JP2000345871A

JP2000345871A - 油圧式可変バルブタイミング装置

Info

Publication number: JP2000345871A
Application number: JP11159211A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Yamagishi; 陽一郎山岸
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】クランク軸に対するカム軸の回転位相を油圧に
よって変化させて、バルブタイミングを変化させる装置
において、前記回転位相のフィードバック制御における
ゲインを適正値に補正し、目標に対する収束性を向上さ
せる。【解決手段】目標変化に対して実際の回転位相が追従変
化し、略安定するようになるまでの応答時間Ｔが、基準
時間Ｔｓよりも長い場合には（Ｓ１６）、ゲインを増大
補正する（Ｓ１７）。また、前記安定状態における目標
との偏差からオーバーシュート・アンダーシュートの発
生を判別し、オーバーシュート・アンダーシュートを抑
制する方向にゲインを補正する（Ｓ２０，Ｓ２１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク軸に対す
るカム軸の回転位相を油圧によって変化させる構成の油
圧式可変バルブタイミング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車両用エンジンにおいて、カ
ム軸の回転位相を油圧によって変化させることで、吸気
バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを早めた
り遅らせたりする可変バルブタイミング装置が知られて
いる（特開平７−２３３７１３号公報，特開平８−２４
６８２０号公報等参照）。

【０００３】また、前記可変バルブタイミング装置にお
いては、エンジンの運転条件に応じて設定した回転位相
の目標値に実際の回転位相が一致するように、油圧の制
御出力を例えば比例・積分・微分（ＰＩＤ）動作により
フィードバック制御していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記フィード
バック制御のゲインとして、初期設定された値をそのま
ま用いる構成であったため、製品ばらつきや経時変化に
対して適性なゲインで油圧をフィードバック制御させる
ことができず、目標の回転位相に対して実際の回転位相
に大きな応答遅れが生じたり、目標の回転位相に対して
大きなオーバーシュート・アンダーシュートが生じるこ
とがあった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、エンジンのクランク軸に対するカム軸の回転位相
を油圧によって変化させて、バルブタイミングを変化さ
せる油圧式可変バルブタイミング装置において、製品ば
らつきや経時変化に対して常に適性なゲインで油圧をフ
ィードバック制御できるようにし、目標の回転位相に対
する収束性を改善することを目的とする。

【０００６】

【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、図１に示すように構成される。図１において、
目標値設定手段は、エンジンの運転状態に応じて、クラ
ンク軸に対するカム軸の回転位相の目標値を設定する。

【０００７】また、回転位相検出手段は、実際の回転位
相を検出する。そして、フィードバック制御手段は、実
際の回転位相の検出結果を目標値に近づけるべく、回転
位相を変化させる油圧をフィードバック制御する。

【０００８】ここで、フィードバックゲイン補正手段
は、前記フィードバック制御の収束性を判定し、この判
定結果に応じてフィードバック制御のゲインを補正す
る。かかる構成によると、フィードバック制御の収束性
が低いことが判定されると、収束性を向上させるべくフ
ィードバックゲインが修正され、製品ばらつきや経時変
化による収束性の低下を補償する。

【０００９】請求項２記載の発明では、フィードバック
ゲイン補正手段が、目標値の変化に対して実際の回転位
相が略安定するまでの時間に応じてゲインを補正する構
成とした。

【００１０】かかる構成によると、目標の回転位相が変
化し、これに対応して実際の回転位相が追従変化し、目
標付近で略安定するようになるまでの時間を計測し、こ
の応答時間が長くなっている場合には、ゲインを高めて
応答性の改善を図る。

【００１１】請求項３記載の発明では、フィードバック
ゲイン補正手段が、目標値の変化に対して実際の回転位
相が略安定した時点における目標値と実際の回転位相と
の偏差に応じてゲインを補正する構成とした。

【００１２】かかる構成によると、目標値の変化に対し
て実際の回転位相が略安定したときに、目標値と実際の
回転位相との偏差を求め、この偏差を減少させる方向
に、フィードバックゲインを補正する。例えば、目標値
をオーバーして実際の回転位相が安定したとき（オーバ
ーシュート時）にはゲインを減少補正し、目標値に充分
近づく前に実際の回転位相が安定したとき（アンダーシ
ュート時）にはゲインを増大補正する。

【００１３】請求項４記載の発明では、フィードバック
ゲイン補正手段による補正結果を運転条件毎に学習する
ゲイン学習手段を設ける構成とした。かかる構成による
と、補正結果を運転条件毎に逐次学習し、同じ運転条件
においてはこの学習結果のゲインに基づいて油圧をフィ
ードバック制御させる。

【００１４】請求項５記載の発明では、ゲイン学習手段
が、前記運転条件として油温とエンジン回転速度との少
なくとも一方に応じてゲインを学習する構成とした。か
かる構成によると、油温及び／又はエンジン回転速度の
違いに応じてフィードバックゲインの学習エリアが複数
設けられ、ゲインの補正を行った時の油温・エンジン回
転速度に対応するエリアのゲインを更新させる。前記油
温は、作動油の粘性に相関するパラメータであり、エン
ジン回転速度は、エンジン駆動される油圧ポンプを用い
る構成におけるベース油圧に相関するパラメータであ
る。

【００１５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、回転位相
のフィードバック制御における収束性を判定してゲイン
を補正するので、製品ばらつきや経時変化があっても適
正なゲインで回転位相のフィードバック制御を行わせる
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、回転位相変
化の応答遅れを修正して、目標変化に対して応答良く追
従させることができるという効果がある。請求項３記載
の発明によると、オーバーシュート・アンダーシュート
を抑制する方向にゲインを修正でき、ハンチングの発生
を防止して回転位相を精度良く制御できるという効果が
ある。

【００１７】請求項４記載の発明によると、ゲインの修
正結果を運転条件毎に学習させるので、運転条件毎に適
正なゲインで回転位相のフィードバック制御を行わせる
ことができるという効果がある。

【００１８】請求項５記載の発明によると、収束性に影
響を与える運転条件に応じてゲインが学習されるので、
運転条件による収束性の違いに対応しつつ、ゲインを適
正レベルに学習させることができるという効果がある。

【００１９】

【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２は、実施の形態における可変バ
ルブタイミング装置を備えたエンジンのシステム構成を
示す図である。

【００２０】この図２において、エンジン１には、スロ
ットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介し
てシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を
介して排出される。前記吸気バルブ３，排気バルブ４
は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられた
カムによって開閉駆動される。

【００２１】吸気側カム軸５には、クランク軸に対する
カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の
開閉タイミングを開閉角一定のまま連続的に早めたり遅
くしたりする可変バルブタイミング装置６が備えられて
いる。

【００２２】前記可変バルブタイミング装置６は、エン
ジン駆動される油圧ポンプを備え、該油圧ポンプによっ
て供給される油圧によって前記回転位相を連続的に変化
させる油圧式の機構であり、回転位相の進角方向へ作用
する油圧と遅角方向へ作用する油圧とをそれぞれに制御
して、吸気側カム軸５の回転位相を目標の回転位相に制
御するものであり、前記油圧はコントロールユニット７
からの油圧制御信号によって調整される構成となってい
る。

【００２３】また、前記可変バルブタイミング装置６に
は、回転位相の遅角方向と進角方向との双方に、回転位
相の変化を規制する機械的なストッパが設けられてお
り、このストッパ位置によって最進角位置及び最遅角位
置が規定されるようになっている。

【００２４】尚、本実施の形態では、吸気側カム軸５の
回転位相の遅角方向を、吸気バルブ３の開時期が遅れて
排気バルブ４と吸気バルブ３とのオーバーラップ量が減
少する方向とし、進角方向を、吸気バルブ３の開時期が
早まって排気バルブ４と吸気バルブ３とのオーバーラッ
プ量が拡大する方向とする。

【００２５】前記可変バルブタイミング装置６は、図３
に示すように、吸気側カム軸５のカムスプロケット21に
付設され、クランク軸と吸気側カム軸５との位相を変化
させる位相調整機構22と、該位相調整機構22への動作油
圧の供給を制御するコントロールバルブ23とからなる。

【００２６】前記位相調整機構22において、カムスプロ
ケット21に内蔵のプランジャ24のフロント側（図３で左
側）に油圧を供給するフロント側油圧通路25と、前記プ
ランジャ24のリア側（図３で右側）に油圧を供給するリ
ア側油圧通路26とが設けられている。

【００２７】前記プランジャ24は、ヘリカルギヤ27でカ
ムスプロケット21及び吸気側カム軸５と噛み合ってお
り、フロント側に供給される油圧とリア側に供給される
油圧とのバランスによって、プランジャ24は回転しなが
らカム軸５の軸方向に沿って移動する。このとき、カム
スプロケット21は、図示しないタイミングチェーン（又
はタイミングベルト）によって固定されるから、カム軸
５側がプランジャ24と共に回転し、カムスプロケット21
とカム軸５との位相位置が変化することになり、本実施
形態では、プランジャ24をカム軸５に近づける方向（図
３の右方向）に移動させると、カム軸５の回転位相は進
角方向に変化し、逆に、プランジャ24をカム軸５から離
れる方向（図３の左方向）に移動させると、カム軸５の
回転位相は遅角方向に変化するようになっている。

【００２８】また、プランジャ24をカム軸から離れる方
向（遅角側）に付勢するリターンスプリング28が設けら
れている。プランジャ24のフロント側及びリア側に対す
る供給油圧を制御する前記コントロールバルブ23は、リ
ニアソレノイド29とスプール弁30とからなり、リニアソ
レノイド29によってスプール弁30の位置を変化させるこ
とで、フロント側油圧通路25を介してプランジャ24のフ
ロント側に供給される油圧と、リア側油圧通路26を介し
てプランジャ24のリア側に供給される油圧とを制御す
る。

【００２９】前記リニアソレノイド29は、前記コントロ
ールユニット７によってその通電のＯＮ・ＯＦＦがデュ
ーティ制御されるようになっており、デューティ比（Ｏ
Ｎ時間割合）が０％（通電停止時状態）のときには、専
らプランジャ24のリア側に油圧が供給されると共に、フ
ロント側の油圧がドレインされ、カム軸５は最遅角位置
（最小オーバーラップ位置）に制御される一方、デュー
ティ比が100 ％（連続通電状態）のときには、専らプラ
ンジャ24のフロント側に油圧が供給されると共に、リア
側の油圧がドレインされ、カム軸５は最進角位置（最大
オーバーラップ位置）に制御される。

【００３０】そして、デューティを０〜100 ％の間で変
化させることで、フロント側の油圧とリア側の油圧との
バランスが変化し、最遅角位置と最進角位置との間の目
標位置に制御することができるようになっている。

【００３１】尚、図３において、符号「31」は油圧源
（エンジン駆動される油圧ポンプ）を示し、符号「32」
はスプール弁30からのドレイン通路を示す。また、図３
に示すように、カム軸５の所定角度位置で検出信号を出
力するカムセンサ９が設けられている。

【００３２】更に、クランク軸の所定角度位置で検出信
号を出力するクランク角センサ８が設けられていて、コ
ントロールユニット７は、前記クランク角センサ８及び
カムセンサ９からの検出信号に基づいて、クランク軸に
対するカム軸５の回転位相を検出し（回転位相検出手
段）、以て、吸気バルブ３の開閉タイミングを検出する
と共に、前記クランク角センサ８からの検出信号に基づ
いてエンジン１の回転速度Ｎｅを算出する。

【００３３】前記コントロールユニット７には、前記ク
ランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号の
他、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメー
タ10、エンジン１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温セン
サ11等からの検出信号が入力される。

【００３４】そして、コントロールユニット７は、エン
ジン負荷，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等の
情報に基づいて、カム軸５の位相の目標進角値（目標の
回転位相）を決定し、前記クランク角センサ８及びカム
センサ９からの検出信号に基づいて検出される実際の進
角値（回転位相）と前記目標進角値との偏差に基づい
て、前記デューティ制御信号のデューティ比をフィード
バック制御して、前記リニアソレノイド29に出力する。

【００３５】ここで、図４及び図５のフローチャートに
従って前記フィードバック制御の様子を説明する。Ｓ１
では、可変バルブタイミング装置６の作動油の温度に相
関するパラメータとしてエンジンの冷却水温度Ｔｗを読
込む。尚、油温センサを備える構成とし、冷却水温度Ｔ
ｗを読込む代わりに油温の検出結果を読込ませるように
しても良い。

【００３６】Ｓ２では、エンジン回転速度Ｎｅを読込
む。Ｓ３では、冷却水温度Ｔｗとエンジン回転速度Ｎｅ
とに応じて区分される複数のエリア毎に比例制御におけ
る比例定数（比例ゲイン）を書換え可能に記憶するマッ
プを参照し、前記Ｓ１，Ｓ２で読込んだ冷却水温度Ｔｗ
とエンジン回転速度Ｎｅとに対応する比例定数（比例ゲ
イン）を検索する。

【００３７】Ｓ４では、前記選択された比例定数（比例
ゲイン）を、フィードバック制御の比例動作に用いる値
として設定する。Ｓ５（目標値設定手段）では、エンジ
ン負荷，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等の情
報に基づいて、カム軸５の位相の目標進角値（目標の回
転位相）を設定する。

【００３８】Ｓ６（回転位相検出手段）では、前記クラ
ンク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号に基づ
いて実際の進角値（回転位相）を検出する。Ｓ７では、
目標進角値（目標の回転位相）と実際の進角値（回転位
相）との偏差を算出する。

【００３９】Ｓ８（フィードバック制御手段）では、前
記偏差に応じて比例・積分・微分（ＰＩＤ）動作により、
デューティ制御信号のデューティ比をフィードバック制
御する。ここで、比例動作においては、前記Ｓ４で設定
された比例定数（比例ゲイン）を用いる。

【００４０】尚、積分定数（積分ゲイン）及び微分定数
（微分ゲイン）は、固定値であっても良いし、また、前
記比例定数（比例ゲイン）と同様に、冷却水温度Ｔｗと
エンジン回転速度Ｎｅとに応じて可変に設定させても良
い。

【００４１】Ｓ９では、目標進角値が変化したか否かを
判別し、目標進角値が変化したときには、Ｓ１０へ進ん
で、該目標変化が発生した時点からの経過時間を計測さ
せるためのタイマーをスタートさせる。

【００４２】Ｓ１１では、目標進角値の変化に対して実
際の進角値を追従変化させている状態であることを示す
べくフラグＦに１をセットする。また、Ｓ１２では、目
標進角値の変化幅に応じて、実際の進角値が目標に追従
するまでの基準時間ｔｓを設定する。

【００４３】一方、Ｓ９で目標進角値の変化時点でない
と判断されたときには、Ｓ１３へ進み、前記フラグＦに
１がセットされているか否かを判別する。そして、前記
フラグＦに１がセットされているときには、Ｓ１４へ進
み、実際の進角値が変化後の目標進角値に向けて変化し
た後、略安定状態に移行したか否かを判別する。具体的
には、単位時間当たりの進角値の変化量が所定値以下に
なったか否かによって、実際の進角値の安定状態を判別
する。

【００４４】Ｓ１４で、実際の進角値が略安定状態に移
行したことが判別されると、Ｓ１５で前記フラグＦを０
リセットした後、Ｓ１６へ進み、目標の変化から実際の
進角値が略安定状態になるまでの時間Ｔと、Ｓ１２で設
定した基準時間Ｔｓとを比較する。

【００４５】前記Ｓ１６で、目標の変化から実際の進角
値が略安定状態になるまでの時間Ｔが、前記基準時間Ｔ
ｓよりも長いと判別されたときには、Ｓ１７へ進み、比
例定数（比例ゲイン）を所定値αだけ増大させる設定を
行う。

【００４６】これにより、目標変化に対する実進角値の
応答遅れを改善できる。即ち、製品ばらつきや経時変化
によって、初期設定されたフィードバックゲイン（比例
ゲイン）では、大きな応答遅れが発生するようになる
と、フィードバックゲイン（比例ゲイン）が増大修正さ
れて応答性が改善され、目標変化に対して応答良く追従
できるようになる。

【００４７】尚、前記所定値αは、目標の変化から実際
の進角値が略安定状態になるまでの時間Ｔと前記基準時
間Ｔｓとの偏差に応じて変化させても良い。一方、目標
の変化から実際の進角値が略安定状態になるまでの時間
が、前記基準時間ｔｓ以下であると判別されたときに
は、Ｓ１８へ進み、目標の変化から実際の進角値が略安
定状態になった時点における目標と実際の進角値との偏
差を算出し、この偏差の絶対値が所定値よりも大きいか
否かを判別する。

【００４８】前記偏差の絶対値が所定値以下であれば、
大きなオーバーシュート・アンダーシュートを生じるこ
となく実際の進角値が目標変化に追従できたものと判断
し、そのまま本ルーチンを終了させる。一方、前記偏差
の絶対値が所定値を超える場合には、大きなオーバーシ
ュート・アンダーシュートを生じたものと判断し、Ｓ１
９へ進んで、実際の進角値が目標を超えて変化したか否
かを判別することで、オーバーシュート・アンダーシュ
ートのいずれが生じたかを判別する（図６参照）。

【００４９】実際の進角値が目標を超えて変化したオー
バーシュートの発生時には、Ｓ２０へ進み、比例定数
（比例ゲイン）を所定値βだけ減少させる設定を行う。
また、実際の進角値が目標を超えていないアンダーシュ
ートの発生時には、Ｓ２１へ進み、比例定数（比例ゲイ
ン）を所定値βだけ増大させる設定を行う。

【００５０】尚、前記βを、前記偏差の絶対値に応じて
変化させても良い。上記のようにして比例定数（比例ゲ
イン）を補正すれば、オーバーシュート・アンダーシュ
ートを抑制する方向に比例定数（比例ゲイン）が補正さ
れることになる。従って、製品ばらつきや経時変化によ
って、初期設定されたフィードバックゲイン（比例ゲイ
ン）では、大きなオーバーシュート・アンダーシュート
が発生するようになると、フィードバックゲイン（比例
ゲイン）が修正されてオーバーシュート・アンダーシュ
ートが抑制され、ハンチングの発生を防止できる。

【００５１】Ｓ１７，Ｓ２０，Ｓ２１（フィードバック
ゲイン補正手段）のいずれかで比例定数（比例ゲイン）
の補正設定を行うと、Ｓ２２（ゲイン学習手段）へ進
み、前記冷却水温度Ｔｗとエンジン回転速度Ｎｅとに対
応して比例定数（比例ゲイン）を記憶するマップの該当
するエリアの比例定数（比例ゲイン）を補正後の値に書
換え、次回の同じエリアでは、書換え後の比例定数（比
例ゲイン）でフィードバック制御を行わせるようにする
ゲイン学習を行わせる。尚、該当エリアのゲインのみを
書きかえるのではなく、マップの記憶データを一律に全
て書き換えたり、同じ水温条件のデータ、又は、同じ回
転域のデータを、同じに書き換える構成としても良い。

【００５２】従って、製品ばらつきや経時変化によって
適正なゲインが変化しても学習が行われた後は、応答性
を確保しつつオーバーシュート・アンダーシュートの小
さい収束性の高いフィードバック制御を行わせることが
できる。

【００５３】尚、上記実施の形態では、比例定数（比例
ゲイン）のみを補正し、学習させるようにしたが、該比
例定数（比例ゲイン）の補正学習と共に、或いは、比例
定数（比例ゲイン）の補正学習に代えて、積分定数（積
分ゲイン）及び／又は微分定数（微分ゲイン）の補正学
習を行わせるようにしても良い。

【００５４】また、フィードバック制御を、比例・積分・
微分（ＰＩＤ）動作に限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明に係る装置の構成ブロック
図。

【図２】実施の形態におけるエンジンのシステム構成
図。

【図３】実施の形態における可変バルブタイミング装置
を示す部分断面図。

【図４】実施の形態における回転位相（進角値）制御の
様子を示すフローチャート。

【図５】実施の形態における回転位相（進角値）制御の
様子を示すフローチャート。

【図６】目標変化に対する回転位相（進角値）変化の例
を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１エンジン２スロットルバルブ３吸気バルブ４排気バルブ５吸気側カム軸６可変バルブタイミング装置７コントロールユニット８クランク角センサ９カムセンサ 10 エアフローメータ 11 水温センサ 21 カムスプロケット 22 位相調整機構 23 コントロールバルブ 24 プランジャ 25 フロント側油圧通路 26 リア側油圧通路 27 ヘリカルギヤ 28 リターンスプリング 29 リニアソレノイド 30 スプール弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G084 BA23 DA05 DA08 EB13 EB14 EB15 EB17 FA07 FA20 FA33 FA38 3G092 AA11 DA01 DA09 DA12 DF04 DF09 DG02 DG05 DG09 EA08 EA17 EA22 EA28 EA29 EB03 EC02 EC05 EC08 FA06 FA36 FA48 HA01Z HA13X HA13Z HE01Z HE03Z HE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンのクランク軸に対するカム軸の回
転位相を油圧によって変化させて、バルブタイミングを変化させる油圧式可変バルブタイミ
ング装置において、エンジンの運転状態に応じて前記回転位相の目標値を設
定する目標値設定手段と、前記回転位相を検出する回転位相検出手段と、該回転位相検出手段で検出される実際の回転位相を、前
記目標値に近づけるべく前記油圧をフィードバック制御
するフィードバック制御手段と、該フィードバック制御手段による回転位相の収束性を判
定し、該判定結果に応じて前記フィードバック制御手段
におけるゲインを補正するフィードバックゲイン補正手
段と、を含んで構成されたことを特徴とする油圧式可変バルブ
タイミング装置。
【請求項２】前記フィードバックゲイン補正手段が、目
標値の変化に対して実際の回転位相が略安定するまでの
時間に応じてゲインを補正することを特徴とする請求項
１記載の油圧式可変バルブタイミング装置。
【請求項３】前記フィードバックゲイン補正手段が、目
標値の変化に対して実際の回転位相が略安定した時点に
おける目標値と実際の回転位相との偏差に応じてゲイン
を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の油圧
式可変バルブタイミング装置。
【請求項４】前記フィードバックゲイン補正手段による
補正結果を運転条件毎に学習するゲイン学習手段を設け
たことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の油
圧式可変バルブタイミング装置。
【請求項５】前記ゲイン学習手段が、前記運転条件とし
て油温とエンジン回転速度との少なくとも一方に応じて
ゲインを学習することを特徴とする請求項４記載の油圧
式可変バルブタイミング装置。