JP4125999B2 - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents
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Description
このものは、機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体を介してカムシャフトに一体に結合された従動回転体が回転駆動するようになっており、前記駆動回転体と前記従動回転体との位相を保持してこれらを一体回転させる保持手段と、この保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、前記駆動回転体と前記従動回転体とを相対回転させる駆動手段と、を備える。
このカムトルクには、前記回転位相を進角させる際に、妨げとなる方向のもの(以下、これを正トルクという)と、妨げとはならない方向もの(以下、これを負トルクという)とが存在しており、従って、正トルクが作用しているときに回転位相を進角させようとすると、負トルクが作用しているときに比べて、より多くのブレーキ(制動力)が必要となると共に機関に対する回転抵抗も大きくなるため、カムトルクにより回転位相制御が妨げられるばかりでなく、燃費の面でも不利であった。
このようにすると、回転位相を変化させているときにその妨げとなるカムトルクが生じたときは、回転位相の変化が停止され、回転位相の変化を妨げないカムトルクが生じたときに回転位相の変化が再開される。従って、回転位相の変化をアシストするようにカムトルクが生じているときに回転位相を変化させることになるので、燃費の悪化を抑制しつつ、安定した回転位相制御を実現できる。
このようにすると、回転位相を変化させているときにその妨げとなるカムトルクが生じたときは、回転位相の変化(量)が減少され、回転位相の変化を妨げないカムトルクが生じたときに回転位相の変化(量)が増大される。従って、回転位相の変化をアシストするように生じているカムトルクを利用して、効果的に回転位相を変化させることができるので、燃費の悪化を抑制しつつ、安定した回転位相制御を実現できる。
前記吸気バルブ105及び排気バルブ107は、それぞれ吸気側カムシャフト134、排気側カムシャフト110に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト134には、可変バルブタイミング機構(VTC)113が設けられている。
なお、本実施形態では吸気バルブ105側にのみVTC113を備える構成としたが、吸気バルブ105側に代えて又は吸気バルブ105側と共に、排気バルブ107側にVTC113を備え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ECU114には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル104、VTC113及び燃料噴射弁131を制御する。
次に、前記VTC113の構成を、図2〜図9に基づいて説明する。図2に示すように、本実施形態に係るVTC113は、前記吸気側カムシャフト(以下、単にカムシャフトという)134と、このカムシャフト134の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン(図示せず)を介してクランクシャフト120に連係されるタイミングスプロケット302を外周に有する駆動リング303(駆動回転体)と、この駆動リング303とカムシャフト134の前方側(図2において左側)に配置されて、カムシャフト134と駆動リング303との組付角を操作する組付角操作機構304と、この組付角操作機構304のさらに前方側に配置されて、同機構304を駆動する操作力付与手段305と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構304と操作力付与手段305の前面と周域を覆う図外のVTCカバーと、を備えている。なお、図3(及び図5)は図2のA−A断面図に相当し、図4は図2のB−B断面図に相当する。
一方、ヒステリシスブレーキ320は、中間回転体318の前端部にリテーナプレート322を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング323と、非回転部材である図外のVTCカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル324と、電磁コイル324の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク325と、を備え、電磁コイル324が機関の運転状態に応じて前記ECU114によって通電制御されるようになっている。
コイルヨーク325は、電磁コイル325を取り囲むように全体が略円筒形状に形成され、その内周面が軸受328を介して従動軸部材307の先端部に回転可能に支持されている。そして、コイルヨーク315の後部面側(中間回転体318側)には磁気入出部分が円筒状の隙間をもって向かい合うように周面状の一対の対向面326,327が形成されている。
そして、一方の対向面326の凸部326aと他方の対向面327の凸部327aは円周方向に交互に配置され、対向面326,327相互の近接する凸部326a,327aがすべて円周方向にずれている。従って、両対向面326,327の近接する凸部326a,327a間には、電磁コイル24の励磁によって図7に示すような円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、両対向面326,327間の隙間には前記ヒステリシスリング323の円筒壁323aが非接触状態で介装されている。
図8(a)の状態においては、コイルヨーク325の両対向面326,327間における磁界の向き(対向面27の凸部327aから他方の対向面326の凸部327aに向かう磁界の向き)に沿うようにヒステリシスリング323内に磁束の流れが生じる。
具体的には、回転位相を進角させる場合に、カムトルクがその妨げとなる方向に作用しているときは(すなわち、正トルクが生じているときは)回転位相を進角させずに現在の回転位相を保持するようにし、その妨げとならない方向に作用しているときに(すなわち、負トルクが発生しているときに)進角させるようにする。
なお、本実施形態におけるVTC113では、ゼンマイばね319の力(反力)によって回転位相を遅角させる構成であるので、遅角制御時にカムトルクの状態に応じた制御を行ってもそのメリット(燃費向上等)がほとんど得られず、また、高回転時はカムトルクの発生周期も高周波となってその影響が少なくなることから、カムトルクの状態を考慮した制御を行わないようにしている(通常の制御としている)。
図10において、S11では、クランク角センサ117の基準クランク角信号REFとカムセンサ132のカム信号CAMとに基づいて実際の回転位相(実バルブタイミング)を検出する。
S13では、設定した目標回転位相と検出した実際の回転位相とに基づいて、VTC113の操作量UをPID制御等によって算出する。
S14では、機関回転速度Neと所定回転速度Nsとを比較する。機関回転速度Neが所定回転速度Ns以上であればS15に進み、S13で算出した操作量をVTC113(のアクチュエータであるヒステリシスブレーキ320)に出力する。一方、機関回転速度Neが所定回転速度Nsよりも小さければS16に進む。
S17では、正トルク発生タイミングであるか否かを判定する。正トルク発生タイミングであればS18に進み、進角制御を行わず(進角制御中であれば停止して)現在の回転位相を保持して本制御を終了する。負トルク発生タイミングであればS19に進む。なお、正トルク発生タイミングであるか否かの判定は、後述するように、機関回転速度Ne、カム信号CAM検出からの経過時間、点火順序に基づいて行う(図11、図12参照)。
図11は、直列4気筒機関のある機関回転速度におけるカムトルク(正トルク、負トルク)の発生状況を示した図である。
各気筒において発生するカムトルクは、図11(a)に示すようになっており、各気筒それぞれにおいて正トルクと負トルクと存在している。カムシャフト134には、これらを合計したものが作用することになるので、VTC113に入力されるカムトルクとしては、図11(b)に示すようになる。
右バンク側の各気筒(#1、#3、#5、#7)において発生するカムトルクは図12(a)に示すようになっており、従って、右バンク側のVTC113に入力されるカムトルクとしては、図12(b)に示すようになる。
すなわち、点火を気筒順に行わない機関(V型8気筒機関やV型12気筒機関が該当する)においては、点火順序によってVTC113へのカムトルクの入力周期が変化することなる。従って、このような機関においては、更に点火順序を考慮することによって、すなわち、点火順序、機関回転速度Ne及びカム信号CAM検出からの経過時間に基づいて、バンク毎に正トルク発生タイミングであるか負トルク発生タイミングであるかを判断することになる。
また、本実施形態におけるVTC113は、進角制御時にのみカムシャフト134側にブレーキをかける構成であるので、進角制御に際してカムトルクの状態に応じたバルブタイミング制御(停止、再開)を行うようにしているが、遅角制御時においても同様にカムシャフト134側にブレーキをかける構成のVTCを採用した場合には、遅角制御に際してもカムトルクの状態に応じたバルブタイミング制御(停止・再開)を行うようにしてもよい。この場合は、遅角制御に際して負トルクが発生しているときは、当該遅角制御を行わない又は停止すればよい。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
(イ)請求項1記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、機関回転速度が所定回転速度を下回っているときに、前記回転位相の変化を減少させるか、または前記回転位相を変化させずにそのまま保持することを特徴とする。
(ロ)請求項2記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記回転位相の変化を再開させるときに、通常算出される操作量よりも所定量大きくした操作量によって前記可変バルブタイミング機構を制御することを特徴とする。
(ハ)請求項1〜3のいずれか1つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、機関回転速度と、前記カムシャフトの基準回転位置の検出からの経過時間とに基づいて前記カムトルクの状態を検出することを特徴とする。
(ニ)上記(ハ)記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、更に点火順序を考慮して前記カムトルクの状態を検出することを特徴とする。
Claims (3)
- 内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、吸気バルブ又は排気バルブの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の制御装置であって、
前記吸気バルブ又は前記排気バルブを開閉駆動するカムの動作によって前記カムシャフトに生じるカムトルクの状態を検出し、
前記カムトルクが前記回転位相を変化させる方向と対向するよう生じているときは、前記回転位相の変化を減少させるか、または前記回転位相を変化させずにそのまま保持するようにしたことを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向と対向するように生じたときは、前記回転位相の変化を一時的に停止し、
前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向に生じたときに前記停止を解除して前記回転位相の変化を再開させることを特徴とする請求項1記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向と対向するように生じたときは、前期回転位相の変化を一時的に減少させ、
前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向に生じたときに前記回転位相の変化を増大させることを特徴とする請求項1記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
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