JP3730779B2

JP3730779B2 - 油圧式可変バルブタイミング機構の制御装置

Info

Publication number: JP3730779B2
Application number: JP12995398A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎山岸; 渡邊　　悟
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JPH11324741A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧式可変バルブタイミング機構の制御装置に関し、詳しくは、内燃機関において、油圧によってカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを連続的に変化させる可変バルブタイミング機構において、回転位相制御の基準位置を学習する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関において、カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを早めたり遅らせたりする可変バルブタイミング機構が知られている（特開平７−２３３７１３号公報，特開平８−２４６８２０号公報等参照）。
【０００３】
ところで、上記のようにカム軸の回転位相を変化させて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は、目標位相へのフィードバック制御等のために実際のカム位相を検出することが必要になり、従来から、クランク角センサから出力されるリファレンス信号と、カム軸の回転に同期して出力されるカム角信号との発生間隔に基づいてカム位相（回転位相差）を検出することが行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記リファレンス信号やカム角信号の発生タイミングのずれやばらつきがあると、カム軸の回転位相の検出精度が悪化し、目標の回転位相に制御することができなくなってしまう。
ここで、カム軸の回転位相を機械的に規制するストッパを備える構成において、前記ストッパで規制される状態でのカム位相の検出結果を基準位置として学習し、このストッパ位置を基準として回転位相を検出させる構成とすれば、前記信号の発生タイミングのずれやばらつきがあっても、精度良く回転位相が検出できることになる。
【０００５】
ところが、ストッパで規制される方向に回転位相を変化させるべく指令を出しても、実際にストッパ位置にまでカム位相が変化するまでには応答時間を要し、また、油圧をストッパで規制される位置に向けて作用させる場合に、油圧が低いとストッパ位置に安定しないことがあり、単に目標位相がストッパ位置であるとき学習させる構成では、ストッパで規制される位置で確実に学習させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ストッパ位置での学習を確実に行わせることができるようにした油圧式可変バルブタイミング機構の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、油圧によってカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを連続的に変化させる構成であって、前記回転位相の変化を機械的に規制するストッパを備えた油圧式可変バルブタイミング機構において、前記カム軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、前記ストッパにより前記回転位相の変化が規制されるストッパ位置を目標の回転位相とする状態であって、かつ、前記ストッパ位置を目標の回転位相とする指令を発生してから所定時間以上経過していて、かつ、前記油圧式可変バルブタイミング機構に供給される油圧が所定圧以上であることを学習許可条件とし、該学習許可条件が成立しているときに、前記回転位相検出手段で検出された回転位相を基準値として学習する回転位相学習手段と、を含んで制御装置が構成されるものとした。
【０００８】
かかる構成によると、ストッパ位置に回転位相を変化させる指令を発生しても、直ちに学習を行うのではなく、実際にストッパ位置にまで変化するのに要すると予測される時間だけ待ち、かつ、ストッパ位置に安定させることができる油圧が確保できているときに、回転位相の基準位置を学習させる。
尚、前記指令を出してから学習を行わせるまでの所定時間を、油温や目標回転位相のステップ変化量などに応じて変化させても良い。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構に対して油圧を供給する油圧ポンプが機関駆動される構成であって、前記回転位相学習手段が、前記油圧式可変バルブタイミング機構に供給される油圧が所定圧以上である条件を、機関回転速度が所定回転速度以上であるか否かに基づいて判別する構成とした。かかる構成によると、油圧ポンプが機関駆動され、その吐出量が略回転速度に比例する容積形ポンプであるときには、機関回転速度から油圧の状態を推定できるので、機関回転速度が所定回転速度以上であることをもって、供給油圧が所定圧以上であると判断する。
【００１０】
請求項３記載の発明では、前記回転位相学習手段が、前記学習許可条件を脱する直前に検出された回転位相を基準値として学習する構成とした。
かかる構成によると、学習許可条件を脱する直前の値、即ち、最も学習許可条件に長くいたときの安定状態での検出値に基づいて基準値が学習される。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、ストッパで規制される回転位相に確実に変化していてかつその状態に安定的に保持される状態で、カム軸の回転位相の基準値を学習させることができ、以て、前記基準値の学習精度を高く維持できるという効果がある。
【００１２】
請求項２記載の発明によると、ストッパ位置に保持させる油圧が確保できているか否かを、機関回転速度に基づいて容易に判断できるという効果がある。
請求項３記載の発明によると、最もストッパ位置に安定した状態であると見做されるときの回転位相の検出結果を学習させることができるという効果がある。
【００１３】
【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、実施の形態における内燃機関のシステム構成を示す図である。
この図１において、内燃機関１には、スロットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介してシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を介して排出される。前記吸気バルブ３，排気バルブ４は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられたカムによって開閉駆動される。
【００１４】
吸気側カム軸５には、カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の開閉タイミングを連続的に早めたり遅くしたりする可変バルブタイミング機構６が備えられている。前記可変バルブタイミング機構６は、機関駆動される容積形油圧ポンプによって供給される油圧によって前記回転位相を連続的に変化させる油圧式の機構であり、例えば、回転位相の進角方向へ作用する油圧と遅角方向へ作用する油圧とをそれぞれに制御して、カム軸の回転位相を目標の回転位相に制御するものであり、前記油圧はコントロールユニット７からの油圧制御信号によって調整される構成となっている。
【００１５】
また、前記可変バルブタイミング機構６には、回転位相の遅角方向と進角方向との双方に、回転位相の変化を規制する機械的なストッパが設けられており、このストッパ位置によって最進角位置及び最遅角位置が規定されるようになっている。更に、前記最遅角位置に向けて付勢するリターンスプリングが設けられている。カム軸５の回転位相の遅角方向とは、排気バルブと吸気バルブとのオーバーラップ量が減少する方向である。
【００１６】
尚、本実施の形態では、可変バルブタイミング機構６が、吸気バルブ３の開閉タイミングを変化させる構成としたが、吸気バルブ３に代えて排気バルブ４の開閉タイミングを変化させる構成であっても良いし、吸気バルブ３と排気バルブ４との両方の開閉タイミングを変化させる構成であっても良い。
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット７には、クランク軸の回転信号を出力するクランク角センサ８、吸気側カム軸５の回転信号を出力するカム角センサ９、機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ10等からの検出信号が入力される。
【００１７】
ここで、コントロールユニット７は、図２のフローチャートに示すようにして、本発明に係るカム軸の回転位置の学習を行いつつ、該学習結果を用いて図３のフローチャートに示すようにして前記可変バルブタイミング機構６によって調整される吸気バルブ３の開閉タイミングを制御する。
尚、本実施の形態において、回転位相学習手段としての機能は、前記図２のフローチャートに示すように、コントロールユニット７がソフトウェア的に備えている。また、回転位相検出手段は、クランク角センサ８，カム角センサ９と前記コントロールユニット７による演算処理機能とによって構成される。
【００１８】
本発明に係るカム軸の回転位置の学習を示す図２のフローチャートは、一定周期毎に実行されるものであり、Ｓ１では、クランク軸とカム軸との回転位相差の目標値（目標角度）ＴＡが、ストッパで規制される最遅角であるか否かを判別する。
目標角度ＴＡが最遅角であるときには、Ｓ２へ進み、目標角度ＴＡが最遅角に切り換わった初回であるか否かを判別する。
【００１９】
そして、初回であれば、Ｓ３へ進んで、目標角度ＴＡが最遅角に切り換わってからの経過時間を計測するためのタイマーｔをスタートさせ、初回でない場合には、Ｓ３を迂回してＳ４へ進む。
Ｓ４では、前記タイマーｔで計測される目標角度ＴＡが最遅角に切り換わってからの経過時間ｔが、所定時間ｔ１以上であるか否かを判別する。
【００２０】
前記所定時間ｔ１は、目標角度ＴＡが最遅角に切り換わってから実際の回転位相が最遅角にまで変化するのに要すると推定される時間である（図４参照）。尚、前記所定時間ｔ１は、固定値としても良いが、油の粘性を変化させることになる油温などによって回転位相変化の速度が変化するので、油温等の応答速度に影響を与えるパラメータに応じて変更しても良い。また、目標角度ＴＡのステップ変化量に応じて所定時間ｔ１を変化させても良い。
【００２１】
目標角度ＴＡが最遅角に切り換わってからの経過時間ｔが所定時間ｔ１以上になるまでは、Ｓ４からＳ８へ進むが、後述するようにＳ８で判別されるフラグには０がセットされているので、そのまま本ルーチンを終了し、次の実行サイクルにおいても、目標角度ＴＡが最遅角であれば、Ｓ４の判定を繰り返し行うことになる。
【００２２】
そして、目標角度ＴＡが最遅角に切り換わってからの経過時間ｔが所定時間ｔ１以上になると、Ｓ５へ進み、そのときの機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ１以上であるか否かを判別する。
本実施形態の可変バルブタイミング機構６は油圧式であって、油圧を供給する油圧ポンプが前述のように機関駆動される構成であるから、機関回転速度Ｎｅは油圧ポンプの回転速度に比例することになり、また、油圧ポンプの吐出量は回転速度に略比例するので、機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ１以上であるか否かは、間接的に、前記油圧ポンプの吐出量が所定量以上であるか否かを判別することになる。ここで、前記所定速度Ｎｅ１として可変バルブタイミング機構６が目標の回転位相を安定的に保持できる油圧の最小値が確保できる回転速度に設定してあり、結果、前記Ｓ５の機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ１以上であるか否かの判断は、回転位相を安定的に保持できる油圧が確保されているか否かを判断することになる。
【００２３】
Ｓ５で機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ１未満である判別されたときには、経過時間ｔが所定時間ｔ１未満であると判別されたときと同様にして、Ｓ８へ進み、経過時間ｔが所定時間ｔ１以上になっても、機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ１未満であるときには学習は行われない（図４参照）。
一方、Ｓ５で機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ１以上である判別されたときには、学習許可条件が成立したものと判断して、Ｓ６へ進み、クランク角センサ８及びカム角センサ９からの検出信号に基づいてクランク軸とカム軸との実際の回転位相差ＲＡを検出し、検出結果を順次更新して記憶する。尚、前記回転位相差ＲＡの検出は、クランク角センサ８で検出される基準クランク角位置からカム角センサ９で検出される基準カム角位置までの角度として検出される。
【００２４】
経過時間ｔが所定時間ｔ１以上であれば、目標角度ＴＡが最遅角に切り換わってから実際に回転位相がストッパで規制される最遅角に変化しているものと推定でき、また、目標の回転位相を保持できる油圧が確保できる回転条件であれば、ストッパで規制される最遅角に変化した実際の回転位相が、その位置で確実に保持されるものと推定でき、かかる条件で学習を行わせるものである。
【００２５】
そして、学習許可条件が成立したことを示すべく、次のＳ７では、前記フラグに１をセットする。このように、学習許可条件が成立して初めてフラグに１がセットされるので、前述のように、Ｓ４，Ｓ５からＳ８へ進んだときには、フラグが０であるとして、Ｓ９以降へは進まないことになる。
前記学習許可条件が継続して成立しているときには、Ｓ６での回転位相差ＲＡの検出及び更新記憶が繰り返されることになるが、目標角度ＴＡが最遅角から異なる回転位相に変化したり、機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ１未満になってＳ８に進むと、直前まで学習許可条件が成立していてフラグに１がセットされていたので、フラグが１であると判別されて、Ｓ９へ進む。
【００２６】
Ｓ９では、前記Ｓ６における検出及び更新記憶の結果として記憶されている回転位相ＲＡ、即ち、ストッパで規制される最遅角に回転位相を制御したときであって、学習許可条件を脱する直前の最も回転位相が安定した状態で検出された実際の回転位相差ＲＡと、予め前記最遅角に対応して記憶されている基準回転位相差ＲＡ０との偏差ＤＤＡ（ＤＤＡ＝ＲＡ０−ＲＡ）を演算する。
【００２７】
Ｓ10では、前記偏差ＤＤＡを回転位相差の検出値ＲＡの補正値（基準値）として記憶する。
尚、前記Ｓ６における検出及び更新記憶の結果として記憶されている回転位相差ＲＡをそのまま基準値として記憶させるようにしても良い。
Ｓ11では、前記フラグを０にリセットして、その後、再度学習許可条件が成立するまでフラグが０に保持されるようにする。
【００２８】
次に、前記偏差ＤＤＡを用いて行われる吸気バルブ３の開閉タイミングの制御を、図３のフローチャートに従って説明する。
Ｓ21では、吸気バルブ３の開閉タイミングをフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御する条件が成立しているか否かを判定し、非成立時は、Ｓ22へ進んで、カム軸の回転位相をストッパで規制される最遅角側に制御する。
【００２９】
Ｓ21でフィードバック制御条件が成立していると判定されたときは、Ｓ23へ進み、予め機関負荷と機関回転速度Ｎｅとによって区分される運転領域毎に回転位相差の目標値（目標角度）ＴＡを記憶したマップを参照し、現在の機関負荷，機関回転速度Ｎｅに対応する目標値（目標角度）ＴＡを検索する。
Ｓ24では、クランク角センサ８及びカム角センサ９からの検出信号に基づいて実際の回転位相差ＲＡを検出する。
【００３０】
Ｓ25では、前記検出された回転位相差ＲＡに前記図２のフローチャートで学習した偏差ＤＤＡを加算して補正し、ＲＡＨ（＝ＲＡ＋ＤＤＡ) とする。
Ｓ26では、前記目標値ＴＡと補正された実際値ＲＡＨとに基づいて、フィードバック補正値を算出し、前記目標値ＴＡから求めた基本値に前記フィードバック補正値を加算するなどして油圧の制御値を算出する。
【００３１】
Ｓ27では、前記制御値に応じた制御信号を可変バルブタイミング機構６に出力する。これにより、可変バルブタイミング機構６の制御を介して吸気バルブ３の開閉タイミングが制御される。
【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回転位相の学習の様子を示すフローチャート。
【図３】実施の形態におけるバルブタイミング制御の様子を示すフローチャート。
【図４】実施の形態における学習制御の特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１内燃機関
２スロットルバルブ
３吸気バルブ
４排気バルブ
５吸気側カム軸
６可変バルブタイミング機構
７コントロールユニット
８クランク角センサ
９カム角センサ
10 エアフローメータ

Claims

油圧によってカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを連続的に変化させる構成であって、前記回転位相の変化を機械的に規制するストッパを備えた油圧式可変バルブタイミング機構において、
前記カム軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、
前記ストッパにより前記回転位相の変化が規制されるストッパ位置を目標の回転位相とする状態であって、かつ、前記ストッパ位置を目標の回転位相とする指令を発生してから所定時間以上経過していて、かつ、前記油圧式可変バルブタイミング機構に供給される油圧が所定圧以上であることを学習許可条件とし、該学習許可条件が成立しているときに、前記回転位相検出手段で検出された回転位相を基準値として学習する回転位相学習手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする油圧式可変バルブタイミング機構の制御装置。
前記可変バルブタイミング機構に対して油圧を供給する油圧ポンプが機関駆動される構成であって、
前記回転位相学習手段が、前記油圧式可変バルブタイミング機構に供給される油圧が所定圧以上である条件を、機関回転速度が所定回転速度以上であるか否かに基づいて判別することを特徴とする請求項１記載の油圧式可変バルブタイミング機構の制御装置。
前記回転位相学習手段が、前記学習許可条件を脱する直前に検出された回転位相を基準値として学習することを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧式可変バルブタイミング機構の制御装置。