JP3666483B2 - Valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関における弁動作タイミング制御装置に関し、特に吸気弁および排気弁の開時期および閉時期の内、少なくとも一方のタイミングを制御する弁動作タイミング制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
弁動作タイミング制御装置(以下単に「弁制御装置」という)は、例えばエンジンの運転状態に応じて吸気あるいは排気の開始時期あるいは終了時期を変えて、シリンダ内における吸入効率および排気効率を向上させるためのものである。そのために弁制御装置は、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変えるように制御を行い、カム軸上のカムロータにより駆動される吸気弁および排気弁の内少なくとも一方の動作タイミングを早めたり(進角制御)遅くしたり(遅角制御)する。従来の弁制御装置は、例えば特開昭61−268810号に示されている。
【0003】
この装置には、クランク軸と同期回転するカムプーリとそのカム軸との間に、両者とヘリカルスプライン噛合する中間ギアが設けられている。この中間ギアは油圧及びバネ圧によりカム軸方向に摺動可能に構成されており、その噛合部でカム軸に作動トルクを与えている。これによりカム軸がその回転方向に回動され、カムプーリとカム軸との間の相対位置が変わるようにしている。
【0004】
また、弁動作のタイミングの実進角量の算出方法に関しては、図2に示す様に、クランク角度信号と、一般的にそれと同数のパルス数を備えるカム角度信号を、弁動作タイミング制御装置の非動作時(例えば最遅角)に、位相が合致する様に(位相差=0)、装置の組付け時にタイミングロータ、及び角度センサの位置を初期設定し、弁動作タイミング制御装置の作動時(例えば、進角制御時)のクランク角度信号と、カム角度信号の位相差を、そのまま、実進角量としている。
【0005】
【特許文献1】
特開昭61−268810号公報(第1頁、第1図等)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、係る弁制御装置において、クランク角度信号と、カム角度信号の位相を、弁動作タイミング制御装置の非作動時に合致させるべく、装置の組付け時にタイミングロータ、及び角度センサの位置を初期設定するための特別の調整機構が必要である。
【0007】
また、調整の結果、位相差が存在した場合、弁動作タイミング制御装置の作動時の(例えば、進角制御時)のクランク角度信号の位相差に誤差を生ずることになり、すなわち、実進角量の算出に誤差を生じ、制御性が悪化するという問題がある。
【0008】
本発明は、係る制御性の向上を目的とするものであり、実進角量の算出に誤差を生じさせない装置を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項1においては、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させて、カム軸の回転で駆動される弁の開時期および閉時期の内、少なくともいずれか一方のタイミングを変える弁動作タイミング制御装置と、内燃機関の運転状態を検出する手段と、運転状態を基に前記弁の適性タイミングを決定する手段と、クランク軸角度位置(以下、「クランク位置」という)を検出するクランク位置センサと、カム軸角度位置(以下、「カム位置」という)を検出するカム位置センサと、クランク角位置センサにより検出されたクランク位置とカム位置センサにより検出されたカム位置とにより、クランク軸に対するカム軸の回転位相差を検出し、前記弁の現在のタイミングを把握する手段と、現在のタイミングを適性タイミングにするための制御手段と、弁動作タイミング制御装置の非作動時に、クランク角位置センサにより検出されたクランク位置とカム位置センサにより検出されたカム位置とに基づいて、弁動作タイミングをクランク軸に対するカム軸の回転位相差として学習する学習手段とを備え、
クランク位置センサは、1行程に複数の、学習に用いられるパルスを出力し、カム位置センサは、クランク位置センサから出力される学習に用いられるパルスに対応したパルスを出力するものであり、弁動作タイミングが最遅角位置から最進角位置に移動した時に、カム位置センサから出力されたパルスが、クランク位置センサから出力された、学習に用いられるパルスを飛び越えないように設定されていることを特徴とする弁動作タイミング制御装置、という技術的手段を採用する。
【0010】
このとき、請求項2のように、弁動作タイミング制御装置の弁作動時の実進角量を、クランク角位置センサにより検出されたクランク位置とカム位置センサにより検出されたカム位置とに基づいて算出されたクランク軸に対するカム軸の回転位相差と、弁動作タイミング制御装置の非作動時の学習値との角度差分として算出するようにしても良い。
【0011】
【作用】
上記形態によれば、弁動作タイミング制御装置の非作動時の、弁動作タイミング(例えば機械的に決定される最遅角)を、クランク軸とカム軸の相対位相角として学習し、弁動作タイミング制御装置の作動時(例えば進角制御時)は、その学習値を基にして、実進角量を算出する。また、カム位置センサは、クランク位置センサから出力される学習に用いられるパルスに対応したパルスを出力するものであり、弁動作タイミングが最遅角位置から最進角位置に移動した時に、カム位置センサから出力されたパルスが、クランク位置センサから出力された、学習に用いられるパルスを飛び越えないように設定されている。
【0012】
これにより、装置組付け時に、クランク角度信号とカム角度信号の相対位相差をゼロとするための特別な調整機構を必要とせず、また、正確な弁動作タイミング(実進角量)を検出することが可能となった。
【0013】
【実施の形態】
本発明に係る実施形態の第1実施例の構成を図3を用いて説明する。本装置は、弁動作タイミングの制御を油圧装置を用いて行うものであり、大別すると、電子制御装置10(以下「ECU」という)、バルブタイミング可変部30、油圧駆動部50、カムシャフト角度位置センサ80(以後「カム位置センサ」という)及びクランクシャフト角度位置センサ81(以後「クランク位置センサ」という)等の各種センサを備えて構成される。
【0014】
ECU10には、センサ信号入力および制御信号出力を行うための入出力回路11、入力信号を基に演算を実行して最適な弁タイミング制御値を決定するためのCPU12、演算に係るプログラム及びその定数を記憶しておくためのROM13、および演算データを一時記憶するためのRAM14が設けられている。入出力回路11には、後に詳細する油圧駆動部に駆動信号を供給するスプール弁制御回路15が設けられている。
【0015】
図3にはツインカム方式のエンジンが示されており、吸気弁20及び排気弁21は、各々別個のカムシャフト22、23上のカムロータ24、25により駆動される。ECU10は、カムシャフト22近傍に配設されたカム位置センサ80から信号入力し、カムシャフト22の回転位置を把握する。またECU10は、シリンダ下方に配設されたクランク位置センサ81から信号入力し、クランクシャフト(図示せず)の回転位置及びエンジン回転数を把握する。上記各センサは、電磁式ピックアップ式、磁気抵抗素子式、または光素子式等のものが用いられる。
【0016】
ECU10は、エンジンの運転信号として上記センサ信号の他に、排気管内のスロットル開度またはアクセルペダル開度、エンジン温度等のセンサ信号を入力してエンジンの負荷状態を把握する。尚、ECU10は、同時に燃料系および点火系の制御も行うが、ここでは詳細しない。
【0017】
ECU10からの制御信号は、後述する油圧駆動部に出力され、バルブタイミング可変部30(以下単に「可変部」という)に供給する作動油量を決定する。この可変部30は各カム軸22または23と組合わされ、各弁20または21の動作時期を変える。尚、図3においては説明の簡略化のために吸気弁20にのみ可変部30が示されている。
【0018】
図4は、この可変部30の構成を示している。可変部30には、カムシャフト22とボルト31で固定されたカム軸部材32,カムシャフト22とカム軸部材32との間に、カムシャフトの軸方向に摺動可能に嵌合されたカムプーリ33、カム軸部材32とカムプーリ33との間でカムシャフトの軸方向に摺動する中間軸部材34,および中間軸部材34を摺動させるピストン35が含まれる。カム軸部材32の外周面には「はす歯」に形成された外歯スプライン32aが構成され、中間軸部材34の内歯スプライン34aとヘリカル噛合している。
【0019】
中間軸部材34は、その外周面34bで、同様に「はす歯」に形成されたカムプーリの内歯スプライン33bとヘリカル噛合している。中間軸部材34の端部には小径円筒状の軸受部34cが構成され、ボールベアリング36と軸着状態にある。このベアリング36はピストン35に固定されている。ピストン35はハウジング37の内壁内で非回転状態にあり、ピストンリング38を介してカムシャフトの軸方向に油密を保ちながら摺動可能に構成されている。
【0020】
ハウジングの脚部37aは、シリンダヘッド上の固定部39とボルトで固定されている。またハウジング内部には軸受部40が設けられ、中間軸部材34を支持している。ハウジング側壁37bとピストン35との間には第1の油圧室41が形成されており、また中間軸部材34とカム軸部材32との間には第3の油圧室42が形成されている。これら油圧室41、42には、後述する油圧駆動部から作動油が供給される。
【0021】
係る構成において、通常、カム軸部材32、中間部材34およびカムシャフト22は、カムプーリ33と一体となり、クランクシャフトと同期して回転する。その回転数はクランクシャフトの回転数の1/2である。これらの回転中、油圧室41に作動油を供給して中間軸部材34をカムシャフトの軸方向に摺動させると、ヘリカル噛合部34aでは作動トルクが発生する。これにより噛合部34aを介してカムシャフト22に作動トルクが加わり、カムシャフト22をその回転方向に回転させる。
【0022】
例えばカムシャフト22が時計回りに回転しているときに中間部材34を図右側に向けて摺動させた場合、カムシャフト22がその回転方向に回転したとすると、カムシャフト22とカムプーリ33間の相対位置つまり回転位相が変わる。これによりカムシャフト22は、クランクシャフトに対して位相が進み、弁動作時期が進角される。反対に遅角させる場合には、油圧室42に作動油を供給し、中間部材34を同左側に向けて摺動させる。
【0023】
次に、このように中間軸部材34を摺動させる油圧駆動部50を説明する。油圧駆動部は、エンジン内にあるオイルパン51,油圧ポンプ52,スプール弁53を備えて構成される。油圧ポンプ52は、その詳細を省略するが、その圧送駆動がクランクシャフト動力により行われる通常のタイプのものである。オイルパン51内の作動油は、油圧ポンプ52により圧送され、スプール弁53を介して角油圧室41、42に供給される。
【0024】
スプール弁53は、ECU10からの制御信号により油送管54、55の開閉を行い、各油圧室41、42に導入する作動油量を調節する。この制御信号は、ECU内のスプール弁制御回路15からデューティ信号として電流出力され、スプール弁のソレノイドコイル56(以下単に「コイル」という)に供給される。スプール弁内の軸57は、その電流値に従ってその軸方向に動き、同時にこれに抗するリターンスプリング58(以下単に「スプリング」という)により抑止されながら各油送管54、55を開閉する。
【0025】
図5は、スプール弁53の動作状態例を示している。図5(a)はデューティ比が0%の制御信号が与えられた場合の状態を示している。このとき軸57は、スプリング58により左端に抑止され、油圧管55だけに作動油が供給される。これにより作動油は油圧室42に供給され、一方の油圧室41内の作動油は、油圧管54を通してオイルパン51に戻される。その結果、図4の油圧室42の容積が拡大し、中間軸部材が図左方向に摺動する。
【0026】
図5(b)は同50%の状態を示している。この場合、コイルによる押力と、スプリングの押力とが両方の油圧管54、55を共に閉鎖する位置でつり合い、両油圧室41,42に作動油は供給されず、図4における摺動機構は現在の状態を維持する。
【0027】
図5(c)は同100%の状態を示している。この場合、油圧管54だけに作動油が供給される。これにより作動油は油圧室41に供給され、油圧室42内の作動油は、軸57内の油送路59を通してオイルパン51に戻される。この結果、図3の油圧室41が拡大し、中間軸部材34を図右方向に摺動させる。
【0028】
このようにしてECU10は、デューティ比を細かく変えて制御信号をコイル56に供給し、各油圧室に供給する油量を制御する。尚、上記デューティ比=0、50、100%の値は、コイル56とスプリング58等の特性により変化することがある。
【0029】
次に、係る構成による吸気弁の開時期の制御(つまり、吸気弁の閉時期の制御に相当する)について説明する。係る制御は、例えばPIDフィードバック制御により実行される。尚、本実施例では吸気弁について説明するが排気弁についても同様である。
【0030】
図6はそのフローチャートを示し、このルーチンはECUのCPU内で所定時間毎にあるいは、カム角度信号入力タイミングで割り込み処理される。尚、以下、カム角度信号がエンジン1行程(720℃A)に4パルス存在するシステム(例えば4気筒エンジン)を例として説明する。
【0031】
まず、ステップ100ではクランク位置センサ,カム位置センサ等の各種センサからエンジンの運転状態信号を入力する。次にステップ110では、これらの信号からのクランクシャフトに対するカムシャフトの相対的位相差を算出し、現在の開弁時期に相当する位相角θi(i=1〜4)を算出する。この位相角θi(i=1〜4)(実進角量)の算出方法は、本発明の主要部であるため、後に詳述する。
【0032】
次にステップ120では、同100で入力した各信号値から現在のエンジンの運転状態を把握し、吸気弁の適性開弁時期に相当する角度θT (以下「目標角度」という)を決定する。この目標角度は、例えば図7に示すように、エンジン回転数と、エンジン負荷に対応する吸入空気量との2次元マップを用いて決定される。
【0033】
目標角度θT を決定後、ステップ130では、同110で算出した角度θが目標角度θT と比較される。このときθT =θiであればステップ160が実行され、上記スプール弁の両油圧管を閉鎖する制御値が決定される。またθT≠θiであれば、ステップ140でその角度差(θT −θi)が算出され、同150においてその角度差に対するフィードバック制御値が決定される。その後、制御値はスプール弁のコイルに向けて信号出力される。(ステップ170)。
【0034】
尚、途中にエンジンの運転状態が変わり、ステップ120で目標角度θT が変わった場合には、同120において、従前の目標角度θT に係る制御要素はクリアされ、新たに決定された目標角度θT に対して、制御値が決定される。これにより、エンジン運転状態全域にわたり安定した応答速度で、適正な開弁時期の制御が達成される。
【0035】
次に図6のステップ110による実進角度θiの算出方法を図1を用いて詳述する。図1は、クランク角度信号、カム角度信号共に1行程(720℃A)にパルスを4つ持つシステムにおけるタイミング・チャートである。また、弁動作タイミング制御装置の非作動時のアイドリング時には、機械的に、最遅角とするシステムを例としている。
【0036】
本実施例では、弁動作タイミング制御装置の非作動時に、その最遅角位置を、クランク角度信号とカム角度信号との位相差として各パルス毎に学習する。図1では、それぞれθ01、θ02、 θ03、 θ04とする。弁動作タイミング制御装置の作動時(例えば進角制御時)の実進角量θiは、次の様にして算出する。弁動作タイミング制御装置の作動時のクランク角度信号とカム角度信号の位相角θ1 i(i=1〜4)を求め、それぞれθ11、 θ12、 θ13、 θ14とする。実進角量θi(i=1〜4)は、これら位相角と前記学習値との差として下記のように各パルス毎に算出する。
【0037】
θ1 =θ01−θ11
θ2 =θ02−θ12
θ3 =θ03−θ13
θ4 =θ04−θ14
尚、波形整形に係る電気的遅れ時間(時定数)は、補正値として実進角量θiに反映される。
【0038】
図9に図6のステップ110の詳細フローチャートを示す。まず、ステップ210では、今回入力されるカム角度信号が何番目のパルスであるかを判別し、iを特定する。この判別処理は、例えば、制御開始から、順次iを1から4に巡回させるだけでもよく、エンジン回転の基準位置との関係から特定のパルスをi番目として判別する手法を採用してもよい。スラップ220にて今回入力されたクランク角度信号とカム角度信号との位相差θを算出する。
【0039】
次にステップ230にて、現在のエンジン運転条件がアイドリングか否かを判定し、アイドリングの時は、ステップ240で、初期値(VVT非作動時のカムとクランク位相差)としてθ0iを学習する。パルスが1番目のパルスである場合、(i=1の場合)θ01=θとして学習される。また、アイドリングでない時は、ステップ250にて、VVT作動時のクランク角度信号とカム角度信号との位相差としてθ1iに今回の位相差θをセットする。パルスが1番目のパルスである場合は、θ11=θとしてセットされる。
【0040】
そして、ステップ260では、今回、または前回のステップ240で更新された学習値θ0iと今回の位相差θ1iとの差を、実進角量θiとして算出する。
【0041】
以上、本発明に係る好ましい実施例を示したが、その構造および構成は、特許請求の範囲から外れることなく、種々の変更、変形が可能である。
【0042】
例えば、第2実施例として図8に、クランク角度信号とカム角度信号のパルス数が異なるシステムのタイミング・チャートを示す。当実施例においては、クランク角度信号は1行程(720℃A)で24パルスである。カム角度信号の進角量を算出する基準となる歯を、24パルスのクランク角度信号内に備える。この基準となる歯の位置は、例えば第1気筒のTDCからN番目の歯、という具合に決める。また、弁動作タイミングの最進角時でも、カム角度信号の各パルスが、対応するクランク角度信号の基準歯を飛び越えない位置に選ぶことが必要となる。
【0043】
【発明の効果】
以上の様に、弁動作タイミングの算出に弁動作タイミング制御装置の非作動時の学習値を用いることにより、装置組付け時に、クランク角度信号とカム角度信号の相対位相角をゼロとするための高価な調整機構を必要とせず、また、正確な弁動作タイミング(実進角量)を検出することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る弁動作タイミングの算出方法を示す第1のタイミング・チャート。
【図2】従来技術に係る弁動作タイミングの算出方法を示すタイミング・チャート。
【図3】本発明に係る実施例の構成図。
【図4】本実施例におけるバルブタイミング可変部。
【図5】本実施例におけるスプール弁の一動作状態を示す説明図。
【図6】実施例の動作フローチャート。
【図7】実施例において用いられる2次元マップの一例を示す説明図。
【図8】本発明に係る弁動作タイミングの算出方法を示す第2のタイミング・チャート。
【図9】実施例の動作フローチャート。
【符号の説明】
10…電子制御装置、
30…バルブタイミング可変部、
50…油圧駆動部、
80…カム位置センサ、
81…クランク位置センサ。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a valve operation timing control device for an internal combustion engine, and more particularly to a valve operation timing control device that controls at least one of an opening timing and a closing timing of an intake valve and an exhaust valve.
[0002]
[Prior art]
A valve operation timing control device (hereinafter simply referred to as a “valve control device”) is used to improve intake efficiency and exhaust efficiency in a cylinder by changing the start timing or end timing of intake or exhaust, for example, according to the operating state of the engine. belongs to. For this purpose, the valve control device performs control so as to change the rotation phase of the camshaft with respect to the crankshaft, and accelerates the operation timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve driven by the cam rotor on the camshaft (advance angle). Control) Slow down (retard control). A conventional valve control device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-268810.
[0003]
In this apparatus, an intermediate gear that meshes with a helical spline is provided between a cam pulley that rotates in synchronization with a crankshaft and the camshaft. The intermediate gear is configured to be slidable in the camshaft direction by hydraulic pressure and spring pressure, and an operating torque is applied to the camshaft at its meshing portion. As a result, the cam shaft is rotated in the rotational direction so that the relative position between the cam pulley and the cam shaft changes.
[0004]
As for the calculation method of the actual advance angle amount of the valve operation timing, as shown in FIG. 2, a crank angle signal and a cam angle signal generally having the same number of pulses as that of the valve operation timing control device are used. The position of the timing rotor and angle sensor is initially set when the device is assembled so that the phase matches (phase difference = 0) when not operating (for example, the most retarded angle), and the valve operation timing control device is activated The phase difference between the crank angle signal (for example, during advance angle control) and the cam angle signal is directly used as the actual advance angle amount.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-61-268810 (first page, FIG. 1 etc.)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a valve control device, the positions of the timing rotor and the angle sensor are initialized when the device is assembled so that the phases of the crank angle signal and the cam angle signal match when the valve operation timing control device is not operating. Special adjustment mechanism is required.
[0007]
Further, if there is a phase difference as a result of adjustment, an error will occur in the phase difference of the crank angle signal when the valve operation timing control device is operated (for example, during advance angle control), that is, the actual advance angle. There is a problem that an error occurs in the calculation of the quantity and the controllability is deteriorated.
[0008]
The present invention aims to improve the controllability, and provides an apparatus that does not cause an error in the calculation of the actual advance amount.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, at least one of an opening timing and a closing timing of a valve driven by rotation of the camshaft by changing the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft. A valve operation timing control device for changing one timing; a means for detecting an operating state of the internal combustion engine; a means for determining an appropriate timing of the valve based on the operating state; and a crankshaft angular position (hereinafter referred to as “crank position”). A crank position sensor for detecting a cam shaft angle position (hereinafter referred to as “cam position”), a crank position detected by the crank angle position sensor, and a cam detected by the cam position sensor. Means for detecting the rotational phase difference of the camshaft relative to the crankshaft according to the position and grasping the current timing of the valve; and the current timing The valve operation timing is determined based on the control means for achieving the appropriate timing and the crank position detected by the crank angle position sensor and the cam position detected by the cam position sensor when the valve operation timing control device is not operated. Learning means for learning as a rotational phase difference of the cam shaft relative to the shaft,
The crank position sensor outputs a plurality of pulses used for learning in one stroke, and the cam position sensor outputs a pulse corresponding to the pulses used for learning output from the crank position sensor. When the timing moves from the most retarded position to the most advanced position, the pulse output from the cam position sensor is set so as not to jump over the pulse used for learning output from the crank position sensor. The technical means of the characteristic valve operation timing control device is adopted.
[0010]
At this time, as in claim 2, the actual advance angle amount at the time of valve operation of the valve operation timing control device is based on the crank position detected by the crank angle position sensor and the cam position detected by the cam position sensor. You may make it calculate as an angle difference of the rotation phase difference of the cam shaft with respect to the calculated crankshaft, and the learning value at the time of non-operation of a valve operation timing control apparatus.
[0011]
[Action]
According to the embodiment, the valve operation timing (for example, the mechanically determined most retarded angle) when the valve operation timing control device is not operated is learned as the relative phase angle between the crankshaft and the camshaft, and the valve operation timing is determined. When the control device is activated (for example, during advance angle control), the actual advance angle amount is calculated based on the learned value. The cam position sensor outputs a pulse corresponding to the pulse used for learning output from the crank position sensor. When the valve operation timing moves from the most retarded position to the most advanced position, the cam position is The pulses output from the sensor are set so as not to jump over the pulses used for learning output from the crank position sensor.
[0012]
This eliminates the need for a special adjustment mechanism for setting the relative phase difference between the crank angle signal and the cam angle signal to zero at the time of assembling the device, and detects the exact valve operation timing (actual advance angle amount). It became possible.
[0013]
Embodiment
The configuration of the first example of the embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. This device performs control of valve operation timing using a hydraulic device, and is roughly divided into an electronic control device 10 (hereinafter referred to as “ECU”), a valve timing variable unit 30, a hydraulic drive unit 50, a camshaft angle. Various sensors such as a position sensor 80 (hereinafter referred to as “cam position sensor”) and a crankshaft angle position sensor 81 (hereinafter referred to as “crank position sensor”) are provided.
[0014]
The ECU 10 includes an input / output circuit 11 for performing sensor signal input and control signal output, a CPU 12 for executing calculation based on the input signal and determining an optimum valve timing control value, a program for the calculation, and constants thereof. Are provided, and a RAM 14 is provided for temporarily storing calculation data. The input / output circuit 11 is provided with a spool valve control circuit 15 that supplies a drive signal to a hydraulic drive unit that will be described in detail later.
[0015]
FIG. 3 shows a twin cam type engine. The intake valve 20 and the exhaust valve 21 are driven by cam rotors 24 and 25 on separate camshafts 22 and 23, respectively. The ECU 10 receives a signal from a cam position sensor 80 disposed in the vicinity of the camshaft 22 and grasps the rotational position of the camshaft 22. Further, the ECU 10 receives a signal from a crank position sensor 81 disposed below the cylinder, and grasps the rotational position of the crankshaft (not shown) and the engine speed. As each sensor, an electromagnetic pickup type, a magnetoresistive element type, an optical element type, or the like is used.
[0016]
The ECU 10 receives a sensor signal such as a throttle opening or an accelerator pedal opening in the exhaust pipe and an engine temperature in addition to the sensor signal as an engine operation signal, and grasps the load state of the engine. The ECU 10 also controls the fuel system and the ignition system at the same time, but this is not detailed here.
[0017]
A control signal from the ECU 10 is output to a hydraulic drive unit to be described later, and determines the amount of hydraulic oil supplied to the valve timing variable unit 30 (hereinafter simply referred to as “variable unit”). The variable portion 30 is combined with each camshaft 22 or 23 to change the operation timing of each valve 20 or 21. In FIG. 3, the variable portion 30 is shown only in the intake valve 20 for simplification of explanation.
[0018]
FIG. 4 shows the configuration of the variable unit 30. A cam shaft member 32 fixed by a cam shaft 22 and a bolt 31 and a cam pulley 33 fitted between the cam shaft 22 and the cam shaft member 32 so as to be slidable in the axial direction of the cam shaft. An intermediate shaft member 34 that slides between the cam shaft member 32 and the cam pulley 33 in the axial direction of the cam shaft, and a piston 35 that slides the intermediate shaft member 34 are included. An outer spline 32 a formed in a “helical tooth” is formed on the outer peripheral surface of the cam shaft member 32, and is helically engaged with the inner spline 34 a of the intermediate shaft member 34.
[0019]
The intermediate shaft member 34 is helically meshed with an internal spline 33b of a cam pulley formed on the outer peripheral surface 34b of the "helical tooth". A small-diameter cylindrical bearing 34 c is formed at the end of the intermediate shaft member 34, and is in a shaft-attached state with the ball bearing 36. This bearing 36 is fixed to the piston 35. The piston 35 is in a non-rotating state within the inner wall of the housing 37 and is configured to be slidable while maintaining oil tightness in the axial direction of the camshaft via the piston ring 38.
[0020]
The leg portion 37a of the housing is fixed to the fixing portion 39 on the cylinder head with a bolt. A bearing portion 40 is provided inside the housing and supports the intermediate shaft member 34. A first hydraulic chamber 41 is formed between the housing side wall 37 b and the piston 35, and a third hydraulic chamber 42 is formed between the intermediate shaft member 34 and the cam shaft member 32. The hydraulic oil is supplied to the hydraulic chambers 41 and 42 from a hydraulic drive unit described later.
[0021]
In such a configuration, the camshaft member 32, the intermediate member 34, and the camshaft 22 are normally integrated with the cam pulley 33 and rotate in synchronization with the crankshaft. The rotation speed is ½ of the rotation speed of the crankshaft. During these rotations, when hydraulic oil is supplied to the hydraulic chamber 41 and the intermediate shaft member 34 is slid in the axial direction of the camshaft, an operating torque is generated at the helical meshing portion 34a. As a result, an operating torque is applied to the camshaft 22 via the meshing portion 34a, and the camshaft 22 is rotated in its rotational direction.
[0022]
For example, if the intermediate member 34 is slid toward the right side in the figure while the camshaft 22 is rotating clockwise, if the camshaft 22 rotates in the rotation direction, the camshaft 22 and the cam pulley 33 are The relative position, that is, the rotational phase changes. As a result, the phase of the camshaft 22 advances with respect to the crankshaft, and the valve operation timing is advanced. On the other hand, when retarding, hydraulic oil is supplied to the hydraulic chamber 42 and the intermediate member 34 is slid toward the left side.
[0023]
Next, the hydraulic drive unit 50 that slides the intermediate shaft member 34 in this way will be described. The hydraulic drive unit includes an oil pan 51, a hydraulic pump 52, and a spool valve 53 in the engine. Although the details of the hydraulic pump 52 are omitted, the hydraulic pump 52 is of a normal type in which the pumping drive is performed by crankshaft power. The hydraulic oil in the oil pan 51 is pumped by the hydraulic pump 52 and supplied to the angular hydraulic chambers 41 and 42 via the spool valve 53.
[0024]
The spool valve 53 opens and closes the oil feed pipes 54 and 55 according to a control signal from the ECU 10 to adjust the amount of hydraulic oil introduced into the hydraulic chambers 41 and 42. This control signal is output as a duty signal from the spool valve control circuit 15 in the ECU and supplied to a solenoid coil 56 (hereinafter simply referred to as “coil”) of the spool valve. The shaft 57 in the spool valve moves in the axial direction according to the current value, and at the same time, opens and closes the oil feed pipes 54 and 55 while being restrained by a return spring 58 (hereinafter simply referred to as “spring”).
[0025]
FIG. 5 shows an operation state example of the spool valve 53. FIG. 5A shows a state when a control signal having a duty ratio of 0% is given. At this time, the shaft 57 is restrained to the left end by the spring 58, and hydraulic oil is supplied only to the hydraulic pipe 55. As a result, the hydraulic oil is supplied to the hydraulic chamber 42, and the hydraulic oil in one hydraulic chamber 41 is returned to the oil pan 51 through the hydraulic pipe 54. As a result, the volume of the hydraulic chamber 42 in FIG. 4 increases, and the intermediate shaft member slides in the left direction in the figure.
[0026]
FIG. 5B shows the state of 50%. In this case, the pressing force of the coil and the pressing force of the spring balance at the position where both the hydraulic pipes 54 and 55 are closed, and no hydraulic oil is supplied to both hydraulic chambers 41 and 42, and the sliding mechanism in FIG. Maintains the current state.
[0027]
FIG. 5C shows the state of 100%. In this case, hydraulic oil is supplied only to the hydraulic pipe 54. As a result, the hydraulic oil is supplied to the hydraulic chamber 41, and the hydraulic oil in the hydraulic chamber 42 is returned to the oil pan 51 through the oil feed path 59 in the shaft 57. As a result, the hydraulic chamber 41 in FIG. 3 expands, and the intermediate shaft member 34 is slid in the right direction in the figure.
[0028]
Thus, ECU10 changes a duty ratio finely, supplies a control signal to the coil 56, and controls the oil quantity supplied to each hydraulic chamber. Note that the values of the duty ratio = 0, 50, and 100% may vary depending on the characteristics of the coil 56, the spring 58, and the like.
[0029]
Next, control of the opening timing of the intake valve (that is, equivalent to control of the closing timing of the intake valve) with such a configuration will be described. Such control is executed by, for example, PID feedback control. In this embodiment, the intake valve is described, but the same applies to the exhaust valve.
[0030]
FIG. 6 shows a flowchart of this routine, and this routine is interrupted every predetermined time or at the cam angle signal input timing in the CPU of the ECU. Hereinafter, a system (for example, a four-cylinder engine) in which four cam angle signals exist in one engine stroke (720 ° C.) will be described.
[0031]
First, at step 100, an engine operating state signal is inputted from various sensors such as a crank position sensor and a cam position sensor. Next, in step 110, the relative phase difference of the camshaft with respect to the crankshaft from these signals is calculated, and the phase angle θi (i = 1 to 4) corresponding to the current valve opening timing is calculated. Since the calculation method of the phase angle θi (i = 1 to 4) (actual advance angle amount) is the main part of the present invention, it will be described in detail later.
[0032]
Next, in step 120, the current operating state of the engine is grasped from each signal value input in step 100, and an angle θT (hereinafter referred to as “target angle”) corresponding to the appropriate valve opening timing of the intake valve is determined. For example, as shown in FIG. 7, the target angle is determined using a two-dimensional map of the engine speed and the intake air amount corresponding to the engine load.
[0033]
After determining the target angle θT, in step 130, the angle θ calculated in step 110 is compared with the target angle θT. At this time, if θT = θi, step 160 is executed, and a control value for closing both hydraulic pipes of the spool valve is determined. If θT ≠ θi, the angular difference (θT−θi) is calculated in step 140, and a feedback control value for the angular difference is determined in step 150. Thereafter, the control value is output as a signal toward the coil of the spool valve. (Step 170).
[0034]
If the engine operating state changes midway and the target angle θT changes in step 120, the control element related to the previous target angle θT is cleared in 120, and the newly determined target angle θT is set. On the other hand, a control value is determined. Thus, appropriate valve opening timing control is achieved at a stable response speed over the entire engine operating state.
[0035]
Next, a method of calculating the actual advance angle θi in step 110 of FIG. 6 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a timing chart in a system having four pulses in one stroke (720 ° C.) for both the crank angle signal and the cam angle signal. In addition, an example of a system that mechanically sets the most retarded angle when idling when the valve operation timing control device is not operated is taken as an example.
[0036]
In this embodiment, when the valve operation timing control device is not operated, the most retarded position is learned for each pulse as a phase difference between the crank angle signal and the cam angle signal. In FIG. 1, it is set as θ01, θ02, θ03, and θ04, respectively. The actual advance amount θi at the time of operation of the valve operation timing control device (for example, advance angle control) is calculated as follows. The crank angle signal and cam angle signal phase angle θ1 i (i = 1 to 4) when the valve operation timing control device is operated are obtained and set as θ11, θ12, θ13, and θ14, respectively. The actual advance amount θi (i = 1 to 4) is calculated for each pulse as a difference between the phase angle and the learning value as follows.
[0037]
θ1 = θ01−θ11
θ2 = θ02−θ12
θ3 = θ03−θ13
θ4 = θ04−θ14
Note that the electrical delay time (time constant) related to waveform shaping is reflected in the actual advance amount θi as a correction value.
[0038]
FIG. 9 shows a detailed flowchart of step 110 in FIG. First, in step 210, it is determined what number the pulse of the cam angle signal input this time is, and i is specified. This determination process may be, for example, by sequentially rotating i from 1 to 4 from the start of control, or by adopting a method of determining a specific pulse as the i-th from the relationship with the reference position of the engine rotation. The slap 220 calculates the phase difference θ between the crank angle signal input this time and the cam angle signal.
[0039]
Next, at step 230, it is determined whether or not the current engine operating condition is idling. When idling, at step 240, θ0i is learned as an initial value (cam and crank phase difference when VVT is not operated). When the pulse is the first pulse, (when i = 1) is learned as θ01 = θ. When not idling, in step 250, the current phase difference θ is set to θ1i as the phase difference between the crank angle signal and the cam angle signal during the VVT operation. When the pulse is the first pulse, θ11 = θ is set.
[0040]
In step 260, the difference between the learning value θ0i updated this time or in the previous step 240 and the current phase difference θ1i is calculated as the actual advance amount θi.
[0041]
As mentioned above, although the preferable Example which concerns on this invention was shown, the structure and structure can be variously changed and changed without deviating from the scope of claims.
[0042]
For example, FIG. 8 shows a timing chart of a system in which the number of pulses of the crank angle signal and the cam angle signal is different as the second embodiment. In this embodiment, the crank angle signal is 24 pulses in one stroke (720 ° C.). Teeth serving as a reference for calculating the amount of advance of the cam angle signal are provided in the 24-pulse crank angle signal. The position of the reference tooth is determined, for example, as the Nth tooth from the TDC of the first cylinder. In addition, even at the most advanced angle of the valve operation timing, it is necessary to select a position where each pulse of the cam angle signal does not jump over the reference tooth of the corresponding crank angle signal.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, by using the learning value when the valve operation timing control device is not operated for calculating the valve operation timing, the relative phase angle between the crank angle signal and the cam angle signal is set to zero when the device is assembled. An expensive adjustment mechanism is not required, and accurate valve operation timing (actual advance angle amount) can be detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first timing chart showing a valve operation timing calculation method according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing a valve operation timing calculation method according to the prior art.
FIG. 3 is a configuration diagram of an embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is a valve timing variable portion in the present embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing one operation state of the spool valve in the present embodiment.
FIG. 6 is an operation flowchart of the embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a two-dimensional map used in the embodiment.
FIG. 8 is a second timing chart showing a valve operation timing calculation method according to the present invention.
FIG. 9 is an operation flowchart of the embodiment.
[Explanation of symbols]
10 ... Electronic control unit,
30 ... Valve timing variable part,
50 ... hydraulic drive,
80: Cam position sensor,
81: Crank position sensor.

Claims (2)

クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させて、前記カム軸の回転で駆動される弁の開時期および閉時期の内、少なくともいずれか一方のタイミングを変える弁動作タイミング制御装置と、
内燃機関の運転状態を検出する手段と、
前記運転状態を基に前記弁の適性タイミングを決定する手段と、
クランク軸角度位置(以下、「クランク位置」という)を検出するクランク位置センサと、
カム軸角度位置(以下、「カム位置」という)を検出するカム位置センサと、前記クランク角位置センサにより検出されたクランク位置と前記カム位置センサにより検出されたカム位置とにより、前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相差を検出し、前記弁の現在のタイミングを把握する手段と、
前記現在のタイミングを前記適性タイミングにするための制御手段と、
前記弁動作タイミング制御装置の非作動時に、前記クランク角位置センサにより検出されたクランク位置と前記カム位置センサにより検出されたカム位置とに基づいて、前記弁動作タイミングを前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相差として学習する学習手段とを備え、
前記クランク位置センサは、1行程に複数の、前記学習に用いられるパルスを出力し、
前記カム位置センサは、前記クランク位置センサから出力される前記学習に用いられる前記パルスに対応したパルスを出力するものであり、前記弁動作タイミングが最遅角位置から最進角位置に移動した時に、前記カム位置センサから出力されたパルスが、前記クランク位置センサから出力された、前記学習に用いられるパルスを飛び越えないように設定されていることを特徴とする弁動作タイミング制御装置。
A valve operation timing control device that changes the rotation phase of the cam shaft relative to the crankshaft and changes at least one of the opening timing and the closing timing of the valve driven by the rotation of the cam shaft;
Means for detecting the operating state of the internal combustion engine;
Means for determining an appropriate timing of the valve based on the operating state;
A crank position sensor for detecting a crankshaft angular position (hereinafter referred to as “crank position”);
A cam position sensor that detects a cam shaft angular position (hereinafter referred to as a “cam position”), a crank position detected by the crank angle position sensor, and a cam position detected by the cam position sensor. Means for detecting a rotational phase difference of the camshaft and grasping a current timing of the valve;
Control means for making the current timing the aptitude timing;
Based on the crank position detected by the crank angle position sensor and the cam position detected by the cam position sensor when the valve operation timing control device is not operated, the valve operation timing is set to the cam shaft relative to the crank shaft. Learning means for learning as the rotational phase difference of
The crank position sensor outputs a plurality of pulses used for learning in one stroke,
The cam position sensor outputs a pulse corresponding to the pulse used for the learning output from the crank position sensor, and when the valve operation timing moves from the most retarded position to the most advanced position. The valve operation timing control device is set so that a pulse output from the cam position sensor does not jump over a pulse output from the crank position sensor and used for the learning.
前記弁動作タイミング制御装置の弁作動時の実進角量を、前記クランク角位置センサにより検出されたクランク位置と前記カム位置センサにより検出されたカム位置とに基づいて算出された前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相差と、前記非作動時の学習値との角度差分として算出する実進角量算出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の弁動作タイミング制御装置。The actual advance amount during valve operation of the valve operation timing control device is calculated with respect to the crankshaft calculated based on the crank position detected by the crank angle position sensor and the cam position detected by the cam position sensor. 2. The valve operation timing control device according to claim 1, further comprising an actual advance angle amount calculating unit that calculates an angle difference between a rotation phase difference of the cam shaft and a learning value when the camshaft is not operated.
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