JP4024020B2 - 可変バルブ機構の基準位置学習装置 - Google Patents

可変バルブ機構の基準位置学習装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御軸の作動角に応じて機関弁のバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、前記制御軸の基準位置に対応するセンサ出力を学習する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、吸気バルブ・排気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の可変バルブ機構が知られている(特開2001−012262号公報参照)。
前記可変バルブ機構は、クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するアクチュエータと、を備える。
【0003】
そして、作動角センサで検出される前記制御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する目標作動角に一致させるべく、前記アクチュエータをフィードバック制御するよう構成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記作動角センサとしてポテンショメータなどが用いられるが、機械的及び電気的なばらつきによってセンサ出力と実際の作動角との相関にばらつきが生じるため、センサ出力に基づく作動角のフィードバック制御の精度が低下し、所期のバルブリフト量及びバルブ作動角に正確に制御することができなくなる可能性があった。
【0005】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、センサ出力と実際の作動角との相関にばらつきがあっても、実際の作動角を正確に検出でき、以って、バルブリフト量及びバルブ作動角を正確に制御することができるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項1記載の発明は、クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するDCサーボモータと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記DCサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、機関のイグニッションスイッチがオフされたときに、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記DCサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出する構成とした。
【0007】
かかる構成によると、機関のイグニッションスイッチがオフされると、回転可能範囲を超えて制御軸を回転させる必要がある目標作動角の設定によって、制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当て、そのときのセンサ出力を、最小作動角又は最大作動角(基準位置)に対応する基準位置出力値として学習し、該基準位置出力を基準としてセンサ出力を判別して、作動角の検出を行なわせる。
【0008】
請求項2記載の発明は、クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するDCサーボモータと、前記制御軸の作動角に応じた出力を発生する作動角センサと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記DCサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、機関の停止直後に、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記DCサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出する構成とした。
【0009】
かかる構成によると、機関の停止直後に、回転可能範囲を超えて制御軸を回転させる必要がある目標作動角の設定によって、制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当て、そのときのセンサ出力を、最小作動角又は最大作動角(基準位置)に対応する基準位置出力値として学習し、該基準位置出力を基準としてセンサ出力を判別して、作動角の検出を行なわせる。
【0012】
【発明の効果】
請求項1,2記載の発明によると、機関の運転性に影響を与えることなく、しかも、制御軸を最小角度位置又は最大角度位置に確実に突き当て、基準位置に対応するセンサ出力を定期的に学習させることができ、センサ出力と実際の作動角との相関が、センサの機械的・電気的ばらつきによってばらついても、センサ出力から実際の作動角を精度良く検出でき、以って、機関弁のバルブリフト量及びバルブ作動角を正確に制御することができるようになるという効果がある。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1〜図3は、実施の形態における車両用内燃機関の可変バルブ機構VELを示すものであり、1気筒あたり2つ備えられる吸気弁のバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる機構である。
【0015】
尚、排気弁を駆動する構成の可変バルブ機構であっても良いことは明らかである。
図1〜図3に示す可変バルブ機構VELは、一対の吸気弁12,12と、シリンダヘッド11のカム軸受14に回転自在に支持された中空状のカム軸13(駆動軸)と、該カム軸13に軸支された回転カムである2つの偏心カム15,15(駆動カム)と、前記カム軸13の上方位置に同じカム軸受14に回転自在に支持された制御軸16と、該制御軸16に制御カム17を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム18,18と、各吸気弁12,12の上端部にバルブリフター19,19を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム20,20とを備えている。
【0016】
前記偏心カム15,15とロッカアーム18,18とは、リンクアーム25,25によって連係され、ロッカアーム18,18と揺動カム20,20とは、リンク部材26,26によって連係されている。
上記ロッカアーム18,18,リンクアーム25,25,リンク部材26,26が伝達機構を構成する。
【0017】
前記偏心カム15は、図4に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられたフランジ部15bとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xがカム軸13の軸心Yから所定量だけ偏心している。
また、前記偏心カム15は、カム軸13に対し前記バルブリフター19に干渉しない両外側にカム軸挿通孔15cを介して圧入固定されていると共に、カム本体15aの外周面15dが同一のカムプロフィールに形成されている。
【0018】
前記ロッカアーム18は、図3に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部18aが制御カム17に回転自存に支持されている。
また、基部18aの外端部に突設された一端部18bには、リンクアーム25の先端部と連結するピン21が圧入されるピン孔18dが貫通形成されている一方、基部18aの内端部に突設された他端部18cには、各リンク部材26の後述する一端部26aと連結するピン28が圧入されるピン孔18eが形成されている。
【0019】
前記制御カム17は、円筒状を呈し、制御軸16外周に固定されていると共に、図1に示すように軸心P1位置が制御軸16の軸心P2からαだけ偏心している。
前記揺動カム20は、図1及び図5,図6に示すように略横U字形状を呈し、略円環状の基端部22にカム軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔22aが貫通形成されていると共に、ロッカアーム18の他端部18c側に位置する端部23にピン孔23aが貫通形成されている。
【0020】
また、揺動カム20の下面には、基端部22側の基円面24aと該基円面24aから端部23端縁側に円弧状に延びるカム面24bとが形成されており、該基円面24aとカム面24bとが、揺動カム20の揺動位置に応じて各バルブリフター19の上面所定位置に当接するようになっている。
即ち、図7に示すバルブリフト特性からみると、図1に示すように基円面24aの所定角度範囲θ1がベースサークル区間になり、カム面24bの前記ベースサークル区間θ1から所定角度範囲θ2が所謂ランプ区間となり、更に、カム面24bのランプ区間θ2から所定角度範囲θ3がリフト区間になるように設定されている。
【0021】
また、前記リンクアーム25は、円環状の基部25aと、該基部25aの外周面所定位置に突設された突出端25bとを備え、基部25aの中央位置には、前記偏心カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴25cが形成されている一方、突出端25bには、前記ピン21が回転自在に挿通するピン孔25dが貫通形成されている。
【0022】
更に、前記リンク部材26は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部26a,26bには前記ロッカアーム18の他端部18cと揺動カム20の端部23の各ピン孔18d,23aに圧入した各ピン28,29の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔26c,26dが貫通形成されている。
尚、各ピン21,28,29の一端部には、リンクアーム25やリンク部材26の軸方向の移動を規制するスナップリング30,31,32が設けられている。
【0023】
前記制御軸16は、一端部に設けられたDCサーボモータ101によって、ストッパで規定される最小角度位置と最大角度位置との間の所定回転角度範囲内で回転駆動され、前記制御軸16の作動角を前記DCサーボモータ101で変化させることで、吸気弁12のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する構成であって、バルブリフト量の減少に応じてバルブ作動角がより小さく変化する(図8参照)。
【0024】
バルブリフト量及びバルブ作動角を小さくする場合には、図5(A),(B)に示すように、制御軸16の軸心P2が制御カム17の軸心P1がよりも下方に位置するように、制御軸16を回転させ、逆に、バルブリフト量及びバルブ作動角を大きくする場合には、図6(A),(B)に示すように、制御軸16の軸心P2が制御カム17の軸心P1がよりも上方に位置するように、制御軸16を回転させる。
【0025】
前記DCサーボモータ101は、図9に示すように、コントロールユニット102からの駆動信号に基づき制御される。前記コントロールユニット102には、機関負荷センサ103及び機関回転速度センサ104からの検出信号、及び、前記制御軸16の作動角を検出する作動角センサ105から出力が入力される。
【0026】
そして、コントロールユニット102内において、目標作動角演算部106が、機関負荷・機関回転速度などの機関運転条件に応じて制御軸16の目標作動角を演算する一方、作動角検出部107が作動角センサ105の出力に基づいて制御軸16の実際の作動角を検出し、駆動回路108が、前記目標作動角と実際の作動角との偏差に応じて前記DCサーボモータ101に出力する駆動信号をフィードバック制御する。
【0027】
前記作動角センサ105は、例えばポテンショメータ式のセンサであって、図10に示すように、制御軸16の作動角の制御範囲(最小値MIN〜最大値MAX)において、作動角の増大変化に比例して出力電圧が増大変化する構成であり、前記作動角検出部107では、図10に実線で示すような相関に従ってセンサ出力電圧を作動角のデータに変換する処理を行なう。
【0028】
ここで、制御軸16の作動角に対応するセンサ出力電圧が、センサばらつきによって図10中に点線で示すように全体的にシフトすることがあり、基準特性(図10中実線示)に基づいて、センサ出力電圧を作動角に変換すると、作動角を誤検出することになってしまう。
そこで、前記シフト量を学習する基準位置出力学習部109が設けられており、以下では、図11のフローチャートに従って前記基準位置出力学習部109の処理内容を詳細に説明する。
【0029】
ステップS1では、作動角センサ105の断線やショートなどの故障が診断されていないか否かを判別し、作動角センサ105に断線やショートなどの故障が発生していないときには、ステップS2へ進む。
ステップS2では、作動角センサ105の電源であるバッテリの電圧VBが所定電圧以上であるか否かを判別する。
【0030】
電圧VBが所定電圧以上であるとステップS3へ進み、イグニッションスイッチ110のOFF時,エンスト時のいずれかであるかを判別する。ステップS3で、イグニッションスイッチのOFF時,エンスト時のいずれかであると判別されると、ステップS4へ進み、ステップS1〜ステップS3の条件が全て成立している継続時間が所定時間以上になっているか否かを判別する。
【0031】
ステップS4で所定時間以上の継続が判定されると、ステップS5へ進み、最小角度位置よりも小さい目標作動角を設定する。
上記のように最小角度位置よりも小さい目標作動角を設定させることによって、ストッパで規定される最小角度位置に制御軸16が突き当てられるようにする。
【0032】
ステップS6では、作動角センサ105の出力電圧を順次読み込んで、それまでに読み込んだ電圧の平均値を演算する。
ステップS7では、前記平均値演算におけるサンプル数が所定数以上になったか否かを判別し、所定数以上になるまで、ステップS6の処理を繰り返す。
所定数以上の出力電圧を平均すると、ステップS7からステップS8へ進み、前記平均値を最小角度位置に対応するセンサ出力値である基準位置出力として学習する。
【0033】
図10に示すように、作動角センサ105の出力電圧は、最小角度位置で0.5Vとなる初期設定になっており、出力電圧の作動角への変換も前記初期設定に基づいて行なわれる。
従って、例えば作動角に対するセンサ出力電圧が全体的に増大方向にシフトし、最小角度位置で0.5Vよりも高い電圧を出力するようであると、実際には、最小角度位置であるのに、より大きな作動角が検出されることになってしまう。
【0034】
そこで、ステップS9では、最小角度位置の初期設定出力である0.5Vから前記基準位置出力を減算した結果を、出力電圧の補正値として設定し、出力電圧を作動角に変換するときに、実際の出力電圧に補正値を加算した結果を、作動角に変換させるようにする。
例えば、前記基準位置出力が1.0Vであるとすると、−0.5Vが補正値として設定され、センサ出力電圧から0.5Vを減算した値が作動角に変換されることになり、結果、作動角の検出に用いられるセンサ出力特性が、図10に実線で示す特性に補正されることになる。
【0035】
尚、上記実施形態では、最小角度位置よりも小さい目標作動角の設定によって、制御軸16を最小角度位置に突き当てる構成としたが、最大角度位置よりも大きい目標作動角の設定によって制御軸16を最大角度位置に突き当てる構成としても良く、この場合は、ステップS3で、運転条件に応じた目標作動角が最大角度位置であるか否かを判別させ、ステップS9では、最大角度位置に対応する初期設定出力(4.5V)と最大角度位置に対応するものとして学習した基準位置出力との差を補正値として設定させる。
【0036】
また、上記実施形態では、作動角センサをポテンショメータ式としたが、その他の方式で作動角を検出するセンサであっても良いことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における可変バルブ機構を示す断面図(図2のA−A断面図)。
【図2】上記可変バルブ機構の側面図。
【図3】上記可変バルブ機構の平面図。
【図4】上記可変バルブ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図5】上記可変バルブ機構の低リフト時の作用を示す断面図(図2のB−B断面図)。
【図6】上記可変バルブ機構の高リフト時の作用を示す断面図(図2のB−B断面図)。
【図7】上記可変バルブ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図8】上記可変バルブ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図9】上記可変バルブ機構の制御系を示すブロック図。
【図10】上記可変バルブ機構の作動角センサの出力特性を示す線図。
【図11】上記可変バルブ機構における作動角センサの基準位置出力の学習を示すフローチャート。
【符号の説明】
12…吸気弁
13…カム軸
15…偏心カム
16…制御軸
17…制御カム
18…ロッカアーム
20…揺動カム
25…リンクアーム
101…DCサーボモータ
102…コントロールユニット
103…機関負荷センサ
104…機関回転速度センサ
105…作動角センサ
106…目標作動角演算部
107…作動角検出部
108…駆動回路
109…基準位置出力学習部
110…イグニッションスイッチ

Claims (2)

  1. クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するDCサーボモータと、前記制御軸の作動角に応じた出力を発生する作動角センサと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記DCサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、
    機関のイグニッションスイッチがオフされたときに、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記DCサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出することを特徴とする可変バルブ機構の基準位置学習装置。
  2. クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するDCサーボモータと、前記制御軸の作動角に応じた出力を発生する作動角センサと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記DCサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、
    機関の停止直後に、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記DCサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出することを特徴とする可変バルブ機構の基準位置学習装置。
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