JP2019019719A - 内燃機関の可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物噛み込みによる誤学習を抑制しながら、実行契機が得やすい基準位置学習処理が可能な、内燃機関の可変動弁機構の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の可変動弁機構の制御装置は、内燃機関の始動後、コントロールシャフトを所定の始動位置から所定の暖気前位置に変位させ、暖気が完了し、かつ、暖気完了後初めて所定の開度以上のアクセル開操作を受け付けるという条件が満たされた場合に、コントロールシャフトを吸入空気量が大きくなる方向に、コントロールシャフトが停止するまで変位させ、暖気前位置から、コントロールシャフトが停止した位置までの、コントロールシャフトの変位量を取得し、変位量が所定の閾値未満であれば、基準位置の更新を行わず、変位量が所定の閾値以上であれば、基準位置を停止した位置に更新する。【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁機構の制御装置に関する。

車両等に用いられる内燃機関（エンジン）の吸気バルブの作用角（リフト期間）や最大リフト量を可変にする可変動弁機構が知られている。可変動弁機構は、吸気カムに当接する入力アームと、ロッカーアームに当接する出力アームとを備える仲介機構を有する。入力アームと出力アームとは、互いの相対位置が、コントロールシャフトの軸方向の変位によって変化するように構成されている。相対位置を制御することによって、吸気カムから吸気バルブへの運動の伝え方を変化させ、作用角や最大リフト量を変化させることができる。

可変動弁機構を制御する制御装置は、コントロールシャフト可動範囲の端部を基準位置として、そこからの積算変位量をセンサで取得することによって、コントロールシャフトの現在位置を検出し、これに基づいて、可変動弁機構の制御を行う。しかし、電力断等により積算変位量が不明になったり誤差が発生したりする場合がある。その場合の対応として、コントロールシャフトを物理的な可動限界位置まで駆動してその位置を基準位置として学習し、変位量をリセットする処理を行う。

このような基準位置学習として、コントロールシャフトを作用角（リフト期間）や最大リフト量を最大にする方向の端部（Ｈｉ端、最大位置）に変位させその位置を学習する最大位置学習と、最小にする方向の端部（Ｌｏ端、最小位置）に変位させその位置を学習する最小位置学習とがある。

最小位置学習処理の実行時には空気吸入量が著しく制限されるため、実行の契機が得られにくいため、一般には最大位置学習が行われる。また、最大位置学習であっても、エンジンの暖気中にはエンジンオイルの粘度が高く、大きな駆動力を要するため、暖気完了前には行わないことが好ましい。特許文献１は、このような暖気完了後の最大位置学習処理時に急加速するおそれを低減するため、スロットルバルブの開度が所定量未満であること等の条件を満たす場合のみ、最大位置学習処理を行うことを開示している。

基準位置の学習において、コントロールシャフトを駆動する各部品において異物が噛み込んだ場合、本来の可動限界位置まで変位する手前の位置で、コントロールシャフトの変位が停止してしまい、その位置を基準処理と誤学習してしまうおそれがある。この場合、コントロールシャフトの現在位置が正確に検知できなくなり、可変バルブ機構を好適に制御できなくなり加速不良や急減速が発生するおそれがある。特許文献２および３は、最大位置学習で端部として検出した位置と最小位置学習で端部として検出した位置との間の変位量を所定値と比較することによって、誤学習を検出することを開示している。

特開２００８−２８６１７３号公報 特開２００８−２８６１７２号公報 特開２００８−１５７０８８号公報

異物噛み込みによる誤学習を検出するため特許文献２、３が開示する方法では、最小位置学習と最大位置学習との両方を実行する必要がある。しかし、このようにコントロールシャフトを可動範囲の全範囲で移動させる契機を得ることは運転やエンジンの状態によっては困難な場合がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、異物噛み込みによる誤学習を抑制しながら、実行契機が得やすい基準位置学習処理が可能な、内燃機関の可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、コントロールシャフトを所定の可動範囲内で変位させ、可動範囲の端部位置として記憶した基準位置からの変位量を制御することにより、吸気バルブのリフト期間および最大リフト量の少なくとも一方を変化させて吸入空気量を制御することが可能な、内燃機関の可変動弁機構の制御装置であって、内燃機関の始動後、コントロールシャフトを所定の始動位置から所定の暖気前位置に変位させ、暖気が完了し、かつ、暖気完了後初めて所定の開度以上のアクセル開操作を受け付けるという条件が満たされた場合に、コントロールシャフトを吸入空気量が大きくなる方向に、コントロールシャフトが停止するまで変位させ、暖気前位置から、コントロールシャフトが停止した位置までの、コントロールシャフトの変位量を取得し、変位量が所定の閾値未満であれば、基準位置の更新を行わず、変位量が所定の閾値以上であれば、基準位置を停止した位置に更新する、内燃機関の可変動弁機構の制御装置である。

本発明によれば、暖気完了後のアクセル操作に従って、コントロールシャフトを所定の暖気前位置から最大位置に向かって変位させ、その変位量に基づいて誤学習を検出するので、最小位置から最大位置まで変位させる場合より、実行の契機が得やすい内燃機関の可変動弁機構の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る可変動弁機構を含む内燃機関（エンジン）の模式構成図 本発明の一実施形態に係る仲介駆動機構とその周辺部の断面図 本発明の一実施形態に係る仲介駆動機構の変形の様子を示す図 本発明の一実施形態に係るアクチュエーターの断面図 本発明の一実施形態に係る位置学習処理およびその前後における車両の制御状態を示す図 本発明の一実施形態に係る位置学習処理を示すフローチャート

（概要）
本発明に係る内燃機関の可変動弁機構の制御装置は、暖気が完了し、かつ、暖気完了後初めて所定の開度以上のアクセル開操作を受け付けるという条件が満たされた場合に、最大位置学習を実行する。変位開始後、コントロールシャフトが停止するまでのコントロールシャフトの変位量が所定値以上であれば、異物噛み込みが発生せず、最大位置まで変位したと判断して、停止した位置を新たな基準位置とする。しかし、コントロールシャフトが停止するまでのコントロールシャフトの変位量が所定値未満であれば、異物噛み込みが発生して、最大位置に変位するまでに停止したと判断して、基準位置の更新を行わない。

このように、暖気完了後のアクセル操作を契機として、アクセル操作に従ってコントロールシャフトを暖気前の所定位置から最大位置に変位させることによって、誤学習を防ぎながら基準位置の学習ができるので、最小位置方向への変位も行う場合に比べ、実行契機が得られやすい。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態）
＜構成＞
図１に、本実施形態に係る可変動弁機構を含む内燃機関（エンジン）の模式構成図を示す。エンジン１は一例として４つの気筒２を有し、各気筒に排気バルブ３と吸気バルブ４とが設けられている。排気カムシャフト５がエンジンの回転出力に連動して回転され、排気カムシャフト５に設けられたカム６によって排気バルブ３が開閉駆動される。また、吸気カムシャフト７がエンジンの回転出力に連動して回転される。吸気カムシャフト７に設けられたカム８によって、仲介駆動機構９を介して吸気バルブ４が開閉駆動される。

図２に、仲介駆動機構９、吸気バルブ４およびその周辺を含む断面図を示す。仲介駆動機構９はコントロールシャフト１０と、入力アーム１１と出力アーム１２とを有している。吸気バルブ４にはバルブスプリング１３、リテーナ１４、ロッカーアーム１５及びラッシュアジャスタ１６が設けられている。ロッカーアーム１５は、ラッシュアジャスタ１６及びバルブスプリング１３によって出力アーム１２側に付勢され、ロッカーアーム１５の中間部分に設けられたローラ１７が出力アーム１２の外周面に当接している。これにより、出力アーム１２と入力アーム１１とが、カム８の方向に付勢され、入力アーム１１の先端に設けられたローラ１８がカム８の外周面に押圧される。カム８が回転すると、その運動が入力アーム１１および出力アーム１２を介してロッカーアーム１５に伝わり、吸気バルブ４の開閉運動に変換される。図２の（ａ）は吸気バルブ４の閉状態を示し、図２の（ｂ）は吸気バルブ４の開状態を示す。

コントロールシャフト１０は、仲介駆動機構９に、軸方向に所定の範囲内で変位可能に設けられている。このコントロールシャフト１０は、連結部材を介して入力アーム１１及び出力アーム１２に連結されている。コントロールシャフト１０が変位すると、入力アーム１１及び出力アーム１２の、例えばコントロールシャフト１０の軸からみた延伸方向が相対的に変化する。図３に、このような仲介駆動機構の変形の様子を示す。図３の（ａ）は、コントロールシャフトの軸周りの入力アーム１１及び出力アーム１２の延伸方向がなす角αが小さい状態を表す。コントロールシャフト１０が紙面垂直方向に変位すると、図３の（ｂ）に示すように、この角αが大きくなる。この角αの変化によって、カム８から吸気バルブ４への運動の伝わり方が変化し、吸気バルブ４の作用角や最大リフト量を連続的に変化させることができる。これにより、空気吸入量を変化させることができる。

図４に、コントロールシャフト１０を駆動するアクチュエーター３０の断面図の一例を示す。アクチュエーター３０は一例として遊星差動ネジ型回転−直動変換機構３１と電動モーター３２とを組み合わせて構成される。遊星差動ネジ型回転−直動変換機構３１は、コントロールシャフト１０と同軸のサンシャフト３３、プラネタリーシャフト３４、ナット３５を備えている。ナット３５の外周にはローターコア３６が配置され、このローターコア３６に対向するハウジング３７の内面には、ステーターコア３８が配置されている。このローターコア３６とステーターコア３８とにより電動モーター３２が形成されている。電動モーター３２の駆動によりナット３５が回転すると、プラネタリーシャフト３４と、ハウジング３７およびサンシャフト３３にそれぞれ形成されているストレートスプライン３９、４０とによりサンシャフト３３およびコントロールシャフト１０は回転せずに軸方向に移動する。

図１に示した制御装置（ＥＣＵ）１００は、アクチュエーター３０を駆動するドライバーユニット４１に対して、指令を送信し、アクチュエーター３０を駆動しコントロールシャフトの変位を制御することができる。図４に示すように、アクチュエーター３０は、ストロークセンサー４２を備え、制御装置１００は、ストロークセンサー４２の出力から、変位の進行とその量とを検知（ストロークカウント）をすることができる。制御装置１００は、他に、アクセルペダル２００に設けられたアクセル開度センサーからアクセル開度を取得できる。また、制御装置１００は、その他のセンサや制御ユニット等、１つ以上の外部装置から、車両やエンジンの状態を示す情報やエンジンの制御のための情報等を取得することができる。また、コントロールシャフト１００の後述する位置学習処理によって学習した基準位置を記憶している。制御装置１００は、プロセッサ等の制御部、メモリ等によって構成され、これらの情報に基づいて、可変バルブ制御を含む各種エンジン制御を行う。

＜位置学習処理＞
以下に、本実施形態に係る位置学習処理の一例を説明する。図５は、位置学習処理の実行時とその前後における車両の制御状態の変化の一例を示すグラフである。

イグニッションスイッチがオフ状態であるとき、コントロールシャフト１０は、所定の始動時位置に存在している（時刻ｔ０以前）。図５に示す例では、コントロールシャフト１０の物理的な可動範囲の最大位置、最小位置（メカＨｉ端、メカＬｏ端）の間に、実際の可変バルブ制御における制御上の最大位置、最小位置（制御Ｈｉ端、制御Ｌｏ端）が存在する。始動時位置は制御Ｈｉ端と制御Ｌｏ端との間の位置である。イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態（エンジンスタート状態）になること（時刻ｔ０）に応じて、制御装置１００はエンジンを始動し、コントロールシャフト１０を所定の始動時位置から、制御Ｈｉ端の手前の所定の暖気前位置まで、所定距離だけ変位させる（時刻ｔ０〜ｔ１）。制御装置１００は、コントロールシャフト１０の変位制御において、基準位置が必要であれば、現在記憶している基準位置を用いる。

制御装置１００は、例えばエンジンの温度や回転数等を各種センサから取得して、暖気完了（時刻ｔ２）を検知することができる。制御装置１００は、暖気完了を検知した後、初めて所定の開度以上のアクセル開操作（時刻ｔ３〜ｔ４）を受け付けると、最大位置学習処理（時刻ｔ３）を実行する。この処理の詳細は後述する。

制御装置１００は、最大位置学習処理後、可変バルブ制御を行う。図５に示す例では、アクセル開操作が行われなくなる（時刻ｔ４）と、コントロールシャフト１０を制御Ｌｏ端側に変位させる（時刻ｔ４以降）。その後も、アクセル開操作や、エンジン回転数等に応じて、適宜可変バルブ制御を行う。最大位置学習で基準位置を更新した場合、この制御は、更新後の基準位置に基づいて行われる。

図６に、最大位置学習処理のフローチャートを示す。以下に制御装置１００が行う処理の詳細を説明する。上述の通り、最大位置学習処理は、暖気完了の後、初めて所定の開度以上のアクセル開操作を受け付けることによって、開始される。

ステップＳ１０１：制御装置１００は、コントロールシャフト１０を、暖気前位置からメカＨｉ端側の方向に変位させる。制御装置１００は、これと同時に、コントロールシャフト１０の暖気前位置からの変位の検知（ストロークカウント）を開始する。その後ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２：制御装置１００は、ストロークカウントが停止したか否かを判定する。例えば、所定の期間コントロールシャフト１０の変位を検出しなかった場合、コントロールシャフト１０が停止したと判定する。停止したと判定した場合、ステップＳ１０３に進み、停止したと判定しない間は、本ステップＳ１０２を繰り返す。

ステップＳ１０３：制御装置１００は、ストロークカウント結果に基づいて、コントロールシャフト１０の暖気前位置からの変位量を算出する。その後ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４：制御装置１００は、ステップＳ１０３で算出した変位量が所定の閾値未満であるか否かを判定する。変位量が所定の閾値未満である場合、ステップＳ１０５に進み、変位量が所定の閾値以上であればステップＳ１０６に進む。所定の閾値は、暖気前位置とメカＨｉ端との距離以下であればよい。暖気前位置とメカＨｉ端との距離に近いほど、位置学習の精度が向上するが、異物噛み込みと判断される場合が増える。そのため所望の精度に合わせて、所定の閾値を適宜設定すればよい。

ステップＳ１０５：変位量が所定の閾値未満であったということは、コントロールシャフト１０がメカＨｉ端に突き当たる手前の位置で、アクチュエーター３０等において異物噛み込みが発生して停止した可能性が高いと考えることができる。そのため、本ステップでは、制御装置１００は、現在のコントロールシャフトの位置に、メカＨｉ端側の基準位置を更新することはせず、現在記憶している、例えば前回学習した基準位置を、今後の可変バルブ制御に継続して用いる。以上により、最大位置学習処理を終了する。

ステップＳ１０６：変位量が所定の閾値以上であったということは、コントロールシャフト１０がメカＨｉ端にまで突き当たることにより停止した可能性が高いと考えることができる。そのため、本ステップでは、制御装置１００は、現在のコントロールシャフト１０の位置に、メカＨｉ端側の基準位置を更新する。すなわち、今回学習した基準位置を新たな基準位置として今後の可変バルブ制御に用いる。以上により最大位置学習処理を終了する。

＜効果＞
本発明では、コントロールシャフトを所定の暖気前位置から最大位置に向かって変位させ、その変位量に基づいて誤学習を抑制しながら基準位置の学習ができる。そのため、従来のように最小位置から最大位置まで変位させる場合より、実行の契機が得やすく、例えば毎トリップにおいて実行することができ、コントロールシャフトの位置を常に正確に検知できる状態を維持することができる。そのため、可変バルブ制御をより好適に実行することができる。とくに、最大位置の誤学習を抑制できるので、コントロールシャフトが最大位置まで移動できず最小位置寄りで可変バルブ制御が行われることによる加速不良や急減速のおそれを低減できる。また、学習時に最小位置への変位が不要であるので、これによる減速やエンジン停止等も発生しない。また、暖気完了後のアクセル開操作に応じて、コントロールシャフトを空気吸入量が大きくなる最大位置側の方向に変位させるため、ユーザーに与える違和感を小さくすることができる。

本発明は、内燃機関の可変動弁機構の制御装置に有用である。

１ エンジン
２ 気筒
３ 排気バルブ
４ 吸気バルブ
５ 排気カムシャフト
６ カム
７ 吸気カムシャフト
８ カム
９ 仲介駆動機構
１０ コントロールシャフト
１１ 入力アーム
１２ 出力アーム
１３ バルブスプリング
１４ リテーナ
１５ ロッカーアーム
１６ ラッシュアジャスタ
１７、１８ ローラ
３０ アクチュエーター
３１ 遊星差動ネジ型回転−直動変換機構
３２ 電動モーター
３３ サンシャフト
３４ プラネタリーシャフト
３５ ナット
３６ ローターコア
３７ ハウジング
３８ ステーターコア
３９、４０ ストレートスプライン
４１ ドライバーユニット
４２ ストロークセンサー
１００ 制御装置
２００ アクセルペダル

Claims (1)

1. コントロールシャフトを所定の可動範囲内で変位させ、前記可動範囲の端部位置として記憶した基準位置からの変位量を制御することにより、吸気バルブのリフト期間および最大リフト量の少なくとも一方を変化させて吸入空気量を制御することが可能な、内燃機関の可変動弁機構の制御装置であって、
   前記内燃機関の始動後、前記コントロールシャフトを所定の始動位置から所定の暖気前位置に変位させ、
   暖気が完了し、かつ、暖気完了後初めて所定の開度以上のアクセル開操作を受け付けるという条件が満たされた場合に、前記コントロールシャフトを前記吸入空気量が大きくなる方向に、前記コントロールシャフトが停止するまで変位させ、
   前記暖気前位置から、前記コントロールシャフトが停止した位置までの、前記コントロールシャフトの変位量を取得し、
   前記変位量が所定の閾値未満であれば、前記基準位置の更新を行わず、
   前記変位量が前記所定の閾値以上であれば、前記基準位置を前記停止した位置に更新する、内燃機関の可変動弁機構の制御装置。

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