(57)【要約】【課題】  ＶＴＣアクチュエータの制御精度の向上等を実現するカム位相可変型内燃機関を提供する。【解決手段】  第１カム角信号Ｓｃｍ１が入力した場合には（すなわち、制御カム角となった瞬間には）、第１カム位相の今回値Ｐｃｎがそのまま制御用カム位相Ｐｃｃｎとして用いられるため、前述した従来装置のような検出誤差が発生せず、高精度なフィードバック制御が実現される。また、第２カム角信号Ｓｃｍ２が入力した場合には、第２カム位相の今回値Ｐｃｎと前回値Ｐｃｎ−２との差を２で除した値（すなわち、カム位相中間変化量）を前回値Ｐｃｃｎ−１に加えることで制御用カム位相Ｐｃｃｎを更新するため、カム位相の急変時におけるフィードバック制御の精度（追従性）が向上する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム位相の可変制御に供されるＶＴＣアクチュエータと、クランクシャフトの回転角度を検出してクランク角信号を出力するクランク角検出手段と、カムシャフトの回転角度を検出して複数のカム角信号を出力するカム角検出手段と、前記クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて制御用カム位相を設定するカム位相設定手段とを備えたカム位相可変型内燃機関であって、
前記カム角検出手段は、前記カムシャフトの回転角度が所定の角度間隔をもって設けられた制御カム角となったときに第１カム角信号を出力することを特徴とするカム位相可変型内燃機関。
【請求項２】
前記カム角検出手段は、前記カムシャフトの回転角度が前記制御カム角と異なる非制御カム角となったときに第２カム角信号を更に出力し、
前記カム位相設定手段は、
前記第１カム角信号が入力した場合、当該第１カム角信号と前記クランク角信号とから第１カム位相を算出した後、当該第１カム位相を制御用カム位相として設定し、
前記第２カム角信号が入力した場合、当該第２カム角信号と前記クランク角信号とから第２カム位相を算出し、当該第２カム位相と前記第１カム位相とに基づいて制御用カム角信号を設定することを特徴とする、請求項１に記載されたカム位相可変型内燃機関。
【請求項３】
前記非制御カム角が各制御カム角の中央にそれぞれ設定され、
前記カム位相設定手段は、前記第２カム角信号が入力した場合、前記第２カム位相の今回値と前回値との差を２で除すことによってカム位相中間変化量を算出し、当該カム位相中間変化量を前記第１カム位相の前回値に加えることで前記制御用カム位相を設定することを特徴とする、請求項２に記載されたカム位相可変型内燃機関。
【請求項４】
前記制御カム角は、当該カムシャフトに駆動されるバルブのリフトが開き側あるいは閉じ側で０〜２ｍｍとなる範囲で設定されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カム位相が連続的に可変制御されるカム位相可変型内燃機関に係り、詳しくは、ＶＴＣアクチュエータの制御精度の向上等を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
４サイクルエンジン（以下、単にエンジンと記す）では、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減を図るべく、種々の可変動弁機構を搭載したものが多くなっている。可変動弁機構としては、従来より存在する複数のカム（例えば、低速型カムおよび高速型カム）を切り換えるものに代わり、近年ではカム位相（クランク角とカム角とのずれ）とバルブリフトとを個別に可変制御するものが主流となってきている。カム位相の可変制御に供されるバルブタイミングコントロール装置（Variable Timing Control device：以下、ＶＴＣと記す）は、ハウジングとロータとからなるベーン式のＶＴＣアクチュエータ、ＶＴＣアクチュエータの軸心に配設されて油圧回路の切り換えを行うスプールバルブ、スプールバルブのスプールを軸方向に駆動するリニアソレノイド等から構成されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ＶＴＣを搭載したエンジンでは、カム位相のフィードバック制御を行うべく、カムシャフトの実角度（カム角）をカム角センサによってリアルタイムに検出する必要がある。カム角センサとしては、外周に複数の歯（パルサティース）を有するパルサロータとセンサ本体（ピックアップコイル等）とを有するものが一般的であるが、カム角の検出精度を高めるための技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、２つのパルサロータを用いるカム位相検出システムにおいて、高回転時に使用できない（パルスによる位相アップデートの周期とＥＣＵの制御周期が異なるために飛ばしてしまう）パルス信号を２つ以上平均化することにより、パルス信号のエリアシング（実際とは異なる値に見えてしまうこと）を防止する方法が開示されている。また、特許文献２には、バルブ開閉時のカムシャフトには、カムシャフトの周方向所定部位について、基準のタイミングから各部位がバルブリフタに接触するタイミングまでの経過時間を計測し、変動が顕著でない各部位についての経過時間から理論上の回転位相を求め、これによって変動の顕著な部位についての経過時間の理論回転位相での経過時間（理論値）を推定し、しかる後に変動の顕著な部位における上記経過時間の実測値と上記理論値との差を変動として検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３７３２０号公報
【特許文献２】特開２００５−６１２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＶＴＣ搭載エンジンでは、所望のタイミング（例えば、排気バルブによって内部ＥＧＲ量を制御する場合においては、排気バルブの閉弁タイミング）でのカム位相を高精度に制御する必要がある。ところが、上述した特許文献１の方法では、ＶＴＣアクチュエータのオシレーション（カムトルクに起因する進角側および遅角側への振動）による検出誤差が生じることが避けられなかった。そのため、ＶＴＣアクチュエータにオシレーションが生じると、複数のパルス信号が同時に進角側（あるいは、遅角側）にずれることがあり、この場合には平均化されたパルス信号もオシレーションの大きさに応じて進角側（あるいは、遅角側）にずれてしまう。また、特許文献２の方法では、カム位相の変化が比較的小さ場合のオシレーションの大きさは検知することはできるものの、平均回転速度とオシレーションが極小となるタイミングまでの経過時間とからオシレーションの大きさを推定するため、カム位相が急変する状況ではオシレーションの大きさを正確に検知することが難しかった。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、ＶＴＣアクチュエータの制御精度の向上等を実現したカム位相可変型内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、カム位相の可変制御に供されるＶＴＣアクチュエータと、クランクシャフトの回転角度を検出してクランク角信号を出力するクランク角検出手段と、カムシャフトの回転角度を検出して複数のカム角信号を出力するカム角検出手段と、前記クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて制御用カム位相を設定するカム位相設定手段とを備えたカム位相可変型内燃機関であって、前記カム角検出手段は、前記カムシャフトの回転角度が所定の角度間隔をもって設けられた制御カム角となったときに第１カム角信号を出力することを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記カム角検出手段は、前記カムシャフトの回転角度が前記制御カム角と異なる非制御カム角となったときに第２カム角信号を更に出力し、前記カム位相設定手段は、前記第１カム角信号が入力した場合、当該第１カム角信号と前記クランク角信号とから第１カム位相を算出した後、当該第１カム位相を制御用カム位相として設定し、前記第２カム角信号が入力した場合、当該第２カム角信号と前記クランク角信号とから第２カム位相を算出し、当該第２カム位相と前記第１カム位相とに基づいて制御用カム角信号を設定することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記非制御カム角が各制御カム角の中央にそれぞれ設定され、前記カム位相設定手段は、前記第２カム角信号が入力した場合、前記第２カム位相の今回値と前回値との差を２で除すことによってカム位相中間変化量を算出し、当該カム位相中間変化量を前記第１カム位相の前回値に加えることで前記制御用カム位相を設定することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１〜第３の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記制御カム角は、当該カムシャフトに駆動されるバルブのリフトが開き側あるいは閉じ側で０〜２ｍｍとなる範囲で設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、カムシャフトの回転角度が制御カム角となったとき出力された第１カム角信号が制御用カム位相の設定に用いられるため、ＶＴＣアクチュエータのオシレーション等がカム位相のフィードバック制御に影響し難くなる。また、第２，第３の発明によれば、カムシャフトの回転角度が非制御カム角となったときにも制御用カム位相が再設定（更新）されるため、加減速等に伴うカム位相の急変動に対する制御追従性が向上する。また、第４の発明によれば、内部ＥＧＲ量の変化が大きい低バルブリフト領域における制御精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。
【図２】実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】実施形態に係るカム角センサの拡大斜視図である。
【図４】実施形態に係る制御カム位相設定制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る実カム位相および制御用カム位相の経時的変化を示すグラフである。
【図６】実施形態に係る制御用カム位相の設定誤差を示すグラフである。
【図７】実施形態に係るバルブリフトと内部ＥＧＲ量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係るカム位相可変型内燃機関の実施形態を詳細に説明する。
≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジン（カム位相可変型内燃機関）Ｅは、自動車に搭載されるＤＯＨＣ４バルブ型の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、そのシリンダヘッド１に、各気筒２本ずつの吸気バルブ２および排気バルブ３、これら吸排気バルブ２，３を駆動する吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５を備えている。両カムシャフト４，５は、クランクスプロケット６、カムチェーン７、吸気カムスプロケット８、排気カムスプロケット９を介して、クランクシャフト１０によって１／２の回転速度をもって回転駆動される。また、クランクシャフト１０は、コネクティングロッド１１を介してピストン１２に連結されるとともに、チェーン１３を介して斜め下方に設置されたオイルポンプ１４を駆動する。また、排気カムシャフト５の前端にはＶＴＣアクチュエータ２１が取り付けられ、シリンダヘッド１およびシリンダブロック１５にはオイルポンプ１４からの作動油（エンジンオイル）をＶＴＣアクチュエータ２１に供給するための作動油供給油路１６が形成されている。
【００１４】
クランクスプロケット６の近傍にはクランクシャフト１０の回転角度を検出するクランク角センサ１７が設置され、排気カムシャフト５の後端にはカム位相を検出するカム角センサ１８が設置されている。これらセンサ１７〜１８は他の多くのセンサ（吸気温センサや水温センサ、アクセルセンサ等）とともにエンジンＥＣＵ２０に接続されており、エンジンＥＣＵ２０は、これらの検出信号（運転情報）に基づいて運転制御量（燃料噴射量や点火時期、排気側カム位相等）を設定し、図示しない燃料噴射弁や点火装置の他、ＶＴＣアクチュエータ２１等を駆動制御する。
【００１５】
＜ＶＴＣアクチュエータ＞
図２に示すように、ＶＴＣアクチュエータ２１は、外周に排気カムスプロケット９が形成されたハウジング２２、ハウジング２２内に回転自在に保持されるとともに排気カムシャフト５の前端にその後面が締結されるロータ２３、ハウジング２２の前面を覆うフロントプレート２４、ハウジング２２の後面を覆うバックプレート２５、フロントプレート２４の内周側に配置されたリードバルブ２６、リードバルブ２６をロータ２３に固定するリードバルブカバー２７、ハウジング２２とロータ２３とを進角方向に相対回動させるバイアススプリング２８、軸心に設置されたスプールバルブ２９、エンジンＥＣＵ２０によって制御されることによってスプールバルブ２９を駆動するリニアソレノイド３１、ロータ２３に保持されたロックピン３３、ロックピン３３をバックプレート２５側に付勢するロックピンスプリング３４、ロータ２３に保持されたバイパスバルブ３６、バイパスバルブ３６をバックプレート２５側に付勢するバイパスバルブスプリング３７等を構成要素としている。なお、スプールバルブ２９は、排気カムシャフト５やロータ２３の軸心に保持されたバルブスリーブ３８と、バルブスリーブ３８に摺動自在に内嵌したスプール３９と、スプール３９をリニアソレノイド３１側に付勢するリターンスプリング４０とから構成されている。
【００１６】
＜カム角センサ＞
図３に示すように、カム角センサ１８は、排気カムシャフト５の後端に固定されたパルサロータ５１と、シリンダヘッド１に固定されたセンサ本体５２とから構成されている。パルサロータ５１の外周には、９０°の角度間隔をもって配置された第１〜第４メインパルサティース６１〜６４と、各メインパルサティース６１〜６４の中間にこれも９０°の角度間隔をもって配置された第１〜第４サブパルサティース７１〜７４（図３には、第３サブパルサティース７３は示さず）とが突設されている。本実施形態の場合、センサ本体５２は、各気筒の閉じ側でバルブリフトが１ｍｍとなった瞬間（すなわち、制御カム角となった瞬間）に、第１〜第４メインパルサティース６１〜６４と接近して第１カム角信号Ｓｃｍ１を出力する一方、第１カム角信号Ｓｃｍ１の出力タイミングの中央位置で、第１〜第４サブパルサティース７１〜７４と接近して第２カム角信号Ｓｃｍ２を出力する
【００１７】
≪実施形態の作用≫
エンジンＥＣＵ２０は、前述したように、各種運転情報に基づいてエンジンＥの各種運転制御量を設定し、燃料噴射弁や点火装置、ＶＴＣアクチュエータ２１等を駆動制御するが、ＶＴＣアクチュエータ２１の駆動制御においては、クランク角センサ１７およびカム角センサ１８の検出信号を用いて制御用カム位相を設定し、この制御用カム位相を用いて排気カムシャフト５のカム位相をフィードバック制御する。
【００１８】
エンジンＥが始動されると、エンジンＥＣＵ２０は、図４のフローチャートにその手順を示す制御カム位相設定制御を所定の制御周期（例えば、１０ｍｓ）をもって繰り返し実行する。制御カム位相設定制御を開始すると、エンジンＥＣＵ２０は、図４のステップＳ１で、クランク角センサ１７からカム角信号（第１カム角信号Ｓｃｍ１あるいは第２カム角信号Ｓｃｍ２）が入力したか否かを判定し、この判定がＮｏであればステップＳ２で制御用カム位相Ｐｃｃｎを前回値Ｐｃｃｎ−１のままとする。
【００１９】
クランク角センサ１７からカム角信号が入力してステップＳ１の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ２０は、クランク角センサ１７から出力されたクランク角信号Ｓｃｒと、カム角センサ１８から入力した第１カム角信号Ｓｃｍ１（あるいは、第２カム角信号Ｓｃｍ２）に基づき、ステップＳ３でカム位相今回値Ｐｃｎを算出する。
【００２０】
次に、エンジンＥＣＵ２０は、ステップＳ４で今回入力したカム角信号が第１カム角信号Ｓｃｍ１であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ５でカム位相今回値Ｐｃｎを制御用カム位相Ｐｃｃｎとする。
【００２１】
一方、今回入力したカム角信号が第２カム角信号Ｓｃｍ２であり、ステップＳ４の判定がＮｏとなった場合、エンジンＥＣＵ２０は、下式を用いてステップＳ６で制御用カム位相を設定する。
Ｐｃｃｎ＝Ｐｃｃｎ−１＋（Ｐｃｎ−Ｐｃｎ−２）／２
ここで、Ｐｃｃｎ−１は、上述したように制御用カム位相の前回値、すなわち、クランク角信号Ｓｃｒと第１カム角信号Ｓｃｍ１とから求められた第１カム位相である。また、Ｐｃｎ，Ｐｃｎ−２は、クランク角信号Ｓｃｒと第２カム角信号Ｓｃｍ２とから求められた第２カム位相の今回値および前回値であり、（Ｐｃｎ−Ｐｃｎ−２）／２はカム位相中間変化量である。
【００２２】
図５に示すように、第１カム角信号Ｓｃｍ１が入力した場合には（すなわち、制御カム角となった瞬間には）、第１カム位相の今回値Ｐｃｎがそのまま制御用カム位相Ｐｃｃｎとして用いられるため、前述した従来装置のような検出誤差が発生せず、高精度なフィードバック制御が実現される。また、第２カム角信号Ｓｃｍ２が入力した場合には、第２カム位相の今回値Ｐｃｎと前回値Ｐｃｎ−２との差を２で除した値（すなわち、カム位相中間変化量）を前回値Ｐｃｃｎ−１に加えることで制御用カム位相Ｐｃｃｎを更新するため、カム位相の急変時におけるフィードバック制御の精度（追従性）が向上する。
【００２３】
図６に示すように、第１カム位相のみを用いた場合、第１カム角信号Ｓｃｍ１が入力する間は制御用カム位相が更新されないため、制御用カム位相の設定誤差が大きくなる。しかし、第２カム位相も併用した場合には、第２カム角信号Ｓｃｍ２の入力時にも制御用カム位相が更新されるため、カム位相の急変時においても制御用カム位相の設定誤差が小さく抑えられる。
【００２４】
図７に示すように、オシレーションによってバルブタイミングがずれた場合、ずれ始めのバルブリフトが閉じ側で３ｍｍ以上である場合には内部ＥＧＲの変化量（ＥＧＲ感度）はさほど大きくないが、バルブリフトが閉じ側で０〜２ｍｍの範囲ではＥＧＲ感度が非常に大きくなる。本実施形態では、各気筒の閉じ側でバルブリフトが１ｍｍとなった瞬間に第１カム角信号Ｓｃｍ１が出力されるようにしたため、内部ＥＧＲ量を高い精度をもって制御することができた。なお、このことは、バルブの前後圧力差および開閉によるガス量制御において、バルブリフトがガス量に与える影響に関するものであるため、排気バルブの開き側や吸気バルブの開き側および閉じ側にも同様のことがいえる。
【００２５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明を直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンに適用したものであるが、ディーゼルエンジン等にも当然に適用可能であるし、油圧式以外の（電動式等）のＶＴＣアクチュエータを備えたエンジンにも適用可能である。また、上記実施形態ではパルサロータに第１パルス生成部と第２パルス生成部とを形成したが、第１パルス生成部のみであってもよく、この場合にも従来装置に較べてフィードバック制御の精度を向上させることができる。また、上記実施形態では、第２パルス生成部を各第１パルス生成部の中央に１つずつ設けるようにしたが、複数個ずつ設けるようにしてカム位相の急変時における制御精度の更なる向上を図るようにしてもよい。その他、エンジンやＶＴＣアクチュエータ等の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２６】
５      排気カムシャフト
１０    クランクシャフト
１７    クランク角センサ（クランク角検出手段）
１８    カム角センサ（カム角検出手段）
２０    エンジンＥＣＵ（カム位相設定手段）
２１    ＶＴＣアクチュエータ
５１    パルサロータ
５２    センサ本体
６１〜６４    メインパルサティース
７１〜７４    サブパルサティース
Ｅ      エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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