JP3059162B1 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Abstract
イミング制御を可能にする内燃機関のバルブタイミング
制御装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 バルブオーバラップの最小時に、クラン
ク角に対するカム角の位相差を学習する学習手段と、学
習手段に、クランク角に対するカム角の位相差を学習さ
せるための学習指令を送信する学習指令送信手段と、学
習値と現在のクランク角に対するカム角の位相差との偏
差に基づき、可変バルブタイミング手段を駆動するため
の制御量を演算するバルブタイミング制御量演算手段と
を備えてなり、内燃機関を搭載する車両の出荷前、また
は、点検時にのみ学習指令送信手段を用いると共に、学
習手段は、学習指令送信手段から学習指令を受信した場
合にのみ、クランク角に対するカム角の位相差を学習す
る。
Description
グの最遅角位置を学習する内燃機関のバルブタイミング
制御に関するものである。
および排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミング
を可変制御する装置はよく知られている。また、この種
の装置を制御する装置も、たとえば特開平9−3452
64号公報に掲載されているようによく知られている。
以下、図11〜図19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ついて説明する。
アクチュエータを有するガソリン内燃機関システムを示
す概略構成図である。図11において、内燃機関1は、
複数(たとえば、4つ)の気筒からなり、内燃機関の本
体を構成している。ここでは、代表的に内燃機関1の1
気筒分のみが図示されている。
ンダ部を形成している。シリンダヘッド3は、シリンダ
ブロック2の上部に連結されている。ピストン4は、シ
リンダブロック2内の各シリンダに収納されて、上下方
向に往復移動する。クランクシャフト5は、ピストン4
の下端部に連結されており、ピストン4の上下動により
回転させられる。
シャフト5の近傍に配設された電磁ピックアップからな
り、内燃機関1の回転に同期したクランク角信号SGT
を出力する。クランク角信号SGTは、内燃機関1の回
転数Neの検出に用いられるとともに、クランクシャフ
ト5が所定の基準クランク角度(degCA)にあるこ
とを検出するために用いられる。
に一体に連結されており、シグナルロータ7の外周に
は、磁性体からなる2個の歯7aが回転角180°毎に
形成されている。各歯7aは、クランク角センサ6の前
方を通過する毎に、クランク角センサ6からパルス状の
クランク角信号SGTを発生させる。
リンダヘッド3の内壁と、ピストン4の頂部とによって
形成されており、内燃機関1に吸入された混合気を燃焼
させる。点火プラグ9は、燃焼室8内に突出するよう
に、シリンダヘッド3の頂部に配設されており、放電に
より混合気に点火する。
ド3の排気側カムシャフト20(後述する)に連結して
配設されており、各シリンダ毎の点火プラグ9に点火用
の高電圧を順次印加する。イグナイタ11は、点火用の
高電圧を発生する。
ず)を介してディストリビュータ10に接続されてお
り、イグナイタ11から出力された高電圧は、ディスト
リビュータ10を介して、クランクシャフト5の回転に
同期して各点火プラグ9に分配される。
配設されており、冷却水通路を流れる冷却水の温度(冷
却水温)Wを検出する。吸気ポート13は、シリンダヘ
ッド3の吸気側に設けられており、排気ポート14は、
シリンダヘッド3の排気側に設けられている。
れており、排気通路16は、排気ポート14に連通され
ている。吸気バルブ17は、シリンダヘッド3の吸気ポ
ート13に配設されており、排気バルブ18は、シリン
ダヘッド3の排気ポート14に配設されている。
7の上方に配置されて、吸気バルブ17を開閉駆動す
る。排気側カムシャフト20は、排気バルブ18の上方
に配置されて、排気バルブ18を開閉駆動する。
ムシャフト19の一端に装着されており、排気側タイミ
ングプーリ22は、排気側カムシャフト20の一端に装
着されている。タイミングベルト23は、各タイミング
プーリ21および22をクランクシャフト5に連結して
いる。各カムシャフト19および20は、クランクシャ
フト5の1/2の速度で回転する。
ャフト5の回転駆動力は、タイミングベルト23、各タ
イミングプーリ21および22を介して各カムシャフト
19および20に伝達されており、各カムシャフト19
および20を回転させる。
ルブ18は、クランクシャフト5の回転およびピストン
4の上下動に同期して開閉駆動される。すなわち、各バ
ルブ17および18は、内燃機関1における吸気行程、
圧縮行程、爆発(膨張)行程および排気行程からなる一
連の4行程に同期して、所定の開閉タイミングで駆動さ
れる。
19の近傍に配設されており、吸気バルブ17の動作タ
イミング(バルブタイミング)を検出するためのカム角
信号SGCを出力する。
ト19に一体に連結されており、シグナルロータ25の
外周には、磁性体からなる4個の歯25aが回転角90
°毎に形成されている。各歯25aは、カム角センサ2
4の前方を通過する毎に、カム角センサ24からパルス
状のカム角信号SGCを発生させる。
途中に配設されており、アクセルペダル(図示せず)に
連動して開閉駆動されることにより、内燃機関1への空
気流量すなわち吸入空気量Qを調整する。スロットルセ
ンサ27は、スロットルバルブ26に連結されており、
スロットル開度θを検出する。
ブ26の上流側に配設されており、吸気通路15に流れ
る吸入空気量Qをたとえば熱方式で検出する。サージタ
ンク29は、スロットルバルブ26の下流側に形成され
ており、吸気脈動を抑制する。
ート13の近傍に個別に配設されており、燃料を噴射し
て燃焼室8内に混合気を供給する。各インジェクタ30
は、通電により開放される電磁バルブからなり、各イン
ジェクタ30には、燃料ポンプ(図示せず)から圧送さ
れる燃料が供給されている。
5に空気が取り込まれると同時に、各インジェクタ30
は、吸気ポート13に向けて燃料を噴射する。この結
果、吸気ポート13において混合気が生成され、この混
合気は、吸入行程において、吸気バルブ17の開放によ
り燃焼室8内に吸入される。
下、VVTアクチュエータと称する)40は、吸気側カ
ムシャフト19に連結されており、作動油(内燃機関1
の潤滑油)により駆動されて、吸気バルブ17(また
は、吸気バルブ17および排気バルブ18の少なくとも
一方)のバルブタイミングを変更する。
ミングプーリ21に対する吸気側カムシャフト19の変
位角度を変化させることにより、吸気バルブ17のバル
ブタイミングを連続的に変更させる。オイルコントロー
ルバルブ(以下、OCVと称する)80は、VVTアク
チュエータ40に作動油を供給するとともに、作動油の
油量を調整する。
る)100は、マイクロコンピュータ(後述する)から
なり、内燃機関1の運転状態を示す各種センサ信号(吸
入空気量Q、スロットル開度θ、冷却水温W、クランク
角信号SGT、カム角信号SGCなど)に基づいて、各
種アクチュエータ(インジェクタ30、イグナイタ1
1、OCV80など)を駆動し、内燃機関1に対する燃
料噴射量、点火時期、バルブタイミングなどを制御す
る。
VTアクチュエータ40およびOCV80を含むバルブ
タイミング可変手段の具体的な構成について説明する。
図12はVVTアクチュエータ40が配設された吸気側
カムシャフト19の近傍の構成を示す断面図であり、V
VTアクチュエータ40を駆動するための作動油供給手
段(OCV80)の構成も示している。
一符号が付されている。VVTアクチュエータ40は、
吸気バルブタイミングを調整しており、OCV80は、
VVTアクチュエータ40に供給される作動油の量を制
御する。吸気側タイミングプーリ21は、クランクシャ
フト5とともに回転するタイミングベルト23を介し
て、クランクシャフト5と同期して回転する。
ュエータ40を介することにより、吸気側タイミングプ
ーリ21の回転が位相変更されて伝達される。軸受41
は、シリンダヘッド3(図11参照)に固定されてお
り、吸気側カムシャフト19を回転自在に支持してい
る。
側カムシャフト19およびロータ52(後述する)に設
けられている。第1油路42は、ロータ52を遅角方向
に移動させるための遅角油圧室62(後述する)に連通
されており、第2油路43は、ロータ52を進角方向に
移動させるための進角油圧室63(後述する)に連通さ
れている。
収納されたオイルパン90から作動油を導出し、オイル
フィルタ92は、導出された作動油を浄化する。オイル
パン90、オイルポンプ40およびオイルフィルタ92
は、内燃機関1(図11参照)の各部を潤滑するための
潤滑手段を構成するとともに、OCV80と協動してV
VTアクチュエータ40への作動油供給手段を構成して
いる。
設けられた前述のクランク角センサ6などを含み、クラ
ンク角信号SGTなどの内燃機関1の種々の運転状態情
報をECU100に入力する。
ジング81内を摺動する。リニアソレノイド83は、E
CU100からの制御信号にしたがってスプールバルブ
82を摺動させる。スプリング84は、リニアソレノイ
ド83による駆動方向と反対方向にスプールバルブ82
を付勢する。
は、ハウジング81に形成されている。供給ポート85
は、オイルフィルタ92を介してオイルポンプ40に連
通されており、Aポート86は、第1油路42に連通さ
れており、Bポート87は、第2油路43に連通されて
おり、排出ポート88aおよび88bは、オイルパン9
0に連通されている。
ャフト5の回転に連動してオイルポンプ40が作動する
ことにより、オイルパン90内の作動油は、吸い上げら
れて吐出される。吐出された作動油は、オイルフィルタ
92を介して、OCV80により各油路42および43
に選択的に圧送される。
バルブ82の摺動によって各ポート86および87の開
度が連続可変されることにより増減される。このとき、
各ポート開度は、リニアソレノイド83に供給される電
流値i(制御量)により決定される。ECU100は、
クランク角センサ6、カム角センサ24などの各種セン
サ信号に基づき、リニアソレノイド83に供給する電流
iを制御する。
4は、吸気側カムシャフト19に対して回転自在に配置
されており、ケース45は、ハウジング44に固定され
ている。板バネ式のバックスプリング46は、チップシ
ール49(後述する)とケース45との間に設置されて
おり、チップシール49をロータ52(後述する)に押
し付けている。
45に固定されている。ボルト48は、ハウジング4
4、ケース45およびカバー47を固定している。チッ
プシール49は、バックスプリング46によりロータ5
2に押し付けられており、ロータ52およびケース45
によって区切られた油圧室間の作動油の移動を防止して
いる。プレート50は、ネジ51を介してカバー47に
固定されている。
固定されており、ケース45に対して相対的に回転可能
に配置されている。円柱状のホルダ53は、ロータ52
に設けられており、プランジャ54(後述する)と係合
する凹部を有する。
ング55(後述する)の弾力性と、ホルダ53内に導入
される油圧とにより、ハウジング44内を摺動する。ス
プリング55は、プランジャ54をロータ52方向に付
勢する。プランジャ油路56は、スプリング55の付勢
力に抗する油圧をプランジャ54に印加するための作動
油を導入する。空気穴57は、プランジャ54のスプリ
ング55側を常時大気圧に設定する。
9とロータ52とを連結して固定する。軸ボルト59
は、吸気側カムシャフト19とロータ52とを、その回
転軸で連結して固定する。軸ボルト59は、カバー47
に対して回転可能に設けられている。空気穴60は、軸
ボルト59および吸気側カムシャフト19内に設けられ
ており、プレート50の内側を大気圧と同圧に設定す
る。
ンジャ54に油圧が印加された状態を示す部分断面図で
ある。図13に示されるように、プランジャ54は、油
圧によりスプリング55を圧縮しながらハウジング44
側に押し付けられる。これにより、プランジャ54とホ
ルダ53との間の係合が解かれて、ロータ52は、ハウ
ジング44に対して回転可能な状態となる。
向から見た断面図、図15はスライドプレート71の移
動状態を示す部分断面図、図16は図12内のY−Y線
による矢印方向から見た断面図、図17は図12内のZ
−Z線による矢印方向から見た断面図である。
は、ボルト48が螺合されている。扇柱状の遅角油圧室
62は、ロータ52と一体の第1〜第4ベーン64〜6
7(後述する)を遅角方向に回転させる。遅角油圧室6
2は、第1〜第4ベーン64〜67のそれぞれに対応し
て、ロータ52、ケース45、カバー47およびハウジ
ング44に囲まれて設けられている。また、遅角油圧室
62は、第1油路42に連通しており、第1油路42か
ら作動油が供給される。
ーン64〜67を進角方向に回転させる。進角油圧室6
3は、第1〜第4ベーン64〜67のそれぞれに対応し
て、ロータ52、ケース45、カバー47およびハウジ
ング44に囲まれて設けられている。進角油圧室63
は、第2油路43に連通しており、第2油路43から作
動油が供給される。
給される作動油の量に応じて、ロータ52がハウジング
44に対して相対移動することにより、各油圧室62お
よび63の体積は変化する。
向に凸設されている。第1ベーン64のハウジング44
側には、ホルダ53が嵌め込まれており、カバー47側
には連通油路70(後述する)が凹設されている。連通
油路70の途中には、移動溝72(後述する)が凹設さ
れている。プランジャ油路56は、移動溝72からホル
ダ53を通って、ハウジング44側まで貫通されてい
る。
れ、ロータ52から外径方向に凸設されている。第1〜
第4ベーン64〜67のケース45と当接する部位に
は、チップシール73(後述する)が設けられている。
分を構成している。シュー69は、ケース45から内径
方向に凸設されている。シュー69には、ボルト48が
挿入されるボルト穴61が設けられるとともに、ベーン
支持体68と当接する部位には、チップシール49が設
けられている。
遅角油圧室62と進角油圧室63とを連通している。ス
ライドプレート71は、連通油路70の途中に設けられ
た移動溝72(後述する)内を移動する。連通油路70
は、スライドプレート71によって分断されており、遅
角油圧室62と進角油圧室63との間で油漏れがないよ
うに構成されている。
の油圧が高いときには、進角油圧室63側に移動し(図
14参照)、進角油圧室63の油圧が高いときには、遅
角油圧室62側に移動する(図15参照)。移動溝72
は、連通油路70の途中に凹設されており、移動溝72
の途中にプランジャ油路56が連通している。
71が進角油圧室63側に移動した場合(図14参照)
には遅角油圧室62と連通し、スライドプレート71が
遅角油圧室62側に移動した場合(図15参照)には進
角油圧室63と連通する。
4〜67のそれぞれに設けられており、各ベーンとケー
ス45との間をシールして、油漏れを防止する。図1
4、図16および図17内の矢印は、タイミングベルト
23などによるVVTアクチュエータ40の全体の回転
方向を示している。
CV80の具体的な動作について説明する。まず、内燃
機関1が停止した状態においては、ロータ52の位置
は、図14に示されるように、最も遅角位置(すなわ
ち、ハウジング44に対して、遅角方向に最大に相対回
動した位置)にある。以下、ロータ52の位置が最も近
くした位置にあるときのバルブタイミングは最遅角位置
にあると称し、また、バルブタイミングが最遅角位置に
あるときのクランク角に対する吸気側のカム角の位相差
(進角量)を最遅角量と称する。
0に供給される油圧が低い(または、大気圧状態にあ
る)ので、第1油路42および第2油路43には油圧が
供給されない。したがって、プランジャ油路56に油圧
が供給されないので、図12に示すように、プランジャ
54は、スプリング55の付勢力によりホルダ53に押
し付けられており、プランジャ54およびホルダ53は
係合されている。
ンプ40が稼動し、OCV80に供給される油圧が上昇
し、Aポート86を介して遅角油圧室62に油圧が供給
される。このとき、遅角油圧室62の油圧によって、ス
ライドプレート71が進角油圧室63側に移動し、遅角
油圧室62とプランジャ油路56とが連通する。これに
より、プランジャ54が押圧されて、ハウジング44側
に移動し、プランジャ54とロータ52との係合が解除
される。
給されているので、各ベーン64〜67は、遅角方向の
シュー69に当接されて押圧されている状態にある。し
たがって、プランジャ54による係合が解除されても、
ハウジング44およびロータ52は、遅角油圧室62の
油圧によって互いに押し付け合い、振動や衝撃が低減ま
たは解消される。
ポート87が開放されると、第2油路43を介して進角
油圧室63に作動油が供給されるので、進角油圧室63
から連通油路70に油圧が伝わり、スライドプレート7
1は、油圧により押圧されて遅角油圧室62側に移動す
る。
ンジャ油路56は、連通油路70の進角油圧室63側に
連通し、進角油圧室63からプランジャ油路56に油圧
が伝えられる。この油圧によって、図13に示すよう
に、プランジャ54がスプリング55の付勢力に抗して
ハウジング44側に移動し、プランジャ54とホルダ5
3との係合が解除される。
の係合が解除された状態で、Aポート86およびBポー
ト87を開閉させて供給油量を調節することにより、遅
角油圧室62および進角油圧室63の油量を調節し、ハ
ウジング44の回転に対してロータ52の回転を進角ま
たは遅角させることができる。
ミングの検出動作について説明する。図18はクランク
角信号SGT、最遅角時のカム角信号SGCdおよび進
角時のカム角信号SGCaを示すタイミングチャートで
あり、クランク角信号SGTとカム角信号SGCdおよ
びSGCaの位相関係と、実バルブタイミングTaの算
出処理方法とを示している。
周期Tを計測するとともに、カム角信号SGCaからク
ランク角信号SGTまでの位相差時間ΔTaを計測す
る。また、バルブタイミングが最遅角位置にある場合の
位相差時間ΔTdと、クランク角信号周期Tとに基づい
て、最遅角量Tdを、以下の(1)式により求め、EC
U100のRAM内に記憶する。なお、最遅角量Tdと
は、吸気側のバルブタイミングが最遅角位置にある場合
の進角量をいい、この値は、吸気バルブと排気バルブと
のバルブオーバラップが最小であるときのクランク角に
対する吸気側のカム角の進角量を示している。
a、クランク角信号周期Tおよび最遅角量Tdに基づい
て、実バルブタイミングTaを、以下の(2)式により
求める。
製品ばらつき(カム角センサの取り付け及び出力信号の
ばらつき)を補正し、正しい実バルブタイミングTa算
出するためである。電流制御回路114は、OCV80
のリニアソレノイド電流iを制御する。CPU102
は、各種入力信号に基づいてOCV80のリニアソレノ
イド電流iを演算するとともに、タイマ107の時間計
測結果に基づき、出力ポート108にOCV80のリニ
アソレノイド電流iに相当するデューティ信号を出力す
る。
ング制御装置における電子制御ユニットの内部構成を示
すブロック図である。図19において、ECU100は
マイクロコンピュータ101を含む。
算や判定を行うCPU102と、所定の制御プログラム
などがあらかじめ格納されたROM103と、CPU1
02の演算結果などを一時記憶するRAM104と、ア
ナログ電圧をデジタル値に変換するA/D変換器105
と、入力信号の周期などを計測するカウンタ106と、
出力信号の駆動時間などを計測するタイマ107と、出
力インタフェイスとなる出力ポート108と、各ブロッ
ク102〜108を接続するコモンバス109とから構
成されている。
6からのクランク角信号SGTおよびカム角センサ24
からのカム角信号SGCをそれぞれ波形整形し、割込み
指令信号INTとしてマイクロコンピュータ101に入
力する。CPU102は、割込み指令信号INTによっ
て割込みがかけられる毎に、カウンタ106の値を読み
取って、RAM104に記憶する。
信号SGTが入力されたときのカウンタ値と今回値との
差から、クランク角信号SGTの周期T(図18参照)
を算出し、さらに、クランク角信号周期Tに基づいて、
機関回転数Neを算出する。
が入力されたときのカウンタ値をRAM104から読み
出し、クランク角信号SGTが入力されたときのカウン
タ値との差から、位相差時間ΔTを算出する。
らの冷却水温W、スロットルセンサ27からのスロット
ル開度θ、および、吸入空気量センサ28からの吸入空
気量Qを取り込み、ノイズ成分の除去や増幅などの処理
を施して、A/D変換器105に入力する。A/D変換
器105は、冷却水温W、スロットル開度θおよび吸入
空気量Qを、それぞれデジタルデータに変換してCPU
102に入力する。
動するための制御信号を出力し、駆動回路113は、イ
グナイタ11を駆動するための制御信号を出力する。C
PU102は、各種入力信号に基づいてインジェクタ3
0の駆動時間およびイグナイタ11の点火タイミングを
演算するとともに、タイマ107の時間計測結果に基づ
き、出力ポート108、各駆動回路112および113
を介してインジェクタ30およびイグナイタ11を駆動
し、燃料噴射量および点火時期を制御する。
アソレノイド電流iを制御する。CPU102は、各種
入力信号に基づいてOCV80のリニアソレノイド電流
iを演算するとともに、タイマ107の時間計測結果に
基づき、出力ポート108にOCV80のリニアソレノ
イド電流iに相当するデューティ信号を出力する。
基づき、OCV80のリニアソレノイド83にリニアソ
レノイド電流iが流れるように制御し、バルブタイミン
グの制御を行う。
介して入力されるバッテリの電圧から定電圧を生成し、
マイクロコンピュータ101は、電源回路115から供
給される定電圧により動作する。
御装置は、バルブタイミングの最遅角位置を学習しなが
ら、バルブタイミングの制御を行っている。従来の内燃
機関のバルブタイミング制御装置は、運転モードとし
て、例えば、アイドル運転モード、低速運転モードある
いは加減速運転モード等を設定しており、これらの各運
転モードにおいて、バルブタイミングの最遅角位置を学
習し、この最遅角位置の学習値に基づいて、バルブタイ
ミングを制御していた。
ップが最小になるように吸気側ないし排気側のバルブタ
イミングを制御する。例えば、最遅角位置の学習値に基
づき、吸気側のバルブタイミングを最も遅角した状態に
設定する。そして、この最遅角位置を常時学習しながら
バルブタイミングを制御する。
では、例えば、機関回転数が1000rpmから500
0rpmの間にある場合に、運転状況に応じて吸気側の
バルブタイミングを進角させる。例えば、車両が停止し
た状態から徐々に加速して速度を上昇させるような場合
には、図9に示すように、機関回転数が1000rpm
を超えたあたりから機関回転数の上昇に伴って吸気側の
バルブタイミングを徐々に進角させる。そして、ある機
関回転数においてバルブタイミングを最も進角させてか
ら、再びバルブタイミングを徐々に遅角させ、機関回転
数が約5000rpmになったところでバルブタイミン
グが最遅角位置に戻るようになっている。
内燃機関のバルブタイミング制御装置では、各学習モー
ド中において、バルブタイミングの最遅角位置を常時学
習していた。このため、例えば、潤滑油中に異物が存在
する場合において、進角油圧室あるいは遅角油圧室に異
物が混入すると、実際にはバルブタイミングが最遅角位
置まで遅角されていない状態で、最遅角位置を誤学習す
ることが生じうる。このような場合には、正常なバルブ
タイミングの制御が行われず、運転性能及び排ガスの清
浄度の悪化を招くおそれがあるという課題があった。
決するためになされたものであり、バルブタイミングの
正確な最遅角位置を学習することにより、運転性能及び
排ガスの清浄度を向上させることのできる内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
ルブタイミング制御装置は、内燃機関の潤滑油圧を利用
して、クランク角に対するカム角を進角または遅角させ
る可変バルブタイミング手段を備える内燃機関のバルブ
タイミング制御装置であって、内燃機関のクランク角を
検出するクランク角検出手段と、内燃機関のカム角を検
出するカム角検出手段と、クランク角に対するカム角の
位相差である進角量を演算する位相差演算手段と、吸気
バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが最小の時
に、クランク角に対するカム角の位相差を学習する学習
手段と、学習手段に、クランク角に対するカム角の位相
差を学習させるための学習指令を送信する学習指令送信
手段と、学習手段によって学習されるクランク角に対す
るカム角の位相差の学習値と、進角量演算手段によって
演算される現在のクランク角に対するカム角の位相差と
の偏差に基づき、可変バルブタイミング手段を駆動する
ためのバルブタイミング制御量を演算するバルブタイミ
ング制御量演算手段とを備えてなり、当該内燃機関を搭
載する車両の出荷前、または、点検時にのみ学習指令送
信手段を用いると共に、学習手段は、学習指令送信手段
から学習指令を受信した場合にのみ、クランク角に対す
るカム角の位相差を学習することを特徴とする。
ら学習指令を受信すると、運転状態制御手段は、機関回
転数を所定の範囲内に制御し、学習手段は、機関回転数
が所定の範囲内にあることを確認した場合にのみ、クラ
ンク角に対するカム角の位相差を学習することを特徴と
する。
000rpm以上2000rpm未満の範囲であること
を特徴とする。
500rpm以上2000rpm未満の範囲であること
を特徴とする。
300rpm±100rpmの範囲であることを特徴と
する。
まっていないと判定された場合には、現在の機関回転数
と目標機関回転数との差に基づいて補正を行い、当該補
正値を用いたフィードバック制御により、機関回転数が
所定の範囲内に収まるように制御することを特徴とす
る。
トルバルブをバイパスして外気をシリンダ内に吸入させ
るための通路に配設された電磁弁の開度を調整すること
によって行われることを特徴とする。
の実施の形態1に係る内燃機関のバルブタイミング制御
装置の構成を機能的に示すブロック図である。図1に示
すように、この発明の実施の形態1に係る内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置はECU201を備える。EC
U201は、最遅角量学習手段202、内燃機関運転制
御手段203および実バルブタイミング検出手段204
を備える。
段として機能し、内燃機関運転制御手段203は、クラ
ンク角検出手段、カム角検出手段およびバルブタイミン
グ制御量演算手段として機能し、実バルブタイミング手
段204は、位相差演算手段として機能する。また、学
習指令送信装置205は、学習指令送信手段として機能
する。
201に接続する外部機器であって、最遅角量学習手段
202にバルブタイミングの最遅角位置の学習を行わせ
るための学習指令信号を最遅角量学習手段202に送信
する機能を有する信号発信手段である。従って、本発明
に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、学習指
令送信装置205から学習指令信号を受信したときにの
み最遅角量を学習するものである。従って、ECU20
1は、従来のようなアイドル学習モード、低速学習モー
ドおよび加減速学習モードを行わない。このため、EC
U201は、基本的には、従来のようなアイドル学習モ
ード、低速学習モードおよび加減速学習モードを行う機
能を備える必要はなく、また、これらの機能を非常時に
のみ用いるために備えていても良い。
は、一般的には、内燃機関の組立終了後、車両を製品と
して出荷する前にECU201に接続して用いる機器で
ある。なお、この発明の実施の形態1では、吸気側にバ
ルブタイミング制御装置を有する内燃機関に本発明を適
用する場合について説明する。
ングが最遅角位置にある場合におけるクランク角と吸気
バルブ側のカム角の位相差(進角量)を演算し、該進角
量を学習値として記憶保持する。以下、吸気側のバルブ
タイミングが最遅角位置にある場合の進角量を最遅角量
と称する。この値は、吸気バルブと排気バルブとのバル
ブオーバラップが最小であるときのクランク角に対する
吸気側のカム角の位相差(進角量)を示している。な
お、クランク角およびカム角は、クランク角センサ6お
よびカム角センサ24によってそれぞれ検出される。内
燃機関運転制御手段203は、内燃機関1の燃料噴射
量、点火時期、バルブタイミング等を制御する。また、
実バルブタイミング検出手段204は、現在の運転状態
における進角量と上述の最遅角量との偏差を検出する。
この偏差は、VVT機構によって吸気側のバルブタイミ
ングが実質的に進角される量(以下、VVT制御量と称
す)を表す。
信するための押釦スイッチ(図示せず)を有している。
この押釦スイッチを操作すると、最遅角位置を学習する
最遅角量学習モードの実行を指示する信号Lsが学習指
令送信装置205から最遅角量学習手段202に送信さ
れる。最遅角量学習手段202は、信号Lsを受信する
と、内燃機関運転制御手段203に指令信号Esを送信
し、内燃機関運転制御手段203が検出する吸気バルブ
と排気バルブとのバルブオーバラップが最小であるとき
のクランク角に対する吸気側のカム角の位相差を最遅角
量として学習する。そして、内燃機関運転制御手段20
3は、最遅角量学習手段202が学習した最遅角量に基
づいて内燃機関を運転制御する。
最遅角量学習モードの処理内容を示すフローチャートで
ある。まず、ステップA1において、式(1)に基づ
き、最遅角量Tdを算出する。次に、ステップA2にお
いて、学習指令送信装置205から、最遅角量学習モー
ドを実行するための信号Lsを受信したか否かを判定す
る。ステップA2において、学習指令送信装置205か
ら信号Lsを受信していないと判定された場合には、フ
ローはステップA4へ進行する。
信装置205から信号Lsを受信したと判定された場合
には、フローはステップA3へ進行する。ステップA3
では、最遅角量学習モード実行フラグをセットし、フロ
ーはさらにステップA4に進行する。次に、ステップA
4において、最遅角量学習モード実行フラグがセットさ
れているか否かを判定する。ステップA4において、最
遅角量学習モード実行フラグがセットされていないと判
定された場合には、フローはリターンし、ステップA1
から再び処理を開始する。一方、ステップA4におい
て、最遅角量学習モード実行フラグがセットされている
と判定された場合には、フローはステップA5へ進行す
る。
設定されているか否かを判定する。最遅角量学習モード
が設定されていなければ、フローはリターンし、ステッ
プA1から再び処理を開始する。一方、ステップA5に
おいて、最遅角量学習モードが設定されていると判定さ
れた場合には、フローはステップA6に進行する。ステ
ップA6では、最遅角量Tdを学習し、これを記憶保持
する。ステップA6において最遅角量Tdを記憶保持す
ると、フローはステップA7に進行し、最遅角量学習モ
ード実行フラグをクリアする。ステップA7が終了する
と、フローはリターンし、ステップA1から処理を繰り
返し行う。
らず、吸気側のバルブタイミングを最遅角位置に制御す
る。即ち、最遅角量学習モードでは、吸気側のバルブタ
イミングを進角させることはない。そして、この最遅角
量学習モードにおいて、最遅角量学習手段202は、式
(1)に基づいて最遅角量Tdを算出する。このような
最遅角量学習モードで最遅角量を学習するときには、潤
滑油中に異物が混入していることはないので、吸気側の
バルブタイミングは最遅角位置にあり、正確な最遅角量
を学習することができる。
習された最遅角量は、ECU201内のROMに記憶保
持される。このようなROMは、例えば、イグニッショ
ンがオフの時であっても、バッテリから常時電力を供給
することにより、学習した最遅角量Tdをバックアップ
できるようにしてもよいし、また、このようなバックア
ップを必要としないEEPROMを用いて最遅角量Td
を記憶保持させてもよい。
機関のバルブタイミング制御装置によれば、ECU20
1が信号Lsを学習指令送信装置205から受信したと
きにのみ最遅角量を学習するので、潤滑油中に異物が混
入することなどによって、最遅角量を誤学習することが
ない。この結果、吸気側のバルブタイミングが最遅角位
置にある時に、正確な最遅角量を学習することができ
る。なお、このように学習指令送信装置を用いて最遅角
量を学習させるのは、出荷前に限らず、出荷後にも定期
的に行うようにしても良い。そのようにすれば、出荷後
における機器の経年変化にも対応することができ、内燃
機関の運転状態を長期にわたって良好に保つことができ
る。
形態1に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置によ
る処理内容を示すフローチャートである。この発明の実
施の形態2に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置
の構成は、実施の形態1に準ずるものであり、以下で説
明する処理内容が実施の形態1の場合と異なるだけであ
る。図3において、ステップA1ないしA7は、図2に
示すステップと同一であるため、その説明を省略する。
ップA30に進行し、機関回転数Neを演算する。ステ
ップA30で機関回転数Neを演算すると、フローはス
テップA2およびステップA3を経由してステップA4
に進行する。なお、ステップA2でNoと判定された場
合には、ステップA3を経由せずに直接ステップA4に
進行する。ステップA4で学習フラグがセットされる
と、フローはステップA31に進行し、目標機関回転数
を1000rpmから2000rpmの間に設定する。
目標機関回転数が設定されると、ECU201は機関回
転数を制御する。
転数Neが1000rpm以上であるか否かを判定す
る。ステップA32で機関回転数が1000rpm以上
であると判定されると、フローはステップA33に進行
し、機関回転数が2000rpm以下であるか否かを判
定する。ステップA33で機関回転数が2000rpm
より低いと判定されると、フローはステップA6および
ステップA7に進行する。なお、ステップA32で機関
回転数が1000rpm以下であると判定された場合に
は、または、ステップA33で機関回転数が2000r
pm以上であると判定された場合には、フローはリター
ンし、ステップA1から全処理が行われる。
内燃機関のバルブタイミング制御装置を備えた内燃機関
の断面を概略的に示す図である。図10に示す構成のう
ち、吸気通路150および電磁弁160以外は、図11
に示す従来の内燃機関の構成と同一である。ここで、吸
気通路150は、スロットルバルブ26をバイパスして
外気をシリンダ内に吸入させるための通路であり、電磁
弁160は、吸気通路150を通じて吸入する吸気量を
調整するためのバルブである。電磁弁160は、デュー
ティ(DUTY)信号により電流制御される。
機関の運転制御装置に一般的に用いられている機構であ
り、主にスロットルバルブ26が全閉の状態、すなわち
アイドル運転時に、機関回転数を調整して運転制御する
際に用いるものである。
電磁弁160を制御することにより、機関回転数を目標
機関回転数に制御すればよい。また、この発明の実施の
形態2では、吸気通路150及び電磁弁160を用いて
いるが、吸入空気量を調節できる機構であれば、他の機
構を用いても同様の運転制御を行うことができる。例え
ば、電子スロットルバルブを用いた内燃機関の場合に
は、アイドリング運転中に電子スロットルバルブを開閉
制御することにって、機関回転数を1000rpmから
2000rpmの間に制御してもよい。
機関のバルブタイミング制御装置によれば、ECU20
1が信号Lsを学習指令送信装置205から受信したと
きにのみ最遅角量を学習するので、潤滑油中に異物が混
入することなどによって、最遅角量を誤学習することが
ない。また、最遅角量を学習する際には、機関回転数を
1000rpmから2000rpmの間に制御するの
で、アイドル運転時よりも潤滑油圧を高くすることがで
き、吸気側のバルブタイミングが最遅角位置にあるとき
に正確な最遅角量を学習することができる。
形態3に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置によ
る処理内容を示すフローチャートである。この発明の実
施の形態3に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置
の構成は、実施の形態1および実施の形態2に準ずるも
のである。従って、同一番号のステップは同一内容を示
し、その説明を省略する。
燃機関のバルブタイミング制御装置による処理内容を示
すフローチャートである。図4に示すフローチャートで
は、図3におけるステップA31およびステップA32
を、ステップA40およびステップA41にそれぞれ変
更したこと以外は、図3に示すフローと同一である。ス
テップA4において学習フラグがセットされていると判
定されると、フローはステップA40に進行し、目標機
関回転数を1500rpmから2000rpmの間に設
定する。目標機関回転数が設定されると、実施の形態2
におけるステップA31と同様に、ECU201は、電
磁弁160を制御することにより、あるいは、電子スロ
ットルバルブを制御することによって機関回転数を制御
する。
A41に進行し、機関回転数Neが1500rpm以上
であるか否かを判定する。ステップA41で機関回転数
が1500rpm以上であると判定されると、フローは
ステップA33に進行し、機関回転数が2000rpm
より低いか否かを判定する。ステップA33で機関回転
数が2000rpmより低いと判定されると、フローは
ステップA6およびステップA7に進行する。なお、ス
テップA4で機関回転数が1500rpm以下であると
判定された場合には、または、ステップA33で機関回
転数が2000rpm以上であると判定された場合に
は、フローはリターンし、ステップA1から全処理が行
われる。
機関のバルブタイミング制御装置によれば、ECU20
1が信号Lsを学習指令送信装置205から受信したと
きにのみ最遅角量を学習するので、潤滑油中に異物が混
入することなどによって、最遅角量を誤学習することが
ない。また、最遅角量を学習する際には、機関回転数を
1500rpmから2000rpmの間に制御するの
で、アイドリング運転時よりも潤滑油圧が十分に高くな
り、ロータ52がハウジング44に対して遅角側で機械
的に停止する位置(最遅角位置)において、より正確な
最遅角量を学習することができる。
形態4に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置によ
る処理内容を示すフローチャートである。図7は、目標
機関回転数とベースDUTYオン時間との関係を示すテ
ーブルである。図8は、目標機関回転数と現在の機関回
転数の差に対するDUTYオン時間の増減値を示すテー
ブルである。この発明の実施の形態4に係る内燃機関の
バルブタイミング制御装置の構成は、実施の形態1ない
し実施の形態3に準ずるものである。従って、同一番号
のステップは同一内容を示し、その説明を省略する。
A4で学習フラグがセットされたと判定されると、フロ
ーはステップA50に進行する。ステップA50では、
機関回転数の目標値を1300rpmに設定し、機関回
転数を1300rpmに調節する。例えば、ステップA
50で設定される目標機関回転数が1300rpmであ
る場合には、図7のテーブルを参照し、ベースDUTY
オン時間を2.6msに設定する。その後、フローはス
テップA51に進行する。
1300rpm±100rpmの範囲内に収まっている
か否かを判定する。ステップA51において、現在の機
関回転数が1300rpm±100rpmの範囲内に収
まっていると判定された場合には、フローはステップA
6およびステップA7に進行する。
関回転数が1300rpm±100rpmの範囲内に収
まっていないと判定された場合には、フローはステップ
A52に進行し、電磁弁160を開閉制御して、機関回
転数が上記範囲内に収まるように制御する。
内燃機関の個体差には必ずしも対応しきれず、また、電
磁弁160のコイル抵抗値は、電流を流し続けることに
より上昇するため、図7のテーブルに設定したDUTY
オン時間で内燃機関を運転することは困難である。従っ
て、ベースDUTYオン時間を、2.6msに固定する
ことによって機関回転数を1300rpmに制御しよう
としても、実際の機関回転数との間に誤差が発生するお
それがある。そのため、ステップA52では、図8に示
すテーブルに従い、DUTYオン時間を補正する。
ン時間を補正する場合には、目標機関回転数と機関回転
数との偏差ΔNeが大きいほど、補正量を増大させれば
よい。そして、DUTYオン時間は下記の演算式とな
る。
されると、フローはリターンしステップA1からフロー
が繰り返される。
回転を1300rpm、そして収束判定回転数を±10
0rpmと固定しているが、必ずしもこの範囲に限るも
のではない。
機関のバルブタイミング制御装置によれば、ECU20
1が信号Lsを学習指令送信装置205から受信したと
きにのみ最遅角量を学習するので、潤滑油中に異物が混
入することなどによって、最遅角量を誤学習することが
ない。また、最遅角量を学習する際には、機関回転数を
1300rpm±100rpmの範囲に制御するので、
アイドリング運転時よりも潤滑油圧が十分に高くなり、
ロータ52がハウジング44に対して遅角側で機械的に
停止する位置(最遅角位置)において、より正確な最遅
角量を学習することができる。さらに、最遅角量を学習
するときの機関回転数に幅を持たせてあるので、容易に
最遅角量を学習することができる。
形態5に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置によ
る処理内容を示すフローチャートである。この発明の実
施の形態5に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置
は、実施の形態1ないし実施の形態4に準ずるものであ
る。従って、同一番号のステップは同一内容を示し、そ
の説明を省略する。
燃機関のバルブタイミング制御装置による処理内容を示
すフローチャートである。ステップA51において、機
関回転数が1300rpm±100rpmの範囲内にあ
ると判定されると、フローはステップA60に進行し、
機関回転数安定タイマのカウントCNeMが0secであ
るか否かを確認する。
が0secであると判定されると、フローはステップA
6に進行し、最遅角量Tdを記憶する。一方、ステップ
A60において、カウントCNeMが0secでないと判
定された場合には、フローはステップA61に進行し、
カウントCNeMをデクリメントする。
数が1300rpm±100rpmの範囲内にないと判
断された場合には、フローはステップA52に進行し、
電磁弁160を制御して機関回転数が1300rpm±
100rpmの目標範囲内に収まるように制御する。フ
ローはさらにステップA62に進行し、機関回転数安定
タイマのカウントC NeMに初期値の1secをセットす
る。なお、ここでは、初期値を1secにしているが、
本発明の範囲はこれに限定されるものではない。このよ
うな初期値は内燃機関の運転状態が安定しているか否か
を判定するために設置されるものであり、内燃機関の運
転状態が安定していることを判定するために十分な時間
であれば、初期値は1secに限定されるものではな
い。
機関のバルブタイミング制御装置によれば、機関回転数
が目標範囲内に所定時間以上収まっていることを確認し
てから最遅角量を学習するので、運転状態の安定した状
態において、より正確に最遅角量を学習することができ
る。
205がECU201とは別個の外部装置である場合に
ついて説明したが、学習指令送信装置205をECU2
01内に組み込んでも、本発明を同様に実施することが
できる。そして、ECU201が上記学習指令送信装置
205の機能を有する場合には、信号Lsは、ECU2
01内部のデータ通信によって最遅角量学習手段202
に送信される。
ルブタイミングを制御することについて説明している
が、排気バルブ側のバルブタイミングを制御する際に
は、最進角位置を基準としたバルブタイミングの遅角制
御を行うことになるだけで、実質的な内容は吸気バルブ
側の進角制御と同様である。
制御装置は、内燃機関の潤滑油圧を利用して、クランク
角に対するカム角を進角または遅角させる可変バルブタ
イミング手段を備える内燃機関のバルブタイミング制御
装置であって、内燃機関のクランク角を検出するクラン
ク角検出手段と、内燃機関のカム角を検出するカム角検
出手段と、クランク角に対するカム角の位相差である進
角量を演算する位相差演算手段と、吸気バルブと排気バ
ルブとのバルブオーバラップが最小の時に、クランク角
に対するカム角の位相差を学習する学習手段と、学習手
段に、クランク角に対するカム角の位相差を学習させる
ための学習指令を送信する学習指令送信手段と、学習手
段によって学習されるクランク角に対するカム角の位相
差の学習値と、進角量演算手段によって演算される現在
のクランク角に対するカム角の位相差との偏差に基づ
き、可変バルブタイミング手段を駆動するためのバルブ
タイミング制御量を演算するバルブタイミング制御量演
算手段とを備えてなり、当該内燃機関を搭載する車両の
出荷前、または、点検時にのみ学習指令送信手段を用い
ると共に、学習手段は、学習指令送信手段から学習指令
を受信した場合にのみ、クランク角に対するカム角の位
相差を学習することを特徴とするので、可変バルブタイ
ミング手段を駆動する内燃機関の潤滑油に異物が含まれ
ていない状態で、正確に最遅角量を学習することがで
き、正確にバルブタイミングを制御することができる。
ら学習指令を受信すると、運転状態制御手段は、機関回
転数を所定の範囲内に制御し、学習手段は、機関回転数
が所定の範囲内にあることを確認した場合にのみ、クラ
ンク角に対するカム角の位相差を学習することを特徴と
するので、運転状態が安定した状態において、正確に最
遅角量を学習することができ、正確にバルブタイミング
を制御することができる。
000rpm以上2000rpm未満の範囲であること
を特徴とするので、燃焼の安定する運転状態において、
正確に最遅角量を学習することができ、正確にバルブタ
イミングを制御することができる。
500rpm以上2000rpm未満の範囲であること
を特徴とするので、燃焼の安定するだけでなく、さらに
油圧の安定する運転状態において、正確に最遅角量を学
習することができ、正確にバルブタイミングを制御する
ことができる。
300rpm±100rpmの範囲であることを特徴と
するので、運転状態が安定した状態において、正確に最
遅角量を学習することができ、より正確にバルブタイミ
ングを制御することができる。
まっていないと判定された場合には、現在の機関回転数
と目標機関回転数との差に基づいて補正を行い、当該補
正値を用いたフィードバック制御により、機関回転数が
所定の範囲内に収まるように制御することを特徴とする
ので、運転状態が安定した状態において、正確に最遅角
量を学習することができ、正確にバルブタイミングを制
御することができる。
トルバルブをバイパスして外気をシリンダ内に吸入させ
るための通路に配設された電磁弁の開度を調整すること
によって行われることを特徴とするので、機関回転数を
制御して運転状態が安定した状態において、正確に最遅
角量を学習することができ、正確にバルブタイミングを
制御することができる。
ルブタイミング制御装置の構成を機能的に示すブロック
図である。
習モードの処理内容を示すフローチャートである。
ルブタイミング制御装置による処理内容を示すフローチ
ャートである。
ルブタイミング制御装置による処理内容を示すフローチ
ャートである。
ルブタイミング制御装置による処理内容を示すフローチ
ャートである。
ルブタイミング制御装置による処理内容を示すフローチ
ャートである。
の関係を示すテーブルである。
するDUTYオン時間の増減値を示すテーブルである。
である。
る。
ータを有するガソリン内燃機関システムを概略的に示す
構成図である。
ータおよびオイルコントロールバルブの構成を示す断面
図である。
エータの動作を説明するための断面図である。
示す断面図である。
び実バルブタイミングの時間変化の様子を示すタイミン
グチャートである。
置における電子制御ユニットの内部構成を示すブロック
図である。
手段)、24 カム角センサ(カム角検出手段)、40
可変バルブタイミングアクチュエータ(可変バルブタ
イミング手段)、201 ECU、202 最遅角量学
習手段(学習手段)、203 内燃機関運転制御手段
(クランク角検出手段、カム角検出手段、バルブタイミ
ング制御量演算手段)、204 実バルブタイミング検
出手段(位相差演算手段)、205 学習指令送信装置
(学習指令送信手段)。
Claims (7)
- 【請求項1】 内燃機関の潤滑油圧を利用して、クラン
ク角に対するカム角を進角または遅角させる可変バルブ
タイミング手段を備える内燃機関のバルブタイミング制
御装置であって、 内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段
と、 内燃機関のカム角を検出するカム角検出手段と、 クランク角に対するカム角の位相差である進角量を演算
する位相差演算手段と、 吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが最小
の時に、クランク角に対するカム角の位相差を学習する
学習手段と、 前記学習手段に、クランク角に対するカム角の位相差を
学習させるための学習指令を送信する学習指令送信手段
と、 前記学習手段によって学習されるクランク角に対するカ
ム角の位相差の学習値と、前記進角量演算手段によって
演算される現在のクランク角に対するカム角の位相差と
の偏差に基づき、前記可変バルブタイミング手段を駆動
するためのバルブタイミング制御量を演算するバルブタ
イミング制御量演算手段とを備えてなり、当該内燃機関
を搭載する車両の出荷前、または、点検時にのみ前記学
習指令送信手段を用いると共に、前記学習手段は、前記
学習指令送信手段から学習指令を受信した場合にのみ、
クランク角に対するカム角の位相差を学習することを特
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】 前記学習手段が前記学習指令送信手段か
ら学習指令を受信すると、前記運転状態制御手段は、機
関回転数を所定の範囲内に制御し、前記学習手段は、機
関回転数が前記所定の範囲内にあることを確認した場合
にのみ、クランク角に対するカム角の位相差を学習する
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3】 前記機関回転数の所定の範囲は、100
0rpm以上2000rpm未満の範囲であることを特
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4】 前記機関回転数の所定の範囲は、150
0rpm以上2000rpm未満の範囲であることを特
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5】 前記機関回転数の所定の範囲は、130
0rpm±100rpmの範囲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】 前記機関回転数が所定の範囲内に収まっ
ていないと判定された場合には、現在の機関回転数と目
標機関回転数との差に基づいて補正を行い、当該補正値
を用いたフィードバック制御により、機関回転数が前記
所定の範囲内に収まるように制御することを特徴とする
請求項3ないし請求項5のいずれか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】 前記機関回転数の制御は、スロットルバ
ルブをバイパスして外気をシリンダ内に吸入させるため
の通路に配設された電磁弁の開度を調整することによっ
て行われることを特徴とする請求項3ないし請求項6の
いずれか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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