JP5717610B2 - バルブタイミング調整システム - Google Patents
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Description
弁の開閉タイミングを進角するとき、進角室に遅角室より多くの作動流体を供給し、弁の開閉タイミングを遅角するとき、遅角室に進角室より多くの作動流体を供給する。また、弁の開閉タイミングを保持するとき、進角室、及び遅角室にそれぞれ同程度の作動流体を供給する。
一般に、進角室、及び遅角室に供給する作動流体の圧力が低いと、吸排気弁側のカムトルク変動の影響を受け易く、ハウジングに対するベーンロータの相対回転位置が安定しないため、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動し易い。特許文献1には、作動流体の圧力が低いとき、電動ポンプによって作動流体を昇圧するバルブタイミング調整システムのオイル供給装置が記載されている。
請求項3に記載の発明によると、バルブタイミング調整システムは、従動角検出手段が検出する従動軸の回転角度および駆動角検出手段が検出する駆動軸の回転角度に基づいて、駆動軸に対する従動軸の回転位相が変更中であるか否かを判定するモード判定手段をさらに備える。バルブタイミング調整システムでは、モード判定手段により駆動軸に対する従動軸の回転位相が変更中であると判定される場合、位相差判定手段は現在位相と目標位相との差が所定の位相差以上であるか否かを判定する。
請求項5に記載の発明によると、バルブタイミング調整システムは、位相変動幅算出手段により算出される目標位相に対する位相の変動幅が所定の変動幅以上であるか否かを判定する第2判定手段をさらに備える。第2判定手段により目標位相に対する位相の変動幅が所定の変動幅以上であると判定される場合、第1制御手段は切換弁に供給する作動流体の圧力を高くする信号を圧力調整弁に出力する。
また、請求項7に記載の発明によると、バルブタイミング調整システムは、バルブ角度検出手段、作動流体温度検出手段、作動流体圧力検出手段、及び作動流体の圧力と目標位相に対する位相の変動幅との関係を示す第1マップを記憶する第1記憶手段をさらに備える。請求項7に記載のバルブタイミング調整システムの位相変動幅算出手段は、駆動角検出手段による検出される駆動軸の回転角度、バルブ角度検出手段により検出されるスロットルバルブの回転角度、作動流体温度検出手段により検出される作動流体の温度、作動流体圧力検出手段により検出される作動流体の圧力、及び第1マップに基づいて目標位相に対する位相の変動幅を算出する。
バルブタイミング調整装置の規制部材は、ハウジングの内壁に形成されている嵌合孔に嵌合することによりベーンロータの相対回動を規制する。ロック判定手段では、規制部材が嵌合孔に嵌合しているか否かを判定する。ロック判定手段により規制部材が嵌合孔に嵌合していないと判定される場合、ベーンロータはハウジングに対して回動可能であると考えられるため、モード判定手段により位相が変更中であるか否かを判定する。
また、請求項10に記載の発明によると、バルブタイミング調整システムは、圧力調整弁が調整する前の作動流体の調整前圧力、及び圧力調整弁が調整した後の作動流体の調整後圧力を算出する圧力算出手段をさらに備える。バルブタイミング調整システムでは、ロック判定手段により規制部材が嵌合孔に嵌合していると判定され、かつ時間差判定手段により第1タイミングと第2タイミングとの差が所定の時間より小さいと判定される場合、圧力算出手段は、調整前圧力、及び調整後圧力を算出する。
第1実施形態によるバルブタイミング調整システムを図1から図6に示す。本実施形態のバルブタイミング調整システムは、作動流体としてオイルを用いる油圧制御式である。バルブタイミング調整システムは、エンジンのクランクシャフトの回転角度に対するカムシャフトの回転角度(以下、「カムシャフト位相」という)を調整することにより吸排気弁の開閉タイミングを調整する位相調整部と、位相調整部に供給されるオイルの圧力を制御する油圧制御部とを備える。
ハウジング11は、環状の周壁12、及び仕切り部材としてのシュウ13、14、15、16と一体に形成されたシュウハウジング17、フロントプレート18、並びにスプロケット19等から構成されている。略台形に形成されたシュウ13、14、15、16は、周壁12から径方向内側へ延びており、周壁12の周方向に略等間隔に設けられている。周方向に隣接するシュウ同士の間隙には略扇状の圧力室50が形成されている。
<エンジン始動時>
エンジン1を始動した直後の状態では、遅角室51、52、53、54、及び進角室55、56、57、58にポンプ90から十分にオイルが供給されない。このとき、図3に示すようにストッパピン30は嵌合孔31のブッシュ32に嵌合している(以下、ストッパピン30がブッシュ32に嵌合している状態を「ストッパピン30がロックしている」という)。これにより、カムシャフト位相は最遅角位置に保持されたまま、ハウジング11に対するベーンロータ20の相対回動は規制されている。
位相調整部100を進角制御するとき、ECU91は、油圧制御弁92、及び圧力調整弁99に供給する駆動電流を制御する。油圧制御弁92は、ポンプ90と進角通路93とを接続し、遅角通路94とオイルパン95とを接続する。ポンプ90が吐出するオイルは、進角通路93、66、63、64を経由し、進角室55、56、57、58に供給される。一方、遅角室51、52、53、54のオイルは、遅角通路61、62、65、94を経由し、オイルパン95に排出される。進角室55、56、57、58の油圧はベーン22、23、24、25に作用し、ベーンロータ20を進角方向に付勢するトルクを発生する。これにより、ベーンロータ20は、ハウジング11に対して進角方向に回転する。このとき、圧力調整弁99では、油圧制御弁92に供給されるオイルの圧力を調整する。油圧制御弁92、及び圧力調整弁99が位相調整部100に供給する油圧の制御処理の詳細は後述する。
位相調整部100を遅角制御するとき、ECU91は、油圧制御弁92に供給する駆動電流を制御する。油圧制御弁92は、ポンプ90と遅角通路94とを接続し、進角通路93とオイルパン95とを接続する。ポンプ90から吐出されるオイルは、遅角通路94、65、61、62を経由し、遅角室51、52、53、54に供給される。一方、進角室55、56、57、58のオイルは進角通路63、64、66、93を経由し、オイルパン95に排出される。遅角室51、52、53、54の油圧がベーン22、23、24、25に作用し、ベーンロータ20を遅角方向に付勢するトルクを発生する。これにより、ベーンロータ20は、ハウジング11に対して遅角方向に回転する。このとき、圧力調整弁99では、油圧制御弁92に供給されるオイルの圧力を調整する。油圧制御弁92、及び圧力調整弁99が位相調整部100に供給する油圧の制御処理の詳細は後述する。
ベーンロータ20が目標位相に到達すると、ECU91は油圧制御弁92、及び圧力調整弁99に出力する駆動電流のデューティ比を制御する。油圧制御弁92は、ポンプ90と、遅角通路94、及び進角通路93との接続を遮断し、遅角室51、52、53、54、及び進角室55、56、57、58に滞留するオイルがオイルパン95に排出されることを規制する。このため、ベーンロータ20は目標位相に保持される。このとき、圧力調整弁99では、油圧制御弁92に供給されるオイルの圧力を調整する。油圧制御弁92、及び圧力調整弁99が位相調整部100に供給する油圧の制御処理の詳細は後述する。
なお、進角作動時、遅角作動時、及び中間保持状態では、ポンプ90から位相調整部100の進角室55、56、57、58、及び遅角室51、52、53、54に供給される油圧はコイルスプリング35がストッパピン30に作用する力よりも大きいので、ストッパピン30のロック状態は解除されている。
バルブタイミング調整システム10の作動中にエンジン停止が指示されると、上記遅角作動時と同じように、ベーンロータ20はハウジング11に対して遅角方向に回転し、ストッパピン30がロック可能な位相である最遅角位置に位相制御される。また、エンジン停止指示後、エンジン1の回転低下に伴って、バルブタイミング調整システム10に供給される油圧は次第に低くなり、ストッパピン30に印加される進角室55、56、57、58、及び遅角室51、52、53、54の圧力も低下する。
次に第1実施形態でのバルブタイミング調整システム10の効果について説明する。
(A)バルブタイミング調整システム10では、ベーンロータ20が進角作動または遅角作動をしている場合、ベーンロータ20の目標位相と実際の位相との差が大きいと判定すると、ECU91は位相調整部100に供給する油圧を高圧にする。このように、バルブタイミング調整システム10では、ベーンロータ20の作動状態に応じて位相調整部100に供給する油圧の大きさを切り換える。これにより、油温やエンジンの回転数に応じて一義的に油圧を制御する従来のバルブタイミング調整システムに比べて、オイルの消費量を少なくすることができる。
次に、本発明の第2実施形態によるバルブタイミング調整システムを図7から図13に基づいて説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して、ストッパピンのロック解除に用いられる油路の形状、及びストッパピンがロックされている状態での油圧制御処理が異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
ストッパピン30を収容する収容孔221には、スプロケット19に形成されている進角通路193、及びベーン22に形成されている遅角通路222が接続している。ストッパピン30がロックしているとき、ベーンロータ20は、最遅角に位置している。進角室55のオイルの圧力が進角通路193を介してストッパピン30に作用すると、ストッパピン30はコイルスプリング35の付勢力に抗して図7の上方に移動する。一方、遅角室51のオイルの圧力が遅角通路222を介してストッパピン30に作用すると、ストッパピン30は、進角室55の油圧が作用するときと同じようにコイルスプリング35の付勢力に抗して図7の上方に移動する。したがって、第2実施形態によるバルブタイミング調整システム10におけるストッパピン30のロック状態は、進角室55に供給されるオイルの圧力、または遅角室51に供給されるオイルの圧力のいずれによっても解除される。なお、図7中の矢印は、進角室55から収容孔221に供給されるオイルの流れる方向、及び遅角室51から供給されるオイルの流れる方向を示している。
本発明の第2実施形態によるバルブタイミング調整システムにおいて、吸気弁を進角作動する指示が入力される時刻に対して油圧調整の時刻または吸気弁の進角作動を開始する時刻を遅らせた場合のストッパピンのロックが解除されるのに必要な時間の変化を実験により確認した。
(ア)上述の実施形態では、ベーンロータが進角作動中または遅角作動中であるか否かを判定するとき、外部の電子制御装置から入力されるバルブタイミング調整指令に基づいて判定するとした。しかしながら、ベーンロータの作動状態を判定する方法はこれに限定されない。カムシャフトの回転速度、及びクランクシャフトの回転速度から算出されるカムシャフト位相の変化速度を算出し、ベーンロータの作動状態を判定してもよい。
2 ・・・クランクシャフト(駆動軸)、
4、5 ・・・カムシャフト(従動軸)、
8 ・・・吸気弁、
9 ・・・排気弁、
10 ・・・バルブタイミング調整システム、
11 ・・・ハウジング、
20 ・・・ベーンロータ、
22、23、24、25・・・ベーン、
221 ・・・収容孔、
30 ・・・ストッパピン(規制部材)、
31 ・・・嵌合孔、
41 ・・・カム角センサ(従動角検出手段)、
42 ・・・クランク角センサ(駆動角検出手段)、
51、52、53、54・・・遅角室、
55、56、57、58・・・進角室、
90 ・・・ポンプ、
91 ・・・ECU(第1制御手段、位相差判定手段、モード判定手段、位相変動幅算出手段、第1判定手段、第1記憶手段、目標到達時間算出手段、第2判定手段、ロック判定手段、時間差判定手段、圧力算出手段、調整前圧力判定手段、調整後圧力判定手段、第2制御手段)、
92 ・・・油圧制御弁(切換弁)、
96 ・・・油温センサ(作動流体温度検出手段)、
97 ・・・油圧センサ(作動流体圧力検出手段)、
98 ・・・スロットルセンサ(バルブ角度検出手段)、
99 ・・・圧力調整弁、
100 ・・・位相調整部(バルブタイミング調整装置)。
Claims (13)
- 内燃機関の駆動軸または従動軸の一方とともに回転するハウジングと、前記駆動軸または前記従動軸の他方とともに回転し、前記ハウジング内部を遅角室および進角室に仕切るベーンを有し、前記ハウジングに対して相対回動可能なベーンロータと、前記ベーンロータに形成される収容孔に摺動可能に収容され、前記ハウジングの回転軸方向の一方の内壁に形成された嵌合孔に嵌合することで前記ハウジングに対する前記ベーンロータの相対回動を規制する規制部材と、を備え、前記駆動軸の駆動力を前記従動軸に伝達するとともに前記駆動軸に対する前記従動軸の位相を変更することにより、吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置と、
前記従動軸の回転角度を検出し、前記従動軸の回転角度に応じた信号を出力する従動角検出手段と、
前記駆動軸の回転角度を検出し、前記駆動軸の回転角度に応じた信号を出力する駆動角検出手段と、
作動流体を汲み上げ吐出するポンプと、
前記ポンプの吐出側と前記バルブタイミング調整装置の前記遅角室および進角室との間に設けられ、前記ポンプから吐出された作動流体の流路を前記遅角室または前記進角室に選択的に切換可能な切換弁と、
前記切換弁に供給される作動流体の圧力を調整する圧力調整弁と、
前記駆動軸に対する前記従動軸の目標位相が入力され、入力される前記目標位相に応じた信号を前記切換弁および前記圧力調整弁に出力する第1制御手段と、
前記従動角検出手段が検出する前記従動軸の回転角度および前記駆動角検出手段が検出する前記駆動軸の回転角度に基づいて、前記駆動軸に対する前記従動軸の現在位相と前記目標位相との差が所定の位相差より大きいか否かを判定する位相差判定手段と、
を備え、
前記位相差判定手段により前記現在位相と前記目標位相との差が所定の位相差以上であると判定される場合、前記第1制御手段は前記切換弁に供給する作動流体の圧力を高くする信号を前記圧力調整弁に出力することを特徴とするバルブタイミング調整システム。 - 前記位相差判定手段は、
前記従動角検出手段が検出する前記従動軸の回転角度、および前記駆動角検出手段が検出する前記駆動軸の回転角度に基づいて前記駆動軸に対する前記従動軸の位相が前記目標位相に到達するまでに必要な目標到達時間を算出する目標到達時間算出手段と、
前記目標到達時間算出手段が算出する前記目標到達時間、および所定の目標時間に基づいて前記現在位相と前記目標位相との差が所定の位相差以上であるか否かを判定する第1判定手段と、
であることを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記従動角検出手段が検出する前記従動軸の回転角度および前記駆動角検出手段が検出する前記駆動軸の回転角度に基づいて、前記駆動軸に対する前記従動軸の位相が変更中であるか否かを判定するモード判定手段をさらに備え、
前記モード判定手段により前記駆動軸に対する前記従動軸の位相が変更中であると判定される場合、前記位相差判定手段は前記現在位相と前記目標位相との差が所定の位相差以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項1または2に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記駆動軸に対する前記従動軸の位相を保持するとき、前記目標位相に対する位相の変動幅を算出する位相変動幅算出手段をさらに備え、
前記モード判定手段により前記駆動軸に対する前記従動軸の位相が変更中でないと判定される場合、前記位相変動幅算出手段は前記目標位相に対する位相の変動幅を算出することを特徴とする請求項3に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記位相変動幅算出手段により算出される前記目標位相に対する位相の変動幅が所定の変動幅以上であるか否かを判定する第2判定手段をさらに備え、
前記第2判定手段により前記目標位相に対する位相の変動幅が所定の変動幅以上であると判定される場合、前記第1制御手段は前記切換弁に供給する作動流体の圧力を高くする信号を前記圧力調整弁に出力することを特徴とする請求項4に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記位相変動幅算出手段は、前記従動角検出手段が検出する前記従動軸の回転角度、および前記駆動角検出手段が検出する前記駆動軸の回転角度に基づいて前記目標位相に対する位相の変動幅を算出することを特徴とする請求項4または5に記載のバルブタイミング調整システム。
- 前記内燃機関に供給される吸入空気量を調節するスロットルバルブの回転角度を検出し、前記スロットルバルブの回転角度に応じた信号を出力するバルブ角度検出手段と、
作動流体の温度を検出し、検出された作動流体の温度に応じた信号を出力する作動流体温度検出手段と、
作動流体の圧力を検出し、検出された作動流体の圧力に応じた信号を出力する作動流体圧力検出手段と、
作動流体の圧力と前記目標位相に対する位相の変動幅との関係を示す第1マップを記憶する第1記憶手段と、
をさらに備え、
前記位相変動幅算出手段は、前記駆動角検出手段による検出される前記駆動軸の回転角度、前記バルブ角度検出手段により検出される前記スロットルバルブの回転角度、前記作動流体温度検出手段により検出される作動流体の温度、前記作動流体圧力検出手段により検出される作動流体の圧力、および前記第1マップに基づいて前記目標位相に対する位相の変動幅を算出することを特徴とする請求項4または5に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記規制部材が前記嵌合孔に嵌合しているか否かを判定するロック判定手段をさらに備え、
前記ロック判定手段により前記規制部材が前記嵌合孔に嵌合していないと判定される場合、前記モード判定手段は前記駆動軸に対する前記従動軸の位相が変更中であるか否かを判定することを特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記第1制御手段に前記目標位相が入力される第1タイミングと前記圧力調整弁により作動流体の圧力が調整される第2タイミングとの差が所定の時間より小さいか否かを判定する時間差判定手段をさらに備え、
前記ロック判定手段により前記規制部材が前記嵌合孔に嵌合していると判定される場合、前記時間差判定手段は前記第1タイミングと前記第2タイミングとの差が所定の時間より小さいか否かを判定することを特徴とする請求項8に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記圧力調整弁が調整する前の作動流体の調整前圧力および前記圧力調整弁が調整した後の作動流体の調整後圧力を算出する圧力算出手段をさらに備え、
前記ロック判定手段により前記規制部材が前記嵌合孔に嵌合していると判定され、かつ前記時間差判定手段により前記第1タイミングと前記第2タイミングとの差が所定の時間より小さいと判定される場合、前記圧力算出手段は、前記調整前圧力および前記調整後圧力を算出することを特徴とする請求項9に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記圧力算出手段により算出される前記調整前圧力が所定の第1油圧より小さいか否かを判定する調整前圧力判定手段と、
前記圧力算出手段により算出される前記調整後圧力が所定の第2油圧より小さいか否かを判定する調整後圧力判定手段と、
前記切換弁が作動流体の流路を切り換える第3タイミングと前記第2タイミングとの関係を調整する第2制御手段と、
をさらに備え、
前記調整前圧力判定手段により前記調整前圧力が前記第1油圧より小さいと判定され、かつ前記調整後圧力判定手段により前記調整後圧力が前記第2油圧より小さいと判定される場合、前記第2制御手段は前記第2タイミングを前記第3タイミングの所定時間後に調整することを特徴とする請求項10に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記圧力算出手段により算出される前記調整前圧力が所定の第1油圧より小さいか否かを判定する調整前圧力判定手段と、
前記圧力算出手段により算出される前記調整後圧力が所定の第2油圧より小さいか否かを判定する調整後圧力判定手段と、
前記切換弁が作動流体の流路を切り換える第3タイミングと前記第2タイミングとの関係を調整する第2制御手段と、
をさらに備え、
前記調整前圧力判定手段により前記調整前圧力が前記第1油圧より小さいと判定され、かつ前記調整後圧力判定手段により前記調整後圧力が前記第2油圧以上であると判定される場合、前記第2制御手段は、前記第2タイミングを前記第3タイミングの所定時間後に調整する、または前記第3タイミングを前記第2タイミングの所定時間後に調整することを特徴とする請求項10に記載のバルブタイミング調整システム。 - 前記圧力算出手段により算出される前記調整前圧力が所定の第1油圧より小さいか否かを判定する調整前圧力判定手段と、
前記圧力算出手段により算出される前記調整後圧力が所定の第2油圧より小さいか否かを判定する調整後圧力判定手段と、
前記切換弁が作動流体の流路を切り換える第3タイミングと前記第2タイミングとの関係を調整する第2制御手段と、
をさらに備え、
前記調整前圧力判定手段により前記調整前圧力が前記第1油圧以上であると判定され、かつ前記調整後圧力判定手段により前記調整後圧力が前記第2油圧以上であると判定される場合、前記第2制御手段は、前記第3タイミングを前記第2タイミングの所定時間後に調整することを特徴とする請求項10に記載のバルブタイミング調整システム。
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