JP4063026B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の制御装置、例えば機関弁である吸気弁あるいは排気弁などのバルブリフト特性や弁作動角を機関運転状態に応じて可変制御可能な可変動弁機構などを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置としては、本出願人が先に提案した、以下に記載されたものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、この制御装置における可変動弁機構は、吸気弁側に適用されたもので、内燃機関のクランク軸の回転に同期して回転する駆動軸の外周に、軸心が駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが設けられていると共に、駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気弁の上端部に有するバルブリフターの上面をカム面が摺接して吸気弁を開閉作動させる雨滴状の揺動カムを有している。
【０００４】
前記伝達機構は、揺動カムの上方に配置されて制御軸に揺動自在に支持されたロッカアームと、円環状の一端部が駆動カムの外周面に嵌合しかつ他端部がロッカアームの一端部に回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部に回転自在に連結され、他端部が前記揺動カムのカムノーズ部側に回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。
【０００５】
また、前記制御軸の外周面には、軸心が制御軸の軸心から所定量偏心した制御カムが固定されている。この制御カムは、ロッカアームのほぼ中央に穿設された支持孔内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアームの揺動支点を変化させて、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する転接位置を変換させて、吸気弁のバルブリフト及び作動角を可変制御するようになっている。
【０００６】
すなわち、機関運転状態が例えば低回転低負荷域である場合は、アクチュエータである電動モータによって制御軸を一方向へ回転させて、制御カムを同方向へ回転させることにより、ロッカアームの揺動支点位置を一方向側へ移動させる。これにより、ロッカアームとリンクアーム及びリンクロッドとの各枢支点が左側に移動して揺動カムのカムノーズ部側の端部を引き上げ、これによって揺動カムのバルブリフター上面上の当接位置がベースサークル側に移動する。したがって、吸気弁は、そのバルブリフト特性が小リフトとなるように制御される。
【０００７】
一方、高回転高負荷域に移行した場合は、電動モータが他方向へ回転駆動することによって制御軸を介して制御カムを反対方向の所定位置に回転制御するため、ロッカアームの揺動支点が逆方向に移動する。これにより、揺動カムは、リンクアームなどによってカムノーズ部が押し下げられて、バルブリフター上面との当接位置がリフト頂面側に移動するため、吸気弁のバルブリフトが大リフトとなるように制御される。
【０００８】
したがって、機関運転状態に応じて燃費の改善や出力の向上など機関性能を十分に発揮させることができるようになっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０７７２５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の制御装置にあっては、アクチュエータである電動モータを例えば長期使用した後などに生じ易い各部の劣化などについての診断がなされていなかった。すなわち、電動モータは、経時的にブラシ部の接触抵抗が増加したり、またアーマチュアの部分断線が発生したり、あるいはアーマチュアのレアショートが発生するなど、各部の劣化が発生するおそれがあるが、これらの劣化についての細かな診断がなされていなかった。
【００１１】
したがって、電動モータが劣化した状態で前述のような通常の作動角の大小可変制御を行うと、該電動モータの劣化が急速に進行してしまう可能性がある。
【００１２】
そこで、この発明は、前記のようなアクチュエータの劣化状態を作動応答性から判断して、作動応答性の影響による機関運転性の悪化を防止することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、機関の性能特性を機関運転状態に応じて可変制御する可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、前記可変機構の作動応答性を検知する検知手段と、該検知手段から出力された信号に基づいて前記可変機構の作動を制御する制御手段と、を備え、前記検知手段が前記可変機構の作動応答性が低下した状態を検知した際に、前記制御手段によって、可変機構の作動特性を、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更、つまり可変機構に供給される駆動電流の低減などを行うとか、あるいは可変機構の保持電流を低減させるようにした。
【００１４】
さらに第２の発明は、内燃機関の例えば吸気弁側にバルブリフトと弁作動角を連続的に可変制御可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置であって、前記可変動弁機構の例えば制御軸の回転作動応答性を検知する検知手段と、該検知手段からの検知信号に基づいて制御軸の回転作動応答性の良否を判断し、制御軸の作動応答性が低下していると判断したときに、前記可変動弁機構のアクチュエータへの駆動電流を低減したり、保持電流を低減させて、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更する制御手段とを備えている。
【００１５】
さらに、制御手段は、機関の始動時または運転中に、前記可変動弁機構の診断パターンを行って作動応答性の良否を判断するようにした。
【００１６】
また、制御装置をＶ型内燃機関に適用した場合には、前記制御手段は、Ｖ型内燃機関の各左右バンク側にそれぞれ設けられた前記可変動弁機構の例えば制御軸の回転作動応答性の良否を判断するようにした。
【００１７】
また、制御手段は、前記可変動弁機構により定められた機関弁である吸気弁あるいは排気弁の目標作動角が一定時間変化しないときの、アクチュエータである例えば電動モータの保持電流により作動応答性の良否を判断することも可能である。
【００１８】
さらに、制御手段は、前記可変動弁機構により定められた吸気弁あるいは排気弁の目標作動角が一定以上変化ときの作動応答速度によって作動応答性の良否を判断するようにすることも可能である。
【００１９】
また、前記制御手段は、前記可変動弁機構のアクチュエータの温度を検出する検出手段を備え、該検出手段によって検出された温度によって作動応答性の良否を判断する基準を変化させるようになっている。
【００２０】
さらに、前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動異常時において、運転者に注意を喚起するワーニングランプを点灯させる点灯手段を備えている。
【００２１】
前記制御手段は、可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合に、現在のバルブリフト特性が中リフトあるいは高リフト状態にあるときは、所定の中リフト特性となるように可変動弁機構を制御するようになっている。
【００２２】
また、前記制御手段により前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合は、各機関回転数で最も大きなバルブリフト量を、小さくした作動角マップを生成するようにした。
【００２３】
さらに、前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合には、非常時のマップまたはバルブリフト量を変化させるようにした。
【００２４】
また、前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合には、前記機関弁のバルブリフトの中リフトから高リフト領域における所定の中リフトをアクチュエータである例えば電動モータの保持電流により変化させるようにした。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１及び２に記載の発明によれば、制御手段によって可変動弁機構の作動応答性が低下したと判断した場合は、可変動弁機構のアクチュエータが劣化していると認められるので、可変機構や可変動弁機構の作動特性、つまり、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更して、例えばアクチュエータに対する駆動電流を低減させる。これによって、可変動弁機構の作動応答性の影響による機関運転性の悪化を防止することができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明によれば、可変動弁機構の診断パターンによる作動応答性の良否判断を、機関停止時ではなく、機関の始動時あるいは運転時に行うようにしたため、確実な診断が可能になる。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、Ｖ型内燃機関の左右バンク適用された各可変動弁機構のそれぞれの可変動弁機構の作動応答性を判断するようにしたため、特別な診断パターンを設定することなく診断することができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明によれば、可変動弁機構による機関弁の目標作動角が一定時間変化しないときの可変動弁機構の例えばアクチュエータの保持電流によって、該可変動弁機構の作動応答性の良否を判断するようにしたため、いわゆる直列エンジンにおいても、他の特別な診断パターンを設定することなく、アクチュエータの劣化状態を診断することが可能になる。
【００２９】
請求項６に記載の発明によれば、可変動弁機構による機関弁の目標作動角が一定以上に変化したときの可変動弁機構の作動応答性の良否によって判断するようにしたため、アクチュエータの劣化状態を確実に診断することが可能になる。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、可変動弁機構のアクチュエータの温度によって作動応答性の良否を判断する基準を変化させたことから、劣化状態を正確に診断することが可能になる。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、アクチュエータの劣化状態をワーニングランプによって運転者に確実に知らしめることができ、その後の修理などの対応を速やかに行うことができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、可変動弁機構の作動応答性が低い場合には、機関弁が中リフト〜高リフト領域となる運転状態では、あえて一定の中リフトに制御するようにしたため、機関の運転性や燃費の悪化を抑制することができると共に、アクチュエータの劣化の進行を抑制することができる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明によれば、機関の各回転数で最も大きなバルブリフト量を、小作動角マップとしたことから、機関運転性や燃費の悪化を抑制することができると共に、可変動弁機構の復帰応答性も良好になる。
【００３４】
請求項１１に記載の発明によれば、同じく機関運転性や燃費の悪化を十分抑制することができると共に、可変動弁機構の復帰応答性も良好になる。
【００３５】
請求項１２に記載の発明によれば、可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合は、機関弁の中リフト〜高リフト領域となる運転領域では一定の中リフトとするが、この一定の中リフトをアクチュエータの保持電流により変化させるようにしたため、アクチュエータの劣化の進行を抑制することが可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、自動車用火花点火式ガソリン機関の吸気側に適用した実施の形態について説明する。
【００３７】
図１〜図３は、内燃機関の制御装置の構成を示す構成説明図であり、この制御装置は、可変機構を動弁機構に適用したもので、機関弁である吸気弁のバルブリフト・作動角を変化させる可変動弁機構１を備えている。
【００３８】
この可変動弁機構１は、前記従来技術に記載した特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００３９】
可変動弁機構１は、シリンダヘッドＳに摺動自在に設けられた一気筒当たり２つ設けられた吸気弁１１と、シリンダヘッドＳ上部のカムブラケットに回転自在に支持された駆動軸２と、この駆動軸２に圧入等により固定された偏心カム３と、前記駆動軸２の上方位置に同じカムブラケット２９によって回転自在に支持されるとともに駆動軸２と平行に配置された制御軸１２と、この制御軸１２の制御カム１３に揺動自在に支持されたロッカアーム６と、各吸気弁１１の上端部に配置された各バルブリフター１０に当接する一対の揺動カム９とを備えている。前記偏心カム３とロッカアーム６とはリンクアーム４によって連係されており、ロッカアーム６と揺動カム９とは、リンク部材８によって連係されている。
【００４０】
前記駆動軸２は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【００４１】
前記偏心カム３は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸２の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム４の環状部が回転可能に嵌合している。
【００４２】
前記ロッカアーム６は、略中央部が前記制御カム１３によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン５を介して前記リンクアーム４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン７を介して前記リンク部材８の上端部が連係している。前記制御カム１３は、制御軸１２の軸心から偏心しており、従って、制御軸１２の角度位置に応じてロッカアーム６の揺動中心は変化する。
【００４３】
前記各揺動カム９は、駆動軸２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン１４を介して前記リンク部材８の下端部が連係している。この揺動カム９の下面には、駆動軸２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム９の揺動位置に応じてバルブリフター１０の上面に当接するようになっている。
【００４４】
すなわち、前記基円面はベースサークル区間として、リフト量が零となる区間であり、揺動カム９が揺動してカム面がバルブリフター１０に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００４５】
前記制御軸１２は、図１に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用のアクチュエータである電動モータ１５によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。この電動モータ１５は、サーボモータであって、駆動シャフト１５ａに固定されたウォームギア１６と、制御軸１２に固定されたウオームホイール１７を介して制御軸１２を回転駆動するようになっていると共に、エンジンコントロールユニット１８からの制御信号によって制御されている。ここで、制御軸１２の回転角度は、検知手段である制御軸センサ１９によって検出され、この検出した実際の制御状態に基づいて前記電動モータ１５がクローズドループ制御される。
【００４６】
前記制御軸センサ１９は、図４及び図５に示すように、センサ軸２０の回転角度に応じたセンサ出力を発生する回転型ポテンショメータからなり、センサ軸２０が前記制御軸１２に対し同軸上となるように、シリンダヘッドＳの側壁２１に固定されている。センサ軸２０と制御軸１２とは、それぞれの中心位置の誤差ないしは変位を許容し得るように、互いに直結されておらず、制御軸１２の端面の外周部にセンサピン２２が設けられているとともに、半径方向のスリット２３ａを備えたベースプレート２３が前記センサ軸２０に取り付けられており、前記スリット２３ａに前記センサピン２２が係合して、制御軸１２の回転がセンサ軸２９に伝達されている。
【００４７】
前記エンジンコントローラトロールユニット１８は、図１に示すように、前記制御軸センサ１９の出力信号の他に、電動モータ１５の駆動電流を検出する電流センサ２４の出力信号や、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ２５からの出力信号及び機関回転速度を検出する機関回転速度センサ２６の出力信号が入力されるようになっている。また、エンジンコントローラトロールユニット１８は、前記各センサ１９、２４，２５，２６からの信号に基づいて電動モータ１５の駆動回路２７へ送信すべき駆動信号を演算するようになっている。
【００４８】
前記駆動回路２７は、電動モータ１５とバッテリー２８との間に接続されており、エンジンコントローラトロールユニット１８からの駆動信号に応じて電動モータ１５への供給電力を調整するようになっている。
【００４９】
以下、この可変動弁機構１の作用を説明すると、駆動軸２が回転すると、偏心カム３のカム作用によってリンクアーム４が上下動し、これに伴ってロッカアーム６が揺動する。このロッカアーム６の揺動は、リンク部材８を介して揺動カム９へ伝達され、該揺動カム９が揺動する。この揺動カム９のカム作用によって、バルブリフター１０が押圧され、各吸気弁１１がリフトする。
【００５０】
ここで、電動モータ１５を介して制御軸１２の角度が変化すると、ロッカアーム６の揺動運動の中心位置が動いて該ロッカアーム６の初期位置が変化し、ひいては揺動カム９の初期揺動位置が変化する。
【００５１】
例えば制御カム１３が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として上方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１４側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がバルブリフター１０から離れる方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、基円面が長くバルブリフター１０に接触し続け、カム面がバルブリフター１０に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【００５２】
逆に、制御カム１３が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として下方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１４側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がバルブリフター１０に近付く方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、バルブリフター１０と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【００５３】
制御カム１３の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００５４】
次に、前記エンジンコントローラトロールユニット１８による電動モータ１５へ駆動信号を送信する処理ルーチンを、図６のフローチャートによって説明する。なお、この処理ルーチンは例えば１０ｍｓ毎に実行される。
【００５５】
まず、ステップ１では、アクセルポジションセンサ２５の出力信号からアクセル開度ＡＰＯと、機関回転速度センサ２６の出力信号から機関回転速度Ｎｅと、制御軸センサ１９の出力信号から実制御軸回転角ｒＥＬとをそれを読み込む。
【００５６】
ステップ２では、アクセル開度ＡＰＯと、機関回転速度Ｎｅに基づいて目標制御軸回転角の基本値ｔＥＬｂを算出する。この目標制御軸基本値ｔＥＬｂは、図７のリフト・作動角の特性図で示すように、機関高回転高負荷側ほど大きく（作動角が大きく）なる。
【００５７】
ステップ３では、第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡと第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢとをエンジンコントロールユニット１８内のメモリーから読み込む。この第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡと第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢの値は、後述する図８で示す処理ルーチンにおいて算出されるようになっている。
【００５８】
前記第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢは、機関回転速度Ｎｅに応じて異なる値をもつので、現在の機関回転速度Ｎｅに対応する第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢを読み込む。
【００５９】
ステップ４では、第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡと第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢのうち小さい方を制御軸回転リミット値Ｌｉｍとする。
【００６０】
ステップ５では、目標制御軸基本値ｔＥＬｂと制御軸回転角リミット値Ｌｉｍのうち小さい方を目標制御軸回転角ｔＥＬとする。
【００６１】
ステップ６では、実制御軸回転角ｒＥＬを目標制御軸回転角ｔＥＬへ近づけるための駆動信号を算出し、この駆動信号を駆動回路２７へ送信する。具体的には実制御軸回転角ｒＥＬと目標制御軸回転角ｔＥＬとの偏差に応じたＰＩＤフィードバック制御により電動モータ１５の駆動電流を調整する。
【００６２】
図８は前記２つの制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡ、ＬｉｍＢを算出するための処理ルーチンを示すフローチャートであり、この処理ルーチンは例えば１０ｍｓ毎に実行される。
【００６３】
まず、ステップ１０では、エンジンコントローラユニット１８内のメモリーから目標制御軸回転角ｔＥＬを読み込むと共に、電流センサ２４からの出力信号から電動モータ駆動電流Ａｍを読み込む。
【００６４】
なお、図６のステップ６で算出された駆動信号から電動モータ１５の駆動電流Ａｍを算出することも可能であり、この場合は、電流センサ２４を省略することができる。
【００６５】
ステップ１１では目標制御軸回転角ｔＥＬの変動があるか否かを判断する。ここで、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がある場合は、ステップ１２に進み、カウンタＣがしきい値Ｃｔｈよりも大きいか否かを判断する。カウンタＣは、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がない場合に、後述するステップ１９で、カウントアップされるカウンタであり、ここでは、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がない状態が一定期間継続していたか否かを判断している。
【００６６】
カウンタＣがしきい値Ｃｔｈより大きい場合は、ステップ１３へ進み、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がなかった期間における電動モータ１５の駆動電流Ａｍの平均値ａＡｍを以下の式に基づいて算出する。
【００６７】
ａＡｍ＝ｓＡｍ／Ｃ
但し、駆動電流の平均値ａＡｍは、当該期間中に検出した電動モータ駆動電流の積算値であり、後述するステップ１９で算出している。
【００６８】
また、ステップ１４では、前回本処理ルーチンを実行した際の目標制御軸回転角ｔＥＬｚ、すなわち、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動のなかった期間における目標制御軸回転角と電動モータ１５の駆動電流平均値ａＡｍとに基づいて電動モータ１５の劣化度合いを示すパラメータＤを算出する。劣化パラメータＤは、劣化度合いが大きいほど値が大きくなるパラメータである。
【００６９】
制御軸１２にはリフト・作動角を小さくする方向の回転トルクが常に加わっていることから、該制御軸１２の回転角を一定に保持するためにも、一定の駆動電流（保持電流）が必要になる。回転トルクの発生原因は、吸気弁１１を閉方向に付勢する図外のバルブスプリング反力であるから、リフト・作動角が大きいときほど回転トルクが大きくなり、これに伴って前記保持電流も大きくなる。したがって、制御軸回転角と保持電流との間には一定の比例関係が成立する。
【００７０】
また、電動モータ１５にブラシ部の接触抵抗増加やアーマチュアの部分切断などの劣化が生じると、同じ回転駆動トルクを発生する際の電流値が非劣化時に比べて大きくなる。したがって、制御軸回転角と保持電流との関係が非劣化時の比例関係から外れることになり、その外れ度合いから電動モータ１５の劣化度合いを検知することができる。
【００７１】
なお、電動モータ１５の発熱温度によっても供給電流と回転駆動トルクとの関係が多少変化するので、電動モータ１５の発熱温度も考慮して劣化パラメータＤを算出するようにすると、さらに精度の高い検出ができる。
【００７２】
また、ステップ１５では、劣化パラメータＤに基づいてワーニングランプである警告灯への通電のオン／オフを制御する。すなわち、劣化パラメータＤが大きくなると、各吸気弁１１のリフト・作動角が制限されて、通常通りの機関の出力性能が得られらくなるので、劣化パラメータＤがある程度大きくなったらワーニングランプを点灯して車両の運転者に内燃機関の点検を促すようになっている。
【００７３】
ステップ１６では、劣化パラメータＤに基づいて第１制御軸回転リミット値ＬｉｍＡと制御軸最大回転速度ＭａｘＶを算出する。
【００７４】
電動モータ１５の劣化が進んでいる場合に、大リフト・大作動角を実現しようとすると、もともと大きい保持電流がさらに大きくなり、電動モータ１５の劣化を急速に進行させる結果となる。これを回避するために、現在の劣化度合いに応じて制御軸回転角の上限を制限する。この制限を行うためのリミット値が第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡであり、劣化パラメータＤが大きくなるのに従ってＬｉｍＡの値を小さくする。
【００７５】
なお、目標制御軸回転角ｔＥＬを制限する場合でも電動モータ１５へ供給する電流自体は制限しないので、過渡時（制御軸回転角を目標制御軸回転角ｔＥＬへ向けて変化させている間）のモータ電流は一時的に大電流となる可能性があるが、過渡時は自身の回転によって電動モータ１５が冷却されているので、大きな保持電流が流れるよりも劣化への影響が小さい。
【００７６】
また、電動モータ１５の駆動回路２７は、出力可能な最大電流が決まっており、この最大電流を供給した場合の電動モータ１５の駆動トルク（最大トルク）が劣化度合いに応じて小さくなる。従って、電動モータ１５に最大電流を供給した場合の制御軸１２の回転速度（制御軸最大回転速度ＭａｘＶ）は、劣化の度合いが大きくなる（劣化パラメータＤが大きくなる）ほど小さくなる。
【００７７】
また、ステップ１７では、制御軸最大回転速度ＭａｘＶに基づいてエンジン回転速度毎の第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢを算出する。
【００７８】
本実施形態の可変動弁機構１は、一般的な動弁機構と比べて複雑なリンク機構となっているが、機関運転中のフリクションは一般的な動弁機構と比べてさほど大きくない。
【００７９】
しかしながら、機関停止時のフリクションは一般的な動弁機構より大きく、特に制御軸１２が大リフト・大作動角を実現する状態になっているときのフリクションは非常に大きい。従って、制御軸１２が大リフト・大作動角対応の状態のまま機関が停止すると、次回の機関始動時に非常に大きな起動トルクが必要となり、機関始動性が悪化する恐れがある。このため電動モータ１５には、予期せぬエンジンストップが発生した場合にも機関回転が完全に停止するまでの間に制御軸１２を基準位置（リフト・作動角最小位置）まで戻すことができる性能を与えてある。
【００８０】
ところが、電動モータ１５の劣化が進行して制御軸最大回転速度ＭａｘＶが小さくなると、急なエンジンストップト時に制御軸１２を基準位置まで戻すことができなくなる。これを回避するため、現在の劣化度合いに応じて制御軸回転角の上限を制限する。この制限を行うためのリミット値が第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢであり、劣化パラメータＤが大きくなるのに従ってＬｉｍＢの値を小さくする。
【００８１】
ただし、エンジンストップが発生してから機関回転が完全に停止するまでの時間は、エンジンストップ直前の機関回転速度Ｎｅによって変化するため、様々な機関回転速度（例えば５００ｒ．ｐ．ｍ間隔でアイドル回転速度から最高回転速度まで）に対する第２の制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢを算出し、結果を制御テーブル（ＬｉｍＢ−Ｎｅ）として記憶しておく。
【００８２】
また、ステップ１８では、電動モータ駆動電流平均値ａＡｍの算出に用いる積算値ｓＡｍとカウンタＣの値をゼロにリセットする。
【００８３】
一方、前記ステップ１１で目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がない場合は、ステップ１９へ進み、直前までの積算値ｓＡｍに今回読み込んだ電動モータ駆動電流Ａｍを加算して最新の積算値ｓＡｍを算出するとともに、カウンタＣの値を１だけカウントアップする。
【００８４】
以上の処理により、電動モータ１５の劣化の進行を抑制して耐久性の低下を防止すると共に、急なエンジンストップ後の良好な機関始動性を確保することができる。
【００８５】
なお、２つの制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡ、ＬｉｍＢを用いる代わりに２つの制御軸回転角補正値を使用することもできる。具体的には、非劣化状態に対応する値が１で劣化パラメータＤが大きくなるほど値が小さくなる第１制御軸回転角補正値および第２制御軸回転角補正値を算出し、これらのうちより小さい補正値で目標制御軸回転角ｔＥＬを補正することによっても同様の効果が得られる。
【００８６】
制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡ、ＬｉｍＢを用いた場合、低負荷運転領域における機関の出力特性が非劣化時から変化せず、高負荷運転領域ではアクセル開度を変えても機関出力が変化しなくなる。一方、補正値を用いた場合は、アクセル開度に対する機関の出力特性が全体的に低出力側へシフトする。
【００８７】
また、本実施形態では電動モータ１５の保持電流を直接検出して劣化パラメータを算出しているが、この保持電流を間接的に電動モータ１５の温度から検出することもできる。すなわち、制御軸回転角がほぼ一定となっている状態では消費された電力のほとんどが熱に変わるので、電動モータ１５の発熱温度から保持電流を推定することが可能である。
【００８８】
図９は第２の実施形態における電動モータ１５の劣化状態を判断する特性図である。
【００８９】
ここでは、機関の始動直後にリフトの目標値を変化させる診断パターンを行い、目標値の９０％までの到達応答時間により電動モータ１５の劣化状態を判断（劣化パラメータＤを算出）する。
【００９０】
機関の始動直後であればスロットルバルブが閉じられており、スロットル下流の空気密度が低いため、作動角リフト変化による空気流量の変化が小さい。このため、車両の運転者に違和感を与えることなく劣化判断を行うことができる。
【００９１】
なお、エンジンキーオフ時は最も運転性に影響が無いため、エンジンキーオフ時に診断しても良い。
【００９２】
図１０は本制御装置をＶ型内燃機関に適用した場合の第３の実施形態における電動モータ１５の劣化状態を判断する特性図である。
【００９３】
すなわち、Ｖ型内燃機関においては、左右バンクに独立した可変動弁機構１，１を設けてそれぞれ電動モータ１５、１５を配置することが必要となる。
【００９４】
そして、Ｖ型内燃機関では左右バンク側の両可変動弁機構１，１の各電動モータ１５，１５の劣化現象が同時に起こることはまれであるため、左右バンク側の各制御軸１２，１２のそれぞれの作動応答性を監視することにより、特別な診断パターンを実施することなく応答性の判断が可能となる。
【００９５】
具体的な診断方法としては、左右バンク側のリフトの制御目標値に対する実位置の差が所定の基準値を超えた場合に、片側が良好ではないと判断する（図１０参照）。
【００９６】
なお、実位置の差については、リフト目標値に対して大きく変化するため、ある程度の積算または平均で判断することも一手段である。また、図１１に示すように、左右バンクの制御軸１２の角速度の差を基準として劣化を判断することも有効な手段である。
【００９７】
図１２Ａ、Ｂは電動モータ１５の劣化判断の第４の実施形態を示し、リフト目標値が大きく変化したとき、実位置は目標値に対し大きく差が開く、これは、目標値が大きく変化したため、電動モータ１５に駆動トルクを大きくかけるような制御を行なう。
【００９８】
リフト目標値の変化量が小さい場合は、例えば、通常では５０％の推力で制御しているような状態に対し、劣化時には、７０％の推力で応答性を確保するような制御とすれば、応答性の優劣は付けにくいが、通常でも１００％近い推力を要求する大きな目標値の変化では劣化の影響が出る。
【００９９】
よって、目標値がある一定以上変化したときの応答遅れによって電動モータ１５の劣化判断を行なうと、特別な診断パターンを実施することなく、通常運転中に正確な判断が行える。
【０１００】
つまり、一定時間に制御目標値が一定値以上変化した領域で、目標値の（例えば）５０％に達する時間の遅れで応答性を判断する。目標値が実位置と近づくと減速するため、５０％の応答性で判断する。
【０１０１】
また、本発明の制御装置は、内燃機関の性能特性を変化させる可変機構全般に適用可能であって、例えば図１３に示すような圧縮比を変化させる可変圧縮比機構の駆動機構においても同様に適用が可能である。
【０１０２】
この可変圧縮比機構の具体的構成については、本出願人が先に出願した特開２００２−２１５９２号公報などにも記載されているので、概略だけの説明とする。
【０１０３】
すなわち、この可変圧縮比機構は、ピストン４０に連結されたアッパーリンク４１と、該アッパーリンク４１に連結されるされると共に、機関のクランクシャフト４２のクランクピン４３に連結されたロアーリンク４４と、該ロアーリンク４４と制御軸４５に設けられた偏心カム４６とを回転自在に連結してロアーリンク４４の自由度を規制するコントロールリンク４７とを備えている。
【０１０４】
そして、前記制御軸４５が、図外のアクチュエータによって回転することによって前記偏心カム４６の回転位置が変化し、これによってピストン４０の上死点位置、ひいては圧縮比を変化させるようになっている。
【０１０５】
ここで、前記制御軸４５に加わる入力は、主に吸入空気量によって決まるため、圧縮比の影響は少ないが、制御軸４５の中心Ｐと偏心カム４６の中心ＰＰとの位置関係がコントロールリンク４７に対し変化することから、制御軸４５に発生する入力トルクは変化する。
【０１０６】
したがって、この第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、制御軸４５の作動応答性からアクチュエータの劣化を判断し、劣化していると判断された場合は、制御軸４５への入力トルクが大となる領域を避ける制御を行なうことにより、アクチュエータの劣化を抑制することができる。
【０１０７】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば可変動弁機構として、バルブリフトのみを可変制御するものや吸気弁や排気弁の作動角（開閉タイミング）のみを可変制御するものに適用することも可能である。また、作動応答性の検出対象としては、可変動弁機構では制御軸だけに限定されるものではなく、直接アクチュエータとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る制御装置の可変動弁機構全体の構成を示す斜視図。
【図２】図１のＡ矢視図。
【図３】同可変動弁機構の側面図。
【図４】制御軸センサの一実施例を示す側面図。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図６】本実施形態における電動モータへ駆動信号を送信する処理ルーチンを示すフローチャート。
【図７】本実施形態におけるアクセル開度と機関回転速度との関係でのリフト・作動角特性図。
【図８】２つの制御軸回転角リミット値を算出するための処理ルーチンを示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態における電動モータの劣化状態を判断する特性図。
【図１０】本発明の第２の実施形態における電動モータの劣化状態を判断する特性図。
【図１１】第２の実施形態における電動モータの劣化状態を他の方法で判断する特性図。
【図１２】Ａは第３の実施形態における電動モータの劣化状態を判断する特性図、ＢはＡのＣ部分の拡大図。
【図１３】本発明が適用された可変圧縮比機構の構成図。
【符号の説明】
１…可変動弁機構
２…駆動軸
３…偏心カム
６…ロッカアーム
１１…吸気弁
１２…制御軸
１３…制御カム
１８…エンジンコントロールユニット
１９…制御軸センサ
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の制御装置、例えば機関弁である吸気弁あるいは排気弁などのバルブリフト特性や弁作動角を機関運転状態に応じて可変制御可能な可変動弁機構などを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置としては、本出願人が先に提案した、以下に記載されたものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、この制御装置における可変動弁機構は、吸気弁側に適用されたもので、内燃機関のクランク軸の回転に同期して回転する駆動軸の外周に、軸心が駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが設けられていると共に、駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気弁の上端部に有するバルブリフターの上面をカム面が摺接して吸気弁を開閉作動させる雨滴状の揺動カムを有している。
【０００４】
前記伝達機構は、揺動カムの上方に配置されて制御軸に揺動自在に支持されたロッカアームと、円環状の一端部が駆動カムの外周面に嵌合しかつ他端部がロッカアームの一端部に回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部に回転自在に連結され、他端部が前記揺動カムのカムノーズ部側に回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。
【０００５】
また、前記制御軸の外周面には、軸心が制御軸の軸心から所定量偏心した制御カムが固定されている。この制御カムは、ロッカアームのほぼ中央に穿設された支持孔内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアームの揺動支点を変化させて、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する転接位置を変換させて、吸気弁のバルブリフト及び作動角を可変制御するようになっている。
【０００６】
すなわち、機関運転状態が例えば低回転低負荷域である場合は、アクチュエータである電動モータによって制御軸を一方向へ回転させて、制御カムを同方向へ回転させることにより、ロッカアームの揺動支点位置を一方向側へ移動させる。これにより、ロッカアームとリンクアーム及びリンクロッドとの各枢支点が左側に移動して揺動カムのカムノーズ部側の端部を引き上げ、これによって揺動カムのバルブリフター上面上の当接位置がベースサークル側に移動する。したがって、吸気弁は、そのバルブリフト特性が小リフトとなるように制御される。
【０００７】
一方、高回転高負荷域に移行した場合は、電動モータが他方向へ回転駆動することによって制御軸を介して制御カムを反対方向の所定位置に回転制御するため、ロッカアームの揺動支点が逆方向に移動する。これにより、揺動カムは、リンクアームなどによってカムノーズ部が押し下げられて、バルブリフター上面との当接位置がリフト頂面側に移動するため、吸気弁のバルブリフトが大リフトとなるように制御される。
【０００８】
したがって、機関運転状態に応じて燃費の改善や出力の向上など機関性能を十分に発揮させることができるようになっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１０７７２５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の制御装置にあっては、アクチュエータである電動モータを例えば長期使用した後などに生じ易い各部の劣化などについての診断がなされていなかった。すなわち、電動モータは、経時的にブラシ部の接触抵抗が増加したり、またアーマチュアの部分断線が発生したり、あるいはアーマチュアのレアショートが発生するなど、各部の劣化が発生するおそれがあるが、これらの劣化についての細かな診断がなされていなかった。
【００１１】
したがって、電動モータが劣化した状態で前述のような通常の作動角の大小可変制御を行うと、該電動モータの劣化が急速に進行してしまう可能性がある。
【００１２】
そこで、この発明は、前記のようなアクチュエータの劣化状態を作動応答性から判断して、作動応答性の影響による機関運転性の悪化を防止することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、機関の性能特性を機関運転状態に応じて可変制御する可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、前記可変機構の作動応答性を検知する検知手段と、該検知手段から出力された信号に基づいて前記可変機構の作動を制御する制御手段と、を備え、前記検知手段が前記可変機構の作動応答性が低下した状態を検知した際に、前記制御手段によって、可変機構の作動特性を、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更、つまり可変機構に供給される駆動電流の低減などを行うとか、あるいは可変機構の保持電流を低減させるようにした。
【００１４】
さらに第２の発明は、内燃機関の例えば吸気弁側にバルブリフトと弁作動角を連続的に可変制御可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置であって、前記可変動弁機構の例えば制御軸の回転作動応答性を検知する検知手段と、該検知手段からの検知信号に基づいて制御軸の回転作動応答性の良否を判断し、制御軸の作動応答性が低下していると判断したときに、前記可変動弁機構のアクチュエータへの駆動電流を低減したり、保持電流を低減させて、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更する制御手段とを備えている。
【００１５】
さらに、制御手段は、機関の始動時または運転中に、前記可変動弁機構の診断パターンを行って作動応答性の良否を判断するようにした。
【００１６】
また、制御装置をＶ型内燃機関に適用した場合には、前記制御手段は、Ｖ型内燃機関の各左右バンク側にそれぞれ設けられた前記可変動弁機構の例えば制御軸の回転作動応答性の良否を判断するようにした。
【００１７】
また、制御手段は、前記可変動弁機構により定められた機関弁である吸気弁あるいは排気弁の目標作動角が一定時間変化しないときの、アクチュエータである例えば電動モータの保持電流により作動応答性の良否を判断することも可能である。
【００１８】
さらに、制御手段は、前記可変動弁機構により定められた吸気弁あるいは排気弁の目標作動角が一定以上変化ときの作動応答速度によって作動応答性の良否を判断するようにすることも可能である。
【００１９】
また、前記制御手段は、前記可変動弁機構のアクチュエータの温度を検出する検出手段を備え、該検出手段によって検出された温度によって作動応答性の良否を判断する基準を変化させるようになっている。
【００２０】
さらに、前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動異常時において、運転者に注意を喚起するワーニングランプを点灯させる点灯手段を備えている。
【００２１】
前記制御手段は、可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合に、現在のバルブリフト特性が中リフトあるいは高リフト状態にあるときは、所定の中リフト特性となるように可変動弁機構を制御するようになっている。
【００２２】
また、前記制御手段により前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合は、各機関回転数で最も大きなバルブリフト量を、小さくした作動角マップを生成するようにした。
【００２３】
さらに、前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合には、非常時のマップまたはバルブリフト量を変化させるようにした。
【００２４】
また、前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合には、前記機関弁のバルブリフトの中リフトから高リフト領域における所定の中リフトをアクチュエータである例えば電動モータの保持電流により変化させるようにした。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１及び２に記載の発明によれば、制御手段によって可変動弁機構の作動応答性が低下したと判断した場合は、可変動弁機構のアクチュエータが劣化していると認められるので、可変機構や可変動弁機構の作動特性、つまり、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更して、例えばアクチュエータに対する駆動電流を低減させる。これによって、可変動弁機構の作動応答性の影響による機関運転性の悪化を防止することができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明によれば、可変動弁機構の診断パターンによる作動応答性の良否判断を、機関停止時ではなく、機関の始動時あるいは運転時に行うようにしたため、確実な診断が可能になる。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、Ｖ型内燃機関の左右バンク適用された各可変動弁機構のそれぞれの可変動弁機構の作動応答性を判断するようにしたため、特別な診断パターンを設定することなく診断することができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明によれば、可変動弁機構による機関弁の目標作動角が一定時間変化しないときの可変動弁機構の例えばアクチュエータの保持電流によって、該可変動弁機構の作動応答性の良否を判断するようにしたため、いわゆる直列エンジンにおいても、他の特別な診断パターンを設定することなく、アクチュエータの劣化状態を診断することが可能になる。
【００２９】
請求項６に記載の発明によれば、可変動弁機構による機関弁の目標作動角が一定以上に変化したときの可変動弁機構の作動応答性の良否によって判断するようにしたため、アクチュエータの劣化状態を確実に診断することが可能になる。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、可変動弁機構のアクチュエータの温度によって作動応答性の良否を判断する基準を変化させたことから、劣化状態を正確に診断することが可能になる。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、アクチュエータの劣化状態をワーニングランプによって運転者に確実に知らしめることができ、その後の修理などの対応を速やかに行うことができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、可変動弁機構の作動応答性が低い場合には、機関弁が中リフト〜高リフト領域となる運転状態では、あえて一定の中リフトに制御するようにしたため、機関の運転性や燃費の悪化を抑制することができると共に、アクチュエータの劣化の進行を抑制することができる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明によれば、機関の各回転数で最も大きなバルブリフト量を、小作動角マップとしたことから、機関運転性や燃費の悪化を抑制することができると共に、可変動弁機構の復帰応答性も良好になる。
【００３４】
請求項１１に記載の発明によれば、同じく機関運転性や燃費の悪化を十分抑制することができると共に、可変動弁機構の復帰応答性も良好になる。
【００３５】
請求項１２に記載の発明によれば、可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合は、機関弁の中リフト〜高リフト領域となる運転領域では一定の中リフトとするが、この一定の中リフトをアクチュエータの保持電流により変化させるようにしたため、アクチュエータの劣化の進行を抑制することが可能になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、自動車用火花点火式ガソリン機関の吸気側に適用した実施の形態について説明する。
【００３７】
図１〜図３は、内燃機関の制御装置の構成を示す構成説明図であり、この制御装置は、可変機構を動弁機構に適用したもので、機関弁である吸気弁のバルブリフト・作動角を変化させる可変動弁機構１を備えている。
【００３８】
この可変動弁機構１は、前記従来技術に記載した特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００３９】
可変動弁機構１は、シリンダヘッドＳに摺動自在に設けられた一気筒当たり２つ設けられた吸気弁１１と、シリンダヘッドＳ上部のカムブラケットに回転自在に支持された駆動軸２と、この駆動軸２に圧入等により固定された偏心カム３と、前記駆動軸２の上方位置に同じカムブラケット２９によって回転自在に支持されるとともに駆動軸２と平行に配置された制御軸１２と、この制御軸１２の制御カム１３に揺動自在に支持されたロッカアーム６と、各吸気弁１１の上端部に配置された各バルブリフター１０に当接する一対の揺動カム９とを備えている。前記偏心カム３とロッカアーム６とはリンクアーム４によって連係されており、ロッカアーム６と揺動カム９とは、リンク部材８によって連係されている。
【００４０】
前記駆動軸２は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【００４１】
前記偏心カム３は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸２の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム４の環状部が回転可能に嵌合している。
【００４２】
前記ロッカアーム６は、略中央部が前記制御カム１３によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン５を介して前記リンクアーム４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン７を介して前記リンク部材８の上端部が連係している。前記制御カム１３は、制御軸１２の軸心から偏心しており、従って、制御軸１２の角度位置に応じてロッカアーム６の揺動中心は変化する。
【００４３】
前記各揺動カム９は、駆動軸２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン１４を介して前記リンク部材８の下端部が連係している。この揺動カム９の下面には、駆動軸２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム９の揺動位置に応じてバルブリフター１０の上面に当接するようになっている。
【００４４】
すなわち、前記基円面はベースサークル区間として、リフト量が零となる区間であり、揺動カム９が揺動してカム面がバルブリフター１０に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００４５】
前記制御軸１２は、図１に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用のアクチュエータである電動モータ１５によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。この電動モータ１５は、サーボモータであって、駆動シャフト１５ａに固定されたウォームギア１６と、制御軸１２に固定されたウオームホイール１７を介して制御軸１２を回転駆動するようになっていると共に、エンジンコントロールユニット１８からの制御信号によって制御されている。ここで、制御軸１２の回転角度は、検知手段である制御軸センサ１９によって検出され、この検出した実際の制御状態に基づいて前記電動モータ１５がクローズドループ制御される。
【００４６】
前記制御軸センサ１９は、図４及び図５に示すように、センサ軸２０の回転角度に応じたセンサ出力を発生する回転型ポテンショメータからなり、センサ軸２０が前記制御軸１２に対し同軸上となるように、シリンダヘッドＳの側壁２１に固定されている。センサ軸２０と制御軸１２とは、それぞれの中心位置の誤差ないしは変位を許容し得るように、互いに直結されておらず、制御軸１２の端面の外周部にセンサピン２２が設けられているとともに、半径方向のスリット２３ａを備えたベースプレート２３が前記センサ軸２０に取り付けられており、前記スリット２３ａに前記センサピン２２が係合して、制御軸１２の回転がセンサ軸２９に伝達されている。
【００４７】
前記エンジンコントローラトロールユニット１８は、図１に示すように、前記制御軸センサ１９の出力信号の他に、電動モータ１５の駆動電流を検出する電流センサ２４の出力信号や、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ２５からの出力信号及び機関回転速度を検出する機関回転速度センサ２６の出力信号が入力されるようになっている。また、エンジンコントローラトロールユニット１８は、前記各センサ１９、２４，２５，２６からの信号に基づいて電動モータ１５の駆動回路２７へ送信すべき駆動信号を演算するようになっている。
【００４８】
前記駆動回路２７は、電動モータ１５とバッテリー２８との間に接続されており、エンジンコントローラトロールユニット１８からの駆動信号に応じて電動モータ１５への供給電力を調整するようになっている。
【００４９】
以下、この可変動弁機構１の作用を説明すると、駆動軸２が回転すると、偏心カム３のカム作用によってリンクアーム４が上下動し、これに伴ってロッカアーム６が揺動する。このロッカアーム６の揺動は、リンク部材８を介して揺動カム９へ伝達され、該揺動カム９が揺動する。この揺動カム９のカム作用によって、バルブリフター１０が押圧され、各吸気弁１１がリフトする。
【００５０】
ここで、電動モータ１５を介して制御軸１２の角度が変化すると、ロッカアーム６の揺動運動の中心位置が動いて該ロッカアーム６の初期位置が変化し、ひいては揺動カム９の初期揺動位置が変化する。
【００５１】
例えば制御カム１３が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として上方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１４側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がバルブリフター１０から離れる方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、基円面が長くバルブリフター１０に接触し続け、カム面がバルブリフター１０に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【００５２】
逆に、制御カム１３が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として下方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１４側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がバルブリフター１０に近付く方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、バルブリフター１０と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【００５３】
制御カム１３の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００５４】
次に、前記エンジンコントローラトロールユニット１８による電動モータ１５へ駆動信号を送信する処理ルーチンを、図６のフローチャートによって説明する。なお、この処理ルーチンは例えば１０ｍｓ毎に実行される。
【００５５】
まず、ステップ１では、アクセルポジションセンサ２５の出力信号からアクセル開度ＡＰＯと、機関回転速度センサ２６の出力信号から機関回転速度Ｎｅと、制御軸センサ１９の出力信号から実制御軸回転角ｒＥＬとをそれを読み込む。
【００５６】
ステップ２では、アクセル開度ＡＰＯと、機関回転速度Ｎｅに基づいて目標制御軸回転角の基本値ｔＥＬｂを算出する。この目標制御軸基本値ｔＥＬｂは、図７のリフト・作動角の特性図で示すように、機関高回転高負荷側ほど大きく（作動角が大きく）なる。
【００５７】
ステップ３では、第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡと第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢとをエンジンコントロールユニット１８内のメモリーから読み込む。この第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡと第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢの値は、後述する図８で示す処理ルーチンにおいて算出されるようになっている。
【００５８】
前記第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢは、機関回転速度Ｎｅに応じて異なる値をもつので、現在の機関回転速度Ｎｅに対応する第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢを読み込む。
【００５９】
ステップ４では、第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡと第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢのうち小さい方を制御軸回転リミット値Ｌｉｍとする。
【００６０】
ステップ５では、目標制御軸基本値ｔＥＬｂと制御軸回転角リミット値Ｌｉｍのうち小さい方を目標制御軸回転角ｔＥＬとする。
【００６１】
ステップ６では、実制御軸回転角ｒＥＬを目標制御軸回転角ｔＥＬへ近づけるための駆動信号を算出し、この駆動信号を駆動回路２７へ送信する。具体的には実制御軸回転角ｒＥＬと目標制御軸回転角ｔＥＬとの偏差に応じたＰＩＤフィードバック制御により電動モータ１５の駆動電流を調整する。
【００６２】
図８は前記２つの制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡ、ＬｉｍＢを算出するための処理ルーチンを示すフローチャートであり、この処理ルーチンは例えば１０ｍｓ毎に実行される。
【００６３】
まず、ステップ１０では、エンジンコントローラユニット１８内のメモリーから目標制御軸回転角ｔＥＬを読み込むと共に、電流センサ２４からの出力信号から電動モータ駆動電流Ａｍを読み込む。
【００６４】
なお、図６のステップ６で算出された駆動信号から電動モータ１５の駆動電流Ａｍを算出することも可能であり、この場合は、電流センサ２４を省略することができる。
【００６５】
ステップ１１では目標制御軸回転角ｔＥＬの変動があるか否かを判断する。ここで、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がある場合は、ステップ１２に進み、カウンタＣがしきい値Ｃｔｈよりも大きいか否かを判断する。カウンタＣは、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がない場合に、後述するステップ１９で、カウントアップされるカウンタであり、ここでは、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がない状態が一定期間継続していたか否かを判断している。
【００６６】
カウンタＣがしきい値Ｃｔｈより大きい場合は、ステップ１３へ進み、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がなかった期間における電動モータ１５の駆動電流Ａｍの平均値ａＡｍを以下の式に基づいて算出する。
【００６７】
ａＡｍ＝ｓＡｍ／Ｃ
但し、駆動電流の平均値ａＡｍは、当該期間中に検出した電動モータ駆動電流の積算値であり、後述するステップ１９で算出している。
【００６８】
また、ステップ１４では、前回本処理ルーチンを実行した際の目標制御軸回転角ｔＥＬｚ、すなわち、目標制御軸回転角ｔＥＬの変動のなかった期間における目標制御軸回転角と電動モータ１５の駆動電流平均値ａＡｍとに基づいて電動モータ１５の劣化度合いを示すパラメータＤを算出する。劣化パラメータＤは、劣化度合いが大きいほど値が大きくなるパラメータである。
【００６９】
制御軸１２にはリフト・作動角を小さくする方向の回転トルクが常に加わっていることから、該制御軸１２の回転角を一定に保持するためにも、一定の駆動電流（保持電流）が必要になる。回転トルクの発生原因は、吸気弁１１を閉方向に付勢する図外のバルブスプリング反力であるから、リフト・作動角が大きいときほど回転トルクが大きくなり、これに伴って前記保持電流も大きくなる。したがって、制御軸回転角と保持電流との間には一定の比例関係が成立する。
【００７０】
また、電動モータ１５にブラシ部の接触抵抗増加やアーマチュアの部分切断などの劣化が生じると、同じ回転駆動トルクを発生する際の電流値が非劣化時に比べて大きくなる。したがって、制御軸回転角と保持電流との関係が非劣化時の比例関係から外れることになり、その外れ度合いから電動モータ１５の劣化度合いを検知することができる。
【００７１】
なお、電動モータ１５の発熱温度によっても供給電流と回転駆動トルクとの関係が多少変化するので、電動モータ１５の発熱温度も考慮して劣化パラメータＤを算出するようにすると、さらに精度の高い検出ができる。
【００７２】
また、ステップ１５では、劣化パラメータＤに基づいてワーニングランプである警告灯への通電のオン／オフを制御する。すなわち、劣化パラメータＤが大きくなると、各吸気弁１１のリフト・作動角が制限されて、通常通りの機関の出力性能が得られらくなるので、劣化パラメータＤがある程度大きくなったらワーニングランプを点灯して車両の運転者に内燃機関の点検を促すようになっている。
【００７３】
ステップ１６では、劣化パラメータＤに基づいて第１制御軸回転リミット値ＬｉｍＡと制御軸最大回転速度ＭａｘＶを算出する。
【００７４】
電動モータ１５の劣化が進んでいる場合に、大リフト・大作動角を実現しようとすると、もともと大きい保持電流がさらに大きくなり、電動モータ１５の劣化を急速に進行させる結果となる。これを回避するために、現在の劣化度合いに応じて制御軸回転角の上限を制限する。この制限を行うためのリミット値が第１制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡであり、劣化パラメータＤが大きくなるのに従ってＬｉｍＡの値を小さくする。
【００７５】
なお、目標制御軸回転角ｔＥＬを制限する場合でも電動モータ１５へ供給する電流自体は制限しないので、過渡時（制御軸回転角を目標制御軸回転角ｔＥＬへ向けて変化させている間）のモータ電流は一時的に大電流となる可能性があるが、過渡時は自身の回転によって電動モータ１５が冷却されているので、大きな保持電流が流れるよりも劣化への影響が小さい。
【００７６】
また、電動モータ１５の駆動回路２７は、出力可能な最大電流が決まっており、この最大電流を供給した場合の電動モータ１５の駆動トルク（最大トルク）が劣化度合いに応じて小さくなる。従って、電動モータ１５に最大電流を供給した場合の制御軸１２の回転速度（制御軸最大回転速度ＭａｘＶ）は、劣化の度合いが大きくなる（劣化パラメータＤが大きくなる）ほど小さくなる。
【００７７】
また、ステップ１７では、制御軸最大回転速度ＭａｘＶに基づいてエンジン回転速度毎の第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢを算出する。
【００７８】
本実施形態の可変動弁機構１は、一般的な動弁機構と比べて複雑なリンク機構となっているが、機関運転中のフリクションは一般的な動弁機構と比べてさほど大きくない。
【００７９】
しかしながら、機関停止時のフリクションは一般的な動弁機構より大きく、特に制御軸１２が大リフト・大作動角を実現する状態になっているときのフリクションは非常に大きい。従って、制御軸１２が大リフト・大作動角対応の状態のまま機関が停止すると、次回の機関始動時に非常に大きな起動トルクが必要となり、機関始動性が悪化する恐れがある。このため電動モータ１５には、予期せぬエンジンストップが発生した場合にも機関回転が完全に停止するまでの間に制御軸１２を基準位置（リフト・作動角最小位置）まで戻すことができる性能を与えてある。
【００８０】
ところが、電動モータ１５の劣化が進行して制御軸最大回転速度ＭａｘＶが小さくなると、急なエンジンストップト時に制御軸１２を基準位置まで戻すことができなくなる。これを回避するため、現在の劣化度合いに応じて制御軸回転角の上限を制限する。この制限を行うためのリミット値が第２制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢであり、劣化パラメータＤが大きくなるのに従ってＬｉｍＢの値を小さくする。
【００８１】
ただし、エンジンストップが発生してから機関回転が完全に停止するまでの時間は、エンジンストップ直前の機関回転速度Ｎｅによって変化するため、様々な機関回転速度（例えば５００ｒ．ｐ．ｍ間隔でアイドル回転速度から最高回転速度まで）に対する第２の制御軸回転角リミット値ＬｉｍＢを算出し、結果を制御テーブル（ＬｉｍＢ−Ｎｅ）として記憶しておく。
【００８２】
また、ステップ１８では、電動モータ駆動電流平均値ａＡｍの算出に用いる積算値ｓＡｍとカウンタＣの値をゼロにリセットする。
【００８３】
一方、前記ステップ１１で目標制御軸回転角ｔＥＬの変動がない場合は、ステップ１９へ進み、直前までの積算値ｓＡｍに今回読み込んだ電動モータ駆動電流Ａｍを加算して最新の積算値ｓＡｍを算出するとともに、カウンタＣの値を１だけカウントアップする。
【００８４】
以上の処理により、電動モータ１５の劣化の進行を抑制して耐久性の低下を防止すると共に、急なエンジンストップ後の良好な機関始動性を確保することができる。
【００８５】
なお、２つの制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡ、ＬｉｍＢを用いる代わりに２つの制御軸回転角補正値を使用することもできる。具体的には、非劣化状態に対応する値が１で劣化パラメータＤが大きくなるほど値が小さくなる第１制御軸回転角補正値および第２制御軸回転角補正値を算出し、これらのうちより小さい補正値で目標制御軸回転角ｔＥＬを補正することによっても同様の効果が得られる。
【００８６】
制御軸回転角リミット値ＬｉｍＡ、ＬｉｍＢを用いた場合、低負荷運転領域における機関の出力特性が非劣化時から変化せず、高負荷運転領域ではアクセル開度を変えても機関出力が変化しなくなる。一方、補正値を用いた場合は、アクセル開度に対する機関の出力特性が全体的に低出力側へシフトする。
【００８７】
また、本実施形態では電動モータ１５の保持電流を直接検出して劣化パラメータを算出しているが、この保持電流を間接的に電動モータ１５の温度から検出することもできる。すなわち、制御軸回転角がほぼ一定となっている状態では消費された電力のほとんどが熱に変わるので、電動モータ１５の発熱温度から保持電流を推定することが可能である。
【００８８】
図９は第２の実施形態における電動モータ１５の劣化状態を判断する特性図である。
【００８９】
ここでは、機関の始動直後にリフトの目標値を変化させる診断パターンを行い、目標値の９０％までの到達応答時間により電動モータ１５の劣化状態を判断（劣化パラメータＤを算出）する。
【００９０】
機関の始動直後であればスロットルバルブが閉じられており、スロットル下流の空気密度が低いため、作動角リフト変化による空気流量の変化が小さい。このため、車両の運転者に違和感を与えることなく劣化判断を行うことができる。
【００９１】
なお、エンジンキーオフ時は最も運転性に影響が無いため、エンジンキーオフ時に診断しても良い。
【００９２】
図１０は本制御装置をＶ型内燃機関に適用した場合の第３の実施形態における電動モータ１５の劣化状態を判断する特性図である。
【００９３】
すなわち、Ｖ型内燃機関においては、左右バンクに独立した可変動弁機構１，１を設けてそれぞれ電動モータ１５、１５を配置することが必要となる。
【００９４】
そして、Ｖ型内燃機関では左右バンク側の両可変動弁機構１，１の各電動モータ１５，１５の劣化現象が同時に起こることはまれであるため、左右バンク側の各制御軸１２，１２のそれぞれの作動応答性を監視することにより、特別な診断パターンを実施することなく応答性の判断が可能となる。
【００９５】
具体的な診断方法としては、左右バンク側のリフトの制御目標値に対する実位置の差が所定の基準値を超えた場合に、片側が良好ではないと判断する（図１０参照）。
【００９６】
なお、実位置の差については、リフト目標値に対して大きく変化するため、ある程度の積算または平均で判断することも一手段である。また、図１１に示すように、左右バンクの制御軸１２の角速度の差を基準として劣化を判断することも有効な手段である。
【００９７】
図１２Ａ、Ｂは電動モータ１５の劣化判断の第４の実施形態を示し、リフト目標値が大きく変化したとき、実位置は目標値に対し大きく差が開く、これは、目標値が大きく変化したため、電動モータ１５に駆動トルクを大きくかけるような制御を行なう。
【００９８】
リフト目標値の変化量が小さい場合は、例えば、通常では５０％の推力で制御しているような状態に対し、劣化時には、７０％の推力で応答性を確保するような制御とすれば、応答性の優劣は付けにくいが、通常でも１００％近い推力を要求する大きな目標値の変化では劣化の影響が出る。
【００９９】
よって、目標値がある一定以上変化したときの応答遅れによって電動モータ１５の劣化判断を行なうと、特別な診断パターンを実施することなく、通常運転中に正確な判断が行える。
【０１００】
つまり、一定時間に制御目標値が一定値以上変化した領域で、目標値の（例えば）５０％に達する時間の遅れで応答性を判断する。目標値が実位置と近づくと減速するため、５０％の応答性で判断する。
【０１０１】
また、本発明の制御装置は、内燃機関の性能特性を変化させる可変機構全般に適用可能であって、例えば図１３に示すような圧縮比を変化させる可変圧縮比機構の駆動機構においても同様に適用が可能である。
【０１０２】
この可変圧縮比機構の具体的構成については、本出願人が先に出願した特開２００２−２１５９２号公報などにも記載されているので、概略だけの説明とする。
【０１０３】
すなわち、この可変圧縮比機構は、ピストン４０に連結されたアッパーリンク４１と、該アッパーリンク４１に連結されるされると共に、機関のクランクシャフト４２のクランクピン４３に連結されたロアーリンク４４と、該ロアーリンク４４と制御軸４５に設けられた偏心カム４６とを回転自在に連結してロアーリンク４４の自由度を規制するコントロールリンク４７とを備えている。
【０１０４】
そして、前記制御軸４５が、図外のアクチュエータによって回転することによって前記偏心カム４６の回転位置が変化し、これによってピストン４０の上死点位置、ひいては圧縮比を変化させるようになっている。
【０１０５】
ここで、前記制御軸４５に加わる入力は、主に吸入空気量によって決まるため、圧縮比の影響は少ないが、制御軸４５の中心Ｐと偏心カム４６の中心ＰＰとの位置関係がコントロールリンク４７に対し変化することから、制御軸４５に発生する入力トルクは変化する。
【０１０６】
したがって、この第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、制御軸４５の作動応答性からアクチュエータの劣化を判断し、劣化していると判断された場合は、制御軸４５への入力トルクが大となる領域を避ける制御を行なうことにより、アクチュエータの劣化を抑制することができる。
【０１０７】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば可変動弁機構として、バルブリフトのみを可変制御するものや吸気弁や排気弁の作動角（開閉タイミング）のみを可変制御するものに適用することも可能である。また、作動応答性の検出対象としては、可変動弁機構では制御軸だけに限定されるものではなく、直接アクチュエータとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る制御装置の可変動弁機構全体の構成を示す斜視図。
【図２】図１のＡ矢視図。
【図３】同可変動弁機構の側面図。
【図４】制御軸センサの一実施例を示す側面図。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図６】本実施形態における電動モータへ駆動信号を送信する処理ルーチンを示すフローチャート。
【図７】本実施形態におけるアクセル開度と機関回転速度との関係でのリフト・作動角特性図。
【図８】２つの制御軸回転角リミット値を算出するための処理ルーチンを示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態における電動モータの劣化状態を判断する特性図。
【図１０】本発明の第２の実施形態における電動モータの劣化状態を判断する特性図。
【図１１】第２の実施形態における電動モータの劣化状態を他の方法で判断する特性図。
【図１２】Ａは第３の実施形態における電動モータの劣化状態を判断する特性図、ＢはＡのＣ部分の拡大図。
【図１３】本発明が適用された可変圧縮比機構の構成図。
【符号の説明】
１…可変動弁機構
２…駆動軸
３…偏心カム
６…ロッカアーム
１１…吸気弁
１２…制御軸
１３…制御カム
１８…エンジンコントロールユニット
１９…制御軸センサ
Claims (12)
- 機関の性能特性を機関運転状態に応じて可変制御する可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、
前記可変機構の作動応答性を検知する検知手段と、
該検知手段から出力された信号に基づいて前記可変機構の作動を制御する制御手段と、を備え、
前記検知手段が前記可変機構の作動応答性が低下した状態を検知した際に、前記制御手段によって、可変機構の作動特性を、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関弁のバルブリフト特性及びまたは弁作動角を連続的に可変制御可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、
前記可変動弁機構の作動応答性を検知する検知手段と、
該検知手段からの検知信号に基づいて前記可変動弁機構の作動応答性の良否を判断し、該可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断したときに、前記可変動弁機構の作動特性を、作動応答性が低下する前の通常の状態に比べて作動範囲が減少するように変更する制御手段とを、
備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制御手段は、機関の始動時または運転中に、前記可変動弁機構の診断パターンを行って作動応答性の良否を判断するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、Ｖ型内燃機関の各左右バンク側にそれぞれ設けられた前記可変動弁機構の作動応答性の良否を判断するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記可変動弁機構により定められた機関弁の目標作動角が一定時間変化しないときの前記可変動弁機構のアクチュエータの保持電流により作動応答性の良否を判断するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記可変動弁機構により定められた機関弁の目標作動角が一定以上変化ときの作動応答速度によって作動応答性の良否を判断するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記可変動弁機構のアクチュエータの温度を検出する検出手段を備え、該検出手段によって検出された温度によって作動応答性の良否を判断する基準を変化させることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動異常時において、車両の運転者に注意を喚起するワーニングランプを点灯させる点灯手段を備えたことを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合に、現在のバルブリフト特性が中リフトあるいは高リフト状態にあるときは、所定の中リフト特性となるように可変動弁機構を制御することを特徴とする２〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段により前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合は、各機関回転数で最も大きなバルブリフト量を、小さくした作動角マップを生成することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合には、非常時のマップまたはバルブリフト量を変化させることを特徴とする請求項９〜１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記可変動弁機構の作動応答性が低下していると判断した場合には、前記機関弁のバルブリフトの中リフトから高リフト領域における所定の中リフトを保持電流により変化させることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
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