JP5375562B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents
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Description
なお、以下では、電磁アクチュエータの通電量が減らされる時にスプールが移動する方向を一方(遅角方向:後)、電磁アクチュエータの通電量が増やされる時にスプールが移動する方向を他方(進角方向:前)と称して説明するが(図1参照)、この前後は、説明のための前後であって、実際の搭載方向にかかるものではない。
VVTは、エンジンのカムシャフトに取り付けられて、バルブの開閉タイミングを連続的に可変可能なバルブタイミング可変機構(以下、VCTと称す)を備える。
油圧式のVCTは、このVCTの作動を油圧制御する油圧制御回路と、油圧制御回路に設けられる位相制御弁(以下、OCVと称す)を電気的に制御するECU(エンジン・コントロール・ユニットの略:制御装置)とから構成されている(例えば、特許文献1参照)。
具体的に、OCVにおけるスプール弁は、円筒形状を呈したスリーブと、このスリーブの内部で軸方向に摺動自在に支持されたスプールと、スプールを後方(遅角方向)へ付勢するリターンスプリングとを備える。
一方、電磁アクチュエータは、通電停止の状態から通電量が増やされることで、スプールを後端(遅角方向の端部)から前端(進角方向の端部)へ向けて駆動する。
(i)遅角室出力ポートに油圧を供給するとともに、進角室出力ポートをドレンさせる「遅角状態」、
(ii)遅角室出力ポートを遮断するとともに、進角室出力ポートを遮断する「中間位相保持状態」、
(iii)遅角室出力ポートをドレンさせるとともに、進角室出力ポートに油圧を供給する「進角状態」が達成される。
(i)「最遅角状態(スプール弁が後端で停止する状態)」が要求される時に、電磁アクチュエータの通電を停止し、
(ii)「中間位相保持状態」が要求される時に、スプールのストローク量を後端から前方に向けて約1/2ほどストロークさせるために所定の通電量(以下、位相保持通電量と称す)を電磁アクチュエータに与え、
(iii)「最進角状態(スプール弁が前端で停止する状態)」が要求される時に、電磁アクチュエータに対して通電範囲の最大値を与える。
VVTの運転中における制御状態を検討すると、「最遅角状態」および「最進角状態」の頻度は僅かであって、大部分はカムシャフトの位相角を保持する「中間位相保持状態」である。
このため、VVTの運転中における制御状態の大部分において、「中間位相保持状態」を達成するために、上述した「位相保持通電量」を電磁アクチュエータに与え続ける必要がある。
そして、VVTの運転中における制御状態の大部分において、通電量の小さくない「位相保持通電量」を電磁アクチュエータに与え続けるために、VVTの運転中における電磁アクチュエータの消費電力が大きくなり、結果的にVVTの消費電力の電力消費を抑えることの妨げになっている。
請求項1のVVTは、進角室および遅角室に油圧の給排を行なうOCVを備える。このOCVは、スプール弁と電磁アクチュエータとからなる電磁スプール弁によって設けられる。そして、電磁アクチュエータのプランジャには、このプランジャの軸方向に着磁されて、電磁アクチュエータの磁気吸引ステータに対して軸方向の磁気吸引力が生じる永久磁石が設けられている。
プランジャに設けられた永久磁石が、磁気吸引ステータに対して磁気吸引力を生じることで、プランジャには前方に向かうアシスト力が発生するため、「中間位相保持状態」に用いられる「位相保持通電量」を従来技術に比較して下げることができる。「中間位相保持状態」は、VVTの運転中における制御状態の大部分であるため、「位相保持通電量」を下げることで、VVTの運転中における電磁アクチュエータの消費電力を大幅に下げることができ、VVTの省電力を達成することができる。
これにより、コイルの通電が停止されている時に、遅角室出力ポートに油圧を供給するとともに、進角室出力ポートをドレンさせる「遅角状態」が達成される。
このため、万一、何らかの不具合によってVVTが故障して、コイルの通電が停止された場合であっても、カムシャフトの進角量を遅角側(フェールセーフ側)へ戻すことができる。
請求項2の永久磁石は、プランジャの外周において全周に亘って形成された環状溝の内部に嵌め入れられるリング円盤形状を呈する。また、プランジャの軸芯には、軸方向へ貫通するプランジャ呼吸路が設けられる。そして、環状溝の底とプランジャ呼吸路との厚み寸法が、0.5mm以下に設けられる。
このように、永久磁石の内側に存在するプランジャにおけるコア材(環状溝の底とプランジャ呼吸路の間の磁性材)を薄く設けることで、永久磁石の内側のコア材(磁性材:薄肉部)を磁気飽和させることができる。これにより、永久磁石の軸方向に向かうべき磁束が、永久磁石の内側のコア材を通ることで弱まる不具合を回避することができ、永久磁石の磁力を効率的に磁気吸引ステータに与えることができる。
請求項3の永久磁石は、プランジャの外周において全周に亘って形成された環状溝の内部に嵌め入れられるリング円盤形状を呈する。また、プランジャの軸芯には、軸方向へ貫通するプランジャ呼吸路が設けられる。そして、環状溝の底には、周方向に沿って多数の貫通穴が設けられる。
このように、環状溝の底に、周方向に沿って多数の貫通穴を設けることで、永久磁石の内側に存在するプランジャにおけるコア材(環状溝の底とプランジャ呼吸路の間の磁性材)を磁気飽和させることができる。これにより、永久磁石の軸方向に向かうべき磁束が、永久磁石の内側のコア材を通ることで弱まる不具合を回避することができ、永久磁石の磁力を効率的に磁気吸引ステータに与えることができる。
請求項4のプランジャは、円筒形状を成す磁性体製の第1鉄心と、この第1鉄心の内径と同径の内径穴を備え、リング円盤形状に設けられた永久磁石と、第1鉄心および永久磁石と同径の内径穴を備え、円筒形状を成す磁性体製の第2鉄心と、第1鉄心、永久磁石、第2鉄心の内径に嵌め入れられて、第1鉄心、永久磁石、第2鉄心をセンタリングする非磁性体製の中心筒とを備える。
これにより、永久磁石の内側に、プランジャにおけるコア材が存在しなくなる。このため、永久磁石の軸方向に向かうべき磁束が、永久磁石の内側のコア材を通ることで弱まる不具合を回避することができ、永久磁石の磁力を効率的に磁気吸引ステータに与えることができる。
請求項5においてリング円盤形状を呈する永久磁石の外径寸法は、プランジャの外径寸法よりも小さく設けられる。
これにより、永久磁石に吸い寄せられる異物が存在しても、永久磁石の外径寸法とプランジャの外径寸法の差による溝の内部に異物が吸い寄せられる。このため、永久磁石に吸い寄せられる異物によって、プランジャに摺動不良が発生するトラブルを未然に防ぐことができる。
請求項6のVVTは、プランジャのストロークに伴う永久磁石の全ストローク範囲が、磁気吸引ステータの後端と、磁気受渡ステータの前端との軸方向間に収まるように設けられている。
これにより、プランジャのストローク途中において、永久磁石が磁気吸引ステータ(または磁気受渡ステータ)と軸方向に交差する際に生じる「ディテントトルク」が発生しない。このため、プランジャの全ストローク範囲において、プランジャをスムーズにストロークさせることができる。即ち、永久磁石を設けたことにより、プランジャおよびスプールの制御性が悪化する不具合を回避することができる。
請求項7のECUは、コイルの通電量を算出する演算装置と、この演算装置により算出された通電量をコイルに与えるコイル駆動回路とを備える。そして、このコイル駆動回路は、コイルに印加する電圧を、正電圧と負電圧に切り替え可能に設けられる。
これにより、コイルの通電が停止されている時に、永久磁石の磁力の設定磁力によって、スプールのストローク位置が、後端(移動開始端)から前方へ移動した状態のOCVであっても、スプールを後端から前端の全範囲でストロークさせることができる。即ち、「最遅角状態」と「最進角状態」を達成することができる。
請求項8のECUは、正電圧のデューティ比信号および負電圧のデューティ比信号によってコイルを通電制御するものであり、正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイルに与えることで、「中間位相保持状態」を達成する。即ち、「第1正デューティ比信号(+側a%)」は、「位相保持通電量」である。
このように、正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)により、「中間位相保持状態」を達成することができる。
請求項9のECUは、入力側ロータに対する出力側ロータの位相角を保持する際、ECUの算出する目標の位相角をα、
入力側ロータに対する出力側ロータの実際の位相角をβとし、
目標の位相角αに対して実際の位相角βが「遅角側」の場合、
(a)α−βの偏差が第1設定値e1よりも小さい時に、
正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイルに与え、
(b)α−βの偏差が第1設定値e1よりも大きく設定された第2設定値e2よりも小さい時に、
正電圧の第1正デューティ比信号(+側a%)に、負電圧による第2負デューティ比信号(−側b%)を追加してコイルに与え、
(c)α−βの偏差が第2設定値e2よりも大きい時に、
第1正デューティ比信号(+側a%)よりも通電割合の大きい正電圧のみの第3正デューティ比信号(+側a’%)をコイルに与える。
これにより、スプールのストローク方向を変更する直前に、OCVの可動部における摺動部を「動摩擦状態」にさせて摩擦係数を小さくすることができるため、スプールの円滑なストローク制御を行なうことができる。
請求項10のECUは、入力側ロータに対する出力側ロータの位相角を保持する際、 ECUの算出する目標の位相角をα、
入力側ロータに対する出力側ロータの実際の位相角をβとし、
目標の位相角αに対して実際の位相角βが「進角側」の場合、
(a)α−βの偏差の絶対値が第1設定値e1よりも小さい時に、
正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイルに与え、
(b)α−βの偏差の絶対値が第1設定値e1よりも大きく設定された第2設定値e2よりも小さい時に、
正電圧の第1正デューティ比信号(+側a%)に、負電圧による第2負デューティ比信号(−側b%)を追加してコイルに与え、
(c)α−βの偏差の絶対値が第2設定値e2よりも大きい時に、
コイルに与えるデューティ比信号を、第1正デューティ比信号(+側a%)よりも減らす。
これにより、スプールのストローク方向を変更する直前に、OCVの可動部における摺動部を「動摩擦状態」にさせて摩擦係数を小さくすることができるため、スプールの円滑なストローク制御を行なうことができる。
請求項11のECUは、OCVの可動部(スプール、プランジャ等)に異物の噛み込みの可能性があるか否かを判断する異物噛込判断手段を備える。
そして、ECUは、異物噛込手段が異物の噛み込みの可能性があると判断した場合に、コイルに対して、正電圧を印加する状態と、負電圧を印加する状態とを、繰り返して与える。
このように、コイルに対して、正電圧と負電圧とが交互に繰り返して印加されることで、可動部が噛み込んだ異物を、噛み切ったり、脱落させることができる。即ち、OCVの噛み込みによる不具合の発生を自己復旧することができる。
VVTは、油圧式のVCT1と、このVCT1の油圧制御を行なうOCV2とを具備する。
VCT1は、クランクシャフトに回転駆動される外部ロータ(入力側ロータの一例)3に対してエンジンのカムシャフトを回転駆動する内部ロータ(出力側ロータの一例)4を油圧によって進角側に駆動する進角室A、および外部ロータ3に対して内部ロータ4を油圧によって遅角側に駆動する遅角室Bを備える。
OCV2は、進角室Aおよび遅角室Bに油圧の給排を行なう電磁スプール弁であり、スプール弁5と、電磁アクチュエータ6とを結合して構成されている。
スリーブ7には、軸方向の後方から前方へ向けて、オイルパン10にオイルを戻す遅角室排出ポート11、遅角室Bに通じる遅角室出力ポート12、オイルポンプ(油圧供給源)13に通じる油圧入力ポート14、進角室Aに通じる進角室出力ポート15、オイルパン10にオイルを戻す進角室排出ポート16が形成されている。
遅角室出力ポート12および進角室出力ポート15の切替状態を、
(i)遅角室出力ポート12を油圧入力ポート14に連通させるとともに、進角室出力ポート15を進角室排出ポート16に連通させる「遅角状態」、
(ii)遅角室出力ポート12を遮断するとともに、進角室出力ポート15を遮断する「中間位相保持状態」、
(iii)遅角室出力ポート12を遅角室排出ポート11に連通させるとともに、進角室出力ポート15を油圧入力ポート14に連通させる「進角状態」に切り替える。
通電により磁力を発生するコイル21と、
軸方向へ摺動自在に支持された磁性体製のプランジャ22と、
コイル21の発生する磁力によりプランジャ22を前側へ磁気吸引する磁性体製の磁気吸引ステータ23と、
プランジャ22の外周に配置されてプランジャ22と径方向の磁気の受け渡しを行なう磁性体製の磁気受渡ステータ24とを備えるものであり、
リターンスプリング9の付勢力によって、プランジャ22が後側へ付勢される。
そして、プランジャ22には、このプランジャ22の軸方向に着磁されて、磁気吸引ステータ23に対して磁気吸引力が生じる永久磁石25が設けられている。
(VVTの説明)
VVTは、エンジンのカムシャフト(吸気バルブ用、排気バルブ用、吸排気兼用カムシャフトのいずれか)に取り付けられて、吸気バルブまたは排気バルブの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを連続的に可変可能なVCT1と、このVCT1の作動を油圧制御する油圧制御回路31と、この油圧制御回路31のOCV2を電気的に制御するECU32とから構成されている。
VCT1は、エンジンのクランクシャフトに同期して回転駆動される外部ロータ3(ハウジングロータ)と、この外部ロータ3に対して相対回転可能に設けられ、カムシャフトと一体に回転する内部ロータ4(ベーンロータ)とを備えるものであり、外部ロータ3内に構成される油圧アクチュエータによって外部ロータ3に対して内部ロータ4を相対的に回転駆動して、カムシャフトを進角側あるいは遅角側へ変化させるものである。
外部ロータ3におけるシューハウジングには、図2に示すように、内径方向に仕切り部材として複数(この実施例では3つ)のシュー3aが設けられており、各シュー3aの間に略扇状凹部が形成される。なお、外部ロータ3は、図2において時計方向に回転するものであり、この回転方向が進角方向である。
内部ロータ4は、各シュー3aの間に形成される略扇状凹部を進角室Aと遅角室Bに区画する複数(この実施例では3つ)のベーン4aを備えるものであり、内部ロータ4は外部ロータ3に対して所定角度内で回転可能に設けられている。
油圧制御回路31は、進角室Aおよび遅角室Bのオイルを給排して、進角室Aと遅角室Bに油圧差を発生させて内部ロータ4を外部ロータ3に対して相対回転させるための手段であり、クランクシャフト等によって駆動されるオイルポンプ13から圧送されるオイル(油圧)を進角室Aまたは遅角室Bに切り替えて供給するOCV2を備える。
OCV2は、図1に示すように、スプール弁5と電磁アクチュエータ6とを結合した電磁スプール弁である。
(スプール弁5の説明)
スプール弁5は、スリーブ7、スプール8およびリターンスプリング9を備える。
スリーブ7は、内部にスプール8を軸方向へ摺動自在に支持する挿通穴が形成された略円筒形状を呈する。スリーブ7の径方向には、複数の入出力ポートが形成されている。
また、スリーブ7には、上記入出力ポートとは別に、オイルパン10にオイルを戻す呼吸用ポート34も形成されている。
また、各大径部35a〜35dの各間には、スプール8の軸方向位置に応じて複数の入出力ポートの連通状態を変更する3つの小径部36a〜36cが形成されている。
進角室ドレーン用小径部36aは、図3(a)に示すように、スプール8がストローク中央よりも後側に移動している時に進角室出力ポート15と連通して進角室Aの油圧のドレーンを行なうものである。
オイル出力用小径部36bは、図3(a)に示すように、スプール8がストローク中央よりも後側に移動している時に遅角室出力ポート12と連通して遅角室Bに油圧の供給を行い、図3(c)に示すように、スプール8がストローク中央よりも前側に移動している時に進角室出力ポート15と連通して進角室Aに油圧の供給を行うものである。
遅角室ドレーン用小径部36cは、図3(c)に示すように、スプール8がストローク中央よりも前側に移動している時に遅角室出力ポート12と連通して遅角室Bの油圧のドレーンを行なうものである。
同様に、オイル出力用小径部36bと遅角室ドレーン用小径部36cと間の大径部35cも、図3(b)に示すように、スプール8がストローク中央の時に遅角室出力ポート12を閉塞する幅に設けられている。
即ち、大径部35bおよび大径部35cは、スプール8のストローク位置が前後方向の略中央の時に、進角室出力ポート15と遅角室出力ポート12とを同時に閉塞するように設けられている。
(i)遅角室出力ポート12を油圧入力ポート14に連通させるとともに、進角室出力ポート15を進角室排出ポート16に連通させる「最遅角状態」{図3(a)参照}、
(ii)遅角室出力ポート12を遮断するとともに、進角室出力ポート15を遮断する「中間位相保持状態」{図3(b)参照}、
(iii)遅角室出力ポート12を遅角室排出ポート11に連通させるとともに、進角室出力ポート15を油圧入力ポート14に連通させる「最進角状態」{図3(c)参照}
に切り替えることができる。
電磁アクチュエータ6は、コイル21、プランジャ22、ステータ41、ヨーク42、コネクタ43を備える。
コイル21は、通電されるとプランジャ22を磁気吸引するための磁力を発生する磁力発生手段であり、樹脂製のボビン44の周囲に絶縁被覆された導線(エナメル線等)を多数巻回したものである。
磁気吸引ステータ23は、スリーブ7とコイル21(具体的には、コイル21をモールドする2次成形樹脂46)との間に挟まれて配置される円盤部23aと、この円盤部23aの磁束をプランジャ22の近傍まで導く筒状部23bとからなる磁性体金属(例えば、鉄:磁気回路を構成する強磁性材料)であって、プランジャ22と筒状部23bとの軸方向間には磁気吸引ギャップ(メインギャップ)が形成される。
筒状部23bは、プランジャ22の前端部と軸方向に交差可能に設けられている。筒状部23bの後端外周には後方へ向けて縮径するテーパが形成されており、プランジャ22のストローク量に対して磁気吸引力が変化しない特性に設けられている。
コネクタ43は、コイル21および磁気受渡ステータ24を樹脂モールドする2次成形樹脂46の一部によって形成された結合手段であり、その内部には、コイル21の導線端部とそれぞれ接続されるコネクタ端子43aが配置されている。このコネクタ端子43aは、一端がコネクタ43内で露出するとともに、他端がボビン44に差し込まれた状態で2次成形樹脂46により樹脂モールドされている。
この実施例のシャフト51は、非磁性体の金属板(例えば、ステンレス板等)をカップ形状に加工した中空部品によって設けられている。
これにより、プランジャ22の後側の容積変化部は、プランジャ呼吸路22a→シャフト51内→スプール呼吸路15aを介して、バネ室の呼吸用ポート34と連通する。
これにより、プランジャ22の前側の容積変化部は、シャフト呼吸孔51b→シャフト51内→スプール呼吸路15aを介して、バネ室の呼吸用ポート34と連通する。
この磁気対向部材52は、非磁性体性金属(例えば、ステンレス板等)よりなる板バネ53により、磁気吸引ステータ23に固定されている。
なお、図1中に示す符号54はシール用のOリングであり、符号55はOCV2を油圧ケース等に固定するためのブラケットである。
プランジャ22の詳細を説明する。
プランジャ22は、カップガイド45の内側面において軸方向へ摺動自在に支持されるものであり、磁性体金属(例えば、鉄:磁気回路を構成する強磁性材料)よりなる略円筒形状を呈したコア材によって設けられる。
そして、このプランジャ22には、軸方向に着磁されて、磁気吸引ステータ23に対して軸方向の磁気吸引力が生じる永久磁石25が設けられている。
永久磁石25は、プランジャ22の外周において全周に亘って形成された環状溝61の内部に嵌め入れられるリング円盤形状を呈するものであり、例えば半円状に2分割した永久磁石25を環状溝61の内部に嵌め入れることで取り付けられている。なお、プランジャ22に対する永久磁石25の固定は、永久磁石25の磁力によりプランジャ22に吸着することで成されるものであっても良いし、接着剤等の結合手段を用いるものであっても良い。
永久磁石25は、ネオジウムマグネットなど、小型であっても発生磁力の強い希土類磁石を用いることが望ましい。このように、希土類磁石を用いることで、プランジャ22に取り付けられる永久磁石25が比較的薄くても、強い磁力を発生して、プランジャ22の前端から磁気吸引ステータ23に対して磁気吸引力を発生する。
この「中間位相保持状態」は、VVTの運転中における制御状態の大部分であるため、「位相保持通電量」を下げることで、VVTの運転中における電磁アクチュエータ6の消費電力を大幅に下げることができ、VVTの省電力を達成することができる。
永久磁石25の磁力の設定について説明する。
永久磁石25の磁力は、図3(a’)に示すように、コイル21の通電が停止されている時に、スプール8のストローク位置が、後端(移動開始端)から前方へ少量移動して、遅角室出力ポート12が僅かに開口する状態(遅角状態)が達成されるように設定されている。
このように、コイル21の通電が停止されている時に、「遅角状態」が達成されるため、万一、何らかの不具合によってVVTが故障して、コイル21の通電が停止された場合であっても、カムシャフトの進角量を遅角側(フェールセーフ側)へ戻すことができ、エンジンの始動性が悪化するなどの不具合を回避することができる。
上述したように、プランジャ22には、リング円盤形状を呈した永久磁石25を嵌め入れるための環状溝61が、プランジャ22の外周において全周に亘って設けられている。また、プランジャ22の内側には、軸方向へ貫通するプランジャ呼吸路22aが設けられている。
この構成を採用するため、永久磁石25の内側に、プランジャ22におけるコア材(環状溝61の底とプランジャ呼吸路22aの間の磁性材)が設けられる。
このように、永久磁石25の内側に存在するプランジャ22におけるコア材(環状溝61の底とプランジャ呼吸路22aの間の磁性材)を薄く設けることで、永久磁石25の内側のコア材(磁性材:薄肉部)を磁気飽和させることができる。これにより、永久磁石25の軸方向に向かうべき磁束が、永久磁石25の内側のコア材を通ることで弱まる不具合を回避することができ、永久磁石25の磁力を効率的に磁気吸引ステータ23に与えることができる。
この特徴技術4は、上記特徴技術3とは異なる手段を開示するものである。
この特徴技術4は、上記特徴技術3と同様な構成として、プランジャ22には、リング円盤形状を呈した永久磁石25を嵌め入れるための環状溝61が、プランジャ22の外周において全周に亘って設けられている。また、プランジャ22の内側には、軸方向へ貫通するプランジャ呼吸路22aが設けられている。
この構成を採用するため、この特徴技術4は、上記特徴技術3と同様、永久磁石25の内側に、プランジャ22におけるコア材(環状溝61の底とプランジャ呼吸路22aの間の磁性材)が設けられる。
このように、環状溝61の底に、周方向に沿う多数の貫通穴62を設けることで、永久磁石25の内側に存在するプランジャ22におけるコア材(環状溝61の底とプランジャ呼吸路22aの間の磁性材)を磁気飽和させることができる。これにより、永久磁石25の軸方向に向かうべき磁束が、永久磁石25の内側のコア材を通ることで弱まる不具合を回避することができ、永久磁石25の磁力を効率的に磁気吸引ステータ23に与えることができる。
この特徴技術5は、上記特徴技術3および上記特徴技術4とは異なる手段を開示するものである。
この特徴技術5におけるプランジャ22は、図6に示すように、円筒形状を成す磁性体製の第1鉄心63と、この第1鉄心63の内径と同径の内径穴を備え、リング円盤形状に設けられた永久磁石25と、第1鉄心63および永久磁石25と同径の内径穴を備え、円筒形状を成す磁性体製の第2鉄心64と、第1鉄心63、永久磁石25、第2鉄心64の内径に圧入等により嵌め入れられて、第1鉄心63、永久磁石25、第2鉄心64をセンタリングする非磁性体製(アルミ、黄銅、銅、ステンレス等)の中心筒65と結合したものである。
上述したように、プランジャ22の外周からリング円盤形状を呈した永久磁石25を嵌め入れる構成である。
そして、この実施例では、図7に示すように、リング円盤形状を呈する永久磁石25の外径寸法を、プランジャ22の外径寸法よりも小さく設け、永久磁石25の外周に環状の溝を設けている。なお、この溝の深さ寸法t2は、例えば0.5〜2mmほどに設けられるものである。
このため、永久磁石25に吸い寄せられる異物によって、プランジャ22に摺動不良が発生するトラブルを未然に防ぐことができる。
OCV2は、磁気吸引ステータ23の後端と、磁気受渡ステータ24の前端との軸方向間に、永久磁石25の全ストローク範囲が収まるように設けられている。
具体的には、
(i)図8(a)に示すように、プランジャ22が後端で停止する「最遅角状態」であっても、永久磁石25の後端と磁気受渡ステータ24の前端との軸方向間に距離L1が形成されるとともに、
(ii)図8(b)に示すように、プランジャ22が前端で停止する「最進角状態」であっても、永久磁石25の前端と磁気吸引ステータ23の後端との軸方向間に距離L2が形成されるように設定されている。
ECU32は、図9に示すように、OCV2のコイル21の通電量を算出する演算装置66と、この演算装置66により算出された通電量をコイル21に与えるコイル駆動回路67とを備える。なお、図9における符号68は、車両に搭載されるバッテリである。
コイル駆動回路67は、コイル21に印加する電圧を、正電圧と負電圧に切り替え可能なものであり、具体的には図9に示すように、ECU32によって通電状態が制御されるH形のブリッジ回路を用いて、コイル21に対して正負両方向の電圧を印加可能に設けられている。
(i)コイル21に正電圧を印加することで、磁気吸引ステータ23の内側にスプール8の前端とは異なる磁極が発生してスプール8に前方(進角側)へ向かう軸力が発生し、
(ii)コイル21に負電圧を印加することで、磁気吸引ステータ23の内側にスプール8の前端と同極の磁極が発生してスプール8に後方(遅角側)へ向かう軸力が発生するものである。
コイル21の通電停止状態は、図3(a’)に示す「遅角状態」が達成される。このため、図3(b)に示す中間保持状態を達成するためには、プランジャ22を前方に向けて磁気吸引する必要がある。
即ち、「中間位相保持状態」が要求される時には、スプール8の位置を図3(a’)の位置から図3(b)の位置まで移動させるために、電磁アクチュエータ6に「位相保持通電量」を与える必要がある。
即ち、「第1正デューティ比信号(+側a%)」がこの実施例における具体的な「位相保持通電量」に相当するものである。
ECU32は、エンジン運転状態(乗員の運転状態を含む)に応じて目標の位相角を算出する機能を備える。
一方、ECU32は、外部ロータ3に対する内部ロータ4の実際の位相角を検出する手段を備える。
外部ロータ3に対する内部ロータ4の実際の位相角をβとし、
α−βによって求められる偏差の絶対値が第1設定値e1よりも小さい時に、
図10の区間X範囲に示すように、正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイル21に与え、「中間位相保持状態」を達成する。
この実施例のECU32は、「中間位相保持状態」を達成する際で、目標の位相角αに対して実際の位相角βが「遅角側」の場合、α−βによって求められる偏差が大きくなった際、スプール8を進角側に駆動してα−βの偏差を小さくする方向にコイル21を通電制御する直前に、コイル21に正電圧と負電圧のデューティ比信号を交互に与えて、スプール8およびプランジャ22にディザ振動を与える手段が設けられている。
(a)α−βによって求められる偏差が第1設定値e1よりも小さい時は、図10の区間X範囲に示すように、正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイル21に与える。
(b)α−βによって求められる偏差が第1設定値e1よりも大きく設定された第2設定値e2よりも小さくなると、スプール8およびプランジャ22にディザ振動を与えるべく、図10の区間Y範囲に示すように、正電圧による第1正デューティ比信号(+側a%)を維持したままで、負電圧による第2負デューティ比信号(−側b%:負電圧のデューティ比割合がb%)を追加してコイル21に与える。
そして、α−βによって求められる偏差が第1設定値e1よりも小さくなると、再び上記(a)の制御状態、即ち正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイル21に与える状態に戻る。
このように、スプール8のストローク方向を変更する直前に、OCV2の可動部における摺動部を「動摩擦状態」にさせて摩擦係数を小さくすることができるため、スプール8の円滑なストローク制御を行なうことができる。
この実施例のECU32は、「中間位相保持状態」を達成する際で、目標の位相角αに対して実際の位相角βが「進角側」の場合、α−βによって求められる偏差の絶対値が大きくなった際、スプール8を遅角側に駆動してα−βによって求められる偏差を小さくする方向にコイル21を通電制御する直前に、コイル21に正電圧と負電圧のデューティ比信号を交互に与えて、スプール8およびプランジャ22にディザ振動を与える手段が設けられている。
(a)α−βによって求められる偏差の絶対値が第1設定値e1よりも小さい時は、上述したように、正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイル21に与える。
(b)α−βによって求められる偏差の絶対値が第1設定値e1よりも大きく設定された第2設定値e2よりも小さくなると、スプール8およびプランジャ22にディザ振動を与えるために、正電圧による第1正デューティ比信号(+側a%)を維持したままで、負電圧による第2負デューティ比信号(−側b%:負電圧のデューティ比をb%)を追加してコイル21に与える。
そして、α−βによって求められる偏差の絶対値が第1設定値e1よりも小さくなると、再び上記(a)の制御状態、即ち正電圧のみによる第1正デューティ比信号(+側a%)をコイル21に与える状態に戻る。
このように、スプール8のストローク方向を変更する直前に、OCV2の可動部における摺動部を「動摩擦状態」にさせて摩擦係数を小さくすることができるため、スプール8の円滑なストローク制御を行なうことができる。
この実施例のECU32は、OCV2の可動部(スプール8、プランジャ22等)に「異物の噛み込みの可能性がある」か否かを判断する異物噛込判断手段(制御プログラム)を備える。
そして、ECU32は、異物噛込手段が「異物の噛み込みの可能性がある」と判断した場合に、図11に示すように、コイル21に対して、正電圧を所定時間に亘って印加する状態と、負電圧を所定時間に亘って印加する状態とを、繰り返して与える噛込除去手段(制御プログラム)が設けられている。
なお、噛込除去手段が作動する期間、および回数は、適宜設定可能なものである。
また、スプール弁5に、他の切替弁の機能を追加しても良い。
上記の実施例では、VCT1をカムシャフトに設ける例を示したが、VCT1をエンジンのクランクシャフトに設けるなど、他の部位に設けるものであっても良い。
上記の実施例では、外部ロータ3がクランクシャフトと同期回転し、内部ロータ4がカムシャフトと一体回転する例を示したが、逆に内部ロータ4をクランクシャフトと同期回転させ、外部ロータ3がカムシャフトと一体回転するように構成しても良い。
2 OCV(位相制御弁)
3 外部ロータ(入力側ロータ)
4 内部ロータ(出力側ロータ)
5 スプール弁
6 電磁アクチュエータ
7 スリーブ
8 スプール
9 リターンスプリング
10 オイルパン
11 遅角室排出ポート
12 遅角室出力ポート
13 オイルポンプ(油圧供給源)
14 油圧入力ポート
15 進角室出力ポート
16 進角室排出ポート
21 コイル
22 プランジャ
22a プランジャ呼吸路
23 磁気吸引ステータ
24 磁気受渡ステータ
25 永久磁石
32 ECU(制御装置)
61 環状溝
62 貫通穴
63 第1鉄心
64 第2鉄心
66 演算装置
67 コイル駆動回路
A 進角室
B 遅角室
Claims (11)
- 内燃機関のクランクシャフトに回転駆動される入力側ロータ(3)に対して前記内燃機関のカムシャフトを回転駆動する出力側ロータ(4)を油圧によって進角側に駆動する進角室(A)、および前記入力側ロータ(3)に対して前記出力側ロータ(4)を油圧によって遅角側に駆動する遅角室(B)を備えるバルブタイミング可変機構(1)と、
前記進角室(A)および前記遅角室(B)に油圧の給排を行なう位相制御弁(2)と、を具備するバルブタイミング調整装置において、
前記位相制御弁(2)は、
(a)軸方向の一方側から他方側に向けて、オイルパン(10)にオイルを戻す遅角室排出ポート(11)、前記遅角室(B)に通じる遅角室出力ポート(12)、油圧供給源(13)に通じる油圧入力ポート(14)、前記進角室(A)に通じる進角室出力ポート(15)、前記オイルパン(10)にオイルを戻す進角室排出ポート(16)が形成された筒形状を呈するスリーブ(7)と、
このスリーブ(7)の内部において軸方向へ摺動自在に配置され、軸方向の一方端から他方端へ移動することで、前記遅角室出力ポート(12)および前記進角室出力ポート(15)の切替状態を、
前記遅角室出力ポート(12)を前記油圧入力ポート(14)に連通させるとともに、前記進角室出力ポート(15)を前記進角室排出ポート(16)に連通させる遅角状態、
前記遅角室出力ポート(12)を遮断するとともに、前記進角室出力ポート(15)を遮断する中間位相保持状態、
前記遅角室出力ポート(12)を前記遅角室排出ポート(11)に連通させるとともに、前記進角室出力ポート(15)を前記油圧入力ポート(14)に連通させる進角状態に切り替えるスプール(8)と、
このスプール(8)を軸方向の一方側に向けて付勢するリターンスプリング(9)と、からなるスプール弁(5)を備えるとともに、
(b)通電により磁力を発生するコイル(21)と、
軸方向へ摺動自在に支持された磁性体製のプランジャ(22)と、
前記コイル(21)の発生する磁力により前記プランジャ(22)を軸方向の他方側へ磁気吸引する磁性体製の磁気吸引ステータ(23)と、
前記プランジャ(22)の外周に配置されて前記プランジャ(22)と径方向の磁気の受け渡しを行なう磁性体製の磁気受渡ステータ(24)と、を備え、
前記スプール(8)を介して付与される前記リターンスプリング(9)の付勢力により前記プランジャ(22)が軸方向の一方側へ付勢される電磁アクチュエータ(6)を備え、
(c)前記プランジャ(22)は、このプランジャ(22)の軸方向に着磁されて、前記磁気吸引ステータ(23)に対して軸方向の磁気吸引力が生じる永久磁石(25)を備えており、
(d)前記コイル(21)の通電が停止されている時、前記永久磁石(25)の磁力の設定磁力により、
前記スプール(8)のストローク位置が、軸方向の一方端から前記他方側へ移動し、且つ前記遅角室出力ポート(12)が僅かに開口した状態で前記遅角状態が達成されることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項1に記載のバルブタイミング調整装置において、
前記永久磁石(25)は、前記プランジャ(22)の外周において全周に亘って形成された環状溝61の内部に嵌め入れられるリング円盤形状を呈し、
前記プランジャ(22)の軸芯には、軸方向へ貫通するプランジャ呼吸路(22a)が設けられ、
前記環状溝(61)の底と前記プランジャ呼吸路(22a)との厚み寸法は、0.5mm以下に設けられることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項1または請求項2に記載のバルブタイミング調整装置において、
前記永久磁石(25)は、前記プランジャ(22)の外周において全周に亘って形成された環状溝(61)の内部に嵌め入れられるリング円盤形状を呈し、
前記プランジャ(22)の軸芯には、軸方向へ貫通するプランジャ呼吸路(22a)が設けられ、
前記環状溝(61)の底には、周方向に沿って多数の貫通穴(62)が設けられることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項1に記載のバルブタイミング調整装置において、
前記プランジャ(22)は、
円筒形状を成す磁性体製の第1鉄心(63)と、
この第1鉄心(63)の内径と同径の内径穴を備え、リング円盤形状に設けられた前記永久磁石(25)と、
前記第1鉄心(63)および前記永久磁石(25)と同径の内径穴を備え、円筒形状を成す磁性体製の第2鉄心(64)と、
前記第1鉄心(63)、前記永久磁石(25)、前記第2鉄心(64)の内径に嵌め入れられて、前記第1鉄心(63)、前記永久磁石(25)、前記第2鉄心(64)をセンタリングする非磁性体製の中心筒(65)と、
を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項2〜請求項4のいずれかに記載のバルブタイミング調整装置において、
リング円盤形状を呈する前記永久磁石(25)の外径寸法は、前記プランジャ(22)の外径寸法よりも小さいことを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項2〜請求項5のいずれかに記載のバルブタイミング調整装置において、
前記プランジャ(22)のストロークに伴う前記永久磁石(25)の全ストローク範囲は、
前記磁気吸引ステータ(23)の一方側の端部と、前記磁気受渡ステータ(24)の他方側の端部との軸方向間に収まることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項1〜請求項6のいずれかに記載のバルブタイミング調整装置において、
前記コイル(21)の通電を行なう制御装置(32)は、前記コイル(21)の通電量を算出する演算装置(66)と、この演算装置(66)により算出された通電量を前記コイル(21)に与えるコイル駆動回路(67)とを備え、
前記コイル駆動回路(67)は、前記コイル(21)に印加する電圧を、正電圧と負電圧に切り替え可能に設けられていることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項7に記載のバルブタイミング調整装置において、
前記制御装置(32)は、正電圧のデューティ比信号および負電圧のデューティ比信号によって前記コイル(21)を通電制御するものであり、
正電圧のみによる所定の第1正デューティ比信号を前記コイル(21)に与えることで、前記中間位相保持状態を達成することを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項8に記載のバルブタイミング調整装置において、
前記制御装置(32)は、前記入力側ロータ(3)に対する前記出力側ロータ(4)の位相角を保持する際、
前記制御装置(32)の算出する目標の位相角をα、
前記入力側ロータ(3)に対する前記出力側ロータ(4)の実際の位相角をβとし、
目標の位相角αに対して実際の位相角βが「遅角側」の場合、
(a)α−βの偏差が第1設定値e1よりも小さい時に、
前記第1正デューティ比信号を前記コイル(21)に与え、
(b)α−βの偏差が第1設定値e1よりも大きく設定された第2設定値e2よりも小さい時に、
前記第1正デューティ比信号に、負電圧による所定の第2負デューティ比信号を追加して前記コイル(21)に与え、
(c)α−βの偏差が第2設定値e2よりも大きい時に、
前記第1正デューティ比信号よりも通電割合の大きい正電圧のみによる第3正デューティ比信号を前記コイル(21)に与えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項8または請求項9に記載のバルブタイミング調整装置において、
前記制御装置(32)は、前記入力側ロータ(3)に対する前記出力側ロータ(4)の位相角を保持する際に、
前記制御装置(32)の算出する目標の位相角をα、
前記入力側ロータ(3)に対する前記出力側ロータ(4)の実際の位相角をβとし、
目標の位相角αに対して実際の位相角βが「進角側」の場合、
(a)α−βの偏差の絶対値が第1設定値e1よりも小さい時に、
前記第1正デューティ比信号を前記コイル(21)に与え、
(b)α−βの偏差の絶対値が第1設定値e1よりも大きく設定された第2設定値e2よりも小さい時に、
前記第1正デューティ比信号に、負電圧による所定の第2負デューティ比信号を追加して前記コイル(21)に与え、
(c)α−βの偏差の絶対値が第2設定値e2よりも大きい時に、
前記コイル(21)に与えるデューティ比信号を、前記第1正デューティ比信号よりも減らすことを特徴とするバルブタイミング調整装置。 - 請求項7〜請求項10のいずれかに記載のバルブタイミング調整装置において、
前記制御装置(32)は、前記位相制御弁(2)の可動部に異物の噛み込みの可能性があるか否かを判断する異物噛込判断手段を備え、
この異物噛込手段が異物の噛み込みの可能性があると判断した場合、前記コイル(21)に対して、正電圧を印加する状態と、負電圧を印加する状態とを、繰り返して与える噛込回復手段を備えることを特徴とするバルブタイミング調整装置。
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