JPH0783080A

JPH0783080A - 内燃機関の弁動作タイミング調整装置

Info

Publication number: JPH0783080A
Application number: JP23170693A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikeda; 広池田; Katsuhiko Kawai; 勝彦川合
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】構造を簡素化し且つ短時間の学習効果によ
り、弁の製造上のばらつき等の影響なく正確にタイミン
グを制御しうるバルブタイミング調整装置を得る。【構成】クランク軸２とカム軸５の位相調整機構40、
位相調整機構駆動手段104 、内燃機関各部に設けられた
各種センサ42〜45、センサの検出値に基づき両軸間の実
位相差角を算出する回転位相差検出手段88、回転位相差
の目標値を決定する目標値決定手段200 、実位相差角を
回転位相差の目標値に一致させるための制御手段105 及
び、ディザー信号発生手段106 とを具備し前記制御手段
の出力にディザー信号を加算する様に構成された内燃機
関の弁動作タイミング調整装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関における吸気
弁、排気弁の動作タイミングを変えるための弁動作タイ
ミング調整装置に関するものであり、更に詳しくは、カ
ム軸の駆動制御系に学習効果を採用することによって高
精度な制御を行うことの出来る弁動作タイミング調整装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の運転条件に応じて吸気弁開閉
タイミングを可変制御する機構として、クランクシャフ
トに同期して回転するカムプーリーに対するカムシャフ
トの回転位相を変更するようにしたバルブタイミング調
整装置が知られている。例えば特開平１−１３４０１０
号公報に開示されるように、内燃機関の吸気弁の開閉タ
イミング（バルブタイミング）を変更させるための油圧
サーボ弁を備えたタイミング変更手段を設け、さらに、
このサーボ弁のスプールを油圧シリンダによって駆動す
る流体圧駆動手段を設けるものが知られている。

【０００３】そして、この従来技術では、上記流体圧駆
動手段に備えられる２つの開閉弁を開、閉制御し、サー
ボ弁を一定の速度で移動させることにより、タイミング
変更手段においてバルブタイミングを変化させている。
このように従来技術では、タイミング変更手段と流体圧
駆動手段とに、それぞれ油圧系が必要であるため構造が
複雑である。さらに、上記従来技術では、２つの開閉弁
によって油圧の供給を断続するだけであるため、微小な
移動量の制御や、サーボ弁の移動速度の制御が困難であ
り、バルブタイミングを微小量だけ変化させる制御や、
所望の速度で変化させることができず、より正確な制御
ができないという問題点があった。

【０００４】そこで、開閉弁ではなく、開度を調節する
ことにより油量を調節できる弁を用い、バルブタイミン
グを所望の速度で変化させることが考えられる。しか
し、このような弁を使用すると、弁の製造ばらつき、弁
からの油漏れ等により、弁の駆動信号とバルブタイミン
グの変化とが正確に一致しないおそれがある。例えば、
バルブタイミングをそのままの状態に保持できないと
か、バルブタイミングの変化が得られないといった不具
合がある。かかる問題を解決するため本願発明者等は先
に高い精度のフィードバック制御を行うことを目的とし
て制御系の油の流量の立ち上り点即ち進角デューティ値
と遅角デューティ値を正確に学習することの必要性を知
得て、クランク軸とカム軸との相対回転角を検出して前
記相対回転角によって油圧ピストンの作動状態を検出
し、油圧ピストンを所定の作動状態とする前記駆動手段
の駆動信号を学習し、この学習値に基づき適宜の制御手
段において算出される駆動信号を補正する学習手段を採
用したものである。

【０００５】つまり、高精度の弁動作タイミング調整を
行うには、高い精度のフィードバック制御を行う必要が
あり、その為には、流量の立ち上がり点、即ち進角デュ
ーティ値と遅角デューティ値を正確に学習する必要があ
る。然しながら、上記した方法においては、アイドル時
にデューティ値をゆっくり操作している間のカム軸進角
値の動きをモニタすることにより、進角デューティ値と
遅角デューティ値を学習するようにして対応しているも
のであるため、学習作業を繰り返し行う必要があり、ま
た、学習値算出に時間がかかり学習の機会が少ない等の
問題点があった。特に、遅角オフセット値の学習の場
合、ゆっくり遅角側へカム軸位置が変化している最中
に、カム軸進角値の変化を検出するため、高い精度で検
出できるか疑問であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の技術上の欠点を改良し、装置全体の構造を簡単にでき
るとともに、短時間の学習効果によって、開度調節に応
じて油量調節できる弁を使用しても弁の製造上のばらつ
き等の影響なく正確にバルブタイミングを制御すること
のできるバルブタイミング調整装置を提供する事が出来
る弁動作タイミング調整装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係る弁動作タイミング
調整装置としては、基本的には、内燃機関内のクランク
軸からカム軸に至る回転伝達系内に設けられ、両軸間の
回転位相差を変えるための位相調整機構と、前記位相調
整機構を駆動するための駆動手段と、内燃機関各部に設
けられ、機関の運転状態を表す複数の状態量を検知する
各種センサと、前記センサによって検出された運転状態
量に基づいて前記両軸間の実位相差角を算出する回転位
相差検出手段と、前記センサによって検出された運転状
態量に基づいて回転位相差の目標値を決定する目標値決
定手段と、前記実位相差角を回転位相差の目標値に一致
させるための操作量を生成して前記駆動手段に出力する
制御手段とを具備する弁動作タイミング調整装置におい
て、前記制御手段は、補助信号としてディザー信号発生
手段と、前記回転位相差の目標値に前記実位相差角が追
随する様に前記操作量を演算するに際して、前記操作量
に前記ディザー信号を加算させるディザー信号加算手段
及び、前記回転位相差の目標値が、所定の期間一定であ
ると判断された場合に、その時点に於ける前記操作量を
記憶して学習する学習手段とが設けられている内燃機関
の弁動作タイミング調整装置である。

【０００８】

【作用】以上に述べた本発明の弁動作タイミング調整装
置の構成によると、適宜の駆動制御手段によって前記ス
プール弁の開度が調節されると、この開度に応じた油量
が油圧通路に連通する油圧室へ供給される。そして、油
圧ピストンはこの油量に応じて軸方向に移動するため、
カム軸とクランク軸との相対回転角は変化するものであ
るが、かかるスプール弁の静特性には不感帯が存在して
おり、その為、従来では、カム軸進角値を制御するため
に進角オフセット値と遅角オフセット値の２つの量を測
定しなければならないのに対し、本発明に於いては、係
るスプール弁の静特性に於ける不感帯を平滑し、係る不
感帯を見掛け上縮小させる事により、カム軸進角値を制
御するために必要な学習値は、少なくとも一個で良いと
言う事実を知得し、かかる知見の基づいて、係る弁動作
タイミング調整装置に於けるスプール弁の操作量である
パスル幅変調信号からなるデューティ値に適宜の補助信
号としてディザー信号を印加させる事により係るスプー
ル弁の静特性に於ける不感帯を平滑化させ、係る学習時
間が短縮化され、それによって、更に前記の学習機会を
増加させる事が可能となるので、弁動作タイミング調整
装置に於ける弁操作制度を向上させる事が出来るのであ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を適用した弁動作タイミング調
整装置の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、
本発明に係る弁動作タイミング調整装置８５を被制御対
象装置８０である内燃機関１に適用した場合の例を示し
ており特に内燃機関１の吸排気弁を制御するクランク軸
とカム軸間の位相差を調整する調整機構４０とそれを直
接操作する油圧シリンダー系統７０で構成される制御系
に適用した例を示すものである。

【００１０】図１は、ダブルオーバーヘッドカム式内燃
機関に本発明を適用した実施例を示す概略図であり、図
２は、弁動作タイミング調整装置におけるクランク軸と
カム軸との回転位相差を変化させる位相差調整機構４０
の断面図である。内燃機関１では、クランクシャフト２
からの動力を伝達するタイミングチェーン３によって一
対のスプロケット１３ａ，１３ｂを介して一対のカムシ
ャフト４，５が駆動される。

【００１１】そして、カムシャフト５には、上記した位
相差調整機構４０が設けられている。また、クランクシ
ャフト２には、クランク位置検出センサ４２が取り付け
られ、カムシャフト５には、カムシャフト位置検出セン
サ４４が取り付けられる。ここで、クランク位置検出セ
ンサ４２からのパルス数が、クランクシャフト２が１回
転するとＮ個発生するとき、カムシャフト位置検出セン
サ４４からのパルス数が、カムシャフト５が１回転する
と２Ｎ個発生するようにする。また、カムシャフト５の
タイミング変換角最大値をθｍａｘクランク角とする
と、Ｎ＜３６０度／θｍａｘとなるようパルス数Ｎを設
定する。これによって、後述の相対回転角θを算出する
ときに、クランク位置検出センサ４２のパルスと、この
パルスの次に連続して発生するカムシャフト位置検出セ
ンサ４４のパルスとを使用することができる。

【００１２】このクランク位置検出センサ４２およびカ
ムシャフト位置検出センサ４４からの信号は制御手段４
６に入力される。この信号の他に内燃機関１の冷却水温
信号、スロットル開度信号等が入力され、制御手段４６
のマイクロプロセッサが、これらの信号を基にクランク
シャフト２に対するカムシャフト５の目標相対回転角θ
ａを演算する。そして、制御手段４６で演算された駆動
信号を電磁アクチュエータである後述のリニアソレノイ
ド６４へ入力し、後述の弁装置であるスプール弁３０を
駆動する。そして、このスプール弁（弁装置）３０を駆
動することによって、オイルパン２８からオイルポンプ
２９によって圧送され、位相差調整機構４０へ供給され
るオイルの油量を調整する。

【００１３】以下、この位相差調整機構４０の構成を説
明する。図２において、カムシャフト５の端部には、カ
ムシャフト５と一体に回転するようにピン１２とボルト
１０とによって固定された略円筒形のカムシャフトスリ
ーブ１１が設けられている。また、このカムシャフトス
リーブ１１の外周面の一部には、外歯ヘリカルスプライ
ン１１ａが形成されている。さらに、カムシャフトスリ
ーブ１１には、シリンダヘッド２５にボルト２４で取り
付けられるハウジング２３の内部に突出する円筒部１１
ｂが設けられている。

【００１４】また、スプロケット１３ａは、カムシャフ
ト５とカムシャフトスリーブ１１との間に挟まれて支持
され、軸方向の移動は阻止されているがカムシャフト５
に対して相対回転可能となっている。そして、スプロケ
ット１３ａの図２左側には、略円筒形のクランク軸側部
材であるスプロケットスリーブ１５がピン１４とボルト
１６とによってスプロケット１３ａと一体に回転するよ
う固定されている。また、このスプロケットスリーブ１
５には、ハウジング２３の内部に上記カムシャフトスリ
ーブ１１を覆うように突出した円筒部１５ｂが設けられ
ている。そして、この突出した円筒部１５ｂの内周面の
一部に内歯ヘリカルスプライン１５ａが形成されてい
る。この内歯ヘリカルスプライン１５ａは、上記外歯ヘ
リカルスプライン１１ａとは逆方向のねじれ角を有する
ように形成されている。なお、外歯ヘリカルスプライン
１１ａまたは内歯ヘリカルスプライン１５ａのいずれか
一方は、ねじれ角をゼロとして、軸方向に平行な直線歯
を有するスプラインとしてもよい。

【００１５】そして、カムシャフトスリーブ１１の円筒
部１１ｂと、スプロケットスリーブ１５の円筒部１５ｂ
との隙間の一部には、軸方向に略一様な断面を有する環
状の空間９０が形成され、その空間９０内で軸方向に液
密状態を保って摺動することができるように、略円筒形
状の油圧ピストン１７が挿入される。この油圧ピストン
１７の内面の一部には、カムシャフトスリーブ１１の外
歯ヘリカルスプライン１１ａと噛み合う内歯ヘリカルス
プライン１７ａが形成されていると共に、外面の一部に
はスプロケットスリーブ１５の内歯ヘリカルスプライン
１５ａと噛み合う外歯ヘリカルスプライン１７ｂが形成
されている。上記スプライン同士の噛み合いにより、図
１に示すタイミングチェーンを介してスプロケット１３
ａに伝達されるクランクシャフト２の回転は、スプロケ
ットスリーブ１５、油圧ピストン１７、カムシャフトス
リーブ１１を経てカムシャフト５に伝達される。また、
油圧ピストン１７の左側端部に形成されるつば部の外周
には、オイルシール７０が備えられている。このオイル
シール７０は、スプロケットスリーブ１５の円筒部１５
ｂの内周面と接触するように設けられる。

【００１６】この空間９０内に、油圧ピストン１７が設
けられることによって、空間９０は２つの室に分割され
る。これによって、油圧ピストン１７の左側に進角側油
圧室２２が形成され、右側に遅角側油圧室３２が形成さ
れる。そして、上記オイルシール７０によって、油圧室
２２と２３との間のシール性が確保される。また、スプ
ロケットスリーブ１５の図中左側開口端には、エンドプ
レート５０が取り付けられている。このエンドプレート
５０には、円筒部と、その円筒部の図中右側端部に形成
され、スプロケットスリーブ１５の上記開口端に取り付
けられるつば部とが備えられる。また、エンドプレート
５０の円筒部の外周には溝が設けられ、この溝にオイル
シール７１が保持される。

【００１７】そして、エンドプレート５０とカムシャフ
トスリーブ１１との左側端部には、ノックピン５３によ
ってハウジング２３に固定される環状のリングプレート
５１が設けられている。このリングプレート５１は、コ
字状断面に形成され、エンドプレート５０の円筒部と、
カムシャフトスリーブ１１の円筒部１１ｂとを内部に回
転可能に収容する。また、リングプレート５１の内側円
筒部の外周には溝が設けられ、この溝にオイルシール７
２が保持される。このオイルシール７２はリングプレー
ト５１とカムシャフトスリーブ１１との間のシール性を
確保する。一方、上記オイルシール７１はエンドプレー
ト５０とリングプレート５１との間のシール性を確保す
る。これによって、進角側油圧室２２内のシール性は確
保される。

【００１８】リングプレート５１の中心の開口と、ハウ
ジング２３の開口とには、ボルト５２が取り付けられて
いる。このボルト５２が取り付けられると、カムシャフ
トスリーブ１１の内周と、カムシャフト５との間に空間
９１が形成される。また、ボルト５２の内部には、この
空間９１に連通する断面Ｔ字形の油圧通路６１ｂが形成
される。さらに、ボルト５２の外周には環状溝が形成さ
れており、この油圧通路６１ｂの半径方向の両端が連通
する。

【００１９】また、ハウジング２３には、上記ボルト５
２の環状溝と連通する油圧通路６１ａが形成されてい
る。この油圧通路６１ａは、断面Ｔ字形の油圧通路６１
ｂを介して、空間９１に連通し、この空間９１からカム
シャフトスリーブ１１に形成される油圧通路６１ｃを通
じて上記遅角側油圧室３２に連通する。さらに、ハウジ
ング２３には、上記進角側油圧室２２に連通する油圧通
路６０が形成されている。上記油圧通路６１ａおよび６
０は、ハウジング２３に形成され、後述の弁装置である
スプール弁３０を収容する空間部９５に開口している。
また、この空間部９５には、内燃機関１のオイルパン２
８からオイルポンプ２９によって圧送されるオイルを供
給する油圧供給路６５が開口し、オイルパン２８にオイ
ルを戻す油圧開放路６６が開口する。

【００２０】以下、弁装置３０の構成を図３に基づいて
説明する。なお、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、油圧
通路を切り替えるときの弁装置３０の断面図であり、そ
の動作は後述する。空間部９５に収容される弁装置３０
のシリンダ３０ａには、上記油圧通路６１ａと連通する
油圧ポート３０ｂと、油圧通路６０と連通する油圧ポー
ト３０ｃとが設けられる。また、油圧供給路６５と連通
する吸入ポート３０ｄおよび油圧開放路６６と連通する
吐出ポート３０ｅ，３０ｆが設けられる。そして、シリ
ンダ３０ａ内には、内部を摺動可能に移動し、上記ポー
トの連通を切り替えるスプール３１が挿入されている。
このスプール３１の図中右側にはスプール３１を図中左
方向へ付勢するスプリング３１ａが設けられている。さ
らに、スプール３１の図中左側には、電磁アクチュエー
タとして作用するリニアソレノイド６４が設けられる。
このリニアソレノイド６４に発生する電磁力によって、
スプール３１はスプリング３１ａの付勢力に抗して図中
右側へ移動する。

【００２１】以下、油圧系統３００における弁装置３０
内のスプール３１の移動による油圧通路切り替えの動作
を説明する。図３（ａ）に示すように、スプール３１が
右側に移動するとき、吸入ポート３０ｄと油圧ポート３
０ｃとが開き、油圧供給路６５と油圧通路６０とが連通
する。このため、オイルポンプ２９からの油圧は進角側
油圧室２２に供給される。同時に、吐出ポート３０ｅと
油圧ポート３０ｂとが開き、油圧通路６１ａと油圧開放
路６６とが連通する。このため、遅角側油圧室３２の油
圧は開放される。これによって、油圧ピストン１７は右
方向へ移動するため、スプロケット１３ａすなわちクラ
ンクシャフト２に対しカムシャフト５が相対的に進角す
る。

【００２２】図３（ｂ）に示すように、スプール３１が
中央にあるときは、油圧ポート３０ｂ，３０ｃが共に閉
じるため、油圧室２２，３２からのオイルの漏れがない
場合、油圧ピストン１７の位置が保持され、スプロケッ
ト１３とカムシャフト５との回転位相は変化しない。次
に、図３（ｃ）に示すように、スプール３１が左側に移
動するとき、吸入ポート３０ｄと油圧ポート３０ｂとが
開き、油圧供給路６５と油圧通路６１ａとが連通するた
め、オイルポンプ２９からの油圧は遅角側油圧室３２に
供給される。一方、吐出ポート３０ｆと油圧ポート３０
ｃとが開き、油圧通路６０と油圧開放路６６とが連通す
る。このため、進角側油圧室２２の油圧は開放される。
これによって、油圧ピストン１７は左方向に移動するた
め、スプロケット１３ａすなわちクランクシャフト２に
対してカムシャフト５が相対的に遅角する。

【００２３】次に、本発明に係る弁動作タイミング調整
装置８５の具体的な構成の例を図４を参照しながら詳細
に説明する。即ち、図４は、本発明に於ける弁動作タイ
ミング調整装置８５の一具体例の構成を示すブロックダ
イアグラムであり、図中、内燃機関内のクランク軸２か
らカム軸５に至る回転伝達系内に設けられ、両軸間の回
転位相差を変えるための位相調整機構４０と、前記位相
調整機構４０を駆動するための駆動手段１０４と、内燃
機関各部に設けられ、機関の運転状態を表す複数の状態
量を検知する各種センサ４２〜４５と、前記センサ４２
〜４５によって検出された運転状態量に基づいて前記両
軸間の実位相差角を算出する回転位相差検出手段８８
と、前記センサによって検出された運転状態量に基づい
て回転位相差の目標値を決定する目標値決定手段２００
と、前記実位相差角を回転位相差の目標値に一致させる
ための操作量を生成して前記駆動手段１０４に出力する
制御手段１０５とを具備する弁動作タイミング調整装置
８５において、前記制御手段１０５は、補助信号として
ディザー信号発生手段１０６と、前記回転位相差の目標
値に前記実位相差角が追随する様に前記操作量を演算す
る操作量演算手段１０９による演算処理に際して、前記
操作量に前記ディザー信号を加算させるディザー信号加
算手段１０７及び、前記回転位相差の目標値が、所定の
期間一定であると判断された場合に、その時点に於ける
前記操作量を記憶して学習する学習手段１０８とが設け
られている内燃機関の弁動作タイミング調整装置であ
る。

【００２４】上記構成からなる本発明に係る弁動作タイ
ミング調整装置に於ける制御方法の基本原理は、図５に
示す様に閉ループ制御系を構成するものであって、前記
した電磁弁の開度を調節して回転位相角、すなわちカム
軸進角値をフィードバック制御するための制御系ブロッ
ク線図の例を示している。図５に於ける５０１は、例え
ば積分動作を含まないＰＤ動作コントローラで構成さ
れ、又、５０２は制御対象として例えば電磁弁の製造公
差，経時変化等により特性が変動するような油圧装置を
示している。係る油圧装置における前記電磁弁の静特性
は、例えば図６に示される様な特性を有するものとす
る。

【００２５】図５に於いて、ｒは回転位相差目標値であ
り、ｙは制御対象５０２から出力される実位相差角、す
なわちカム軸進角値である。尚、前記操作量は、デュー
ティ値として表示されるものである。係る制御系に於い
て、制御対象５０２から出力されるカム軸進角値ｙを図
示の様にフィードバックして、前記回転位相差目標値ｒ
との偏差ｅ（ｅ＝ｒ−ｙ）を演算して前記コントローラ
５０１に入力させ、前記コントローラ５０１からデュー
ティ値ｕが出力される。

【００２６】その後、かかるデューティ値ｕに別途準備
したディザー信号ｄｔｈを加算して新たなデューティ値
ｕ’を形成し、このデューティ値ｕ’を制御対象５０２
に入力して所定の制御を実行させるものである。本発明
者等は、係る制御系に於いて、カム軸進角速度が０にな
るデューティ値を保持デューティ値と定義して、係る保
持デューティ値のばらつきを学習する事により、回転位
相差目標値にカム軸進角値が追随出来る様にする学習方
法を既に提案している。（特願平５─８６３２１参照の
こと）上記の学習方法の原理を図６に示しておく。

【００２７】つまり、図６は図５に示された制御系に学
習手段を導入した制御系を表している。コントローラ５
０１はＰＤ動作のコントローラで構成されており、エン
ジンの運転状態に基づいて決定された目標カム軸進角値
ｒと、現在のカム軸進角値ｙと、ＲＡＭを備えて構成さ
れた学習回路５０３からの学習値ｄ’とが入力される。
コントローラ５０１は、操作量をデューティー値ｕで決
定し、油圧装置及び位相調整機構からなる制御対象５０
２に出力する。デューティー値ｕはパルス幅変調信号で
生成され、上記電流制御回路を経由してリニアソレノイ
ドに供給される。これにより上記油圧室の作動油が調節
され、作動油量に応じてカムシャフトがその回転方向に
変位される。このときのカム軸進角値ｙが制御対象５０
２から検出される。

【００２８】このように制御対象５０２は図３で示すよ
うな油圧機構を備えているので積分要素を含んでおり、
更に実験により「むだ時間」を含んでいることが判明し
た。よって制御対象５０２の動特性は「積分＋むだ時
間」で表わすことができ、デューティー値ｕとカム軸進
角速度間の静特性は図６中のグラフ５０４のように表さ
れ得る。

【００２９】かかる静特性において、その右肩部分を保
持デューティー値ｄａ、一方の左肩部分を遅角デューテ
ィー値ｄｒと呼ぶ。前者はカム軸進角速度が「０」とな
るときのデューティー値であり、言い換えると現状のカ
ム軸進角値を維持するための値である。また後者は上記
スプール弁が摺動したとき実際に遅角動作を開始させる
ときの値である。上記各デューティー値ｄａ，ｄｒは、
いずれも実験等により予め設定され、後述するデューテ
ィー値ｕの決定の際に用いられるが、例えばスプール弁
の製造公差又は経時変化，あるいは油圧値又は油圧温度
等によりその値が変動し得るものである。尚、上記デュ
ーティー値ｄａと，ｄｒとの間のデューティー値は、油
圧室等における作動油の漏れ，またはカムシヤフト上の
カムプーリが吸気弁を駆動するときの摩擦力等に起因し
てカム軸進角速度が完全に「０」となるものではなく、
長い時間で見ると、カム軸進角値を遅角方向に少しずつ
推移させる。

【００３０】このように上記デューティー値ｄａ，ｄｒ
は、上記スプール弁の製造公差又は経時変化等の外乱要
素により変動し得るので、係る弁動作タイミング調整制
御においてはｄａ，ｄｒを補償しながら特に上記の保持
デューティー値ｄａを前記した特願平５─８６３２１に
示す様な方法により学習しながら補償して弁動作タイミ
ング調整制御を行うものである。

【００３１】然しながら、上記した様な問題点が依然と
して存在する事から、本発明者らは、更に係る弁動作タ
イミング調整装置に於ける制御方法の改良を検討して、
本発明に到達したものであって、本発明にかかる学習方
法に於いては、基本的には、前記デューティ値ｕに補助
信号としてのディザー信号ｄｔｈを加算してその結果を
前記制御対象５０２に入力させる様に構成する事によっ
て、制御系に設けられたスプール弁のデューティー値ｕ
とカム軸進角速度間の静特性は、見掛け上図７中のグラ
フ５０４’のようなる。

【００３２】つまり、前記スプール弁等の製造公差、経
時変化等により保持デューティ値、遅角デューティ値が
変動したり、ばらついたりするが、本発明に於いては、
前記静特性に於ける不感帯を平滑する事により、新たな
保持デューティ値が存在し、かかる変動の影響を吸収し
て、保持デューティ値の変動として表す事が可能とな
る。

【００３３】即ち、上記カム軸進角速度が０となるデュ
ーティ値を保持デューティ値ｄｈと称するが、係る新規
な保持デューティ値ｄｈを学習する事によって、前記ス
プール弁等の製造公差、経時変化等を吸収して、前記カ
ム軸進角値を安定な中間位置で保持する事が可能とな
る。係る新規な保持デューティ値の学習方法は、例えば
上記した特願平５─８６３２１に開示された学習方法を
採用する事も出来る。

【００３４】図８は、従来に於けるスプール弁等のデュ
ーティ値とカム軸進角速度との静特性と、本発明に係る
ディザー信号を加算して得られる静特性を比較したグラ
フである。つまり、点線のグラフは、従来のスプール弁
等のデューティ値とカム軸進角速度との静特性を示すも
のであり、実線のグラフは、例えば図９に示す様な周波
数が２０Ｈｚ、振幅が４０％の三角波を有するディザー
信号をデューティ値に加算した場合の静特性を示すグラ
フである。

【００３５】尚、図９に於いて、点線の波形は、係るデ
ィザー信号をソフトウェアにより形成させる場合の例で
あり、適宜間隔を持った階段状の波形となる。又、係る
ディザー信号に関しては、定常時に於いて前記したカム
軸進角値の変動が、予め定められた所定の許容範囲内に
（例えば±１°ＣＡ）なる様にその周波数及び振幅を選
定するものである。

【００３６】本発明に於いて使用される前記ディザー信
号の特性は、特に限定されるものではないが、少なくと
も前記弁装置に於ける静特性に於ける不感帯を平滑化し
うる様な波形を有している事が望ましく、具体的には、
前記ディザー信号の波形は、所定の幅を有する複数個の
ステップから形成された三角状波形を基本とする波形で
ある事が望ましい。

【００３７】本発明に於いては、正弦波、矩形波でも前
記ディザー信号として採用する事も可能であり、要は、
階段状に増加、減少する波形であって、増加側と減少側
の波形が対象的なものである事が望ましい。従って、本
発明に於いて使用されるディザー信号発生手段１０６
は、上記した波形を有するディザー信号を発生させる機
能を有する回路であれば、如何なる回路でも使用する事
が出来る。

【００３８】又、本発明に於ける前記制御に於ける操作
量の演算周期は、特に限定されるものではないが、例え
ば１０ｍｓｅｃとする事が出来る。又、本発明に於ける
前記制御系に於いて使用されるコントローラ５０１はＰ
Ｄ動作のコントローラで構成された例を説明したが、本
発明に於いては、これに限定されるものではなく、最適
レギュレータを使用するもので有っても良い。

【００３９】本発明に於いて、上記の弁動作タイミング
調整を実行する場合には、先ず前記した特願平５─８６
３２１等に示す様な方法により、デューティ値ｕ（ｋ）
に前記したディザー信号ｄｔｈを加算してｕ（ｋ）’を
求め、このｕ（ｋ）’を用いて被制御対象物を制御する
ものである。即ち、ｕ（ｋ）’＝ｕ（ｋ）＋ｄｔ
ｈである。

【００４０】本発明に於けるデューティ値ｕ（ｋ）を演
算する方法は、特願平５─８６３２１等に示す様に、サ
ンプリング時点ｋに於いて、各種のセンサからエンジン
内の各状態信号を取込み、エンジン運転状態及び現在の
カム軸進角値 y(k) を把握して、当該運転状態に基づい
て目標進角値 r(k) を決定する。そして目標進角値 r
(k) 及びカム軸進角値 y(k) から偏差 e(k) 即ち、 e
(k) ＝ r(k) − y(k) を算出する。更にかかる各データ
と保持デューティ値ｄを用いて、以下の式からデューテ
ィ値ｕ（ｋ）を演算するものである。

【００４１】ｕ(k) = K _P・ e(k) + K_D・[ e(k) - e
(k-1) ] + ｄここでＫ_P，Ｋ_Dはフィードバックゲインであり、弁動
作タイミング調整に要する負荷に応じて各々別個の値で
設定されても構わない。図１０は、本発明に於いて、図
１０（Ｂ）に示される様な保持デューティ値が正しく設
定された場合に、図１０（Ａ）に示される様に、前記目
標進角値（点線グラフ）と実際のカム軸進角値（実線グ
ラフ）とが一致している事を示すものである。

【００４２】この場合には、前記デューティ値ｕ（ｋ）
即ち、ｕ（ｋ）= K _P・ e(k) + K_D・[ e(k) - e(k-1) ] +
ｄの式中、K _P・ e(k) は０を示し又[ e(k) - e(k-1) ]
の値も０を示す事になる。従って、この場合に保持デュ
ーティ値が、例えば４６．５（％）と設定されていれば
デューティ値ｕ（ｋ）も、４６．５（％）と設定され
る。

【００４３】一方、図１１は、本発明に於いて、図１１
（Ｂ）に示される様に、図１０（Ｂ）に示されると同様
の保持デューティ値が発生してはいるが、その値が正し
く設定されなかった場合に、図１１（Ａ）に示される様
に、目標進角値（点線グラフ）と実際のカム軸進角値
（実線グラフ）との間に定常偏差が生ずる例を示してい
る。

【００４４】つまり、図１１に於いては、保持デューテ
ィ値の真値が、約４６．５％である場合に、保持デュー
ティ値の学習値を５０％と設定した場合の例を示すもの
であり、この場合には、デューティ値ｕ（ｋ）即ち、ｕ（ｋ）= K _P・ e(k) + K_D・[ e(k) - e(k-1) ] +
５０（％）＝４６．５（％）となり、式中、[ e(k) - e(k-1) ] の値は定常時０を示
すが、K _P・ e(k) の値は０を示さず、K _P・ e(k) の
値は４６．５−５０．０（％）＝−３．５（％）とな
る。よって、 e(k) （＝ｒ（ｋ）−ｙ（ｋ））＝０とな
らず、定常偏差を生じるという現象と一致している。

【００４５】従って、本発明に於いては、係る定常偏差
をなくす為に、鋭意検討の結果、前記した本願発明者等
の提案による、特願平５─８６３２１等に示す様に、目
標値が一定である定常時に於いて、デューティ値は保持
デューティ値の真値に収束していると言う原理を採用
し、具体的には、図１２（Ｂ）に示す様に定常時、デュ
ーティ値を保持デューティ値の学習値として反映させる
事によって、図１２（Ａ）に示す様に、上記定常偏差を
０とする事が出来る。

【００４６】本発明に於ける上記各構成に於いて、前記
ディザー信号は、ソフト信号により作成したものである
が、此れに限定されるものではなく、ハード的に構成し
ても良く、又、本発明の目的は、係る弁手段に於けるス
プール弁の静特性上の不感帯領域を平滑化するものでは
有るが、固着防止、ヒアテリシス等にも有効である事
は、言うまでも無い。以下に、本発明に係る弁動作タイ
ミング調整装置に於けるタイミング調整操作の方法の一
具体例を図面を参照しながら説明する。

【００４７】即ち、本発明に於いては、目標進角値（回
転位相差目標値）に、カム軸進角値が追随する様に構成
されたコントローラのデューティ値に、補助信号として
ディザー信号を加算して、リニアソレノイドに入力され
る電流値を積極的に振動、変化を与えスプール弁の静特
性における不感帯を平滑化しスプール弁等の特性のばら
つきを保持デューティ値の変動として把握出来る様にな
し、それによる制御によって、前記目標進角値が略一定
となった時にその時点に於けるデューティ値を記憶し学
習する様にしたものである。

【００４８】かかる本発明の弁動作タイミング調整方法
の具体例実行手順の一例を図１３及び図１４を参照しな
がら説明する。図１３は、本発明に於ける保持デューテ
ィ値を演算する為のフローチャートで有って、まずスタ
ート後、ステップ１００からステップ１２０では、上述
の各種のセンサからエンジン内の各状態信号を取込み、
エンジン運転状態及び現在のカム軸進角値 y(k) を把握
して（ステップ１１０）、又、当該運転状態に基づいて
目標進角値 r(k) を決定する（ステップ１２０）。そ
してステップ１３０では目標進角値 r(k) 及びカム軸進
角値 y(k) から偏差 e(k) （ e(k) ＝ r(k) − y(k) ）
を算出する。次いで、ステップ（１３５）に進んで、前
記した様に、次式 u(k) = K _P・ e(k) + K_D・[ e(k) - e(k-1) ] + ｄに従ってデューティ値ｕ（ｋ）を演算して求めるもので
ある。

【００４９】尚、上記式中、ｄは、保持デューティ値の
学習値である。その後、ステップ１４０に於いて、上記
目標進角値 r(k) と過去の目標進角値rΦとを比較し
て、その差、即ち｜ r(k) − rΦ｜が所定範囲Δｒ内、
つまり｜ r(k) − rΦ｜ ≦ Δｒで、例えばΔｒが±１度以内（Δｒ≒１°ＣＡ）であれ
ば、今回の目標進角値 r(k) と以前の目標進角値 rΦと
の間には変化がなく一定であると判別する。

【００５０】ステップ１４０にて目標値 r(k) に変化が
あると判別された場合には、ステップ１５０において当
該目標進角値 r(k) が目標進角値 rΦとして新たに設定
される。その後、ステップ（１５５）に於いて、後述す
るカウンタ値を０として、リセットする。

【００５１】このように目標値 r(k) に変化があるとき
には保持デューティー値の学習は行わず、上記各ステッ
プにて偏差 e(k) の量に応じたデューティー値 u(k) が
決定される。一方、ステップ１４０において目標値 r
(k) に変化がないと判別されたきには、以下のステップ
に従って保持デューティー値ｄの学習を実行する。

【００５２】本発明に於いては、積分器を含む制御対象
に外乱要素が存在すると一定量の定常偏差が発生すると
いう閉ループ制御系の性質を保持デューティー値の学習
に適応させており、弁動作タイミング調整制御の際に目
標進角値 r(k) または偏差 e(k) の値を監視して、その
値が所定時間一定であるとき、そのときのコントローラ
出力 u(k) を新しい保持デューティー値ｄとして学習す
る事にしている。

【００５３】即ち、上記ステップ１４０にて、上記目標
進角値 r(k) と過去の目標進角値 rΦとを比較して、そ
の差、即ち｜ r(k) − rΦ｜が所定範囲Δｒ内にあると
判別したとき、ステップ１６０にて目標値 r(k) が所定
範囲Δｒ内にある継続時間Ｍを計測し、ステップ２００
で当該継続時間Ｍを所定時間ｔ₁と比較する。本発明に
於いては、係る所定時間ｔ₁は、例えば１秒程度に設定
する事が出来る。

【００５４】そして継続時間Ｍが所定時間ｔ₁に到達し
ている場合にのみステップ（１８０）に進んで、ステッ
プ（１３５）において得られたデューティ値を保持デュ
ーティ値として学習し、記憶すると共に、ステップ（１
９０）に進んで、前記時間カウンタを０にリセットす
る。一方、継続時間Ｍが所定時間ｔ₁に達していない場
合には学習操作を行わずにＥＮＤに移行する。

【００５５】此処で、本発明に於けるステップ（１４
０）とステップ（１５０）が実行される技術的背景を以
下に説明しておく。つまり、図１５に示す様に、目標進
角値ｒ（ｋ）は、絶えず変化するものであるが、その変
化の程度によって、現在定期的サンプリング時期に得ら
れる前記目標値ｒ（ｋ）の基準となる過去の目標進角値
rΦを更新させるか否かを判断する必要がある。

【００５６】本発明に於いては、過去の目標進角値 rΦ
に対して、今回のサンプリングによって得られた現在に
於ける目標進角値ｒ（ｋ）が、基準とする過去の目標進
角値rΦｎ±Δｒの範囲を越えて変化した場合に、過去
の目標進角値 rΦｎをその時点に於ける目標進角値 r
(k) に更新させるものである。又、図１４は、本発明に
於けるディザー信号の発生と係るディザー信号の大きさ
を決定する場合の操作手順の一例を示すフローチャート
である。

【００５７】係る図１４のフローチャートは、図１３の
フローチャートに於けるステップ（１３５）でデューテ
ィ値 u(k) が求められた以降、適宜のステップに於いて
随時割り込みを掛け、デューティ値 u(k) とディザー信
号ｄｔｈとの加算値を演算して決定するものである。即
ち、スタート後、ステップ（２０１）に於いて、前記デ
ィザー信号ｄｔｈが増加しているか減少しているかを所
定のフラグ（ｆｌａｇ）が立っているか否かにより判断
するものである。

【００５８】つまり、例えは係るフラグ（ｆｌａｇ）が
１である場合には、係るディザー信号ｄｔｈは、増加領
域にある事と判断され、ステップ（２０２）に於いて、
係るディザー信号ｄｔｈは、一単位分、例えば、係るデ
ィザー信号ｄｔｈの最大値及び最小値が±２０％である
場合、前記一単位分を例えば８％に設定したとすると、
ステップ（２０２）に於いては、前回のディザー信号ｄ
ｔｈから８％を減算した（ｄｔｈ−８）の値を新たなデ
ィザー信号ｄｔｈと設定する。

【００５９】その後ステップ（２０３）に進んで、係る
ディザー信号ｄｔｈの値が、最小値の値つまりｄｔｈ＝
−２０に到達したか否かが判断され、ＹＥＳであれば、
ステップ（２０４）に進んで、前記フラッグ（flag )を
０にする。一方、ステップ（２０３）に於いてＮＯであ
る場合には、係る割り込みルーチン処理を一旦終了し、
改めてスタートからやり直す事になる。

【００６０】又ステップ（２０１）に於いて、ＮＯ、つ
まり係るフラッグが１でない場合、即ち、係るフラッグ
げ減少している事を示している場合には、ステップ（２
０５）に進んで、ディザー信号ｄｔｈに一単位分８％を
加算して、その値を新たなディザー信号ｄｔｈとして決
定するものである。その後ステップ（２０６）に進ん
で、係るディザー信号ｄｔｈの値が、最大値の値つまり
ｄｔｈ＝２０に到達したか否かが判断され、ＹＥＳであ
れば、ステップ（２０７）に進んで、前記フラッグ（fl
ag )を１にする。

【００６１】一方、ステップ（２０７）に於いてＮＯで
ある場合には、係る割り込みルーチン処理を一旦終了
し、改めてスタートからやり直す事になる。以上が、本
発明に係る弁動作タイミング調整装置に於ける演算処理
方法の概要であるが、係る手順を具体的に実行する場合
の制御手段の構成例のブロックダイアグラムを図１６に
示しておく。

【００６２】つまり、本発明に係る弁動作タイミング調
整装置に於けるディザー信号ｄｔｈを用いた演算処理回
路の例としては、例えば、前記制御手段１０５に於ける
ディザー信号発生手段１０６とカム軸進角操作量演算手
段１０９との間において、前記カム軸進角操作量を演算
する演算手段１０９の演算処理中に、割り込みをかける
割り込み手段６０１、現在のディザー信号値が増加して
いるか否かを判断するディザー信号増加、減少判断手段
６０２、前記ディザー信号増加、減少判断手段６０２の
出力に応答して、現在のディザー信号に対して予め定め
られた所定のディザー信号補正値を加算若しくは減算す
るディザー信号加算・減算手段６０３、前記ディザー信
号が、前記ディザー信号に於ける最大値若しくは最小値
に到達したか否かを判断する判断手段６０４、及び前記
ディザー信号が最大値若しくは最小値に到達した場合
に、それまでに於ける前記ディザー信号の増加若しくは
減少方向とは異なる方向に、現在のディザー信号に対し
て予め定められた所定のディザー信号補正値を減算若し
くは加算する手段６０５とを有しているものである。

【００６３】

【発明の効果】本発明は上記した様な技術構成を採用し
ているので、従来の技術上の欠点を改良し、装置全体の
構造を簡単にできるとともに、短時間の学習効果によっ
て、開度調節に応じて油量調節できる弁を使用しても弁
の製造上のばらつき等の影響なく正確にバルブタイミン
グを制御することのできるバルブタイミング調整装置を
提供する事が出来る弁動作タイミング調整装置を提供す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる弁動作タイミング調整
装置の一具体例の構成の概要を説明する図である。

【図２】図２は、本発明にかかる弁動作タイミング調整
装置に於ける回転位相調整機構の一具体例の構成を示す
断面図である。

【図３】図３は、本発明に於いて使用される弁装置の動
作状態を説明する断面図である。

【図４】図４は、本発明にかかる弁動作タイミング調整
装置の構成例を示すブロックダイアグラムである。

【図５】図５は、本発明に於けるタイミング調整方法の
原理を説明するブロックダイアグラムである。

【図６】図６は、従来に於ける被制御装置の制御系の静
特性と学習手段を含む制御システムの概要を説明する図
である。

【図７】図７は、本発明に係る制御システムの概要と本
発明に於いて得られる被制御装置の静特性を示すブロッ
クダイアグラムである。

【図８】図８は、本発明に於いて得られる被制御装置の
静特性と、従来の制御システムに於いて得られる被制御
装置の静特性とを比較したグラフである。

【図９】図９は、本発明に於いて使用されるディザー信
号の一例を示す波形図である。

【図１０】図１０は、本発明に係る弁動作タイミング調
整装置に於ける制御システムを用いた場合に得られるデ
ューティ値の波形とカム軸進角値と目標値との関係を説
明する図である。

【図１１】図１１は、従来に於ける制御システムを用い
た場合に得られるデューティ値の波形とカム軸進角値と
目標値との関係を説明する図である。

【図１２】図１２は、本発明に於いて、定常時のデュー
ティ値を保持デューティ値の学習値に反映させる事によ
り定常偏差を０に出来る事を説明するグラフである。

【図１３】図１３は、本発明に於ける保持デューティ値
を求める為の演算手順を説明するフローチャートであ
る。

【図１４】図１４は、本発明におけるディザー信号の発
生と、ディザー信号の量を変化させる方法と手順を説明
するフローチャートである。

【図１５】図１５は、本発明に於ける過去に得られた目
標値ｒΦが目標値ｒ（ｋ）で更新される場合を説明する
図である。

【図１６】図１６は、本発明に於けるディザー信号を使
用した演算処理回路の一例を示すブロックダイアグラム
である。

【符号の説明】

１…内燃機関２…クランク軸５…カム軸１７…油圧ピストン３０…弁装置４２…クランク位置センサ４４…カム軸位置センサ６４…リニアソレノイド８５…弁動作タイミング調整装置８８…回転位相差検出手段１０４…駆動手段１０５…制御手段１０６…ディザー信号発生手段１０７…加算手段１０８、５０３…学習手段１０９…操作量演算手段１１０…タイマー２００…目標値設定手段５０２…制御対象５０４、５０４’…被制御対象装置の静特性グラフ６０１…割り込み手段６０２…ディザー信号増加、減少判断手段６０３…ディザー信号加算・減算手段６０４…最大値若しくは最小値判断手段６０５…ディザー信号補正値加算手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関内のクランク軸からカム軸に至
る回転伝達系内に設けられ、両軸間の回転位相差を変え
るための位相調整機構と、前記位相調整機構を駆動する
ための駆動手段と、内燃機関各部に設けられ、機関の運
転状態を表す複数の状態量を検知する各種センサと、前
記センサによって検出された運転状態量に基づいて前記
両軸間の実位相差角を算出する回転位相差検出手段と、
前記センサによって検出された運転状態量に基づいて回
転位相差の目標値を決定する目標値決定手段と、前記実
位相差角を回転位相差の目標値に一致させるための操作
量を生成して前記駆動手段に出力する制御手段とを具備
する弁動作タイミング調整装置において、前記制御手段
は、補助信号としてディザー信号発生手段と、前記回転
位相差の目標値に前記実位相差角が追随する様に前記操
作量を演算するに際して、前記操作量に前記ディザー信
号を加算させるディザー信号加算手段及び、前記回転位
相差の目標値が、所定の期間一定であると判断された場
合に、その時点に於ける前記操作量を記憶して学習する
学習手段とが設けられている事を特徴とする内燃機関の
弁動作タイミング調整装置。
【請求項２】前記ディザー信号は、前記弁装置に於け
る静特性に於ける不感帯を平滑化しうる様な波形を有し
ている事を特徴とする請求項１記載の内燃機関の弁動作
タイミング調整装置。