JP4509959B2 - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents
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Description
ここで、従来一般的に行われているように、微小時間(例えば10ms)毎に可変バルブタイミング機構の操作量の演算・出力処理を行わせると、カムトルクの変動周期(時間周期)が長くなる機関の低回転域(始動時やアイドル運転時)では、カムトルクの方向が位相の変化方向と対応しないために回転位相が変化しない状態においても、操作量の演算・出力処理が繰り返されることになる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、カムトルク状態によってカムシャフトの回転位相が変化し難くなる場合があっても、可変バルブタイミング機構の操作量が過剰設定されてしまうことを防止できる制御装置を提供することを目的とする。
かかる構成によると、低回転領域では、カムトルクの変動周期に同期させて可変バルブタイミング機構を制御することで、カムトルクの方向(正負)が回転位相の変化方向と対応しないために回転位相が変化しない(又は変化し難い)状態において、操作量の演算・出力が繰り返されることが回避される一方、カムトルクの変動周期が短くなる高回転領域では、予め設定された時間に同期させて操作量を演算・出力させることで、過剰に短い時間周期で操作量の演算・出力がなされるようになることを阻止する。
請求項2記載の発明では、可変バルブタイミング機構が、バルブタイミングを進角側に変化させる進角側油圧室と遅角側に変化させる遅角側油圧室とを、カムシャフトに連結されるベーンによって隔成し、前記進角側油圧室と遅角側油圧室との間でカムトルクを用いて作動油を移動させることで、カムシャフトの回転位相を変化させる機構であることを特徴とする。
また、高回転領域であってカムトルクの変動の時間周期が短く、一定の時間周期で操作量の演算・出力を行わせても、その演算周期に進角側油圧室を加圧するカムトルク(正のトルク)が発生する状態と遅角側油圧室を加圧するカムトルク(負のトルク)が発生する状態とが含まれるときには、前記一定の時間周期で操作量の演算・出力を行わせる。
かかる構成によると、カムトルクの変動の1周期よりも短い時間周期では、前記時間周期の中に進角側油圧室を加圧するカムトルクが発生する区間と遅角側油圧室を加圧するカムトルクが発生する区間との双方が必ず含まれるとは限らなくなるので、このようなときには、カムトルクの変動周期に同期して操作量の演算・出力を行わせる。
図1は、実施形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
図1において、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。
前記燃料噴射弁131は、エンジンコントロールユニット114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。
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に対する吸気側カムシャフト134の回転位相を変化させることで、吸気バルブ105の作動角の中心位相を連続的に変化させる可変バルブタイミング機構113が設けられている。
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116、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から基準クランク角位置毎の基準クランク角信号REF及び単位クランク角毎の単位角度信号POSを取り出すクランク角センサ117、前記スロットルバルブ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から基準カム角毎のカム信号CAMを取り出すカムセンサ132などが設けられている。
次に、前記可変バルブタイミング機構113の構成を、図2に基づいて説明する。
前記ベーン201で隔成される2つの油圧室のうち、一方は、カムシャフト134の回転位相を進角側に変化させるための進角側油圧室202であり、他方は、カムシャフト134の回転位相を遅角側に変化させるための遅角側油圧室203である。
即ち、進角側油圧室202に満たされる作動油の量を増やし、相対的に、遅角側油圧室203に満たされる作動油の量を減らすことで、遅角側油圧室203の容積を減らし進角側油圧室202の容積を増やすように、ハウジング200に対してベーン201が相対回転して、吸気バルブ105のバルブタイミングが進角変化する。
前記進角側油圧室202及び遅角側油圧室203に満たされる作動油の量は、進角側油圧室202と遅角側油圧室203との間における作動油の移動によって調整され、前記作動油の移動は、吸気バルブ105を開閉する力によって生じるカムトルクを利用し、移動方向及び移動量は、スプールバルブ210によって制御されるようになっている。
前記進角側油路204の途中と遅角側油路205の途中とは、連結油路206で相互に連通され、前記連結油路206の途中からは、バイパス油路207が分岐延設され、該バイパス油路207はスプールバルブ205に連通される。
前記スプールバルブ210には、軸方向に、進角側油路204、バイパス油路207、遅角側油路205の並びで各油路が接続される。
前記ソレノイド211への通電を停止した状態では、前記コイルバネ210aの付勢力によってスプールバルブ210は左端の初期位置に位置し、この状態では、前記遅角側油路205がスプールバルブ210で閉塞される一方、バイパス油路207及び進角側油路204は開放される。
ここで、吸気側カムシャフト134には、吸気バルブ105を最大リフト量にまで開くときには、回転を妨げる方向のトルク(正のトルク)が加わり、最大リフトに達した後吸気バルブ105が閉弁されるまでは、回転を助長する方向のトルク(負のトルク)が加わるため、このカムトルクの逆転現象によって遅角側油圧室203がベーン201を介して加圧される状態と、進角側油圧室202がベーン201を介して加圧される状態とを交互に繰り返すことになる。
更に、スプールバルブ209が図に示す中立位置に制御される状態では、遅角側油路205及び進角側油路204が共にスプールバルブ210で閉塞されるため、進角側油圧室202内から遅角側油圧室203内への油の移動、及び、遅角側油圧室203内から進角側油圧室202内への油の移動が共に遮断されて、回転位相はその位置を保持することになる。
但し、フィードバック制御を、比例・積分・微分動作に限定するものではなく、例えば、比例・積分動作のみでフィードバック制御を行わせてもよく、また、スライディングモード制御を適用することも可能である。
しかし、通常の運転中に油の漏れが発生するため、この漏れによる油の損失を補填するために、チェックバルブ221が介装されるオイル補填路222を介して油圧源220からの油が補充されるようになっている。
従って、カムトルクの方向(正負)が油の移動を行わせたい方向と一致しないために回転位相が変化しない状態で、前記ソレノイド211への通電を制御するデューティ信号のデューティ比を制御偏差に基づいて繰り返し演算すると、積分分が大きくなり、カムトルクの方向が油の移動方向に対応するようになったときに過剰でステップ的な移動が行われることになって、安定した回転位相制御が行えなくなってしまう。
図4のフローチャートは、10ms毎に実行されるようになっている。
まず、ステップS1では、機関回転速度Neの最新の検出結果を読み込む。
前記機関回転速度Neは、クランク角センサ117から出力される基準クランク角信号REF又は単位角度信号POSに基づいて検出され、具体的には、基準クランク角信号REFの発生周期又は一定時間内での単位角度信号POSの発生数を計測することで、機関回転速度Neが検出されるようになっている。
前記時間同期フラグFは初期値が0であり、F=0の状態では、カムトルクの変動に同期させた制御を行わせ、後述するように時間同期制御を行わせる条件が成立したときに1がセットされるようになっている。
そして、時間同期フラグFが0であって、かつ、機関回転速度Neが第1閾値以下であるときには、ステップS4へ進んで、カムトルクの変動の1周期毎にデューティ比の演算・出力を行わせるべく、時間同期フラグFを0に保持したまま、本ルーチンを終了させる。
また、ステップS2で前記時間同期フラグFに1がセットされていると判断された場合、即ち、一定時間毎(10ms毎)にデューティ比の演算・出力を行わせている場合には、ステップS5へ進んで、機関回転速度Neが第2閾値(<第1閾値)を下回っているか否かを判別する。
一方、前記時間同期フラグFに1がセットされていて、かつ、機関回転速度Neが第2閾値以上であれば、時間同期フラグFを1に保持したまま、本ルーチンを終了させる。
前記第1閾値及び第2閾値は、前述のように第2閾値<第1閾値であり、第2閾値は、一定時間毎にデューティ比の演算・出力を行わせるときの時間周期(10ms)と、カムトルクの変動の1周期とが一致する回転速度以上に設定してあり、第1閾値は、前記第2閾値に対してハンチングの抑制に必要充分な最小値に設定される。
制御周期である一定時間内に、カムトルクの変動の1周期分が含まれるようにすれば、バルブタイミングの進角変化の指令に反応する区間(負のカムトルク発生状態)と、バルブタイミングの遅角変化の指令に反応する区間(正のカムトルク発生状態)との双方が必ず含まれることになるから(図3参照)、変化させたデューティ比に対応する回転位相の変化を生じさせてから次の演算タイミングを迎えることができ、デューティ比を過剰に変化させてしまうことを回避できる。
図5のフローチャートは、時間同期制御を示すものであり、10ms毎に実行されるようになっている。
まず、ステップS11では、前記時間同期フラグFに1がセットされているか否かを判別する。
一方、前記時間同期フラグFに1がセットされている場合には、デューティ比の演算・出力を行うべく、ステップS12以降へ進む。
前記進角量の検出は、クランクシャフト120から基準クランク角信号REFが出力された時点からカム信号CAMが出力されるまでの回転角度を計測することが行われ、前記進角量は、カム信号CAMが出力される毎に更新される。
ステップS14では、前記ステップS12で検出した実際の進角量と、ステップS13で設定した目標進角量との偏差を演算する。
ステップS15では、前記偏差に基づく比例・積分・微分動作によってフィードバック補正量を演算する。
ステップS17では、前記ステップS16で決定したデューティ比のデューティ信号を前記ソレノイドバルブ211に出力する。
図6のフローチャートは、トルク変動同期制御を示すものであり、前記カムセンサ132からカム信号CAMが出力される毎に実行される。
本実施形態の4気筒機関において、前記カム信号CAMは、クランクシャフト120が180deg回転する毎に出力され、前記クランクシャフト120が180deg回転する間は、カムトルクの変動の1周期に相当し、吸気バルブ105のリフトを増大させる区間とリフトを減少させる区間との双方が含まれる(図3参照)。
しかし、上記のように、カムトルクの変動の周期に同期させてデューティ比の演算を行わせれば、デューティ比の更新結果を実際の油の移動に反映されてから、次にデューティ比の更新演算を行わせることが、たとえ低回転状態であっても確実に行われることになるから、積分分が過剰に増大設定されてしまうことを防止でき、オーバーシュートやハンチングの発生を回避して回転位相を安定的に制御できる。
前記カムセンサ132からカム信号CAMが出力されると、まず、ステップS21では、前記時間同期フラグFに0がセットされているか否かを判別する。
ここで、前記時間同期フラグFに1がセットされている場合には、一定の時間周期でデューティ比の演算・出力を行わせるべき状態であるので、そのまま本ルーチンを終了させる。
ステップS22〜ステップS27の各ステップでの処理内容は、前記ステップS12〜ステップS17と同様であるので、ここでは説明を省略する。
尚、上記実施形態では、低回転領域で、カム信号CAMが出力される毎(カムトルクの変動の1周期毎)にデューティ比(操作量)を演算・出力させる構成としたが、デューティ比(操作量)を演算・出力させる周期の間に、カムトルクが増大変化する区間と減少変化する区間との双方が含まれれば良いので、デューティ比(操作量)の演算・出力周期は、カム信号CAMの出力周期に限定されるものではない。
また、最小周期をカムトルクの変動の1周期とすれば良いので、最小周期以上であれば、変動1周期の整数倍である必要はなく、演算・出力のタイミングも、カムトルクが平均値となるタイミングである必要はなく、演算・出力のタイミングとカムトルクの変動との位相は問われない。
また、上記実施形態では、吸気バルブ105のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を示したが、排気バルブ107のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構であってもよいことは明らかである。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)請求項2記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記進角側油圧室と遅角側油圧室との間における油の移動方向及び移動量を調整するスプールバルブが設けられ、該スプールバルブを駆動するソレノイドへの通電を制御するデューティ信号のデューティ比を演算・出力す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。
(ロ)請求項1〜3のいずれか1つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記回転位相の実際値と前記回転位相の目標値との偏差に基づいて、少なくとも積分動作によって可変バルブタイミング機構の操作量をフィードバック制御す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。
Claims (3)
- クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、機関バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
機関回転速度が閾値以下の低回転領域では、カムトルクの変動周期に同期させて前記可変バルブタイミング機構の操作量を演算して出力する一方、
機関回転速度が前記閾値を超える高回転領域では、予め設定された時間に同期させて前記操作量を演算して出力す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。 - 前記可変バルブタイミング機構が、バルブタイミングを進角側に変化させる進角側油圧室と遅角側に変化させる遅角側油圧室とを、前記カムシャフトに連結されるベーンによって隔成し、前記進角側油圧室と遅角側油圧室との間でカムトルクを用いて作動油を移動させることで、前記カムシャフトの回転位相を変化させる機構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。
- 少なくとも前記予め設定される時間よりも前記カムトルクの変動の1周期が長くなる回転領域を、前記低回転領域に含むことを特徴とする請求項1又は2記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
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