JP2000145485A - 内燃機関用バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関回転数以外の要因によるＶＶＴ（可変バ
ルブタイミング制御機構）の作動特性変化に対する補正
を行うことで、Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御をより適
切に実行すること。 【解決手段】 ＶＶＴ５０における目標進角値と実進角
値との偏差が予め設定された所定値を越え大きくなった
とき、または偏差所定値以内の状態が予め設定された所
定時間未満と短いときには、実進角値の微分値である実
進角値変化速度に応じてＶＶＴ５０に対するＦ／Ｂ制御
のＦ／Ｂゲインが変更される。このため、種々の要因に
よりＶＶＴ５０の作動速度が遅いものであっても、実進
角値変化速度が低下するとＦ／Ｂゲインが増大され、Ｆ
／Ｂ制御操作量が大きくされるため実進角値変化速度が
速くなり、目標進角値へ実進角値をハンチング現象等を
起こさずに素早く収束させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気バ
ルブまたは排気バルブの少なくとも何れか一方の開閉タ
イミングを運転状態に応じて変更自在な油圧式の可変バ
ルブタイミング制御機構を備える内燃機関用バルブタイ
ミング制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧式の可変バルブタイミング制
御機構を備え、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブ
の少なくとも何れか一方の開閉タイミングを運転状態に
応じて変更自在な内燃機関用バルブタイミング制御装置
が知られている。この可変バルブタイミング制御機構の
作動速度は、発生する油圧や構成要素における機械的な
フリクション（摩擦）等に応じて変化するため、Ｆ／Ｂ
（フィードバック）制御におけるＦ／Ｂゲインを可変バ
ルブタイミング制御機構の作動速度に応じて変更するこ
とが制御性能上望ましいとされる。

【０００３】これに関連する先行技術文献としては、Ｅ
Ｐ（ヨーロッパ特許）０４４５５５５Ａ２公報にて開示
されたものが知られている。このものでは、内燃機関の
機関回転数に応じてＦ／Ｂゲインを変えることにより可
変バルブタイミング制御機構における作動特性を補正し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、機関回転数
だけでは、作動油の油温の変化、オイルポンプ等の製品
ばらつきに起因する作動油の油圧の変化や製品の経時変
化によるフリクションの変化等を補正することは無理で
あった。ここで、可変バルブタイミング制御機構の作動
制御では、駆動軸としてのクランクシャフトに対する従
動軸としてのカムシャフトの目標の位相差である目標進
角値（目標相対回転角、目標変位角ともいう）の変化に
対して、クランクシャフトに対するカムシャフトの実際
の位相差である実進角値（実相対回転角、実変位角とも
いう）が追従するようＦ／Ｂ制御される。このとき、Ｆ
／Ｂゲインは通常、作動速度の速いものでハンチングが
発生しないように適合される。

【０００５】したがって、図８に示すように、目標進角
値が変化したとき、油圧が高いときにはＦ／Ｂ制御操作
量に基づく実進角値は実線で示すように素早く追従する
が、油圧が低いときにはＦ／Ｂ制御操作量に基づく実進
角値は破線で示すように収束するまで時間がかかること
となる。このため、何らかの要因で可変バルブタイミン
グ制御機構の作動速度が遅いものでは、目標進角値（最
適な進角位置）で可変バルブタイミング制御機構を使用
できない時間が増えるため、内燃機関の諸性能が悪化す
るという不具合があった。

【０００６】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、機関回転数以外の要因による
可変バルブタイミング制御機構の作動特性変化に対する
補正を行うことで、Ｆ／Ｂ制御をより適切に実行するこ
とができる内燃機関用バルブタイミング制御装置の提供
を課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関用バ
ルブタイミング制御装置によれば、変化速度検出手段で
検出された開閉タイミングの変化速度に応じてゲイン変
更手段にて可変バルブタイミング制御機構に対するＦ／
Ｂ（フィードバック）制御のゲインが変更される。この
ため、作動油の油温の変化、オイルポンプ等の製品ばら
つきに起因する作動油の油圧の変化や製品の経時変化に
よるフリクションの変化等で可変バルブタイミング制御
機構の作動速度が変化しても、開閉タイミングの変化速
度に応じてゲインが変更され補正されることで最適な制
御性を得ることができるという効果が得られる。

【０００８】請求項２の内燃機関用バルブタイミング制
御装置では、ゲイン変更手段が駆動軸と従動軸とにおけ
る目標とする位相差と実際の位相差との偏差が所定値以
下のときは、可変バルブタイミング制御機構は殆ど作動
する必要がないため、ゲインが所定値以下に設定される
ことで可変バルブタイミング制御機構の制御安定性を確
保できるという効果が得られる。

【０００９】請求項３の内燃機関用バルブタイミング制
御装置では、ゲイン変更手段によってゲインを変更する
際、所定の平滑化処理が実行されるため、可変バルブタ
イミング制御機構の作動速度が速いものであってもその
時間が短いときには、ゲインに殆ど反映されないため可
変バルブタイミング制御機構の制御性を確保できるとい
う効果が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用された
ダブルオーバヘッドカム式内燃機関とその周辺機器を示
す概略構成図である。

【００１２】図１において、１０は内燃機関であり、内
燃機関１０の駆動軸としてのクランクシャフト１１から
チェーン１２を介して一対のチェーンスプロケット１
３，１４に駆動力が伝達される。このクランクシャフト
１１と同期して回転される一対のチェーンスプロケット
１３，１４には従動軸としての一対のカムシャフト１
５，１６が配設され、これらのカムシャフト１５，１６
によって図示しない吸気バルブ及び排気バルブが開閉駆
動される。

【００１３】クランクシャフト１１にはクランクポジシ
ョンセンサ２１、カムシャフト１５にはカムポジション
センサ２２がそれぞれ配設されている。このクランクポ
ジションセンサ２１から出力されるパルス信号θ1 及び
カムポジションセンサ２２から出力されるパルス信号θ
2 はＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニッ
ト）３０に入力される。

【００１４】なお、ＥＣＵ３０は、周知の中央処理装置
としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各
種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）Ｒ
ＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等か
らなる論理演算回路として構成されている。

【００１５】ＥＣＵ３０には、これらの信号の他に内燃
機関１０の運転状態に対応するエアフローメータ（図示
略）からの単位機関回転数当たりの吸気量（吸入空気
量）、水温センサ（図示略）からの冷却水温等の各種セ
ンサ信号が入力されており、クランクシャフト１１に対
するカムシャフト１５の目標の位相差である目標進角値
（目標相対回転角、目標変位角ともいう）が算出され
る。また、クランクポジションセンサ２１からのパルス
信号θ1 に基づき機関回転数が算出される。そして、Ｅ
ＣＵ３０からの駆動信号によりＯＣＶ（Oil-flow Contr
ol Valve：油圧制御弁）としてのスプールバルブ４０の
リニアソレノイド４１がＤuty(デューティ比）制御さ
れ、油タンク４５内の作動油がポンプ４６により供給油
通路４７を通って一方のカムシャフト１５に設けられた
可変バルブタイミング制御機構（Variable Valve Timmi
ng Control Mechanism：以下、『ＶＶＴ』と記す）５０
（図１の斜線部）に圧送される。このＶＶＴ５０に供給
される作動油の油量が調整されることで、カムシャフト
１５がチェーンスプロケット１３、即ち、クランクシャ
フト１１に対し所定の位相差を有して回転自在であり、
カムシャフト１５が目標進角値に設定可能である。な
お、ＶＶＴ５０からの作動油は排出油通路４８を通って
油タンク４５内に戻される。

【００１６】ここで、クランクシャフト１１が１回転し
てクランクポジションセンサ２１からのパルス数がＮ個
発生するとき、カムシャフト１５の１回転でカムポジシ
ョンセンサ２２からのパルス数が２Ｎ個発生するように
する。また、カムシャフト１５のタイミング変換角最大
値をθmax °ＣＡ（Crank Angle:クランク角）とする
と、Ｎ＜（３６０／θmax ）となるようにパルス数Ｎを
設定する。これによって、実進角値の算出時、クランク
ポジションセンサ２１のパルス信号θ1 と、このパルス
信号θ1 の次に続いて発生するカムポジションセンサ２
２のパルス信号θ2 とを使用することができる。即ち、
クランクポジションセンサ２１の出力信号θ1 及びカム
ポジションセンサ２２の出力信号θ2 からクランクシャ
フト１１に対するカムシャフト１５の現在の実際の位相
差（＝θ1 −θ2 ）が算出され、最遅角制御状態で学習
された位相差を基準としてどれだけ進角〔°ＣＡ〕して
いるかにより実進角値が算出される。

【００１７】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用バルブタイミング制御装置によるＶＶＴ
制御全体を示す図２の状態遷移図を参照して説明する。

【００１８】図２において、まず、クリーニング制御状
態Ｃ１に移行する条件としては、始動時でＥＣＵ３０に
対する電源ＯＮ（オン）直後や後述のＦ／Ｂ制御状態Ｃ
３からアイドル運転になった直後である。このクリーニ
ング制御状態Ｃ１では、リニアソレノイド４１に対して
予め設定された所定のＤuty 制御が実行されスプールバ
ルブ４０の開閉が１００〔ｍｓ〕程度の短い時間で数回
繰返され、堆積した異物が除去される。また、最遅角制
御状態Ｃ２に移行する条件としては、内燃機関の停止
時、内燃機関の始動時でクリーニング制御状態Ｃ１の完
了直後及びアイドル運転期間中である。この最遅角制御
状態Ｃ２では、スプールバルブ４０を遅角側に全開し、
ＶＶＴ５０を最遅角側に固定され、この状態におけるク
ランクポジションセンサ２１の出力信号θ1 及びカムポ
ジションセンサ２２の出力信号θ2による位相差が学習
される。そして、Ｆ／Ｂ制御状態Ｃ３に移行する条件と
しては、上述の条件以外のときである。

【００１９】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用バルブタイミング制御装置のＶＶＴ制御
におけるＦ／Ｂ制御状態Ｃ３のときの動作を示す図３の
ブロック図を参照して説明する。

【００２０】図３において、目標進角値算出部Ｓ１で
は、機関回転数、吸気量の２次元マップに基づき、その
内燃機関の運転状態に最適な目標進角値が算出される。
また、実進角値算出部Ｓ２では、クランクポジションセ
ンサ２１の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ２２
の出力信号θ2 による位相差が算出され、上述の最遅角
制御状態Ｃ２で学習された位相差を基準として位相がど
れだけ〔°ＣＡ〕進んでいるかが検出され実進角値が算
出される。次に、偏差算出部Ｓ３では、目標進角値算出
部Ｓ１で算出された目標進角値から実進角値算出部Ｓ２
で算出された実進角値が減算されることで偏差が算出さ
れる。一方、実進角値変化速度算出部Ｓ４では、今回の
実進角値から前回の実進角値が減算された値に所定の係
数が乗算されることで実進角値変化速度が算出される。
ここで、係数としては機関回転数に比例する値であり、
単位時間当たりの実進角値変化に変換するものである。

【００２１】次に、Ｆ／Ｂゲイン算出部Ｓ５では、偏差
算出部Ｓ３で算出された偏差及び実進角値変化速度算出
部Ｓ４で算出された実進角値変化速度に基づき、後述の
図４の処理にてＦ／Ｂゲインが算出される。そして、Ｆ
／Ｂ制御操作量算出部Ｓ６では、偏差算出部Ｓ３で算出
された偏差にＦ／Ｂゲイン算出部Ｓ５で算出されたＦ／
Ｂゲインが乗算されることでＦ／Ｂ制御操作量が算出さ
れる。次に、電流変換部Ｓ７では、Ｆ／Ｂ制御操作量算
出部Ｓ６で算出されたＦ／Ｂ制御操作量に比例した実進
角値変化速度が得られるように、後述の図７に示す特性
図に基づき、リニアソレノイド電流が算出され、スプー
ルバルブ４０のリニアソレノイド４１に通電される。こ
のようにして、スプールバルブ４０からＶＶＴ５０に供
給される作動油の油量が調整され、ＶＶＴ５０が作動さ
れカムシャフト１５の位相が変化される。

【００２２】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されて
いるＥＣＵ３０のＶＶＴ制御におけるＦ／Ｂゲイン算出
の処理手順を示す図４のフローチャートに基づき、図５
を参照して説明する。ここで、図５は本実施例のＶＶＴ
制御における今回の実進角値から前回の実進角値を減算
した値に係数を乗算して算出される実進角値変化速度
〔°ＣＡ／ｓ〕をパラメータとして基本となるベースＦ
／Ｂゲインを算出するテーブルである。この係数は機関
回転数に比例したものであり、単位時間当たりの実進角
値の変化量に変換するためのものである。なお、このＦ
／Ｂゲイン算出ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて
繰返し実行される。

【００２３】図４において、ステップＳ１０１で、偏差
が所定値以下、かつ所定時間以上継続しているかが判定
される。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、上
述の目標進角値と実進角値との偏差が予め設定された所
定値以下と小さく、かつ予め設定された所定時間以上と
長く継続しているときにはステップＳ１０２に移行す
る。このような条件としては、例えば、ＶＶＴ５０に対
するＦ／Ｂ制御が終了し定常状態にあるようなときであ
り、制御安定性を保持するためＶＶＴ５０を殆ど作動さ
せる必要がないため、ステップＳ１０２で、Ｆ／Ｂゲイ
ンがＭin（最小値）に設定され、本ルーチンを終了す
る。

【００２４】一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立
せず、即ち、目標進角値と実進角値との偏差が予め設定
された所定値を越え大きく、または継続時間が予め設定
された所定時間未満と短いときにはステップＳ１０３に
移行する。ステップＳ１０３では、ＶＶＴ５０に対する
Ｆ／Ｂ制御が引続き必要であるとして、まず、予め算出
されている実進角値変化速度に対するベースＦ／Ｂゲイ
ンが図５に示すテーブルに基づき算出される。なお、図
５に示すように、実進角値変化速度が大きくなるほどベ
ースＦ／Ｂゲインが小さくなるように設定されている。
次にステップＳ１０４に移行して、ステップＳ１０３で
算出された前回のベースＦ／Ｂゲインと今回のベースＦ
／Ｂゲインとを加算して１／２を乗算する等の平滑化
（なまし）処理が行われ、今回のＦ／Ｂゲインが算出さ
れ、本ルーチンを終了する。

【００２５】次に、本実施例のＶＶＴ制御における各種
制御量の遷移状態を示す図６のタイムチャート、Ｆ／Ｂ
制御操作量に応じたリニアソレノイド電流を算出するた
めの図７の特性図を参照して説明する。

【００２６】図６に示すように、例えば、ＶＶＴ５０を
作動するための作動油の油圧が低いときのＦ／Ｂ制御操
作量が、目標進角値と実進角値との偏差に対して上述の
ステップＳ１０２またはステップＳ１０４で算出された
Ｆ／Ｂゲインが乗算されることで算出される。そして、
Ｆ／Ｂ制御操作量に比例した実進角値変化速度が得られ
るよう、図７に示す特性図に基づき、リニアソレノイド
電流（Ｄuty 制御電流）が算出され、ＶＶＴ５０を作動
するためスプールバルブ４０のリニアソレノイド４１に
通電される。このようにして、スプールバルブ４０から
供給される作動油の油圧に応じてＶＶＴ５０が作動され
る。

【００２７】本実施例によるＶＶＴ制御では、実進角値
変化速度に応じてＦ／Ｂゲインが適切に変更されること
で、クランクシャフト１１に対するカムシャフト１５の
位相が最適に変化される。即ち、作動油の油温の変化、
オイルポンプ等の製品ばらつきに起因する作動油の油圧
の変化や製品の経時変化によるフリクションの変化等で
ＶＶＴ５０の作動速度が遅いものでは、実進角値変化速
度が低下するとＦ／Ｂゲインが増大し、Ｆ／Ｂ制御操作
量が大きくなるため実進角値変化速度を速くすることが
でき、目標進角値へ実進角値を素早く収束することがで
きる。これにより、目標進角値の進角位置でより長い時
間ＶＶＴ５０が使用されることとなり内燃機関の諸性能
を向上させることができる。また、偏差が所定値以下、
かつ所定時間以上継続するときには、図４のステップＳ
１０２で述べたようにＦ／ＢゲインがＭin（最小値）と
され、制御安定性が確保される。一方、ＶＶＴ５０の作
動速度が速いものでは、Ｆ／Ｂゲインが平滑化処理され
ているため、実進角値変化速度が低下する時間が短いと
きにはＦ／Ｂゲインに殆ど反映されないためオーバシュ
ート等を起こすことなく、図８に示す従来の実進角値
（油圧：高）と同等の制御性を確保することができる。

【００２８】このように、本実施例の内燃機関用バルブ
タイミング制御装置は、内燃機関１０の駆動軸としての
クランクシャフト１１から吸気バルブを開閉する従動軸
としてのカムシャフト１５に駆動力を伝達するチェーン
１２等からなる駆動力伝達系に設けられ、吸気バルブの
開閉タイミングを変更自在、即ち、目標進角値に対する
実進角値を変更自在な油圧式のＶＶＴ５０と、ＶＶＴ５
０による開閉タイミングとしての実進角値の変化速度
（実進角値変化速度）を検出するＥＣＵ３０にて達成さ
れる変化速度検出手段と、前記変化速度検出手段で検出
された実進角値変化速度に応じてＶＶＴ５０に対するＦ
／Ｂ（フィードバック）制御のＦ／Ｂゲインを変更する
ＥＣＵ３０にて達成されるゲイン変更手段とを具備する
ものである。

【００２９】つまり、ゲイン変更手段では変化速度検出
手段で検出された実進角値変化速度に応じてＶＶＴ５０
に対するＦ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインが変更される。この
ため、作動油の油温の変化、オイルポンプ等の製品ばら
つきに起因する作動油の油圧の変化や製品の経時変化に
よるフリクションの変化等でＶＶＴ５０の作動速度が遅
いものであっても、実進角値変化速度が低下するとＦ／
Ｂゲインが増大され、Ｆ／Ｂ制御操作量が大きくされる
ため実進角値変化速度が速くなり、目標進角値へ実進角
値をハンチング現象等を起こさずに素早く収束させるこ
とができる。これにより、目標進角値の進角位置でより
長い時間ＶＶＴ５０が使用されることとなり内燃機関の
諸性能を向上させることができる。

【００３０】また、本実施例の内燃機関用バルブタイミ
ング制御装置は、ＥＣＵ３０にて達成されるゲイン変更
手段がクランクシャフト１１とカムシャフト１５とにお
ける目標進角値と実進角値をとの偏差が所定値以下のと
きは、Ｆ／Ｂゲインを所定値以下のＭin（最小値）とす
るものである。つまり、目標進角値と実進角値との偏差
が予め設定された所定値以下と小さいときには、ＶＶＴ
５０は殆ど作動する必要がないため、Ｆ／ＢゲインがＭ
in（最小値）に設定されることでＶＶＴ５０の制御安定
性が確保される。

【００３１】そして、本実施例の内燃機関用バルブタイ
ミング制御装置は、ＥＣＵ３０にて達成されるゲイン変
更手段がＦ／Ｂゲインを変更する際、所定の平滑化処理
を実行するものである。つまり、ＶＶＴ５０の作動速度
が速いものであっても実進角値変化速度が低下する時間
が短いときには、平滑化処理によりＦ／Ｂゲインに殆ど
反映されないためＶＶＴ５０の制御性を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置が適用されたダ
ブルオーバヘッドカム式内燃機関とその周辺機器を示す
概略構成図である。

【図２】 図２は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置によるＶＶＴ制
御全体を示す状態遷移図である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置のＶＶＴ制御に
おけるＦ／Ｂ制御状態のときの動作を示すブロック図で
ある。

【図４】 図４は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されてい
るＥＣＵのＶＶＴ制御におけるＦ／Ｂゲイン算出の処理
手順を示すフローチャートである。

【図５】 図５は図４で実進角値変化速度をパラメータ
としてベースＦ／Ｂゲインを算出するテーブルである。

【図６】 図６は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置のＶＶＴ制御に
おける各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートであ
る。

【図７】 図７は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用バルブタイミング制御装置のＶＶＴ制御に
おけるＦ／Ｂ制御操作量とリニアソレノイド電流との関
係を示す特性図である。

【図８】 図８は従来の内燃機関用バルブタイミング制
御装置のＶＶＴ制御における各種制御量の遷移状態を示
すタイムチャートである。

【符号の説明】

１０ 内燃機関 １１ クランクシャフト（駆動軸） １２ チェーン １３ チェーンスプロケット １５ カムシャフト（従動軸） ２１ クランクポジションセンサ ２２ カムポジションセンサ ３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット） ４０ スプールバルブ ４１ リニアソレノイド ５０ ＶＶＴ（可変バルブタイミング制御機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G016 AA08 AA19 BA23 BA38 BA39 BB04 DA06 GA00 3G084 BA23 CA01 CA03 DA08 DA21 EB08 EB13 EB17 EC06 FA07 FA20 FA33 FA38 3G092 AA01 AA11 DA01 DA02 DA06 DA09 DF04 DF06 DG05 DG09 EA04 EA09 EA13 EB01 EB04 EC02 EC05 EC08 FA09 GA01 GA04 HA01Z HA13X HA13Z HE01Z HE04Z HE08Z HF19Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の駆動軸から吸気バルブまたは
   排気バルブの少なくとも何れか一方を開閉する従動軸に
   駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記吸気バ
   ルブまたは前記排気バルブの開閉タイミングを変更自在
   な油圧式の可変バルブタイミング制御機構と、 前記可変バルブタイミング制御機構による開閉タイミン
   グの変化速度を検出する変化速度検出手段と、 前記変化速度検出手段で検出された前記開閉タイミング
   の変化速度に応じて前記可変バルブタイミング制御機構
   に対するフィードバック制御のゲインを変更するゲイン
   変更手段とを具備することを特徴とする内燃機関用バル
   ブタイミング制御装置。
2. 【請求項２】 前記ゲイン変更手段は、前記駆動軸と前
   記従動軸とにおける目標とする位相差と実際の位相差と
   の偏差が所定値以下のときは、前記ゲインを所定値以下
   とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用バ
   ルブタイミング制御装置。
3. 【請求項３】 前記ゲイン変更手段は、前記ゲインを変
   更する際、所定の平滑化処理を実行することを特徴とす
   る請求項１に記載の内燃機関用バルブタイミング制御装
   置。