(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁ブレーキに通電される電流値のデューティ制御によって、該電磁ブレーキの摩擦制動力を制御することで、カム軸のクランク軸に対する回転位相を変化させてエンジンのバルブタイミングを可変制御する構成を有した可変バルブタイミング装置の制御装置において、
前記回転位相の目標値に基づいて基本的なデューティ値を設定すると共に、
前記制動力を増加させて前記回転位相を一方向に変化させるときは正のヒスデューティ値を、前記制動力を減少させて前記回転位相を他方向に変化させるときは負のヒスデューティ値を、それぞれカム軸の回転の粘性抵抗に見合うように算出し、
前記基本的なデューティ値とヒスデューティ値とを加算して算出されるデューティ値に基づく前記電磁ブレーキの制動力制御によって前記回転位相を変化させるときに、該回転位相の変化率を制限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】
前記回転位相の目標値の最大変化量を設定することにより、回転位相の変化率を制限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】
吸・排気弁のバルブオーバラップ量が増大する方向に変化するときは、該バルブオーバラップ量が減少する方向に変化するときより、前記回転位相の変化率の制限を強くすることを特徴とする請求項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】
エンジン回転速度が低いときは、エンジン回転速度が高いときより、前記回転位相の変化率の制限を強くすることを特徴とする請求項２または請求項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】
前記回転位相の目標値を、エンジン回転速度とエンジン負荷に基づいて設定す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、電磁ブレーキを用いてクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることにより、エンジンの吸・排気弁のバルブタイミングを可変制御する構成の可変バルブタイミング装置に関し、特に安定性向上を図る技術に関する。
【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遅延を制御することで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させて、エンジンの吸・排気弁のバルブタイミングを可変制御する構成の可変バルブタイミング装置が知られている（特開平１０−１５３１０４号公報参照）。
【０００３】
前記可変バルブタイミング装置においては、例えば、目標の回転位相（目標角度）とエンジン回転速度とから電磁ブレーキの基本制御量を演算する一方、目標の回転位相と実際の回転位相との偏差からフィードバック制御量を演算し、前記基本制御量及びフィードバック制御量から最終的な制御量（例えばデューティ制御量）を求めて、該制御量で電磁ブレーキを構成する電磁コイルに流れる電流を制御するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電磁ブレーキ制御による可変バルブタイミング装置は、油圧制御による可変バルブタイミング装置などに比較すると、応答性が高いため、目標角度の変化が大きいと、実角度（回転位相）も急激に変化し、運転性に急激な変化が生じ、エンストを生じる可能性があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電磁ブレーキ制御による可変バルブタイミング装置において、バルブタイミングの急激な変化を抑制し、安定した運転性を確保でき、エンストの発生を防止できるようにした可変バルブタイミング装置の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、
電磁ブレーキに通電される電流値のデューティ制御によって、該電磁ブレーキの摩擦制動力を制御することで、カム軸のクランク軸に対する回転位相を変化させてエンジンのバルブタイミングを可変制御する構成を有した可変バルブタイミング装置の制御装置において、
前記回転位相の目標値に基づいて基本的なデューティ値を設定すると共に、
前記制動力を増加させて前記回転位相を一方向に変化させるときは正のヒスデューティ値を、前記制動力を減少させて前記回転位相を他方向に変化させるときは負のヒスデューティ値を、それぞれカム軸の回転の粘性抵抗に見合うように算出し、
前記基本的なデューティ値とヒスデューティ値とを加算して算出されるデューティ値に基づく前記電磁ブレーキの制動力制御によって前記回転位相を変化させるときに、該回転位相の変化率を制限することを特徴とする。
【０００７】
請求項1に係る発明によると、回転位相の目標値が大きく変化した場合でも、実際に制御される回転位相の変化率が制限されることにより、バルブタイミングの急激な変化が抑制される。ここで、エンジン回転速度が低いときほど、一般にエンジン温度が低く、かつ潤滑油供給量が減少して、カム軸の進遅角方向回転の粘性抵抗が大きくなるので、それに見合って大きなヒスデューティ値が設定される。そして、制動力を増加させて回転位相を一方向に変化させるときは正のヒスデューティ値を、制動力を減少させて回転位相を他方向に変化させるときは負のヒスデューティ値を設定する。これにより、カム軸の回転の粘性抵抗を考慮しながら、急激な運転性の変化が抑制され、エンストの発生を防止できる。また、請求項2に係る発明は、前記回転位相の目標値の最大変化量を設定することにより、回転位相の変化率を制限することを特徴とする。
【０００８】
エンジン運転状態に応じて設定される回転位相の目標値が大きく変化しても、前記最大変化量を設定して目標値の変化を最大変化量以下に制限することにより、回転位相の変化率を容易に制限できる。
また、請求項3に係る発明は、
吸・排気弁のバルブオーバラップ量が増大する方向に変化するときは、該バルブオーバラップ量が減少する方向に変化するときより、前記回転位相の変化率の制限を強くすることを特徴とする。
【０００９】
バルブタイミングの変化による運転性への影響は、吸・排気弁のバルブオーバラップ量が増大して内部ＥＧＲが増大することによるトルクダウンの影響が大きい。
そこで、請求項3に係る発明によると、吸・排気弁のバルブオーバラップ量が増大する方向に変化するときは、該バルブオーバラップ量が減少する方向に変化するときより、前記回転位相の変化率の制限を強くする。例えば回転位相目標値の最大変化量を小さい値に設定することで、トルクダウンひいてはエンストの発生を効果的に抑制することができる。
【００１０】
一方、吸・排気弁のバルブオーバラップ量が減少する方向に変化するときは、内部ＥＧＲ量は減少する方向であるため、バルブオーバラップ量が増大する方向に変化するときよりは運転性の変化が小さいので、回転位相の変化率の制限を相対的に弱くして、応答性を確保する。
また、請求項4に係る発明は、
エンジン回転速度が低いときは、エンジン回転速度が高いときより、前記回転位相の変化率の制限を強くすることを特徴とする。
【００１１】
請求項4に係る発明によると、
エンジン回転速度が低いときは、内部ＥＧＲ量変化による運転性変化の影響を受けやすいので、前記回転位相の変化率の制限を強くすることにより、運転性の急激な変化を効果的に抑制して、エンスト発生を確実に防止し、エンジン回転速度が高いときは、比較的内部ＥＧＲ量変化による運転性変化の影響を受けにくいので、回転位相の変化率の制限を相対的に弱くして、応答性を確保する。
【００１２】
また、請求項5に係る発明は、
前記回転位相の目標値を、エンジン回転速度とエンジン負荷に基づいて設定することを特徴とする。
請求項5に係る発明によると、
回転位相の目標値を、エンジン回転速度とエンジン負荷に基づいて設定することで、バルブタイミングをエンジン運転状態に応じて最適に制御できる。
【００１３】
【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図であり、図２は、分解斜視図である。
図１及び図２に示す可変バルブタイミング装置１において、シリンダヘッド１２０に対して回転可能に支持されるカム軸１１０の端部１１１の軸周に回転可能にプーリ（又はスプロケット）２が支承される。プーリ２はカム軸１１０に対して相対回転可能に支承され、図示しないエンジンのクランク軸の回転に連動して回転する。
【００１４】
カム軸１１０の端部１１１の延長線上には、軸周にギヤが形成される伝達部材３がボルト３１により固定され、プーリ２の回転が、以下に説明する伝達機構を介して伝達部材３に伝えられる。
カム軸１１０と同軸に、フランジを有する筒状のドラム４１が設けられ、このドラム４１とプーリ２との間には、ドラム４１の回転位相を進ませる方向に付勢するコイルばね４２が介装されている。即ち、プーリ２にはケース部材４４が固定され、コイルばね４２の外周側端部は、このケース部材４４の内周面部分に固定され、コイルばね４２の内周側端部は、ドラム４１の外周面に固定されている。
【００１５】
また、伝達部材３の軸周に形成されたギア３２と、筒状のピストン部材４３の内周に形成されたギア４３３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。
ピストン部材４３の外周面の対向する２箇所に、係合部４３１，４３１が突出形成されていて、プーリ２の回転中心部分からカム軸１１０の軸方向に延出している爪部材２１，２１の間に前記係合部４３１，４３１が係合している。この係合によりピストン部材４３とプーリ２とは同位相で回転する。
【００１６】
ピストン部材４３の前記係合部４３１，４３１には、ピストン部材４３の軸を中心とする雄ねじ４３２が各々形成され、ドラム４１の内周面には雌ねじ４１１が形成されていて、この両者はねじ作用により噛み合っている。
ドラム軸受部材４５は、伝達部材３の外周とドラム４１の内周との間に介装され、この両者の相対回転を軸受する。このドラム軸受部材４５とドラム４１の内周面との間には、爪受部材７ａが介装されている。
【００１７】
この爪受部材７ａはドラム４１の内周面に支持され、爪部材２１，２１の先端部の外周面側に形成されている段部２２，２２に当接して、カム軸１１０の径方向に爪部材２１，２１を係止している。
被吸引部材４６は、その回転中心部分に内歯の平ギヤ４６１が形成され、このギヤ４６１には、伝達部材３の先端部に形成されている平ギヤ３３に噛み合っている。これにより、被吸引部材４６は伝達部材３に対し、その軸方向に摺動可能に構成されると共に、被吸引部材４６と伝達部材３とは同位相で回転する。
【００１８】
ドラム４１のフランジ部分４１２の側面にはギア４１３が形成され、被吸引部材４６の一方の面４６２に形成されているギア４６３と対峙していて、この両ギアは噛み合うことで、ドラム４１と被吸引部材４６とが回転方向に係合するようにしてある。
第１の電磁ソレノイド５ｂと第２の電磁ソレノイド５ａは、カム軸１１０の軸芯線を囲むように、カム軸１１０の端部１１１に固定されている伝達部材３や、この伝達部材３を固定しているボルト３１の外周面を囲むように軸受部材６を介して配置されている。
【００１９】
すなわち、スペーサ部材４７が、ボルト３１の頭部３１１と伝達部材３の先端部との間に嵌合固定されていて、このスペーサ部材４７の外周側には、第２の電磁ソレノイド５ａがスペーサ部材４７との間に軸受部材６を介して配置されている。さらに第２の電磁ソレノイド５ａと被吸引部材４６の外周側には、電磁ブレーキを構成する第１の電磁ソレノイド５ｂが配置されている。第２の電磁ソレノイド５ａはボルト５１ａにより、ケース８に固定されている。
【００２０】
次に作用について説明する。
カム軸１１０の回転位相を進角側に変更するためには、第１の電磁ソレノイド５ｂが発生する磁界によりピストン部材４３をカム軸１１０の軸方向に移動することにより行う。
すなわち、まず、第２の電磁ソレノイド５ａの発生磁界により、被吸引部材４６が吸引されて、被吸引部材４６のギア４６３と、ドラム４１のギア４１３とが離れ、ドラム４１がプーリ２に対して相対的に回転できるようにする。
【００２１】
そして、第１の電磁ソレノイド５ｂの発生磁界により、ドラム４１を吸引することで、ドラム４１を第１の電磁ソレノイド５ｂの端面に押し付けて、摩擦制動を作用させる。これにより、ドラム４１はコイルばね４２の付勢力に抗してプーリ２に対して回転遅れを生じて相対回転し、ねじ４１１とねじ４３２とで噛み合っているピストン部材４３はカム軸１１０の軸方向に移動する。ピストン部材４３と伝達部材３とは前記のヘリカル機構により噛み合っているので、ピストン部材４３の移動により、伝達部材３引いてはカム軸１１０の回転位相がプーリ２に対して進角側に変わることになる。従って、第１の電磁ソレノイド５ｂへの電流値を増大させ、コイルばね４２の付勢力に抗する制動力（滑り摩擦）を増大させるほど、カム軸１１０の回転位相が進角側に変更されることになる。
【００２２】
上記のように、電磁ブレーキによる制動力に応じて決まるドラム４１の回転遅れ量によってカム軸１１０の回転位相がプーリ２（クランク軸）に対して変わるものであり、前記電磁ブレーキによる制動力は、第１の電磁ソレノイド５ｂに供給される電流値をデューティ制御することで制御されるようになっており、前記デューティ比を変化させることで、回転位相の変化量（進角量）を連続的に制御できる。尚、電磁ブレーキの制御量に相当するデューティ値（％）の増大に応じて、前記第１の電磁ソレノイド５ｂに供給される電流値が増大するものとする。
【００２３】
図３は、上記構成の可変バルブタイミング装置の制御系を示すブロック図であり、前記第１の電磁ソレノイド５ｂ及び第２の電磁ソレノイド５ａへの通電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５１１には、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータ５１２、クランク回転を検出するクランク角センサ５１３、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ５１４、外気温度を検出する外気温度センサ５１５、カム回転を検出するカムセンサ５１６等からの検出信号が入力される。
【００２４】
そして、前記コントロールユニット５１１は、第１の電磁ソレノイド５ｂの通電をデューティ制御してカム軸１１０の回転位相を変化させ、目標回転位相に一致すると、第２の電磁ソレノイド５ａへの通電を遮断することで、被吸引部材４６のギア４６３と、ドラム４１のギア４１３とを噛み合わせ、ドラム４１をプーリ２に対してそのときの位相状態で固定し、第１の電磁ソレノイド５ｂへの通電を遮断する。
【００２５】
以下に、本発明に係る回転位相変化率の制限機能を備えた前記デューティ制御について説明する。なお、前記可変バルブタイミング装置を吸気弁のバルブタイミングを制御するものに適用した場合について説明する。なお、吸気弁のバルブタイミングを進角方向に制御する場合に目標角度が増大するものとする。
図４は、上記デューティ制御の第1実施形態のフローチャートを示す。
【００２６】
図４において、Ｓ１では、吸入空気量、エンジン回転速度などのエンジン運転条件を読み込む。
尚、エンジン回転速度は、前記クランク角センサ５１３からの検出信号に基づいて算出される。
Ｓ２では、基本燃料噴射量Ｔｐ等のエンジン負荷及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、回転位相の基本目標値（基本目標角度）を決定する。
【００２７】
Ｓ３では、このルーチンの１ジョブ周期（例えば１０ｍｓ）における前記カムセンサ５１５からの検出信号Ｒｅｆの出力数をカウントする。該出力数はエンジン回転速度Ｎｅに比例する。
Ｓ４では、前記基本目標角度の変化方向に基づいて、バルブタイミングの制御方向を判定する。
【００２８】
Ｓ４で、吸気弁のバルブタイミングが進角方向に制御されると判定されたときは、Ｓ５へ進んで目標角度の最大変化量である目標角度変化率制限値を次式のように算出する。
目標角度変化率制限値＝進角側目標角度変化率制限値×Ｒｅｆカウント値
ここで、進角側目標角度変化率制限値は、進角方向制御に応じて設定された固定値であり、この値にエンジン回転速度に比例するＲｅｆカウント値を乗じて目標角度変化率制限値が算出される。
【００２９】
Ｓ４で、吸気弁のバルブタイミングが遅角方向に制御されると判定されたときは、Ｓ６へ進んで目標角度変化率制限値を次式のように算出する。
目標角度変化率制限値＝遅角側目標角度変化率制限値×Ｒｅｆカウント値
ここで、遅角側目標角度変化率制限値は、遅角方向制御に応じて設定された固定値であるが、前記進角側目標角度変化率制限値より大きな値に設定されている。
【００３０】
次いで、Ｓ７へ進み、今回Ｓ２で設定された基本目標角度と前回最終的に設定された目標角度との偏差（絶対値）が、上記のように算出された目標角度変化率制限値より大きいか否かを判定する。
Ｓ７の判定で、前記偏差が目標角度変化率制限値より大きいと判定された場合は、Ｓ８へ進んでＳ４と同様にして再度バルブタイミングの制御方向を判定する。
【００３１】
そして、進角方向の制御と判定されたときはＳ９へ進み、前回最終的に設定された目標角度に、前記Ｓ５で算出された進角方向制御用の目標角度変化率制限値を加算して最終的な目標角度を算出する。
また、Ｓ８で遅角方向の制御と判定されたときはＳ１０へ進み、目標角度を前回最終的に設定された目標角度から前記Ｓ６で算出された遅角方向制御用の目標角度変化率制限値を減算して最終的な目標角度を算出する。
【００３２】
また、Ｓ７で前記偏差が目標角度変化率制限値以下と判定された場合は、Ｓ11へ進み、最終的な目標角度をＳ２で設定された基本目標角度とする。
次いでＳ１２へ進み、前記目標角度に基づいて、前記第２の電磁ソレノイド５ａの通電を制御する基本デューティ値（基本制御量）を記憶した基本デューティマップから基本デューティ値を検索する。
【００３３】
Ｓ１３では、エンジン回転速度に基づいて、テーブルからヒスデューティ値を演算する。該ヒスデューティ値は、エンジン回転速度が低いときほど、一般にエンジン温度が低く、かつ潤滑油供給量が減少して、カム軸の進遅角方向回転の粘性抵抗が大きくなるので、それに見合って大きなヒスデューティ値となるように設定されている。そして、進角方向制御時は、正のヒスデューティ値を設定し、遅角方向制御時は、負のヒスデューティ値を設定する。
【００３４】
Ｓ１４では、フィードバックデューティ値をＰＩＤ（比例・積分・微分）動作により演算する。
Ｓ１５では、前記基本デューティ値、フィードバックデューティ値、ヒスデューティ値を加算して、最終的なデューティ値を算出し、次のＳ１６で前記デューティ値に基づき第１の電磁ソレノイド５ｂへの通電を制御する。
【００３５】
このようにすれば、エンジン運転状態に応じて設定される目標角度（基本目標角度）の変化量が大きいときは、目標角度変化率制限値により目標角度の変化量が制限されるため、急激な運転性の変化を抑制できエンストの発生を防止できる。
また、バルブタイミング変化による運転性変化の影響が比較的大きい進角方向制御時及びエンジン回転低速時は、目標角度変化率制限値をより小さくして上記運転性変化の抑制機能を確保し、バルブタイミング変化による運転性変化の影響が比較的小さい遅角方向制御時及びエンジン回転高速時は、目標角度変化率制限値を比較的大きくすることにより、応答性を確保できる。
【００３６】
図５は、上記デューティ制御の第２実施形態のフローチャートを示す。
図４の第１実施形態との相違は、Ｓ２３で図６に示すようなテーブルからエンジン回転速度に応じた係数ａを検索して設定し、Ｓ２５，Ｓ２６で目標角度変化率制限値を算出する際に、進角側目標角度変化率制限値又は遅角側目標角度変化率制限値に前記係数ａを乗じて設定する点であり、エンジン回転速度により適合して目標角度の変化率を制限することができる。
【００３７】
また、可変バルブタイミング装置として、排気弁のバルブタイミングを制御するものを適用した場合には、排気弁のバルブタイミングを遅角方向に制御したときにバルブオーバラップ量が増大するので、前記遅角側目標角度変化率制限値の方を進角側目標角度変化率制限値より大きい値に設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における可変バルブタイミング装置の断面図。
【図２】同上実施形態における可変バルブタイミング装置の分解斜視図。
【図３】同上実施形態における可変バルブタイミング装置のブロック図。
【図４】第1実施形態における位相制御を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態における位相制御を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態で用いる係数ａを設定したテーブル
【符号の説明】
１…可変バルブタイミング装置
２…プーリ
３…伝達部材
５ａ…第２の電磁ソレノイド
５ｂ…第１の電磁ソレノイド
４１…ドラム
４２…コイルバネ
４３…ピストン部材
４６…被吸引部材
１１０…カム軸
１２０…シリンダヘッド
５１１…コントロールユニット
５１２…エアフローメータ
５１３…クランク角センサ
５１６…カムセンサ
【図１】
0003961237.tif 000002
【図２】
0003961237.tif 000003
【図３】
0003961237.tif 000004
【図４】
0003961237.tif 000005
【図５】
0003961237.tif 000006
【図６】
0003961237.tif 000007