(57)【要約】      （修正有）【課題】高温下においては減速機のバックラッシが狭い減速領域を使用せずにアクチュエータの駆動を可変動弁機構に伝達することにより、高温でのギヤ膨張によりバックラッシが無くなってギヤの駆動制御が不能、あるいは不十分になってしまうことを防ぐ。【解決手段】内燃機関の吸気弁のリフト量を可変可能な可変動弁機構と、可変動弁機構を駆動するアクチュエータと、アクチュエータの駆動を減速して可変動弁機構に伝達する減速機と、アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、可変動弁機構の温度を推定する温度推定手段を備え、減速機のバックラッシが、リフト量が高くなる減速領域よりも低くなる減速領域において狭く、制御装置は、推定された可変動弁機構の温度が所定温度以上の場合に、減速機がリフト量が高くなる減速領域のみを使用してアクチュエータの駆動を可変動弁機構に伝達するように、アクチュエータの駆動を制御する。【選択図】図９
2011226330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁のリフト量を可変可能な可変動弁機構と、
前記可変動弁機構を駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動を減速して前記可変動弁機構に伝達する減速機と、
前記アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備える可変動弁装置において、
前記可変動弁機構の温度を推定する温度推定手段を設け、
前記減速機のバックラッシを、前記リフト量が高くなる減速領域よりも低くなる減速領域において狭くし、
前記制御装置は、推定された前記温度が所定温度以上の場合に、前記減速機が前記リフト量が高くなる減速領域のみを使用して前記アクチュエータの駆動を前記可変動弁機構に伝達するように、前記アクチュエータの駆動を制御する、可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁のリフト量を可変可能な可変動弁装置に関し、特に可変動弁装置の減速機のバックラッシの切り替え制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、内燃機関の吸気弁のリフト量を可変可能な可変動弁装置を開示する。この装置では、アクチュエータの駆動力をウォームギヤ機構を介して吸気弁のリフト量を制御する制御軸に伝達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３６０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の発明を含む従来の技術では、減速機（ウォームギヤ機構）のバックラッシ、すなわち一対のギヤをかみ合わせたときの歯面間の遊びが一定であるために、バックラッシを小さくするとギヤを精度良く駆動制御することはできるが、高温でのギヤ膨張時にはその遊びが実質的になくなってギヤの駆動制御が不能、あるいはその制御精度が低下してしまう恐れがある。
【０００５】
また、バックラッシを大きくするとギヤ膨張によりその遊びが実質的になくなることを防止できるが、遊びによる不感帯が大きくなるためギヤを精度良く駆動制御することができなくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、高温下においても可変動弁装置の減速機を円滑に駆動させることにより、アクチュエータによる吸気弁のリフト量制御の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関の吸気弁のリフト量を可変可能な可変動弁機構と、可変動弁機構を駆動するアクチュエータと、アクチュエータの駆動を減速して可変動弁機構に伝達する減速機と、アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を備える可変動弁装置を提供する。その可変動弁装置は、可変動弁機構の温度を推定する温度推定手段をさらに備え、減速機のバックラッシが、リフト量が高くなる減速領域よりも低くなる減速領域において狭く、制御装置は、推定された可変動弁機構の温度が所定温度以上の場合に、減速機がリフト量が高くなる減速領域のみを使用してアクチュエータの駆動を可変動弁機構に伝達するように、アクチュエータの駆動を制御する。
【０００８】
本発明によれば、高温下においては減速機のバックラッシが狭い減速領域を使用せずにアクチュエータの駆動を可変動弁機構に伝達することにより、高温でのギヤ膨張によりバックラッシが無くなってギヤの駆動制御が不能、あるいは不十分になってしまうことを防いで、アクチュエータによる吸気弁のリフト量制御の精度を向上させることは可能となる。
【０００９】
また、制御上使用頻度の高いリフト量の低い減速領域をバックラッシの狭い減速領域としているため、高温下以外の通常温度での制御精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の可変動弁装置を含む内燃機関およびその制御装置の全体的な構成図である。
【図２】本発明の可変動弁装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の可変動弁機構の一例を示す図である。
【図４】本発明の可変動弁装置の制御軸とモータ軸との関係を示す図である。
【図５】図４のウォームとウォームホイールの拡大図である。
【図６】図５の噛み合う２つのギヤ近傍の拡大図である。
【図７】本発明のウォームホイールのギヤ角度（回転角度）とバックラッシとの関係を示す図である。
【図８】本発明の可変動弁装置の推定温度とバックラッシの切り替えとの関係を示す図である。
【図９】本発明のギヤのバックラッシの持ち替え制御フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の全体的な構成図である。
【００１２】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータ（マップを含む）を格納することができる。ＥＣＵ１は、車両の各部から信号を受取ると共に、該メモリに記憶されたデータおよびプログラムに従って演算を行い、車両の各部を制御するための制御信号を生成する。
【００１３】
エンジン２は、たとえば４気筒を有するエンジンである。エンジン２には、吸気管３および排気管４が連結されている。吸気管４には、スロットル弁５が設けられている。スロットル弁５の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って制御される。スロットル弁５の開度を制御することにより、エンジン２に吸入される空気の量を制御することができる。スロットル弁５には、スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度（θＴＨ）センサ６が連結されており、この検出値は、ＥＣＵ１に送られる。
【００１４】
燃料噴射弁７が、エンジン２とスロットル弁５との間であって、エンジン２の吸気弁（図示せず）の少し上流側に、気筒ごとに設けられている。燃料噴射弁７は、図示しない燃料ポンプに接続されている。燃料噴射弁７の燃料噴射時期および燃料噴射量は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って変更される。
【００１５】
スロットル弁の上流には、吸気管３を流れる空気の量を検出するエアフローメータ（ＡＦＭ）８が設けられている。
【００１６】
スロットル弁５の下流には、吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１０が設けられており、吸気管内の圧力を検出する。また、吸気管内絶対圧センサ１０の下流には吸気温（ＴＡ）センサ１１が設けられており、吸気管内の温度を検出する。これらの検出値は、ＥＣＵ１に送られる。また、エンジン２には、エンジンの水温ＴＷを検出するためのエンジン水温センサ１２が設けられており、該センサの検出値は、ＥＣＵ１に送られる。
【００１７】
エンジン２には、吸気弁のリフト量および開角（開弁期間）を連続的に変更することができる第１の機構２１と、吸気弁を駆動するカムのクランク軸を基準とした位相を連続的に変更する第２の機構２２とを有する可変動弁装置２０を備える。第２の機構２２により吸気弁を駆動するカムの位相が変更され、よって吸気弁の位相が変更される。
【００１８】
ＥＣＵ１には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１３およびエンジン１の吸気弁を駆動するカムが連結されたカム軸の回転角度を検出するカム角センサ１４が接続されており、これらのセンサの検出値はＥＣＵ１に供給される。クランク角センサ１３は、所定のクランク角度（たとえば３０度）毎に１パルス（ＣＲＫパルス）を発生し、該パルスにより、クランク軸の回転角度位置を特定することができる。また、カム角センサ１４は、エンジン２の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（ＣＹＬパルス）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（ＴＤＣパルス）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種の制御タイミングおよびエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。なお、カム角センサ１４より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角センサ１３より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係から、カム軸の実際の位相ＣＡＩＮが検出される。
【００１９】
可変動弁装置２０には、吸気弁のリフト量を制御する制御軸の回転角度位置を検出するための制御軸回転角度センサ（ＣＳＡ）センサ１５が設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ１は、上記各種センサからの入力信号に応じて、メモリに記憶されたプログラムおよびデータ（マップを含む）に従い、エンジン２の運転状態を検出すると共に、スロットル弁５、燃料噴射弁７、可変動弁装置２０を制御するための制御信号を生成する。
【００２１】
図２は、可変動弁装置２０のより具体的な構成図を示す。図に示すように、可変動弁装置２０は、吸気弁のリフト量および開角（以下、単にリフト量と呼ぶ）を連続的に変更することができる第１の機構２１と、吸気弁の位相を連続的に変更することができる第２の機構２２と、該第１の機構を介して吸気弁のリフト量ＬＦＴを連続的に変更するためのモータ２３を備えるアクチュエータ２４と、該第２の機構を介して吸気弁の位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁２５を備えるアクチュエータ２６と、を備えている。
【００２２】
吸気弁の位相を示すパラメータとして、吸気弁のカム軸の位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁２５には、オイルパン２８の潤滑油がオイルポンプ２７により加圧されて供給される。モータ２３および電磁弁２５は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って作動する。なお、第２の機構２２のより具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。
【００２３】
図３を参照して、第１の機構２１を説明する。（ａ）に示すように、カム３２が設けられたカム軸３１と、シリンダヘッドに軸３５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム３５と、コントロールアーム３５を揺動させるコントロールカム３７が設けられた制御軸３６と、コントロールアーム３５に支軸３３ｂを介して揺動可能に支持されると共に、カム３２に従動して揺動するサブカム３３と、サブカム３３に従動し、吸気弁４０を駆動するロッカーアーム３４とを備えている。ロッカーアーム３４は、コントロールアーム３５内に揺動可能に支持されている。
【００２４】
サブカム３３は、カム３２に当接するローラ３３ａを有し、カム軸３１の回転により、軸３３ｂを中心として揺動する。ロッカーアーム３４は、サブカム３３に当接するローラ３４ａを有し、サブカム３３の動きが、ローラ３４ａを介して、ロッカーアーム３４に伝達される。
【００２５】
コントロールアーム３５は、コントロールカム３７に当接するローラ３５ｂを有し、制御軸３６の回転により軸３５aを中心として揺動する。（ａ）に示す状態では、サブカム３３の動きはロッカーアーム３４にほとんど伝達されないため、吸気弁４０はほぼ全閉の状態を維持する。（ｂ）に示す状態では、サブカム３３の動きがロッカーアーム３４を介して吸気弁４０に伝達され、吸気弁４０は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（たとえば１２ｍｍ）まで開弁する。
【００２６】
したがって、アクチュエータ２４のモータ２３（図２）により制御軸３６を回転させることにより、吸気弁４０のリフト量ＬＦＴを連続的に変更することができる。この実施形態では、第１の機構２１に、制御軸３６の回転角度位置を検出するＣＳＡセンサ１５（図１）が設けられており、制御軸３６の回転角度位置（ＣＳＡを検出する。該検出される回転角度位置ＣＳＡが、リフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用される。
【００２７】
図４は、吸気弁のリフト量を制御する制御軸とアクチュエータのモータの出力（回転）軸との関係を示す図である。制御軸３６は、ウォームギヤ機構を介して、図２で示したモータ２３を備えるアクチュエータ２４に接続されている。ウォームギヤ機構は、アクチュエータ２４のモータ２３の出力軸４２に固定されて出力軸４２と一体的に回転するウォーム４３と、制御軸３６に固定されて制御軸３６と共に回転するウォームホイール４４と、から構成されている。ウォームホイール４４の外周には、ウォーム４３と噛み合うウォームギヤが形成されている。
【００２８】
アクチュエータ２４のモータは、ＥＣＵ１からの制御信号に従って出力軸４２を回転駆動し、これにより、ウォームギヤ機構を介して制御軸３６を回転駆動する。こうして、制御軸３６の回転量を制御することにより、吸気弁４０のリフト量ＬＦＴを制御する。
【００２９】
制御軸３６の外周には、ストッパ４６が取り付けられており、該取り付けストッパ４６が全閉ストッパ４７に達することにより、制御軸３６の回転が停止する。全閉ストッパ４７は、吸気弁４０の最小リフト量位置（全閉位置と呼ぶ）に対応するよう設けられている。
【００３０】
図５は、図４のウォーム４３とウォームホイール４４の拡大図である。ウォーム４３のギヤ（凹凸）部分４３１とウォームホイール４４のウォームギヤ４４１が噛み合うように配置される。ウォーム４３の一方向への回転によりウォームホイール４４が制御軸３６と共に矢印Ｌ方向に回転し、吸気弁４０のリフト量ＬＦＴが低く（小さく）なるように制御される。逆に、ウォーム４３の一方向と反対の方向への回転によりウォームホイール４４が制御軸３６と共に矢印Ｒ方向に回転し、吸気弁４０のリフト量ＬＦＴが高く（大きく）なるように制御される。
【００３１】
図６は、図５の噛み合う２つのギヤ４３１、４４１近傍の拡大図である。バックラッシは、噛み合う２つのギヤ４３１、４４１の歯面間の最小間隔Ｄとして算出される。この間隔Ｄは一種の不感帯であるのでできるだけ小さいことが望まれるが、余り小さくしすぎると高温時のギヤの膨張により２つのギヤ４３１、４４１が強く噛みすぎて制動不能な状態になってしまうことがある。そこで、本発明では、温度上昇によるギヤの膨張を考慮して、バックラッシＤの間隔を２つのギヤ４３１、４４１が噛み合う位置（領域）によって変える（持ち替えて）使用する。
【００３２】
図７と図８を参照しながら、ギヤのバックラッシの持ち替えについて説明する。図７は、ウォームホイール４４のギヤ角度（回転角度）ΘとバックラッシＤとの関係を示す図である。ウォームホイール４４のギヤ角度Θが、ゼロからΘ１まではバックラッシＤとして１ｍｍの噛み合う位置（領域）Ａを採用し、Θ１より大きいギヤ角度Θでは２ｍｍの噛み合う位置（領域）Ｂを採用する。ここで符号Ａが示すグラフは吸気弁の低リフト量の領域でのバックラッシに相当し、Ｂのグラフは吸気弁の高リフト量の領域でのバックラッシに相当する。このバックラッシＤの１ｍｍの領域と２ｍｍの領域は、ウォームホイール４４のギヤ角度Θ１を境界としてその前後の領域（ギア範囲）として得られるように、ウォームホイール４４のウォームギヤ４４１またはウォーム４３のギヤ４３１のサイズ（幅）を調整する。なお、バックラッシＤの１ｍｍと２ｍｍは例示であって、他の任意の値を採用することができる。
【００３３】
符号ＡとＢで示されるバックラッシは、ともに常温（例えば２０℃）でのバックラッシである。符号Ａ´とＢ´で示されるグラフ（バックラッシ）は、高温（例えば９０℃）でギヤが膨張した場合のバックラッシＡとＢの変化を示す。常温で１ｍｍあったバックラッシＡが、高温ではマイナスとなり、２つのギヤに噛みこみが発生してしまう。したがって、高温時には、バックラッシＢ´となるように、常温で２ｍｍのバックラッシに切り替えて、すなわち高リフト量の領域でのバックラッシを使用して、２つのギヤの噛みこみを防ぐようにする。
【００３４】
図８は、可変動弁装置２０の推定温度Ｔとバックラッシの切り替えとの関係を示す図である。図８の縦軸の下限角度ΘＬは、バックラッシが１ｍｍと２ｍｍのそれぞれのギヤ領域におけるギヤ角度Θの下限値（回転端の角度）を意味する。所定温度Ｔ１（例えば９０℃）までは、ウォームホイール４４のギヤの角度の下限角度ΘＬＡから始まるバックラッシ１ｍｍを採用し（符号Ａ）、所定温度Ｔ１を超えたら下限角度ΘＬＢから始まるバックラッシ２ｍｍを採用する（符号Ｂ）。すなわち、所定温度Ｔ１までは低リフト量の領域でのバックラッシ（１ｍｍ）を採用し、所定温度Ｔ１で高リフト量の領域でのバックラッシ（２ｍｍ）に持ち替える。
【００３５】
このように、所定温度でバックラッシを持ち替えることにより、高温でのギヤ膨張によりその遊び（バックラッシ）が実質的に無くなってギヤの駆動制御が不能、あるいはその制御精度が低下してしまうことを防ぐことができる。また、制御上使用頻度の高い低リフト量の領域をバックラッシの狭い領域としているため、高温下以外の通常温度での制御精度を向上させることができる。
【００３６】
図９は、本発明のギヤのバックラッシの持ち替え制御フローの一例を示す図である。図９の算出フローは、ＥＣＵ１によって所定の周期で実行される。ステップＳ１０において、可変動弁装置２０の温度Ｔを推定する。この推定は、例えば、吸気管内絶対圧センサ１０の下流の吸気温（ＴＡ）センサ１１等からの検出温度ＴＡを取得し、予め作成しメモリに格納してある温度テーブルを参照して、検出温度ＴＡに対応する可変動弁装置２０の温度Ｔを求めることによりおこなう。あるいは、可変動弁装置２０の内部に温度センサを設けて直接温度を測定してもよい。
【００３７】
ステップＳ１１において、推定温度Ｔが所定温度Ｔ１以上か否かを判定する。所定温度は、図８を用いて説明した所定温度Ｔ１（例えば９０℃）である。この判定がＹｅｓの場合、ステップＳ１２に進み、ギヤのバックラッシの持ち替え、すなわち図８を用いて説明したウォームホイール４４のギヤの角度の下限角度の持ち替えをおこなう。これにより、例えばバックラッシ１ｍｍのギヤ領域から２ｍｍの領域に切り替わる。判定がＮｏの場合は、この持ち替えをすることなく処理を終了する。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。
【００３９】
例えば、上述した本発明の実施形態ではバックラッシを低リフト領域（１ｍｍ）と高リフト領域（２ｍｍ）との２段階としたが、リフト量の上昇に伴うように減速機のバックラッシをリニアに大きくしてもよい。この場合は温度変化に応じて使用するリフト量を適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ＥＣＵ
１１  吸気温（ＴＡ）センサ
２０  可変動弁装置
２４  アクチュエータ
３６  制御軸
４０  吸気弁
４２  モータ軸
４３  ウォーム
４４  ウォームホイール
【図１】
2011226330.tif 000003
【図２】
2011226330.tif 000004
【図３】
2011226330.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011226330.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011226330.tif 000011