JP2008025550A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、可変動弁機構の制御装置に関し、温度変化や経時変化などに起因する吸気弁または排気弁の開閉時期のズレを精度良く補正することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の吸気弁３６をリフトさせるためのカム６２をモータ（電動機）により回転駆動する。そのモータに流れる電流ｉが一定値ｉ₀から立ち上がる点を吸気弁３６のリフト開始点として検出し、電流ｉが一定値ｉ₀に戻る点を吸気弁３６のリフト終了点として検出する。そのリフト開始点、リフト終了点に基づいて、バルブクリアランスの変化量を算出する。そのバルブクリアランスの変化量に基づいて、モータの回転速度および回転量を補正することにより、吸気弁３６の作用角を補正する。
【選択図】図６

Description

本発明は、可変動弁機構の制御装置に関する。

従来、例えば特開平６−２１３０４４号公報には、可変動弁機構を備えた内燃機関において、各気筒毎の吸入空気量のバラツキを抑制し、気筒間の空燃比の偏差を小さくするための技術が開示されている。

特開平６−２１３０４４号公報

しかしながら、各気筒の燃焼状態のバラツキは様々な要因によって発生するため、各気筒の燃焼状態を均一にすることは実際には非常に困難である。特に、吸気弁と、吸気弁を駆動するカムとの間のクリアランス（バルブクリアランス）は、筒内に吸入される空気量に多大な影響を及ぼす。

すなわち、バルブクリアランスが小さい気筒では、吸気弁の作用角、リフト量が大きくなるので、空気量が多くなる。逆に、バルブクリアランスが大きい気筒では、吸気弁の作用角、リフト量が小さくなるので、空気量が少なくなる。

バルブクリアランスは温度によって変動する。例えば、吸気弁が鉄製であり、カムシャフトを保持するシリンダヘッドがアルミ製の場合、温度変化による鉄とアルミの熱膨張差によりバルブクリアランスが変動し、温度が高くなるほどバルブクリアランスは大きくなる。この際、各気筒における冷却液流路、オイル流路の形状の相違、または放熱の度合いの相違などに起因して各気筒での温度変化が異なると、温度変化によるバルブクリアランスの変動量が各気筒で異なることとなり、各気筒のバルブクリアランスにバラツキが生じてしまう。

また、バルブクリアランスは、バルブフェースやバルブシートが磨耗すると小さくなり、一方、タペットやカム、バルブステムなどが磨耗すると大きくなる。よって、各気筒においてそれらの摩耗状態にバラツキが生じると、各気筒におけるバルブクリアランスにバラツキが発生する。

このようなことから、多気筒内燃機関においては、気筒毎にバルブクリアランスのバラツキが生じ易く、その結果、気筒毎の燃焼状態にバラツキが発生し易い。気筒毎の燃焼状態にバラツキが発生すると、機関運転時のトルク変動が大きくなりドライバビリティが悪化する。また、燃費が低下し、性能向上を十分に得ることができなくなる。従来の技術においては、このようなバルブクリアランスのバラツキに起因する燃焼状態のバラツキを修正することは極めて困難である。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、温度変化や経時変化などに起因する吸気弁または排気弁の開閉時期のズレを精度良く補正することのできる可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁機構の制御装置であって、
内燃機関の吸気弁または排気弁をリフトさせるためのカムを電動機により回転駆動する可変動弁機構を制御する装置であって、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記検出された電流に基づいて、前記弁のリフト開始点および／またはリフト終了点を検出する弁リフト検出手段と、
前記検出されたリフト開始点および／またはリフト終了点に基づいて、前記弁の作用角および／またはリフト量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記補正手段は、
前記検出されたリフト開始点および／またはリフト終了点に基づいて、前記弁のバルブクリアランスの変化量を算出する算出手段と、
前記バルブクリアランスの変化に伴う前記弁の作用角および／またはリフト量のズレが修正されるように、前記電動機の回転速度および／または回転量を補正する回転補正手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記弁リフト検出手段は、前記電流が一定値から立ち上がる点または一定値に戻る点を前記弁のリフト開始点またはリフト終了点として検出することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記弁のリフト量が減少する期間において、前記電動機が回転方向と逆方向にトルクを発生するように前記電動機を制御する電動機制御手段を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関であり、
前記補正手段は、気筒毎に前記弁の作用角および／またはリフト量を補正することを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の吸気弁または排気弁をリフトさせるためのカムを回転駆動する電動機に流れる電流を検出し、その検出された電流に基づいて、弁のリフト開始点やリフト終了点を検出することができる。弁がリフト開始またはリフト終了する際には、電動機のトルクが変化するので、電動機の電流も即座に変化する。このため、上記の手法によれば、温度変化や経時変化などの影響を受けることなく、弁の実際のリフト開始点やリフト終了点を精度良く検出することができる。そして、第１の発明によれば、そのようにして検出されたリフト開始点やリフト終了点に基づいて、弁の作用角やリフト量を補正することができる。このため、温度変化や経時変化などの影響にかかわらず、弁の作用角やリフト量を目標値に精度良く一致させることができる。

第２の発明によれば、検出された実際のリフト開始点やリフト終了点に基づいて、バルブクリアランスの変化量を算出し、その変化量に基づいて電動機の回転速度や回転量を補正することで、バルブクリアランスの変化に伴う弁の作用角やリフト量のズレを修正することができる。バルブクリアランスの大きさは、温度変化や各部の磨耗によって、変動する。バルブクリアランスの大きさが変わると、通常は、作用角やリフト量にズレが生ずる。第２の発明によれば、バルブクリアランスの大きさが温度変化あるいは経時変化した場合であっても、作用角やリフト量のズレを精度良く修正することができ、目標とする作用角やリフト量を確実に実現することができる。

第３の発明によれば、電動機の電流が一定値から立ち上がる点または一定値に戻る点を弁のリフト開始点またはリフト終了点として検出することができる。これにより、リフト開始点あるいはリフト終了点をより高い精度で検出することができる。

第４の発明によれば、弁のリフト量が減少する期間は、電動機が回転方向と逆方向にトルクを発生するように電動機を制御することができる。これにより、弁が閉じ始めるとき、バルブスプリングの付勢力に抗して、弁のリフト終了時期を精度良く制御することができる。また、電動機が逆トルクを発生するときの電流を検出することにより、リフト終了時期を精度良く検出することができる。

第５の発明によれば、多気筒内燃機関において、気筒毎に弁の作用角やリフト量を補正することができる。多気筒内燃機関においては、温度変化や経時変化によるバルブクリアランスの変化が気筒毎に異なって表れるのが普通である。このため、バルブクリアランスの変化量が気筒間でばらつき易い。バルブクリアランスの変化量が気筒間でばらつくと、通常は、吸気弁あるいは排気弁の作用角やリフト量に気筒間のバラツキが発生し、その結果、気筒間で燃焼状態にバラツキが発生し易い。しかしながら、第５の発明によれば、バルブクリアランスの変化量が気筒間でばらついている場合であっても、気筒毎に作用角やリフト量を補正することができるため、作用角やリフト量に気筒間のバラツキが発生することを防止することができる。このため、気筒間の燃焼状態のバラツキを抑制することができる。よって、内燃機関のトルク変動を小さくすることができ、また、燃費やエミッションも良好に維持することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を示す図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型のものであり、図１には、そのうちの一つの気筒の断面が表されている。

内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６の下流側には、吸気通路１２を流れる空気量を検出するエアフロメータ２０が配置されている。

エアフロメータ２０の下流側には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルポジションセンサ２４が配置されている。スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。サージタンク２８の下流では、吸気通路１２が気筒数に分割されて各気筒と接続されている。

内燃機関１０の各気筒には、燃焼室内（筒内）に燃料を噴射する燃料噴射弁３０が設けられている。なお、燃料噴射弁３０は、吸気ポートに燃料を噴射するように配置されていても良い。また、各気筒には、吸気弁３６および排気弁３８が備えられている。そして、内燃機関１０は、吸気弁３６を駆動する吸気可変動弁機構４８と、排気弁３８を駆動する排気可変動弁機構５０とを備えている。

また、燃焼室内の混合気に点火するため、各気筒の筒内には点火プラグ（図示せず）が設けられている。更に、筒内には、その内部を往復運動するピストン４４が設けられている。

本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサに加え、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ７０や、上述した燃料噴射弁３０、吸気可変動弁機構４８、排気可変動弁機構５０などの各アクチュエータが接続されている。

図２は、図１に示すシステムが備える吸気可変動弁機構４８の構成を示す図である。以下、この図を参照して、吸気可変動弁機構４８について更に説明する。なお、排気可変動弁機構５０は、吸気可変動弁機構４８とほぼ同様の構成であるので、その詳細な図示および説明を省略する。

図２に示すように、内燃機関１０は、１気筒当たり２つの吸気弁３６を備えている。そして、内燃機関１０は、前述したように４つの気筒（＃１〜＃４）を備えており、＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。吸気可変動弁機構４８は、２つの装置、すなわち吸気可変動弁機構４８Ａと吸気可変動弁機構４８Ｂとで構成されている。吸気可変動弁機構４８Ａは＃２気筒および＃３気筒が備える吸気弁３６を駆動し、吸気可変動弁機構４８Ｂは＃１気筒および＃４気筒が備える吸気弁３６を駆動する。

吸気可変動弁機構４８Ａは、駆動源としての電動機（以下、モータと称する）５４Ａと、モータ５４Ａの回転運動を伝達する伝達機構としてのギヤ列５６Ａと、ギヤ列から伝達された回転運動を吸気弁３６の直線的な開閉運動に変換するカムシャフト５８Ａとを備えている。同様に、吸気可変動弁機構４８Ｂは、モータ５４Ｂ、ギヤ列５６Ｂ、カムシャフト５８Ｂを備えている。

モータ５４Ａ，５４Ｂは、回転速度および回転量の制御が可能なサーボモータである。このモータ５４Ａ，５４Ｂとしては、例えばＤＣブラシレスモータ等が好ましく用いられる。モータ５４Ａ，５４Ｂには、その回転位置（回転角度）を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転角検出センサが内蔵されている。モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度および回転量は、ＥＣＵ４０により制御される。また、モータ５４Ａ，５４Ｂに対しては、それぞれに流れる電流を検出する電流計５７Ａ，５７Ｂが設けられている。電流計５７Ａ，５７Ｂは、ＥＣＵ４０に接続されている。

カムシャフト５８Ａ、５８Ｂの外周部には、カムシャフト５８Ａ、５８Ｂに対して一体回転するカム駆動ギヤ６０と、やはりカムシャフト５８Ａ、５８Ｂに対して一体回転するカム６２とがそれぞれ設けられている。

ギヤ列５６Ａは、モータ５４Ａの出力軸５５に取り付けられたモータギヤ６４Ａの回転を中間ギヤ６６Ａを介してカムシャフト５８Ａのカム駆動ギヤ６０に伝達する。ギヤ列５６Ａはモータギヤ６４Ａとカム駆動ギヤ６０とが互いに等しい速度で回転するように構成されても良いし、モータギヤ６４Ａに対してカム駆動ギヤ６０を増速又は減速させるように構成されても良い。同様にして、ギヤ列５６Ｂは、モータ５４Ｂの出力軸に取り付けられたモータギヤ６４Ｂの回転を中間ギヤ６６Ｂ（図２において図示せず）を介してカムシャフト５８Ｂのカム駆動ギヤ６０に伝達する。

図２に示すように、カムシャフト５８Ａは＃２，＃３気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ａに設けられたカム６２により＃２，＃３気筒の吸気弁３６が開閉駆動される。また、カムシャフト５８Ｂは２つに分割された状態で＃１，＃４気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｂに設けられたカム６２により＃１，＃４気筒の吸気弁３６が開閉駆動される。２つに分割されたカムシャフト５８Ｂは、中空のカムシャフト５８Ａ内に挿通された連結部材を介して連結され、一体的に回転するように構成されている。

図３は、カム６２によって吸気弁３６が駆動される様子を示す模式図である。カム６２はカムシャフト５８Ａ，５８Ｂと同軸の円弧状のベース円６２ｂの一部を半径方向外側に向かって膨らませてノーズ６２ａを形成した板カムの一種として形成されている。カム６２のプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。なお、本実施形態ではカム６２が吸気弁３６を直接駆動する直打式の動弁系を例示しているが、ロッカーアームを介して吸気弁３６を駆動するものであっても良い。ロッカーアームを介して吸気弁３６を駆動する動弁系の場合、カム６２のプロファイルは、半径方向外側に向かって凹曲面を描くように設定される場合もある。

図２に示すように、吸気弁３６はそれぞれ弁軸３６ａを備えている。各カム６２は吸気弁３６の弁軸３６ａの一端に設けられたリテーナ６８と対向する。各吸気弁３６はバルブスプリング７２（図２中には図示せず）の圧縮反力によってカム６２側に付勢されている。カム６２のベース円６２ｂとリテーナ６８が対向しているときには、そのバルブスプリング７２の付勢力により、吸気ポートのバルブシート（図示せず）に吸気弁３６が密着して吸気ポートが閉じられる。

モータ５４Ａ、５４Ｂの回転運動がギヤ列５６Ａ，５６Ｂを介してカムシャフト５８Ａ，５８Ｂに伝達されると、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂと一体にカム６２が回転し、ノーズ６２ａがリテーナ６８を乗り越える間にリテーナ６８が押し下げられ、吸気弁３６がバルブスプリング７２の付勢力に抗してリフト（開弁）する。

また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、カム６２の２つの駆動モードを示している。カム６２の駆動モードには、モータ５４Ａ、５４Ｂを一方向に連続回転させて図３（Ａ）に示すようにカム６２を最大リフト位置、すなわちカム６２のノーズ６２ａが相手側の部品（この場合はリテーナ６８）と接する位置を越えて正転方向（図３（Ａ）中の矢印方向）に連続的に回転させる正転駆動モードと、正転駆動モードにおける最大リフト位置に達する前にモータ５４Ａ、５４Ｂの回転方向を切り換えて図３（Ｂ）に示すようにカム６２を往復運動させる揺動駆動モードとがある。

正転駆動モードでは、カム６２の回転速度を制御することで吸気弁３６の作用角が制御される。また、揺動駆動モードでは、カム６２の回転速度とともに、カム６２が揺動する角度範囲を制御することで、吸気弁３６の作用角および最大リフト量を制御することができる。

このように、吸気可変動弁機構４８によれば、運転状態に応じた最適な作用角、リフト量で吸気弁３６を駆動することが可能となる。図４は内燃機関１０の機関回転数、出力トルクと、カム６２の駆動モードとの関係を示す模式図である。図４に示すように、カム６２の駆動モードは、機関回転数と出力トルクとに関連付けて使い分けられる。基本的に低回転域では揺動駆動モードが選択され、高回転域では正転駆動モードが選択される。これにより、低回転域では吸気弁３６の作用角、リフト量を少なくし、高回転域では吸気弁３６の作用角、リフト量を大きくする制御が行われ、機関回転数と出力トルクに応じた最適な空気量を気筒内に送ることが可能となる。

図５は、カムシャフト５８Ａに設けられた２つのカム６２を詳細に示す模式図である。図５に示すように、カムシャフト５８Ａには、＃２気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２と、＃３気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２とが１８０°の角度位置だけ離間して設けられている。４気筒の内燃機関ではクランク角７２０°の間に＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われるため、＃２気筒と＃３気筒の吸気行程はクランク角の３６０°毎に行われる。吸気可変動弁機構４８Ａは、クランク角３６０°毎に＃２気筒用のカム６２と＃３気筒用のカム６２が、交互に＃２気筒の吸気弁３６と＃３気筒の吸気弁３６を駆動するようにカムシャフト５８Ａを回転または揺動させる。同様に、カムシャフト５８Ｂには＃１気筒、＃４気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２が設けられており、吸気可変動弁機構４８Ｂは、カムシャフト５８Ｂを回転または揺動させることで、＃１気筒の吸気弁３６と＃４気筒の吸気弁３６を駆動する。

このように構成された本実施形態のシステムによれば、正転駆動モードでは、カム６２が１回転するうちでカム６２の回転速度を変化させ、カム６２が吸気弁３６をリフトさせている期間が変化するようにモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を変化させることにより、吸気弁３６の作用角を変化させることができる。正転駆動モードにおいては、ＥＣＵ４０には、内燃機関１０の運転状態に応じて、吸気弁３６の目標作用角が設定される。そして、ＥＣＵ４０は、その目標作用角と対応するモータ５４Ａ，５４Ｂの回転量および回転速度が実現できるように、モータ５４Ａ，５４Ｂの作動を制御する。

また、揺動駆動モードでは、カム６２の回転速度、および、カム６２が揺動する角度範囲が変化するようにモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度および回転量を変化させることにより、吸気弁３６の作用角および最大リフト量を変化させることができる。揺動駆動モードにおいては、ＥＣＵ４０には、内燃機関１０の運転状態に応じて、吸気弁３６の目標作用角および目標最大リフト量が設定される。そして、ＥＣＵ４０は、その目標作用角および目標最大リフト量と対応するモータ５４Ａ，５４Ｂの回転量および回転速度が実現できるように、モータ５４Ａ，５４Ｂの作動を制御する。

［実施の形態１の特徴］
図６は、実施の形態１の特徴を説明するための図である。図６中には、カム６２の回転角と、モータ５４Ａあるいは５４Ｂ（ここではモータ５４Ａとする）に流れる電流値との関係を示すグラフ、並びに、吸気弁３６およびカム６２の模式図が示されている。なお、本実施形態では、カム６２の回転角は、モータ５４Ａ，５４Ｂに内蔵されたレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転角検出センサの信号から換算することで、検出することができる。

以下では、正転駆動モードの場合について説明する。つまり、カム６２は、図６中時計回りに回転するものとする。図６の（ａ）に示すように、カム６２とリテーナ６８との間には、バルブクリアランス（タペットクリアランス）が設けられている。

モータ５４Ａに流れる電流ｉは、前述したように、電流計５７Ａにより検出することができる。モータ５４Ａのトルクは、電流ｉに比例する。吸気弁３６がリフトしていないとき、すなわち、カム６２がリテーナ６８を押圧していないときには、モータ５４Ａのトルクは、ギヤ列５６Ａやカムシャフト５８Ａが回転する際のフリクションと釣り合うような一定のトルクとなる。このため、吸気弁３６がリフトしていないときには、モータ５４Ａの電流ｉは、図６に示すように、ほぼ一定値ｉ₀となる。

一方、図６の（ｂ）に示すように、吸気弁３６がリフトを開始すると、すなわち、カム６２がリテーナ６８を押圧し始めると、モータ５４Ａのトルクは、上記フリクションと釣り合うトルクのほかに、バルブスプリング７２の付勢力に抗して吸気弁３６をリフトさせるために必要なトルクが加算されたものとなる。このため、図６に示すように、モータ５４Ａの電流ｉは、吸気弁３６がリフトを開始した時点を境に、一定値ｉ₀を超えて立ち上がる。

このように、モータ５４Ａの電流ｉが一定値ｉ₀から立ち上がる点を検出することで、吸気弁３６が実際にリフトを開始した点を検出することができる。

吸気弁３６のリフト量が最大となった状態以降は、バルブスプリング７２の付勢力は、カム６２の回転を加速させる方向に作用する。このため、吸気弁３６の閉時期（リフト終了時期）を目標の時期に制御するためには、カム６２の回転にブレーキをかけることが要請される。そこで、吸気弁３６のリフト量が最大となった状態以降は、モータ５４Ａは、回転方向と逆方向のトルクを発生するように制御される。よって、図６に示すように、吸気弁３６のリフト期間（開弁期間）の後半においては、モータ５４Ａには、逆向きの電流が流れる。

そして、吸気弁３６のリフトが終了した時点、すなわち、吸気弁３６がバルブシートに着座した時点以降は、モータ５４Ａのトルクは、上記フリクションと釣り合うトルクに戻る。このため、モータ５４Ａの電流ｉは、吸気弁３６がリフトを終了した時点を境に、一定値ｉ₀に戻る。

このように、モータ５４Ａの電流ｉが一定値ｉ₀に戻る点を検出することで、吸気弁３６が実際にリフトを終了した点を検出することができる。

そして、＃２気筒のカム６２が吸気弁３６をリフトさせたときの電流ｉの波形と、＃３気筒のカム６２が吸気弁３６をリフトさせたときの電流ｉの波形との各々について、上記のような検出を行うことにより、＃２気筒および＃３気筒の各々について、吸気弁３６の実際のリフト開始点およびリフト終了点を検出することができる。

また、モータ５４Ｂの電流ｉに対しても同様の検出を行うことにより、＃１気筒および＃４気筒の各々について、吸気弁３６の実際のリフト開始点およびリフト終了点を検出することができる。

カム６２の回転速度や回転量が同じであっても、バルブクリアランスが異なると、吸気弁３６の作用角やリフト量は異なる。すなわち、バルブクリアランスが大きいほど、吸気弁３６の作用角やリフト量は小さくなり、バルブクリアランスが小さいほど、吸気弁３６の作用角やリフト量は大きくなる。

そこで、本実施形態のシステムでは、工場出荷時にバルブクリアランスを気筒毎に計測し、それらの値をＥＣＵ４０に記憶している。そして、そのバルブクリアランスの値に応じてカム６２（モータ５４Ａ，５４Ｂ）の回転速度および回転量を補正する制御を実施することにより、吸気弁３６の作用角やリフト量を目標値に精度良く一致させることとしている。

しかしながら、前述したように、バルブクリアランスは、吸気弁３６周辺の温度が変化したり、各部が磨耗したりすると、大きくなったり小さくなったりする。そして、そのようなバルブクリアランスの変動は、各気筒で必ずしも同じではなく、気筒間でバラツキが存在するのが普通である。このため、バルブクリアランスが温度により変化したり経時変化したりすると、吸気弁３６の作用角やリフト量に気筒間のバラツキが発生する。その結果、各気筒の燃焼状態（空気量）にバラツキが発生するので、トルク変動が大きくなったり、燃費やエミッションに悪影響を与えたりし易くなる。

そこで、本実施形態では、バルブクリアランスの変化に伴う各気筒の作用角のズレを修正するべく、次のような補正を行うこととした。図７は、その補正について説明するための図であり、カム６２の回転角と、モータ５４Ａあるいは５４Ｂの電流ｉとの関係を示すグラフである。

図７中の破線で示す波形は、基準状態における電流ｉの波形である。本実施形態では、例えば工場出荷時などに電流ｉを気筒毎に測定し、その測定されたデータが上記基準状態における電流ｉの波形として気筒毎にＥＣＵ４０に記憶されているものとする。

一方、図７中の実線で示す波形は、内燃機関１０の運転中に電流計５７Ａ，５７Ｂにより実測される電流ｉの波形の例である。この例では、リフト開始点の位相は、基準状態と比べて前にずれており、リフト終了点の位相は、基準状態と比べて後にずれている。これは、バルブクリアランスが基準状態と比べて縮小していることを示すものである。

逆に、リフト開始点の位相が基準状態と比べて後にずれていたり、リフト終了点の位相が基準状態と比べて前にずれていたりした場合には、バルブクリアランスが基準状態と比べて拡大していると判断することができる。

上記のような原理に基づいて、本実施形態では、基準状態と比べた場合のバルブクリアランスの変化量を気筒毎に求めることができる。そして、その気筒毎のバルブクリアランスの変化量に基づいて、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度および回転量を補正することにより、各気筒の作用角を補正することとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態では、気筒毎に本ルーチンが別々に実行されるものとする。

図８に示すルーチンによれば、まず、吸気弁３６がリフトする際のモータ５４Ａあるいは５４Ｂの電流ｉが電流計５７Ａあるいは５７Ｂにより計測される（ステップ１００）。すなわち、図６あるいは図７中の実線で示すようなデータが取得される。

次いで、吸気弁３６のリフト開始点およびリフト終了点の位相ズレがそれぞれ検出される（ステップ１０２）。すなわち、図７に示すように、上記ステップ１００で計測された電流ｉが一定値ｉ₀から立ち上がった点であるリフト開始点と、予め記憶された基準状態のリフト開始点とのズレが、リフト開始点の位相ズレとして検出される。また、上記ステップ１００で計測された電流ｉが一定値ｉ₀に戻る点であるリフト終了点と、予め記憶された基準状態のリフト終了点とのズレが、リフト終了点の位相ズレとして検出される。

続いて、上記ステップ１０２で検出されたリフト開始点およびリフト終了点の位相ズレに基づいて、基準状態と比べた場合のバルブクリアランスの変化量が算出される（ステップ１０４）。例えば、検出された実際のリフト開始点の位相が基準状態と比べて早くなっている場合ほど、バルブクリアランスの縮小量が大きいと算出される。また、検出された実際のリフト開始点の位相が基準状態と比べて遅くなっている場合ほど、バルブクリアランスの拡大量が大きいと算出される。あるいは、検出された実際のリフト終了点の位相が基準状態と比べて遅くなっている場合ほど、バルブクリアランスの縮小量が大きいと算出される。また、検出された実際のリフト終了点の位相が基準状態と比べて早くなっている場合ほど、バルブクリアランスの拡大量が大きいと算出される。

上記ステップ１０４でバルブクリアランスの変化量が算出されたら、次に、そのバルブクリアランスの変化量に応じて、モータ５４Ａあるいは５４Ｂの回転速度および回転量が補正される（ステップ１０６）。例えば、バルブクリアランスが縮小していることが検出されている場合には、カム６２がリテーナ６８を押圧していない期間のモータ５４Ａあるいは５４Ｂの回転速度を遅くするとともに、カム６２がリテーナ６８を押圧している期間のモータ５４Ａあるいは５４Ｂの回転速度を速くするように補正される。これにより、バルブクリアランスの縮小に伴う、作用角の拡大方向へのズレを補正することができる。このため、実際の作用角を目標値に精度良く一致させることができる。逆に、バルブクリアランスが拡大していることが検出されている場合には、カム６２がリテーナ６８を押圧していない期間のモータ５４Ａあるいは５４Ｂの回転速度を速くするとともに、カム６２がリテーナ６８を押圧している期間のモータ５４Ａあるいは５４Ｂの回転速度を遅くするように補正される。これにより、バルブクリアランスの拡大に伴う、作用角の縮小方向へのズレを補正することができる。このため、実際の作用角を目標値に精度良く一致させることができる。

本実施形態では、上記のような処理が気筒毎に実施されることにより、各気筒の吸気弁３６の作用角を目標値に精度良く一致させることができる。これにより、温度変化や各部の磨耗によるバルブクリアランスの変化量に気筒間でバラツキがあったとしても、各気筒の吸気弁３６の作用角を正確に揃えることができる。気筒内に吸入される空気量は、主に吸気弁３６の作用角によって決定される。このため、本実施形態によれば、気筒間の空気量にバラツキが生ずるのを有効に防止することができ、均一に揃えることができる。このため、各気筒のトルクを均一化することができるので、内燃機関１０のトルク変動を少なくすることができる。また、各気筒の空燃比も均一化することができるので、燃費やエミッションを改善することができる。

また、本実施形態によれば、各部の磨耗に起因するバルブクリアランスの経時変化による影響を、モータ５４Ａ，５４Ｂの制御によって精度良く補正することができる。このため、バルブクリアランスの定期的な調整を不要としたり、あるいは、その調整間隔を長期化したりすることができる。

また、本実施形態では、前述したとおり、工場出荷時などに測定したモータ５４Ａ，５４Ｂの電流値の波形を基準状態とし、その基準状態での値と、電流計５７Ａ，５７Ｂで測定された電流値とを比較することにより、バルブクリアランスの変化量を検出するようにしている。すなわち、各個体毎に、電流値に基づく相対的な比較を行うことでバルブクリアランスの変化量を検出している。このため、モータ５４Ａ，５４Ｂの特性やカム６２の形状などの個体差による影響を排除することができ、バルブクリアランスの変化量を精度良く検出することができる。

なお、上述した実施の形態１では、正転駆動モードの場合を中心に説明したが、揺動駆動モードの場合についても同様の考え方に基づいて補正を行うことができる。揺動駆動モードの場合には、作用角だけでなく、カム６２の揺動角度範囲を補正することにより、リフト量（最大リフト量）をも補正することができる。

また、上述した実施の形態１では、リフト開始点とリフト終了点との双方を検出してバルブクリアランスの変化量を検出するようにしているが、バルブクリアランスの変化量は、リフト開始点とリフト終了点との何れか一方からも算出可能である。よって、本発明では、リフト開始点とリフト終了点との何れか一方を検出するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、吸気弁３６を駆動する吸気可変動弁機構４８を制御する装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、排気弁３８を駆動する排気可変動弁装置５０を制御する装置にも同様に適用することが可能である。

また、上述した実施の形態１においては、モータ５４Ａ，５４Ｂが前記第１の発明における「電動機」に相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「電流検出手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「弁リフト検出手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「算出手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「回転補正手段」が、吸気弁３６の開弁期間の後半にモータ５４Ａ，５４Ｂが逆トルクを発生するように制御することにより前記第４の発明における「電動機制御手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を示す図である。 図１に示すシステムが備える吸気可変動弁機構の構成を示す図である。 カムによって吸気弁が駆動される様子を示す模式図である。 内燃機関の機関回転数、出力トルクと、カムの駆動モードとの関係を示す模式図である。 カムシャフトに設けられた２種類のカムを詳細に示す模式図である。 カムの回転角と、モータに流れる電流値との関係を示すグラフ、並びに、吸気弁およびカムの模式図である。 カムの回転角と、モータに流れる電流値との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
２０ エアフロメータ
３６ 吸気弁
３８ 排気弁
４０ ＥＣＵ
４８ 吸気可変動弁機構
５４Ａ，５４Ｂ モータ
５６Ａ，５６Ｂ ギヤ列
５８Ａ，５８Ｂ カムシャフト
６２ カム
６２ａ ノーズ
６２ｂ ベース円
６８ リテーナ
７２ バルブスプリング

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気弁または排気弁をリフトさせるためのカムを電動機により回転駆動する可変動弁機構を制御する装置であって、
   前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記検出された電流に基づいて、前記弁のリフト開始点および／またはリフト終了点を検出する弁リフト検出手段と、
   前記検出されたリフト開始点および／またはリフト終了点に基づいて、前記弁の作用角および／またはリフト量を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
2. 前記補正手段は、
   前記検出されたリフト開始点および／またはリフト終了点に基づいて、前記弁のバルブクリアランスの変化量を算出する算出手段と、
   前記バルブクリアランスの変化に伴う前記弁の作用角および／またはリフト量のズレが修正されるように、前記電動機の回転速度および／または回転量を補正する回転補正手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記弁リフト検出手段は、前記電流が一定値から立ち上がる点または一定値に戻る点を前記弁のリフト開始点またはリフト終了点として検出することを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁機構の制御装置。
4. 前記弁のリフト量が減少する期間において、前記電動機が回転方向と逆方向にトルクを発生するように前記電動機を制御する電動機制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 前記内燃機関は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関であり、
   前記補正手段は、気筒毎に前記弁の作用角および／またはリフト量を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の可変動弁機構の制御装置。

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