JP2007100593A - Controller of variable valve gear mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の吸・排気弁のリフト特性(作動角、リフト量)を連続的に可変制御する可変動弁機構の制御装置に関し、特に、エンジン振動ノイズの影響を回避して制御精度を向上する技術に関する。 The present invention relates to a control device for a variable valve mechanism that continuously and variably controls lift characteristics (working angle, lift amount) of intake and exhaust valves of an internal combustion engine, and in particular, control accuracy by avoiding the influence of engine vibration noise It relates to technology to improve.
特許文献1に記載のように、機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸・排気弁のリフト特性を機関運転状態に応じて可変にフィードバック制御する可変動弁機構が提案されている。
この種の上記特許文献1に示される可変動弁機構のフィードバック制御では、リフト特性(作動角、リフト量)の検出部に、エンジン回転に同期した振動ノイズが入力され、該ノイズの加わった検出値を用いると、フィードバック補正量がノイズ成分を増幅し、リフト特性が振動的に制御されてしまうため、フィードバックゲインを大きく設定できず、応答性を高めることに限界を生じる。
また、ノイズによって、可変動弁機構の駆動用モータの回転速度を正確に検出できないため、逆起電圧の推定が困難となり、この点でも制御精度の低下につながっていた。
In this type of feedback control of the variable valve mechanism disclosed in
Moreover, since the rotational speed of the drive motor for the variable valve mechanism cannot be accurately detected due to noise, it is difficult to estimate the back electromotive voltage, which also leads to a decrease in control accuracy.
このため、従来では、ノイズに応じた周波数帯のゲインを低下させるフィルタ(エリミネーションフィルタ)を用いてノイズを除去している。
しかしながら、この方式では、ノイズの周波数帯と同じ制御応答周波数帯を要求する場合、リフト特性の検出が遅れることにより、制御性能が著しく悪化してしまう。例えば、エンジン回転速度が600rpmのとき、ノイズの振動周波数は5Hzであるが、このときの規範応答の周波数として1Hz〜6Hzを要求している場合などである。
For this reason, conventionally, noise is removed using a filter (elimination filter) that reduces the gain of the frequency band corresponding to the noise.
However, in this method, when a control response frequency band that is the same as the noise frequency band is requested, the detection of the lift characteristic is delayed, so that the control performance is significantly deteriorated. For example, when the engine rotational speed is 600 rpm, the vibration frequency of noise is 5 Hz, but the case where 1 Hz to 6 Hz is required as the frequency of the normative response at this time.
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、エンジン振動ノイズを除去したリフト特性変位を高精度かつ高応答に推定すること、さらに、この推定値を用いて可変動弁機構のフィードバック制御精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and estimates a lift characteristic displacement from which engine vibration noise has been removed with high accuracy and high response, and further uses this estimated value to make a variable valve actuation. The purpose is to improve the feedback control accuracy of the mechanism.
上記の課題を解決するため、本発明は、バルブスプリングに連繋したリンク機構を、前記バルブスプリングの反力に抗して電動アクチュエータを駆動して機関バルブのリフト特性を可変制御し、かつ、該リフト特性の変位と駆動力との関係が非線形な特性を有する内燃機関における可変動弁機構の制御装置であって、前記可変されるリフト特性毎に駆動力/変位として算出したバネ定数と、前記電動アクチュエータのオフセット電流とを用いた可変動弁機構のモデルによってオブザーバを構成し、該オブザーバにより、オフセット電流を推定しつつリフト特性の変位を推定する構成とした。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a link mechanism connected to a valve spring to drive an electric actuator against the reaction force of the valve spring to variably control the lift characteristics of the engine valve, and A control apparatus for a variable valve mechanism in an internal combustion engine having a non-linear relationship between a displacement of a lift characteristic and a driving force, the spring constant calculated as the driving force / displacement for each variable lift characteristic, The observer is configured by a variable valve mechanism model using the offset current of the electric actuator, and the displacement of the lift characteristic is estimated by the observer while estimating the offset current.
かかる構成とすれば、上記可変動弁機構のモデルを用いて構成したオブザーバによって、可変動弁機構の動特性及び静特性を推定しつつエンジン振動ノイズに影響されないリフト特性の変位を推定することができ、前記エンジン振動ノイズに影響されないリフト特性変位を用いてフィードバック制御を行うことにより、安定かつ高応答な制御性能を確保できる。 With such a configuration, it is possible to estimate the displacement of the lift characteristic that is not affected by engine vibration noise while estimating the dynamic characteristic and static characteristic of the variable valve mechanism by the observer configured using the model of the variable valve mechanism. In addition, by performing feedback control using a lift characteristic displacement that is not affected by the engine vibration noise, stable and highly responsive control performance can be ensured.
また、オブザーバによって電動アクチュエータのオフセット電流を分離して推定できるので、リフト特性変位をより高応答で推定できる。 Further, since the offset current of the electric actuator can be estimated separately by the observer, the lift characteristic displacement can be estimated with higher response.
図1〜図3は、本発明に係る内燃機関の可変動弁機構を、吸気弁側に適用した実施形態を示している。なお、図1では排気弁側(図1の下側)の構成を図示省略している。
シリンダヘッド10の上部には、全気筒にわたって連続した駆動軸11が設けられている。この駆動軸11は、図外の一端にスプロケットが取り付けられ、タイミングチェーン等を介して機関のクランクシャフトに連動して回転する。
1 to 3 show an embodiment in which a variable valve mechanism for an internal combustion engine according to the present invention is applied to the intake valve side. In FIG. 1, the configuration on the exhaust valve side (lower side in FIG. 1) is not shown.
A
この駆動軸11の外周には、吸気弁(又は排気弁)19を駆動する揺動カム18の円筒状の軸受部18aが相対回転可能に外嵌している。この揺動カム18は、先端部(カムノーズ)18bを有する薄板状をなし、その外周に、吸気弁19の上端に設けられた伝達部材としてのバルブリフタ19aの上面19bに摺接するカム面18cが形成されている。
また、駆動軸11の外周にはリング状の偏心カム12が圧入等により固定されている。この偏心カム12の中心(軸心)C2は、駆動軸11の中心(軸心)C1に対して所定量偏心している。この偏心カム12の外周には、リング状リンク13の基部13aがベアリング等を介して相対回転可能に外嵌している。なお、揺動カム18の揺動中心(軸心)は、駆動軸11の中心C1と一致している。
A
A ring-shaped
駆動軸11の斜め上方には、制御軸14が駆動軸11と略平行に気筒列方向に延設されている。この制御軸14は、後述する駆動部20により機関の運転状態に応じて所定の回転範囲で回転,保持される。
制御軸14の外周には、リング状の制御カム15が圧入等により固定されている。制御カム15の中心(軸心)C4は、制御軸14の中心(軸心)C3に対して所定量偏心している。この制御カム15の外周には、ロッカアーム16の円筒状の中央基部が相対回転可能に外嵌している。このロッカアーム16の一端部16aと、リング状リンク13の小径な先端部13bとは、両者16a,13bを挿通する第1ピン29aを介して相対回転可能に連結されている。
A
A ring-
また、ロッカアーム16の他端部16bと揺動カム18とは、ロッド状リンク17によって連携されている。より具体的には、制御軸14の作動角が大側に回動され、ロッカアーム16の他端部16bと、ロッド状リンク17の一端部17aとは、両者16b,17aを挿通する第2ピン29bを介して相対回転可能に連結されている。また、ロッド状リンク17の他端部17bと揺動カム18とは、両者17b,18を挿通する第3ピン29cを介して相対回転可能に連結されている。
The
次に、制御軸14を回動,保持する駆動部20の構成を説明する。
図1に示すように、制御軸14は、シリンダヘッド10に固定されるケース22内まで延びており、その一端にウォームホイール21が固定されている。ケース22には、ECU(エンジンコントロールユニット)50からの制御信号により駆動される電動モータ(DCモータ)26が取り付けられており、この電動モータ26の出力軸26aは、ローラベアリング25を介してケース22内に回転可能に延在している。この出力軸26aに、ウォームホイール21と噛合するウォームギヤ24が固定されている。なお、ウォームギヤ24とウォームホイール21の間でモータトルクを増大させるために、ギヤ比を適宜に大きく設定してある。また、ケース22には、制御軸14(ウォームホイール21)の回転角度を検出する回転角センサ23が取り付けられており、この回転角センサ23の出力は、前記ECU50に入力され、該回転角センサ23で検出された制御軸14の回転角(制御軸作動角θCS)、すなわち吸気弁19のリフト特性変位(作動角,リフト量)検出値に基づいて、電動モータ26がフィードバック制御される。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 1, the
このような構成により、機関の回転に連動して駆動軸11が回転すると、偏心カム12を介してリング状リンク13が並進移動し、これに応じてロッカアーム16が制御カム15の中心C4を揺動中心として揺動し、かつ、ロッド状リンク17を介して揺動カム18が揺動する。このとき、揺動カム18のカム面18cが、吸気弁19の上端に設けられた伝達部材としてのバルブリフタ19aの上面に摺接し、バルブリフタ19aを図外のバルブスプリングの反力に抗して押圧することにより、吸気弁19が機関の回転に連動して開閉作動する。
With such a configuration, when the
また、機関の運転状態に応じて電動モータ26の出力軸26aが回転駆動されると、ウォームギヤ24,ウォームホイール21を介して制御軸14が回転して、ロッカアーム16の揺動中心となる制御カム15の中心C4の位置が変化し、吸気弁19のリフト特性が連続的に変化する。より具体的には、制御カム15の中心C4と駆動軸11の中心C1との距離を近づけるほど、リフト特性の変位であるバルブリフト量及び作動角が大きくなる。
Further, when the
次に、同上可変動弁機構の動作特性を、考察する。
図4,5を参照して、ロッカアーム16の他端部16bには、吸気弁19のバルブスプリング反力等によって生じる反力F1が、揺動カム18,ロッド状リンク17,第2ピン29b等を介して作用する。また、ロッカアーム16の一端部16aには、反作用として発生する反力F2が、偏心カム12,リング状リンク13,第1ピン29a等を介して作用する。従って、ロッカアーム16の揺動中心C4には、実質的に反力F1,F2の合成反力F3が作用する。
Next, the operating characteristics of the variable valve mechanism will be discussed.
4 and 5, the reaction force F1 generated by the valve spring reaction force or the like of the
これにより、制御軸14には、制御軸14の中心C3から合成反力F3の方向線までの腕長さr1と合成反力F3との積であるトルクT1が作用する。従って、駆動部20が制御軸14を所定の角度に保持するためには、少なくとも上記のトルクT1に釣り合う逆向きのトルクを必要とする。
制御軸14が所定の回転角度に保持された状態では、図4に示すように、揺動カム18が最も高リフト側へ押し下げられたとき、すなわち図4の反時計方向に最も揺動したときに、合成反力F3が最大となる。このときの合成反力F3の方向は、駆動軸11の中心C1と制御軸14の中心C3とを結ぶ第1の線L1と略平行となる。
As a result, a torque T1 that is the product of the arm length r1 from the center C3 of the
In a state where the
ここで、図6に示すように、合成反力F3は、リフト量(作動角)の増大に応じて増大する[図(A):最小作動角、(B):中間位置、(C):最大作動角]が、腕長さr1は、偏心カム12の回転にしたがって、最小作動角から中間位置までは増大するが、その後は、減少する。したがって、合成反力F3と腕長さr1との積であるトルクT1は、制御軸作動角θに対して非線形な特性を有する。
Here, as shown in FIG. 6, the combined reaction force F3 increases with an increase in the lift amount (operating angle) [FIG. (A): minimum operating angle, (B): intermediate position, (C): The maximum operating angle] increases from the minimum operating angle to the intermediate position as the
図7は、制御軸14の作動角θCSと駆動電流iCS(トルクT1に比例)との関係を示す。
ここで、上記非線形な制御軸作動角θCS−駆動電流iCS特性に対し、制御軸作動角θCS毎のバネ定数K(θCS)を下式のように定義して算出し、該バネ定数K(θCS)を用いて制御対象である可変動弁機構の動作特性をモデル化しつつ制御軸作動角θCSの位置決め制御を行う。
FIG. 7 shows the relationship between the operating angle θ CS of the
Here, the spring constant K (θ CS ) for each control shaft operating angle θ CS is defined and calculated for the nonlinear control shaft operating angle θ CS −drive current i CS characteristic, and the spring Positioning control of the control shaft operating angle θ CS is performed while modeling the operating characteristics of the variable valve mechanism to be controlled using the constant K (θ CS ).
A(θCS)=iCS/θCS・・・(1)
K(θCS)=A(θCS)・KT・・・(2)
ただし、KT:電動モータ26のトルク定数
図7の特性から(1)式より制御軸作動角θCSに対する駆動電流iCSの係数A(θCS)を算出し、該A(θCS)に基づいて(2)式によりバネ定数K(θCS)を算出する(図8参照)。該算出されたバネ定数K(θCS)を制御軸作動角θCS毎に割り付けて図9に示す作動角−バネ定数マップを作成する。上記のように、バネ定数を定義することで、非線形特性を有する作動角と駆動電流とを連続的かつ一義的な関数として設定でき、可変動弁機構を後述するようにモデル化することが可能となる。
A (θ CS ) = i CS / θ CS (1)
K (θ CS ) = A (θ CS ) · K T (2)
However, K T: calculating the coefficients of the drive current i CS for the control shaft operating angle theta CS than the characteristics of torque constant 7 (1) of the electric motor 26 A (theta CS), to the A (theta CS) Based on the equation (2), the spring constant K (θ CS ) is calculated (see FIG. 8). The calculated spring constant K (θ CS ) is assigned to each control shaft operating angle θ CS to create an operating angle-spring constant map shown in FIG. As described above, by defining the spring constant, it is possible to set the operating angle and driving current having non-linear characteristics as a continuous and unambiguous function, and the variable valve mechanism can be modeled as described later. It becomes.
本制御システムは、図10に示すように、大きく分けて動特性補償部101と、応答性補償部102と、本発明にかかる制御軸作動角推定器103と、制御対象である可変動弁機構104とから構成される。
可変動弁機構104の伝達特性GP(s)は、動特性と静特性の積として、次式に示すような0次/2次で表すことができる(下式右辺の左側の項が動特性、右側の項が静特性)。
As shown in FIG. 10, the present control system is roughly divided into a dynamic characteristic compensator 101, a responsiveness compensator 102, a control shaft
The transmission characteristic G P (s) of the variable valve mechanism 104 can be expressed as a product of the dynamic characteristic and the static characteristic in the 0th order / second order as shown in the following expression (the term on the left side of the right side of the following expression is the dynamic value). Characteristics, right term is static characteristics).
ただし、J:可変動弁機構の慣性モーメント
D:同上機構の粘性抵抗
可変動弁機構104の入力を電流指令値iCSC、出力を制御軸作動角θCSとすると、電流指令値iCSCと制御軸作動角θCSの関係は、次式のように表すことができる。
Where J: Moment of inertia of variable valve mechanism
D: Viscosity resistance of the same mechanism Assuming that the input of the variable valve mechanism 104 is the current command value i CSC and the output is the control shaft operating angle θ CS , the relationship between the current command value i CSC and the control shaft operating angle θ CS is It can be expressed as
以上のことを踏まえて、図10に示した本制御システムの各要素について説明する。
まず、動特性補償部101について説明すると、動特性補償部101はいわゆるフィードフォワード補償器である。
ここで、設計者が希望する作動角の応答(減衰比ζ、振動数ω)が次式に示す目標作動角演算器102aの伝達特性GT(S)で与えられるとする。
Based on the above, each element of the present control system shown in FIG. 10 will be described.
First, the dynamic characteristic compensation unit 101 will be described. The dynamic characteristic compensation unit 101 is a so-called feedforward compensator.
Here, it is assumed that the operating angle response (damping ratio ζ, frequency ω) desired by the designer is given by the transfer characteristic GT (S) of the target operating angle calculator 102a shown in the following equation.
入力値かつ最終目標値である到達作動角θCSTに対し、実制御軸作動角θCSが前記動特性GT(s)で追従するように、GFF(s)=GT(s)/GP(s)の関係から求めた動特性補償部101の伝達関数GFF(s)により、次式(6)にしたがって、駆動電流のフィードフォワード分である動特性補償出力iCSFFを算出する。つまり、動特性補償部101は、2次/2次フィルタで構成される。
G FF (s) = G T (s) / G so that the actual control shaft operating angle θ CS follows the input characteristic and final target value θ CST as the dynamic characteristic G T (s). Based on the transfer function G FF (s) of the dynamic characteristic compensator 101 obtained from the relationship of G P (s), a dynamic characteristic compensation output i CSFF that is a feed forward portion of the drive current is calculated according to the following equation (6). . That is, the dynamic characteristic compensator 101 is composed of a secondary / secondary filter.
次に、応答性補償部102について説明する。この応答性補償部102は、目標作動角演算器102aと動特性補償出力補正器102bとから構成される。
目標作動補償器102aは到達作動角θCSTを入力とし、設計者が希望する作動角の応答である目標制御軸作動角θCSMを(7)式に基づき演算する。目標制御軸作動角θCSMは、制御軸作動角θCSが最終的な到達作動角θCSTに至るまでの過渡的な作動角である。
Next, the response compensation unit 102 will be described. The response compensation unit 102 includes a target operating angle calculator 102a and a dynamic characteristic compensation output corrector 102b.
The target operation compensator 102a receives the final operation angle θ CST as input, and calculates the target control shaft operation angle θ CSM , which is a response of the operation angle desired by the designer, based on the equation (7). The target control shaft operating angle θ CSM is a transient operating angle until the control shaft operating angle θ CS reaches the final reached operating angle θ CST .
(7)式のζとωは設計者が希望する作動角応答に応じて設定する。
動特性補償出力補正器102bでは、積分特性を有し、制御対象のパラメータ変化に対して安定性が補償されているフィルタを用いて動特性補償出力補正値iCSFBを、(8)式の偏差量θERRから算出する。
θERR=θCSM−θCSO・・・(8)
ここで、制御軸作動角としてセンサでの検出値θCSの代わりに、後述するようにオブザーバで推定される値θCSOを用いる。
Ζ and ω in equation (7) are set according to the operating angle response desired by the designer.
In the dynamic characteristic compensation output corrector 102b, a dynamic characteristic compensation output correction value i CSFB is calculated using a filter having an integral characteristic and whose stability is compensated with respect to a parameter change to be controlled. Calculated from the quantity θ ERR .
θ ERR = θ CSM −θ CSO (8)
Here, instead of the detected value θ CS at the sensor, the value θ CSO estimated by the observer as described later is used as the control shaft operating angle.
積分特性を有するフィルタの例として(9)式があげられる。比例ゲインPおよび積分ゲインIは安定性が補償されているゲインである。この場合、動特性補償出力補正値iCSFBは(10)式から算出する。
GFB(s)=(Ps+I)/s・・・(9)
iCSFB=(Ps+I)/s・θERR・・・(10)
動特性補償出力補正値iCFSBに基づき、動特性補償出力iCSFFを用いて、電流指令値iCSCは、(11)式より算出される。
iCSC=iCSFB+iCSFF・・・(11)
このように作動角毎に算出したバネ定数を用いて可変動弁機構のモデルを推定し、該モデルを用いて電流指令値iCSCを算出して制御することにより、パラメータ変動や外乱の影響を受けにくく、かつ、設計者が希望する作動角応答が得られる。
Equation (9) is an example of a filter having integral characteristics. The proportional gain P and the integral gain I are gains whose stability is compensated. In this case, the dynamic characteristic compensation output correction value i CSFB is calculated from the equation (10).
G FB (s) = (Ps + I) / s (9)
i CSFB = (Ps + I) / s · θ ERR (10)
Based on the dynamic characteristic compensation output correction value i CFSB , the current command value i CSC is calculated from the equation (11) using the dynamic characteristic compensation output i CSFF .
i CSC = i CSFB + i CSFF (11)
By estimating the variable valve mechanism model using the spring constant calculated for each operating angle in this way, and calculating and controlling the current command value i CSC using the model, the effects of parameter fluctuations and disturbances can be reduced. It is difficult to receive, and the operating angle response desired by the designer can be obtained.
次に、本発明に係る制御軸作動角推定器(オブザーバ)103について説明する。この制御軸作動角推定器103は、前記(3)式で表される可変動弁機構モデルに基づいて構成され、制御軸作動角の検出値θCSに基づいてモデル誤差を修正しつつ、該検出値θCSに含まれるノイズを除去した制御軸作動角の推定値θCSOを求めるものである。
ところで、可変動弁機構104のバネセット荷重や摩擦などによって作動角が動き始めるのに必要なオフセット電流は、図11に示すように、エンジン回転速度毎に異なり、かつ、制御軸作動角が増大する方向と、減少する方向とでヒステリシス特性を有する。オフセット電流が変化してもオブザーバで制御軸作動角を推定するはできるが、オフセット電流の変化に応じたフィードバック補正を伴う分、制御軸作動角の推定を遅らせることとなる。
Next, the control axis operating angle estimator (observer) 103 according to the present invention will be described. The control shaft
By the way, as shown in FIG. 11, the offset current required for the operating angle to start to move due to the spring set load or friction of the variable valve mechanism 104 differs for each engine speed, and the control shaft operating angle increases. It has hysteresis characteristics in the direction and the decreasing direction. Even if the offset current changes, the control shaft operating angle can be estimated by the observer, but the estimation of the control shaft operating angle is delayed by the amount accompanied by the feedback correction according to the change of the offset current.
そこで、本発明に係る制御軸作動角推定器103では、前記オフセット電流を分離して推定する機能を持たせ、これにより、制御軸作動角を、より高応答で推定できるようにする。
制御軸作動角推定器103では、図12のブロック図に示すように、電流指令値iCSCと回転角センサ23で検出される制御軸作動角θCSを入力し、制御軸作動角推定値θCSOを算出する。
Therefore, the control axis
As shown in the block diagram of FIG. 12, the control axis
前記制御軸作動角推定器103のゲイン(オブザーバゲイン)kの算出方法を以下に示す。
まず、(4)式に対し、上記オフセット電流ofsetiの存在を仮定すると、以下の関係を導き出すことができる。
A method of calculating the gain (observer gain) k of the control axis
First, assuming that the offset current ofseti is present in the equation (4), the following relationship can be derived.
ここで、状態変数x1、x2、x3を次のように定義すると、
Here, if the state variables x 1 , x 2 , x 3 are defined as follows,
(13),(14)式から、以下の関係が導かれる。
From the equations (13) and (14), the following relationship is derived.
(14),(15)式より、可変動弁機構は、次の状態方程式で表される。
From the equations (14) and (15), the variable valve mechanism is expressed by the following equation of state.
x、A、B、Cを(17)式のように定義し、(16)式を(18)式とする。
x, A, B, and C are defined as in equation (17), and equation (16) is defined as equation (18).
図13において、制御軸作動角の推定値θCSOと検出値θCSとの偏差eのフィードバックゲインkを、(19)式で定義すると、上述の状態量xの推定値xOは、(20)式のように表すことができる。
In FIG. 13, when the feedback gain k of the deviation e between the estimated value θ CSO of the control shaft operating angle and the detected value θ CS is defined by the equation (19), the estimated value x O of the state quantity x is (20 ) Expression.
xOとxの誤差をeとし、
The error between x O and x is e,
A−kCを安定にするゲインk(k1、k2、k3)を設定することで、前記制御軸作動角推定器103の極を適正値に設定して、精度の高い制御軸作動角推定値θCSOを得ることができる。
ゲインk1,k2については、エンジン回転と同期して発生するノイズの周波数が高い高速域では、ゲインを大きくしてオブザーバの極を大きくすることにより、ノイズを除去しつつできるだけ応答性を高め、ノイズ周波数の低い低速域では応答を高めるとノイズの影響を受けやすくなるので、ゲインを高速域より小さくしてノイズの影響を除去できるようにする。これにより、エンジン回転に起因したノイズのみを除去し、その他のモデル化誤差等については速やかに追従することができる。
また、制御軸作動角θCSが大きくなるほどノイズのピーク値が大きくなるので、バルブ作動角が大きいときは小さいときよりゲインk1、k2を小さくすることで、ノイズの影響を除去することができる。
ただし、可変動弁機構のフィードバック制御系の極(制御軸作動角の増大に応じたバネ定数の減少により増大)より、制御軸作動角推定器103の極の方が大きな値となるように、ゲインk1、k2の下限値を規制して極配置の最小値を規定する。なお、k1、k2は、略同じ値としてよい。
一方、オフセット電流ofseti推定用のゲインk3については、簡易的には固定値としてよいが、前記図11の特性に応じてエンジン回転速度と制御軸作動角の増減方向に応じてオフセット電流が大きいと予測されるときは大きい値となるようにするなど、可変に設定してもよい。
以上のように構成された制御軸作動角推定器103によれば、モデル化誤差を修正しつつ、ノイズの影響を除去した制御軸作動角推定値θCSOを求めることができ、制御軸作動角推定値θCSOを検出値θCSの代わりに用いて、高精度なフィードバック制御性能を得ることができる。
また、制御軸作動角推定器103が、図示点線で示す部分でオフセット電流ofsetiを分離して推定しつつフィードバックさせて制御軸作動角を推定するようにしたため、オフセット電流ofsetiの変化による制御軸作動角の推定遅れを抑制することができ、制御軸作動角推定値θCSOを、高応答で求めることができ、高精度かつ高応答なフィードバック制御性能を得ることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
本実施形態では、図13のブロック図に示すように、オフセット電流ofsetiを、エンジン回転速度と制御軸作動角の増減方向に応じて推定するオフセット電流推定器105を設け、該オフセット電流推定器105で推定したオフセット電流ofsetiを、フィードフォワード値ofsetiFFとして制御軸作動角推定器103に与える構成とする。具体的には、図11の特性に基づいて、図14に示すフィードフォワード値ofsetiFFを設定したマップを設け、エンジン回転速度と制御軸作動角の増減方向に応じて検索する構成とすればよい。
このようにすれば、制御軸作動角推定器103におけるオフセット電流ofsetiの推定は、フィードフォワード値ofsetiFFを修正するだけで済むため、オフセット電流ofsetiをより高応答で修正しつつ推定することができ、ひいては、制御軸作動角推定値θCSOをより高応答で高精度に推定することができ、フィードバック制御性能をより高めることができる。
なお、本実施形態においては、図15に示すように、上記フィードフォワード値ofsetiFFを、フィードバック制御システムにも与えるのがよい。これにより、電流指令値iCSCは、(22)式より算出される。
iCSC=iCSFB+iCSFF+ofsetiFF・・・(22)
このようにすれば、第1の実施形態では、オフセット電流ofsetiがフィードバック補正量である動特性補償出力補正値iCSFBに含まれるのに対し、フィードフォワード値ofsetiFFの修正分のみが動特性補償出力補正値iCSFBに含まれることとなり、オフセット電流の変化に対して動特性補償出力補正値iCSFBを高応答で修正できる。
図16は、上記オフセット電流を分離して推定するオブザーバを用いた第1の実施形態、図17は、さらにオフセット電流のフィードフォワード値を与えつつ推定する第2の実施形態、図18は、オフセット電流の分離した推定を行わない通常のオブザーバを用いたもので、振動ノイズがなく、オフセット電流が生じている状態で到達作動角θCSTをステップ的に変化させた場合の制御軸作動角の実測値θCS及び推定値θCSOを比較して示す。なお、オブザーバの本来の目的は、ノイズを除去した制御軸作動角を推定することであるが、ここでは、オフセット電流の影響のみを比較するため振動ノイズがない状態で比較する。
振動ノイズがない場合には、推定値θCSOは実測値θCSに一致すべきであるが、図18では、オフセット電流の影響により、推定値θCSOと検出値θCSが大きく相違している。
これに対し、図16の第1実施形態では、推定値θCSOと実測値θCSとに若干の誤差はあるが、良好な推定機能を有している。
さらに、図17の第2の実施形態では、推定値θCSOと実測値θCSとが略一致しており、より良好な推定機能を有している。
By setting the gain k (k1, k2, k3) that stabilizes A-kC, the pole of the control axis
As for gains k1 and k2, in high speed regions where the frequency of noise generated in synchronization with engine rotation is high, increasing the gain and increasing the pole of the observer increases the response as much as possible while eliminating noise. If the response is increased in the low-speed region where the frequency is low, it becomes more susceptible to noise. Therefore, the gain is made smaller than the high-speed region so that the influence of noise can be removed. Thereby, only noise caused by engine rotation can be removed, and other modeling errors and the like can be followed promptly.
Further, since the peak value of the noise increases as the control shaft operating angle θ CS increases, the influence of noise can be eliminated by reducing the gains k1 and k2 when the valve operating angle is large compared to when the valve operating angle is small.
However, the pole of the control shaft
On the other hand, the gain k3 for estimating the offset current ofseti may be simply a fixed value, but if the offset current is large according to the direction of increase / decrease of the engine rotation speed and the control shaft operating angle according to the characteristics of FIG. When predicted, the value may be set variably, for example, to be a large value.
According to the control axis
Further, since the control axis
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, as shown in the block diagram of FIG. 13, an offset
In this way, since the offset current ofseti in the control axis
In the present embodiment, as shown in FIG. 15, the feedforward value ofseti FF may be given to the feedback control system. Thereby, the current command value i CSC is calculated from the equation (22).
i CSC = i CSFB + i CSFF + ofseti FF (22)
In this way, in the first embodiment, the offset current ofseti is included in the dynamic characteristic compensation output correction value i CSFB that is the feedback correction amount, whereas only the correction of the feedforward value ofseti FF is the dynamic characteristic compensation. Since it is included in the output correction value i CSFB , the dynamic characteristic compensation output correction value i CSFB can be corrected with high response to a change in the offset current.
FIG. 16 shows a first embodiment using an observer for separately estimating the offset current, FIG. 17 shows a second embodiment in which the offset current is further estimated while giving a feedforward value, and FIG. 18 shows an offset Using a normal observer that does not perform separate estimation of current, actual measurement of control shaft operating angle when stepping operating angle θ CST is changed stepwise while there is no vibration noise and offset current is generated The value θ CS and the estimated value θ CSO are compared and shown. Although the original purpose of the observer is to estimate the control shaft operating angle from which noise has been removed, here, in order to compare only the influence of the offset current, the comparison is performed without vibration noise.
When there is no vibration noise, the estimated value θ CSO should match the measured value θ CS , but in FIG. 18, the estimated value θ CSO and the detected value θ CS are greatly different due to the influence of the offset current. .
In contrast, the first embodiment of FIG. 16 has a good estimation function although there is a slight error between the estimated value θ CSO and the actually measured value θ CS .
Further, in the second embodiment of FIG. 17, the estimated value θ CSO and the actually measured value θ CS substantially coincide with each other, and a better estimation function is provided.
11 駆動軸、
12 偏心カム
13 リング状リンク
14 制御軸
15 制御カム
16 ロッカアーム
17 ロッド状リンク
18 揺動カム
19 吸気弁
20 駆動部
50 ECU
101 動特性補償部
102 応答性補償部
103 制御軸作動角推定器
104 可変動弁機構
105 オフセット電流推定器
11 Drive shaft,
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Dynamic characteristic compensation part 102
Claims (8)
前記可変されるリフト特性毎に駆動力/変位として算出したバネ定数と、前記電動アクチュエータのオフセット電流とを用いた可変動弁機構のモデルによってオブザーバを構成し、該オブザーバにより、前記オフセット電流を推定しつつ前記リフト特性の変位を推定することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。 The link mechanism linked to the valve spring drives the electric actuator against the reaction force of the valve spring to variably control the lift characteristics of the engine valve, and the relationship between the displacement of the lift characteristics and the driving force is nonlinear. A control device for a variable valve mechanism in an internal combustion engine having various characteristics,
An observer is configured by a variable valve mechanism model using a spring constant calculated as driving force / displacement for each variable lift characteristic and the offset current of the electric actuator, and the offset current is estimated by the observer. A control device for a variable valve mechanism, wherein the displacement of the lift characteristic is estimated.
前記可変されるリフト特性毎に駆動力/変位として算出したバネ定数と、前記電動アクチュエータのオフセット電流とを用いた可変動弁機構のモデルによって構成され、前記オフセット電流を推定しつつ前記リフト特性の変位を推定するオブザーバを設けたことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。 The link mechanism linked to the valve spring drives the electric actuator against the reaction force of the valve spring to variably control the lift characteristics of the engine valve, and the relationship between the displacement of the lift characteristics and the driving force is nonlinear. A control device for a variable valve mechanism in an internal combustion engine having various characteristics,
A variable valve mechanism model using a spring constant calculated as a driving force / displacement for each variable lift characteristic and an offset current of the electric actuator, and estimating the offset current A control apparatus for a variable valve mechanism, wherein an observer for estimating displacement is provided.
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JP2001003773A (en) * | 1999-06-22 | 2001-01-09 | Unisia Jecs Corp | Variable valve system of internal combustion engine |
JP2003269119A (en) * | 2002-03-11 | 2003-09-25 | Toyota Motor Corp | Solenoid operated valve control device |
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