JPH1182073A - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カム軸の基準位置（最遅角位置）の学習精度
を向上する。 【解決手段】 吸気側のカム軸の最遅角位置は、クラン
ク軸の基準位置（クランク軸センサ信号が発生する位
置）よりも進角方向にずれているため、クランク軸セン
サとカム軸センサの出力から求められるカム／クランク
軸位相差ＡＶＯＮは、見掛上のカム／クランク軸位相差
である。従って、実際の進角量（実進角量）ＡＶＴＡを
検出するには、クランク軸に対するカム軸の最遅角位置
（位相差ＡＶＴＬ）を学習し、見掛上のカム／クランク
軸位相差ＡＶＯＮからこの最遅角位置の学習値ＡＶＴＬ
を差し引いて実進角量ＡＶＴＡを算出する（ＡＶＴＡ＝
ＡＶＯＮ−ＡＶＴＬ）。この際、最遅角位置の学習は運
転領域毎に行う。この運転領域には、少なくともエンジ
ン回転数を含み、これに負荷を追加しても良く、更に、
制御空燃比、点火時期、冷却水温等を追加しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク軸に対す
るカム軸の位相差を調整してバルブタイミングを可変制
御する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のバルブタイミング制御装置は、
クランク軸の位相（回転角）をクランク軸センサで検出
すると共に、カム軸の位相をカム軸センサで検出し、双
方の検出値からクランク軸に対するカム軸の位相差を算
出し、この位相差を基にしてカム軸進角量を制御して吸
気バルブのバルブタイミングを可変制御するようにして
いる。

【０００３】一般に、図２に示すように、カム軸の最遅
角位置は、クランク軸の基準位置（クランク軸センサ信
号が発生する位置）よりも進角方向にずれているため、
クランク軸センサとカム軸センサの出力信号から求めら
れるカム／クランク軸位相差ＡＶＯＮは、見掛上のカム
／クランク軸位相差である。従って、実際の進角量（実
進角量）ＡＶＴＡを検出するには、クランク軸に対する
カム軸の最遅角位置（位相差ＡＶＴＬ）を学習し、見掛
上のカム／クランク軸位相差ＡＶＯＮからこの最遅角位
置の学習値ＡＶＴＬを差し引いて実進角量ＡＶＴＡを算
出する必要がある。 ＡＶＴＡ＝ＡＶＯＮ−ＡＶＴＬ

【０００４】ここで、最遅角位置の学習方法としては、
特表平４−５０６８５１号公報に示すように、実進角量
ＡＶＴＡが変化しない所定動作位置で、クランク軸セン
サとカム軸センサの出力信号を学習するようにしたもの
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実進角量ＡＶ
ＴＡが一定であっても、カム／クランク軸センサで検出
する見掛上のカム／クランク軸位相差が変化する場合が
あり、最遅角位置の学習精度が悪くなる。ここで、見掛
上のカム／クランク軸位相差が変化する原因としては、
次の２つの原因が考えられる。

【０００６】（１）カム／クランク軸センサ信号は、ノ
イズフィルタでノイズを除去してからエンジン制御コン
ピュータに入力されるが、図６に示すように、ノイズフ
ィルタの時定数等によって生じるカム／クランク軸セン
サ信号の入力遅れがエンジン回転数（つまりセンサ出力
パルスの周波数）によって変化する。このカム／クラン
ク軸センサ信号の入力遅れの変化により、見掛上のカム
／クランク軸位相差ＡＶＯＮが変化して検出される。

【０００７】（２）カム／クランク軸センサで検出する
見掛上のカム／クランク軸位相差ＡＶＯＮは、クランク
軸センサ信号の発生タイミングからカム軸センサ信号の
発生タイミングまでの時間を計測し、その時間からカム
／クランク軸位相差ＡＶＯＮを判定するため、燃焼変動
が発生してカム／クランク軸の回転速度が変動すると、
実進角量ＡＶＴＡが変化しなくても、見掛上のカム／ク
ランク軸位相差ＡＶＯＮが変化して検出される。

【０００８】これらの原因により、最遅角位置Ａの学習
精度が悪くなると、実際のカム／クランク軸位相差（実
進角量ＡＶＴＡ）を精度良く制御することができず、バ
ルブタイミングの制御精度が悪化するという欠点があ
る。

【０００９】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、カム軸の基準位置
（例えば最遅角位置又は最進角位置）の学習精度を向上
でき、実際のカム／クランク軸位相差（進角量又は遅角
量）を精度良く制御することができる内燃機関の可変バ
ルブタイミング制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関の可変バルブタイミン
グ制御装置によれば、クランク軸位相検出手段及びカム
軸位相検出手段の検出結果から見掛上のカム／クランク
軸位相差を位相差算出手段により算出すると共に、クラ
ンク軸に対するカム軸の基準位置を学習手段により“運
転領域毎”に学習する。そして、現在の運転領域に対応
する学習値を用いて見掛上のカム／クランク軸位相差を
校正手段により校正し、校正後のカム／クランク軸位相
差を目標値に合わせるようにカム軸位相調整手段を制御
してバルブタイミングを可変制御する。

【００１１】この場合、基準位置の学習を運転領域毎に
行うことが特徴であり、この運転領域には、少なくとも
エンジン回転数を含み、これに負荷を追加しても良く、
更には、制御空燃比、点火時期、冷却水温等を追加して
も良い。例えば、エンジン回転数毎に基準位置を学習す
れば、図６に示すように、エンジン回転数の変化により
センサ出力の入力遅れが変化しても、その時点のエンジ
ン回転数に対応した学習値を用いることで、見掛上のカ
ム／クランク軸位相差の校正を精度良く行うことができ
て、実際のカム／クランク軸位相差（例えば進角量，遅
角量）を精度良く制御することができる。また、制御空
燃比、点火時期、冷却水温等は、燃焼変動（エンジン回
転数の変動）の度合を示すパラメータとなるため、これ
らのうちの１以上のパラメータと少なくともエンジン回
転数とで区分される運転領域毎に基準位置を学習するよ
うにすれば、燃焼変動に左右されない学習制御が可能と
なる。

【００１２】本発明は、吸気バルブと排気バルブの少な
くとも一方のバルブタイミングを可変制御する可変バル
ブタイミング制御装置に適用可能であるが、吸気バルブ
のバルブタイミングを可変制御する可変バルブタイミン
グ制御装置に適用する場合には、請求項２のように、位
相調整手段によってカム軸の進角量を調整し、学習手段
によって最遅角位置を基準位置として学習するようにす
れば良い。このようにすれば、吸気バルブのバルブタイ
ミング（カム軸の進角量）を精度良く制御することがで
きる。

【００１３】また、請求項３のように、目標値がゼロの
時に基準位置を学習することが好ましい。目標値がゼロ
の時には、カム軸位相が基準位置に一致するように制御
されるため、クランク軸位相検出手段及びカム軸位相検
出手段の検出結果から、基準位置の位相差を直接検出す
ることができ、基準位置の学習処理が容易である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を吸気バルブの可変
バルブタイミング制御装置（吸気ＶＶＴ）に適用した一
実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づ
いてシステム全体の概略構成を説明する。内燃機関であ
るＤＯＨＣエンジン１１は、クランク軸１２からの動力
がタイミングチェーン１３により各スプロケット１４，
１５を介して排気側カム軸１６と吸気側カム軸１７とに
伝達されるようになっている。この吸気側カム軸１７に
は、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１７の進角量
を調整する位相差調整装置１８（カム軸位相調整手段）
が設けられている。また、この吸気側カム軸１７には、
カム軸センサ１９（カム軸位相検出手段）が取り付けら
れ、一方、クランク軸１２には、クランク軸センサ２０
（クランク軸位相検出手段）が取り付けられている。

【００１５】この場合、クランク軸センサ２０は、クラ
ンク軸１２の１回転当たりＮ個のクランク軸位相検出パ
ルス信号を発生するのに対し、カム軸センサ１９は、吸
気側カム軸１７の１回転当たり２Ｎ個のカム軸位相検出
パルス信号を発生する。また、吸気側カム軸１７の最大
進角量をθｍａｘ℃Ａとした場合、Ｎ＜３６０／θｍａ
ｘとなるようにクランク軸位相検出パルス信号数Ｎが設
定されている。これによって、クランク軸センサ２０か
らのクランク軸位相検出パルス信号と、これに続いて発
生するカム軸センサ１９からのカム軸位相検出パルス信
号との間の相対回転角θ（見掛上のカム／クランク軸位
相差）により吸気バルブ（図示せず）の実バルブタイミ
ング（吸気側カム軸１７の実進角量）が算出される。こ
の算出方法については、後で詳しく説明する。

【００１６】クランク軸センサ２０及びカム軸センサ１
９からの各検出パルス信号は、エンジン制御回路２１内
のマイクロコンピュータ２２に入力され、このマイクロ
コンピュータ２２によって実バルブタイミングが演算さ
れると共に、クランク軸センサ２０からの検出パルス信
号の間隔によってエンジン回転数ＮＥが演算される。ま
た、図示はしないが、吸気管圧力センサ、水温センサ、
スロットルセンサ等のエンジン運転状態を検出する各種
センサの出力もマイクロコンピュータ２２に入力され、
これら各種センサ出力に基づいて吸気バルブの目標バル
ブタイミング（吸気側カム軸１７の目標進角量）が演算
される。

【００１７】また、マイクロコンピュータ２２は、吸気
バルブの実バルブタイミング（吸気側カム軸１７の実進
角量）を目標バルブタイミング（目標進角量）に一致さ
せるように位相差調整装置１８をフィードバック制御す
る。位相差調整装置１８の油圧回路には、オイルパン２
３からの作動油がオイルポンプ２４により油圧制御弁２
５を介して供給され、その油圧を油圧制御弁２５によっ
て制御することで、カム軸センサ１９の実進角量（実バ
ルブタイミング）が制御される。

【００１８】マイクロコンピュータ２２は、油圧制御弁
２５の駆動源であるリニアソレノイド２６に通電すべき
目標電流を表す制御信号を電流制御回路２７に出力し、
この電流制御回路２７は、マイクロコンピュータ２２か
らの制御信号に基づいて、リニアソレノイド２６の電流
を目標電流に一致させるようにフィードバック制御し
て、位相差調整装置１８への油圧を制御する。尚、電流
フィードバック制御部分をソフトウェア化して、その機
能をマイクロコンピュータ２２のソフト処理で実現する
ようにしても良い。

【００１９】次に、マイクロコンピュータ２２による吸
気側カム軸１７の実進角量ＡＶＴＡの算出方法を説明す
る。一般に、図２に示すように、吸気側カム軸１７の最
遅角位置は、クランク軸１２の基準位置（クランク軸セ
ンサ２０の検出信号が発生する位置）よりも進角方向に
ずれているため、クランク軸センサ２０とカム軸センサ
１９の検出信号から求められるカム／クランク軸位相差
ＡＶＯＮは、見掛上のカム／クランク軸位相差である。
従って、実際の進角量（実進角量）ＡＶＴＡを検出する
には、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１７の基準
位置である最遅角位置（位相差ＡＶＴＬ）を学習して、
見掛上のカム／クランク軸位相差ＡＶＯＮからこの最遅
角位置の学習値ＡＶＴＬを差し引いて実進角量ＡＶＴＡ
を算出する。 ＡＶＴＡ＝ＡＶＯＮ−ＡＶＴＬ

【００２０】本実施形態では、図４に示すように、エン
ジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭ（負荷）により区分さ
れる運転領域毎に最遅角位置の学習値ＡＶＴＬ[n][p]を
学習する。この最遅角位置の学習は、マイクロコンピュ
ータ２２のＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図３の最遅
角位置学習プログラムによって実行される。この最遅角
位置学習プログラムは、所定クランク角毎又は所定時間
毎に起動され、特許請求の範囲でいう学習手段として機
能する。

【００２１】この最遅角位置学習プログラムが起動され
ると、まずステップ１０１で、エンジン回転数ＮＥを読
み込み、次のステップ１０２で、このエンジン回転数Ｎ
Ｅをマイクロコンピュータ２２のＲＡＭにエンジン回転
数パラメータｎとして記憶する。この後、ステップ１０
３で、吸気管圧力ＰＭを読み込み、次のステップ１０４
で、この吸気管圧力ＰＭをマイクロコンピュータ２２の
ＲＡＭに吸気管圧力パラメータｐとして記憶する。

【００２２】この後、ステップ１０５で、最遅角位置学
習条件が成立しているか否かを判定する。ここで、最遅
角位置学習条件は、目標進角量がゼロの時に成立する。
例えば、アイドル時（アイドルスイッチのＯＮ時）に目
標進角量がゼロとなる。目標進角量がゼロの時には、吸
気側カム軸１７が最遅角位置に制御される。もし、最遅
角位置学習条件が成立していなければ、ステップ１０６
〜１０８の学習処理を行わずに、ステップ１０９に進
み、その時の運転領域[n][p]に対応する最遅角位置の学
習値ＡＶＴＬ[n][p]を、マイクロコンピュータ２２のＲ
ＡＭに記憶されている図４の学習マップから読み込ん
で、本プログラムを終了する。

【００２３】これに対し、遅角位置学習条件が成立して
いる場合には、ステップ１０６〜１０８の学習処理を実
行し、最遅角位置の学習値ＡＶＴＬ[n][p]を次のように
して更新する。まず、ステップ１０６で、クランク軸セ
ンサ２０からのクランク軸位相検出パルス信号と、これ
に続いて発生するカム軸センサ１９からのカム軸位相検
出パルス信号との間の相対回転角θによって、その時の
カム／クランク軸位相差ＡＶＴＬ０を検出する。この検
出時には、目標進角量がゼロで、吸気側カム軸１７が最
遅角位置に制御されているため、上記ステップ１０６で
検出するカム／クランク軸位相差ＡＶＴＬ０は、最遅角
位置の位相差である。

【００２４】そして、次のステップ１０７で、マイクロ
コンピュータ２２のＲＡＭの学習マップメモリ領域のう
ち、その時のエンジン回転数パラメータｎと吸気管圧力
パラメータｐに対応する領域の学習値ＡＶＴＬ[n][p]
を、上記ステップ１０６で検出した最遅角位置ＡＶＴＬ
０で更新する。更に、次のステップ１０８で、マイクロ
コンピュータ２２のバックアップＲＡＭの学習マップメ
モリ領域に記憶された最遅角位置の学習値ＡＶＴＬＢ
[n][p]をＡＶＴＬ[n][p]で更新する。このバックアップ
ＲＡＭに格納された学習値ＡＶＴＬＢ[n][p]は、イグニ
ッションスイッチのＯＦＦ後も保持され、次のエンジン
始動時に最遅角位置の学習値ＡＶＴＬ[n][p]の初期値と
して使用される。

【００２５】以上のようにした最遅角位置の学習値ＡＶ
ＴＬ[n][p]，ＡＶＴＬＢ[n][p]を更新した後、その時の
運転領域[n][p]に対応する最遅角位置の学習値ＡＶＴＬ
[n][p]を、マイクロコンピュータ２２のＲＡＭに記憶さ
れている図４の学習マップから読み込んで、本プログラ
ムを終了する。

【００２６】以上のようにして学習した最遅角位置の学
習値ＡＶＴＬを用いて、図５に示す進角量制御プログラ
ムに従って吸気側カム軸１７の実進角量を次のようにし
てフィードバック制御する。この進角量制御プログラム
は、所定時間毎又は所定クランク角毎に起動される。本
プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、ク
ランク軸センサ２０からのクランク軸位相検出パルス信
号と、これに続いて発生するカム軸センサ１９からのカ
ム軸位相検出パルス信号との間の相対回転角θによっ
て、見掛上のカム／クランク軸位相差ＡＶＯＮを検出す
る。このステップ２０１の処理が特許請求の範囲でいう
位相差算出手段として機能する。

【００２７】この後、ステップ２０２で、見掛上のカム
／クランク軸位相差ＡＶＯＮから最遅角位置の学習値Ａ
ＶＴＬを差し引いて実進角量ＡＶＴＡを算出する。この
ステップ２０２の処理が特許請求の範囲でいう校正手段
として機能する。そして、次のステップ２０３で、その
時のエンジン回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭに応じて、マ
ップ等から目標進角量を算出する。

【００２８】この後、ステップ２０４で、吸気側カム軸
１７の実進角量ＡＶＴＡを目標進角量に一致させるよう
に位相差調整装置１８をフィードバック制御し、吸気バ
ルブのバルブタイミングを可変制御する。このステップ
２０４の処理が特許請求の範囲でいう制御手段として機
能する。

【００２９】以上説明した実施形態によれば、エンジン
回転数ＮＥと吸気管圧力ＰＭにより区分される運転領域
毎に最遅角位置の学習値ＡＶＴＬ[n][p]を学習するの
で、図６に示すように、エンジン回転数ＮＥの変化によ
りカム／クランク軸センサ信号の入力遅れが変化した
り、吸気管圧力ＰＭの変化によりエンジン回転数ＮＥの
変動が発生しても、その時点のエンジン回転数ＮＥと吸
気管圧力ＰＭに対応した学習値ＡＶＴＬ[n][p]を用いる
ことで、見掛上のカム／クランク軸位相差ＡＶＯＮの校
正を精度良く行うことができ、カム軸センサ１９の実進
角量ＡＶＴＡを精度良く制御することができる。

【００３０】この場合、最遅角位置の学習時に、吸気管
圧力ＰＭに変わる負荷として、吸入空気量を用いるよう
にしても良く、或は、負荷を省いて、エンジン回転数Ｎ
Ｅのみで区分した運転領域毎に最遅角位置を学習するよ
うにしても良い。

【００３１】また、制御空燃比、点火時期、冷却水温等
は、燃焼変動（エンジン回転数ＮＥの変動）の度合を示
すパラメータとなるため、これらのうちの１以上のパラ
メータと少なくともエンジン回転数ＮＥとで区分される
運転領域毎に基準位置を学習するようにしても良い。こ
のようにすれば、燃焼変動に左右されない学習制御が可
能となる。

【００３２】また、上記実施形態は、本発明を吸気バル
ブの可変バルブタイミング制御装置（吸気ＶＶＴ）に適
用したものであるが、排気バルブの可変バルブタイミン
グ制御装置（排気ＶＶＴ）にも適用可能である。排気Ｖ
ＶＴの場合には、クランク軸１２に対して排気側カム軸
１６の遅角量を制御する関係で、排気側カム軸１６の最
進角位置が基準位置となるため、最進角位置を運転領域
毎に学習するようにすれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す可変バルブタイミン
グ制御装置全体の概略構成図

【図２】カム軸センサ信号とクランク軸センサ信号との
関係を説明する図

【図３】最遅角位置学習プログラムの処理の流れを示す
フローチャート

【図４】最遅角位置の学習値ＡＶＴＬ[n][p]のマップを
概念的に示す図

【図５】進角量制御プログラムの処理の流れを示すフロ
ーチャート

【図６】エンジン回転数とカム／クランク軸センサ信号
の入力遅れとの関係を説明する図

【符号の説明】

１１…エンジン（内燃機関）、１２…クランク軸、１６
…排気側カム軸、１７…吸気側カム軸、１８…位相差調
整装置（カム軸位相調整手段）、１９…カム軸センサ
（カム軸位相検出手段）、２０…クランク軸センサ（ク
ランク軸位相検出手段）、２１…エンジン制御回路、２
２…マイクロコンピュータ（位相差算出手段，学習手
段，校正手段，制御手段）、２５…油圧制御弁、２６…
リニアソレノイド、２７…電流制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランク軸に対するカム軸の
   位相差を調整するカム軸位相調整手段と、 前記クランク軸の位相を検出するクランク軸位相検出手
   段と、 前記カム軸の位相を検出するカム軸位相検出手段と、 前記クランク軸位相検出手段及び前記カム軸位相検出手
   段の検出結果から見掛上のカム／クランク軸位相差を算
   出する位相差算出手段と、 前記クランク軸に対する前記カム軸の基準位置を学習す
   る学習手段と、 前記見掛上のカム／クランク軸位相差を前記学習手段の
   学習値で校正する校正手段と、 前記校正手段で校正されたカム／クランク軸位相差を目
   標値に合わせるように前記カム軸位相調整手段を制御す
   ることでバルブタイミングを可変制御する制御手段とを
   備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置において、 前記学習手段は、前記基準位置を運転領域毎に学習し、 前記校正手段は、前記学習手段の学習値のうち、現在の
   運転領域に対応する学習値を用いて前記見掛上のカム／
   クランク軸位相差を校正することを特徴とする内燃機関
   の可変バルブタイミング制御装置。
2. 【請求項２】 吸気バルブのバルブタイミングを可変制
   御する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置であっ
   て、 前記位相調整手段は、前記カム軸の進角量を調整し、 前記学習手段は、前記基準位置として最遅角位置を学習
   することを特徴とする請求項１に記載の可変内燃機関の
   バルブタイミング制御装置。
3. 【請求項３】 前記学習手段は、前記目標値がゼロの時
   に前記基準位置を学習することを特徴とする請求項１又
   は２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装
   置。