JP3859920B2 - エンジンの可変バルブタイミング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの可変バルブタイミング装置に関し、電磁ブレーキを用いてクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置が知られている（特開平１０−１５３１０４号公報参照）。
【０００３】
前記可変バルブタイミング装置においては、例えば、目標の回転位相（目標の遅延角）とエンジン回転速度とから電磁ブレーキの基本制御量を演算する一方、目標の回転位相と実際の回転位相との偏差からフィードバック制御量を演算し、前記基本制御量及びフィードバック制御量から最終的な制御量（例えばデューティ制御量）を求めて、該制御量で電磁ブレーキを構成する電磁コイルに流れる電流を制御するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁ブレーキの温度が変化すると電磁ブレーキの摩擦係数が変化して、目標の回転位相を得るのに要求される制御量が変化する（図５参照）。このため、摩擦力（滑り摩擦）を大きく変化させて回転位相を大きく変化させるときに、電磁ブレーキの大きな温度変化によって目標の回転位相を得るのに要求される制御量が大きく変化し、目標回転位相への収束性が悪化する場合があった。
【０００５】
尚、図５は、同じ回転位相を得るのに必要な電磁ブレーキの制御量（デューティ値）が、電磁ブレーキの温度に相関するエンジンの油温とエンジン回転速度に応じて変化する様子を示している。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電磁ブレーキの温度変化があっても、目標回転位相への収束応答性を良好に維持できるエンジンの可変バルブタイミング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、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、前記電磁ブレーキの制御量を、前記電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、前記電磁ブレーキの温度変化を、回転位相の変更量に基づいて推定する構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、電磁ブレーキによる摩擦制動で、クランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相が変化し、以って、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置において、電磁ブレーキの制御量を、摩擦係数を変化させ、以って、目標の回転位相を得るための必要制御量を変化させることになる電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、回転位相の変更量が大きいときほど電磁ブレーキの温度変化量が大きくなることから、電磁ブレーキの温度変化を、回転位相の変更量に基づいて推定する。
【００１０】
請求項２記載の発明では、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、前記電磁ブレーキの制御量を、前記電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、前記電磁ブレーキの温度を、エンジン温度及び外気温により推定する。かかる構成によると、電磁ブレーキの温度とエンジン温度との間には一定の相関があることから、エンジン温度、更に、雰囲気温度である外気温度に基づき電磁ブレーキ（摩擦面）の温度を推定する。
【００１２】
請求項３記載の発明では、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、
前記電磁ブレーキの制御量と回転位相との相関を予め記憶し、現在の回転位相に対応する現在位相相当制御量と、目標の回転位相に対応する目標位相相当制御量とを前記相関から求め、
前記電磁ブレーキの制動力を増大させる回転位相の制御時には、前記目標位相相当制御量と前記現在位相相当制御量との差に応じて、前記電磁ブレーキの基本制御量を増大補正し、
前記電磁ブレーキの制動力を減少させる回転位相の制御時には、前記目標位相相当制御量と前記現在位相相当制御量との差に応じて、前記電磁ブレーキの基本制御量を減少補正する一方、
現在の回転位相と目標の回転位相との偏差に応じてフィードバック制御量を求め、前記基本制御量とフィードバック制御量とから最終的な制御量を決定する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、現在位相相当制御量をフィードバック制御量で補正して回転位相を目標に近づけるが、制動力（滑り摩擦）を増大させる回転位相の制御時においては、回転位相の変更量に略比例する温度上昇を生じ、該温度上昇に対応して摩擦係数が低下し、目標回転位相を得るのに必要となる制動力が大きくなる一方、制動力（滑り摩擦）を減少させる回転位相の制御時においては、回転位相の変更量に略比例する温度低下を生じ、該温度低下に対応して摩擦係数が増大し、目標回転位相を得るのに必要となる制動力が小さくなるので、目標位相相当制御量と現在位相相当制御量との差に応じて、電磁ブレーキの基本制御量を増減補正する。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、回転位相を変化させるときの電磁ブレーキの温度変化に対応して、電磁ブレーキの制御量を適切に補正でき、以って、大きく回転位相を変化させる場合に目標への収束応答性が悪化することを防止できるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によると、エンジン温度及び外気温度により電磁ブレーキの温度を精度良く推定し、目標回転位相を得るための制御量が電磁ブレーキの温度によって変化することに対応でき、以って、目標回転位相への収束応答性が温度条件で悪化することを防止できるという効果がある。
【００１７】
請求項３記載の発明によると、回転位相を変化させるときの電磁ブレーキの温度変化に対応する補正を、フィードホワード分として付加して、フィードバック制御の応答遅れによる収束性の悪化を防止できるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施の形態における電磁ブレーキを用いる可変バルブタイミング装置の断面図であり、図２は、分解斜視図である。
【００１９】
図１及び図２に示す可変バルブタイミング装置１において、シリンダヘッド１２０に対して回転可能に支持されるカム軸１１０の端部１１１の軸周に回転可能にプーリ（又はスプロケット）２が支承される。プーリ２はカム軸１１０に対して相対回転可能に支承され、エンジンのクランク軸の回転に連動して回転する。
【００２０】
カム軸１１０の端部１１１の延長線上には、軸周にギヤが形成される伝達部材３がボルト３１により固定され、プーリ２の回転が、以下に説明する伝達機構を介して伝達部材３に伝えられる。
【００２１】
カム軸１１０と同軸に、フランジを有する筒状のドラム４１が設けられ、このドラム４１とプーリ２との間には、ドラム４１の回転位相を遅らせる方向に付勢するコイルばね４２が介装されている。即ち、プーリ２にはケース部材４４が固定され、コイルばね４２の外周側端部は、このケース部材４４の内周面部分に固定され、コイルばね４２の内周側端部は、ドラム４１の外周面に固定されている。
【００２２】
また、伝達部材３の軸周に形成されたギア３２と、筒状のピストン部材４３の内周に形成されたギア４３３とが、はすばギヤによるヘリカル機構により噛み合っている。
【００２３】
ピストン部材４３の外周面の対向する２箇所に、係合部４３１，４３１が突出形成されていて、プーリ２の回転中心部分からカム軸１１０の軸方向に延出している爪部材２１，２１の間に前記係合部４３１，４３１が係合している。この係合によりピストン部材４３とプーリ２とは同位相で回転する。
【００２４】
ピストン部材４３の前記係合部４３１，４３１には、ピストン部材４３の軸を中心とする雄ねじ４３２が各々形成され、ドラム４１の内周面には雌ねじ４１１が形成されていて、この両者はねじ作用により噛み合っている。
【００２５】
ドラム軸受部材４５は、伝達部材３の外周とドラム４１の内周との間に介装され、この両者の相対回転を軸受する。このドラム軸受部材４５とドラム４１の内周面との間には、爪受部材７ａが介装されている。
【００２６】
この爪受部材７ａはドラム４１の内周面に支持され、爪部材２１，２１の先端部の外周面側に形成されている段部２２，２２に当接して、カム軸１１０の径方向に爪部材２１，２１を係止している。
【００２７】
被吸引部材４６は、その回転中心部分に内歯の平ギヤ４６１が形成され、このギヤ４６１には、伝達部材３の先端部に形成されている平ギヤ３３に噛み合っている。これにより、被吸引部材４６は伝達部材３に対し、その軸方向に摺動可能に構成されると共に、被吸引部材４６と伝達部材３とは同位相で回転する。
【００２８】
ドラム４１のフランジ部分４１２の側面にはギア４１３が形成され、被吸引部材４６の一方の面４６２に形成されているギア４６３と対峙していて、この両ギアは噛み合うことで、ドラム４１と被吸引部材４６とが回転方向に係合するようにしてある。
【００２９】
第１の電磁ソレノイド５ｂと第２の電磁ソレノイド５ａは、カム軸１１０の軸芯線を囲むように、カム軸１１０の端部１１１に固定されている伝達部材３や、この伝達部材３を固定しているボルト３１の外周面を囲むように軸受部材６を介して配置されている。
【００３０】
すなわち、スペーサ部材４７が、ボルト３１の頭部３１１と伝達部材３の先端部との間に嵌合固定されていて、このスペーサ部材４７の外周側には、第２の電磁ソレノイド５ａがスペーサ部材４７との間に軸受部材６を介して配置されている。さらに第２の電磁ソレノイド５ａと被吸引部材４６の外周側には、電磁ブレーキを構成する第１の電磁ソレノイド５ｂが配置されている。第２の電磁ソレノイド５ａはボルト５１ａにより、ケース８に固定されている。
【００３１】
次に作用について説明する。
カム軸１１０の回転位相を進角側に変更するためには、第１の電磁ソレノイド５ｂが発生する磁界によりピストン部材４３をカム軸１１０の軸方向に移動することにより行う。
【００３２】
すなわち、まず、第２の電磁ソレノイド５ａの発生磁界により、被吸引部材４６が吸引されて、被吸引部材４６のギア４６３と、ドラム４１のギア４１３とが離れ、ドラム４１がプーリ２に対して相対的に回転できるようにする。
【００３３】
そして、第１の電磁ソレノイド５ｂの発生磁界により、ドラム４１を吸引することで、ドラム４１を第１の電磁ソレノイド５ｂの端面に押し付けて、摩擦制動を作用させる。これにより、ドラム４１はコイルばね４２の付勢力に抗してプーリ２に対して回転遅れを生じて相対回転し、ねじ４１１とねじ４３２とで噛み合っているピストン部材４３はカム軸１１０の軸方向に移動する。ピストン部材４３と伝達部材３とは前記のヘリカル機構により噛み合っているので、ピストン部材４３の移動により、伝達部材３引いてはカム軸１１０の回転位相がプーリ２に対して進角側に変わることになる。従って、第１の電磁ソレノイド５ｂへの電流値を増大させ、コイルばね４２の付勢力に抗する制動力（滑り摩擦）を増大させるほど、カム軸１１０の回転位相が進角側に変更されることになる。
【００３４】
上記のように、電磁ブレーキによる制動力に応じて決まるドラム４１の回転遅れ量によってカム軸１１０の回転位相がプーリ２（クランク軸）に対して変わるものであり、前記電磁ブレーキによる制動力は、第１の電磁ソレノイド５ｂに供給される電流値をデューティ制御することで制御されるようになっており、前記デューティ比を変化させることで、回転位相の変化量（進角量）を連続的に制御できる。尚、電磁ブレーキの制御量に相当するデューティ値（％）の増大に応じて、前記第１の電磁ソレノイド５ｂに供給される電流値が増大するものとする。
【００３５】
図３は、上記構成の可変バルブタイミング装置の制御系を示すブロック図であり、前記第１の電磁ソレノイド５ｂ及び第２の電磁ソレノイド５ａへの通電を制御する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５１１には、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータ５１２、クランク回転を検出するクランク角センサ５１３、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ５１４、外気温度を検出する外気温度センサ５１５、カム回転を検出するカムセンサ５１６等からの検出信号が入力される。
【００３６】
そして、前記コントロールユニット５１１は、図４のフローチャートに示すようにして、第１の電磁ソレノイド５ｂの通電をデューティ制御してカム軸１１０の回転位相を変化させ、目標回転位相に一致すると、第２の電磁ソレノイド５ａへの通電を遮断することで、被吸引部材４６のギア４６３と、ドラム４１のギア４１３とを噛み合わせ、ドラム４１をプーリ２に対してそのときの位相状態で固定し、第１の電磁ソレノイド５ｂへの通電を遮断する。
【００３７】
図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、吸入空気量、エンジン回転速度などのエンジン運転条件を読み込む。
尚、エンジン回転速度は、前記クランク角センサ５１３からの検出信号に基づいて算出される。
【００３８】
ステップＳ２では、吸入空気量（エンジン負荷）及びエンジン回転速度に基づいて目標の回転位相（目標角度）を決定する。
ステップＳ３では、前記クランク角センサ５１３及びカムセンサ５１５からの検出信号に基づいて実際の回転位相を検出する。
【００３９】
ステップＳ４では、前記実際の回転位相と、目標回転位相との偏差の絶対値が所定値以下であるか否かを判別する。
そして、前記偏差の絶対値が所定値以下である場合には、ステップＳ５へ進み、予め回転位相とエンジン回転速度に応じて第２の電磁ソレノイド５ａの通電を制御する基本デューティ値（基本制御量）を記憶した基本デューティマップを参照し、実際の回転位相及びそのときのエンジン回転速度に対応するデューティ値（現在位相相当デューティ値）を検索し、これを基本デューティ値とする。
【００４０】
また、ステップＳ６では、フィードバックデューティ値をＰＩＤ（比例・積分・微分）動作により演算させる。具体的には、偏差の絶対値が所定値１（比例分不感帯幅）以下となったら比例分を付加せず、また、偏差の絶対値が所定値２（微分分不感帯幅）以下となったら微分分を付加せず、更に、偏差の絶対値が所定値３（積分分不感帯幅）以下となったら、所定値３になる前の積分分の値にクランプさせる処理を行う。
【００４１】
尚、前記所定値１，２，３は、ステップＳ４で偏差と比較させる所定値とは異なる値である。
一方、前記偏差の絶対値が所定値を超える場合には、ステップＳ７へ進み、前記基本デューティマップから、実際の回転位相及びそのときのエンジン回転速度に対応するデューティ値（現在位相相当デューティ値）を検索すると共に、前記基本デューティマップから、目標の回転位相及びそのときのエンジン回転速度に対応するデューティ値（目標位相相当デューティ値）を検索する。
【００４２】
そして、基本デューティ値を、以下のようにして算出する。
基本デューティ値＝現在位相相当デューティ値＋ｋ×（目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値）
尚、上式において、係数ｋは、｜ｋ｜≦1.0の定数である。
【００４３】
即ち、現在位相相当デューティ値を基本として、目標の回転位相への変更は、後述するフィードバック制御で行うが、例えば制動力（滑り摩擦）を増大させる進角制御においては、回転位相の変更量に略比例する温度上昇を生じ、該温度上昇に対応して摩擦係数が低下し、目標回転位相を得るのに必要となるデューティ値（制動力）が大きくなる（図５参照）。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、温度上昇量に相関する回転位相の変更量に相当する「目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値」に応じて進角時に基本デューティを増大補正することで、温度上昇分に対応するデューティをフィードホワード分として付加して目標への収束性を確保するようにしてある。
【００４５】
また、制動力（滑り摩擦）を減少させる遅角制御においては、回転位相の変更量に略比例する温度低下を生じ、該温度低下に対応して摩擦係数が増大し、目標回転位相を得るのに必要となるデューティ値が小さくなるので、「目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値」に応じて基本デューティを減少補正することで、温度低下分に対応するデューティをフィードホワード分として減算して目標への収束性を確保するようにしてある。
【００４６】
本実施形態では、制動力を増大させる進角時に「目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値」がプラスの値になり、デューティ値を増大させることで制動力が大きくなるので、０＜ｋ≦1.0（例えば0.9）とすることで、温度上昇に見合う制動力の増大補正がなされることになり、逆に、遅角制御時には、温度低下に見合う制動力の減少補正がなされることになる。
【００４７】
尚、上記ｋ×（目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値）なる温度補正項は、回転位相の変更に伴う温度変化分に対応するものであるが、電磁ブレーキのベース温度によっても目標回転位相を得るのに必要となるデューティ値が変化する。
【００４８】
そこで、電磁ブレーキのベース温度を、エンジン温度を代表する冷却水温度から推定し、更に、外気温度に応じて推定温度を補正し、該推定した電磁ブレーキのベース温度に応じて前記係数ｋを変更する構成としても良い。
【００４９】
また、前記推定した電磁ブレーキの温度に応じてベース温度補正デューティを求め、
基本デューティ値＝現在位相相当デューティ値＋ｋ（目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値）＋ベース温度補正デューティ
として、基本デューティ値を演算させるようにしても良い。
【００５０】
尚、エンジン温度を代表する温度として冷却水温度の代わりに、潤滑油の温度を用いる構成としても良い。
ステップＳ８では、目標回転位相と実際の回転位相との偏差に基づくＰＩＤ動作によってフィードバックデューティ値を演算する。
【００５１】
ステップＳ９では、デューティ値と回転位相との相関において、進角変化時と遅角変化時とで要求デューティ値が異なるヒステリシス特性を有することに対応するヒスデューティ値を、進角・遅角の判別とエンジン回転速度とに応じて決定する。
【００５２】
ステップＳ１０では、前記基本デューティ値、フィードバックデューティ値、ヒスデューティ値を加算して、最終的なデューティ値を算出し、次のステップＳ１１で前記デューティ値に基づき第１の電磁ソレノイド５ｂへの通電を制御する。
【００５３】
尚、可変バルブタイミング装置は、電磁ブレーキによる摩擦制動（滑り摩擦）によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成であれば良く、図１及び図２に示した構成のものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における可変バルブタイミング装置の断面図。
【図２】実施の形態における可変バルブタイミング装置の分解斜視図。
【図３】実施の形態における可変バルブタイミング装置のブロック図。
【図４】実施の形態における位相制御を示すフローチャート。
【図５】実施の形態における温度及びエンジン回転速度と要求デューティとの相関を示す線図。
【符号の説明】
１…可変バルブタイミング装置
２…プーリ
３…伝達部材
５ａ…第２の電磁ソレノイド
５ｂ…第１の電磁ソレノイド
４１…ドラム
４２…コイルバネ
４３…ピストン部材
４６…被吸引部材
１１０…カム軸
１２０…シリンダヘッド
５１１…コントロールユニット
５１２…エアフローメータ
５１３…クランク角センサ
５１４…水温センサ
５１５…外気温度センサ
５１６…カムセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの可変バルブタイミング装置に関し、電磁ブレーキを用いてクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置が知られている（特開平１０−１５３１０４号公報参照）。
【０００３】
前記可変バルブタイミング装置においては、例えば、目標の回転位相（目標の遅延角）とエンジン回転速度とから電磁ブレーキの基本制御量を演算する一方、目標の回転位相と実際の回転位相との偏差からフィードバック制御量を演算し、前記基本制御量及びフィードバック制御量から最終的な制御量（例えばデューティ制御量）を求めて、該制御量で電磁ブレーキを構成する電磁コイルに流れる電流を制御するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁ブレーキの温度が変化すると電磁ブレーキの摩擦係数が変化して、目標の回転位相を得るのに要求される制御量が変化する（図５参照）。このため、摩擦力（滑り摩擦）を大きく変化させて回転位相を大きく変化させるときに、電磁ブレーキの大きな温度変化によって目標の回転位相を得るのに要求される制御量が大きく変化し、目標回転位相への収束性が悪化する場合があった。
【０００５】
尚、図５は、同じ回転位相を得るのに必要な電磁ブレーキの制御量（デューティ値）が、電磁ブレーキの温度に相関するエンジンの油温とエンジン回転速度に応じて変化する様子を示している。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電磁ブレーキの温度変化があっても、目標回転位相への収束応答性を良好に維持できるエンジンの可変バルブタイミング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、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、前記電磁ブレーキの制御量を、前記電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、前記電磁ブレーキの温度変化を、回転位相の変更量に基づいて推定する構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、電磁ブレーキによる摩擦制動で、クランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相が変化し、以って、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置において、電磁ブレーキの制御量を、摩擦係数を変化させ、以って、目標の回転位相を得るための必要制御量を変化させることになる電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、回転位相の変更量が大きいときほど電磁ブレーキの温度変化量が大きくなることから、電磁ブレーキの温度変化を、回転位相の変更量に基づいて推定する。
【００１０】
請求項２記載の発明では、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、前記電磁ブレーキの制御量を、前記電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、前記電磁ブレーキの温度を、エンジン温度及び外気温により推定する。かかる構成によると、電磁ブレーキの温度とエンジン温度との間には一定の相関があることから、エンジン温度、更に、雰囲気温度である外気温度に基づき電磁ブレーキ（摩擦面）の温度を推定する。
【００１２】
請求項３記載の発明では、電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、
前記電磁ブレーキの制御量と回転位相との相関を予め記憶し、現在の回転位相に対応する現在位相相当制御量と、目標の回転位相に対応する目標位相相当制御量とを前記相関から求め、
前記電磁ブレーキの制動力を増大させる回転位相の制御時には、前記目標位相相当制御量と前記現在位相相当制御量との差に応じて、前記電磁ブレーキの基本制御量を増大補正し、
前記電磁ブレーキの制動力を減少させる回転位相の制御時には、前記目標位相相当制御量と前記現在位相相当制御量との差に応じて、前記電磁ブレーキの基本制御量を減少補正する一方、
現在の回転位相と目標の回転位相との偏差に応じてフィードバック制御量を求め、前記基本制御量とフィードバック制御量とから最終的な制御量を決定する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、現在位相相当制御量をフィードバック制御量で補正して回転位相を目標に近づけるが、制動力（滑り摩擦）を増大させる回転位相の制御時においては、回転位相の変更量に略比例する温度上昇を生じ、該温度上昇に対応して摩擦係数が低下し、目標回転位相を得るのに必要となる制動力が大きくなる一方、制動力（滑り摩擦）を減少させる回転位相の制御時においては、回転位相の変更量に略比例する温度低下を生じ、該温度低下に対応して摩擦係数が増大し、目標回転位相を得るのに必要となる制動力が小さくなるので、目標位相相当制御量と現在位相相当制御量との差に応じて、電磁ブレーキの基本制御量を増減補正する。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、回転位相を変化させるときの電磁ブレーキの温度変化に対応して、電磁ブレーキの制御量を適切に補正でき、以って、大きく回転位相を変化させる場合に目標への収束応答性が悪化することを防止できるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によると、エンジン温度及び外気温度により電磁ブレーキの温度を精度良く推定し、目標回転位相を得るための制御量が電磁ブレーキの温度によって変化することに対応でき、以って、目標回転位相への収束応答性が温度条件で悪化することを防止できるという効果がある。
【００１７】
請求項３記載の発明によると、回転位相を変化させるときの電磁ブレーキの温度変化に対応する補正を、フィードホワード分として付加して、フィードバック制御の応答遅れによる収束性の悪化を防止できるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施の形態における電磁ブレーキを用いる可変バルブタイミング装置の断面図であり、図２は、分解斜視図である。
【００１９】
図１及び図２に示す可変バルブタイミング装置１において、シリンダヘッド１２０に対して回転可能に支持されるカム軸１１０の端部１１１の軸周に回転可能にプーリ（又はスプロケット）２が支承される。プーリ２はカム軸１１０に対して相対回転可能に支承され、エンジンのクランク軸の回転に連動して回転する。
【００２０】
カム軸１１０の端部１１１の延長線上には、軸周にギヤが形成される伝達部材３がボルト３１により固定され、プーリ２の回転が、以下に説明する伝達機構を介して伝達部材３に伝えられる。
【００２１】
カム軸１１０と同軸に、フランジを有する筒状のドラム４１が設けられ、このドラム４１とプーリ２との間には、ドラム４１の回転位相を遅らせる方向に付勢するコイルばね４２が介装されている。即ち、プーリ２にはケース部材４４が固定され、コイルばね４２の外周側端部は、このケース部材４４の内周面部分に固定され、コイルばね４２の内周側端部は、ドラム４１の外周面に固定されている。
【００２２】
また、伝達部材３の軸周に形成されたギア３２と、筒状のピストン部材４３の内周に形成されたギア４３３とが、はすばギヤによるヘリカル機構により噛み合っている。
【００２３】
ピストン部材４３の外周面の対向する２箇所に、係合部４３１，４３１が突出形成されていて、プーリ２の回転中心部分からカム軸１１０の軸方向に延出している爪部材２１，２１の間に前記係合部４３１，４３１が係合している。この係合によりピストン部材４３とプーリ２とは同位相で回転する。
【００２４】
ピストン部材４３の前記係合部４３１，４３１には、ピストン部材４３の軸を中心とする雄ねじ４３２が各々形成され、ドラム４１の内周面には雌ねじ４１１が形成されていて、この両者はねじ作用により噛み合っている。
【００２５】
ドラム軸受部材４５は、伝達部材３の外周とドラム４１の内周との間に介装され、この両者の相対回転を軸受する。このドラム軸受部材４５とドラム４１の内周面との間には、爪受部材７ａが介装されている。
【００２６】
この爪受部材７ａはドラム４１の内周面に支持され、爪部材２１，２１の先端部の外周面側に形成されている段部２２，２２に当接して、カム軸１１０の径方向に爪部材２１，２１を係止している。
【００２７】
被吸引部材４６は、その回転中心部分に内歯の平ギヤ４６１が形成され、このギヤ４６１には、伝達部材３の先端部に形成されている平ギヤ３３に噛み合っている。これにより、被吸引部材４６は伝達部材３に対し、その軸方向に摺動可能に構成されると共に、被吸引部材４６と伝達部材３とは同位相で回転する。
【００２８】
ドラム４１のフランジ部分４１２の側面にはギア４１３が形成され、被吸引部材４６の一方の面４６２に形成されているギア４６３と対峙していて、この両ギアは噛み合うことで、ドラム４１と被吸引部材４６とが回転方向に係合するようにしてある。
【００２９】
第１の電磁ソレノイド５ｂと第２の電磁ソレノイド５ａは、カム軸１１０の軸芯線を囲むように、カム軸１１０の端部１１１に固定されている伝達部材３や、この伝達部材３を固定しているボルト３１の外周面を囲むように軸受部材６を介して配置されている。
【００３０】
すなわち、スペーサ部材４７が、ボルト３１の頭部３１１と伝達部材３の先端部との間に嵌合固定されていて、このスペーサ部材４７の外周側には、第２の電磁ソレノイド５ａがスペーサ部材４７との間に軸受部材６を介して配置されている。さらに第２の電磁ソレノイド５ａと被吸引部材４６の外周側には、電磁ブレーキを構成する第１の電磁ソレノイド５ｂが配置されている。第２の電磁ソレノイド５ａはボルト５１ａにより、ケース８に固定されている。
【００３１】
次に作用について説明する。
カム軸１１０の回転位相を進角側に変更するためには、第１の電磁ソレノイド５ｂが発生する磁界によりピストン部材４３をカム軸１１０の軸方向に移動することにより行う。
【００３２】
すなわち、まず、第２の電磁ソレノイド５ａの発生磁界により、被吸引部材４６が吸引されて、被吸引部材４６のギア４６３と、ドラム４１のギア４１３とが離れ、ドラム４１がプーリ２に対して相対的に回転できるようにする。
【００３３】
そして、第１の電磁ソレノイド５ｂの発生磁界により、ドラム４１を吸引することで、ドラム４１を第１の電磁ソレノイド５ｂの端面に押し付けて、摩擦制動を作用させる。これにより、ドラム４１はコイルばね４２の付勢力に抗してプーリ２に対して回転遅れを生じて相対回転し、ねじ４１１とねじ４３２とで噛み合っているピストン部材４３はカム軸１１０の軸方向に移動する。ピストン部材４３と伝達部材３とは前記のヘリカル機構により噛み合っているので、ピストン部材４３の移動により、伝達部材３引いてはカム軸１１０の回転位相がプーリ２に対して進角側に変わることになる。従って、第１の電磁ソレノイド５ｂへの電流値を増大させ、コイルばね４２の付勢力に抗する制動力（滑り摩擦）を増大させるほど、カム軸１１０の回転位相が進角側に変更されることになる。
【００３４】
上記のように、電磁ブレーキによる制動力に応じて決まるドラム４１の回転遅れ量によってカム軸１１０の回転位相がプーリ２（クランク軸）に対して変わるものであり、前記電磁ブレーキによる制動力は、第１の電磁ソレノイド５ｂに供給される電流値をデューティ制御することで制御されるようになっており、前記デューティ比を変化させることで、回転位相の変化量（進角量）を連続的に制御できる。尚、電磁ブレーキの制御量に相当するデューティ値（％）の増大に応じて、前記第１の電磁ソレノイド５ｂに供給される電流値が増大するものとする。
【００３５】
図３は、上記構成の可変バルブタイミング装置の制御系を示すブロック図であり、前記第１の電磁ソレノイド５ｂ及び第２の電磁ソレノイド５ａへの通電を制御する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５１１には、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータ５１２、クランク回転を検出するクランク角センサ５１３、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ５１４、外気温度を検出する外気温度センサ５１５、カム回転を検出するカムセンサ５１６等からの検出信号が入力される。
【００３６】
そして、前記コントロールユニット５１１は、図４のフローチャートに示すようにして、第１の電磁ソレノイド５ｂの通電をデューティ制御してカム軸１１０の回転位相を変化させ、目標回転位相に一致すると、第２の電磁ソレノイド５ａへの通電を遮断することで、被吸引部材４６のギア４６３と、ドラム４１のギア４１３とを噛み合わせ、ドラム４１をプーリ２に対してそのときの位相状態で固定し、第１の電磁ソレノイド５ｂへの通電を遮断する。
【００３７】
図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、吸入空気量、エンジン回転速度などのエンジン運転条件を読み込む。
尚、エンジン回転速度は、前記クランク角センサ５１３からの検出信号に基づいて算出される。
【００３８】
ステップＳ２では、吸入空気量（エンジン負荷）及びエンジン回転速度に基づいて目標の回転位相（目標角度）を決定する。
ステップＳ３では、前記クランク角センサ５１３及びカムセンサ５１５からの検出信号に基づいて実際の回転位相を検出する。
【００３９】
ステップＳ４では、前記実際の回転位相と、目標回転位相との偏差の絶対値が所定値以下であるか否かを判別する。
そして、前記偏差の絶対値が所定値以下である場合には、ステップＳ５へ進み、予め回転位相とエンジン回転速度に応じて第２の電磁ソレノイド５ａの通電を制御する基本デューティ値（基本制御量）を記憶した基本デューティマップを参照し、実際の回転位相及びそのときのエンジン回転速度に対応するデューティ値（現在位相相当デューティ値）を検索し、これを基本デューティ値とする。
【００４０】
また、ステップＳ６では、フィードバックデューティ値をＰＩＤ（比例・積分・微分）動作により演算させる。具体的には、偏差の絶対値が所定値１（比例分不感帯幅）以下となったら比例分を付加せず、また、偏差の絶対値が所定値２（微分分不感帯幅）以下となったら微分分を付加せず、更に、偏差の絶対値が所定値３（積分分不感帯幅）以下となったら、所定値３になる前の積分分の値にクランプさせる処理を行う。
【００４１】
尚、前記所定値１，２，３は、ステップＳ４で偏差と比較させる所定値とは異なる値である。
一方、前記偏差の絶対値が所定値を超える場合には、ステップＳ７へ進み、前記基本デューティマップから、実際の回転位相及びそのときのエンジン回転速度に対応するデューティ値（現在位相相当デューティ値）を検索すると共に、前記基本デューティマップから、目標の回転位相及びそのときのエンジン回転速度に対応するデューティ値（目標位相相当デューティ値）を検索する。
【００４２】
そして、基本デューティ値を、以下のようにして算出する。
基本デューティ値＝現在位相相当デューティ値＋ｋ×（目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値）
尚、上式において、係数ｋは、｜ｋ｜≦1.0の定数である。
【００４３】
即ち、現在位相相当デューティ値を基本として、目標の回転位相への変更は、後述するフィードバック制御で行うが、例えば制動力（滑り摩擦）を増大させる進角制御においては、回転位相の変更量に略比例する温度上昇を生じ、該温度上昇に対応して摩擦係数が低下し、目標回転位相を得るのに必要となるデューティ値（制動力）が大きくなる（図５参照）。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、温度上昇量に相関する回転位相の変更量に相当する「目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値」に応じて進角時に基本デューティを増大補正することで、温度上昇分に対応するデューティをフィードホワード分として付加して目標への収束性を確保するようにしてある。
【００４５】
また、制動力（滑り摩擦）を減少させる遅角制御においては、回転位相の変更量に略比例する温度低下を生じ、該温度低下に対応して摩擦係数が増大し、目標回転位相を得るのに必要となるデューティ値が小さくなるので、「目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値」に応じて基本デューティを減少補正することで、温度低下分に対応するデューティをフィードホワード分として減算して目標への収束性を確保するようにしてある。
【００４６】
本実施形態では、制動力を増大させる進角時に「目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値」がプラスの値になり、デューティ値を増大させることで制動力が大きくなるので、０＜ｋ≦1.0（例えば0.9）とすることで、温度上昇に見合う制動力の増大補正がなされることになり、逆に、遅角制御時には、温度低下に見合う制動力の減少補正がなされることになる。
【００４７】
尚、上記ｋ×（目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値）なる温度補正項は、回転位相の変更に伴う温度変化分に対応するものであるが、電磁ブレーキのベース温度によっても目標回転位相を得るのに必要となるデューティ値が変化する。
【００４８】
そこで、電磁ブレーキのベース温度を、エンジン温度を代表する冷却水温度から推定し、更に、外気温度に応じて推定温度を補正し、該推定した電磁ブレーキのベース温度に応じて前記係数ｋを変更する構成としても良い。
【００４９】
また、前記推定した電磁ブレーキの温度に応じてベース温度補正デューティを求め、
基本デューティ値＝現在位相相当デューティ値＋ｋ（目標位相相当デューティ値−現在位相相当デューティ値）＋ベース温度補正デューティ
として、基本デューティ値を演算させるようにしても良い。
【００５０】
尚、エンジン温度を代表する温度として冷却水温度の代わりに、潤滑油の温度を用いる構成としても良い。
ステップＳ８では、目標回転位相と実際の回転位相との偏差に基づくＰＩＤ動作によってフィードバックデューティ値を演算する。
【００５１】
ステップＳ９では、デューティ値と回転位相との相関において、進角変化時と遅角変化時とで要求デューティ値が異なるヒステリシス特性を有することに対応するヒスデューティ値を、進角・遅角の判別とエンジン回転速度とに応じて決定する。
【００５２】
ステップＳ１０では、前記基本デューティ値、フィードバックデューティ値、ヒスデューティ値を加算して、最終的なデューティ値を算出し、次のステップＳ１１で前記デューティ値に基づき第１の電磁ソレノイド５ｂへの通電を制御する。
【００５３】
尚、可変バルブタイミング装置は、電磁ブレーキによる摩擦制動（滑り摩擦）によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成であれば良く、図１及び図２に示した構成のものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における可変バルブタイミング装置の断面図。
【図２】実施の形態における可変バルブタイミング装置の分解斜視図。
【図３】実施の形態における可変バルブタイミング装置のブロック図。
【図４】実施の形態における位相制御を示すフローチャート。
【図５】実施の形態における温度及びエンジン回転速度と要求デューティとの相関を示す線図。
【符号の説明】
１…可変バルブタイミング装置
２…プーリ
３…伝達部材
５ａ…第２の電磁ソレノイド
５ｂ…第１の電磁ソレノイド
４１…ドラム
４２…コイルバネ
４３…ピストン部材
４６…被吸引部材
１１０…カム軸
１２０…シリンダヘッド
５１１…コントロールユニット
５１２…エアフローメータ
５１３…クランク角センサ
５１４…水温センサ
５１５…外気温度センサ
５１６…カムセンサ
Claims (3)
- 電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、
前記電磁ブレーキの制御量を、前記電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、前記電磁ブレーキの温度変化を、回転位相の変更量に基づいて推定することを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング装置。 - 電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、
前記電磁ブレーキの制御量を、前記電磁ブレーキの温度に応じて補正すると共に、前記電磁ブレーキの温度を、エンジン温度及び外気温により推定することを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング装置。 - 電磁ブレーキによる摩擦制動によりクランク軸に対するカム軸の回転遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置において、
前記電磁ブレーキの制御量と回転位相との相関を予め記憶し、現在の回転位相に対応する現在位相相当制御量と、目標の回転位相に対応する目標位相相当制御量とを前記相関から求め、
前記電磁ブレーキの制動力を増大させる回転位相の制御時には、前記目標位相相当制御量と前記現在位相相当制御量との差に応じて、前記電磁ブレーキの基本制御量を増大補正し、
前記電磁ブレーキの制動力を減少させる回転位相の制御時には、前記目標位相相当制御量と前記現在位相相当制御量との差に応じて、前記電磁ブレーキの基本制御量を減少補正する一方、
現在の回転位相と目標の回転位相との偏差に応じてフィードバック制御量を求め、前記基本制御量とフィードバック制御量とから最終的な制御量を決定することを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング装置。
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