JP2007187061A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】学習値がクリアされても車両の運転に与える影響を少なくした可変動弁機構の制御装置を提供する。
【解決手段】可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の最大リフト量を決定するアクチュエータと、アクチュエータの駆動要素の相対位置変化を検知するセンサとを含む。制御装置２００は、センサの出力に応じて基準位置に相対位置変化を積算することによって駆動要素の絶対位置を算出する。制御装置２００は、算出した絶対位置が不明となった場合には、弁の最大リフト量が最小となる側の駆動要素の第１の動作限界値に絶対位置を仮設定し、駆動要素が第１の動作限界と反対側の第２の動作限界に至るまでアクチュエータを最大リフト量が徐々に増加するように動作させ、駆動要素が第２の動作限界に至ったときに第１の基準位置を絶対位置として学習する。
【選択図】図１

Description

この発明は、可変動弁機構の制御装置に関し、特に内燃機関に設けられた吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置に関する。

従来の可変動弁機構付内燃機関の制御装置に関し、たとえば、特開２００３−４１９７７号公報（特許文献１）は、吸気弁の開弁期間に対応する作用角を変えるためのアクチュエータの最大側変位端位置と最小側変位端位置の学習を行ない、精度よい制御を行なう技術について開示されている。

この技術では、たとえばＩＧスイッチのオン後に動弁可動条件が初めて成立した場合に、最大作用角に対応する最大側変位端位置の学習と最小作用角に対応するアクチュエータの最小側変位端位置とを学習して、これを用いて可変作用角運転を行なう。
特開２００３−４１９７７号公報 特開２００１−２６３０１５号公報

しかしながら、電気的ノイズなどの影響により、最大変位端位置と最小変位端位置の学習値がクリアされてしまう可能性が考えられる。この場合、再度基準位置が学習されるまで可変動弁機構の動作位置（絶対位置）を検出することができなくなるといった不具合が生じる。その際に、どのように再度学習を行なうようにすれば、走行中の車両の運転に影響を与えずにすむかが問題となる。

この発明の目的は、学習値がクリアされても車両の運転に与える影響を少なくした可変動弁機構の制御装置を提供することである。

この発明は、要約すると、内燃機関に設けられた吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の最大リフト量を決定するアクチュエータと、アクチュエータの駆動要素の相対位置変化を検知するセンサとを含み、制御装置は、センサの出力に応じて基準位置に相対位置変化を積算することによって駆動要素の絶対位置を算出する。制御装置は、算出した絶対位置が不明となった場合には、弁の最大リフト量が最小となる側の駆動要素の第１の動作限界値に絶対位置を仮設定し、駆動要素が第１の動作限界と反対側の第２の動作限界に至るまでアクチュエータを最大リフト量が徐々に増加するように動作させ、駆動要素が第２の動作限界に至ったときに第１の基準位置を絶対位置として学習する。

好ましくは、可変動弁機構は、開弁時期を前後に移動させるバルブタイミング機構をさらに含む。制御装置は、第１の基準位置を学習するための動作中は、バルブタイミング機構に対し開弁時期を所定の中間位置に保持させる。

好ましくは、制御装置は、第１の基準位置を学習した後に、一時的に最大リフト量を使用想定範囲の最大値付近の所定値に設定する。

好ましくは、制御装置は、最大リフト量を使用想定範囲の最大値付近の所定値に設定した後に、最大リフト量を車両状態に応じて変化させ、最大リフト量が使用想定範囲の最小値に近い所定の値になったことに応じて、第１の動作限界まで駆動要素を動かして第２の基準位置を絶対位置として学習する。

好ましくは、可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって最大リフト量の増加とともにクランク角度を単位とする開弁範囲を示す作用角も増加させる。

本発明によれば、学習値がクリアされても車両の運転に与える影響を少なくした可変動弁機構の制御装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン１００の構成を示す図である。
図１を参照して、本実施の形態に係る可変動弁機構の制御装置は、図１における制御装置２００が実行するプログラムにより実現される。

エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はスロットルモータ３１２により駆動される電機制御式スロットルバルブである。

空気は、シリンダ１０６（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０６には、インジェクタ１０８から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０８の噴射孔はシリンダ１０６内に設けられている。燃料は、シリンダ１０６の吸気側（空気が導入される側）から噴射される。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔がシリンダ１０６内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０８に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。

シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は、吸気バルブ１１８により制御される。シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は、排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動される。排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

吸気バルブ１１８は、ＶＶＴＬ（Variable Valve Timing and Lift）機構１２６により、開閉タイミング、リフト量および作用角が制御される。排気バルブ１２０の開閉タイミングは、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構１２９により制御される。なお排気バルブ１２０についても、リフト量および作用角を制御するようにしてもよい。

ここで、ＶＶＴＬ機構１２６とは、開閉タイミングを制御するＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構に、リフト量と作用角とを制御するＶＶＬ（Variable Valve Lift）機構を組み合わせたものである。なお、リフト量および作用角のいずれか一方を制御するようにしてもよい。

本実施の形態においては、カム１２２がＶＶＴ機構により回転されることにより、吸気バルブ１１８の開閉タイミングが制御される。なお、開閉タイミングを制御する方法はこれに限らない。また、ＶＶＴ機構には、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。ＶＶＬ機構については後述する。

制御装置２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度θｔｈ、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸気バルブの動作状態（開閉タイミング、リフト量、作用角等）を制御する。制御装置２００には、カム角センサ３００、クランク角センサ３０２、ノックセンサ３０４、スロットル開度センサ３０６、イグニッションスイッチ３０８、アクセル開度センサ３１４から信号が入力される。

カム角センサ３００は、カムの位置を表す信号を出力する。クランク角センサ３０２は、クランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号を出力する。ノックセンサ３０４は、エンジン１００の振動の強度を表す信号を出力する。スロットル開度センサ３０６は、スロットル開度θｔｈを表す信号を出力する。イグニッションスイッチ３０８は、運転者の操作によりオンにされた場合、イグニッションスイッチ３０８がオンであることを表す信号を出力する。アクセル開度センサ３１４は、運転者の操作するアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度Ａｃｃを出力する。

制御装置２００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００を制御する。

図２は、可変動弁機構において実現されるバルブリフトとクランク角の関係を示す図である。

図２を参照して、排気行程において排気弁が開いて閉じ、吸気行程において吸気弁が開いて閉じる。排気弁のバルブリフトが波形ＥＸ１，ＥＸ２に示されており、これに対して吸気弁のバルブリフトが波形ＩＮ１〜ＩＮ３，ＩＮ２Ａに示されている。排気弁側に設けられている可変バルブタイミングシステム（以下ＶＶＴも称する）によって排気弁の開閉タイミングは、ＥＸ１〜ＥＸ２の間で変化する。最進角側のタイミング波形をＥＸ１とすると、これを基準に排気弁ＶＶＴの遅角量が矢印ＲＲで示される。

これに対して吸気弁の開閉タイミングは、ＶＶＴによって波形ＩＮ１〜ＩＮ３の間で変化し、最遅角側のタイミング波形をＩＮ３とすると、これを基準に進角量が矢印ＦＲで示されるように定義される。

ＴＤＣはピストン上死点、ＢＤＣはピストン下死点を示す。ピストン上死点（ＴＤＣ）付近で排気弁と吸気弁が共に開いている期間をバルブオーバーラップという。ＶＶＴではこのオーバーラップ期間を調節することができる。オーバーラップを大きくすれば高速回転時は新気を多く吸入して出力向上となるが、低速回転時は、排気ガスがシリンダ内に引き戻されて燃焼が不安定になる。

さらに吸気弁に関してはバルブリフト量とともに作用角を一定の範囲内で変更することが可能である。

すなわちバルブリフトの最大量は波形ＩＮ２で最大リフトとなり、波形ＩＮ２Ａで最小リフトとなる。また吸気弁が開いてから閉じるまでのクランク角度を作用角と呼ぶ。波形ＩＮ２においては作用角は最大となり、波形ＩＮ２Ａにおいては作用角は最小となっている。

図３は、吸気バルブのリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００の正面図である。

図３を参照して、ＶＶＬ機構４００は、一方向に延びる駆動軸４１０と、駆動軸４１０の外周面を覆う支持パイプ４２０と、支持パイプ４２０の外周面上で駆動軸４１０の軸方向に並んで配置された入力アーム４３０および揺動カム４４０とを備える。駆動軸４１０の先端には、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータが接続される。

ＶＶＬ機構４００には、各気筒に設けられた１つのカム１２２に対応して、１つの入力アーム４３０が設けられる。入力アーム４３０の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１１８のそれぞれに対応して、２つの揺動カム４４０が設けられる。

支持パイプ４２０は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１３０に対して平行に配置される。支持パイプ４２０は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定される。

支持パイプ４２０の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸４１０が挿入される。支持パイプ４２０の外周面上には、駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０が設けられる。

入力アーム４３０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出するアーム部４３２と、アーム部４３２の先端に回転可能に接続されたローラ部４３４とを有する。入力アーム４３０は、ローラ部４３４がカム１２２に当接可能な位置に配置されるように設けられる。

揺動カム４４０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部４４２を有する。ノーズ部４４２の一辺には、凹状に湾曲したカム面４４４が形成される。吸気バルブ１１８に設けられたバルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム１２８に回転可能に取り付けられたローラがカム面４４４に押し付けられる。

入力アーム４３０および揺動カム４４０は、一体となって駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１３０が回転すると、カム１２２に当接された入力アーム４３０が揺動し、この入力アーム４３０の動きに連動して揺動カム４４０も揺動する。この揺動カム４４０の動きが、ロッカアーム１２８を介して吸気バルブ１１８に伝わり、吸気バルブ１１８が開閉される。

ＶＶＬ機構４００は、さらに、支持パイプ４２０の軸芯周りにおいて、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差を変更する機構を備える。相対位相差を変更する機構によって、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が適宜変更される。

つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が拡大され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が増大される。

また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が縮小され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さくされる。

図４は、ＶＶＬ機構を部分的に示した斜視図である。図４中では、内部構造が明確に把握できるように一部が破断されて表わされる。

図４を参照して、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０と、支持パイプ４２０の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ４２０に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギヤ４５０が収容される。スライダギヤ４５０は、支持パイプ４２０上を軸方向に摺動可能に設けられる。

スライダギヤ４５０には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５２が設けられる。また、スライダギヤ４５０には、ヘリカルギヤ４５２の両側に位置し、ヘリカルギヤ４５２とは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５４が各々に設けられる。

一方、スライダギヤ４５０を収容する空間を規定する入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０の内周面には、ヘリカルギヤ４５２および４５４に対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成される。つまり、入力アーム４３０には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５２に噛み合っている。また、揺動カム４４０には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５４に噛み合っている。

スライダギヤ４５０には、一方のヘリカルギヤ４５４とヘリカルギヤ４５２との間に位置して、周方向に延びる長穴４５６が形成される。また、図示しないが、支持パイプ４２０には、長穴４５６の一部と重なるように、軸方向に延びる長穴が形成される。支持パイプ４２０の内部に挿通された駆動軸４１０には、これら長穴４５６および図示しない長穴の重なった部分を通じて突出する係止ピン４１２が一体に設けられる。

駆動軸４１０がその軸方向に移動すると、スライダギヤ４５０が係止ピン４１２により押され、ヘリカルギヤ４５２および４５４が同時に駆動軸４１０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギヤ４５２および４５４の移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム４３０および揺動カム４４０は、軸方向に移動しない。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０は、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸４１０の軸芯周りに回動する。

このとき、入力アーム４３０と揺動カム４４０とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆である。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０の回動方向は互いに逆方向となる。これにより、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。なお、ＶＶＬ機構は、このような形式のものに限られない。

図５は、ＶＶＬ機構４００の駆動軸４１０を軸方向に直線移動させるアクチュエータ５００を示す断面図である。

図５を参照して、アクチュエータ５００は、空間５１２を規定するハウジング５１０と、空間５１２に配置され、回転運動を直線運動に変換する差動ローラギヤ６００と、差動ローラギヤ６００に対して回転運動を入力するモータ７００とを備える。ハウジング５１０には、ＶＶＬ機構４００が設けられたシリンダヘッドに向かって開口する開口部５１４が形成される。

差動ローラギヤ６００は、軸８００上に延びるサンシャフト６１０と、サンシャフト６１０の外周面６１２上で軸８００と平行に延び、軸８００を中心とした周方向に並んで配設された複数のプラネタリシャフト６２０と、複数のプラネタリシャフト６２０を取り囲むように設けられ、軸８００を中心に筒状に延びるナット６３０とを含む。

サンシャフト６１０は、軸８００上で駆動軸４１０と並ぶように配置される。サンシャフト６１０は、空間５１２から開口部５１４を通じてハウジング５１０の外側に突出するように設けられる。サンシャフト６１０は、図示しないカップリング等により駆動軸４１０と接続される。

サンシャフト６１０は、スプラインが形成されたスプライン部６１４と、雄ねじが形成されたねじ部６１６とを有する。空間５１２内におけるサンシャフト６１０の端部には、リング状のサンギヤ６４０が嵌め合わされる。サンギヤ６４０の外周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

スプライン部６１４を取り囲む位置には、周り止めカラー５１６が固定される。周り止めカラー５１６の内周面には、スプラインが形成される。周り止めカラー５１６とスプライン部６１４とが係合することにより、軸８００を中心とするサンシャフト６１０の回転運動が規制される。

プラネタリシャフト６２０の両側には、軸８００を中心に環状に延びるリテーナ９００および９１０がそれぞれ配設される。プラネタリシャフト６２０の両端は、リテーナ９００および９１０によって回転自在に支持される。リテーナ９００とリテーナ９１０とは、軸８００を中心とした周方向に所定の間隔を空けて設けられ、プラネタリシャフト６２０と平行に延びる支柱によって互いに結合される。

プラネタリシャフト６２０は、ねじ部６２２と、ねじ部６２２の両側にそれぞれ形成されたギヤ部６２４および６２６とを有する。

プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじと、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとに螺合する雄ねじが形成される。プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成される雄ねじは、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きであり、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとは同じ向きである。

プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４には、サンギヤ６４０の外周面に形成された平歯ギヤと、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとに噛み合う平歯ギヤが形成される。同様に、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６には、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤと噛み合う平歯ギヤが形成される。

ナット６３０は、ハウジング５１０に固定されたベアリングによって、軸８００を中心に回転自在に支持される。ナット６３０の内周面には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きの雌ねじが形成される。

ナット６３０には、雌ねじが形成された内周面の両側に位置して、リングギヤ６５０が固定される。リングギヤ６５０の内周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじ、プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成された雄ねじおよびナット６３０の内周面に形成された雌ねじは、いずれも同一のピッチを有する多条ねじである。サンシャフト６１０の雄ねじ、プラネタリシャフト６２０の雄ねじおよびナット６３０の雌ねじのピッチ円直径を、それぞれ、Ｄｓ、ＤｐおよびＤｎとし、各ねじの条数を、それぞれ、Ｎｓ、ＮｐおよびＮｎとする。本実施の形態では、サンシャフト６１０を軸８００方向にストロークさせるため、たとえば、Ｎｓ：Ｎｐ：Ｎｎ＝（Ｄｓ＋１）：Ｄｐ：Ｄｎの関係を満たすように各ねじの条数が決定される。なお、各ねじのピッチ円直径と条数とは、これ以外の関係も採り得る。

モータ７００は、ロータ７２０とステータ７３０とから構成される。ロータ７２０は、焼嵌め、圧入または接着剤等の手段を用いて、ナット６３０の外周面に固定される。ハウジング５１０には、コイル７４０が巻回されたステータ７３０が同様の手段により固定される。

ステータ７３０は、ロータ７２０の周りを取り囲むように、軸８００を中心に環状に延びて形成される。ロータ７２０は、軸８００を中心とした周方向に沿って、ステータ７３０との間に所定の大きさの隙間を設けるように位置決めされる。ロータ７２０のステータ７３０に向い合う位置には、軸８００を中心として所定の角度ごとに並ぶ永久磁石７５０が配設される。コイル７４０に通電することにより、ロータ７２０とステータ７３０との間に磁界が発生する。これにより、ロータ７２０がナット６３０とともに軸８００を中心に回転する。

ナット６３０が回転すると、その回転運動は、ナット６３０およびプラネタリシャフト６２０に形成されたねじの噛み合いにより、プラネタリシャフト６２０に伝わる。このとき、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４に形成された平歯ギヤと、サンギヤ６４０の外周面およびリングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。また、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６に形成された平歯ギヤと、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。

そのため、プラネタリシャフト６２０は、軸８００に沿う方向には静止したまま、自転しながら軸８００を中心に公転する。また同時に、プラネタリシャフト６２０は、これら平歯ギヤの噛み合いにより、軸８００と平行な姿勢に保持される。

プラネタリシャフト６２０の回転運動は、プラネタリシャフト６２０およびサンシャフト６１０に形成されたねじの噛み合いにより、サンシャフト６１０に伝わる。サンシャフト６１０の回転運動は周り止めカラー５１６により規制されているので、サンシャフト６１０は、軸８００に沿う方向のみに移動する。これにより、駆動軸４１０が直線移動され、上述したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。

モータ７００（ロータ７２０）の動作量（回転数もしくは回転角度）はセンサ１０００により検知される。検知結果を表す信号は、制御装置２００に送信される。本実施の形態において、制御装置２００は、モータ７００の動作量と吸気バルブ１１８のリフト量や作用角とを関連付けたマップを用いて、モータ７００の動作量から吸気バルブ１１８のリフト量や作用角を間接的に検知する。

アクチュエータであるモータ７００は、制御装置２００からの制御信号のデューティを変化させることにより駆動要素である駆動軸４１０を中立状態に保ったり駆動軸４１０の位置を最大側変位端に向けて増加させたり、逆に最小側変位端に向けて減少させたりすることができる。

逆に、駆動軸４１０側から軸８００に沿う方向に力が加えられても、モータ７００が回転するには至らない。これは、サンシャフト６１０のねじ部６１６がプラネタリシャフト６２０のねじ部と噛み合い、さらにプラネタリシャフトのねじ部はサンシャフトと反対側ではナット６３０の雌ねじのねじ部６２２と噛み合っており、このナット６３０は軸８００に沿う方向には動かないように拘束されているからである。

そして、駆動軸４１０側から軸８００に沿う方向に加わる力は、サンシャフト６１０のねじ山からプラネタリシャフト６２０のねじ山に伝わる際に、略垂直にプラネタリシャフトのねじ山側面で受け止められる。したがって、プラネタリシャフト６２０を回転させる力はほとんど生じない。このため、モータ７００を通電させて強制的にプラネタリシャフト６２０をギヤ部６２６の平歯車で回転させる場合には、サンシャフト６１０が軸８００に沿う方向に移動するが、たとえば、モータ７００の電源をオフした状態でも、内部摩擦によってプラネタリシャフト６２０の位置が固定されているのでサンシャフト６１０は動かず、現在の駆動軸４１０の位置が維持されることになる。

センサ１０００は、たとえば、ロータリーエンコーダなどのパルスを出力するセンサを用いることができる。このパルスをカウントすることにより、イグニッションキーがオンされた直後に駆動軸４１０の最大側および最小側変位端位置が基準として学習され、この基準値にパルスのカウント値を加算して現在の駆動軸４１０の変位量に対応する作用角センサ値ＶＣが制御装置２００に認識される。

この作用角センサ値ＶＣは、制御装置２００の電源オフや、大きな電気的ノイズの印加等によってクリアされてしまう。

図６は、可変動弁機構の学習値がクリアされた後の再学習について説明するための動作波形図である。

図７は、制御装置２００で実行されるアクチュエータの最大側変位端位置の再学習処理を説明するためのフローチャートである。

図６、図７を参照して、時刻ｔ０〜ｔ１においては、イグニッションスイッチオン時に学習された学習値を用いてアクセル開度などの車両要求に基づく最適作用角が定められる最適作用角モードで車両が動作している。時刻ｔ０〜ｔ１においてはステップＳ１で瞬断していないと判断されるので、そのままステップＳ１の瞬断の判断が行なわれる。なお、たとえば瞬断の処理は、作用角が想定されている１１３〜２６０のクランク角の範囲外になってしまった場合、たとえば０にクリアされてしまった場合などで判断される。

時刻ｔ１において、電源の瞬断などの電気的ノイズによって作用角センサ値ＶＣの値がクリアされてしまったとする。するとステップＳ１において制御装置２００は瞬断が起こったと判断してステップＳ２に処理を進める。

続いてステップＳ３においては、吸気弁側のＶＶＴ進角量ＦＲおよび排気弁側のＶＶＴ−ＥＸ遅角量を所定値に固定する。図６の例では、ＶＶＴ進角量は２０ＦＲ、ＶＶＴ−ＥＸ遅角量は０ＲＲに固定される。この位置は、吸気弁と排気弁のオーバーラップやノッキングなどの発生しないタイミング位置であり、燃費については最適ではないかもしれないが、エンジンの安定的な運転が維持される位置である。

そしてステップＳ３に処理が進み、リフト量を変更するアクチュエータ５００の通常制御を停止し、ステップＳ４においてアクセル開度Ａｃｃと連動して動作していたスロットル開度θｔｈを若干絞るように制御が行なわれる。

以上のように、スロットルを絞り、ＶＶＴの進角量を固定する動作モードを大作用角モードと呼ぶ。これは、作用角を大作用角に固定し、吸気弁の最大リフト量が大きい状態にあわせてスロットルおよびＶＶＴを固定した状態である。

そして、ステップＳ５において作用角センサ値ＶＣをアクチュエータの駆動する駆動要素の最小側変位端であるメカLow端（駆動軸４１０の最小側変位端位置）にセットする。

ステップＳ５に続いてステップＳ６の処理が実行され、メカHigh端（駆動軸４１０の最大側変位端位置）に向けて徐々にアクチュエータの駆動が行なわれる。そしてステップＳ７においてメカHigh端に当接したか否かの判断が行なわれる。ステップＳ７においてメカHigh端に当接していないと判断された場合にはステップＳ６に処理が戻り、さらにメカHigh端に向けてアクチュエータが駆動される。

図６の時刻ｔ１〜ｔ２の間、ステップＳ６，Ｓ７の処理が繰返し実行される。この間は、破線で示す実際の作用角に対して作用角センサ値ＶＣはやや小さい値を取りながら増加していく。この間スロットル開度θｔｈは本来のアクセル開度に対してやや絞られた状態（吸気量が少ない状態）での制御が維持される。

なおステップＳ７の判断は、アクチュエータ５００のロータ７２０の回転を検知するセンサ１０００の出力をカウントするカウント値がこれ以上増加しなくなったことで判断される。

時刻ｔ２においてステップＳ７のメカHigh端に当接したという判断が発生すると、ステップＳ８に処理が進み作用角センサ値ＶＣをメカHigh端に対応する値にセットする。図６の波形図においては時刻ｔ２において実際の作用角と作用角センサ値ＶＣとが一致した状態となる。

そして時刻ｔ３においてメカHigh端の学習が完了する。メカHigh端の学習が完了すると、ステップＳ９において作用角を大作用角に実際に固定する大作用角モードへの移行が行なわれる。すなわち、ここでの大作用角モードは、バルブリフト量および作用角を使用想定範囲の最大値付近に固定して動作を行なわせる動作モードである。このときには、やはりスロットル開度θｔｈはアクセル開度Ａｃｃに対応する値に比べて少し絞られた状態の制御が続行される。またＶＶＴに関しては、吸気弁側がタイミング０ＦＲに固定した状態に変更される。

ステップＳ９の処理が終了すると、メカHigh端学習が完了となり、ステップＳ１０において制御は図８のメカLow端の学習処理に移される。

図８は、アクチュエータの駆動要素の最小側変位端位置を再学習するための処理を示したフローチャートである。

図６、図８を参照して、時刻ｔ３〜ｔ４における大作用角運転モードの実行中においては、ステップＳ２１における加速要求の有無が監視されている。そして時刻ｔ４において加速要求がありと判断されるとステップＳ２２に処理が進み動作モードは大作用角モードから最適作用角モードに移行される。これにより、運転者に感じるモードが移行したことによる違和感を少なくすることができる。

動作モードの移行に応じてアクセル開度に対して少し絞られた状態であったスロットル開度は、ステップＳ２３において通常の状態に戻される。そしてメカHigh端の学習値に基づいたバルブリフトおよび作用角の制御が行なわれる。

時刻ｔ４〜ｔ５の間は、この可変とされた作用角が所定のしきい値以下となったか否かがステップＳ２４において監視されている。そして時刻ｔ５において作用角が所定のしきい値より小さくなったことに応じて処理がステップＳ２５に進む。

以降メカLow端（最小側変位端位置）の学習が実行される。メカLow端の学習では、まずステップＳ２５においてメカLow端に向けて徐々にアクチュエータが駆動され、そしてアクチュエータのロータ位置を検知するセンサ１０００の出力のカウント値が増加しなくなることをもってメカLow端に当接したかという判断がなされる。メカLow端にアクチュエータの駆動要素が当接しない間はステップＳ２５，Ｓ２６の処理が繰返して実行される。

そして時刻ｔ６においてステップＳ２７の処理が実行されて作用角センサ値ＶＣがメカLow端の値にセットされ、この値に基づいて以降最適作用角モードが実行されステップＳ２８において完全復帰状態となる。そしてステップＳ２９において制御はメインルーチンに移される。

なお、本実施の形態ではメカHigh端を学習した後にメカLow端の学習が行なわれ、最終的にはメカLow端の学習値を基準値として作用角の制御が行なわれる。これはメカLow端側においてはバルブリフト量が小さいので、同じアクチュエータの変動量に対して吸気量の変化率が大きくなり、より精度よく作用角の制御を行なう必要があるからである。なお、メカHigh端とメカLow端の両方を学習した後に両方の値を用いて作用角を補正するような処理を行なってもよい。

再び、図４、図５を参照して本発明の実施の形態について総括すると、可変動弁機構は、駆動要素である駆動軸４１０を動かすことによって吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の最大リフト量を決定するアクチュエータ５００と、アクチュエータの駆動要素の相対位置変化を検知するセンサ１０００とを含む。制御装置２００は、センサ１０００の出力に応じて基準位置に相対位置変化を積算することによって駆動要素の絶対位置を算出する。制御装置２００は、算出した絶対位置が不明となった場合には、弁の最大リフト量が最小となるであるメカLow端側の駆動要素の第１の動作限界値に絶対位置を仮設定し、駆動要素が第１の動作限界と反対側の第２の動作限界であるメカHigh端に至るまでアクチュエータを最大リフト量が徐々に増加するように動作させ、駆動要素が第２の動作限界に至ったときに第１の基準位置を絶対位置として学習する。

可変動弁機構は、開弁時期を前後に移動させるバルブタイミング機構をさらに含む。制御装置２００は、図６の時刻ｔ１〜ｔ２に示した第１の基準位置を学習するための動作中は、バルブタイミング機構に対し開弁時期を所定の中間位置（２０ＦＲ）に保持させる。

制御装置２００は、第１の基準位置を学習した後に、時刻ｔ３〜ｔ４において一時的に最大リフト量を使用想定範囲の最大値付近の所定値に設定する。

制御装置２００は、最大リフト量を使用想定範囲の最大値付近の所定値に設定した後に、時刻ｔ４〜ｔ５において最大リフト量を車両状態に応じて変化させ、時刻ｔ５で最大リフト量が使用想定範囲の最小値に近い所定の値になったことに応じて、第１の動作限界であるメカLow端まで駆動要素を動かして第２の基準位置を絶対位置として学習する。

可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって最大リフト量の増加とともにクランク角度を単位とする開弁範囲を示す作用角も増加させる。

以上説明したように、本発明の実施の形態においては、作用角が不明になった場合に、先にメカHigh端位置の学習制御を行なうことで、エンジンの出力低下を招くことなく学習制御を行なうことができる。学習中にＶＶＴを所定の中間位置に保持することにより、ノック領域あるいはＥＧＲ（排気ガス戻り）過多領域を通過せずに学習することが可能となる。

さらに、メカHigh端学習後は一旦大作用角運転モードに移行することにより、一定以上の作用角領域であれば作用角が変化してもエンジントルクの急変によるトルクショックがなく切換えることが可能となる。

さらに、メカLow端学習をメカHigh端学習後に最適作用角モードに移行させた後に作用角が所定のしきい値より小さくなった場合に直ちに行なうことにより、厳密な学習精度が要求されるLow端学習を条件が整い次第すぐに行なうことで、精度よい制御が可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るエンジン１００の構成を示す図である。 可変動弁機構において実現されるバルブリフトとクランク角の関係を示す図である。 吸気バルブのリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００の正面図である。 ＶＶＬ機構を部分的に示した斜視図である。 ＶＶＬ機構４００の駆動軸４１０を軸方向に直線移動させるアクチュエータ５００を示す断面図である。 可変動弁機構の学習値がクリアされた後の再学習について説明するための動作波形図である。 制御装置２００で実行されるアクチュエータの最大側変位端位置の再学習処理を説明するためのフローチャートである。 アクチュエータの駆動要素の最小側変位端位置を再学習するための処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、１０２ エアクリーナ、１０４ スロットルバルブ、１０６ シリンダ、１０８ インジェクタ、１１０ 点火プラグ、１１２ 三元触媒、１１４ ピストン、１１６ クランクシャフト、１１８ 吸気バルブ、１２０ 排気バルブ、１２２，１２４ カム、１２６ ＶＶＴＬ機構、１２８ ロッカアーム、１２９ ＶＶＴ機構、１３０ カムシャフト、２００ 制御装置、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０４ ノックセンサ、３０６ スロットル開度センサ、３０８ イグニッションスイッチ、３１２ スロットルモータ、３１４ アクセル開度センサ、４００ ＶＶＬ機構、４１０ 駆動軸、４１２ 係止ピン、４２０ 支持パイプ、４３０ 入力アーム、４３２ アーム部、４３４ ローラ部、４４０ 揺動カム、４４２ ノーズ部、４４４ カム面、４５０ スライダギヤ、４５２，４５４ ヘリカルギヤ、４５６ 長穴、５００ アクチュエータ、５１０ ハウジング、５１４ 開口部、５１６ 周り止めカラー、６００ 差動ローラギヤ、６１０ サンシャフト、６１２ 外周面、６１４ スプライン部、６１６，６２２ ねじ部、６２０ プラネタリシャフト、６２４，６２６ ギヤ部、６３０ ナット、６４０ サンギヤ、６５０ リングギヤ、７００ モータ、７２０ ロータ、７３０ ステータ、７４０ コイル、７５０ 永久磁石、８００ 軸、９００，９１０ リテーナ、１０００ センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関に設けられた吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、
   前記可変動弁機構は、
   駆動要素を動かすことによって前記吸気弁および前記排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の最大リフト量を決定するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの前記駆動要素の相対位置変化を検知するセンサとを含み、
   前記制御装置は、前記センサの出力に応じて基準位置に前記相対位置変化を積算することによって前記駆動要素の絶対位置を算出し、
   前記制御装置は、算出した前記絶対位置が不明となった場合には、前記弁の最大リフト量が最小となる側の前記駆動要素の第１の動作限界値に前記絶対位置を仮設定し、前記駆動要素が前記第１の動作限界と反対側の第２の動作限界に至るまで前記アクチュエータを前記最大リフト量が徐々に増加するように動作させ、前記駆動要素が前記第２の動作限界に至ったときに第１の基準位置を前記絶対位置として学習する、可変動弁機構の制御装置。
2. 前記可変動弁機構は、
   開弁時期を前後に移動させるバルブタイミング機構をさらに含み、
   前記制御装置は、前記第１の基準位置を学習するための動作中は、前記バルブタイミング機構に対し前記開弁時期を所定の中間位置に保持させる、請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記第１の基準位置を学習した後に、一時的に前記最大リフト量を使用想定範囲の最大値付近の所定値に設定する、請求項１または２に記載の可変動弁機構の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記最大リフト量を使用想定範囲の最大値付近の前記所定値に設定した後に、前記最大リフト量を車両状態に応じて変化させ、前記最大リフト量が使用想定範囲の最小値に近い所定の値になったことに応じて、前記第１の動作限界まで前記駆動要素を動かして第２の基準位置を前記絶対位置として学習する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 前記可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって前記最大リフト量の増加とともにクランク角度を単位とする開弁範囲を示す作用角も増加させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。

Images