JPH04504155A - 可変バルブタイミングのためのモジュール式位置制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可変バルブタイミングのためのモジュール式従来技術および発明の要約 本発明は一般的に内燃機関に関するものであり、より詳細には、内燃機関のバル ブタイミングまたはパルプフェーズの制御装置に関する。

内燃機関の吸入弁および排気弁のタイミングを調整することにより、内燃機関の 能力が改善されることが示されている。吸入弁および排気弁が機械的に、機関ク ランク軸により駆動されるカムシャフトによって作動される内燃機関では、バル ブタイミング合わせ機能を実行するために、カムシャフトの位相をクランク軸の 位相に対して変化させるための駆動装置を使用しなければならない。この駆動装 置は位相合わせ機構によってカムシャフトに作用する。カムシャフトの位相をセ ンサにより検出することによって、カムシャフト位相の閉ループ制御が得られる 。

最適制御のためには、バルブタイミング合わせ機能を内燃機関の他のタイミング 合わせ機能に関連させることが所望される。この他のタイミング合わせ機能、例 えば燃料噴射タイミング合わせ機能および点火タイミング合わせ機能は内燃機関 の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって行われる。機関ＥＣＵは通常、マイクロ コンピュータを有しており、このマイクロコンピュータは燃料噴射および点火制 御機能のための最適値を種々の入力量に基づいて計算する。機関ＥＣＵはまた適 切なカムシャフト位相を計算することができる。しかしカムシャフト位相を計算 するには閉ループ制御を使用しなければならない。通常の機関ＥＣＵはそのため の十分な能力に欠けている。より強力なＥＣＵを使用することもできよう。しか しそのような解決策は、種々異なるＥＣＵにより制御される内燃機関を大量生産 することすべてを勘案すると必ずしも最善のものとは言えない。

本発明は、バルブタイミング合わせ機能またはパルプフェーズ合わせ機能を行い 、かつ機関ＥＣＵが複雑化するのを回避する新規な装置に関するものである。

本発明はさらに、第２のＥＣＵ　（以下モジュール式位置制御器（ＭＰＣ）と称 する）を有し、これがバルブタイミングまたはパルプフェーズの能動的閉ループ 制御を行う、さらに本発明は、ＭＰＣの動作を機関ＥＣＵの動作に関連させよう とするものである。これはＭＰＣを機関ＥＣＵと交信させ、機関ＥＣＵがバルブ タイミング情報またはバルブフェーズ情報をＭＰＣに所定の形式で供給するよう にして行われる。ＭＰＣはこの情報に基づいて、バルブタイミングの閉ループ制 御を行うことができる。

カムシャフト位相制御の行われる本発明の実施例では、ＥＣＵが位相情報を単線 を介して供給する。これは本発明の非常に有利な点である。実施例では、矩形波 形でこの単線に供給される。この波形は、上死点（ＴＤＣ）信号の形のクランク 軸位置情報とカムシャフトに対する所望の位相を含む。矩形波信号はＴＣＤと同 期した上昇エツジと、ＴＤＣから測定した、所望のカムシャフト位相に相応する パルス幅を有する。

図１は、本発明による可変バルブフェーズのためのモジュール式位置制御器の実 施例のブロック回路図、図２は、図１のブロックの一部を詳細に示すブロック回 路図、 図３、発明の詳細な説明に供する線図である。

有利な実施例の説明 図１は本発明によるモジュール方式の位置制御装置ｌＯを示す。図１に示された 実施例は、右側シリンダパンクと左側シリンダパンクを有し、それらの吸入弁と 排気弁がそれぞれ右側カムシャフト１２および左側カムシャフト１４により制御 されるＶ型機間に対するものである。それぞれのカムシャフトの機関クランク軸 に対する移送は相応の位相合わせ機構１６および１８によりそれぞれ制御され、 それらは相応のアクチュエータまたは駆動装置２０と２２によりそれぞれ交互動 作される。機関カムシャフトの位相合わせ機構に対する例は種々のＵＳ特許明細 書、例えばＵ、５４７４４３３８の“可変カムシャフトタイミングシステム”１ ９８８年５月１７日に一般的に示されている。

駆動装置２０と２２はモジュール式位置制御器（ＭＰＣ）コン）・ロールユニッ ト２４の制御下にある。

ＭＰＣ２４は相応の制御ループを介して各カムシャフト１２と２４の位相を閉ル ープ制御するために設けられている。ＭＰＣ２４への命令入力は機関ＥＣＵ２６ から行われ、機関ＥＣＵは燃料噴射、点火およびカム位相合わせ機能に関する制 御を行う。ＥＣＵ２６はセンサ２８から入力信号を受け取る。センサ２８は機関 クランク軸３０と関連されている。センサ２８により供給される入力信号は機関 上死点（ＴＤＣ）位置を示す。右側シリンダパンクに関連するループはセンサ３ ２によって閉じられている。右側カムシャフトターゲツト板３４によって右側カ ムシャフト１２の位相を検出する。このターゲツト板３４はカムシャフトと共に 回転し、センサ３２の近傍に配置されている。右側シリンダパンクには４つのシ リンダがあるので、ターゲツト板は等間隔に４つのノツチ３６を有している。

同様に左側カムシャフト１４周りのループはセンサ３８により閉じられる。この センサ３８は、左側カムシャフトにより駆動される。左側カムシャフトターゲツ ト板４０により左側カムシャフトの位相を検出する。

左側シリンダパンクは４つのシリンダを有しているから、左側カムシャフトター ゲツト板は等間隔の４つのノツチ４２を有している。各カムシャフト１２．１４ の位相は相応の位相合わせ機構１６．１８により変化するから、相応のターゲツ ト板３４．４０の位相も同様に変化し、これはそれぞれのセンサ３２．３８によ りＭＰＣ２４に供給される信号に反映される。

図２はＭＰＣ２４の詳細を拡大して示す。ＭＰＣ２４はそれぞれのセンサ入力調 節回路４４．４６を有しており、それらはそれぞれのセンサ３２．３８からの入 力を調節する。センサ入力調節回路４４．４６はカムシャフト位相信号を論理回 路４８に供給するため調節する。論理回路４８はマイクロプロセッサを有してい る。機関ＥＣＵ２６からの命令信号は論理回路４８の入力としても供給される。

命令入力はスイッチ５０を通過する。スイッチ５０は診断目的のため、図２に点 線で示した選択位置へ操作することができる。この位置では、論理回路４８への 命令入力を遮断し、反対に論理回路４８からの診断出力信号を命令入力側に発生 させる。

論理回路４８は従来のプログラミング技法によりＰＩＤ関数を提供するようにプ ログラムされている。このＰＩＤ関数は比例−積分一徽分制御のためである。

比例微分積分制御は、制御ループの応答を最適化するための閉ループ型制御装置 における常套手段である。

所定の制御器に対する詳細は、ループ内の種々の構成要素の伝達関数に依存する 。このような値は従来の閉ループ制御理論を用いて計算することができる。

論理回路４８は、駆動装置２０．２２を作動させるのに所要の電力レベルを供給 する能力を有していないから、ＭＰＣ２４はさらに２つの電力駆動回路５２．５ ４を、それぞれ駆動装置２０と２２を操作するために有している。ＭＰＣはさら に電力供給回路５６を有しており、この電力供給回路はバッテリー電圧から、Ｍ ＰＣの既に述べた種々の構成要素に対して適切な電力を導出する。

本発明の別の構成では、ＥＣＵ２６はＭＰＣ２４に、図３の波形５８で表される 信号を供給する。これはＭＰＣへの命令入力または制御入力であり、ＭＰＣはＥ ＣＵ２６によって制御される他の関数と関連して最適なバルブタイミングを供給 するためＥＣＵによって計算された値に基づいて動作する。

図３の波形５８は矩形波形であり、一方のエツジがクランク軸の上死点位置に相 応し、またデユーティサイクルが所１のカムシャフト位相に相応する。、図３の 波形５８において、デユーティサイクルはＴｃｔｌ対Ｔｒｐｍの比である。波形 ５８の“制御レンジ”と示された部分は、カムシャフトの位相が調整される典型 的な制御範囲を表す。

図３はまたターゲツト板からのフィードバックを表す波形６０を示す。波形の各 パルスはノツチ４２の相応のセンサの通過に相当する。波形６０自体はカムシャ フトの位相とは関連していない。しかしＭＰＣ２４はＴＤＣ信号情報をＥＣＵ２ ６から受信するから、ＭＰＳ２４は、相応の波形６０において各カムシャフトと 上死点との間隔を測定することによってカムシャフトの位相位置を知ることがで きる。図３に示された計算式は制御角、フィードバック角および波形５８と６０ の種々異なる部分に関連したエラー角の関係を示す。

種々のバルブタイミング制御を行うためには、機関ＥＣＵは例えば波形５８のよ うな単純な制御入力信号のみを供給すれば良い。このようにして、種々のバルブ タイミングを機関に組み込んでも、機関ＥＣＵにより行われる他の機関制御関数 は重大な干渉を受けない。

手続補正書（自発） 平成　４年　１月ＩＧ日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．クランク軸およびシリンダに関連してバルブタイミングを駆動するためシリ ンダ内に配置されたレシプロ型ピストンと；該シリンダはクランク軸に関連した タイミングで作動され、 機関の燃料噴射および点火機能を制御する第１の機関電子ユニットと； 機関上死点位置（ＴＤＣ）を検出するための手段と；機関のバルブの動作位相を 検出するための手段と；前記バルブの位相を調整するための駆動装置とを有する 内燃機関において、 駆動装置を閉ループ制御するための第２の電子制御ユニットが設けられており、 該第２の電子制御ユニットによってバルブ作動の位相が、前記第１の電子制御ユ ニットにより命令される所望の位相を追従し、該第２の電子制御ユニットは、バ ルブ作動の瞬時位相を表すフィードバック信号を受信する入力側と、前記第１の 電子制御ユニットからの制御波形を受信する入力側とを有し、 ここで制御波形の一部は機関上死点（ＴＤＣ）に相応し、別の一部はバルブ作動 の所望の位相に相応することを特徴とする、可変バルブタイミングのためのモジ ュール式位置制御器。
2. ２．前記制御波形は矩形波形を有し、該矩形波形の上昇エッジは機関上死点に相 応し、当該上昇エッジから相応の機関上死点まで測定されたデューティサイクル はバルブ作動の所望の位相に相応ずる請求項１記載の可変バルブタイミングのた めのモジュール式位置制御器。
3. ３．機関は、それぞれバルブを備えた２つのシリンダバンクを有するＶ型機関で あり、前記第２の電子制御ユニットは、第１の駆動装置および位相合わせ機構を 介して第１バンクのバルブタイミングを制御し、さらに第２の駆動装置および位 相合わせ機構を介して第２バンクのバルブタイミングを制御する可変バルブタイ ミングのためのモジュール式位置制御器。
4. ４．第２の電子制御ユニットはマイクロコンピュータを備えた論理回路を有し、 さらに制御スイッチが設けられており、該制御スイッチは選択的に前記論理回路 からの入力を、該入力回路を診断目的のために監視できるように遮断する請求項 １記載の可変バルブタイミングのためのモジュール式位置制御器。