WO2020188849A1 - 可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

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control system
valve timing
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variable valve
control device
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山崎　勝
宮崎　泰三
健司 有賀
淳史 山中
肇 寺崎
猿渡　匡行
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/352—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a variable valve timing control device that changes the valve timing of an intake valve or an exhaust valve of an internal combustion engine.
  • variable valve timing devices that change the valve timing of intake valves and exhaust valves for the purpose of improving output, reducing fuel consumption, and reducing exhaust emissions.
  • variable valve timing devices instead of the conventional hydraulic type, as illustrated in Patent Document 1, the phase variable mechanism is driven by the driving force of the motor to change the rotation phase of the camshaft with respect to the crankshaft to change the valve timing.
  • a variable valve timing device with a motor drive system has been developed.
  • variable valve timing device that changes the valve timing of the automobile engine is required to respond faster than ever in order to further environmentally respond to the combustion control of the engine. , It is required to reduce the energy consumption of itself in order to improve the environmental performance.
  • variable valve timing control device capable of simultaneously realizing high-speed response and low power consumption.
  • variable valve timing control device for changing the valve timing of an internal combustion engine using a motor, wherein a first control system, a second control system, and at least a second control system are used.
  • a control value adjusting unit that weights the output of the control system is provided, and the motor is controlled by the sum of the output of the first control system and the output of the second control system.
  • At least the second control system is an internal combustion engine. The output is determined according to the difference between the conversion angle target value and the actual conversion angle of the valve, and the control value adjusting unit increases the weight given to the output of the second control system when the difference is large.
  • variable valve timing control device that changes the timing of the valve of the internal combustion engine by using a motor, and by integral control according to the difference between the conversion angle target value and the actual conversion angle of the valve of the internal combustion engine.
  • the output of the first control system that determines the output
  • the second control system that determines the output by proportional control according to the difference between the conversion angle target value and the actual conversion angle of the valve of the internal combustion engine, and the output of the second control system.
  • the motor is controlled by the sum of the output of the first control system and the output of the second control system, and the control value adjusting unit controls the motor when the difference is large. It is a variable valve timing control device characterized by increasing the weight given to the output of the control system of the above.
  • a first control system that is a variable valve timing control device that changes the valve timing of an internal combustion engine by using a motor and determines its output according to the rotation speed of the internal combustion engine, and internal combustion It is equipped with a second control system that determines the output by proportional control according to the difference between the conversion angle target value and the actual conversion angle of the valve of the engine, and a control value adjusting unit that weights the output of the second control system. Therefore, the motor is controlled by the sum of the output of the first control system and the output of the second control system, and the control value adjusting unit increases the weight given to the output of the second control system when the difference is large. It is a variable valve timing control device characterized by. "
  • variable valve timing control device for changing the valve timing of an internal combustion engine using a motor, a speed tracking control system that follows the rotational speed of the internal combustion engine and determines its output, and an internal combustion engine.
  • the output of the speed tracking control system is equipped with a position control system that determines the output according to the difference between the conversion angle target value and the actual conversion angle of the valve, and a control value adjustment unit that weights the output of the position control system.
  • the variable valve timing control device is characterized in that the motor is controlled by the sum of the outputs of the position control system and the control value adjusting unit increases the weight given to the output of the position control system when the difference is large. " It is the one that was made.
  • variable valve timing control device that can realize high-speed response and low power consumption at the same time.
  • the figure which shows the other configuration example of the control value adjustment part 6 shown in FIG. The figure which shows the configuration example shown in the upper part of the section 2 of FIG.
  • FIG. 1 in the engine 11, which is an internal combustion engine, power from a crankshaft 12 is transmitted to an intake side camshaft 16 and an exhaust side camshaft 17 via timing chains 13 (or timing belts) via sprockets 14 and 15, respectively. It is supposed to be done. Further, a motor-driven variable valve timing device 18 is provided on the intake side camshaft 16 side. By changing the rotation phase (camshaft phase) of the intake side camshaft 16 with respect to the crankshaft 12 by the variable valve timing device 18, the valve timing of the intake valve (not shown) driven to open and close by the intake side camshaft 16. Is made variable.
  • a cam angle sensor 19 that outputs a cam angle signal for each predetermined cam angle is attached to the outer peripheral side of the intake side cam shaft 16.
  • a crank angle sensor 20 that outputs a crank angle signal for each predetermined crank angle is attached to the outer peripheral side of the crankshaft 12.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration example of the variable valve timing device 18 which is the control target of the variable valve timing control device according to the present invention.
  • the phase variable mechanism 21 of the variable valve timing device 18 is concentric with the outer gear 22 (first rotating member) having internal teeth arranged concentrically with the intake side camshaft 16 and the inner peripheral side of the outer gear 22. It is composed of an inner gear 23 (second rotating member) having external teeth arranged and a planetary gear 24 (phase variable member) arranged between the outer gear 22 and the inner gear 23 and meshing with the inner gear 23.
  • the outer gear 22 is provided so as to rotate integrally with the sprocket 14 which rotates in synchronization with the crankshaft 12, and the inner gear 23 is provided so as to rotate integrally with the intake side cam shaft 16.
  • the planetary gear 24 plays a role of transmitting the rotational force of the outer gear 22 to the inner gear 23 by turning around the inner gear 23 in a circular orbit in a state of being meshed with the outer gear 22 and the inner gear 23, and also plays an inner gear.
  • the rotating speed (revolving speed) of the planetary gear 24 with respect to the rotating speed of 23 (rotating speed of the intake side camshaft 16)
  • the rotating phase (camshaft phase) of the inner gear 23 with respect to the outer gear 22 is adjusted. ing.
  • the engine 11 is provided with a motor 26 for changing the turning speed of the planetary gear 24.
  • the rotating shaft 27 of the motor 26 is arranged coaxially with the intake side cam shaft 16, the outer gear 22, and the inner gear 23, and the rotating shaft 27 of the motor 26 and the support shaft 25 of the planetary gear 24 are connected in the radial direction. It is connected via a member 28.
  • the motor 26 rotates, the planetary gear 24 can rotate (rotate) around the support shaft 25 while turning (revolving) the circular orbit around the inner gear 23.
  • the motor 26 is equipped with a motor rotation speed sensor 29 (see FIG. 1) that detects the rotation speed RM of the motor 26 (rotational speed of the rotation shaft 27).
  • variable valve timing device 18 matches the rotation speed RM of the motor 26 with the rotation speed RC of the intake side camshaft 16 and matches the revolution speed of the planetary gear 24 with the rotation speed of the inner gear 23 (rotation speed of the outer gear 22). Then, the difference in rotational phase between the outer gear 22 and the inner gear 23 is maintained at present, and the valve timing (camshaft phase) is maintained at present.
  • the rotation speed RM of the motor 26 is controlled so that the rotation speed RM of the motor 26 becomes faster than the rotation speed RC of the intake side camshaft 16, and the planetary gear The revolution speed of 24 is made faster than the rotation speed of the inner gear 23.
  • the rotational phase of the inner gear 23 with respect to the outer gear 22 is advanced, and the valve timing (camshaft phase) is advanced.
  • the rotation speed RM of the motor 26 is controlled so that the rotation speed RM of the motor 26 becomes slower than the rotation speed RC of the intake side camshaft 16, and the planetary gear The rotation speed of 24 is made slower than the rotation speed of the inner gear 23.
  • the rotational phase of the inner gear 23 with respect to the outer gear 22 is retarded, and the valve timing is retarded.
  • the outputs of the various sensors described above are input to the engine control circuit (electronic control unit ECU) 30.
  • the ECU 30 is mainly composed of a microcomputer, and by executing various engine control programs stored in its ROM (storage medium), fuel injection of a fuel injection valve (not shown) is performed according to the engine operating state. Control the amount and ignition timing of the spark plug (not shown).
  • variable valve timing control device of the present invention is not limited to the above.
  • variable valve timing device 18 may be electrified.
  • variable valve timing control device 1 of FIG. 1 is functionally incorporated in a so-called ECU (electronic control unit), or is installed in a form individually configured according to a target signal from the ECU.
  • ECU electronic control unit
  • variable valve timing control device 1 capable of simultaneously realizing high-speed response and low power consumption, which is the object of the present invention
  • the input signal Si, the detection signal Sd, and the control of the variable valve timing control device 1 of FIG. System C and the like are defined as follows.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a concept constituting the variable valve timing control device 1 of the present invention.
  • the input signal Si is a conversion angle target value 2 (valve timing position target), which is a digital signal given at each fixed control cycle of ETC.
  • the conversion angle target value 2 includes a slow-changing component 2a that gradually increases or decreases or remains constant in response to a vehicle speed command, and a sudden-changing component 2b that significantly increases or decreases from the value in the previous control cycle. It is configured.
  • the period in which the conversion angle target value 2 gradually increases or decreases or remains constant is indicated by the symbol 2a, and the period in which the conversion angle target value 2 fluctuates significantly is indicated by the symbol 2b.
  • the detection signal Sd is a conversion angle (actual position of valve timing), and a difference 4 between the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3 is derived.
  • the control system C includes, for example, a proportional integral differential control (hereinafter referred to as PID control) system as two sets of controllers, one of which is a slow change control system 5a that responds to the slow change component 2a, and the other is a sudden change component. It is a sudden change control system 5b that responds to 2b. Further, the control system includes a control value adjusting unit 6 that weights the output of the slow change control system 5a and the output of the sudden change control system 5b according to the difference 4 between the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3. The outputs of the two control systems are given to the motor 26 of the variable valve timing device 18 after synthesis.
  • PID control proportional integral differential control
  • the sudden change control system 5b responds to the sudden change component 2b, and as a result of being given a signal with a high weight (high control gain) as its output, sharp control becomes possible.
  • FIG. 4 is a diagram showing a concept for dividing the control system C into a slow change control system 5a and a sudden change control system 5b, and describes the configuration contents of the slow change control system 5a and the sudden change control system 5b.
  • Category 1 is the conversion angle target value 2 and conversion angle 3 via the low-pass filter LPF and high-pass filter HPF, respectively, in front of the regulators of the slow change control system 5a and the rapid change control system 5b (displayed as PID in FIG. 4).
  • the difference 4 is input to each, whereby the slow change control system 5a can be made to respond to the slow change component 2a, and the sudden change control system 5b can be made to respond to the sudden change component 2b.
  • Category 2 in FIG. 4 focuses on the regulator of the proportional integral differential control (hereinafter referred to as PID control) system.
  • the slow change control system 5a is configured with emphasis on the integral function
  • the sudden change control system 5b is proportional. It is configured with an emphasis on the differential function.
  • the function of the high-pass filter HPF is substantially provided, and by decreasing the proportional gain on the sudden control system 5b side and increasing the integration.
  • Category 3 of FIG. 4 is to use, for example, the engine speed as an external signal that responds slowly.
  • the slow change control system 5a and the rapid change control system 5b can be configured by adopting any of FIG.
  • the adjustment function for inputting the difference 4 between the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3 constitutes the position control system in the variable valve timing device 18.
  • the adjustment function with the engine rotation side as an input constitutes the speed tracking control system.
  • the sudden change control system 5b position control system
  • the slow change control system 5a speed tracking control system
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the control value adjusting unit 6 shown in FIG.
  • the control value adjusting unit 6 is provided with weights given to the slow change control system 5a and the sudden change control system 5b with respect to the difference 4 between the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3 in a table format.
  • the larger the absolute value of the difference 4 between the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3 the smaller the weight Ka given to the slow change control system 5a and the larger the weight Kb given to the sudden change control system 5b.
  • FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the control value adjusting unit 6 shown in FIG.
  • two sets of control value adjusting units 6a and 6b are provided, and one control value adjusting unit 6a is configured as shown in FIG. 5 to give two sets of weights Ka1 and Kb1.
  • the other control value adjusting unit 6a also sets the weight in a table format, but here, the factor (input) that refers to the table is the engine speed.
  • the higher the engine speed the larger the weight Ka2 on the slow change control system 5a side, and the smaller the weight Kb2 on the sudden change control system 5b side.
  • the reason for doing this is as follows. First, when the engine speed is high, the friction becomes large, the speed control does not follow, and the position control acts to compensate for this, and the power consumption tends to increase. According to the method of FIG. 6, since the speed control can be easily followed, the power consumption can be suppressed.
  • Ka is determined from the weights Ka1 and Ka2
  • Kb is determined from the weights Kb1 and Kb2. According to FIG. 6, not only the transient fluctuation is reflected in the output, but also the degree of reflection in the control can be made variable during the high rotation operation and the low rotation operation.
  • FIG. 7 is a configuration example shown in the upper part of Category 2 of FIG.
  • the slow change control system 5a inputs the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3, and constitutes a proportional integration control system with respect to the difference 4.
  • the sudden change control system 5b inputs the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3, and constitutes a proportional differential control system with respect to the difference 4.
  • the slow change control system 5a and the sudden change control system 5b include amplifiers 7a and 7b in the subsequent stage of the adjustment function, and give weights given by the control value adjustment unit 6.
  • the control value adjusting unit 6 is a table-type weight determination function illustrated in FIGS. 5 and 6 in which the difference 4 between the conversion angle target value 2 and the conversion angle 3 is input.
  • various methods can be considered as this realization measure for giving weight, and the present invention may be any of them.
  • it can be handled by adding or subtracting or multiplying or dividing.
  • the configuration of FIG. 7 uses proportional differential control as a fast response control for the sudden change component 2b and integral control as a slow response control for the slow change component 2a.
  • the conversion angle target value 2 and the actual conversion angle 3 are used. If the difference 4 of is large, the integration may be stopped.
  • FIG. 8 is a configuration example shown in Category 3 of FIG.
  • the slow change control system 5a inputs the engine rotation speed as a slow input signal, and determines the regulator output according to the rate of change of the engine speed, for example, or outputs the regulator according to the rate of change of the conversion angle target value. By deciding, the speed tracking control system is configured. Further, the sudden change control system 5b has a proportional integral differential adjustment function as in FIG. 7.
  • the low power consumption speed control system (slow change control system 5a) and the high response position control system (rapid change control system 5b) are parallelized, and the calculation results of both are weighted and added up. Therefore, it has both high response and low power consumption.
  • the speed tracking control system and the position control system are arranged in parallel, the speed tracking system is feedforward control, and the calculation result of the speed tracking control system and the calculation result of the position control system. It is realized by adding weights and determining the weights according to the target value of the conversion angle and the state of the actual conversion angle.
  • variable valve timing control device of the internal combustion engine of the present invention which follows the concept of the basic configuration of FIG. 4 represented by the configurations of FIGS. 7 and 8, high response and low consumption are achieved by adjusting the weight. Both power can be compatible.
  • the physical mechanism that produces this effect is that when converting the conversion angle of the variable valve timing control device, the position control system (rapid change control system 5b) with high response and high power consumption is mainly used, and the variable valve timing When the conversion angle of the control device is not converted, both high response and low power consumption are achieved by a combination of mainly using a speed control system (slow change control system 5a) having low power consumption.
  • the position control system when changing the valve timing, the position control system is dominant to achieve high response, and when the valve timing is not changed, the speed tracking control system is dominant to achieve low power consumption. By switching these, high-speed response and low power consumption can be realized at the same time.
  • variable valve timing control device 1 is incorporated in the electronic control unit ECU, but the present invention is not limited to this, and for example, it may be incorporated in a control unit separate from the electronic control unit ECU.
  • the conversion angle target value 2, the conversion angle 3, the engine speed, etc. may be received from the electronic control unit ECU, or may be received from the sensor that detects each of the conversion angle 3, the engine speed, and the like.
  • Variable valve timing control device 1: Variable valve timing control device, 2: Conversion angle target value, 2a: Slow change component, 2b: Sudden change component, 3: Conversion angle, 4: Difference between conversion angle target value and conversion angle, 5a: Slow change control system 5a, 5b: Sudden change control system, 6: Control value adjustment unit, 7a, 7b: Amplifier, 18: Variable valve timing device

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Abstract

本発明の課題は、高速な応答と低消費電力を同時に実現させることが可能な可変バルブタイミング制御装置を提供することである。 モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、第1の制御系と、第２の制御系と、少なくとも第２の制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、第1の制御系の出力と第２の制御系の出力の和によりモータを制御し、少なくとも第２の制御系は内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じてその出力を定め、制御値調整部は差分が大きいときに第２の制御系の出力に付与する重みを大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。

Description

可変バルブタイミング制御装置
　本発明は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング制御装置に関するものである。
　車両に搭載される内燃機関においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置を採用したものが増加しつつある。
　また近年の可変バルブタイミング装置では、従来の油圧式に代わり、特許文献１に例示したようにモータの駆動力で位相可変機構を駆動してクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させるモータ駆動方式の可変バルブタイミング装置が開発されている。
特許第４０６６３６６号
　油圧式から電動式に変更されたことに伴い、自動車用エンジンのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング装置は，エンジンの燃焼制御のさらなる環境対応のため，今まで以上により高速な応答が求められるが，それ自体の消費エネルギーも環境性能向上のため低くすることが求められている。
　この要求は、俊敏な動作が要求される場面における消費エネルギーを度外視した高速応答を実現する制御系と、通常の緩やかな運転における環境性能重視を実現する制御系との間での対比を明確にし、メリハリの利いた運転とすることを意味しているが、然るに従来の可変バルブタイミング制御装置は、２つの制御系の間での特にゲインを相違させることができないものであった。
　このことから本発明においては、高速な応答と低消費電力を同時に実現させることが可能な可変バルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
　以上のことから本発明においては、「モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、第1の制御系と、第２の制御系と、少なくとも第２の制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、第1の制御系の出力と第２の制御系の出力の和によりモータを制御し、少なくとも第２の制御系は内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じてその出力を定め、制御値調整部は差分が大きいときに第２の制御系の出力に付与する重みを大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。」のようにしたものである。
　また本発明においては、「モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じた積分制御によりその出力を定める第1の制御系と、内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じた比例制御によりその出力を定める第２の制御系と、第２の制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、第1の制御系の出力と第２の制御系の出力の和により前記モータを制御し、制御値調整部は差分が大きいときに第２の制御系の出力に付与する重みを大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。」のようにしたものである。
　また本発明においては、「モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、内燃機関の回転速度に追従してその出力を定める第1の制御系と、内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じた比例制御によりその出力を定める第２の制御系と、第２の制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、第1の制御系の出力と第２の制御系の出力の和によりモータを制御し、制御値調整部は差分が大きいときに第２の制御系の出力に付与する重みを大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。」のようにしたものである。
　また本発明においては、「モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、内燃機関の回転速度に追従してその出力を定める速度追従制御系と、内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じてその出力を定める位置制御系と、位置制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、速度追従制御系の出力と位置制御系の出力の和によりモータを制御し、制御値調整部は差分が大きいときに位置制御系の出力に付与する重みを大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。」のようにしたものである。
　高速な応答と低消費電力を同時に実現させることが可能な可変バルブタイミング制御装置を提供することができる。
電動式の可変バルブタイミング制御装置を適用するシステム全体の概要を示す図。 本発明に係る可変バルブタイミング制御装置の制御対象である可変バルブタイミング装置１８の概略構成例を示す図。 本発明の可変バルブタイミング制御装置１を構成する考え方を説明するための図。 制御系Ｃ内を緩変化制御系５ａと急変化制御系５ｂに区分するための考え方を示した図。 図３に示した制御値調整部６の構成例を示す図。 図３に示した制御値調整部６の他の構成例を示す図。 図４の区分その２の上段に示した構成事例を示す図。 図４の区分その３に示した構成事例を示す図。
　以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
　最初に電動式の可変バルブタイミング制御装置を適用するシステム全体の概要について、図１を参照して説明する。
　図１において、内燃機関であるエンジン１１は、クランク軸１２からの動力がタイミングチェーン１３（又はタイミングベルト）により各スプロケット１４、１５を介して吸気側カム軸１６と排気側カム軸１７とに伝達されるようになっている。また、吸気側カム軸１６側には、モータ駆動式の可変バルブタイミング装置１８が設けられている。この可変バルブタイミング装置１８によってクランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の回転位相（カム軸位相）を可変することで、吸気側カム軸１６によって開閉駆動される吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミングを可変するようになっている。
　また、吸気側カム軸１６の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ１９が取り付けられている。一方、クランク軸１２の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２０が取り付けられている。
　本発明に係る可変バルブタイミング制御装置の制御対象である可変バルブタイミング装置１８の概略構成例を図２に示す。可変バルブタイミング装置１８の位相可変機構２１は、吸気側カム軸１６と同心状に配置された内歯付きのアウタギヤ２２（第１の回転部材）と、このアウタギヤ２２の内周側に同心状に配置された外歯付きのインナギヤ２３（第２の回転部材）と、これらアウタギヤ２２とインナギヤ２３との間に配置されて両者に噛み合う遊星ギヤ２４（位相可変部材）とから構成されている。アウタギヤ２２は、クランク軸１２と同期して回転するスプロケット１４と一体的に回転するように設けられ、インナギヤ２３は、吸気側カム軸１６と一体的に回転するように設けられている。また、遊星ギヤ２４は、アウタギヤ２２とインナギヤ２３に噛み合った状態でインナギヤ２３の回りを円軌道を描くように旋回することで、アウタギヤ２２の回転力をインナギヤ２３に伝達する役割を果たすと共に、インナギヤ２３の回転速度（吸気側カム軸１６の回転速度）に対する遊星ギヤ２４の旋回速度（公転速度）を変化させることで、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相（カム軸位相）を調整するようになっている。
　一方、エンジン１１には、遊星ギヤ２４の旋回速度を可変するためのモータ２６が設けられている。このモータ２６の回転軸２７は、吸気側カム軸１６、アウタギヤ２２及びインナギヤ２３と同軸上に配置され、このモータ２６の回転軸２７と遊星ギヤ２４の支持軸２５とが、径方向に延びる連結部材２８を介して連結されている。これにより、モータ２６の回転に伴って、遊星ギヤ２４が支持軸２５を中心に回転（自転）しながらインナギヤ２３の外周の円軌道を旋回（公転）できるようになっている。また、モータ２６には、モータ２６の回転速度ＲＭ（回転軸２７の回転速度）を検出するモータ回転速度センサ２９（図１参照）が取り付けられている。
　この可変バルブタイミング装置１８は、モータ２６の回転速度ＲＭを吸気側カム軸１６の回転速度ＲＣに一致させて、遊星ギヤ２４の公転速度をインナギヤ２３の回転速度（アウタギヤ２２の回転速度）に一致させると、アウタギヤ２２とインナギヤ２３との回転位相の差が現状維持されて、バルブタイミング（カム軸位相）が現状維持されるようになっている。
　そして、吸気バルブのバルブタイミングを進角する場合には、モータ２６の回転速度ＲＭが吸気側カム軸１６の回転速度ＲＣよりも速くなるようにモータ２６の回転速度ＲＭを制御して、遊星ギヤ２４の公転速度をインナギヤ２３の回転速度よりも速くする。これにより、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相が進角されて、バルブタイミング（カム軸位相）が進角される。
　一方、吸気バルブのバルブタイミングを遅角する場合には、モータ２６の回転速度ＲＭが吸気側カム軸１６の回転速度ＲＣよりも遅くなるようにモータ２６の回転速度ＲＭを制御して、遊星ギヤ２４の公転速度をインナギヤ２３の回転速度よりも遅くする。これにより、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相が遅角されて、バルブタイミングが遅角される。
　前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（電子制御装置ＥＣＵ）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、そのＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁（図示せず）の燃料噴射量や点火プラグ（図示せず）の点火時期を制御する。
　なお本発明の可変バルブタイミング制御装置が適用されるシステム構成が上記に限定されないことは言うまでもない。要は可変バルブタイミング装置１８が電動化されていればよい。
　図１の可変バルブタイミング制御装置１は、いわゆるＥＣＵ（電子制御装置）内に機能的に組み込まれ、あるいはＥＣＵからの目標信号に応じて個別に構成される形式で設置されている。
　本発明の目的である高速な応答と低消費電力を同時に実現させることができる可変バルブタイミング制御装置１を構成するにあたり、図１の可変バルブタイミング制御装置１の入力信号Ｓｉ、検出信号Ｓｄ、制御系Ｃなどは、以下のように定義される。
　図３は、本発明の可変バルブタイミング制御装置１を構成する考え方を説明するための図である。この図３において、まず入力信号Ｓｉは、変換角目標値２（バルブタイミングの位置目標）であり、これはＥＴＣの一定の制御周期ごとに与えられるデジタル信号である。ここで変換角目標値２は、車両速度指令に対応して緩やかに増減し、あるいは一定を保持する緩変化成分２ａと、前回制御周期での値から大幅に増減する急変化成分２ｂを含んで構成されている。図３では、変換角目標値２が緩やかに増減し、あるいは一定を保持する期間について記号２ａで表記し、大きく変動する時期について記号２ｂとして表記している。検出信号Ｓｄは、変換角（バルブタイミングの実位置）であり、変換角目標値２と変換角３の差分４が導出される。
　制御系Ｃは、２組の調節器として例えば、比例積分微分制御（以下ＰＩＤ制御という）系を備え、その一方は緩変化成分２ａに応動する緩変化制御系５ａであり、他方は急変化成分２ｂに応動する急変化制御系５ｂとされる。また制御系は変換角目標値２と変換角３の差分４に応じて緩変化制御系５ａの出力と急変化制御系５ｂの出力に重みづけする制御値調整部６を備える。なお２つの制御系の出力は合成後に可変バルブタイミング装置１８のモータ２６に与えられる。
　上記構成により、急変化制御系５ｂは急変化成分２ｂに応動し、かつその出力として重みの高い信号（制御ゲインが高い）が与えられる結果、メリハリの利いた制御が可能となる。
　図４は、制御系Ｃ内を緩変化制御系５ａと急変化制御系５ｂに区分するための考え方を示した図であり、緩変化制御系５ａと急変化制御系５ｂの構成内容を記述している。
区分の１は緩変化制御系５ａと急変化制御系５ｂの調節器（図４ではＰＩＤと表示）の前段にそれぞれローパスフィルタＬＰＦとハイパスフィルタＨＰＦを介して変換角目標値２と変換角３の差分４をそれぞれに入力するものであり、これにより緩変化制御系５ａは緩変化成分２ａに応動し、急変化制御系５ｂは急変化成分２ｂに応動するものとすることができる。
　図４の区分２は比例積分微分制御（以下ＰＩＤ制御という）系の調節器に着目したものであり、ここでは緩変化制御系５ａ側を積分機能重視で構成し、急変化制御系５ｂを比例微分機能重視で構成する。あるいは、緩変化制御系５ａ側の比例ゲインを大きく、かつ積分を小さくすることで実質的にハイパスフィルタＨＰＦの機能を備え、急制御系５ｂ側の比例ゲインを小さく、かつ積分を大きくすることで、実質的にローパスフィルタＬＰＦの機能を備えるものである。
　図４の区分３は、応動の遅い外部信号として例えばエンジン回転数を用いることである。
　本発明によれば、図４のいずれかの採用により緩変化制御系５ａと急変化制御系５ｂを構成することができる。なお図４の各種制御系において、変換角目標値２と変換角３の差分４を入力とする調節機能は、可変バルブタイミング装置１８における位置制御系を構成したものである。また図４の各種制御系において、エンジン回転側を入力とする調節機能は、速度追従制御系を構成したものである。また変換角目標値２(位置目標値)に対して、モデル規範制御を行うのがよい。
　図４の区分の構成において、急変化制御系５ｂ（位置制御系）は高速な応答のためのハイゲイン制御（消費電力大）、緩変化制御系５ａ（速度追従制御系）は低消費電力のためのローゲイン制御を行うものであり、本発明はこれら制御系間の切り替えをスムーズに行ったものということができる。
　図５は、図３に示した制御値調整部６の構成例を示す図である。図示の例では制御値調整部６は、変換角目標値２と変換角３の差分４に対する、緩変化制御系５ａと急変化制御系５ｂに与える重みをテーブル形式で備えたものである。ここでは、変換角目標値２と変換角３の差分４の絶対値が大きいほど緩変化制御系５ａに与える重みＫａを小さくし、急変化制御系５ｂに与える重みＫｂを大きくする。
　この結果、差分が大きく表れる過渡変化状態において、急変化制御系５ｂの出力が大きく現れて緩変化制御系５ａの出力が小さく現れるように調整される。また差分について変動がない、あるいは少ない安定状態においては、緩変化制御系５ａの出力が大きく現れて急変化制御系５ｂの出力が小さく現れるように調整される。
　図６は、図３に示した制御値調整部６の他の構成例を示す図である。図６では、２組の制御値調整部６ａ，６ｂを備え、一方の制御値調整部６ａは図５のように構成して、２組の重みＫａ１、Ｋｂ１を与える。他方の制御値調整部６ａもまた重みをテーブル形式で設定するものであるが、ここではテーブルを参照する要因（入力）をエンジン速度とする。
　ここでは、エンジン速度が高いほど緩変化制御系５ａ側の重みＫａ２を大きくし、急変化制御系５ｂ側の重みＫｂ２を小さい値とする。このようにする理由は、以下のようである。まずエンジン速度が高いときには摩擦が大きくなり、速度制御が追従しなくなり、位置制御がこれを補うべく作用して電力消費が大きくなる傾向になる。図６の方式によれば、速度制御が追従しやすくなるので、電力消費を抑えることができる。
　そのうえで最終的には、重みＫａ１とＫａ２からＫａを決定し、重みＫｂ１とＫｂ２からＫｂを決定していく。図６によれば、過渡的な変動が出力に反映されるにとどまらず、高回転運転時と低回転運転時で制御への反映度合いを可変とすることができる。
　上記定義に従う本発明の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置の具体的な回路構成例について以下説明する。図７は、図４の区分その２の上段に示した構成事例である。緩変化制御系５ａは変換角目標値２と変換角３を入力し、その差分４に対して比例積分制御系を構成する。また急変化制御系５ｂは変換角目標値２と変換角３を入力し、その差分４に対して比例微分制御系を構成する。
　また緩変化制御系５ａと急変化制御系５ｂは、調節機能後段に増幅器７a、７ｂを含み、制御値調整部６の与える重みを付与する。制御値調整部６は、変換角目標値２と変換角３の差分４を入力とする図５、図６に例示したテーブル形式の重み決定機能である。
　なお重みを付与するにあたりこの実現策としては種々の手法が考えられ、本発明はそのいずれであってもよい。例えば入力偏差を調整する、比例ゲインを調整する、調節器の出力を調整するなどで対応が可能である。また調整するに際し、加減算すること、あるいは乗除算することで対応することができる。
　図7の構成は、急変化成分２ｂに対する応答の速い制御として比例微分制御、緩変化成分２ａに対する応答の遅い制御として積分制御を用いたものであるが、変換角目標値２と実変換角３の差分４が大きい場合には積分を停止しても良い。
　図８は、図４の区分その３に示した構成事例である。緩変化制御系５ａは遅い入力信号としてエンジン回転速度を入力し、例えばエンジン回転速度の変化率に応じて調節器出力を決定し、あるいは，変換角目標値の変化率に応じて調節器出力を決定することで速度追従制御系を構成する。また急変化制御系５ｂは図7と同じく比例積分微分的な調節機能のものとする。
　図８の構成事例は、低消費電力の速度制御系（緩変化制御系５ａ）と高応答の位置制御系(急変化制御系５ｂ)を並列化し両者の演算結果に重みをつけて合算することで、高応答と，低消費電力を両立させたものである。この構成は、より詳細には、速度追従制御系と位置制御系を並列に配置すること、速度追従系はフィードフォワード制御とすること、速度追従制御系の演算結果と位置制御系の演算結果に重みをつけて加算すること、重みは変換角目標値と実変換角の状態に応じて決定することにより実現されている。
　図7、図8の構成に代表される、図４の基本構成の考え方を踏襲する本発明の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置によれば、重みを調整することで，高応答と，低消費電力を両立することができる。
　この効果が生じる物理的なメカニズムは、可変バルブタイミング制御装置の変換角を変換する場合は，高応答で消費電力の大きい位置制御系(急変化制御系５ｂ)を主に使用し，可変バルブタイミング制御装置の変換角を変換しない場合は，低消費電力である速度制御系（緩変化制御系５ａ）を主に使用することの組み合わせにより，高応答と低消費電力を両立させるものである。
　別な言い方をすると、バルブタイミングを変更する際には位置制御系を優位にして高応答を実現し、バルブタイミングを変更しない際には速度追従制御系を優位にして低消費電力を実現する。これらの切り替えにより、高速な応答と低消費電力を同時に実現できる。
　本実施形態では可変バルブタイミング制御装置１は電子制御装置ＥＣＵ内に組み込まれるが、それに限られず、例えば電子制御装置ＥＣＵと別個のコントロールユニットに組み込まれても良い。この場合、電子制御装置ＥＣＵから変換角目標値２、変換角３、エンジン速度などを受信しても良いし、変換角３、エンジン速度などについてそれぞれを検出するセンサから受信しても良い。
１：可変バルブタイミング制御装置、２：変換角目標値、２a：緩変化成分、２ｂ：急変化成分、３：変換角、４：変換角目標値と変換角の差分、５a：緩変化制御系５ａ、５ｂ：急変化制御系、６：制御値調整部、７a,7b:増幅器、１８：可変バルブタイミング装置

Claims (12)

  1. 　モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、
    　第1の制御系と、第２の制御系と、少なくとも前記第２の制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、前記第1の制御系の出力と前記第２の制御系の出力の和により前記モータを制御し、
    　前記第２の制御系は前記内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じてその出力を定め、前記制御値調整部は前記差分が大きいときに前記第２の制御系の出力に付与する重みを、前記差分が小さいときの重みに対して大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  2. 　請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記第１の制御系は前記内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じてその出力を定めることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  3. 　請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記第１の制御系は前記内燃機関の回転速度に応じてその出力を定めることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  4. 　請求項３に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記第１の制御系は、前記内燃機関の回転速度の変化率に応じて調節器出力をその出力を定めることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  5. 　請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記制御値調整部は前記第１の制御系の出力に重みを付与し、前記差分が大きいときに前記第１の制御系の出力に付与する重みを、前記差分が小さいときの重みに対して小さくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  6. 　請求項２に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記第１の制御系は、前記変換角目標値の緩変化成分に応動し、前記第２の制御系は、前記変換角目標値の急変化成分に応動する制御系であることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  7. 　請求項５に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記制御値調整部は、その重みが前記内燃機関の回転速度に応じて変更されることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  8. 　請求項７に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記制御値調整部は、前記第１の制御系の出力に付与する重みを、前記内燃機関の回転速度が遅いときの重みに対して、前記内燃機関の回転速度が速いときの重みを大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  9. 　請求項８に記載の可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記制御値調整部は、前記第２の制御系の出力に付与する重みを、前記内燃機関の回転速度が遅いときの重みに対して、前記内燃機関の回転速度が速いときの重みを小さくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  10. 　モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じた積分制御によりその出力を定める第1の制御系と、前記内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じた比例制御によりその出力を定める第２の制御系と、前記第２の制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、前記第1の制御系の出力と前記第２の制御系の出力の和により前記モータを制御し、
    　前記制御値調整部は前記差分が大きいときに前記第２の制御系の出力に付与する重みを、前記差分が小さいときの重みに対して大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  11. 　モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記内燃機関の回転速度に追従してその出力を定める第1の制御系と、前記内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じた比例制御によりその出力を定める第２の制御系と、前記第２の制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、前記第1の制御系の出力と前記第２の制御系の出力の和により前記モータを制御し、
    　前記制御値調整部は前記差分が大きいときに前記第２の制御系の出力に付与する重みを、前記差分が小さいときの重みに対して大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
  12. 　モータを用いて内燃機関のバルブのタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置であって、
    　前記内燃機関の回転速度に追従してその出力を定める速度追従制御系と、前記内燃機関のバルブの変換角目標値と実変換角の差分に応じてその出力を定める位置制御系と、前記位置制御系の出力に重みを付与する制御値調整部とを備えて、前記速度追従制御系の出力と前記位置制御系の出力の和により前記モータを制御し、
    　前記制御値調整部は前記差分が大きいときに前記位置制御系の出力に付与する重みを、前記差分が小さいときの重みに対して大きくすることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
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Citations (3)

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JP2007113537A (ja) * 2005-10-24 2007-05-10 Toyota Motor Corp 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置及びその可変バルブタイミング制御装置を備えた内燃機関
JP2008057454A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Toyota Motor Corp 可変バルブタイミング装置
JP2015007396A (ja) * 2013-06-25 2015-01-15 富士重工業株式会社 エンジンの制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007113537A (ja) * 2005-10-24 2007-05-10 Toyota Motor Corp 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置及びその可変バルブタイミング制御装置を備えた内燃機関
JP2008057454A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Toyota Motor Corp 可変バルブタイミング装置
JP2015007396A (ja) * 2013-06-25 2015-01-15 富士重工業株式会社 エンジンの制御装置

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