JP3793664B2 - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のバルブタイミング制御装置に関し、詳しくは、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をバルブによる油圧制御によって連続的に可変制御する構成のバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、係る構成のバルブタイミング制御装置として、特開平１０−１４１０２２号公報に開示されるようなベーン式バルブタイミング制御装置があった。
【０００３】
このものは、カムスプロケットに固定される筒状のハウジングの内周面に凹部を形成する一方、カムシャフトに固定される羽車の羽部（ベーン）が前記凹部に収容させ、前記凹部内で前記羽部が移動できる範囲内でカムシャフトがカムスプロケットに対して相対的に回転できるよう構成する。
【０００４】
そして、前記羽部が前記凹部を回転方向の前後に区画して形成される一対の油圧室に対して相対的に油を給排することで、前記羽部を前記凹部の中間位置に保持させ、回転位相の連続的な可変制御を行わせる構成となっており、前記一対の油圧室の油圧が目標の回転位相が得られる油圧に調整されると、油圧通路をバルブで閉じて油の給排を停止させるよう構成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カムシャフトには、吸排気バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングによって正及び負の回転トルク（以下、カムトルクという）が交互に発生し、油圧通路をバルブで閉じて油の給排を停止させているときに、正のカムトルクが加わった側の油圧室の油圧が上昇することになる。そして、前記カムトルクによる油圧の上昇によって油もれが発生すると、前記カムトルクの正負が反転したときに、前記油漏れが発生した場所から今度は空気を吸い込み、密閉された油圧経路内の油に空気が混じるようになり、空気が混じった状態でカムトルクが加わると、空気の圧縮率は油よりも大きいため、正のカムトルクが加わったときに回転位相がより大きく変位するようになり、これにより、回転位相のハンチングを発生させる可能性があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をバルブによる油圧制御によって連続的に可変制御する構成の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、回転位相がカムトルクによって大きくハンチングすることを防止できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を、油圧室における油の給排を油圧制御バルブによって制御することで連続的に可変とする内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、前記回転位相の計測値に基づいて前記油圧制御バルブの制御信号をフィードバック制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記フィードバック制御が略収束したときに、前記制御信号を強制的に変化させることで、前記油圧室における油の給排を行わせることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によると、回転位相のずれを解消すべく油圧室における油の給排を行わせるフィードバック制御がなされ、該フィードバック制御によって目標付近に戻ると（フィードバック制御が略収束すると）、制御信号を強制的に変化させる。
これにより、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、油の給排が行われない状態に保持されることがなく、油の給排が行われるようにできる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記回転位相の目標付近で周期的な変動を生じさせることで、前記油圧室における油の給排を周期的に行わせることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によると、目標付近の狭い範囲内で周期的な変動を生じさせることで、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、油の給排が行われない状態に保持されることがなく、常に油の給排が行われるようになる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記制御信号が所定範囲内になったときに、前記制御信号に所定のオフセット量を付加することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によると、バルブの制御信号にオフセット量を付加することで油圧が目標の回転位相に相当する値からずれ、これによって実際に回転位相がずれると、目標の回転位相に戻すべくフィードバック制御が働き、オフセット量の付加により油が供給された油圧室からは油を排出させ、オフセット量の付加により油が排出された油圧室には油を供給する制御が行われることになり、該フィードバック制御の収束に伴って制御信号が所定範囲内に戻ったときに再度オフセットを付加すれば、目標に対するずれの設定と該ずれの解消とが繰り返されることになる。
【００１３】
請求項４記載の発明では、前記所定範囲内が、油圧保持状態に相当する信号範囲を含む構成とした。
かかる構成によると、油圧通路を閉じる（油の給排を停止する）ことになる制御信号範囲に戻った時には、必ずオフセットが付加されることになり、油圧通路が閉じた状態に保持されることがない。
【００１４】
請求項５記載の発明では、前記オフセット量を、前記回転位相の目標値に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、そのときの回転位相の目標値から、そのときの油圧室の体積を推定でき、前記体積に応じてオフセット量を設定することで、体積による感度の違いに対応したオフセット量が設定されることになる。
【００１５】
請求項６記載の発明では、前記オフセット量を、作動油の温度に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、作動油の温度、即ち、粘性による感度の違いに対応したオフセット量が設定されることになる。
【００１６】
請求項７記載の発明では、前記作動油の温度を、機関の冷却水温度に基づいて推定する構成とした。
かかる構成によると、作動油の温度を直接検出する代わりに、作動油の温度と相関のある冷却水温度に基づいて作動油の温度を推定する。
【００１７】
請求項８記載の発明では、前記オフセット量を、内燃機関の回転速度に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、回転速度によるカムトルクの変動、及び、機関駆動のオイルポンプを用いる構成の場合には、供給油の変動に応じてオフセット量が設定されることになる。
【００１８】
請求項９記載の発明では、前記オフセット量を、前記作動油の供給圧に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、作動油の供給圧の大小による油圧室内の圧力変化の感度の違いに対応してオフセット量が設定されることになる。
【００１９】
請求項１０記載の発明では、前記カムシャフトをカムスプロケットに対して相対的に回転させてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続的に可変制御する構成であって、前記カムシャフトとカムスプロケットとの一方側の所定円周上に設けた凹部と、前記カムシャフトとカムスプロケットとの他方側に設けられ前記凹部内に収容されると共に前記凹部を回転方向の前後に区画して一対の油圧室を形成するベーンとを備え、前記一対の油圧室に相対的に油を給排することで、前記回転位相を連続的に可変制御する構成とした。
【００２０】
かかる構成によると、前記凹部とベーンとで構成される一対の油圧室に対して相対的に油を給排することで回転位相を連続的に可変制御する所謂ベーン式バルブタイミング制御装置において、前記油圧室に対する油の給排を強制し、油圧通路が密閉された状態に保持されることを回避する。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、油の給排が行われない状態に保持されることを回避できるので、カムトルクが作用しても、油圧経路内に空気を吸い込むことを防止でき、以って、回転位相のハンチングの発生を防止できるという効果がある。
【００２２】
請求項２記載の発明によると、油圧室に対する油の給排を常時行わせて、油圧通路が密閉される状態を回避するので、カムトルクが作用しても、油圧経路内に空気を吸い込むことを防止でき、以って、回転位相のハンチングの発生を防止できるという効果がある。
【００２３】
請求項３，４記載の発明によると、オフセット量の付加によって強制的な回転位相のずれを生じさせ、該ずれの収束に応じて再度オフセットを付加するので、油圧制御バルブを、中立点を中心に所定範囲内で変位させることができ、オフセットの付加による定常的な偏差の発生を防止できるという効果がある。
【００２４】
請求項５記載の発明によると、油圧室の体積に応じた最適なオフセット量を与えて、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２５】
請求項６記載の発明によると、作動油の粘性に応じた最適なオフセット量を与えて、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２６】
請求項７記載の発明によると、作動油の温度を冷却水温度から推定することにより、作動油の温度を直接検出するセンサの取り付けが困難な仕様においても、作動油の温度を精度良く検出でき、また、作動油の温度を直接検出するセンサを不要としてコスト低減を図れるという効果がある。
【００２７】
請求項８記載の発明によると、機関の回転速度によるカムトルクの違い及びポンプからの油の供給量の違いに対応した最適なオフセット量を与えることができ、以って、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２８】
請求項９記載の発明によると、油圧室に対する油の供給圧に応じた最適なオフセット量を与えて、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２９】
請求項１０記載の発明によると、所謂ベーン式バルブタイミング制御装置において、カムトルクが作用しても油圧経路内に空気を吸い込むことを防止でき、以って、回転位相のハンチングの発生を防止できるという効果がある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図６は、実施形態における内燃機関のバルブタイミング制御装置の機構部分を示すものであり、吸気バルブ側に適用したものを示す。
【００３１】
図に示すバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフト（図示省略）によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット１（タイミングスプロケット）と、該カムスプロケット１に対して相対回転可能に設けられたカムシャフト２と、該カムシャフト２の端部に固定されてカムスプロケット１内に回転自在に収容された回転部材３と、該回転部材３をカムスプロケット１に対して相対的に回転させる油圧回路４と、カムスプロケット１と回転部材３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構１０とを備えている。
【００３２】
前記カムスプロケット１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部５ａを有する回転部５と、該回転部５の前方に配置されて回転部材３を回転自在に収容したハウジング６と、該ハウジング６の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフロントカバー７と、ハウジング６と回転部５との間に配置されてハウジング６の後端部を閉塞する略円板状のリアカバー８とから構成され、これら回転部５とハウジング６及びフロントカバー７，リアカバー８は、４本の小径ボルト９によって軸方向から一体的に結合されている。
【００３３】
前記回転部５は、略円環状を呈し、周方向の約９０°の等間隔位置に各小径ボルト９が螺着する４つの雌ねじ孔５ｂが前後方向へ貫通形成されていると共に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ２５が嵌合する段差径状の嵌合孔１１が貫通形成されている。更に、前端面には、前記リアカバー８が嵌合する円板状の嵌合溝１２が形成されている。
【００３４】
また、前記ハウジング６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位置には、４つの隔壁部１３が突設されている。この隔壁部１３は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング６の軸方向に沿って設けられて、各両端縁がハウジング６の両端縁と同一面になっていると共に、基端側には、小径ボルト９が挿通する４つのボルト挿通孔１４が軸方向へ貫通形成されている。更に、各隔壁部１３の内端面中央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝１３ａ内に、コ字形のシール部材１５と該シール部材１５を内方へ押圧する板ばね１６が嵌合保持されている。
【００３５】
更に、前記フロントカバー７は、中央の比較的大径なボルト挿通孔１７が穿設されていると共に、前記ハウジング６の各ボルト挿通孔１４と対応する位置に４つのボルト孔１８が穿設されている。
【００３６】
また、リアカバー８は、後端面に前記回転部材５の嵌合溝１２内に嵌合保持される円板部８ａを有していると共に、中央にスリーブ２５の小径な円環部２５ａが嵌入する嵌入孔８ｃが穿設され、更に、前記ボルト挿通孔１４に対応する位置に４つのボルト孔１９が同じく形成されている。
【００３７】
前記カムシャフト２は、シリンダヘッド２２の上端部にカム軸受２３を介して回転自在に支持され、外周面の所定位置に、バルブリフターを介して吸気バルブを開動作させるカム（図示省略）が一体に設けられていると共に、前端部にはフランジ部２４が一体に設けられている。
【００３８】
前記回転部材３は、フランジ部２４と嵌合穴１１にそれぞれ前後部が嵌合した前記スリーブ２５を介して軸方向から挿通した固定ボルト２６によってカムシャフト２の前端部に固定されており、中央に前記固定ボルト２６が挿通するボルト挿通孔２７ａを有する円環状の基部２７と、該基部２７の外周面周方向の９０°位置に一体に設けられた４つのベーン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄとを備えている。
【００３９】
前記第１〜第４ベーン２８ａ〜２８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部１３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン２８ａ〜２８ｄの両側と各隔壁部１３の両側面との間に、進角側油圧室３２と遅角側油圧室３３を構成する。また、各ベーン２８ａ〜２８ｄの外周面の中央に軸方向に切欠された保持溝２９にハウジング６の内周面６ａに摺接するコ字形のシール部材３０と該シール部材３０を外方に押圧する板ばね３１がそれぞれ嵌着保持されている。
【００４０】
前記ロック機構１０は、前記回転部５の嵌合溝１２の外周側所定位置に形成された係合溝２０と、前記係合溝２０に対応した前記リアカバー８の所定位置に貫通形成されて、内周面がテーパ状の係合孔２１と、該係合孔２１に対応した前記１つのベーン２８の略中央位置に内部軸方向に沿って貫通形成された摺動用孔３５と、該１つのベーン２８の前記摺動用孔３５内に摺動自在に設けられたロックピン３４と、該ロックピン３４の後端側に弾装されたばね部材であるコイルスプリング３９と、ロックピン３４と摺動用孔３５との間に形成された受圧室４０とから構成されている。
【００４１】
前記ロックピン３４は、中央側の中径状の本体３４ａと、該本体３４ａの先端側に略先細り円錐状に形成された係合部３４ｂと、本体３４ａの後端側に形成された段差大径状のストッパ部３４ｃとから構成されており、ストッパ部３４ｃの内部凹溝３４ｄの底面とフロントカバー７の内端面との間に弾装された前記コイルスプリング３９のばね力によって係合孔２１方向へ付勢されるようになっていると共に、前記本体３４ａとストッパ部３４ｃとの間の外周面及び摺動用孔３５の内周面との間に形成された受圧室４０内の油圧によって、係合孔２１から抜け出る方向に摺動するようになっている。また、この受圧室４０は、前記ベーン２８の側部に形成された通孔３６によって前記遅角側油圧室３３に連通している。また、ロックピン３４の係合部３４ｂは、回転部材３の最大遅角側の回動位置において係合部３４ｂが係合孔２１内に係入するようになっている。
【００４２】
前記油圧回路４は、進角側油圧室３２に対して油圧を給排する第１油圧通路４１と、遅角側油圧室３３に対して油圧を給排する第２油圧通路４２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路４１，４２には、供給通路４３とドレン通路４４とがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁４５を介して接続されている。前記供給通路４３には、オイルパン４６内の油を圧送するオイルポンプ４７が設けられている一方、ドレン通路４４の下流端がオイルパン４６に連通している。
【００４３】
前記第１油圧通路４１は、シリンダヘッド２２内からカムシャフト２の軸心内部に形成された第１通路部４１ａと、固定ボルト２６内部の軸線方向を通って頭部２６ａ内で分岐形成されて第１通路部４１ａと連通する第１油路４１ｂと、頭部２６ａの小径な外周面と回転部材３の基部２７内に有するボルト挿通孔２７ａの内周面との間に形成されて第１油路４１ｂに連通する油室４１ｃと、回転部材３の基部２７内に略放射状に形成されて油室４１ｃと各進角側油圧室３２に連通する４本の分岐路４１ｄとから構成されている。
【００４４】
一方、第２油圧通路４２は、シリンダヘッド２２内及びカムシャフト２の内部一側に形成された第２通路部４２ａと、前記スリーブ２５の内部に略Ｌ字形状に折曲形成されて第２通路部４２ａと連通する第２油路４２ｂと、回転部材５の嵌合孔１１の外周側孔縁に形成されて第２油路４２ｂと連通する4つの油通路溝４２ｃと、リアカバー８の周方向の約９０°の位置に形成されて、各油通路溝４２ｃと遅角側油圧室３３とを連通する４つの油孔４２ｄとから構成されている。
【００４５】
前記電磁切換弁４５は、内部のスプール弁体が各油圧通路４１，４２と供給通路４３及びドレン通路４４ａ，４４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっていると共に、コントローラ４８からの制御信号によって切り換え作動されるようになっている。
【００４６】
具体的には、図４〜図６に示すように、シリンダブロック４９の保持孔５０内に挿通固定された筒状のバルブボディ５１と、該バルブボディ５１内の弁孔５２に摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール弁体５３と、該スプール弁体５３を作動させる比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ５４とから構成されている。
【００４７】
前記バルブボディ５１は、周壁の略中央位置に前記供給通路４３の下流側端と弁孔５２とを連通する供給ポート５５が貫通形成されていると共に、該供給ポート５５の両側に前記第１，第２油圧通路４１，４２の他端部と弁孔５２とを連通する第１ポート５６及び第２ポート５７がそれぞれ貫通形成されている。また、周壁の両端部には、両ドレン通路４４ａ，４４ｂと弁孔５２とを連通する第３，第４ポート５８，５９が貫通形成されている。
【００４８】
前記スプール弁体５３は、小径軸部の中央に供給ポート５５を開閉する略円柱状の第１弁部６０を有していると共に、両端部に第３，第４ポート５８，５９を開閉する略円柱状の第２，第３弁部６１，６２を有している。また、スプール弁体５３は、前端側の支軸５３ａの一端縁に有する傘部５３ｂと弁孔５２の前端側内周壁に有するスプリングシート５１ａとの間に弾装された円錐状の弁ばね６３によって、図中右方向、つまり第１弁部６０で供給ポート５５と第２油圧通路４２とを連通する方向に付勢されている。
【００４９】
前記電磁アクチュエータ５４は、コア６４，移動プランジャ６５，コイル６６，コネクタ６７などを備え、移動プランジャ６５の先端に前記スプール弁体５３の傘部５３ｂを押圧する駆動ロッド６５ａが固定されている。
【００５０】
前記コントローラ４８は、機関回転速度を検出する回転センサ１０１や吸入空気量を検出するエアフローメータ１０２からの信号によって現在の運転状態（負荷、回転）を検出すると共に、クランク角センサ１０３及びカムセンサ１０４からの信号によってカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置、即ち、クランクシャフトに対するカムシャフト２の回転位相を検出する。
【００５１】
前記コントローラ４８は、前記電磁アクチュエータ５４に対する通電量をディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、コントローラ４８から電磁アクチュエータ５４にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のばね力で図４に示す位置、つまり、最大右方向に移動する。これによって、第１弁部６０が供給ポート５５の開口端５５ａを開成して第２ポート５７と連通させると同時に、第２弁部６１が第３ポート５８の開口端を開成すると共に、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止する。このため、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、供給ポート５５，弁孔５２，第２ポート５７，第２油圧通路４２を通って遅角側油圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の作動油が、第１油圧通路４１，第１ポート５６，弁孔５２，第３ポート５８を通って第１ドレン通路４４ａからオイルパン４６内に排出される。
【００５２】
従って、遅角側油圧室３３の内圧が高、進角側油圧室３２の内圧が低となって、回転部材３は、ベーン２８ａ〜２８ｂを介して最大一方向に回転する。これによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは一方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期が遅くなり、排気バルブとのオーバーラップが小さくなる。
【００５３】
一方、コントローラ４８から電磁アクチュエータ５４にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のばね力に抗して図６に示すように左方向へ最大に摺動して、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止すると同時に、第４弁部６２が第４ポート５９を開成すると共に、第１弁部６０が、供給ポート５５と第１ポート５６とを連通させる。このため、作動油は、供給ポート５５、第１ポート５６、第１油圧通路４１を通って進角側油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動油が第２油圧通路４２、第２ポート５７、第４ポート５９、第２ドレン通路４４ｂを通ってオイルパン４６に排出され、遅角側油圧室３３が低圧になる。
【００５４】
このため、回転部材３は、ベーン２８ａ〜２８ｄを介して他方向へ最大に回転し、これによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは他方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期が早くなり（進角され）、排気バルブとのオーバーラップが大きくなる。
【００５５】
前記コントローラ４８は、第１弁部６０が供給ポート５５を閉止し、かつ、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止し、かつ、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止する位置となるデューティ比をベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹ（例えば５０％）とする一方、クランク角センサ１０３及びカムセンサ１０４からの信号に基づいて検出されるカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置（回転位相）と、運転状態に応じて設定した前記相対回動位置（回転位相）の目標値（目標進角値）とを一致させるためのフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹを比例・積分・微分（ＰＩＤ）動作によって設定し、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとの加算結果を最終的なデューティ比ＶＴＣＤＴＹとし、該デューティ比ＶＴＣＤＴＹの制御信号を電磁アクチュエータ５４に出力するようにしてある。
【００５６】
つまり、前記相対回動位置（回転位相）を遅角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹによりデューティ比が減少され、オイルポンプ４７から圧送された作動油が遅角側油圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の作動油がオイルパン４６内に排出されるようになり、逆に、前記相対回動位置（回転位相）を進角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹによりデューティ比が増大され、作動油が進角側油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動油がオイルパン４６に排出されるようになる。そして、前記相対回動位置（回転位相）を現状の状態に保持する場合には、前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹの絶対値が減ることで、ベースデューティ比付近のデューティ比に戻るよう制御され、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９の閉止（油圧の給排の停止）により各油圧室３２，３３の内圧を保持するように制御される。
【００５７】
図７は、前記コントローラ４８による電磁アクチュエータ５４のデューティ制御の様子を示すブロック図である。
この図７に示すように、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとの加算値が求められる一方、該加算値に所定のオフセット量を付加したデューティ比が演算され、オフセット量を付加しないデューティ比と、オフセット量を付加したデューティ比とのいずれか一方が選択的に出力されるようにしてある。
【００５８】
前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹは、図中に示すように、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９が共に閉止され、いずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われないデューティ比範囲の略中央値に設定されている。
【００５９】
そして、該ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹにフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹを加算した値が所定範囲内（ＶＤＴＲＬ＃＜ＢＡＳＥＤＴＹ＋ＰＩＤＤＴＹ＜ＶＤＴＲＨ＃）であるとき、具体的には、いずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われないデューティ比範囲を含み、該デューティ比範囲よりも僅かに広い範囲内であるときにオフセットの付加が選択され、該オフセットが付加されることで、前記相対回動位置（回転位相）の僅かなずれが生じ、該ずれを解消すべく油圧室における油の給排を行わせるフィードバック制御がなされ、該フィードバック制御によって目標付近に戻ると（フィードバック制御が略収束すると）、再度オフセットが付加され、結果的に目標付近の狭い範囲内で周期的な変動を生じさせるようにしてある。
【００６０】
これにより、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９が共に閉止されいずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われない状態に保持されることがなく、常に油の給排が行われるようになる。
【００６１】
供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９が共に閉止されいずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われない状態でカムトルクが作用すると、正のトルクが加わった方の油圧室の内圧が増大して油漏れが生じ、逆に負のトルクが加わったときに前記漏れた箇所から空気を吸い込む可能性があり、該空気の吸い込みによりカムトルクが加わることによる振幅が大きくなって、結果、相対回動位置（回転位相）が大きくハンチングすることになってしまう。
【００６２】
これに対し、上記のようにして常に油の給排が行われる構成であれば、前記空気の吸い込みを防止でき、以って、空気の吸い込みによるハンチングの発生を防止できる。
【００６３】
ところで、前記オフセット量は、相対回動位置（回転位相）のずれをなるべく小さく発生させる値とすることが望まれるため、運転条件に応じて可変に設定するようにしてある。
【００６４】
本実施の形態では、相対回動位置（回転位相）の目標値（目標進角値）ＶＴＣangleと、水温センサ１０５で検出される機関の冷却水温度Ｔｗとに基づいてオフセット分の基本値ＶＤＴＹＯＦを設定し、更に、この基本値ＶＤＴＹＯＦを機関回転速度に応じた補正係数で補正する構成としてある。
【００６５】
前記目標値ＶＴＣangleは、油圧室３２，３３の体積を示すパラメータであり、体積が大きいほど油圧制御に対する圧力変化の感度が鈍くなるので、目標値ＶＴＣangleに応じてオフセット量を可変に設定させるようにしてある。
【００６６】
また、冷却水温度Ｔｗは、作動油の温度に相関する温度として用いるものであり、更に、作動油の温度は作動油の粘性に相関するパラメータであって、油の粘性の違いによる感度の違いに対応して、オフセット量を可変に設定させるようにしてある。尚、作動油の温度を直接検出し、該検出結果を用いて基本値ＶＤＴＹＯＦを設定させる構成としても良い。
【００６７】
更に、機関回転速度は、カムトルクの大きさに相関し、また、オイルポンプによる作動油の供給量に相関するパラメータであり、これらの条件に応じた適切なオフセット量に補正されるようにしてある。
【００６８】
ここで、オイルポンプからの作動油の供給圧を圧力センサで検出し、該供給圧に基づいて、前記オフセット量を可変に設定する構成とすることも可能である。前記供給圧は、前記油の供給量と同様に油圧制御による圧力変化の感度に相関するパラメータである。
【００６９】
尚、前記オフセット量は、プラス（進角方向）の値であっても良いし、また、マイナス（遅角方向）の値であっても良い。
図８のフローチャートは、前記図７に示した制御機能を示すものであり、Ｓ１では、目標進角値を演算し、Ｓ２では実際の進角値を検出し、Ｓ３では、ディザ信号を重畳してフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹを演算する。
【００７０】
そして、Ｓ４では、オフセット量の演算を、目標進角値、水温（油温）、機関回転速度等に応じて可変に設定する。
Ｓ５では、ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとの加算値が所定範囲内であるか否かを判別し、所定範囲内でないとき、つまり、オフセット量を付加しなくても油圧室における油の給排が行われる条件のときには、Ｓ６で前記オフセット量を０にリセットし、前記所定範囲内であれば、Ｓ４におけるオフセット量の演算結果をそのまま保持してＳ７へ進む。
【００７１】
Ｓ７では、ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとオフセット量ＶＤＴＹＯＦとの加算値を求め、更に、該加算値に電源電圧に応じた補正を加えて最終的な制御デューティを決定する。
【００７２】
尚、上記実施の形態では、バルブタイミング制御装置を所謂ベーン式としたが、油圧室内の油圧をカムシャフトの軸方向に作用させると共に、該軸方向の油圧を回転方向の力に変換する機構を備え、前記油圧室に対する油圧の給排を行うことで、前記油圧室内の油圧を目標進角値に対応する圧力に制御して、回転位相を連続的に変化させる構成のバルブタイミング制御装置において、前記油圧室における油圧の給排を常時行わせるべく、油圧フィードバック制御が略収束する毎にオフセットを付加する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるバルブタイミング制御機構を示す断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図３】上記バルブタイミング制御機構の分解斜視図。
【図４】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図５】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図６】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図７】上記バルブタイミング制御機構の制御ブロック図。
【図８】上記バルブタイミング制御機構の制御内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…カムスプロケット
２…カムシャフト
３…回転部材
４…油圧回路
６…ハウジング
７…フロントカバー
１３…隔壁
２８ａ〜２８ｄ…ベーン
３２…進角側油圧室
３３…遅角側油圧室
４５…電磁切換弁
４７…オイルポンプ
５１…バルブボディ
５２…弁孔
５３…スプール弁体
５５…供給ポート
５５ａ…開口端
５６…第１ポート
５７…第２ポート
６０…第１弁部
１０１…回転センサ
１０２…エアフローメータ
１０３…クランク角センサ
１０４…カムセンサ
１０５…水温センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のバルブタイミング制御装置に関し、詳しくは、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をバルブによる油圧制御によって連続的に可変制御する構成のバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、係る構成のバルブタイミング制御装置として、特開平１０−１４１０２２号公報に開示されるようなベーン式バルブタイミング制御装置があった。
【０００３】
このものは、カムスプロケットに固定される筒状のハウジングの内周面に凹部を形成する一方、カムシャフトに固定される羽車の羽部（ベーン）が前記凹部に収容させ、前記凹部内で前記羽部が移動できる範囲内でカムシャフトがカムスプロケットに対して相対的に回転できるよう構成する。
【０００４】
そして、前記羽部が前記凹部を回転方向の前後に区画して形成される一対の油圧室に対して相対的に油を給排することで、前記羽部を前記凹部の中間位置に保持させ、回転位相の連続的な可変制御を行わせる構成となっており、前記一対の油圧室の油圧が目標の回転位相が得られる油圧に調整されると、油圧通路をバルブで閉じて油の給排を停止させるよう構成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カムシャフトには、吸排気バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングによって正及び負の回転トルク（以下、カムトルクという）が交互に発生し、油圧通路をバルブで閉じて油の給排を停止させているときに、正のカムトルクが加わった側の油圧室の油圧が上昇することになる。そして、前記カムトルクによる油圧の上昇によって油もれが発生すると、前記カムトルクの正負が反転したときに、前記油漏れが発生した場所から今度は空気を吸い込み、密閉された油圧経路内の油に空気が混じるようになり、空気が混じった状態でカムトルクが加わると、空気の圧縮率は油よりも大きいため、正のカムトルクが加わったときに回転位相がより大きく変位するようになり、これにより、回転位相のハンチングを発生させる可能性があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をバルブによる油圧制御によって連続的に可変制御する構成の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、回転位相がカムトルクによって大きくハンチングすることを防止できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を、油圧室における油の給排を油圧制御バルブによって制御することで連続的に可変とする内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、前記回転位相の計測値に基づいて前記油圧制御バルブの制御信号をフィードバック制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、前記フィードバック制御が略収束したときに、前記制御信号を強制的に変化させることで、前記油圧室における油の給排を行わせることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によると、回転位相のずれを解消すべく油圧室における油の給排を行わせるフィードバック制御がなされ、該フィードバック制御によって目標付近に戻ると（フィードバック制御が略収束すると）、制御信号を強制的に変化させる。
これにより、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、油の給排が行われない状態に保持されることがなく、油の給排が行われるようにできる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記回転位相の目標付近で周期的な変動を生じさせることで、前記油圧室における油の給排を周期的に行わせることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によると、目標付近の狭い範囲内で周期的な変動を生じさせることで、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、油の給排が行われない状態に保持されることがなく、常に油の給排が行われるようになる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記制御信号が所定範囲内になったときに、前記制御信号に所定のオフセット量を付加することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によると、バルブの制御信号にオフセット量を付加することで油圧が目標の回転位相に相当する値からずれ、これによって実際に回転位相がずれると、目標の回転位相に戻すべくフィードバック制御が働き、オフセット量の付加により油が供給された油圧室からは油を排出させ、オフセット量の付加により油が排出された油圧室には油を供給する制御が行われることになり、該フィードバック制御の収束に伴って制御信号が所定範囲内に戻ったときに再度オフセットを付加すれば、目標に対するずれの設定と該ずれの解消とが繰り返されることになる。
【００１３】
請求項４記載の発明では、前記所定範囲内が、油圧保持状態に相当する信号範囲を含む構成とした。
かかる構成によると、油圧通路を閉じる（油の給排を停止する）ことになる制御信号範囲に戻った時には、必ずオフセットが付加されることになり、油圧通路が閉じた状態に保持されることがない。
【００１４】
請求項５記載の発明では、前記オフセット量を、前記回転位相の目標値に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、そのときの回転位相の目標値から、そのときの油圧室の体積を推定でき、前記体積に応じてオフセット量を設定することで、体積による感度の違いに対応したオフセット量が設定されることになる。
【００１５】
請求項６記載の発明では、前記オフセット量を、作動油の温度に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、作動油の温度、即ち、粘性による感度の違いに対応したオフセット量が設定されることになる。
【００１６】
請求項７記載の発明では、前記作動油の温度を、機関の冷却水温度に基づいて推定する構成とした。
かかる構成によると、作動油の温度を直接検出する代わりに、作動油の温度と相関のある冷却水温度に基づいて作動油の温度を推定する。
【００１７】
請求項８記載の発明では、前記オフセット量を、内燃機関の回転速度に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、回転速度によるカムトルクの変動、及び、機関駆動のオイルポンプを用いる構成の場合には、供給油の変動に応じてオフセット量が設定されることになる。
【００１８】
請求項９記載の発明では、前記オフセット量を、前記作動油の供給圧に応じて可変に設定する構成とした。
かかる構成によると、作動油の供給圧の大小による油圧室内の圧力変化の感度の違いに対応してオフセット量が設定されることになる。
【００１９】
請求項１０記載の発明では、前記カムシャフトをカムスプロケットに対して相対的に回転させてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続的に可変制御する構成であって、前記カムシャフトとカムスプロケットとの一方側の所定円周上に設けた凹部と、前記カムシャフトとカムスプロケットとの他方側に設けられ前記凹部内に収容されると共に前記凹部を回転方向の前後に区画して一対の油圧室を形成するベーンとを備え、前記一対の油圧室に相対的に油を給排することで、前記回転位相を連続的に可変制御する構成とした。
【００２０】
かかる構成によると、前記凹部とベーンとで構成される一対の油圧室に対して相対的に油を給排することで回転位相を連続的に可変制御する所謂ベーン式バルブタイミング制御装置において、前記油圧室に対する油の給排を強制し、油圧通路が密閉された状態に保持されることを回避する。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、油の給排が行われない状態に保持されることを回避できるので、カムトルクが作用しても、油圧経路内に空気を吸い込むことを防止でき、以って、回転位相のハンチングの発生を防止できるという効果がある。
【００２２】
請求項２記載の発明によると、油圧室に対する油の給排を常時行わせて、油圧通路が密閉される状態を回避するので、カムトルクが作用しても、油圧経路内に空気を吸い込むことを防止でき、以って、回転位相のハンチングの発生を防止できるという効果がある。
【００２３】
請求項３，４記載の発明によると、オフセット量の付加によって強制的な回転位相のずれを生じさせ、該ずれの収束に応じて再度オフセットを付加するので、油圧制御バルブを、中立点を中心に所定範囲内で変位させることができ、オフセットの付加による定常的な偏差の発生を防止できるという効果がある。
【００２４】
請求項５記載の発明によると、油圧室の体積に応じた最適なオフセット量を与えて、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２５】
請求項６記載の発明によると、作動油の粘性に応じた最適なオフセット量を与えて、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２６】
請求項７記載の発明によると、作動油の温度を冷却水温度から推定することにより、作動油の温度を直接検出するセンサの取り付けが困難な仕様においても、作動油の温度を精度良く検出でき、また、作動油の温度を直接検出するセンサを不要としてコスト低減を図れるという効果がある。
【００２７】
請求項８記載の発明によると、機関の回転速度によるカムトルクの違い及びポンプからの油の供給量の違いに対応した最適なオフセット量を与えることができ、以って、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２８】
請求項９記載の発明によると、油圧室に対する油の供給圧に応じた最適なオフセット量を与えて、空気を吸い込むことを防止しつつ、過剰な回転位相の変化を回避できるという効果がある。
【００２９】
請求項１０記載の発明によると、所謂ベーン式バルブタイミング制御装置において、カムトルクが作用しても油圧経路内に空気を吸い込むことを防止でき、以って、回転位相のハンチングの発生を防止できるという効果がある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図６は、実施形態における内燃機関のバルブタイミング制御装置の機構部分を示すものであり、吸気バルブ側に適用したものを示す。
【００３１】
図に示すバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフト（図示省略）によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット１（タイミングスプロケット）と、該カムスプロケット１に対して相対回転可能に設けられたカムシャフト２と、該カムシャフト２の端部に固定されてカムスプロケット１内に回転自在に収容された回転部材３と、該回転部材３をカムスプロケット１に対して相対的に回転させる油圧回路４と、カムスプロケット１と回転部材３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構１０とを備えている。
【００３２】
前記カムスプロケット１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部５ａを有する回転部５と、該回転部５の前方に配置されて回転部材３を回転自在に収容したハウジング６と、該ハウジング６の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフロントカバー７と、ハウジング６と回転部５との間に配置されてハウジング６の後端部を閉塞する略円板状のリアカバー８とから構成され、これら回転部５とハウジング６及びフロントカバー７，リアカバー８は、４本の小径ボルト９によって軸方向から一体的に結合されている。
【００３３】
前記回転部５は、略円環状を呈し、周方向の約９０°の等間隔位置に各小径ボルト９が螺着する４つの雌ねじ孔５ｂが前後方向へ貫通形成されていると共に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ２５が嵌合する段差径状の嵌合孔１１が貫通形成されている。更に、前端面には、前記リアカバー８が嵌合する円板状の嵌合溝１２が形成されている。
【００３４】
また、前記ハウジング６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位置には、４つの隔壁部１３が突設されている。この隔壁部１３は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング６の軸方向に沿って設けられて、各両端縁がハウジング６の両端縁と同一面になっていると共に、基端側には、小径ボルト９が挿通する４つのボルト挿通孔１４が軸方向へ貫通形成されている。更に、各隔壁部１３の内端面中央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝１３ａ内に、コ字形のシール部材１５と該シール部材１５を内方へ押圧する板ばね１６が嵌合保持されている。
【００３５】
更に、前記フロントカバー７は、中央の比較的大径なボルト挿通孔１７が穿設されていると共に、前記ハウジング６の各ボルト挿通孔１４と対応する位置に４つのボルト孔１８が穿設されている。
【００３６】
また、リアカバー８は、後端面に前記回転部材５の嵌合溝１２内に嵌合保持される円板部８ａを有していると共に、中央にスリーブ２５の小径な円環部２５ａが嵌入する嵌入孔８ｃが穿設され、更に、前記ボルト挿通孔１４に対応する位置に４つのボルト孔１９が同じく形成されている。
【００３７】
前記カムシャフト２は、シリンダヘッド２２の上端部にカム軸受２３を介して回転自在に支持され、外周面の所定位置に、バルブリフターを介して吸気バルブを開動作させるカム（図示省略）が一体に設けられていると共に、前端部にはフランジ部２４が一体に設けられている。
【００３８】
前記回転部材３は、フランジ部２４と嵌合穴１１にそれぞれ前後部が嵌合した前記スリーブ２５を介して軸方向から挿通した固定ボルト２６によってカムシャフト２の前端部に固定されており、中央に前記固定ボルト２６が挿通するボルト挿通孔２７ａを有する円環状の基部２７と、該基部２７の外周面周方向の９０°位置に一体に設けられた４つのベーン２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄとを備えている。
【００３９】
前記第１〜第４ベーン２８ａ〜２８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部１３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン２８ａ〜２８ｄの両側と各隔壁部１３の両側面との間に、進角側油圧室３２と遅角側油圧室３３を構成する。また、各ベーン２８ａ〜２８ｄの外周面の中央に軸方向に切欠された保持溝２９にハウジング６の内周面６ａに摺接するコ字形のシール部材３０と該シール部材３０を外方に押圧する板ばね３１がそれぞれ嵌着保持されている。
【００４０】
前記ロック機構１０は、前記回転部５の嵌合溝１２の外周側所定位置に形成された係合溝２０と、前記係合溝２０に対応した前記リアカバー８の所定位置に貫通形成されて、内周面がテーパ状の係合孔２１と、該係合孔２１に対応した前記１つのベーン２８の略中央位置に内部軸方向に沿って貫通形成された摺動用孔３５と、該１つのベーン２８の前記摺動用孔３５内に摺動自在に設けられたロックピン３４と、該ロックピン３４の後端側に弾装されたばね部材であるコイルスプリング３９と、ロックピン３４と摺動用孔３５との間に形成された受圧室４０とから構成されている。
【００４１】
前記ロックピン３４は、中央側の中径状の本体３４ａと、該本体３４ａの先端側に略先細り円錐状に形成された係合部３４ｂと、本体３４ａの後端側に形成された段差大径状のストッパ部３４ｃとから構成されており、ストッパ部３４ｃの内部凹溝３４ｄの底面とフロントカバー７の内端面との間に弾装された前記コイルスプリング３９のばね力によって係合孔２１方向へ付勢されるようになっていると共に、前記本体３４ａとストッパ部３４ｃとの間の外周面及び摺動用孔３５の内周面との間に形成された受圧室４０内の油圧によって、係合孔２１から抜け出る方向に摺動するようになっている。また、この受圧室４０は、前記ベーン２８の側部に形成された通孔３６によって前記遅角側油圧室３３に連通している。また、ロックピン３４の係合部３４ｂは、回転部材３の最大遅角側の回動位置において係合部３４ｂが係合孔２１内に係入するようになっている。
【００４２】
前記油圧回路４は、進角側油圧室３２に対して油圧を給排する第１油圧通路４１と、遅角側油圧室３３に対して油圧を給排する第２油圧通路４２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路４１，４２には、供給通路４３とドレン通路４４とがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁４５を介して接続されている。前記供給通路４３には、オイルパン４６内の油を圧送するオイルポンプ４７が設けられている一方、ドレン通路４４の下流端がオイルパン４６に連通している。
【００４３】
前記第１油圧通路４１は、シリンダヘッド２２内からカムシャフト２の軸心内部に形成された第１通路部４１ａと、固定ボルト２６内部の軸線方向を通って頭部２６ａ内で分岐形成されて第１通路部４１ａと連通する第１油路４１ｂと、頭部２６ａの小径な外周面と回転部材３の基部２７内に有するボルト挿通孔２７ａの内周面との間に形成されて第１油路４１ｂに連通する油室４１ｃと、回転部材３の基部２７内に略放射状に形成されて油室４１ｃと各進角側油圧室３２に連通する４本の分岐路４１ｄとから構成されている。
【００４４】
一方、第２油圧通路４２は、シリンダヘッド２２内及びカムシャフト２の内部一側に形成された第２通路部４２ａと、前記スリーブ２５の内部に略Ｌ字形状に折曲形成されて第２通路部４２ａと連通する第２油路４２ｂと、回転部材５の嵌合孔１１の外周側孔縁に形成されて第２油路４２ｂと連通する4つの油通路溝４２ｃと、リアカバー８の周方向の約９０°の位置に形成されて、各油通路溝４２ｃと遅角側油圧室３３とを連通する４つの油孔４２ｄとから構成されている。
【００４５】
前記電磁切換弁４５は、内部のスプール弁体が各油圧通路４１，４２と供給通路４３及びドレン通路４４ａ，４４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっていると共に、コントローラ４８からの制御信号によって切り換え作動されるようになっている。
【００４６】
具体的には、図４〜図６に示すように、シリンダブロック４９の保持孔５０内に挿通固定された筒状のバルブボディ５１と、該バルブボディ５１内の弁孔５２に摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール弁体５３と、該スプール弁体５３を作動させる比例ソレノイド型の電磁アクチュエータ５４とから構成されている。
【００４７】
前記バルブボディ５１は、周壁の略中央位置に前記供給通路４３の下流側端と弁孔５２とを連通する供給ポート５５が貫通形成されていると共に、該供給ポート５５の両側に前記第１，第２油圧通路４１，４２の他端部と弁孔５２とを連通する第１ポート５６及び第２ポート５７がそれぞれ貫通形成されている。また、周壁の両端部には、両ドレン通路４４ａ，４４ｂと弁孔５２とを連通する第３，第４ポート５８，５９が貫通形成されている。
【００４８】
前記スプール弁体５３は、小径軸部の中央に供給ポート５５を開閉する略円柱状の第１弁部６０を有していると共に、両端部に第３，第４ポート５８，５９を開閉する略円柱状の第２，第３弁部６１，６２を有している。また、スプール弁体５３は、前端側の支軸５３ａの一端縁に有する傘部５３ｂと弁孔５２の前端側内周壁に有するスプリングシート５１ａとの間に弾装された円錐状の弁ばね６３によって、図中右方向、つまり第１弁部６０で供給ポート５５と第２油圧通路４２とを連通する方向に付勢されている。
【００４９】
前記電磁アクチュエータ５４は、コア６４，移動プランジャ６５，コイル６６，コネクタ６７などを備え、移動プランジャ６５の先端に前記スプール弁体５３の傘部５３ｂを押圧する駆動ロッド６５ａが固定されている。
【００５０】
前記コントローラ４８は、機関回転速度を検出する回転センサ１０１や吸入空気量を検出するエアフローメータ１０２からの信号によって現在の運転状態（負荷、回転）を検出すると共に、クランク角センサ１０３及びカムセンサ１０４からの信号によってカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置、即ち、クランクシャフトに対するカムシャフト２の回転位相を検出する。
【００５１】
前記コントローラ４８は、前記電磁アクチュエータ５４に対する通電量をディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、コントローラ４８から電磁アクチュエータ５４にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のばね力で図４に示す位置、つまり、最大右方向に移動する。これによって、第１弁部６０が供給ポート５５の開口端５５ａを開成して第２ポート５７と連通させると同時に、第２弁部６１が第３ポート５８の開口端を開成すると共に、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止する。このため、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、供給ポート５５，弁孔５２，第２ポート５７，第２油圧通路４２を通って遅角側油圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の作動油が、第１油圧通路４１，第１ポート５６，弁孔５２，第３ポート５８を通って第１ドレン通路４４ａからオイルパン４６内に排出される。
【００５２】
従って、遅角側油圧室３３の内圧が高、進角側油圧室３２の内圧が低となって、回転部材３は、ベーン２８ａ〜２８ｂを介して最大一方向に回転する。これによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは一方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期が遅くなり、排気バルブとのオーバーラップが小さくなる。
【００５３】
一方、コントローラ４８から電磁アクチュエータ５４にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のばね力に抗して図６に示すように左方向へ最大に摺動して、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止すると同時に、第４弁部６２が第４ポート５９を開成すると共に、第１弁部６０が、供給ポート５５と第１ポート５６とを連通させる。このため、作動油は、供給ポート５５、第１ポート５６、第１油圧通路４１を通って進角側油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動油が第２油圧通路４２、第２ポート５７、第４ポート５９、第２ドレン通路４４ｂを通ってオイルパン４６に排出され、遅角側油圧室３３が低圧になる。
【００５４】
このため、回転部材３は、ベーン２８ａ〜２８ｄを介して他方向へ最大に回転し、これによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは他方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期が早くなり（進角され）、排気バルブとのオーバーラップが大きくなる。
【００５５】
前記コントローラ４８は、第１弁部６０が供給ポート５５を閉止し、かつ、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止し、かつ、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止する位置となるデューティ比をベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹ（例えば５０％）とする一方、クランク角センサ１０３及びカムセンサ１０４からの信号に基づいて検出されるカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位置（回転位相）と、運転状態に応じて設定した前記相対回動位置（回転位相）の目標値（目標進角値）とを一致させるためのフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹを比例・積分・微分（ＰＩＤ）動作によって設定し、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとの加算結果を最終的なデューティ比ＶＴＣＤＴＹとし、該デューティ比ＶＴＣＤＴＹの制御信号を電磁アクチュエータ５４に出力するようにしてある。
【００５６】
つまり、前記相対回動位置（回転位相）を遅角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹによりデューティ比が減少され、オイルポンプ４７から圧送された作動油が遅角側油圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の作動油がオイルパン４６内に排出されるようになり、逆に、前記相対回動位置（回転位相）を進角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹによりデューティ比が増大され、作動油が進角側油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動油がオイルパン４６に排出されるようになる。そして、前記相対回動位置（回転位相）を現状の状態に保持する場合には、前記フィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹの絶対値が減ることで、ベースデューティ比付近のデューティ比に戻るよう制御され、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９の閉止（油圧の給排の停止）により各油圧室３２，３３の内圧を保持するように制御される。
【００５７】
図７は、前記コントローラ４８による電磁アクチュエータ５４のデューティ制御の様子を示すブロック図である。
この図７に示すように、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとの加算値が求められる一方、該加算値に所定のオフセット量を付加したデューティ比が演算され、オフセット量を付加しないデューティ比と、オフセット量を付加したデューティ比とのいずれか一方が選択的に出力されるようにしてある。
【００５８】
前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹは、図中に示すように、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９が共に閉止され、いずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われないデューティ比範囲の略中央値に設定されている。
【００５９】
そして、該ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹにフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹを加算した値が所定範囲内（ＶＤＴＲＬ＃＜ＢＡＳＥＤＴＹ＋ＰＩＤＤＴＹ＜ＶＤＴＲＨ＃）であるとき、具体的には、いずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われないデューティ比範囲を含み、該デューティ比範囲よりも僅かに広い範囲内であるときにオフセットの付加が選択され、該オフセットが付加されることで、前記相対回動位置（回転位相）の僅かなずれが生じ、該ずれを解消すべく油圧室における油の給排を行わせるフィードバック制御がなされ、該フィードバック制御によって目標付近に戻ると（フィードバック制御が略収束すると）、再度オフセットが付加され、結果的に目標付近の狭い範囲内で周期的な変動を生じさせるようにしてある。
【００６０】
これにより、目標の相対回動位置（回転位相）が変化しない状態であっても、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９が共に閉止されいずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われない状態に保持されることがなく、常に油の給排が行われるようになる。
【００６１】
供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５９が共に閉止されいずれの油圧室３２，３３でも油の給排が行われない状態でカムトルクが作用すると、正のトルクが加わった方の油圧室の内圧が増大して油漏れが生じ、逆に負のトルクが加わったときに前記漏れた箇所から空気を吸い込む可能性があり、該空気の吸い込みによりカムトルクが加わることによる振幅が大きくなって、結果、相対回動位置（回転位相）が大きくハンチングすることになってしまう。
【００６２】
これに対し、上記のようにして常に油の給排が行われる構成であれば、前記空気の吸い込みを防止でき、以って、空気の吸い込みによるハンチングの発生を防止できる。
【００６３】
ところで、前記オフセット量は、相対回動位置（回転位相）のずれをなるべく小さく発生させる値とすることが望まれるため、運転条件に応じて可変に設定するようにしてある。
【００６４】
本実施の形態では、相対回動位置（回転位相）の目標値（目標進角値）ＶＴＣangleと、水温センサ１０５で検出される機関の冷却水温度Ｔｗとに基づいてオフセット分の基本値ＶＤＴＹＯＦを設定し、更に、この基本値ＶＤＴＹＯＦを機関回転速度に応じた補正係数で補正する構成としてある。
【００６５】
前記目標値ＶＴＣangleは、油圧室３２，３３の体積を示すパラメータであり、体積が大きいほど油圧制御に対する圧力変化の感度が鈍くなるので、目標値ＶＴＣangleに応じてオフセット量を可変に設定させるようにしてある。
【００６６】
また、冷却水温度Ｔｗは、作動油の温度に相関する温度として用いるものであり、更に、作動油の温度は作動油の粘性に相関するパラメータであって、油の粘性の違いによる感度の違いに対応して、オフセット量を可変に設定させるようにしてある。尚、作動油の温度を直接検出し、該検出結果を用いて基本値ＶＤＴＹＯＦを設定させる構成としても良い。
【００６７】
更に、機関回転速度は、カムトルクの大きさに相関し、また、オイルポンプによる作動油の供給量に相関するパラメータであり、これらの条件に応じた適切なオフセット量に補正されるようにしてある。
【００６８】
ここで、オイルポンプからの作動油の供給圧を圧力センサで検出し、該供給圧に基づいて、前記オフセット量を可変に設定する構成とすることも可能である。前記供給圧は、前記油の供給量と同様に油圧制御による圧力変化の感度に相関するパラメータである。
【００６９】
尚、前記オフセット量は、プラス（進角方向）の値であっても良いし、また、マイナス（遅角方向）の値であっても良い。
図８のフローチャートは、前記図７に示した制御機能を示すものであり、Ｓ１では、目標進角値を演算し、Ｓ２では実際の進角値を検出し、Ｓ３では、ディザ信号を重畳してフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹを演算する。
【００７０】
そして、Ｓ４では、オフセット量の演算を、目標進角値、水温（油温）、機関回転速度等に応じて可変に設定する。
Ｓ５では、ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとの加算値が所定範囲内であるか否かを判別し、所定範囲内でないとき、つまり、オフセット量を付加しなくても油圧室における油の給排が行われる条件のときには、Ｓ６で前記オフセット量を０にリセットし、前記所定範囲内であれば、Ｓ４におけるオフセット量の演算結果をそのまま保持してＳ７へ進む。
【００７１】
Ｓ７では、ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィードバック補正分ＰＩＤＤＴＹとオフセット量ＶＤＴＹＯＦとの加算値を求め、更に、該加算値に電源電圧に応じた補正を加えて最終的な制御デューティを決定する。
【００７２】
尚、上記実施の形態では、バルブタイミング制御装置を所謂ベーン式としたが、油圧室内の油圧をカムシャフトの軸方向に作用させると共に、該軸方向の油圧を回転方向の力に変換する機構を備え、前記油圧室に対する油圧の給排を行うことで、前記油圧室内の油圧を目標進角値に対応する圧力に制御して、回転位相を連続的に変化させる構成のバルブタイミング制御装置において、前記油圧室における油圧の給排を常時行わせるべく、油圧フィードバック制御が略収束する毎にオフセットを付加する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるバルブタイミング制御機構を示す断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図３】上記バルブタイミング制御機構の分解斜視図。
【図４】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図５】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図６】上記バルブタイミング制御機構における電磁切換弁を示す縦断面図。
【図７】上記バルブタイミング制御機構の制御ブロック図。
【図８】上記バルブタイミング制御機構の制御内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…カムスプロケット
２…カムシャフト
３…回転部材
４…油圧回路
６…ハウジング
７…フロントカバー
１３…隔壁
２８ａ〜２８ｄ…ベーン
３２…進角側油圧室
３３…遅角側油圧室
４５…電磁切換弁
４７…オイルポンプ
５１…バルブボディ
５２…弁孔
５３…スプール弁体
５５…供給ポート
５５ａ…開口端
５６…第１ポート
５７…第２ポート
６０…第１弁部
１０１…回転センサ
１０２…エアフローメータ
１０３…クランク角センサ
１０４…カムセンサ
１０５…水温センサ
Claims (10)
- クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を、油圧室における油の給排を油圧制御バルブによって制御することで連続的に可変とする内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、前記回転位相の計測値に基づいて前記油圧制御バルブの制御信号をフィードバック制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記フィードバック制御が略収束したときに、前記制御信号を強制的に変化させることで、前記油圧室における油の給排を行わ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。 - 前記回転位相の目標付近で周期的な変動を生じさせることで、前記油圧室における油の給排を周期的に行わせることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記制御信号が所定範囲内になったときに、前記制御信号に所定のオフセット量を付加することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記所定範囲内が、油圧保持状態に相当する信号範囲を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記オフセット量を、前記回転位相の目標値に応じて可変に設定することを特徴とする請求項３又は４記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記オフセット量を、作動油の温度に応じて可変に設定することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記作動油の温度を、機関の冷却水温度に基づいて推定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記オフセット量を、内燃機関の回転速度に応じて可変に設定することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記オフセット量を、前記作動油の供給圧に応じて可変に設定することを特徴とする請求項３〜８のいずれか１つに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
- 前記カムシャフトをカムスプロケットに対して相対的に回転させてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続的に可変制御する構成であって、前記カムシャフトとカムスプロケットとの一方側の所定円周上に設けた凹部と、前記カムシャフトとカムスプロケットとの他方側に設けられ前記凹部内に収容されると共に前記凹部を回転方向の前後に区画して一対の油圧室を形成するベーンとを備え、前記一対の油圧室に相対的に油を給排することで、前記回転位相を連続的に可変制御する構成であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つ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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