JP4027672B2

JP4027672B2 - Control device for variable valve timing mechanism

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Publication number: JP4027672B2
Application number: JP2002020587A
Authority: JP
Inventors: 肇細谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003222008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関弁（吸・排気バルブ）のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可変バルブタイミング機構として、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体との組付角度を、組付角調整機構によって変化させることによって、機関弁の開閉タイミングをクランク角に対して進角側及び遅角側に変化させる構成のものが知られている。
【０００３】
例えば、特開２００１−０４１０１３号公報に開示される可変バルブタイミング機構の組付角調整機構は、一端の回転部が駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されたリンクアームを備え、前記スライド部の径方向の移動に伴って回転部の位置が周方向に相対変位して、駆動回転体と従動回転体との組付角度が相対的に変化するように構成され、前記リンクアームのスライド部が係合する渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートの相対回転角を電磁ブレーキの制動力で制御することで、前記スライド部を径方向に変位させ、以って、バルブタイミングを進・遅角変位させるようになっている。
【０００４】
以下、上記構成の組付角調整機構を備えた可変バルブタイミング機構を、スパイラルラジアルリンク式と称するものとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特開２００１−０４１０１３号公報に開示されたスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構では、ゼンマイばねによってガイドプレートがバルブタイミングの遅角方向に付勢される構成であるため、電磁ブレーキをオフすることで最遅角位置に戻ることになるが、本出願人が先に出願した特願２００１−３１９９０８号のように、２つの電磁ブレーキで進角方向及び遅角方向の制御をそれぞれ行う場合には、進角方向と遅角方向とのいずれの変化方向に対しても電磁ブレーキの制動力を作用させて、バルブタイミングを変化させることになる。
【０００６】
上記２つの電磁ブレーキによって遅角・進角制御を行うスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構では、２つの電磁ブレーキのコイル温度特性が、温度環境や発熱特性の違いによって異なり、該温度特性の違いによってコイルに流れる駆動電流（発生トルク）に差が生じ、以って、制御方向によって応答性に差が生じてしまう可能性があった。
【０００７】
そこで、本発明は、２つの電磁ブレーキで進角方向及び遅角方向の制御を行う可変バルブタイミング機構において、２つの電磁ブレーキの温度特性が異なっても、変化方向に因らずに所望の応答性でバルブタイミングをフィードバック制御することができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、回転位相の目標値と実際の回転位相とに基づいて第１の電磁ブレーキの目標駆動電流及び第２の電磁ブレーキの目標駆動電流をそれぞれに設定する一方、前記第１の電磁ブレーキのコイルに実際に流れている駆動電流、前記第２の電磁ブレーキのコイルに実際に流れている駆動電流をそれぞれに検出し、前記第１の電磁ブレーキ，第２の電磁ブレーキそれぞれの駆動電流の制御量を、それぞれの駆動電流の検出値及び目標駆動電流に基づいてそれぞれにフィードバック制御するようにした。
【００１１】
上記構成によると、回転位相（バルブタイミング）の目標値と実際の回転位相とに基づいて２つの電磁ブレーキ毎の目標駆動電流が設定され、各電磁ブレーキの実際の駆動電流が前記目標駆動電流に一致するように、各電磁ブレーキ毎にフィードバック制御される。請求項２記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、第１及び第２の電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して減速方向及び増速方向に相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成とした。
【００１２】
上記構成によると、２つの電磁ブレーキの制動力を作用させることで、ガイドプレートが、駆動回転体に対して減速方向及び増速方向に相対回転し、これによってスライド部が径方向に変位すると共に、回転部の位置が周方向に相対変位し、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度（クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相）が変化する構成の可変バルブタイミング機構において、２つの電磁ブレーキ毎に、実際の駆動電流が目標値に一致するようにそれぞれフィードバック制御され、温度特性による駆動電流のばらつきが個別に吸収される。
【００１３】
請求項３記載の発明では、前記ガイドプレートが、キャリア部材を入力要素とし、サンギヤとリングギヤとの一方を出力要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構を介して回転伝達される構成であって、前記第１の電磁ブレーキが前記出力要素に制動を与え、前記第２の電磁ブレーキが前記フリー要素に制動を与える構成とした。上記構成によると、出力要素に制動を与える第１の電磁ブレーキの作動によって出力要素が減速され、フリー要素に制動を与える第２の電磁ブレーキの作動によって出力要素が増速されることで、２つの電磁ブレーキにより遅角方向・進角方向への制御が行われ、かつ、前記減速・増速制御それぞれで目標駆動電流に基づくフィードバック制御が個別に行われる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、目標の回転位相（バルブタイミング）を得るための各電磁ブレーキ毎の目標駆動電流に実際の駆動電流を一致させることができ、以って、２つの電磁ブレーキの温度特性が異なっても、変化方向に因らずに所望の応答性でバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によると、渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、２つの電磁ブレーキによってクランクシャフト側に対して減速方向及び増速方向に相対回転させることで、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構において、２つの電磁ブレーキの温度特性が異なっても、目標駆動電流に対応する要求の発生トルクを各電磁ブレーキにおいて発生させることができるという効果がある。
【００１７】
請求項３記載の発明によると、遊星歯車機構を用いることで２つの電磁ブレーキによる増速・減速を行わせる機構において、２つの電磁ブレーキの温度特性が異なっても、増速側であるか減速側であるかに因らずに所望の応答性でバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関の構成図であり、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１９】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、クランクシャフト１２０に対する回転位相を変化させることで、バルブタイミングを変化させるスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が設けられている。
【００２０】
尚、本実施形態では吸気バルブ側にのみ可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ側に代えて、又は、吸気バルブ側と共に、排気バルブ側に可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記ＥＣＵ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
【００２１】
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１などを制御する。
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４から回転信号を取り出すカムセンサ１３２などが設けられている。
【００２２】
尚、前記クランク角センサ１１７から出力される回転信号に基づいてＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
次に、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図５に基づいて説明する。
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、カムシャフト１３４と、駆動プレート２と、組付角調整機構４と、作動装置１５と、ＶＴＣカバー６から構成される。
【００２３】
前記駆動プレート２は、機関１０１（クランクシャフト１２０）から回転が伝達されて回転する部材であり、前記組付角調整機構４は、前記カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付角度を変化させる機構であって、作動装置１５によって作動する。
前記ＶＴＣカバー６は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバーの前端に跨って取り付けられて、駆動プレート２と組付角調整機構４の前面とその周域を覆うカバーである。
【００２４】
前記カムシャフト１３４の前端部（図２における左側）には、スペーサ８が嵌合され、更に、このスペーサ８は、カムシャフト１３４のフランジ部１３４ｆに貫通されるピン８０によって回転規制されている。
また、前記カムシャフト１３４には、径方向に油供給孔１３４ｒが複数貫通形成されている。
【００２５】
前記スペーサ８は、図３に示すように、円盤状の係止フランジ８ａと、この係止フランジ８ａの前端面から軸方向に延びる円管部８ｂと、同じく係止フランジ８ａの前端面であって円管部８ｂの基端側から外径方向の３方に延びて軸方向と平行な圧入穴８ｃが形成された軸支持部８ｄとが形成されている。
尚、上記軸支持部８ｄ及び圧入穴８ｃは、図３に示すように、それぞれ周方向に１２０°毎に配置される。
【００２６】
また、前記スペーサ８には、油を供給する油供給孔８ｒが径方向に貫通形成されている。
前記駆動プレート２は、中心に貫通穴２ａが形成された円盤状に形成されており、前記スペーサ８に対して係止フランジ８ａによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転自在に組み付けられている。
【００２７】
また、駆動プレート２は、図３に示すように、その後部外周に、クランクシャフト１２０から図示省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミングスプロケット３が形成されている。
更に、駆動プレート２の前端面には、貫通穴２ａと外周とを結んで外径方向に３つのガイド溝２ｇが形成されており、前記ガイド溝２ｇは、前記軸支持部８ｄと同様に、周方向に１２０°毎に配置される。
【００２８】
また、駆動プレート２の前端面の外周部には、円環状のカバー部材２ｃが溶接或いは圧入により固定されている。
本実施形態において、従動回転体は、カムシャフト１３４及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体は、タイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成される。
【００２９】
前記組付角調整機構４は、カムシャフト１３４と駆動プレート２との前端部側に配置されて、カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付相対角度を変更するものである。
この組付角調整機構４は、図３に示すように、３本のリンクアーム１４を有している。
【００３０】
前記各リンクアーム１４は、先端部にスライド部としての円筒部１４ａが設けられ、また、この円筒部１４ａから外径方向に延びるアーム部１４ｂが設けられている。
前記円筒部１４ａには、収容孔１４ｃが貫通して形成されている一方、アーム部１４ｂの基端部には、回動部としての回動穴１４ｄが貫通して形成されている。
【００３１】
前記リンクアーム１４は、前記スペーサ８の圧入穴８ｃにきつく圧入された回動ピン８１に対して回動穴１４を装着して、回動ピン８１を中心に回動可能に取り付けられている。
一方、リンクアーム１４の円筒部１４ａは、前記駆動プレート２の径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに挿入されて、駆動プレート２に対して径方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられている。
【００３２】
上記構成において、円筒部１４ａが外力を受けてガイド溝２ｇに沿って径方向にスライド変位すると、リンクアーム１４によるリンク作用により回動ピン８１が前記円筒部１４ａの径方向の変位量に応じた角度だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン８１の変位によりカムシャフト１３４が駆動プレート２に対して相対回転することになる。
【００３３】
図４及び図５は、前記組付角調整機構４の作動を示すもので、図４に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の外周側に配置されているときには、基端部の回動ピン８１がガイド溝２ｇに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最遅角位置となる。
一方、図５に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の内周側に配置されているときには、回動ピン８１が周方向に押されてガイド溝２ｇから離れるもので、この位置が最進角位置となる。
【００３４】
上記組付角調整機構４における前記円筒部１４ａの径方向への移動は、前記作動装置１５により行われ、この作動装置１５は、作動変換機構４０と増減速機構４１とを備えている。
前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａに保持された球２２と、前記駆動プレート２の前面に対向して同軸に設けられたガイドプレート２４とを備え、このガイドプレート２４の回転を前記リンクアーム１４における円筒部１４ａの径方向の変位に変換する機構である。
【００３５】
前記ガイドプレート２４は、前記スペーサ８の円管部８ｂの外周に金属系のブッシュ２３を介して相対回転可能に支持されている。
また、前記ガイドプレート２４の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴って径方向に変位する渦巻きガイドとしての渦巻状ガイド溝２８が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の供給を行う油供給孔２４ｒが前後方向に貫通して形成されている。
【００３６】
前記渦巻状ガイド溝２８には、前記球２２が係合されている。
即ち、前記リンクアーム１４の円筒部１４ａに設けられた収容孔１４ｃには、図２及び図３に示すように、円盤状の支持パネル２２ａと、コイルスプリング２２ｂと、リテーナ２２ｃと、球２２とが順に挿入されている。
また、前記リテーナ２２ｃは、前端部に球２２が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部２２ｄが形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング２２ｂが着座するフランジ２２ｆが形成されている。
【００３７】
そして、図２に示す組付状態では、コイルスプリング２２ｂが圧縮され、支持パネル２２ａが駆動プレート２の前面に押し付けられ、かつ、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻状ガイド溝２８の延在方向には相対移動可能となっている。
また、前記渦巻状ガイド溝２８は、図４，５に示すように、駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。
【００３８】
従って、前記作動変換機構４０は、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に係合した状態で、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒに相対回転すると、球２２が渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向外側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図４に示す外径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇに近づくように引きつけられ、カムシャフト１３４は遅角方向に移動する。
【００３９】
逆に、上記状態からガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは逆方向に相対回転すると、球２２は渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図５に示す内径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト１３４は進角方向に移動する。
【００４０】
次に、増減速機構４１について詳細に説明する。
前記増減速機構４１は、前記ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速及び減速、即ち、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に移動（増速）させたり、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対側に移動（減速）させたりするものであり、遊星歯車機構２５と第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とを備えている。
【００４１】
前記遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０と、リングギヤ３１と、両ギヤ３０，３１に噛み合わされたプラネタリギヤ３３とを備えている。
図２，図３に示すように、前記サンギヤ３０は、ガイドプレート２４の前面側の内周に一体的に形成されている。
前記プラネタリギヤ３３は、前記スペーサ８の前端部に固定されたキャリアプレート３２に回転自在に支持されている。
【００４２】
また、前記リングギヤ３１は、前記キャリアプレート３２の外側に回転自在に支持された環状の回転体３４の内周に形成されている。
尚、前記キャリアプレート３２は、前記スペーサ８の前端部に嵌合されて、ワッシャ３７を前端部に当接させた状態でボルト９を貫通させてカムシャフト１３４に締結させて固定されている。
【００４３】
また、前記回転体３４の前端面には、前方を向いた制動面３５ｂを有した制動プレート３５がねじ止めされている。
また、前記サンギヤ３０が一体に形成されたガイドプレート２４の外周にも、前方を向いた制動面３６ｂを有した制動プレート３６が溶接や嵌合などにより固定されている。
【００４４】
従って、前記遊星歯車機構２５は、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、第１電磁ブレーキ２６ならびに第２電磁ブレーキ２７が非作動状態では、サンギヤ３０とリングギヤ３１はフリー状態で同速回転する。
この状態から第１電磁ブレーキ２６のみを制動作動すると、ガイドプレート２４がキャリアプレート３２に対して（カムシャフト１３４に対して）遅れる方向（図４，５のＲ方向とは逆方向）に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが、図５に示す進角方向に相対変位することになる。
【００４５】
一方、第２電磁ブレーキ２７のみを制動作動すると、リングギヤ３１のみに制動力が付与され、リングギヤ３１がキャリアプレート３２に対して遅れ方向に相対回転することによってプラネタリギヤ３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がサンギヤ３０を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが図４に示す遅角方向に相対回転することになる。
【００４６】
尚、本実施形態において、キャリアプレート３２が入力要素であり、サンギヤ３０が出力要素であり、リングギヤ３１がフリー要素となる。
前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７は、それぞれ前述した制動プレート３６，３５の制動面３６ｂ，３５ｂに対向するよう内外２重に配置されて、前記ＶＴＣカバー６の裏面にピン２６ｐ，２７ｐによって回転のみを規制された浮動状態で支持された円管部材２６ｒ，２７ｒを有している。
【００４７】
これらの円管部材２６ｒ，２７ｒには、コイル２６ｃ，２７ｃが収容されていると共に、各コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に各制動面３５ｂ，３６ｂに押し付けられる摩擦材２６ｂ，２７ｂが装着されている。
また、各円管部材２６ｒ，２７ｒ及び各制動プレート３５，３６は、コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に磁界を形成するために鉄などの磁性体により形成されている。
【００４８】
それに対して、前記ＶＴＣカバー６は、通電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材２６ｂ，２７ｂは、永久磁石化して非通電時に制動プレート３５，３６に貼り付くのを防止するために、アルミなどの非磁性体により形成されている。
前記遊星歯車機構２５の出力要素としてのサンギヤ３０が設けられたガイドプレート２４と駆動プレート２の相対回動は、最遅角位置および最進角位置において組付角ストッパ６０により規制されるようになっている。
【００４９】
更に、前記遊星歯車機構２５において、リングギヤ３１と一体的に設けられている制動プレート３５と、キャリアプレート３２との間には、遊星歯車ストッパ９０が設けられている。
ところで、上述した前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａの位置を保持して、駆動プレート２とカムシャフト１３４との相対組付位置が変動しない構成となっているもので、その構成について説明する。
【００５０】
前記駆動プレート２からカムシャフト１３４には、リンクアーム１４およびスペーサ８を介して駆動トルクが伝達されるが、カムシャフト１３４からリンクアーム１４には、機関弁（吸気バルブ１０５）からの反力によるカムシャフト１３４の変動トルクが、回動ピン８１からリンクアーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力Ｆとして入力される。
【００５１】
前記リンクアーム１４の円筒部１４ａは、径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに沿って径方向に案内されているとともに、円筒部１４ａから前面に突出した球２２が、渦巻状ガイド溝２８に係合されているため、各リンクアーム１４を介して入力される力Ｆは、ガイド溝２ｇの左右の壁とガイドプレート２４の渦巻状ガイド溝２８とによって支持される。
【００５２】
したがって、リンクアーム１４に入力された力Ｆは互いに直交する二つの分力ＦＡ，ＦＢに分解されるが、これらの分力ＦＡ，ＦＢは、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁と、ガイド溝２ｇの一方の壁とに略直交する向きで受け止められ、リンクアーム１４の円筒部１４ａがガイド溝２ｇに沿って移動することが阻止され、これにより、リンクアーム１４が回動することが阻止される。
【００５３】
よって、各電磁ブレーキ２６，２７の制動力によってガイドプレート２４が回動されてリンクアーム１４が所定の位置に回動操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくてもリンクアーム１４の位置を維持、つまり、駆動プレート２とカムシャフト１３４の回転位相をそのまま保持することができる。
尚、前記力Ｆは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの内径方向に作用することもあるが、このとき分力ＦＡ，ＦＢは渦巻状ガイド溝２８の内周側の壁と、ガイド構２ｇの他方側とに略直角の向きに受け止められる。
【００５４】
以下、上記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の作用を説明する。
クランクシャフトとカムシャフト１３４の回転位相を遅角側に制御する場合には、第２電磁ブレーキ２７に通電する。
第２電磁ブレーキ２７に通電すると、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材２７ｂが制動プレート３５に摩擦接触し、遊星歯車機構２５のリングギヤ３１に制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴ってサンギヤ３０が増速回転される。
【００５５】
このサンギヤ３０の増速回転によりガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に回転させられ、これに伴ってリンクアーム１４に支持された球２２が渦巻状ガイド溝２８の外周側に移動する。
この遅角側への移動は、組付角ストッパ６０により図４に示す最遅角位置において規制される。
【００５６】
更に、上述のように、リングギヤ３１の回転を第２電磁ブレーキ２７により制動するにあたり、瞬時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しながら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０によりリングギヤ３１の回転が規制されるようになっている。
一方、カムシャフト１３４の組付角度を進角方向に変位させるときには、第１ブレーキ２６に通電する。
【００５７】
これにより、ガイドプレート２４に制動力が作用してガイドプレート２４は駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対方向に回動し、カムシャフト１３４は進角側に組付角度が変位される。
この進角側への移動は、組付角ストッパ６０により図５に示す最進角位置において規制される
更に、ガイドプレート２４の回転が規制されると、プラネタリギヤ３３が自転してリングギヤ３１が増速回転されるが、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０により回転が規制される。
【００５８】
前記ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の目標進角値を設定し、該目標進角値に基づいて前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７への通電をフィードバック制御するようになっており、該フィードバック制御の詳細を図６のブロック図に基づいて説明する。
図６において、進角値フィードバック制御部（回転位相フィードバック制御部）２０１には、機関運転条件（機関負荷・機関回転速度等）に基づいて設定される目標進角値（目標回転位相）、及び、クランク角センサ１１７の検出信号とカムセンサ１３２の検出信号とから検出された実際の進角値（実際の回転位相）が入力される。
【００５９】
そして、前記進角値フィードバック制御部２０１では、前記目標進角値と実際の進角値との偏差に基づいて、電磁ブレーキ２６，２７の目標駆動電流を演算する。
尚、前記偏差に基づく目標駆動電流の演算は、比例・積分・微分制御によって行わせることができる他、スライディングモード制御を用いることができる。
【００６０】
また、目標駆動電流は、進角要求に基づき第１電磁ブレーキ２６に与えられるべき電流をプラスで示し、遅角要求に基づき第２電磁ブレーキ２７に与えられるべき電流をマイナスで示すものとする。
また、実際の進角値は、例えばクランク角センサ１１７の検出信号から求められる基準クランク角位置から、カムセンサ１３２の検出信号から求められる基準カム角位置までの角度として検出される。
【００６１】
前記目標駆動電流は進角・遅角分離部２０２に出力され、目標駆動電流のプラス・マイナスに基づいて、電磁ブレーキ２６，２７のいずれを駆動すべきかを判断し、該判断結果に基づいて目標駆動電流を電流フィードバック制御部２０３Ａ，２０３Ｂのいずれかに出力する。
即ち、目標駆動電流がプラスである進角要求時には、進角側の電流フィードバック制御部２０３Ａに進角値フィードバック制御部２０１で演算された目標駆動電流を出力し、遅角側の電流フィードバック制御部２０３Ｂの目標駆動電流を０とする。
【００６２】
一方、目標駆動電流がマイナスである遅角要求時には、遅角側の電流フィードバック制御部２０３Ｂに進角値フィードバック制御部２０１で演算された目標駆動電流を出力し、進角側の電流フィードバック制御部２０３Ａの目標駆動電流を０とする。
前記電流フィードバック制御部２０３Ａ（駆動電流フィードバック制御部）は、電磁ブレーキ２６のコイルに実際に流れている駆動電流を検出する電流検出回路２０４Ａ（駆動電流検出部）の検出結果と、目標駆動電流との偏差に基づいて、電磁ブレーキ２６への通電を高周波でオン・オフ制御して平均印加電圧を制御するときのデューティ比を演算し、該デューティ比の制御信号を電磁ブレーキ２６への通電を制御するスイッチング素子（トランジスタ）に出力する。
【００６３】
同様に、前記電流フィードバック制御部２０３Ｂ（駆動電流フィードバック制御部）は、電磁ブレーキ２７のコイルに実際に流れている駆動電流を検出する電流検出回路２０４Ｂ（駆動電流検出部）の検出結果と、目標駆動電流との偏差に基づいて、電磁ブレーキ２７への通電を高周波でオン・オフ制御して平均印加電圧を制御するときのデューティ比を演算し、該デューティ比の制御信号を電磁ブレーキ２７への通電を制御するスイッチング素子（トランジスタ）に出力する。
【００６４】
尚、前記駆動電流の偏差に基づくデューティ比の演算においても、比例・積分・微分制御の他、スライディングモード制御を用いることができる。
上記構成によると、電磁ブレーキ２６，２７のコイル温度が変化して、前記デューティ比と駆動電流との相関が変化しても、目標駆動電流を電磁ブレーキ２６，２７のコイルに流して、要求のトルクを発生させることができ、然も、電磁ブレーキ２６，２７毎に駆動電流を検出してデューティ比を個別にフィードバック制御することで、電磁ブレーキ２６，２７の温度特性が異なっていても、各電磁ブレーキ２６，２７の駆動電流を目標に一致させることができる。
【００６５】
従って、電磁ブレーキ２６，２７の温度特性が、温度環境や発熱量の違いによって異なっても、進角・遅角の双方向において要求トルクを発生させることができ、以って、進角・遅角の双方向において所望の応答性でバルブタイミングをフィードバック制御することができる。
尚、上記実施形態では、渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを２つの電磁ブレーキによって進角方向及び遅角方向に相対回転させる構成のスパイラルラジアルリンク式可変バルブタイミング機構を対象としたが、スパイラルラジアルリンク式に限定されるものではなく、２つの電磁ブレーキの制動力でクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を進角方向及び遅角方向に変化させる構成の可変バルブタイミング機構であれば、同様な駆動電流フィードバック制御を適用して同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図。
【図３】上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図。
【図４】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図５】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図６】バルブタイミングのフィードバック制御を示すブロック図。
【符号の説明】
２…駆動プレート
２ｇ…ガイド溝
３…タイミングスプロケット
４…組付角調整機構
６…ＶＴＣカバー
８…スペーサ
１４…リンクアーム
１５…作動装置
２４…ガイドプレート
２５…遊星歯車機構
２６…第１電磁ブレーキ
２７…第２電磁ブレーキ
２８…渦巻状ガイド溝
３０…サンギヤ
３１…リングギヤ
３２…キャリアプレート
３３…プラネタリギヤ
３５…制動プレート
３６…制動プレート
４０…作動変換機構
４１…増減速機構
１０１…内燃機関
１０５…吸気バルブ
１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ
１１４…エンジンコントロールユニット
１１７…クランク角センサ
１１９…水温センサ
１２０…クランクシャフト
１３２…カムセンサ
１３４…カムシャフト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a variable valve timing mechanism that changes the valve timing of an engine valve (intake / exhaust valve).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a variable valve timing mechanism, an assembly angle adjustment mechanism is used to change an assembly angle between a drive rotor that receives rotation from a crankshaft of an internal combustion engine and a driven rotor on the camshaft side. There is known a configuration in which the opening / closing timing of the valve is changed to the advance side and the retard side with respect to the crank angle.
[0003]
For example, in the assembly angle adjusting mechanism of the variable valve timing mechanism disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-041013, the rotating part at one end is rotatably connected to one of the driving rotating body and the driven rotating body, and the other The slide portion at the end includes a link arm that is slidably connected in a radial direction by a radial guide provided on the other of the driving rotary body and the driven rotary body, and the rotary portion is moved along with the radial movement of the slide portion. The assembly position of the drive rotator and the driven rotator is relatively changed so as to relatively change in the circumferential direction, and a spiral guide that engages the slide portion of the link arm is formed. Further, by controlling the relative rotation angle of the guide plate with the braking force of the electromagnetic brake, the slide portion is displaced in the radial direction, so that the valve timing is advanced / retarded.
[0004]
Hereinafter, the variable valve timing mechanism including the assembly angle adjusting mechanism having the above-described configuration is referred to as a spiral radial link type.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the spiral radial link type variable valve timing mechanism disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-041013, the guide plate is biased in the retarded direction of the valve timing by the spring, so that the electromagnetic brake is Turning it off will return it to the most retarded angle position, but as in Japanese Patent Application No. 2001-319908 filed earlier by the present applicant, control of the advance angle direction and the retard angle direction are performed by two electromagnetic brakes, respectively. In this case, the valve timing is changed by applying the braking force of the electromagnetic brake in both the advance direction and the retard direction.
[0006]
In the spiral radial link type variable valve timing mechanism that controls the delay angle and advance angle by the two electromagnetic brakes, the coil temperature characteristics of the two electromagnetic brakes differ depending on the temperature environment and heat generation characteristics. Therefore, there is a possibility that a difference occurs in the drive current (generated torque) flowing in the coil, and thus a difference in response occurs depending on the control direction.
[0007]
Accordingly, the present invention provides a variable valve timing mechanism that controls the advance angle direction and the retard angle direction with two electromagnetic brakes, even if the temperature characteristics of the two electromagnetic brakes are different, the desired response regardless of the change direction. It is an object of the present invention to provide a control device that can perform feedback control of valve timing by the characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention of claim 1The target drive current of the first electromagnetic brake and the target drive current of the second electromagnetic brake are respectively set based on the target value of the rotation phase and the actual rotation phase, while the coil of the first electromagnetic brake is actually set , And the drive current actually flowing in the coil of the second electromagnetic brake are respectively detected, and the control amounts of the drive currents of the first electromagnetic brake and the second electromagnetic brake are respectively determined. Feedback control is performed on the basis of the detected value of each drive current and the target drive current.
[0011]
According to the above configuration, the target drive current for each of the two electromagnetic brakes is set based on the target value of the rotation phase (valve timing) and the actual rotation phase, and the actual drive current of each electromagnetic brake is set to the target drive current. Feedback control is performed for each electromagnetic brake so as to match. Claim2In the described invention, the variable valve timing mechanism is configured such that a driving rotating body whose rotation is transmitted from a crankshaft of an internal combustion engine and a driven rotating body on the camshaft side are coaxially connected via an assembly angle adjusting mechanism, The assembly angle adjustment mechanism is configured to change the valve timing of the engine valve by changing the assembly angle between the drive rotator and the driven rotator, and the assembly angle adjustment mechanism rotates at one end. Is rotatably connected to one of the drive rotator and the driven rotator, and a slide portion at the other end is radially provided by a radial guide provided on the other of the drive rotator and the driven rotator. A guide plate that includes a link arm that is slidably connected, and in which a spiral guide that radially displaces the slide portion is formed,First and secondBy relative rotation in the deceleration direction and acceleration direction with respect to the drive rotator by an electromagnetic brake, the position of the rotating part is relatively displaced in the circumferential direction, and the assembly angle between the drive rotator and the driven rotator is set. The configuration was changed.
[0012]
According to the above configuration, by applying the braking force of the two electromagnetic brakes, the guide plate rotates relative to the drive rotating body in the deceleration direction and the speed increasing direction, thereby displacing the slide portion in the radial direction. In the variable valve timing mechanism having a configuration in which the position of the rotating portion is relatively displaced in the circumferential direction and the assembly angle (the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft) between the driving rotating body and the driven rotating body changes. For each brake, feedback control is performed so that the actual drive current matches the target value, and variations in drive current due to temperature characteristics are individually absorbed.
[0013]
Claim3In the described invention, the guide plate is configured to be rotationally transmitted via a planetary gear mechanism having a carrier member as an input element, one of a sun gear and a ring gear as an output element, and the other as a free element,Said first electromagnetic brakeGives braking to the output element,Said second electromagnetic brakeIs configured to apply braking to the free element. According to the above configuration, braking is applied to the output element.FirstThe output element is decelerated by the operation of the electromagnetic brake, and braking is applied to the free element.SecondThe speed of the output element is increased by the operation of the electromagnetic brake, so that the control in the retarding direction and the advance direction is performed by the two electromagnetic brakes, and feedback based on the target drive current in each of the deceleration / acceleration control. Control is performed individually.
[0014]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1,The actual drive current can be made to coincide with the target drive current for each electromagnetic brake to obtain the target rotational phase (valve timing), and therefore the direction of change even if the temperature characteristics of the two electromagnetic brakes are different. The valve timing can be feedback controlled with the desired response regardless ofThere is an effect.
[0016]
Claim2According to the described invention, the variable valve timing mechanism that changes the valve timing by rotating the guide plate formed with the spiral guide relative to the crankshaft side in the deceleration direction and the acceleration direction by two electromagnetic brakes. However, even if the temperature characteristics of the two electromagnetic brakes are different, there is an effect that a required generation torque corresponding to the target drive current can be generated in each electromagnetic brake.
[0017]
Claim3According to the described invention, in a mechanism for performing acceleration / deceleration by two electromagnetic brakes by using a planetary gear mechanism, even if the temperature characteristics of the two electromagnetic brakes are different, they are on the acceleration side or on the deceleration side. Regardless of this, the valve timing can be feedback-controlled with a desired response.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine for a vehicle according to an embodiment. An electronic control throttle 104 that opens and closes a throttle valve 103b by a throttle motor 103a is interposed in an intake pipe 102 of the internal combustion engine 101. Air is sucked into the combustion chamber 106 through the throttle 104 and the intake valve 105.
[0019]
The combustion exhaust is discharged from the combustion chamber 106 through the exhaust valve 107, purified by the front catalyst 108 and the rear catalyst 109, and then released into the atmosphere.
The intake valve 105 and the exhaust valve 107 are driven to open and close by cams provided on the exhaust side camshaft 110 and the intake side camshaft 134, respectively, but the intake side camshaft 134 changes the rotational phase with respect to the crankshaft 120. Thus, a spiral radial link type variable valve timing mechanism VTC 113 for changing the valve timing is provided.
[0020]
In this embodiment, the variable valve timing mechanism VTC113 is provided only on the intake valve side. However, the variable valve timing mechanism VTC113 is provided on the exhaust valve side instead of the intake valve side or together with the intake valve side. There may be.
Further, an electromagnetic fuel injection valve 131 is provided in the intake port 130 upstream of the intake valve 105 of each cylinder. When the fuel injection valve 131 is driven to open by an injection pulse signal from the ECU 114, The fuel adjusted to a predetermined pressure is injected toward the intake valve 105.
[0021]
Detection signals from various sensors are input to an engine control unit (ECU) 114 having a built-in microcomputer, and the electronic control throttle 104, the variable valve timing mechanism VTC 113, and the fuel injection valve are subjected to arithmetic processing based on the detection signals. 131 and the like are controlled.
Examples of the various sensors include an accelerator opening sensor APS116 for detecting the accelerator opening, an air flow meter 115 for detecting the intake air amount Q of the engine 101, a crank angle sensor 117 for extracting a rotation signal from the crankshaft 120, and an opening of the throttle valve 103b. A throttle sensor 118 that detects the degree TVO, a water temperature sensor 119 that detects the coolant temperature of the engine 101, a cam sensor 132 that extracts a rotation signal from the intake side camshaft 134, and the like are provided.
[0022]
The ECU 114 calculates the engine speed Ne based on the rotation signal output from the crank angle sensor 117.
Next, the configuration of the variable valve timing mechanism VTC 113 will be described with reference to FIGS.
The variable valve timing mechanism VTC 113 includes a camshaft 134, a drive plate 2, an assembly angle adjustment mechanism 4, an actuator 15, and a VTC cover 6.
[0023]
The drive plate 2 is a member that rotates when rotation is transmitted from the engine 101 (crankshaft 120), and the assembly angle adjusting mechanism 4 changes the assembly angle between the camshaft 134 and the drive plate 2. It is a mechanism and is actuated by an actuating device 15.
The VTC cover 6 is a cover that is attached over the front end of a cylinder head and a rocker cover (not shown) and covers the front surface of the drive plate 2 and the assembly angle adjusting mechanism 4 and its peripheral area.
[0024]
A spacer 8 is fitted to the front end portion (left side in FIG. 2) of the camshaft 134, and the rotation of the spacer 8 is restricted by a pin 80 that passes through the flange portion 134f of the camshaft 134.
The camshaft 134 is formed with a plurality of oil supply holes 134r extending in the radial direction.
[0025]
As shown in FIG. 3, the spacer 8 includes a disc-shaped locking flange 8a, a circular pipe portion 8b extending in the axial direction from the front end surface of the locking flange 8a, and a front end surface of the locking flange 8a. A shaft support portion 8d is formed that extends in three directions in the outer diameter direction from the proximal end side of the circular tube portion 8b and is formed with a press-fit hole 8c parallel to the axial direction.
The shaft support portion 8d and the press-fitting hole 8c are arranged at 120 ° intervals in the circumferential direction as shown in FIG.
[0026]
The spacer 8 is formed with an oil supply hole 8r that supplies oil in a radial direction.
The drive plate 2 is formed in a disk shape with a through hole 2a formed in the center, and is assembled to the spacer 8 so as to be relatively rotatable with its axial displacement restricted by a locking flange 8a. ing.
[0027]
As shown in FIG. 3, the drive plate 2 is formed with a timing sprocket 3 on the outer periphery of the rear portion thereof, in which rotation is transmitted from the crankshaft 120 via a chain (not shown).
Further, on the front end surface of the drive plate 2, three guide grooves 2g are formed in the outer diameter direction connecting the through hole 2a and the outer periphery, and the guide groove 2g is similar to the shaft support portion 8d. It arrange | positions every 120 degrees in the circumferential direction.
[0028]
An annular cover member 2c is fixed to the outer peripheral portion of the front end surface of the drive plate 2 by welding or press fitting.
In the present embodiment, the driven rotator is constituted by the camshaft 134 and the spacer 8, and the drive rotator is constituted by the drive plate 2 including the timing sprocket 3.
[0029]
The assembly angle adjusting mechanism 4 is disposed on the front end side of the camshaft 134 and the drive plate 2 and changes the assembly relative angle between the camshaft 134 and the drive plate 2.
As shown in FIG. 3, the assembly angle adjusting mechanism 4 has three link arms 14.
[0030]
Each link arm 14 is provided with a cylindrical portion 14a as a slide portion at the distal end portion, and an arm portion 14b extending from the cylindrical portion 14a in the outer diameter direction.
An accommodation hole 14c is formed through the cylindrical portion 14a, while a rotation hole 14d as a rotation portion is formed through the base end of the arm portion 14b.
[0031]
The link arm 14 is attached so as to be rotatable about the rotation pin 81 by attaching the rotation hole 14 to the rotation pin 81 tightly press-fitted into the press-fitting hole 8 c of the spacer 8.
On the other hand, the cylindrical portion 14 a of the link arm 14 is inserted into a guide groove 2 g as a radial guide of the drive plate 2 and attached to the drive plate 2 so as to be movable (slidable) in the radial direction.
[0032]
In the above configuration, when the cylindrical portion 14a receives an external force and slides and moves in the radial direction along the guide groove 2g, the rotation pin 81 corresponds to the radial displacement amount of the cylindrical portion 14a by the link action by the link arm 14. The camshaft 134 is rotated relative to the drive plate 2 by the displacement of the rotation pin 81.
[0033]
4 and 5 show the operation of the assembly angle adjusting mechanism 4. When the cylindrical portion 14a is disposed on the outer peripheral side of the drive plate 2 in the guide groove 2g, as shown in FIG. The end rotation pin 81 is pulled to a position close to the guide groove 2g, and this position is the most retarded position.
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the cylindrical portion 14a is disposed on the inner peripheral side of the drive plate 2 in the guide groove 2g, the rotation pin 81 is pushed in the circumferential direction and separated from the guide groove 2g. This position is the most advanced position.
[0034]
Movement of the cylindrical portion 14a in the radial direction in the assembly angle adjusting mechanism 4 is performed by the operating device 15, and the operating device 15 includes an operation converting mechanism 40 and an acceleration / deceleration mechanism 41.
The operation conversion mechanism 40 includes a sphere 22 held by the cylindrical portion 14a of the link arm 14 and a guide plate 24 provided coaxially so as to face the front surface of the drive plate 2 and the rotation of the guide plate 24. Is converted into a radial displacement of the cylindrical portion 14 a in the link arm 14.
[0035]
The guide plate 24 is supported on the outer periphery of the circular pipe portion 8 b of the spacer 8 through a metal bush 23 so as to be relatively rotatable.
Further, a spiral guide groove 28 is formed on the rear surface of the guide plate 24 as a spiral guide having a substantially semicircular cross section and being displaced in the radial direction in accordance with the displacement in the circumferential direction. The oil supply hole 24r for supplying oil is formed so as to penetrate in the front-rear direction.
[0036]
The sphere 22 is engaged with the spiral guide groove 28.
That is, the receiving hole 14c provided in the cylindrical portion 14a of the link arm 14 has a disk-like support panel 22a, a coil spring 22b, a retainer 22c, and a ball 22 as shown in FIGS. Are inserted in order.
The retainer 22c is formed with a flange-like support recess 22d that supports the ball 22 in a protruding state at the front end, and a flange 22f on the outer periphery of which the coil spring 22b is seated.
[0037]
In the assembled state shown in FIG. 2, the coil spring 22b is compressed, the support panel 22a is pressed against the front surface of the drive plate 2, and the sphere 22 is pressed against the spiral guide groove 28 to engage in the vertical direction. In addition, relative movement is possible in the extending direction of the spiral guide groove 28.
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the spiral guide groove 28 is formed so as to gradually decrease in diameter along the rotation direction R of the drive plate 2.
[0038]
Therefore, when the guide plate 24 rotates relative to the drive plate 2 in the rotation direction R in a state where the sphere 22 is engaged with the spiral guide groove 28, the operation conversion mechanism 40 causes the sphere 22 to become the spiral guide groove. The cylindrical portion 14a as a slide portion moves in the radial direction along the spiral shape 28, thereby moving in the outer diameter direction shown in FIG. 4, and the rotation pin 81 connected to the link arm 14 is guided by the guide groove. The camshaft 134 is attracted to approach 2 g, and moves in the retarding direction.
[0039]
Conversely, when the guide plate 24 rotates relative to the drive plate 2 in the direction opposite to the rotation direction R from the above state, the sphere 22 moves radially inward along the spiral shape of the spiral guide groove 28. As a result, the cylindrical portion 14a as the slide portion moves in the inner diameter direction shown in FIG. 5, and the rotation pin 81 connected to the link arm 14 is pushed away from the guide groove 2g. In this case, the camshaft 134 advances. Move in the angular direction.
[0040]
Next, the acceleration / deceleration mechanism 41 will be described in detail.
The acceleration / deceleration mechanism 41 accelerates and decelerates the guide plate 24 with respect to the drive plate 2, that is, moves (accelerates) the guide plate 24 in the rotational direction R with respect to the drive plate 2, 24 is moved (decelerated) with respect to the drive plate 2 in the direction opposite to the rotation direction R, and includes a planetary gear mechanism 25, a first electromagnetic brake 26, and a second electromagnetic brake 27.
[0041]
The planetary gear mechanism 25 includes a sun gear 30, a ring gear 31, and a planetary gear 33 meshed with both gears 30 and 31.
As shown in FIGS. 2 and 3, the sun gear 30 is integrally formed on the inner periphery on the front side of the guide plate 24.
The planetary gear 33 is rotatably supported by a carrier plate 32 fixed to the front end portion of the spacer 8.
[0042]
The ring gear 31 is formed on the inner periphery of an annular rotator 34 that is rotatably supported outside the carrier plate 32.
The carrier plate 32 is fitted to the front end portion of the spacer 8 and is fixed to the camshaft 134 through the bolt 9 with the washer 37 in contact with the front end portion.
[0043]
A braking plate 35 having a braking surface 35b facing forward is screwed to the front end surface of the rotating body 34.
A brake plate 36 having a braking surface 36b facing forward is also fixed to the outer periphery of the guide plate 24 integrally formed with the sun gear 30 by welding or fitting.
[0044]
Therefore, if the planetary gear 33 revolves together with the carrier plate 32 without the planetary gear 33 rotating, the sun gear 30 and the ring gear 31 are in a free state when the first electromagnetic brake 26 and the second electromagnetic brake 27 are inactive. At the same speed.
When only the first electromagnetic brake 26 is braked from this state, the guide plate 24 is rotated relative to the carrier plate 32 (with respect to the camshaft 134) in a direction (opposite to the R direction in FIGS. 4 and 5). Then, the drive plate 2 and the camshaft 134 are relatively displaced in the advance direction shown in FIG.
[0045]
On the other hand, when only the second electromagnetic brake 27 is braked, a braking force is applied only to the ring gear 31, and the planetary gear 33 rotates as the ring gear 31 rotates relative to the carrier plate 32 in the delay direction. The rotation speeds up the sun gear 30, the guide plate 24 rotates relative to the drive plate 2 in the rotational direction R side, and the drive plate 2 and the camshaft 134 rotate relative to each other in the retard direction shown in FIG. Become.
[0046]
In the present embodiment, the carrier plate 32 is an input element, the sun gear 30 is an output element, and the ring gear 31 is a free element.
The first electromagnetic brake 26 and the second electromagnetic brake 27 are disposed in an inner and outer double so as to face the braking surfaces 36b and 35b of the braking plates 36 and 35, respectively, and pins 26p, The circular pipe members 26r and 27r are supported in a floating state in which only the rotation is restricted by 27p.
[0047]
These circular pipe members 26r and 27r accommodate coils 26c and 27c, and are fitted with friction materials 26b and 27b that are pressed against the braking surfaces 35b and 36b when the coils 26c and 27c are energized. .
Further, each of the circular pipe members 26r, 27r and each of the brake plates 35, 36 are formed of a magnetic material such as iron in order to form a magnetic field when the coils 26c, 27c are energized.
[0048]
On the other hand, the VTC cover 6 does not cause magnetic flux leakage when energized, and the friction members 26b and 27b are made permanent magnets to prevent sticking to the brake plates 35 and 36 when de-energized. Further, it is made of a nonmagnetic material such as aluminum.
The relative rotation of the guide plate 24 provided with the sun gear 30 as the output element of the planetary gear mechanism 25 and the drive plate 2 is regulated by the assembly angle stopper 60 at the most retarded position and the most advanced position. It has become.
[0049]
Further, in the planetary gear mechanism 25, a planetary gear stopper 90 is provided between the brake plate 35 provided integrally with the ring gear 31 and the carrier plate 32.
By the way, the operation conversion mechanism 40 described above is configured so that the position of the cylindrical portion 14a of the link arm 14 is maintained and the relative assembly position between the drive plate 2 and the camshaft 134 does not vary. The configuration will be described.
[0050]
Drive torque is transmitted from the drive plate 2 to the camshaft 134 via the link arm 14 and the spacer 8, but due to a reaction force from the engine valve (intake valve 105) from the camshaft 134 to the link arm 14. The fluctuation torque of the camshaft 134 is input as a force F in the direction connecting the pivot pins 81 to the pivot points at both ends of the link arm 14.
[0051]
The cylindrical portion 14a of the link arm 14 is guided in the radial direction along a guide groove 2g as a radial guide, and a sphere 22 protruding from the cylindrical portion 14a to the front surface engages with the spiral guide groove 28. Therefore, the force F input via each link arm 14 is supported by the left and right walls of the guide groove 2 g and the spiral guide groove 28 of the guide plate 24.
[0052]
Accordingly, the force F input to the link arm 14 is decomposed into two component forces FA and FB orthogonal to each other. These component forces FA and FB are separated from the outer peripheral wall of the spiral guide structure 28 and the guide. The cylindrical portion 14a of the link arm 14 is prevented from moving along the guide groove 2g in a direction substantially perpendicular to one wall of the groove 2g, thereby preventing the link arm 14 from rotating. Is done.
[0053]
Therefore, after the guide plate 24 is rotated by the braking force of the electromagnetic brakes 26 and 27 and the link arm 14 is rotated to a predetermined position, the link is basically performed without continuously applying the braking force. The position of the arm 14 can be maintained, that is, the rotational phase of the drive plate 2 and the camshaft 134 can be maintained as it is.
The force F is not limited to acting in the outer diameter direction, and may act in the opposite inner diameter direction. At this time, the component forces FA and FB are the walls on the inner peripheral side of the spiral guide groove 28. And the other side of the guide structure 2g are received in a substantially right angle direction.
[0054]
Hereinafter, the operation of the variable valve timing mechanism VTC 113 will be described.
When the rotational phase of the crankshaft and the camshaft 134 is controlled to the retard side, the second electromagnetic brake 27 is energized.
When the second electromagnetic brake 27 is energized, the friction material 27b of the second electromagnetic brake 27 is brought into frictional contact with the braking plate 35, the braking force is applied to the ring gear 31 of the planetary gear mechanism 25, and the sun gear is rotated as the timing sprocket 3 rotates. 30 is rotated at an increased speed.
[0055]
Due to the accelerated rotation of the sun gear 30, the guide plate 24 is rotated in the rotational direction R with respect to the drive plate 2, and accordingly, the ball 22 supported by the link arm 14 is moved to the outer peripheral side of the spiral guide groove 28. Moving.
The movement toward the retard side is regulated by the assembly angle stopper 60 at the most retarded position shown in FIG.
[0056]
Further, as described above, when the rotation of the ring gear 31 is braked by the second electromagnetic brake 27, the braking is performed while allowing a predetermined amount of rotation instead of instantaneously restricting the rotation. Then, the rotation of the ring gear 31 is regulated by the planetary gear stopper 90.
On the other hand, when the assembly angle of the camshaft 134 is displaced in the advance direction, the first brake 26 is energized.
[0057]
As a result, a braking force acts on the guide plate 24, the guide plate 24 rotates in the direction opposite to the rotation direction R with respect to the drive plate 2, and the assembly angle of the camshaft 134 is displaced to the advance side. .
This movement toward the advance side is regulated by the assembly angle stopper 60 at the most advanced position shown in FIG.
Further, when the rotation of the guide plate 24 is restricted, the planetary gear 33 rotates and the ring gear 31 rotates at an increased speed. When the rotation amount reaches a predetermined amount, the planetary gear stopper 90 restricts the rotation.
[0058]
The ECU 114 sets a target advance value of the camshaft 134 with respect to the crankshaft 120, and feedback-controls energization to the first electromagnetic brake 26 and the second electromagnetic brake 27 based on the target advance value. Details of the feedback control will be described with reference to the block diagram of FIG.
In FIG. 6, the advance value feedback control unit (rotation phase feedback control unit) 201 includes a target advance value (target rotation phase) set based on engine operating conditions (engine load, engine speed, etc.), and The actual advance value (actual rotational phase) detected from the detection signal of the crank angle sensor 117 and the detection signal of the cam sensor 132 is input.
[0059]
The advance value feedback control unit 201 calculates target drive currents for the electromagnetic brakes 26 and 27 based on the deviation between the target advance value and the actual advance value.
The calculation of the target drive current based on the deviation can be performed by proportional / integral / derivative control, and sliding mode control can be used.
[0060]
Further, the target drive current indicates that the current to be applied to the first electromagnetic brake 26 based on the advance angle request is indicated by plus, and the current to be applied to the second electromagnetic brake 27 based on the delay angle request is indicated by minus.
The actual advance value is detected, for example, as an angle from a reference crank angle position obtained from the detection signal of the crank angle sensor 117 to a reference cam angle position obtained from the detection signal of the cam sensor 132.
[0061]
The target drive current is output to the advance / retard angle separation unit 202, and it is determined which of the electromagnetic brakes 26 and 27 should be driven based on the plus / minus of the target drive current, and the target is determined based on the determination result. The drive current is output to one of the current feedback control units 203A and 203B.
That is, at the time of advance angle request in which the target drive current is positive, the target drive current calculated by the advance angle value feedback control unit 201 is output to the advance angle side current feedback control unit 203A, and the retard angle side current feedback control unit The target drive current of 203B is set to 0.
[0062]
On the other hand, at the time of a delay request in which the target drive current is negative, the target drive current calculated by the advance value feedback control unit 201 is output to the current feedback control unit 203B on the retard side, and the current feedback control unit on the advance side The target drive current of 203A is set to 0.
The current feedback control unit 203A (drive current feedback control unit) is configured to detect a detection result of a current detection circuit 204A (drive current detection unit) that detects a drive current actually flowing in the coil of the electromagnetic brake 26, a target drive current, On the basis of this deviation, the duty ratio when the average applied voltage is controlled by controlling on / off of energization to the electromagnetic brake 26 at a high frequency is calculated, and the control signal of the duty ratio is used to control the energization to the electromagnetic brake 26. Output to the switching element (transistor).
[0063]
Similarly, the current feedback control unit 203B (drive current feedback control unit) detects the detection result of the current detection circuit 204B (drive current detection unit) that detects the drive current actually flowing in the coil of the electromagnetic brake 27, and the target. Based on the deviation from the drive current, the duty ratio for controlling the average applied voltage by controlling on / off of energization to the electromagnetic brake 27 at a high frequency is calculated, and a control signal for the duty ratio is supplied to the electromagnetic brake 27. Output to a switching element (transistor) that controls energization.
[0064]
In the calculation of the duty ratio based on the deviation of the drive current, sliding mode control can be used in addition to proportional / integral / derivative control.
According to the above configuration, even if the coil temperature of the electromagnetic brakes 26 and 27 changes and the correlation between the duty ratio and the drive current changes, the target drive current is caused to flow through the coils of the electromagnetic brakes 26 and 27, Torque can be generated, and even if the temperature characteristics of the electromagnetic brakes 26 and 27 are different by detecting the drive current for each of the electromagnetic brakes 26 and 27 and individually feedback controlling the duty ratio, The drive currents of the electromagnetic brakes 26 and 27 can be matched with the target.
[0065]
Therefore, even if the temperature characteristics of the electromagnetic brakes 26 and 27 differ depending on the temperature environment and the amount of heat generation, the required torque can be generated in both the advance angle and the retard angle. The valve timing can be feedback controlled with desired response in both directions of the corners.
In the above embodiment, the spiral radial link type variable valve timing mechanism having the structure in which the guide plate on which the spiral guide is formed is relatively rotated in the advance direction and the retard direction by two electromagnetic brakes is targeted. It is not limited to the radial link type, and any variable valve timing mechanism configured to change the rotational phase of the camshaft relative to the crankshaft in the advance angle direction and the retard angle direction with the braking force of two electromagnetic brakes is the same. It is possible to obtain the same effect by applying drive current feedback control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of an internal combustion engine in an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a variable valve timing mechanism in the embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view of the variable valve timing mechanism.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2 showing the operation of the main part of the variable valve timing mechanism.
5 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2 showing the operation of the main part of the variable valve timing mechanism.
FIG. 6 is a block diagram showing valve timing feedback control.
[Explanation of symbols]
2 ... Drive plate
2g ... Guide groove
3. Timing sprocket
4 ... Assembly angle adjustment mechanism
6 ... VTC cover
8 ... Spacer
14 ... Link arm
15 ... Actuator
24 ... Guide plate
25 ... Planetary gear mechanism
26 ... 1st electromagnetic brake
27 ... Second electromagnetic brake
28 ... spiral guide groove
30 ... Sungear
31 ... Ring gear
32 ... Carrier plate
33 ... Planetary Gear
35 ... Brake plate
36 ... Brake plate
40. Action conversion mechanism
41 ... Increase / decrease mechanism
101 ... Internal combustion engine
105 ... Intake valve
113 ... Variable valve timing mechanism VTC
114 ... Engine control unit
117 ... Crank angle sensor
119 ... Water temperature sensor
120 ... Crankshaft
132: Cam sensor
134 ... Camshaft

Claims

内燃機関（１０１）のクランクシャフト（１２０）に対するカムシャフト（１３４）の回転位相を電磁ブレーキ（２６，２７）の制動力によって変化させることで、機関弁（１０５）のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構（１１３）であって、第１及び第２の電磁ブレーキ（２６，２７）を備え、第１の電磁ブレーキ（２６）を作動させることで前記回転位相を進角変化させ、第２の電磁ブレーキ（２７）を作動させることで前記回転位相を遅角変化させる可変バルブタイミング機構（１１３）において、
前記回転位相の目標値と実際の回転位相とに基づいて前記第１の電磁ブレーキ（２６）の目標駆動電流及び前記第２の電磁ブレーキ（２７）の目標駆動電流をそれぞれに設定する回転位相フィードバック制御部（２０１）と、
前記第１の電磁ブレーキ（２６）のコイルに実際に流れている駆動電流を検出する第１駆動電流検出部（２０４Ａ）と、
前記第２の電磁ブレーキ（２７）のコイルに実際に流れている駆動電流を検出する第２駆動電流検出部（２０４Ｂ）と、
前記第１駆動電流検出部（２０４Ａ）で検出された駆動電流を、前記回転位相フィードバック制御部（２０１）で設定された前記第１の電磁ブレーキ（２６）の目標駆動電流に一致させるべく、前記第１の電磁ブレーキ（２６）の駆動電流の制御量をフィードバック制御する第１駆動電流フィードバック制御部（２０３Ａ）と、
前記第２駆動電流検出部（２０４Ｂ）で検出された駆動電流を、前記回転位相フィードバック制御部（２０１）で設定された前記第２の電磁ブレーキ（２７）の目標駆動電流に一致させるべく、前記第２の電磁ブレーキ（２７）の駆動電流の制御量をフィードバック制御する第２駆動電流フィードバック制御部（２０３Ｂ）と、
を含んで構成されることを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。 A variable valve that changes the valve timing of the engine valve (105) by changing the rotational phase of the camshaft (134) relative to the crankshaft (120) of the internal combustion engine (101) by the braking force of the electromagnetic brake (26, 27). The timing mechanism (113) includes first and second electromagnetic brakes (26, 27), and the first electromagnetic brake (26) is operated to advance the rotation phase to change the second phase. In the variable valve timing mechanism (113) that changes the rotational phase by lagging by operating the electromagnetic brake (27) ,
Rotation phase feedback for setting the target drive current of the first electromagnetic brake (26) and the target drive current of the second electromagnetic brake (27) based on the target value of the rotation phase and the actual rotation phase, respectively. A control unit (201);
A first drive current detector (204A) for detecting a drive current actually flowing in the coil of the first electromagnetic brake (26);
A second drive current detector (204B) for detecting a drive current actually flowing in the coil of the second electromagnetic brake (27);
In order to make the drive current detected by the first drive current detector (204A) coincide with the target drive current of the first electromagnetic brake (26) set by the rotational phase feedback controller (201), A first drive current feedback control unit (203A) that feedback-controls a control amount of the drive current of the first electromagnetic brake (26);
In order to make the drive current detected by the second drive current detector (204B) coincide with the target drive current of the second electromagnetic brake (27) set by the rotational phase feedback controller (201), A second drive current feedback control unit (203B) that feedback-controls the control amount of the drive current of the second electromagnetic brake (27);
A control apparatus for a variable valve timing mechanism, comprising:

前記可変バルブタイミング機構（１１３）が、内燃機関（１０１）のクランクシャフト（１２０）から回転を伝達される駆動回転体（２）と、カムシャフト側の従動回転体（１３４，８）とが組付角調整機構（４）を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構（４）によって前記駆動回転体（２）と従動回転体（１３４，８）との組付角度を変化させることで、機関弁（１０５）のバルブタイミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構（４）が、一端の回転部（１４ｄ）が前記駆動回転体（２）と従動回転体（１３４，８）との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部（１４ａ）が前記駆動回転体（２）と従動回転体（１３４，８）との他方に設けられた径方向ガイド（２ｇ）により径方向にスライド可能に連結されるリンクアーム（１４）を備え、前記スライド部（１４ａ）を径方向に変位させる渦巻き状ガイド（２８）が形成されたガイドプレート（２４）を、第１及び第２の電磁ブレーキ（２６，２７）によって前記駆動回転体（２）に対して減速方向及び増速方向に相対回転させることによって、前記回転部（１４ｄ）の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体（２）と従動回転体（１３４，８）との組付角度を変化させる構成であることを特徴とする請求項１記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。The variable valve timing mechanism (113) is composed of a drive rotor (2) to which rotation is transmitted from the crankshaft (120) of the internal combustion engine (101) and a driven rotor (134, 8) on the camshaft side. Coaxially connected via an angle adjustment mechanism (4), and the assembly angle between the drive rotator (2) and the driven rotator (134, 8) is changed by the assembly angle adjustment mechanism (4). Thus, the valve timing of the engine valve (105) is changed, and the assembly angle adjusting mechanism (4) is configured such that the rotating part (14d) at one end has the driving rotating body (2) and the driven rotating body (134). , 8) and a radial guide provided at the other end of the drive rotator (2) and the driven rotator (134, 8). (2g) allows continuous sliding in the radial direction Is provided with a link arm (14) is, the sliding portion of the guide plate spiral guide for displacing (14a) in the radial direction (28) is formed (24), first and second electromagnetic brake (26, 27) relative to the drive rotator (2) in the deceleration direction and the speed increase direction, the position of the rotating portion (14d) is relatively displaced in the circumferential direction, and the drive rotator (2) and 2. The control device for a variable valve timing mechanism according to claim 1 , wherein an assembly angle with the driven rotor (134, 8) is changed.

前記ガイドプレート（２４）が、キャリア部材（３２）を入力要素とし、サンギヤ（３０）とリングギヤ（３１）との一方を出力要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構（２５）を介して回転伝達される構成であって、前記第１の電磁ブレーキ（２６）が前記出力要素に制動を与え、前記第２の電磁ブレーキ（２７）が前記フリー要素に制動を与える構成であることを特徴とする請求項２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。The guide plate (24) rotates via a planetary gear mechanism (25) having the carrier member (32) as an input element, one of the sun gear (30) and the ring gear (31) as an output element, and the other as a free element. The first electromagnetic brake (26) applies braking to the output element, and the second electromagnetic brake (27) applies braking to the free element. The control apparatus for a variable valve timing mechanism according to claim 2 .