JP2002332873A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents
内燃機関のバルブタイミング制御装置Info
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Abstract
を防止する内燃機関のバルブタイミング制御装置を得
る。 【解決手段】 カムシャフト15C、16Cに結合され
たアクチュエータ15、16と、アクチュエータを駆動
する油圧供給装置19、20と、運転状態に応じてアク
チュエータへの供給油圧を制御してクランクシャフトに
対するカムシャフトの相対位相を変更する制御手段21
Aとを備え、アクチュエータは、相対位相をロック位置
に設定するロック機構と、所定油圧に応答してロック機
構を解除するロック解除機構とを有し、制御手段は、ロ
ック機構を駆動して相対位相をロック位置の所定範囲内
に制御する場合に、制御範囲限度を小さくする。
Description
て吸気および排気のバルブタイミングを制御する内燃機
関のバルブタイミング制御装置に関するものである。
(エンジン)においては、環境に対する配慮から、エン
ジンから大気中に放出される排気ガス中の有害物質に対
する規制が厳しくなっており、排気ガス中の有害物質を
低減することが要求されている。
には、2通りの方法が知られており、1つは、エンジン
から直接排出される有害ガスを低減する方法であり、他
の1つは、排気管の途中に設けられた触媒コンバータ
(以下、単に「触媒」という)により後処理して低減す
る方法である。
の温度に達しないと有害ガスを無害化する反応が起こら
ないので、たとえばエンジンの冷機始動時においても、
触媒を早く昇温させて活性化させることが重要な課題と
なる。
て、吸気用および排気用のバルブ開閉タイミングを決定
するカムシャフトは、クランクシャフトからタイミング
ベルト(または、タイミングチェーン)などを介して回
転駆動されている。
ブの開閉タイミング(カム角)は、要求されるバルブタ
イミングが運転状態によって異なるにもかかわらず、ク
ランク角に対して一定に制御されている。
ため、また、排気ガスおよび燃費を低減させるために、
バルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御装
置が採用されるようになってきた。この種のバルブタイ
ミング制御装置は、たとえば特開平9−324613号
公報に参照することができる。
可変バルブタイミング機構(以下、「VVT機構」とい
う)は、吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシ
ャフトの位相を変化させるために、ハウジング内で回転
するベーン(後述する)を有している。VVT機構のベ
ーンは、エンジン始動時においては、ほぼ中間位置(始
動時対応位置)に保持されて、クランク角に対するカム
角の相対回動を規制し、始動時から所定時間経過後に回
動規制を解除するようになっている。
ミング制御装置を示すブロック構成図であり、エンジン
1の周辺部と関連付けて示している。図11において、
エンジン1には、エアクリーナ2およびエアフローセン
サ3を介して、吸気管4からの吸入空気が供給される。
入空気を浄化し、エアフローセンサ3は、エンジン1の
吸入空気量を計測する。吸気管4内には、スロットルバ
ルブ5、アイドルスピードコントロールバルブ(以下、
「ISCV」という)6およびインジェクタ7が設けら
れている。
る吸入空気量を調節してエンジン1の出力を制御し、I
SCV6は、スロットルバルブ5をバイパスして通過す
る吸入空気を調節して、アイドリング時の回転数制御な
どを行う。インジェクタ7は、吸入空気量に見合った燃
料を吸気管4内に供給する。
設けられており、点火プラグ8は、燃焼室内の混合気を
燃焼させるための火花を発生する。点火コイル9は、点
火プラグ8に高電圧エネルギを供給する。
気ガスを排出する。排気管10内には、O2センサ11
および触媒12が設けられており、O2センサ11は、
排気ガス内の残存酸素量を検出する。
気ガス内の有害ガス(HC、CO、NOx)を同時に浄
化することができる。
は、エンジン1により回転されるクランクシャフト(図
示せず)と一体に回転しており、所定のクランク角位置
に突起(図示せず)が設けられている。
13に対向配置されており、センサプレート13上の突
起がクランク角センサ14を横切るときに電気信号を発
生して、クランクシャフトの回転位置(クランク角)を
検出する。
0への連通、閉鎖を行うバルブが設けられており、吸気
用および排気用の各バルブの駆動タイミングは、クラン
クシャフトの1/2の速度で回転するカムシャフト(後
述する)により決定されている。
び16は、吸気用および排気用の各バルブタイミングを
個別に変更する。具体的には、各アクチュエータ15お
よび16は、互いに区分された遅角油圧室および進角油
圧室(後述する)を有し、クランクシャフトに対する各
カムシャフト15Cおよび16Cの回転位置(位相)を
相対的に変更する。
出用センサプレート(図示せず)に対向配置されてお
り、クランク角センサ14と同様に、カム角検出用セン
サプレート上の突起によりパルス信号を発生してカム角
を検出する。
V」という)19および20は、オイルポンプ(図示せ
ず)とともに油圧供給装置を構成しており、各アクチュ
エータ15および16に供給される油圧を切り替えて、
カム位相を制御する。なお、オイルポンプは、所定油圧
でオイルを供給するようになっている。
は、エンジン1の制御手段を構成しており、各種センサ
手段3、11、14、17および18により検出される
運転状態に応じて、インジェクタ7および点火プラグ8
を制御するとともに、各カムシャフト15Cおよび16
Cのカム角位相を制御する。
ットルバルブ5には、スロットル開度を検出するスロッ
トル開度センサが設けられ、エンジン1には、冷却水温
を検出する水温センサが設けられており、スロットル開
度および冷却水温は、上記各種センサ情報と同様に、エ
ンジン1の運転状態を示す情報として、ECU21に入
力されている。
ルブタイミング制御装置による一般的なエンジン制御動
作について具体的に説明する。まず、エアフローセンサ
3は、エンジン1の吸入空気量を計測し、運転状態を示
す検出情報としてECU21に入力する。
合った燃料量を演算して、インジェクタ7を駆動すると
ともに、点火コイル9の通電時間および遮断タイミング
を制御して点火プラグ8を駆動し、エンジン1の燃焼室
内の混合気を適切なタイミングで点火する。
への吸入空気量を調節し、エンジン1から発生する出力
を制御する。エンジン1のシリンダ内で燃焼した後の排
気ガスは、排気管10を通って排出される。
触媒12は、排気ガス中の有害物質であるHC(未燃焼
ガス)、COおよびNOxを、無害なCO2およびH2O
に浄化して大気中に排出する。
に引き出すために、排気管10にはO2センサ11が取
り付けられており、O2センサ11は、排気ガス中の残
存酸素量を検出してECU21に入力している。これに
より、ECU21は、燃焼前の混合気が理論空燃比とな
るように、インジェクタ7から噴射される燃料量をフィ
ードバック制御する。
アクチュエータ15および16(VVT機構)を制御し
て、吸気用および排気用のバルブタイミングを変更す
る。次に、図12〜図13を参照しながら、従来の内燃
機関のバルブタイミング制御装置による各カムシャフト
15Cおよび16Cの位相角制御動作について具体的に
説明する。
般のエンジン(図示せず)の場合、クランクシャフトの
回転トルクは、タイミングベルト(タイミングチェー
ン)からプーリ(およびスプロケット)に伝達され、プ
ーリと一体回転するカムシャフトに伝達される。
エンジン1においては、上記プーリおよびスプロケット
に代えて、クランクシャフトとカムシャフト15Cおよ
び16Cとの相対的な位相位置を変更するためのアクチ
ュエータ15および16が設けられている。
置とバルブリフト量(バルブ開放量)[mm]との関係
を示す説明図であり、TDCは各シリンダにおける圧縮
上死点を示している。
する最遅角時のバルブリフト量の変化を示し、破線は機
械的に停止する最進角時のバルブリフト量の変化を示
し、実線はロック機構(後述する)により設定されるロ
ック位置でのバルブリフト量の変化を示す。
右側)のバルブリフト量のピーク位置は、吸気バルブの
全開位置に対応し、進角側(図面左側)のバルブリフト
量のピーク位置は、排気バルブの全開位置に対応する。
各ピークの変動幅(一点鎖線と破線との差)は、各バル
ブタイミングの可動範囲を示している。すなわち、バル
ブタイミングは、吸気および排気のいずれにおいても、
破線から一点鎖線までの間で可変可能となっている。
センサ17または18との各出力パルスの位相関係を示
すタイミングチャートである。図13においては、最遅
角時および最進角時におけるカム角センサ17または1
8の出力パルスを示している。
(クランク角位置)に対するカム角センサ17または1
8の出力信号の位相位置は、カム角センサ17および1
8の取り付け位置によって異なる。
とは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対
して遅角する(遅くなる)ことを意味し、逆に、バルブ
タイミングを進角させることは、吸気用および排気用の
両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して進
角する(早くなる)ことを意味する。
タイミングは、VVT機構を構成するアクチュエータ1
5および16により変更され、図12に示す可動範囲内
の任意の遅角位置または進角位置に制御される。
クチュエータ15および16の内部構造を示す透視図で
あり、図14はカム角位相が最遅角位置(図12内の一
点鎖線に対応)に調整された状態、図15はカム角位相
がロック位置(図12内の実線に対応)に調整された状
態、図16はカム角位相が最進角位置(図12内の破線
に対応)に調整された状態をそれぞれ示している。
タ15および16は、矢印方向に回転するハウジング1
51と、ハウジング151とともに回転するベーン15
2と、ハウジング151内に設けられた遅角油圧室15
3、進角油圧室154、ロックピン155およびスプリ
ング156と、ベーン152に形成されたロック凹部1
57とを備えている。
からの動力が、ベルトおよびプーリ(図示せず)を介し
て、1/2に減速されて伝達される。ベーン152は、
遅角油圧室153または進角油圧室154に選択的に油
圧が供給されることにより、ハウジング151内で位相
位置がシフトされる。
は、ベーン152の動作範囲を決定している。スプリン
グ156は、ロックピン155を突出方向に付勢してお
り、ロック凹部157は、ロックピン155の先端と対
向するようにベーン152の所定のロック位置に設けら
れている。
口(図示せず)が設けられており、遅角油圧室153お
よび進角油圧室154のいずれか油圧の高い方からのオ
イルが切り替え供給されるようになっている。
(動作範囲)内で動作して位相シフトされるベーン15
2は、吸気用および排気用の各バルブを駆動するための
カムシャフト15Cおよび16Cに結合されている。
クチュエータ16には、カムシャフト16Cの反力を相
殺するために、ベーン152を進角側に付勢するための
スプリングが設けられている。
19および20から供給されるエンジン1の潤滑油(油
圧)により駆動される。アクチュエータ15および16
のカム角位相を図14〜図16のように制御するために
は、アクチュエータ15および16内に流入するオイル
量(油圧)が制御される。
最遅角位置に調整するためには、遅角油圧室153内に
オイルを流入させればよい。逆に、図16のように、カ
ム角位相を最進角位置に調整するためには、進角油圧室
154内にオイルを流入させればよい。
3および進角油圧室154のどちらにオイルを流入させ
るかを制御する。図17〜図19は同一構造からなるO
CV19および20の内部構造を示す側断面図である。
よび20は、円筒形状のハウジング191と、ハウジン
グ191内に摺動自在に収納されたスプール192と、
スプール192を連続的に駆動するコイル193と、ス
プール192を復帰方向に付勢するスプリング194と
を備えている。
に連通されたオリフィス195と、アクチュエータ15
または16に連通されたオリフィス196および197
と、オイルパンに連通されたドレーン用のオリフィス1
98および199とを備えている。
の遅角油圧室153、または、アクチュエータ16の進
角油圧室154に連通されている。オリフィス197
は、アクチュエータ15の進角油圧室154、または、
アクチュエータ16の遅角油圧室153に連通されてい
る。
ル192の軸方向位置に応じて、選択的にオイル供給用
のオリフィス195に連通される。オリフィス195
は、図17においてはオリフィス196に連通され、図
19においてはオリフィス197に連通されている。
よび199は、スプール192の軸方向位置に応じて、
選択的にオリフィス197または196に連通される。
図17においては、オリフィス197とオリフィス19
8とが連通され、図19においては、オリフィス196
とオリフィス199とが連通されている。
CV19および20の励磁駆動状態(図19参照)でオ
イル供給される油路構成となっており、ロック凹部15
7への油圧がスプリング156の付勢力を上回ると、ロ
ックピン155がロック凹部157から押し出されて、
ロック状態が解除されるようになっている。
値の場合を示しており、スプリング194が最大限に伸
張されている。図17に示すOCVが吸気側のOCV1
9の場合、オリフィス195を介してポンプから供給さ
れたオイルは、オリフィス196を介してアクチュエー
タ15の遅角油圧室153に流入し、アクチュエータ1
5は図14に示した状態になる。
圧室154内のオイルは、オリフィス197を介してO
CV19にドレーンされ、さらに、オリフィス198を
介してオイルパンにドレーンされる。
V20である場合は、上記の逆となり、ポンプから供給
されたオイルは、オリフィス196を介してアクチュエ
ータ16の進角油圧室154に流入し、アクチュエータ
16は図16に示した状態になる。
室153内のオイルは、オリフィス197および198
を介してオイルパンにドレーンされる。
気側および排気側のOCV19および20のいずれかに
断線などの無通電となる故障が発生した場合でも、バル
ブオーバラップが最小となるので、耐エンスト性に対し
て有利に作用する。
値の場合を示しており、スプリング194が最小限に圧
縮されている。たとえば、図19のOCVが吸気側のO
CV19である場合、ポンプから供給されたオイルは、
オリフィス197を介してアクチュエータ15の進角油
圧室154に流入し、アクチュエータ15の遅角油圧室
153内のオイルは、オリフィス196および199介
してドレーンされる。
0である場合には、ポンプから供給されたオイルは、オ
リフィス197を介してアクチュエータ16の遅角油圧
室153に流入し、アクチュエータ16の進角油圧室1
54内のオイルは、オリフィス196および199を介
してドレーンされる。
位置またはロック位置(中間位置)に相当する状態を示
し、このとき、アクチュエータ15および16内のベー
ン152は、任意の目標位置または図15に示した状態
にある。
用側のオリフィス195は、アクチュエータ側のオリフ
ィス196または197に直接連通されていないが、洩
れオイルにより、ロック凹部157(図15参照)のオ
イル供給口に供給され得る。
ク位置にあっても、洩れオイルによるオイル供給口への
油圧が、スプリング156の付勢力に打ち勝つ油圧(ロ
ック解除用の所定油圧)に到達すれば、ロック凹部15
7からロックピン155が外れて、ベーン152がハウ
ジング151内で動作可能な状態となる。
ング156の付勢力などの調整により、必要最小限の任
意値に設定され得る。また、バルブタイミングを決定す
る各アクチュエータ15および16のベーン152の位
置(位相)は、カム角センサ17および18で検出され
ることにより、任意に制御され得る。
シャフトとカムシャフト15Cおよび16Cとの相対位
置を検出することができる位置に取り付けられている。
図19において、バルブタイミングが最進角位置(図1
3の破線参照)でのクランク角センサ出力との位相差は
Aで示され、バルブタイミングが最遅角位置(図13内
の一点鎖線参照)でのクランク角センサ出力との位相差
はBで示される。
目標値と一致するように、フィードバック制御すること
により、任意位置でのバルブタイミング制御を実行す
る。
ンサ14の検出タイミングに対するカム角センサ17の
検出位置が、ECU21内で演算された目標位置よりも
遅角側にある場合には、カム角センサ17の検出位置を
目標位置まで進角させるために、検出位置と目標位置と
の偏差に応じてOCV19のコイル193への通電電流
量を制御し、スプール192を制御する。
きい場合には、目標位置に早く追従させるために、OC
V19のコイル193への通電量を増大させる。これに
より、アクチュエータ15の進角油圧室154に連通さ
れたオリフィス197の開口量が大きくなり、進角油圧
室154への供給オイル量が増大する。
て、OCV19のスプール192の位置が図18の状態
に近づくように、コイル193への通電量を低減させ
る。そして、検出位置と目標位置とが一致した時点で、
図18に示すように、アクチュエータ15の遅角油圧室
153、進角油圧室154への通路を遮断する状態とな
るようにコイル193への通電量を制御する。
など)での目標位置は、たとえば運転状態(エンジン回
転数およびエンジン負荷)に応じた2次元マップ値をあ
らかじめECU21内のROMに記憶させておくことに
より、各運転状態に応じた最適なバルブタイミングとな
るように設定され得る。
り駆動されるオイルポンプの回転数が不十分であること
から、アクチュエータ15への供給オイル量も不十分で
あり、上記のような油圧による進角位置の制御は不可能
となる。
ピン155をロック凹部157に係合させることによ
り、油圧不足によるベーン152のばたつきを防止す
る。
圧縮比が低下し、逆に、吸気バルブを過進角させると排
気バルブとのオーバラップ期間が大きくなるので、吸気
バルブを過遅角または過進角させることは、いずれもポ
ンピングロスを低減させる結果となる。
進角制御は、始動時(クランキング時)の回転数上昇お
よび初爆発生のためには有利であるが、実質的な燃焼状
態が不十分であることから、完爆まで至らずに結局始動
性を損なう結果となり得る。
ルブを過進角した場合と同様に、排気バルブと吸気バル
ブとのオーバラップ期間が大きくなり、逆に、排気バル
ブを過進角すると、実膨張比が低下して燃焼エネルギを
クランクシャフトに十分に伝達することができなくなっ
てしまう。
ては、各バルブタイミングを過遅角制御しても過進角制
御しても、始動性の悪化状態(または、始動不可能な状
態)を招くおそれがある。
に、ロックピン155をロック凹部157に係合するこ
とより、ベーン152をロック位置(最遅角位置と最進
角位置とのほぼ中間位置)に固定設定している。
の上昇に応じて潤滑オイルの油圧が上昇するので、スプ
ール192が図18に示す位置にあっても、前述の洩れ
オイルにより、アクチュエータ15および16にも油圧
が供給される。
57への油圧がスプリング156の付勢力に打ち勝った
時点で、ロック凹部157からロックピン155が外れ
てベーン152が動作可能になる。
0を制御することにより、遅角油圧室153および進角
油圧室154に油圧供給が制御され、バルブタイミング
の遅角制御および進角制御が実行される。
おいて、吸気慣性効果を得るとともに、体積効率を増大
させて出力を向上させるために、始動時よりも遅角側に
バルブタイミングを制御する。
アクチュエータ15および16のロックピン155を最
遅角位置と最進角位置とのほぼ中間位置にロックして始
動性を向上させ、エンジン始動後(ロック機構の解除
後)においては、特に高回転域で遅角制御することによ
り出力特性を向上させている。
排気ガスの改善および触媒12の昇温促進という技術観
点については何ら考慮していない。
ブタイミング制御装置は以上のように構成され、機関始
動時は、アクチュエータのロック機構により最進角と最
遅角の略中間位置に係合し始動性を向上させ、始動後、
ロック機構が解除されると、特に高回転域で始動時より
も遅角側に制御することにより出力特性を向上させるも
のでる。
グの制御は目標進角量に対し、検出進角量を一致させる
ためのフィードバック制御を実施することが特開平11
−210424号公報に記載されている。
りも遅角側にある場合、進角させるため、OCV19お
よび20を制御することにより、アクチュエータの進角
油圧室154にオイルを供給するように制御し、その結
果、図19のように、OCVはコイル193への通電電
流値によりスプール192を連続的に任意の位置に制御
することが可能であり、オイルポンプからアクチュエー
タ15および16へ供給するオイル量を連続的に制御す
ることができる。
場合、遅角させるため、OCVを制御して図17のよう
にアクチュエータの遅角油圧室153へオイルを供給す
るように制御する。また、検出進角量が目標進角量と略
一致した場合は、図18のようにアクチュエータの進角
油圧室154、遅角油圧室153ともに通路を遮断する
位置で制御する。
ロックピン155がロック凹部157の位置となり、O
CV19および20の通路がほとんど遮断されているた
め、油圧低下が大きく、ロックピン155にかかる油圧
も小さくなるため、油圧による力がスプリング力よりも
小さくなった場合は、ロックピン155がロック凹部1
57にロックされてしまう。
とピンロック位置と目標進角量にわずかでも差がある
と、検出進角量を目標進角量に一致させるために積分制
御を実施している場合、ロックピン155によりロック
されてしまっているため積分値を増加もしくは減少させ
ているにも拘わらず検出進角量か動作せず、積分値は制
御範囲限界まで増加もしくは減少されてしまい、目標進
角量が変化して検出進角量を追従させようとしたとき
に、制御値が発散しているため、検出進角量が目標進角
量にすみやかに追従できない場合がある。
に、OCVのアクチュエータへの通路が確保され、ロッ
クピン155への油圧がロック解除できる油圧に達する
と、ピンロックが解除され、そのとき積分値の動作によ
り制御量が大きくずれているため、ロックピン解除と同
時に検出進角量が目標進角量から大きくずれてしまう場
合がある。
ためになされたもので、目標進角量もしくは検出進角量
が略ピンロック位置に制御されている場合の制御量の発
散およびロックピンの不意の解除を防止すると共に、制
御量が発散した状態でロックピンが解除されてしまった
場合においても検出進角量が目標進角量から大きく外れ
ないようにすることで、機関性能低下をなくしてドライ
バビリティ、燃費、排ガス性能等の低下を防ぐ内燃機関
のバルブタイミング制御装置を得ることを目的とする。
のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の運転状態を
検出するセンサ手段と、前記内燃機関のクランクシャフ
トの回転に同期して前記内燃機関の吸気用及び排気用の
各バルブを駆動する吸気用及び排気用カムシャフトと、
前記吸気用及び排気用カムシャフトの少なくとも一方に
結合されたアクチュエータと、前記アクチュエータを駆
動するための油圧を供給する油圧供給装置と、前記内燃
機関の運転状態に応じて前記油圧供給装置から前記アク
チュエータへの供給油圧を制御し、前記クランクシャフ
トに対する前記カムシャフトの相対位相を変更する制御
手段とを備え、前記アクチュエータは、前記相対位相の
変更範囲を設定するための遅角油圧室及進角油圧室と、
前記相対位相を前記変更範囲内のロック位置に設定する
ためのロック機構と、前記油圧供給装置から供給される
所定油圧に応答して前記ロック機構を解除するためのロ
ック解除機構とを有し、前記制御手段は、前記ロック機
構を駆動して前記相対位相を前記ロック位置の所定範囲
内に制御する場合に、制御範囲限度を小さくすることを
特徴とするものである。
フトと前記カムシャフトの位相差である検出進角量を検
出すると共に、前記内燃機関の運転状態に適したバルブ
タイミングである目標進角量を算出し、前記検出進角量
が目標進角量に略一致するように積分制御する場合に積
分値の制御範囲限度を前記検出進角量が前記ロック位置
にない場合に比べて小さくすることを特徴とするもので
ある。
しくは前記検出進角量が前記ロック機構でのロック位置
の所定範囲内から所定範囲外に変更される場合に積分値
を初期化することを特徴とするものである。
化を前記制御範囲限度に達した場合のみ実施することを
特徴とするものである。
しくは前記検出進角量が、前記ロック機構でのロック位
置の所定範囲内にある期間が所定期間以内の場合は、前
記制御範囲限度を小さくしないことを特徴とするもので
ある。
角量が、前記ロック機構でのロック位置の所定範囲内に
ある期間の所定期間以内とは、積分値が前記制御範囲限
度に達するまでの期間であることを特徴とするものであ
る。
しくは前記検出進角量が、前記ロック機構でのロック位
置の所定範囲内にある場合は、積分制御を停止すること
を特徴とするものである。
状態が所定運転状態にある場合のみ実施することを特徴
とするものである。
しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明
する。図1はこの発明における内燃機関のバルブタイミ
ング制御装置の構成を示すブロック図であり、前述(図
11参照)と同様のものについては同一符号を付して詳
述を省略する。
タイミングの変更制御範囲は図12に示した通りであ
り、クランク角センサ出力とカム角センサ出力との関係
は図13に示した通りである。
体的構成は、図14〜図16に示した通りであり、OC
V19および20の具体的構成は、図17〜図19に示
した通りである。
様に、エンジン始動時においてロック機構によりアクチ
ュエータ15および16をロック位置に制御するロック
制御手段と、エンジン始動後にはロック解除機構により
アクチュエータ15および16を遅角制御および進角制
御するロック解除制御手段とを含む。
動して相対位相をロック位置の所定範囲内に制御する場
合に、制御範囲限度を小さくする制限手段を含んでい
る。これにより、アクチュエータのピンロック位置での
制御時にロックピンのひっかかりにより制御量が発散す
ることを防止し、また、発散してもロック位置からの制
御位置を変更する場合にはバルブタイミングがずれるの
を防止し、機関の性能を充分に発揮し、ドライバビリテ
ィ悪化、燃費、排ガス性能の低下を防ぐ。
の走行状態等においては、例えば、エンジン回転と負荷
による2次元マップ化した目標進角量のマップを予めE
CU21のROMに記憶しておき、運転状態に応じた目
標進角量を設定しておけば、それぞれの運転状態で最適
なバルブタイミングとすることができる。
め、機関始動時はオイルポンプの回転数が十分でなくア
クチュエータへの供給油量が不十分であり、油圧による
進角位置の制御が不可能である。よって、図15に示す
ようにロックピン155をロック凹部157に係合する
ことにより、油圧がないことによるベーン152のばた
つきを防止する。
あり、ロックピン155による係合位置を始動時のバル
ブタイミングとなるようにする。始動時に吸気バルブを
進角しすぎるとバルブオーバラップが大きくなり、また
遅角しすぎると実圧縮比が低下し、どちらにしてもポン
ピングロスの低減によりクランキング時の回転数は上昇
して初爆発生には有利であるがその後の燃焼が十分でな
いため完爆まで至らない可能性がある。
くなり燃焼エネルギをクランクに十分に伝達できなくな
る。遅角しすぎるとオーバラップが大きくなり吸気の進
角しすぎの場合と同じ事となる。これら始動および始動
直後にはバルブタイミングが進角しすぎても遅角しすぎ
ても始動性を悪化もしくは始動不可能となるため、始動
および始動直後に良好なバルブタイミングとなるように
ロックピン155によりロックする。
圧が上昇し、アクチュエータにも油圧が供給される。油
圧が供給されると、図示しないロック凹部157への油
圧供給もされ、油圧がスプリング156の力に打ち勝つ
と、ロック凹部157からロックピン155がはずれベ
ーン152は動作可能となり、OCV19、20を制御
することで遅角油圧室153、進角油圧室154に油圧
の供給をコントロールし、進角、遅角制御可能となる。
バック制御を実施する場合、略図18の状態となる保持
制御時の制御値を学習し、学習値を基準として制御を実
施する。学習を実施するのは保持制御時の制御値が機関
毎により異なるばらつきがあっても制御を安定させるた
めである。学習は保持制御時の積分値をもとに実施し、
未学習の場合、ばらつきにより積分値が大きく動くこと
があるため積分制御幅にはある程度の範囲が必要とな
る。
ンロック位置付近になり、検出進角量が目標進角量に追
従すると、OCVは図18の位置での制御となる。この
場合、進角、遅角の両方への通路が遮断され、アクチュ
エータにはOCVからの漏れ量だけの油圧が供給される
ため、油圧低下が大きく、油圧よりもスプリング156
の力が勝ってロックピン155がロック凹部157に入
る。この状態で積分制御を実施すると制御電流を変化さ
せたにも拘わらず検出進角量が変化しないので、制御電
流が発散する。よって、制御電流の発散を防止する制御
が必要となる。
2のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の
形態1による吸気側のバルブタイミング制御を例に説明
する。本処理は、ECU21A内で所定タイミング(例
えば25[ms])ごとに実施される。
でクランクシャフトとカムシャフトの位相差である検出
進角量Vdを検出する。図13でのAおよびBに相当す
るものである。そして、ステップS202で機関の負荷
状態である充填効率と機関回転数とにより機関運転状態
に適したバルブタイミングである目標進角量Vtを算出
する。
より検出進角量Vdを減算して制御偏差Verを求め
る。そして、ステップS204での判定により、制御偏
差Verが所定偏差(1[℃A])よりも大きいかの判
定を行う。所定偏差はバルブタイミングが変動しても機
関運転もしくはドライバビリティ、車両挙動等に影響の
ない範囲であればよく、1[℃A]に限定するものでは
ない。ステップS204での判定で、制御偏差Verが
大きいと判定された場合は、ステップS205で比例、
微分制御を実施するPDモードであると判定する。逆
に、小さい場合は、ステップS206で積分制御を実施
する保持モードであると判定する。
ードであると判定された場合の制御内容を示すフローチ
ャートである。ステップS301で比例値Pを制御偏差
Verと比例ゲインPgainの乗算により算出する。
比例ゲインPgainは予めマッチングされた値であ
る。そして、ステップS302で微分値Dを制御偏差V
erと前回の制御偏差(Ver[i−1])の差と微分
ゲインDgainを乗算して算出する。微分ゲインDg
ainは予めマッチングされた値である。比例値Pと微
分値Dを加算して比例微分値PDとする。
保持モードであると判定された場合の処理内容を示すフ
ローチャートである。ステップS401で制御偏差Ve
rに積分ゲインIgainを乗算したものを積分値Iに
加算して新たな積分値Iとする。そして、ステップS4
02で積分値Iが積分上限値Iuよりも大きいかを判定
し、大きければステップS403で積分値Iを積分上限
値Iuとする。そして、ステップS404で積分値Iが
積分下限値ILよりも小さいかを判定し、小さければス
テップS405で積分値Iを積分下限値ILとする。
は、図5で事前に設定される。すなわち、ステップS5
01で目標進角量Vtがピンロック位置Vrにあるかを
判定し、ピンロック位置VrにあればステップS502
で積分上限値Iuを通常よりも小さい所定値(50[m
A])、積分下限値ILを通常よりも大きい(ゼロに近
い)所定値(−50[mA])とする。ステップS50
1でNoと判定された場合は、ステップS503で積分
上限値Iuを通常値(200[mA])、積分下限値I
Lを通常値(−200[mA])とする。
くは保持モードでの積分値Iは、あらかじめ保持制御状
態で学習された保持制御学習値に加算され、デューティ
に変換されてOCVに出力、制御される。
位置にある場合、ロックピンがロック凹部に係合され、
積分制御により制御電流値を変更しているにも拘わらず
検出進角量が目標進角量に一致せずに、積分値が累積す
ることで制御電流が変化しOCVの通路を確保してピン
ロックが外れ、検出進角量が目標進角量から大きく外れ
るのを防ぐ。また、積分値が累積された状態で目標進角
量が変化した場合においても制御電流が大きくずれて、
検出進角量が目標進角量から大きく外れることを防止す
ることができ、燃費、排ガス性能等の機関性能を充分に
発揮することが可能となる。
態2について説明する。図6は、この発明の実施の形態
2に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャート
である。この実施の形態2では、実施の形態1に図6に
示す処理を追加する。すなわち、ステップS601で前
回の目標進角量(Vt[i−1])がロック位置Vrに
あり、今回の目標進角量Vtがロック位置Vrにない、
つまりロック位置からロック位置以外に目標進角量が変
化した場合に、ステップS602で積分値Iをゼロとす
る。
からロック位置以外の位置に変化した場合において、積
分値を初期化することで、制御電流が大きくずれること
がなくなり、検出進角量が目標進角量に迅速に追従で
き、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止する
ことができる。
態3について説明する。図7は、この発明の実施の形態
3に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャート
である。この実施の形態3では、実施の形態2での図6
に示すフローチャートに代わり、図7に示すフローチャ
ートの処理内容を実施の形態1に追加する。すなわち、
ステップS701で前回の目標進角量(Vt[i−
1])がロック位置Vrにあり、今回の目標進角量Vt
がロック位置Vrにない、つまりロック位置からロック
位置以外に目標進角量が変化した場合に、ステップS7
02で積分値Iが積分上限値Iuもしくは積分下限値I
Lにあるかを判定し、あると判定されれば、ステップS
703で積分値Iをゼロにして初期化する。
からロック位置以外の位置に変化し、かつ、積分値Iが
積分上限値Iuもしくは積分下限値ILにはりついた場
合に積分値を初期化することで、制御電流が大きくずれ
ることがなくなり、検出進角量が目標進角量に迅速に追
従でき、ドライバビリティ、燃費、排ガスの悪化を防止
することができる。
態4について説明する。図8は、この発明の実施の形態
4に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャート
である。この実施の形態4では、実施の形態1での図5
に示すフローチャートを図8に示すフローチャートに置
き換える。
進角量(Vt[i−1])がロック位置Vrになく、今
回の目標進角量Vtがロック位置となったと判定された
場合に、ステップS802でカウンタCに所定値(=
4)を設定する。図8に示す処理は25[ms]毎に実
行されるため、カウンタCは、100[ms](=4×
25)に設定される。ステップS801でNoと判定さ
れた場合は、ステップS803でカウンタCはカウント
ダウンされる。
り、目標進角量Vtがロック位置にあると判定された場
合、ステップS502で積分上限値Iuを通常よりも小
さい所定値(50[mA])、積分下限値ILを通常よ
りも大きい所定値(−50[mA])とする。ステップ
S804でNoと判定された場合は、ステップS503
で積分上限値Iuを通常値(200[mA])、積分下
限値ILを通常値(−200[mA])とする。
っても積分値が積分上限値もしくは積分下限値にはりつ
くまでの所定期間以内であれば、積分上限値、積分下限
値を通常値よりも制限する必要がないので、目標進角量
がロック位置をまたいで通過するような場合において
は、所定期間、積分上限値、積分下限値を通常値よりも
小さくすることを実施しない。
態5について説明する。図9は、この発明の実施の形態
5に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャート
である。この実施の形態5では、実施の形態1での図4
に示すフローチャートを図9に示すフローチャートに置
き換える。なお、図9において、図4に示す実施の形態
1と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
Vtがロック位置Vrにあると判定された場合、ステッ
プS902で積分値Iは前回の積分値(I[i−1])
として変更しない。他方、ステップS901で目標進角
量Vtがロック位置Vrにない場合は、ステップS40
1で積分値Iの演算、更新を行う。
Vrにある場合には、積分制御を停止することで、ロッ
クピンがロック凹部に係合してしまい進角、遅角動作不
可となった場合においても積分値が発散することがない
ので、積分値発散による検出進角量の制御性悪化が発生
することがない。よって、ドライバビリティ、燃費、排
ガスの悪化を防止することができる。
態6について説明する。図10は、この発明の実施の形
態6に係るECU21Aの制御動作を示すフローチャー
トである。この実施の形態6では、実施の形態1での図
5に示すフローチャートを図10に示すフローチャート
に置き換える。
量Vtがロック位置Vrにあると判定された場合、ステ
ップS1002で回転数Neが所定回転(4000[r
/m])よりも大きいかを判定し、大きければステップ
S1003で積分上限値Iuを通常値よりも小さい値
(50[mA])、積分下限値ILを通常値よりも大き
い値(−50[mA])とする。ステップS1002で
回転数が所定回転(4000[r/m])以下と判定さ
れた場合は、ステップS1004で積分上限値Iu、積
分下限値ILを通常値(200、−200[mA])と
する。ステップS1001で目標進角量Vtがロック位
置Vrにない場合は1805で積分上限値Iu、積分下
限値ILを通常値(200、−200[mA])とす
る。
Vrにある場合においても回転数Neが所定回転よりも
高ければロックピンを解除する油圧が確保されており積
分上限値、積分下限値を制限する必要がないので通常値
のままとすることで、ロックピンがロック凹部に係合さ
れていない状態で検出進角量が目標進角量への追従遅れ
をなくすことができ、ドライバビリティ、燃費、排ガス
の悪化を防止することができる。
ピンを解除する油圧が確保できる運転領域では実施しな
いということにおいては積分値の初期化、積分値の停止
等においても効果があり、積分上下限値の制限のみでな
く、積分値の初期化、積分値の停止等に実施しても良
い。
クピンがロック凹部に係合する位置で、OCVが略中間
となる制御状態においては、OCVでの油圧低下により
ロックピンがロック凹部に係合された場合には積分制御
が発散するので、積分上下限値を通常値よりも制限する
ことで積分制御の発散を最小限にとどめ、検出進角量の
制御性悪化を防止することができる。
ック位置から外れる場合には積分値の初期化、目標進角
量がロック位置にある場合には積分制御の停止等を実施
することで、積分値の発散を防止し、検出進角量の制御
性悪化を防止することができる。
グ制御装置の構成を示すブロック図である。
の制御動作を示すフローチャートである。
と判定された場合の制御内容を示すフローチャートであ
る。
と判定された場合の処理内容を示すフローチャートであ
る。
Lを事前に設定する内容を示すフローチャートである。
の制御動作を示すフローチャートである。
の制御動作を示すフローチャートである。
の制御動作を示すフローチャートである。
の制御動作を示すフローチャートである。
Aの制御動作を示すフローチャートである。
置を示すブロック構成図である。
置による位相変更範囲をクランク角位置に対するバルブ
リフト量の関係により示す説明図である。
ンサの各出力パルスの位相関係を示すタイミングチャー
トである。
内部構造を示す透視図である。
内部構造を示す透視図である。
内部構造を示す透視図である。
状態での内部構造を示す側断面図である。
を示す側断面図である。
示す側断面図である。
インジェクタ、8点火プラグ、9 点火コイル、10
排気管、11 O2センサ、12 触媒、14 クラ
ンク角センサ、15、16 アクチュエータ、15C、
16C カムシャフト、17、18 カム角センサ、1
9、20 OCV(オイルコントロールバルブ)、21
A ECU、152 ベーン、153 遅角油圧室、1
54進角油圧室、155 ロックピン、156 スプリ
ング、157 ロック凹部、192 スプール、193
コイル、194 スプリング。
Claims (8)
- 【請求項1】 内燃機関の運転状態を検出するセンサ手
段と、 前記内燃機関のクランクシャフトの回転に同期して前記
内燃機関の吸気用及び排気用の各バルブを駆動する吸気
用及び排気用カムシャフトと、 前記吸気用及び排気用カムシャフトの少なくとも一方に
結合されたアクチュエータと、 前記アクチュエータを駆動するための油圧を供給する油
圧供給装置と、 前記内燃機関の運転状態に応じて前記油圧供給装置から
前記アクチュエータへの供給油圧を制御し、前記クラン
クシャフトに対する前記カムシャフトの相対位相を変更
する制御手段とを備え、 前記アクチュエータは、前記相対位相の変更範囲を設定
するための遅角油圧室及進角油圧室と、 前記相対位相を前記変更範囲内のロック位置に設定する
ためのロック機構と、 前記油圧供給装置から供給される所定油圧に応答して前
記ロック機構を解除するためのロック解除機構とを有
し、 前記制御手段は、前記ロック機構を駆動して前記相対位
相を前記ロック位置の所定範囲内に制御する場合に、制
御範囲限度を小さくすることを特徴とする内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置。 - 【請求項2】 前記制御手段は、前記クランクシャフト
と前記カムシャフトの位相差である検出進角量を検出す
ると共に、前記内燃機関の運転状態に適したバルブタイ
ミングである目標進角量を算出し、前記検出進角量が目
標進角量に略一致するように積分制御する場合に積分値
の制御範囲限度を前記検出進角量が前記ロック位置にな
い場合に比べて小さくすることを特徴とする請求項1に
記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項3】 前記制御手段は、前記目標進角量もしく
は前記検出進角量が前記ロック機構でのロック位置の所
定範囲内から所定範囲外に変更される場合に積分値を初
期化することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の
バルブタイミング制御装置。 - 【請求項4】 前記制御手段は、前記積分値の初期化を
前記制御範囲限度に達した場合のみ実施することを特徴
とする請求項3に記載の内燃機関のバルブタイミング制
御装置。 - 【請求項5】 前記制御手段は、前記目標進角量もしく
は前記検出進角量が、前記ロック機構でのロック位置の
所定範囲内にある期間が所定期間以内の場合は、前記制
御範囲限度を小さくしないことを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項6】 前記目標進角量もしくは前記検出進角量
が、前記ロック機構でのロック位置の所定範囲内にある
期間の所定期間以内とは、積分値が前記制御範囲限度に
達するまでの期間であることを特徴とする請求項5に記
載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。 - 【請求項7】 前記制御手段は、前記目標進角量もしく
は前記検出進角量が、前記ロック機構でのロック位置の
所定範囲内にある場合は、積分制御を停止することを特
徴とする請求項2に記載の内燃機関のバルブタイミング
制御装置。 - 【請求項8】 前記制御手段は、内燃機関の運転状態が
所定運転状態にある場合のみ実施することを特徴とする
請求項1ないし7のいずれかに記載の内燃機関のバルブ
タイミング制御装置。
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