JP4313704B2 - Valve timing control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を連続的に可変とするこことで、機関バルブのバルブタイミングを連続的に変化させる構成であって、前記相対位相を所定の中間位相にロックするロック機構を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。 The present invention is configured to continuously change the valve timing of the engine valve by continuously changing the relative phase of the camshaft with respect to the crankshaft, and locks the relative phase to a predetermined intermediate phase. The present invention relates to a valve timing control device for an internal combustion engine having a lock mechanism.
従来から、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を連続的に可変とすると可変バルブタイミング機構が知られており、特許文献1に開示されるものでは、始動時用の相対位相である中間位相でロックするためのロックピンを備え、機関の作動中は油圧によってロックを解除させる一方、機関停止時にはスプリング力によってロックピンを突出させて前記中間位相にロックさせる構成が開示されている。
ところで、従来では、ロックピンによって実際にロックされたか否かの判断を行っていないため、ロックピンの固着などによってロックできずに相対位相がリターンスプリングの付勢力によって最遅角側に変化した場合や、相対位相を中間位相に向けて変化させている最中に機関が停止され結果的にロックできなかった場合でも、ロックピンによってロックされる中間位相であるとの前提で始動時の機関制御が行われることになり、始動時の機関制御と実際のバルブタイミングとの不整合によって、始動性や排気エミッションが悪化するという問題があった。 By the way, in the past, since it was not determined whether or not it was actually locked by the lock pin, when the relative phase was changed to the most retarded angle by the urging force of the return spring without being locked due to the lock pin sticking or the like Even if the engine is stopped while the relative phase is being changed toward the intermediate phase and consequently cannot be locked, the engine control at the start is based on the assumption that the intermediate phase is locked by the lock pin. As a result, there is a problem that startability and exhaust emission are deteriorated due to inconsistency between the engine control at the start and the actual valve timing.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ロックピンによって実際に中間位相にロックされたか否かの判断を行え、以って、始動時の機関制御と実際のバルブタイミングとが不整合となることを回避できる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can determine whether or not the lock pin is actually locked to an intermediate phase, so that the engine control at the start and the actual valve timing are inconsistent. An object of the present invention is to provide a valve timing control device for an internal combustion engine that can avoid this.
そのため請求項1記載の発明は、カムシャフトに軸支される第1回転体と、該第1回転体と同軸に配置されクランクシャフトに同期して回転する第2回転体と、前記第1回転体と第2回転体との組付角度をアクチュエータによって連続的に変化させる組付角度変更機構と、を備え、前記組付角度を変化させることで、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を連続的に可変とすると共に、前記第1回転体と第2回転体との組付角度を所定の中間角度にロックすることで前記相対位相を所定の中間位相にロックするロック機構を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記機関の停止要求が発生した後に、前記所定の中間位相に向けて前記アクチュエータを制御すると共に前記ロック機構を作動させ、
前記ロック機構の作動後における相対位相を変化させる制御に対し、前記所定の中間位相から実際の中間位相が変化したか否かに基づいて、前記所定の中間位相にロックされたか否かを判断する構成とした。
Therefore, the invention described in
After the engine stop request is generated, the actuator is controlled toward the predetermined intermediate phase and the lock mechanism is operated.
With respect to the control for changing the relative phase after the operation of the lock mechanism, it is determined whether or not the phase is locked to the predetermined intermediate phase based on whether or not the actual intermediate phase has changed from the predetermined intermediate phase. The configuration.
かかる構成によると、ロック機構を作動させて実際に中間位相(始動時位相)にロックされた場合には、その後相対位相を変化させる制御が行われたとしても、相対位相は中間位相に固定されることになるから、相対位相が中間位相から変化した場合には、ロック機構によるロックが正常に機能しなかったものと判断される。
従って、ロック機構用のセンサを用いることなく、ロックが正常に行われたか否かを判断でき、該判断結果を、ロック制御や、次回始動時における燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期などの機関制御に反映させることで、機関運転性の悪化を回避することが可能になる。
According to such a configuration, when the lock mechanism is activated and actually locked to the intermediate phase (starting phase), the relative phase is fixed to the intermediate phase even if the relative phase is subsequently changed. Therefore, when the relative phase changes from the intermediate phase, it is determined that the lock by the lock mechanism did not function normally.
Therefore, it is possible to determine whether or not the lock has been normally performed without using a sensor for the lock mechanism, and the determination result can be used for lock control, fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, etc. at the next start. By reflecting it in the engine control, it becomes possible to avoid deterioration in engine operability.
請求項2記載の発明では、前記機関の停止要求が発生した後に、前記ロック機構がロックする相対位相から所定値だけずれた位置に収束させると共に、該収束位置でロック機構を動作させ、その後、前記ロック機構がロックする相対位相を通過して相対位相が変化するように制御することで、前記ロック機構によるロックを行わせる構成とした。
かかる構成によると、ロック機構がロックする相対位相を通過するときにロックされることになり、ロック機構によるロックをより確実に行わせることができる。
請求項3記載の発明では、前記ロック機構の作動後に、前記アクチュエータの操作量が、前記ロック機構がロックする相対位相の通過を示し、かつ、そのときの実際の相対位置が、前記ロック機構がロックする相対位相からずれているときに、前記中間位相にロックされていないと判断する構成とした。
かかる構成によると、制御上は、ロック機構がロックする相対位相を通過していて、ロックが行われているはずであるのに、相対位相の検出結果がロック位置でない場合は、ロックされずに実際の相対位相が制御に追従して変化したものと見なす。
請求項4記載の発明では、前回の機関停止時に前記所定の中間位相にロックされなかったときには、始動時に、前記相対位相を最遅角側とし、かつ、始動時の機関制御を前記最遅角状態に対応する制御に切り換える構成とした。
かかる構成によると、次回の始動に備えて機関停止時に始動時用の中間位相にロックさせるが、ロックできなかった場合には、始動時に相対位相を最遅角側とし、かつ、最遅角状態に対応する始動時制御を実行させる。
In the invention according to claim 2 , after the stop request of the engine is generated, the lock mechanism is converged to a position shifted by a predetermined value from the relative phase to be locked, and the lock mechanism is operated at the converged position, and then The lock mechanism is configured to perform locking by controlling the relative phase to change by passing through the relative phase that the lock mechanism locks.
According to such a configuration, the lock mechanism is locked when passing through the relative phase of locking, and the lock mechanism can be more reliably locked.
According to a third aspect of the present invention, after the operation of the lock mechanism, the operation amount of the actuator indicates the passage of the relative phase at which the lock mechanism is locked, and the actual relative position at that time is When the phase shifts from the relative phase to be locked, it is determined that the phase is not locked to the intermediate phase.
According to such a configuration, in terms of control, when the relative phase that the lock mechanism locks has passed and should have been locked, if the relative phase detection result is not the lock position, the lock mechanism is not locked. It is assumed that the actual relative phase has changed following the control.
According to a fourth aspect of the present invention, when the engine is not locked to the predetermined intermediate phase at the previous engine stop, the relative phase is set to the most retarded angle side at the start, and the engine control at the start is performed to the most retarded angle. The control is switched to the control corresponding to the state.
According to such a configuration, in preparation for the next start, the engine is stopped and locked to the intermediate phase for starting, but if the locking is not possible, the relative phase is set to the most retarded side at the start and the most retarded state The control at the time of start corresponding to is executed.
従って、始動時用相対位相にロックできなかった場合であっても、実際の相対位相と始動時の機関制御との整合を図ることができ、大幅な始動性・排気エミッションの悪化を回避できる。
尚、始動時に相対位相を最遅角側とすることには、リターンスプリングの付勢力によって最遅角側に機械的に戻る場合の他、最遅角側にアクチュエータを制御する場合が含まれるものとする。
Therefore, even if the relative phase for starting cannot be locked, the actual relative phase can be matched with the engine control at the time of starting, and a significant deterioration in startability and exhaust emission can be avoided.
Note that setting the relative phase to the most retarded angle side at start includes not only mechanically returning to the most retarded angle side by the urging force of the return spring but also controlling the actuator to the most retarded angle side. And
請求項5記載の発明では、前回の機関停止時に前記所定の中間位相にロックされなかったときには、始動時に、前記所定の中間位相になるように前記アクチュエータを制御する構成とした。
かかる構成によると、前回の機関停止時にロックできなかったことが判別されている場合には、始動時に前記中間位相(始動時位相)になるようにアクチュエータを制御し、ロック状態に適合する始動時の機関制御を適用できるようにする。
According to a fifth aspect of the present invention, when the engine is not locked to the predetermined intermediate phase at the previous engine stop, the actuator is controlled to be the predetermined intermediate phase at the start.
According to such a configuration, when it is determined that the engine could not be locked at the previous engine stop, the actuator is controlled so that the intermediate phase (starting phase) is reached at the time of starting, and at the time of starting suitable for the locked state To be able to apply the engine control.
従って、正常にロックできなかった場合でも、通常に始動時の機関制御を実行することで、良好な始動性を実現できる。
請求項6記載の発明では、前記ロック機構の作動状態で前記所定の中間位相にロックされていないと判断されたときに、前記所定の中間位相にロックさせるべく再度前記アクチュエータ及びロック機構を制御する構成とした。
Therefore, even when the engine cannot be locked normally, a good startability can be realized by executing the engine control at the time of starting normally.
According to a sixth aspect of the present invention, when it is determined that the lock mechanism is not locked to the predetermined intermediate phase in the operating state of the lock mechanism, the actuator and the lock mechanism are controlled again to lock to the predetermined intermediate phase. The configuration.
かかる構成によると、正常にロックできなかった場合に、中間位相(始動時位相)にロックさせるための制御を再度実行させる。
従って、一時的に中間位相にロックできない場合に、中間位相へのロックを実現させ得る。
請求項7記載の発明では、前記相対位相を任意のタイミングで検出可能な相対位相検出手段を備え、該相対位相検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御する構成とした。
According to such a configuration, when the locking cannot be performed normally, the control for locking to the intermediate phase (starting phase) is executed again.
Therefore, when it is temporarily impossible to lock to the intermediate phase, locking to the intermediate phase can be realized.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a relative phase detecting means capable of detecting the relative phase at an arbitrary timing, and the actuator is feedback controlled based on a detection result of the relative phase detecting means.
かかる構成によると、相対位相検出手段は、任意のタイミングで相対位相を検出できるから、オーバーシュートを発生させることなく、かつ、速やかに相対位相を目標の相対位相に制御し得る。 According to this configuration, the relative phase detection unit can detect the relative phase at an arbitrary timing, and thus can quickly control the relative phase to the target relative phase without causing overshoot.
図1は、実施形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
図1において、内燃機関101の吸気管102には、スロットルモータ103aでスロットルバルブ103bを開閉駆動する電子制御スロットル104が介装され、該電子制御スロットル104及び吸気バルブ105を介して、燃焼室106内に空気が吸入される。
燃焼排気は燃焼室106から排気バルブ107を介して排出され、フロント触媒108及びリア触媒109で浄化された後、大気中に放出される。
FIG. 1 is a system configuration diagram of an internal combustion engine for a vehicle according to an embodiment.
In FIG. 1, an
The combustion exhaust is discharged from the
前記吸気バルブ105及び排気バルブ107は、それぞれ排気側カムシャフト110,吸気側カムシャフト134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側には、クランクシャフト120に対する吸気側カムシャフト134の相対位相を変化させることで、吸気バルブ105の作動角の中心位相を連続的に変化させる可変バルブタイミング機構(以下、VTCと略す)113が設けられている。
The
また、各気筒の吸気バルブ105上流側の吸気ポート130には、電磁式の燃料噴射弁131が設けられる。
前記燃料噴射弁131は、エンジンコントロールユニット(以下、ECUと略す)114からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ105に向けて噴射する。
Further, an electromagnetic
When the
前記ECU114は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの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などを制御する。
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ116、機関101の吸入空気量Qを検出するエアフローメータ115、クランクシャフト120から基準クランク角位置毎(4気筒でクランク角180°毎)の基準クランク角信号REF及び単位クランク角毎の単位角度信号POSを取り出すクランク角センサ117、スロットルバルブ103bの開度TVOを検出するスロットルセンサ118、機関101の冷却水温度を検出する水温センサ119、吸気側カムシャフト134から基準カム角毎(クランク角180°に相当するカム角で90°毎)のカム信号CAMを取り出すカムセンサ132などが設けられている。
The ECU 114 includes a microcomputer, and controls the
The various sensors include an
尚、前記クランク角センサ117から出力される回転信号に基づいてECU114において機関回転速度Neが算出される。
次に、前記VTC113の構成を、図2〜図8に基づいて説明する。
図2に示すように、前記VTC113は、前記吸気側のカムシャフト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,第2回転体)と、この駆動リング303とカムシャフト13の前方側(図2中左側)に配置されて、両者303,301の組付角を操作する組付角操作機構304(組付角度変更機構)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。
The ECU 114 calculates the engine speed Ne based on the rotation signal output from the
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
駆動リング303は、段差状の挿通孔306を備えた短軸円筒状に形成され、この挿通孔306部分が、カムシャフト13の前端部に結合された従動軸部材307(従動回転体,第1回転体)に回転可能に組み付けられている。
そして、駆動リング303の前面(カムシャフト13と逆側の面)には、図3に示すように、対面する平行な側壁を有する3個の径方向溝308(径方向ガイド)が駆動リング303のほぼ半径方向に沿うように形成されている。
The
As shown in FIG. 3, three radial grooves 308 (radial guides) having parallel side walls facing each other are provided on the front surface (the surface opposite to the camshaft 13) of the
また、従動軸部材307は、図2に示すように、カムシャフト13の前端部に突き合わされる基部側外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー309が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト310によってカムシャフト13に結合されている。
各レバー309には、リンク311の基端がピン312によって軸支連結され、各リンク311の先端には前記各径方向溝308に摺動自由に係合する円柱状の突出部313が一体に形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the driven
The base end of each
各リンク311は、突出部313が対応する径方向溝308に係合した状態において、ピン312を介して従動軸部材307に連結されているため、リンク311の先端側が外力を受けて径方向溝308に沿って変位すると、駆動リング303と従動軸部材307とはリンク311の作用によって突出部313の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
Since each link 311 is connected to the driven
また、各リンク311の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴314が形成され、この収容穴314に、後述する渦巻き溝315(渦巻き状ガイド)に係合する球面突起316aを有する係合ピン316(転動部材)と、この係合ピン316を前方側(渦巻き溝315側)に付勢するコイルばね317とが収容されている。
なお、この実施形態においては、リンク311の先端の突出部313と係合ピン316、コイルばね317等とによって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。
In addition, a housing hole 314 that opens to the front side in the axial direction is formed at the tip of each
In this embodiment, a movable guide portion that is displaceable in the radial direction is constituted by the protruding
一方、従動軸部材307のレバー309の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁318aを有する中間回転体318が、軸受331を介して回転自在に支持されている。
この中間回転体318のフランジ壁318aの後面側には、断面半円状の前述の渦巻き溝315が形成され、この渦巻き溝315に、前記各リンク311の先端の係合ピン316が転動自在に案内係合されている。
On the other hand, an intermediate
The
渦巻き溝315の渦巻きは、駆動リング303の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。
従って、各リンク311先端の係合ピン316が渦巻き溝315に係合した状態において、中間回転体318が駆動リング303に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク311の先端部は径方向溝308に案内されつつ、渦巻き溝315の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体318が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。
The spiral of the
Accordingly, in the state where the
この実施形態の組付角操作機構304は、以上説明した駆動リング303の径方向溝308、リンク311、突出部313、係合ピン316、レバー309、中間回転体318、渦巻き溝315等によって構成されている。
この組付角操作機構304は、操作力付与手段305から中間回転体318にカムシャフト13に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝315と係合ピン316の係合部を通してリンク311の先端を径方向に変位させ、このときリンク311とレバー309の作用によって駆動リンク303と従動軸部材307に相対的な回動力を伝達する。
The assembly
When the relative rotation operation force with respect to the camshaft 13 is input from the operation force applying means 305 to the intermediate
一方、操作力付与手段305は、中間回転体318を駆動リング303の回転方向に付勢するゼンマイばね319と、中間回転体318を駆動リング303の回転方向と逆方向に付勢すべく制動する機構であるヒステリシスブレーキ320と、を備えてなり、内燃機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ320の制動力を適宜制御することにより、中間回転体318を駆動リング303に対して相対回動させ、或いは、この両者の回動位置を維持するようになっている。
On the other hand, the operating force applying means 305 brakes the
ゼンマイばね319は、駆動リング303に一体に取り付けられた円筒部材321にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体318の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体318のフランジ壁318aの前方側スペースに配置されている。
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される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(アクチュエータ)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。
The
On the other hand, the
ヒステリシスリング323は、図6に示すように、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束力が変化する特性(磁気的ヒステリシス特性)を持つヒステリシス材(半硬質材)によって形成され、外周側の円筒壁323a部分が前記コイルヨーク325によって制動作用を受けるようになっている。
コイルヨーク325は、電磁コイル324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。
As shown in FIG. 6, the
The
そして、コイルヨーク325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。
また、図4に示すように、コイルヨーク325の両対向面326,327には夫々円周方向に沿って複数の凹凸が連続して形成され、これら凹凸のうちの凸部326a,327aが磁極(磁界発生部)を成すようになっている。
A pair of circumferential facing
Also, as shown in FIG. 4, a plurality of concavities and convexities are continuously formed along the circumferential direction on both facing
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。
And the
Therefore, a magnetic field having an inclination in the circumferential direction as shown in FIG. 7 is generated by the excitation of the electromagnetic coil 24 between the adjacent
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。
ここで、このヒステリシスブレーキ320の作動原理を図8によって説明する。
尚、図8(a)は、ヒステリシスリング323(ヒステリシス材)に最初に磁界をかけた状態を示し、図8(b)は、上記(a)の状態からヒステリシスリング323を変位(回転)させた状態を示す。
A
Here, the operating principle of the
8A shows a state in which a magnetic field is first applied to the hysteresis ring 323 (hysteresis material), and FIG. 8B shows a state in which the
図8(a)の状態においては、コイルヨーク325の対向面326,327間の磁界の向き(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。
この状態からヒステリシスリング323が図8(b)に示すように外力Fを受けて移動すると、外部磁界内をヒステリシスリング323が変位することになるため、このときヒステリシスリング323の内部の磁束は位相遅れをもち、ヒステリシスリング323の内部の磁束の向きは対向面326,327間の磁界の向きに対してずれる(傾斜する)ことになる。
In the state of FIG. 8A, the direction of the magnetic field between the opposing
If the
従って、対向面327の凸部327aからヒステリシスリング323に入る磁束の流れ(磁力線)と、ヒステリシスリング323から他方の対向面326の凸部326aに向かう磁束の流れ(磁力線)が歪められ、このとき、この磁束の流れの歪みを矯正するような引き合い力が対向面326,327とヒステリシスリング323の間に作用し、その引き合い力がヒステリシスリング323を制動する抗力F’として働く。
Accordingly, the flow of magnetic flux (magnetic lines) entering the
前記ヒステリシスブレーキ320は、以上のようにヒステリシスリング323が対向面326,327間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング323の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング323の回転速度(対向面326,327とヒステリシスリング323の相対速度)に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル324の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。
When the
本実施形態に係るVTC113は以上のような構成となっており、ヒステリシスブレーキ320の電磁コイル324の励磁をオフにすると、ゼンマイばね319の付勢力によって中間回転体318が駆動リング303に対して機関回転方向に最大限回転し、係合ピン316が渦巻き溝315の外周側端面315aに突き当たる位置で規制され、この位置がVTC113の機構上で変更し得る相対位相の最遅角位置となる(図3参照)。
The
この状態から電磁コイル324の励磁をオンとすると、ゼンマイばね319の力に抗する制動力が中間回転体318に付与されて、中間回転体318が駆動リング303に対して逆方向に回転し、それによってリンク311の先端の係合ピン316が渦巻き溝315に誘導されることでリンク311の先端部が径方向溝308に沿って変位し、リンク11の作用によって駆動リング303と従動軸部材307の組付角が進角側に変更される。
When the excitation of the
そして、前記電磁コイル324の励磁電流を増大して制動力を増大していくと、ついには係合ピン316が渦巻き溝315の内周側端面315bに突き当たる位置で規制され、この位置がVTC113の機構上で変更し得る相対位相の最進角位置となる(図5参照)。
この状態から電磁コイル324の励磁電流が減少して制動力が減少すると、ゼンマイばね319の付勢力によって中間回転体318が正方向に戻り回転し、渦巻き溝315による係合ピン316の誘導によってリンク311が上記と逆方向に揺動し、駆動リング303と従動軸部材307の組付角が遅角側に変更される。
When the exciting current of the
When the exciting current of the
このように、このVTC113によって可変されるクランクシャフト120に対するカムシャフト13の相対位相(吸気バルブ105の作動角の中心位相)は、電磁コイル324の励磁電流値を制御してヒステリシスブレーキ320の制動力を制御することによって任意に変更され、ゼンマイばね319の力とヒステリシスブレーキ320の制動力のバランスによってその位相を保持することができる。
As described above, the relative phase of the camshaft 13 (the central phase of the operating angle of the intake valve 105) with respect to the
更に、本実施形態のVTC113には、駆動リング303側に支持されるロックピン351を、渦巻き溝315が形成される中間回転体318に設けられたピン穴352に嵌合させることで、駆動リング303に対する中間回転体318の相対回転を制限して、係合ピン316の径方向溝308における位置を固定し、以って、ロックピン351とピン穴352との嵌合位置で決められる中間位相にロックするロック機構が設けられている。
Further, in the
前記中間位相とは最遅角位置よりも進角される始動時に要求される相対位相である。
前記ロックピン351は、ばね力によって中間回転体318に向けて突出する方向に付勢されており、ECU114で制御される電磁アクチュエータ353(又は電磁弁で供給油圧が制御される油圧アクチュエータ)により、前記ばね力に抗して駆動リング303側に引き戻されるようになっている。
The intermediate phase is a relative phase required at start-up that is advanced from the most retarded position.
The
中間回転体318がゼンマイばね319によって最遅角側に付勢されていることから、前記ロック機構による非ロック状態で、かつ、ヒステリシスブレーキ320の制動力が働かない機関の停止時(キースイッチのOFF時)であるときには、最遅角位置に戻ることになる。
しかし、前記ロック機構によってロックを行えば、機関の停止中に、始動時に要求される相対位相に対応する位置に固定されることになり、次回の始動時には、ロック状態のまま始動させれば、始動時に要求される相対位相(バルブタイミング)での機関運転を始動開始時から実現できることになる。
Since the
However, if locking is performed by the lock mechanism, the engine is stopped and the position corresponding to the relative phase required at the start is fixed, and at the next start, if the engine is started in the locked state, The engine operation at the relative phase (valve timing) required at the start can be realized from the start of the start.
尚、VTC113を上記構成のものに限定するものではなく、特開2001−050063号公報に開示されるような油圧ベーン式の可変バルブタイミング機構であっても良い。
ここで、前記ECU114による機関停止時の前記ロック機構(電磁アクチュエータ353)の制御を、図12のフローチャートに従って説明する。
The
Here, the control of the lock mechanism (electromagnetic actuator 353) when the engine is stopped by the
ステップS1では、イグニッションキースイッチがOFFされたか否かを判別する。
尚、本実施形態では、後述するように、イグニッションキースイッチがOFFされた後VTC113のロック制御を完了してから、機関を停止させる処理を行うようになっている。
イグニッションキースイッチがOFFされたとき、即ち、機関の停止要求が発生したときには、ステップS2へ進む。
In step S1, it is determined whether or not the ignition key switch is turned off.
In this embodiment, as will be described later, after the ignition key switch is turned off, the lock control of the
When the ignition key switch is turned off, that is, when an engine stop request is generated, the process proceeds to step S2.
ステップS2では、VTC113の目標角度(相対位相の目標進角値)として、ロックピン351がピン穴352に嵌合する始動時用目標角度(始動時用相対位相)よりも所定値αだけ進角側の値を設定する(図13参照)。
ステップS3では、前記目標角度に実際の角度を一致させるべく、前記電磁コイル324の励磁電流値をフィードバック制御する。
In step S2, the target angle of the VTC 113 (target advance value of relative phase) is advanced by a predetermined value α from the target angle for start (relative phase for start) when the
In step S3, the excitation current value of the
前記実際の角度は、クランクシャフト120から基準クランク角信号REFが出力されたタイミングからカムセンサ132からカム信号CAMが出力されるまでの角度として検出される。
但し、前記基準クランク角信号REFとカム信号CAMとの位相差に基づき相対位相を検出させる構成では、一定クランク角毎に相対位相の検出結果が更新されることになり、特に低回転時には検出遅れが大きくなって、オーバーシュートを発生させる。
The actual angle is detected as the angle from the timing when the reference crank angle signal REF is output from the
However, in the configuration in which the relative phase is detected based on the phase difference between the reference crank angle signal REF and the cam signal CAM, the detection result of the relative phase is updated at every constant crank angle, and the detection delay particularly at a low rotation speed. Increases and overshoot occurs.
そこで、前記相対位相を任意のタイミングで検出できる手段を設け、例えば微小時間毎に相対位相を更新検出させて、前記電磁コイル324の励磁電流値をフィードバック制御させることが好ましい。
前記相対位相を任意のタイミングで検出できる手段は、以下の構成で実現できる。
図9に示すように、カムシャフト134と一体に回転する回転体133aの半径が円周方向に連続的に変化するように形成し、該回転体133aの周縁に対向して固定されるギャップセンサ133bの出力が、図10に示すように、ギャップセンサ133bと回転体133a周縁との距離(ギャップ)がカムシャフト134の回転によって変化することで連続的に変化するように構成する。
Therefore, it is preferable to provide means capable of detecting the relative phase at an arbitrary timing, for example, to update and detect the relative phase every minute time and feedback control the excitation current value of the
The means capable of detecting the relative phase at an arbitrary timing can be realized by the following configuration.
As shown in FIG. 9, the gap sensor is formed so that the radius of the
ここで、カムシャフトの角度位置と前記ギャップとの関係は一定であるから、図11に示すように、前記ギャップセンサ133bの出力とカムシャフト134の角度位置とは一定の相関を有し、前記ギャップセンサ133bの出力からカムシャフト134の角度位置を検出することができる。
一方、前記基準クランク角信号REFからの単位角度信号POSの発生数を常に計数させておけば、最小単位を10°としてクランクシャフト120の角度位置を任意のタイミングで求めることができるから、クランクシャフト120の角度位置とカムシャフト134の角度位置とから前記相対位相を任意のタイミング(所定微小時間毎)に求めることができる。
Here, since the relationship between the angular position of the camshaft and the gap is constant, the output of the
On the other hand, if the number of occurrences of the unit angle signal POS from the reference crank angle signal REF is always counted, the angular position of the
尚、前記ギャップセンサ133bを用いる代わりに、前記相対位相の変化に応じて出力が変化する相対位相センサを用いることも可能である。
ステップS4では、始動時用目標角度(始動時用相対位相)よりも所定値αだけ進角側の目標角度(目標位相)に実際の角度(実際の相対位相)が収束しているか否かを判別する。
Instead of using the
In step S4, it is determined whether or not the actual angle (actual relative phase) has converged to the target angle (target phase) that is advanced by a predetermined value α from the target angle for starting (relative phase for starting). Determine.
前記目標角度への収束は、制御偏差が所定値以下であるか否かに基づいて判断される。
目標角度に収束すると、ステップS5へ進み、前記ロックピン351を突出させる制御を行う。
但し、前記収束位置は、始動時用目標角度よりも所定値αだけ進角側であるから、ロックピン351を突出させても、対向する位置にピン穴352は存在せず、ロックピン351は、中間回転体318の端面に押し当てられることになる(図13参照)。
The convergence to the target angle is determined based on whether or not the control deviation is a predetermined value or less.
When it converges to the target angle, the process proceeds to step S5, and control is performed to project the
However, since the convergence position is an advance side by a predetermined value α from the target angle for starting, even if the
ステップS6では、ロックピン351を突出させる制御を行ってから所定時間が経過したか否かを判別することで、実際にロックピン351が中間回転体318の端面に押し当てられる状態になっているか否かを判別する。
前記所定時間が経過すると、ステップS7へ進み、前記電磁コイル324の励磁電流を制御するデューティ値(ON時間割合)を一定速度で減少させることで、相対位相を徐々に遅角させる(図13参照)。
In step S <b> 6, whether or not the
When the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S7, where the relative phase is gradually retarded by decreasing the duty value (ON time ratio) for controlling the excitation current of the
ステップS8では、前記デューティ値が所定値βよりも小さくなったか否かを判別する。
前記所定値βは、ロックピン351がピン穴352に嵌合する位置よりも遅角側の相対位相に対応する値であり、前記デューティ値が所定値βよりも小さくなっている場合には、制御上は、ロックピン351がピン穴352に嵌合する相対位相を通り過ぎていることになり、ロックピン351が正常に突出されていれば、ロックピン351とピン穴352とが同軸に並んだときにロックピン351がピン穴352に嵌合し、ロックされているはずである。
In step S8, it is determined whether or not the duty value is smaller than a predetermined value β.
The predetermined value β is a value corresponding to the relative phase on the retard side from the position where the
そこで、ステップS8で前記デューティ値が所定値βよりも小さくなったと判別されると、ステップS9へ進み、相対位相の検出結果が、ロックピン351がピン穴352に嵌合する始動時用目標角度になっているか否かを判別する。
ステップS9で、始動時用目標角度になっていると判別されたときには、ロックピン351がピン穴352に嵌合されたものと判断でき、この場合は、ステップS10へ進んで、VTC初期位置固定判定フラグに1をセットする。
Therefore, if it is determined in step S8 that the duty value has become smaller than the predetermined value β, the process proceeds to step S9, and the detection result of the relative phase is a target angle for starting at which the
When it is determined in step S9 that the target angle for starting is reached, it can be determined that the
一方、始動時用目標角度になっていないと判別されたときには、ロックピン351の固着などによって正常に突出されず、始動時用目標角度にロックできなかったものと判断でき、この場合は、ステップS11へ進んで、ロック制御(ステップS2〜ステップS7)の繰り返し実行回数が所定値以上であるか否かを判別する。
そして、所定回数だけ繰り返しても始動時用目標角度にロックできなかった場合には、ステップS12へ進んで、前記VTC初期位置固定判定フラグに0をセットする。
On the other hand, when it is determined that the target angle for starting is not reached, it can be determined that the
If the target angle for start-up cannot be locked after repeating the predetermined number of times, the process proceeds to step S12, and 0 is set to the VTC initial position fixing determination flag.
尚、前記所定値を1回として、ステップS2〜ステップS7のロック制御を1回実行した時点でロックできなかったときに、直ちにステップS12へ進むようにしても良い。
ステップS13では、前記電磁コイル324への通電を停止する。
前記電磁コイル324への通電を停止させても、ロック機構が正常に機能した場合には、相対位相は始動時用目標角度に固定された状態を保持することになるが、ロック機構が正常に機能しなかった場合には、前記ゼンマイばね319の付勢力によって最遅角側に戻り、その位置に固定されることになる。
The predetermined value may be set once, and when the lock control in steps S2 to S7 is executed once, the process may immediately proceed to step S12.
In step S13, energization of the
Even if the energization of the
ステップS14では、エンジンを停止する(燃料噴射・点火を停止する)。
前記VTC初期位置固定判定フラグは、図14のフローチャートに示すように、始動時に用いられる。
図14のフローチャートにおいて、ステップS21では、クランキング中であるか否かを判別する。
In step S14, the engine is stopped (fuel injection / ignition is stopped).
The VTC initial position fixing determination flag is used at the time of starting as shown in the flowchart of FIG.
In the flowchart of FIG. 14, in step S21, it is determined whether or not cranking is in progress.
クランキング中であるときには、ステップS22へ進み、前記VTC初期位置固定判定フラグが0であるか否かを判別する。
前記VTC初期位置固定判定フラグが0であって、前回の機関停止時に始動時用目標角度にロックできず、相対位相が最遅角側になっている場合には、ステップS23へ進み、目標角度を始動時用目標角度としてVTC113をフィードバック制御させる。
When cranking is in progress, the process proceeds to step S22, where it is determined whether or not the VTC initial position fixing determination flag is zero.
If the VTC initial position fixing determination flag is 0, the engine cannot be locked to the starting target angle at the previous engine stop, and the relative phase is at the most retarded angle side, the process proceeds to step S23, where the target angle The feedback control of the
前記ステップS23のフィードバック制御においても、前述の相対位相を任意のタイミングで検出できる手段(ギャップセンサ133b)を用いることが好ましい。
クランキング中(始動時)の燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期は、前記ロック機構によってロックされる始動時用目標角度であることを前提に設定されるので、実際の角度(相対位相)が前記始動時用目標角度(始動時用相対位相)に収束するまでの間は、実際の相対位相(バルブタイミング)と機関制御とが不整合となるが、前回の機関停止時にロックできなかったことに基づいて直ちに始動時用目標角度に向けての制御を行えるので、速やかに始動時用目標角度に収束させて、実際の相対位相(バルブタイミング)と機関制御とが整合する状態での始動を行わせることができる。
Also in the feedback control in step S23, it is preferable to use means (
Since the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing during cranking (starting) are set based on the target angle for starting locked by the locking mechanism, the actual angle (relative phase) Until the target angle for starting (relative phase for starting) converges, the actual relative phase (valve timing) and engine control are inconsistent, but could not be locked when the previous engine stopped Based on this, control toward the target angle for starting can be performed immediately, so that the target angle for starting is quickly converged and the actual relative phase (valve timing) and engine control are matched. Can be performed.
尚、後述するステップS30でロックピン351の突出を解除する処理を行うまでは、ロックピン351は突出状態に保持されるから、ステップS23の処理によってロックピン351がピン穴352に嵌合させられる場合もある。
一方、ステップS22で、前記VTC初期位置固定判定フラグが1であると判別されたときには、正常に始動時用目標角度(始動時用相対位相)でロックされているので、VTC113の制御を行うことなく、始動時の燃料噴射・点火時期を制御させる。
Note that the
On the other hand, when it is determined in step S22 that the VTC initial position fixing determination flag is 1, the
ステップS21でクランキング中でないと判別されたとき(クランキング終了後であるとき)には、ステップS24へ進む。
ステップS24では、水温・機関負荷・機関回転速度などから設定されるVTC113の目標角度が始動時用目標角度であるか否かを判別する。
そして、目標角度が始動時用目標角度である間は、ステップS22以降に進む。
If it is determined in step S21 that cranking is not in progress (after cranking is completed), the process proceeds to step S24.
In step S24, it is determined whether or not the target angle of the
Then, while the target angle is the starting target angle, the process proceeds to step S22 and subsequent steps.
一方、目標角度が始動時用目標角度でなくなると、ステップS25へ進み、アクチュエータを動作させることでロックピン351の突出を解除し、始動時用目標角度以外の角度への変更を可能にすると共に、前記VTC初期位置固定判定フラグを0にリセットする。
そして、ステップS26では、目標角度と実際の角度(相対位相)との偏差に基づく電磁コイル324のフィードバック制御を行う。
On the other hand, if the target angle is no longer the target angle for starting, the process proceeds to step S25, and the protrusion of the
In step S26, feedback control of the
図15のフローチャートは、前記VTC初期位置固定判定フラグを用いる始動制御の第2実施形態を示す。
前記図15のフローチャートに示す第2実施形態では、ステップS22でVTC初期位置固定判定フラグが0であると判断され、前回の機関停止時に始動時用目標角度にロックできなかった場合に、ステップS23Aに進むと、クランキング中における燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期の設定を、予め記憶してある最遅角状態に適合する設定に切り換える。
The flowchart of FIG. 15 shows a second embodiment of start control using the VTC initial position fixing determination flag.
In the second embodiment shown in the flowchart of FIG. 15, when it is determined in step S22 that the VTC initial position fixing determination flag is 0, and it has not been possible to lock to the target angle for starting at the time of the previous engine stop, step S23A When proceeding to, the setting of the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing during cranking is switched to a setting that matches the most retarded state stored in advance.
即ち、予め始動時用目標角度(ロック位置)に適合する燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期の設定特性と最遅角状態に適合する燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期の設定特性とを記憶しておく。
そして、前回の機関停止時に始動時用目標角度にロックできなかった場合には、前記ゼンマイばね319の付勢力によってVTC113が最遅角側に戻り、その位置に固定されていると判断されることから、最遅角状態に適合する燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期の設定特性で始動時の機関制御を行わせ、前回の機関停止時に始動時用目標角度にロックできている場合には、始動時用目標角度(ロック位置)に適合する燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期の設定特性で始動時の機関制御を行わせる。
That is, the fuel injection amount / fuel injection timing / ignition timing setting characteristics that match the target angle for starting (lock position) in advance and the fuel injection amount / fuel injection timing / ignition timing setting characteristics that match the most retarded angle state Remember.
If the target angle for starting cannot be locked at the previous engine stop, it is determined that the
かかる構成によると、機関始動時にロックできなかったときに、クランキング中のバルブタイミングが最適に設定されないものの、実際のバルブタイミングと機関の制御特性とが不整合となることがなく、始動性が大きく悪化することを回避できる。
尚、前回の機関停止時に始動時用目標角度にロックできなかった場合に、積極的に最遅角に制御した上で、最遅角状態に適合する燃料噴射量・燃料噴射時期・点火時期の設定特性で始動時の機関制御を行わせるようにしても良い。
According to this configuration, when the engine cannot be locked at the start of the engine, the valve timing during cranking is not optimally set, but the actual valve timing and the engine control characteristics do not become inconsistent, and startability is improved. A great deterioration can be avoided.
Note that if the target engine angle cannot be locked at the time of the previous engine stop, the fuel injection amount / fuel injection timing / ignition timing is adjusted to the most retarded angle after actively controlling to the most retarded angle. You may make it perform engine control at the time of a start with a setting characteristic.
ここで、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。 Here, technical ideas other than the claims that can be grasped from the above embodiment will be described together with the effects thereof.
(イ)請求項1〜7のいずれか1つに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記ロック機構の動作から所定時間以上経過してから、前記所定の中間位相にロックされているか否かを判別することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
(A) In the valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to any one of
A valve timing control device for an internal combustion engine, wherein it is determined whether or not the lock mechanism is locked to the predetermined intermediate phase after a predetermined time or more has elapsed since the operation of the lock mechanism.
かかる構成によると、ロック機構の動作遅れの間に、ロックの成否が誤判断されてしまうことが回避される。 According to such a configuration, it is possible to avoid erroneous determination of the success or failure of the lock during the operation delay of the lock mechanism.
101…内燃機関、105…吸気バルブ、113…可変バルブタイミング機構(VTC)、114…エンジンコントロールユニット(ECU)、117…クランク角センサ、119…水温センサ、120…クランクシャフト、132…カムセンサ、134…カムシャフト、303…駆動リング、318…中間回転体、351…ロックピン、352…ピン穴、353…電磁アクチュエータ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記機関の停止要求が発生した後に、前記所定の中間位相に向けて前記アクチュエータを制御すると共に前記ロック機構を作動させ、
前記ロック機構の作動後における相対位相を変化させる制御に対し、前記所定の中間位相から実際の中間位相が変化したか否かに基づいて、前記所定の中間位相にロックされたか否かを判断することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。 A first rotating body that is pivotally supported by the camshaft, a second rotating body that is arranged coaxially with the first rotating body and rotates in synchronization with the crankshaft, and a set of the first rotating body and the second rotating body An assembling angle changing mechanism that continuously changes the attaching angle by an actuator, and changing the assembling angle makes the relative phase of the camshaft continuously variable with respect to the crankshaft. In a valve timing control device for an internal combustion engine comprising a lock mechanism that locks the relative phase to a predetermined intermediate phase by locking an assembly angle between the first rotary body and the second rotary body to a predetermined intermediate angle.
After the engine stop request is generated, the actuator is controlled toward the predetermined intermediate phase and the lock mechanism is operated.
With respect to the control for changing the relative phase after the operation of the lock mechanism, it is determined whether or not the phase is locked to the predetermined intermediate phase based on whether or not the actual intermediate phase has changed from the predetermined intermediate phase. A valve timing control device for an internal combustion engine.
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