JP2009013975A - バルブタイミング調整装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ軸を有し、磁気保持トルク及び通電によるモータトルクをモータ軸に発生する電動モータと、電動モータへの通電を制御することによりモータトルクを調整する制御部としての通電制御系と、カム軸の回転に応じて正負に交番するカムトルクをモータ軸へ伝達しつつ、モータ軸におけるトルクバランスに応じてクランク軸及びカム軸間の相対位相を調整する位相調整機構とを備えたバルブタイミング調整装置の前記通電制御系は、内燃機関の停止後において磁気保持トルク及びカムトルクとバランスさせたモータトルクを消失させる(S105)。
【選択図】図1
Description
図2は、本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置1を示している。バルブタイミング調整装置1は、車両に搭載される内燃機関のクランク軸(図示しない)からカム軸2へ機関トルクを伝達する伝達系に設けられている。
以下、バルブタイミング調整装置1の基本構成について説明する。バルブタイミング調整装置1は、電動モータ4、通電制御系6及び位相調整機構8を組み合わせてなり、バルブタイミングを決めるクランク軸及びカム軸2間の機関位相を調整する。尚、本実施形態においてカム軸2は内燃機関の吸気弁(図示しない)を開閉するものであり、バルブタイミング調整装置1は当該吸気弁のバルブタイミングを調整する。
以下、電動モータ4の特徴的構成を説明する。図2,3に示すように電動モータ4の各永久磁石106は、モータステータ103の内周側に配置されたロータ部105の外周壁110に装着されている。これにより各永久磁石106とモータステータ103とは、モータ軸102の径方向において磁気ギャップ112を挟んで向き合っている。したがって、モータトルクTmが発生しない電動モータ4への通電停止状態においては、各永久磁石106の形成磁界が磁気ギャップ112を通じて直接的に各コア108へ作用することで、それらコア108が磁化される。これにより、図6に示すようにモータ軸102には、その回転に応じて正及び負方向に交番する磁気保持トルクThを効率的に発生させることができるのである。
Thpk>Tcamax ・・・(1)
以下、通電制御系6の特徴的構成を説明する。図2に示すように通電制御系6は、制御回路120及び駆動回路130を備えている。本実施形態において制御回路120は電動モータ4の外部に、また駆動回路130は電動モータ4の内部に配置されているが、それら回路120,130の双方を電動モータ4の外部及び内部の一方に配置するようにしてもよい。
以下、通電制御系6の特徴的作動として、内燃機関の停止に伴って実施される停止時制御のフローを、図1に基づき説明する。
以下、停止時制御のS104により実行される方向判別処理について、図8に基づき詳細を説明する。尚、図8は、カムトルク方向Dcaが負方向の場合の例を示している。また、図8(c)では、通常駆動において「正方向」のモータトルクTmを発生させる図10の順方向の通電パターン切換形態を「+」、「負方向」のモータトルクTmを発生させる図11の順方向の通電パターン切換形態を「−」として表している。
以下、停止時制御のS105により実行される正誤判定付トルク消失処理について、図12〜14に基づき詳細を説明する。尚、図12は、カムトルク方向Dcaが負方向の場合に、モータ軸102に作用するトルクTm,Tca,Thの合成トルクTaを駆動デューティ比Rdの増減により変化させた結果Ta1,Ta2,Ta3を示している。また、図12においてWsは、合成トルクTaの作用と共に、位相調整機構8及び電動モータ4に発生する摩擦力の影響を受けることによって、モータ軸102がバランスするトルク領域を表している。
図15に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態のS105による正誤判定付トルク消失処理では、第一実施形態に準じて判別方向Dca0の正誤を判定した後、モータ軸102にブレーキをかけることによりモータトルクTmを漸次減少させて消失させる。
図16に示すように、本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例である。第三実施形態の停止時制御では、S101〜S103の実行後、S104を実行しないと共に、第一実施形態のS105とは異なるS204として方向判別付きトルク消失処理を実行する。
図17に示すように、本発明の第四実施形態は第一実施形態の変形例である。第四実施形態のS105による正誤判定付トルク消失処理では、第一実施形態に準じて判別方向Dca0の正誤を判定した後、モータトルクTmを漸次減少させるに先立って、モータトルクTmの加減を行う。
図18に示すように、本発明の第五実施形態は第四実施形態の変形例である。第五実施形態の停止時制御では、S101〜S103の実行後、S104を実行しないと共に、第四実施形態のS105と異なるS304として方向判別付きトルク消失処理を実行する。尚、本実施形態の方向判別付きトルク消失処理の実行開始時には、S103の実行終了直後であることにより、図19(b),(c)の如く機関位相を始動位相の範囲内とするモータトルクTmの発生状態となっている。
以上説明した第一〜第五実施形態に特有の変形形態について、以下に説明する。
図20に示すように、本発明の第六実施形態は第一実施形態の変形例である。第六実施形態の遊星キャリア640では、弾性部材48を収容する凹部646が、偏心部44の内歯車部14,22に対する偏心側に偏って一対設けられている。これにより遊星キャリア640は、駆動側回転体10に対してモータ軸102と共に相対回転することで、各弾性部材48に弾性歪みを生じさせ、それら部材48の復原力によって遊星歯車50の外歯車部52,54をそれぞれ内歯車部14,22に押し付けるようになっている。
図24に示すように、本発明の第七実施形態は第六実施形態の変形例である。第七実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS602,S603,S605〜S606,S607〜S609,S610の代わりに、S702,S703,S705,S707,S710をそれぞれ実行する。
図26に示すように、本発明の第八実施形態は第六実施形態の変形例である。第八実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS605,S606,S608,S610,S612の代わりに、S805,S806,S808,S810,S812をそれぞれ実行する。
図28に示すように、本発明の第九実施形態は第六実施形態の変形例である。第九実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS602,S604の代わりに、S902,S904をそれぞれ実行する。
図30に示すように、本発明の第十実施形態は第九実施形態の変形例である。第十実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS904,S611の代わりに、S1004,S1011をそれぞれ実行する。
図32に示すように、本発明の第十一実施形態は第十実施形態の変形例である。第十一実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS605の代わりにS1105を実行する。
図34に示すように、本発明の第十二実施形態は第七実施形態の変形例である。第十二実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS604,S611の代わりに、S1204,S1211をそれぞれ実行する。
図36に示すように、本発明の第十三実施形態は第六実施形態の変形例である。第十三実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS607の代わりにS1307を実行する。
図38に示すように、本発明の第十四実施形態は第六実施形態の変形例である。第十四実施形態の停止時制御では、通電制御処理においてS610の実行に先立って、S1410a,S1410bを実行する。
図40に示すように、本発明の第十五実施形態は第十四実施形態の変形例である。第十五実施形態の停止時制御では、通電制御処理のS1410bの代わりにS1510bを実行する。
以上説明した第六〜第十五実施形態に特有の変形形態について、以下に説明する。
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
Claims (54)
- クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置であって、
モータ軸を有し、磁気保持トルク及び通電によるモータトルクを前記モータ軸に発生する電動モータと、
前記電動モータへの通電を制御することにより前記モータトルクを調整する制御部と、
前記カム軸の回転に応じて正負に交番するカムトルクを前記モータ軸へ伝達しつつ、前記モータ軸におけるトルクバランスに応じて前記クランク軸及び前記カム軸間の相対位相を調整する位相調整機構と、を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の停止後において前記モータトルクを前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせるバランス手段と、
前記バランス手段が前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを消失させる消失手段と、を有することを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 前記消失手段は、前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスするように前記バランス手段が前記カムトルクと対抗させた前記モータトルクを漸次減少させることを特徴とする請求項1に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記消失手段は、前記電動モータへの通電量を漸次減少させることを特徴とする請求項2に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記消失手段は、前記電動モータへの通電制御により前記モータ軸にブレーキをかけることを特徴とする請求項2に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記消失手段は、前記モータトルクを一旦零値にまで減少させた後、前記バランス手段が前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを漸次減少させることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記モータ軸へ作用する前記カムトルクの正負であるカムトルク方向を判別するトルク方向判別手段を有し、
前記消失手段は、前記トルク方向判別手段による前記カムトルク方向の判別方向と逆方向に前記バランス手段が発生させた前記モータトルクを漸次減少させることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記バランス手段は、前記相対位相の実位相及び目標位相間の位相差に基づいて前記電動モータへの通電をフィードバック制御することにより前記モータトルクを前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせ、
前記トルク方向判別手段は、前記実位相及び前記実位相に相関する物理量のうち少なくとも一つの物理量に前記バランス手段の前記フィードバック制御により現出する偏りに基づいて前記カムトルク方向を判別することを特徴とする請求項6に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記制御部は、前記判別方向と逆方向の前記モータトルクを発生させることにより現出する前記相対位相の実位相の変化態様と、前記モータトルクの方向との相関に基づいて前記判別方向の正誤を判定する正誤判定手段を有することを特徴とする請求項7に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記消失手段は、前記正誤判定手段が前記判別方向を誤りとする判定を下した場合に前記バランス手段が方向反転させることにより前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを、漸次減少させることを特徴とする請求項8に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記トルク方向判別手段は、予め決められた設定方向の前記モータトルクを発生させることにより現出する前記相対位相の実位相の変化態様と、前記設定方向との相関に基づいて前記カムトルク方向を判別することを特徴とする請求項6に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記トルク方向判別手段は、前記モータトルクを零値にまで減少させることにより現出する前記相対位相の実位相の変化態様に基づいて前記カムトルク方向を判別することを特徴とする請求項6に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記磁気保持トルクのピーク値は、前記内燃機関の停止状態において前記モータ軸へ作用する前記カムトルクの絶対値よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記電動モータは、
通電により磁界を形成するモータステータと、
前記モータステータの内周側に配置された前記モータ軸の外周壁に設けられ、前記モータステータの形成磁界が作用することにより前記モータ軸と共に回転する永久磁石と、を有することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記消失手段は、前記モータトルクを一旦減少させた後、前記バランス手段が前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを消失させることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記消失手段は、前記モータトルクを零値にまで一旦減少させた後、前記バランス手段が前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを消失させることを特徴とする請求項14に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記消失手段は、前記モータトルクを零値よりも大きな所定値にまで一旦減少させた後、前記バランス手段が前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを消失させることを特徴とする請求項14に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記消失手段は、前記モータトルクを一旦漸次減少させた後、前記バランス手段が前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを消失させることを特徴とする請求項14〜16のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記内燃機関の運転状態を判定する機関判定手段を有し、
前記消失手段は、前記内燃機関が停止したとする機関停止判定を前記機関判定手段が下した場合に、前記モータトルクを一旦減少させた後、前記バランス手段が前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせた前記モータトルクを消失させることを特徴とする請求項14〜17のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記機関判定手段は、前記クランク軸及び前記カム軸のうち少なくとも一方の停止を検出することにより、前記機関停止判定を下すことを特徴とする請求項18に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記機関判定手段は、前記内燃機関の停止に必須の条件を検出することにより、前記内燃機関の停止時を推定して前記機関停止判定を下すことを特徴とする請求項18に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記モータ軸へ作用する前記カムトルクの正負であるカムトルク方向を判別するトルク方向判別手段を有し、
前記消失手段は、前記トルク方向判別手段による前記カムトルク方向の判別方向と逆方向に前記バランス手段が発生させた前記モータトルクを消失させることを特徴とする請求項14〜20のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記バランス手段は、前記相対位相の実位相及び目標位相間の位相差に基づいて前記電動モータへの通電をフィードバック制御することにより前記モータトルクを前記磁気保持トルク及び前記カムトルクとバランスさせ、
前記トルク方向判別手段は、前記実位相及び前記実位相に相関する物理量のうち少なくとも一つの物理量に前記バランス手段の前記フィードバック制御により現出する偏りに基づいて前記カムトルク方向を判別することを特徴とする請求項21に記載のバルブタイミング調整装置。 - クランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方のバルブタイミングを調整する内燃機関のバルブタイミング調整装置であって、
モータ軸を有し、磁気保持トルク及び通電によるモータトルクを前記モータ軸に発生する電動モータと、
前記電動モータへの通電を制御することにより前記モータトルクを調整する制御部と、
前記カム軸の回転に応じて正負に交番するカムトルクを前記モータ軸へ伝達しつつ、前記モータ軸におけるトルクバランスに応じて前記クランク軸及び前記カム軸間の相対位相を調整する位相調整機構と、を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の運転状態を判定する機関判定手段と、
前記内燃機関が停止したとする機関停止判定を前記機関判定手段が下した場合に、前記電動モータへの通電量を一旦減少させてから増大させた後に前記電動モータへの通電を停止する通電制御を行う通電制御手段と、を有することを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 前記位相調整機構は、前記モータ軸の回転により弾性歪みが生じる弾性部材を有することを特徴とする請求項23に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記機関判定手段は、前記クランク軸及び前記カム軸のうち少なくとも一方の停止を検出することにより、前記機関停止判定を下すことを特徴とする請求項23又は24に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記機関判定手段は、前記内燃機関の停止に必須の条件を検出することにより、前記内燃機関の停止時を推定して前記機関停止判定を下すことを特徴とする請求項23又は24に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量を零値にまで一旦減少させてから増大させることを特徴とする請求項23〜26のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量を零値よりも大きな所定値にまで一旦減少させてから増大させることを特徴とする請求項23〜26のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量を一旦漸次減少させてから増大させることを特徴とする請求項23〜28のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量を一旦減少させてから漸次増大させることを特徴とする請求項23〜29のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、増大させた通電量を零値にまで漸次減少させることにより、前記電動モータへの通電を停止することを特徴とする請求項23〜30のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記モータ軸の動作態様を判定するモータ判定手段を有し、
前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量の一旦減少を開始してから前記モータ軸の回転角度が変化したとする角度変化判定を前記モータ判定手段が下した場合に、当該通電量を増大させることを特徴とする請求項23〜31のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記モータ判定手段は、前記モータ軸の動きを検出することにより、前記角度変化判定を下すことを特徴とする請求項32に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記モータ判定手段は、前記クランク軸及び前記カム軸のうち少なくとも一方の動きを検出することにより、前記モータ軸の動きを推定して前記角度変化判定を下すことを特徴とする請求項32に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記モータ判定手段が前記角度変化判定を下した場合に、前記モータ軸にブレーキをかける通電方向に前記電動モータへの通電量を増大させることを特徴とする請求項32〜34のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記電動モータへの通電量を一旦減少させることにより現出する前記モータ軸の動作態様に基づいて、前記モータ軸の回転角度の変化方向を判別する変化方向判別手段を有し、
前記通電方向は、前記変化方向判別手段による判別方向とは反対にブレーキをかける方向であることを特徴とする請求項35に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記変化方向判別手段は、前記モータ軸の動きを検出することにより、前記変化方向を判別することを特徴とする請求項36に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記変化方向判別手段は、前記クランク軸及び前記カム軸のうち少なくとも一方の動きを検出することにより、前記モータ軸の動きを推定して前記変化方向を判別することを特徴とする請求項36に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記電動モータへの通電量を増大させることにより現出する前記モータ軸の動作態様に基づいて、前記判別方向の正誤を判定する正誤判定手段を有することを特徴とする請求項36〜38のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記正誤判定手段は、前記モータ軸の動きを検出することにより、前記判別方向の正誤を判定することを特徴とする請求項39に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記正誤判定手段は、前記クランク軸及び前記カム軸のうち少なくとも一方の動きを検出することにより、前記モータ軸の動きを推定して前記判別方向の正誤を判定することを特徴とする請求項39に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記正誤判定手段が前記判別方向を誤りとする判定を下した場合に、前記通電方向を反転させることを特徴とする請求項39〜41のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量の増大を開始してから前記モータ判定手段が前記角度変化判定を再度下した場合に、当該通電量をさらに増大させることを特徴とする請求項32〜42のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量の一旦減少を開始してから設定時間が経過した場合に、当該通電量を増大させることを特徴とする請求項23〜31のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記設定時間が経過した場合に、前記カムトルクと対抗する前記モータトルクを発生させる通電方向に前記モータ軸への通電量を増大させることを特徴とする請求項44に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記モータ軸へ作用する前記カムトルクの正負であるカムトルク方向を判別するトルク方向判別手段を有し、
前記通電方向は、前記トルク方向判別手段による判別方向とは反対に前記モータトルクを発生させる方向であることを特徴とする請求項45に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記通電制御手段は、前記通電制御において前記電動モータへの通電量を一旦減少させるのに先立ち、前記相対位相の実位相及び目標位相間の位相差に基づいて前記電動モータへの通電をフィードバック制御し、
前記トルク方向判別手段は、前記実位相及び前記実位相に相関する物理量のうち少なくとも一つの物理量に前記通電制御手段の前記フィードバック制御により現出する偏りに基づいて、前記カムトルク方向を判別することを特徴とする請求項46に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記制御部は、前記モータ軸の動作態様を判定するモータ判定手段を有し、
前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量の増大を開始してから前記モータ軸が停止したとするモータ停止判定を前記モータ判定手段が下した場合に、前記電動モータへの通電を停止することを特徴とする請求項23〜47のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記モータ判定手段は、前記モータ軸の停止を検出することにより、前記モータ停止判定を下すことを特徴とする請求項48に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記モータ判定手段は、前記クランク軸及び前記カム軸のうち少なくとも一方の停止を検出することにより、前記モータ軸の停止を推定して前記停止判定を下すことを特徴とする請求項48に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電量の増大を開始してから設定時間が経過した場合に、前記電動モータへの通電を停止することを特徴とする請求項23〜47のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記制御部は、前記モータ軸の動作態様を判定するモータ判定手段を有し、
前記通電制御手段は、前記電動モータへの通電を停止してから前記モータ軸の回転角度が変化したとする角度変化判定を前記モータ判定手段が下した場合に、当該通電の停止を前記電動モータへの通電量の一旦減少に代替させた前記通電制御を繰り返すことを特徴とする請求項23〜51のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。 - 前記磁気保持トルクのピーク値は、前記内燃機関の停止状態において前記モータ軸へ作用する前記カムトルクの絶対値よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項23〜52のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
- 前記電動モータは、
通電により磁界を形成するモータステータと、
前記モータステータの内周側に配置された前記モータ軸の外周壁に設けられ、前記モータステータの形成磁界が作用することにより前記モータ軸と共に回転する永久磁石と、を有することを特徴とする請求項23〜53のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
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