JP2003227361A - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents

可変バルブタイミング機構の制御装置

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JP2003227361A JP2002026724A JP2002026724A JP2003227361A JP 2003227361 A JP2003227361 A JP 2003227361A JP 2002026724 A JP2002026724 A JP 2002026724A JP 2002026724 A JP2002026724 A JP 2002026724A JP 2003227361 A JP2003227361 A JP 2003227361A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁ブレーキによる制動力で、カムシャフトの
回転位相を遅角方向及び進角方向へ変位させる可変バル
ブタイミング機構において、回転位相の固着状態を解除
し、フィードバック制御状態に復帰させることができる
ようにする。 【解決手段】目標回転位相のステップ変化から所定時間
が経過した時点で、目標回転位相と実際値との偏差が所
定値以上であるときに、固着発生を判定する。そして、
固着発生が判定されると、進角方向と遅角方向とに交互
にトルクを発生させるべく電磁ブレーキを強制駆動し、
前記交互駆動を所定回数繰り返しても、固着状態が解消
されない場合には、故障発生を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機関弁(吸・排気
バルブ)のバルブタイミングを変化させる可変バルブタ
イミング機構の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、可変バルブタイミング機構とし
て、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフト
の回転位相を変化させることによって、機関弁の開閉タ
イミングをクランク角に対して進角側及び遅角側に変化
させる構成のものが知られている。
【0003】例えば、特開2001−041013号公
報に開示される可変バルブタイミング機構は、内燃機関
のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体
と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を
介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前
記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させるこ
とで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であ
って、前記組付角調整機構が、一端の回転部が駆動回転
体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共
に、他端のスライド部が駆動回転体と従動回転体との他
方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可
能に連結されたリンクアームを備え、前記スライド部の
径方向の移動に伴って回転部の位置が周方向に相対変位
して、駆動回転体と従動回転体との組付角度が相対的に
変化するように構成され、前記リンクアームのスライド
部が係合する渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレー
トの相対回転角を、電磁ブレーキで制御することで、前
記スライド部を径方向に変位させ、以って、バルブタイ
ミングを進・遅角変位させるようになっている。
【0004】以下、上記構成の組付角調整機構を備えた
可変バルブタイミング機構を、スパイラルラジアルリン
ク式と称するものとする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、クランクシ
ャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させる可
変バルブタイミング機構では、組付角調整機構の係合部
分での噛み込みなどが発生すると、これが回転位相変化
の大きな抵抗になり、通常制御では回転位相を変化させ
ることができない回転位相の固着状態になる可能性があ
る。
【0006】そこで、本発明は、クランクシャフトに対
するカムシャフトの回転位相をアクチュエータによって
変化させる可変バルブタイミング機構において、組付角
調整機構の係合部分での噛み込みなどが発生しても、回
転位相の動き出しを図れる制御装置を提供することを目
的とする。
【0007】
【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、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャ
フトの回転位相をアクチュエータによって変化させるこ
とで、機関弁のバルブタイミングを変化させる可変バル
ブタイミング機構において、前記回転位相の固着状態が
検出されたときに、前記回転位相の進角方向と遅角方向
とに交互にトルクを発生させるべく前記アクチュエータ
を強制駆動する構成とした。
【0008】上記構成によると、回転位相の固着状態が
検出されると、目標回転位相や偏差の状態とは無関係
に、回転位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを
発生させるべくアクチュエータを強制駆動し、固着状態
の解除を図る。請求項2記載の発明では、目標回転位相
の変化から所定時間が経過した時点における目標回転位
相と実際の回転位相との偏差が所定値以上であるとき
に、回転位相の固着状態を判定する構成とした。
【0009】上記構成によると、目標回転位相が変化し
た時点から、実際の回転位相が目標に到達するのに充分
な時間が経過しているのに、目標回転位相と実際の回転
位相との偏差が所定値以上であるときに、例えば噛み込
みなどによって回転位相が固着しているものと推定す
る。請求項3記載の発明では、前記アクチュエータの発
生トルク,駆動周期,駆動時間のうちの少なくとも1つ
を機関運転条件に応じて変更する構成とした。
【0010】上記構成によると、回転位相の進角方向と
遅角方向とに交互にトルクを発生させるべくアクチュエ
ータを強制駆動するときのアクチュエータの発生トル
ク,駆動周期,駆動時間のうちの少なくとも1つが機関
運転条件に応じて変更され、機関運転状態によって異な
る発生トルク,駆動周期,駆動時間でアクチュエータを
強制駆動する。
【0011】請求項4記載の発明では、前記アクチュエ
ータが電磁ブレーキであり、機関回転速度に応じて前記
アクチュエータの発生トルク,駆動周期,駆動時間のう
ちの少なくとも1つを変更する構成とした。上記構成に
よると、電磁ブレーキの制動力によってクランクシャフ
トに対するカムシャフトの回転位相を変化させる構成の
可変バルブタイミング機構において、回転位相の進角方
向と遅角方向とに交互にトルクを発生させるべく電磁ブ
レーキを強制駆動するときの電磁ブレーキの発生トル
ク,駆動周期,駆動時間のうちの少なくとも1つが機関
回転速度に応じて変更される。
【0012】請求項5記載の発明では、前記アクチュエ
ータが電磁ブレーキであり、該電磁ブレーキのコイル温
度特性に応じて強制駆動における駆動電流制御信号を補
正する構成とした。上記構成によると、電磁ブレーキの
制動力によってクランクシャフトに対するカムシャフト
の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング機
構において、回転位相の進角方向と遅角方向とに交互に
トルクを発生させるべく電磁ブレーキを強制駆動すると
きの電磁ブレーキの駆動電流制御信号が、電磁ブレーキ
のコイル温度(コイル抵抗)に応じて補正される。
【0013】請求項6記載の発明では、前記強制駆動を
行うときの回転位相に応じて前記アクチュエータの強制
駆動における制御信号を制限する構成とした。上記構成
によると、動きが略停止しているときの回転位相の位置
(例えば、最進角位置又は最遅角位置までの角度)に応
じて、アクチュエータの強制駆動における制御信号が制
限される。
【0014】請求項7記載の発明では、前記アクチュエ
ータの強制駆動を所定の実行時間だけ行わせた後、所定
の停止時間だけ強制駆動を停止し、該停止時間が経過し
た後再度強制駆動を行わせる構成とした。上記構成によ
ると、アクチュエータの強制駆動を間欠的に行わせて、
回転位相の動き出しを図る。
【0015】請求項8記載の発明では、前記強制駆動を
繰り返す毎に、前記アクチュエータの発生トルクを増大
させる構成とした。上記構成によると、アクチュエータ
の強制駆動を間欠的に繰り返し行わせると共に、回転位
相の固着状態が解消されないときには、繰り返し毎にア
クチュエータの発生トルクをより大きくする。
【0016】請求項9記載の発明では、前記強制駆動を
所定回数以上繰り返しても回転位相が変化しないとき
に、故障判定を行う構成とした。上記構成によると、ア
クチュエータの強制駆動を間欠的に繰り返し行わせると
共に、繰り返し回数が所定回数に達しても、回転位相が
動き出さないときには、可変バルブタイミング機構に故
障が生じているものと判断する。
【0017】請求項10記載の発明では、前記可変バル
ブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトから
回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動
回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前
記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体
との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイ
ミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構
が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一
方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が
前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方
向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリン
クアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる
渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、前記ア
クチュエータによって前記駆動回転体に対して相対回転
させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対
変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を
変化させる構成とした。
【0018】上記構成によると、アクチュエータによっ
てガイドプレートが駆動回転体に対して相対回転し、こ
れによってスライド部が径方向に変位すると共に、回転
部の位置が周方向に相対変位し、前記駆動回転体と従動
回転体との組付角度(クランクシャフトに対するカムシ
ャフトの回転位相)が変化する構成の可変バルブタイミ
ング機構において、回転位相の固着状態が検出される
と、アクチュエータによってガイドプレートを回転位相
の進角方向と遅角方向とに交互に強制駆動する。
【0019】請求項11記載の発明では、前記渦巻き状
ガイドが前記ガイドプレートに対して溝として形成され
る一方、前記スライド部が、前記渦巻き状ガイドを構成
する溝に係合されると共に、弾性体の付勢力によって前
記溝の底部に押圧される球状部材を支持してなる構成と
した。上記構成によると、ガイドプレートの渦巻きガイ
ド溝に対して、スライド部に支持される球状部材が、弾
性体の付勢力によって押し付けられる構成で、例えば前
記球状部材が溝の底部に噛み込んで回転位相変化が妨げ
られるようになると、アクチュエータによってガイドプ
レートを回転位相の進角方向と遅角方向とに交互に駆動
することで、前記噛み込み状態の解除が図られる。
【0020】請求項12記載の発明では、前記可変バル
ブタイミング機構が、前記ガイドプレートを、前記アク
チュエータとしての2つの電磁ブレーキによって前記駆
動回転体に対して減速方向及び増速方向に相対回転させ
る構成であって、前記ガイドプレートが、キャリア部材
を入力要素とし、サンギヤとリングギヤとの一方を出力
要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構を介して回
転伝達され、前記2つの電磁ブレーキの一方が前記出力
要素に制動を与え、他方が前記フリー要素に制動を与え
る構成とした。
【0021】上記構成によると、出力要素に制動を与え
る電磁ブレーキの作動によって出力要素が減速され、フ
リー要素に制動を与える電磁ブレーキの作動によって出
力要素が増速されることで、2つの電磁ブレーキにより
遅角方向・進角方向への制御が行われる構成において、
回転位相の固着状態が検出されたときに、前記2つの電
磁ブレーキを交互に作動させることで、回転位相の進角
方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させる。
【0022】
【発明の効果】請求項1記載の発明によると、回転位相
が固着すると、進角方向と遅角方向とに交互にトルクを
発生させることで回転位相の動き出しを図るので、係合
部分での噛み込みなどが発生しても、回転位相制御状態
への復帰を図ることができるという効果がある。
【0023】請求項2記載の発明によると、回転位相の
応答期間を考慮して、回転位相の固着状態を精度良く検
出す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、アクチュエータの発生トルク,駆動周
期,駆動時間のうちの少なくとも1つを機関運転条件に
応じて変更することで、過剰な強制駆動によって回転位
相が大きくずれることを回避しつつ、回転位相の動き出
しを図ることができるという効果がある。
【0024】請求項4記載の発明によると、電磁ブレー
キの制動力によってカムシャフトの回転位相を変化させ
る可変バルブタイミング機構において、機関回転速度が
高い状態で固着状態が解除されたときに、回転位相が大
きくずれることを回避しつつ、回転位相の動き出しを図
ることができるという効果がある。請求項5記載の発明
によると、コイル温度の変化によって駆動電流(発生ト
ルク)が変化することに対応して、固着状態の解除に必
要なトルクを確実に発生させることができるという効果
がある。
【0025】請求項6記載の発明によると、回転位相が
ストッパで規制される最進角位置や最遅角位置付近で止
まっているときに、アクチュエータの強制駆動による固
着状態の解除に伴って、前記ストッパに対する衝突が発
生することを回避することが可能になるという効果があ
る。請求項7記載の発明によると、強制駆動を間欠的に
行わせることで、回転位相の動き出しを図りつつ、過剰
な強制駆動を回避できるという効果がある。
【0026】請求項8記載の発明によると、強制駆動に
おける発生トルクを段階的に増大させることで、回転位
相の動き出しを図りつつ、過剰な強制駆動を回避できる
という効果がある。請求項9記載の発明によると、強制
駆動の繰り返し回数から、アクチュエータの強制駆動に
よって回転位相を動き出させることができない故障状態
を的確に判断できるという効果がある。
【0027】請求項10記載の発明によると、渦巻き状
ガイドが形成されるガイドプレートをアクチュエータに
よって相対回転させることで、前記渦巻き状ガイドとリ
ンクアームとの係合によって、カムシャフトの回転位相
を変化させる構成において、例えば前記渦巻き状ガイド
とリンクアームとの係合部において噛み込みが発生して
も、回転位相制御状態への復帰を図ることができるとい
う効果がある。
【0028】請求項11記載の発明によると、渦巻き状
ガイドに対してリンクアームに支持される球状部材が押
し付けられる構成において、前記球状部材のガイドプレ
ートに対する噛み込みが発生しても、回転位相制御状態
への復帰を図ることができるという効果がある。請求項
12記載の発明によると、2つの電磁ブレーキによって
ガイドプレートの増速・減速を行わせる機構において、
前記2つの電磁ブレーキを交互に作動させることで、係
合部の噛み込み等による回転位相の固着状態を解除で
き、以って、回転位相制御状態への復帰を図ることがで
きるという効果がある。
【0029】
【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1は、実施形態における車両用内
燃機関の構成図であり、内燃機関101の吸気管102
には、スロットルモータ103aでスロットルバルブ1
03bを開閉駆動する電子制御スロットル104が介装
され、該電子制御スロットル104及び吸気バルブ10
5を介して、燃焼室106内に空気が吸入される。
【0030】燃焼排気は燃焼室106から排気バルブ1
07を介して排出され、フロント触媒108及びリア触
媒109で浄化された後、大気中に放出される。前記吸
気バルブ105及び排気バルブ107は、それぞれ排気
側カムシャフト110,吸気側カムシャフト134に設
けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシ
ャフト134には、クランクシャフト120に対する回
転位相を変化させることで、バルブタイミングを変化さ
せるスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミン
グ機構VTC113が設けられている。
【0031】尚、本実施形態では吸気バルブ側にのみ可
変バルブタイミング機構VTC113を備える構成とし
たが、吸気バルブ側に代えて、又は、吸気バルブ側と共
に、排気バルブ側に可変バルブタイミング機構VTC1
13を備える構成であっても良い。また、各気筒の吸気
バルブ105上流側の吸気ポート130には、電磁式の
燃料噴射弁131が設けられ、該燃料噴射弁131は、
前記ECU114からの噴射パルス信号によって開弁駆
動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ1
05に向けて噴射する。
【0032】マイクロコンピュータを内蔵するエンジン
コントロールユニット(ECU)114には、各種セン
サからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算
処理によって、前記前記電子制御スロットル104,可
変バルブタイミング機構VTC113及び燃料噴射弁1
31などを制御する。前記各種センサとしては、アクセ
ル開度を検出するアクセル開度センサAPS116、機
関101の吸入空気量Qを検出するエアフローメータ1
15、クランクシャフト120から回転信号を取り出す
クランク角センサ117、スロットルバルブ103bの
開度TVOを検出するスロットルセンサ118、機関1
01の冷却水温度を検出する水温センサ119、吸気側
カムシャフト134から回転信号を取り出すカムセンサ
132などが設けられている。
【0033】尚、前記クランク角センサ117から出力
される回転信号に基づいてECU114において機関回
転速度Neが算出される。次に、前記可変バルブタイミ
ング機構VTC113の構成を、図2〜図5に基づいて
説明する。前記可変バルブタイミング機構VTC113
は、カムシャフト134と、駆動プレート2と、組付角
調整機構4と、作動装置15と、VTCカバー6から構
成される。
【0034】前記駆動プレート2は、機関101(クラ
ンクシャフト120)から回転が伝達されて回転する部
材であり、前記組付角調整機構4は、前記カムシャフト
134と駆動プレート2との組付角度を変化させる機構
であって、作動装置15によって作動する。前記VTC
カバー6は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバ
ーの前端に跨って取り付けられて、駆動プレート2と組
付角調整機構4の前面とその周域を覆うカバーである。
【0035】前記カムシャフト134の前端部(図2に
おける左側)には、スペーサ8が嵌合され、更に、この
スペーサ8は、カムシャフト134のフランジ部134
fに貫通されるピン80によって回転規制されている。
また、前記カムシャフト134には、径方向に油供給孔
134rが複数貫通形成されている。
【0036】前記スペーサ8は、図3に示すように、円
盤状の係止フランジ8aと、この係止フランジ8aの前
端面から軸方向に延びる円管部8bと、同じく係止フラ
ンジ8aの前端面であって円管部8bの基端側から外径
方向の3方に延びて軸方向と平行な圧入穴8cが形成さ
れた軸支持部8dとが形成されている。尚、上記軸支持
部8d及び圧入穴8cは、図3に示すように、それぞれ
周方向に120°毎に配置される。
【0037】また、前記スペーサ8には、油を供給する
油供給孔8rが径方向に貫通形成されている。前記駆動
プレート2は、中心に貫通穴2aが形成された円盤状に
形成されており、前記スペーサ8に対して係止フランジ
8aによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転
自在に組み付けられている。
【0038】また、駆動プレート2は、図3に示すよう
に、その後部外周に、クランクシャフト120から図示
省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミング
スプロケット3が形成されている。更に、駆動プレート
2の前端面には、貫通穴2aと外周とを結んで外径方向
に3つのガイド溝2gが形成されており、前記ガイド溝
2gは、前記軸支持部8dと同様に、周方向に120°
毎に配置される。
【0039】また、駆動プレート2の前端面の外周部に
は、円環状のカバー部材2cが溶接或いは圧入により固
定されている。本実施形態において、従動回転体は、カ
ムシャフト134及びスペーサ8によって構成され、駆
動回転体は、タイミングスプロケット3を含む駆動プレ
ート2によって構成される。
【0040】前記組付角調整機構4は、カムシャフト1
34と駆動プレート2との前端部側に配置されて、カム
シャフト134と駆動プレート2との組付相対角度を変
更するものである。この組付角調整機構4は、図3に示
すように、3本のリンクアーム14を有している。
【0041】前記各リンクアーム14は、先端部にスラ
イド部としての円筒部14aが設けられ、また、この円
筒部14aから外径方向に延びるアーム部14bが設け
られている。前記円筒部14aには、収容孔14cが貫
通して形成されている一方、アーム部14bの基端部に
は、回動部としての回動穴14dが貫通して形成されて
いる。
【0042】前記リンクアーム14は、前記スペーサ8
の圧入穴8cにきつく圧入された回動ピン81に対して
回動穴14を装着して、回動ピン81を中心に回動可能
に取り付けられている。一方、リンクアーム14の円筒
部14aは、前記駆動プレート2の径方向ガイドとして
のガイド溝2gに挿入されて、駆動プレート2に対して
径方向に移動可能(スライド可能)に取り付けられてい
る。
【0043】上記構成において、円筒部14aが外力を
受けてガイド溝2gに沿って径方向にスライド変位する
と、リンクアーム14によるリンク作用により回動ピン
81が前記円筒部14aの径方向の変位量に応じた角度
だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン
81の変位によりカムシャフト134が駆動プレート2
に対して相対回転することになる。
【0044】図4及び図5は、前記組付角調整機構4の
作動を示すもので、図4に示すように、円筒部14aが
ガイド溝2gにおいて駆動プレート2の外周側に配置さ
れているときには、基端部の回動ピン81がガイド溝2
gに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最
遅角位置となる。一方、図5に示すように、円筒部14
aがガイド溝2gにおいて駆動プレート2の内周側に配
置されているときには、回動ピン81が周方向に押され
てガイド溝2gから離れるもので、この位置が最進角位
置となる。
【0045】上記組付角調整機構4における前記円筒部
14aの径方向への移動は、前記作動装置15により行
われ、この作動装置15は、作動変換機構40と増減速
機構41とを備えている。前記作動変換機構40は、リ
ンクアーム14の円筒部14aに保持された球22と、
前記駆動プレート2の前面に対向して同軸に設けられた
ガイドプレート24とを備え、このガイドプレート24
の回転を前記リンクアーム14における円筒部14aの
径方向の変位に変換する機構である。
【0046】前記ガイドプレート24は、前記スペーサ
8の円管部8bの外周に金属系のブッシュ23を介して
相対回転可能に支持されている。また、前記ガイドプレ
ート24の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴
って径方向に変位する渦巻きガイドとしての渦巻状ガイ
ド溝28が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の
供給を行う油供給孔24rが前後方向に貫通して形成さ
れている。
【0047】前記渦巻状ガイド溝28には、前記球22
が係合されている。即ち、前記リンクアーム14の円筒
部14aに設けられた収容孔14cには、図2及び図3
に示すように、円盤状の支持パネル22aと、コイルス
プリング22b(弾性体)と、リテーナ22cと、球2
2(球状部材)とが順に挿入されている。
【0048】また、前記リテーナ22cは、前端部に球
22が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部22d
が形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング
22bが着座するフランジ22fが形成されている。そ
して、図2に示す組付状態では、コイルスプリング22
bが圧縮され、支持パネル22aが駆動プレート2の前
面に押し付けられ、かつ、前記球22が渦巻状ガイド溝
28に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻
状ガイド溝28の延在方向には相対移動可能となってい
る。
【0049】また、前記渦巻状ガイド溝28は、図4,
5に示すように、駆動プレート2の回転方向Rに沿って
次第に縮径するように形成されている。従って、前記作
動変換機構40は、前記球22が渦巻状ガイド溝28に
係合した状態で、ガイドプレート24が駆動プレート2
に対して回転方向Rに相対回転すると、球22が渦巻状
ガイド溝28の渦巻き形状に沿って半径方向外側に移動
し、これによりスライド部としての円筒部14aが、図
4に示す外径方向に移動し、リンクアーム14に連結さ
れた回動ピン81がガイド溝2gに近づくように引きつ
けられ、カムシャフト134は遅角方向に移動する。
【0050】逆に、上記状態からガイドプレート24が
駆動プレート2に対して回転方向Rとは逆方向に相対回
転すると、球22は渦巻状ガイド溝28の渦巻き形状に
沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部と
しての円筒部14aが、図5に示す内径方向に移動し、
リンクアーム14に連結された回動ピン81がガイド溝
2gから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト
134は進角方向に移動する。
【0051】次に、増減速機構41について詳細に説明
する。前記増減速機構41は、前記ガイドプレート24
を駆動プレート2に対して増速及び減速、即ち、ガイド
プレート24を駆動プレート2に対して回転方向R側に
移動(増速)させたり、ガイドプレート24を駆動プレ
ート2に対して回転方向Rとは反対側に移動(減速)さ
せたりするものであり、遊星歯車機構25と第1電磁ブ
レーキ26と第2電磁ブレーキ27とを備えている。
【0052】前記遊星歯車機構25は、サンギヤ30
と、リングギヤ31と、両ギヤ30,31に噛み合わさ
れたプラネタリギヤ33とを備えている。図2,図3に
示すように、前記サンギヤ30は、ガイドプレート24
の前面側の内周に一体的に形成されている。前記プラネ
タリギヤ33は、前記スペーサ8の前端部に固定された
キャリアプレート32に回転自在に支持されている。
【0053】また、前記リングギヤ31は、前記キャリ
アプレート32の外側に回転自在に支持された環状の回
転体34の内周に形成されている。尚、前記キャリアプ
レート32は、前記スペーサ8の前端部に嵌合されて、
ワッシャ37を前端部に当接させた状態でボルト9を貫
通させてカムシャフト134に締結させて固定されてい
る。
【0054】また、前記回転体34の前端面には、前方
を向いた制動面35bを有した制動プレート35がねじ
止めされている。また、前記サンギヤ30が一体に形成
されたガイドプレート24の外周にも、前方を向いた制
動面36bを有した制動プレート36が溶接や嵌合など
により固定されている。
【0055】従って、前記遊星歯車機構25は、プラネ
タリギヤ33が自転せずにキャリアプレート32と共に
公転したとすると、第1電磁ブレーキ26ならびに第2
電磁ブレーキ27が非作動状態では、サンギヤ30とリ
ングギヤ31はフリー状態で同速回転する。この状態か
ら第1電磁ブレーキ26のみを制動作動すると、ガイド
プレート24がキャリアプレート32に対して(カムシ
ャフト134に対して)遅れる方向(図4,5のR方向
とは逆方向)に相対回転し、駆動プレート2とカムシャ
フト134とが、図5に示す進角方向に相対変位するこ
とになる。
【0056】一方、第2電磁ブレーキ27のみを制動作
動すると、リングギヤ31のみに制動力が付与され、リ
ングギヤ31がキャリアプレート32に対して遅れ方向
に相対回転することによってプラネタリギヤ33が自転
し、このプラネタリギヤ33の自転がサンギヤ30を増
速させ、ガイドプレート24を駆動プレート2に対して
回転方向R側に相対回転し、駆動プレート2とカムシャ
フト134とが図4に示す遅角方向に相対回転すること
になる。
【0057】尚、本実施形態において、キャリアプレー
ト32が入力要素であり、サンギヤ30が出力要素であ
り、リングギヤ31がフリー要素となる。前記第1電磁
ブレーキ26及び第2電磁ブレーキ27は、それぞれ前
述した制動プレート36,35の制動面36b,35b
に対向するよう内外2重に配置されて、前記VTCカバ
ー6の裏面にピン26p,27pによって回転のみを規
制された浮動状態で支持された円管部材26r,27r
を有している。
【0058】これらの円管部材26r,27rには、コ
イル26c,27cが収容されていると共に、各コイル
26c,27cへの通電時に各制動面35b,36bに
押し付けられる摩擦材26b,27bが装着されてい
る。また、各円管部材26r,27r及び各制動プレー
ト35,36は、コイル26c,27cへの通電時に磁
界を形成するために鉄などの磁性体により形成されてい
る。
【0059】それに対して、前記VTCカバー6は、通
電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材
26b,27bは、永久磁石化して非通電時に制動プレ
ート35,36に貼り付くのを防止するために、アルミ
などの非磁性体により形成されている。前記遊星歯車機
構25の出力要素としてのサンギヤ30が設けられたガ
イドプレート24と駆動プレート2の相対回動は、最遅
角位置および最進角位置において組付角ストッパ60に
より規制されるようになっている。
【0060】更に、前記遊星歯車機構25において、リ
ングギヤ31と一体的に設けられている制動プレート3
5と、キャリアプレート32との間には、遊星歯車スト
ッパ90が設けられている。ところで、上述した前記作
動変換機構40は、リンクアーム14の円筒部14aの
位置を保持して、駆動プレート2とカムシャフト134
との相対組付位置が変動しない構成となっているもの
で、その構成について説明する。
【0061】前記駆動プレート2からカムシャフト13
4には、リンクアーム14およびスペーサ8を介して駆
動トルクが伝達されるが、カムシャフト134からリン
クアーム14には、機関弁(吸気バルブ105)からの
反力によるカムシャフト134の変動トルクが、回動ピ
ン81からリンクアーム14の両端の枢支点を結ぶ方向
の力Fとして入力される。
【0062】前記リンクアーム14の円筒部14aは、
径方向ガイドとしてのガイド溝2gに沿って径方向に案
内されているとともに、円筒部14aから前面に突出し
た球22が、渦巻状ガイド溝28に係合されているた
め、各リンクアーム14を介して入力される力Fは、ガ
イド溝2gの左右の壁とガイドプレート24の渦巻状ガ
イド溝28とによって支持される。
【0063】したがって、リンクアーム14に入力され
た力Fは互いに直交する二つの分力FA,FBに分解さ
れるが、これらの分力FA,FBは、渦巻状ガイド構2
8の外周側の壁と、ガイド溝2gの一方の壁とに略直交
する向きで受け止められ、リンクアーム14の円筒部1
4aがガイド溝2gに沿って移動することが阻止され、
これにより、リンクアーム14が回動することが阻止さ
れる。
【0064】よって、各電磁ブレーキ26,27の制動
力によってガイドプレート24が回動されてリンクアー
ム14が所定の位置に回動操作された後には、基本的に
は制動力を付与し続けなくてもリンクアーム14の位置
を維持、つまり、駆動プレート2とカムシャフト134
の回転位相をそのまま保持することができる。尚、前記
力Fは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの
内径方向に作用することもあるが、このとき分力FA,
FBは渦巻状ガイド溝28の内周側の壁と、ガイド構2
gの他方側とに略直角の向きに受け止められる。
【0065】以下、上記可変バルブタイミング機構VT
C113の作用を説明する。クランクシャフトとカムシ
ャフト134の回転位相を遅角側に制御する場合には、
第2電磁ブレーキ27に通電する。第2電磁ブレーキ2
7に通電すると、第2電磁ブレーキ27の摩擦材27b
が制動プレート35に摩擦接触し、遊星歯車機構25の
リングギヤ31に制動力が作用し、タイミングスプロケ
ット3の回転に伴ってサンギヤ30が増速回転される。
【0066】このサンギヤ30の増速回転によりガイド
プレート24が駆動プレート2に対して回転方向R側に
回転させられ、これに伴ってリンクアーム14に支持さ
れた球22が渦巻状ガイド溝28の外周側に移動する。
この遅角側への移動は、組付角ストッパ60により図4
に示す最遅角位置において規制される。
【0067】更に、上述のように、リングギヤ31の回
転を第2電磁ブレーキ27により制動するにあたり、瞬
時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しなが
ら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星
歯車ストッパ90によりリングギヤ31の回転が規制さ
れるようになっている。一方、カムシャフト134の組
付角度を進角方向に変位させるときには、第1ブレーキ
26に通電する。
【0068】これにより、ガイドプレート24に制動力
が作用してガイドプレート24は駆動プレート2に対し
て回転方向Rとは反対方向に回動し、カムシャフト13
4は進角側に組付角度が変位される。この進角側への移
動は、組付角ストッパ60により図5に示す最進角位置
において規制される更に、ガイドプレート24の回転が
規制されると、プラネタリギヤ33が自転してリングギ
ヤ31が増速回転されるが、この回転量が所定量となる
と遊星歯車ストッパ90により回転が規制される。
【0069】前記ECU114は、クランクシャフト1
20に対するカムシャフト134の目標進角値(目標回
転位相)を機関の運転条件に基づいて設定し、該目標進
角値に基づいて前記第1電磁ブレーキ26及び第2電磁
ブレーキ27への通電をフィードバック制御するように
なっている。具体的には、図6のフローチャートに示す
ようにして前記フィードバック制御が行われる。
【0070】まず、ステップS1では、機関負荷・機関
回転速度などの機関運転条件に基づいて目標進角値(目
標回転位相)を演算する。次のステップS2では、クラ
ンク角センサ117の検出信号とカムセンサ132の検
出信号とに基づいて実際の進角値(実際の回転位相)を
検出する。ステップS3では、目標進角値と実際の進角
値との偏差Δθを演算する。
【0071】ステップS4では、前記偏差Δθに基づく
比例・積分・微分制御によって、電磁ブレーキ26,2
7への通電を高周波でオン・オフ制御して平均印加電圧
を制御するときのデューティ比DUTYを演算する。 DUTY=Kp×Δθ+Ki∫Δθ+Kd(dΔθ/d
t) 尚、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲイン、Kdは微分
ゲインを示す。
【0072】但し、フィードバック制御を、比例・積分
・微分制御に限定するものではなく、例えば、スライデ
ィングモード制御を用いる構成であっても良い。ステッ
プS5では、ステップS4で演算された前記デューティ
比のプラス・マイナスによって進角方向制御信号と遅角
方向制御信号とに振り分ける。ステップS6では、目標
進角値(目標回転位相)が変化した時点から、目標進角
値のステップ変化幅に応じて設定される所定時間が経過
したか否かを判別する。
【0073】前記所定時間は、実際の進角値(回転位
相)が目標の変化に追従して変化するのに要する時間に
基づいて設定され、通常状態であれば、前記所定時間内
で目標に到達するものとする。ステップS6で、目標の
変化から所定時間が経過していると判別されると、ステ
ップS7へ進み、その時点での目標進角値と実際の進角
値との偏差Δθの絶対値が所定値以上であるか否かを判
別する。
【0074】前記所定値は、実際の進角値の検出精度や
定常偏差を考慮して設定される。前記ステップS7で偏
差Δθの絶対値が所定値以上であると判別されたときに
は、進角値(回転位相)の固着状態を判定して、ステッ
プS8へ進む。ステップS6で、所定時間内であると判
別されたとき、及び、ステップS7で目標の変化から所
定時間が経過した時点での偏差Δθの絶対値が所定値よ
りも小さいと判別されたときには、ステップS14へ進
んで、前記ステップS5での振り分けに応じて電磁ブレ
ーキ26,27のいずれか一方を前記デューティ比DU
TYに基づいて通電させ、通常のフィードバック制御状
態とする。
【0075】一方、ステップS7で進角値(回転位相)
の固着状態が判定されてステップS8へ進むと、前記固
着状態を解除すべく電磁ブレーキ26,27を強制的に
交互に通電する処理における制御デューティ(発生トル
ク),駆動周期,駆動時間の設定を行う(図7参照)。
具体的には、例えば、進角・遅角方向における制御デュ
ーティをそれぞれ100%(直結状態)に近い所定のO
Nデューティとし、機関回転速度が高いときほど制御周
期を短くし(制御周波数を高くし)、駆動時間を機関回
転速度が高いときほど短くする。
【0076】機関回転速度が高いときには、ブレーキの
直結状態での単位時間当たりの進角値変化量が大きくな
るので、低回転時に比べて固着状態が解除されたときに
大きく進角値(回転位相)が変化することになるので、
機関回転速度が高いときほど1回当たりの通電時間を短
くする。また、機関回転速度が高いときほど、短い周期
で交互通電を行わせるので、通電回数を略揃えるため
に、機関回転速度が高いときほど交互通電を継続させる
時間である駆動時間を短くする。
【0077】尚、制御デューティ(駆動電流)を抑制す
ることで、回転位相の固着状態が解除されたときの回転
位相変化を抑制する構成とすることができ、係る構成と
する場合には、機関回転速度が高いときほど交互通電で
の制御デューティを小さく設定する。ここで、制御デュ
ーティが同じであっても、コイル温度(コイルの抵抗
値)によって実際にコイルに流れる駆動電流が異なり、
以って、発生トルクが変化することになるので、機関の
冷却水温度や潤滑油温度などから推定されるコイル温度
に応じて制御デューティを補正すると良い。
【0078】また、回転位相の最進角側と最遅角側とは
それぞれストッパで動きが規制されるようになってお
り、進角・遅角方向における制御デューティをそれぞれ
100%に近い所定のONデューティとした場合、最進
角又は最遅角に近い位置で固着状態が解除されると、ス
トッパに勢い良く衝突してしまう可能性がある。そこ
で、固着状態での回転位相が最進角又は最遅角に近く、
固着していない場合に、ストッパ位置を越える回転位相
の変化が発生すると予測されるときには、ストッパ位置
を越える回転位相の変化が発生しないように、前記制御
デューティに制限を加えるようにする。
【0079】例えば、最進角位置に近い位置で固着して
いる場合には、回転位相の遅角側にガイドプレート24
を相対回転させる第2電磁ブレーキ27の制御デューテ
ィは、例えば100%に近い所定のONデューティとす
るが、回転位相の進角側にガイドプレート24を相対回
転させる第1電磁ブレーキ26の制御デューティは、回
転位相の固着がない場合であっても、最進角側のストッ
パ位置を越える回転位相の変化が発生しない範囲内の制
御デューティに制限する。
【0080】ステップS9では、ステップS8で設定し
た制御デューティ,駆動周期,駆動時間に基づいて、電
磁ブレーキ26,27に交互に通電する。上記交互通電
により、回転位相を進角側に変位させる方向に作用する
トルクと、回転位相を遅角側に変位させる方向に作用す
るトルクとが交互に発生し、例えば前記球22が渦巻状
ガイド溝28の底部に噛み込んで固着した場合には、球
22を渦巻状ガイド溝28に沿って前後に揺することに
なり、係る揺動によって前記噛み込み部分を乗り越えて
固着状態が解除されるようにする。
【0081】前記駆動時間だけ交互通電を実行すると、
ステップS10では、進角値が所定以上変化したか否か
を判別し、所定以上に進角値が変化した場合には、固着
状態が解除されたものと判断して、本ルーチンを終了さ
せ、次回から通常のフィードバック制御に復帰させるよ
うにする。一方、ステップS10で固着状態の解除が判
断されなかった場合には、ステップS11へ進み、前記
駆動時間に基づいた交互通電を所定回数以上行ったか否
かを判別する。
【0082】そして、交互通電の実行回数が所定回数未
満である場合には、ステップS12で所定の停止時間だ
け待機させた後、ステップS8に戻ることで、前記強制
駆動を間欠的に繰り返し行わせるようにする。尚、交互
通電を繰り返し行わせるときに、繰り返し毎に段階的に
電磁ブレーキ26,27の制御デューティを増大させ、
最初は比較的小さい発生トルクで固着状態の解除を図
り、固着状態を解除できなかったときには、より大きな
トルクが必要であると判断して、発生トルクをより大き
くすることができる。
【0083】前記ステップS11で、前記駆動時間に基
づいた交互通電を所定回数以上行ったと判別されたとき
には、前記所定回数だけ交互通電を行っても固着状態を
解除できなかったことになるので、その場合には、固着
状態の解除はできない故障状態であると判断してステッ
プS13へ進み、故障判定を行う。故障判定時には、故
障判定がなされたことを運転者にランプ等で警告する一
方、通常のフィードバック制御を禁止すると共に、例え
ば回転位相の遅角側にガイドプレート24を相対回転さ
せる第2電磁ブレーキ27を常時通電状態とするなどの
フェイルセーフ処理に移行させる。
【0084】尚、上記実施形態では、2つの電磁ブレー
キの制動力によってガイドプレート24を進角方向と遅
角方向とに相対回転させる構成としたが、ガイドプレー
ト24を弾性体によって回転位相の遅角方向に付勢し、
電磁ブレーキの制動力が前記付勢力に対抗してガイドプ
レート24を回転位相の進角方向に相対回転させる構成
とした、電磁ブレーキを1つだけ備えるスパイラルラジ
アルリンク式可変バルブタイミング機構においても、固
着発生時に、電磁ブレーキの作動状態と電磁ブレーキの
作動停止状態とを周期的に行わせれば、回転位相の進角
方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させることにな
り、以って、噛み込みによる固着の解除を図ることが可
能である。
【0085】更に、前記ガイドプレート24を相対回転
させるアクチュエータとしてステップモータを用いる構
成においても、進角方向のステップ変化量と遅角方向の
ステップ変化量とを交互に設定することで、回転位相の
進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させること
になり、以って、噛み込みによる固着の解除を図ること
が可能である。
【0086】また、可変バルブタイミング機構を、渦巻
状ガイド溝28とリンクアーム14との係合によって組
付角度を変化させる構成に限定されるものではなく、他
の機構によって組付角度を変化させる構成の可変バルブ
タイミング機構であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。
【図2】実施の形態における可変バルブタイミング機構
を示す断面図。
【図3】上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図。
【図4】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を
示す図2のA−A断面図。
【図5】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を
示す図2のA−A断面図。
【図6】可変バルブタイミング機構のフィードバック制
御及び固着解除制御を示すフローチャート。
【図7】前記固着解除制御時における電磁ブレーキの制
御特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
2…駆動プレート 2g…ガイド溝 3…タイミングスプロケット 4…組付角調整機構 6…VTCカバー 8…スペーサ 14…リンクアーム 15…作動装置 24…ガイドプレート 25…遊星歯車機構 26…第1電磁ブレーキ 27…第2電磁ブレーキ 28…渦巻状ガイド溝 30…サンギヤ 31…リングギヤ 32…キャリアプレート 33…プラネタリギヤ 35…制動プレート 36…制動プレート 40…作動変換機構 41…増減速機構 101…内燃機関 105…吸気バルブ 113…可変バルブタイミング機構VTC 114…エンジンコントロールユニット 117…クランク角センサ 119…水温センサ 120…クランクシャフト 132…カムセンサ 134…カムシャフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G018 AB07 AB17 BA32 CA04 CA12 DA37 DA45 EA23 FA07 GA39 GA40 3G084 BA23 DA33 EB11 FA18 FA20 FA33 FA38 3G092 AA11 DA01 DA02 DA09 DG08 EA01 EA03 EA04 EA09 EA12 EA14 EA17 EA22 EA25 EB03 EB04 EC04 FB03 FB06 HA11Z HA13X HA13Y HA13Z HE01Z HE03Z HE06Z HE08Z 3G301 HA19 JB02 JB09 LA07 LC04 NA04 NA05 NA08 NC02 ND01 ND41 NE01 NE11 NE12 NE18 NE23 PA17Z PE01Z PE03Z PE08Z PE10A PE10B PE10Z PG02Z

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関のクランクシャフトに対するカム
    シャフトの回転位相をアクチュエータによって変化させ
    ることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる可変
    バルブタイミング機構において、 前記回転位相の固着状態が検出されたときに、前記回転
    位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させ
    るべく前記アクチュエータを強制駆動することを特徴と
    する可変バルブタイミング機構の制御装置。
  2. 【請求項2】目標回転位相の変化から所定時間が経過し
    た時点における目標回転位相と実際の回転位相との偏差
    が所定値以上であるときに、回転位相の固着状態を判定
    することを特徴とする請求項1記載の可変バルブタイミ
    ング機構の制御装置。
  3. 【請求項3】前記アクチュエータを強制駆動するときの
    発生トルク,駆動周期,駆動時間のうちの少なくとも1
    つを機関運転条件に応じて変更することを特徴とする請
    求項1又は2記載の可変バルブタイミング機構の制御装
    置。
  4. 【請求項4】前記アクチュエータが電磁ブレーキであ
    り、機関回転速度に応じて前記アクチュエータの発生ト
    ルク,駆動周期,駆動時間のうちの少なくとも1つを変
    更することを特徴とする請求項3記載の可変バルブタイ
    ミング機構の制御装置。
  5. 【請求項5】前記アクチュエータが電磁ブレーキであ
    り、該電磁ブレーキのコイル温度特性に応じて強制駆動
    における駆動電流制御信号を補正することを特徴とする
    請求項1〜4のいずれか1つに記載の可変バルブタイミ
    ング機構の制御装置。
  6. 【請求項6】前記強制駆動を行うときの回転位相に応じ
    て前記アクチュエータの強制駆動における制御信号を制
    限することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに
    記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
  7. 【請求項7】前記アクチュエータの強制駆動を所定の実
    行時間だけ行わせた後、所定の停止時間だけ強制駆動を
    停止し、該停止時間が経過した後再度強制駆動を行わせ
    ることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載
    の可変バルブタイミング機構の制御装置。
  8. 【請求項8】前記強制駆動を繰り返す毎に、前記アクチ
    ュエータの発生トルクを増大させることを特徴とする請
    求項7記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
  9. 【請求項9】前記強制駆動を所定回数以上繰り返しても
    回転位相が変化しないときに、前記可変バルブタイミン
    グ機構の故障判定を行うことを特徴とする請求項7又は
    8記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
  10. 【請求項10】前記可変バルブタイミング機構が、 内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動
    回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整
    機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によ
    って前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化さ
    せることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構
    成であって、 前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体
    と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、
    他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他
    方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可
    能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を
    径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイド
    プレートを、前記アクチュエータによって前記駆動回転
    体に対して相対回転させることによって、前記回転部の
    位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回
    転体との組付角度を変化させる構成であることを特徴と
    する請求項1〜9のいずれか1つに記載の可変バルブタ
    イミング機構の制御装置。
  11. 【請求項11】前記渦巻き状ガイドが前記ガイドプレー
    トに対して溝として形成される一方、前記スライド部
    が、前記渦巻き状ガイドを構成する溝に係合されると共
    に、弾性体の付勢力によって前記溝の底部に押圧される
    球状部材を支持してなることを特徴とする請求項10記
    載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
  12. 【請求項12】前記可変バルブタイミング機構が、前記
    ガイドプレートを、前記アクチュエータとしての2つの
    電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して減速方向
    及び増速方向に相対回転させる構成であって、 前記ガイドプレートが、キャリア部材を入力要素とし、
    サンギヤとリングギヤとの一方を出力要素、他方をフリ
    ー要素とする遊星歯車機構を介して回転伝達され、 前記2つの電磁ブレーキの一方が前記出力要素に制動を
    与え、他方が前記フリー要素に制動を与える構成である
    ことを特徴とする請求項10又は11に記載の可変バル
    ブタイミング機構の制御装置。
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