JP4066366B2 - Variable valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングを可変する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関するものである。 The present invention relates to a variable valve timing control device for an internal combustion engine that varies the valve timing of an intake valve or an exhaust valve of the internal combustion engine.
近年、車両に搭載される内燃機関においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置を採用したものが増加しつつある。現在、実用化されている可変バルブタイミング装置は、油圧で位相可変機構を駆動してクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、カム軸によって開閉駆動される吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変化させるものが多い。しかし、この油圧駆動方式の可変バルブタイミング装置では、寒冷時やエンジン始動時に、油圧が不足したり、油圧制御の応答性が低下したりして、バルブタイミング制御精度が低下するという欠点がある。 In recent years, internal combustion engines mounted on vehicles are increasingly using variable valve timing devices that vary the valve timing of intake valves and exhaust valves for the purpose of improving output, reducing fuel consumption, and reducing exhaust emissions. . Currently, a variable valve timing device that is in practical use is a valve of an intake valve or an exhaust valve that is driven to open and close by a camshaft by driving a phase variable mechanism with hydraulic pressure to change the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft. There are many things that change the timing. However, this hydraulically driven variable valve timing device has a drawback that the valve timing control accuracy is lowered due to insufficient hydraulic pressure or reduced responsiveness of hydraulic control during cold weather or engine start.
そこで、例えば、特許文献1(特開平6−213021号公報)に記載されているように、モータの駆動力で位相可変機構を駆動してクランク軸に対する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モータ駆動方式の可変バルブタイミング装置が開発されている。
しかし、上記従来のモータ駆動方式の可変バルブタイミング装置は、クランク軸によって回転駆動されるプーリと一体にモータ全体が回転する構成であるため、可変バルブタイミング装置の回転系の慣性重量が重くなって可変バルブタイミング装置の耐久性が低下するという欠点がある。しかも、回転するモータと外部の電気配線とを接続するためにブラシ等を用いた摺接式の接続構造にしなければならず、これも耐久性を低下させる原因となっている。更には、従来のモータ駆動方式の可変バルブタイミング装置は、全般的に構成が複雑で、高コストであるという欠点もある。 However, the conventional motor-driven variable valve timing device has a configuration in which the entire motor rotates integrally with a pulley that is driven to rotate by a crankshaft, so that the inertia weight of the rotating system of the variable valve timing device increases. There is a drawback that the durability of the variable valve timing device is lowered. Moreover, in order to connect the rotating motor and the external electrical wiring, a sliding contact type connection structure using a brush or the like must be used, which also causes a decrease in durability. Furthermore, the conventional motor-driven variable valve timing apparatus has the disadvantages that the configuration is generally complicated and the cost is high.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、可変バルブタイミング装置の耐久性向上、低コスト化の要求を満たしながら、モータ駆動方式でバルブタイミングを制御することができ、バルブタイミング制御精度を向上させることができる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances. Accordingly, the object of the present invention is to provide valve timing by a motor drive system while satisfying the demand for improvement in durability and cost reduction of a variable valve timing device. It is an object of the present invention to provide a variable valve timing control device for an internal combustion engine that can be controlled and can improve valve timing control accuracy.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明に用いる可変バルブタイミング装置は、クランク軸の回転速度の1/2の回転速度(定常時にはクランク軸の回転速度の1/2=カム軸の回転速度となる)に対してモータの回転速度を調整することで、カム軸位相を変化させるように構成している。具体的には、請求項2のように、カム軸と同心状に配置され且つクランク軸の回転駆動力によって回転駆動される第1の回転部材と、前記カム軸と一体的に回転する第2の回転部材と、前記第1の回転部材の回転力を前記第2の回転部材に伝達し且つ前記第1の回転部材に対する前記第2の回転部材の回転位相を変化させる位相可変部材と、この位相可変部材の回転位相を制御するように前記カム軸と同心に配置されたモータとを備え、バルブタイミングを変化させないときは、前記モータの回転速度を前記第1の回転部材の回転速度に一致させて、前記位相可変部材の旋回速度を前記第1の回転部材の回転速度に一致させることで、前記第1の回転部材と前記第2の回転部材との回転位相の差を現状維持してカム軸位相を現状維持し、バルブタイミングを変化させるときは、前記モータの回転速度を前記第1の回転部材の回転速度に対して変化させて、前記位相可変部材の旋回速度を前記第1の回転部材の回転速度に対して変化させることで、前記第1の回転部材と前記第2の回転部材との回転位相の差を変化させてカム軸位相を変化させるように構成している。
In order to achieve the above object, the variable valve timing device used in the invention according to
この構成では、モータ全体を回転させる必要がないため、可変バルブタイミング装置の回転系の慣性重量を軽量化することができると共に、モータと外部の電気配線とを固定的な接続手段によって直接接続することができ、総じて、可変バルブタイミング装置の耐久性を向上させることができる。しかも、可変バルブタイミング装置の構成が比較的簡単であり、低コスト化の要求も満たすことができる。 In this configuration, since it is not necessary to rotate the entire motor, the inertia weight of the rotating system of the variable valve timing device can be reduced, and the motor and the external electric wiring are directly connected by a fixed connecting means. In general, the durability of the variable valve timing device can be improved. In addition, the configuration of the variable valve timing device is relatively simple, and the demand for cost reduction can be satisfied.
更に、請求項1に係る発明では、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差に基づいて要求バルブタイミング変化速度を算出して、この要求バルブタイミング変化速度に基づいてモータとカム軸との要求回転速度差を算出し、モータとカム軸との回転速度差を要求回転速度差に制御するようにモータ制御値を算出するようにしている。このようにすれば、モータとカム軸との回転速度差を要求回転速度差に一致させるようにモータの回転速度をフィードフォワード的に精度良く制御することができて、モータ駆動方式で実バルブタイミングを目標バルブタイミングに制御することができ、バルブタイミング制御精度を向上させることができる。
Further, in the invention according to
この場合、モータとカム軸との回転速度差を要求回転速度差に制御するのに必要なモータ制御値を算出する具体的な方法としては、例えば、請求項3のように、カム軸の回転速度と要求回転速度差とに基づいて要求モータ回転速度を算出し、モータの回転速度を要求モータ回転速度に制御するようにモータ制御値を算出するようにしても良い。或は、請求項4のように、モータの回転速度をカム軸の回転速度と同じ基本モータ回転速度に制御するための基本制御値を算出すると共に、モータの回転速度を基本モータ回転速度に対して要求回転速度差だけ変化させるための変化制御値を算出し、基本制御値と変化制御値とに基づいてモータ制御値を算出するようにしても良い。いずれの方法を用いても、モータとカム軸との回転速度差を要求回転速度差に制御するのに必要なモータ制御値を精度良く算出することができる。 In this case, as a specific method for calculating the motor control value necessary for controlling the difference in rotational speed between the motor and the cam shaft to the required rotational speed difference, for example, as in claim 3, the rotation of the cam shaft The required motor rotational speed may be calculated based on the speed and the required rotational speed difference, and the motor control value may be calculated so as to control the rotational speed of the motor to the required motor rotational speed. Alternatively, as in claim 4, a basic control value for controlling the rotational speed of the motor to the same basic motor rotational speed as the rotational speed of the camshaft is calculated, and the rotational speed of the motor is calculated with respect to the basic motor rotational speed. Then, a change control value for changing the required rotational speed difference may be calculated, and the motor control value may be calculated based on the basic control value and the change control value. Whichever method is used, the motor control value necessary for controlling the difference in rotational speed between the motor and the camshaft to the required rotational speed difference can be accurately calculated.
更に、請求項5のように、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差が所定値以下のときには、モータの回転速度をカム軸の回転速度と同じ回転速度に制御するようにモータ制御値を算出するようにしても良い。このようにすれば、実バルブタイミングが目標バルブタイミング又はその近傍にあるときには、実バルブタイミングをそのまま安定保持することができる。 Further, as in claim 5, when the deviation between the target valve timing and the actual valve timing is less than or equal to a predetermined value, the motor control value is calculated so as to control the rotation speed of the motor to the same rotation speed as the rotation speed of the camshaft. You may make it do. In this way, when the actual valve timing is at or near the target valve timing, the actual valve timing can be stably maintained as it is.
ところで、モータの出力トルクは、可変バルブタイミング装置内部の摩擦損失やカム軸側の駆動損失による損失トルクとしても消費されるため、モータとカム軸との回転速度差を要求回転速度差に制御するのに必要なモータ制御値(印加電圧値、デューティ値等)は、可変バルブタイミング装置内部やカム軸側の駆動損失によって変化する。また、モータが回転するとモータに逆起電力が発生するため、モータとカム軸との回転速度差を要求回転速度差に制御するのに必要なモータ制御値は、モータの逆起電力によっても変化する。 By the way, since the output torque of the motor is also consumed as a loss torque due to friction loss inside the variable valve timing device or drive loss on the camshaft side, the rotational speed difference between the motor and the camshaft is controlled to the required rotational speed difference. The motor control values (applied voltage value, duty value, etc.) required for this change depending on the drive loss inside the variable valve timing device or on the camshaft side. In addition, since a counter electromotive force is generated in the motor when the motor rotates, the motor control value required to control the difference in rotational speed between the motor and the camshaft to the required rotational speed difference also varies depending on the counter electromotive force of the motor. To do.
これらの事情を考慮して、請求項6のように、可変バルブタイミング装置内部の摩擦損失又はこれと相関関係にあるパラメータ、カム軸側の駆動損失又はこれと相関関係にあるパラメータ、モータの逆起電力又はこれと相関関係にあるパラメータのうちの少なくとも1つを用いてモータ制御値を算出するようにすると良い。このようにすれば、可変バルブタイミング装置内部やカム軸側の駆動損失の変化、モータの逆起電力の変化を考慮に入れてモータ制御値を算出することができるので、摩擦損失や逆起電力等の影響を受けずに、モータとカム軸との回転速度差を要求回転速度差に制御するのに必要なモータ制御値を精度良く算出することができる。 In consideration of these circumstances, as in claim 6, friction loss inside the variable valve timing device or a parameter correlated therewith, drive loss on the camshaft side or parameter correlated therewith, motor reverse The motor control value may be calculated using at least one of the electromotive force or a parameter correlated therewith. In this way, the motor control value can be calculated taking into account changes in the drive loss inside the variable valve timing device and on the camshaft side, and changes in the back electromotive force of the motor, so friction loss and back electromotive force can be calculated. The motor control value necessary for controlling the difference in rotational speed between the motor and the camshaft to the required rotational speed difference can be accurately calculated without being affected by the above.
本発明の可変バルブタイミング装置では、モータとカム軸との回転速度差に応じてバルブタイミング変化速度が変化するため、可変バルブタイミング装置内部の摩擦損失は、モータとカム軸との回転速度差に応じて変化する。従って、可変バルブタイミング装置内部の摩擦損失パラメータ(摩擦損失又はこれと相関関係にあるパラメータ)を用いる場合には、モータとカム軸との実回転速度差に応じて可変バルブタイミング装置内部の摩擦損失パラメータを算出するようにしても良いが、請求項7のように、モータとカム軸との要求回転速度差に応じて可変バルブタイミング装置内部の摩擦損失パラメータを算出するようにしても良い。このようにすれば、モータ制御値の算出に用いる可変バルブタイミング装置内部の摩擦損失パラメータをフィードフォワード的に算出することができて、モータ回転制御の応答性を向上させることができる。その結果、レーシング時(空吹かし時)のようにエンジン回転速度(カム軸の回転速度)が急変化する運転条件下でも、カム軸の回転速度変化に対してモータ回転速度を応答良く追従させることができ、バルブタイミング制御精度を確保することができる。
In the variable valve timing device of the present invention, the valve timing change speed changes in accordance with the rotational speed difference between the motor and the camshaft. Therefore, the friction loss inside the variable valve timing device is caused by the rotational speed difference between the motor and the camshaft. Will change accordingly. Therefore, when using the friction loss parameter inside the variable valve timing device (friction loss or a parameter correlated therewith), the friction loss inside the variable valve timing device depends on the actual rotational speed difference between the motor and the camshaft. The parameter may be calculated, or the friction loss parameter inside the variable valve timing device may be calculated according to the required rotational speed difference between the motor and the camshaft as in
また、モータの逆起電力は、モータの回転速度に応じて変化するため、モータの逆起電力パラメータ(逆起電力又はこれと相関関係にあるパラメータ)を用いる場合には、モータの実回転速度に応じてモータの逆起電力パラメータを算出するようにしても良いが、請求項8のように、カム軸の回転速度と要求回転速度差とに基づいて算出した要求モータ回転速度に応じてモータの逆起電力パラメータを算出するようにしても良い。このようにすれば、モータ制御値の算出に用いるモータの逆起電力パラメータをフィードフォワード的に算出することができて、請求項7と同様の効果を得ることができる。 In addition, since the back electromotive force of the motor changes in accordance with the rotation speed of the motor, when the motor back electromotive force parameter (back electromotive force or a parameter correlated therewith) is used, the actual rotation speed of the motor The back electromotive force parameter of the motor may be calculated according to the motor speed. However, the motor according to the required motor rotational speed calculated based on the rotational speed of the camshaft and the required rotational speed difference as in claim 8. The back electromotive force parameter may be calculated. In this way, the back electromotive force parameter of the motor used for calculating the motor control value can be calculated in a feedforward manner, and the same effect as in the seventh aspect can be obtained.
ところで、図12に示すように、モータの回転速度が変化すると、モータの逆起電力が変化して有効電圧(バッテリ電圧と逆起電力との差)が変化する。また、モータの増速時には、モータの回転速度が速くなるほど、有効電圧が減少し、反対に、モータの増速時には、モータの回転速度が速くなるほど、有効電圧が増加する。 By the way, as shown in FIG. 12, when the rotational speed of the motor changes, the back electromotive force of the motor changes and the effective voltage (difference between the battery voltage and the back electromotive force) changes. Further, when the motor speed increases, the effective voltage decreases as the motor rotation speed increases. Conversely, when the motor speed increases, the effective voltage increases as the motor rotation speed increases.
そこで、請求項9のように、モータの回転速度及び/又その増減状態に基づいてモータ制御値を補正するようにしても良い。このようにすれば、モータの回転速度やその増減状態によって有効電圧が変化しても、それに対応してモータ制御値を補正することができ、有効電圧の変化の影響を受けずに、適正なモータ制御値を算出することができる。 Therefore, as described in claim 9, the motor control value may be corrected based on the rotational speed of the motor and / or its increase / decrease state. In this way, even if the effective voltage changes depending on the rotational speed of the motor or its increase / decrease state, the motor control value can be corrected accordingly, and the appropriate voltage can be corrected without being affected by the change in the effective voltage. A motor control value can be calculated.
この請求項9に係る発明は、請求項10のように、モータへの供給電力をデューティ制御するためのデューティ値(通電率)をモータ制御値として算出するシステムに適用すると良い。デューティ制御では、供給電圧のデューティ値を調整することで、供給電圧のパルス幅を調整してモータへの供給電力を調整するが、デューティ値が同じでも、有効電圧(バッテリ電圧と逆起電力との差)が変化すると、供給電圧パルスの振幅が変化するため、その分、モータへの供給電力が変化する。従って、モータの回転速度やその増減状態に基づいてデューティ値を補正すれば、モータの回転速度やその増減状態によって有効電圧が変化して供給電圧パルスの振幅が変化するのに対応して、デューティ値を補正して供給電圧のパルス幅を補正することができ、供給電圧パルスの振幅変化による供給電力の変化分を供給電圧のパルス幅の補正によって補償することができる。 The invention according to claim 9 is preferably applied to a system that calculates a duty value (energization rate) for duty-controlling the power supplied to the motor as the motor control value, as in claim 10. In duty control, the supply voltage to the motor is adjusted by adjusting the supply voltage duty value to adjust the supply voltage to the motor, but even if the duty value is the same, the effective voltage (battery voltage and back electromotive force and Change), the amplitude of the supply voltage pulse changes, so that the power supplied to the motor changes accordingly. Therefore, if the duty value is corrected based on the rotational speed of the motor and its increased / decreased state, the effective voltage changes depending on the rotational speed of the motor and its increased / decreased state, and the amplitude of the supply voltage pulse changes accordingly. The pulse width of the supply voltage can be corrected by correcting the value, and the change in the supply power due to the change in the amplitude of the supply voltage pulse can be compensated by correcting the pulse width of the supply voltage.
また、請求項11のように、バルブタイミングの変化速度、モータとカム軸との回転速度差、モータの回転速度のうちの少なくとも1つに対して制限値を設けるようにしても良い。このようにすれば、バルブタイミングの変化速度、モータとカム軸との回転速度差、モータの回転速度を制限値で制限することができるので、可変バルブタイミング装置の保証限界を越えた作動による故障や損傷を未然に回避することができる。 Further, as in the eleventh aspect, a limit value may be provided for at least one of the change speed of the valve timing, the difference in rotation speed between the motor and the camshaft, and the rotation speed of the motor. In this way, it is possible to limit the change speed of the valve timing, the difference between the rotation speed of the motor and the camshaft, and the rotation speed of the motor with the limit values, so failure due to operation exceeding the guaranteed limit of the variable valve timing device. And damage can be avoided.
以下、本発明を吸気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用した5つの実施例1〜5を説明する。
Hereinafter, five
本発明の実施例1を図1乃至図8に基づいて説明する。まず、図1に基づいてシステム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11は、クランク軸12からの動力がタイミングチェーン13(又はタイミングベルト)により各スプロケット14、15を介して吸気側カム軸16と排気側カム軸17とに伝達されるようになっている。また、吸気側カム軸16側には、モータ駆動式の可変バルブタイミング装置18が設けられている。この可変バルブタイミング装置18によってクランク軸12に対する吸気側カム軸16の回転位相(カム軸位相)を可変することで、吸気側カム軸16によって開閉駆動される吸気バルブ(図示せず)のバルブタイミングを可変するようになっている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the entire system will be described with reference to FIG. The engine 11, which is an internal combustion engine, transmits power from the
また、吸気側カム軸16の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ19が取り付けられている。一方、クランク軸12の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ20が取り付けられている。
A
次に、図2に基づいて可変バルブタイミング装置18の概略構成を説明する。可変バルブタイミング装置18の位相可変機構21は、吸気側カム軸16と同心状に配置された内歯付きのアウタギヤ22(第1の回転部材)と、このアウタギヤ22の内周側に同心状に配置された外歯付きのインナギヤ23(第2の回転部材)と、これらアウタギヤ22とインナギヤ23との間に配置されて両者に噛み合う遊星ギヤ24(位相可変部材)とから構成されている。アウタギヤ22は、クランク軸12と同期して回転するスプロケット14と一体的に回転するように設けられ、インナギヤ23は、吸気側カム軸16と一体的に回転するように設けられている。また、遊星ギヤ24は、アウタギヤ22とインナギヤ23に噛み合った状態でインナギヤ23の回りを円軌道を描くように旋回することで、アウタギヤ22の回転力をインナギヤ23に伝達する役割を果たすと共に、インナギヤ23の回転速度(吸気側カム軸16の回転速度)に対する遊星ギヤ24の旋回速度(公転速度)を変化させることで、アウタギヤ22に対するインナギヤ23の回転位相(カム軸位相)を調整するようになっている。
Next, a schematic configuration of the variable
一方、エンジン11には、遊星ギヤ24の旋回速度を可変するためのモータ26が設けられている。このモータ26の回転軸27は、吸気側カム軸16、アウタギヤ22及びインナギヤ23と同軸上に配置され、このモータ26の回転軸27と遊星ギヤ24の支持軸25とが、径方向に延びる連結部材28を介して連結されている。これにより、モータ26の回転に伴って、遊星ギヤ24が支持軸25を中心に回転(自転)しながらインナギヤ23の外周の円軌道を旋回(公転)できるようになっている。また、モータ26には、モータ26の回転速度RM(回転軸27の回転速度)を検出するモータ回転速度センサ29(図1参照)が取り付けられている。
On the other hand, the engine 11 is provided with a
この可変バルブタイミング装置18は、モータ26の回転速度RMを吸気側カム軸16の回転速度RCに一致させて、遊星ギヤ24の公転速度をインナギヤ23の回転速度(アウタギヤ22の回転速度)に一致させると、アウタギヤ22とインナギヤ23との回転位相の差が現状維持されて、バルブタイミング(カム軸位相)が現状維持されるようになっている。
The variable
そして、吸気バルブのバルブタイミングを進角する場合には、モータ26の回転速度RMが吸気側カム軸16の回転速度RCよりも速くなるようにモータ26の回転速度RMを制御して、遊星ギヤ24の公転速度をインナギヤ23の回転速度よりも速くする。これにより、アウタギヤ22に対するインナギヤ23の回転位相が進角されて、バルブタイミング(カム軸位相)が進角される。
Then, in the case of advancing the valve timing of the intake valve controls the rotation speed RM of the
一方、吸気バルブのバルブタイミングを遅角する場合には、モータ26の回転速度RMが吸気側カム軸16の回転速度RCよりも遅くなるようにモータ26の回転速度RMを制御して、遊星ギヤ24の公転速度をインナギヤ23の回転速度よりも遅くする。これにより、アウタギヤ22に対するインナギヤ23の回転位相が遅角されて、バルブタイミングが遅角される。
On the other hand, in the case of retarding the valve timing of the intake valve controls the rotation speed RM of the
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)30に入力される。このECU30は、マイクロコンピュータを主体として構成され、そのROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁(図示せず)の燃料噴射量や点火プラグ(図示せず)の点火時期を制御する。
Outputs of the various sensors described above are input to an engine control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 30. The
また、ECU30は、後述する図3に示す可変バルブタイミング制御プログラム及び図4に示すモータ制御値算出プログラムを実行することで、吸気バルブの目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dを小さくするように要求バルブタイミング変化速度Vreq を算出して、この要求バルブタイミング変化速度Vreq に基づいてモータ26とカム軸16の要求回転速度差DMCreq を算出し、モータ26とカム軸16との回転速度差DMCを要求回転速度差DMCreq に制御するようにモータ制御値(例えばモータ印加電圧値)を算出する。これにより、モータ26とカム軸16との回転速度差DMCを要求回転速度差DMCreq に制御するようにモータ26の回転を制御して、吸気バルブの実バルブタイミングVTを目標バルブタイミングVTtgに制御する。以下、これら各プログラムの具体的な処理内容を説明する。
Further, the
図3に示す可変バルブタイミング制御プログラムは、例えば、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ101で、エンジン運転状態等に基づいて目標バルブタイミングVTtgを算出した後、ステップ102に進み、クランク角センサ20から出力されるクランク角信号と、カム角センサ19から出力されるカム角信号とに基づいて実バルブタイミングVTを算出する。
The variable valve timing control program shown in FIG. 3 is executed at a predetermined cycle after, for example, an ignition switch (not shown) is turned on. When this program is started, first, at
尚、カム角信号が出力される毎に、クランク角信号とカム角信号とに基づいてカム角信号出力時の実バルブタイミングVTCを算出すると共に、所定の演算周期でモータ回転速度RMとカム軸回転速度RCとの差に基づいて演算周期当たりのバルブタイミング変化量を算出して、カム角信号出力後の演算周期当たりのバルブタイミング変化量を算出することで、カム角信号出力後のバルブタイミング変化量ΔVTを求め、カム角信号出力時の実バルブタイミングVTCにカム角信号出力後のバルブタイミング変化量ΔVTを加算して最終的な実バルブタイミングVTを求めるようにしても良い。 Each time the cam angle signal is output, the actual valve timing VTC when the cam angle signal is output is calculated based on the crank angle signal and the cam angle signal, and the motor rotational speed RM and the cam shaft are calculated at a predetermined calculation cycle. The valve timing after the cam angle signal is output by calculating the valve timing change amount per calculation cycle based on the difference from the rotational speed RC and calculating the valve timing change amount per calculation cycle after the cam angle signal is output. The change amount ΔVT may be obtained, and the final actual valve timing VT may be obtained by adding the valve timing change amount ΔVT after cam angle signal output to the actual valve timing VTC at the time of cam angle signal output.
実バルブタイミングVTの算出後、ステップ103に進み、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dを算出し、次のステップ104で、この偏差Dを小さくするように該偏差Dに応じてマップ等により要求バルブタイミング変化速度Vreq を算出する。この要求バルブタイミング変化速度Vreq は、例えば、バルブタイミングの変化方向が進角側のときにプラス値、遅角側のときにマイナス値になる。このステップ104の処理が特許請求の範囲でいう要求バルブタイミング変化速度算出手段としての役割を果たす。
After calculating the actual valve timing VT, the process proceeds to step 103, where a deviation D between the target valve timing VTtg and the actual valve timing VT is calculated, and in the
この後、ステップ105に進み、バルブタイミング変化速度に対して制限速度Vs が設定されているか否かを判定する。この制限速度Vs は、例えば、位相可変機構21の可動範囲を制限するための可動部がストッパ部に衝突してもギヤ機構(ギヤ22〜24)の噛み込みや損傷が発生しない比較的遅いバルブタイミング変化速度であり、(1) 実バルブタイミングVTが最遅角位置付近や最進角位置付近に設定された速度制限領域内にあるとき、(2) バルブタイミングの基準位置学習が完了していないとき、(3) 基準位置学習の異常有り(基準位置の誤学習)と判定されたとき等に、制限速度Vs が設定される。
Thereafter, the routine proceeds to step 105, where it is determined whether or not the speed limit Vs is set for the valve timing change speed. This speed limit Vs is, for example, a relatively slow valve that does not cause the gear mechanism (gears 22 to 24) to bite or be damaged even when a movable part for limiting the movable range of the
このステップ105で、制限速度Vs が設定されていると判定された場合には、ステップ106に進み、要求バルブタイミング変化速度Vreq の絶対値が、制限速度Vs よりも大きいか否かを判定する。その結果、要求バルブタイミング変化速度Vreq の絶対値が制限速度Vs よりも大きいと判定された場合には、ステップ107に進み、要求バルブタイミング変化速度Vreq の絶対値を制限速度Vs でガード処理した後、ステップ108に進む。
If it is determined in
一方、上記ステップ105で、制限速度Vs が設定されていないと判定された場合、又は、上記ステップ106で、要求バルブタイミング変化速度Vreq の絶対値が制限速度Vs 以下であると判定された場合には、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dに応じて算出した要求バルブタイミング変化速度Vreq をそのまま採用して、ステップ108に進む。
On the other hand, if it is determined in
このステップ108で、要求バルブタイミング変化速度Vreq [℃A/s]を用いて次式によりモータ26とカム軸16の要求回転速度差DMCreq [rpm]を算出する。
DMCreq =Vreq ×60×G/720℃A
ここで、Gは位相可変機構21の減速比であり、カム軸16に対するモータ26の相対回転量とバルブタイミング変化量(カム軸位相の変化量)との比である。このステップ108の処理が特許請求の範囲でいう要求回転速度差算出手段としての役割を果たす。
In
DMCreq = Vreq × 60 × G / 720 ° C. A
Here, G is a reduction ratio of the
要求回転速度差DMCreq の算出後、ステップ109に進み、図4に示すモータ制御値算出プログラムを実行してモータ制御値を算出する。この図4のモータ制御値算出プログラムは、特許請求の範囲でいうモータ制御値算出手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ201で、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値以下であるか否かを判定し、この偏差Dが所定値以下であれば、ステップ202に進み、要求モータ回転速度RMreq をカム軸回転速度RCに設定する。
RMreq =RC
After calculating the required rotational speed difference DMCreq, the routine proceeds to step 109, where the motor control value is calculated by executing the motor control value calculation program shown in FIG. The motor control value calculation program of FIG. 4 serves as a motor control value calculation means in the claims. When this program is started, first, at
RMreq = RC
一方、上記ステップ201で、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ203に進み、要求モータ回転速度RMreq を、カム軸回転速度RCに要求回転速度差DMCreq を加算した値に設定する。
RMreq =RC+DMCreq
On the other hand, if it is determined in
RMreq = RC + DMCreq
以上のようにしてステップ202又は203で要求モータ回転速度RMreq を設定した後、ステップ204に進み、図5に示す要求トルクTAreq のマップ又は数式を用いて、要求モータ回転速度RMreq とカム軸回転速度RCとの差に応じた要求トルクTAreq を算出する。この要求トルクTAreq は、遊星ギヤ24を要求モータ回転速度RMreq で公転させるのに必要な正味のトルク(可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクやカム軸16側の損失トルクを含まないトルク)である。図5に示す要求トルクTAreq のマップは、要求モータ回転速度RMreq とカム軸回転速度RCとの差に対する要求トルクTAreq の変化特性に基づいて設定されている。
After the required motor rotation speed RMreq is set in
この後、ステップ205に進み、図6に示すカム軸16側の損失トルクTBのマップ又は数式を用いて、カム軸回転速度RCに応じたカム軸16側の損失トルクTBを算出する。このカム軸16側の損失トルクTBは、カム軸16側の駆動損失によって消費されるトルクである。図6に示すカム軸16側の損失トルクTBのマップは、カム軸回転速度RCに対するカム軸16側の損失トルクTBの変化特性に基づいて設定されている。
Thereafter, the process proceeds to step 205, and the loss torque TB on the
そして、次のステップ206で、図7に示す可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCのマップ又は数式を用いて、モータ26とカム軸16の回転速度差DMC(モータ回転速度RMとカム軸回転速度RCとの差)に応じた可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCを算出する。この可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCは、可変バルブタイミング装置18内部の摩擦損失によって消費されるトルクである。図7に示す可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCのマップは、モータ26とカム軸16の回転速度差DMCに対する可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCの変化特性に基づいて設定されている。
Then, in the
この後、ステップ207に進み、要求トルクTAreq にカム軸16側の損失トルクTBと可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCとを加算して、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq に制御するのに必要な要求モータトルクTMreq を求める。
TMreq =TAreq +TB+TC
Thereafter, the routine proceeds to step 207, where the torque loss TB on the
TMreq = TAreq + TB + TC
この後、ステップ208に進み、要求モータトルクTMreq をマップ等により要求モータ電圧VDに換算した後、ステップ209に進み、図8に示すモータ26の逆起電力Eのマップ又は数式を用いて、モータ回転速度RMに応じたモータ26の逆起電力Eを算出する。図8に示すモータ26の逆起電力Eのマップは、モータ回転速度RMに対するモータ26の逆起電力Eの変化特性に基づいて設定されている。
Thereafter, the process proceeds to step 208, where the required motor torque TMreq is converted into the required motor voltage VD using a map or the like. Then, the process proceeds to step 209, where the
そして、次のステップ210で、要求モータ電圧VDに逆起電力Eを加算して、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq に制御するのに必要なモータ印加電圧VMを求める。
VM=VD+E
Then, in the
VM = VD + E
以上の処理により、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値よりも大きくなったときには、要求モータ回転速度RMreq をカム軸回転速度RCに要求回転速度差DMCreq を加算した値に設定して、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq (=カム軸回転速度RC+要求回転速度差DMCreq )に制御するのに必要なモータ印加電圧VMを算出する。これにより、モータ26とカム軸16との回転速度差DMCを要求回転速度差DMCreq に一致させるようにモータ26の回転速度をフィードフォワード的に制御して、実バルブタイミングVTを目標バルブタイミングVTtgの方向へ応答良く変化させる。
With the above processing, when the deviation D between the target valve timing VTtg and the actual valve timing VT becomes larger than a predetermined value, the required motor rotational speed RMreq is set to a value obtained by adding the required rotational speed difference DMCreq to the camshaft rotational speed RC. Then, the motor applied voltage VM necessary to control the motor rotational speed RM to the required motor rotational speed RMreq (= cam shaft rotational speed RC + required rotational speed difference DMCreq) is calculated. As a result, the rotational speed of the
そして、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値以下になった時点で、要求モータ回転速度RMreq をカム軸回転速度RCに設定して、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq (=カム軸回転速度RC)に制御するのに必要なモータ印加電圧VMを算出する。これにより、モータ26とカム軸16との回転速度差DMCを0にするようにモータ26の回転を制御して、実バルブタイミングVTを目標バルブタイミングVTtg又はその近傍に安定保持する。このようにすれば、モータ駆動方式で実バルブタイミングを目標バルブタイミングに精度良く制御することができ、バルブタイミング制御精度を向上させることができる。
When the deviation D between the target valve timing VTtg and the actual valve timing VT becomes equal to or less than a predetermined value, the requested motor rotational speed RMreq is set to the camshaft rotational speed RC, and the motor rotational speed RM is set to the requested motor rotational speed. A motor applied voltage VM necessary for controlling to RMreq (= cam shaft rotational speed RC) is calculated. Thus, the rotation of the
また、本実施例1の可変バルブタイミング装置18は、カム軸16と同心状に配置され且つクランク軸12の回転駆動力によって回転駆動されるアウタギヤ22と、カム軸16と一体的に回転するインナギヤ23と、アウタギヤ22の回転力をインナギヤ23に伝達し且つ両ギア22,23間の相対的な回転位相を変化させる遊星ギヤ24と、この遊星ギヤ24をカム軸16と同心の円軌道に沿って旋回させるモータ26とを備えた構成としているので、モータ26全体を回転させる必要がなく、可変バルブタイミング装置18の回転系の慣性重量を軽量化することができると共に、モータ26と外部の電気配線とを固定的な接続手段によって直接接続することができ、総じて、可変バルブタイミング装置18の耐久性を向上させることができる。しかも、可変バルブタイミング装置18の構成が比較的簡単であり、低コスト化の要求も満たすことができる。
The variable
ところで、モータ26の出力トルクは、可変バルブタイミング装置18内部の摩擦損失やカム軸16側の駆動損失による損失トルクとしても消費されるため、モータ26とカム軸16の回転速度差DMCを要求回転速度差DMCreq に制御するのに必要なモータ制御値(例えばモータ印加電圧)は、可変バルブタイミング装置18内部やカム軸16側の駆動損失によって変化する。また、モータ26が回転するとモータ26に逆起電力が発生するため、モータ26とカム軸16の回転速度差DMCを要求回転速度差DMCreq に制御するのに必要なモータ制御値は、モータ26の逆起電力によっても変化する。
By the way, the output torque of the
これらの事情を考慮して、本実施例1では、可変バルブタイミング装置18内部の摩擦損失によって消費される損失トルクTCと、カム軸16側の駆動損失によって消費される損失トルクTBと、モータ26の逆起電力Eとを用いてモータ制御値を算出するようにしたので、可変バルブタイミング装置18内部やカム軸16側の駆動損失の変化、モータ26の逆起電力の変化を考慮に入れてモータ制御値を算出することができ、摩擦損失や逆起電力等の影響を受けずに、モータ26とカム軸16の回転速度差DMCを要求回転速度差DMCreq に制御するのに必要なモータ制御値を精度良く算出することができる。
Considering these circumstances, in the first embodiment, the loss torque TC consumed by the friction loss inside the variable
また、本実施例1では、要求バルブタイミング変化速度Vreq を制限速度Vs で制限するようにしたので、可変バルブタイミング装置18の急作動による故障や損傷を未然に回避することができる。
Further, in the first embodiment, the required valve timing change speed Vreq is limited by the limit speed Vs, so that failure or damage due to the sudden operation of the variable
本発明の実施例2で実行する図9に示すモータ制御値算出プログラムは、前記実施例1で説明した図4のステップ206とステップ209の処理を、それぞれステップ206aとステップ209aの処理に変更したものであり、これ以外のステップの処理は図4と同じである。
The motor control value calculation program shown in FIG. 9 executed in the second embodiment of the present invention has changed the processing in
前記実施例1では、図4のステップ206で、モータ26とカム軸16の回転速度差DMC(モータ回転速度RMとカム軸回転速度RCとの差)に応じて可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCを算出し、ステップ209で、モータ回転速度RMに応じてモータ26の逆起電力Eを算出するようにしたが、本実施例2では、図9のステップ206aで、モータ26とカム軸16の要求回転速度差DMCreq (要求モータ回転速度RMreq とカム軸回転速度RCとの差)に応じて可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCを算出し、ステップ209aで、要求モータ回転速度RMreq に応じてモータ26の逆起電力Eを算出するようにしている。
In the first embodiment, in
このようにすれば、モータ制御値の算出に用いる可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCとモータ26の逆起電力Eをフィードフォワード的に算出することができるので、モータ回転制御の応答性を向上させることができる。これにより、レーシング時(空吹かし時)のようにエンジン回転速度(カム軸回転速度RC)が急変化する運転条件下でも、カム軸回転速度RCの変化に対してモータ回転速度RMを応答良く追従させることができ、バルブタイミング制御精度を確保することができる。
In this way, the loss torque TC inside the variable
次に、図10乃至図12を用いて本発明の実施例3を説明する。
図12に示すように、モータ回転速度RMが変化すると、モータ26の逆起電力が変化して有効電圧(バッテリ電圧と逆起電力との差)が変化する。また、モータ回転速度RMの増速時と減速時とでは、有効電圧が異なる。
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 12, when the motor rotation speed RM changes, the back electromotive force of the
本実施例3では、図10に示すモータ制御値算出プログラムを実行することで、モータ26への供給電力をデューティ制御するためのデューティ値をモータ制御値として算出する。このデューティ制御では、供給電圧のデューティ値(通電率)を調整することで、供給電圧のパルス幅を調整してモータ26への供給電力を調整するが、デューティ値が同じでも、有効電圧(バッテリ電圧と逆起電力との差)が変化すると、供給電圧パルスの振幅が変化するため、その分、モータ26への供給電力が変化する。
In the third embodiment, by executing the motor control value calculation program shown in FIG. 10, the duty value for duty-controlling the power supplied to the
そこで、本実施例3では、図10に示すモータ制御値算出プログラムを実行することで、モータ回転速度RM及びその増減状態に基づいてデューティ値を補正して、モータ回転速度RMやその増減状態によって有効電圧が変化するのに対応してデューティ値を補正するようにしている。 Therefore, in the third embodiment, by executing the motor control value calculation program shown in FIG. 10, the duty value is corrected based on the motor rotation speed RM and the increase / decrease state thereof, and the motor rotation speed RM and the increase / decrease state thereof are corrected. The duty value is corrected in response to the change of the effective voltage.
図10に示すモータ制御値算出プログラムは、前記実施例1で説明した図4のステップ208〜210の処理を、ステップ208b〜210bの処理に変更したものであり、これ以外のステップの処理は図4と同じである。
The motor control value calculation program shown in FIG. 10 is obtained by changing the processing of
本プログラムでは、ステップ207で、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq に制御するのに必要な要求モータトルクTMreq を算出した後、ステップ208bに進み、要求モータトルクTMreq をマップ等により要求デューティ値DDutyに換算する。
In this program, after calculating the required motor torque TMreq necessary for controlling the motor rotational speed RM to the required motor rotational speed RMreq in
この後、ステップ209bに進み、図11(a)及び(b)に示すモータ増速時及びモータ減速時の有効電圧補正係数Kのマップ又は数式を用いて、モータ回転速度RM及びその増減状態に応じた有効電圧補正係数Kを算出する。 Thereafter, the process proceeds to step 209b, where the motor rotation speed RM and its increase / decrease state are set using the map or formula of the effective voltage correction coefficient K at the time of motor acceleration and motor deceleration shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). A corresponding effective voltage correction coefficient K is calculated.
図12に示すように、モータ増速時には、モータ回転速度RMが速くなるほど有効電圧(バッテリ電圧と逆起電力との差)が小さくなり、モータ減速時には、モータ回転速度RMが遅くなるほど有効電圧が小さくなるため、図11(a)に示すモータ増速時の有効電圧補正係数Kのマップは、モータ回転速度RMが速くなるほど有効電圧補正係数Kを大きくして、最終デューティ値Dutyを大きくするように設定され、図11(b)に示すモータ減速時の有効電圧補正係数Kのマップは、モータ回転速度RMが遅くなるほど有効電圧補正係数Kを大きくして、最終デューティ値Dutyを大きくするように設定されている。 As shown in FIG. 12, when the motor speed is increased, the effective voltage (difference between the battery voltage and the counter electromotive force) decreases as the motor rotation speed RM increases. At the time of motor deceleration, the effective voltage decreases as the motor rotation speed RM decreases. Therefore, the map of the effective voltage correction coefficient K at the time of motor acceleration shown in FIG. 11A increases the effective voltage correction coefficient K and increases the final duty value Duty as the motor rotation speed RM increases. In the map of the effective voltage correction coefficient K at the time of motor deceleration shown in FIG. 11B, the effective voltage correction coefficient K is increased and the final duty value Duty is increased as the motor rotation speed RM decreases. Is set.
有効電圧補正係数Kの算出後、ステップ210bに進み、次式により要求デューティ値DDutyを有効電圧補正係数Kで補正して、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq に制御するのに必要な最終デューティ値Dutyを求める。
Duty=DDuty×K
After calculating the effective voltage correction coefficient K, the process proceeds to step 210b, and the final duty necessary to control the motor rotational speed RM to the required motor rotational speed RMreq by correcting the required duty value DDDuty with the effective voltage correction coefficient K by the following equation. A duty value Duty is obtained.
Duty = DD Duty × K
以上説明した本実施例3では、モータ回転速度RM及びその増減状態に応じてデューティ値を補正するようにしたので、モータ回転速度RMやその増減状態によって有効電圧が変化して供給電圧パルスの振幅が変化するのに対応して、デューティ値を補正して供給電圧のパルス幅を補正することができ、供給電圧パルスの振幅変化による供給電力の変化分を供給電圧のパルス幅の補正で補うことができる。これにより、モータ回転速度RMやその増減状態によって変化する有効電圧の影響を受けない安定したモータ回転制御を行うことができる。 In the third embodiment described above, the duty value is corrected in accordance with the motor rotation speed RM and its increase / decrease state. Therefore, the effective voltage varies depending on the motor rotation speed RM and its increase / decrease state, and the amplitude of the supply voltage pulse. The pulse width of the supply voltage can be corrected by correcting the duty value in response to the change in the supply voltage, and the change in the supply power due to the change in the amplitude of the supply voltage pulse is compensated by the correction of the pulse width of the supply voltage. Can do. As a result, stable motor rotation control can be performed without being affected by the effective voltage that changes depending on the motor rotation speed RM or its increase / decrease state.
前記実施例1では、カム軸回転速度RCに要求回転速度差DMCreq を加算して要求モータ回転速度RMreq を求め、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq に制御するようにモータ制御値を算出するようにしたが、図13に示す本発明の実施例4では、モータ回転速度RMをカム軸回転速度RCと同じ基本モータ回転速度RMbaseに制御するための基本制御値を算出すると共に、モータ回転速度RMを基本モータ回転速度RMbaseに対して要求回転速度差DMCreq だけ変化させるための変化制御値を算出し、基本制御値と変化制御値とに基づいてモータ制御値を算出するようにしている。 In the first embodiment, the required motor speed RMreq is obtained by adding the required speed difference DMCreq to the camshaft speed RC, and the motor control value is calculated so as to control the motor speed RM to the required motor speed RMreq. In the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 13, the basic control value for controlling the motor rotation speed RM to the same basic motor rotation speed RMbase as the camshaft rotation speed RC is calculated, and the motor rotation speed is calculated. A change control value for changing RM by a required rotation speed difference DMCreq with respect to the basic motor rotation speed RMbase is calculated, and a motor control value is calculated based on the basic control value and the change control value.
本実施例4で実行する図13のモータ制御値算出プログラムでは、まずステップ301で、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値以下であるか否かを判定し、この偏差Dが所定値以下であれば、ステップ302に進み、後述する要求トルクTAreq 、損失トルク変化量ΔTB、損失トルクTC、逆起電力変化量ΔEを全て「0」にリセットした後、ステップ307に進む。
In the motor control value calculation program of FIG. 13 executed in the fourth embodiment, first, at
一方、ステップ301で、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ303に進み、図5に示す要求トルクTAreq のマップ又は数式を用いて、要求回転速度差DMCreq (要求モータ回転速度RMreq とカム軸回転速度RCとの差)に応じた要求トルクTAreq を算出した後、ステップ304に進み、過渡時(カム軸回転速度RCの変化時)であれば、図6に示すカム軸16側の損失トルクTBのマップ又は数式を用いて、カム軸回転速度変化量ΔRCに応じたカム軸16側の損失トルク変化量ΔTBを算出する。
On the other hand, if it is determined in
この後、ステップ305に進み、図7に示す可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCのマップ又は数式を用いて、モータ26とカム軸16の回転速度差DMC(モータ回転速度RMとカム軸回転速度RCとの差DMC)に応じた可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCを算出した後、ステップ306に進み、図8に示すモータ26の逆起電力Eのマップ又は数式を用いて、モータ回転速度変化量ΔRM(モータ回転速度RM−基本モータ回転速度RMbase)に応じたモータ26の逆起電力変化量ΔEを算出する。
Thereafter, the process proceeds to step 305, where a rotational speed difference DMC between the
これら要求トルクTAreq 、カム軸16側の損失トルク変化量ΔTB、可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTC、モータ26の逆起電力変化量ΔEが、モータ回転速度RMを基本モータ回転速度RMbase(=カム軸回転速度RC)に対して要求回転速度差DMCreq だけ変化させるための変化制御値に相当する。
The required torque TAreq, the loss torque change amount ΔTB on the
この後、ステップ307に進み、図6に示すカム軸16側の損失トルクTBのマップ又は数式を用いて、カム軸回転速度RCに応じたカム軸16側の損失トルクTBを算出した後、ステップ308に進み、図8に示すモータ26の逆起電力Eのマップ又は数式を用いて、基本モータ回転速度RMbase(=カム軸回転速度RC)に応じたモータ26の基本逆起電力Ebaseを算出する。
Thereafter, the process proceeds to step 307, and the loss torque TB on the
これらカム軸16側の損失トルクTBとモータ26の基本逆起電力Ebaseが、モータ回転速度RMを基本モータ回転速度RMbase(=カム軸回転速度RC)に制御するための基本制御値に相当する。
These torque loss TB on the
そして、次のステップ309で、要求トルクTAreq にカム軸16側の損失トルクTBと損失トルク変化量ΔTBと可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCとを加算して、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq に制御するのに必要な要求モータトルクTMreq を求める。
TMreq =TAreq +TB+ΔTB+TC
Then, in the
TMreq = TAreq + TB + ΔTB + TC
この後、ステップ310に進み、要求モータトルクTMreq をマップ等により要求モータ電圧VDに換算した後、ステップ311に進み、要求モータ電圧VDに基本逆起電力Ebaseと逆起電力変化量ΔEとを加算して、モータ回転速度RMを要求モータ回転速度RMreq に制御するのに必要なモータ印加電圧VMを求める。
VM=VD+Ebase+ΔE
Thereafter, the process proceeds to step 310, where the required motor torque TMreq is converted into the required motor voltage VD using a map or the like. Then, the process proceeds to step 311 where the basic counter electromotive force Ebase and the counter electromotive force variation ΔE are added to the requested motor voltage VD. Then, the motor applied voltage VM required to control the motor rotational speed RM to the required motor rotational speed RMreq is obtained.
VM = VD + Ebase + ΔE
以上の処理により、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値よりも大きくなったときには、モータ回転速度RMを基本モータ回転速度RMbase(=カム軸回転速度RC)に制御するための基本制御値(TAreq 、ΔTB、TC、ΔE)と、モータ回転速度RMを基本モータ回転速度RMbaseに対して要求回転速度差DMCreq だけ変化させるための変化制御値(TB、Ebase)とに基づいてモータ印加電圧VMを算出する。これにより、モータ26とカム軸16との回転速度差DMCを要求回転速度差DMCreq に一致させるようにモータ26の回転速度をフィードフォワード的に制御して、実バルブタイミングVTを目標バルブタイミングVTtgの方向へ応答良く変化させる。
By the above processing, when the deviation D between the target valve timing VTtg and the actual valve timing VT becomes larger than a predetermined value, the motor rotation speed RM is controlled to the basic motor rotation speed RMbase (= cam shaft rotation speed RC). Based on the basic control values (TAreq, ΔTB, TC, ΔE) and the change control values (TB, Ebase) for changing the motor rotational speed RM by the required rotational speed difference DMCreq with respect to the basic motor rotational speed RMbase. The motor applied voltage VM is calculated. As a result, the rotational speed of the
そして、目標バルブタイミングVTtgと実バルブタイミングVTとの偏差Dが所定値以下になったときに、モータ回転速度RMを基本モータ回転速度RMbase(=カム軸回転速度RC)に制御するのに必要なモータ印加電圧VMを算出する。これにより、モータ26とカム軸16との回転速度差DMCを0にするようにモータ26の回転速度を制御して、実バルブタイミングVTを目標バルブタイミングVTtg又はその近傍に安定保持する。このようにしても、モータ駆動方式で実バルブタイミングを目標バルブタイミングに精度良く制御することができ、バルブタイミング制御精度を向上させることができる。
When the deviation D between the target valve timing VTtg and the actual valve timing VT becomes a predetermined value or less, it is necessary to control the motor rotation speed RM to the basic motor rotation speed RMbase (= cam shaft rotation speed RC). The motor applied voltage VM is calculated. As a result, the rotational speed of the
本発明の実施例5で実行する図14に示すモータ制御値算出プログラムは、前記実施例4で説明した図13のステップ305とステップ306の処理を、それぞれステップ305aとステップ306aの処理に変更したものであり、これ以外のステップの処理は図13と同じである。
The motor control value calculation program shown in FIG. 14 executed in the fifth embodiment of the present invention has changed the processing in
前記実施例4では、図13のステップ305で、モータ26とカム軸16の回転速度差DMC(モータ回転速度RMとカム軸回転速度RCとの差)に応じて可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCを算出し、次のステップ306で、モータ回転速度変化量ΔRM(モータ回転速度RM−基本モータ回転速度RMbase)に応じてモータ26の逆起電力変化量ΔEを算出するようにしたが、本実施例5では、図14のステップ305aで、モータ26とカム軸16の要求回転速度差DMCreq (要求モータ回転速度RMreq とカム軸回転速度RCとの差)に応じて可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCを算出し、次のステップ306aで、要求モータ回転速度変化量ΔRMreq (要求モータ回転速度RMreq −基本モータ回転速度RMbase)に応じてモータ26の逆起電力変化量ΔEを算出する。
In the fourth embodiment, in
このようにすれば、モータ制御値の算出に用いる可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTCとモータ26の逆起電力変化量ΔEをフィードフォワード的に算出することができるので、モータ回転制御の応答性を向上させることができ、前記実施例2と同じ効果を得ることができる。
In this way, the loss torque TC in the variable
尚、前記実施例4、5では、モータ制御値としてモータ印加電圧を算出するようにしたが、モータ制御値としてデューティ値を算出するようにしても良く、その際、前記実施例3と同じように、モータ回転速度及びその増減状態に基づいてデューティ値を補正するようにすると良い。 In the fourth and fifth embodiments, the motor applied voltage is calculated as the motor control value. However, the duty value may be calculated as the motor control value, and in this case, as in the third embodiment. In addition, the duty value may be corrected based on the motor rotation speed and its increase / decrease state.
また、前記各実施例1〜5では、バルブタイミング変化速度に対して制限値(制限速度Vs )を設けるようにしたが、モータ26とカム軸16との回転速度差やモータ回転速度に対して制限値を設けるようにしても良い。更に、それらの制限値をエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度、冷却水温、吸入空気量、負荷等)に応じて変化させるようにしても良い。
In each of the first to fifth embodiments, a limit value (limit speed Vs) is provided for the valve timing change speed. However, the rotation speed difference between the
また、バルブタイミングやバルブタイミング変化速度の目標値に対する収束状態に基づいて、モータ制御値又はモータ制御値の算出に用いる制御パラメータ(要求トルクTAreq 、カム軸16側の損失トルクTB、可変バルブタイミング装置18内部の損失トルクTC、モータ26の逆起電力E、有効電圧補正係数K等)を修正し、その修正結果を学習するようにしても良い。また、その修正結果に基づいて各制御パラメータの算出に用いるマップや数式を修正するようにしても良い。
Further, based on the convergence state of the valve timing and the valve timing change speed with respect to the target value, the control parameters used for calculating the motor control value or the motor control value (request torque TAreq, loss torque TB on the
また、本発明は、吸気バルブの可変バルブタイミング制御装置に限定されず、排気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用しても良い。更に、可変バルブタイミング装置18の位相可変機構は、本実施例のような遊星歯車機構を用いたものに限定されず、他の方式の位相可変機構を用いても良く、要は、モータの回転速度をカム軸の回転速度に対して変化させることでバルブタイミングを可変するモータ駆動式の可変バルブタイミング装置であれば良い。
Further, the present invention is not limited to the variable valve timing control device for the intake valve, but may be applied to the variable valve timing control device for the exhaust valve. Further, the phase variable mechanism of the variable
11…エンジン(内燃機関)、12…クランク軸、16…吸気側カム軸、17…排気カム軸、18…可変バルブタイミング装置、19…カム角センサ、20…クランク角センサ、21…位相可変機構、22…アウタギヤ(第1の回転部材)、23…インナギヤ(第2の回転部材)、24…遊星ギヤ(位相可変部材)、26…モータ、29…モータ回転速度センサ、30…ECU(要求バルブタイミング変化速度算出手段,要求回転速度差算出手段,モータ制御値算出手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine (internal combustion engine), 12 ... Crankshaft, 16 ... Intake side camshaft, 17 ... Exhaust camshaft, 18 ... Variable valve timing device, 19 ... Cam angle sensor, 20 ... Crank angle sensor, 21 ... Phase variable mechanism , 22 ... outer gear (first rotating member), 23 ... inner gear (second rotating member), 24 ... planetary gear (phase variable member), 26 ... motor, 29 ... motor rotational speed sensor, 30 ... ECU (request valve) Timing change speed calculation means, required rotation speed difference calculation means, motor control value calculation means)
Claims (11)
前記可変バルブタイミング装置は、前記クランク軸の回転速度の1/2の回転速度に対してモータの回転速度を調整することで、前記カム軸位相を変化させるように構成し、
目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差に基づいて要求バルブタイミング変化速度を算出する要求バルブタイミング変化速度算出手段と、
前記要求バルブタイミング変化速度に基づいて前記モータと前記カム軸との要求回転速度差を算出する要求回転速度差算出手段と、
前記モータと前記カム軸との回転速度差を前記要求回転速度差に制御するようにモータ制御値を算出するモータ制御値算出手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。 A variable valve timing device that changes a valve timing of an intake valve or an exhaust valve driven to open and close by a camshaft by changing a rotational phase of a camshaft with respect to a crankshaft of an internal combustion engine (hereinafter referred to as "camshaft phase"). In what to control
The variable valve timing device is configured to change the camshaft phase by adjusting the rotation speed of a motor with respect to a rotation speed that is 1/2 of the rotation speed of the crankshaft ,
A required valve timing change speed calculating means for calculating a required valve timing change speed based on a deviation between the target valve timing and the actual valve timing;
A required rotational speed difference calculating means for calculating a required rotational speed difference between the motor and the camshaft based on the required valve timing change speed;
Variable valve timing control for an internal combustion engine, comprising: motor control value calculating means for calculating a motor control value so as to control a difference in rotational speed between the motor and the camshaft to the required rotational speed difference apparatus.
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