JP4265608B2 - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変動弁機構の制御装置に関し、特に内燃機関に設けられた吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置に関する。

従来の可変動弁機構付内燃機関の制御装置に関し、たとえば、特開２００４−１８３５９１号公報（特許文献１）は、内燃機関の可変動弁機構駆動用アクチュエータが過熱したときは、弁の最大リフト量を最大値に固定し吸気量をスロットルのみの制御とすることでアクチュエータを駆動させないようにして過剰な発熱を抑制する技術について開示されている。そして、アクチュエータが過熱状態ではなくなると通常制御に再び移行する。
特開２００４−１８３５９１号公報 特開２００１−２６３０１５号公報

しかしながら、過熱状態と判断されたときにいきなり、最大リフト量を最大値に固定すると、吸気量が急増し運転者がエンジントルクの変動に伴う振動（トルクショック）を感じることが考えられる。また、通常制御に戻す際にも最大リフト量を最大値に固定する制御から最適値に変更する制御にいきなり移行すると、やはり運転者がトルクショックを感じることが考えられる。

特開２００４−１８３５９１号公報（特許文献１）には、トルクショック回避のための制御については開示されていない。

この発明の目的は、アクチュエータの過熱を避けつつ、車両の運転に与える影響を少なくした可変動弁機構の制御装置を提供することである。

この発明は、要約すると、内燃機関に設けられた吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の最大リフト量を決定するアクチュエータと、アクチュエータの過熱状態を検知するためのセンサとを含み、制御装置は、アクチュエータが過熱状態に至る恐れがあると判断した後、アクチュエータによって決定された最大リフト値が第１の所定値以上になったときに駆動要素の位置を停止させる。

好ましくは、アクチュエータは、電動式であって、非通電状態において駆動要素の位置を固定可能に構成される。制御装置は、駆動要素の位置を停止させると共にアクチュエータを非通電状態とする。

より好ましくは、可変動弁機構は、駆動要素の位置変化を検出するセンサをさらに含む。制御装置は、センサの出力を受け、アクチュエータを非通電状態にした後に駆動要素の位置が目標位置よりも第２の所定値以上離れたときにはアクチュエータへの通電を再開する。

より好ましくは、制御装置は、可変動弁機構が動作再開条件を満たす場合にアクチュエータへの通電を再開させる。動作再開条件は、アクチュエータの温度が停止要求温度以下の停止再開温度まで下がったことを含む。

より好ましくは、制御装置は、アクチュエータへの通電を再開させた直後は、駆動要素の位置を固定状態に制御する。

さらに好ましくは、制御装置は、アクチュエータへの通電を再開させた後に駆動要素の位置を固定状態に制御し、内燃機関への動作要求が所定の移行条件を満たしたときにアクチュエータによる駆動要素の位置の可変制御に移行する。

さらに好ましくは、所定の移行条件は、運転者からの加速要求があることを含む。
さらに好ましくは、所定の移行条件は、可変制御後の駆動要素の位置と固定状態における駆動要素位置との差が所定量以下となったことを含む。

好ましくは、可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって最大リフト量の増加とともにクランク角度を単位とする開弁範囲を示す作用角も増加させる。

本発明によれば、アクチュエータの過熱を避けつつ、車両の運転に与える影響を少なくした可変動弁機構の制御装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン１００の構成を示す図である。
図１を参照して、本実施の形態に係る可変動弁機構の制御装置は、図１における制御装置２００が実行するプログラムにより実現される。

エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はスロットルモータ３１２により駆動される電機制御式スロットルバルブである。

空気は、シリンダ１０６（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０６には、インジェクタ１０８から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０８の噴射孔はシリンダ１０６内に設けられている。燃料は、シリンダ１０６の吸気側（空気が導入される側）から噴射される。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔がシリンダ１０６内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０８に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。

シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は、吸気バルブ１１８により制御される。シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は、排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動される。排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

吸気バルブ１１８は、ＶＶＴＬ（Variable Valve Timing and Lift）機構１２６により、開閉タイミング、リフト量および作用角が制御される。排気バルブ１２０の開閉タイミングは、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構１２９により制御される。なお排気バルブ１２０についても、リフト量および作用角を制御するようにしてもよい。

ここで、ＶＶＴＬ機構１２６とは、開閉タイミングを制御するＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構に、リフト量と作用角とを制御するＶＶＬ（Variable Valve Lift）機構を組み合わせたものである。なお、リフト量および作用角のいずれか一方を制御するようにしてもよい。

本実施の形態においては、カム１２２がＶＶＴ機構により回転されることにより、吸気バルブ１１８の開閉タイミングが制御される。なお、開閉タイミングを制御する方法はこれに限らない。また、ＶＶＴ機構には、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。ＶＶＬ機構については後述する。

制御装置２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度θｔｈ、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸気バルブの動作状態（開閉タイミング、リフト量、作用角等）を制御する。制御装置２００には、カム角センサ３００、クランク角センサ３０２、ノックセンサ３０４、スロットル開度センサ３０６、イグニッションスイッチ３０８、アクセル開度センサ３１４から信号が入力される。

カム角センサ３００は、カムの位置を表す信号を出力する。クランク角センサ３０２は、クランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号を出力する。ノックセンサ３０４は、エンジン１００の振動の強度を表す信号を出力する。スロットル開度センサ３０６は、スロットル開度θｔｈを表す信号を出力する。イグニッションスイッチ３０８は、運転者の操作によりオンにされた場合、イグニッションスイッチ３０８がオンであることを表す信号を出力する。アクセル開度センサ３１４は、運転者の操作するアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度Ａｃｃを出力する。

制御装置２００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００を制御する。

図２は、可変動弁機構において実現されるバルブリフトとクランク角の関係を示す図である。

図２を参照して、排気行程において排気弁が開いて閉じ、吸気行程において吸気弁が開いて閉じる。排気弁のバルブリフトが波形ＥＸ１，ＥＸ２に示されており、これに対して吸気弁のバルブリフトが波形ＩＮ１〜ＩＮ３，ＩＮ２Ａに示されている。排気弁側に設けられている可変バルブタイミングシステム（以下ＶＶＴも称する）によって排気弁の開閉タイミングは、ＥＸ１〜ＥＸ２の間で変化する。最進角側のタイミング波形をＥＸ１とすると、これを基準に排気弁ＶＶＴの遅角量が矢印ＲＲで示される。

これに対して吸気弁の開閉タイミングは、ＶＶＴによって波形ＩＮ１〜ＩＮ３の間で変化し、最遅角側のタイミング波形をＩＮ３とすると、これを基準に進角量が矢印ＦＲで示されるように定義される。

ＴＤＣはピストン上死点、ＢＤＣはピストン下死点を示す。ピストン上死点（ＴＤＣ）付近で排気弁と吸気弁が共に開いている期間をバルブオーバーラップという。ＶＶＴではこのオーバーラップ期間を調節することができる。オーバーラップを大きくすれば高速回転時は新気を多く吸入して出力向上となるが、低速回転時は、排気ガスがシリンダ内に引き戻されて燃焼が不安定になる。

さらに吸気弁に関してはバルブリフト量とともに作用角を一定の範囲内で変更することが可能である。

すなわちバルブリフトの最大量は波形ＩＮ２で最大リフトとなり、波形ＩＮ２Ａで最小リフトとなる。また吸気弁が開いてから閉じるまでのクランク角度を作用角と呼ぶ。波形ＩＮ２においては作用角は最大となり、波形ＩＮ２Ａにおいては作用角は最小となっている。

図３は、吸気バルブのリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００の正面図である。

図３を参照して、ＶＶＬ機構４００は、一方向に延びる駆動軸４１０と、駆動軸４１０の外周面を覆う支持パイプ４２０と、支持パイプ４２０の外周面上で駆動軸４１０の軸方向に並んで配置された入力アーム４３０および揺動カム４４０とを備える。駆動軸４１０の先端には、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータが接続される。

ＶＶＬ機構４００には、各気筒に設けられた１つのカム１２２に対応して、１つの入力アーム４３０が設けられる。入力アーム４３０の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１１８のそれぞれに対応して、２つの揺動カム４４０が設けられる。

支持パイプ４２０は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１３０に対して平行に配置される。支持パイプ４２０は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定される。

支持パイプ４２０の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸４１０が挿入される。支持パイプ４２０の外周面上には、駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０が設けられる。

入力アーム４３０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出するアーム部４３２と、アーム部４３２の先端に回転可能に接続されたローラ部４３４とを有する。入力アーム４３０は、ローラ部４３４がカム１２２に当接可能な位置に配置されるように設けられる。

揺動カム４４０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部４４２を有する。ノーズ部４４２の一辺には、凹状に湾曲したカム面４４４が形成される。吸気バルブ１１８に設けられたバルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム１２８に回転可能に取り付けられたローラがカム面４４４に押し付けられる。

入力アーム４３０および揺動カム４４０は、一体となって駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１３０が回転すると、カム１２２に当接された入力アーム４３０が揺動し、この入力アーム４３０の動きに連動して揺動カム４４０も揺動する。この揺動カム４４０の動きが、ロッカアーム１２８を介して吸気バルブ１１８に伝わり、吸気バルブ１１８が開閉される。

ＶＶＬ機構４００は、さらに、支持パイプ４２０の軸芯周りにおいて、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差を変更する機構を備える。相対位相差を変更する機構によって、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が適宜変更される。

つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が拡大され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が増大される。

また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が縮小され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さくされる。

図４は、ＶＶＬ機構を部分的に示した斜視図である。図４中では、内部構造が明確に把握できるように一部が破断されて表わされる。

図４を参照して、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０と、支持パイプ４２０の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ４２０に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギヤ４５０が収容される。スライダギヤ４５０は、支持パイプ４２０上を軸方向に摺動可能に設けられる。

スライダギヤ４５０には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５２が設けられる。また、スライダギヤ４５０には、ヘリカルギヤ４５２の両側に位置し、ヘリカルギヤ４５２とは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５４が各々に設けられる。

一方、スライダギヤ４５０を収容する空間を規定する入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０の内周面には、ヘリカルギヤ４５２および４５４に対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成される。つまり、入力アーム４３０には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５２に噛み合っている。また、揺動カム４４０には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５４に噛み合っている。

スライダギヤ４５０には、一方のヘリカルギヤ４５４とヘリカルギヤ４５２との間に位置して、周方向に延びる長穴４５６が形成される。また、図示しないが、支持パイプ４２０には、長穴４５６の一部と重なるように、軸方向に延びる長穴が形成される。支持パイプ４２０の内部に挿通された駆動軸４１０には、これら長穴４５６および図示しない長穴の重なった部分を通じて突出する係止ピン４１２が一体に設けられる。

駆動軸４１０がその軸方向に移動すると、スライダギヤ４５０が係止ピン４１２により押され、ヘリカルギヤ４５２および４５４が同時に駆動軸４１０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギヤ４５２および４５４の移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム４３０および揺動カム４４０は、軸方向に移動しない。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０は、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸４１０の軸芯周りに回動する。

このとき、入力アーム４３０と揺動カム４４０とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆である。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０の回動方向は互いに逆方向となる。これにより、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。なお、ＶＶＬ機構は、このような形式のものに限られない。

図５は、ＶＶＬ機構４００の駆動軸４１０を軸方向に直線移動させるアクチュエータ５００を示す断面図である。

図５を参照して、アクチュエータ５００は、空間５１２を規定するハウジング５１０と、空間５１２に配置され、回転運動を直線運動に変換する差動ローラギヤ６００と、差動ローラギヤ６００に対して回転運動を入力するモータ７００とを備える。ハウジング５１０には、ＶＶＬ機構４００が設けられたシリンダヘッドに向かって開口する開口部５１４が形成される。

差動ローラギヤ６００は、軸８００上に延びるサンシャフト６１０と、サンシャフト６１０の外周面６１２上で軸８００と平行に延び、軸８００を中心とした周方向に並んで配設された複数のプラネタリシャフト６２０と、複数のプラネタリシャフト６２０を取り囲むように設けられ、軸８００を中心に筒状に延びるナット６３０とを含む。

サンシャフト６１０は、軸８００上で駆動軸４１０と並ぶように配置される。サンシャフト６１０は、空間５１２から開口部５１４を通じてハウジング５１０の外側に突出するように設けられる。サンシャフト６１０は、図示しないカップリング等により駆動軸４１０と接続される。

サンシャフト６１０は、スプラインが形成されたスプライン部６１４と、雄ねじが形成されたねじ部６１６とを有する。空間５１２内におけるサンシャフト６１０の端部には、リング状のサンギヤ６４０が嵌め合わされる。サンギヤ６４０の外周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

スプライン部６１４を取り囲む位置には、周り止めカラー５１６が固定される。周り止めカラー５１６の内周面には、スプラインが形成される。周り止めカラー５１６とスプライン部６１４とが係合することにより、軸８００を中心とするサンシャフト６１０の回転運動が規制される。

プラネタリシャフト６２０の両側には、軸８００を中心に環状に延びるリテーナ９００および９１０がそれぞれ配設される。プラネタリシャフト６２０の両端は、リテーナ９００および９１０によって回転自在に支持される。リテーナ９００とリテーナ９１０とは、軸８００を中心とした周方向に所定の間隔を空けて設けられ、プラネタリシャフト６２０と平行に延びる支柱によって互いに結合される。

モータ７００は、ロータ７２０とステータ７３０とから構成される。ロータ７２０は、焼嵌め、圧入または接着剤等の手段を用いて、ナット６３０の外周面に固定される。ハウジング５１０には、コイル７４０が巻回されたステータ７３０が同様の手段により固定される。

ステータ７３０は、ロータ７２０の周りを取り囲むように、軸８００を中心に環状に延びて形成される。ロータ７２０は、軸８００を中心とした周方向に沿って、ステータ７３０との間に所定の大きさの隙間を設けるように位置決めされる。ロータ７２０のステータ７３０に向い合う位置には、軸８００を中心として所定の角度ごとに並ぶ永久磁石７５０が配設される。コイル７４０に通電することにより、ロータ７２０とステータ７３０との間に磁界が発生する。これにより、ロータ７２０がナット６３０とともに軸８００を中心に回転する。

プラネタリシャフト６２０は、ねじ部６２２と、ねじ部６２２の両側にそれぞれ形成されたギヤ部６２４および６２６とを有する。

図６は、図５に示したアクチュエータ５００のＶＩ部について拡大して詳細を示した図である。

図５、図６を参照してプラネタリシャフト６２０のねじ部６２２には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじと、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとに螺合する雄ねじが形成される。プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成される雄ねじは、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きであり、ナット６３０の内周面に形成された雌ねじとは同じ向きである。

プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４には、サンギヤ６４０の外周面に形成された平歯ギヤと、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとに噛み合う平歯ギヤが形成される。この平歯ギヤは、たとえば雄ねじが全体に形成されたプラネタリシャフト６２０の端部を転造または切削加工することにより形成することができる。同様に、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６には、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤと噛み合う平歯ギヤが形成される。

ナット６３０は、ハウジング５１０に固定されたベアリングによって、軸８００を中心に回転自在に支持される。ナット６３０の内周面には、サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじとは逆向きの雌ねじが形成される。

ナット６３０には、雌ねじが形成された内周面の両側に位置して、リングギヤ６５０が固定される。リングギヤ６５０の内周面には、軸８００を中心とした周方向に歯が並ぶ平歯ギヤが形成される。

サンシャフト６１０のねじ部６１６に形成された雄ねじ、プラネタリシャフト６２０のねじ部６２２に形成された雄ねじおよびナット６３０の内周面に形成された雌ねじは、いずれも同一のピッチを有する多条ねじである。サンシャフト６１０の雄ねじ、プラネタリシャフト６２０の雄ねじおよびナット６３０の雌ねじのピッチ円直径を、それぞれ、Ｄｓ、ＤｐおよびＤｎとし、各ねじの条数を、それぞれ、Ｎｓ、ＮｐおよびＮｎとする。本実施の形態では、サンシャフト６１０を軸８００方向にストロークさせるため、たとえば、Ｎｓ：Ｎｐ：Ｎｎ＝（Ｄｓ＋１）：Ｄｐ：Ｄｎの関係を満たすように各ねじの条数が決定される。なお、各ねじのピッチ円直径と条数とは、これ以外の関係も採り得る。

ナット６３０が回転すると、その回転運動は、ナット６３０およびプラネタリシャフト６２０に形成されたねじの噛み合いにより、プラネタリシャフト６２０に伝わる。このとき、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２４に形成された平歯ギヤと、サンギヤ６４０の外周面およびリングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。また、プラネタリシャフト６２０のギヤ部６２６に形成された平歯ギヤと、リングギヤ６５０の内周面に形成された平歯ギヤとが噛み合っている。

そのため、プラネタリシャフト６２０は、軸８００に沿う方向には静止したまま、自転しながら軸８００を中心に公転する。また同時に、プラネタリシャフト６２０は、これら平歯ギヤの噛み合いにより、軸８００と平行な姿勢に保持される。

プラネタリシャフト６２０の回転運動は、プラネタリシャフト６２０およびサンシャフト６１０に形成されたねじの噛み合いにより、サンシャフト６１０に伝わる。サンシャフト６１０の回転運動は周り止めカラー５１６により規制されているので、サンシャフト６１０は、軸８００に沿う方向のみに移動する。これにより、駆動軸４１０が直線移動され、上述したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。

モータ７００（ロータ７２０）の動作量（回転数もしくは回転角度）はセンサ１０００により検知される。検知結果を表す信号は、制御装置２００に送信される。本実施の形態において、制御装置２００は、モータ７００の動作量と吸気バルブ１１８のリフト量や作用角とを関連付けたマップを用いて、モータ７００の動作量から吸気バルブ１１８のリフト量や作用角を間接的に検知する。

アクチュエータであるモータ７００は、制御装置２００からの制御信号のデューティを変化させることにより駆動要素である駆動軸４１０を中立状態に保ったり駆動軸４１０の位置を最大側変位端に向けて増加させたり、逆に最小側変位端に向けて減少させたりすることができる。

逆に、駆動軸４１０側から軸８００に沿う方向に力が加えられても、モータ７００が回転するには至らない。これは、サンシャフト６１０のねじ部６１６がプラネタリシャフト６２０のねじ部と噛み合い、さらにプラネタリシャフトのねじ部はサンシャフトと反対側ではナット６３０の雌ねじのねじ部６２２と噛み合っており、このナット６３０は軸８００に沿う方向には動かないように拘束されているからである。

そして、駆動軸４１０側から軸８００に沿う方向に加わる力は、サンシャフト６１０のねじ山からプラネタリシャフト６２０のねじ山に伝わる際に、略垂直にプラネタリシャフトのねじ山側面で受け止められる。したがって、プラネタリシャフト６２０を回転させる力はほとんど生じない。このため、モータ７００を通電させて強制的にプラネタリシャフト６２０をギヤ部６２６の平歯車で回転させる場合には、サンシャフト６１０が軸８００に沿う方向に移動するが、たとえば、モータ７００の電源をオフした状態でも、内部摩擦によってプラネタリシャフト６２０の位置が固定されているのでサンシャフト６１０は動かず、現在の駆動軸４１０の位置が維持されることになる。

センサ１０００は、たとえば、ロータリーエンコーダなどのパルスを出力するセンサを用いることができる。このパルスをカウントすることにより、イグニッションキーがオンされた直後に駆動軸４１０の最大側および最小側変位端位置が基準として学習され、この基準値にパルスのカウント値を加算して現在の駆動軸４１０の変位量に対応する作用角センサ値ＶＣが制御装置２００に認識される。

図７は、アクチュエータ５００の過熱を避ける動作について説明するための動作波形図である。

図８は、制御装置２００で実行されるアクチュエータの制御について説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定期間経過毎または、所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図７、図８を参照して、時刻ｔ０〜ｔ１においては、アクセル開度やエンジン回転数などに基づいて最大リフト量および作用角をアクチュエータ５００を用いて可変とする最適作用角モードで車両が動作している。時刻ｔ０〜ｔ１においてはステップＳ１でアクチュエータ温度Ｔがしきい値Ｔ１に到達していないと判断されるので、ステップＳ７に処理が進み、ステップＳ７において前回このルーチンを通過したときにアクチュエータ過熱フェイル状態でなかったと判断が行なわれるので、さらにステップＳ１４に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

なお、ステップＳ１におけるアクチュエータ５００の温度は、アクチュエータ付近に設けたサーミスタなどの温度センサで観測しても良いし、アクチュエータの連続動作時間や消費電力から推定して過熱の恐れがあることを判断しても良い。

時刻ｔ１において、ステップＳ１で過熱の恐れがあると判断された場合には、ステップＳ２に処理が進み、過熱フェイルフラグがオンに制御され、合わせて省電力要求フラグＦＰもオフ状態からオン状態に変更される。しかし、時刻ｔ１においては作用角センサ値ＶＣは、エンジンが安定的に動作可能な大作用角モードでの固定値よりも小さく、動作モードを大作用角モードにいきなり移行させると、運転者がトルクショックを感じることが考えられる。

アクチュエータ５００の過熱が発生する状況とは、たとえば峠のカーブの多い山道などで、アクセル操作を頻繁に行なって急加速や減速を繰返すような場合が想定される。このような状況では、可変動弁機構が作用角を大きくしたり小さくしたりを繰返すことになるので、作用角が現在小さくてもすぐに作用角が大きくなることが期待できる。

そこで、ステップＳ３に処理が進み、制御装置２００は、作用角センサ値ＶＣが大作用角モードでの固定する目標値以上になったか否かの判断を行なう。時刻ｔ１〜ｔ２の間は、センサ値ＶＣ≧目標値ＶＣ１が成立しないので、ステップＳ３の監視が続行される。

そして、時刻ｔ２において、センサ値ＶＣ≧目標値ＶＣ１が成立しステップＳ４に処理が進み、アクチュエータ５００が通電状態のまましばらく作用角が固定される。

その後ステップＳ５において作用角とセンサ値の差が所定値Ｋ以内であるか否かの判断が行なわれる。

図７の例では、時刻ｔ３において波形Ｗ１に示すように固定された大作用角状態が維持されているので処理はステップＳ６に進みモータ電源遮断許可がなされてセンサ値が保持されたままアクチュエータの通電がカットされる。

時刻ｔ３〜ｔ４では、アクチュエータ５００の通電がカットされた状態で波形Ｗ１に示すように作用角が固定されたままスロットルバルブで吸気量を調整する大作用角モードでエンジン制御が行なわれる。

アクチュエータの通電がカットされても、図５、図６を用いて説明したように、駆動軸４１０の位置がアクチュエータ５００の内部摩擦によって保持される。このときセンサ１０００には通電状態が維持されて駆動軸位置を示すセンサ値ＶＣはそのまま演算により求められている。

もし、何らかの理由によって、アクチュエータ５００の電源が遮断された状態において、センサ値ＶＣの位置が固定目標値とずれて、｜センサ値−目標値｜＜しきい値Ｋが成立しなくなった場合にはステップＳ５からステップＳ７に処理が進み、ステップＳ７においてアクチュエータ５００に再び通電がなされて、制御装置２００は、作用角を固定目標値に合わせるようにアクチュエータ５００の制御を行なう。

ステップＳ６またはステップＳ７の処理が終了すると、ステップＳ１４に処理が進み制御はメインルーチンに戻される。

その後時間の経過により時刻ｔ４においてアクチュエータ温度が低下すると、ステップＳ１においてアクチュエータ温度Ｔ＞Ｔ１が成立しなくなる。するとステップＳ８に処理が進む。このときは、以前にステップＳ２でフェイルの記憶がなされているので、ステップＳ８からステップＳ９に処理が進む。

ステップＳ９では、アクチュエータ５００に通電がなされ、そしてステップＳ１０に処理が進み、アクチュエータ５００で作用角を固定する制御を行なう大作用角モードに動作モードが移行する。図７の時刻ｔ４〜ｔ５の間は、この動作モードでエンジン制御が行なわれる。ここで、時刻ｔ４において作用角可変の最適作用角モードに切換えないのは、運転者が吸気量の急変によりトルクショックを感じる場合があるからである。

時刻ｔ４〜ｔ５の間は、ステップＳ１１において運転者から加速要求があるか否かが判断されている。加速要求が無い場合は、ステップＳ１０，Ｓ１１の処理が繰り返し実行されている。時刻ｔ５においてアクセルペダルが踏込まれ加速要求があったことに応じて、ステップＳ１１からステップＳ１２に処理が進む。

ステップＳ１２では、作用角可変とする最適作用角モードに動作モードが移行される。アクセルペダルの踏込み等の加速要求に合わせて動作モードを変更することで、運転者が違和感を覚えることなく最適作用角モードへの動作復帰がなされる。そしてステップＳ１３において、ステップＳ２で記憶されていたアクチュエータ過熱フェイル情報がクリアされる。ステップＳ１３の処理が終了すると、ステップＳ１４に処理が進み制御はメインルーチンに戻される。

図９は、図８のフローチャートの制御の変形例を示したフローチャートである。
図８のフローチャートでは、ステップＳ１１の大作用角固定モードから最適作用角モードへの移行判断を、アクセルペダルの操作等による加速要求の有無の判断で行なっていた。図９のフローチャートは、図８のステップＳ１１に変えてステップＳ１１Ａを含む。他の部分については、図９のフローチャートは既に説明した図８のフローチャートと同様であるので説明は繰返さない。

この変形例では、図７の時刻ｔ２〜ｔ４の間、作用角が固定される大作用角モードでエンジン制御が行なわれている間においても、最適作用角モードで動作制御をした場合の作用角の目標制御値に関しては波形Ｗ２に示すように演算が行なわれている。

そしてステップＳ１１Ａでは、演算により求めた最適作用角目標値が固定値に一致したか否かが判断される。一致しなくても、あるしきい値以内に近づいたことを判断しても良い。

図９のフローチャートに基づく制御が行なわれた場合には、時刻ｔ５〜ｔ６の間も作用角センサ値ＶＣおよび動作モードにおいて破線で示したように大作用角固定モードでエンジン制御が行なわれる。そして、時刻ｔ６において、ステップＳ１１ＡからステップＳ１２に処理が進み大作用角モードから最適作用角モードへの動作モードの変更が行なわれる。この変形例の場合は、大作用角モードから最適作用角モードに動作モードを移行する際に、作用角が急変することが無いので、運転者が違和感を覚えることなく最適作用角モードへの動作復帰がなされる。

再び、図１及び図５を参照して本実施の形態について総括する。ＶＶＴＬ機構１２６は、駆動軸４１０を動かすことによって吸気バルブ１１８の最大リフト量を決定するアクチュエータ５００と、アクチュエータ５００の過熱状態を検知するための温度センサまたは電流センサ、電圧センサ等のセンサとを含む。制御装置２００は、アクチュエータ５００が過熱状態に至る恐れがあると判断した後、アクチュエータ５００によって決定された最大リフト値が図７の第１の所定値ＶＣ１以上になったときに駆動軸４１０の位置を停止させる。

好ましくは、アクチュエータ５００は、電動式であって、非通電状態において駆動軸４１０の位置を固定可能に構成される。制御装置２００は、駆動軸４１０の位置を停止させると共にアクチュエータ５００を非通電状態とする。

より好ましくは、ＶＶＴＬ機構１２６は、駆動軸４１０の位置変化を検出するセンサ１０００をさらに含む。制御装置２００は、センサ１０００の出力を受け、アクチュエータ５００を非通電状態にした後に駆動軸４１０の位置が目標位置よりも第２の所定値以上離れたときにはアクチュエータ５００への通電を再開する。

より好ましくは、制御装置２００は、ＶＶＴＬ機構１２６が動作再開条件を満たす場合にアクチュエータ５００への通電を再開させる。動作再開条件は、アクチュエータ５００の温度が停止要求温度以下の停止再開温度まで下がったことを含む。

より好ましくは、制御装置２００は、アクチュエータ５００への通電を再開させた直後は、駆動軸４１０の位置を固定状態に制御する。

さらに好ましくは、制御装置２００は、アクチュエータ５００への通電を再開させた後に駆動軸４１０の位置を固定状態に制御し、内燃機関への動作要求が所定の移行条件を満たしたときにアクチュエータ５００による駆動軸４１０の位置の可変制御に移行する。

さらに好ましくは、所定の移行条件は、運転者からの加速要求があることを含む。
さらに好ましくは、所定の移行条件は、可変制御後の駆動軸４１０の位置と固定状態における駆動軸４１０の位置との差が一致するかまたは所定量以下となったことを含む。

好ましくは、ＶＶＴＬ機構１２６は、駆動軸４１０を動かすことによって最大リフト量の増加とともにクランク角度を単位とする開弁範囲を示す作用角も増加させる。

以上説明したように、本実施の形態においては、アクチュエータが過熱状態になったら直ちに大作用角モードで動作させるのではなく、最適作用角モードをしばらく続行して作用角が大作用角になってから作用角を固定するので、過熱回避制御移行時のトルクショックを回避できる。

また、アクチュエータへの通電をカットすることで消費電力をゼロとしてアクチュエータ温度を速やかに低下させることができる。

さらに、過熱回避制御から通常制御への移行を運転者が違和感を感じるトルクショックを抑えつつ完了させることが可能となる。また、トルクショックの発生に対する影響が少ない、最適作用角モードに移行しても大作用角となる条件で動作モードを大作用角モードから最適作用各モードに戻すことでトルクショックを抑えつつ完了させることが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るエンジン１００の構成を示す図である。 可変動弁機構において実現されるバルブリフトとクランク角の関係を示す図である。 吸気バルブのリフト量と作用角とを制御するＶＶＬ機構４００の正面図である。 ＶＶＬ機構を部分的に示した斜視図である。 ＶＶＬ機構４００の駆動軸４１０を軸方向に直線移動させるアクチュエータ５００を示す断面図である。 図５に示したアクチュエータ５００のＶＩ部について拡大して詳細を示した図である。 アクチュエータ５００の過熱を避ける動作について説明するための動作波形図である。 制御装置２００で実行されるアクチュエータの制御について説明するためのフローチャートである。 図８のフローチャートの制御の変形例を示したフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、１０２ エアクリーナ、１０４ スロットルバルブ、１０６ シリンダ、１０８ インジェクタ、１１０ 点火プラグ、１１２ 三元触媒、１１４ ピストン、１１６ クランクシャフト、１１８ 吸気バルブ、１２０ 排気バルブ、１２２，１２４ カム、１２６ ＶＶＴＬ機構、１２８ ロッカアーム、１２９ ＶＶＴ機構、１３０ カムシャフト、２００ 制御装置、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０４ ノックセンサ、３０６ スロットル開度センサ、３０８ イグニッションスイッチ、３１２ スロットルモータ、３１４ アクセル開度センサ、４００ ＶＶＬ機構、４１０ 駆動軸、４１２ 係止ピン、４２０ 支持パイプ、４３０ 入力アーム、４３２ アーム部、４３４ ローラ部、４４０ 揺動カム、４４２ ノーズ部、４４４ カム面、４５０ スライダギヤ、４５２，４５４ ヘリカルギヤ、４５６ 長穴、５００ アクチュエータ、５１０ ハウジング、５１４ 開口部、５１６ 周り止めカラー、６００ 差動ローラギヤ、６１０ サンシャフト、６１２ 外周面、６１４ スプライン部、６１６，６２２ ねじ部、６２０ プラネタリシャフト、６２４，６２６ ギヤ部、６３０ ナット、６４０ サンギヤ、６５０ リングギヤ、７００ モータ、７２０ ロータ、７３０ ステータ、７４０ コイル、７５０ 永久磁石、８００ 軸、９００，９１０ リテーナ、１０００ センサ。

Claims (15)

1. 内燃機関に設けられた吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、
   前記可変動弁機構は、
   駆動要素を動かすことによって前記吸気弁および前記排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の開弁から閉弁までの開弁範囲をクランク角度で示した作用角を決定するアクチュエータと、
   前記作用角を検知するための第１のセンサと、
   前記アクチュエータの過熱状態を検知するための第２のセンサとを含み、
   前記アクチュエータは、電動式であって、非通電状態において前記駆動要素の位置を固定可能に構成され、
   前記制御装置は、前記第２のセンサの出力に基づいて前記アクチュエータが過熱状態に至る恐れがあると判断した場合には、前記第１のセンサの出力に基づいて検知された前記作用角が固定目標値を超えるまでは前記アクチュエータの通電を維持し前記アクチュエータによる前記駆動要素の位置の可変制御を実行し、前記作用角が前記固定目標値を超えたときに通電状態を保ちながら前記作用角を固定するように前記アクチュエータを制御し、その後前記作用角が前記固定目標値に保持されていると判断したときに前記制御装置は、前記駆動要素の位置を停止させると共に前記アクチュエータを非通電状態とする、可変動弁機構の制御装置。
2. 前記第１のセンサは、前記駆動要素の位置変化を検出し、
   前記制御装置は、前記第１のセンサの出力を受け、前記アクチュエータを非通電状態にした後に前記駆動要素の位置が目標位置よりも所定値以上離れたときには前記アクチュエータへの通電を再開する、請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記可変動弁機構が動作再開条件を満たす場合に前記アクチュエータへの通電を再開させ、
   前記動作再開条件は、前記アクチュエータの温度が前記停止要求温度以下の停止再開温度まで下がったことを含む、請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記アクチュエータへの通電を再開させた後に前記駆動要素の位置を固定状態に制御し、前記内燃機関への動作要求が所定の移行条件を満たしたときに前記アクチュエータによる前記駆動要素の位置の可変制御に移行する、請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 前記所定の移行条件は、
   運転者からの加速要求があることを含む、請求項４に記載の可変動弁機構の制御装置。
6. 前記所定の移行条件は、
   可変制御後の前記駆動要素の位置と前記固定状態における前記駆動要素位置との差が所定量以下となったことを含む、請求項４に記載の可変動弁機構の制御装置。
7. 前記可変動弁機構は、駆動要素を動かすことによって前記作用角の増加とともに前記一方の弁の最大リフト量も増加させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。
8. 前記制御装置は、前記駆動要素の位置を停止させると共に前記アクチュエータを非通電状態とし、かつ、アクセル開度に応じてスロットルバルブを操作して吸気量を制御して内燃機関の運転を継続させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。
9. 内燃機関に設けられた吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の動作特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、
   前記可変動弁機構は、
   駆動要素を動かすことによって前記吸気弁および前記排気弁のうちの少なくともいずれか一方の弁の最大リフト量を決定するアクチュエータと、
   前記駆動要素の位置を検出するための第１のセンサと、
   前記アクチュエータの過熱状態を検知するための第２のセンサとを含み、
   前記アクチュエータは、電動式であって、非通電状態において前記駆動要素の位置を固定可能に構成され、
   前記制御装置は、前記第２のセンサの出力に基づいて前記アクチュエータが過熱状態に至る恐れがあると判断した場合には、前記第１のセンサの出力に基づいて検知された前記駆動要素の位置が固定目標値を超えるまでは前記アクチュエータの通電を維持し前記アクチュエータによる前記駆動要素の位置の可変制御を実行し、前記駆動要素の位置が前記固定目標値を超えたときに通電状態を保ちながら前記駆動要素の位置を固定するように前記アクチュエータを制御し、その後前記駆動要素の位置が前記固定目標値に保持されていると判断したときに前記制御装置は、前記駆動要素の位置を停止させると共に前記アクチュエータを非通電状態とする、可変動弁機構の制御装置。
10. 前記制御装置は、前記第１のセンサの出力を受け、前記アクチュエータを非通電状態にした後に前記駆動要素の位置が目標位置よりも所定値以上離れたときには前記アクチュエータへの通電を再開する、請求項９に記載の可変動弁機構の制御装置。
11. 前記制御装置は、前記可変動弁機構が動作再開条件を満たす場合に前記アクチュエータへの通電を再開させ、
    前記動作再開条件は、前記アクチュエータの温度が前記停止要求温度以下の停止再開温度まで下がったことを含む、請求項９に記載の可変動弁機構の制御装置。
12. 前記制御装置は、前記アクチュエータへの通電を再開させた後に前記駆動要素の位置を固定状態に制御し、前記内燃機関への動作要求が所定の移行条件を満たしたときに前記アクチュエータによる前記駆動要素の位置の可変制御に移行する、請求項９に記載の可変動弁機構の制御装置。
13. 前記所定の移行条件は、
    運転者からの加速要求があることを含む、請求項１２に記載の可変動弁機構の制御装置。
14. 前記所定の移行条件は、
    可変制御後の前記駆動要素の位置と前記固定状態における前記駆動要素位置との差が所定量以下となったことを含む、請求項１２に記載の可変動弁機構の制御装置。
15. 前記制御装置は、前記駆動要素の位置を停止させると共に前記アクチュエータを非通電状態とし、かつ、アクセル開度に応じてスロットルバルブを操作して吸気量を制御して内燃機関の運転を継続させる、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。

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