(57)【要約】      （修正有）【課題】車両の走行中において可変動弁機構を駆動するアクチュエータの駆動電流をモニターし、可変動弁機構の基準位置を適時学習する。【解決手段】内燃機関の吸気弁のリフト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、アクチュエータの非駆動時に吸気弁のリフトをデフォルト位置に保持するように可変動弁機構を一方向に付勢する付勢手段を有するデフォルト機構と、可変動弁機構の駆動位置を検出する位置検出手段と、検出された可変動弁機構の駆動位置に基づきアクチュエータの駆動を制御する制御装置と、アクチュエータの駆動電流を検出する電流センサと、を備える可変動弁装置である。その制御装置は、検出されたアクチュエータの駆動電流の変化量が所定変化量以上の場合に、吸気弁のリフトがデフォルト位置にあると判断し、検出された可変動弁機構の駆動位置を可変動弁機構の基準位置として学習する。【選択図】図８
2011226331.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非駆動時に前記吸気弁のリフトをデフォルト位置に保持するように前記可変動弁機構を一方向に付勢する付勢手段を有するデフォルト機構と、
前記可変動弁機構の駆動位置を検出する位置検出手段と、
検出された前記可変動弁機構の駆動位置に基づき前記アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、
前記アクチュエータの駆動電流を検出する電流センサと、を備える可変動弁装置であって、
前記制御装置は、検出された前記アクチュエータの駆動電流の変化量が所定変化量以上の場合に、前記吸気弁のリフトがデフォルト位置にあると判断し、検出された前記可変動弁機構の駆動位置を前記可変動弁機構の基準位置として学習する、可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に設けられ、制御軸の回転によって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制御軸とモータ軸の基準位置の学習に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関に設けられた可変動弁機構の制御軸の回転角度をその制御軸を回転駆動するモータの軸（モータ軸）の回転角度から計測（推定）する手法がある。その場合、モータ軸と制御軸の回転角度の相関関係を学習する、すなわち両角度の位置関係を明確にしておく必要がある。
【０００３】
特許文献１は、内燃機関の吸気弁の基準位置を学習するための装置を開示する。この装置では、制御軸のストッパを全閉ストッパ（全閉位置）に突き当てて、そのときの角度をモータ軸および制御軸の基準位置（０度）として両者の相関関係を学習する。
【０００４】
特許文献２は、可変動弁機構用アクチュエータのデフォルト装置を開示する。この装置では、可変動弁機構のアクチュエータの故障時に、支軸まわりに枢支されたレバーの被押圧部をコイルスプリングの弾発力で付勢し、レバーのカム部でアームを押圧してコントロールシャフトを一方向に回転させ、バルブリフトが所定値以下になるのを抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３６０３４号公報
【特許文献２】特開２００７−２２４７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電力の瞬断などによる電子制御装置（ＥＣＵ）のリセット発生時には、その相関関係の学習値がクリアされる可能性があり、その結果モータ軸の回転角度から制御軸の回転角度を推定することができない場合がある。
【０００７】
その場合の対策として、特許文献１に例示されるような手法により、再度相関関係を学習することが考えられるが、車両の走行中においては運転者の意図しない加減速が生じる為、その実施は車両を停止させない限り実際にはほとんど不可能である。
【０００８】
そこで、本発明は、例えば特許文献２に開示されるような可変動弁機構用アクチュエータのデフォルト機構を利用しながら、車両の走行中に電力の瞬断などによりモータ軸と制御軸の回転角度の相関関の学習値が不正となった場合においても、速やかに再学習可能な可変動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関の吸気弁のリフト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、アクチュエータの非駆動時に吸気弁のリフトをデフォルト位置に保持するように可変動弁機構を一方向に付勢する付勢手段を有するデフォルト機構と、可変動弁機構の駆動位置を検出する位置検出手段と、検出された可変動弁機構の駆動位置に基づきアクチュエータの駆動を制御する制御装置と、アクチュエータの駆動電流を検出する電流センサと、を備える可変動弁装置である。その制御装置は、検出されたアクチュエータの駆動電流の変化量が所定変化量以上の場合に、吸気弁のリフトがデフォルト位置にあると判断し、検出された可変動弁機構の駆動位置を可変動弁機構の基準位置として学習する。
【００１０】
本発明によれば、車両の走行中において可変動弁機構を駆動するアクチュエータの駆動電流をモニターするだけで可変動弁機構の基準位置を適時学習することができる。その結果、学習の精度しいては吸気弁のリフト量制御の精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】本発明のデフォルト機構を説明する図である。
【図６】制御軸の角度（ＣＳ角度）と制御軸３６の駆動トルク（ＣＳトルク）との関係を示す図である。
【図７】ＣＳ角度およびアクチュエータのモータの駆動電流の時間変化を示した図である。
【図８】本発明の基準位置の学習フローを示す図である。
【図９】モータ軸の回転角度と制御軸の回転角度との相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。可変動弁装置２０には、さらに後述するアクチュエータ２４のモータ２３（図２、図４）の回転軸（以下、「モータ軸」と呼ぶ）の回転角度を検出するＭＯセンサ１６およびモータ２３の駆動電流を検出する電流センサ１７が設けられている。各センサの検出信号はＥＣＵ１に送られる。
【００２１】
ＥＣＵ１は、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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モータ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のモータ軸４２に固定されてモータ軸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。
【００２９】
アクチュエータ２４のモータ２３は、ＥＣＵ１からの制御信号に従ってモータ軸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。このとき、ＭＯセンサ１６によりモータ軸４２の回転角度が検出され、さらに電流センサ１７によりモータ２３の駆動電流が検出され、それぞれＥＣＵ１へ検出信号が送られる。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。
【００３０】
次に、図５を参照しながら、本発明のデフォルト機構の一実施形態について説明する。図５はデフォルト機構を一方向から見た側面図であり、反対側に同様な（対称な）構成がある。ここでは、この一側面における構成の動作について説明するが、同時に反対側の構成においても同様な動作が行われる。
【００３１】
（ａ）は、可変動弁装置２０が高リフト状態にあるときであって、コントロールアーム３５に連なる制御軸３６は反時計方向の限界回転位置（回転角９４度）に停止している。このとき第１レバー７３の被押圧部７３ｂは第１コイルスプリング７５の弾発力でそれぞれストッパ８３に当接して停止している。第１レバー７３のカム部７３ｃは、制御軸３６のアーム８５の先端のローラ８６から離間している。
【００３２】
図５（ｂ）に示すように、コントロールアーム２３に連なる制御軸３６を時計方向の限界回転位置（回転角０度）まで回転させて可変動弁装置２０を低リフト状態にすると、時計方向に回転する制御軸３６のアーム８５の先端のローラ８６が第１レバー７３のカム部７３ｃを押圧する。その結果、第１レバー７３が支軸７２を中心に揺動し、それらの被押圧部７３ｂが第１スライダ７８を押し上げて第１コイルスプリング７５を圧縮する。
【００３３】
この状態でアクチュエータ２４が故障等により非駆動になって制御軸３６が（ｂ）の位置に停止すると、吸気弁２０は低リフト（リフト量ゼロ）の状態に固定されてしまうため、エンジンを始動することも運転することもできなくなってしまう。しかしながら本実施の形態によれば、（ｃ）に示すように、アクチュエータ２４が非駆動になっても、圧縮された第１コイルスプリング７５が第１２スライダ７８を介して第１レバー７３の被押圧部７３ｂを押し下げることで、第１レバー７３が所定角度だけ時計方向に回転する。その結果、第１レバー７３のカム部７３ｃによってローラ８６を押圧されたアーム８５が制御軸３６を所定角度（実施の形態では３６度）だけ反時計方向に回転させることで、吸気弁２０のバルブリフトがゼロよも大きい必要量（例えば２ｍｍ）が確保されてエンジンの始動や運転が可能となる。この制御軸３６の所定角度が本発明で言うデフォルト位置に相当する。
【００３４】
図６は、制御軸３６の角度（ＣＳ角度）と制御軸３６の駆動トルク（ＣＳトルク）との関係を示す図である。図６の両者の関係を示すグラフＡにおいて、ＣＳ角度Θ１でＣＳトルクが急反転する。このＣＳ角度Θ１は、上述した図５（ｃ）における制御軸３６の所定角度に相当し、制御軸３６が所定角度（ＣＳ角度Θ１）を通過するたびにこの急反転現象が発生する。この反転現象についてさらに説明する。
【００３５】
ＣＳ角度がΘ１より小さい場合は、図５（ｂ）に例示されるように、アーム８５が第１レバー７３のカム部７３ｃを押圧し、被押圧部７３ｂが第１コイルスプリング７５を圧縮するトルク（ＣＳトルク）が制御軸３６に必要となる。そのトルク量は、ＣＳ角度が小さくなる（低リフトになる）につれて小さくなる。その理由は、第１レバー７３のカム部７３ｃとローラ８６との接触角度が低リフトになるにつれて浅くなるからである。この接触角度の設定に応じてＣＳトルクの特性は変化する。
【００３６】
ＣＳ角度がΘ１より大きい場合は、図５（ａ）に例示されるように、デフォルト機構による荷重は発生しないが、コントロールカム３７（図３）がコントロールアーム３５（図３）を揺動させるためのトルクが必要になる。コントロールアーム３５は低リフトになる方向にロストモーションスプリング（図示なし）で付勢されているために、ＣＳ角度が大きくなるにつれてＣＳトルクも上昇することになる。
【００３７】
ＣＳ角度をΘ１から小さくあるいは大きく変化させるためには、その変化の方向に応じてデフォルト機構（第１コイルスプリング７５）またはロストモーションスプリングによるそれぞれ逆方向の付勢力に打ち勝つ必要がある。そのためＣＳ角度Θ１において図６に示すようなＣＳトルクの急反転が生ずることになる。
【００３８】
図７は、このＣＳ角度およびアクチュエータ２４のモータ２３の駆動電流の時間変化を示した図である。図７において、ＣＳ角度のグラフＢが時間と共に増加していく過程で所定角度Θ１の位置Ｐを通過するとき、モータ電流のグラフＣは、図６のＣＳトルクの変化と同様に急反転する。このモータ電流の急反転現象は、ＣＳトルクの場合と同様な理由により、制御軸３６が所定角度（ＣＳ角度Θ１）を通過するたびに観測される。したがって、このモータ電流の急激な変化を検出することで、制御軸３６が位置Ｐ、すなわち所定角度（ＣＳ角度Θ１）にあることを認知することができ、この位置（角度）を基準位置（学習値）として学習することが本発明の意図である。
【００３９】
図８は、本発明の基準位置の学習フローを示す図である。図８のフローはＥＣＵ１により所定のタイミング毎に実行される。ステップＳ１０において、ＣＳＡセンサ１５により制御軸の角度（ＣＳ角度）を検出する。ステップＳ１１において、電流センサ１７によりアクチュエータ２４のモータ２３の電流Ｉｍを検出する。ステップＳ１２において、電流Ｉｍの今回値と１つ前のタイミングでの前回値との差分ΔＩを算出する。なお、各タイミングで検出される電流Ｉｍ値はＥＣＵ１のメモリに格納されており、そこから呼び出されて利用される。ステップＳ１３において、電流値の差分ΔＩが所定値ΔＩ１以上であるか否かを判定する。この所定値ΔＩ１は、図７のモータ電流の時間Ｔ１における急激な変化が起こったことを検出するための１つのしきい値として決められる。この判定がＮｏの場合は処理を終了し、Ｙｅｓの場合は次のステップＳ１４に進む。
【００４０】
ステップＳ１４において、基準位置の学習をおこなう。具体的には、最初に、ステップＳ１０において検出されたＣＳ角度が、図７の所定角度（ＣＳ角度Θ１）であるとして両者の相関をとる。
【００４１】
図９は、モータ軸４２の回転角度と制御軸３６の回転角度との関係を示す図である。この図（マップ）は、ＥＣＵ１のメモリに予め格納されている。駆動力伝達機構（ウォーム４３とウォームホイール４４）の減速比ｒを３６とした場合の例である。図のように、モータ軸４２の回転角度と制御軸３６の回転角度は線形な関係にあり、制御軸３６の回転角度の１８０度（半回転）がモータ軸４２の回転角度６４８０度に対応する。すなわち、モータ軸４２が１回転（３６０度）すると、制御軸３６が１０度回転する。
【００４２】
次に、図９の相関図（マップ）を参照して、得られた制御軸３６の所定角度（ＣＳ角度Θ１）とモータ軸４２の回転角度との相関をとる。得られた両者の相関は、ＥＣＵ１のメモリに格納されて基準値として利用される。
【００４３】
このように、本発明の実施形態によれば、車両の走行中において可変動弁機構を駆動するアクチュエータのモータの駆動電流をモニターし、その変化量が所定値を超えたことを検出する毎に可変動弁機構の基準位置（角度）を学習することができる。その結果、基準位置の学習精度しいては吸気弁のリフト量制御の精度を向上させることが可能となる。
【００４４】
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。例えば、上述した実施形態では、検出したＣＳ角度に基づきモータ軸の回転角度との相関関係を取得しているが、ＭＯセンサ１６によりモータ軸の回転角度を検出し、その検出値に基づきＣＳ角度との相関関係を取得してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  ＥＣＵ
２  エンジン
１５  ＣＳＡセンサ
１６  ＭＯセンサ
１７  電流センサ
２０  可変動弁装置
２３  モータ
２４  アクチュエータ
３６  制御軸
４０  吸気弁
４２  モータ軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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