JP2008291743A - 動弁系の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの温度変化に起因して、制御軸の位置を誤って更新することを抑制することのできる動弁系の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の動弁系は、可動範囲内で駆動されるコントロールシャフト５４と、潤滑剤によって潤滑されるアクチュエータ６０を有し、アクチュエータ６０によりコントロールシャフト５４を駆動することを通じて内燃機関のバルブ特性を変更する。この動弁系の制御装置は、基準位置と同基準位置からの変位量とに基づいてコントロールシャフト５４の絶対位置を算出する算出手段と、所定の学習条件が成立したとき、アクチュエータ６０をその可動範囲内の端まで変位させ、アクチュエータ６０の駆動が停止したときに算出される絶対位置をその端に対応する位置に更新する絶対位置学習を実行する学習手段とを備える。アクチュエータ６０の温度が所定の下限温度よりも低いときに、学習手段による絶対位置学習を禁止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、可動範囲内で駆動される制御軸と、その制御軸を駆動するアクチュエータとを有し、同アクチュエータによる制御軸の駆動を通じて内燃機関のバルブ特性を変更する動弁系に適用されて、基準位置と同基準位置からの制御軸の変位量とに基づいて同制御軸の絶対位置を算出する動弁系の制御装置に関する。

内燃機関の吸気バルブのバルブ特性を機関運転状態に応じて変更するための機構として、例えば特許文献１に記載される動弁系がある。この特許文献１に記載の動弁系は、軸線方向でノーズ高さの変化する３次元カムが設けられたカムシャフト（制御軸）をアクチュエータによって軸線方向に駆動することにより機関バルブの最大リフト量を変更している。したがって、こうした動弁系にあっては、カムシャフトの位置を高い精度で制御することが最大リフト量を機関運転状態に適した量とする上で重要となる。

ここで、カムシャフト（制御軸）の位置を検出するための手法としては種々の方法が提案されているが、例えば動弁系にカムシャフトの位置を検出するためのセンサを設けるとともに、同センサの出力に基づいてカムシャフトの位置、換言すれば吸気バルブの最大リフト量を検出する方法がある。しかし、このような方法では、センサの初期取付け位置のばらつき、センサ毎の出力のばらつき、あるいは温度変化等に起因するセンサ特性の変化により、検出されるセンサ出力に基づいて算出されるカムシャフトの位置と実際の位置とにずれが生じ、カムシャフトの位置を正確に検出することができない。

そこで、特許文献２に記載の動弁系の制御装置にあっては、ストッパにより規制される可動範囲内において制御軸の基準位置を記憶するとともに、この記憶された基準位置からの制御軸の変位量をセンサにより検出している。そして、この変位量と基準位置とに基づいて制御軸の絶対位置を算出し、これが目標位置と一致するようにアクチュエータ（特許文献２ではモータ）を制御している。また、この装置では、所定の学習条件が成立したときに、制御軸を可動範囲の端まで変位させるとともに、同制御軸が可動範囲の端に達した旨が判断されたときにその絶対位置を学習し、その時点に算出される制御軸の位置を学習された絶対位置に更新するようにしている。これにより、例えばセンサ特性の変化等に起因して算出される制御軸の位置とその実際の位置との間にずれが生じた場合であっても、算出される制御軸の位置と実際の位置とを一致させることができるようになる。
特開２００３−４１９７７号公報 特開２００２−３４９２１５号公報

ところで、アクチュエータの温度の低下に伴い、アクチュエータのベアリング等の可動部分に供給される潤滑剤の粘度が大きくなり、アクチュエータの駆動に対する抵抗力が大きくなることがある。ここで、このように増大した抵抗力がアクチュエータの駆動力を上回ったときに上述した学習を実行する場合には、制御軸がその可動範囲の端に到達する前に停止することも否定できない。そしてこのように制御軸が停止すると、制御軸がその可動範囲の端に到達した旨の判断がなされ、制御軸の位置をその時点の実際の位置とは異なる位置に誤って更新してしまうこととなる。

また、例えば上述の特許文献２のように、アクチュエータとして電動式アクチュエータを採用する場合には、同電動式アクチュエータの温度の上昇に伴い、該電動式アクチュエータのコイルの電気抵抗が大きくなり、その駆動力が小さくなることとなる。ここで、このように小さくなったアクチュエータの駆動力が同アクチュエータに対する抵抗力を下回ったときに上述した学習を実行する場合には、上記と同様にして、制御軸の位置をその時点の実際の位置とは異なる位置に誤って更新してしまうこととなる。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエータの温度変化に起因して、制御軸の位置を誤って更新することを抑制することのできる動弁系の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、可動範囲内で駆動される制御軸と、潤滑剤によって潤滑されるアクチュエータとを有し、前記アクチュエータにより前記制御軸を駆動することを通じて内燃機関のバルブ特性を変更する動弁系に適用されて、基準位置と同基準位置からの前記制御軸の変位量とに基づいて同制御軸の絶対位置を算出する算出手段と、所定の学習条件が成立したとき、前記制御軸を前記可動範囲の端まで変位させ、同制御軸の駆動が停止したときに前記算出手段によって算出される絶対位置を前記端に対応する位置に更新する絶対位置学習を実行する学習手段とを備える動弁系の制御装置において、前記アクチュエータの温度が所定の下限温度よりも低いときに、前記学習手段による絶対位置学習を禁止する低温学習禁止手段を備えることをその要旨とする。

同構成によれば、アクチュエータの温度が所定の下限温度よりも低いときに学習手段による絶対位置学習を禁止するようにしている。このため、アクチュエータの温度の低下に伴って同アクチュエータの潤滑に供される潤滑剤の粘度が大きくなり、アクチュエータの駆動に対する抵抗力が大きくなることに起因して、制御軸がその可動範囲の端に到達する前に停止したにも係わらず、制御軸がその端に到達したものと誤判断することを抑制することができる。したがって、アクチュエータの温度変化に起因して、制御軸の位置を誤って更新することを抑制することができるようになる。

なお、請求項２に記載されるように、前記所定の下限温度は、前記絶対位置学習の実行中に、前記制御軸が前記端まで正常に変位することができる前記アクチュエータの最低温度に設定される、といった構成を採用することが望ましい。これにより、アクチュエータの温度の低下に起因して制御軸の位置を誤って更新することを回避することができる。

請求項３に記載の発明は、可動範囲内で駆動される制御軸と、コイルを含み該コイルに通電することにより前記制御軸を駆動する電動式アクチュエータとを有し、同電動式アクチュエータによる前記制御軸の駆動を通じて内燃機関のバルブ特性を変更する動弁系に適用されて、基準位置と同基準位置からの前記制御軸の変位量とに基づいて同制御軸の絶対位置を算出する算出手段と、所定の学習条件が成立したとき、前記制御軸を前記可動範囲の端まで変位させ、同制御軸の駆動が停止したときに前記算出手段によって算出される絶対位置を前記端に対応する位置に更新する絶対位置学習を実行する学習手段とを備える動弁系の制御装置において、前記アクチュエータの温度が所定の上限温度よりも高いときに、前記学習手段による絶対位置学習を禁止する高温学習禁止手段を備えることをその要旨とする。

同構成によれば、電動式アクチュエータの温度が所定の上限温度よりも高いときに学習手段による絶対位置学習を禁止するようにしている。このため、電動式アクチュエータの温度の上昇に伴ってそのコイルの電気抵抗が大きくなり、電動式アクチュエータの駆動力が小さくなることに起因して、制御軸がその可動範囲の端に到達する前に停止したにも係わらず、制御軸がその端に到達したものと誤判断することを抑制することができる。したがって、アクチュエータの温度変化に起因して、制御軸の位置を誤って更新することを抑制することができるようになる。

なお、請求項４に記載されるように、前記所定の上限温度は、前記絶対位置学習の実行中に、前記制御軸が前記端まで正常に変位することができる前記電動式アクチュエータの最高温度に設定される、といった構成を採用することが望ましい。これにより、アクチュエータの温度の上昇に起因して制御軸の位置を誤って更新することを回避することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の動弁系の制御装置において、前記電動式アクチュエータは潤滑剤によって潤滑され、同電動式アクチュエータの温度が所定の下限温度よりも低いときに、前記学習手段による絶対位置学習を禁止する低温学習禁止手段を備えることをその要旨とする。

同構成によれば、電動式アクチュエータの温度の低下に伴って同アクチュエータの潤滑に供される潤滑剤の粘度が大きくなり、同電動式アクチュエータの駆動に対する抵抗力が大きくなることに起因して、制御軸がその可動範囲の端に到達する前に停止したにも係わらず、制御軸がその端に到達したものと誤判断することを抑制することができる。

なお、請求項６に記載されるように、前記所定の下限温度は、前記絶対位置学習の実行中に、前記制御軸が前記端まで正常に変位することができる前記電動式アクチュエータの最低温度に設定される、といった構成を採用することが望ましい。これにより、電動式アクチュエータの温度の低下に起因して制御軸の位置を誤って更新することを回避することができる。

以下、本発明を車両に搭載される内燃機関の動弁系の制御装置に適用した一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。ここで、図１は、車両に搭載される内燃機関の動弁系の一部断面構造を示す断面図であり、図２は、内燃機関の動弁系の配設態様を示す平面図である。

図１及び図２に示されるように、内燃機関は４つの気筒（図１では１つのみを表示）を有しており、そのシリンダヘッド２にはこれら気筒に対応した一対の排気バルブ１０と吸気バルブ２０とが往復動可能にそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド２には、それら排気バルブ１０と吸気バルブ２０とに対応して排気弁開閉装置９０と吸気弁開閉装置１００とがそれぞれ設けられている。

排気弁開閉装置９０には、各排気バルブ１０に対応してラッシュアジャスタ１２が設けられるとともに、このラッシュアジャスタ１２と排気バルブ１０との間にはロッカーアーム１３が架設されている。ロッカーアーム１３は、その基端がラッシュアジャスタ１２に支持されるとともに先端が排気バルブ１０の基端部に当接されている。また、シリンダヘッド２には、排気カムシャフト１４が回転可能に支持されており、この排気カムシャフト１４は、機関出力軸の回転に連動して回転される。排気カムシャフト１４には複数のカム１５が形成されるとともに、それらカム１５の外周面にはロッカーアーム１３の中間部分に設けられたローラ１３ａが当接されている。排気バルブ１０にはリテーナ１６が設けられるとともに、このリテーナ１６とシリンダヘッド２との間にはバルブスプリング１１が設けられている。なお、このバルブスプリング１１の付勢力によって排気バルブ１０は閉弁方向に付勢されている。そしてこれにより、ロッカーアーム１３のローラ１３ａはカム１５の外周面に押圧されている。機関運転時にカム１５が回転すると、ロッカーアーム１３はラッシュアジャスタ１２により支持される部分を支点として揺動する。その結果、排気バルブ１０はロッカーアーム１３によって開閉駆動されるようになる。なお、排気バルブ１０の開度、すなわちリフト量の増大に伴ってバルブスプリング１１が圧縮され、バルブスプリング１１による排気弁開閉装置９０の作動に対する反力が増大する。

一方、吸気弁開閉装置１００には、排気側と同様にバルブスプリング２１、吸気バルブ２０に設けられたリテーナ２６、ロッカーアーム２３及びラッシュアジャスタ２２が設けられている。シリンダヘッド２には、複数のカム２５が形成された吸気カムシャフト２４が回転可能に支持されており、この吸気カムシャフト２４も、機関出力軸の回転に連動して回転される。ここで、排気弁開閉装置９０とは異なり、吸気弁開閉装置１００には、カム２５とロッカーアーム２３との間に仲介駆動機構５０が設けられている。この仲介駆動機構５０は入力部５１と一対の出力部５２とを有しており、これら入力部５１及び出力部５２はシリンダヘッド２に固定された支持パイプ５３に揺動可能に支持されている。ロッカーアーム２３は、ラッシュアジャスタ２２及びバルブスプリング２１の付勢力によって出力部５２側に付勢され、同ロッカーアーム２３の中間部分に設けられたローラ２３ａが出力部５２の外周面に当接されている。これにより、入力部５１が出力部５２とともに左回り方向Ｗ１に揺動付勢され、入力部５１においてその径方向に延出した部分の先端に設けられたローラ５１ａがカム２５の外周面に押圧される。

こうした吸気弁開閉装置１００では、機関運転時にカム２５が回転すると、同カム２５はローラ５１ａに摺接しつつ入力部５１を押圧し、これにより出力部５２が支持パイプ５３の周方向に揺動するようになる。そして出力部５２が揺動すると、ロッカーアーム２３はラッシュアジャスタ２２により支持される部分を支点として揺動する。その結果、吸気バルブ２０はロッカーアーム２３によって開閉駆動されるようになる。なお、吸気バルブ２０の開度、すなわちリフト量の増大に伴ってバルブスプリング２１が圧縮され、同バルブスプリング２１による吸気弁開閉装置１００の作動に対する反力が増大する。

また、支持パイプ５３には、その軸方向に沿って駆動可能なコントロールシャフト５４が挿入されている。このコントロールシャフト５４は、連結部材を介して入力部５１及び出力部５２に駆動連結されている。コントロールシャフト５４がその軸方向に沿って駆動すると、それら入力部５１及び出力部５２が相対的に揺動するようになる。次に、図３を参照してコントロールシャフト５４と入力部５１，出力部５２とを連結する仲介駆動機構５０について詳述する。尚、図３は仲介駆動機構５０の内部構造を示す一部破断斜視図である。

図３に示されるように、入力部５１は一対の出力部５２の間に設けられており、これら入力部５１と出力部５２との内部には略円筒状の連通空間が形成されている。また、入力部５１の内周面にはヘリカルスプライン５１ｈが形成されるとともに、出力部５２の内周面には入力部５１のヘリカルスプライン５１ｈとその歯すじが逆向きに傾斜するヘリカルスプライン５２ｈが形成されている。

入力部５１と出力部５２との内部に形成された空間には、略円筒状のスライダギア５５が設けられている。このスライダギア５５の外周面の中央部分には、入力部５１のヘリカルスプライン５１ｈに噛合するヘリカルスプライン５５ａが形成されるとともに、その外周面の両端部には出力部５２のヘリカルスプライン５２ｈに噛合するヘリカルスプライン５５ｂが形成されている。

また、この略円筒状のスライダギア５５の内壁には、その周方向に沿って延伸する溝５５ｃが形成されており、この溝５５ｃにはブッシュ５６が嵌合されている。なお、このブッシュ５６は、溝５５ｃの伸びる方向に沿って同溝５５ｃの内周面を摺動することができるが、スライダギア５５に対するその軸方向の相対変位は溝５５ｃによって規制されている。

そして、支持パイプ５３はスライダギア５５の内部に形成された貫通空間に挿入されるとともに、コントロールシャフト５４はその支持パイプ５３に挿入されている。また、支持パイプ５３の管壁にはその軸方向に延伸する長孔５３ａが形成されている。スライダギア５５とコントロールシャフト５４との間には、長孔５３ａを通じてこれらスライダギア５５とコントロールシャフト５４とを連結する係止ピン５７が設けられている。この係止ピン５７の一端がコントロールシャフト５４に形成された凹部（図示略）に挿入されるとともに、他端がブッシュ５６に形成された貫通孔５６ａに挿入されている。

こうした仲介駆動機構５０にあって、コントロールシャフト５４がその軸方向に沿って変位すると、これに連動してスライダギア５５が軸方向に変位する。スライダギア５５の外周面に形成されたヘリカルスプライン５５ａ，５５ｂは、入力部５１及び出力部５２の内周面に形成されたヘリカルスプライン５１ｈ、５２ｈとそれぞれ噛合されているため、スライダギア５５がその軸方向に変位すると、入力部５１と出力部５２とは逆の方向に回転する。その結果、入力部５１と出力部５２との相対位相差が変更され、吸気バルブ２０の最大リフト量が変更される。

ここで、先の図２に示されるように、コントロールシャフト５４の基端部（図中右端部）には、電動式アクチュエータ６０（以下、単に「アクチュエータ６０」と称する）が設けられており、このアクチュエータ６０は、マイクロコンピュータ７０によりその駆動が制御される。以下、図４を参照してアクチュエータ６０の構造について詳細に説明する。図４は、アクチュエータ６０の構造を主に示す部分断面図である。

図４に示されるように、アクチュエータ６０のハウジング６０ａは、シリンダヘッド２に取り付けられている。このハウジング６０ａの内部には、コイルＣを有するステータ６２ａ及び永久磁石を有するロータ６２ｂを備えたモータ６２と、そのモータ６２の回転を直線運動に変換してコントロールシャフト５４に伝達する遊星ギヤ機構６３とが設けられている。

この遊星ギヤ機構６３は、外周に螺旋状のスプラインを設けた出力軸６４と、それとは逆回りのスプラインを、外周に設けた複数の遊星ギヤ６５と内周に設けたローラナット６６とを有して構成されている。

出力軸６４は、軸方向へ変位可能に、かつ軸線Ｌを中心として回転不能にハウジング６０ａにより支持され、その先端部（図４の左端部）は、連結部材６４ａによってコントロールシャフト５４に連結されている。ローラナット６６は、ベアリング６１を介してロータ６２ｂと一体回転可能に、かつ軸方向へ変位不能にハウジング６０ａにより支持されている。

そして遊星ギヤ６５は、それら出力軸６４及びローラナット６６の間に等角度毎に配置されている。遊星ギヤ６５のスプラインは、出力軸６４のスプラインと同出力軸６４に外嵌したローラナット６６のスプラインとの双方に噛合し、出力軸６４とローラナット６６との間で遊星ギヤ６５が出力軸６４を中心に公転しながら自転するように形成されている。

また、遊星ギヤ機構６３やベアリング６１等の可動部材の内部には、グリース等の潤滑材が封入されており、同潤滑剤は、これら可動部材の潤滑に供される。
こうしたアクチュエータ６０により、ステータ６２ａのコイルＣに通電すると、ロータ６２ｂ及びローラナット６６が軸線Ｌを中心として回転され、各遊星ギヤ６５がそれぞれ自身の軸線を中心として自転しつつ、軸線Ｌの周りを公転する。また上述したように、出力軸６４は、軸線Ｌを中心として回転不能であるが、軸方向へは変位可能であるため、各遊星ギヤ６５の自転及び公転によりその出力軸６４が軸方向に変位する。

そして、出力軸６４の軸方向の変位に伴いコントロールシャフト５４が軸方向に変位することにより、仲介駆動機構５０の駆動状態が変更され、吸気バルブ２０の最大リフト量が連続的に変化させられる。具体的には、コントロールシャフト５４が図４の方向Ｆへ移動すると、最大リフト量が増大する一方、コントロールシャフト５４が図４の方向Ｒへ移動すると、最大リフト量が減少する。

なお、コントロールシャフト５４には、係止部５４ａが形成されるとともに、内燃機関のシリンダヘッドカバー３には、係止部５４ａが当接可能な２つのストッパ３ａ，３ｂが形成され、コントロールシャフト５４は、これらストッパ３ａ，３ｂに対応する２つの駆動限界位置の間において駆動可能となっている。ここで、コントロールシャフト５４がストッパ３ａに対応する駆動限界位置（以下「Ｈｉ端」と称する）に駆動したときにアクチュエータ６０の駆動量がその設計最大値になる。一方、コントロールシャフト５４がストッパ３ｂに対応する駆動限界位置（以下「Ｌｏ端」と称する）に駆動したときにアクチュエータ６０の駆動量がその設計最小値になる。

アクチュエータ６０には、３つの電気角センサＤ１〜Ｄ３と、これら電気角センサＤ１〜Ｄ３に対応してローラナット６６と一体回転する８極の多極マグネット（図示略）とが設けられている。これら電気角センサＤ１〜Ｄ３は、８極の多極マグネットの磁気に応じて図５（ａ）〜（ｃ）に示されるようなパルス状の信号、すなわち論理ハイレベル信号「Ｈ」と論理ローレベル信号「Ｌ」とを交互に出力する。なお、こうしたパルス信号の波形が得られるよう、３つの電気角センサＤ１〜Ｄ３は出力軸６４の周方向において１２０°毎に配置されている。したがって、これら電気角センサＤ１〜Ｄ３のうちの１つから出力されるパルス信号のエッジは出力軸６４の４５°回転毎に発生している。また、これら電気角センサＤ１〜Ｄ３のうちの１つからのパルス信号は、他の電気角センサからのパルス信号に対し、出力軸６４の３０°回転分だけ進み側及び遅れ側に位相をずらした状態となっている。

また、アクチュエータ６０には、ロータリーエンコーダとして機能する２つの位置センサＳ１，Ｓ２と、これら位置センサＳ１，Ｓ２に対応して出力軸６４と一体回転する４８極の多極マグネット（図示略）とが設けられている。これら位置センサＳ１，Ｓ２は、４８極の多極マグネットの磁気に応じて図５（ｄ）及び（ｅ）に示されるようなパルス状の信号、すなわち論理ハイレベル信号「Ｈ」と論理ローレベル信号「Ｌ」とを交互に出力する。なお、こうしたパルス信号の波形が得られるよう、位置センサＳ１は出力軸６４の周方向において位置センサＳ２から１７６．２５°を隔てて配置されている。したがって、位置センサＳ１，Ｓ２のうちの１つから出力されるパルス信号のエッジは出力軸６４の７．５°回転毎に発生している。また、位置センサＳ２からのパルス信号は、位置センサＳ１からのパルス信号に対し、出力軸６４の３．７５°回転分だけ進み側及び遅れ側に位相をずらした状態となっている。

ここで、電気角センサＤ１〜Ｄ３を合わせたパルス信号のエッジ間隔が１５°であるのに対し、位置センサＳ１，Ｓ２を合わせたパルス信号のエッジ間隔は３．７５°となっている。したがって、電気角センサＤ１〜Ｄ３を合わせたパルス信号のエッジ発生から次回のエッジ発生までには、位置センサＳ１，Ｓ２を合わせたパルス信号のエッジが４回発生するようになっている。

これら電気角センサＤ１〜Ｄ３及び位置センサＳ１，Ｓ２によって出力されたパルス信号はマイクロコンピュータ７０に取り込まれる。このマイクロコンピュータ７０は、プログラムによって数値計算や情報処理等を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）７１、各種の制御に必要なプログラムやデータを記憶する不揮発性メモリ（ＲＯＭ）７２ａ、入力データや演算結果を一時的に記憶する揮発性メモリ（ＤＲＡＭ）７２ｂ、学習制御により得られた基準位置等を記憶する書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）７２ｃを備えている。また、ＣＰＵ７１の近傍には、マイクロコンピュータ７０の温度を検出するサーミスタ７３が設けられている。ここで、マイクロコンピュータ７０はアクチュエータ６０のハウジング６０ａの内部に設けられているため、サーミスタ７３によって検出される温度は、アクチュエータ６０の温度Ｔを代表する値である。

また、マイクロコンピュータ７０には、車両のアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサ７４や、内燃機関のクランクシャフトの回転位相を検出するクランク角センサ７５等、機関の運転状態を検出するセンサが接続されている。マイクロコンピュータ７０は、機関の運転状態に基づき吸気バルブ２０の最大リフト量の制御目標値を設定するとともに、上述した電気角センサＤ１〜Ｄ３及び位置センサＳ１，Ｓ２によって出力されたパルス信号に基づいて吸気バルブ２０の最大リフト量の実際値を検出する。以下、吸気バルブ２０の最大リフト量の実際値を検出する手順について、図５及び図６を参照して詳細に説明する。

ここで、図５（ａ）〜（ｅ）は、上述したようにアクチュエータ６０の出力軸６４の回転時に電気角センサＤ１〜Ｄ３、及び位置センサＳ１，Ｓ２から出力するパルス信号の波形を示している。そして図５（ｆ）〜（ｈ）は、アクチュエータ６０の回転時における回転角の変化に対し、それぞれ電気角カウント値Ｅ、位置カウント値Ｐ、及びストロークカウント値Ｓが推移するパターンを示している。また、図６（ａ）は、電気角センサＤ１〜Ｄ３の出力信号のパターンと電気角カウント値Ｅとの対応関係を示すとともに、図６（ｂ）は、位置センサＳ１，Ｓ２の出力信号のエッジが発生するときに位置カウント値Ｐが増減する態様を示している。

まず、各カウント値について説明する。
［電気角カウント値Ｅ］
電気角カウント値Ｅは、電気角センサＤ１〜Ｄ３のパルス信号に基づいて設定され、アクチュエータ６０の回転位相を表す。具体的には、図６（ａ）に示されるように、各電気角センサＤ１〜Ｄ３から各々論理ハイレベル信号「Ｈ」と論理ローレベル信号「Ｌ」とのいずれが出力されているかに応じて、電気角カウント値Ｅに「０」〜「５」範囲内の連続した整数値のうちのいずれかに設定されてＤＲＡＭ７２ｂに記憶される。マイクロコンピュータ７０は、ＤＲＡＭ７２ｂに記憶された電気角カウント値Ｅに基づきアクチュエータ６０の回転位相を検出し、同アクチュエータ６０の通電相を切り替えてアクチュエータ６０を正・逆回転する。ここで、アクチュエータ６０の正回転時には、電気角カウント値Ｅは「０」→「１」→「２」→「３」→「４」→「５」→「０」といった順序で順方向に変化する。一方、アクチュエータ６０の逆回転時には、電気角カウント値Ｅ「５」→「４」→「３」→「２」→「１」→「０」→「５」といった順序で逆方向に変化する。

［位置カウント値Ｐ］
位置カウント値Ｐは、内燃機関が始動した後に、コントロールシャフト５４が機関始動時における基準位置から変位した量、換言すれば吸気バルブ２０の最大リフト量について機関始動時における基準値からの変更履歴を表す。具体的には、位置センサＳ１，Ｓ２のうち、一方のセンサからパルス信号の立ち上がりエッジ及び立下りエッジのいずれが生じているか、及び他方のセンサから論理ハイレベル信号「Ｈ」と論理ローレベル信号「Ｌ」とのいずれが出力されているかに応じて、位置カウント値Ｐに対し「＋１」と「−１」とのいずれかが加算される（図６（ｂ）参照）。なお、同図６（ｂ）において、「↑」はパルス信号の立ち上がりエッジを表し、「↓」はパルス信号の立下りエッジを表している。こうした処理を実行して得られる位置カウント値Ｐは、各位置センサＳ１，Ｓ２からのパルス信号のエッジを計数した値になる。

ここで、アクチュエータ６０の正回転中であれば、位置カウント値Ｐは、図５（ｄ）及び（ｅ）に示される位置センサＳ１，Ｓ２からのパルス信号のエッジ毎に「１」ずつ加算され、図５（ｇ）に示されるパターンに沿って矢印Ａに示す方向に推移するようになる。一方、アクチュエータ６０の逆回転中であれば、位置カウント値Ｐは、上記パルス信号のエッジ毎に「１」ずつ減算され、図５（ｇ）に示されるパターンに沿って矢印Ｂに示す方向に推移するようになる。なお、この位置カウント値Ｐは、内燃機関の運転が停止すると、「０」にリセットされる。したがって、位置カウント値Ｐは、コントロールシャフト５４が機関始動時の基準位置に対してどれだけ変化したか、換言すれば吸気バルブ２０の最大リフト量が機関始動時の初期値に対してどれだけ変化したかを表す。また、位置カウント値Ｐは、吸気弁開閉装置１００の駆動に基づいて迅速に加減算する必要があるため、ＤＲＡＭ７２ｂに記憶される。

［ストロークカウント値Ｓ］
ストロークカウント値Ｓは、コントロールシャフト５４をＬｏ端に変位させたときの位置を基準位置とした同コントロールシャフト５４の変位量、換言すれば最大リフト量の実際値を表す。すなわち、ストロークカウント値Ｓの初期設定として、コントロールシャフト５４をＬｏ端に変位させたとき、マイクロコンピュータ７０はストロークカウント値Ｓを「０」に設定する。マイクロコンピュータ７０は、位置カウント値Ｐをストロークカウント値Ｓに加算し、ストロークカウント値Ｓをこの加算された値に更新される。なお、機関停止が完了し、吸気弁開閉装置１００の駆動が停止されたときのストロークカウント値Ｓの最終値が次回機関運転の開始時の基準値Ｓｇとして学習されてＥＥＰＲＯＭ７２ｃに記憶される。

したがって、マイクロコンピュータ７０は、ＥＥＰＲＯＭ７２ｃに記憶された基準値ＳｇとＤＲＡＭ７２ｂに記憶された位置カウント値Ｐとに基づきストロークカウント値Ｓ、換言すれば最大リフト量の実際値を算出する。そして、マイクロコンピュータ７０は、アクチュエータ６０を駆動制御することにより、この実際値と機関運転状態に基づいて設定された制御目標値との乖離が小さくなるようにフィードバック制御する。これにより、吸気バルブ２０の最大リフト量を機関運転状態に適した値に変更し、内燃機関の燃費や出力の向上を図ることができるようになる。

ところで、位置センサＳ１，Ｓ２のセンサ特性の変化等により位置カウント値Ｐの検出値とその実際値との偏差が発生すると、ストロークカウント値Ｓ（換言すればコントロールシャフト５４の絶対位置）の算出値とその実際値との偏差が発生し、上述した最大リフト量のフィードバック制御を正確に実行できなくなるおそれがある。

もっともこの場合には、以下のＬｏ端学習を実行することによりこうした偏差による悪影響を抑えることができる。すなわち、例えば位置センサＳ１，Ｓ２のセンサ特性の変化が検出されたとき等、所定の学習条件が成立したときに、コントロールシャフト５４をＬｏ端まで変位させるとともに、同コントロールシャフト５４がＬｏ端に達した旨が判断されたときにその絶対位置を学習し、その時点に算出されるコントロールシャフト５４の位置を学習された絶対位置に更新する。このため、位置センサＳ１，Ｓ２のセンサ特性の変化が生じた場合であっても、位置センサＳ１，Ｓ２の出力に基づいて算出されるコントロールシャフト５４の位置と実際の位置とを一致させることができる。

ただし、アクチュエータ６０の温度の低下に伴い、遊星ギヤ機構６３やベアリング６１等に封入された潤滑剤の粘度が大きくなり、アクチュエータ６０の駆動に対する抵抗力が大きくなることがある。ここで、このように増大した抵抗力がアクチュエータ６０の駆動力を上回ったときに上述したＬｏ端学習を実行する場合には、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達する前に停止することも否定できない。そしてこのようにコントロールシャフト５４が停止すると、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達した旨の判断がなされ、コントロールシャフト５４の位置をその時点の実際の位置とは異なる位置に誤って更新してしまうこととなる。

また、例えば本実施形態のように、アクチュエータとして電動式アクチュエータ６０を採用する場合には、同アクチュエータ６０の温度の上昇に伴い、そのコイルＣの電気抵抗が大きくなり、アクチュエータ６０の駆動力が小さくなることとなる。ここで、このように小さくなったアクチュエータ６０の駆動力が同アクチュエータ６０の駆動に対する抵抗力を下回ったときにＬｏ端学習を実行する場合には、上記と同様にして、コントロールシャフト５４の位置をその時点の実際の位置とは異なる位置に誤って更新してしまうこととなる。

そこで、本実施形態にかかる動弁系の制御装置では、以下に説明する処理を採用することによりこうした不都合を好適に抑制するようにしている。以下、図７のフローチャートを参照してＬｏ端学習を実行する際の処理手順について詳細に説明する。

図７に示される一連の処理は、マイクロコンピュータ７０により所定の制御周期をもって繰り返し実行される。この処理ではまず、学習条件フラグＦｇが「オン」であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。なお、この学習条件フラグＦｇは、その初期値が「オフ」であるが、例えば位置センサＳ１，Ｓ２のセンサ特性が変化したとき等、その所定のＬｏ端学習条件が成立したときに、この処理とは別の処理を通じて「オン」に設定される。

この学習条件フラグＦｇが「オフ」である場合には（ステップＳ１０：ＮＯ）、所定のＬｏ端学習条件が成立しない旨判断し、この一連の処理を一旦終了する。一方、学習条件フラグＦｇが「オン」である場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、サーミスタ７３によって検出されたアクチュエータ６０の温度Ｔが上限温度Ｔｈｉ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０）。ここで、この上限温度Ｔｈｉは、コントロールシャフト５４がＬｏ端まで正常に変位することができるアクチュエータ６０の温度Ｔの最高温度であり、予め実験により設定されてＲＯＭ７２ａに記憶されている。本実施形態では、上限温度Ｔｈｉは１１０℃に設定されている。

温度Ｔが上限温度Ｔｈｉよりも高い場合には（ステップＳ２０：ＮＯ）、コイルＣの電気抵抗低下に起因して、アクチュエータ６０の駆動力が低下し、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達する前に停止するおそれがある旨を判断し、Ｌｏ端学習を禁止してこの一連の処理を一旦終了する。一方、温度Ｔが上限温度Ｔｈｉ以下である場合には（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、温度Ｔが下限温度Ｔｌｏ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０）。ここで、この下限温度Ｔｌｏは、コントロールシャフト５４がＬｏ端まで正常に変位することができるアクチュエータ６０の温度Ｔの最低温度であり、予め実験により設定されてＲＯＭ７２ａに記憶されている。本実施形態では、下限温度Ｔｌｏは−１０℃に設定されている。

温度Ｔが下限温度Ｔｌｏよりも低い場合には（ステップＳ３０：ＮＯ）、遊星ギヤ機構６３やベアリング６１等に封入された潤滑剤の粘度の増大に起因して、アクチュエータ６０の駆動に対する抵抗力が大きくなり、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達する前に停止するおそれがある旨を判断し、Ｌｏ端学習を禁止してこの一連の処理を一旦終了する。一方、温度Ｔが下限温度Ｔｌｏ以上である場合には（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、Ｌｏ端学習を実行する。

このＬｏ端学習の処理ではまず、ＤＲＡＭ７２ｂに記憶された位置カウント値ＰとＥＥＰＲＯＭ７２ｃに記憶された基準値Ｓｇとに基づいてストロークカウント値Ｓを以下の式（１）に基づいて算出する（ステップＳ４０）。そして、更に以下の式（２）を通じてストロークカウント値の制御目標値Ｓｔを算出して最大リフト量のフィードバック制御を実行する（ステップＳ５０）。

Ｓ←Ｓｇ＋Ｐ …（１）
Ｓｔ←Ｓ−Ｂ …（２）
Ｂ：減量値

式（２）において、減量値Ｂは予め設定された正の値である。そのため、制御目標値Ｓｔはストロークカウント値Ｓよりも小さな値に設定され、コントロールシャフト５４がＬｏ端側に変位するように駆動される。なお、この減量値Ｂは、アクチュエータ６０やその周辺機構に作用する負荷が過大になることを抑制すべく、アクチュエータ６０の最大駆動力が通常制御時よりも小さくなるように、その大きさが適宜設定されている。その結果、最大リフト量が減少するとともに、位置カウント値Ｐが減少するようになる。

そして、位置カウント値Ｐの変更量ΔＰが閾値ΔＰ０よりも小さいが否かを判断する（ステップＳ６０）。変更量ΔＰが閾値ΔＰ０以上である場合には（ステップＳ６０：ＮＯ）、コントロールシャフト５４が駆動されている旨判断し、先のステップＳ４０に戻り、最大リフト量のＬｏ端学習を継続して実行する。一方、変更量ΔＰが閾値ΔＰ０よりも小さい場合には（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達した旨判断し、その時点のストロークカウント値ＳをＲＯＭ７２ａに記憶されたＬｏ端に対応するストロークカウント値（本実施形態では「０」）に更新する（ステップＳ７０）。更新されたストロークカウント値Ｓと基準値Ｓｇとに基づき以下の式（３）を通じて位置カウント値Ｐを更新する（ステップＳ８０）。

Ｐ←Ｓ−Ｓｇ …（３）

そして、学習条件フラグＦｇを「オフ」に設定し（ステップＳ９０）、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）アクチュエータ６０の温度Ｔが上限温度Ｔｈｉよりも高いときにＬｏ端学習を禁止するようにしている。このため、アクチュエータ６０の温度の上昇に伴ってコイルＣの電気抵抗が大きくなり、アクチュエータ６０の駆動力が小さくなることに起因して、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達する前に停止したにも係わらず、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達したものと誤判断することを抑制することができる。したがって、アクチュエータ６０の温度変化に起因して、コントロールシャフト５４の位置を誤って更新することを抑制することができるようになる。

（２）上限温度Ｔｈｉをコントロールシャフト５４がＬｏ端まで正常に変位することができるアクチュエータ６０の温度Ｔの最高温度に設定するようにしている。これにより、アクチュエータ６０の温度の上昇に起因してコントロールシャフト５４の位置を誤って更新することを回避することができる。

（３）アクチュエータ６０の温度Ｔが下限温度Ｔｌｏよりも低いときにＬｏ端学習を禁止するようにしている。このため、アクチュエータ６０の温度Ｔの低下に伴って遊星ギヤ機構６３やベアリング６１等に封入された潤滑剤の粘度が大きくなり、アクチュエータ６０の駆動に対する抵抗力が大きくなることに起因して、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達する前に停止したにも係わらず、コントロールシャフト５４がＬｏ端に到達したものと誤判断することを抑制することができる。

（４）下限温度Ｔｌｏをコントロールシャフト５４がＬｏ端まで正常に変位することができるアクチュエータ６０の温度Ｔの最低温度に設定するようにしている。これにより、アクチュエータ６０の温度の低下に起因してコントロールシャフト５４の位置を誤って更新することを回避することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、アクチュエータ６０の温度Ｔが上限温度Ｔｈｉよりも高いとき及び、下限温度Ｔｌｏよりも低いときにＬｏ端学習を禁止する、換言すればアクチュエータ６０の温度Ｔが上限温度Ｔｈｉと下限温度Ｔｌｏとの間にあることを条件にＬｏ端学習を許可するようにしている。これに限らず、例えばＬｏ端学習の信頼性を一層高める必要がある場合には、アクチュエータ６０の温度Ｔが上限温度Ｔｈｉよりも低い所定温度と、下限温度Ｔｌｏよりも高い所定温度との間にあることを条件にＬｏ端学習を許可するようにしてもよい。

・上記実施形態では、コントロールシャフト５４には、係止部５４ａが形成されるとともに、内燃機関のシリンダヘッドカバー３には、係止部５４ａが当接可能な２つのストッパ３ａ，３ｂが形成された構成を採用した。しかし、係止部およびストッパの構成はこれに限られず、例えば電動式アクチュエータのハウジング内に係止部およびストッパを有する構成を採用することもできる。また、その場合に、係止部がストッパに当接したときにハウジング内の部材が弾性変形し、その変形度合いがアクチュエータの温度によって異なることがある。そうした構成に対しても、アクチュエータの温度に応じて絶対位置学習を禁止することにより本願発明を適用することができる。

・また、例えばコントロールシャフト５４を駆動するアクチュエータとして油圧式アクチュエータ等、電気式以外のアクチュエータが採用され、温度上昇によるアクチュエータの駆動力の低下が無視できる場合には、アクチュエータの温度Ｔが下限温度Ｔｌｏよりも低いときのみ、Ｌｏ端学習を禁止するようにしてもよい。一方、例えばアクチュエータにおいて潤滑剤が設けられなく、温度低下によるアクチュエータの駆動に対する抵抗力の増大が無視できる場合には、アクチュエータの温度Ｔが上限温度Ｔｈｉよりも高いときのみ、Ｌｏ端学習を禁止するようにしてもよい。

・上記実施形態では、コントロールシャフト５４をＬｏ端に変位させてストロークカウント値Ｓの算出値をＬｏ端に対応するストロークカウント値に更新する動弁系の制御装置に本発明を適用する場合について例示した。これに限らず、コントロールシャフト５４をＨｉ端に変位させてストロークカウント値Ｓの算出値をＨｉ端に対応するストロークカウント値に更新する動弁系の制御装置においても、基本的に同様の態様をもって本発明を適用することができる。

・上記実施形態では、マイクロコンピュータ７０のサーミスタ７３を介してアクチュエータ６０の温度Ｔを検出するようにしているが、例えば内燃機関の水温センサ等、他のセンサの出力に基づいてアクチュエータ６０の温度Ｔを推定する構成を採用することもできる。要するに、アクチュエータの温度Ｔと相関関係を有する温度であれば、その出力値あるいは判定値を適宜調整することにより採用することができる。

・上記実施形態では、吸気バルブ２０の最大リフト量をフィードバック制御する内燃機関の動弁系に本発明を適用する場合について例示したが、排気バルブ１０の最大リフト量をフィードバック制御する動弁系においても、基本的に同様の態様をもって本発明を適用することができる。

この発明の一実施形態にかかる内燃機関の動弁系についてその一部断面構造を示す断面図。 同実施形態にかかる内燃機関の動弁系についてその配設態様を示す平面図。 同実施形態の仲介駆動機構についてその内部構造を示す破断斜視図。 同実施形態のコントロールシャフト、電動式アクチュエータ及びマイクロコンピュータを示す部分断面図。 （ａ）〜（ｈ）同実施形態の各センサの出力波形及び各カウントのカウント値が推移するパターン変化を示すタイミングチャート。 （ａ），（ｂ）同実施形態の各センサの出力信号と電気角カウント及び位置カウントとの関係を示す図。 同実施形態の制御装置によるＬｏ端学習についてその処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

Ｃ…コイル、Ｓ１，Ｓ２…位置センサ、Ｄ１〜Ｄ３…電気角センサ、２…シリンダヘッド、３…シリンダヘッドカバー、３ａ，３ｂ…ストッパ、１０…排気バルブ、１１…バルブスプリング、１２…ラッシュアジャスタ、１３…ロッカーアーム、１３ａ…ローラ、１４…排気カムシャフト、１５…カム、１６…リテーナ、２０…吸気バルブ、２１…バルブスプリング、２２…ラッシュアジャスタ、２３…ロッカーアーム、２３ａ…ローラ、２４…吸気カムシャフト、２５…カム、２６…リテーナ、５０…仲介駆動機構、５１…入力部、５１ａ…ローラ、５１ｈ…ヘリカルスプライン、５２…出力部、５２ｈ…ヘリカルスプライン、５３…支持パイプ、５３ａ…長孔、５４…コントロールシャフト、５４ａ…係止部、５５…スライダギア、５５ａ…ヘリカルスプライン、５５ｂ…ヘリカルスプライン、５５ｃ…溝、５６…ブッシュ、５６ａ…貫通孔、５７…係止ピン、６０…電動式アクチュエータ、６０ａ…ハウジング、６１…ベアリング、６２…モータ、６２ａ…ステータ、６２ｂ…ロータ、６３…遊星ギヤ機構、６４…出力軸、６４ａ…連結部材、６５…遊星ギヤ、６６…ローラナット、７０…マイクロコンピュータ、７１…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、７２ａ…不揮発性メモリ（ＲＯＭ）、７２ｂ…揮発性メモリ（ＤＲＡＭ）、７２ｃ…不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、７３…サーミスタ、７４…アクセルセンサ、７５…クランク角センサ、９０…排気動弁装置、１００…吸気動弁装置。

Claims (6)

1. 可動範囲内で駆動される制御軸と、潤滑剤によって潤滑されるアクチュエータとを有し、前記アクチュエータにより前記制御軸を駆動することを通じて内燃機関のバルブ特性を変更する動弁系に適用されて、基準位置と同基準位置からの前記制御軸の変位量とに基づいて同制御軸の絶対位置を算出する算出手段と、所定の学習条件が成立したとき、前記制御軸を前記可動範囲の端まで変位させ、同制御軸の駆動が停止したときに前記算出手段によって算出される絶対位置を前記端に対応する位置に更新する絶対位置学習を実行する学習手段とを備える動弁系の制御装置において、
   前記アクチュエータの温度が所定の下限温度よりも低いときに、前記学習手段による絶対位置学習を禁止する低温学習禁止手段を備える
   ことを特徴とする動弁系の制御装置。
2. 請求項１に記載の動弁系の制御装置において、
   前記所定の下限温度は、前記絶対位置学習の実行中に、前記制御軸が前記端まで正常に変位することができる前記アクチュエータの最低温度に設定される
   ことを特徴とする動弁系の制御装置。
3. 可動範囲内で駆動される制御軸と、コイルを含み該コイルに通電することにより前記制御軸を駆動する電動式アクチュエータとを有し、同電動式アクチュエータによる前記制御軸の駆動を通じて内燃機関のバルブ特性を変更する動弁系に適用されて、基準位置と同基準位置からの前記制御軸の変位量とに基づいて同制御軸の絶対位置を算出する算出手段と、所定の学習条件が成立したとき、前記制御軸を前記可動範囲の端まで変位させ、同制御軸の駆動が停止したときに前記算出手段によって算出される絶対位置を前記端に対応する位置に更新する絶対位置学習を実行する学習手段とを備える動弁系の制御装置において、
   前記アクチュエータの温度が所定の上限温度よりも高いときに、前記学習手段による絶対位置学習を禁止する高温学習禁止手段を備える
   ことを特徴とする動弁系の制御装置。
4. 請求項３に記載の動弁系の制御装置において、
   前記所定の上限温度は、前記絶対位置学習の実行中に、前記制御軸が前記端まで正常に変位することができる前記電動式アクチュエータの最高温度に設定される
   ことを特徴とする動弁系の制御装置。
5. 請求項３又は４に記載の動弁系の制御装置において、
   前記電動式アクチュエータは潤滑剤によって潤滑され、同電動式アクチュエータの温度が所定の下限温度よりも低いときに、前記学習手段による絶対位置学習を禁止する低温学習禁止手段を備える
   ことを特徴とする動弁系の制御装置。
6. 請求項５に記載の動弁系の制御装置において、
   前記所定の下限温度は、前記絶対位置学習の実行中に、前記制御軸が前記端まで正常に変位することができる前記電動式アクチュエータの最低温度に設定される
   ことを特徴とする動弁系の制御装置。

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