JP2015218623A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を機械的ストッパによる作動範囲内で可変とする可変バルブタイミング機構における実位相角とセンサ検出値とのずれを校正する学習処理において、高い衝突エネルギーで機械的ストッパに突き当たることを抑制しつつ、学習処理に要する時間を可及的に短くする。【解決手段】可変バルブタイミング機構を機械的ストッパで制限される位置にまで作動させるときに、学習処理の初回は、位相角の変化速度の検出値と目標速度とに基づき操作量を決定する速度フィードバック制御を行い、学習処理の2回目以降では、位相角の検出値と目標値とに基づき操作量を決定する位相角フィードバック制御を行い、可変バルブタイミング機構の作動速度を学習処理の初回では2回目以降よりも遅くする。【選択図】図5
Description
本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を機械的ストッパによる作動範囲内で可変とする可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関に適用される制御装置に関する。
特許文献1には、内燃機関の可変動弁装置として、可変制御部材の現在までの制御範囲の最小値を基準として規制部材から所定の近接距離位置を制御目標位置に設定し、可変制御部材の作動位置が該所定の近接距離位置となるようアクチュエータを第1の速度以上で作動させた後、可変制御部材が規制部材の位置に到達したことを判定するまでアクチュエータを第1の速度より遅い第2の速度以下で作動させ、可変制御部材が規制部材の位置に到達したことを判定すると可変作動位置検出手段により検出された作動位置を可変制御部材の新たな制御範囲の最小値として学習する、可変動弁装置が開示されている。
クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を機械的ストッパによる作動範囲内で可変とする可変バルブタイミング機構において、機械的ストッパで制限される位置での位置センサの出力に基づき可変バルブタイミング機構の制御範囲を更新する学習処理を行う場合、機械的ストッパにより制限される位置付近にまで速やかに作動させ、その後作動速度を遅くして機械的ストッパに突き当たるときの衝突エネルギーを小さくすることが望まれる。
しかし、可変バルブタイミング機構を内燃機関に組み付けた後に学習処理を初めて行う場合、機械的ストッパにより作動が制限される位置と位置センサの出力との相関が大きくずれていて、作動速度を遅く変更する前に機械的ストッパに突き当たってしまい、衝突エネルギーを十分に抑制できなくなる可能性がある。
一方、学習処理が初回であっても、高い衝突エネルギーで機械的ストッパに突き当たることを抑制できるように作動速度を遅く設定すると、位置検出精度が向上した状態で行われることになる2回目以降の学習処理において、無用に作動速度が抑制され、学習処理に要する時間が無駄に長くなってしまう。
一方、学習処理が初回であっても、高い衝突エネルギーで機械的ストッパに突き当たることを抑制できるように作動速度を遅く設定すると、位置検出精度が向上した状態で行われることになる2回目以降の学習処理において、無用に作動速度が抑制され、学習処理に要する時間が無駄に長くなってしまう。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高い衝突エネルギーで機械的ストッパに突き当たることを抑制しつつ学習処理に要する時間を可及的に短くできる、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
そのため、本願発明では、可変バルブタイミング機構を機械的ストッパで制限される位置にまで作動させるときの作動速度を、学習処理の初回では2回目以降よりも遅くする。
上記発明によると、初回の学習処理では衝突エネルギーを十分に緩和し、2回目以降の学習処理では、可及的に短い時間で学習を実施することができる。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る制御装置を適用する内燃機関の一例を示す図である。
内燃機関101は、図示を省略した車両に搭載され、車両の動力源として用いられる。
内燃機関101の吸気ダクト102に配設される吸入空気量センサ103は、内燃機関101の吸入空気流量QAを検出する。
図1は、本発明に係る制御装置を適用する内燃機関の一例を示す図である。
内燃機関101は、図示を省略した車両に搭載され、車両の動力源として用いられる。
内燃機関101の吸気ダクト102に配設される吸入空気量センサ103は、内燃機関101の吸入空気流量QAを検出する。
吸気バルブ105は、各気筒の燃焼室104の吸気口を開閉する。
燃料噴射弁106は、各気筒の吸気ポート102aに配置される。
尚、燃料噴射弁106を、燃焼室104内に直接燃料を噴射するように配置することができる。
燃料噴射弁106は、各気筒の吸気ポート102aに配置される。
尚、燃料噴射弁106を、燃焼室104内に直接燃料を噴射するように配置することができる。
燃料噴射弁106から噴射された燃料は、吸気バルブ105を介して燃焼室104内に空気と共に吸引され、点火プラグ107による火花点火によって着火燃焼する。そして、燃焼圧力がピストン108をクランクシャフト109に向けて押し下げ、クランクシャフト109を回転駆動する。
また、排気バルブ110は、燃焼室104の排気口を開閉し、排気バルブ110が開くことで燃焼室104内の排ガスが排気管111に排出される。
また、排気バルブ110は、燃焼室104の排気口を開閉し、排気バルブ110が開くことで燃焼室104内の排ガスが排気管111に排出される。
三元触媒等を備えた触媒コンバータ112は排気管111に設置される。
吸気バルブ105は、クランクシャフト109によって回転駆動される吸気カムシャフト115aの回転に伴って開動作する。また、排気バルブ110は、クランクシャフト109によって回転駆動される排気カムシャフト115bの回転に伴って開動作する。
吸気バルブ105は、クランクシャフト109によって回転駆動される吸気カムシャフト115aの回転に伴って開動作する。また、排気バルブ110は、クランクシャフト109によって回転駆動される排気カムシャフト115bの回転に伴って開動作する。
可変バルブタイミング機構114は、吸気バルブ105のバルブタイミングを連続的に変化させる機構である。
例えば、可変バルブタイミング機構114は、アクチュエータとしてのモータによってクランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角を変化させる、電動式の可変バルブタイミング機構である。
例えば、可変バルブタイミング機構114は、アクチュエータとしてのモータによってクランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角を変化させる、電動式の可変バルブタイミング機構である。
また、気筒毎に設けた点火プラグ107には、点火プラグ107に点火エネルギーを供給する点火モジュール116がそれぞれ直付けされている。点火モジュール116は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
マイクロコンピュータを備えた制御装置201は、各種のセンサやスイッチの出力信号を入力し、予めメモリに格納されたプログラムに従って演算処理を行うことで、燃料噴射弁106、可変バルブタイミング機構114、点火モジュール116などの各種デバイスの操作量を演算して出力する。
マイクロコンピュータを備えた制御装置201は、各種のセンサやスイッチの出力信号を入力し、予めメモリに格納されたプログラムに従って演算処理を行うことで、燃料噴射弁106、可変バルブタイミング機構114、点火モジュール116などの各種デバイスの操作量を演算して出力する。
制御装置201は、吸入空気量センサ103の出力信号を入力する他、クランクシャフト109の回転角信号POSを出力するクランク角センサ203、アクセルペダル207の踏込み量(換言すればアクセル開度ACC)を検出するアクセル開度センサ206、吸気カムシャフト115aの回転角信号CAMを出力するカム角センサ204、内燃機関101の冷却水の温度TWを検出する水温センサ208、触媒コンバータ112の上流側の排気管111に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比AFを検出する空燃比センサ209、可変バルブタイミング機構114のアクチュエータであるモータの回転角を検出するモータ回転角センサ210などからの出力信号を入力し、更に、内燃機関101の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ205の信号などを入力する。
クランク角センサ203が出力する回転角信号POSは、単位クランク角毎のパルス信号であって、気筒間の行程位相差に相当するクランク角毎に、1個若しくは連続する複数個のパルスが欠落するように構成される。
なお、上記の単位クランク角は例えば10degCAであり、また、気筒間の行程位相差は点火間隔に相当し、4気筒内燃機関ではクランク角180degになる。
なお、上記の単位クランク角は例えば10degCAであり、また、気筒間の行程位相差は点火間隔に相当し、4気筒内燃機関ではクランク角180degになる。
また、クランク角センサ203が、単位クランク角毎の回転角信号POSと、気筒間の行程位相差に相当するクランク角毎の基準クランク角信号とをそれぞれ出力するよう構成することができる。
単位クランク角毎の回転信号POSの欠落箇所若しくは基準クランク角信号の出力位置は、各気筒のピストンが基準ピストン位置に位置していることを表す。
単位クランク角毎の回転信号POSの欠落箇所若しくは基準クランク角信号の出力位置は、各気筒のピストンが基準ピストン位置に位置していることを表す。
カム角センサ204は、気筒間の行程位相差に相当するクランク角毎に回転角信号CAMを出力する。
吸気カムシャフト115aは、クランクシャフト109の回転速度の半分の速度で回転する。このため、内燃機関101が4気筒機関で、気筒間の行程位相差に相当するクランク角が180degCAであれば、クランク角180degCAは吸気カムシャフト115aの回転角90degに相当することになる。つまり、カム角センサ204は、吸気カムシャフト115aが90deg回転する毎に回転角信号CAMを出力する。
吸気カムシャフト115aは、クランクシャフト109の回転速度の半分の速度で回転する。このため、内燃機関101が4気筒機関で、気筒間の行程位相差に相当するクランク角が180degCAであれば、クランク角180degCAは吸気カムシャフト115aの回転角90degに相当することになる。つまり、カム角センサ204は、吸気カムシャフト115aが90deg回転する毎に回転角信号CAMを出力する。
カム角センサ204が出力する回転角信号CAMは、基準ピストン位置に位置している気筒の検出に用いられる信号であり、一例として、気筒間の行程位相差に相当するクランク角毎に気筒番号を表す特性のパルスとして出力される。
例えば、内燃機関101が4気筒であって点火順を第1気筒、第3気筒、第4気筒、第2気筒とする場合、カム角センサ204は、クランク角180deg毎に、1個のパルス信号、連続する3個のパルス信号、連続する4個のパルス信号、連続する2個のパルス信号をこの順で出力するよう構成される。
例えば、内燃機関101が4気筒であって点火順を第1気筒、第3気筒、第4気筒、第2気筒とする場合、カム角センサ204は、クランク角180deg毎に、1個のパルス信号、連続する3個のパルス信号、連続する4個のパルス信号、連続する2個のパルス信号をこの順で出力するよう構成される。
そして、制御装置201は、クランク角180deg毎に出力される回転角信号CAMのパルス数を計数することで、基準ピストン位置に位置している気筒を検出する。
なお、回転角信号CAMは、パルス数で気筒番号を表す変わりに、パルス幅や振幅が気筒番号を表すように、カム角センサ204の出力特性を設定することができる。
なお、回転角信号CAMは、パルス数で気筒番号を表す変わりに、パルス幅や振幅が気筒番号を表すように、カム角センサ204の出力特性を設定することができる。
図2−図4は、可変バルブタイミング機構114の構造の一例を示す。
なお、可変バルブタイミング機構114の構造は、図2−図4に例示したものに限定されるものではなく、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を可変とする機構である公知の可変バルブタイミング機構を適宜採用できる。
なお、可変バルブタイミング機構114の構造は、図2−図4に例示したものに限定されるものではなく、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を可変とする機構である公知の可変バルブタイミング機構を適宜採用できる。
図2−図4に示した可変バルブタイミング機構114は、内燃機関101のクランクシャフト109によって回転駆動される駆動回転体であるタイミングスプロケット1と、シリンダヘッド上に軸受44を介して回転自在に支持され、タイミングスプロケット1から伝達された回転力によって回転する吸気カムシャフト115aと、タイミングスプロケット1の前方位置に配置されて、チェーンカバー40にボルトによって固定されたカバー部材3と、タイミングスプロケット1と吸気カムシャフト115aの間に配置されて、タイミングスプロケット1に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角を変更する位相変更機構4と、を備える。
タイミングスプロケット1は、スプロケット本体1aと、スプロケット本体1aの外周に一体に設けられて、巻回されたタイミングチェーン42を介してクランクシャフト109からの回転力を受けるギア部1bと、で構成される。
また、タイミングスプロケット1は、スプロケット本体1aの内周側に形成された円形溝1cと吸気カムシャフト115aの前端部に一体に設けられたフランジ部2aの外周との間に介装された第3ボールベアリング43によって、吸気カムシャフト115aに回転自在に支持されている。
また、タイミングスプロケット1は、スプロケット本体1aの内周側に形成された円形溝1cと吸気カムシャフト115aの前端部に一体に設けられたフランジ部2aの外周との間に介装された第3ボールベアリング43によって、吸気カムシャフト115aに回転自在に支持されている。
スプロケット本体1aの前端部外周縁には、環状突起1eが一体に形成されている。
スプロケット本体1aの前端部には、環状突起1eの内周側に同軸に位置決めされ内周に波形状の噛み合い部である内歯19aが形成された環状部材19と、円環状のプレート6とが、ボルト7によって軸方向から共締め固定されている。
スプロケット本体1aの前端部には、環状突起1eの内周側に同軸に位置決めされ内周に波形状の噛み合い部である内歯19aが形成された環状部材19と、円環状のプレート6とが、ボルト7によって軸方向から共締め固定されている。
また、スプロケット本体1aの内周面の一部には、図4に示すように、円弧状の係合部であるストッパ凸部1dが、周方向に沿って所定範囲に亘り形成されている。
プレート6の前端側外周には、位相変更機構4を構成する減速機8や電動モータ12などを覆う円筒状のハウジング5がボルト11によって固定されている。
プレート6の前端側外周には、位相変更機構4を構成する減速機8や電動モータ12などを覆う円筒状のハウジング5がボルト11によって固定されている。
ハウジング5は、鉄系金属によって形成されてヨークとして機能し、前端側に円環プレート状の保持部5aを一体に有すると共に、保持部5aを含めた外周側全体がカバー部材3によって所定の隙間をもって覆われるように配置されている。
吸気カムシャフト115aは、外周に吸気バルブ105を開作動させる駆動カム(図示省略)を有すると共に、前端部に従動回転体である従動部材9がカムボルト10によって軸方向から結合されている。
吸気カムシャフト115aは、外周に吸気バルブ105を開作動させる駆動カム(図示省略)を有すると共に、前端部に従動回転体である従動部材9がカムボルト10によって軸方向から結合されている。
また、吸気カムシャフト115aのフランジ部2aには、図4に示すように、スプロケット本体1aのストッパ凸部1dが係入する係止部であるストッパ凹溝2bが円周方向に沿って形成されている。
このストッパ凹溝2bは、円周方向に沿って所定長さの円弧状に形成され、この長さ範囲内で回動したストッパ凸部1dの両端縁が周方向の対向縁2c、2dにそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット1に対する吸気カムシャフト115aの進角側及び遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。
このストッパ凹溝2bは、円周方向に沿って所定長さの円弧状に形成され、この長さ範囲内で回動したストッパ凸部1dの両端縁が周方向の対向縁2c、2dにそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット1に対する吸気カムシャフト115aの進角側及び遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。
つまり、ストッパ凸部1d及びストッパ凹溝2bで機械的ストッパが構成され、ストッパ凸部1dがストッパ凹溝2b内で移動できる角度範囲が、可変バルブタイミング機構114の作動範囲、換言すれば、クランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角の可変範囲となる。
そして、ストッパ凸部1dの端縁がストッパ凹溝2bの対向縁2c、2dの一方に当接する位置が、機械的ストッパで制限されるバルブタイミングの最進角位置となり、他方に当接する位置が、機械的ストッパで制限されるバルブタイミングの最遅角位置となる。
そして、ストッパ凸部1dの端縁がストッパ凹溝2bの対向縁2c、2dの一方に当接する位置が、機械的ストッパで制限されるバルブタイミングの最進角位置となり、他方に当接する位置が、機械的ストッパで制限されるバルブタイミングの最遅角位置となる。
カムボルト10の頭部10aの軸部10b側の端縁には、フランジ状の座面部10cが一体に形成される。そして、軸部10bの外周には、吸気カムシャフト115aの端部から内部軸方向に形成された雌ねじ部に螺着する雄ねじ部が形成されている。
従動部材9は、鉄系金属材によって形成され、図3に示すように、前端側に形成された円板部9aと、後端側に一体に形成された円筒状の円筒部9bとで構成される。
従動部材9は、鉄系金属材によって形成され、図3に示すように、前端側に形成された円板部9aと、後端側に一体に形成された円筒状の円筒部9bとで構成される。
従動部材9の円板部9aには、後端面の径方向ほぼ中央位置に吸気カムシャフト115aのフランジ部2aとほぼ同外径の環状段差突起9cが一体に設けられる。
そして、段差突起9cの外周面とフランジ部2aの外周面が第3ボールベアリング43の内輪43aの内周に挿通配置される。第3ボールベアリング43の外輪43bは、スプロケット本体1aの円形溝1cの内周面に圧入固定される。
そして、段差突起9cの外周面とフランジ部2aの外周面が第3ボールベアリング43の内輪43aの内周に挿通配置される。第3ボールベアリング43の外輪43bは、スプロケット本体1aの円形溝1cの内周面に圧入固定される。
また、従動部材9の円板部9aの外周部には、複数のローラ34を保持する保持器41が一体に設けられている。
保持器41は、円板部9aの外周部から円筒部9bと同方向に突出し、円周方向のほぼ等間隔の位置に所定の隙間を有して複数の細長い突起部41aが形成されている。
円筒部9bは、中央にカムボルト10の軸部10bが挿通される挿通孔9dが貫通形成され、円筒部9bの外周側には第1ニードルベアリング30が設けられる。
保持器41は、円板部9aの外周部から円筒部9bと同方向に突出し、円周方向のほぼ等間隔の位置に所定の隙間を有して複数の細長い突起部41aが形成されている。
円筒部9bは、中央にカムボルト10の軸部10bが挿通される挿通孔9dが貫通形成され、円筒部9bの外周側には第1ニードルベアリング30が設けられる。
カバー部材3は、合成樹脂材によって形成され、カップ状に膨出したカバー本体3aと、カバー本体3aの後端部外周に一体に設けたブラケット3bとで構成される。
カバー本体3aは、位相変更機構4の前端側、つまりハウジング5の軸方向の保持部5bから後端部側のほぼ全体を、所定隙間をもって覆うように配置される。一方、ブラケット3bは、ほぼ円環状に形成され、6つのボス部にそれぞれボルト挿通孔3fが貫通形成されている。
カバー本体3aは、位相変更機構4の前端側、つまりハウジング5の軸方向の保持部5bから後端部側のほぼ全体を、所定隙間をもって覆うように配置される。一方、ブラケット3bは、ほぼ円環状に形成され、6つのボス部にそれぞれボルト挿通孔3fが貫通形成されている。
また、ブラケット3bは、チェーンカバー40に複数のボルト47を介して固定され、カバー本体3aの前端部3cの内周面には、内外2重のスリップリング48a,48bが各内端面を露出した状態で埋設固定されている。
さらに、カバー部材3の上端部には、スリップリング48a、48bに導電部材を介して接続されたコネクタ端子49aを有するコネクタ部49を設けてある。
なお、コネクタ端子49aには、制御装置201を介して図外のバッテリー電源からの電力が供給される。
さらに、カバー部材3の上端部には、スリップリング48a、48bに導電部材を介して接続されたコネクタ端子49aを有するコネクタ部49を設けてある。
なお、コネクタ端子49aには、制御装置201を介して図外のバッテリー電源からの電力が供給される。
カバー本体3aの後端部側の内周面とハウジング5の外周面との間には、シール部材である第1オイルシール50が介装されている。
第1オイルシール50は、横断面がほぼコ字形状に形成され、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されている。また、第1オイルシール50の外周側の円環状基部50aは、カバー部材3a後端部の内周面に形成された円形溝3d内に嵌着固定される。
更に、第1オイルシール50の円環状基部50aの内周側には、ハウジング5の外周面に当接するシール面50bが一体に形成されている。
第1オイルシール50は、横断面がほぼコ字形状に形成され、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されている。また、第1オイルシール50の外周側の円環状基部50aは、カバー部材3a後端部の内周面に形成された円形溝3d内に嵌着固定される。
更に、第1オイルシール50の円環状基部50aの内周側には、ハウジング5の外周面に当接するシール面50bが一体に形成されている。
位相変更機構4は、吸気カムシャフト115aのほぼ同軸上前端側に配置されたモータ12(電動アクチュエータ)と、モータ12の回転速度を減速して吸気カムシャフト115aに伝達する減速機8と、で構成される。
モータ12は、例えばブラシ付きのDCモータであって、タイミングスプロケット1と一体に回転するヨークであるハウジング5と、ハウジング5の内部に回転自在に設けられた出力軸であるモータ軸13と、ハウジング5の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石14,15と、ハウジング保持部5aの内底面側に固定された固定子16と、を備えている。
モータ12は、例えばブラシ付きのDCモータであって、タイミングスプロケット1と一体に回転するヨークであるハウジング5と、ハウジング5の内部に回転自在に設けられた出力軸であるモータ軸13と、ハウジング5の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石14,15と、ハウジング保持部5aの内底面側に固定された固定子16と、を備えている。
モータ軸13は、筒状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向のほぼ中央位置の外周に複数の極を持つ鉄心ロータ17が固定され、鉄心ロータ17の外周には電磁コイル18が巻回されている。
また、モータ軸13の前端部外周には、コミュテータ20が圧入固定されており、コミュテータ20には、鉄心ロータ17の極数と同数に分割された各セグメントに電磁コイル18が接続されている。
また、モータ軸13の前端部外周には、コミュテータ20が圧入固定されており、コミュテータ20には、鉄心ロータ17の極数と同数に分割された各セグメントに電磁コイル18が接続されている。
モータ軸13は、カムボルト10の頭部10a側の軸部10bの外周面に、第1軸受であるニードルベアリング28と該ニードルベアリング28の軸方向の側部に配置された軸受である第4ボールベアリング35とを介して回転自在に支持されている。
また、モータ軸13の吸気カムシャフト115a側の後端部には、減速機8の一部を構成する円筒状の偏心軸部30が一体に設けられている。
また、モータ軸13の吸気カムシャフト115a側の後端部には、減速機8の一部を構成する円筒状の偏心軸部30が一体に設けられている。
また、モータ軸13の外周面とプレート6の内周面との間には、減速機8内部からモータ12内への潤滑油のリークを阻止する第2オイルシール32が設けられている。
第2オイルシール32は、内周部がモータ軸13の外周面に弾接することによって、モータ軸13の回転に摩擦抵抗を付与する。
第2オイルシール32は、内周部がモータ軸13の外周面に弾接することによって、モータ軸13の回転に摩擦抵抗を付与する。
減速機8は、偏心回転運動を行う偏心軸部30と、偏心軸部30の外周に設けられた第2軸受である第2ボールベアリング33と、第2ボールベアリング33の外周に設けられたローラ34と、ローラ34を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する保持器41と、保持器41と一体の従動部材9とで主に構成される。
偏心軸部30の外周面に形成されたカム面の軸心は、モータ軸13の軸心Xから径方向へ僅かに偏心している。なお、第2ボールベアリング33、ローラ34などが遊星噛み合い部として構成されている。
偏心軸部30の外周面に形成されたカム面の軸心は、モータ軸13の軸心Xから径方向へ僅かに偏心している。なお、第2ボールベアリング33、ローラ34などが遊星噛み合い部として構成されている。
第2ボールベアリング33は、第1ニードルベアリング28の径方向位置で全体がほぼオーバラップする状態に配置される。
そして、第2ボールベアリング33の内輪33aが偏心軸部30の外周面に圧入固定されると共に、第2ボールベアリング33の外輪33bの外周面にはローラ34が常時当接している。
そして、第2ボールベアリング33の内輪33aが偏心軸部30の外周面に圧入固定されると共に、第2ボールベアリング33の外輪33bの外周面にはローラ34が常時当接している。
また、外輪33の外周側には円環状の隙間Cが形成され、この隙間Cによって第2ボールベアリング33全体が偏心軸部30の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。
各ローラ34は、第2ボールベアリング33の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ環状部材19の内歯19aに嵌入すると共に、保持器41の突起部41aによって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動するようになっている。
各ローラ34は、第2ボールベアリング33の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ環状部材19の内歯19aに嵌入すると共に、保持器41の突起部41aによって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動するようになっている。
減速機8の内部には、潤滑油供給手段によって潤滑油が供給される。
潤滑油供給手段は、シリンダヘッドの軸受44の内部に形成されて図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路44aと、吸気カムシャフト115aの内部軸方向に形成されて油供給通路44aにグルーブ溝を介して連通した油供給孔48と、従動部材9の内部軸方向に貫通形成されて一端が油供給孔48に開口し他端が第1ニードルベアリング28と第2ボールベアリング33の付近に開口した小径なオイル供給孔45と、同じく従動部材9に貫通形成された大径な3つのオイル排出孔(図示省略)と、から構成されている。
潤滑油供給手段は、シリンダヘッドの軸受44の内部に形成されて図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路44aと、吸気カムシャフト115aの内部軸方向に形成されて油供給通路44aにグルーブ溝を介して連通した油供給孔48と、従動部材9の内部軸方向に貫通形成されて一端が油供給孔48に開口し他端が第1ニードルベアリング28と第2ボールベアリング33の付近に開口した小径なオイル供給孔45と、同じく従動部材9に貫通形成された大径な3つのオイル排出孔(図示省略)と、から構成されている。
以下では、可変バルブタイミング機構114の作動について説明する。
まず、内燃機関101のクランクシャフト109が回転駆動するとタイミングチェーン42を介してタイミングスプロケット1が回転し、その回転力によりハウジング5、環状部材19及びプレート6を介してモータ12が同期回転する。
まず、内燃機関101のクランクシャフト109が回転駆動するとタイミングチェーン42を介してタイミングスプロケット1が回転し、その回転力によりハウジング5、環状部材19及びプレート6を介してモータ12が同期回転する。
一方、環状部材19の回転力が、ローラ34から保持器41及び従動部材9を経由して吸気カムシャフト115aに伝達される。これによって、吸気カムシャフト115aのカムが吸気バルブ105を開閉作動させる。
制御装置201は、クランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角、つまり、吸気バルブ105のバルブタイミングを変更する場合、可変バルブタイミング機構114のモータ12の電磁コイル17に通電してモータ12を駆動する。モータ12が回転駆動されると、モータ回転力が減速機8を介して吸気カムシャフト115aに伝達される。
制御装置201は、クランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角、つまり、吸気バルブ105のバルブタイミングを変更する場合、可変バルブタイミング機構114のモータ12の電磁コイル17に通電してモータ12を駆動する。モータ12が回転駆動されると、モータ回転力が減速機8を介して吸気カムシャフト115aに伝達される。
すなわち、モータ軸13の回転に伴い偏心軸部30が偏心回転すると、各ローラ34がモータ軸13の1回転毎に保持器41の突起部41aに径方向へガイドされながら環状部材19の1つの内歯19aを乗り越えて隣接する他の内歯19aに転動しながら移動し、これを順次繰り返しながら円周方向へ転接する。
この各ローラ34の転接によってモータ軸13の回転が減速されつつ従動部材9に回転力が伝達される。なお、モータ軸13の回転が従動部材9に伝達されるときの減速比は、ローラ34の個数などによって任意に設定することが可能である。
この各ローラ34の転接によってモータ軸13の回転が減速されつつ従動部材9に回転力が伝達される。なお、モータ軸13の回転が従動部材9に伝達されるときの減速比は、ローラ34の個数などによって任意に設定することが可能である。
これにより、吸気カムシャフト115aがタイミングスプロケット1に対して正逆相対回転して相対回転位相角が変換され、吸気バルブ105の開閉タイミングが進角側あるいは遅角側に変更される。
ここで、タイミングスプロケット1に対する吸気カムシャフト115aの正逆相対回転は、ストッパ凸部1dの各側面がストッパ凹溝2bの各対向面2c、2dのいずれか一方に当接することによって規制される。
ここで、タイミングスプロケット1に対する吸気カムシャフト115aの正逆相対回転は、ストッパ凸部1dの各側面がストッパ凹溝2bの各対向面2c、2dのいずれか一方に当接することによって規制される。
すなわち、従動部材9が、偏心軸部30の偏心回動に伴ってタイミングスプロケット1の回転方向と同方向に回転することによって、ストッパ凸部1dの一側面がストッパ凹溝2bの一方側の対向面1cに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。
これにより、吸気カムシャフト115aは、タイミングスプロケット1に対する相対回転位相角が進角側へ最大に変更され、ストッパ凸部1dの一側面がストッパ凹溝2bの対向面1cに当接する位置が、機械的ストッパで制限される最進角位置となる。
これにより、吸気カムシャフト115aは、タイミングスプロケット1に対する相対回転位相角が進角側へ最大に変更され、ストッパ凸部1dの一側面がストッパ凹溝2bの対向面1cに当接する位置が、機械的ストッパで制限される最進角位置となる。
一方、従動部材9が、タイミングスプロケット1の回転方向と逆方向に回転することによって、ストッパ凸部1dの他側面がストッパ凹溝2bの他方側の対向面2dに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。
これにより、吸気カムシャフト115aは、タイミングスプロケット1に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更され、ストッパ凸部1dの他側面がストッパ凹溝2bの対向面2dに当接する位置が、機械的ストッパで制限される最遅角位置となる。
これにより、吸気カムシャフト115aは、タイミングスプロケット1に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更され、ストッパ凸部1dの他側面がストッパ凹溝2bの対向面2dに当接する位置が、機械的ストッパで制限される最遅角位置となる。
制御装置201は、可変バルブタイミング機構114のモータ12の通電を制御することによってクランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角、つまり、吸気バルブ105のバルブタイミングを、機械的ストッパで制限される作動範囲内で可変に制御する。
制御装置201は、内燃機関101の運転状態、例えば、機関負荷、機関回転速度、機関温度、始動状態などに基づいて目標位相角TAを演算する一方、クランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角RAを検出する。
制御装置201は、内燃機関101の運転状態、例えば、機関負荷、機関回転速度、機関温度、始動状態などに基づいて目標位相角TAを演算する一方、クランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角RAを検出する。
目標位相角TAは、可変バルブタイミング機構114のフィードバック制御における目標値であり、目標進角量、目標バルブタイミング、目標変換角として表すこともできる。また、制御装置201は、目標位相角TAを、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとの当接で制限される作動範囲内に設定される制御範囲内の値として設定する。
そして、制御装置201は、目標位相角TAに相対回転位相角RAの検出値が近づくように電動モータ12の操作量を演算して出力する、回転位相のフィードバック制御(位相角フィードバック制御)を実施する。
そして、制御装置201は、目標位相角TAに相対回転位相角RAの検出値が近づくように電動モータ12の操作量を演算して出力する、回転位相のフィードバック制御(位相角フィードバック制御)を実施する。
この回転位相のフィードバック制御において、制御装置201は、例えば目標位相角TAと相対回転位相角RAの検出値との偏差に基づく比例積分制御(PI制御)などによって、電動モータ12の操作量を演算する。電動モータ12の操作量は、例えば、PWM制御におけるデューティ比である。
制御装置201は、クランク角センサ203及びカム角センサ204の出力に基づき相対回転位相角RAを検出する。つまり、クランク角センサ203とカム角センサ204との組み合わせが、可変バルブタイミング機構114の作動位置を検出するセンサ(位置センサ、作動角センサ)を構成する。
制御装置201は、クランク角センサ203及びカム角センサ204の出力に基づき相対回転位相角RAを検出する。つまり、クランク角センサ203とカム角センサ204との組み合わせが、可変バルブタイミング機構114の作動位置を検出するセンサ(位置センサ、作動角センサ)を構成する。
制御装置201は、例えば、クランク角センサ203が出力する回転角信号POSに基づき検出した基準クランク角位置から回転角信号CAMが入力されるまでの角度を、回転角信号POSのカウント値や機関回転速度に基づく経過時間の角度換算などによって計測して、クランクシャフト109に対する吸気カムシャフト115aの相対回転位相角RA(進角量、バルブタイミング、変換角)を演算する。
なお、可変バルブタイミング機構114の実作動位置を検出するセンサを、クランク角センサ203とカム角センサ204との組み合わせに限定するものではなく、例えば、位相変化に応じて出力が連続的に変化するセンサなどを備えることができる。
また、制御装置201は、基準クランク角位置毎に相対回転位相角RAの検出値が更新される間で、モータ回転角センサ210の出力に基づき相対回転位相角RAの変化を推定することができる。
また、制御装置201は、基準クランク角位置毎に相対回転位相角RAの検出値が更新される間で、モータ回転角センサ210の出力に基づき相対回転位相角RAの変化を推定することができる。
更に、制御装置201は、クランク角センサ203及びカム角センサ204の出力に基づく相対回転位相角RAの検出において、検出値と実際値とのずれを校正(キャリブレーション)するために、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接する位置(ストッパ当接位置)で相対回転位相角RAを検出し、このストッパ当接位置での検出値(センサ出力)を計測基準として相対回転位相角RAの検出特性を更新する、位相角検出の学習処理を実施する。
図5のフローチャートは、制御装置201による学習処理の一例を示す。図5のフローチャートに示すルーチンは、制御装置201により所定時間毎の割り込み処理で実行される。
図5のフローチャートに示した学習処理を、以下に概説する。
図5のフローチャートに示した学習処理を、以下に概説する。
制御装置201は、学習処理の実行条件が成立していることを検出すると、機械的ストッパが当接する位置に向けて可変バルブタイミング機構114を制御し、ストッパ当接位置で検出した相対回転位相角RAに基づき、実位相角と検出値との相関を校正するための学習値(補正値、補正係数、変換特性など)を更新する。
また、制御装置201は、ストッパ当接位置に向けて可変バルブタイミング機構114を制御するときに、学習処理が初回であるか否かに応じて、ストッパ当接位置にまで作動させるときの可変バルブタイミング機構114の作動速度(位相角変化速度、モータの回転速度)を切り替える。
また、制御装置201は、ストッパ当接位置に向けて可変バルブタイミング機構114を制御するときに、学習処理が初回であるか否かに応じて、ストッパ当接位置にまで作動させるときの可変バルブタイミング機構114の作動速度(位相角変化速度、モータの回転速度)を切り替える。
学習処理の初回とは、クランク角センサ203、カム角センサ204や可変バルブタイミング機構114などを内燃機関101に組み付けた後に初めて実施される学習処理や、制御装置201が交換された後に初めて実施される学習処理など、学習処理が実施された履歴がなく、検出値と実際値とのずれが校正されない状態である。
この場合、センサなどの組み付けばらつきやセンサの出力ばらつきなどによって、相対回転位相角RAの検出値と実際値との間に所定以上のずれ(検出誤差)が発生している可能性がある。
この場合、センサなどの組み付けばらつきやセンサの出力ばらつきなどによって、相対回転位相角RAの検出値と実際値との間に所定以上のずれ(検出誤差)が発生している可能性がある。
制御装置201は、学習処理の実施履歴がない場合(前回の学習結果がメモリに記憶されていない場合、学習値が初期値である場合)に、学習処理の初回であることを検出することができる。
そして、学習処理の初回である場合、機械的ストッパが当接する位置が不明である(機械的ストッパが当接する可能性のある範囲が広い)のに対し、2回目以降の学習処理では、組み付け位置のばらつきなどが略学習済みで経時変化などによるずれを学習することになるため、機械的ストッパが当接する位置は前回学習時における当接位置近傍の範囲に限定されることになる。
そして、学習処理の初回である場合、機械的ストッパが当接する位置が不明である(機械的ストッパが当接する可能性のある範囲が広い)のに対し、2回目以降の学習処理では、組み付け位置のばらつきなどが略学習済みで経時変化などによるずれを学習することになるため、機械的ストッパが当接する位置は前回学習時における当接位置近傍の範囲に限定されることになる。
このため、学習処理の2回目以降においては、機械的ストッパが当接すると予測される位置の近傍までは可変バルブタイミング機構114を比較的速い速度で作動させ、ストッパ当接が見込まれる領域に達したときに作動速度を遅く変更することで、学習処理に要する時間を短くしつつ、機械的ストッパが当接するときの衝突エネルギーを十分に小さくすることができる。
一方、学習処理の初回において、ストッパ当接位置に向けた制御を2回目以降と同様に実施すると、作動速度を低下させる前に機械的ストッパが当接することで、機械的ストッパなどに過大な衝突エネルギーが加わる可能性がある。
一方、学習処理の初回において、ストッパ当接位置に向けた制御を2回目以降と同様に実施すると、作動速度を低下させる前に機械的ストッパが当接することで、機械的ストッパなどに過大な衝突エネルギーが加わる可能性がある。
ここで、学習処理が初回であるか2回目以降であるかに関わらずに、機械的ストッパが当接するときの衝突エネルギーを十分に抑制できるように、ストッパ当接位置に向けての作動速度を一律に遅くすると、2回目以降の学習処理に要する時間が無用に長くなってしまう。
そこで、制御装置201は、可変バルブタイミング機構114を機械的ストッパで制限される位置にまで作動させるときの作動速度を、学習処理の初回では2回目以降よりも遅くする、換言すれば、学習処理を行った経験がある場合には学習経験がない場合よりもストッパ当接位置に向けての作動速度を速くする。
これにより、2回目以降の学習処理に要する時間を可及的に短くしつつ、初回の学習処理においては、機械的ストッパなどに過大な衝突エネルギーが加わることを抑制できる。
そこで、制御装置201は、可変バルブタイミング機構114を機械的ストッパで制限される位置にまで作動させるときの作動速度を、学習処理の初回では2回目以降よりも遅くする、換言すれば、学習処理を行った経験がある場合には学習経験がない場合よりもストッパ当接位置に向けての作動速度を速くする。
これにより、2回目以降の学習処理に要する時間を可及的に短くしつつ、初回の学習処理においては、機械的ストッパなどに過大な衝突エネルギーが加わることを抑制できる。
以下、図5のフローチャートに基づき学習処理の流れを説明する。
制御装置201は、ステップS101にて、学習処理を実施する条件が成立しているか否かを検出する。
例えば、内燃機関101が停止状態であること、又は、内燃機関101が所定の低負荷域(燃料カット状態を含む)で運転されている状態であることなど、学習処理が内燃機関101の運転に影響を与えない状態であることを、学習処理の実施条件とすることができる。また、例えば、前回学習処理を実施したときからの経過期間などを学習処理の実施条件に含めることができる。
制御装置201は、ステップS101にて、学習処理を実施する条件が成立しているか否かを検出する。
例えば、内燃機関101が停止状態であること、又は、内燃機関101が所定の低負荷域(燃料カット状態を含む)で運転されている状態であることなど、学習処理が内燃機関101の運転に影響を与えない状態であることを、学習処理の実施条件とすることができる。また、例えば、前回学習処理を実施したときからの経過期間などを学習処理の実施条件に含めることができる。
制御装置201は、学習処理の実施条件が成立していればステップS102へ進み、学習処理の実施条件が成立していない場合には、そのまま本ルーチンを終了させることで学習処理を実施しない。
制御装置201は、ステップS102で、初回の学習処理であるか2回目以降の学習処理であるかを、例えば、メモリに前回の学習値(学習処理の実施履歴)が記憶されているか否かに基づいて検出する。
制御装置201は、ステップS102で、初回の学習処理であるか2回目以降の学習処理であるかを、例えば、メモリに前回の学習値(学習処理の実施履歴)が記憶されているか否かに基づいて検出する。
そして、制御装置201は、学習処理の初回であることを検出すると、ステップS103へ進む。
制御装置201は、ステップS103で、可変バルブタイミング機構114の作動位置が、ストッパ凸部1dの側面がストッパ凹溝2bの対向面2dに当接する位置に当接する位置、つまり、機械的ストッパで制限される最遅角位置(遅角側の機械的限界位置)になるように電動モータ12を駆動制御する。
制御装置201は、ステップS103で、可変バルブタイミング機構114の作動位置が、ストッパ凸部1dの側面がストッパ凹溝2bの対向面2dに当接する位置に当接する位置、つまり、機械的ストッパで制限される最遅角位置(遅角側の機械的限界位置)になるように電動モータ12を駆動制御する。
ステップS103における作動制御において、制御装置201は、クランク角センサ203及びカム角センサ204の出力に基づき検出した位相角RAの変化速度ΔRA(可変バルブタイミング機構114の作動速度)を演算し、この変化速度ΔRAが初回学習用の目標速度ΔRAtgに近づくように、遅角方向に向けて電動モータ12を駆動させるときの操作量を増減させる、速度フィードバック制御を実施する。
つまり、速度フィードバック制御において、制御装置201は、遅角方向に向けて電動モータ12を駆動させたときの変化速度ΔRAが目標速度ΔRAtgよりも速い場合には、電動モータ12の印加電圧を低下させてモータトルクを低く変更する。
つまり、速度フィードバック制御において、制御装置201は、遅角方向に向けて電動モータ12を駆動させたときの変化速度ΔRAが目標速度ΔRAtgよりも速い場合には、電動モータ12の印加電圧を低下させてモータトルクを低く変更する。
逆に、変化速度ΔRAが目標速度ΔRAtgよりも遅い場合、制御装置201は、電動モータ12の印加電圧を増大させてモータトルクを高く変更し、これによって、可変バルブタイミング機構114の作動位置が目標速度ΔRAtg付近の速度でストッパ当接位置(最遅角位置、遅角側の機械的限界位置)に近づくように制御する。
ここで、目標速度ΔRAtgは、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接したときに、ストッパ凸部1d及びストッパ凹溝2bに過剰な衝撃エネルギーが加わらないように、つまり、機械的ストッパの衝突速度の許容上限値を超えないような速度に、予め適合されている。
ここで、目標速度ΔRAtgは、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接したときに、ストッパ凸部1d及びストッパ凹溝2bに過剰な衝撃エネルギーが加わらないように、つまり、機械的ストッパの衝突速度の許容上限値を超えないような速度に、予め適合されている。
学習処理の初回である場合、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接する可能性がある作動領域が2回目以降の学習時よりも広いが、上記のように、衝突エネルギーを十分に小さく抑制できる速度で、可変バルブタイミング機構114の作動位置をストッパ当接位置に向けて変位させる。
従って、学習処理の初回であっても、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが過剰に速い速度で衝突することを抑制でき、ストッパ凸部1d、ストッパ凹溝2bの破損や噛み込みが発生することを抑制できる。
従って、学習処理の初回であっても、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが過剰に速い速度で衝突することを抑制でき、ストッパ凸部1d、ストッパ凹溝2bの破損や噛み込みが発生することを抑制できる。
また、制御装置201は、実際の変化速度ΔRAと目標速度ΔRAtgとを比較して、電動モータ12の操作量(印加電圧)を調整し、実際の変化速度ΔRAを目標速度ΔRAtg付近に維持させるので、実際にストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接するときの作動速度が目標速度ΔRAtgからずれることを抑制でき、機械的ストッパの破損及び噛み込みを抑制しつつ可及的に速い速度でストッパ当接位置に向けて作動させることができ、学習処理に要する時間を短くできる。
なお、ステップS103における、可変バルブタイミング機構114の作動位置をストッパ当接位置に向けて変位させる制御は、上記の速度フィードバック制御に限定されず、制御装置201は、ステップS103において、電動モータ12の操作量(印加電圧)を予め設定した初回学習用操作量に固定する制御(一定の操作量を継続して与えるフィードフォワード制御、操作量固定制御)を実施することができる。
前記初回学習用操作量は、変化速度ΔRAが前記目標速度ΔRAtgよりも所定以上に速くなることがないような値、つまり、種々のばらつき要因があっても目標速度ΔRAtg付近で位相角RAが変化することになるような値として予め適合される。
従って、速度フィードバック制御に代えて操作量固定制御を実施した場合も、初回の学習処理において、ストッパ凸部1d、ストッパ凹溝2bの破損や噛み込みが発生することを抑制できる。
また、操作量固定制御では、実際の変化速度ΔRAにばらつきが発生する可能性があるものの、速度フィードバック制御に比べ、可変バルブタイミング機構114の作動位置をストッパ当接位置に向けて変位させる制御を簡易に行える。
従って、速度フィードバック制御に代えて操作量固定制御を実施した場合も、初回の学習処理において、ストッパ凸部1d、ストッパ凹溝2bの破損や噛み込みが発生することを抑制できる。
また、操作量固定制御では、実際の変化速度ΔRAにばらつきが発生する可能性があるものの、速度フィードバック制御に比べ、可変バルブタイミング機構114の作動位置をストッパ当接位置に向けて変位させる制御を簡易に行える。
制御装置201は、ステップS103において、速度フィードバック制御又は操作量固定制御によって、可変バルブタイミング機構114の作動位置をストッパ当接位置に向けて変位させ、次のステップS104では、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したか否かを検出する。
ステップS104で、制御装置201は、例えば、変化速度ΔRAが略零の状態、つまり、可変バルブタイミング機構114の作動位置が変化しない状態が所定時間以上継続しているときに、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したことを検出することができる。
ステップS104で、制御装置201は、例えば、変化速度ΔRAが略零の状態、つまり、可変バルブタイミング機構114の作動位置が変化しない状態が所定時間以上継続しているときに、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したことを検出することができる。
つまり、可変バルブタイミング機構114を遅角側に向けて作動させた結果、ストッパ当接位置に到達すると、可変バルブタイミング機構114の作動位置の変化は停止し、機械的ストッパに押し付けられた状態を保持することになる。
そこで、制御装置201は、可変バルブタイミング機構114の作動位置が変化しない状態に安定したときに、ストッパ当接位置に到達したことを検出する。
そこで、制御装置201は、可変バルブタイミング機構114の作動位置が変化しない状態に安定したときに、ストッパ当接位置に到達したことを検出する。
なお、速度フィードバック制御では、ストッパ当接位置に到達した後も目標速度ΔRAtgを維持しようとして操作量を変化させることになるので、制御装置201は、ストッパ当接位置に到達したことを検出したときに、速度フィードバック制御を停止し、電動モータ12の操作量を所定値にまで低下させることができる。
これにより、機械的ストッパの押し付けトルクが過剰になることを抑制できる。
これにより、機械的ストッパの押し付けトルクが過剰になることを抑制できる。
制御装置201は、ステップS104で、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したことを検出するまでは、ステップS103に戻って可変バルブタイミング機構114の作動位置をストッパ当接位置に向けて変位させる制御(速度フィードバック制御又は操作量固定制御)を継続する。
そして、制御装置201は、ステップS104で、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したことを検出すると、ステップS107へ進み、ストッパ当接位置(最遅角位置)で検出した位相角RAに基づき、実位相角と検出値との相関を校正するための学習値(補正値、変換特性)を更新する。
そして、制御装置201は、ステップS104で、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したことを検出すると、ステップS107へ進み、ストッパ当接位置(最遅角位置)で検出した位相角RAに基づき、実位相角と検出値との相関を校正するための学習値(補正値、変換特性)を更新する。
つまり、制御装置201は、ストッパ当接位置で検出した位相角RAが、ストッパ当接位置に見合う値でない場合、係るずれを校正すべく学習値を更新する。
制御装置201は、ストッパ当接位置で検出した位相角RA(センサ出力)をそのまま学習値として更新記憶させたり、位相角検出値の誤差を修正するためのオフセット補正値を学習値として更新記憶させたりすることができ、係る学習値に基づき最終的な位相角の検出値を設定することで、可変バルブタイミング機構114の制御範囲を更新する。
制御装置201は、ストッパ当接位置で検出した位相角RA(センサ出力)をそのまま学習値として更新記憶させたり、位相角検出値の誤差を修正するためのオフセット補正値を学習値として更新記憶させたりすることができ、係る学習値に基づき最終的な位相角の検出値を設定することで、可変バルブタイミング機構114の制御範囲を更新する。
一方、制御装置201は、ステップS102で、学習処理が2回目以降の学習処理である(初回でない)ことを検出すると、ステップS105に進む。
制御装置201は、ステップS105で、クランク角センサ203及びカム角センサ204の出力に基づき検出した位相角RAが、学習処理用の目標位相角RAtgに近づくように電動モータ12の操作量を設定する、位相角フィードバック制御(位置フィードバック制御)を実施する。
制御装置201は、ステップS105で、クランク角センサ203及びカム角センサ204の出力に基づき検出した位相角RAが、学習処理用の目標位相角RAtgに近づくように電動モータ12の操作量を設定する、位相角フィードバック制御(位置フィードバック制御)を実施する。
例えば、制御装置201は、クランク角センサ203及びカム角センサ204の出力に基づき検出した位相角RAと、学習処理用の目標位相角RAtgとの偏差(制御エラー)を演算し、この偏差に基づく比例積分動作(PI動作)又は比例積分微分動作(PID動作)によって、電動モータ12の操作量(デューティ比)を決定する。
ここで、学習処理用の目標位相角RAtgは、現状の位相角RAの検出特性においてストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接すると見込まれる位相角検出値よりも遅角側の位置、つまり、検出特性上での最遅角位置よりも遅角側に所定だけずれた位置に設定される。
ここで、学習処理用の目標位相角RAtgは、現状の位相角RAの検出特性においてストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接すると見込まれる位相角検出値よりも遅角側の位置、つまり、検出特性上での最遅角位置よりも遅角側に所定だけずれた位置に設定される。
これにより、実際にストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接する位置が、検出特性上での最遅角位置から更に遅角側にずれていても、位相角フィードバック制御によってストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが当接する位置まで可変バルブタイミング機構114を作動させることができる。
従って、検出特性上での最遅角位置よりも遅角側に所定だけずれた制御目標位置とは、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが実際に当接する位置(実最遅角位置)と検出特性上での最遅角位置とのずれ量の予測に基づき設定される値であり、予測される範囲内のずれ量であれば、位相角フィードバック制御によって機械的ストッパを当接させることができるように設定される。
従って、検出特性上での最遅角位置よりも遅角側に所定だけずれた制御目標位置とは、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが実際に当接する位置(実最遅角位置)と検出特性上での最遅角位置とのずれ量の予測に基づき設定される値であり、予測される範囲内のずれ量であれば、位相角フィードバック制御によって機械的ストッパを当接させることができるように設定される。
制御装置201は、位相角フィードバック制御を実施している状態でステップS106に進み、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したか否かをステップS104と同様にして検出する。
そして、制御装置201は、ストッパ当接位置に到達したことを検出するまでは、ステップS105に戻って可変バルブタイミング機構114の作動位置を目標位相角RAtgに向けて変位させる制御(位相角フィードバック制御)を継続する。
そして、制御装置201は、ストッパ当接位置に到達したことを検出するまでは、ステップS105に戻って可変バルブタイミング機構114の作動位置を目標位相角RAtgに向けて変位させる制御(位相角フィードバック制御)を継続する。
制御装置201は、ステップS106で、可変バルブタイミング機構114の作動位置がストッパ当接位置に到達したことを検出すると、ステップS107へ進み、ストッパ当接位置(最遅角位置)で検出した位相角RAに基づき、実位相角と検出値との相関を校正するための学習値(補正値、変換特性)を更新する。
ステップS105において位相角フィードバック制御を実施したときの位相角RAの変化速度ΔRAは、目標位相角RAtgに近づくほど(制御エラーが小さくなるほど)遅くなる。
ステップS105において位相角フィードバック制御を実施したときの位相角RAの変化速度ΔRAは、目標位相角RAtgに近づくほど(制御エラーが小さくなるほど)遅くなる。
ここで、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが実際に当接する位置付近での変化速度ΔRAは、初回学習処理における速度フィードバック制御での目標速度ΔRAtgと同等となり、ストッパ当接位置から離れるほど(ストッパ当接位置に向けた制御の開始当初は)目標速度ΔRAtgよりも速くなるようにフィードバック応答及び目標速度ΔRAtgを設定してある。
つまり、制御装置201は、可変バルブタイミング機構114を機械的ストッパで制限される位置にまで作動させるときの作動速度を、学習処理の初回では2回目以降よりも遅くする。
学習処理の2回目以降では、前回までの学習結果が作動位置の検出に反映されるため、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが実際に当接する位置と、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置とのずれが初回学習時に比べて小さくなる。
学習処理の2回目以降では、前回までの学習結果が作動位置の検出に反映されるため、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとが実際に当接する位置と、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置とのずれが初回学習時に比べて小さくなる。
このため、学習処理の2回目以降では、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置に向けて可変バルブタイミング機構114を作動させる位相角フィードバック制御を実施しても、変化速度ΔRAが十分に遅くなってから、ストッパ凸部1dとストッパ凹溝2bとを当接させることができる。
一方、学習処理の初回では、検出値と実際の作動位置とのずれが大きく、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置に向けて可変バルブタイミング機構114を作動させる位相角フィードバック制御を実施した場合、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置に達する前の比較的大きな制御偏差が算出される状態でストッパ当接位置に到達する可能性がある。
一方、学習処理の初回では、検出値と実際の作動位置とのずれが大きく、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置に向けて可変バルブタイミング機構114を作動させる位相角フィードバック制御を実施した場合、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置に達する前の比較的大きな制御偏差が算出される状態でストッパ当接位置に到達する可能性がある。
位相角フィードバック制御においては、制御偏差が大きいと変化速度ΔRAが速くなるから、学習処理の初回で位相角フィードバック制御によりストッパ当接位置にまで作動させるようにすると、速い速度で作動位置が変化している状態でストッパ当接位置に到達して過剰な衝突エネルギーが生じる可能性がある。
そこで、学習処理の2回目以降では、位相角フィードバック制御によってストッパ当接位置にまで作動させる一方、学習処理の初回では、速度フィードバック制御又は操作量固定制御によってストッパ当接位置にまで作動させるようにすることで、許容上限値以下の衝突エネルギーで機械的ストッパが当接することになる十分に遅い略一定の速度で作動位置を変化させ、どの時点でストッパ当接位置に到達したとしても過剰な衝突エネルギーを与えることにならないようにする。
そこで、学習処理の2回目以降では、位相角フィードバック制御によってストッパ当接位置にまで作動させる一方、学習処理の初回では、速度フィードバック制御又は操作量固定制御によってストッパ当接位置にまで作動させるようにすることで、許容上限値以下の衝突エネルギーで機械的ストッパが当接することになる十分に遅い略一定の速度で作動位置を変化させ、どの時点でストッパ当接位置に到達したとしても過剰な衝突エネルギーを与えることにならないようにする。
これにより、学習処理の2回目以降では、作動位置をストッパ当接位置付近にまで応答良く変化させて学習処理を効率良く行わせることができ、かつ、学習処理の初回では、過大な衝突エネルギーによってストッパ凸部1dやストッパ凹溝2bの損傷、噛み込みが発生することを抑制できる。
なお、制御装置201は、ステップS105において、位相角フィードバック制御によってストッパ当接位置であると見込まれる検出位置の所定近傍領域に達したときに、位相角フィードバック制御から初回学習処理で実施する速度フィードバック制御又は操作量固定制御に切替えることができる。
なお、制御装置201は、ステップS105において、位相角フィードバック制御によってストッパ当接位置であると見込まれる検出位置の所定近傍領域に達したときに、位相角フィードバック制御から初回学習処理で実施する速度フィードバック制御又は操作量固定制御に切替えることができる。
前記所定近傍領域内で実施される速度フィードバック制御又は操作量固定制御では、学習処理の初回での目標速度ΔRAtgと略同等の変化速度ΔRAになるように制御特性が設定される。
このように、位相角フィードバック制御から速度フィードバック制御又は操作量固定制御に切り替えるようにすれば、前記所定近傍領域内では作動位置の変化速度の変動が抑えられ機械的ストッパが当接するときの衝突エネルギーのばらつきを抑制できる。
このように、位相角フィードバック制御から速度フィードバック制御又は操作量固定制御に切り替えるようにすれば、前記所定近傍領域内では作動位置の変化速度の変動が抑えられ機械的ストッパが当接するときの衝突エネルギーのばらつきを抑制できる。
従って、機械的ストッパが実際に当接する位置と、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置とのずれが比較的大きい状態であっても、十分に低い速度エネルギーで機械的ストッパを当接させることができる。
なお、前記所定近傍領域は、機械的ストッパが実際に当接する位置と、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置とのずれ量の予測に基づいて設定される領域であり、通常の経時変化によって発生するずれ量が含まれる領域に設定される。
なお、前記所定近傍領域は、機械的ストッパが実際に当接する位置と、ストッパ当接位置であると見込まれる検出位置とのずれ量の予測に基づいて設定される領域であり、通常の経時変化によって発生するずれ量が含まれる領域に設定される。
図6(A)(B)(C)は、学習処理において、可変バルブタイミング機構114の作動位置(位相角)がストッパ当接位置(最遅角位置又は最進角位置)に向けて変化する特性の一例を示す。
図6(A)は、学習処理の初回であって、速度フィードバック制御又は操作量固定制御によって可変バルブタイミング機構114をストッパ当接位置に向けて作動させるときの作動位置(位相角)の変化を例示する。
図6(A)は、学習処理の初回であって、速度フィードバック制御又は操作量固定制御によって可変バルブタイミング機構114をストッパ当接位置に向けて作動させるときの作動位置(位相角)の変化を例示する。
速度フィードバック制御又は操作量固定制御では、制御開始から略一定の速度で作動位置(位相角)がストッパ当接位置に近づく方向に変化し、このときの変化速度を、機械的ストッパの損傷や噛み込みなどの発生を十分に抑制できる上限速度以下に制限する。
これにより、作動位置がストッパ当接位置に近づく方向に変化している過程のどのタイミングで実際にストッパ当接が発生しても、機械的ストッパの衝突エネルギーを小さく抑制して、機械的ストッパの損傷、噛み込みが発生することを抑制できる。
これにより、作動位置がストッパ当接位置に近づく方向に変化している過程のどのタイミングで実際にストッパ当接が発生しても、機械的ストッパの衝突エネルギーを小さく抑制して、機械的ストッパの損傷、噛み込みが発生することを抑制できる。
一方、図6(B)は、学習処理の2回目以降であって、位相角フィードバック制御によって可変バルブタイミング機構114をストッパ当接位置に向けて作動させるときの作動位置(位相角)の変化を例示する。
位相角フィードバック制御では、制御エラーに応じて可変バルブタイミング機構114の操作量を決定することから、制御エラーが小さくなるほど(位相角の検出値が目標位相角に近づくほど)、作動位置(位相角)の変化速度は遅くなる。
位相角フィードバック制御では、制御エラーに応じて可変バルブタイミング機構114の操作量を決定することから、制御エラーが小さくなるほど(位相角の検出値が目標位相角に近づくほど)、作動位置(位相角)の変化速度は遅くなる。
一方、学習処理の2回目以降であって学習処理を経験していれば、位相角の検出値と実際の位相角とのずれが十分に小さくなっているから、機械的ストッパは目標位相角近傍の狭い領域内、つまり、制御エラーが所定値よりも小さくなってから当接することになり、機械的ストッパの損傷、噛み込みの発生を十分に抑制できる速度で機械的ストッパを当接させることができる。
また、図6(C)は、学習処理の2回目以降であって、制御エラーが所定値よりも小さくなったときに(制御目標位相角の所定近傍領域に達したときに)、位相角フィードバック制御から速度フィードバック制御又は操作量固定制御に切り替えて、可変バルブタイミング機構114の作動位置をストッパ当接位置に到達させる構成としたときの作動位置(位相角)の変化を例示する。
学習処理の2回目以降であって学習処理を経験していて、位相角の検出値と実際の位相角とのずれが十分に小さくなって場合に、通常予測されるずれ量範囲が速度フィードバック制御又は操作量固定制御が行われる領域に含まれるように、制御切り替えを行う制御エラーの閾値を設定しておけば、速度フィードバック制御又は操作量固定制御が行われているときに機械的ストッパを当接させることができる。
学習処理の2回目以降であって学習処理を経験していて、位相角の検出値と実際の位相角とのずれが十分に小さくなって場合に、通常予測されるずれ量範囲が速度フィードバック制御又は操作量固定制御が行われる領域に含まれるように、制御切り替えを行う制御エラーの閾値を設定しておけば、速度フィードバック制御又は操作量固定制御が行われているときに機械的ストッパを当接させることができる。
従って、速度フィードバック制御又は操作量固定制御による位相角変化速度を、機械的ストッパの衝突エネルギーが許容上限値以下となる速度(初回学習時と同等の速度)に設定することで機械的ストッパの損傷、噛み込みの発生を抑制でき、また、ストッパ当接位置の近傍領域に達する前は、位相角フィードバック制御により近傍領域内であるときよりも速い速度で作動位置を変化させることで、学習に要する時間を短くできる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、制御装置201は、機械的ストッパの当接位置での学習処理を、最進角側の当接位置(進角側の機械的限界位置)で行うことができ、更に、最進角側及び最遅角側の双方の当接位置で学習を行うことができる。
例えば、制御装置201は、機械的ストッパの当接位置での学習処理を、最進角側の当接位置(進角側の機械的限界位置)で行うことができ、更に、最進角側及び最遅角側の双方の当接位置で学習を行うことができる。
また、可変バルブタイミング機構114は、電動モータ12をアクチュエータとして用いる電動式の可変バルブタイミング機構に限定されず、例えば、特開2013−185546号公報に開示される油圧式の可変バルブタイミング機構や、特開2009−281355号公報に開示される電磁式の可変バルブタイミング機構などを採用し、上記の実施形態と同様にして学習処理を実施することができる。
また、学習処理の初回において、位相角フィードバック制御から速度フィードバック制御又は操作量固定制御に切り替えるよう構成し、速度フィードバック制御又は操作量固定制御を実施する領域、つまり、作動位置の変化速度を遅くする領域を、2回目以降において制御切り替えを行う場合よりも広く設定することができる。
また、学習値の更新において、例えば、前回値までの学習値と最新の学習値との加重平均値を、最終的な学習値として更新記憶させることができる。
係る構成とした場合、位相角の検出値と実際の位相角とのずれ量は、学習の進行(学習回数の増加)に応じて徐々に小さくなるので、学習処理の3回目以降においても、前回学習時より位相角(作動位置)の変化速度を遅くする処理を実施する構成とすることができる。
係る構成とした場合、位相角の検出値と実際の位相角とのずれ量は、学習の進行(学習回数の増加)に応じて徐々に小さくなるので、学習処理の3回目以降においても、前回学習時より位相角(作動位置)の変化速度を遅くする処理を実施する構成とすることができる。
また、可変バルブタイミング機構114は、吸気バルブ105のバルブタイミングを変更する機構に限定されず、排気バルブ110のバルブタイミングを変更する機構とすることができる。
また、制御装置201は、外部からの指令信号に基づき、学習処理を初回として実施するか2回目以降として実施するかを決定することができる。
例えば、クランク角センサ203、カム角センサ204や可変バルブタイミング機構114などを内燃機関101に組み付けた後や、これらデバイスの調整作業を行った後に、作業者が、外部から制御装置201に初回学習の指令を与えると、可変バルブタイミング機構114の機械的ストッパ位置の学習を、2回目以降の学習よりも作動速度を遅くして実施するよう構成することができる。
例えば、クランク角センサ203、カム角センサ204や可変バルブタイミング機構114などを内燃機関101に組み付けた後や、これらデバイスの調整作業を行った後に、作業者が、外部から制御装置201に初回学習の指令を与えると、可変バルブタイミング機構114の機械的ストッパ位置の学習を、2回目以降の学習よりも作動速度を遅くして実施するよう構成することができる。
また、制御装置201が更新可能にメモリに記憶する学習値が、外部からの指令に応じて任意に初期値にリセットできるよう構成し、制御装置201は、学習値が初期値であるときを学習処理の初回として検出することができる。
1d…ストッパ凸部(機械的ストッパ)、2b…ストッパ凹溝(機械的ストッパ)、101…内燃機関、105…吸気バルブ、109…クランクシャフト、114…可変バルブタイミング機構、115a…吸気カムシャフト、201…制御装置、203…クランク角センサ、204…カム角センサ、210…モータ回転角センサ
Claims (5)
- クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を機械的ストッパによる作動範囲内で可変とする可変バルブタイミング機構と、前記可変バルブタイミング機構の作動位置を検出するセンサと、を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記機械的ストッパで制限される位置での前記センサの出力に基づき前記可変バルブタイミング機構の制御範囲を更新する学習処理において、前記可変バルブタイミング機構を前記機械的ストッパで制限される位置にまで作動させるときの作動速度を、前記学習処理の初回では2回目以降よりも遅くする、内燃機関の制御装置。 - 2回目以降の学習処理では前記可変バルブタイミング機構が前記機械的ストッパで制限される位置に近づくに応じて作動速度を遅くし、初回の学習処理では、前記学習処理の2回目以降において前記可変バルブタイミング機構が前記機械的ストッパで制限される位置に到達するときの作動速度以下の作動速度で前記可変バルブタイミング機構を前記機械的ストッパで制限される位置にまで作動させる、請求項1記載の内燃機関の制御装置。
- 初回の学習処理では、前記センサの出力に基づく前記可変バルブタイミング機構の作動速度の測定値に応じて前記可変バルブタイミング機構の操作量を変更して、前記可変バルブタイミング機構を前記機械的ストッパで制限される位置に到達させる、請求項1又は2記載の内燃機関の制御装置。
- 初回の学習処理では、前記可変バルブタイミング機構の操作量を固定値として、前記可変バルブタイミング機構を前記機械的ストッパで制限される位置に到達させる、請求項1又は2記載の内燃機関の制御装置。
- 2回目以降の学習処理では、少なくとも前記機械的ストッパで制限される位置の所定近傍位置に到達するまで、前記センサの出力に基づく前記可変バルブタイミング機構の作動位置の測定値に応じて前記可変バルブタイミング機構の操作量を変更する、請求項1から4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
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