JP2007199994A - 可動部材の基準位置学習装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】最小リフト位置の学習条件が成立すると、目標リフト量を徐々に最小リフトに向けて変化させ、該目標リフト量に実際のリフト量が追従するように前記制御軸の角度を変化させることで、ストッパに突き当たるときの慣性力を小さくし、センサ取り付け部の撓みを防止する。更に、制御軸を回動させるモータの電流を制限することで、ストッパの押し付け力が過大になって、センサ取り付け部の撓むことを防止する。
【選択図】図4
Description
しかし、ストッパが突き当たっている状態でアクチュエータのトルクが加えられ続けるため、前記アクチュエータのトルクによってセンサ取り付け部に撓みが生じ、これによってセンサ出力にずれが生じ、最小リフト位置の学習精度が低下するという問題があった。
従って、ストッパを突き当てた状態で加えられるアクチュエータトルクによって、センサ取り付け部に撓みが生じ、これによってセンサ出力にずれが生じることを回避でき、基準位置に対応するセンサ出力を高い精度で学習できる。
従って、可動部材がストッパの突き当て位置に向けて動くときの慣性力を低下させ、ストッパに突き当たったときにセンサ取り付け部に撓みが発生することを抑止できると共に、ストッパを突き当てた状態で加えられ続けるアクチュエータトルクによって、センサ取り付け部に撓みが生じることを抑止でき、基準位置に対応するセンサ出力を高い精度で学習できる。
かかる構成によると、アクチュエータの操作量が限界値に到達したことをもって、可動部材が基準位置(ストッパの突き当たり位置)に適度な押し付け力で突き当てられていると判断し、センサ出力の学習を行わせる。
図1は、実施形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
図1において、エンジン(ガソリン内燃機関)101の吸気管102には、スロットルモータ103aでスロットルバルブ103bを開閉駆動する電子制御スロットル104が介装され、該電子制御スロットル104及び吸気バルブ105を介して、燃焼室106内に空気が吸入される。
そして、燃焼室106内に形成される混合気は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
前記排気バルブ107は、排気側カムシャフト110に設けられたカム111によって一定のバルブリフト量,バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ105側には、吸気バルブ105の開特性を可変とする可変動弁機構として、VEL(Variable valve Event and Lift)機構112及びVTC(Variable valve Timing Control)機構113が設けられる。
前記VTC機構113としては、例えば、吸気側駆動軸に支持させたベーンを、カムスプロケットに支持されたケーシングに内在させることで、前記ベーンの両側に進角側油圧室と遅角側油圧室とを形成し、前記進角側油圧室及び遅角側油圧室に油圧を給排制御することで、前記カムスプロケットに対するベーンの相対角度を変化させ、クランクシャフトに対する吸気側駆動軸の回転位相を変化させる機構を用いる。
前記エンジンコントロールユニット114には、エンジン101の吸入空気量を検出するエアフローメータ115、車両の運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量(開度)を検出するアクセルペダルセンサ116、クランクシャフト120の基準回転位置毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ117、スロットルバルブ103bの開度TVOを検出するスロットルセンサ118、エンジン101の冷却水温度を検出する水温センサ119、後述する吸気駆動軸3の基準回転位置毎にカム信号を出力するカムセンサ132、スロットルバルブ103bの下流でかつ吸気バルブ105の上流側での吸気マニホールド圧(吸気圧)を検出する吸気圧センサ134からの検出信号が入力される。
実施形態のエンジン101は、各気筒に一対の吸気バルブ105が設けられており、これら吸気バルブ105の上方に、前記クランクシャフト120によって回転駆動される吸気駆動軸3が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気駆動軸3には、吸気バルブ105のバルブリフタ105aに当接して吸気バルブ105を開閉駆動する揺動カム4が相対回転可能に外嵌されている。
また、前記吸気駆動軸3の一端部には、クランクシャフト120に対する前記吸気駆動軸3の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ105の作動角の中心位相を連続的に変更するVTC機構113が配設されている。
尚、本実施形態において、前記制御軸13が可動部材に相当し、前記モータ17がアクチュエータに相当する。また、最小リフト位置を定めるストッパと共に、最大リフト位置を定めるストッパを備える構成とすることができる。
また、前記モータ17を駆動制御して制御軸13の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム15の揺動中心となる制御カム14の軸心位置が変化して揺動カム4の姿勢が変化する。
エンジンコントロールユニット114には、前記制御軸13の回転角を検出する角度センサ133からの検出信号が入力され、目標のリフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸13を回動させるべく、前記角度センサ133の検出結果に基づいて前記モータ17の電流の向き及び大きさがフィードバック制御される。
前記角度センサ133は、非接触型の回転角度センサであり、例えば特開2003−194580号公報に開示されるように、制御軸13の端部に装着されるマグネットと、前記マグネットの外周面に対向して配置される磁電変換手段とからなり、制御軸13の回転に伴う磁束の変化を検出するセンサである。
ところで、前記VEL機構112の制御においては、制御軸13の実回転角を検出することで実際のリフト量を検出し、これが目標リフト量に一致するように、前記モータ17をフィードバック制御する。
そこで、本実施形態では、前記エンジンコントロールユニット114が、前記ストッパ13aが固定側に当接する制御軸13の最小リフト位置(基準位置)での角度センサ133の検出出力を学習し、角度センサ133の検出出力と制御軸13の角度位置との相関を校正するようになっている。
図4のフローチャートにおいて、まず、ステップS11では、最小リフト位置の学習条件が成立しているか否かを判別する。
学習条件が成立している場合には、ステップS12へ進み、VEL機構112のアクチュエータであるモータ17の操作量(モータ電流)の限界値を設定する。
本実施形態では、リフト量の増大方向に作用するモータトルクを発生させるモータ電流の向きをプラスとし、リフト量を減少させる方向に作用するモータトルクを発生させるモータ電流の向きをマイナスとし、前記限界値として、マイナスの所定値を設定する(図5参照)。
次のステップS13では、前記VEL機構112のフィードバック制御に用いる目標リフト量を徐々に減少変化させ、この漸減される目標リフト量に基づいてVEL機構112をフィードバック制御させる(図5参照)。
ストッパ13aの突き当たり位置に向けて制御軸13を回動させるときに、制御軸13の角速度が速いと、その慣性力によってストッパ13aが突き当たったときに角度センサ133(マグネット)の取り付け部が撓み、センサ出力を変化させてしまう可能性がある。
そこで、前記慣性力による撓みの発生によって許容レベルを超えるセンサ出力の変化が生じないように、制御軸13の角速度が学習時における最大許容角速度以下になるように、目標リフト量の変化を規制するものである。
制御軸13のストッパ13aが突き当たった後も、目標リフト量を減少させ続けると、目標に対する実際のリフト量(制御軸角度)の偏差が拡大する結果、フィードバック制御によってモータ電流をマイナス側、即ち、リフト量が減少する方向に作用するモータトルクを発生させる側に変化させることになる(図5参照)。
ストッパ13aがある程度の力で押し付けられている状態は、ストッパ13aの突き当たり状態を安定化させ、最小リフト位置の学習条件として好ましい状態であるが、押し付け力が過大になると、角度センサ133(マグネット)の取り付け部を大きく撓ませ、センサ出力を大きく変化させてしまう可能性があり、学習精度を低下させてしまうことになる。
従って、モータ17の操作量(モータ電流)が前記限界値に張り付いていない状態では、ストッパ13aの押し付け力が弱くて制御軸13の角度位置が安定せず、最小リフト位置の学習条件としては好ましくないと判断し、ステップS15以降に進むことなく、本ルーチンを終了させる。
即ち、前記モータ17の操作量が前記限界値に到達した後に、前記角度センサ133の出力を学習させるようにする。
ここで、角度センサ133の検出出力が所定時間以上略一定であると判断されると、ステップS16へ進む。
尚、センサ出力とリフト量(制御軸13の角度)との相関を書き換える場合、例えば最小リフト量に相当するセンサ出力のずれ分だけ全体の相関をシフトさせることができる。また、センサ出力とリフト量との相関を書き換える代わりに、センサ出力又はリフト量(制御軸13の角度)を補正するための補正値を学習させることができる。
従って、制御軸13が最小リフト位置に向けて回動するときの慣性力を小さくでき、これにより、ストッパ13aが突き当たったときに、角度センサ133の取り付け部が撓むことで、センサ出力が変化してしまうことを抑止でき、最小リフト位置の学習精度を維持できる。
更に、モータ17の操作量(モータ電流)が限界値に張り付いていることを学習条件としたので、ストッパ13aが適度な力で押し付けられている安定状態で、センサ出力を学習させることができる。
また、ストッパ13aが突き当たる最小リフト位置又は最大リフト位置近傍まで目標リフト量をステップ的に変化させた後、最小リフト位置又は最大リフト位置に向けて徐々に目標リフト量を変化させる構成とすることができ、更に、目標リフト量の変化速度を徐々に遅くすることもできる。
更に、最小リフト位置に向かうときの制御軸13の角速度を制限せずに、モータ17の操作量の限界値に基づく制限を行って、ストッパ13aの押し付け力を制限させることができる。
図6のフローチャートにおいて、ステップS21では、前記ステップS11と同様に、学習条件が成立しているか否かを判断し、学習条件が成立している場合には、ステップS22へ進む。
ステップS22では、ステップS12と同様に、モータ17の電流の限界値を設定する。
前述のように、本実施形態のVEL機構112では、バルブ開閉の反力がリフト量の減少方向に働くため、リフト量の増大状態を維持させるためには、前記反力に抗するモータトルクが要求される。
上記モータ17の操作量(電流)を変化させるときの周期及びステップ変化量は、ストッパ13aが突き当たるときに慣性力により撓みが発生し、許容レベルを超えるセンサ出力の変化が生じないように、制御軸13の角速度が学習時における最大許容角速度以下になるように設定される。
前記ステップS23では、モータ17の操作量(電流)を所定周期毎に所定量だけ減少させるフィードホワード制御を実行させる設定を行ったが、モータ17の操作量(電流)が、ステップS22で設定した限界値を超えて変化しないように設定されており、ステップS24では、前記フィードホワード制御による電流変化が限界値で制限されているか否かを判断する。
しかし、リフトを減少させる方向に作用するモータトルクは、ストッパ13aの押し付け力となり、押し付け力が過大になると、角度センサ133の取り付け部が撓むことで、センサ出力が変化してしまう。
ステップS24で、モータ17の操作量(モータ電流)が前記限界値に張り付いていると判別されると、ステップS25へ進んで、前記角度センサ133の検出出力が所定時間以上略一定であるか否かを判定することで、検出角度の上から、ストッパ13aの安定的な突き当たり状態を確認する。
ところで、上記実施形態では、可動部材としてのVEL機構112の制御軸13が、ストッパで突き当たった位置を学習させる構成としたが、可動部材を制御軸13に限定するものではなく、また、可動部材が直線的に動く構成であってもよく、本願発明は、アクチュエータによって動くと共にストッパで動きが制限される可動部材と、該可動部材の位置を検出するセンサを備えたシステムに広く適用できることは明らかである。
(イ)請求項1〜3のいずれか1つに記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記可動部材が、
内燃機関の機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構に含まれ、その回転角度をアクチュエータで変化させることで前記開特性が連続的に変化する制御軸であり、
前記センサとして、前記制御軸の回転角度を検出する角度センサを備えることを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
(ロ)請求項(イ)記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記可変動弁機構が機関バルブのリフト量を少なくとも可変とする機構であって、
前記制御軸の回転が最小リフト量側でストッパにより規制され、
前記最小リフト量位置でのセンサ出力を学習することを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
(ハ)請求項2記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記可動部材の目標位置と前記センサで検出される実際の位置とに基づいて前記アクチュエータの操作量がフィードバック制御される構成であって、
前記目標位置の変化を制限することで、前記可動部材の動作速度を所定速度以下にすることを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
従って、目標位置に基づいてアクチュエータを操作することで、可動部材の動作速度を遅くして、ストッパに突き当たったときにセンサ取り付け部に撓みが発生することを抑止できる。
(ニ)請求項2記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記可動部材の動作速度を所定速度以下にすべく、前記アクチュエータの操作量をフィードホワード制御することを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
従って、アクチュエータの操作量のフィードホワード制御によって、可動部材の動作速度を遅くして、ストッパに突き当たったときにセンサ取り付け部に撓みが発生することを抑止できる。
(ホ)請求項1〜3のいずれか1つに記載の可動部材の基準位置学習装置において、
前記センサの出力が、所定時間以上略一定であるときに、前記可動部材がストッパによって規制される基準位置に位置していると判断することを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。
Claims (3)
- アクチュエータによって動く可動部材の位置に応じた信号を出力するセンサを備え、
前記可動部材の動きがストッパによって規制される基準位置での前記センサの出力を学習する可動部材の基準位置学習装置であって、
前記基準位置での前記センサの出力を学習するために、前記アクチュエータを操作して前記可動部材を前記基準位置に向けて動かすときに、前記アクチュエータの操作量を限界値に基づいて制限することを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。 - アクチュエータによって動く可動部材の位置に応じた信号を出力するセンサを備え、
前記可動部材の動きがストッパによって規制される基準位置での前記センサの出力を学習する可動部材の基準位置学習装置であって、
前記基準位置での前記センサの出力を学習するために、前記アクチュエータを操作して前記可動部材を前記基準位置に向けて動かすときに、前記可動部材の動作速度を所定速度以下にすると共に、前記アクチュエータの操作量を限界値に基づいて制限することを特徴とする可動部材の基準位置学習装置。 - 前記アクチュエータの操作量が前記限界値に到達した後に、前記センサの出力を学習することを特徴とする請求項1又は2記載の可動部材の基準位置学習装置。
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