JP4444138B2 - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の機関バルブの作動特性を可変にする可変動弁機構の制御装置に関する。
特許文献1には、吸気バルブの開弁量を変更する可変動弁機構を備え、内燃機関の始動が開始されてから所定期間において、吸気バルブの開弁量を増大させる始動制御の開示がある。
具体的には、イグニッションスイッチ又はスタートスイッチがオンになったときに開弁量の増大を行うこと、及び、クランキング開始後機関回転速度がN1以上になったときに開弁量の増大を行う構成が開示されている。
特開2004−092420号公報
ところで、イグニッションスイッチ又はスタートスイッチがオンになったときに開弁量を増大させるべく可変動弁機構を駆動制御しても、内燃機関が回転していないので、可変動弁機構の動作に対するフリクションが大きく、実際には可変動弁機構は動作しない。
従って、可変動弁機構が電動アクチュエータによって動作する場合には、前記電動アクチュエータに大電流が流れることになり、係る大電流に耐え得るアクチュエータ及び駆動回路を備える必要が生じる。
また、機関回転速度がN1以上になったときに開弁量の増大を行う構成では、機関の始動開始に対して開弁量の増大が遅れ、機関の始動性を悪化させる可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、可変動弁機構の電動アクチュエータに大電流が流れることを抑止しつつ、始動開始に対して応答良く可変動弁機構を駆動できる可変動弁機構の制御装置を提供することを目的とする。
そのため請求項1記載の発明では、電動モータによって機関バルブの作動特性を可変にする可変動弁機構の制御装置であって、内燃機関の始動時に、前記内燃機関の回転に同期するパルス信号を発生する回転センサの出力信号に基づいてスタータによる機関の回転開始を判断し、機関が回転し始めたと判断した時に前記電動モータの駆動を許可する構成とした。
かかる構成によると、スタータによって機関が回転し始める前のフリクションの大きい状態では、電動モータの駆動が禁止され、スタータによって機関が回転し始めてフリクションが低下するのに同期して、電動モータの駆動を許可する。
従って、電動モータが動かない状態での駆動が回避され、電動モータに大電流が流れることを抑止できるので、大電流に耐え得る電動モータ及び駆動回路を備える必要がなく、システムコストを低下させることができる。
また、機関の回転開始に同期して電動モータを駆動することで、大きな応答遅れの発生を回避でき、高い機関始動性を発揮させることが可能である。
請求項2記載の発明では、電動モータによって機関バルブの作動特性を可変にする可変動弁機構の制御装置であって、内燃機関の始動時に、前記内燃機関の回転に同期するパルス信号を発生する回転センサの出力信号に基づいてスタータによる機関の回転開始を判断し、機関が回転し始めたと判断した時に、バッテリ電圧についての許可条件が成立している場合に、前記電動モータの駆動を許可する構成とした。
かかる構成によると、スタータによって機関が回転し始めたと判断した時に、バッテリ電圧についての許可条件が成立していれば、電動モータの駆動を許可する。
請求項3記載の発明では、内燃機関の回転に同期するパルス信号を発生する回転センサからの該パルス信号を入力し、前記回転センサからのパルス信号の出力数が所定値になった時点を、内燃機関の回転開始タイミングとして判断する構成とした。
かかる構成によると、機関の停止状態では回転センサからのパルス信号の発生がなく、機関が回転し始めることでパルス信号が発生するようになるので、パルス信号が出力され始めてからの出力数を計数し、計数結果が所定値になってから、電動モータの駆動を許可する。
従って、機関が回転し始めたことを精度良く判定でき、電動モータが動かない状態での駆動を回避しつつ、可及的速やかに電動モータの駆動を開始させることができる。
請求項記載の発明では、前記機関の回転開始が検出されなくても、機関の始動操作の開始から所定時間が経過し、かつ、前記機関の回転停止状態が判定されていない時は、前記電動モータの駆動を許可する構成とした。
かかる構成によると、回転開始の検出が不調であっても、機関が回転している状態で電動モータの駆動を確実に許可することができ、電動モータに大電流が流れることを抑止しつつ、電動モータが駆動されることなく放置されて始動性が低下してしまうことを防止できる。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、実施形態における可変動弁機構及びその制御装置を示す。
実施形態の可変動弁機構が適用されるエンジン(ガソリン内燃機関)は、各気筒に一対の吸気バルブ2が設けられており、これら吸気バルブ2の上方に、図外のクランクシャフトによって回転駆動される吸気駆動軸3が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気駆動軸3には、吸気バルブ2のバルブリフタ2aに当接して吸気バルブ2を開閉駆動する揺動カム4が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気駆動軸3と揺動カム4との間には、吸気バルブ2の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する作動角変更機構10(可変動弁機構)が設けられている。
また、前記吸気駆動軸3の一端部には、クランクシャフトに対する前記吸気駆動軸3の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ2の作動角の中心位相を連続的に変更する位相変更機構20(可変動弁機構)が配設されている。
前記作動角変更機構10は、図1及び図2に示すように、吸気駆動軸3に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム11と、この駆動カム11に相対回転可能に外嵌するリング状リンク12と、吸気駆動軸3と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸13と、この制御軸13に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム14と、この制御カム14に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク12の先端に連結されたロッカアーム15と、このロッカアーム15の他端と揺動カム4とに連結されたロッド状リンク16と、を有している。
制御軸13は、電動アクチュエータ17(モータ)によりギヤ列18を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
上記の構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸3が回転すると、駆動カム11を介してリング状リンク12がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム15が制御カム14の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク16を介して揺動カム4が揺動して吸気バルブ2が開閉駆動される。
また、制御軸13の回転角度を電動アクチュエータ17によって変化させることにより、ロッカアーム15の揺動中心となる制御カム14の軸心位置が変化して揺動カム4の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ2の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ2の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
図3は、前記位相変更機構20を示している。
位相変更機構20は、クランクシャフトと同期して回転するスプロケット25に固定され、このスプロケット25と一体的に回転する第1回転体21と、ボルト22aにより前記吸気駆動軸3の一端に固定され、吸気駆動軸3と一体的に回転する第2回転体22と、ヘリカルスプライン26により第1回転体21の内周面と第2回転体22の外周面とに噛合する筒状の中間ギア23と、を有している。
前記中間ギア23には3条ネジ28を介してドラム27が連結されており、このドラム27と中間ギア23との間にねじりスプリング29が介装されている。
前記中間ギア23は、ねじりスプリング29によって遅角方向(図3の左方向)へ付勢されており、電磁リターダ24に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム27及び3条ネジ28を介して進角方向(図3の右方向)へ動かされる。
この中間ギア23の軸方向位置に応じて、回転体21,22の相対位相が変化して、クランクシャフトに対する吸気駆動軸3の位相が変化する。
前記電動アクチュエータ17及び電磁リターダ24は、エンジンコントロールユニット(ECU)30からの制御信号により、エンジンの運転状態に応じて駆動制御される。
マイクロコンピュータを内蔵する前記エンジンコントロールユニット30には、各種センサからの検出信号が入力される。
前記各種センサとしては、吸気駆動軸3の所定回転角位置で検出パルス信号を出力する駆動軸センサ31、前記制御軸13の回転角を連続的に検出する角度センサ32、クランクシャフトが一定角度(例えば10deg)回転する毎に検出パルス信号を出力するクランク角センサ33、エンジンの吸入空気流量を検出するエアフローメータ34などが設けられている。
また、前記エンジンコントロールユニット30は、図示省略したスタータ(スタータモータ)の電源でもあるバッテリ35の電圧が電源として供給され、更に、エンジンコントロールユニット30には、イグニッションスイッチ(IGSW)36及びスタータスイッチ(STSW)37のオン・オフ信号が入力される。
前記エンジンコントロールユニット30は、前記各種センサからの検出信号に基づいて、燃料噴射量,燃料噴射時期,点火時期の制御を行うと共に、吸気バルブ2の作動角及び中心位相を制御する。
尚、本実施形態において、機関の始動時における吸気バルブ2の作動特性の目標値は、機関停止時におけるデフォルト状態とは異なり、始動時には、デフォルト位置から始動時用の目標に向けて可変動弁機構を駆動制御する必要がある。
ここで、前記エンジンコントロールユニット30は、前記作動角変更機構10の駆動制御において、機関始動時に前記電動アクチュエータ17(モータ)に大電流が流れることを抑止しつつ、応答良く作動角及びバルブリフト量を始動時の目標値に変化させるべく、図4のフローチャートに示すようにして、作動角変更機構10(可変動弁機構)の駆動許可判定を行う。
図4のフローチャートにおいて、ステップS1では、イグニッションスイッチ36又はスタータスイッチ37のオン状態を判別する。
イグニッションスイッチ36又はスタータスイッチ37がオン状態であれば、ステップS2へ進む。
ステップS2では、クランク角センサ33からの検出パルス信号の出力が所定時間以上継続して途絶えているか否かに基づき、エンスト状態であるか否かを判定する。
ステップS2でエンスト状態であると判定された場合は、ステップS3へ進み、クランク角センサ33からの検出パルス信号の出力数を計数するカウンタをクリアする。
一方、ステップS2においてエンスト状態でないと判定されると、ステップS4へ進む。
ステップS4では、前記クランク角センサ33から検出パルス信号が出力されたか否か(前記検出パルス信号が反転したか否か)を判別する。
前記クランク角センサ33からの検出パルス信号の出力を判定すると、ステップS5へ進み、前記カウンタの値をインクリメントする。
そして、次のステップS6では、前記カウンタの値が所定回数に達しているか否かを判別する。
ここで、前記カウンタの値が所定回数に達している場合には、始動操作に伴って機関の回転が開始したと判断し、ステップS7へ進んで、作動角変更機構10の駆動制御、換言すれば、電動アクチュエータ17(モータ)による制御軸13の回転駆動を許可する(図5参照)。
機関が回転していない状態では、電動アクチュエータ17を駆動しても大きなフリクションによって作動角変更機構10が動かず、電動アクチュエータ17に大電流が流れることになる。
しかし、上記のように、機関の回転開始を判断して電動アクチュエータ17を駆動すれば、電動アクチュエータ17の駆動に対応して作動角変更機構10が動作するので、電動アクチュエータ17に大電流が流れることがなく、大電流に耐え得る電動アクチュエータ17及び駆動回路を必要としない。
また、機関の回転開始を判断して、電動アクチュエータ17の駆動を許可するので、作動角変更機構10による吸気バルブ2の作動角・リフトの変更が機関の始動操作に対して大幅に遅れることがなく、機関の始動状態に最適な作動角・リフトに速やかに変更でき、高い始動性を維持することができる。
更に、クランク角センサ33の検出パルス信号に基づいて機関の回転開始を判断するので、機関の回転開始を精度良くかつ速やかに判断できる。
尚、ステップS7の処理は、機関の回転状態から電動アクチュエータ17の駆動を許可する処理であり、バッテリ電圧や故障診断結果などの他の許可条件を判定する場合には、他の許可条件を含めて全ての許可条件が成立している場合に、電動アクチュエータ17が駆動されることになる。
一方、前記ステップS6で、前記カウンタの値が所定回数に達していないと判断された場合には、ステップS8へ進む。
ステップS8では、スタータスイッチ37がオンされてから所定時間以上経過していてかつ機関が回転している(エンスト判定されていない)か否かを判断する。
そして、スタータスイッチ37がオンされて(始動操作の開始)から所定時間以上経過していてかつ機関が回転している(エンスト判定されていない)場合には、前記カウンタの値が所定回数に達していなくても、ステップS7へ進んで、電動アクチュエータ17の駆動を許可する。
これにより、前記カウンタに基づく電動アクチュエータ17の駆動許可が不当に遅れてなされることを回避できる。
ところで、上記実施形態では、クランク角センサ33の検出パルス信号に基づいて機関の回転開始を判断する構成としたが、スタータスイッチ37のオンによりスタータが駆動されることでバッテリ電圧が低下し、その後機関が回転し始めることでバッテリ電圧が復活する特性があるので、バッテリ電圧の変化を監視することで、機関の回転開始を判定させることができる。
図6のフローチャートは、バッテリ電圧に基づいて機関の回転開始を判断し、電動アクチュエータ17の駆動を許可する参考例を示す。
まず、ステップS11では、イグニッションスイッチ36又はスタータスイッチ37のオン状態を判別し、イグニッションスイッチ36又はスタータスイッチ37がオンであれば、ステップS12へ進む。
ステップS12では、バッテリ電圧VBが閾値よりも低いか否かを判断し、バッテリ電圧VBが閾値よりも低くなると、ステップS13へ進んで、フラグFに1をセットする。
尚、前記閾値は、始動操作前のバッテリ電圧VBに基づいて設定させることが好ましい。また、前記フラグFは、ステップS11でNOの判定がなされたときに、ステップS17で0に設定される。
ステップS12でバッテリ電圧VBが閾値以上であると判断されると、ステップS14へ進んで、前記フラグFが1であるか否かを判定する。
前記フラグFが1である場合には、バッテリ電圧VBが一旦閾値未満に低下してから、閾値以上に上昇したことになる。
一方、フラグFが0である場合には、始動操作の開始後にバッテリ電圧VBが閾値以上の状態を保っていることになる。
前述のように、通常の機関始動時には、スタータの駆動開始に伴ってバッテリ電圧VBが低下した後、機関の回転開始に伴ってバッテリ電圧VBが復活する特性を示すので、バッテリ電圧VBが一旦閾値未満に低下してから閾値以上に上昇した場合には、機関の回転開始タイミングであると判断する。
即ち、ステップS14でフラグFが1であると判断されたときに、機関の回転開始タイミングであると判断し、ステップS15へ進んで、作動角変更機構10の駆動制御、換言すれば、電動アクチュエータ17(モータ)による制御軸13の回転駆動を許可する(図7参照)。
また、ステップS13でフラグFに1をセットした後、及び、ステップS14でフラグFが0であると判定されたときには、ステップS16へ進み、スタータスイッチ37がオンされてから所定時間以上経過していてかつ機関が回転している(エンスト判定されていない)か否かを判断する。
そして、スタータスイッチ37がオンされてから所定時間以上経過していてかつ機関が回転している(エンスト判定されていない)場合には、バッテリ電圧VBに基づく許可判定を待つことなく、ステップS15に進んで、作動角変更機構10(電動アクチュエータ17)の駆動制御を許可する。
従って、バッテリ電圧VBに基づく駆動許可判定が適切に行われない場合であっても、駆動許可がなされることなく放置されてしまうことを防止できる。
尚、前記クランク角センサ33の検出パルス信号に基づく回転開始判定と、バッテリ電圧VBに基づく回転開始判定とを組み合わせることができる。
具体的には、例えば、前記クランク角センサ33の検出パルス信号に基づく回転開始判定と、バッテリ電圧VBに基づく回転開始判定との早い方のタイミングで、作動角変更機構10(電動アクチュエータ17)の駆動制御を許可する構成とすることができる。
また、可変動弁機構を上記構成の作動角変更機構10に限定するものではなく、また、可変動弁機構により作動特性を可変とする機関バルブを吸気バルブに限定するものでもない。
更に、図4又は図6において、経過時間に基づく強制的な駆動許可条件の成立判定を省略しても良いことは明らかである。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)請求項1〜4のいずれか1つに記載の可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構が、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、一端部に連係した前記駆動カムの回転により揺動するロッカアームと、前記ロッカアームの他端部に連係して機関バルブを開作動させる揺動カムと、を備え、電動モータによって前記ロッカアームの揺動支点を変化させることで、機関バルブの作動角及びリフトを可変とすることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
かかる構成によると、機関停止状態であってフリクションが大きく電動モータに大きな電流が流れるときに駆動が禁止され、前記大電流に耐え得る電動モータ及び駆動回路を必要としない。
実施形態における可変動弁機構を示す斜視図。 図1に示す作動角変更機構の断面図。 図1に示す位相変更機構を示す断面図。 可変動弁機構の駆動許可判定の第1実施形態を示すフローチャート。 第1実施形態におけるクランク角センサの検出パルスと駆動許可判定との相関を示すタイミングチャート。 可変動弁機構の駆動許可判定の参考例を示すフローチャート。 前記参考例におけるバッテリ電圧VBと駆動許可判定との相関を示すタイミングチャート。
符号の説明
2…吸気バルブ、3…吸気駆動軸、4…揺動カム、10…作動角変更機構、11…駆動カム、12…リング状リンク、13…制御軸、14…制御カム、15…ロッカアーム、16…ロッド状リンク、17…電動アクチュエータ、18…ギヤ列、20…位相変更機構、30…エンジンコントロールユニット、31…駆動軸センサ,32…角度センサ、33…クランク角センサ、34…エアフローメータ、35…バッテリ、36…イグニッションスイッチ(IGSW)、37…スタータスイッチ(STSW)

Claims (4)

  1. 電動モータによって機関バルブの作動特性を可変にする可変動弁機構の制御装置であって、
    内燃機関の始動時に、前記内燃機関の回転に同期するパルス信号を発生する回転センサの出力信号に基づいてスタータによる機関の回転開始を判断し、機関が回転し始めたと判断した時に前記電動モータの駆動を許可することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
  2. 電動モータによって機関バルブの作動特性を可変にする可変動弁機構の制御装置であって、
    内燃機関の始動時に、前記内燃機関の回転に同期するパルス信号を発生する回転センサの出力信号に基づいてスタータによる機関の回転開始を判断し、機関が回転し始めたと判断した時に、バッテリ電圧についての許可条件が成立している場合に、前記電動モータの駆動を許可することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
  3. 前記内燃機関の回転に同期するパルス信号を発生する回転センサからの該パルス信号を入力し、
    前記回転センサからのパルス信号の出力数が所定値になった時点を、前記内燃機関の回転開始タイミングとして判断することを特徴とする請求項1又は2記載の可変動弁機構の制御装置。
  4. 前記機関の回転開始が検出されなくても、機関の始動操作の開始から所定時間が経過し、かつ、前記機関の回転停止状態が判定されていない時は、前記電動モータの駆動を許可することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の可変動弁機構の制御装置。
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