JP2009215936A - Control system for variable valve train - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カムシャフトを電動モータで駆動する可変動弁機構の制御システムに関する。 The present invention relates to a control system for a variable valve mechanism that drives a camshaft with an electric motor.
内燃機関の吸排気弁の動弁機構では、一般的にクランクシャフトの動力をカムシャフトの駆動に利用している。しかし、近年では、カムシャフトをクランクシャフトから機械的に分離独立させ、電動モータを用いてカムシャフトを駆動して吸排気弁の開閉を行うシステムが提案されている。このような、電動モータを用いた動弁機構では、モータの回転を正転/反転と揺動させることにより、弁の作用角を可変とすることができる(特許文献1参照)。
しかし、電動モータを搖動モードから正転モード、あるいは正転モードから搖動モードに切換える際には、トルクショックが発生する可能性があり、制御性の悪化や、燃費やエミッションなど燃焼の悪化を招く恐れがある。 However, when the electric motor is switched from the peristaltic mode to the normal rotation mode or from the normal rotation mode to the peristaltic mode, torque shock may occur, resulting in deterioration of controllability and combustion such as fuel consumption and emission. There is a fear.
本発明は、電動モータを用いてカムシャフトを駆動する可変動弁機構において、モード切り替え時のトルクショックの発生を防止することを目的としている。 An object of the present invention is to prevent occurrence of torque shock at the time of mode switching in a variable valve mechanism that drives a camshaft using an electric motor.
本発明の可変動弁機構の制御システムは、電動モータによりカムシャフトを駆動する可変動弁機構の制御システムであって、電動モータを連続的に正転させ最大リフト量で弁を駆動する正転モードと、電動モータを正転、反転させて弁のリフト量を調整する搖動モードとの間のモード切換えを、ベース円区間であって、かつ正転時に行ない、切換え後のモードが正転動作から開始されることを特徴としている。 A control system for a variable valve mechanism according to the present invention is a control system for a variable valve mechanism that drives a camshaft by an electric motor, and is a normal rotation that drives the valve with a maximum lift amount by continuously rotating the electric motor in the normal direction. Mode switching between the mode and the peristaltic mode that adjusts the valve lift by rotating the electric motor forward and reverse is performed during the forward rotation in the base circle section, and the mode after switching is forward rotation. It is characterized by starting from.
より迅速にモードの切換え要求に対応するには、モードの切換えは、モード切換え要求発生後に最初に正転動作を行なうベース円区間において行なわれることが好ましい。 In order to respond to the mode switching request more quickly, the mode switching is preferably performed in the base circle section where the forward rotation operation is first performed after the mode switching request is generated.
本発明によれば、電動モータを用いてカムシャフトを駆動する可変動弁機構において、モード切り替え時のトルクショックの発生を防止することができる。 According to the present invention, in a variable valve mechanism that drives a camshaft using an electric motor, it is possible to prevent the occurrence of torque shock at the time of mode switching.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態である電動モータを用いた可変動弁駆動機構の制御システムの構成を示す模式的な斜視図である。なお、図1には、吸気弁に関わる構成のみが示されるが、排気弁についても同様であり、以下において吸気弁を例に説明を行なう。また、本実施形態では4気筒の場合を例に説明を行なうが、気筒数はこれに限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of a control system for a variable valve drive mechanism using an electric motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows only the configuration related to the intake valve, but the same applies to the exhaust valve, and the following description will be made by taking the intake valve as an example. In this embodiment, the case of four cylinders will be described as an example, but the number of cylinders is not limited to this.
可変動弁機構10において、第1気筒#1〜第4気筒#4は、それぞれ一対の吸気弁11を備える。可変動弁機構10は、例えば第1、第4気筒#1、#4に設けられた吸気弁11の駆動を行う第1カムシャフト12、および第2、第3気筒#2、#3に設けられた吸気弁11の駆動を行う中空構造の第2カムシャフト13を備える。第1カムシャフト12は、中空構造の第2カムシャフト13の中を貫通して一体構造をなし、第2カムシャフト13の両側において、それぞれ第1気筒#1の吸気弁11と係合する一対のカム14、および第4気筒#4の吸気弁11と係合する一対のカム15を備える。一方、第2カムシャフト13は、第2、第3気筒#2、#3の吸気弁11とそれぞれ係合する一対のカム16と一対のカム17とを備える。すなわち、第1カムシャフト12に設けられたカム14、15は一体的に回転され、これとは独立に、第2カムシャフト13に設けられたカム16、17は一体的に回転される。
In the
第1カムシャフト12の回転は、第1ギア列18を介して電動モータ19によって駆動制御され、第2カムシャフト13の回転は第2ギア列20を介して電動モータ21によって駆動制御される。また、第1および第2電動モータ19、21の回転は、ECU22によって制御されるとともに、第1、第2電動モータ19、21にはモータ角度センサが内蔵され、それぞれの回転角がECU22において検出される。ECU22には更に、第1カムシャフト12の回転角を検出する第1カム角度センサ23と、第2カムシャフトの回転角を検出する第2カム角度センサ24が接続されるとともに、図示しない各種センサから、例えばクランクシャフト角度、吸入空気量、エンジン温度など従来周知の様々な信号が入力され、内燃機関の制御に用いられる。
The rotation of the
第1カムシャフト12に設けられた第1気筒#1のカム14と、第4気筒#4のカム15とは、180°位相をずらして設けられ、同様に、第2カムシャフト13に設けられた第2気筒#2のカム16と、第3気筒#3のカム17とは、180°位相をずらして設けられる。カム14〜17の各々は、係合する吸気弁11のリフトが0となるカムシャフトの円周に沿って成形されたゼロリフト部と、この円周から突出し吸気弁11をリフトさせる突出部から構成される。すなわち、第1カムシャフト12においては、カム14、15の突出部が第1カムシャフト12からそれぞれ逆向きに径方向に突出し、第2カムシャフト13においては同様に、カム16、17の突出部が第2カムシャフト13からそれぞれ逆向きに径方向に突出する。
The
図2に、第1カムシャフト12に設けられたカム14、15の配置を示す。図2は、第1カムシャフト12を軸方向に見たときのカム14、15の配置を模式的に示す図である。なお、第2カムシャフト13のカム16、17についても同様であるので以下においては、第1カムシャフト12の説明のみを行ない、第2カムシャフト13に関する説明は省略する。
FIG. 2 shows the arrangement of the
図2に示されるように、カム14、15は第1カムシャフト12の円周から突出し、それぞれ対称な形状をなす突出部25、26を備える。突出部25、26は、第1カムシャフト12の径方向に互いに逆向きに延出する。第1カムシャフト12の周方向に沿って、突出部25、26が占める領域は、吸気弁11が押し出されてリフトされるリフト区間であり、突出部25、26により形成される2つのリフト区間の間の区間は、カム14、15のゼロリフト部が重なるベース円区間である。すなわち、ベース円区間は、第1、第4気筒#1、#4の何れにおいても吸気弁11のリフトは行われない。なお、図2には、吸気弁11がバネなどの付勢部材27によりカム14、15に当接される様子が模式的に描かれており、図2においては、吸気弁11はベース円区間に接している。
As shown in FIG. 2, the
次に図3、図4を参照して、本実施形態の可変動弁機構の制御システムにおける正転/搖動モード間のモード切換え動作について説明する。 Next, with reference to FIGS. 3 and 4, the mode switching operation between the normal rotation / swing mode in the control system for the variable valve mechanism of the present embodiment will be described.
本実施形態において、制御システムは、ECU22と第1および第2電動モータ19、21によって構成される。制御システムは、正転モードにおいて、第1、第2電動モータ19、21を連続的に正転させ、吸気弁11を最大リフト量で駆動する。一方、搖動モードでは、第1、第2電動モータ19、21は、それぞれ吸気弁11のリフト量が最大となる手前で反転され、要求される作用角に応じて180°未満の範囲で正転、反転を繰り返して搖動される。
In the present embodiment, the control system includes the
図3は、搖動モードから正転モードへのモード切換え要求の信号と、カム角との関係を時系列で示すグラフである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the mode switching request signal from the peristaltic mode to the forward rotation mode and the cam angle in time series.
本実施形態においてモード切換えは、トルク変動がないベース円区間において行なわれる。しかし、図3に示されるように、搖動モードから正転モードへの切換え要求が、搖動モード運転中における正転時のベース円区間を過ぎた時点t0で発せられると、続くベース円区間(時点t1〜t2の間の区間)は反転動作となり、例えば減速時のフューエルカット時などに、ベース円区間にあることのみをもって正転動作へと切換えると、反転から正転への急激な切換えが発生しトルクショックを発生して制御性などが悪化する。 In the present embodiment, the mode switching is performed in a base circle section where there is no torque fluctuation. However, as shown in FIG. 3, if the request for switching from the peristaltic mode to the forward rotation mode is issued at time t 0 after the base circle interval during forward rotation during the peristaltic mode operation, In the period between the time points t 1 and t 2 ), a reversal operation is performed. For example, when switching to forward rotation only by being in the base circle during a fuel cut at the time of deceleration, the abrupt transition from reversal to normal rotation occurs. Switching occurs and a torque shock occurs, deteriorating controllability.
そこで、本実施形態では、モード切換え要求発生後、正転動作となるベース円区間(本実施形態ではモード切換え要求発生後、最初に正転動作となるベース円区間(時点t3〜t4の間の区間))まで正転モードへの切換えを遅延し、このベース円区間(時点t3〜t4の間の区間)において正転モードへの切換えを行ない、モード切換え後も正転動作を継続することにより(すなわち切換後のモードは正転動作で開始する)、トルクショックを発生させることなく滑らかな切換が行なわれる。図3の例では、正転動作を行なうベース円区間に入ったと同時(時点t3)に正転動作に切換えられているが、正転動作を行なうベース円区間(時点t3〜t4の間の区間)の何れの時点で切換えを行なってもよい。 Therefore, in this embodiment, the mode after switching request is generated after the mode change request generated by the base circle section (this embodiment the forward operation, initially the base circle section (time t 3 ~t 4 as a forward operation Until the forward rotation mode is delayed until the base circle interval (between time points t 3 and t 4 ) is switched to the normal rotation mode. By continuing (that is, the mode after switching starts with forward rotation), smooth switching is performed without generating a torque shock. In the example of FIG. 3, the rotation is switched to the forward rotation operation at the same time (time point t 3 ) when entering the base circle interval in which the forward rotation operation is performed, but the base circle interval (from time t 3 to t 4 in the forward rotation operation) is switched. Switching may be performed at any point in time.
なお、搖動モードから正転モードへの切換え要求が、反転動作中(ベース円区間も含む)に発生したとき、あるいは時点t2〜t3間のベース円区間外における正転動作中に発生したときにも、モード切換えは正転動作となるベース円区間(本実施形態ではモード切換え要求発生後、最初に正転動作となるベース円区間)まで遅延される。一方、ベース円区間であって正転動作中に搖動モードから正転モードへの切換え要求が発生した場合には、直ちに正転動作へと切換えを行なってもよいし、そのベース円区間が終了するまで、あるいはその後のベース円区間中の任意の時点において切換えを行なってもよい。 Note that a request for switching from the peristaltic mode to the forward rotation mode occurs during the reverse operation (including the base circle interval) or during the forward rotation operation outside the base circle interval between time points t 2 and t 3 . Sometimes, the mode switching is delayed until the base circle section in which the forward rotation operation is performed (in this embodiment, the base circle section in which the forward rotation operation is first performed after the mode switching request is generated). On the other hand, if a request for switching from the peristaltic mode to the forward rotation mode occurs during the forward rotation operation in the base circle interval, the forward rotation operation may be immediately switched or the base circle interval ends. Switching may be performed until or at any time in the subsequent base circle interval.
図4は、正転モードから搖動モードへのモード切換え要求の信号と、カム角の関係を時系列で示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing, in time series, the relationship between the signal for requesting mode switching from the normal rotation mode to the peristaltic mode and the cam angle.
図4に示されるように、正転モードから搖動モードへの切換え要求が、ベース円区間外の時点t5で発せられるとき、モード切換えはモード切換え要求発生後のベース円区間(時点t6〜t7の間の区間)において行われ(正転時)、モード切換え直後、搖動モードは正転動作から開始される。なお、正転モードから搖動モードへの切換えでは、切換え要求直後のベース円区間は常に正転動作を行なっているので、直後のベース円区間において搖動モードへの切換えが可能である。図4の例では、ベース円区間終了時点t7において搖動モードへと切換えられているが、ベース円区間(時点t6〜t7の間の区間)内であれば何れの時点で切換えを行なってもよい。 As shown in FIG. 4, the switching request from the forward mode to the swing mode, when emitted at time t 5 outside the base circle section, mode switching the mode change request after the occurrence of the base circle section (time t 6 ~ It performed in a section) between t 7 (forward rotation), immediately after mode switching, swing mode is started from forward operation. In the switching from the normal rotation mode to the peristaltic mode, the base circle section immediately after the switching request always performs the normal rotation operation, so that it is possible to switch to the peristaltic mode in the immediately subsequent base circle section. In the example of FIG. 4, but has been switched to the rocking mode in the base circle section end time t7, by performing switching at any time as long as the base circle section (section between time t 6 ~t 7) Also good.
図5は、正転/搖動モード間のモード切換え処理のフローチャートである。なおモード切換え処理は、切換え要求が発せられたときにECU22において実行される。
FIG. 5 is a flowchart of the mode switching process between the normal rotation / swing mode. The mode switching process is executed in the
ステップS100では、モード切換え要求が搖動モードから正転モードへの切換えか否かが判定される。モード切換え要求が、搖動モードから正転モードへの切換えの場合には、ステップS102において現在カム角度がベース円区間であるか否かが判定される。これは、例えば第1、第2電動モータ19、21に設けられたモータ角度センサまたは第1、第2カム角度センサ23、24(図1参照)の値に基づいて判定され、ステップS102の判定はベース円区間であると判定されるまで繰り返される。
In step S100, it is determined whether or not the mode switching request is switching from the peristaltic mode to the normal rotation mode. If the mode switching request is switching from the peristaltic mode to the forward rotation mode, it is determined in step S102 whether or not the current cam angle is the base circle section. This is determined based on, for example, the values of the motor angle sensors provided in the first and second
ステップS102においてベース円区間であると判定されると、ステップS104において、正転動作中であるか否かが判定される。正転動作でない場合には、ステップS102に戻り同様の処理が繰り返される。一方、ステップS104において、正転動作中であると判定された場合には、ステップS106において正転モードへの切換えが実行され(図3の例では時点t3)、これにより、この正転/搖動モード間のモード切換え処理は終了する。 If it is determined in step S102 that it is a base circle section, it is determined in step S104 whether or not a forward rotation operation is being performed. If it is not a forward rotation operation, the process returns to step S102 and the same processing is repeated. On the other hand, if it is determined in step S104 that the forward rotation operation is being performed, switching to the forward rotation mode is executed in step S106 (time point t 3 in the example of FIG. 3 ). The mode switching process between the peristaltic modes ends.
一方、ステップS100において、モード切換え要求が、搖動モードから正転モードへの切換えでないと判定された場合、モード切換え要求は正転モードから搖動モードへの切換えであり、処理はステップS108へと進む。ステップS108では、ステップS102と同様に、現在カム角度がベース円区間であるか否かが判定され、ベース円区間であると判定されるまで、この判定が繰り返される。 On the other hand, when it is determined in step S100 that the mode switching request is not switching from the peristaltic mode to the normal rotation mode, the mode switching request is a switching from the normal rotation mode to the peristaltic mode, and the process proceeds to step S108. . In step S108, as in step S102, it is determined whether or not the current cam angle is the base circle section, and this determination is repeated until it is determined that the current cam angle is the base circle section.
ステップS108において、ベース円区間であると判定されると、ステップS110において順方向(正転方向)での搖動モードへの切換えが実行され(図4の例では時点t7)、これにより、この正転/搖動モード間のモード切換え処理は終了する。 If it is determined in step S108 that it is a base circle section, switching to the peristaltic mode in the forward direction (forward rotation direction) is executed in step S110 (time t 7 in the example of FIG. 4). The mode switching process between the normal rotation mode and the peristaltic mode ends.
以上のように、本実施形態によれば、正転/搖動モード間のモード切換える際に、常にベース円区間における順方向での切換えが行なわれるので、正転から反転、あるは反転から正転への急激な切換えが行なわれることがなく、トルクショックを発生させることを防止できる。これにより制御性の悪化や、燃費やエミッションなど燃焼の悪化を招くことを防止できる。 As described above, according to the present embodiment, when the mode is switched between the forward rotation mode and the peristaltic mode, the forward switching is always performed in the base circle section. It is possible to prevent a torque shock from being generated without being suddenly switched to. As a result, it is possible to prevent deterioration of controllability and deterioration of combustion such as fuel consumption and emission.
10 可変動弁機構
11 吸気弁
12 第1カムシャフト
13 第2カムシャフト
14、15 カム
19、21 電動モータ
22 ECU
24 第2カム角度センサ
25、26 突出部
27 付勢部材
DESCRIPTION OF
24 Second
Claims (2)
Priority Applications (1)
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2008
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