JP2008157049A - 内燃機関の可変動弁制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンの停止時に、制御軸の回転角度のフィードバック制御における目標をストッパ方向に変化させることで、制御軸を最小リフト側のストッパに押し付ける。ここで、制御軸を回転駆動するモータの操作量を所定値に制限することで、押し付けトルクが過剰になることを防止する。そして、エンジン回転が停止すると、モータの操作量を0にして電力供給を遮断することで、ストッパに対する押し付けトルクを弱めて、センサ取り付け部の撓みを軽減する。その後、制御軸の回転角度を検出するセンサの出力が安定すると、そのときのセンサ出力を最小リフト位置に対応する値として学習させる。
【選択図】図4
Description
しかし、制御軸がストッパに突き当たっている状態でアクチュエータのトルクを加え続けると、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、これによって制御軸の回転が停止しているにも関わらずセンサ出力が変動してしまい、学習精度が悪化するという問題があった。
上記発明によると、アクチュエータによって制御軸をストッパに押し付けることで、ストッパの位置まで確実に制御軸を回転させ、その後、アクチュエータの駆動トルクを弱めることでセンサ取り付け部の撓みを軽減し、前記撓みによるセンサ出力の変動を抑止した状態で、ストッパ位置に相当するセンサ出力を学習させる。
請求項2記載の発明は、機関停止時に学習を行い、かつ、機関回転の停止が判断されていることを条件に、アクチュエータの駆動トルクを弱めることを特徴とする。
従って、機関の回転に伴う制御軸の振動によって学習精度が低下することを回避できる。
上記発明によると、アクチュエータの操作量が閾値を超えたり、アクチュエータの操作量が制限値に張り付いたりしている場合、及び/又は、センサ出力がストッパ位置付近の出力レベルで安定している場合に、制御軸がストッパに押し当てられていると判断し、アクチュエータの駆動トルクを弱め、センサ出力を学習させる。
請求項4記載の発明は、アクチュエータの駆動トルクを弱めた後であって、センサの出力が安定しているときに、センサの出力を学習することを特徴とする。
上記発明によると、アクチュエータの駆動トルクを弱めることで、センサ取り付け部の撓みが戻されてセンサ出力が変動する状態が、学習対象から除外される。
請求項5記載の発明は、前記アクチュエータがモータであり、前記学習手段が、前記モータへの電源供給をオフすることで、駆動トルクを弱めることを特徴とする。
上記発明によると、制御軸をモータで回転駆動する可変動弁機構において、モータの駆動トルクで制御軸をストッパに押し付け、その後、モータへの電源供給をオフすることで、押し付けトルクを弱めてからセンサ出力の学習を行わせる。
請求項6記載の発明は、アクチュエータの駆動トルクを徐々に弱めることを特徴とする。
上記発明によると、アクチュエータの駆動トルクを弱めるときに、駆動トルクをステップ的に変化させるのではなく、制御軸をストッパに押し付けている状態から徐々に押し付けトルクを弱めて、センサ取り付け部の撓みを徐々に軽減させる。
請求項7記載の発明は、アクチュエータによって制御軸をストッパに押し付けるときのアクチュエータの操作量に制限を加えることを特徴とする。
上記発明によると、アクチュエータの駆動トルクによって制御軸をストッパに押し付けるときに、アクチュエータの操作量に制限を加えることで、押し付けトルクを制限する。
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(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内に吸引された燃料は、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。
尚、燃料を燃焼室106内に直接噴射させる機関であってもよく、また、燃料を圧縮着火させる機関であってもよい。
前記排気バルブ107は、排気カムシャフト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。
前記VEL機構112は、吸気バルブ105のバルブリフト量を作動角と共に連続的に変化させる機構であり、VTC機構113は、クランクシャフト120に対する吸気駆動軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相を連続的に変化させる機構である。
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、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。
制御手段としてのエンジンコントロールユニット114には、前記制御軸13の回転角度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に印加される電圧の向き及び電圧の大きさをフィードバック制御する。
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。
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。
ところで、前記VEL機構112の制御においては、制御軸13の回転角度を前記角度センサ133の出力から検出し、この回転角度の検出値が、目標リフト量(目標作動角)に対応する目標回転角度に近づくように、前記モータ17への電力供給をフィードバック制御する。
ここで、前記デューティ比は符号付きで算出され、プラスのデューティ比とマイナスのデューティ比とは、モータ17に対する電圧印加の方向が異なることを示し、電圧印加の方向が切り替えられることでモータ17による回転駆動力の方向が反転し、制御軸13をリフトの増大方向に回転させるトルクを発生させる状態と、制御軸13をリフトの減少方向に回転させるトルクを発生させる状態とに切り換えられるものとする。
そこで、前記エンジンコントロールユニット114は、前記可動側ストッパ13aが固定側ストッパに当接する、最小リフト位置での角度センサ133の出力を学習して、角度センサ133の出力と制御軸13の角度位置との相関を校正する、学習手段としての機能を有している。
図4のフローチャートにおいて、ステップS101では、前記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。
前記VEL機構112及び角度センサ133の正常状態で、イグニッションスイッチ134がオンからオフに切り換えられると、ステップS102へ進む。
ステップS103では、制御軸13の目標回転角度(目標リフト量)をストッパ位置(最小リフト)に向けて強制的に一定速度で変化させ、該目標回転角度に従って前記モータ17をフィードバック制御させる。
目標回転角度を上記のようにストッパ位置に向けて変化させると、図5に示すように、リフト量を増大させる方向へのモータトルクが減少制御され、これにより、バルブ開閉の反力によりリフトを減少させる方向に働く力が勝って、制御軸13がリフト量の減少方向に徐々に回転することになる。
その結果、モータ17の印加電圧は、0に向けて減少変化され、0になっても制御偏差が縮小しないことから、モータ17の印加電圧の方向が、リフトを積極的に減少させる方向、即ち、制御軸13をストッパに向けて回転させる方向のモータトルクを発生させるべく反転され、制御軸13がモータトルクによってストッパに押し付けられることになる。
ここで、制御軸13をリフト量の減少方向に回転させるモータトルクを発生させる操作量(デューティ比)にリミッタ(<0)を設けてある。
ステップS104では、前記モータ17の操作量が前記リミッタ以下になっているか否かを判断し、前記リミッタ以下であれば、ステップS105へ進んで、操作量(印加電圧)を前記リミッタとすることで、リミッタを下回る操作量に設定され、制御軸13がリミッタを超えるモータトルクでストッパに押し付けられることがないようにする。
ステップS106では、エンジン回転数(rpm)が0になったか否か、即ち、エンジン101の回転が停止したか否かを、クランク角センサ117からの検出信号に基づいて判断する。
ステップS107でオフ処理判定を行うと、次にステップS102へ進んだときに、オフ処理判定がなされていると判断されることで、ステップS108へ進む。
ステップS108では、モータ17の操作量(デューティ比)が0になっているか否かを判別し、操作量が0になっていなければ、ステップS111へ進んで、操作量を0にすることでモータ17への電力供給を遮断する。
ステップS109では、角度センサ133の出力が最小リフト付近で安定しているか否かを判断する。
例えば、角度センサ133の出力が最小リフト付近の所定領域内であって、所定時間内での最大出力値と最小出力値との差が閾値未満であるときに、角度センサ133の出力が安定していると判断する。
最小リフト位置でのセンサ出力を学習すると、角度センサ133の出力と制御軸13の回転角度(リフト量)との相関を前記学習結果に基づいて修正し、該修正後の相関に基づいて制御軸13の回転角度(リフト量)の検出を行わせるようにする。
更に、エンジン101の回転中では、エンジン101の振動に伴って制御軸13が振動し、これによって角度センサ133の出力が変動し、最小リフト位置の学習精度が悪化する。
更に、モータ17への電力供給を遮断し、その後エンジン回転が停止したときに、センサ出力が安定していることを確認するから、センサ出力の変動が残っている状態で学習されてしまうことを回避できる。
具体的には、目標リフト量が最小リフト量を下回る閾値以下にまで低下していること、及び/又は、モータ17の操作量が前記リミッタに張り付いている(操作量が所定値以下である)ときに、制御軸13がストッパに押し付けられる位置まで回転駆動されていると判断し、この状態でエンジン101が停止したときに、モータ17への電力供給を遮断させるようにすることができる。
図6のフローチャートは、最小リフト位置学習の第2実施形態を示す。
図6のフローチャートにおいて、ステップS201では、学習条件が成立しているか否かを判別する。
ステップS202では、モータ17のオフ処理判定がなされているか否かを判断し、オフ処理判定がなされていない場合に、ステップS203へ進む。
ステップS203では、目標回転角度(目標リフト量)をストッパ位置(最小リフト)に向けて強制的に一定速度で変化させ、該目標リフトに従って前記モータ17をフィードバック制御させる(図7参照)。
ステップS204では、目標リフト量が最小リフト量を下回る閾値以下にまで低下しているか否かを判断する。
ステップS205では、モータ17の操作量(デューティ比)が、第1実施形態で説明したリミッタに張り付いているか否かを判別する(図7参照)。
ここで、目標リフト量が前記閾値以下にまで低下して、かつ、モータ17の操作量(デューティ比)がリミッタに張り付いている場合には、制御軸13がストッパに押し付けられているものと判断し、ステップS206へ進む。
そして、角度センサ133の出力が安定していれば、ステップS207へ進み、モータ17への電力供給をオフにする(操作量を0にする)処理の実行判定を行う。
この結果、次回ステップS202へ進むと、オフ処理判定がなされていると判断されて、ステップS208へ進む。
ステップS208では、モータ17の操作量(デューティ比)が0になっているか否かを判別し、モータ17の操作量が0になっていなければ、ステップS211へ進んで、操作量を0にしてモータ17への電力供給を遮断する。
ステップS209では、角度センサ133の出力が最小リフト付近で安定しているか否かを判断する。
そして、角度センサ133の出力が安定していると判断された場合には、ステップS110へ進み、そのときの角度センサ133の出力を、制御軸13がストッパで回転が制限される位置での出力、即ち、最小リフト位置での出力として学習する(図7参照)。
上記実施形態においても、モータトルクで制御軸13をストッパに押し付けた後、モータ17への電力供給を遮断することで、センサ取り付け部の撓みを軽減するから、撓みによってセンサ出力が変動することを回避して、最小リフト位置を高精度に学習させることができる。
上記第2実施形態においても、モータ17への電力供給を遮断する代わりに、モータ17の印加電圧を低下させて制御軸13をストッパに押し付けるトルクを弱めるようにすることができる。
図8のフローチャートは、最小リフト位置学習の第3実施形態を示す。
図8のフローチャートにおいて、ステップS301では、学習条件が成立しているか否かを判別する。
ステップS302では、モータ17の操作量(デューティ比)の変更処理判定がなされているか否かを判別し、変更処理判定がなされていない場合には、ステップS303へ進む。
即ち、第3実施形態では、目標に向けたフィードバック制御によって最小リフト位置にまで制御軸13を回転させるのではなく、目標リフト量や角度センサ133による検出角度とは無関係に、モータ17の操作量を強制的に減少させる。
前記所定値B(<0)は、制御軸13をリフト量の減少方向に回動させるトルクを発生させ、制御軸13を所定以上の押し付け力でストッパに押し付けることができる操作量として予め記憶されている。
これにより、モータ17の操作量(デューティ比)が所定値B以下にまで低下したことで、制御軸13がストッパに押し付けられる状態になっているか否かを確認する。
この結果、次回ステップS302へ進むと、ステップS302からステップS307へ進むようになり、ステップS307では、モータ17の操作量(デューティ比)が所定値Aになっているか否かを判別する。
ステップS307では、モータ17の操作量(デューティ比)が所定値Aになっていないと判断されると、ステップS310へ進み、モータ17の操作量(デューティ比)を前記所定値Bから前記所定値Aにまで変更する処理を行う。
前記所定値Cは、0>所定値A>所定値B>所定値Cであって、ストッパへの押し付けトルクを減少変化させる処理の初期値として予め記憶されている。
そして、角度センサ133の出力が安定していれば、ステップS309へ進み、そのときの角度センサ133の出力を、制御軸13がストッパで回転が制限される位置での出力、即ち、最小リフト位置での出力として学習する(図9参照)。
また、フィードバック制御の目標を変更することで最小リフト位置にまで変化させる構成ではないので、モータ17の操作量を任意の特性で増減させることができ、ストッパへの確実な押し付けを図りつつ、センサ取り付け部の撓みを所望の特性で軽減させることが容易に行える。
また、第1,2実施形態において目標リフト量を変更させる場合、及び/又は、第3実施形態で操作量を所定値Bに向けて変化させるときに、変更開始の初期は比較的速い速度で変化させ、制御軸13がストッパに突き当たる可能性があると判断されるようになった時点で、目標リフト量・操作量の変化速度をより遅く変更することで、ストッパに突き当たるときの衝撃を弱めるようにすることができる。
(イ)前記可変動弁機構が、前記制御軸及びアクチュエータと共に、前記制御軸に偏心して設けられた制御偏心軸部と、該制御偏心軸部に揺動可能に嵌合するロッカアームと、クランクシャフトに連動して回転する駆動軸に揺動可能に嵌合し、機関バルブを開閉する揺動カムと、前記駆動軸に偏心して設けられた駆動偏心部と、該駆動偏心部と前記ロッカアームの一端とを連係する第1リンクと、前記ロッカアームの他端と前記揺動カムの先端とを連係する第2リンクと、を有し、前記制御軸の回転角度に応じて機関バルブのバルブリフト及び作動角を連続的に変化させる機構であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
従って、機関バルブのリフト量及び作動角が連続的に変更される可変動弁機構において、最小又は最大のリフト量・作動角におけるセンサ出力を高精度に学習でき、機関バルブのリフト量及び作動角を精度良く制御できるようになる。
(ロ)前記制御手段が、前記センサの出力から検出された制御軸の回転角度と該回転角度の目標値との偏差に基づいて、前記アクチュエータをフィードバック制御し、
前記学習手段が、前記目標値を、前記ストッパで回転が制限される値を越えて強制的に変化させることで、前記制御軸を前記ストッパに押し付けることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
従って、通常にフィードバック制御を行わせながら、制御軸をストッパに確実に押し付けることができる。
(ハ)前記学習手段が、前記アクチュエータの操作量を強制的に変化させることで、前記制御軸を前記ストッパに押し付けることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
従って、制御軸がストッパに押し付けられる状態を簡便に実現でき、かつ、押し付けトルクを弱める制御も高い自由度で行わせることができる。
(ニ)前記学習手段が、前記操作量が所定値に到達し、かつ、前記センサの出力が安定しているときに、前記制御軸が前記ストッパに押し当てられていると判断することを特徴とする請求項3記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
従って、制御軸がストッパに押し当てられている状態を的確に判断できる。
(ホ)前記学習手段が、前記アクチュエータの操作量を、第1基準値にまでステップ的に変化させた後、前記第1基準値から第2基準値にまで徐々に変化させ、前記操作量を前記第2基準値とした状態で学習を行うことを特徴とする請求項6記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
Claims (7)
- ストッパで回転範囲が制限される制御軸と、前記制御軸を回転駆動するアクチュエータとを含み、前記制御軸の回転角度に応じて機関バルブの開特性を可変とする可変動弁機構と、
前記制御軸の回転角度に応じた出力を発生するセンサと、
前記ストッパで前記制御軸の回転が制限される回転角度での前記センサの出力を学習する学習手段と、
前記学習手段による学習結果に基づいて前記センサの出力から前記制御軸の回転角度を検出し、前記アクチュエータを制御する制御手段と、
を含んで構成され、
前記学習手段が、前記アクチュエータによって前記制御軸を前記ストッパに押し付け、その後前記アクチュエータの駆動トルクを弱め、該駆動トルクを弱めた状態での前記センサの出力を学習することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。 - 前記学習手段が、機関停止時に前記学習を行う構成であって、機関回転の停止が判断されていることを条件に、前記アクチュエータの駆動トルクを弱めることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
- 前記学習手段が、前記アクチュエータの操作量及び/又は前記センサの出力から、前記制御軸が前記ストッパに押し付けられていることを判断し、前記アクチュエータの駆動トルクを弱めることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
- 前記学習手段が、前記アクチュエータの駆動トルクを弱めた後であって、前記センサの出力が安定しているときに、前記センサの出力を学習することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
- 前記アクチュエータがモータであり、前記学習手段が、前記モータへの電源供給をオフすることで、駆動トルクを弱めることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
- 前記学習手段が、前記アクチュエータの駆動トルクを徐々に弱めることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
- 前記学習手段が、前記アクチュエータによって前記制御軸を前記ストッパに押し付けるときの前記アクチュエータの操作量に制限を加えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
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