JPH06280516A - 内燃機関における弁動作タイミング調整装置 - Google Patents
内燃機関における弁動作タイミング調整装置Info
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- JPH06280516A JPH06280516A JP5066898A JP6689893A JPH06280516A JP H06280516 A JPH06280516 A JP H06280516A JP 5066898 A JP5066898 A JP 5066898A JP 6689893 A JP6689893 A JP 6689893A JP H06280516 A JPH06280516 A JP H06280516A
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- 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
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- 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
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- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内燃機関における吸気弁等の動作時期を変え
るための弁動作タイミング調整装置に関し、アクチュエ
ータの動作変動を回避することにより制御性の向上を図
ることを目的とする。 【構成】 クランク軸,カム軸間に設けた部材を駆動さ
せて両軸間の位相角を変えることにより動弁時期を変え
る装置において、機関各部の状態を検知するための各種
センサ1と、センサからの検知信号を基に位相角の目標
値を決定する手段2と、センサからの検知信号を基に実
際値を計測する手段3と、位相角の偏差を算出する手段
4と、アクチュエータによる変動の影響のない領域から
設定された複数の制御値の中から制御値を選択出力する
制御手段5と、以前の制御による制御量を記憶する手段
6とを備え、制御手段は、上記偏差と、以前の制御量と
を基に現在の制御状態を判断し、現在の制御状態を基に
制御値を選択出力する。
るための弁動作タイミング調整装置に関し、アクチュエ
ータの動作変動を回避することにより制御性の向上を図
ることを目的とする。 【構成】 クランク軸,カム軸間に設けた部材を駆動さ
せて両軸間の位相角を変えることにより動弁時期を変え
る装置において、機関各部の状態を検知するための各種
センサ1と、センサからの検知信号を基に位相角の目標
値を決定する手段2と、センサからの検知信号を基に実
際値を計測する手段3と、位相角の偏差を算出する手段
4と、アクチュエータによる変動の影響のない領域から
設定された複数の制御値の中から制御値を選択出力する
制御手段5と、以前の制御による制御量を記憶する手段
6とを備え、制御手段は、上記偏差と、以前の制御量と
を基に現在の制御状態を判断し、現在の制御状態を基に
制御値を選択出力する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関における吸気
弁,排気弁の動作時期を変えるための弁動作タイミング
調整装置に関する。
弁,排気弁の動作時期を変えるための弁動作タイミング
調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術】弁動作タイミング調整装置(以下、「弁
動作調整装置」と略す)は、吸気弁,排気弁の動作時期
を早くしたり遅くしたりする進角制御のために用いられ
ている。係る装置は、クランク軸とカム軸との間に位相
調整部材が嵌合されており、通常、この位相調整部材を
油圧で摺動させることにより両軸間の回転位相を変化さ
せ、カム軸上のロータで駆動される吸気弁,排気弁の動
作時期を変化させている。またこの制御にはフィードバ
ック制御が用いられており、上記位相調整部材を摺動さ
せる油圧を調整するために油圧装置の電磁弁開度を制御
している。図2にその代表的な制御系を示す。
動作調整装置」と略す)は、吸気弁,排気弁の動作時期
を早くしたり遅くしたりする進角制御のために用いられ
ている。係る装置は、クランク軸とカム軸との間に位相
調整部材が嵌合されており、通常、この位相調整部材を
油圧で摺動させることにより両軸間の回転位相を変化さ
せ、カム軸上のロータで駆動される吸気弁,排気弁の動
作時期を変化させている。またこの制御にはフィードバ
ック制御が用いられており、上記位相調整部材を摺動さ
せる油圧を調整するために油圧装置の電磁弁開度を制御
している。図2にその代表的な制御系を示す。
【0003】図2(a)において101は一般的なコン
トローラ,102は油圧装置を示す制御対象である。こ
の制御系は、コントローラにおいて目標カム進角値rに
対する操作値uがデューティー値として生成され、油圧
装置の電磁弁に出力されることにより、最終的にクラン
ク軸とカム軸との間の位相が変わり、両軸間のカム進角
値yが出力される様子を示している。制御対象102
は、電磁弁開度が調節されることにより油圧装置内の作
動油量が調節されるので所謂積分要素を含んでいる。ま
た実験により入出力間に「むだ時間」が含まれることが
分かった。係る制御対象の動特性は「積分+むだ時間」
で近似できる。電磁弁の静特性も含めて制御対象を表す
と図2(b)のようになる。
トローラ,102は油圧装置を示す制御対象である。こ
の制御系は、コントローラにおいて目標カム進角値rに
対する操作値uがデューティー値として生成され、油圧
装置の電磁弁に出力されることにより、最終的にクラン
ク軸とカム軸との間の位相が変わり、両軸間のカム進角
値yが出力される様子を示している。制御対象102
は、電磁弁開度が調節されることにより油圧装置内の作
動油量が調節されるので所謂積分要素を含んでいる。ま
た実験により入出力間に「むだ時間」が含まれることが
分かった。係る制御対象の動特性は「積分+むだ時間」
で近似できる。電磁弁の静特性も含めて制御対象を表す
と図2(b)のようになる。
【0004】この静特性には不感帯があり、その右肩部
分は進角デューティー値da、一方の左肩部分は遅角デ
ューティー値drと呼ばれる。前者は上記位相調整部材
が摺動したとき、進角動作が実際に開始されるときの値
であり、後者は反対に遅角動作が開始されるときの値で
ある。これら各デューティー値da,drは、油圧供給
容量,位相調整部材駆動力等の条件により予め計測さ
れ、上記コントローラにおいて操作値uを生成する際、
その生成要素として用いられている。
分は進角デューティー値da、一方の左肩部分は遅角デ
ューティー値drと呼ばれる。前者は上記位相調整部材
が摺動したとき、進角動作が実際に開始されるときの値
であり、後者は反対に遅角動作が開始されるときの値で
ある。これら各デューティー値da,drは、油圧供給
容量,位相調整部材駆動力等の条件により予め計測さ
れ、上記コントローラにおいて操作値uを生成する際、
その生成要素として用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記電磁弁
は、図2(b)の点線で示すように、その製造公差及び
経時変化により動作特性に変動dを起こすものであり、
これにより上記進角デューティー値da,及び遅角デュ
ーティー値drが変動し、吸気弁,排気弁の動作タイミ
ング制御の精度及び制御性が低下されるという問題があ
る。またこの電磁弁の変動を少なくするために電磁弁の
製造公差を僅かに抑えようとするとコストの上昇を招い
てしまい工業的に限度がある。なお、上記進角デューテ
ィー値daと遅角デューティー値drとの間の不感帯領
域では僅かな油圧の漏れなどにより進角速度は完全に0
に保持されない。このためデューティー値を例えその中
間値としてもカム軸進角値を保持することはできない。
そこで本発明は、係る電磁弁の動作特性が変動しても、
精度及び制御性を低下させることなく正確に吸気弁,排
気弁の動作タイミングを制御することができる弁動作タ
イミング調整装置を提供することを目的とする。
は、図2(b)の点線で示すように、その製造公差及び
経時変化により動作特性に変動dを起こすものであり、
これにより上記進角デューティー値da,及び遅角デュ
ーティー値drが変動し、吸気弁,排気弁の動作タイミ
ング制御の精度及び制御性が低下されるという問題があ
る。またこの電磁弁の変動を少なくするために電磁弁の
製造公差を僅かに抑えようとするとコストの上昇を招い
てしまい工業的に限度がある。なお、上記進角デューテ
ィー値daと遅角デューティー値drとの間の不感帯領
域では僅かな油圧の漏れなどにより進角速度は完全に0
に保持されない。このためデューティー値を例えその中
間値としてもカム軸進角値を保持することはできない。
そこで本発明は、係る電磁弁の動作特性が変動しても、
精度及び制御性を低下させることなく正確に吸気弁,排
気弁の動作タイミングを制御することができる弁動作タ
イミング調整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】本発明は、上記図2
(b)のカム軸進角速度において、その飽和領域が電磁
弁の動作変動による影響を受けないという点に着目し、
一般にバング・バング制御と呼ばれる制御則を弁動作タ
イミング調整制御に適応させることにより上記目的を解
決するものである。図1にその一形態が示されている。
本発明によれば、内燃機関内のクランク軸とカム軸との
間に設けた部材をアクチュエータで駆動して両軸間の回
転位相を変化させることにより、カム軸で駆動される弁
の動作タイミングを変える弁動作タイミング調整装置に
おいて、内燃機関各部に設けられ、内燃機関各部の状態
を検知するための各種センサ1と、上記センサからの検
知信号を基に内燃機関の運転状態を求め、この運転状態
に応じて回転位相の目標値を決定する目標値決定手段2
と、上記センサからの検知信号を基に回転位相の実際値
を計測する実際値計測手段3と、目標値と実際値とを基
に偏差を算出する偏差算出手段4と、上記アクチュエー
タが安定動作する領域の中から選定された複数の制御値
から1つの制御値を決定し、アクチュエータに出力する
制御手段5と、生成された制御値、又はこの制御値によ
る制御量を記憶する記憶手段6とを備え、制御手段5
が、偏差算出手段4で算出された偏差と、記憶手段6に
記憶されている以前の制御値、又は制御量を用いて現在
の制御状態を判断し、現在の制御状態を基に制御値を選
択出力する弁動作タイミング調整装置が提供される。
(b)のカム軸進角速度において、その飽和領域が電磁
弁の動作変動による影響を受けないという点に着目し、
一般にバング・バング制御と呼ばれる制御則を弁動作タ
イミング調整制御に適応させることにより上記目的を解
決するものである。図1にその一形態が示されている。
本発明によれば、内燃機関内のクランク軸とカム軸との
間に設けた部材をアクチュエータで駆動して両軸間の回
転位相を変化させることにより、カム軸で駆動される弁
の動作タイミングを変える弁動作タイミング調整装置に
おいて、内燃機関各部に設けられ、内燃機関各部の状態
を検知するための各種センサ1と、上記センサからの検
知信号を基に内燃機関の運転状態を求め、この運転状態
に応じて回転位相の目標値を決定する目標値決定手段2
と、上記センサからの検知信号を基に回転位相の実際値
を計測する実際値計測手段3と、目標値と実際値とを基
に偏差を算出する偏差算出手段4と、上記アクチュエー
タが安定動作する領域の中から選定された複数の制御値
から1つの制御値を決定し、アクチュエータに出力する
制御手段5と、生成された制御値、又はこの制御値によ
る制御量を記憶する記憶手段6とを備え、制御手段5
が、偏差算出手段4で算出された偏差と、記憶手段6に
記憶されている以前の制御値、又は制御量を用いて現在
の制御状態を判断し、現在の制御状態を基に制御値を選
択出力する弁動作タイミング調整装置が提供される。
【0007】一般にバング・バング制御は、式(1)よ
うな制御則をもつ。しかし本装置においては、係る制御
をデジタルコンピュータにより実現させるために、式
(2)に示す離散時間系の制御則を以て構成する。
うな制御則をもつ。しかし本装置においては、係る制御
をデジタルコンピュータにより実現させるために、式
(2)に示す離散時間系の制御則を以て構成する。
【数1】
【0008】
【作用】上記構成によれば、制御手段5からアクチュエ
ータに向けて出力される制御値は連続的な値ではなく、
例えばアクチュエータの製造公差,経年変化による変動
が弁動作タイミング制御の制御性に影響を及ぼさない飽
和領域の中から固定値で設定される。そして制御値は、
制御手段5から短い時間間隔で継続的に出力される。制
御値は、制御手段5において、例えば現在の回転位相の
偏差と、以前の制御による制御量とから現在の制御状態
が推定され、その結果を基に複数の制御値の中から1つ
の制御値が選択出力される。したがってアクチュエータ
の動作変動の影響を受けずに弁動作タイミング制御が実
行され、且つ制御系の積分要素が考慮されながら追従制
御されるので、制御全体にわたり精度の高い弁動作タイ
ミング制御が実現される。
ータに向けて出力される制御値は連続的な値ではなく、
例えばアクチュエータの製造公差,経年変化による変動
が弁動作タイミング制御の制御性に影響を及ぼさない飽
和領域の中から固定値で設定される。そして制御値は、
制御手段5から短い時間間隔で継続的に出力される。制
御値は、制御手段5において、例えば現在の回転位相の
偏差と、以前の制御による制御量とから現在の制御状態
が推定され、その結果を基に複数の制御値の中から1つ
の制御値が選択出力される。したがってアクチュエータ
の動作変動の影響を受けずに弁動作タイミング制御が実
行され、且つ制御系の積分要素が考慮されながら追従制
御されるので、制御全体にわたり精度の高い弁動作タイ
ミング制御が実現される。
【0009】
【実施例】以下、本弁動作タイミング調整装置の一実施
例を図面とともに説明する。図3は本装置をダブルオー
バーヘッドカム式エンジンに適用した場合の構成図であ
る。図3において、10はエンジン本体、20はエンジ
ン10内に設けたバルブタイミング調整機構(斜線部
分)、50は調整機構20を駆動するための油圧装置、
70はエンジン10等に設けた各種センサの信号からエ
ンジン運転状態を把握し、油圧装置50に制御信号を出
力する制御部を示している。
例を図面とともに説明する。図3は本装置をダブルオー
バーヘッドカム式エンジンに適用した場合の構成図であ
る。図3において、10はエンジン本体、20はエンジ
ン10内に設けたバルブタイミング調整機構(斜線部
分)、50は調整機構20を駆動するための油圧装置、
70はエンジン10等に設けた各種センサの信号からエ
ンジン運転状態を把握し、油圧装置50に制御信号を出
力する制御部を示している。
【0010】エンジン10においては、そのクランクシ
ャフト11,排気弁用スプロケット12及び吸気弁用ス
プロケット13間にタイミングチェーン14が架けら
れ、クランクシャフト11の回転が排気弁用カムシャフ
ト15及び吸気弁用カムシャフト16に伝達されている
状態が概略的に示されている。本実施例は、このスプロ
ケット13−カムシャフト16間に上記調整機構20を
設け、この調整機構20をカムシャフト回転軸方向に摺
動させて上記スプロケット13−カムシャフト16間の
回転位相を変化させることにより、吸気弁の進角制御を
行う。勿論、上記調整機構20を排気弁側、あるいはこ
れら両方に設けて同様な制御を行うことができる。
ャフト11,排気弁用スプロケット12及び吸気弁用ス
プロケット13間にタイミングチェーン14が架けら
れ、クランクシャフト11の回転が排気弁用カムシャフ
ト15及び吸気弁用カムシャフト16に伝達されている
状態が概略的に示されている。本実施例は、このスプロ
ケット13−カムシャフト16間に上記調整機構20を
設け、この調整機構20をカムシャフト回転軸方向に摺
動させて上記スプロケット13−カムシャフト16間の
回転位相を変化させることにより、吸気弁の進角制御を
行う。勿論、上記調整機構20を排気弁側、あるいはこ
れら両方に設けて同様な制御を行うことができる。
【0011】クランクシャフト11近傍にはクランク位
置検出センサ17、カムシャフト16近傍にはカムシャ
フト位置検出センサ18が設けられており、これらは例
えば電磁ピックアップ型のセンサが用いられている。各
センサ17,18は、それぞれ各シャフト11,16の
回転とともに制御部70にパルス状の信号を出力する。
位置検出センサ17は、クランクシャフト1回転あたり
N個の信号を発生し、位置検出センサ18は、カムシャ
フト1回転あたり2N個の信号を発生する。制御部70
は、これらの信号を基にクランクシャフト11−カムシ
ャフト16間の回転位相θを計測する。尚、上記Nは、
回転位相角θの最大値をθMAX としたとき、「N<36
0/θMAX 」となるように設定される。
置検出センサ17、カムシャフト16近傍にはカムシャ
フト位置検出センサ18が設けられており、これらは例
えば電磁ピックアップ型のセンサが用いられている。各
センサ17,18は、それぞれ各シャフト11,16の
回転とともに制御部70にパルス状の信号を出力する。
位置検出センサ17は、クランクシャフト1回転あたり
N個の信号を発生し、位置検出センサ18は、カムシャ
フト1回転あたり2N個の信号を発生する。制御部70
は、これらの信号を基にクランクシャフト11−カムシ
ャフト16間の回転位相θを計測する。尚、上記Nは、
回転位相角θの最大値をθMAX としたとき、「N<36
0/θMAX 」となるように設定される。
【0012】制御部70は、例えば空燃費制御及びアイ
ドル回転制御等を行う電子制御装置(通称「ECU」)
と組合わされており、CPU,RAM,ROM,入出力
回路及び電流制御回路71を備えて実現されている。制
御部70は上記信号の他に、エンジンの冷却水温信号,
スロットル開度信号等を取り込み、後に詳細する制御動
作により目標値を決定し、油圧装置50内のスプール弁
31を駆動するためのリニアソレノイドに制御信号を出
力する。
ドル回転制御等を行う電子制御装置(通称「ECU」)
と組合わされており、CPU,RAM,ROM,入出力
回路及び電流制御回路71を備えて実現されている。制
御部70は上記信号の他に、エンジンの冷却水温信号,
スロットル開度信号等を取り込み、後に詳細する制御動
作により目標値を決定し、油圧装置50内のスプール弁
31を駆動するためのリニアソレノイドに制御信号を出
力する。
【0013】次に、バルブタイミング調整機構20につ
いて図4を用いて説明する。図4は、この調整機構2
0,スプロケット13,及びカムシャフト16間の結合
関係を断面図で示したものである。調整機構20は、エ
ンジン10のシリンダヘッド21に固定されたハウジン
グ22内に構成されている。
いて図4を用いて説明する。図4は、この調整機構2
0,スプロケット13,及びカムシャフト16間の結合
関係を断面図で示したものである。調整機構20は、エ
ンジン10のシリンダヘッド21に固定されたハウジン
グ22内に構成されている。
【0014】図面右側から延びたカムシャフト16の端
部には、略円筒状のカムシャフトスリーブ23がピン2
4及びボルト25で固定されている。スリーブ23がカ
ムシャフト16を支持している部分にはスプロケット1
3が嵌合され、その回転軸方向の動きは阻止されるが、
回転方向には摺動できるようされている。一方、スプロ
ケット13には略円筒状のスプロケットスリーブ26が
ピン27及びボルト28により固定されており、スリー
ブ26の他端にはエンドプレート29が固定されてい
る。このようにスリーブ23とカムシャフト16,及び
スリーブ26とスプロケット13は各々一体となり、ハ
ウジング22にノックピン30で固定されたリングプレ
ート31内で回動可能とされている。
部には、略円筒状のカムシャフトスリーブ23がピン2
4及びボルト25で固定されている。スリーブ23がカ
ムシャフト16を支持している部分にはスプロケット1
3が嵌合され、その回転軸方向の動きは阻止されるが、
回転方向には摺動できるようされている。一方、スプロ
ケット13には略円筒状のスプロケットスリーブ26が
ピン27及びボルト28により固定されており、スリー
ブ26の他端にはエンドプレート29が固定されてい
る。このようにスリーブ23とカムシャフト16,及び
スリーブ26とスプロケット13は各々一体となり、ハ
ウジング22にノックピン30で固定されたリングプレ
ート31内で回動可能とされている。
【0015】またカムシャフトスリーブ23外周側の一
部には外歯ヘリカルスプライン32aが形成されてお
り、一方スプロケットスリーブ26内周側の一部には内
歯ヘリカルスプライン33aが各々形成されている。各
スリーブ23,26間にはシリンダ34が嵌合されてお
り、上記各スリーブ23,26のヘリカルスプライン3
2a,33aは、シリンダ34の内周側に形成された内
歯ヘリカルスプライン32b、同じくその外周側に形成
された外歯ヘリカルスプライン33bと各々噛合関係に
ある。これによりスリーブ23,26及びシリンダ34
は一体となって回転し、これによりスプロケット13の
回転がカムシャフト16に伝達される。またこの噛合関
係においてシリンダ34がその回転軸方向に摺動したと
き、上記ヘリカルスプライン噛合部ではスラストが発生
する。このスラストによりカムシャフト16がスプロケ
ット13に沿ってその回転方向に摺動され、両者13,
16間の回転位相が変化され得るようにされている。
部には外歯ヘリカルスプライン32aが形成されてお
り、一方スプロケットスリーブ26内周側の一部には内
歯ヘリカルスプライン33aが各々形成されている。各
スリーブ23,26間にはシリンダ34が嵌合されてお
り、上記各スリーブ23,26のヘリカルスプライン3
2a,33aは、シリンダ34の内周側に形成された内
歯ヘリカルスプライン32b、同じくその外周側に形成
された外歯ヘリカルスプライン33bと各々噛合関係に
ある。これによりスリーブ23,26及びシリンダ34
は一体となって回転し、これによりスプロケット13の
回転がカムシャフト16に伝達される。またこの噛合関
係においてシリンダ34がその回転軸方向に摺動したと
き、上記ヘリカルスプライン噛合部ではスラストが発生
する。このスラストによりカムシャフト16がスプロケ
ット13に沿ってその回転方向に摺動され、両者13,
16間の回転位相が変化され得るようにされている。
【0016】本実施例では上記シリンダ34を動かすた
めに油圧装置50が用いられており、そのために調整機
構20内部の各スリーブ23,26で覆われた領域には
2つの油圧室35,36が形成されている。図4におい
て左側が進角動作用の油圧室35、右側が遅角動作用の
油圧室36であり、シリンダ34は各油圧室35,36
内に供給される作動油量に応じてその軸方向に摺動され
る。尚、各油圧室35,36を形成する領域各部には適
宜オイルシールが施されている。
めに油圧装置50が用いられており、そのために調整機
構20内部の各スリーブ23,26で覆われた領域には
2つの油圧室35,36が形成されている。図4におい
て左側が進角動作用の油圧室35、右側が遅角動作用の
油圧室36であり、シリンダ34は各油圧室35,36
内に供給される作動油量に応じてその軸方向に摺動され
る。尚、各油圧室35,36を形成する領域各部には適
宜オイルシールが施されている。
【0017】上記油圧装置50は、作動油を蓄えている
オイルパン51(図3参照),エンジン動力で駆動され
る油圧ポンプ52,油圧ポンプ52から圧送される作動
油を各油圧室に分配するスプール弁53,及びこれら各
間を連通する油圧路とを備えている。図4において、3
7は油圧ポンプ52−スプール弁53間の油圧路、38
はスプール弁53−オイルパン間の油圧路、39はスプ
ール弁53−油圧室35間の油圧路、40はスプール弁
53−油圧室36間の油圧路を示している。尚、油圧路
40の経路は、ハウジング22にリングプレート31を
固定するボルト41内に形成されたT字型の連通路40
aから、ボルト41とカムシャフトスリーブ23とで囲
まれた領域40bを経由し、カムシャフトスリーブ23
内に形成された油圧路40cを通して油圧室36に至っ
ている。
オイルパン51(図3参照),エンジン動力で駆動され
る油圧ポンプ52,油圧ポンプ52から圧送される作動
油を各油圧室に分配するスプール弁53,及びこれら各
間を連通する油圧路とを備えている。図4において、3
7は油圧ポンプ52−スプール弁53間の油圧路、38
はスプール弁53−オイルパン間の油圧路、39はスプ
ール弁53−油圧室35間の油圧路、40はスプール弁
53−油圧室36間の油圧路を示している。尚、油圧路
40の経路は、ハウジング22にリングプレート31を
固定するボルト41内に形成されたT字型の連通路40
aから、ボルト41とカムシャフトスリーブ23とで囲
まれた領域40bを経由し、カムシャフトスリーブ23
内に形成された油圧路40cを通して油圧室36に至っ
ている。
【0018】次に、図5を用いてスプール弁の動作を説
明する。図5において、54はシリンダ、55はシリン
ダ54内を摺動するスプール、56は上記制御部70か
らの制御信号によりスプール55を摺動させるリニアソ
レノイド、57はリニアソレノイド56による駆動方向
と反対にスプール55を付勢するスプリングである。シ
リンダ54には、油圧ポンプ52と連通された作動油供
給ポート58,オイルパンと連通された作動油排出ポー
ト59,図4の油圧室35と連通された油圧ポート6
0,及び同油圧室36と連通された油圧ポート61が形
成されている。
明する。図5において、54はシリンダ、55はシリン
ダ54内を摺動するスプール、56は上記制御部70か
らの制御信号によりスプール55を摺動させるリニアソ
レノイド、57はリニアソレノイド56による駆動方向
と反対にスプール55を付勢するスプリングである。シ
リンダ54には、油圧ポンプ52と連通された作動油供
給ポート58,オイルパンと連通された作動油排出ポー
ト59,図4の油圧室35と連通された油圧ポート6
0,及び同油圧室36と連通された油圧ポート61が形
成されている。
【0019】上記各油圧室35,36内の作動油は、ス
プール55の摺動により各油圧ポートの開度が変わるこ
とにより増減され、その開度はリニアソレノイド56に
供給される電流値で決定される。本実施例において制御
部70は、制御信号を2つのデューティー値、例えば9
0%と10%のうちいずれか1つを選択して電流制御回
路に出力し、電流制御回路からリニアソレノイド56に
このデューティー値に対応する電流を供給する。そのと
きのスプール弁53の状態を図5(a),(b)に示
す。
プール55の摺動により各油圧ポートの開度が変わるこ
とにより増減され、その開度はリニアソレノイド56に
供給される電流値で決定される。本実施例において制御
部70は、制御信号を2つのデューティー値、例えば9
0%と10%のうちいずれか1つを選択して電流制御回
路に出力し、電流制御回路からリニアソレノイド56に
このデューティー値に対応する電流を供給する。そのと
きのスプール弁53の状態を図5(a),(b)に示
す。
【0020】図5(a)は、上記制御部70における制
御信号のデューティー値が90%のときの例であり、ス
プール55がリニアソレノイド56によりシリンダ右端
に駆動され、供給ポート58−油圧ポート60間、及び
油圧ポート61−排出ポート59間が連通された状態を
示している。このとき上記油圧室35には油圧路39を
通して作動油が供給される一方、油圧室36からは作動
油が排出される。これにより図4のシリンダ34が図面
右方向に動き、ヘリカルスプライン部32b,33bで
発生するスラストにより、スプロケット13に対するカ
ムシャフト16の位相が進んで進角制御となる。
御信号のデューティー値が90%のときの例であり、ス
プール55がリニアソレノイド56によりシリンダ右端
に駆動され、供給ポート58−油圧ポート60間、及び
油圧ポート61−排出ポート59間が連通された状態を
示している。このとき上記油圧室35には油圧路39を
通して作動油が供給される一方、油圧室36からは作動
油が排出される。これにより図4のシリンダ34が図面
右方向に動き、ヘリカルスプライン部32b,33bで
発生するスラストにより、スプロケット13に対するカ
ムシャフト16の位相が進んで進角制御となる。
【0021】また図5(b)は、同デューティー値が1
0%のときであり、スプール55がスプリング57によ
りシリンダ左端に付勢され、供給ポート58−油圧ポー
ト61間、及び油圧ポート60−排出ポート59間が連
通された状態を示している。このとき油圧室36には作
動油が供給される一方、油圧室35からは作動油が排出
されるのでシリンダ34は図面左方向に動き、スプロケ
ット13に対するカムシャフト16の位相が遅れて遅角
制御となる。
0%のときであり、スプール55がスプリング57によ
りシリンダ左端に付勢され、供給ポート58−油圧ポー
ト61間、及び油圧ポート60−排出ポート59間が連
通された状態を示している。このとき油圧室36には作
動油が供給される一方、油圧室35からは作動油が排出
されるのでシリンダ34は図面左方向に動き、スプロケ
ット13に対するカムシャフト16の位相が遅れて遅角
制御となる。
【0022】次に、上記制御部70について説明する。
制御部70は、所謂バング・バング制御を弁動作タイミ
ング調整制御に適応させたものであり、スプール弁の動
作変動による影響がない領域から制御値を設定し、以下
に説明する所定の制御則に従って制御値が選択出力され
るものである。この制御系を図6、その制御対象を図7
に示す。
制御部70は、所謂バング・バング制御を弁動作タイミ
ング調整制御に適応させたものであり、スプール弁の動
作変動による影響がない領域から制御値を設定し、以下
に説明する所定の制御則に従って制御値が選択出力され
るものである。この制御系を図6、その制御対象を図7
に示す。
【0023】図6は、制御部70で実行される制御系で
あり、コントローラから出力される操作値 u(k) は、進
角方向の制御がa、遅角方向の制御がbの2値である。
コントローラは、以下のような離散時間系の制御則によ
り2値制御を実行する。 s(k)≧0のとき u(k) = a s(k)<0のとき u(k) = b ここでkはサンプル時点、s(k)は切換条件である。尚、
切換条件 s(k) は、後に説明されるが、現在における偏
差 e(k) 、及び以前の制御における操作値 u(k-1) ,u
(k-2),…とを用いて算出される。またa,bは、スプ
ール弁の動作変動が制御に影響させない各領域の中から
設定された操作値であり、図7に示す制御対象におい
て、各方向のカムシャフト進角速度が飽和している領域
の中から設定され、デューティー値で表わされる。
あり、コントローラから出力される操作値 u(k) は、進
角方向の制御がa、遅角方向の制御がbの2値である。
コントローラは、以下のような離散時間系の制御則によ
り2値制御を実行する。 s(k)≧0のとき u(k) = a s(k)<0のとき u(k) = b ここでkはサンプル時点、s(k)は切換条件である。尚、
切換条件 s(k) は、後に説明されるが、現在における偏
差 e(k) 、及び以前の制御における操作値 u(k-1) ,u
(k-2),…とを用いて算出される。またa,bは、スプ
ール弁の動作変動が制御に影響させない各領域の中から
設定された操作値であり、図7に示す制御対象におい
て、各方向のカムシャフト進角速度が飽和している領域
の中から設定され、デューティー値で表わされる。
【0024】図7の制御対象において、その入力 u(k)
は、デューティー値で与えられるパルス幅変調信号(P
WM信号)であり、出力 y(k) はカム軸進角値である。
カム軸進角速度が飽和している領域は、進角動作方向,
及び遅角動作方向のいずれにも存在しており、その領域
内の u(k) がa,bのときの各カム軸進角速度Qa ,Q
b は、上記油圧室35,36に作動油を供給する油圧ポ
ンプ52の圧力により決まり、スプール弁53の製造公
差の影響を受けない。したがって操作値 u(k)にa,b
を用いれば、精度良く弁動作制御を行うことができる。
は、デューティー値で与えられるパルス幅変調信号(P
WM信号)であり、出力 y(k) はカム軸進角値である。
カム軸進角速度が飽和している領域は、進角動作方向,
及び遅角動作方向のいずれにも存在しており、その領域
内の u(k) がa,bのときの各カム軸進角速度Qa ,Q
b は、上記油圧室35,36に作動油を供給する油圧ポ
ンプ52の圧力により決まり、スプール弁53の製造公
差の影響を受けない。したがって操作値 u(k)にa,b
を用いれば、精度良く弁動作制御を行うことができる。
【0025】本弁動作タイミング調整制御において制御
系は、制御対象に油圧機構が構成されているので積分要
素が含まれており、係る積分要素を考慮されて制御が実
行される。上記制御対象は、その挙動を式(3)のよう
に表され得る。 Y(k+1) = Y(k) + q(k-Ld) (3) ここでkはサンプル時点、Ldは「むだ時間」に相当す
るサンプル数である。また上記式(3)の関数 q(k)
は、サンプリング周期を st 、カム軸進角速度をQa ,
Qb として、その間の進角値qa ,qb をqa = st ×
Qa ,qb = st ×Qb としたとき、式(4)で示す制
御則で与えられる制御量である。
系は、制御対象に油圧機構が構成されているので積分要
素が含まれており、係る積分要素を考慮されて制御が実
行される。上記制御対象は、その挙動を式(3)のよう
に表され得る。 Y(k+1) = Y(k) + q(k-Ld) (3) ここでkはサンプル時点、Ldは「むだ時間」に相当す
るサンプル数である。また上記式(3)の関数 q(k)
は、サンプリング周期を st 、カム軸進角速度をQa ,
Qb として、その間の進角値qa ,qb をqa = st ×
Qa ,qb = st ×Qb としたとき、式(4)で示す制
御則で与えられる制御量である。
【数2】
【0026】上記のように算出された関数 q(k) は、以
下のように切換条件 s(k) を算出する際に用いられる。
上記(3)式に目標値 r(k) ,出力 y(k) 及び偏差 e
(k) の関係式(5)を代入し、目標値 r(k) を一定と仮
定すると式(6)が導かれる。 e(k) = y(k) - r(k) (5) e(k+1) = e(k) - q(k-Ld) (6) ここで上記切換条件 s(k) を式(7)のように設定す
る。 s(k) = e(k+Ld) (7) すなわち現在のサンプル時点をkとすると、 e(k+Ld)は
将来の予測値となる。ここで e* (k+Ld)を e(k+Ld)の予
測値として式(7)を展開すると、式(8)のようにな
る。 e(k+Ld) = e(k+Ld-1) - q(k-1) = e(k+Ld-2) - [q(k-1) + q(k-2)] = … = e(k) - [q(k-1) + q(k-2) + … + q(k-Ld)] (8)
下のように切換条件 s(k) を算出する際に用いられる。
上記(3)式に目標値 r(k) ,出力 y(k) 及び偏差 e
(k) の関係式(5)を代入し、目標値 r(k) を一定と仮
定すると式(6)が導かれる。 e(k) = y(k) - r(k) (5) e(k+1) = e(k) - q(k-Ld) (6) ここで上記切換条件 s(k) を式(7)のように設定す
る。 s(k) = e(k+Ld) (7) すなわち現在のサンプル時点をkとすると、 e(k+Ld)は
将来の予測値となる。ここで e* (k+Ld)を e(k+Ld)の予
測値として式(7)を展開すると、式(8)のようにな
る。 e(k+Ld) = e(k+Ld-1) - q(k-1) = e(k+Ld-2) - [q(k-1) + q(k-2)] = … = e(k) - [q(k-1) + q(k-2) + … + q(k-Ld)] (8)
【0027】例えば実験により「むだ時間」を求め、こ
の「むだ時間」に相当するサンプル数Ldを求めたとき
Ld=6であったとすると、切換条件s(k)は、式(9)
のように示される。 s(k) = e* (k+6) = e(k) - [q(k-1) + q(k-2) + … + q(k-6)] (9) したがって切換条件s(k)つまり予測値 e* (k+6) は、現
在の制御偏差 e(k) と、以前の操作値 u(k-1) 〜 u(k-
6) に相当する制御量 q(k-1) 〜 q(k-6) を基に求める
ことができる。つまり係る制御系の「むだ時間」からサ
ンプル数Ldを求めておき、上記式(9)を基に切換条
件 s(k) を算出して制御則を適用すれば、スプール弁の
変動を受けることなく、積分要素を考慮しながら追従制
御することができる。
の「むだ時間」に相当するサンプル数Ldを求めたとき
Ld=6であったとすると、切換条件s(k)は、式(9)
のように示される。 s(k) = e* (k+6) = e(k) - [q(k-1) + q(k-2) + … + q(k-6)] (9) したがって切換条件s(k)つまり予測値 e* (k+6) は、現
在の制御偏差 e(k) と、以前の操作値 u(k-1) 〜 u(k-
6) に相当する制御量 q(k-1) 〜 q(k-6) を基に求める
ことができる。つまり係る制御系の「むだ時間」からサ
ンプル数Ldを求めておき、上記式(9)を基に切換条
件 s(k) を算出して制御則を適用すれば、スプール弁の
変動を受けることなく、積分要素を考慮しながら追従制
御することができる。
【0028】図8は、係る制御のフローチャートを示し
たものである。まずステップ100では、上述のクラン
ク位置検出センサ,及びカムシャフト位置検出センサの
信号から現在のカム軸進角度yを算出し、ステップ12
0では上述のエンジンの冷却水温信号,スロットル開度
信号等を基にエンジンの運転状態を把握して目標カム軸
進角度rを決定し、ステップ130ではこれらの値から
偏差eを算出する。ステップ140では、上記式(9)
に従って現在の偏差eと、以前の各操作値uによるカム
軸進角値qとを基に切換条件 s(k) を算出する。
たものである。まずステップ100では、上述のクラン
ク位置検出センサ,及びカムシャフト位置検出センサの
信号から現在のカム軸進角度yを算出し、ステップ12
0では上述のエンジンの冷却水温信号,スロットル開度
信号等を基にエンジンの運転状態を把握して目標カム軸
進角度rを決定し、ステップ130ではこれらの値から
偏差eを算出する。ステップ140では、上記式(9)
に従って現在の偏差eと、以前の各操作値uによるカム
軸進角値qとを基に切換条件 s(k) を算出する。
【0029】ステップ150では、上記制御則に従って
切換条件 s(k) を判別する。ここで「 s(k) ≧0」の場
合、すなわちカム軸進角度を進角方向に制御する場合に
はステップ160が実行され、デューティー値aで操作
値uが決定され、スプール弁のリニアソレノイドに出力
される。一方、「 s(k) <0」の場合、すなわちカム軸
進角度を遅角方向に制御する場合にはステップ180が
実行され、デューティー値bで操作値uが決定されてリ
ニアソレノイドに出力される。いずれの場合において
も、この操作値が出力されるた後、今回の制御出力によ
り変位されるカム軸進角値q0 (但し遅角の場合にはマ
イナスの進角値q0 )が一旦記憶される(ステップ17
0,190)。その後ステップ200では、以前に実行
された制御順にその進角値qが記憶されているメモリの
内容が1つずつシフトされ、最新の制御順にサンプル数
分更新される。更新記憶された制御順の進角値qは、次
回の操作値決定の際、切換条件 s(k) の算出に用いられ
る。
切換条件 s(k) を判別する。ここで「 s(k) ≧0」の場
合、すなわちカム軸進角度を進角方向に制御する場合に
はステップ160が実行され、デューティー値aで操作
値uが決定され、スプール弁のリニアソレノイドに出力
される。一方、「 s(k) <0」の場合、すなわちカム軸
進角度を遅角方向に制御する場合にはステップ180が
実行され、デューティー値bで操作値uが決定されてリ
ニアソレノイドに出力される。いずれの場合において
も、この操作値が出力されるた後、今回の制御出力によ
り変位されるカム軸進角値q0 (但し遅角の場合にはマ
イナスの進角値q0 )が一旦記憶される(ステップ17
0,190)。その後ステップ200では、以前に実行
された制御順にその進角値qが記憶されているメモリの
内容が1つずつシフトされ、最新の制御順にサンプル数
分更新される。更新記憶された制御順の進角値qは、次
回の操作値決定の際、切換条件 s(k) の算出に用いられ
る。
【0030】係る制御動作により、吸気弁の進角制御を
実施したときのタイムチャートを図9に示す。図9にお
いて(a)は目標値rと実際値yとの関係、(b)は係
る制御における操作値uの推移を示している。図より明
らかなように、カム軸進角度が目標値に至る時点直前に
おいての過程が鋭く、オーバーシュート及び定常偏差が
起きていないことが分かる。また従来においては、目標
値に到達後、制御されたカム軸進角度を保持させるため
に、電磁弁が変動する領域に位置する例えば進角デュー
ティー値da近傍の操作値を出力して保持させていた
が、本制御装置では係る保持のための制御値は出力され
ていない。言い換えると上記各デューティー値da,d
rが未知であっても弁動作タイミング制御が達成され得
ることが分かる。尚、上記例では操作値a,bのデュー
ティー値をそれぞれ90%,10%としているが、単に
ON−OFF値としても良い。
実施したときのタイムチャートを図9に示す。図9にお
いて(a)は目標値rと実際値yとの関係、(b)は係
る制御における操作値uの推移を示している。図より明
らかなように、カム軸進角度が目標値に至る時点直前に
おいての過程が鋭く、オーバーシュート及び定常偏差が
起きていないことが分かる。また従来においては、目標
値に到達後、制御されたカム軸進角度を保持させるため
に、電磁弁が変動する領域に位置する例えば進角デュー
ティー値da近傍の操作値を出力して保持させていた
が、本制御装置では係る保持のための制御値は出力され
ていない。言い換えると上記各デューティー値da,d
rが未知であっても弁動作タイミング制御が達成され得
ることが分かる。尚、上記例では操作値a,bのデュー
ティー値をそれぞれ90%,10%としているが、単に
ON−OFF値としても良い。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電磁弁の
動作変動の影響を受けない領域の中から設定された操作
値を用いて制御を行うので、精度の高い制御性が実現さ
れる。また、係る制御のために電磁弁の製造公差を小さ
くさせることはなく、加えて電磁弁による変動を補償す
るために従来用いられていた高価な回路構成をなくすこ
とができるので、装置コストを上昇させることなく正確
且つ迅速な弁動作タイミング調整が実現される。これに
よりエンジンの運転状態に応じて適切な吸気,排気が行
われ、吸気効率,排気効率が向上される。
動作変動の影響を受けない領域の中から設定された操作
値を用いて制御を行うので、精度の高い制御性が実現さ
れる。また、係る制御のために電磁弁の製造公差を小さ
くさせることはなく、加えて電磁弁による変動を補償す
るために従来用いられていた高価な回路構成をなくすこ
とができるので、装置コストを上昇させることなく正確
且つ迅速な弁動作タイミング調整が実現される。これに
よりエンジンの運転状態に応じて適切な吸気,排気が行
われ、吸気効率,排気効率が向上される。
【図1】本発明に係る弁動作タイミング調整装置の一形
態を示すブロック図である。
態を示すブロック図である。
【図2】弁動作タイミング調整装置の一般的制御系のブ
ロック線図あり、(a)は制御系のブロック線図、
(b)はその制御対象のブロック線図を示す。
ロック線図あり、(a)は制御系のブロック線図、
(b)はその制御対象のブロック線図を示す。
【図3】本発明に係る弁動作タイミング調整装置の一実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
【図4】図3の調整装置のバルブタイミング調整機構を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図5】図3の調整装置におけるスプール弁の各状態を
示す断面図であり、(a)はデューティー値90%、
(b)は同10%の状態を示す。
示す断面図であり、(a)はデューティー値90%、
(b)は同10%の状態を示す。
【図6】図3の調整装置における制御系のブロック線図
である。
である。
【図7】図6の制御対象におけるブロック線図である。
【図8】図3の調整装置における制御フローチャートで
ある。
ある。
【図9】図3の調整装置により吸気弁の進角制御を実施
したときのタイムチャートであり、(a)は目標値と実
際値との関係、(b)操作値uの推移を示す。
したときのタイムチャートであり、(a)は目標値と実
際値との関係、(b)操作値uの推移を示す。
10…エンジン 11…クランクシャフト 13…吸気弁用スプロケット 16…吸気弁用カムシャフト 17…クランク位置検出センサ 18…カムシャフト位置検出センサ 20…バルブタイミング調整機構 23…カムシャフトスリーブ 26…スプロケットスリーブ 32a…カムシャフトスリーブの外歯ヘリカルスプライ
ン 32b…シリンダの内歯ヘリカルスプライン 33a…スプロケットスリーブの内歯ヘリカルスプライ
ン 33b…シリンダの外歯ヘリカルスプライン 34…シリンダ 35,36…油圧室 37,38,39,40…油圧路 50…油圧装置 52…油圧ポンプ 53…スプール弁 54…シリンダ 55…スプール 56…リニアソレノイド 57…スプリング 70…制御部
ン 32b…シリンダの内歯ヘリカルスプライン 33a…スプロケットスリーブの内歯ヘリカルスプライ
ン 33b…シリンダの外歯ヘリカルスプライン 34…シリンダ 35,36…油圧室 37,38,39,40…油圧路 50…油圧装置 52…油圧ポンプ 53…スプール弁 54…シリンダ 55…スプール 56…リニアソレノイド 57…スプリング 70…制御部
Claims (1)
- 【請求項1】 内燃機関内のクランク軸とカム軸との間
に設けた部材をアクチュエータで駆動して前記両軸間の
回転位相を変化させることにより、カム軸で駆動される
弁の動作タイミングを変える弁動作タイミング調整装置
において、 前記内燃機関各部に設けられ、内燃機関各部の状態を検
知するための各種センサ(1)と、 前記センサからの検知信号を基に内燃機関の運転状態を
求め、この運転状態に応じて回転位相の目標値を決定す
る手段(2)と、 前記センサからの検知信号を基に回転位相の実際値を計
測する手段(3)と、 前記目標値と実際値とを基に偏差を算出する偏差算出手
段(4)と、 前記アクチュエータの安定動作領域の中から選定された
複数の制御値から1つの制御値を決定してアクチュエー
タに出力する制御手段(5)と、 生成された制御値、又はこの制御値に対応する制御量を
記憶する記憶手段(6)とを備え、 前記制御手段が、前記偏差算出手段で算出された偏差
と、前記記憶手段に記憶されている以前の制御値、又は
制御量とを用いて現在の制御状態を判断し、この現在の
制御状態を基に上記制御値を選択出力することを特徴と
する弁動作タイミング調整装置。
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|---|---|---|---|
| JP5066898A JPH06280516A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 内燃機関における弁動作タイミング調整装置 |
| US08/216,544 US5363817A (en) | 1993-03-25 | 1994-03-23 | Valve operation timing regulation apparatus for internal combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5066898A JPH06280516A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 内燃機関における弁動作タイミング調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06280516A true JPH06280516A (ja) | 1994-10-04 |
Family
ID=13329218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5066898A Pending JPH06280516A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 内燃機関における弁動作タイミング調整装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH06280516A (ja) |
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