(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の駆動軸から吸気バルブまたは排気バルブの少なくともいずれか一方を開閉する従動軸に駆動力を伝達する駆動力伝達系に設けられ、前記駆動軸または前記従動軸のいずれか一方を所定角度範囲内で相対回転自在なバルブタイミング制御機構と、
前記バルブタイミング制御機構に供給される油圧を調整するスプールバルブと、
前記駆動軸の回転角を検出する駆動軸回転角検出手段と、
前記従動軸の回転角を検出する従動軸回転角検出手段と、
前記駆動軸回転角検出手段で検出された前記駆動軸の回転角と前記従動軸回転角検出手段で検出された前記従動軸の回転角との位相差である相対回転角を算出する相対回転角演算手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記駆動軸の回転角と前記従動軸の回転角との目標とする位相差である目標相対回転角を算出する目標相対回転角演算手段と、
前記相対回転角演算手段で算出された前記相対回転角と前記目標相対回転角演算手段で算出された前記目標相対回転角との偏差に応じて制御回転角を算出し、前記スプールバルブのリニアソレノイドに供給する電流を、前記制御回転角に基づいて算出された基本制御電流に制御して、前記バルブタイミング制御機構により前記駆動軸または前記従動軸を相対回転する相対回転角制御手段と、
前記相対回転角制御手段で算出された前記制御回転角に対して所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分を設定し、前記リニアソレノイドに供給する電流として、前記基本制御電流に前記所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分のディザ信号を重畳し補正する制御回転角補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態、前記相対回転角、前記制御回転角のうち少なくとも１つに基づき前記補正回転角における振幅変動の大きさを設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用バルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの少なくともいずれか一方の開閉タイミングを運転状態に応じて変更自在な内燃機関用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】
従来、内燃機関用バルブタイミング制御装置に関連する先行技術文献としては、特開平７−１１９８０号公報にて開示されたものが知られている。
【０００３】
このものでは、内燃機関の潤滑油を利用して油圧で駆動されるバルブタイミング制御機構を利用したバルブタイミング調整のフィードバック制御において、進角側では学習値を反映させ、遅角側ではデューティ値を採用することで、学習時間の短縮と同時に、製造上のばらつきに影響されず、正確なバルブタイミング調整を実行させる技術が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の潤滑油を利用して油圧で駆動されるバルブタイミング制御機構において、所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときには静摩擦等の影響によるヒステリシス現象が起きるため、正確なバルブタイミング調整を実行しようとしても所望の制御回転角に到達しないという不具合があった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、静摩擦等の影響を受けることなく正確なバルブタイミング調整が実行できる内燃機関用バルブタイミング制御装置の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関用バルブタイミング制御装置によれば、相対回転角制御手段で算出された制御回転角に対して、制御回転角補正手段により所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分が重畳される。そして、補正回転角分が重畳された制御回転角を用いることで、アクチュエータに対する制御デューティ比が常に微小変動され、バルブタイミング制御機構に対して強制的な微小振動が与えられる。具体的には、前記バルブタイミング制御機構に供給される油圧を調整するスプールバルブの駆動軸と従動軸との位相差である相対回転角と目標相対回転角との偏差である制御回転角に対してリニアソレノイドに供給する基本制御電流を設定し、前記基本制御電流に対して前記所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分のディザ信号を重畳して補正する。すると、バルブタイミング制御機構において所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときに、摩擦変動等により生じるヒステリシス現象による制御回転角誤差を解消することができる。このため、制御デューティ比の変更に対応したバルブタイミング制御機構のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができるという効果が得られる。
【０００７】
請求項２の内燃機関用バルブタイミング制御装置では、バルブタイミング制御機構に対する制御回転角に重畳される補正回転角における振幅変動の大きさが内燃機関の運転状態や相対回転角や制御回転角に基づき設定される。つまり、各種制御条件の変化に対応した補正回転角が制御回転角に重畳されることでバルブタイミング変更の際の制御回転角誤差を適切に解消することができる。これにより、制御デューティ比の変更に対応したＶＶＴ５０のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができるという効果が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置を適用したダブルオーバヘッドカム式内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１０】
図１において、１０は内燃機関であり、内燃機関１０の駆動軸としてのクランクシャフト１１からチェーン１２を介して一対のチェーンスプロケット１３，１４に駆動力が伝達される。このクランクシャフト１１と同期して回転される一対のチェーンスプロケット１３，１４には従動軸としての一対のカムシャフト１５，１６が配設され、これらのカムシャフト１５，１６によって図示しない吸気バルブ及び排気バルブが開閉駆動される。
【００１１】
クランクシャフト１１にはクランクポジションセンサ２１、カムシャフト１５にはカムポジションセンサ２２がそれぞれ配設されている。このクランクポジションセンサ２１から出力されるパルス信号θ1 及びカムポジションセンサ２２から出力されるパルス信号θ2 はＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御装置）３０に入力される。
【００１２】
なお、ＥＣＵ３０は、周知の中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。
【００１３】
ＥＣＵ３０には、これらの信号の他に内燃機関１０の運転状態に対応するエアフローメータ（図示略）からの単位機関回転数当たりの吸気量（吸入空気量）ＧＮ、水温センサ（図示略）からの冷却水温ＴＨＷ等の各種センサ信号が入力されており、後述のクランクシャフト１１に対するカムシャフト１５の相対回転角ＶＴ及び目標相対回転角ＶＴＴが算出される。そして、ＥＣＵ３０からの駆動信号によりスプールバルブ４０のリニアソレノイド４１がＤuty(デューティ比）制御され、油タンク４５内の油がポンプ４６により供給油通路４７を通って一方のカムシャフト１５に設けられたバルブタイミング制御機構（Variable Valve Timming Control Mechanism: 以下、単に『ＶＶＴ』と記す；図１の斜線部）５０に圧送される。このＶＶＴ５０に供給される油の油量が調整されることで、カムシャフト１５がチェーンスプロケット１３、即ち、クランクシャフト１１に対し所定の位相差を有して回転自在であり、カムシャフト１５が目標相対回転角ＶＴＴに設定可能である。なお、ＶＶＴ５０からの油は排出油通路４８を通って油タンク４５内に戻される。
【００１４】
ここで、クランクシャフト１１が１回転してクランクポジションセンサ２１からのパルス数がＮ個発生するとき、カムシャフト１５の１回転でカムポジションセンサ２２からのパルス数がＮ個発生するようにする。また、カムシャフト１５のタイミング変換角最大値をθmax °ＣＡ（クランク角）とすると、Ｎ＜（３６０／θmax ）となるようにパルス数Ｎを設定する。これによって、相対回転角ＶＴの算出時、クランクポジションセンサ２１のパルス信号θ1 と、このパルス信号θ1 の次に続いて発生するカムポジションセンサ２２のパルス信号θ2 とを使用することができる。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵ３０の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図３及び図４のマップを参照して説明する。ここで、図３は機関回転数Ｎｅと吸気量ＧＮとから目標相対回転角ＶＴＴを算出するマップであり、図４は相対回転角偏差に対する基本制御電流ＩBCを算出するマップである。なお、このルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００１６】
図２において、まず、ステップＳ１０１でＶＶＴ５０に対する実行条件が成立しているかが判定される。ここでは、内燃機関１０の始動後における機関回転数Ｎｅが所定機関回転数、例えば、５００ｒｐｍ未満、冷却水温ＴＨＷが所定温度、例えば、０℃未満のときＶＶＴ５０に対する実行条件が不成立であるとされる。即ち、機関回転数Ｎｅが５００ｒｐｍ未満では内燃機関１０が未だ始動後経過時間が少なく安定したアイドル運転状態になく、冷却水温ＴＨＷが０℃未満ではＶＶＴ５０を駆動する油温も同様に低いと推定できその粘性が高過ぎると思われるからである。
【００１７】
ステップＳ１０１の判定条件が成立するときには、ステップＳ１０２に移行し、各種センサ信号としてクランクポジションセンサ２１の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ２２の出力信号θ2 、更に、内燃機関１０の運転状態を表すパラメータとしての機関回転数Ｎｅ及び吸気量ＧＮ等が読込まれる。次にステップＳ１０３に移行して、ステップＳ１０２で読込まれたクランクポジションセンサ２１の出力信号θ1 及びカムポジションセンサ２２の出力信号θ2 からクランクシャフト１１に対するカムシャフト１５の現在の位相差である相対回転角ＶＴ（＝θ1 −θ2 ）が算出される。
【００１８】
次にステップＳ１０４に移行して、ステップＳ１０２で読込まれた機関回転数Ｎｅ及び吸気量ＧＮに基づき、図３に示すマップから現在の目標位相差である目標相対回転角ＶＴＴが算出される。次にステップＳ１０５に移行して、ステップＳ１０３で算出された相対回転角ＶＴとステップＳ１０４で算出された目標相対回転角ＶＴＴとの相対回転角偏差（ＶＴＴ−ＶＴ）に基づき、図４に示すマップからＯＣＶ（Oil-flow Control Valve）としてのスプールバルブ４０のリニアソレノイド４１に供給する基本制御電流ＩBCが算出される。
【００１９】
次にステップＳ１０６に移行して、後述するようなディザ（dither）信号が設定される。次にステップＳ１０７に移行して、ステップＳ１０５で算出された基本制御電流ＩBCにステップＳ１０６で設定されたディザ信号が重畳され、最終的にＶＶＴ５０を制御するための制御電流Ｉｃが算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立しないときには、ステップＳ１０８に移行し、ＶＶＴ５０に対する制御電流ＩｃがＯＦＦとされ、ＶＶＴ５０が最も遅角側に保持されたまま、本ルーチンを終了する。
【００２０】
図５は上述のルーチンのステップＳ１０６で設定されるディザ信号を示す説明図である。
【００２１】
このディザ信号とは、図５に＋（プラス：加算）側設定値及び−（マイナス：減算）側設定値として変動量を示すような、比較的高い周波数（数十〜数百Ｈｚ）の信号（図５に実線で示す）のことであり、基本制御電流ＩBC（図５に破線で示す）に重畳することにより、元の電流値に対して微小振動を起こさせるものである。このように、上述のルーチンのステップＳ１０７で基本制御電流ＩBCにディザ信号が重畳された制御電流Ｉｃによれば、リニアソレノイド４１に対する制御デューティ比が常に微小変動されるため、結果的に、ＶＶＴ５０に対して強制的な微小振動が与えられることとなる。すると、ＶＶＴ５０において所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときに、摩擦変動等により生じるヒステリシス現象による制御回転角誤差を解消することができる。これにより、制御デューティ比の変更に対応したＶＶＴ５０のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができる。
【００２２】
次に、ディザ信号の設定について具体的に説明する。
【００２３】
まず、図６のマップを用いて、ディザ信号を現在の運転状態に応じて設定する場合を説明する。図６（ａ）のマップにより機関回転数Ｎｅ〔ｒｐｍ〕に対する基本ディザ信号ＤB1が算出される。図６（ａ）のマップに示すように、運転状態としての機関回転数Ｎｅが所定回転数より低いときには発生される油圧も低くくなるため、基本ディザ信号ＤB1が機関回転数Ｎｅの低回転側となるに連れて中央値に対する＋側設定値及び−側設定値が徐々に大きくされ、静摩擦に打勝つようにされる。また、図６（ｂ）のマップにより冷却水温ＴＨＷ〔℃〕に対する補正係数Ｋ1 が算出される。図６（ｂ）のマップに示すように、運転状態としての冷却水温ＴＨＷが低いほど油温が低く粘性が高くなり抵抗が大きくなるため、基本ディザ信号ＤB1に対する補正係数Ｋ1 が冷却水温ＴＨＷが低くなるに連れて１．０から徐々に大きくされる。そして、基本ディザ信号ＤB1に補正係数Ｋ1 が乗算されることで、現在の運転状態に応じたディザ信号が設定され、所要制御時間の短縮及び制御回転角に対する位置決め精度が向上される。
【００２４】
次に、図７のマップを用いて、ディザ信号を現在の相対回転角ＶＴに応じて設定する場合を説明する。図７（ａ）のマップにより相対回転角ＶＴに対する基本ディザ信号ＤB2が算出される。図７（ａ）のマップに示すように、相対回転角ＶＴが所定回転角より小さいときには遅角側に徐々に大きくされ、逆に所定回転角より大きいときには進角側に徐々に大きくされ、静摩擦に打勝つようにされる。更に、この基本ディザ信号ＤB2に対する補正係数として、図６（ｂ）と同様な、図７（ｂ）のマップにより冷却水温ＴＨＷ〔℃〕に対する補正係数Ｋ1 が算出され、図７（ｃ）のマップにより機関回転数Ｎｅ〔ｒｐｍ〕に対する補正係数Ｋ2 が算出される。図７（ｃ）のマップに示すように、機関回転数Ｎｅに対する補正係数Ｋ2 が所定回転数より低くなるに連れて１．０より徐々に大きくされ、逆に所定回転数より高くなるに連れて１．０より小さくされ、油圧補正される。そして、基本ディザ信号ＤB2に補正係数Ｋ1 及び補正係数Ｋ2 が乗算されることで、現在の相対回転角ＶＴに応じたディザ信号が設定され、所要制御時間の短縮及び制御回転角に対する位置決め精度が向上される。
【００２５】
また、図８のマップを用いて、ディザ信号を現在の基本制御電流ＩBCに応じて設定する場合を説明する。図８（ａ）のマップにより基本制御電流ＩBCに対する基本ディザ信号ＤB3が算出される。図８（ａ）のマップに示すように、基本制御電流ＩBCが所定電流値範囲では進角側及び遅角側が大きくされ、静摩擦に打勝つようにされる。更に、この基本ディザ信号ＤB3に対する補正係数として、図６（ｂ）と同様な、図８（ｂ）のマップにより冷却水温ＴＨＷ〔℃〕に対する補正係数Ｋ1 が算出され、図７（ｃ）と同様な、図８（ｃ）のマップにより機関回転数Ｎｅ〔ｒｐｍ〕に対する補正係数Ｋ2 が算出される。そして、基本ディザ信号ＤB3に補正係数Ｋ1 及び補正係数Ｋ2 が乗算されることで、現在の基本制御電流ＩBCに応じたディザ信号が設定され、所要制御時間の短縮及び制御回転角に対する位置決め精度が向上される。
【００２６】
このように、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関１０の駆動軸としてのクランクシャフト１１から吸気バルブを開閉する従動軸としてのカムシャフト１５に駆動力を伝達するチェーン１２等からなる駆動力伝達系に設けられ、カムシャフト１５を所定角度範囲内で相対回転自在なＶＶＴ５０と、クランクシャフト１１の回転角θ1 を検出する駆動軸回転角検出手段としてのクランクポジションセンサ２１と、カムシャフト１５の回転角θ2 を検出する従動軸回転角検出手段としてのカムポジションセンサ２２と、クランクポジションセンサ２１で検出されたクランクシャフト１１の回転角θ1 とカムポジションセンサ２２で検出されたカムシャフト１５の回転角θ2 との位相差である相対回転角ＶＴを算出するＥＣＵ３０にて達成される相対回転角演算手段と、内燃機関１０の運転状態を表す機関回転数Ｎｅ及び吸気量ＧＮに応じてクランクシャフト１１の回転角とθ1 カムシャフト１５の回転角θ2 との目標とする位相差である目標相対回転角ＶＴＴを算出するＥＣＵ３０にて達成される目標相対回転角演算手段と、前記相対回転角演算手段で算出された相対回転角ＶＴと前記目標相対回転角演算手段で算出された目標相対回転角ＶＴＴとの偏差に応じてフィードバック補正される制御回転角に対応する基本制御電流ＩBCを算出し、ＶＶＴ５０によりカムシャフト１５を相対回転するＥＣＵ３０にて達成される相対回転角制御手段と、前記相対回転角制御手段で算出された制御回転角に対応する基本制御電流ＩBCに対して所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分に対応するディザ信号を設定し、基本制御電流ＩBCに重畳し補正するＥＣＵ３０にて達成される制御回転角補正手段とを具備するものである。
【００２７】
したがって、相対回転角制御手段を達成するＥＣＵ３０で算出された制御回転角に対応する基本制御電流ＩBCに対して、制御回転角補正手段を達成するＥＣＵ３０により所定周波数で微小振幅変動を与える補正回転角分に対応して設定されたディザ信号が重畳される。そして、基本制御電流ＩBCに対してディザ信号が重畳された制御電流Ｉｃを用いることで、リニアソレノイド４１に対する制御デューティ比が常に微小変動され、ＶＶＴ５０に対して強制的な微小振動が与えられる。すると、ＶＶＴ５０において所定の制御回転角から進角側または遅角側への駆動開始時や進角側方向から遅角側方向、または遅角側方向から進角側方向へとバルブタイミングが変更されるときに、摩擦変動等により生じるヒステリシス現象による制御回転角誤差を解消することができる。このため、制御デューティ比の変更に対応したＶＶＴ５０のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができる。
【００２８】
また、本実施例の内燃機関用バルブタイミング制御装置は、内燃機関１０の運転状態を表す機関回転数Ｎｅ及び冷却水温ＴＨＷ、相対回転角ＶＴ、制御回転角に対応する基本制御電流ＩBCのうち少なくとも１つに基づき補正回転角に対応するディザ信号における振幅変動の大きさを設定するものである。即ち、ＶＶＴ５０に対する内燃機関の運転状態において負荷となるパラメータや現在の相対回転角ＶＴや基本制御電流ＩBCに基づき補正回転角としてのディザ信号の振幅変動の大きさが設定される。つまり、各種制御条件の変化に対応したディザ信号が重畳されることでバルブタイミング変更の際の制御回転角誤差を適切に解消することができる。これにより、制御デューティ比の変更に対応したＶＶＴ５０のバルブタイミング変更時における進角量または遅角量を極めて正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】  図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で使用されているＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】  図３は図２における目標相対回転角を機関回転数と吸気量とから求めるマップである。
【図４】  図４は図２における基本制御電流を相対回転角偏差から求めるマップである。
【図５】  図５は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を示す説明図である。
【図６】  図６は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を現在の運転状態に応じて設定する説明図である。
【図７】  図７は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を現在の相対回転角に応じて設定する説明図である。
【図８】  図８は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関用バルブタイミング制御装置で用いられるディザ信号を現在の基本制御電流に応じて設定する説明図である。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１１  クランクシャフト（駆動軸）
１２  チェーン
１３  チェーンスプロケット
１５  カムシャフト（従動軸）
２１  クランクポジションセンサ
２２  カムポジションセンサ
３０  ＥＣＵ（電子制御装置）
４０  スプールバルブ
４１  リニアソレノイド
５０  ＶＶＴ（バルブタイミング制御機構）
【図１】
0004013274.tif 000002
【図２】
0004013274.tif 000003
【図３】
0004013274.tif 000004
【図４】
0004013274.tif 000005
【図５】
0004013274.tif 000006
【図６】
0004013274.tif 000007
【図７】
0004013274.tif 000008
【図８】
0004013274.tif 000009