JP2015025388A - 制御装置の補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の制御におけるピストン位置とカム位置のセンシング精度を向上させることを目的としている。【解決手段】このため、クランクシャフト又はカムシャフトの基準位置を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された基準位置に基づき内燃機関を制御する制御装置と、内燃機関のピストン又は吸排気バルブの位置を検出する位置検出装置と、位置検出装置の出力値に基づき基準位置を補正する補正装置とを備えている。【選択図】図１

Description

この発明は制御装置の補正装置に係り、特にハードの製造ばらつきや経年変化によるピストン位置とカム位置の位相差を検知して補正制御を行う制御装置の補正装置に関するものである。

内燃機関は、ピストンやクランクシャフト、クランク角センサなどの各種センサ、吸排気力ム、吸排気バルブなどを備えている。
そして、前記内燃機関を制御する制御装置が設けられている。
このとき、制御装置は、ピストン位置と吸排気カム位置とを検出するポジションセンサである位置検出装置からの検出信号を入力し、演算処理の後に、燃料や点火時期、空気量制御などを制御している。

また、後述する特許文献１に開示される技術は、クランク角センサとカム角センサとの信号を基に、クランク位置とカム位置との位相差を学習している。
そして、特許文献１に開示される技術は、クランク角センサとカム角センサとの検出信号を基にしているため、実際のクランク角であるピストン位置やカム角である吸排気バルブの位置を把握することができない。
つまり、製造ばらつきによるクランク位置とカム位置との位相差を補正することができないという不都合を有している。

特開２０００−３４５８６８号公報

ところで、従来の制御装置の補正装置においては、ピストン位置としてクランク角センサからの検出信号をそのまま用いるとともに、カム位置としてカム角センサからの検出信号（もしくは、検出しない）をそのまま用いていた。
このため、センサ取付位置やクランク各センサプレート、カムシグナルロータ、カム等の製造ばらつきにより生じるピストン位置やカム位置の実位置との差異を把握することができない。
これにより、クランク位置やカム位置の実位置が設計値（「狙い値」とも換言できる。）とずれることで、点火時期が設計値からずれたり、内部ＥＧＲの変化等による空気量制御の悪化などの問題があった。
また、チェーンの伸びなどの経年変化によるカム位置の変化を把握することが出来ないため、経年変化による影響を制御で補正することが出来ず、制御の悪化を招いてしまうという不都合がある。

この発明は、内燃機関の制御におけるピストン位置とカム位置のセンシング精度を向上させることを目的とする。
追記すれば、吸排気バルブの可変バルブタイミング機構（「ＶＶＴ」ともいう。）付きの内燃機関などにおいては、カムの位相差による空気量計量がずれる問題が発生している。
これはハードの製造ばらつきや経年変化によるピストン位置とカム位置の位相差を検知できないことに起因する問題である。
これを解決するために、この発明は、例えば工場の組立時において、ギャップセンサ等を用いてピストンと吸排気バルブとの動きをモニタし、設計値からの位相差を制御装置に学習値として記憶させ、初期ハードの製造バラツキを補正すると共に、カムチェーンの伸びなど経年変化によるカムの位相差を補正することにより、各制御への補正に反映し不具合を解決するものである。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、クランクシャフト又はカムシャフトの基準位置を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶された基準位置に基づき内燃機関を制御する制御装置と、前記内燃機関のピストン又は吸排気バルブの位置を検出する位置検出装置と、この位置検出装置の出力値に基づき前記基準位置を補正する補正装置とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、内燃機関の製造時において、クランク角センサやカム角センサに組み付け誤差が発生した場合であっても、ピストン位置に基づいて基準位置を補正することができる。
従って、内燃機関の制御が誤差により悪影響を受けることが無くなる。

図１は制御装置の補正装置の概略構成図である。（実施例） 図２は内燃機関のピストン及びクランクシャフト部分の概略組付斜視図である。（実施例） 図３は吸気及び排気カムスプロケットとタイミングチェーンとを示す概略斜視図である。（実施例） 図４は吸気及び排気カムシャフトと吸気及び排気バルブとを示す概略斜視図である。（実施例） 図５はクランク角度とギャップ量との関係を示す図である。（実施例） 図６はタイムチャートを示し、（ａ）はカム角センサ信号のタイムチャート、（ｂ）はクランク角センサ信号のタイムチャートである。（実施例）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図１において、１は制御装置である。
この制御装置１は、クランクシャフト２又はカムシャフト３の基準位置を記憶する記憶部４に記憶された基準位置に基づき内燃機関５を制御している。
そして、この内燃機関５は、図示しないシリンダブロックと、このシリンダブロックの上面に取り付けられるシリンダヘッド（図示せず）と、前記シリンダブロックの下面に取り付けられるオイルパン（図示せず）と、前記シリンダヘッドの上面に取り付けられるシリンダヘッドカバー（図示せず）とを備えている。

このとき、前記内燃機関５は、図１に示す如く、前記シリンダヘッドの下面の一部と、ピストン６の上面と、吸気バルブ７及び排気バルブ８とによって燃焼室９を形成している。

また、前記内燃機関５においては、図２に示す如く、前記シリンダブロックの下部に前記クランクシャフト２を設ける。
このクランクシャフト２を、コンロッド１０を介して前記ピストン６に接続している。
そして、前記クランクシャフト２にクランクスプロケット１１を設けるとともに、このクランクスプロケット１１の近傍にセンサプレート１２を設ける。
このセンサプレート１２の近傍にクランク角センサ１３を配置している。

更に、前記内燃機関５の前記クランクシャフト２からの駆動力は、図３に示す如く、前記センサプレート１２に捲回させたタイミングチェーン１４を介して、吸気カムスプロケット１５及び排気カムスプロケット１６に伝達させている。

このとき、吸気カムスプロケット１５に、図４に示す如く、吸気カム１７を備える前記カムシャフト３である吸気カムシャフト１８が取り付けられている。
また、前記排気カムスプロケット１６には、排気カム１９を備える前記カムシャフト３である排気カムシャフト２０が取り付けられている。
そして、前記吸気カムシャフト１８に、前記吸気カム１７のカム角度を検出する吸気カム角センサ２１を配置している。
前記排気カムシャフト２０には、排気シグナルロータ２２と、前記排気カム１９のカム角度を検出する排気カム角センサ２３とを配置している。
更に、前記吸気カムシャフト１８に取り付けられる前記吸気カム１７は、前記吸気バルブ７端部に接触し、前記内燃機関５の前記クランクシャフト２から伝達される駆動力によって吸気バルブ７を開閉動作させている。
前記排気カムシャフト２０に取り付けられる前記排気カム１９は、前記排気バルブ８端部に接触し、前記内燃機関５の前記クランクシャフト２から伝達される駆動力によって排気バルブ８を開閉動作させている。

そして、前記内燃機関５のピストン６又は前記吸気バルブ７や前記排気バルブ８の位置を検出する位置検出装置２４を設ける。
なお、この位置検出装置２４は、スパークプラグ（図示せず）をはずした状態にすることで、プラグ穴から前記燃焼室９内部にセットすることができる。
また、この位置検出装置２４の出力値に基づき前記基準位置を補正する補正装置２５を設ける。
詳述すれば、実際の構成としては、先ず、図１に示す如く、パーソナルコンピュータなどからなるモニタ装置２６を設ける。
そして、このモニタ装置２６に前記制御装置１及び前記記憶部４を配置する。
また、前記モニタ装置２６には、前記位置検出装置２４を接続する一方、前記補正装置２５を設けるものである。
このため、前記モニタ装置２６は、前記制御装置１に接続されており、各種センサとの信号のやり取りと算出した位相ずれの学習値とを制御装置１の前記記憶部４に書き込み記憶させている。

これにより、上記のように構成すれば、前記内燃機関５の製造時において、前記クランク角センサ１３や前記吸気カム角センサ２１及び前記排気カム角センサ２３に組み付け誤差が発生した場合であっても、ピストン６位置に基づいて基準位置を補正することができる。
従って、前記内燃機関５の制御が誤差により悪影響を受けることが無くなる。

次に作用を説明する。

前記位置検出装置２４によって、前記内燃機関５のピストン６又は前記吸気バルブ７や前記排気バルブ８の位置を検出する際には、特定の気筒（例えば、１番気筒）において点火プラグ（図示せず）をはずした状態で、図１に示す如く、プラグホールから前記位置検出装置２４を差し込む。
そして、この位置検出装置２４を用いて、前記クランクシャフト２の２回転（７２０度）における前記ピストン６と吸排気バルブ７、８（各１個ずつで可）の位置を計測する。
このとき、前記補正装置２５は、位置検出装置２４からの信号を入力すると同時に、前記クランク角センサ１３と前記吸気カム角センサ２１及び前記排気カム角センサ２３との信号を入力し、図５及び図６に示す如く、クランク角度軸に各信号をまとめる。
なお、この作業は例えば、工場ラインの完成検査として行っているモータリングベンチで行えば効率的である。
その後、上述した検出手順によって得られた最小ギャップ量のクランク角度位置を、図５に示す如く、それぞれピストントップの実位置Ｂ、吸気バルブ最大リフトの実位置Ｇ、排気バルブ最大リフトの実位置Ｊとする。
このとき、ピストントップの実位置Ｂにおいては、例えば基準位置が３６０°であったとしても、ピストン上死点が３５８°であれば、基準位置を３５８°に更新する。
そして、前記クランク角センサ１３から得られたクランク角度において、図６に示す如く、ピストントップの設計値位置Ａとピストントップの実位置Ｂの差であるズレ量を学習値Ｃとして算出する。
同様に、前記吸気カム角センサ２１及び前記排気カム角センサ２３から得られたカム角度において、吸気バルブ最大リフトの設計値位置Ｆと吸気バルブ最大リフトの実位置Ｇの差を学習値Ｈとして、排気バルブ最大リフトの設計値位置Ｉと排気バルブ最大リフトの実位置Ｊの差を学習値Ｋとして算出する。
また、吸気カム角信号の特定の信号位置を、図６に示す如く、前記クランク角センサ１３から得られたクランク角度上で初期位置学習値Ｄとして算出する。
同様に排気カムを初期位置学習値Ｅとする。

この学習値Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｋを前記制御装置１の前記記憶部４に記憶させ制御に反映させることにより、以下のような問題を解決することに利用できる。
（１）正確なクランク（ピストン６）位置が分かる為、点火時期の精度を向上させることができる。
（２）正確なクランク（ピストン６）位置が分かる為、噴射タイミングの精度を向上させることができる。
（３）正確なカム位置が分かる為、内部ＥＧＲ量などの補正をかけることで空気量算出の精度を向上させることができる。
（４）目標値と実位置との位相差が分かる為、可変バルブタイミング機構など狙いの作動量に補正することができる。
（５）前記吸気カム角センサ２１及び前記排気カム角センサ２３の学習値Ｄ／Ｅと現在位置を対比することにより、前記タイミングチェーン１４の伸びなどによる経年変化の影響を補正することができる。

追記すれば、上記のように構成したことにより、前記ピストン６と前記吸排気バルブ７、８の実位置を計測することにより、今まで考慮できていなかった製造ばらつきの影響を正確に補正することができるものである。
また、クランク位置とカム位置の相関を初期学習し、さらにクランク位置を正確に把握することで、経年変化によるカム位置のずれ量を正確に補正することができるものである。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例においては、前記位置検出装置によって前記内燃機関のピストン又は前記吸気バルブや前記排気バルブの位置を検出し、位置検出装置の出力値に基づき補正装置によって基準位置を補正するする構成としたが、前記位置検出装置によって前記内燃機関のピストンの位置のみを検出し、基準位置を補正する特別構成とすることも可能である。
さすれば、制御装置の補正装置を、簡易版として、前記位置検出装置でピストン位置だけを検出し、クランク各センサ信号のズレを補正する方法とすることも可能である。

１ 制御装置
２ クランクシャフト
３ カムシャフト
４ 記憶部
５ 内燃機関
６ ピストン
７ 吸気バルブ
８ 排気バルブ
９ 燃焼室
１０ コンロッド
１１ クランクスプロケット
１２ センサプレート
１３ クランク角センサ
１４ タイミングチェーン
１５ 吸気カムスプロケット
１６ 排気カムスプロケット
１７ 吸気カム
１８ 吸気カムシャフト
１９ 排気カム
２０ 排気カムシャフト
２１ 吸気カム角センサ
２２ 排気シグナルロータ
２３ 排気カム角センサ
２４ 位置検出装置
２５ 補正装置
２６ モニタ装置

Claims (1)

1. クランクシャフト又はカムシャフトの基準位置を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶された基準位置に基づき内燃機関を制御する制御装置と、前記内燃機関のピストン又は吸排気バルブの位置を検出する位置検出装置と、この位置検出装置の出力値に基づき前記基準位置を補正する補正装置とを備えたことを特徴とする制御装置の補正装置。

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