JP4236362B2 - Valve timing adjusting device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のバルブタイミング調整装置に係り、特に、バルブを駆動するカム軸と内燃機関のクランク軸との回転位相を油圧により変更する回転伝達部材の供給油圧低下時に、回転伝達部材の油圧室に対する給油量及び排油量が少なくなるように油圧制御することによって、吸気弁及び排気弁の作動タイミングの変動を低減し、制御性を改善した内燃機関のバルブタイミング調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
内燃機関(エンジン)の吸気または排気の開始時期及び終了時期は、エンジンの運転状態に応じて適正に設定されることが望まれる。このため、従来より、エンジンの吸気または排気の開始時期及び終了時期を適正に設定する装置として、内部に油圧室である遅角室及び進角室が形成された回転伝達部材を用いてカム軸の回転方向の位置を変更するバルブタイミング調整装置が知られている。このバルブタイミング調整装置では、エンジンの運転状態に応じて適正なバルブタイミングが得られるように、回転伝達部材の遅角室及び進角室の油圧を制御することにより、バルブを駆動するカム軸とエンジンのクランク軸との回転位相を変更している。この進角室及び遅角室の油圧は、電子制御装置により電磁ソレノイドのデューティ比を制御し、オイルポンプとオイルパンに接続された油圧制御弁のスプールの位置を制御することにより調整される。
【0003】
この油圧駆動式バルブタイミング調整装置においては、オイルポンプから供給される油圧の低下や、油に混入した空気や油漏れ等の影響でカム軸駆動トルク変動により実バルブタイミングの位相変動幅が増大する。この位相変動幅は、図1に示すように、オイルポンプの供給圧力(供給油圧)に略反比例し、オイルポンプの供給圧力が低下する程大きくなる。
【0004】
カム軸駆動トルク変動による実バルブタイミングの位相変動幅を低減する従来技術として、特開平9−144571号公報記載の技術が知られている。この技術では、トルク変化に対応した補正データと吸気圧力及びエンジン回転速度とからカム角度毎に補正デューティ比を演算し、油圧制御弁の駆動デューティ比の補正を行っている。
【0005】
しかしながら、従来の技術は、供給油圧が充分に得られる一定条件下でのカム軸駆動トルク変動に起因した制御性の悪化を防止する技術であり、供給油圧低下時のカム軸位相変動幅を低減する技術ではない。これは、上記従来技術において補正データの算出式に供給油圧が考慮されていないことからも明らかである。供給油圧は、エンジン温度が高くなると共にエンジン回転速度が低下するに従って低下し、油圧制御弁の開度を制御するデューティ比が一定であると、カム軸駆動トルクとの釣り合いが保てなくなる。すなわち、トルク変動に起因したカム軸の位相変動は、供給油圧の影響を受けるため、油圧を考慮しないで算出した補正デューティ比では抑制することはできない。
【0006】
従って、上記従来技術において油圧変化に対応して制御性の悪化を防止するためには、補正デューティ比の算出式に供給油圧に関する変数を加える必要があるが、この変数を加えると演算が複雑になる、という問題がある。
【0007】
また、従来のトルク変化に比例したデューティ比の補正制御は、油圧制御弁を給油量及び排油量が少なくなる略全閉の位置(保持デューティ比付近)に制御する場合に比較して、油圧室からの油の流出量が多くなることから、カム軸変動幅の低減効果は少ない。
【0008】
また、上記公報には、ヘリカルギヤ式バルブタイミング調整装置において、カム軸を移動させる方向とカム軸駆動トルクの方向とが一致した場合にのみ、バルブタイミングの変更を実行し、トルクの方向が逆の場合には、油圧制御弁を保持デューティ比(全閉)に制御することにより、リングギヤ(軸方向の移動により、カム軸の回転方向の位置が変化)に作用する力を一定方向に限定し、カム軸を目標進角量まで円滑に移動することが記載されている。
【0009】
この制御法を供給油圧低下時に適用すると、カム軸位相変動幅は、図4(a)、(b)の従来例Bに示すようになる。図において、カム軸駆動トルクは、回転と逆方向のトルクが生じる場合を正トルク域としている。この従来例Bでは、カム軸を移動させる方向と駆動トルクの方向とが一致した場合には、バルブタイミングの変動を実行するため、油圧制御弁を駆動デューティ比に制御すると、トルクに釣り合うために上昇すべき油圧室が排油通路に連通していることから、油が流出して圧力上昇が緩やかになる。また、カム軸を移動させる方向とトルクの方向が逆の場合には、油圧制御弁を保持デューティ比(全閉)に制御しているため、トルクに釣り合うよう圧力上昇すべき油圧室にオイルポンプからの油圧を供給することができなくなる。従って、図4に示すように、カム軸駆動トルクによらず油圧制御弁を一定のデューティ比で制御する従来例Aよりもカム軸の位相変動幅が増大する。
【0010】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、応答性を損なわずにカム軸の位相変動幅の増大を防止したバルブタイミング調整装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、内燃機関のクランク軸に連動して回転する回転体から進角側及び遅角側の各油圧室を介してバルブを駆動するカム軸へ回転を伝達すると共に、前記油圧室に供給される油圧に応じて前記回転体と前記カム軸との回転位相を変更する回転位相変更手段と、前記回転位相変更手段の前記油圧室に供給する油圧を機関運転状態に応じて制御する油圧制御手段と、前記回転位相変更手段の油圧室に供給される油圧の低下を検出する油圧低下検出手段と、前記回転位相変更手段でカム軸を移動させる方向と前記カム軸の駆動トルクの作用方向とが一致する場合には、前記油圧室から油が流出すると判定する油流出判定手段と、油圧の低下が検出され、かつ前記回転位相変更手段の前記油圧室から油が流出すると判定されたときに、前記回転位相変更手段の前記油圧室からの油の流出が少なくなるように油圧制御手段を制御する制御手段と、を含んで構成したものである。
【0012】
図2に、カム軸を進角側から遅角側に移動する際のカム軸駆動トルクの変動によって生じる、油圧室(進角油圧室及び遅角油圧室)内の圧力変動とカム軸の位相変動を示す。図2のカム軸駆動トルクは、カム軸の回転と逆方向のトルクが生じる場合を正としている。カム軸を進角側から遅角側に移動するため、遅角油圧室を油圧制御手段を介してオイルポンプに連通し、進角油圧室を油圧制御手段を介して排油通路に連通する。カム軸駆動トルクが正の場合、進角油圧室の油圧が遅角油圧室の油圧より高くなり、この差圧がカム軸駆動トルと釣り合っているが、進角油圧室が排油通路に連通していて油が排油通路から流出するため、進角油圧室の油圧の上昇は緩やかである。しかしながら、進角油圧室からの油の流出量分が進角油圧室の容積減少をもたらし、カム軸の位相の大きな遅れが生じている。このカム軸の位相遅れは、カム軸駆動トルクが負の領域で進角油圧室の油圧が遅角油圧室の油圧より低くなることで回復するため、進角油圧室の容積減少に起因したカム軸の位相変動幅が増大している。供給油圧低下時において実バルブタイミングの安定性を向上させるためには、この位相変動幅の増大を抑制することが必要になる。
【0013】
本発明は、カム軸の移動方向とカム軸駆動トルクの方向とに応じて油圧制御手段を制御するものであり、図2と同様にカム軸を進角側から遅角側に移動する際の本発明によるカム軸駆動トルクの変動によって生じる油圧室内の圧力変動とカム軸の位相変動を図3に示す。カム軸駆動トルクが負の領域では図2と同様で、遅角油圧室を油圧制御手段を介してオイルポンプに連通し、進角油圧室を油圧制御手段を介して排油通路に連通するが、カム軸駆動トルクが正の領域、すなわちカム軸の駆動トルクが回転位相変更手段の進角油圧室から油が流出する方向に作用しているときでは、給油量と排油量とが少なくなる略全閉の位置(保持デューティ比付近)に制御し、回転位相変更手段の進角油圧室からの油の流出が少なくなるように制御して、進角油圧室の油が排油通路から流出する流出量が少なくなるように抑制するため、供給油圧が低下しても進角油圧室の容積減少に起因したカム軸の位相変動幅の増大を抑制することができる。
【0014】
油圧室の容積減少に起因したカム軸の位相変動幅の増大は、上記と逆にカム軸を遅角側から進角側に移動する際のカム軸駆動トルクの変動によっても生じ、この場合においても排油通路に連通する油圧室(遅角油圧室)の容積が減少する方向にカム軸駆動トルクが作用する場合に、遅角油圧室から油の流出が少なくなるように制御すればよい。
なお、本発明の油圧流出判定手段は、回転位相変更手段でカム軸を移動させる方向とカム軸駆動トルクの作用方向とが一致する場合には、油圧室から油が流出すると判定する。
【0015】
これにより、油圧室の容積減少に起因するカム軸の位相変動幅の増大を抑制し、実バルブタイミングの安定性を向上させることができる。
【0016】
油圧駆動式バルブタイミング調整装置において、オイルポンプから供給される油圧は、機関冷却水温が高くかつ機関回転速度が低い場合に低下するので、機関冷却水温が所定値以上で、かつ機関回転速度が所定値以下か否かを判断することにより、回転位相変更手段の油圧室の油圧の低下を検出することができる。
【0017】
また、制御手段は、回転位相変更手段でカム軸を移動させる方向とカム軸の駆動トルクの作用方向とが逆の場合には、油圧制御手段によって、回転位相変更手段の油圧室に供給する油圧を機関運転状態に応じて制御させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態のバルブタイミング調整装置は、図5に示すように、吸気側カム軸12に取り付けられた回転伝達部材11と、エンジンの駆動力を動力源として回転伝達部材11へ油を圧送するオイルポンプ15と、オイルポンプ15により圧送される油の油路を変更するオイルコントロールバルブ(油圧制御弁)16と、オイルコントロールバルブの開度を制御する電子制御回路(ECU)17とを備えている。
【0019】
吸気側カム軸12は、エンジンのシリンダヘッド18の上端面とベアリングキャップ19の間に回転可能に軸支されており、吸気側カム軸12の外周部にはカムが形成されている。各カムには、エンジンの各気筒毎に設けられた吸気バルブの上端部が当接されており、吸気側カム軸12と共にカムが回転することにより吸気バルブが開閉される。
【0020】
吸気側カム軸12のシリンダヘッド18及びベアリングキャップ19により軸支された部分より先端側の部分には、大径部21が形成されており、この大径部21の外周には、環状のドリブンギヤ22が回転可能に取り付けられている。このドリブンギヤ22の外周部には、複数の外歯22aが形成されており、この外歯22aは、排気側カム軸に取り付けられたドライブギヤ(図示せず)の外歯に噛合されている。
【0021】
このように噛合したドリブンギヤ22及びドライブギヤは、クランク軸の端部に取り付けられたクランクプーリにタイミングベルトによって架け渡されている。
【0022】
回転伝達部材11は、略中空円筒状のハウジング28と、このハウジング28内に回転自在に嵌挿されたロータ29とを備えている。ハウジング28は、ロータ29を覆うカバー38と共にボルト30でドリブンギヤ22に固定されており、カバー38と共にドリブンギヤ22と一体に回転する。ハウジング28の内部には、等間隔隔てた位置に吸気側カム軸12の軸心に向けて突出した複数の突部が形成されており、この複数の突部と、ロータ29の固定部に放射状に形成された同数の受圧部とにより、図10に概略構成を示すように、複数の進角油圧室13と遅角油圧室14とが形成されている。ロータ29は、その固定部の中心に設けられた中心孔に挿入された取付ボルト41により吸気側カム軸12に固定されると共に、図示しないノックピンにより吸気側カム軸12と係合されており、吸気側カム軸12と一体となって回転する。
【0023】
ロータ29は、ハウジング28に回転自在に嵌挿されているので、ハウジング28に対して吸気側カム軸12と共に回転することができ、この回転角だけハウジング28に対して回転位相を持つこととなる。ハウジング28はクランク軸に同期して回転するため、この回転位相は、クランク軸に対する回転位相であり、ハウジング28に対するロータ29の回転方向の位置、すなわち進角油圧室13と遅角油圧室14の大きさを調整することによりクランク軸に対する吸気側カム軸12の回転位相を変更することができる。この回転位相の変更は、進角油圧室13及び遅角油圧室14に連通する進角側油路P1と遅角側油路P2と介してオイルコントロールバルブ16から油を供給して、進角油圧室13及び遅角油圧室14の油圧を制御することによって行なうことができる。
【0024】
ロータ29の受圧部には、貫通孔42が形成されており、この貫通孔42には有底円筒状のロックピン43が挿入されている。このロックピン43の内部にはスプリング48が配設されており、ロックピン43はドリブンギヤ22側に常時付勢されている。ドリブンギヤ22のロータ29側のロックピン43に対応する位置には、ロックピン43を挿入可能な係止穴49Aが形成されており、ロックピン43を係止穴49Aに挿入することによりロータ29の回転位相を最大進角側に固定することができる。
【0025】
オイルポンプ15は、エンジンの駆動力を駆動源として動作するポンプで、オイルパン57に貯蔵された油をオイルコントロールバルブ16に圧送する。なお、オイルポンプ15とオイルコントロールバルブ16との間には、油中の異物を除去するオイルフィルタ55が設けられている。
【0026】
オイルコントロールバルブ16は、ケーシング70と、ケーシング70に嵌挿されたスプール76と、スプール76をその軸方向に駆動する電磁ソレノイド78と、スプール76を電磁ソレノイド78側に付勢するスプリング79とを備えている。ケーシング70には、進角側油路P1に接続された進角側ポート71と、進角側油路P1から流れ込んだ油をオイルパン57に排出する進角側ドレンポート72と、遅角側油路P2に接続された遅角側ポート73と、遅角側油路P2から流れ込んだ油をオイルパン57に排出する遅角側ドレンポート74と、オイルポンプ15からオイルフィルタ55を介して圧送される油の流入口である流入ポート75とが形成されている。
【0027】
スプール76には、進角側ポート71と遅角側ポート73とを同時に閉成可能な位置にそれぞれ弁体77が形成されると共に、進角側ドレンポート72及び遅角側ドレンポート74が開成されるように両サイドに弁体77が形成されている。したがって、スプール76を移動させて、流入ポート75と遅角側ポート73とを連通する共に進角側ポート71と進角側ドレンポート72とを連通することにより、遅角側油路P2を介して遅角油圧室14に油を供給すると共に進角側油路P1を介して進角油圧室13から油を排出して、ロータ29を遅角側に回転させることができる。逆に、スプール76を移動させて流入ポート75と進角側ポート71とを連通すると共に遅角側ポート73と遅角側ドレンポート74とを連通することにより、進角側油路P1を介して進角油圧室13に油を供給すると共に遅角側油路P2を介して遅角油圧室14から油を排出して、ロータ29を進角側に回転させることができる。なお、このスプール76は、スプリング79による付勢力と電磁ソレノイド78によるスプリング79の付勢力に抗した付勢力とが釣り合う位置に静止するので、電磁ソレノイド78へ印加する電流をECU17によりデューティ比制御することによってその位置を制御することができる。
【0028】
ECU17には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ66、吸入空気量を検出するエアフローメータ67、クランク軸の角度を検出するクランク角センサ68、カム軸の角度を検出するカム角センサ69が接続されている。
【0029】
ECU17に接続された回転速度センサ66及びエアフローメータ67は、各々エンジン回転速度及び吸入空気量を検出する。また、ECU17は、ECU17に接続されたクランク角センサ68及びカム角センサ69の各センサから入力される検出信号に基づいて、エンジンの運転状態に適合するカム軸12の目標進角量を演算すると共に、カム軸12の実進角量を検出する。そして、ECU17は、カム軸12の実進角量と目標進角量との偏差が所定値以下となるように、オイルコントロールバルブ16のデューティ比を制御する。
【0030】
ECU17により、電磁ソレノイド78が100%のデューティ比で駆動されると、スプール76の位置が進角位置に設定される。これにより、進角側油路P1は、流入ポート75及び進角側ポート71を介してオイルポンプ15の吐出側に接続され、遅角側油路P2は遅角側ポート73及び遅角側ドレインポート74を介してオイルパン57に接続される。この結果、各進角油圧室13内には進角側油路P1を通じて油が供給される。一方、各遅角油圧室14内の油は遅角側油路P2を通じてオイルパン57に戻される。
【0031】
また、電磁ソレノイド78がデューティ比0%(ソレノイドに対する通電制御の停止)で駆動されると、スプール76の位置が遅角位置に設定される。これにより、遅角側油路P2が流入ポート75及び遅角側ポート73を介してオイルポンプ15の吐出側に接続される。一方、進角側油路P1が進角側ポート71及び進角側ドレインポート72を介してオイルパン57に接続される。この結果、各遅角油圧室14内には遅角側油路P2を通じて油が供給される。一方、各進角油圧室13内の油は、進角側油路P1を通じてオイルパン57に戻される。
【0032】
さらに、電磁ソレノイド78が約50%の給油量と排油量とが最も少なくなるデューティ比(以下、保持デューティ比という)で駆動されると、スプール76の位置を保持位置に保持することができる。これにより、スプール76の弁体77は進角側ポート71及び遅角側ポート73を閉鎖する。この結果、進角油圧室13及び遅角油圧室14に対する油の供給及び排出は行われれず、進角油圧室13及び遅角油圧室14の油圧は現状の状態に保持される。
【0033】
図6を参照して、本実施の形態のECU17の処理ルーチンを説明する。このルーチンは、所定時間周期で繰り返し実行される。まず、ステップ110において、エンジン回転速度センサの出力を入力し回転速度センサの出力に基づいて現在のエンジン回転速度を検出すると共に、エアフローメータ出力、クランク角センサ出力、及びカム角センサ出力等の各種センサ出力を取り込む。ステップ120では、予め記憶されているマップに基づいてエンジンの運転状態を示す上記の各信号に応じた最適な目標進角量rを演算する。このマップは、エンジン冷却水温、エンジン回転速度、及び吸入空気量等に基づいて予め作成されて記憶されている。
【0034】
次のステップ130では、クランク角センサ68、及びカム角センサ69からの各パルス信号に基づいてカム軸12の実進角量yを演算する。ステップ140では、バルブタイミング駆動装置の駆動デューティ比を演算する。この駆動デューティ比は、実進角量yを目標進角量rに制御するためのデューティ比であり、予め設定された演算式を用いて実進角量yと目標進角量rとの差に基づいて演算される。
【0035】
次のステップ150では、油圧低下フラグFがセット(F=1)されているか否かを判断することにより、油圧が低下したか否かを判断する。この油圧低下フラグFは、後述する油圧低下診断ルーチンによりセット、リセットされる。油圧低下フラグFがセットされていないときは、ステップ160においてステップ140で演算された駆動デューティ比を電磁ソレノイド78に出力する。これにより、電磁ソレノイド78が駆動デューティ比に応じて駆動され、スプール76が駆動デューティ比に応じた位置に制御され、オイルポンプ15によって圧送された油のバルブタイミング調整装置への供給量とオイルパン57への流出量が調整される。これにより、カム軸12の回転角は、エンジンの運転状態に応じて最適な目標進角量にフィードバックされる。
【0036】
一方、ステップ150において油圧低下フラグFがセットされているときは、ステップ170において、後述する低油圧制御ルーチンを実行する。このルーチンは、所定時間周期で繰り返し実行される。
【0037】
オイルポンプからバルブタイミング調整装置に供給される油圧は、エンジン回転速度とエンジン温度とに応じて略定まる。そこで、図7の油圧低下診断ルーチンでは、エンジン冷却水温を予め定めた第1の所定値と比較すると共に、エンジン回転速度を予め定めた第2の所定値と比較し、エンジン冷却水温が第1の所定値以上で、かつエンジン回転速度が第2の所定値以下の時にオイルポンプからバルブタイミング調整装置に供給される油圧が低下したと判断している。
【0038】
以下、図7の油圧低下診断ルーチンを説明する。まず、ステップ210において、検出したエンジン冷却水温が所定値以上か否かを判断することにより、油圧が低下しているか否かを判断する。エンジン冷却水温が所定値未満であれば、油圧は低下していないと判断してステップ240で油圧低下フラグFをリセットする。一方、エンジン冷却水温が所定値以上の場合はステップ220においてエンジン回転速度が所定値以下か否かを判断する。エンジン回転速度が所定値を超えている場合には、油圧は低下していないと判断してステップ240で油圧低下フラグFをリセットし、エンジン回転速度が所定値以下の場合には、油圧が低下していると判断してステップ230で油圧低下フラグFをセットする。
【0039】
次に、ステップ170の低油圧制御ルーチンの詳細を説明する。このルーチンは、オイルポンプからバルブタイミング調整装置に供給される油圧が低下した場合において、カム軸12を目標進角量に移動させる方向とカム軸12に生じる駆動トルクとが一致する場合には、すなわち、排油通路に連通する油圧室の容積が減少する方向にカム軸駆動トルクが作用する場合には、オイルコントロールバルブを給油と排油の量が少なくなる略全閉位置(保持デューティ比付近)に制御することにより、油圧室から油の流出が少なくなるように制御するものである。一方、オイルポンプからバルブタイミング調整装置に供給される油圧が低下した場合において、カム軸を目標進角量に移動させる方向とカム軸に生じる駆動トルクとが逆の場合には、すなわち、オイルポンプに連通する油圧室の容積が減少する方向にカム軸駆動トルクが作用する場合には、バルブタイミングの変更を実施するものである。これにより、油圧室の容積減少に起因するカム軸の位相変動幅の増大を抑制し、実バルブタイミングの安定性を向上させる。
【0040】
以下、図8の低油圧制御ルーチンを説明する。まず、ステップ310において、目標進角量rと実進角量yとを比較することによってカム軸を移動させる方向を判断する。すなわち、目標進角量r>実進角量yの場合には進角させるべきと判断してステップ320で正トルク域か否かを判断する。一方、目標進角量r<実進角量yの場合には遅角させるべきと判断してステップ350で負トルク域か否かを判断する。
【0041】
カム軸駆動トルクは、弁ばねの荷重と往復運動部品の慣性力とによりカム角度に対して周期的に変動するが、エンジンの回転速度が低い場合には弁ばねの荷重がカム軸駆動トルクに対して支配的となり、図2に示すように正弦波状に変動する。このため、図2に示すカム角度に対してカム軸駆動トルクが正トルク域か負トルク域かを示すデータを予めECU17に記憶しておけば、カム角センサ69、またはクランク角センサ68により検出されたカム角度から正トルク域か負トルク域かを判断することができる。
【0042】
ステップ320において、検出されたカム角度からカム軸に正のトルクが作用していると判断された場合、すなわち正トルク域の場合には、ステップ330においてステップ140で演算した駆動デューティ比をオイルコントロールバルブに出力し、負トルク域であればステップ340において給油量と排油量とが少なくなるデューティ比を出力する。ここで、給油量と排油量とが少なくなるデューティ比とは、図9に示すように、給油量と排油量とが最少となるデューティ比(保持デューティ比)が50%のオイルコントロールバルブにおいては保持デューティ比(50%)±10%の範囲をいう。一般的には、保持デューティ比± 10%程度であればよい。
【0043】
一方、ステップ350においてカム軸に負のトルクが作用していて負トルク域と判断された場合には、ステップ360でステップ140で演算した駆動デューティ比をオイルコントロールバルブに出力し、正トルク域であればステップ340において給油量と排油量とが少なくなるデューティ比を出力する。
【0044】
以上説明したように、本実施の形態によれば、オイルポンプから供給される油圧が低下するエンジン運転状態では、カム軸を移動させる方向とカム軸駆動トルクの方向とが逆の場合のみバルブタイミングを変更させるための制御を行い、カム軸を移動させる方向とカム軸駆動トルクの方向とが一致した場合には、オイルコントロールバルブを給油量と排油量とが少なくなる略全閉の位置に制御している。これにより、カム軸駆動トルクに釣り合うために圧力上昇すべき油圧室から油が流出するのを抑制し、バルブタイミング調整装置の応答性を損なうことなく、カム軸の位相変動幅を減少させることができる。
【0045】
図4に、遅角側への移動時と進角側への移動時とのカム軸の位相変動幅を、従来例A、Bと本実施の形態とを比較して示す。本実施の形態では、遅角側への移動時にカム軸駆動トルクが正の領域で油流出量を保持制御し、進角側への移動時にカム駆動トルクが負の領域で油流出量を保持制御しているので、遅角側への移動時にカム軸駆動トルクが負の領域で油流出量を保持制御し、進角側への移動時にカム駆動トルクが正の領域で油流出量を保持制御する従来例Bよりカム軸の位相変動幅は遥かに小さくなっており、従来例Bよりカム軸の位相変動幅が小さい従来例A(オイルコントロールバルブをカム駆動トルクに対して変化させない従来の制御方法)に比較して、カム軸の位相変動幅は半減している。
【0046】
なお、上記ではいわゆるロータ式バルブタイミング調整装置に本発明を適用した実施の形態について説明したが、油圧駆動式であればヘリカルギア式バルブタイミング調整装置についても本発明を適用することができる。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、油圧の低下が検出され、かつ油圧室から油が流出すると判定されたときに油圧室からの油の流出が少なくなるようにしたので、カム軸駆動トルクに釣り合うために圧力上昇すべき油圧室から油が流出するのを抑制し、バルブタイミング調整装置の応答性を損なうことなく、カム軸の位相変動幅を減少させることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】バルブタイミング調整装置への供給圧力とカム軸位相変動幅との関係を示す線図である。
【図2】カム軸を進角側から遅角側に移動する際のカム角度に対するカム軸駆動トルク、遅角油圧室油圧、進角油圧室油圧、及びカム軸位相の変化を示す線図である。
【図3】カム軸を遅角側から進角側に移動する際のカム角度に対するカム軸駆動トルク、遅角油圧室油圧、進角油圧室油圧、及びカム軸位相の変化を示す線図である。
【図4】(a)は回転伝達部材が遅角側へ移動しているとき従来例A、従来例B、及び本実施の形態のカム軸位相変動幅を比較して示す線図であり、(b)は回転伝達部材が進角側へ移動しているとき従来例A、従来例B、及び本実施の形態のカム軸位相変動幅を比較して示す線図である。
【図5】本実施の形態のバルブタイミング調整装置の概略図である。
【図6】本実施の形態のメインルーチンを示す流れ図である。
【図7】本実施の形態の油圧低下診断ルーチンを示す流れ図である。
【図8】本実施の形態の低油圧時の駆動デューティ比制御ルーチンを示す流れ図である。
【図9】駆動デューティ比と給油量及び排油量との関係を示す線図である。
【図10】本実施の形態のバルブタイミング調整装置の進角油圧室及び遅角油圧室の概略図である。
【符号の説明】
11 回転伝達部材
12 吸気側カム軸
13 進角油圧室
14 遅角油圧室
15 オイルポンプ
16 オイルコントロールバルブ
28 ハウジング
29 ロータ
57 オイルパン
70 ケーシング
76 スプール
77 弁体
78 電磁ソレノイド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve timing adjusting device for an internal combustion engine, and in particular, when the supply hydraulic pressure of a rotation transmission member that changes the rotation phase between a camshaft driving a valve and a crankshaft of the internal combustion engine is reduced by hydraulic pressure, The present invention relates to a valve timing adjusting device for an internal combustion engine, in which fluctuations in the operation timing of intake valves and exhaust valves are reduced and the controllability is improved by controlling hydraulic pressure so that the amount of oil supply and oil discharge to a hydraulic chamber is reduced.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
It is desirable that the start timing and end timing of intake or exhaust of the internal combustion engine (engine) be set appropriately in accordance with the operating state of the engine. Therefore, conventionally, as a device for appropriately setting the start timing and end timing of intake or exhaust of an engine, a camshaft is used by using a rotation transmission member in which a retard chamber and an advance chamber are formed. There is known a valve timing adjusting device that changes the position in the rotation direction of the valve. In this valve timing adjusting device, the camshaft for driving the valve is controlled by controlling the hydraulic pressure in the retard chamber and advance chamber of the rotation transmitting member so that an appropriate valve timing can be obtained according to the operating state of the engine. The rotational phase with the engine crankshaft has been changed. The hydraulic pressure in the advance chamber and retard chamber is adjusted by controlling the duty ratio of the electromagnetic solenoid by an electronic control device and controlling the position of the spool of the hydraulic control valve connected to the oil pump and the oil pan.
[0003]
In this hydraulically driven valve timing adjusting device, the phase fluctuation range of the actual valve timing increases due to camshaft driving torque fluctuations due to the drop in hydraulic pressure supplied from the oil pump, the air mixed in the oil, oil leakage, etc. . As shown in FIG. 1, this phase fluctuation width is substantially inversely proportional to the supply pressure (supply hydraulic pressure) of the oil pump, and increases as the supply pressure of the oil pump decreases.
[0004]
As a conventional technique for reducing the phase fluctuation width of the actual valve timing due to cam shaft driving torque fluctuation, a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-144571 is known. In this technique, the correction duty ratio is calculated for each cam angle from the correction data corresponding to the torque change, the intake pressure, and the engine rotation speed, and the drive duty ratio of the hydraulic control valve is corrected.
[0005]
However, the conventional technology is a technology that prevents deterioration of controllability due to camshaft drive torque fluctuations under certain conditions where sufficient supply oil pressure can be obtained, and reduces the camshaft phase fluctuation width when supply oil pressure drops. It is not a technology to do. This is also clear from the fact that the supply hydraulic pressure is not taken into account in the correction data calculation formula in the above-described conventional technology. The supply hydraulic pressure decreases as the engine temperature increases and the engine rotation speed decreases. If the duty ratio for controlling the opening of the hydraulic control valve is constant, the camshaft drive torque cannot be balanced. That is, the cam shaft phase fluctuation caused by torque fluctuation is affected by the supply hydraulic pressure, and cannot be suppressed by the corrected duty ratio calculated without considering the hydraulic pressure.
[0006]
Therefore, in order to prevent deterioration of controllability in response to changes in hydraulic pressure in the above-described prior art, it is necessary to add a variable related to the supply hydraulic pressure to the correction duty ratio calculation formula, but adding this variable makes the calculation complicated. There is a problem of becoming.
[0007]
Further, the duty ratio correction control proportional to the torque change in the related art is compared with the case where the hydraulic control valve is controlled to a substantially fully closed position (near the holding duty ratio) where the oil supply amount and the oil discharge amount are reduced. Since the amount of oil flowing out from the chamber increases, the effect of reducing the camshaft fluctuation width is small.
[0008]
Further, in the above publication, in the helical gear type valve timing adjusting device, the valve timing is changed only when the direction in which the cam shaft is moved coincides with the direction of the cam shaft driving torque, and the torque direction is reversed. In this case, by controlling the hydraulic control valve to the holding duty ratio (fully closed), the force acting on the ring gear (the position in the rotational direction of the camshaft changes due to the movement in the axial direction) is limited to a certain direction, It describes that the camshaft moves smoothly to the target advance amount.
[0009]
When this control method is applied when the supply oil pressure is lowered, the cam shaft phase fluctuation width is as shown in Conventional Example B of FIGS. 4 (a) and 4 (b). In the figure, the camshaft driving torque has a positive torque range when torque in the direction opposite to the rotation is generated. In this conventional example B, when the direction in which the cam shaft is moved coincides with the direction of the driving torque, the valve timing is changed. Therefore, when the hydraulic control valve is controlled to the driving duty ratio, the torque is balanced. Since the hydraulic chamber to be raised communicates with the oil discharge passage, the oil flows out and the pressure rise is moderated. In addition, when the direction of the camshaft movement and the direction of torque are opposite, the oil pressure control valve is controlled to the holding duty ratio (fully closed), so an oil pump is installed in the hydraulic chamber where the pressure should be increased to balance the torque. It becomes impossible to supply the hydraulic pressure from. Therefore, as shown in FIG. 4, the phase fluctuation width of the camshaft increases compared to the conventional example A in which the hydraulic control valve is controlled with a constant duty ratio regardless of the camshaft driving torque.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a valve timing adjusting device that prevents an increase in the phase fluctuation width of the camshaft without impairing responsiveness.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention transmits rotation from a rotating body that rotates in conjunction with a crankshaft of an internal combustion engine to a camshaft that drives a valve via each hydraulic chamber on the advance side and retard side. And a rotation phase changing means for changing a rotation phase between the rotating body and the camshaft in accordance with a hydraulic pressure supplied to the hydraulic chamber, and an oil pressure supplied to the hydraulic chamber of the rotation phase changing means in an engine operating state. Hydraulic pressure control means for controlling in accordance with the hydraulic pressure drop detection means for detecting a drop in the hydraulic pressure supplied to the hydraulic pressure chamber of the rotation phase change means,When the direction in which the cam shaft is moved by the rotational phase changing means coincides with the direction of action of the driving torque of the cam shaft, oil flows out of the hydraulic chamber.Oil outflow determining means for determining oil outflow from the hydraulic chamber of the rotational phase changing means when a decrease in oil pressure is detected and it is determined that oil will flow out of the hydraulic chamber of the rotational phase changing means And a control means for controlling the hydraulic pressure control means so as to reduce the pressure.
[0012]
FIG. 2 shows the pressure fluctuation in the hydraulic chamber (advanced hydraulic chamber and retarded hydraulic chamber) and the phase of the camshaft caused by fluctuations in the camshaft drive torque when the camshaft is moved from the advance side to the retard side. Showing fluctuations. The camshaft driving torque in FIG. 2 is positive when torque in the direction opposite to the rotation of the camshaft is generated. In order to move the camshaft from the advance side to the retard side, the retard hydraulic chamber is communicated with the oil pump via the hydraulic control means, and the advance hydraulic chamber is communicated with the oil discharge passage via the hydraulic control means. When the camshaft drive torque is positive, the hydraulic pressure in the advance hydraulic chamber is higher than the hydraulic pressure in the retard hydraulic chamber, and this differential pressure is balanced with the camshaft drive torque, but the advance hydraulic chamber communicates with the oil discharge passage. Since the oil flows out from the oil discharge passage, the hydraulic pressure in the advance hydraulic chamber rises slowly. However, the amount of oil flowing out from the advance hydraulic chamber causes a decrease in the volume of the advance hydraulic chamber, resulting in a large delay in the phase of the cam shaft. This camshaft phase lag is recovered when the hydraulic pressure in the advance hydraulic chamber becomes lower than the hydraulic pressure in the retard hydraulic chamber when the camshaft drive torque is negative. The phase variation width of the shaft is increasing. In order to improve the stability of the actual valve timing when the supply hydraulic pressure decreases, it is necessary to suppress the increase in the phase fluctuation range.
[0013]
The present invention controls the hydraulic pressure control means in accordance with the direction of camshaft movement and the direction of camshaft drive torque, and when moving the camshaft from the advance side to the retard side as in FIG. FIG. 3 shows the pressure fluctuation in the hydraulic chamber and the camshaft phase fluctuation caused by the fluctuation of the camshaft driving torque according to the present invention. In the region where the camshaft drive torque is negative, the retard hydraulic chamber is communicated with the oil pump via the hydraulic control means, and the advance hydraulic chamber is communicated with the oil discharge passage via the hydraulic control means, as in FIG. When the camshaft driving torque is positive, that is, when the camshaft driving torque is acting in the direction in which oil flows out of the advance hydraulic chamber of the rotation phase changing means, the amount of oil supply and oil discharge decreases. Control is made to a substantially fully closed position (near the holding duty ratio), and control is performed so that the oil outflow from the advance hydraulic chamber of the rotation phase change means is reduced, so that the oil in the advance hydraulic chamber flows out from the oil discharge passage. In order to suppress the amount of outflow to be reduced, even if the supply hydraulic pressure is reduced, an increase in the cam shaft phase fluctuation width due to a decrease in the volume of the advance hydraulic chamber can be suppressed.
[0014]
Contrary to the above, an increase in the phase variation width of the cam shaft due to a decrease in the volume of the hydraulic chamber is also caused by a variation in the cam shaft driving torque when the cam shaft is moved from the retard side to the advance side. Also, when the camshaft drive torque acts in a direction that reduces the volume of the hydraulic chamber (retarding hydraulic chamber) communicating with the oil drain passage, control is performed so that the oil outflow from the retarding hydraulic chamber is reduced.YouJust do it.
The hydraulic pressure outflow determining means of the present invention determines that oil flows out from the hydraulic chamber when the direction in which the camshaft is moved by the rotational phase changing means coincides with the operating direction of the camshaft driving torque.
[0015]
As a result, an increase in the cam shaft phase fluctuation width due to a decrease in the volume of the hydraulic chamber can be suppressed, and the stability of the actual valve timing can be improved.
[0016]
In the hydraulically driven valve timing adjusting device, the hydraulic pressure supplied from the oil pump decreases when the engine cooling water temperature is high and the engine rotation speed is low, so the engine cooling water temperature is equal to or higher than a predetermined value and the engine rotation speed is predetermined. By determining whether or not the value is less than or equal to the value, it is possible to detect a decrease in the hydraulic pressure in the hydraulic chamber of the rotation phase changing means.
[0017]
Also,When the direction of moving the camshaft by the rotational phase changing means is opposite to the direction of operation of the driving torque of the camshaft, the control means supplies the hydraulic pressure supplied to the hydraulic chamber of the rotational phase changing means by the hydraulic control means. It can be controlled according to the operating state.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 5, the valve timing adjusting device of the present embodiment pumps oil to the rotation transmission member 11 using the rotation transmission member 11 attached to the intake side camshaft 12 and the driving force of the engine as a power source. An
[0019]
The intake side camshaft 12 is rotatably supported between the upper end surface of the
[0020]
A large-
[0021]
The driven
[0022]
The rotation transmitting member 11 includes a substantially hollow
[0023]
Since the
[0024]
A through
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
Connected to the
[0029]
A
[0030]
When the
[0031]
Further, when the
[0032]
Further, when the
[0033]
With reference to FIG. 6, the process routine of ECU17 of this Embodiment is demonstrated. This routine is repeatedly executed at a predetermined time period. First, in
[0034]
In the
[0035]
In the
[0036]
On the other hand, when the oil pressure drop flag F is set in
[0037]
The hydraulic pressure supplied from the oil pump to the valve timing adjusting device is substantially determined according to the engine speed and the engine temperature. Therefore, in the oil pressure reduction diagnosis routine of FIG. 7, the engine coolant temperature is compared with a predetermined first predetermined value, and the engine rotation speed is compared with a predetermined second predetermined value. It is determined that the hydraulic pressure supplied from the oil pump to the valve timing adjusting device has decreased when the engine speed is equal to or higher than the predetermined value and the engine speed is equal to or lower than the second predetermined value.
[0038]
Hereinafter, the hydraulic pressure drop diagnosis routine of FIG. 7 will be described. First, in
[0039]
Next, the details of the low hydraulic pressure control routine in
[0040]
Hereinafter, the low hydraulic pressure control routine of FIG. 8 will be described. First, in
[0041]
The camshaft drive torque varies periodically with respect to the cam angle depending on the load of the valve spring and the inertial force of the reciprocating parts. However, when the engine speed is low, the load of the valve spring becomes the camshaft drive torque. On the other hand, it becomes dominant and fluctuates sinusoidally as shown in FIG. For this reason, if data indicating whether the cam shaft driving torque is in the positive torque range or the negative torque range with respect to the cam angle shown in FIG. 2 is stored in the
[0042]
If it is determined in
[0043]
On the other hand, if negative torque is acting on the camshaft in
[0044]
As described above, according to the present embodiment, in the engine operating state in which the hydraulic pressure supplied from the oil pump decreases, the valve timing is only when the direction of moving the camshaft and the direction of the camshaft driving torque are opposite. When the camshaft moving direction matches the camshaft drive torque direction, the oil control valve should be set to the fully closed position where the oil supply amount and oil discharge amount are reduced. I have control. As a result, oil can be prevented from flowing out of the hydraulic chamber where the pressure should be increased in order to balance the camshaft drive torque, and the phase fluctuation range of the camshaft can be reduced without impairing the responsiveness of the valve timing adjusting device. it can.
[0045]
FIG. 4 shows the phase fluctuation width of the cam shaft when moving toward the retard side and when moving toward the advance side, comparing the conventional examples A and B with the present embodiment. In this embodiment, the oil outflow amount is held and controlled when the camshaft drive torque is positive when moving to the retard side, and the oil outflow amount is held when the cam drive torque is negative when moving to the advance side. Therefore, the oil outflow amount is held and controlled when the camshaft drive torque is negative when moving to the retard side, and the oil outflow amount is held when the cam drive torque is positive when moving to the advance side. Conventional example B in which the cam shaft phase fluctuation width is much smaller than that in the conventional example B to be controlled, and the conventional camshaft phase fluctuation width is smaller than that in the conventional example B. Compared with the control method), the cam shaft phase fluctuation width is halved.
[0046]
In the above description, the embodiment in which the present invention is applied to a so-called rotor type valve timing adjusting device has been described. However, the present invention can also be applied to a helical gear type valve timing adjusting device as long as it is hydraulically driven.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a decrease in oil pressure is detected and it is determined that oil flows out from the hydraulic chamber, the oil outflow from the hydraulic chamber is reduced. The oil can be prevented from flowing out of the hydraulic chamber where the pressure should be increased in order to balance the pressure, and the cam shaft phase fluctuation width can be reduced without impairing the responsiveness of the valve timing adjusting device. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a supply pressure to a valve timing adjusting device and a cam shaft phase fluctuation range;
FIG. 2 is a diagram showing changes in cam shaft drive torque, retard hydraulic chamber hydraulic pressure, advance hydraulic chamber hydraulic pressure, and cam shaft phase with respect to the cam angle when the cam shaft is moved from the advance side to the retard side. is there.
FIG. 3 is a diagram showing changes in cam shaft driving torque, retard hydraulic chamber hydraulic pressure, advance hydraulic chamber hydraulic pressure, and cam shaft phase with respect to the cam angle when the cam shaft is moved from the retard side to the advance side. is there.
FIG. 4A is a diagram comparing the cam shaft phase fluctuation widths of the conventional example A, the conventional example B, and the present embodiment when the rotation transmitting member is moving to the retard side; (B) is a diagram showing comparison between camshaft phase fluctuation widths of the conventional example A, the conventional example B, and the present embodiment when the rotation transmitting member moves to the advance side.
FIG. 5 is a schematic diagram of a valve timing adjusting device of the present embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a main routine of the present embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a hydraulic pressure reduction diagnosis routine according to the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing a drive duty ratio control routine at the time of low oil pressure according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a drive duty ratio, an oil supply amount, and an oil discharge amount.
FIG. 10 is a schematic view of an advance hydraulic chamber and a retard hydraulic chamber of the valve timing adjustment device of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
11 Rotation transmission member
12 Inlet camshaft
13 Advance hydraulic chamber
14 Delayed hydraulic chamber
15 Oil pump
16 Oil control valve
28 Housing
29 Rotor
57 oil pan
70 casing
76 spools
77 Disc
78 Electromagnetic solenoid
Claims (3)
前記回転位相変更手段の前記油圧室に供給する油圧を機関運転状態に応じて制御する油圧制御手段と、
前記回転位相変更手段の油圧室に供給される油圧の低下を検出する油圧低下検出手段と、
前記回転位相変更手段で前記カム軸を移動させる方向と前記カム軸の駆動トルクの作用方向とが一致する場合には、前記油圧室から油が流出すると判定する油流出判定手段と、
油圧の低下が検出され、かつ前記回転位相変更手段の前記油圧室から油が流出すると判定されたときに、前記回転位相変更手段の前記油圧室からの油の流出が少なくなるように油圧制御手段を制御する制御手段と、
を含む内燃機関のバルブタイミング調整装置。The rotation is transmitted from the rotating body that rotates in conjunction with the crankshaft of the internal combustion engine to the camshaft that drives the valve via the hydraulic chambers on the advance side and the retard side, and the hydraulic pressure supplied to the hydraulic chamber A rotation phase changing means for changing a rotation phase between the rotating body and the camshaft,
Hydraulic control means for controlling the hydraulic pressure supplied to the hydraulic chamber of the rotational phase changing means according to the engine operating state;
A hydraulic pressure drop detecting means for detecting a drop in the hydraulic pressure supplied to the hydraulic chamber of the rotational phase changing means;
Oil outflow determining means for determining that oil flows out of the hydraulic chamber when the direction in which the camshaft is moved by the rotation phase changing means and the direction of action of the driving torque of the camshaft coincide ;
Oil pressure control means so that the oil outflow from the hydraulic chamber of the rotation phase change means is reduced when a decrease in oil pressure is detected and it is determined that oil flows out of the hydraulic chamber of the rotation phase change means Control means for controlling
A valve timing adjusting device for an internal combustion engine, including:
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