JPH112140A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

内燃機関のバルブタイミング制御装置

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JPH112140A
JPH112140A JP9154038A JP15403897A JPH112140A JP H112140 A JPH112140 A JP H112140A JP 9154038 A JP9154038 A JP 9154038A JP 15403897 A JP15403897 A JP 15403897A JP H112140 A JPH112140 A JP H112140A
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JP
Japan
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target value
valve timing
rotation phase
operation amount
integration operation
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Pending
Application number
JP9154038A
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English (en)
Inventor
Yoichiro Yamagishi
陽一郎 山岸
Satoru Watanabe
渡邊  悟
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Unisia Jecs Corp
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Publication date
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Publication of JPH112140A publication Critical patent/JPH112140A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Feedback Control In General (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】カム軸の回転位相を変化させてバルブタイミン
グを変化させる可変バルブタイミング機構において、回
転位相を目標値に精度良くフィードバック制御する。 【解決手段】機関負荷と回転速度とに応じて回転位相の
目標値TAを設定すると共に(S1)、該目標値TAに
対して一次遅れ系の応答特性で追従する積分動作用の目
標値TAIを設定する(S2)。そして、比例操作量
は、前記目標値TAと実際値DAとの偏差Zp(S4)
に基づいて設定し(S6)、積分操作量は、前記積分動
作用の目標値TAIと実際値DAとの偏差Zi(S5)
に基づいて設定する(S7)。

Description

【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バルブタ
イミング制御装置に関し、詳しくは、カム軸の回転位相
を変化させてバルブタイミングを変化させる可変バルブ
タイミング機構において、前記回転位相を目標値にフィ
ードバック制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、カム軸の回転位相を変化させ
ることで、バルブの開閉タイミングを早めたり遅らせた
りする可変バルブタイミング機構が知られている(特開
平7−233713号公報,特開平8−246820号
公報等参照)。また、前記可変バルブタイミング機構に
おいては、機関の運転条件に応じて設定した回転位相の
目標値に実際の回転位相が一致するように、前記可変バ
ルブタイミング機構に対する制御出力を例えば比例積分
(PI)動作によりフィードバック補正する場合があっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記可変バ
ルブタイミング機構が油圧制御によってバルブタイミン
グを変化させる場合には比較的大きな応答遅れがあり、
目標値のステップ的な変化に対して実際の回転位相は所
定の応答速度(応答時間)で目標値に近づくことにな
る。
【0004】このため、目標値がステップ的な変化を示
した直後においては目標値と実際の回転位相との偏差が
大きく、該偏差に基づいて設定される積分操作量が大き
くなり、オーバーシュートを発生させてしまうという問
題があった(図5参照)。ここで、積分係数の絶対値を
小さくすれば、前記目標値がステップ的に変化したとき
の積分操作量を小さくできるものの、実際の回転位相の
周期的な変動に対する収束性が悪化するという問題があ
り、積分係数の設定によっては、両性能を満足させるこ
とができなかった。
【0005】本発明は上記問題点に鑑みなれたものであ
り、目標値に対する収束安定性を確保しつつ、目標値が
ステップ変化を示した場合でも、積分操作量が過剰に大
きく設定されてオーバーシュートが発生することを回避
できるバルブタイミング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】そのため、請求項1記載
の発明は、図1に示すように構成される。図1におい
て、可変バルブタイミング機構は、カム軸の回転位相を
変化させてバルブタイミングを変化させるものである。
目標値設定手段は、機関の運転条件に応じて前記回転位
相の目標値を設定し、積分動作用目標値設定手段は、前
記目標値に対して応答遅れをもって追従する積分動作用
の目標値を設定する。
【0007】一方、回転位相検出手段は、前記カム軸の
実際の回転位相を検出する。そして、積分操作量設定手
段は、回転位相検出手段で検出された回転位相と、前記
積分動作用の目標値との偏差に基づいて積分操作量を設
定する。また、比例操作量設定手段は、回転位相検出手
段で検出された回転位相と、前記目標値設定手段で設定
された目標値との偏差に基づいて比例操作量を設定す
る。
【0008】制御信号出力手段は、前記積分操作量設定
手段で設定された積分操作量と前記比例操作量設定手段
で設定された比例操作量とに基づいて前記カム軸の回転
位相の制御信号を補正して前記可変バルブタイミング機
構に出力する。かかる構成によると、可変バルブタイミ
ング機構によるカム軸の回転位相が、目標値と実際の回
転位相との偏差に基づく比例積分(PI)動作によって
フィードバック補正される。
【0009】ここで、比例操作量については、回転や負
荷などの運転条件に応じた目標値と実際の回転位相との
偏差に基づいて通常に設定するが、積分操作量について
は、前記偏差を用いずに、前記運転条件に応じた目標値
に対して応答遅れをもって追従する積分動作用の目標値
を別途設定し、該積分動作用の目標値と実際値との偏差
に基づいて積分操作量を設定させる。即ち、前記積分動
作用の目標値は運転条件に応じた目標値に対して応答遅
れをもっているから、本来の目標値と実際値との偏差よ
りも、前記積分動作用の目標値と実際値との偏差は小さ
くなり、以て、積分操作量も小さく設定されることにな
る。一方、機関運転条件が安定していて積分動作用の目
標値と運転条件に応じた目標値とが一致するときには、
運転条件に応じた目標値に対する実際値の偏差に基づい
て積分操作量が設定されることになる。
【0010】請求項2記載の発明では、前記積分動作用
目標値設定手段で設定される積分動作用目標値の応答特
性を一次遅れ系とする構成とした。かかる構成による
と、前記積分動作用目標値は、一般に、出力C(s)/
入力R(s)=k/(Ts+1)として示される一次遅
れ系の応答特性で、機関運転条件に応じた目標値に追従
することになる。
【0011】請求項3記載の発明では、前記一次遅れ系
の時定数を、前記可変バルブタイミング機構における応
答速度に略一致させる構成とした。かかる構成による
と、例えば油圧によりカム軸の回転位相を変更する構成
の可変バルブタイミング機構であれは、油圧制御系にお
ける遅れによる回転位相変化の応答速度に対応して、積
分動作用の目標値が設定されるから、前記積分動作用の
目標値は、略実際値に近い変化を示すことになり、たと
え運転条件に応じた目標値がステップ的に変化したとき
であっても、積分動作用の目標値と実際値との偏差は安
定的に小さい値に保持されることになる。
【0012】
【発明の効果】請求項1記載の発明によると、機関の運
転条件に応じて設定された目標値に対して応答遅れをも
つ目標値を積分動作用の目標値として設定し、該積分動
作用の目標値と実際値との偏差に基づいて積分操作量を
設定させるようにしたので、運転条件に応じた目標値が
ステップ的に変化しても、積分操作量が大きく設定され
てオーバーシュートが発生することを抑制できると共
に、目標値の安定状態においては運転状態に応じた目標
値との偏差をそのまま積分操作量に反映させて高い収束
性を確保できるという効果がある。
【0013】請求項2記載の発明によると、積分動作用
の目標値が、運転条件に応じた目標値に対して一次遅れ
系で追従するようにしたことで、運転条件に応じた目標
値がステップ的に変化したときに、実際の回転位相の応
答特性を簡易に近似できるという効果がある。請求項3
記載の発明によると、可変バルブタイミング機構の応答
速度に合わせて積分動作用の目標値を設定させることが
でき、運転条件に応じた目標値がステップ的に変化した
ときに、実際の回転位相変化に精度良く近似する目標値
を設定させることができ、積分操作量が不当に大きく設
定されることによるオーバーシュートの発生を確実に抑
制できるという効果がある。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図2は、実施の形態における内燃機
関のシステム構成を示す図である。この図2において、
内燃機関1には、スロットルバルブ2で計量された空気
が吸気バルブ3を介してシリンダ内に供給され、燃焼排
気は、排気バルブ4を介して排出される。前記吸気バル
ブ3,排気バルブ4は、吸気側カム軸,排気側カム軸に
それぞれ設けられたカムによって開閉駆動される。
【0015】吸気側カム軸5には、カム軸の回転位相を
変化させることで、吸気バルブ3の開閉タイミングを連
続的に早めたり遅くしたりする可変バルブタイミング機
構6が備えられている。前記可変バルブタイミング機構
6は、油圧によって前記回転位相を連続的に変化させる
構成であり、油圧を調整するソレノイドバルブ(図示省
略)に対してコントロールユニット7から制御信号を出
力して回転位相が制御される。
【0016】尚、本実施の形態では、可変バルブタイミ
ング機構6が、吸気バルブ3の開閉タイミングを変化さ
せる構成としたが、吸気バルブ3に代えて排気バルブ4
の開閉タイミングを変化させる構成であっても良いし、
吸気バルブ3と排気バルブ4との両方の開閉タイミング
を変化させる構成であっても良い。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7には、クランク軸
の回転信号を出力するクランク角センサ8、吸気側カム
軸5の回転信号を出力するカム角センサ9、機関1の吸
入空気量を検出するエアフローメータ10等からの検出信
号が入力される。
【0017】そして、コントロールユニット7は、図3
のフローチャートに示すようにして、前記可変バルブタ
イミング機構6によって調整される吸気バルブの開閉タ
イミングを制御する。尚、本実施の形態において、目標
値設定手段,積分動作用目標値設定手段,積分操作量設
定手段,比例操作量設定手段,制御信号出力手段として
の機能は、前記図3のフローチャートに示すように、コ
ントロールユニット7がソフトウェア的に備えている。
また、回転位相検出手段は、クランク角センサ8,カム
角センサ9と前記コントロールユニット7による演算処
理機能とによって構成される。
【0018】図3のフローチャートにおいて、ステップ
1(図中にはS1と記してある。以下同様)では、予め
機関負荷と機関回転速度Neとによって区分される運転
領域毎に前記吸気側カム軸5の回転位相の目標値(目標
角度)TAを記憶したマップを参照し、現在の機関負
荷,機関回転速度Neに対応する目標値(目標角度)T
Aを検索する。
【0019】ステップ2では、前記ステップ1で設定さ
れる目標値TAに対して一次遅れ系の応答特性で追従す
る積分動作用目標値TAIを設定する。即ち、一般に、
出力C(s)/入力R(s)=k/(Ts+1)で表さ
れる一次遅れ系の応答特性で、目標値TAのステップ変
化に対して積分動作用目標値TAIがステップ応答する
ようにする。ここで、時定数Tを、前記可変バルブタイ
ミング機構6の応答速度に一致させることが好ましい。
【0020】ステップ3では、クランク角センサ8及び
カム角センサ9からの検出信号に基づいて吸気側カム5
の実際の回転位相DAを検出する。ステップ4では、比
例操作量Pを演算するときに用いる偏差Zpを、ステッ
プ1で求めた目標値TAと、ステップ3で検出した実際
の回転位相DAとの差として求める。
【0021】Zp=TA−DA ステップ5では、積分操作量Iを演算するときに用いる
偏差Ziを、ステップ2で求めた積分動作用の目標値T
AIと、ステップ3で検出した実際の回転位相DAとの
差として求める。 Zi=TAI−DA ステップ6では、比例操作量Pを、比例ゲインKpと前
記偏差Zpとに基づいて、 P=Kp×Zp として算出する。
【0022】ステップ7では、積分操作量Iを、積分係
数Kiと前記偏差Ziとに基づいて、 I=Ki×∫Zi dt として算出する。そして、ステップ8では、制御信号=
P+I+基本値として可変バルブタイミング機構6にお
ける油圧を制御するソレノイドバルブに制御信号を出力
する。尚、前記基本値は、目標値TAに応じて設定され
るフィードホワード値である。
【0023】上記構成によると、積分操作量Iを決定す
るための偏差Ziが、可変バルブタイミング機構の応答
速度に略一致する一次遅れ特性を有する目標値TAIに
基づいて算出されるから、目標値TAのステップ変化が
あって実際の回転位相が目標値に近づく方向に変化する
ときに、かかる実際の回転位相変化に略対応して積分動
作用の目標値TAIが変化するから、前記偏差Ziとし
て小さい値が算出され、以て、積分操作量Iが小さい値
に保持されることになる。
【0024】これにより、目標値TAのステップ的な変
化によって発生する目標値TAと実際値との偏差によっ
て、必要以上に大きな積分操作量が設定されることを回
避でき、以て、オーバーシュートの発生を抑制できる。
一方、目標値TAが一定である状態での油圧制御系の変
動により生じる目標値TAに対する偏差については、そ
のまま積分操作量に反映させることになるから、目標値
TAに対する収束性も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1記載の発明に係るバルブタイミング制
御装置の基本構成を示すブロック図。
【図2】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。
【図3】前記実施の形態におけるバルブタイミング制御
の様子を示すフローチャート。
【図4】前記実施の形態における制御特性を示すタイム
チャート。
【図5】従来制御の問題点を説明するためのタイムチャ
ート。
【符号の説明】
1 内燃機関 2 スロットルバルブ 3 吸気バルブ 4 排気バルブ 5 吸気側カム軸 6 可変バルブタイミング機構 7 コントロールユニット 8 クランク角センサ 9 カム角センサ 10 エアフローメータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カム軸の回転位相を変化させてバルブタイ
    ミングを変化させる可変バルブタイミング機構と、 機関の運転条件に応じて前記回転位相の目標値を設定す
    る目標値設定手段と、 該目標値設定手段で設定された前記回転位相の目標値に
    対して応答遅れをもって追従する積分動作用の目標値を
    設定する積分動作用目標値設定手段と、 前記カム軸の実際の回転位相を検出する回転位相検出手
    段と、 該回転位相検出手段で検出された回転位相と、前記積分
    動作用の目標値との偏差に基づいて積分操作量を設定す
    る積分操作量設定手段と、 該回転位相検出手段で検出された回転位相と、前記目標
    値設定手段で設定された目標値との偏差に基づいて比例
    操作量を設定する比例操作量設定手段と、 前記積分操作量設定手段で設定された積分操作量と前記
    比例操作量設定手段で設定された比例操作量とに基づい
    て前記カム軸の回転位相の制御信号を補正して前記可変
    バルブタイミング機構に出力する制御信号出力手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関のバルブ
    タイミング制御装置。
  2. 【請求項2】前記積分動作用目標値設定手段で設定され
    る積分動作用目標値の応答特性が一次遅れ系であること
    を特徴とする請求項1記載の内燃機関のバルブタイミン
    グ制御装置。
  3. 【請求項3】前記一次遅れ系の時定数を、前記可変バル
    ブタイミング機構における応答速度に略一致させること
    を特徴とする請求項2記載の内燃機関のバルブタイミン
    グ制御装置。
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Effective date: 20040622