JP4013274B2 - 内燃機関用バルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの少なくともいずれか一方の開閉タイミングを運転状態に応じて変更自在な内燃機関用バルブタイミング制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃機関用バルブタイミング制御装置に関連する先行技術文献としては、特開平7−11980号公報にて開示されたものが知られている。
【0003】
このものでは、内燃機関の潤滑油を利用して油圧で駆動されるバルブタイミング制御機構を利用したバルブタイミング調整のフィードバック制御において、進角側では学習値を反映させ、遅角側ではデューティ値を採用することで、学習時間の短縮と同時に、製造上のばらつきに影響されず、正確なバルブタイミング調整を実行させる技術が示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の潤滑油を利用して油圧で駆動されるバルブタイミング制御機構において、所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときには静摩擦等の影響によるヒステリシス現象が起きるため、正確なバルブタイミング調整を実行しようとしても所望の制御回転角に到達しないという不具合があった。
【0005】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、静摩擦等の影響を受けることなく正確なバルブタイミング調整が実行できる内燃機関用バルブタイミング制御装置の提供を課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、相対回転角制御手段で算出された制御回転角に対して、制御回転角補正手段により所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分が重畳される。そして、補正回転角分が重畳された制御回転角を用いることで、アクチュエータに対する制御デューティ比が常に微小変動され、バルブタイミング制御機構に対して強制的な微小振動が与えられる。具体的には、前記バルブタイミング制御機構に供給される油圧を調整するスプールバルブの駆動軸と従動軸との位相差である相対回転角と目標相対回転角との偏差である制御回転角に対してリニアソレノイドに供給する基本制御電流を設定し、前記基本制御電流に対して前記所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分のディザ信号を重畳して補正する。すると、バルブタイミング制御機構において所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときに、摩擦変動等により生じるヒステリシス現象による制御回転角誤差を解消することができる。このため、制御デューティ比の変更に対応したバルブタイミング制御機構のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができるという効果が得られる。
【0007】
請求項2の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、バルブタイミング制御機構に対する制御回転角に重畳される補正回転角における振幅変動の大きさが内燃機関の運転状態や相対回転角や制御回転角に基づき設定される。つまり、各種制御条件の変化に対応した補正回転角が制御回転角に重畳されることでバルブタイミング変更の際の制御回転角誤差を適切に解消することができる。これにより、制御デューティ比の変更に対応したVVT50のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができるという効果が得られる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【0009】
図1は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置を適用したダブルオーバヘッドカム式内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【0010】
図1において、10は内燃機関であり、内燃機関10の駆動軸としてのクランクシャフト11からチェーン12を介して一対のチェーンスプロケット13,14に駆動力が伝達される。このクランクシャフト11と同期して回転される一対のチェーンスプロケット13,14には従動軸としての一対のカムシャフト15,16が配設され、これらのカムシャフト15,16によって図示しない吸気バルブ及び排気バルブが開閉駆動される。
【0011】
クランクシャフト11にはクランクポジションセンサ21、カムシャフト15にはカムポジションセンサ22がそれぞれ配設されている。このクランクポジションセンサ21から出力されるパルス信号θ1 及びカムポジションセンサ22から出力されるパルス信号θ2 はECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)30に入力される。
【0012】
なお、ECU30は、周知の中央処理装置としてのCPU、制御プログラムを格納したROM、各種データを格納するRAM、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。
【0013】
ECU30には、これらの信号の他に内燃機関10の運転状態に対応するエアフローメータ(図示略)からの単位機関回転数当たりの吸気量(吸入空気量)GN、水温センサ(図示略)からの冷却水温THW等の各種センサ信号が入力されており、後述のクランクシャフト11に対するカムシャフト15の相対回転角VT及び目標相対回転角VTTが算出される。そして、ECU30からの駆動信号によりスプールバルブ40のリニアソレノイド41がDuty(デューティ比)制御され、油タンク45内の油がポンプ46により供給油通路47を通って一方のカムシャフト15に設けられたバルブタイミング制御機構(Variable Valve Timming Control Mechanism: 以下、単に『VVT』と記す;図1の斜線部)50に圧送される。このVVT50に供給される油の油量が調整されることで、カムシャフト15がチェーンスプロケット13、即ち、クランクシャフト11に対し所定の位相差を有して回転自在であり、カムシャフト15が目標相対回転角VTTに設定可能である。なお、VVT50からの油は排出油通路48を通って油タンク45内に戻される。
【0014】
ここで、クランクシャフト11が1回転してクランクポジションセンサ21からのパルス数がN個発生するとき、カムシャフト15の1回転でカムポジションセンサ22からのパルス数がN個発生するようにする。また、カムシャフト15のタイミング変換角最大値をθmax °CA(クランク角)とすると、N<(360/θmax )となるようにパルス数Nを設定する。これによって、相対回転角VTの算出時、クランクポジションセンサ21のパルス信号θ1 と、このパルス信号θ1 の次に続いて発生するカムポジションセンサ22のパルス信号θ2 とを使用することができる。
【0015】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECU30の処理手順を示す図2のフローチャートに基づき、図3及び図4のマップを参照して説明する。ここで、図3は機関回転数Neと吸気量GNとから目標相対回転角VTTを算出するマップであり、図4は相対回転角偏差に対する基本制御電流IBCを算出するマップである。なお、このルーチンは所定時間毎にECU30にて繰返し実行される。
【0016】
図2において、まず、ステップS101でVVT50に対する実行条件が成立しているかが判定される。ここでは、内燃機関10の始動後における機関回転数Neが所定機関回転数、例えば、500rpm未満、冷却水温THWが所定温度、例えば、0℃未満のときVVT50に対する実行条件が不成立であるとされる。即ち、機関回転数Neが500rpm未満では内燃機関10が未だ始動後経過時間が少なく安定したアイドル運転状態になく、冷却水温THWが0℃未満ではVVT50を駆動する油温も同様に低いと推定できその粘性が高過ぎると思われるからである。
【0017】
ステップS101の判定条件が成立するときには、ステップS102に移行し、各種センサ信号としてクランクポジションセンサ21の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ22の出力信号θ2 、更に、内燃機関10の運転状態を表すパラメータとしての機関回転数Ne及び吸気量GN等が読込まれる。次にステップS103に移行して、ステップS102で読込まれたクランクポジションセンサ21の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ22の出力信号θ2 からクランクシャフト11に対するカムシャフト15の現在の位相差である相対回転角VT(=θ1 −θ2 )が算出される。
【0018】
次にステップS104に移行して、ステップS102で読込まれた機関回転数Ne及び吸気量GNに基づき、図3に示すマップから現在の目標位相差である目標相対回転角VTTが算出される。次にステップS105に移行して、ステップS103で算出された相対回転角VTとステップS104で算出された目標相対回転角VTTとの相対回転角偏差(VTT−VT)に基づき、図4に示すマップからOCV(Oil-flow Control Valve)としてのスプールバルブ40のリニアソレノイド41に供給する基本制御電流IBCが算出される。
【0019】
次にステップS106に移行して、後述するようなディザ(dither)信号が設定される。次にステップS107に移行して、ステップS105で算出された基本制御電流IBCにステップS106で設定されたディザ信号が重畳され、最終的にVVT50を制御するための制御電流Icが算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップS101の判定条件が成立しないときには、ステップS108に移行し、VVT50に対する制御電流IcがOFFとされ、VVT50が最も遅角側に保持されたまま、本ルーチンを終了する。
【0020】
図5は上述のルーチンのステップS106で設定されるディザ信号を示す説明図である。
【0021】
このディザ信号とは、図5に+(プラス:加算)側設定値及び−(マイナス:減算)側設定値として変動量を示すような、比較的高い周波数(数十〜数百Hz)の信号(図5に実線で示す)のことであり、基本制御電流IBC(図5に破線で示す)に重畳することにより、元の電流値に対して微小振動を起こさせるものである。このように、上述のルーチンのステップS107で基本制御電流IBCにディザ信号が重畳された制御電流Icによれば、リニアソレノイド41に対する制御デューティ比が常に微小変動されるため、結果的に、VVT50に対して強制的な微小振動が与えられることとなる。すると、VVT50において所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときに、摩擦変動等により生じるヒステリシス現象による制御回転角誤差を解消することができる。これにより、制御デューティ比の変更に対応したVVT50のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができる。
【0022】
次に、ディザ信号の設定について具体的に説明する。
【0023】
まず、図6のマップを用いて、ディザ信号を現在の運転状態に応じて設定する場合を説明する。図6(a)のマップにより機関回転数Ne〔rpm〕に対する基本ディザ信号DB1が算出される。図6(a)のマップに示すように、運転状態としての機関回転数Neが所定回転数より低いときには発生される油圧も低くくなるため、基本ディザ信号DB1が機関回転数Neの低回転側となるに連れて中央値に対する+側設定値及び−側設定値が徐々に大きくされ、静摩擦に打勝つようにされる。また、図6(b)のマップにより冷却水温THW〔℃〕に対する補正係数K1 が算出される。図6(b)のマップに示すように、運転状態としての冷却水温THWが低いほど油温が低く粘性が高くなり抵抗が大きくなるため、基本ディザ信号DB1に対する補正係数K1 が冷却水温THWが低くなるに連れて1.0から徐々に大きくされる。そして、基本ディザ信号DB1に補正係数K1 が乗算されることで、現在の運転状態に応じたディザ信号が設定され、所要制御時間の短縮及び制御回転角に対する位置決め精度が向上される。
【0024】
次に、図7のマップを用いて、ディザ信号を現在の相対回転角VTに応じて設定する場合を説明する。図7(a)のマップにより相対回転角VTに対する基本ディザ信号DB2が算出される。図7(a)のマップに示すように、相対回転角VTが所定回転角より小さいときには遅角側に徐々に大きくされ、逆に所定回転角より大きいときには進角側に徐々に大きくされ、静摩擦に打勝つようにされる。更に、この基本ディザ信号DB2に対する補正係数として、図6(b)と同様な、図7(b)のマップにより冷却水温THW〔℃〕に対する補正係数K1 が算出され、図7(c)のマップにより機関回転数Ne〔rpm〕に対する補正係数K2 が算出される。図7(c)のマップに示すように、機関回転数Neに対する補正係数K2 が所定回転数より低くなるに連れて1.0より徐々に大きくされ、逆に所定回転数より高くなるに連れて1.0より小さくされ、油圧補正される。そして、基本ディザ信号DB2に補正係数K1 及び補正係数K2 が乗算されることで、現在の相対回転角VTに応じたディザ信号が設定され、所要制御時間の短縮及び制御回転角に対する位置決め精度が向上される。
【0025】
また、図8のマップを用いて、ディザ信号を現在の基本制御電流IBCに応じて設定する場合を説明する。図8(a)のマップにより基本制御電流IBCに対する基本ディザ信号DB3が算出される。図8(a)のマップに示すように、基本制御電流IBCが所定電流値範囲では進角側及び遅角側が大きくされ、静摩擦に打勝つようにされる。更に、この基本ディザ信号DB3に対する補正係数として、図6(b)と同様な、図8(b)のマップにより冷却水温THW〔℃〕に対する補正係数K1 が算出され、図7(c)と同様な、図8(c)のマップにより機関回転数Ne〔rpm〕に対する補正係数K2 が算出される。そして、基本ディザ信号DB3に補正係数K1 及び補正係数K2 が乗算されることで、現在の基本制御電流IBCに応じたディザ信号が設定され、所要制御時間の短縮及び制御回転角に対する位置決め精度が向上される。
【0026】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関10の駆動軸としてのクランクシャフト11から吸気バルブを開閉する従動軸としてのカムシャフト15に駆動力を伝達するチェーン12等からなる駆動力伝達系に設けられ、カムシャフト15を所定角度範囲内で相対回転自在なVVT50と、クランクシャフト11の回転角θ1 を検出する駆動軸回転角検出手段としてのクランクポジションセンサ21と、カムシャフト15の回転角θ2 を検出する従動軸回転角検出手段としてのカムポジションセンサ22と、クランクポジションセンサ21で検出されたクランクシャフト11の回転角θ1 とカムポジションセンサ22で検出されたカムシャフト15の回転角θ2 との位相差である相対回転角VTを算出するECU30にて達成される相対回転角演算手段と、内燃機関10の運転状態を表す機関回転数Ne及び吸気量GNに応じてクランクシャフト11の回転角とθ1 カムシャフト15の回転角θ2 との目標とする位相差である目標相対回転角VTTを算出するECU30にて達成される目標相対回転角演算手段と、前記相対回転角演算手段で算出された相対回転角VTと前記目標相対回転角演算手段で算出された目標相対回転角VTTとの偏差に応じてフィードバック補正される制御回転角に対応する基本制御電流IBCを算出し、VVT50によりカムシャフト15を相対回転するECU30にて達成される相対回転角制御手段と、前記相対回転角制御手段で算出された制御回転角に対応する基本制御電流IBCに対して所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分に対応するディザ信号を設定し、基本制御電流IBCに重畳し補正するECU30にて達成される制御回転角補正手段とを具備するものである。
【0027】
したがって、相対回転角制御手段を達成するECU30で算出された制御回転角に対応する基本制御電流IBCに対して、制御回転角補正手段を達成するECU30により所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分に対応して設定されたディザ信号が重畳される。そして、基本制御電流IBCに対してディザ信号が重畳された制御電流Icを用いることで、リニアソレノイド41に対する制御デューティ比が常に微小変動され、VVT50に対して強制的な微小振動が与えられる。すると、VVT50において所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときに、摩擦変動等により生じるヒステリシス現象による制御回転角誤差を解消することができる。このため、制御デューティ比の変更に対応したVVT50のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができる。
【0028】
また、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関10の運転状態を表す機関回転数Ne及び冷却水温THW、相対回転角VT、制御回転角に対応する基本制御電流IBCのうち少なくとも1つに基づき補正回転角に対応するディザ信号における振幅変動の大きさを設定するものである。即ち、VVT50に対する内燃機関の運転状態において負荷となるパラメータや現在の相対回転角VTや基本制御電流IBCに基づき補正回転角としてのディザ信号の振幅変動の大きさが設定される。つまり、各種制御条件の変化に対応したディザ信号が重畳されることでバルブタイミング変更の際の制御回転角誤差を適切に解消することができる。これにより、制御デューティ比の変更に対応したVVT50のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置の全体構成を示す概略図である。
【図2】 図2は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているECUの処理手順を示すフローチャートである。
【図3】 図3は図2における目標相対回転角を機関回転数と吸気量とから求めるマップである。
【図4】 図4は図2における基本制御電流を相対回転角偏差から求めるマップである。
【図5】 図5は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を示す説明図である。
【図6】 図6は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を現在の運転状態に応じて設定する説明図である。
【図7】 図7は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を現在の相対回転角に応じて設定する説明図である。
【図8】 図8は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を現在の基本制御電流に応じて設定する説明図である。
【符号の説明】
10 内燃機関
11 クランクシャフト(駆動軸)
12 チェーン
13 チェーンスプロケット
15 カムシャフト(従動軸)
21 クランクポジションセンサ
22 カムポジションセンサ
30 ECU(電子制御装置)
40 スプールバルブ
41 リニアソレノイド
50 VVT(バルブタイミング制御機構)
Claims (2)
- 内燃機関の駆動軸から吸気バルブまたは排気バルブの少なくともいずれか一方を開閉する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記駆動軸または前記従動軸のいずれか一方を所定角度範囲内で相対回転自在なバルブタイミング制御機構と、
前記バルブタイミング制御機構に供給される油圧を調整するスプールバルブと、
前記駆動軸の回転角を検出する駆動軸回転角検出手段と、
前記従動軸の回転角を検出する従動軸回転角検出手段と、
前記駆動軸回転角検出手段で検出された前記駆動軸の回転角と前記従動軸回転角検出手段で検出された前記従動軸の回転角との位相差である相対回転角を算出する相対回転角演算手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記駆動軸の回転角と前記従動軸の回転角との目標とする位相差である目標相対回転角を算出する目標相対回転角演算手段と、
前記相対回転角演算手段で算出された前記相対回転角と前記目標相対回転角演算手段で算出された前記目標相対回転角との偏差に応じて制御回転角を算出し、前記スプールバルブのリニアソレノイドに供給する電流を、前記制御回転角に基づいて算出された基本制御電流に制御して、前記バルブタイミング制御機構により前記駆動軸または前記従動軸を相対回転する相対回転角制御手段と、
前記相対回転角制御手段で算出された前記制御回転角に対して所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分を設定し、前記リニアソレノイドに供給する電流として、前記基本制御電流に前記所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分のディザ信号を重畳し補正する制御回転角補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。 - 前記内燃機関の運転状態、前記相対回転角、前記制御回転角のうち少なくとも1つに基づき前記補正回転角における振幅変動の大きさを設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用バルブタイミング制御装置。
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