JP3779234B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の運転条件に応じて吸気弁や排気弁の開閉タイミング(バルブタイミング)を調整するための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。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関(エンジン)の吸気バルブまたは排気バルブのバルブタイミングを変更可能とする装置が様々提案されており、そのバルブタイミング制御装置を有する内燃機関の構成図を図8に示す。
【0003】
図8においては、内燃機関1101が吸入する空気を浄化するエアクリーナ1102と、吸入する空気量を計量するエアフローセンサ1103と、吸気管1104と、吸入する空気量を調節し、内燃機関1101の出力をコントロールするスロットルバルブ1105と、吸入した空気量に見合った燃料を供給するインジェクタ1106とを示している。
【0004】
また、内燃機関1101の燃焼室内の混合気を燃焼させる火花を発生する点火プラグ1111と、点火プラグ1111に高電圧エネルギを供給する点火コイル1110と、燃焼した排気ガスを排出する排気管1107と、排気ガス内の残存酸素量を検出するO2センサ1108と、排気ガス内の有害ガスであるTHC、CO、NOxを同時に浄化することのできる三元触媒1109とを示している。
【0005】
また、所定位置に突起(図示なし)が設けられ、クランクシャフトに取り付けられて、クランクシャフトと一体で回転するクランク角検出用のセンサプレート1116と、センサプレート1116の突起(図示なし)がクランク角センサ1115を横切る時に信号を発してクランク角を検出する(クランクシャフトの位置を検出する)クランク角センサ1115とを示している。
【0006】
また、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対角度を変化させるカム位相アクチュエータ1113と、クランク角センサ同様、カム角検出用センサプレート(図示なし)の突起によりパルス信号を発生し、カム角を検出するカム角センサ1112とを示している。
【0007】
また、カム位相アクチュエータ1113への供給油圧を調整して、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対角度(カム位相)を制御するオイルコントロールバルブ(油圧調整手段)1114と、カム位相の制御を行うと共に、内燃機関1101の制御を行うECU(演算手段)1117とを示している。
【0008】
また、カム位相アクチュエータ1113を駆動する油圧を発生すると共に、内燃機関1101の機構部品の潤滑油を各部に圧送するオイルポンプ1118と、オイルポンプ1118からオイルコントロールバルブ1114へ圧送されるオイルの油圧を検出する油圧センサ1119とを示している。
【0009】
また、オイルポンプ1118からオイルコントロールバルブ1114へ圧送されるオイルの温度を検出する油温センサ1120と、内燃機関1101を冷却する冷却水1121と、冷却水1121の温度を検出する水温センサ1122とを示している。
【0010】
従来の内燃機関1101のバルブタイミング制御装置(カム位相アクチュエータ)1113としては、例えば、図9〜図13に示すものが知られている。図9は、従来のベーン式バルブタイミング制御装置の内部構成を示す図であり、図10は、図9のA−A線で断面視した縦断面図である。
【0011】
また、図11は、従来のベーン式バルブタイミング制御装置のロック・ロック解除機構の要部を拡大した斜視図であり、図12および図13は、ロック・ロック解除機構の縦断面図である。
【0012】
次に、図9〜図13を参照しながら、従来のバルブタイミング制御装置1113について説明する。
【0013】
カム位相アクチュエータ(バルブタイミング制御装置)1113は、エンジンの出力軸であるクランクシャフト(図示せず)等を介して連結されてクランクシャフトと同期回転する第1の回転体1を備えている。
【0014】
この第1の回転体1は、クランクシャフトと一体に回転するスプロケット2と、内周部から突出して複数の油圧室を構成する複数の突起形状のシュー3aを有するケース3と、ケース3のシュー3aにより構成される油圧室を塞ぐカバー4とをボルト等の締結部材5により一体化してなるものである。
【0015】
ケース3の内側には第1の回転体1と相対回動可能なロータ(第2の回転体)6が配設されており、このロータ6は、吸気弁あるいは排気弁の開閉に関与するカムシャフト7にボルト等の締結部材8により一体固定されている。このロータ6はケース3のシュー3aにより複数構成される油圧室を進角側油圧室9と遅角側油圧室10とに区分する複数のベーン6aを有している。
【0016】
なお、カムシャフト7内には、進角側油圧室9への油圧を給排する第1の油路(圧力室供給通路)11と、遅角側油圧室10への油圧を給排する第2の油路(圧力室供給通路)12が設けられている。
【0017】
ケース3のシュー3aの先端部およびロータ6のベーン6aの先端部には、進角側油圧室9と遅角側油圧室10との間の油漏洩を防止するシール手段13がそれぞれ配設されている。
【0018】
ロータ6の1つのベーン6aには、後述するロックピンを収納する収納孔14が設けられており、この収納孔14には第1の回転体1と第2の回転体との相対回動を規制する略円筒状のストレートピンであるロックピン(ロック部材、ロック機構)15が配設されている。
【0019】
ロックピン15は、カム位相アクチュエータ内に油圧力がないエンジンの始動時に、カムシャフト7に一体固定されたカム(図示せず)反力により、ロータ6が回転方向に振動し、この振動によりロータ6が第1の回転体1に対し当接および分離を繰り返すことから生じる打音の発生を抑制するためのものである。
【0020】
このため、ロックピン15は収納孔14内の後方壁とロックピン15との間に配設されたコイルばね等の付勢手段(ロック手段)16により第1の回転体1に向けて常に付勢され、後述する係合孔内に係合可能である。
【0021】
また、収納孔14には、ロックピン15の背圧を装置外へ排出するための排出孔(ロック解除機構)17が形成されている。
【0022】
一方、第1の回転体としてのスプロケット2には、第2の回転体としてのロータ6が第1の回転体1に対して最も遅角側である最遅角位置に位置したときに、ロックピン15の嵌入を受ける位置に係合孔(ロック機構)18が形成されている。
【0023】
係合孔18の内壁とロックピン15の外壁との間には、ロック解除油圧室18aが形成されている。
【0024】
収入孔14を有するベーン6aには進角側油圧室9および遅角側油圧室10のうち圧力の高い方を選択して切り返し、その圧力をロックピン15が係合された係合孔18内に供給してロックピン15による係合孔18への係合(ロック)を解除するチェックバルブ(ロック解除機構)19が設けられている。
【0025】
このチェックバルブ19は、ロータ6のベーン6a内に形成された第1ロック解除油圧供給路(ロック解除機構)20およびスプロケット2に形成された第2ロック解除油圧供給路(ロック解除機構)21を経由して係合孔18内に連通している。
【0026】
また、チェックバルブ19と進角側油圧室9とは、進角側圧力分配通路(ロック解除機構)22を経由して連通しており、チェックバルブ19と遅角側油圧室10とは遅角側圧力分配通路(ロック解除機構)23を経由して連通している。
【0027】
遅角側油圧室10と収納孔14の背圧部14aとは、パージ通路24を経由して連通している。
【0028】
次に、従来のバルブタイミング制御装置の動作について説明する。
【0029】
ECU1117は、内燃機関1101の運転状態により目標位相角を算出する。また、クランク角センサ1115で検出したクランク角と、カム角センサ1112で検出したカム角とによりバルブタイミングである検出位相角を算出し、目標位相角と検出位相角との偏差を算出する。
【0030】
また、検出位相角と目標位相角との偏差に基づいて、検出位相角を目標位相角に一致させるようにオイルコントロールバルブ1114の通電電流値もしくはDuty比(デューティー比)を算出する。
【0031】
オイルコントロールバルブ1114は、算出値に基づいてカム位相アクチュエータ1113に対するオイルの油路を選択し、供給油圧を調整することにより、バルブタイミングを制御する。
【0032】
内燃機関1101の始動時、オイルコントロールバルブ1114は、カム位相アクチュエータ1113の遅角側油圧室10にオイルが供給されるように制御される。
【0033】
一方、内燃機関1101の停止時には、カム位相アクチュエータ1113内およびオイルポンプ1118からカム位相アクチュエータ1113までの油路内のオイルはオイルパンに落ちる可能性があり、その場合、始動時には、油路内のエアもしくはエアを含んだオイルを遅角側油圧室10に導入させ、パージ通路24、背圧部14a、排出孔17を通ってカム位相アクチュエータ外に排出させる。
【0034】
内燃機関1101の始動後、遅角側圧力分配通路23からの油圧がロック解除油圧室18aにも導入されるが、付勢手段16の付勢力によりロックピン15は係合孔18から抜けない状態で保持され、始動時にロックピン15が係合孔18から抜けてロータ6がばたつくことによる異音の発生を抑制している。
【0035】
始動時には、オイルポンプ1118からの油圧が遅角側油圧室10に供給される途中、遅角側油圧室10中のエアはパージ通路24を経て、排出孔17から装置外へ排出される。エアが排出されると背圧部14a内に供給された油により残油圧が発生し、解除油圧を高めてロック解除を阻止している。
【0036】
内燃機関1101の始動後、例えば運転者がアクセルペダルを踏み込むことにより進角側への指令が出た場合、ECU1117は、進角側油圧室9へ油圧を導入するようにオイルコントロールバルブ1114を制御する。
【0037】
進角側油圧室9のオイルは、進角側圧力分配通路22を通ってロック解除油圧室18aに導入され、ロック解除油圧室18aに導入されたオイルの油圧は、付勢手段16の付勢力のみに抗してロックピン15の先端を解除方向に押圧する。
【0038】
オイルコントロールバルブ1114は、遅角側油圧室10のオイルを排出する位置に制御されるため、遅角側油圧室10のオイルはオイルコントロールバルブ1114を通ってオイルパンに排出される。
【0039】
よって、ロックピン15は、係合孔18から抜けてロック解除される。ロータ6は稼動可能となり、進角側油圧室9の油圧によりロータ6が進角側に動作することにより、進角制御がなされる。
【0040】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置は以上のように、バルブタイミングを制御する場合、内燃機関1101の始動直後や回転速度の異常低下による油圧低下でロックピン15が係合孔18に係合された状態から運転状態の変化等により、ロックピン15が係合孔18に係合する位置から目標位相角が急変すると、係合孔18に入っているロックピン15が係合孔18から抜けるよりもロータ6の動作が早くなり、ロックピン15が係合孔18から抜けずにこじれた状態となって、ロータ6を所望の方向に動作できないという問題点があった。
【0041】
また、ロックピン15がこじれることによって、バルブタイミングを目標位相角に制御できない場合、ドライバビリティ、燃費および排ガスなどの悪化を招いてしまうという問題点があった。
【0042】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ロックピン15のこじれによる進角制御不良を無くし、排ガス、燃費およびドライバビリティの悪化を改善す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得ることを目的とする。
【0043】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関のカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータである内燃機関の回転速度に基づいて、ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるものである。
【0046】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータである内燃機関の冷却水温に基づいて、ロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるものである。
【0048】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、バルブタイミング制御装置の作動状態を示す第2のパラメータである第2の相対角度の検出値が所定の最遅角位置の範囲内の場合に、ロック状態であると判定することにより、ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるものである。
【0049】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、バルブタイミング制御装置の作動状態を示す第2のパラメータである第2の相対角度の検出値が所定値以上の場合に、ロック解除状態であると判定することにより、ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるものである。
【0050】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の演算手段は、第1のパラメータに基づいて算出された第2の相対角度の目標値が所定値以上でかつ、第2の相対角度の検出値が所定量以下の状態が所定期間の間継続する場合、ロック状態であると判定するものである。
【0051】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の演算手段は、検出値が目標値に達する油圧調整手段の制御量を学習する制御量学習手段を備え、制御量学習手段の学習状態に基づいて所定期間を決定するものである。
【0052】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の演算手段は、内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータに基づいて算出された第2の相対角度の目標値、または、第1のパラメータにより、ロックの解除を禁止するものである。
【0053】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の演算手段は、第1のパラメータを示す内燃機関の始動からの経過期間が所定値に達するまでの間、ロックの解除を禁止するものである。
【0054】
また、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の演算手段は、目標値が所定値以下の間、ロックの解除を禁止するものである。
【0055】
さらに、この発明に係る内燃機関のバルブタイミング制御装置の演算手段は、ロック状態と判定される場合、第1の相対角度から第2の相対角度に変更する位相フィードバック制御を禁止するものである。
【0056】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
【0057】
なお、この発明の実施の形態1を示す構成は、前述(図8〜図13参照)と同一であり、一部異なるECU1117の動作以外については、詳述を省略する。
【0058】
図1および図2を参照しながら、ECU1117によるロック状態の判定動作について説明する。図1および図2は、この発明の実施の形態1による動作を示すフローチャートである。
【0059】
位相フィードバック制御による目標位相角Vtが算出されると、図1、図2の順に処理ルーチンが実施される。
【0060】
図1において、検出位相角Vdが所定量(例えば5[degCA])以上であるかを判定する(ステップS101)。
【0061】
ステップS101において、検出位相角Vdが所定量(5[degCA])以上の場合(すなわち、YES)、ロータ6は進角側に動作できているため、ロックピン15は係合孔18から抜け、ロックピン15が解除状態であると判定し、ピンロックフラグに「0」をセットし、図1における処理ルーチンを終了する(ステップS102)。
【0062】
一方、ステップS101において、検出位相角Vdが所定量(5[degCA])よりも小さい場合(すなわち、NO)、ロータ6が進角側に動作していないので、ロックピン15が係合孔18から抜けておらず、ロックピン15が解除状態ではないと判定し、内燃機関1101がスタータ(図示せず)による始動状態(始動モード)であるかを判定する(ステップS103)。
【0063】
ステップS103において、始動モードである場合(すなわち、YES)、内燃機関1101がまだ始動状態であって、内燃機関1101の停止状態からオイルポンプ1118からの油圧が発生されていないので、ロックピン15は係合孔18に係合され、ロックピン15がロック状態であると判定し、ピンロックフラグに「1」をセットし、図1における処理ルーチンを終了する(ステップS105)。
【0064】
一方、ステップS103において、始動モードでない場合(すなわち、NO)、内燃機関1101の回転速度Neと冷却水温thwとの数値により、ロックピン15のロック状態を判定する(ステップS104)。
【0065】
ステップS104において、回転速度Neが所定値(例えば600[r/m])より小さく、かつ、冷却水温thwが所定値(例えば90[℃])よりも高い場合(すなわち、YES)、ロックピン15がロック状態であると判定し、ピンロックフラグに「1」をセットする。
【0066】
一方、ステップS104において、回転速度Neと冷却水温thwとが判定条件に該当しない場合(すなわち、NO)、そのまま図1における処理ルーチンを終了する。
【0067】
なお、ピンロックフラグの値は初期化されずに処理ルーチンが終了する。したがって、図1において、内燃機関1101が始動モードでなく、回転速度Neが所定値以上かつ水温thwが所定値以下の場合、図2では、過去にセットされた値に基づいて制御動作の判定を行うことになるが、ピンロックフラグの値に「1」がセットされていても、始動後は必ずピン解除制御を行わなければならないので、過去の値を用いることは特に問題ない。
【0068】
続いて、図1におけるロック状態の判定結果に基づいて、図2の処理ルーチンを実施し、各判定結果に対応した制御を行う。
【0069】
図2において、目標位相角Vtが所定値(例えば5[degCA])以上であるか否かを判定する(ステップS201)。
【0070】
ステップS201において、目標位相角Vtが所定値よりも小さい場合(すなわち、NO)、進角制御は実施せず、最遅角位置での制御を行う(ステップS202)。
【0071】
また、ステップS201において、目標位相角Vtが所定値以上である場合(すなわち、YES)、ピンロックフラグが「1」であるか否かを判定する(ステップS203)。
【0072】
ステップS203において、ピンロックフラグが「1」でない場合(すなわち、NO)、ロック解除状態であると判定して、通常の進角制御を実施し(ステップS204)、「1」である場合(すなわち、YES)、ロック状態であると判定して、ロックピン15をロック解除するためのピン解除制御を実施する(ステップS205)。
【0073】
なお、ステップS205のピン解除制御は、例えば、ロックピン15が係合孔18から抜けるよりも遅くロータ6を動作させるために、進角側油圧室9への油圧導入がゆっくりとし、オイルコントロールバルブ1114への電流を除々に増加させる。
【0074】
このように、バルブタイミング制御装置の動作状態を示す検出位相角や、内燃機関の運転状態を示す回転速度Ne、冷却水温thwによりロックピン15のロック状態を判定し、各判定結果に応じて制御を行う。
【0075】
また、ロック状態であると判定した場合の進角制御時のみピン解除制御を実施することで、ピン解除制御による進角動作遅れが発生する頻度が低減される。
【0076】
ロック状態であると判定されると、進角制御時にピン解除制御を実施することで、ロックピン15がこじれることなく進角制御が可能となる。したがって、ロックピン15のこじれによる進角不良を防止することができ、進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することができる。
【0077】
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、検出位相角Vd、回転速度Neおよび冷却水温thwによりロック状態を判定したが、検出位相角Vdや内燃機関1101の油圧Poによりロック状態を判定してもよい。
【0078】
この発明の実施の形態2を示す構成は、前述(図8〜図13参照)と同一であり、一部異なるECU1117の動作以外については、詳述を省略する。また、図2における処理も同一であり、詳述を省略する。
【0079】
図3を参照しながら、ECU1117によるロック状態の判定動作について説明する。図3は、この発明の実施の形態2による動作を示すフローチャートである。
【0080】
図3において、検出進角量Vdが所定値(例えば5[degCA])以上か否かを判定する(ステップS301)。
【0081】
ステップS301において、検出位相角Vdが所定値以上の場合(すなわち、YES)、ロック解除状態であると判定し、ピンロックフラグに「0」をセットし、図3における処理ルーチンを終了する(ステップS302)。
【0082】
一方、ステップS301において、検出位相角Vdが所定値よりも小さい場合(すなわち、NO)、内燃機関1101の油圧Poが所定値(例えば50[kPa])よりも小さいか否かを判定する(ステップS303)。
【0083】
ステップS303において、油圧Poが所定値よりも小さい場合(すなわち、YES)、ロックピン15がロック状態であると判定し、ピンロックフラグに「1」をセットし、図3における処理ルーチンを終了する(ステップS304)。
【0084】
一方、ステップS303において、油圧Poが所定値以上である場合(すなわち、NO)、そのまま図3における処理ルーチンを終了する。
【0085】
なお、ピンロックフラグの値は初期化されずに処理ルーチンが終了する。したがって、図3において、検出位相角Vdが所定値よりも小さく、油圧Poが所定値以上の場合、図2では、過去にセットされた値に基づいて、ロック解除の判定を行うことになるが、ピンロックフラグの値が「1」であっても、始動後は必ずピン解除制御を行わなければならないので、過去の値を用いることは特に問題ない。
【0086】
油圧検出には、オイルポンプ1118からオイルコントロールバルブ1114までの油圧通路に油圧センサ(油圧検出手段)1119を設ける必要がある。この場合、配管通路での抵抗によりオイルポンプ出口付近よりも、より下流にあるオイルコントロールバルブ入り口付近の方が油圧が低下しているため、油圧センサ1119はオイルコントロールバルブ入り口付近に取り付ける方がより正確な油圧検出が可能となる。
【0087】
また、オイルコントロールバルブ1114で、さらに油圧が低下する場合があるので、オイルコントロールバルブ1114よりも下流側に油圧センサ1119を取り付ける方がより一層ロックピン15にかかる油圧を正確に検出することが可能となる。
【0088】
図3におけるロック状態の判定後は、前述と同様に、図2を実施し、進角制御時のピン解除制御の実施可否判定を行い、ロック状態である場合はピン解除制御を実施し、ロック解除状態であれば、通常の進角制御を実施する。
【0089】
このように、油圧センサ1119で油圧を直接検出し、検出した油圧によりロック状態を判定することで、より確実にロック状態の判定が可能となる。
【0090】
また、ロック状態であると判定した場合の進角制御時のみピン解除制御を実施することで、ピン解除制御による進角動作遅れが発生する頻度が低減される。
【0091】
また、ロック状態であると判定した場合には、ピン解除制御を実施することでロックピン15のこじれを防止することができ、ロックピン15のこじれでの進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することが可能となる。
【0092】
実施の形態3.
なお、上記実施の形態2では、検出位相角Vdや油圧Poによりロック状態を判定したが、検出位相角Vdだけでロック状態を判定してもよい。
【0093】
この発明の実施の形態3を示す構成は、前述(図8〜図13参照)と同一であり、一部異なるECU1117の動作以外については、詳述を省略する。また、図2における処理も同一であり、詳述を省略する。
【0094】
図4を参照しながら、ロック状態の判定動作について説明する。図4は、この発明の実施の形態3による動作を示すフローチャートである。
【0095】
図4において、検出位相角Vdが所定値(例えば5[degCA])よりも小さいかを判定する(ステップS401)。
【0096】
ステップS401において、検出位相角Vdが所定値よりも小さい場合(すなわち、YES)、ロック状態であると判定して、ピンロックフラグに「1」をセットし、図4における処理ルーチンを終了する(ステップS402)。
【0097】
一方、ステップS401において、検出位相角Vdが所定値以上である場合(すなわち、NO)、ロック解除されたと判定して、ピンロックフラグに「0」をセットし、図4における処理ルーチンを終了する(ステップS403)。
【0098】
ロック状態の判定後は、前述と同様に、図2の処理ルーチンを実施し、進角制御時のピン解除制御の実施可否判定を行い、ロック状態である場合はピン解除制御を実施後、進角制御を行う。
【0099】
このように、検出進角量のみでロック状態を判定するようなシンプルな制御でもロック状態を判定することが可能であり、ロック状態判定後の最遅角位置からの進角制御時は、ピン解除制御を実施することによりロックピン15のこじれを防止することができ、ロックピン15のこじれでの進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することが可能となる。
【0100】
実施の形態4.
なお、上記実施の形態3では、検出位相角Vdおよび油圧Poによりロック状態を判定したが、目標位相角Vtへの制御時間によりロック状態を判定してもよい。
【0101】
この発明の実施の形態4を示す構成は、前述(図8〜図13参照)と同一であり、一部異なるECU1117の動作以外については、詳述を省略する。また、図2における処理も同一であり、詳述を省略する。
【0102】
図5を参照しながら、ロック状態の判定動作について説明する。図5は、この発明の実施の形態4による動作を示すフローチャートである。
【0103】
図5において、目標位相角Vtが所定値(例えば10[degCA])以上で、かつ検出位相角Vdが所定値(例えば5[degCA])以下であるか否かを判定する(ステップS501)。
【0104】
ステップS501において、目標位相角Vtが所定値以上で、かつ検出位相角Vdが所定値以下である場合(すなわち、YES)、カウンタCadvを「1」だけカウントアップする(ステップS502)。
【0105】
ステップS501において、目標位相角Vtと検出位相角Vdとが条件に該当しない場合(すなわち、NO)、カウンタCadvに「0」をセットする(ステップS503)。
【0106】
次に、目標位相角Vtに基づいて、目標位相角Vtと検出位相角Vdとが略一致した状態でのオイルコントロールバルブ1114の制御電流値を学習する保持電流学習値が算出されているか(学習済みであるか)否かを判定する(ステップS504)。
【0107】
ステップS504において、保持電流学習値が学習済みの場合(すなわち、YES)、カウンタCadvが所定値(例えば16[回])以上であるか否かを判定する(ステップS505)。
【0108】
一方、ステップS504において、保持電流学習値が未学習である場合(すなわち、NO)、カウンタCadvが学習済みの場合よりも大きい所定値(例えば160[回])以上であるか否かを判定する(ステップS506)。
【0109】
ステップS505において、カウンタCadvが所定値以上である場合(すなわち、YES)、未進角フラグに「1」をセットし(ステップS507)、カウンタCadvが所定値よりも小さい場合(すなわち、NO)、未進角フラグに「0」をセットする(ステップS508)。
【0110】
ステップS506において、カウンタCadvが所定値以上である場合(すなわち、YES)、未進角フラグに「1」をセットし(ステップS509)、カウンタCadvが所定値よりも小さい場合(すなわち、NO)、未進角フラグに「0」をセットする(ステップS510)。
【0111】
なお、この図5の処理ルーチンは、所定時間毎(例えば25[ms]毎)に実施されており、16[回]であれば0.4[sec]、160[回]であれば4[sec]の時間経過が計数できる。
【0112】
続いて、未進角フラグが「1」であるか否かを判定し(ステップS511)、未進角フラグが「1」である場合(すなわち、YES)、ロック状態であると判定し、ピンロックフラグに「1」をセットし(ステップS512)、未進角フラグが「1」ではない場合(すなわち、NO)、ロック解除されたと判定し、ピンロックフラグに「0」をセットして(ステップS513)、図5における処理ルーチンを終了する。
【0113】
所定時間経過後におけるロック状態の判定後は、前述と同様に、図2の処理ルーチンを実施し、進角制御時のピン解除制御の実施可否判定を行い、ロック状態である場合はピン解除制御を実施後、進角制御を行う。
【0114】
このように、目標位相角Vtが進角側に指令しているにも拘わらず検出位相角Vdが目標位相角Vtに追従せずに、所定量以下の遅角側にある状態が所定期間継続する場合にはロックピン15がロック状態であると判定して、ピン解除制御を実施することで、ロックピン15のこじれでの進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することが可能となる。
【0115】
実施の形態5.
なお、上記実施の形態1〜4では、内燃機関1101の始動後すぐにロックピン15の解除制御を行ったが、始動後所定期間の間は、解除制御を行わないように制御してもよい。
【0116】
この発明の実施の形態5を示す構成は、前述(図8〜図13参照)と同一であり、一部異なるECU1117の動作以外については、詳述を省略する。
【0117】
図6を参照しながら、ECU1117による位相フィードバック制御の動作について説明する。図6は、この発明の実施の形態5による動作を示すタイムチャートである。
【0118】
図6において、時間経過(横軸)に対する内燃機関1101の各パラメータの動作(縦軸)を示す。
【0119】
まず、時点Aにおいて、スタータが回転すると内燃機関1101が始動状態(始動モード)となり、始動後カウンタCstに所定値(例えば5[sec])をセットする。
【0120】
時点Bにおいて、回転速度Neが吹き上がると、内燃機関1101が始動できたと判定し、スタータを解除して始動状態(始動モード)を終了させるとともに始動後カウンタCstがカウントダウンを開始する。
【0121】
時点Cにおいて、回転速度Neが上昇すると、内燃機関の1101の運転状態から算出される目標位相角Vt(破線)は進角側へ変化するが(進角量が増加するように目標位相角が算出される)、始動後カウンタCstがカウントダウン中であるため、ECU1117から指令される目標位相角(実線)は最遅角のままとする。
【0122】
時点Dにおいて、始動後カウンタ(Cst)がゼロに達すると、始動後から所定時間(5[sec])経過したとして、ECU1117から指令される目標位相角Vt(実線)を運転状態から算出される目標位相角Vt(破線)に一致させ、進角側へ制御するように指令する。
【0123】
目標位相角Vtが進角側に変化したことにより、検出位相角Vd(一点鎖線)を目標位相角Vt(実線)に追従させるように制御するのであるが、始動直後であるため、ロックピン15がロック状態であると判定し、ピン解除制御を行い、オイルコントロールバルブ1114への制御電流を除々に上昇させるように制御し、ロックを解除させる。
【0124】
時点Eで、検出位相角Vd(一点鎖線)が所定値(例えば5[degCA])以上となると、ロックが解除されたと判定し、それ以降は目標位相角Vt(実線)と検出位相角Vd(一点鎖線)との偏差により検出位相角Vd(一点鎖線)を目標位相角Vt(実線)に追従するように位相フィードバック制御を実施する。
【0125】
内燃機関の始動直後はカム位相アクチュエータ内に油が充満されておらず、ロックピン15が解除されると異音が発生する場合がある。異音が発生している状態ではカム位相アクチュエータ1113のケース3とロータ6は強い衝撃でぶつかりあっている状態であるため、カム位相アクチュエータを締結しているネジがゆるむ可能性があり、ネジのゆるみが内燃機関の破損につながる。
【0126】
したがって、カム位相アクチュエータ内に油が充満されていない始動後所定期間の間は、目標位相角Vtを進角側への指令値としないことにより、ロックピン15の解除を防止し、異音の発生を防止する。
【0127】
実施の形態6.
なお、上記実施の形態5では、内燃機関1101の始動後所定期間の間、解除制御を行わないように制御したが、内燃機関1101の運転状態から算出した目標位相角Vtが所定量に達するまでの間、解除制御を行わないように制御してもよい。
【0128】
この発明の実施の形態6を示す構成は、前述(図8〜図13参照)と同一であり、一部異なるECU1117の動作以外については、詳述を省略する。
【0129】
図7を参照しながら、ECU1117による位相フィードバック制御の動作について説明する。図7は、この発明の実施の形態6による動作を示すタイムチャートである。
【0130】
図7において、時間経過(横軸)に対する内燃機関1101の各パラメータの動作(縦軸)を示す。
【0131】
時点Aにおいて、スタータが回転すると、内燃機関1101が始動状態(始動モード)となり、始動後カウンタCstに所定値(例えば5[sec])をセットする。
【0132】
時点Bにおいて、回転速度Neが吹き上がると、内燃機関1101が始動したと判定し、スタータを解除して始動状態(始動モード)を終了するとともに、始動後カウンタCstがカウントダウンを開始する。
【0133】
時点Cから時点Dの間、回転速度Neの上昇により、内燃機関1101の運転状態から算出される目標位相角Vt(破線)は進角側へ変化するが(進角量が増加するように目標位相角が算出される)、目標位相角Vtが所定値(例えば5[degCA])以下であるため、ECU1117から指令される目標位相角Vt(実線)は最遅角であるゼロとする。
【0134】
時点Dにおいて、内燃機関1101の運転状態から算出される目標位相角Vt(破線)が所定値(例えば5[degCA])より大きくとなると、ECU1117からの指令値となる目標位相角Vt(実線)は進角側に変化し、検出位相角Vd(一点鎖線)を目標位相角(実線)に追従させるように制御するのであるが、内燃機関1101は始動直後であるため、ロックピン15はロック状態であると判定し、ピン解除制御を行い、オイルコントロールバルブの制御電流を除々に上昇させるように制御し、ロックを解除させる。
【0135】
時点Eにおいて、検出位相角Vd(一点鎖線)が所定値(例えば5[degCA])以上となると、ロック解除されたと判定し、それ以降は目標位相角Vt(実線)と検出位相角Vd(一点鎖線)との偏差により、検出位相角Vd(一点鎖線)を目標位相角Vt(実線)に追従するように位相フィードバック制御を実施する。
【0136】
始動直後からのピン解除判定ができない進角領域においては、位相フィードバック制御を実施すると、ロックピン15がロック状態であるため制御量が発散してしまい、ロックピン15が解除後、検出位相角Vdによる目標位相角Vtへの追従が不良となり、ドライバビリティ、燃費、排ガスが悪化する。
【0137】
このように、運転状態から算出される目標位相角Vtが所定値以上となるまでは目標位相角Vtを最遅角位置として指令して進角制御を実施せず、ピン解除判定ができない進角領域での位相フィードバック制御を禁止することにより、ロックピン15がロック状態であるにも拘わらず、位相フィードバック制御を実施することによる制御量の発散を防止し、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止する。
【0138】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関のカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータである内燃機関の回転速度に基づいて、ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるので、内燃機関の運転状態を示す回転速度によりロック状態を判定して、進角制御時にピン解除制御を行うことで、ロックピンがこじれることなく進角制御が可能となるうえ、ロック状態であると判定した場合の進角制御時のみピン解除制御を行うことで、ピン解除制御による進角動作遅れの発生頻度が低減し、ロックピンのこじれによる進角不良を防止し、進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0141】
また、この発明によれば、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関のカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータである内燃機関の冷却水温に基づいて、ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるので、進角制御時にピン解除制御を行うことで、ロックピンがこじれることなく進角制御が可能となるうえ、進角制御時にピン解除制御を行うことで、ロックピンがこじれることなく進角制御が可能となり、ロックピンのこじれによる進角不良を防止し、進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0143】
また、この発明によれば、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、バルブタイミング制御装置の作動状態を示す第2のパラメータである第2の相対角度の検出値が所定の最遅角位置の範囲内の場合に、ロック状態であると判定することにより、ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるので、確実にロック状態の判定が可能となり、ロックピンがこじれることなく進角制御が可能で、ロックピンのこじれによる進角不良を防止し、進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0144】
また、この発明によれば、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、第1の回転体に対して第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、演算手段は、バルブタイミング制御装置の作動状態を示す第2のパラメータである第2の相対角度の検出値が所定値以上の場合に、ロック解除状態であると判定することにより、ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、ロック状態の場合にロックを解除させるので、検出進角量のみでロック状態を判定するようなシンプルな制御でロック状態の判定を実施することが可能であり、ロック状態判定後の最遅角位置からの進角制御時は、ピン解除制御を実施することでピンこじれを防止することができ、ロックピンのこじれでの進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0145】
また、この発明によれば、演算手段は、第1のパラメータに基づいて算出された第2の相対角度の目標値が所定値以上でかつ、第2の相対角度の検出値が所定量以下の状態が所定期間の間継続する場合、ロック状態であると判定するので、目標位相角が進角側に指令しているにも拘わらず、検出位相角が目標位相角に追従せずに所定量以下の遅角側にある状態が所定期間継続する場合、ロックピンがロック状態であると判定し、ピン解除制御を実施することで、ロックピンのこじれでの進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0146】
また、この発明によれば、演算手段は、検出値が目標値に達する油圧調整手段の制御量を学習する制御量学習手段を備え、制御量学習手段の学習状態に基づいて所定期間を決定するので、正確に所定期間を設定し、ロックピンのロック状態を正確に判定し、ロックピンのこじれでの進角不良によるドライバビリティ、燃費、排ガス悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0147】
また、この発明によれば、演算手段は、内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータに基づいて算出された第2の相対角度の目標値、または、第1のパラメータにより、ロックの解除を禁止するので、異音の発生を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0148】
また、この発明によれば、演算手段は、第1のパラメータを示す内燃機関の始動からの経過期間が所定値に達するまでの間、ロックの解除を禁止するので、内燃機関の始動後所定期間は目標位相角を進角側への指令値とせずにロックピンの解除を防止し、異音の発生を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0149】
また、この発明によれば、演算手段は、目標値が所定値以下の間、ロックの解除を禁止するので、運転状態から算出される目標位相角が所定値以上となるまで目標位相角の指令値を最遅角位置として進角制御を実施せず、ロックピンの解除を防止し、ロック解除判定ができない進角領域での位相フィードバック制御を禁止し、位相フィードバック制御での制御量の発散を防止し、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【0150】
さらに、この発明によれば、演算手段は、ロック状態と判定される場合、第1の相対角度から第2の相対角度に変更する位相フィードバック制御を禁止するので、運転状態から算出される目標位相角が所定値以上となるまで目標位相角の指令値を最遅角位置として進角制御を実施せず、ピン解除判定ができない進角領域での位相フィードバック制御を禁止し、位相フィードバック制御での制御量の発散を防止し、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止することのできる内燃機関のバルブタイミング装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による動作を示すフローチャートである。
【図2】 この発明の実施の形態1〜4による動作を示すフローチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態2による動作を示すフローチャートである。
【図4】 この発明の実施の形態3による動作を示すフローチャートである。
【図5】 この発明の実施の形態4による動作を示すフローチャートである。
【図6】 この発明の実施の形態5による動作を示すタイムチャートである。
【図7】 この発明の実施の形態6による動作を示すタイムチャートである。
【図8】 バルブタイミング制御装置を有する内燃機関の構成図である。
【図9】 従来のベーン式バルブタイミング調整装置の内部構成を示す横断面図である。
【図10】 従来のバルブタイミング制御装置を断面視した縦断面図である。
【図11】 従来のバルブタイミング制御装置におけるロック・ロック解除機構の要部を拡大した斜視図である。
【図12】 ロック・ロック解除機構の縦断面図である。
【図13】 ロック・ロック解除機構の縦断面図である。
Claims (10)
- 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、前記内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、前記第1の回転体に対して前記第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、
前記内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、
前記第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、
前記第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、
前記演算手段は、
前記内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータである前記内燃機関の回転速度に基づいて、前記ロック状態および前記ロック解除状態を判定することにより、
前記ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、前記ロック状態の場合にロックを解除させ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。 - 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、前記内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、前記第1の回転体に対して前記第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、
前記内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、
前記第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、
前記第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、
前記演算手段は、
前記内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータである前記内燃機関の冷却水温に基づいて、前記ロック状態および前記ロック解除状態を判定することにより、
前記ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、前記ロック状態の場合にロックを解除させ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。 - 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、前記内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、前記第1の回転体に対して前記第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、
前記内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、
前記第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、
前記第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、
前記演算手段は、
前記バルブタイミング制御装置の作動状態を示す第2のパラメータである第2の相対角度の検出値が所定の最遅角位置の範囲内の場合に、前記ロック状態であると判定することにより、
前記ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、前記ロック状態の場合にロックを解除させ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。 - 内燃機関のクランクシャフトと同期回転する第1の回転体と、前記内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトに固定された第2の回転体と、前記第1の回転体に対して前記第2の回転体を第1の相対角度でロックするロック機構とを有するカム位相アクチュエータと、
前記内燃機関の油圧を発生するオイルポンプと、
前記第1の相対角度でのロック状態を解除して第2の相対角度に変更するための電流値を算出する演算手段と、
前記第2の回転体のカム位相を調整するための油圧を供給する油圧調整手段とを備え、
前記演算手段は、
前記バルブタイミング制御装置の作動状態を示す第2のパラメータである前記第2の相対角度の検出値が所定値以上の場合に、前記ロック解除状態であると判定することにより、
前記ロック機構のロック状態およびロック解除状態を判定して、前記ロック状態の場合にロックを解除させ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。 - 前記演算手段は、
前記第1のパラメータに基づいて算出された前記第2の相対角度の目標値が所定値以上でかつ、前記第2の相対角度の検出値が所定量以下の状態が所定期間の間継続する場合に、前記ロック状態であると判定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 前記演算手段は、
前記検出値が前記目標値に達する前記油圧調整手段の制御量を学習する制御量学習手段を備え、
前記制御量学習手段の学習状態に基づいて前記所定期間を決定することを特徴とする請 求項5に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 前記演算手段は、
前記内燃機関の運転状態を示す第1のパラメータに基づいて算出された前記第2の相対角度の目標値、または、前記第1のパラメータにより、ロックの解除を禁止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 前記演算手段は、
前記第1のパラメータを示す前記内燃機関の始動からの経過期間が所定値に達するまでの間、ロックの解除を禁止することを特徴とする請求項7に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 前記演算手段は、
前記目標値が所定値以下の間、ロックの解除を禁止することを特徴とする請求項7に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 前記演算手段は、
前記ロック状態と判定される場合、前記第1の相対角度から第2の相対角度に変更する位相フィードバック制御を禁止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
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