JP5563079B2 - エンジンの位相可変装置及びその制御装置 - Google Patents

エンジンの位相可変装置及びその制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更してバルブの開閉タイミングを変化させる自動車用エンジンの位相可変装置とその制御装置に関する。
クランクシャフトとカムシャフトの回転位相を変化させてバルブの開閉タイミングを変化させるエンジンの位相可変装置においては、下記特許文献1に示すものがある。下記特許文献1のエンジンの位相可変装置は、クランクシャフトによって駆動する駆動プレートとカムシャフトが同軸上に相対回動可能に設けられ、同じく同軸に設けられてクランクシャフトの駆動トルクを受けるガイドプレートが第1及び第2電磁ブレーキを介して駆動プレートに対して相対回動する際に3つのリンクアームを動作させて、駆動プレート(クランクシャフト)とカムシャフトの回転位相を変化させるものである。
具体的には、下記特許文献1においては、第1電磁ブレーキを無通電状態から作動させ、ガイドプレートと一体の制動プレートが吸着されると、ガイドプレートがカムシャフトに対して遅れる方向(駆動プレートの回転と逆方向)に相対回転することにより、カムシャフトが駆動プレート(クランクシャフト)に対して進角方向(駆動プレートの回転方向)に相対回動する。また、下記特許文献1においては、第2電磁ブレーキを無通電状態から作動させると、対応する制動プレートが吸着され、揺動歯車機構を介してカムシャフトに対して前記進角方向に相対回転することにより、カムシャフトが駆動プレート(クランクシャフト)に対して遅角方向に相対回動する。その結果、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相が変化して、バルブの開閉タイミングが変化するというものである。
特許4027672号
特許文献1のエンジンの位相可変装置においては、カムシャフトとクランクシャフト側の回転位相を変更しない(回転位相を保持する)場合、2つの電磁ブレーキを停止させており、前記回転位相の変更指令があったときに第1または第2電磁ブレーキの一方を動作させている。従って、特許文献1のエンジンの位相可変装置においては、無通電状態の電磁ブレーキの一方が通電を受けて起動し、該制動プレートが有効に吸着されて、クランクシャフトとカムシャフトの回転位相が実際に変化し始めるまでに一定の時間(以降は反応時間とする)が必要になる。前記反応時間は、長いとエンストを招くおそれが有るため、出来るだけ短い方がよい。
前記反応時間は、カムシャフトが図示しないバルブから外乱トルク(バルブスプリングからの反動により、カムシャフトを駆動プレートに対して相対回動させようとするトルク)を受けた場合や、電磁ブレーキの摩擦材が経年劣化したような場合に特に長くなるため、改善が求められている。
尚、特許文献1のエンジンの位相可変装置においては、2つの電磁ブレーキ間で応答性に差が生じないような制御を行なっているが、この制御では、回転位相の変更指令発生時から駆動プレートとカムシャフトの回転位相が変化し始めるまでの反応時間を短縮することは出来ない。
本願発明は、上記問題に鑑みて、クランクシャフトとカムシャフトの回転位相の変更指令が発生してから実際に回転位相の変更が開始されるまでの反応時間を短縮し、特にカムシャフトに外乱トルクが発生した場合や電磁ブレーキが経年劣化した場合における位相可変動作の応答性を向上させること等により、変更指令発生後から回転位相の変更終了までに必要な時間を短縮させて制御性能を向上させたエンジンの位相可変装置とその制御装置を提供するものである。
請求項1のエンジンの位相可変装置は、カムシャフトと同軸かつ相対回動可能に配置され、クランクシャフトから回転トルクを受けて回転する2つの制御回転体と、前記2つの制御回転体にクランクシャフトと逆向きの制動トルクをそれぞれ付与する2つの電磁アクチュエータ(特許文献1における2つの電磁ブレーキ)と、前記2つの制御回転体の相対回動に応じて前記カムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させる相対位相角変更機構と、を有することでバルブの開閉タイミングを変更するエンジンの位相可変装置において、前記2つの電磁アクチュエータが、同時に作動し、回転する2つの制御回転体を相対回動不能に保持すると共に、作動中の前記2つの電磁アクチュエータのうち一方の制動トルクを低下させることで制動トルクを低下させた側の前記制御回転体を他方の制御回転体に対して相対回動させるようにした。
(作用)2つの制御回転体は、2つの電磁アクチュエータからそれぞれ一定の制動トルク(吸着力)を受けた状態で相対回転不能に保持され、2つの電磁アクチュエータのうち一方の通電を低下させ、またはカットすると、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角は、2つの制御回転体が迅速に相対回動することによって迅速に変化する。
相対位相角の変更指令が発生する段階において、2つの電磁アクチュエータが予め2つの制御回転体を一定の力で吸着しているため、2つの制御回転体は、相対位相角の変更指令が発生し、一方の電磁アクチュエータの制動トルク(吸着力)が低下すれば直ちに相対回動を開始出来る状態で保持される。言い換えると、請求項1のエンジンの位相可変装置においては、従来のように相対位相角の変更指令が発生して無通電の状態から起動し、制御回転体に有効な制動トルクが働き始めて相対位相角の変更が開始されるまで必要とされた起動時間が削減される。
その結果、請求項1のエンジンの位相可変装置においては、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令が発せられてから変更開始までの反応時間が従来より短い。
特に、請求項1の位相可変装置においては、2つの電磁アクチュエータが予め2つの制御回転体を一定の力で吸着することにより、カムシャフトに発生する外乱トルクや電磁ブレーキの経年劣化によって更に長くなる前記起動時間が削減されるため、前記外乱トルクや電磁ブレーキの経年劣化の影響を受けることなく、前記反応時間が短くなる。
また、請求項2は、請求項1のエンジンの位相可変装置であって前記2つの電磁アクチュエータのうち、制動トルクを低下させた側の前記電磁アクチュエータが、再び制動トルクを増加させて前記2つの制御回転体の相対回動を終了させるようにした。
(作用)制動トルクを低下させた側の電磁アクチュエータが、相対回動の終了前に再び制動トルクを増加させて制御回転体にブレーキをかけ、相対位相角の変更速度を減速するため、2つの制御回転体の相対回動が、目標とされる位置で正確に停止される。その結果、請求項2の位相可変装置においては、相対位相角の変更速度の増速とブレーキ作用により、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の変更が迅速かつ正確に終了するため、相対位相角を変更指令が発せられてから変更終了までに必要とされる時間が更に短縮される。
また、請求項3は、クランクシャフトの回転トルクと、2つの電磁アクチュエータの前記回転トルクと逆向きの制動トルクによってカムシャフト中心軸周りに相対回動する2つの制御回転体の動作に応じてカムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更する、エンジンの位相可変装置において、カムシャフトの現在角度を検出するカム角センサと、クランクシャフトの現在角度を検出するクランク角センサと、前記カム角センサ及びクランク角センサの検出値に基づく現在位相角と、カムシャフト及びクランクシャフトの目標位相角との偏差を演算する偏差演算部と、前記演算結果の符号を判定する符号判定部と、前記演算結果が所定に閾値範囲内にあるかを判定する閾値判定部と、偏差が閾値内にある場合には、回転する前記2つの制御回転体を相対回動不能に保持する動作指令を2つの電磁アクチュエータに同時に送信し、前記偏差が閾値の範囲外にある場合には、前記偏差の符号の正負に基づく所定の一方の電磁アクチュエータにトルクを減少させる動作指令を送信する動作指令部と、前記動作指令に応じて2つの電磁アクチュエータを動作させるドライバ回路と、を有する制御装置によってエンジンの位相可変装置を制御するようにした。
(作用)請求項3の制御装置においては、カム角センサとクランク角センサの検出結果から算出されるカムシャフトとクランクシャフトの現在の相対位相角を表す現在位相値と、変更後の相対位相角を表す目標位相値の偏差に基づき以下のようにエンジンの位相可変装置を制御する。
前記偏差が所定の閾値の範囲内にある場合には、常時2つの電磁アクチュエータを動作させ、それぞれ2つの制御回転体に一定の制動トルク(吸着力)を付与させて相対回動不能な状態に保持させる。一方、前記偏差が所定の閾値の範囲外にある場合には、動作中の2つの電磁アクチュエータのうち偏差の符号に対応した一方の制動トルクを低下させるか、または制動トルクの発生を停止させる。更に、前記偏差が所定の閾値の範囲内に戻った場合には、低下させた側の電磁アクチュエータの制動トルクを再び増加させ、2つの制御回転体を再び相対回動不能な状態に保持させる。
請求項3の制御装置によれば、相対位相角の変更指令が発生する段階で既に2つの制御回転体が一定の制動トルク(吸着力)を電磁アクチュエータから受けており、前記変更指令が発生すれば直ちに2つの制御回転体が相対回動を開始する状態で保持されているため、従来のように相対位相角の変更指令が発生して無通電状態から電磁アクチュエータが起動し、制御回転体に有効な制動トルクが働き始めて相対位相角の変更が開始されるまで必要とされた起動時間が削減される。その結果、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令が発せられてから変更開始までの反応時間が従来より短くなる。
一方、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の変更動作は、前記偏差が閾値範囲内に戻り、低下した制動トルクが再び増加するブレーキ作用によって正確に終了するため、請求項3の制御装置においては、制御回転体の相対回動速度を増加させて、前記相対位相角の変更を迅速かつ正確に行なうことができる。これらの結果、請求項3の制御装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令が発せられてから変更終了までに必要とされる時間が短縮される。
本願請求項1のエンジンの位相可変装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令の発生から変更開始までの反応時間が短縮されることによって、応答性が向上し、前記相対位相角の変更指令の発生から変更終了までの時間が短縮される。また、本願請求項1のエンジンの位相可変装置には、エンジンオイルの劣化、極低温下や極高温下での使用及びエンストなどを原因としてクランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の制御が不能になったとしても、現在の相対位相角を保持可能にするフェールセーフ機能が発生する。
本願請求項2のエンジンの位相可変装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角の変更速度の増速が可能になることで、前記相対位相角の変更指令の発生から変更終了までの時間が短縮される。
本願請求項3のエンジンの制御装置によれば、クランクシャフトとカムシャフトの相対位相角を変更する指令の発生から変更開始までの反応時間の向上、前記相対位相角の変更速度の増速が可能になること、及び制動に必要な制動トルクが電磁アクチューエータから制御回転体に正確に伝達されることによって、前記相対位相角の変更指令の発生から変更終了までの時間が短縮される。
特に、本願請求項1及び2のエンジンの位相可変装置と、本願請求項3のエンジンの制御装置によれば、カムシャフトに外乱トルクが発生した場合や電磁ブレーキが経年劣化した場合においても、クランクシャフトとカムシャフトの位相可変動作の応答性が向上する。
エンジンの位相可変装置の実施例を装置前方から見た分解斜視図である。 図1の分解斜視図を装置後方から見た図である。 第1実施例の正面図(カバー70を除く)である。 図3のA−A断面図である。 図4のE−E断面図である (a)図4のB−B断面図である。(b)図4のC−C断面図である。(c)図4のD−D断面図である。 位相可変装置の制御装置の構成説明図である。 位相可変装置の制御装置の制御ブロック図である。 位相可変装置の制御装置のフローチャートである。 位相可変時の各電磁アクチュエータへの通電状態と位相可変の動作を表す模式図である。 位相可変実験時におけるグラフであり、(a)本実施例における位相可変の動作を表すグラフ、(b)本実施例における各電磁アクチュエータへの通電状態を表すグラフ、(c)従来制御における位相可変の動作を表すグラフ、(d)従来制御における各電磁アクチュエータへの通電状態を表すグラフである。
次に、本発明の第1実施例となるエンジンの位相可変装置を図1〜6によって説明する。第1実施例のエンジンの位相可変装置は、エンジンに組付けられ、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁が開閉するようにクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するとともに、エンジンの負荷や回転数などの運転状態によってエンジンの吸排気弁の開閉タイミングを変化させるための装置である。
第1実施例におけるエンジンの位相可変装置1は、クランクシャフトによって駆動回転する駆動回転体2、第1制御回転体3(請求項1の制御回転体)、カムシャフト6(図4)、回動操作力付与手段9、相対位相角変更機構10及びセルフロック機構11を有する。尚、以降においては、図1における第2電磁アクチュエータ側を装置前方、駆動回転体2側を装置後方とする。また、装置前方から見た駆動回転体2のカムシャフト中心軸L0周りの回転方向を進角側D1方向(時計回り)、D1と逆方向を遅角側D2方向(反時計回り)として説明する。
駆動回転体2は、クランクシャフトから駆動力を受けるスプロケット4と円筒部20を有する駆動円筒5が複数のボルト2aによって一体化されて構成されている。図4に示すカムシャフト6は、センターシャフト7の中央円孔7eとカムシャフト前方の雌ねじ孔6aにボルト37を挿入することで、センターシャフト7の後端側に同軸かつ相対回動不能に一体化されている。
第1制御回転体3は、フランジ部3aとその後方に連続する円筒部3bと底部3cとが連続した有底円筒形状を有する。底部3cには、中心の貫通円孔3d、一対のピン孔28,中心軸L0から所定半径を有する円周上に設けられた円周方向溝30、中心軸L0から溝への距離が進角側D1方向に向けて減少する曲線状の縮径ガイド溝31を有する。
センターシャフト7は、第1円筒部7a、フランジ部7b、第2円筒部7c、カムシャフト中心軸L0から偏心したカム中心L1を有する偏心円カム12、及び第3円筒部7dが後方側から前方側(図1の第2制御回転体側。以下同じ)に向けて軸方向に連続されて形成されている。駆動回転体2は、ボルト2aによって一体化されたスプロケット4と駆動円筒5がフランジ部7bを間に挟んだ状態で、円孔(4a,5a)を介し、第1及び第2円筒部(7a,7c)によってセンターシャフト7に回動可能に支持されると共に、センターシャフト7を介してカムシャフト6に支持される。また、第3円筒部7dは、第1制御回転体3の中央円孔3dに挿入される。尚、駆動回転体2,第1制御回転体3,カムシャフト6,センターシャフト7は、中心軸L0上に同軸に配置される。
回動操作力付与手段9は、第1制御回転体3を制動し、駆動回転体2に対する相対回動トルクを付与する第1電磁アクチュエータ21と、第2電磁アクチュエータ38が第2制御回転体32を制動することで、第1制御回転体3に第1電磁アクチュエータ21と逆向きの相対回動トルクを付与する逆回転機構22によって構成される。
相対位相角変更機構10は、カムシャフト6と制御回転体3を相対回動不能に一体化する機構であって、駆動回転体2を相対回動可能に支持するセンターシャフト7と、セルフロック機構11、及び連結機構16によって構成される。
セルフロック機構11は、駆動回転体2とセンターシャフト7との間に介装され、カムシャフト6が図示しないバルブから受ける外乱トルクを原因とした、駆動回転体2とカムシャフト6の相対位相角のズレの発生を防止する機構であり、センターシャフト7の偏心円カム12,ロックプレートブッシュ13、ロックプレート14,駆動回転体2の円筒部20によって構成される。
ロックプレートブッシュ13は、図1と図5に示すようにセンターシャフト7の偏心円カム12に係合させる円孔13aを中央に有し、外周両端に一対の平面(23,24)を有し、カムシャフト中心軸L0とカム中心L1を結ぶ直線L2に対して平面(23,24)が略平行になるように偏心円カム12の外周に回動可能に取付けられる。
ロックプレート14は、全体として円盤状に形成され、径方向に延びる略長方形状の保持溝15を有する。また、ロックプレート14は、保持溝15の短面(15a、15b)からロックプレート14の外周に向かって直線状に伸びる一対のスリット(25,26)によって等分割された一対の構成部材(14a,14b)から構成される。また、ロックプレートブッシュ13の平面(23,24)は、それぞれ保持溝15の長面(15c,15d)に接触して保持される。
ロックプレート14は、保持溝15の長面(15c,15d)がロックプレートブッシュ13の平面(23,24)を挟持した状態で、その外周面(14c,14d)が駆動円筒5の円筒部20に内接する。その際、偏心円カム12の外周は、カム中心L1において直線L2と直交する直線L3(以下同じ、以降は単に直線L3とする)よりも更に偏心側(L0からL1を超えて更に偏心した方向)に配置された部分が、ロックプレートブッシュ13を介してロックプレート14の保持溝15に保持される。
また、連結機構16は、一対の連結ピン(27,27)と、制御回転体3の底部3bに設けられた一対の第1ピン孔(28、28)と、ロックプレート14の構成部材(14a,14b)にそれぞれ構成された第2ピン孔(29,29)によって構成される。連結ピン27は、第1ピン孔28と第2ピン孔29のうちいずれか一方に嵌合固定され、他方との間には、微少隙間が画成された状態で挿入される。
ロックプレートブッシュ13を挟持しつつ、駆動円筒5の円筒部20に内接したロックプレート14は、連結ピン27が第1及び第2ピン孔(28,29)に挿入されることによって、制御回転体3に相対回動不能に一体化される。その結果、センターシャフト7(カムシャフト6)は、偏心円カム12、ロックプレートブッシュ13及びロックプレート14を介し、制御回転体3に相対回動不能に一体化される。
次に、回動操作力付与手段9について説明する。第1電磁アクチュエータ21は、図示しないエンジンの内部に固定されて第1制御回転体3の前方に配置されて、フランジ部3aの前面3eを摩擦材21aに吸着させる。
また、逆回転機構22は、第1制御回転体3の円周方向溝30と縮径ガイド溝31、第2制御回転体32、円盤状のピンガイドプレート33、第2制御回転体32を制動する第2電磁アクチュエータ38、第1及び第2リンクピン(34,35)、リング部材36によって構成される。
第2制御回転体32は、第1制御回転体3の円筒部3bの内側に配置され、中心軸L0を中心として設けられた貫通円孔32aを介してセンターシャフト7の第3円筒部7dに回動可能に支持される。また第2制御回転体32は、中心O1がカムシャフト中心軸L0から偏心した段差状の偏心円孔32bを後方に有し、偏心円孔32bには、リング部材36が摺動回動可能に内接する。第2電磁アクチュエータ38は、図示しないエンジンの内部に固定されて第2制御回転体32の前方に配置されて、前面32cを摩擦材38aに吸着させる。
円盤状のピンガイドプレート33は、第1制御回転体3の円筒部3bの内側において底部3cと第2制御回転体32との間に配置され、中心部の貫通円孔33aを介してセンターシャフト7の第3円筒部7dに回動可能に支持される。またピンガイドプレート33は、貫通円孔33aに接続しない位置から略径方向に延びる略径方向溝33bと略径方向ガイド溝33cを有する。略径方向溝33bは、円周方向溝30に対応した位置において貫通円孔33aの近傍から外周縁まで突き抜けて形成され、略径方向ガイド溝33cは、縮径ガイド溝31に対応した位置において外周縁部近傍まで長円状に形成される。
また、第1リンクピン34は、細丸軸34aと細丸軸34aの前端に係合一体化した中空太丸軸34bから形成される。中空太丸軸は34bは、略径方向溝33bによって両側から挟持され、細丸軸34aの後端は、円周方向溝30及び保持溝15に挿通されて、駆動円筒5の取付孔5bに固定される。また、細丸軸34aは、溝方向にそって円周方向溝30の両端を移動する。
第2リンクピン35は、細丸軸35aの後端に太丸軸35bが一体形成されてなる第1部材35c、中空第1軸35d、中空第2軸35e及び中空第3軸35fによって形成される。中空第1軸から中空第3軸(35d〜35f)は、太丸軸35b側に向けて順番に細丸軸35aに挿着されて後方に抜け止めされる。太丸軸35bは、保持溝15に挿入される。また、中空第1軸35dは、外周形状が縮径ガイド溝31に沿った円弧形状を有し、縮径ガイド溝31に上下を保持されると共に縮径ガイド溝31に沿って移動する。中空第2軸35eは、円筒形状を有し、略径方向ガイド溝33cに両側を保持されると共に略径方向ガイド溝33cに沿って移動する。中空第3軸35fは、円筒形状を有し、リング部材36の円孔36aに回動可能に連結される。
尚、センターシャフト7の第3円筒部7dの先端には、中央に円孔(39a,40a)を有するホルダー39とワッシャ40が前方から配置され、ホルダー39、ワッシャ40及びセンターシャフト7は、円孔(39a,40a)と円孔7eに挿入したボルト37を雌ネジ穴6aに取り付けることで、カムシャフト6に相対回動不能に固定される。その結果、センターシャフト7の外周に配置された図4の駆動回転体2から第2制御回転体32に至る部品は、カムシャフト6のフランジ部6bとホルダー39との間に抜け止め固定され、ワッシャ40の厚さを調整する事で、これら部品の軸方向のクリアランスが適正化される。また、ボルトと第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の前方には、カバー70が配置される。
ここで、回動操作力付与手段9によるカムシャフト6と駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)の相対位相角の変更動作について説明する。通常、第1制御回転体3は、第2制御回転体32と共に第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)から一定の吸着力(制動トルク)を受けつつクランクシャフトによるD1方向の回転トルクを受け、駆動回転体2と一体になってD1方向に回転している(図6(c)を参照)。このとき第1及び第2制御回転体(3,32)は、第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の制動トルクによって均衡し、互いに相対回動不能な状態に保持されている。第1電磁アクチュエータ21による制動トルクを低下させ、またはオフにした場合、第1制御回転体3は、第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の制動トルクによる均衡が破れるため、クランクシャフトのトルクによって第2制御回転体32とピンガイドプレート33に対してD1方向に相対回動する。
その結果、センターシャフト7(カムシャフト6)は、一体化された第1制御回転体3と共にD1方向に回転する駆動回転体2に対してD1方向に相対回動する。その結果、駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)に対するカムシャフト6の相対位相角は、進角側D1方向に変更されて図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。また、第1電磁アクチュエータ21の制動トルクを再び増加させて元の制動トルクに戻すと、第2制御回転体に対する第1制御回転体の相対回動が停止し、駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)に対するカムシャフト6の相対位相角は、停止位置にて保持される。
その際、図6(c)に示す第2リンクピン35の中空第1軸35dは、縮径ガイド溝31内を略反時計回りとなるD6方向に移動し、図6(b)の中空第2軸35eは、略径方向ガイド溝33cを中心軸L0から離れる方向に向かってD5方向に移動し、図6(a)の中空第3軸35fは、リング部材36に円孔32b内における摺動回動トルクを付与する。また、第1リンクピン34の細丸軸34aは、円周方向溝30内を反時計回りD2方向に移動する。また、円周方向溝30の両端(30a,30b)は、移動した細丸軸34aが当接するストッパとして作用する。
また、第1及び第2制御回転体(3,32)が、第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の制動トルクを受けつつ相対回動不能に保持された状態において、第2電磁アクチュエータ38による制動トルクを低下させ、またはオフにした場合、第2制御回転体32は、クランクシャフトのトルクによって第1制御回転体3に対してD1方向に相対回動する。図6(a)のリング部材36は、内接する偏心円孔32bがD1方向に偏心回動することにより、偏心円孔32b内を摺動回動する。図6(b)の中空第2軸35eは、リンク部材36の動作により、中空第3軸35f及び中空第1軸35dと共に略径方向ガイド溝33cに沿って中心に向けてD4方向に移動する。その際、図6(c)の第1制御回転体3は、電磁アクチュエータ21の作動時とは逆に、縮径溝31内を略時計回り方向D3方向に移動する中空第1軸35dから縮径溝31を介して遅角側D2方向の相対回動トルクを受け、D1方向に回転する駆動回転体2に対して回転遅れとなる遅角側D2方向に相対回動する。その結果、駆動回転体2(図示しないクランクシャフト)に対するカムシャフト6の相対位相角は、遅角側D2方向に戻されて、図示しないバルブの開閉タイミングが変化する。
次に、エンジンの位相可変装置の制御装置の実施例を説明する。制御装置50は、図7に示すようにエンジンコントロールユニット(ECU)51,ドライバ回路52,カム角センサ53、クランク角センサ54、各種センサ55によって構成される。
ECU51は、ドライバ回路52に接続され、ドライバ回路52は、進角用の第1電磁アクチュエータ21と遅角用の第2電磁アクチュエータ38にそれぞれ接続される。ドライバ回路52は、ECU51の動作指令を受けて第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)を駆動させる。一方、ECU51には、カムシャフトに現在位相角を検出するカム角センサ53と、図示しないクランクシャフトの現在位相角を検出するクランク角センサ54と、各制御回転体の潤滑油温や回転数を検出する各種センサ55が接続される。
ECU51は、後述する各センサ(53〜55)の検出情報をフィードバックした結果に基づき、第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)を所定の電流値と態様で動作させる動作指令をドライバ回路52に送出する。また、ECU51は、カムシャフト6とクランクシャフト(図示せず)の現在位相角と目標位相角の偏差を演算する偏差演算部58,前記偏差の符号を判定する符号判定部59、前記偏差が所定の閾値内に有るか否かを判定する閾値判定部60、偏差の数値と符号に応じてドライバ回路52に第1及び第2電磁アクチュエータを所定の電流値で動作させる動作指令信号を送信する動作指令部61と、制御回転体の潤滑油温や回転数の検出結果に応じて前記動作指令信号の電流値を補正する動作指令補正部62と、を包含する演算制御装置(CPU等。図示せず)を有する。
ドライバ回路52は、ECU51の動作指令に基づいて、第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の一方、または双方を動作させる回路である。
カム角センサ53とクランク角センサ54は、カムシャフト6と図示しないクランクシャフトの各所定の基準位置からそれぞれの現在角度を電気信号として検出するセンサである。検出された電気信号は、ECU51内の図示しないA/D変換手段等によってデジタルデータにされ、クランクシャフト(図示せず)とカムシャフト6の現在の相対位相角(以降は、現在位相角という)と、目標位相指令信号によって変更される相対位相角(以降は、目標位相角という)との偏差の演算に使用される。
また、各種センサ55には、第1及び第2制御回転体(21,38)の回転数を検出する回転数センサ56や、第1及び第2制御回転体の電磁クラッチ吸着面に流される潤滑油の油温を検出する油温センサ57等が含まれる。回転角センサ56と油温センサ57で検出された電気信号は、ECU51内でデジタルデータにされ、第1及び第2制御回転体(3,32)の回転数や潤滑油温によって左右される第1及び第2電磁アクチュエーター(21,38)の制動トルクを補正するために利用される。
次に、本実施例の制御装置50による第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の具体的な制御方法を図8から図11によって説明する。
第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)への通電は、図10に示す「進角用及び遅角用電磁アクチュエータ電流」の実線部分のような波形で行なわれ、カムシャフト及びクランクシャフト間における現在位相角から目標位相角への変更動作と、変更後の相対位相角から当初の相対位相角への復帰動作は、図10に示す「位相可変」の実線部分のような波形で行われる。
まず、カムシャフト6とクランクシャフト(図示せず)の相対位相角変更前の初期状態において、まず、ECU51は、ドライバ回路52に第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)を同時に通電させて第1及び第2制御回転体(3,32)を相対回動不能に保持させる動作指令信号を送信する(符号61を参照)。尚、初期状態において第1及び第2制御回転体(3,32)を相対回動不能に保持させる動作指令信号の電流値は、予めECU51のメモリ等(図示せず)に学習値として記憶させておく。
尚、第1及び第2制御回転体を相対回動不能に保持させる制動トルクは、第1及び第2制御回転体(3,32)の回転数や各制御回転体の吸着面に流れる潤滑油温によって変化するため、メモリ等に記憶された前記学習値は、回転数センサ56や油温センサ57の検出結果に基づいて、動作態様に必要な補正を受けて随時更新される(符号62を参照)。
信号を受けたドライバ回路52は、図10のような波形によって第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の双方に通電する。第1及び第2制御回転体(3,32)は、第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)から所定の制動トルクを受けて相対回動不能な状態に保持されつつ、クランクシャフトから駆動力を受ける駆動回転体2と共に回転する。
そして、制御装置51にカムシャフトとクランクシャフトの相対位相角を目標位相角に変更する指令信号が入力された場合、ECU51は、図8と9に示すようにカム角センサ53とクランク角センサ54の検出結果に基づくカムシャフト6とクランクシャフト(図示せず)の各現在角度データから得られたカムシャフト6とクランクシャフトの現在位相角と、入力された目標位相角の偏差を演算する(符号58を参照)。
クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を進角側D1方向または遅角側D2方向のいずれの方向に変更するかについては、演算された偏差の符号によって決定される。本実施例においては、一例として、前記偏差の符号が正の場合に遅角側に変更し、前記偏差の符号が負の場合に遅角側に変更するものとして説明する。
ECU51は、前記偏差が正の場合、ドライバ回路52に動作指令信号を送信して遅角用の第2電磁アクチュエータ38の通電をカットし、前記偏差が負の場合、進角用の第1電磁アクチュエータ21の通電をカットする(符号59を参照)。第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)のいずれかの通電がカットされた場合には、第1及び第2制御回転体(3,32)を相対回動不能に保持していた制動トルクの均衡が破れるため、通電をカットされた側の制御回転体は、直ちに他方の制御回転体及び駆動回転体2に対して進角側D1方向に相対回動する。
進角用の第1電磁アクチュエータ21の通電がカットされた場合、カムシャフト6は、一体である第1制御回転体3と共に直ちに駆動回転体2に対して進角側D1方向に相対回動し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角が進角側に変更される。また、第2電磁アクチュエータ38の通電がカットされた場合、第2制御回転体32は、第1制御回転体3に対して進角側D1方向に相対回動し、第2リンクピン35とリング部材36を動作させる。その結果、カムシャフト6は、一体化された第1制御回転体3と共に直ちに駆動回転体2に対して遅角側D2方向に相対回動し、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角が遅角側に変更される。
また前記偏差は、所定の閾値の範囲内にあるか否かについて繰り返し判定される(符号59を参照)。前記偏差が所定の閾値の範囲外にある場合には、ECU51からドライバ回路52に第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)の動作信号が送信されず、相対位相角の変更動作が続行される。一方、前記偏差が所定の閾値の範囲内になった場合には、記憶された学習値に基づいてECU51からドライバ回路52に動作信号が送信され、カットされた電磁アクチュエータの通電が復帰して第1及び第2制御回転体(3,32)の相対回動動作が制動されるため、第1及び第2制御回転体(3,32)は、再び相対回動不能に保持される。その結果、クランクシャフトとカムシャフト6の相対位相角の変更動作が終了する。
図10においては、まず、遅角用電磁アクチュエータ38の通電をカットした後、通電を元の学習値に復帰させることで、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を現在位相角から遅角側の目標位相角に変更保持し、次に、進角用電磁アクチュエータ21の通電をカットした後、通電を元の学習値に復帰させることで、変更した前記相対位相角を元の相対位相角に戻したものである。
図10の波線部分は、遅角側へ相対位相角を変更後、元の相対位相角に戻すという上記動作を従来の制御方法で行う場合の第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)への通電と、「位相可変」の動作を示すものである。図10の波線部分の制御方法においては、相対位相角を保持する際に2つの電磁アクチュエータの双方を非通電状態にし、相対位相角を変更する際に初めて変更する側の電磁アクチュエータを通電して制御回転体を吸着させ、相対位相角を所定の方向に変更するものである。
図10の位相可変動作について、実線部分と波線部分を比べると、本実施例の制御においては、時間t1からt2の間に目標位相角への変更動作が行なわれるのに対し、従来の制御においては、目標位相角への変更動作が終了するまでt1からt2’までの時間が必要になり、本実施例に比べてt2からt2’までの時間が余分にかかる。同様に、本実施例の制御においては、時間t3からt4の間に目標位相角から元の位相角への復帰動作が行なわれるのに対し、従来の制御においては、復帰までt3からt4’までの時間が必要になり、本実施例に比べてt4からt4’までの時間が余分にかかる。
一方、図11(a)は、(b)図の本実施例の制御方法に基づく通電を実際に第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)へ行なって実験した際の位相可変動作を示し、図11(c)は、(d)図の従来の制御方法に基づく通電を実際に第1及び第2電磁アクチュエータ(21,38)へ行なって実験した際の位相可変動作を示すものである。本実施例の制御による実際の通電時には、位相可変側の電磁アクチュエータの電流カット時に反対側の電磁アクチュエータに電流値の上昇が確認出来るが、本実施例と従来の制御方法における目標位相角への変更動作と元の相対位相角への復帰動作を比べた場合、模式図10と同様に、本実施例の変更動作に必要なt1からt2までの時間は、従来のt1からt2’までの時間より短く、本実施例の復帰動作に必要なt3からt4までの時間は、従来のt3からt4’までの時間より短い。
即ち、本実施例の制御方法によれば、従来の制御方法と比べ、現在位相角から目標位相角への変更時間がt2からt2’への時間だけ短縮され、目標位相角から元の位相角へ復帰する時間がt4からt4’の時間だけ短縮されているものと考えられる。その理由は、予め制御回転体を吸着しておく本実施例の制御方法においては、相対位相角の変更時に非通電からの電磁アクチュエータへの通電及び制御回転体の吸着動作がないことと、変更の終了時に制御回転体を吸着して相対回動動作にブレーキをかける結果、位相変更動作の増速と反応性の向上が見込まれるためと考えられる。
尚、本実施例においては、位相可変時に変更する側の電磁アクチュエータの通電を完全にカットしているが、電流値が減少すれば位相可変動作は開始されるため、前記通電は、完全にカットしなくても良い。
1 エンジンの位相可変装置
2 駆動回転体
3 第1制御回転体
6 カムシャフト
10 相対位相角変更機構
21 第1電磁アクチューエータ(進角用)
32 第2制御回転体
38 第2電磁アクチュエータ(遅角用)
50 制御装置
52 ドライバ回路
53 カム角センサ
54 クランク角センサ
58 偏差演算部
59 符号判定部
60 閾値判定部
61 動作指令部
L0 カムシャフト中心軸

Claims (3)

  1. クランクシャフトによって駆動回転する駆動回転体と、カムシャフトと同軸かつ相対回動可能に配置され、クランクシャフトから回転トルクを受けて回転する第1制御回転体及び第2制御回転体と、前記第1及び第2制御回転体に前記クランクシャフトと逆向きの制動トルクをそれぞれ付与する2つの電磁アクチュエータと、前記第1及び第2制御回転体の相対回動に応じて前記カムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させる相対位相角変更機構と、を有することでバルブの開閉タイミングを変更するエンジンの位相可変装置において、
    前記2つの電磁アクチュエータが、同時に通電されて作動し、回転する前記第1及び第2制御回転体をそれぞれ相対回動不能に保持すると共に、作動中の前記2つの電磁アクチュエータのうち一方の電流値を減少させて制動トルクを低下させることで制動トルクを低下させた側の前記制御回転体を他方の制御回転体に対して相対回動させることを特徴とする、エンジンの位相可変装置。
  2. 前記2つの電磁アクチュエータのうち、制動トルクを低下させた側の前記電磁アクチュエータが、再び制動トルクを増加させて前記2つの制御回転体の相対回動を終了させることを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの位相可変装置。
  3. クランクシャフトによって駆動回転する駆動回転体と、クランクシャフトの回転トルクと、2つの電磁アクチュエータの前記回転トルクと逆向きの制動トルクによってカムシャフト中心軸周りに相対回動する第1制御回転体及び第2制御回転体の動作に応じてカムシャフトとクランクシャフトとの相対位相角を変化させ、バルブの開閉タイミングを変更する、エンジンの位相可変装置において、
    カムシャフトの現在角度を検出するカム角センサと、
    クランクシャフトの現在角度を検出するクランク角センサと、
    前記カム角センサ及びクランク角センサの検出値に基づく現在位相角と、カムシャフト及びクランクシャフトの目標位相角との偏差を演算する偏差演算部と、 前記演算結果の符号を判定する符号判定部と、
    前記演算結果が所定に閾値範囲内にあるかを判定する閾値判定部と、
    偏差が閾値内にある場合には、回転する前記第1及び第2制御回転体を相対回動不能に保持する動作指令を2つの電磁アクチュエータに同時に送信して前記2つの電磁アクチュエータを同時に通電させ、前記偏差が閾値の範囲外にある場合には、前記偏差の符号の正負に基づく所定の一方の電磁アクチュエータにトルクを減少させる動作指令を送信して電流値を減少させる、動作指令部と、
    前記動作指令に応じて2つの電磁アクチュエータを動作させるドライバ回路と、
    を有することを特徴とした、エンジンの位相可変装置の制御装置。
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