のどちらにオイルを流入させ
るかを制御する。図18〜図20は同一構造からなるO
CV19および20の内部構造を示す側断面図である。
よび20は、円筒形状のハウジング191と、ハウジン
グ191内に摺動自在に収納されたスプール192と、
スプール192を連続的に駆動するコイル193と、ス
プール192を復帰方向に付勢するスプリング194と
を備えている。
に連通されたオリフィス195と、アクチュエータ15
または16に連通されたオリフィス196および197
と、オイルパンに連通されたドレーン用のオリフィス1
98および199とを備えている。
の遅角油圧室153、または、アクチュエータ16の進
角油圧室154に連通されている。オリフィス197
は、アクチュエータ15の進角油圧室154、または、
アクチュエータ16の遅角油圧室153に連通されてい
る。
ル192の軸方向位置に応じて、選択的にオイル供給用
のオリフィス195に連通される。オリフィス195
は、図18においてはオリフィス196に連通され、図
20においてはオリフィス197に連通されている。
よび199は、スプール192の軸方向位置に応じて、
選択的にオリフィス197または196に連通される。
図18においては、オリフィス197とオリフィス19
8とが連通され、図20においては、オリフィス196
とオリフィス199とが連通されている。
CV19および20の励磁駆動状態(図20参照)でオ
イル供給される油路構成となっており、ロック凹部15
7への油圧がスプリング156の付勢力を上回ると、ロ
ックピン155がロック凹部157から押し出されて、
ロック状態が解除されるようになっている。
値の場合を示しており、スプリング194が最大限に伸
張されている。図18に示すOCVが吸気側のOCV1
9の場合、オリフィス195を介してポンプから供給さ
れたオイルは、オリフィス196を介してアクチュエー
タ15の遅角油圧室153に流入し、アクチュエータ1
5は図15に示した状態になる。
圧室154内のオイルは、オリフィス197を介してO
CV19にドレーンされ、さらに、オリフィス198を
介してオイルパンにドレーンされる。
V20である場合は、上記の逆となり、ポンプから供給
されたオイルは、オリフィス196を介してアクチュエ
ータ16の進角油圧室154に流入し、アクチュエータ
16は図17に示した状態になる。
室153内のオイルは、オリフィス197および198
を介してオイルパンにドレーンされる。
気側および排気側のOCV19および20のいずれかに
断線などの無通電となる故障が発生した場合でも、バル
ブオーバラップが最小となるので、耐エンスト性に対し
て有利に作用する。
値の場合を示しており、スプリング194が最小限に圧
縮されている。たとえば、図20のOCVが吸気側のO
CV19である場合、ポンプから供給されたオイルは、
オリフィス197を介してアクチュエータ15の進角油
圧室154に流入し、アクチュエータ15の遅角油圧室
153内のオイルは、オリフィス196および199介
してドレーンされる。
0である場合には、ポンプから供給されたオイルは、オ
リフィス197を介してアクチュエータ16の遅角油圧
室153に流入し、アクチュエータ16の進角油圧室1
54内のオイルは、オリフィス196および199を介
してドレーンされる。
位置またはロック位置(中間位置)に相当する状態を示
し、このとき、アクチュエータ15および16内のベー
ン152は、任意の目標位置または図16に示した状態
にある。
用側のオリフィス195は、アクチュエータ側のオリフ
ィス196または197に直接連通されていないが、洩
れオイルにより、ロック凹部157(図16参照)のオ
イル供給口に供給され得る。
ク位置にあっても、洩れオイルによるオイル供給口への
油圧が、スプリング156の付勢力に打ち勝つ油圧(ロ
ック解除用の所定油圧)に到達すれば、ロック凹部15
7からロックピン155が外れて、ベーン152がハウ
ジング151内で動作可能な状態となる。
ング156の付勢力などの調整により、必要最小限の任
意値に設定され得る。また、バルブタイミングを決定す
る各アクチュエータ15および16のベーン152の位
置(位相)は、カム角センサ17および18で検出され
ることにより、任意に制御され得る。
シャフトとカムシャフト15Cおよび16Cとの相対位
置を検出することができる位置に取り付けられている。
図20において、バルブタイミングが最進角位置(図1
4の破線参照)でのクランク角センサ出力との位相差は
Aで示され、バルブタイミングが最遅角位置(図14内
の一点鎖線参照)でのクランク角センサ出力との位相差
はBで示される。
目標値と一致するように、フィードバック制御すること
により、任意位置でのバルブタイミング制御を実行す
る。
ンサ14の検出タイミングに対するカム角センサ17の
検出位置が、ECU21内で演算された目標位置よりも
遅角側にある場合には、カム角センサ17の検出位置を
目標位置まで進角させるために、検出位置と目標位置と
の偏差に応じてOCV19のコイル193への通電電流
量を制御し、スプール192を制御する。
きい場合には、目標位置に早く追従させるために、OC
V19のコイル193への通電量を増大させる。これに
より、アクチュエータ15の進角油圧室154に連通さ
れたオリフィス197の開口量が大きくなり、進角油圧
室154への供給オイル量が増大する。
て、OCV19のスプール192の位置が図19の状態
に近づくように、コイル193への通電量を低減させ
る。そして、検出位置と目標位置とが一致した時点で、
図19に示すように、アクチュエータ15の遅角油圧室
153、進角油圧室154への通路を遮断する状態とな
るようにコイル193への通電量を制御する。
など)での目標位置は、たとえば運転状態(エンジン回
転数およびエンジン負荷)に応じた2次元マップ値をあ
らかじめECU21内のROMに記憶させておくことに
より、各運転状態に応じた最適なバルブタイミングとな
るように設定され得る。
り駆動されるオイルポンプの回転数が不十分であること
から、アクチュエータ15への供給オイル量も不十分で
あり、上記のような油圧による進角位置の制御は不可能
となる。
ピン155をロック凹部157に係合させることによ
り、油圧不足によるベーン152のばたつきを防止す
る。
圧縮比が低下し、逆に、吸気バルブを過進角させると排
気バルブとのオーバラップ期間が大きくなるので、吸気
バルブを過遅角または過進角させることは、いずれもポ
ンピングロスを低減させる結果となる。
進角制御は、始動時(クランキング時)の回転数上昇お
よび初爆発生のためには有利であるが、実質的な燃焼状
態が不十分であることから、完爆まで至らずに結局始動
性を損なう結果となり得る。
ルブを過進角した場合と同様に、排気バルブと吸気バル
ブとのオーバラップ期間が大きくなり、逆に、排気バル
ブを過進角すると、実膨張比が低下して燃焼エネルギを
クランクシャフトに十分に伝達することができなくなっ
てしまう。
ては、各バルブタイミングを過遅角制御しても過進角制
御しても、始動性の悪化状態(または、始動不可能な状
態)を招くおそれがある。
に、ロックピン155をロック凹部157に係合するこ
とより、ベーン152をロック位置(最遅角位置と最進
角位置とのほぼ中間位置)に固定設定している。
の上昇に応じて潤滑オイルの油圧が上昇するので、スプ
ール192が図19に示す位置にあっても、前述の洩れ
オイルにより、アクチュエータ15および16にも油圧
が供給される。
57への油圧がスプリング156の付勢力に打ち勝った
時点で、ロック凹部157からロックピン155が外れ
てベーン152が動作可能になる。
0を制御することにより、遅角油圧室153および進角
油圧室154に油圧供給が制御され、バルブタイミング
の遅角制御および進角制御が実行される。
おいて、吸気慣性効果を得るとともに、体積効率を増大
させて出力を向上させるために、始動時よりも遅角側に
バルブタイミングを制御する。
アクチュエータ15および16のロックピン155を最
遅角位置と最進角位置とのほぼ中間位置にロックして始
動性を向上させ、エンジン始動後(ロック機構の解除
後)においては、特に高回転域で遅角制御することによ
り出力特性を向上させている。
排気ガスの改善および触媒12の昇温促進という技術観
点については何ら考慮していない。
ブタイミング制御装置は以上のように構成され、機関始
動時は、アクチュエータのロック機構により最進角と最
遅角の略中間位置に係合し始動性を向上させ、始動後、
ロック機構が解除されると、特に高回転域で始動時より
も遅角側に制御することにより出力特性を向上させるも
のでる。
グの制御は目標進角量に対し、検出進角量を一致させる
ためのフィードバック制御を実施することが特開平11
−210424号公報に記載されている。
りも遅角側にある場合、進角させるため、OCV19お
よび20を制御することにより、アクチュエータの進角
油圧室154にオイルを供給するように制御し、その結
果、図20のように、OCVはコイル193への通電電
流値によりスプール192を連続的に任意の位置に制御
することが可能であり、オイルポンプからアクチュエー
タ15および16へ供給するオイル量を連続的に制御す
ることができる。
場合、遅角させるため、OCVを制御して図18のよう
にアクチュエータの遅角油圧室153へオイルを供給す
るように制御する。また、検出進角量が目標進角量と略
一致した場合は、図19のようにアクチュエータの進角
油圧室154、遅角油圧室153ともに通路を遮断する
位置で制御する。
ロックピン155がロック凹部157の位置となり、O
CV19および20の通路がほとんど遮断されているた
め、油圧低下が大きく、ロックピン155にかかる油圧
も小さくなるため、油圧による力がスプリング力よりも
小さくなった場合は、ロックピン155がロック凹部1
57にロックされてしまう。
とピンロック位置と目標進角量にわずかでも差がある
と、検出進角量を目標進角量に一致させるために積分制
御を実施している場合、ロックピン155によりロック
されてしまっているため積分値を増加もしくは減少させ
ているにも拘わらず検出進角量か動作せず、積分値は制
御範囲限界まで増加もしくは減少されてしまい、目標進
角量が変化して検出進角量を追従させようとしたとき
に、制御値が発散しているため、検出進角量が目標進角
量にすみやかに追従できない場合がある。
に、OCVのアクチュエータへの通路が確保され、ロッ
クピン155への油圧がロック解除できる油圧に達する
と、ピンロックが解除され、そのとき積分値の動作によ
り制御量が大きくずれているため、ロックピン解除と同
時に検出進角量が目標進角量から大きくずれてしまう場
合がある。
ためになされたもので、制御量の発散およびロックピン
の不意の解除を防止し、機関性能低下をなくしてドライ
バビリティ(driveability)、燃費、排ガス性能等の低
下を防ぐ内燃機関のバルブタイミング制御装置を得るこ
とを目的とする。
のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の運転状態を
検出するセンサ手段と、前記内燃機関のクランクシャフ
トの回転に同期して前記内燃機関の吸気用および排気用
の各バルブを駆動する吸気用および排気用のカムシャフ
トと、前記吸気用および排気用のカムシャフトの少なく
とも一方に結合されたアクチュエータと、前記アクチュ
エータを駆動するための油圧を供給する油圧供給装置
と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記油圧供給装置
から前記アクチュエータへの供給油圧を制御し、前記ク
ランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対位相を
変更する制御手段とを備え、前記アクチュエータは、前
記相対位相の変更範囲を設定するための遅角油圧室およ
び進角油圧室と、前記相対位相を前記変更範囲内のロッ
ク位置に設定するためのロック機構と、前記油圧供給装
置から供給される所定油圧に応答して前記ロック機構を
解除するためのロック解除機構とを有し、前記制御手段
は、前記ロック機構でのロック位置の所定範囲内ではバ
ルブタイミングの制御を制限することを特徴とするもの
である。
を実施しないことであることを特徴とするものである。
フトと前記カムシャフトの位相差である検出進角量を検
出すると共に、前記内燃機関の運転状態に適したバルブ
タイミングである目標進角量を算出し、前記検出進角量
が目標進角量に略一致するように制御する場合におい
て、前記目標進角量を、前記ロック機構でのロック位置
の所定範囲としないことを特徴とするものである。
御の変動範囲もしくは定常制御の変動範囲と前記ロック
機構によるクリアランス分であることを特徴とするもの
である。
記内燃機関の運転状態が所定状態のときのみであること
を特徴とするものである。
ロック位置から定常変動とクリアランス分を考慮した範
囲内にある場合に、通常時に対し制御量を補正すること
を特徴とするものである。
くなるように補正することを特徴とするものである。
更してから検出進角量が変化するまで遅れがある場合に
前記制御量を遅れ相当分早めに補正することを特徴とす
るものである。
しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明
する。図1はこの発明の実施の形態1を示すブロック構
成図であり、前述(図12参照)と同様のものについて
は同一符号を付して詳述を省略する。
タイミングの変更制御範囲は図13に示した通りであ
り、クランク角センサ出力とカム角センサ出力との関係
は図14に示した通りである。
体的構成は、図15〜図17に示した通りであり、OC
V19および20の具体的構成は、図18〜図20に示
した通りである。
様に、エンジン始動時においてロック機構によりアクチ
ュエータ15および16をロック位置に制御するロック
制御手段と、エンジン始動後にはロック解除機構により
アクチュエータ15および16を遅角制御および進角制
御するロック解除制御手段とを含む。
5がロック凹部157に係合する位置の所定範囲内では
バルブタイミングの定常制御を実施しないで制限する制
限手段を含んでいる。これにより、アクチュエータのピ
ンロック位置の所定範囲での制御を実施しないことでロ
ックピンのひっかかりにより制御量が発散することを防
止し、機関の性能を充分に発揮し、ドライバビリティ悪
化、燃費、排ガス性能の低下を防ぐ。
の走行状態等においては、例えば、エンジン回転と負荷
による2次元マップ化した目標進角量のマップを予めE
CU21AのROMに記憶しておき、運転状態に応じた
目標進角量を設定しておけば、それぞれの運転状態で最
適なバルブタイミングとすることができる。
め、機関始動時はオイルポンプの回転数が十分でなくア
クチュエータへの供給油量が不十分であり、油圧による
進角位置の制御が不可能である。よって、図16に示す
ようにロックピン155をロック凹部157に係合する
ことにより、油圧がないことによるベーン152のばた
つきを防止する。
あり、ロックピン155による係合位置を始動時のバル
ブタイミングとなるようにする。始動時に吸気バルブを
進角しすぎるとバルブオーバラップが大きくなり、また
遅角しすぎると実圧縮比が低下し、どちらにしてもポン
ピングロスの低減によりクランキング時の回転数は上昇
して初爆発生には有利であるがその後の燃焼が十分でな
いため完爆まで至らない可能性がある。
くなり燃焼エネルギをクランクに十分に伝達できなくな
る。遅角しすぎるとオーバラップが大きくなり吸気の進
角しすぎの場合と同じこととなる。これら始動および始
動直後にはバルブタイミングが進角しすぎても遅角しす
ぎても始動性を悪化もしくは始動不可能となるため、始
動および始動直後に良好なバルブタイミングとなるよう
にロックピン155によりロックする。
圧が上昇し、アクチュエータにも油圧が供給される。油
圧が供給されると、図示しないロック凹部157への油
圧供給もされ、油圧がスプリング156の力に打ち勝つ
と、ロック凹部157からロックピン155がはずれベ
ーン152は動作可能となり、OCV19、20を制御
することで遅角油圧室153、進角油圧室154に油圧
の供給をコントロールし、進角、遅角制御可能となる。
バック制御を実施する場合、略図19の状態となる保持
制御時の制御値を学習し、学習値を基準として制御を実
施する。学習を実施するのは保持制御時の制御値が機関
毎により異なるばらつきがあっても制御を安定させるた
めである。学習は保持制御時の積分値をもとに実施し、
未学習の場合、ばらつきにより積分値が大きく動くこと
があるため積分制御幅にはある程度の範囲が必要とな
る。
ンロック位置付近になり、検出進角量が目標進角量に追
従すると、OCVは図19の位置での制御となる。この
場合、進角、遅角の両方への通路が遮断され、アクチュ
エータにはOCVからの漏れ量だけの油圧が供給される
ため、油圧低下が大きく、油圧よりもスプリング156
の力が勝ってロックピン155がロック凹部157に入
る。この状態で積分制御を実施すると制御電流を変化さ
せたにも拘わらず検出進角量が変化しないので、制御電
流が発散する。よって、制御電流の発散を防止する制御
が必要となる。
2のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の
形態1による吸気側のバルブタイミング制御を例に説明
する。本処理は、ECU21A内で所定タイミング(例
えば25[ms])ごとに実施される。
でクランクシャフトとカムシャフトの位相差である検出
進角量Vdを検出する。図14でのAおよびBに相当す
るものである。そして、ステップS202で機関の負荷
状態である充填効率と機関回転数とにより機関運転状態
に適したバルブタイミングである目標進角量Vtを算出
する。
目標進角量Vtが、ロック位置Vrよりも小さく、ロッ
ク位置から定常変動Vcとロックピン155とロック凹
部157のクリアランス分Vgを考慮した位置(Vr−
(Vc+Vg/2))よりも大きいと判定された場合
は、ステップS204で目標進角量Vtを、ロック位置
から定常変動Vcとロックピン155とロック凹部15
7のクリアランス分Vgと少なくとも1LSB分αを考
慮した位置(Vr−(Vc+Vg/2)−α)とする。
目標進角量Vtが、ロック位置Vrよりも大きく、ロッ
ク位置から定常変動Vcとロックピン155とロック凹
部157のクリアランス分Vgを考慮した位置(Vr+
(Vc+Vg/2))よりも小さいと判定された場合、
ステップS206で目標進角量Vtを、ロック位置から
定常変動Vcとロックピン155とロック凹部157の
クリアランス分Vgと少なくとも1LSB分αを考慮し
た位置(Vr+(Vc+Vg/2)+α)とする。
(Vc+Vg/2)の範囲となった場合は目標進角量V
tをVr−(Vc+Vg/2)−αと設定し、目標進角
量VtがVr〜Vr+(Vc+Vg/2)の範囲となっ
た場合は目標進角量VtをVr+(Vc+Vg/2)+
αと設定することで、Vr−(Vc+Vg/2)〜Vr
+(Vc+Vg/2)の範囲内に目標進角量Vtを設定
しないようにする。
から検出進角量Vdを減算したものを制御偏差Verと
する。そして、ステップS208で制御偏差Verが定
常変動の範囲内(−Vc〜Vc)にあるかを判定し、制
御偏差が定常変動の範囲内にあればステップS210で
保持モードとする。他方、定常変動の範囲内になければ
ステップS209でPD(比例微分)モードと判定す
る。
示すフローチャートである。ステップS301で、保持
モードと判定された場合は、ステップS302で制御偏
差Verと積分ゲインIgainを乗算したものを積分
値Iiに加算して新たな積分値Iiを算出する。積分ゲ
インIgainは予め設定され、ROMに記憶された値
である。そして、ステップS303で積分値Iiと保持
電流学習値Ihを加算して制御出力値Ioutを算出す
る。保持電流学習値Ihは保持モード時に目標進角量V
tと検出進角量Vdが略一致している状態での制御出力
値Ioutを学習したものである。
定された場合は、ステップS304で制御偏差Verと
比例ゲインPgainを乗算して比例値Ipを算出す
る。そして、ステップS305で制御偏差Verから前
回の制御偏差Ver[i−1]を減算したものに微分ゲ
インDgainを乗算して微分値Idを算出する。比例
ゲインPgain、微分ゲインDgainは予め設定さ
れROMに記憶された値である。そして、ステップS3
06で比例値Ipと微分値Idと保持電流学習値Ihを
加算して制御出力値Ioutとする。保持電流学習値I
hはステップS303での保持電流学習値Ihと同じで
ある。
tもしくは保持モードで算出した制御出力値Iout
は、デューティ比に変換されてOCVに出力、制御され
る。
定常変動Vcとロックピン155とロック凹部157の
クリアランスVgを考慮する必要性について説明する。
図4は、目標進角量Vtに対する検出進角量Vdの動作
を示す図である。目標進角量Vtに対し検出進角量Vd
は、変動範囲内(−Vc〜Vc)の範囲内で積分制御に
より偏差に応じて制御される。ロックピン155とロッ
ク凹部157にはクリアランスが設けてあり、ロック凹
部157の内径とロックピン155の外径の差がクリア
ランスVgであり、ロックピン155がロック凹部15
7に係合している場合であっても、ピンロック位置Vr
を中心にクリアランス分(−Vg/2〜Vg/2)は変
動する。
定常変動VcとクリアランスVg分加算した位置とし
て、最もピンロック位置Vrに近づいた状態(図4の時
点A)でのロックピン155とロック凹部157の位置
関係が図5である。図5の位置関係では、進角側のクリ
アランスがゼロとなるため、ロックピン155はロック
凹部157に係合される。
に、ピンロック位置Vrよりも遅角側に目標進角量Vt
がある場合を示している図である。図6の時点Aが最も
検出進角量Vdがピンロック位置Vrに近づいた状態で
あり、ロックピン155とロック凹部157の位置関係
が図7となる。この場合においても遅角側のクリアラン
スがゼロとなるため、ロックピン155はロック凹部1
57に係合される。
リアランス分を考慮して目標進角量Vtは±(Vc+V
g/2)の範囲内に設定すると、ロックピン155がロ
ック凹部157に係合されてしまうため、この範囲内に
は設定しないようにする。従って、図2のステップS2
04、S1006では±(Vc+Vg/2)にさらに少
なくとも1LSB分αを考慮して目標進角量を設定す
る。
状態では、図8に示すように、目標進角量Vtがピンロ
ック位置Vr付近ではステップ的に変化することとな
る。この場合、検出進角量Vdは目標進角量Vtとの偏
差により制御量の算出を行って制御されているため、目
標進角量のステップ的変化に伴い制御量が大きくなり、
従って検出進角量の動作も早くなり、ピンロック位置を
通過するときの速度が早いため、ロックピン155がロ
ック凹部157にひっかかることなく、検出進角量は目
標進角量に追従することが可能となる。
置に目標進角量を設定して制御するのが機関性能が最良
となる場合があり、この場合、ロック位置から定常変動
とピンクリアランス分の目標進角量の変更は機関性能の
低下となる。しかし、ロックピン155がひっかかって
目標進角量が変化したときに検出進角量が追従しない、
もしくは、積分値の発散によりピンロックが外れて検出
進角量が目標進角量から大きくずれるよりは機関性能低
下は小さくて済む。
位置Vrから定常変動Vcとロックピン155とロック
凹部157間のクリアランス分Vgを考慮した範囲内に
制御しないことで、ロックピン155がロック凹部15
7にひっかかり、制御出力値Ioutを変更しているに
もかかわらず目標進角量Vtと検出進角量Vdとの偏差
がなくならずに制御出力値Ioutが積分値により発散
することを防止する。また、ロックピン155がロック
凹部157にひっかかり、積分値が大きく発散すると、
OCVのアクチュエータへの通路が確保され、ロックピ
ン155がロック凹部157から外れ、検出進角量が目
標進角量より大きく外れて、ドライバビリティ、燃費、
排ガスの悪化を防止する。
態2について説明する。図9は、この発明の実施の形態
2に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャート
である。図9において、図2に示す実施の形態1と同一
部分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
に、検出進角量Vdの検出および目標進角量Vtの算出
後(ステップS201,S202)、ステップS901
でエンジンの回転数Neが所定回転数(3000[r/
m])よりも小さいかを判定し、小さい場合のみステッ
プS203に移行して、定常変動Vcとロックピン15
5とロック凹部157のクリアランスVgを考慮した目
標進角量Vtの算出処理を行う。エンジンの回転数Ne
が所定回転数(3000[r/m])よりも小さくなけ
れば、ステップS207に移行する。その他は、実施の
形態1と同様である。
以上では、油圧が充分に確保されており、ロックピン1
55がロック凹部157に係合することはないので、ピ
ンロック位置付近に目標進角量を設定して位置制御して
も問題はない。さらに、ピンロック位置が機関性能最適
となる場合には、ピンロック位置での制御が可能である
ため機関性能低下もなくなる。
は、ピンロック位置付近での制御を実施しないことで、
実施の形態1同様にピンのひっかかりをなくし、制御値
の発散、検出進角量の目標進角量への追従不良を防止し
て、ドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止するこ
とができる。
常変動とピンクリアランス分を考慮した目標進角量設定
を実施しないとしたが、ロックピンの解除は油圧によっ
て決まり、油圧は回転数と温度要因でほぼ決まる。よっ
て、より精密に実施しようとするならば、エンジンの暖
機状態のパラメータである水温により補正するようにし
ても良いし、さらには油温を計測して補正するようにし
ても良い。または、油圧を直接計測して実施するように
しても良い。
態3について説明する。図10は、この発明の実施の形
態3に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャー
トであり、図3に示す実施の形態1におけるモードに応
じた制御内容に対応するもので、図3とはPDモード時
の制御内容が異なる。なお、図10において、図3に示
す実施の形態1と同一部分は同一符号を付して示し、そ
の説明は省略する。
に、ステップS301でPDモードと判定後、ステップ
S1001で検出進角量Vdがピンロック位置から定常
変動とクリアランス分を考慮した範囲内(Vr−(Vc
+Vg/2)<Vd<Vr+(Vc+Vg/2))にあ
ると判定された場合は、ステップS1002で補正係数
Krを1.0よりも大きい所定値(1.2)とし、ステ
ップS1001でNOの場合は、ステップS1003で
補正係数Krを1.0とする。そして、ステップS10
04で比例値Ipと微分値Idを加算したものに対し補
正係数Krを乗算し、その乗算結果に保持電流学習値I
hを加算して制御出力値Ioutとする。
アランスを考慮した範囲内にある場合は制御出力値Io
utが増加するように補正されるため、作動速度が増
し、ロックピン155がロック凹部157を速く通過す
るので、ロックピン155がロック凹部157に係合す
ることなく、ピンの引っかかりによる検出進角量が目標
進角量への追従不良を防止することができ、ドライバビ
リティ、燃費、排ガス悪化を防止する事ができる。
態4について説明する。図11は、この発明の実施の形
態4に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャー
トであり、図3に示す実施の形態1におけるモードに応
じた制御内容に対応するもので、図3とはPDモード時
の制御内容が異なる。なお、図11において、図3に示
す実施の形態1及び図10に示す実施の形態3と同一部
分は同一符号を付して示し、その説明は省略する。
に、ステップS301でPDモードと判定された後、ス
テップS1101で目標進角量Vtがロック位置から定
常変動とクリアランス分を考慮した位置(Vr+(Vc
+Vg/2))以上であり、かつ、検出進角量Vdがロ
ック位置よりも所定値小さい所定範囲内(Vr−10<
Vd<Vr−5)であると判定されれば、図10に示す
実施の形態3と同様に、ステップS1002で補正係数
Krを1.0よりも大きい所定値(1.2)とする。
れれば、ステップS1102で目標進角量Vtがロック
位置から定常変動とクリアランス分を考慮した位置(V
r−(Vc+Vg/2))以下であり、かつ、検出進角
量Vdがロック位置よりも所定値大きい所定範囲内(V
r+5<Vd<Vr+10)であるかを判定し、YES
であれば、ステップS1002で補正係数Krを1.0
よりも大きい所定値(1.2)とする。ステップS11
02でNOと判定されれば、ステップS1303で、図
10に示す実施の形態3と同様に、補正係数Krを1.
0とする。そして、ステップS1004で比例値Ipと
微分値Idを加算したものに対し補正係数Krを乗算
し、その乗算結果に保持電流学習値Ihを加算して制御
出力値Ioutとする。
てから検出進角量が変化するまで遅れがある場合、検出
進角量がピンロック位置付近となる前に動作速度が増加
するように制御出力値Ioutを補正することで、ピン
ロック位置での検出進角量の動作が速くなるため、ロッ
クピン155がロック凹部157を素早く通過するた
め、ピンがひっかかることなく、ドライバビリティ、燃
費、排ガスの悪化を防止することができる。
ピンがロック凹部に係合する位置では、バルブタイミン
グの定常制御は実施しないことで、ロックピンがロック
凹部に係合されることを防止し、ロックピンのひっかか
りにより機関性能に最適な設定としている目標進角量へ
の追従不良を防止し、ドライバビリティ、燃費、排ガス
悪化を防止することができる。
する場合には、制御値を作動速度が増加する方に補正す
ることで、ロックピンがロック凹部に係合することを防
止し、ロックピンのひっかかりにより機関性能に最適な
設定としている目標進角量への追従不良を防止し、ドラ
イバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することができ
る。
グ制御装置の構成を示すブロック図である。
の制御動作を示すフローチャートである。
チャートである。
作を示す説明図である。
常変動VcとクリアランスVg分加算した位置として、
最もピンロック位置Vrに近づいた状態(図4の時点
A)でのロックピン155とロック凹部157の位置関
係を示す説明図である。
角側に目標進角量Vtがある場合を示す説明図である。
角側に目標進角量Vtがある場合を示す説明図である。
はステップ的に変化することを示す図である。
の制御動作を示すフローチャートである。
Aの制御動作を示すフローチャートである。
Aの制御動作を示すフローチャートである。
置を示すブロック構成図である。
置による位相変更範囲をクランク角位置に対するバルブ
リフト量の関係により示す説明図である。
ンサの各出力パルスの位相関係を示すタイミングチャー
トである。
内部構造を示す透視図である。
内部構造を示す透視図である。
内部構造を示す透視図である。
状態での内部構造を示す側断面図である。
を示す側断面図である。
示す側断面図である。
インジェクタ、8点火プラグ、9 点火コイル、10
排気管、11 O2センサ、12 触媒、14 クラ
ンク角センサ、15、16 アクチュエータ、15C、
16C カムシャフト、17、18 カム角センサ、1
9、20 OCV(オイルコントロールバルブ)、21
A ECU、152 ベーン、153 遅角油圧室、1
54進角油圧室、155 ロックピン、156 スプリ
ング、157 ロック凹部、192 スプール、193
コイル、194 スプリング。
Claims (8)
- 【請求項1】 内燃機関の運転状態を検出するセンサ手
段と、 前記内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して前記
内燃機関の吸気用および排気用の各バルブを駆動する吸
気用および排気用のカムシャフトと、 前記吸気用および排気用のカムシャフトの少なくとも一
方に結合されたアクチュエータと、 前記アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油
圧供給装置と、 前記内燃機関の運転状態に応じて前記油圧供給装置から
前記アクチュエータへの供給油圧を制御し、前記クラン
クシャフトに対する前記カムシャフトの相対位相を変更
する制御手段とを備え、 前記アクチュエータは、前記相対位相の変更範囲を設定
するための遅角油圧室および進角油圧室と、前記相対位
相を前記変更範囲内のロック位置に設定するためのロッ
ク機構と、前記油圧供給装置から供給される所定油圧に
応答して前記ロック機構を解除するためのロック解除機
構とを有し、 前記制御手段は、前記ロック機構でのロック位置の所定
範囲内ではバルブタイミングの制御を制限することを特
徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項2】 前記制御を制限するとは、定常制御を実
施しないことであることを特徴とする請求項1に記載の
内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項3】 前記制御手段は、前記クランクシャフト
と前記カムシャフトの位相差である検出進角量を検出す
ると共に、前記内燃機関の運転状態に適したバルブタイ
ミングである目標進角量を算出し、前記検出進角量が目
標進角量に略一致するように制御する場合において、前
記目標進角量を、前記ロック機構でのロック位置の所定
範囲としないことを特徴とする請求項2に記載の内燃機
関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項4】 前記所定範囲は、少なくとも定常制御の
変動範囲もしくは定常制御の変動範囲と前記ロック機構
によるクリアランス分であることを特徴とする請求項1
に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項5】 前記定常制御を実施しないのは、前記内
燃機関の運転状態が所定状態のときのみであることを特
徴とする請求項2に記載の内燃機関のバルブタイミング
制御装置。 - 【請求項6】 前記制御手段は、前記検出進角量がロッ
ク位置から定常変動とクリアランス分を考慮した範囲内
にある場合に、通常時に対し制御量を補正することを特
徴とする請求項1に記載の内燃機関のバルブタイミング
制御装置。 - 【請求項7】 前記制御量の補正は、動作速度が速くな
るように補正することを特徴とする請求項6に記載の内
燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項8】 前記制御手段は、前記制御量を変更して
から検出進角量が変化するまで遅れがある場合に前記制
御量を遅れ相当分早めに補正することを特徴とする請求
項6に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
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JP (1) | JP3641595B2 (ja) |
KR (1) | KR100473096B1 (ja) |
DE (1) | DE10158505A1 (ja) |
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