JP2001107757A - 内燃機関のベーン式バルブタイミング制御装置 - Google Patents
内燃機関のベーン式バルブタイミング制御装置Info
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Abstract
る構成のベーン式バルブタイミング制御装置において、
クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相を目標に
一致させるためのフィードバック制御に応答遅れが発生
することを防止する。 【解決手段】制御偏差が0以上であるか否かを判別する
ことで(S5)、進角側と遅角側とのいずれに制御すべ
き状態であるかを判断し、該判断結果に応じて異なるテ
ーブルを参照して、基本比例ゲインを補正するための補
正係数を目標の回転位相に応じて決定し(S6,S
7)、基本比例ゲインを補正係数で補正設定して得た最
終的な比例ゲイン(S8)に基づいて比例制御量を決定
させる(S9)。
Description
バルブタイミング制御装置に関し、詳しくは、カムシャ
フトに固定されるベーンを進角又は遅角側に付勢する弾
性体を備えてなるベーン式バルブタイミング制御装置に
関する。
置として、特開平10−141022号公報や特開平1
0−068306号公報に開示されるようなものがあっ
た。
る筒状のハウジングの内周面に凹部を形成する一方、カ
ムシャフトに固定されるベーンを前記凹部に収容させ、
前記凹部内で前記ベーンが移動できる範囲内でカムシャ
フトがカムスプロケットに対して相対的に回転できるよ
う構成する。
の前後に区画して形成される一対の油圧室(進角側油圧
室及び遅角側油圧室)に対して、スプールバルブにより
相対的に油を給排することで前記凹部内におけるベーン
の位置を変化させ、クランクシャフトに対するカムシャ
フトの回転位相を連続的に制御するように構成される。
回転位相を保持するための一定の中立制御値(基本制御
値)に、実際の回転位相が目標に一致するようにPID
制御されるフィードバック補正値を加算して決定され、
該決定された制御値にディザ信号を重畳して前記スプー
ルバルブのアクチュエータに出力する構成となってい
た。
10−068306号公報に開示されるように、ベーン
を進角側又は遅角側に付勢する渦巻きばね等の弾性体を
備えて構成される場合、回転位相によって前記弾性体の
保持力が変化するため、回転位相のフィードバック制御
における応答性が回転位相及びその変化方向で異なり、
特定の回転位相変化において応答遅れが生じてしまうこ
とがあった。
あり、ベーンをカムスプロケットに対して進角側又は遅
角側に付勢する弾性体を備えてなるベーン式バルブタイ
ミング制御装置において、回転位相毎に同等の応答性で
フィードバック制御することができ、常に目標の回転位
相に応答良く制御できるようにすることを目的とする。
発明は、カムシャフトに固定されるベーンを、カムスプ
ロケットと一体に設けられる凹部に収容させて、前記ベ
ーンの回転方向前後に進角側油圧室と遅角側油圧室とを
形成する一方、前記両油圧室に相対的に油を給排するバ
ルブを設け、該バルブ位置の制御によって前記凹部内に
おける前記ベーンの位置を変化させて、クランクシャフ
トに対するカムシャフトの回転位相を連続的に制御する
構成であって、前記ベーンをカムスプロケットに対して
進角側又は遅角側に付勢する弾性体を備えてなる内燃機
関のベーン式バルブタイミング制御装置において、前記
回転位相を目標に一致させるためのフィードバック制御
におけるゲインを、目標の回転位相に応じて切り換える
よう構成した。
なる前記弾性体の保持力に応じてフィードバック制御に
おけるゲインが切り換えられる。請求項2記載の発明で
は、回転位相を目標に一致させるためのフィードバック
制御におけるゲインを、回転位相を変化させる方向に応
じて切り換えるよう構成した。
による前記弾性体の保持力変化に応じてフィードバック
制御におけるゲインが切り換えられる。請求項3記載の
発明では、回転位相を目標に一致させるためのフィード
バック制御におけるゲインを、目標の回転位相及び回転
位相を変化させる方向に応じて切り換えるよう構成し
た。
なる前記弾性体の保持力に応じてフィードバック制御に
おけるゲインが切り換えられると共に、回転位相の変化
方向による前記弾性体の保持力変化に応じてフィードバ
ック制御におけるゲインが切り換えられる。
圧力とに応じて基本ゲインを設定し、該基本ゲインを、
前記目標の回転位相及び回転位相を変化させる方向に応
じて補正設定する構成とした。
性)と油圧とによる応答性の違いに対応して基本ゲイン
が設定され、更に、回転位相によって異なる前記弾性体
の保持力及び回転位相の変化方向による前記弾性体の保
持力変化に応じて該基本ゲインを補正する。
によってベーンを付勢する弾性体の保持力が変化するこ
とに対応してフィードバックゲインが変えられるので、
特定の回転位相で応答遅れが発生することを防止して、
常に高い応答性で目標の回転位相にフィードバック制御
させることができるという効果がある。
変化方向によってベーンを付勢する弾性体の保持力変化
が異なることに対応してフィードバックゲインが変えら
れるので、回転位相の変化方向によって応答遅れが発生
することを防止して、常に高い応答性で目標の回転位相
にフィードバック制御させることができるという効果が
ある。
位相及び回転位相の変化方向に応じてフィードバックゲ
インが切り換えられるので、特定の回転位相や回転位相
の変化方向によって応答遅れが発生することを防止し
て、常に高い応答性で目標の回転位相にフィードバック
制御させることができるという効果がある。
性)及び油圧に応じてフィードバックゲインが変えられ
ると共に、目標の回転位相及び回転位相の変化方向によ
る弾性体の保持力の違いに応じてフィードバックゲイン
が切り換えられるので、油温や油圧によって応答性が悪
化することを回避しつつ、特定の回転位相や回転位相の
変化方向によって応答遅れが発生することを防止して、
常に高い応答性で目標の回転位相にフィードバック制御
させることができるという効果がある。
する。図1は、実施形態における内燃機関のバルブタイ
ミング制御装置の機構部分を示すものであり、吸気側カ
ムシャフトと排気側カムシャフトとの2つを備える機関
において、吸気バルブ側のカムシャフトに適用して吸気
バルブのバルブタイミングを可変に制御するものであ
る。
機関のクランクシャフト(図示省略)によりタイミング
チェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット1
(タイミングスプロケット)と、カムシャフトの端部に
固定されてカムスプロケット1内に回転自在に収容され
た回転部材3と、該回転部材3をカムスプロケット1に
対して相対的に回転させる油圧回路4と、カムスプロケ
ット1と回転部材3との相対回転位置を所定位置で選択
的にロックするロック機構10とを備えている。
ングチェーン(又はタイミングベルト)が噛合する歯部
を有する回転部(図示省略)と、該回転部の前方に配置
されて前記回転部材3を回転自在に収容するハウジング
6と、該ハウジング6の前後開口を閉塞するフロントカ
バー,リアカバー(図示省略)とから構成される。
された円筒状を呈し、内周面の周方向の90°位置に
は、4つの隔壁部13が突設されている。この隔壁部1
3は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング6の軸
方向に沿って設けられて、各両端縁がハウジング6の両
端縁と同一面になっていると共に、基端側には、回転部
とハウジング6とフロントカバー,リアカバーとを軸方
向に一体的に結合させるためのボルトが挿通する4つの
ボルト挿通孔14が軸方向へ貫通形成されている。更
に、各隔壁部13の内端面中央位置に軸方向に沿って切
欠形成された保持溝13a内に、シール部材15が嵌合
保持されている。
てカムシャフトの前端部に固定されており、中央に前記
固定ボルト26が挿通するボルト挿通孔を有する円環状
の基部27と、該基部27の外周面周方向の90°位置
に一体に設けられた4つのベーン28a,28b,28
c,28dとを備えている。
それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部13間の凹
部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベ
ーン28a〜28dの両側と各隔壁部13の両側面との
間に、進角側油圧室32と遅角側油圧室33を構成す
る。
軸方向に切欠された保持溝29にハウジング6の内周面
に摺接するシール部材30がそれぞれ嵌着保持されてい
る。前記ロック機構10は、ロックピン34が、回転部
材3の最大遅角側の回動位置において係合孔(図示省
略)に係入するようになっている。
8d)は、図2に示すように、一端がフロントカバーに
固定され、他端が基部27にピンで固定される弾性体と
しての渦巻きばね(ゼンマイ)36によって遅角側に付
勢されるようになっている。
d)を付勢する弾性体としては、渦巻きばね(ゼンマ
イ)36に代えて、引張・圧縮コイルばね,ねじりコイ
ルばね,板ばね等を用いても良い。
して油圧を給排する第1油圧通路41と、遅角側油圧室
33に対して油圧を給排する第2油圧通路42との2系
統の油圧通路を有し、この両油圧通路41,42には、
供給通路43とドレン通路44a,44bとがそれぞれ
通路切り換え用の電磁切換弁45を介して接続されてい
る。前記供給通路43には、オイルパン46内の油を圧
送する機関駆動のオイルポンプ47が設けられている一
方、ドレン通路44a,44bの下流端がオイルパン4
6に連通している。
部27内に略放射状に形成されて各進角側油圧室32に
連通する4本の分岐路41dに接続され、第2油圧通路
42は、各遅角側油圧室33に開口する4つの油孔42
dに接続される。
体が各油圧通路41,42と供給通路43及びドレン通
路44a,44bとを相対的に切り換え制御するように
なっていると共に、コントローラ48からの制御信号に
よって切り換え作動されるようになっている。
ブロック49の保持孔50内に挿通固定された筒状のバ
ルブボディ51と、該バルブボディ51内の弁孔52に
摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール弁体5
3と、該スプール弁体53を作動させる比例ソレノイド
型の電磁アクチュエータ54とから構成されている。
置に前記供給通路43の下流側端と弁孔52とを連通す
る供給ポート55が貫通形成されていると共に、該供給
ポート55の両側に前記第1,第2油圧通路41,42
の他端部と弁孔52とを連通する第1ポート56及び第
2ポート57がそれぞれ貫通形成されている。また、周
壁の両端部には、両ドレン通路44a,44bと弁孔5
2とを連通する第3,第4ポート58,59が貫通形成
されている。
に供給ポート55を開閉する略円柱状の第1弁部60を
有していると共に、両端部に第3,第4ポート58,5
9を開閉する略円柱状の第2,第3弁部61,62を有
している。また、スプール弁体53は、前端側の支軸5
3aの一端縁に有する傘部53bと弁孔52の前端側内
周壁に有するスプリングシート51aとの間に弾装され
た円錐状の弁ばね63によって、図中右方向、つまり第
1弁部60で供給ポート55と第2油圧通路42とを連
通する方向に付勢されている。
4,移動プランジャ65,コイル66,コネクタ67な
どを備え、移動プランジャ65の先端に前記スプール弁
体53の傘部53bを押圧する駆動ロッド65aが固定
されている。
検出する回転センサ101や吸入空気量を検出するエア
フローメータ102からの信号によって現在の運転状態
(負荷、回転)を検出すると共に、クランク角センサ1
03及びカムセンサ104からの信号によってカムスプ
ロケット1とカムシャフトとの相対回動位置、即ち、ク
ランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出
する。
アクチュエータ54に対する通電量をディザ信号が重畳
されたデューティ制御信号に基づいて制御する。例え
ば、コントローラ48から電磁アクチュエータ54にデ
ューティ比0%の制御信号(OFF信号)を出力する
と、スプール弁体53が弁ばね63のばね力で図で最大
右方向に移動する。これによって、第1弁部60が供給
ポート55の開口端55aを開成して第2ポート57と
連通させると同時に、第2弁部61が第3ポート58の
開口端を開成すると共に、第4弁部62が第4ポート5
9を閉止する。このため、オイルポンプ47から圧送さ
れた作動油は、供給ポート55,弁孔52,第2ポート
57,第2油圧通路42を通って遅角側油圧室33に供
給されると共に、進角側油圧室32内の作動油が、第1
油圧通路41,第1ポート56,弁孔52,第3ポート
58を通って第1ドレン通路44aからオイルパン46
内に排出される。
角側油圧室32の内圧が低となって、回転部材3は、ベ
ーン28a〜28bを介して最大遅角側に回転し、この
結果、吸気バルブの開時期が遅くなり、排気バルブとの
オーバーラップが小さくなる。
エータ54にデューティ比100%の制御信号(ON信
号)を出力すると、スプール弁体53が弁ばね63のば
ね力に抗して図で左方向へ最大に摺動して、第3弁部6
1が第3ポート58を閉止すると同時に、第4弁部62
が第4ポート59を開成すると共に、第1弁部60が、
供給ポート55と第1ポート56とを連通させる。この
ため、作動油は、供給ポート55、第1ポート56、第
1油圧通路41を通って進角側油圧室32内に供給され
ると共に、遅角側油圧室33内の作動油が第2油圧通路
42、第2ポート57、第4ポート59、第2ドレン通
路44bを通ってオイルパン46に排出され、遅角側油
圧室33が低圧になる。
28dを介して進角側へ最大に回転し、これによって、
吸気バルブの開時期が早くなり(進角され)、排気バル
ブとのオーバーラップが大きくなる。
ータ54にデューティ比50%の制御信号を出力する
と、第1弁部60が供給ポート55を閉止し、かつ、第
3弁部61が第3ポート58を閉止し、かつ、第4弁部
62が第4ポート59を閉止する位置となる。
サ103及びカムセンサ104からの信号に基づいて検
出されるカムスプロケット1とカムシャフトとの相対回
動位置(回転位相)と、運転状態に応じて設定した前記
相対回動位置(回転位相)の目標値(目標進角値)とを
一致させるためのフィードバック補正分PIDDTYを
比例・積分・微分(PID)動作によって設定し、所定
のベースデューティ比BASEDTY(例えば50%)
とフィードバック補正分PIDDTYとの加算結果を最
終的なデューティ比VTCDTYとし、該デューティ比
VTCDTYの制御信号を電磁アクチュエータ54に出
力するようにしてある。
遅角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィー
ドバック補正分PIDDTYによりデューティ比が減少
され、オイルポンプ47から圧送された作動油が遅角側
油圧室33に供給されると共に、進角側油圧室32内の
作動油がオイルパン46内に排出されるようになり、逆
に、前記相対回動位置(回転位相)を進角方向へ変化さ
せる必要がある場合には、前記フィードバック補正分P
IDDTYによりデューティ比が増大され、作動油が進
角側油圧室32内に供給されると共に、遅角側油圧室3
3内の作動油がオイルパン46に排出されるようにな
る。そして、前記相対回動位置(回転位相)を現状の状
態に保持する場合には、前記フィードバック補正分PI
DDTYの絶対値が減ることで、ベースデューティ比付
近のデューティ比に戻るよう制御される。
フィードバック補正分PIDDTYの設定制御を図4の
フローチャートに従って説明する。S1では、回転セン
サ101からの検出信号に基づいて機関回転速度Neを
算出する。
号に基づいて機関の冷却水温度Twを検出する。S3で
は、回転位相の目標値を、例えば機関負荷や機関回転速
度Neに応じて設定する。
Neとに応じて、フィードバック制御の比例制御動作に
おけるゲイン(比例ゲイン)の基本値を設定する。前記
冷却水温度Twは、作動油の温度を代表するパラメータ
として用いており、オイルポンプ47は機関駆動されて
ポンプ回転速度が機関回転速度Neに比例することか
ら、機関回転速度Neを油圧を代表するパラメータとし
て用いており、これにより、作動油の温度(粘性)及び
油圧によって異なる応答性に対応して、基本比例ゲイン
が設定されることになる。
差が、0以上であるか否か、換言すれば、回転位相を進
角側に修正する必要があるか、遅角側に修正する必要が
あるかを判別する。
位相を進角側に修正する必要があるときにはS6へ進
み、前記偏差が0未満(マイナス)であって、回転位相
を遅角側に修正する必要があるときにはS7へ進む。
て基本比例ゲインの補正係数を記憶したテーブルを参照
し、そのときの目標回転位相に対応する補正係数を検索
する。
角側に変化させるときの渦巻きばね36の保持力変化に
対応した特性のテーブルであり、S7で参照するテーブ
ルは、回転位相を遅角側に変化させるときの渦巻きばね
36の保持力変化に対応した特性のテーブルである。従
って、回転位相を変化させる方向による渦巻きばね36
の保持力変化の違いに対応して比例ゲインを切り換える
ことができると共に、目標の回転位相による前記保持力
の違いに対応して比例ゲインが切り換えられることにな
る。
又はS7で検索した補正係数で補正設定し、最終的な比
例ゲインを決定する。S9では、前記偏差と比例ゲイン
とから比例制御量を設定する。
演算される積分制御量・微分制御量に基づいてフィード
バック補正分PIDDTYを決定する。上記設定された
フィードバック補正分PIDDTYをベースデューティ
比BASEDTYに加算して最終的なデューティ比VT
CDTYが決定され、該デューティ比VTCDTYの制
御信号を電磁アクチュエータ54に出力する。
ブタイミングを制御するものとして説明したが、排気バ
ルブのバルブタイミングを制御する構成であっても良
く、その場合には、電磁アクチュエータ54にデューテ
ィ比100%の制御信号(ON信号)を出力すると遅角
され(オーバーラップ量が最大)、デューティ比0%の
制御信号(OFF信号)を出力すると進角される(オー
バーラップ量が最小)よう構成すると共に、渦巻きばね
36によってベーン(回転体3)が進角側に付勢される
ようにすると良い。
の機構部分を示す断面図。
の付勢機構を示す断面図。
換弁を示す縦断面図。
ドバック制御機能を示すフローチャート。
Claims (4)
- 【請求項1】カムシャフトに固定されるベーンを、カム
スプロケットと一体に設けられる凹部に収容させて、前
記ベーンの回転方向前後に進角側油圧室と遅角側油圧室
とを形成する一方、前記両油圧室に相対的に油を給排す
るバルブを設け、該バルブ位置の制御によって前記凹部
内における前記ベーンの位置を変化させて、クランクシ
ャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続的に制御
する構成であって、前記ベーンをカムスプロケットに対
して進角側又は遅角側に付勢する弾性体を備えてなる内
燃機関のベーン式バルブタイミング制御装置において、 前記回転位相を目標に一致させるためのフィードバック
制御におけるゲインを、目標の回転位相に応じて切り換
えるよう構成したことを特徴とする内燃機関のベーン式
バルブタイミング制御装置。 - 【請求項2】カムシャフトに固定されるベーンを、カム
スプロケットと一体に設けられる凹部に収容させて、前
記ベーンの回転方向前後に進角側油圧室と遅角側油圧室
とを形成する一方、前記両油圧室に相対的に油を給排す
るバルブを設け、該バルブ位置の制御によって前記凹部
内における前記ベーンの位置を変化させて、クランクシ
ャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続的に制御
する構成であって、前記ベーンをカムスプロケットに対
して進角側又は遅角側に付勢する弾性体を備えてなる内
燃機関のベーン式バルブタイミング制御装置において、 前記回転位相を目標に一致させるためのフィードバック
制御におけるゲインを、回転位相を変化させる方向に応
じて切り換えるよう構成したことを特徴とする内燃機関
のベーン式バルブタイミング制御装置。 - 【請求項3】カムシャフトに固定されるベーンを、カム
スプロケットと一体に設けられる凹部に収容させて、前
記ベーンの回転方向前後に進角側油圧室と遅角側油圧室
とを形成する一方、前記両油圧室に相対的に油を給排す
るバルブを設け、該バルブ位置の制御によって前記凹部
内における前記ベーンの位置を変化させて、クランクシ
ャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続的に制御
する構成であって、前記ベーンをカムスプロケットに対
して進角側又は遅角側に付勢する弾性体を備えてなる内
燃機関のベーン式バルブタイミング制御装置において、 前記回転位相を目標に一致させるためのフィードバック
制御におけるゲインを、目標の回転位相及び回転位相を
変化させる方向に応じて切り換えるよう構成したことを
特徴とする内燃機関のベーン式バルブタイミング制御装
置。 - 【請求項4】作動油の温度と圧力とに応じて基本ゲイン
を設定し、該基本ゲインを、前記目標の回転位相及び回
転位相を変化させる方向に応じて補正設定することを特
徴とする請求項3記載の内燃機関のベーン式バルブタイ
ミング制御装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP28678299A JP3850598B2 (ja) | 1999-10-07 | 1999-10-07 | 内燃機関のベーン式バルブタイミング制御装置 |
US09/678,810 US6332438B1 (en) | 1999-10-07 | 2000-10-04 | Vane-type variable valve timing control apparatus and control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28678299A JP3850598B2 (ja) | 1999-10-07 | 1999-10-07 | 内燃機関のベーン式バルブタイミング制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2001107757A true JP2001107757A (ja) | 2001-04-17 |
JP3850598B2 JP3850598B2 (ja) | 2006-11-29 |
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Families Citing this family (8)
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