JP2012013024A - バルブリフト制御アクチュエータ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同一ラインでアクチュエータを別のエンジンに組付ける場合や、アクチュエータのエンジンの作用角−ストローク特性を変更する場合でも、組付部品の変更が不要となるため、同じ工程や設備を使用することが可能となる、バルブリフト制御アクチュエータ及びその制御方法を提供する。
【解決手段】モータ制御部２３の記憶手段には、シャフト１７の直動運動の動作を行うためのバルブの作用角と、シャフト１７のストロークと、の関係である、作用角−ストローク特性ごとに２種類のマップＭ１・Ｍ２として記憶され、モータ制御部２３はエンジンの制御装置２４からの作用角信号に基づいて、モータ制御部２３におけるマップＭ１・Ｍ２を切替えることにより、作用角−ストローク特性を切替えてシャフト１７の直動運動の動作制御信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブリフト制御アクチュエータ及びその制御方法に関し、詳しくは、エンジンのバルブリフト量を連続的に可変させるアクチュエータにおいて、作用角−ストローク特性を切替える技術に関する。

従来、エンジンに設けられた吸気バルブ等において、エンジン出力や燃費効率、排気性状等の最適化を図るために、エンジンの運転状態に基づいてバルブリフト量を変更可能にする弁制御機構が用いられている。この弁制御機構には、バルブリフト量を制御するための制御軸が配設され、該制御軸がアクチュエータのシャフトに連結されている。そして、このアクチュエータをエンジンの運転状態に基づいて駆動し、シャフトを直動運動させることにより、制御軸を駆動させてバルブリフト量の調節を行っている（例えば、特許文献１参照）。

前記従来技術に係るアクチュエータは、前記の如くバルブリフト量を制御するために直動運動するシャフトと、エンジンの制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に接続され、前記シャフトの直動運動の動作を制御する制御信号をモータに出力するモータ制御部である電子駆動装置（ＥＤＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ Ｕｎｉｔ）と、を備える。

また、モータ制御部には、前記シャフトの直動運動の動作を行うための前記バルブの作用角と前記シャフトのストロークとの関係である、作用角−ストローク特性がマップとして記憶されている。そして、モータ制御部が制御装置からの作用角信号に基づいて、前記マップに従ってシャフトの直動運動の動作制御信号をモータに出力することにより、バルブリフト量を制御しているのである。

特開２０１０−１９１８９号公報

エンジンに設けられる吸気バルブにおいては、例えばアイドル時の吸入空気量を絞り込むために、バルブリフト量を高精度に制御する必要がある。即ち、前記アクチュエータをエンジンに組付ける際には、アクチュエータからのシャフトの突出長さであるシャフト寸法の精度や、シャフトのストロークの精度を高くすることが求められる。このため、アクチュエータを同一ラインで別のエンジンに組付ける場合や、エンジンの作用角−ストローク特性を変更する場合には、シャフト寸法やストロークに応じてアクチュエータの組付部品を変更するなどの大幅な工程や設備の変更が必要となり、コスト増となっていた。

そこで本発明は、上記現状に鑑み、同一ラインでアクチュエータを別のエンジンに組付ける場合や、アクチュエータのエンジンの作用角−ストローク特性を変更する場合でも、組付部品の変更が不要となるため、同じ工程や設備を使用することが可能となる、バルブリフト制御アクチュエータ及びその制御方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、エンジンにおいて所定のストロークで直動運動することにより、前記エンジンで開閉動作するバルブのバルブリフト量を制御するシャフトと、前記シャフトの直動運動の動作を行うための前記バルブの作用角と前記ストロークとの関係である、作用角−ストローク特性がマップとして記憶され、前記エンジンの制御装置に接続されるとともに、前記制御装置からの作用角信号に基づいて、前記マップに従って前記シャフトの直動運動の動作制御信号を出力するモータ制御部と、前記モータ制御部から入力される前記動作制御信号に従って回転駆動するモータ部と、前記モータ部と前記シャフトとの間に介挿され、前記モータ部の回転運動を前記シャフトの直動運動に変換する差動ギアと、を備える、バルブリフト制御アクチュエータであって、前記モータ制御部には、シャフトの直動運動の動作を行う前記作用角−ストローク特性ごとに複数種類のマップが記憶され、前記制御装置からの指示により、前記モータ制御部における前記マップを切替えることにより、前記作用角−ストローク特性を切替えるものである。

請求項２においては、エンジンにおいて所定のストロークで直動運動することにより、前記エンジンで開閉動作するバルブのバルブリフト量を制御するシャフトと、前記シャフトの直動運動の動作を行うための前記バルブの作用角と前記ストロークとの関係である、作用角−ストローク特性がマップとして記憶され、前記エンジンの制御装置に接続されるとともに、前記制御装置からの作用角信号に基づいて、前記マップに従って前記シャフトの直動運動の動作制御信号を出力するモータ制御部と、前記モータ制御部から入力される前記動作制御信号に従って回転駆動するモータ部と、前記モータ部と前記シャフトとの間に介挿され、前記モータ部の回転運動を前記シャフトの直動運動に変換する差動ギアと、を備える、バルブリフト制御アクチュエータの制御方法であって、前記モータ制御部は、シャフトの直動運動の動作を行う前記作用角−ストローク特性ごとに複数種類のマップを記憶し、前記制御装置からの指示により、前記モータ制御部における前記マップを切替えることにより、前記作用角−ストローク特性を切替えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明により、同一ラインでアクチュエータを別のエンジンに組付ける場合や、アクチュエータのエンジンの作用角−ストローク特性を変更する場合でも、組付部品の変更が不要となるため、同じ工程や設備を使用することが可能となる。

一実施形態に係るバルブリフト制御アクチュエータを示した概略断面図。 一実施形態に係る作用角−ストローク特性を示した図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

まず始めに、本発明の第一実施形態に係るバルブリフト制御アクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」と記載する）１０の概略について、図１を用いて説明する。なお、本実施形態においては、図１における右側（矢印Ｆの側）を前方、左側（矢印Ｒの側）を後方として説明する。

本実施形態に係るアクチュエータ１０はその前方において、図示しない吸気バルブのバルブリフト量を制御するために構成される、吸気バルブ開閉機構と連結される。図１に示す如く、アクチュエータ１０は、主な構成要素として、ハウジング１１と、それぞれがハウジング１１に収納されたシャフト１７と、差動ギア１４・１６と、ロータ１５、コイル２２及びステータ２１で構成されたモータ部２０と、モータ制御部である電子駆動装置（ＥＤＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ Ｕｎｉｔ）２３と、を備える。

ハウジング１１は略中空状に構成され、前側には孔１１ａが開口されている。そして、この孔１１ａに、前側にスプライン孔１２ａが開口された略中空円筒状のホルダ１２が、ハウジング１１に対して回転不能に嵌合されている。ホルダ１２の内側には、その内周面に螺旋状をなすヘリカルスプラインが形成された中空円筒状の差動ギア１４が、ベアリング１３を介して回動可能に配設されている。差動ギア１４の後端部には、筒状に形成されて外周に永久磁石を有したロータ１５が固定されている。また、ハウジング１１の内周面でロータ１５の外側には、モータ制御部２３に接続されたコイル２２及びステータ２１が配設されている。

差動ギア１４の内側には複数の差動ギア１６・１６・・・を介して連結されたシャフト１７が挿通されている。シャフト１７は、差動ギア１４の内側からハウジング１１の外側へ延びるように挿通されている。また、シャフト１７の前後方向における略中途部には、シャフト１７の軸心方向と平行にスプライン部１７ａが形成されており、このスプライン部１７ａがホルダ１２のスプライン孔１２ａと噛み合っている。これにより、シャフト１７はアクチュエータ１０において軸回転が規制されて、前後方向にのみ移動可能に配設されている。

前記複数の差動ギア１６・１６・・・は、差動ギア１４の周方向に沿って差動ギア１４とシャフト１７との間に等配されており、その外周面には差動ギア１４の内周面におけるヘリカルスプラインと噛合して螺旋状をなすヘリカルスプラインが形成されている。そして、シャフト１７の外周面においてこの差動ギア１６・１６・・・と連結される部分には、差動ギア１６・１６・・・のヘリカルスプラインと噛合して螺旋状をなすヘリカルスプラインが形成されている。

上記の如く構成することにより、ロータ１５とともに差動ギア１４が一体的に回転することにより、シャフト１７が図１に示す如く所定のストロークＳで前後に直動運動する。具体的には、差動ギア１４がロータ１５とともに回転し、差動ギア１４に連結された差動ギア１６がシャフト１７と差動ギア１４との間でシャフト１７を中心に転動する。これに伴い、差動ギア１６に連結されたシャフト１７が軸方向に沿って直動運動して、差動ギア１４の回転が軸方向に沿うシャフト１７の直動運動に変換されるのである。

シャフト１７の外周面においてスプライン孔１２ａを挟む部分には、軸方向に所定の距離だけ離間した一対のストッパ１８・１８がハウジング１１を挟むように突設されている。ストッパ１８・１８は、ハウジング１１の厚さよりも大きな距離で配設されており、シャフト１７が軸方向に沿って直動運動するときには、これら一対のストッパ１８・１８のいずれか一方がハウジング１１と当接することによりシャフト１７の直動運動を規制する。換言すれば、これらストッパ１８・１８とハウジング１１との間の距離以上には、シャフト１７が直動運動できないように構成されている。

さらに、シャフト１７の先端には吸気バルブ開閉機構の制御軸３１が連結部材３２により連結されている。そして、シャフト１７が前方（図１における矢印Ｆの方向）又は後方（図１における矢印Ｒの方向）へ駆動すると、これに伴い制御軸３１も前後方向へ移動して、吸気バルブにおけるバルブリフト量を変更するのである。本実施形態においては、シャフト１７が前方に駆動したときにはバルブリフト量が大きくなり、後方に駆動したときにはバルブリフト量が小さくなるように構成されている。
このように、シャフト１７は、エンジンにおいて所定のストロークＳで直動運動することにより、エンジンで開閉動作するバルブのバルブリフト量を制御するのである。

モータ制御部２３は、中央演算処理装置、不揮発性メモリ、揮発性メモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されており、メモリに格納されている各種データおよびプログラムに基づいてアクチュエータを駆動させてバルブリフト量の調整を行う電子駆動装置である。

さらに、モータ制御部２３の記憶手段には、シャフト１７の直動運動の動作を行うためのバルブの作用角と、シャフト１７のストロークと、の関係である、作用角−ストローク特性がマップＭ（図２参照）として記憶されている。
また、モータ制御部２３はエンジンの制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２４と電気的に接続されている。そして、制御装置２４からの作用角信号に基づいて、マップＭに従ってシャフト１７の直動運動の動作制御信号をモータ部２０に出力するのである。

即ち、制御装置２４はエンジンの運転状態に基づいてバルブリフト量に関する指令値を算出し、モータ制御部２３は制御装置２４から入力される同指令値に基づいてバルブリフト量を同指令値にすべくアクチュエータ１０を駆動するのである。

上記の如く構成されたアクチュエータ１０において、制御装置２４が把握するエンジン運転状態に基づいて、アクチュエータ１０に対する制御が行われる。制御装置２４からの指令値に基いて、モータ制御部２３によりアクチュエータ１０の制御が実行されると、ステータ２１におけるコイル２２の通電によりロータ１５が回動する。詳細には、モータ部２０には、シャフト１７のハウジング１１からの突出長さであるシャフト寸法ｈと相関のあるエンコーダ値が、制御装置２４からモータ制御部２３を経由してＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信で送受信されるのである。

即ち、モータ部２０のロータ１５が、モータ制御部２３から入力される指令値である動作制御信号に従って回転駆動するのである。そして、ロータ１５の回動に伴って差動ギア１４が回転し、差動ギア１４の回転が軸方向に沿うシャフト１７の直動運動に変換されるのである。換言すれば、モータ部２０とシャフト１７との間に介挿された差動ギア１４・１６が、モータ部２０の回転運動をシャフト１７の直動運動に変換するのである。

上記の如く構成されたアクチュエータ１０において、シャフト１７のハウジング１１からの突出長さであるシャフト寸法ｈを調節する際は、アクチュエータ１０にストロークセンサ２５を設け、このストロークセンサでシャフト寸法ｈを検出する。そして、シャフト１７を後方へ駆動し、シャフト１７の原位置（本実施形態においては、図２に示すｄ１）として制御装置２４に記憶させるのである。

本実施形態に係るアクチュエータ１０において、モータ制御部２３の記憶手段には、図２に示す如く、シャフト１７の直動運動の動作を行う作用角−ストローク特性ごとに２種類のマップＭ１・Ｍ２が記憶されている。

図２におけるマップＭ１・Ｍ２はそれぞれ、第一・第二の作用角−ストローク特性を示している。具体的には、マップＭ１における第一の作用角−ストローク特性は、作用角が作用角範囲α１の範囲内において大きくなると、アクチュエータ１０の動作によるシャフト１７のハウジング１１からの突出量が原位置であるｄ１からｄ２までのストロークＳで大きくなるように設定されている。一方、マップＭ２における第二の作用角−ストローク特性は、作用角が作用角範囲α１よりも大きい作用角範囲α２の範囲内において大きくなると、シャフト１７の突出量が原位置であるｄ１からｄ２までのストロークＳで大きくなるように設定されている。つまり、マップＭ２は、マップＭ１と比較して、シャフト１７の原位置ｄ１及びストロークＳは変更せずに、作用角範囲をより大きな範囲でアクチュエータ１０が動作し、シャフト１７を駆動させる構成としているのである。

そして、モータ制御部２３は、制御装置２４からの指示によりマップＭ１・Ｍ２を切替えることにより、作用角−ストローク特性を切替える構成としている。具体的には、制御装置２４から通常の作用角信号が入力された場合には、第一の作用角−ストローク特性を示すマップＭ１に従ってシャフト１７の直動運動の動作制御信号を出力する。一方、制御装置２４から、ビット情報が付加されるなどにより前記作用角信号と異なる種類の作用角信号が入力された場合には、第二の作用角−ストローク特性を示すマップＭ２に切替えてシャフト１７の直動運動の動作制御信号を出力するのである。即ち、制御装置２４からの作用角信号の種類の違いによりマップＭ１・Ｍ２を切替えて、作用角−ストローク特性を切替える構成としているのである。

上記の如く、マップＭ１・Ｍ２を切替えることで、モータ制御部２３がモータ部２０に出力するシャフト１７の直動運動の動作制御信号における作用角−ストローク特性を切替える。即ち、シャフト１７の作用角−ストローク特性を変更することにより、バルブのバルブリフト量を変更するのである。

なお、本実施形態においては、マップＭ２の原位置ｄ１とストロークＳはマップ１と等しく、作用角範囲α２のみを作用角範囲α１に対して変更する構成としたが、マップＭ２の原位置及びストロークを変更する構成とすることも可能である。また、マップＭ２の作用角範囲を小さくする構成とすることもできる。

さらに、本実施形態においては作用角−ストローク特性を２種類としたため、２種類のマップＭ１・Ｍ２をモータ制御部２３に記憶させる構成としたが、マップＭの種類や数は限定されるものではない。即ち、複数種類のマップＭを作用角−ストローク特性ごとに用意して、モータ制御部２３に記憶させることも可能である。この場合は、制御装置２４から入力される作用角信号の種類を、マップＭの種類と対応して設定する必要がある。
また、本実施形態においてはシャフト１７を後方へ駆動してシャフト１７の原位置を設定したが、シャフト１７の原位置は作業者が任意に設定することが可能である。例えば、シャフト１７を前方へ駆動した位置や、駆動方向における中間位置を原位置として設定することができる。

上記の如く、本実施形態に係るアクチュエータ１０の制御方法は、モータ制御部２３が、シャフト１７の直動運動の動作を行う作用角−ストローク特性ごとに２種類のマップＭ１・Ｍ２を記憶し、制御装置２４からの指示により、モータ制御部２３におけるマップＭ１・Ｍ２を切替えることにより、作用角−ストローク特性を切替えるものである。

本実施形態においては上記の如く構成することにより、アクチュエータ１０の組付部品等のハード部材を変更せずに、同一ラインでアクチュエータ１０を別のエンジンに組付けたり、アクチュエータ１０のエンジンの作用角−ストローク特性を変更したりすることが可能となる。つまり、アクチュエータ１０のモータ制御部２３に記憶させたマップＭを切替えることにより、シャフト寸法ｈやストロークＳを変更することができる。これにより、上記の場合でも同じ工程や設備をソフト変更のみで使用することが可能となり、コストを削減させることができるのである。

１４ 差動ギア
１６ 差動ギア
１７ シャフト
２０ モータ部
２３ モータ制御部
ｈ シャフト寸法

Claims (2)

1. エンジンにおいて所定のストロークで直動運動することにより、前記エンジンで開閉動作するバルブのバルブリフト量を制御するシャフトと、
   前記シャフトの直動運動の動作を行うための前記バルブの作用角と前記ストロークとの関係である、作用角−ストローク特性がマップとして記憶され、前記エンジンの制御装置に接続されるとともに、前記制御装置からの作用角信号に基づいて、前記マップに従って前記シャフトの直動運動の動作制御信号を出力するモータ制御部と、
   前記モータ制御部から入力される前記動作制御信号に従って回転駆動するモータ部と、
   前記モータ部と前記シャフトとの間に介挿され、前記モータ部の回転運動を前記シャフトの直動運動に変換する差動ギアと、を備える、バルブリフト制御アクチュエータであって、
   前記モータ制御部には、シャフトの直動運動の動作を行う前記作用角−ストローク特性ごとに複数種類のマップが記憶され、
   前記制御装置からの指示により、前記モータ制御部における前記マップを切替えることにより、前記作用角−ストローク特性を切替える、
   ことを特徴とする、バルブリフト制御アクチュエータ。
2. エンジンにおいて所定のストロークで直動運動することにより、前記エンジンで開閉動作するバルブのバルブリフト量を制御するシャフトと、前記シャフトの直動運動の動作を行うための前記バルブの作用角と前記ストロークとの関係である、作用角−ストローク特性がマップとして記憶され、前記エンジンの制御装置に接続されるとともに、前記制御装置からの作用角信号に基づいて、前記マップに従って前記シャフトの直動運動の動作制御信号を出力するモータ制御部と、前記モータ制御部から入力される前記動作制御信号に従って回転駆動するモータ部と、前記モータ部と前記シャフトとの間に介挿され、前記モータ部の回転運動を前記シャフトの直動運動に変換する差動ギアと、を備える、バルブリフト制御アクチュエータの制御方法であって、
   前記モータ制御部は、シャフトの直動運動の動作を行う前記作用角−ストローク特性ごとに複数種類のマップを記憶し、
   前記制御装置からの指示により、前記モータ制御部における前記マップを切替えることにより、前記作用角−ストローク特性を切替える、
   ことを特徴とする、バルブリフト制御アクチュエータの制御方法。

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