(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁ブレーキによる摩擦制動により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可変制御する内燃機関の可変バルブタイミング装置において、
カム軸の回転位相が、前記摩擦制動増大による初期位置からの変化量をストッパで規制する限界位置近傍の所定位置に到達する回数に応じて、該回転位相の変化動作を緩やかにするように調整することを特徴とする可変バルブタイミング装置の制御装置。
【請求項２】
カム軸の回転位相が、前記所定位置に到達する回数が増加するほど、該回転位相の動作変化率を小さくするように調整することを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング装置の制御装置。
【請求項３】
カム軸の回転位相の目標変化率を、前記所定位置に到達する回数が増加するほど減少して設定しつつ、カム軸の目標回転位相を周期的に算出して設定し、
かつ、前記目標回転位相の設定を、今回機関運転状態に基づいて算出した基本目標回転位相と前回算出された最終的な目標回転位相との差が前記目標変化率以内のときは、前記基本目標回転位相を今回の最終的な目標回転位相として設定し、
前記差が前記目標変化率を超えるときは、前回算出された最終的な目標回転位相に前記目標変化率を加算して今回の最終的な目標回転位相として設定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変バルブタイミング装置の制御装置。
【請求項４】
前記目標変化率を、前記所定位置に到達する回数に応じて段階的に設定したテーブルを設け、該テーブルを参照して目標変化率を設定することを特徴とする請求項３に記載の可変バルブタイミング装置の制御装置。
【請求項５】
所定位置に到達する回数は、累積値であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁ブレーキによる摩擦制動により、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可変制御する可変バルブタイミング装置の音対策技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電磁ブレーキによる摩擦制動により、クランク軸に対するカム軸の回転位相（以下単に回転位相という）を変化させる構成のエンジンの可変バルブタイミング装置が知られている（特開平１０−１５３１０５号公報参照）。
前記電磁ブレーキによる回転位相の変化量は、相対回転する回転体相互に設けたストッパにより規制しているが、車両発進時や加速時など回転位相の目標値が大きく変化すると、オーバーシュートにより回転体相互がストッパに衝突し、衝突音が問題となる。また、衝突回数の増大はストッパの寿命を縮めることにもなる。
【０００３】
従来、前記回転位相の変化量を制限してストッパへの衝突を未然に防止したり、変化率を製品バラツキを考慮して予め十分小さくしてオーバーシュートを抑制するようにしたものが提案されているが、前者はバルブタイミングの制御範囲が制限され、後者は常に低い応答性に維持されてしまい、いずれも性能を損ねることになる。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、回転位相の変化動作を適度に緩やかにすることにより、制御範囲や応答性を維持しつつストッパへの衝突音を低減し、ストッパの寿命も改善されるようにした内燃機関の可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
電磁ブレーキによる摩擦制動により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可変制御する内燃機関の可変バルブタイミング装置において、
カム軸の回転位相が、前記摩擦制動増大による初期位置からの変化量をストッパで規制する限界位置近傍の所定位置に到達する回数に応じて、該回転位相の変化動作を緩やかにするように調整することを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によると、
前記限界位置近傍の所定位置に到達する回数に応じてストッパに衝突する回数を推定しつつ、該回数に応じて回転位相の変化動作を緩やかにするように調整することにより、該衝突の頻度を低減したり、衝突時の衝撃を緩和して衝突音を低減することができ、また、衝突推定回数に応じた調整とすることで、過度の調整を抑制して制御応答性も確保することができる。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、
カム軸の回転位相が、前記所定位置に到達する回数が増加するほど、該回転位相の変化率を小さくするように調整することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
所定位置に到達する回数が増加するほど、該回転位相の変化率を小さくすることで、オーバーシュート抑制効果が高められ、ストッパに衝突しにくくなり、若しくは衝突速度が減少するので、衝突音を低減できる。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、
カム軸の回転位相の目標変化率を、前記所定位置に到達する回数が増加するほど減少して設定しつつ、カム軸の目標回転位相を周期的に算出して設定し、
かつ、前記目標回転位相の設定を、今回機関運転状態に基づいて算出した基本目標回転位相と前回算出された最終的な目標回転位相との差が前記目標変化率以内のときは、前記基本目標回転位相を今回の最終的な目標回転位相として設定し、
前記差が前記目標変化率を超えるときは、前回算出された最終的な目標回転位相に前記目標変化率を加算して今回の最終的な目標回転位相として設定するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明によると、
カム軸の目標回転位相の変化率が、前記目標変化率以下に制限されることにより、ストッパ衝突回数に応じた変化率で動作させることができる。
また、請求項４に係る発明は、
前記目標変化率を、前記所定位置に到達する回数に応じて段階的に設定したテーブルを設け、該テーブルを参照して目標変化率を設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明によると、
テーブル参照により、容易に目標変化率を設定できる。
また、請求項５に係る発明は、
前記所定位置に到達する回数は、累積値であることを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
製造バラツキがあってもストッパの衝突頻度が所定の頻度に落ち着くように学習され、衝突音低減と制御応答性とを両立でき、ストッパの耐久寿命も確保できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施の形態における電磁ブレーキを用いる可変バルブタイミング装置の断面と制御系を示し、図２は、該装置の各部の機能を明瞭にした概略構成を示す。ここでは吸気弁のバルブタイミングを可変制御するものについて説明する。排気弁のバルブタイミングを可変制御するものについても構造的には同様であるが、電磁ブレーキの摩擦制動力を効かせたときの進遅角の制御方向が反対となる。
【００１２】
図において、図示しないシリンダヘッドに対して回転可能に支持されるカム軸１の端部１ａの延長線上には、筒状の伝達部材２が、係合ピン３により周り止め係合された上でボルト４により連結固定されている。
前記伝達部材２の軸周に回転可能にスプロケット５が支承される。該スプロケット５はカム軸１に対して相対回転可能に支承され、エンジンのクランク軸の回転にタイミングチェーンを介して連動して同期回転する。
【００１３】
前記スプロケット５の回転が、以下に説明する伝達機構を介して前記伝達部材２に伝えられる。
カム軸１と同軸に、フランジ６ａを有する筒状のドラム６が設けられ、このドラム６とスプロケット５との間には、ドラム６の回転位相を進ませる方向（排気弁用の場合は遅角方向）に付勢するコイルスプリング７が介装されている。即ち、スプロケット５にはケース部材８が固定され、コイルスプリング７の一端部（図示右端部）は、このケース部材８に固定され、コイルスプリング７の他端部は、ドラム６のフランジ６ａに固定されている。
【００１４】
前記ドラム６とケース部材８の対向する端部には、それぞれ相互の相対回転量を規制するストッパ６ｂ,８ａが設けられる（ケース部材８について図３参照）。
また、伝達部材２の外周面に形成されたギア２ａと、筒状のピストン部材９の内周に形成されたギア９ａとが、はすばギヤによるヘリカル機構により噛み合っている。
【００１５】
一方、ピストン部材９の図示左端部外周面には雄ネジ９ｂ、ドラム６の内周面には雌ネジ６ｃが、それぞれ３条程度ずつ形成されていて、この両者はねじ作用により噛み合っている。また、ピストン部材９の図示右端部外周面に形成されたギア９ｃと、ケース部材８の内周面に形成されたギヤ８ｂとが、はすばギヤによるヘリカル機構により噛み合っている。
【００１６】
ドラム軸受部材１０は、伝達部材２の外周面とドラム６の内周面との間に介装され、この両者の相対回転を軸受する。なお、ドラム軸受部材１０外周部は、ドラム６に嵌合された環状の爪部材１１と、伝達部材２の端部外周面にネジ止めされたナット１２とに係合して、軸方向の動きが規制されている。
また、ドラム６の外側（図示左側）に位置して、電磁ブレーキ１３がエンジン本体に固定して配設される。該電磁ブレーキ１３は、ドラム６のフランジ６ａと対向する面に摩擦部材１３ａを貼り付けたクラッチ部材１３ｂを有し、通電時に電磁ブレーキ１３が前記フランジ６ａ方向に移動して、前記クラッチ部材１３ｂが該フランジ６ａの端面に押しつけられるようになっている。
【００１７】
かかる可変バルブタイミング装置の基本的な動作を説明する。
前記電磁ブレーキ１３が通電されていないとき（制御電流＝０）は、前記コイルスプリング７の付勢力によってドラム６が、ストッパ６ｂ,８ａの一方の突き当たり位置で規制される位置に保持され、このとき、カム軸１はクランク軸に対して最も遅角した位置に保持される。
【００１８】
上記、最遅角位置を基準としてカム軸１を、目標角度進角させて目標バルブタイミングに制御するときは、電磁ブレーキ１３を通電し、クラッチ部材１３ｂをドラム６のフランジ面６ａに押しつけて摩擦制動を作用させる。これにより、ドラム６は、クランク軸に同期するスプロケット５の回転に対して遅れを生じ、その結果、ドラム６に対して雄ねじ９ｂと雌ねじ６ｃとで噛み合っているピストン部材９は、カム軸１の軸方向に（図示左側から右側に）移動する。
【００１９】
ピストン部材９は、ケース部材８と伝達部材２とに、互いに逆向きの角で切られた前記のヘリカル機構により噛み合っており、ピストン部材９が前記軸方向に移動すると、上記逆向き角に切ってあるヘリカルの歯スジに沿って、ケース部材８に対して伝達部材２が進角方向に相対回転し、引いてはスプロケット５と同期回転するクランク軸に対してカム軸１が進角方向に相対回転する。ここで、外周側と内周側とに設けた２つのヘリカル機構のうち、１つは真直ぐなスプライン機構で構成することもできるが、逆向き角に切った２つのヘリカル機構を設けることで、より大きく進角させることができる。
【００２０】
そして、電磁ブレーキ１３への電流値を増大させ、コイルスプリング７の付勢力に対する制動力（滑り摩擦）を増大させるほど、カム軸１の回転位相が進角側（排気弁用では遅角側）に変更されることになる。
上記のように、電磁ブレーキ１３による制動力に応じて決まるドラム６の回転遅れ量によってカム軸１の回転位相がスプロケット５（クランク軸）に対して変わるものであり、前記電磁ブレーキ１３による制動力は、電磁ブレーキ１３に供給される制御電流を、例えばデューティ制御することで回転位相の変化量（進角量、排気弁用では遅角量）を連続的に制御できる。
【００２１】
さらに、前記カム軸１若しくはカム軸１に連結された回転部材の回転方向にエンジン気筒数に対応した数の突起（被検出部）１ｂが等間隔に形成される。例えば、Ｖ型６気筒エンジンの場合、左右バンクに対応した左右２本のカム軸１にそれぞれ１２０°間隔で３個の突起１ｂが形成される。そして、これらカム軸１の外周に近接して前記突起１ｂを検出するカムセンサ２１が設けられる。
【００２２】
前記電磁ブレーキ１３への通電を制御して吸・排気弁のバルブタイミングを制御するマイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット２２には、前記カムセンサ２１の他、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータ２３、クランク回転を検出するクランク角センサ２４、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ２５等からの検出信号が入力される。
【００２３】
そして、前記コントロールユニット２２は、前記センサ類からの検出信号に基づいて検出されたエンジン運転状態（回転速度，負荷，水温等）に基づいて、吸・排気弁の目標バルブタイミングを設定し、該目標バルブタイミングに対応したカム軸の目標回転位相が得られるように、前記クランク角センサ２４からの信号と、前記カムセンサ２１からの信号とに基づいて回転位相を検出しつつ目標回転位相と一致するように電磁ブレーキ１３の制御電流を制御する。
【００２４】
そして、本発明に係る構成として、目標バルブタイミングの最大進角位置（排気弁用では最大遅角位置）を規制するストッパ６ｂ,８ａ相互の累積衝突回数を推定しつつ、回転位相の変化率を適度な大きさとするように調整する学習を行う。
図４は、前記累積衝突回数に応じて回転位相の目標変化率（変化率の上限値）を設定するルーチンのフローチャートを示す。
【００２５】
ステップ１では、前記カムセンサ２１によって検出されるカム軸の実回転位相が、前記ストッパ６ｂ,８ａ相互が当接する最大進角位置より少し手前に設定された位置（誤差を考慮して最大進角位置より２〜３°小さい位置）を通過したかを判定する。詳細には、前記設定位置を超えた後、設定位置手前に戻るときを実回転位相の進角量減少を検出して通過と判定する。
【００２６】
そして、通過したと判定される毎に、実質的にストッパ６ｂ,８ａ相互が衝突したと推定し、ステップ２へ進んで衝突カウンタＳＴＣＮＴをカウントアップする。ここで、衝突カウンタＳＴＣＮＴのカウント値は、この可変バルブタイミング装置が製造後作動を開始してからリセットされることなく、累積値を示す。
ステップ３では、前記衝突カウンタＳＴＣＮＴのカウント値に基づいて、予め図５に示すように設定されたマップテーブルから、回転位相の目標変化率ΔＴＧＶＴＣを検索して設定する。具体的には、初めカウント値が第１の所定値（例えば１００回程度）となるまでは、最大の目標変化率ΔＴＧＶＴＣに維持し、第1の設定値に達すると目標変化率ΔＴＧＶＴＣを所定量減少し、次の第２の設定値に達するとさらに所定量減少するといったように、段階的に減少していく。なお、目標変化率ΔＴＧＶＴＣを減少することで、ストッパ６ｂ,８ａ相互が段段衝突しにくくなっていくので、カウント値が上限設定値（例えば２５０回程度）に達するまでは、カウント値（累積衝突回数推定値）の増大量に対する目標変化率ΔＴＧＶＴＣの減少量を大きくするが、前記上限設定値に達すると、それ以上は目標変化率ΔＴＧＶＴＣを減少させないようにする。
【００２７】
図６は、上記のように設定された目標変化率用いて、回転位相を制御するルーチンのフローチャートを示す。
ステップ１１では、エンジン回転速度Ｎｅ及び負荷（例えば基本燃料噴射量Ｔｐ）を読み込む。
ステップ１２では、前記エンジン回転速度Ｎｅ及び負荷に基づいて、基本目標回転位相ＢＴＧＶＴＣを算出する。該基本目標回転位相ＢＴＧＶＴＣは、エンジン回転速度Ｎｅ及び負荷で定まる機関運転状態が定常状態であるときに対応した目標回転位相である。
【００２８】
ステップ１３では、前記目標変化率ΔＴＧＶＴＣを読み込む。
ステップ１４では、前記基本目標回転位相ＢＴＧＶＴＣと前回算出された最終的な目標回転位相ＴＧＶＴＣoldとの偏差ΔＶＴＣが、前記目標変化率ΔＴＧＶＴＣを超えているか否かを判定する。
ステップ１４で、偏差ΔＶＴＣが目標変化率ΔＴＧＶＴＣを超えていると判定されたときは、ステップ１５へ進み、今回の目標回転位相ＴＧＶＴＣを、前回の目標回転位相ＴＧＶＴＣoldに、前記目標変化率ΔＴＧＶＴＣを加算した値として算出する。
【００２９】
一方、ステップ１４で、偏差ΔＶＴＣが目標変化率ΔＴＧＶＴＣ以下と判定されたときは、ステップ１６でステップ１１で設定された基本目標回転位相ＢＴＧＶＴＣを、今回の目標回転位相ＴＧＶＴＣとして設定する。
このようにして最終的に設定された目標回転位相ＴＧＶＴＣと実回転位相ＲＶＴＣとに基づいて、ＰＩＤ制御等により前記電磁ブレーキ１３の通電をデューティ制御する。
【００３０】
このようにすれば、図７に示すように、目標回転位相の変化率が目標変化率ΔＴＧＶＴＣ以下に制限され、該目標変化率ΔＴＧＶＴＣは、ストッパ衝突回数の推定累積値の増大に応じて徐々に減少されるので、オーバーシュートが抑制されてストッパの衝突頻度や衝突速度が徐々に減少する。これにより、製造バラツキがあってもストッパの衝突頻度や衝突速度が所定の頻度、速度に落ち着くように学習され、衝突音低減と制御応答性とを両立できる。
【００３１】
また、ストッパの累積衝突回数が、使用開始後一定期間以内で所定値を超えないようにすることができ、ストッパの寿命を確保できるという効果も得られる。本発明の別の実施形態として、一定時間当たりのストッパ衝突回数つまり衝突頻度を逐次推定し、該衝突頻度に応じて目標変化率を設定するように構成することもでき、このものでは運転中の条件変化等にも応じた衝突しやすさを監視しつつリアルタイムで衝突音が低減される。これに対し、前記累積値で学習するものでは、学習後は運転開始当初から安定した制御応答性と衝突音低減効果を得られる。
【００３２】
また、前記基本目標回転位相ＢＴＧＶＴＣあるいは実回転位相ＲＶＴＣが、前記ストッパ６ｂ,８ａ相互が当接する最大進角位置から大きく離れた位置にあって直ぐにストッパに衝突することがないときには、前記目標変化率より大きく設定された変化率で回転位相を変化させるようにして、応答性を高めるような構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における可変バルブタイミング装置の断面図及び一部側面図。
【図２】同上可変バルブタイミング装置の機能を明瞭にした概略構成を示す断面図。
【図３】同上可変バルブタイミング装置のストッパ形成部分を示す斜視図。
【図４】実施の形態におけるカム軸回転位相の目標変化率を設定するルーチンのフローチャート。
【図５】実施の形態におけるカム軸回転位相の目標変化率を検索するマップテーブル。
【図６】実施の形態におけるカム軸の目標回転位相を設定するルーチンのフローチャート。
【図７】本発明の作用・効果を、従来と比較して示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…カム軸
６ｂ…ストッパ
８ａ…ストッパ
１３…電磁ブレーキ
２１…カムセンサ
２２…コントロールユニット
２４…クランク角センサ
【図１】
0003873662.tif 000002
【図２】
0003873662.tif 000003
【図３】
0003873662.tif 000004
【図４】
0003873662.tif 000005
【図５】
0003873662.tif 000006
【図６】
0003873662.tif 000007
【図７】
0003873662.tif 000008