(57)【要約】【課題】比較的簡便な方法によって、電動モータの温度を正確に検出する。【解決手段】内燃機関の吸気弁２または排気弁をリフトさせるための動弁装置１であって、吸気弁または排気弁のリフト特性を電動モータ１６によって変更するリフト特性変更機構と、電動モータの温度に基づいて電動モータを制御するモータ制御手段とを備えた動弁装置において、内燃機関を冷却するための冷却水を電動モータ近傍を通過させる手段と、冷却水の温度を検出する水温検出手段と、該水温検出手段によって検出される冷却水の温度と電動モータ内を流れる電流値とに基づいて電動モータの温度を算出するモータ温度算出手段とを具備する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁または排気弁をリフトさせるための動弁装置であって、吸気弁または排気弁のリフト特性を電動モータによって変更するリフト特性変更機構と、電動モータの温度に基づいて電動モータを制御するモータ制御手段とを備えた動弁装置において、内燃機関を冷却するための冷却水を電動モータ近傍を通過させる手段と、冷却水の温度を検出する水温検出手段と、該水温検出手段によって検出される冷却水の温度と電動モータ内を流れる電流値とに基づいて電動モータの温度を算出するモータ温度算出手段とを具備することを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
上記モータ制御手段が電動モータの出力トルクを算出するためのモデル式を有し、該モデル式によって算出される電動モータの出力トルクと電動モータの温度とに基づいて電動モータのトルクを制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
上記モータ制御手段が電動モータの温度に基づいて電動モータのトルク定数またはコイル抵抗値を算出し、該トルク定数またはコイル抵抗値に基づいて電動モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項４】
上記モータ制御手段が電動モータの出力トルクを算出するためのモデル式を有し、該モデル式によって算出される電動モータの出力トルクと電動モータのトルク定数またはコイル抵抗値とに基づいて電動モータのトルクを制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の可変動弁系制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−１９９３７１号公報に、複写機のスキャナ制御装置が開示されている。このスキャナ制御装置は、原稿画像を走査するためのスキャナと、このスキャナを駆動するための電動モータとを具備する。一般的に、電動モータはその温度が上昇するとモータコイル抵抗が増加し、モータトルクが低下する。したがって、電動モータから所望のモータトルクを得るためには、電動モータの温度に応じて電動モータに印加する電圧の値を制御すべきである。そこで、上記公報では、電動モータの温度に応じて電動モータに印加する電圧の値を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の吸気弁をリフトさせるための動弁装置であって、吸気弁のリフト量を変更するためのリフト量変更機構を備えた動弁装置が従来から知られている。こうした動弁装置において、リフト量変更機構を駆動するために電動モータが利用されている場合、上述したように、電動モータの温度（以下、モータ温度と称す）によってモータトルクが変化するので、電動モータによってリフト量変更機構を所望通りに駆動するためには、モータ温度に応じて電動モータに印加する電圧の値を制御すべきである。
【０００４】
ところで、モータ温度に応じて電動モータに印加する電圧の値を制御するためには、モータ温度を検出する必要があるが、一般的に、温度センサを用いずにモータ温度を正確に検出することは困難である。したがって、モータ温度を検出するためには、内燃機関に温度センサを新たに設ける必要があるが、このことは内燃機関のコストを上昇させてしまうので好ましくない。そこで、本発明の目的は、比較的簡便な方法によって、電動モータの温度を正確に検出することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関の吸気弁または排気弁をリフトさせるための動弁装置であって、吸気弁または排気弁のリフト特性を電動モータによって変更するリフト特性変更機構と、電動モータの温度に基づいて電動モータを制御するモータ制御手段とを備えた動弁装置において、内燃機関を冷却するための冷却水を電動モータ近傍を通過させる手段と、冷却水の温度を検出する水温検出手段と、該水温検出手段によって検出される冷却水の温度と電動モータ内を流れる電流値とに基づいて電動モータの温度を算出するモータ温度算出手段とを具備する。
【０００６】
２番目の発明では、１番目の発明において、上記モータ制御手段が電動モータの出力トルクを算出するためのモデル式を有し、該モデル式によって算出される電動モータの出力トルクと電動モータの温度とに基づいて電動モータのトルクを制御する。
【０００７】
３番目の発明では、１番目の発明において、上記モータ制御手段が電動モータの温度に基づいて電動モータのトルク定数またはコイル抵抗値を算出し、該トルク定数またはコイル抵抗値に基づいて電動モータを制御する。
【０００８】
４番目の発明では、３番目の発明において、上記モータ制御手段が電動モータの出力トルクを算出するためのモデル式を有し、該モデル式によって算出される電動モータの出力トルクと電動モータのトルク定数またはコイル抵抗値とに基づいて電動モータのトルクを制御する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明について説明する。図１に本発明の動弁装置を示した。本発明の動弁装置１は、例えば、４ストローク圧縮自着火式のディーゼル内燃機関に搭載され、吸気弁２をリフト（開弁）させるものである。図１に示したように、動弁装置１は、カム３と、ロッカアーム４と、カム３からの駆動力をロッカアーム４に伝達するための駆動力伝達機構５とを具備する。駆動力伝達機構５は、カム３とロッカアーム４との間に配置されている。なお、カム３は内燃機関の駆動力によって中心Ｃｃ周りで回転せしめられる。また、ロッカアーム４は、各吸気弁２の先端に当接し、駆動力伝達機構５によって伝達されたカム３からの駆動力によって揺動軸線Ｃｒ周りで揺動可能とされている。
【００１０】
図２に示したように、駆動力伝達機構５は、ローラ６を備えた入力アーム７と、一対の出力アーム８とを有する。これら入力アーム７および出力アーム８は、制御シャフト９上にその軸線周りでそれぞれ独立して揺動可能に取り付けられている。入力アーム７はローラ６を介してカム３に当接する。一方、出力アーム８はロッカアーム４に当接する。
【００１１】
また、制御シャフト９上にはその軸線周りで揺動可能にギア機構１０が取り付けられている。ギア機構１０は周方向に延びる穴１３を有する。この穴１３に制御シャフト９から突出するピン１４が係合するので、ギア機構１０は制御シャフト９上にて摺動不能であるが、制御シャフト９上にて揺動可能である。また、ギア機構１０は入力シャフト７と出力シャフト８とを接続している。したがって、入力シャフト７に入力されたカム３からの駆動力は、ギア機構１０を介して出力シャフト８に伝達される。
【００１２】
また、ギア機構１０は、１つのヘリカルギア１１と、その両側に配置された一対のヘリカルギア１２とを有する。中央のヘリカルギア（以下、中央ギアと称す）１１は、入力アーム７の内周壁面上に螺旋状に設けられたヘリカルスプライン（図示せず）に噛合する。また、両側のヘリカルギア（以下、側方ギアと称す）１２は、それぞれ、出力アーム８の内周壁面上に螺旋状に設けられたヘリカルスプライン（図示せず）に噛合する。
【００１３】
本発明では、ギア機構１０が制御シャフト９によってその軸線方向に沿って図２に示した方向Ｒへと摺動せしめられると、ギア機構１０は入力アーム７および出力アーム８に対して方向Ｒへと移動する。この場合、ギア機構１０の各ヘリカルギア１１，１２と各アーム７，８のヘリカルスプラインとの作用によって、制御シャフト９の軸線を中心とした入力アーム７と出力アーム８との間の角度（以下、アーム間の角度と称す）が大きくなるように、入力アーム７と出力アーム８とが制御シャフト９の軸線周りで互いに反対方向に回動せしめられる。なお、ギア機構１０が図２に示した方向Ｒへと最も摺動せしめられたとき、すなわち、アーム間の角度が最も大きくされたときの入力アーム７と出力アーム８との位置関係は、図３に示されている。
【００１４】
一方、ギア機構１０が制御シャフト９によってその軸線方向に沿って図２に示した方向Ｆへと摺動せしめられると、ギア機構１０は入力アーム７および出力アーム８に対して方向Ｆへと移動する。この場合、ギア機構１０の各ヘリカルギア１１，１２と各アーム７，８のヘリカルスプラインとの作用によって、制御シャフト９の軸線を中心とした入力アーム７と出力アーム８との間の角度（アーム間の角度）が小さくなるように、入力アーム７と出力アーム８とが制御シャフト９の軸線周りで互いに反対方向に回動せしめられる。なお、ギア機構１０が図２に示した方向Ｆへと最も摺動せしめられたとき、すなわち、アーム間の角度が最も小さくされたときの入力アーム７と出力アーム８との位置関係は、図４に示されている。
【００１５】
図３（Ａ）に示されているように、カム３は方向Ｒへと回転せしめられるが、入力アーム７のローラ６に当接しているカム３の部分がベース円部分Ｃである間においては、カム３は入力アーム７を制御シャフト９上で揺動させないので、ギア機構１０も制御シャフト９上で揺動せしめられず、出力アーム８も制御シャフト９上で揺動せしめられていない。したがって、このとき、出力アーム８はロッカアーム４をその揺動軸線Ｃｒ周りで揺動させることはないので、吸気弁２はリフトされていない。
【００１６】
一方、図３（Ｂ）に示されているように、カム３の突出部分が入力アーム７のローラ６に当接するようになると、カム３は入力アーム７を制御シャフト９上で揺動させるので、ギア機構１０も制御シャフト９上で揺動せしめられ、出力アーム８も制御シャフト９上で揺動せしめられる。そして、このとき、出力アーム８はロッカアーム４をその揺動軸線Ｃｒ周りで揺動させるので、吸気弁２がリフトせしめられる。
【００１７】
ここで、図３に示した例では、制御シャフト９の軸線を中心とした入力アーム７と出力アーム８との間の角度（アーム間の角度）が最も大きくされており、したがって、吸気弁２は最大作用角および最大リフト量でもってリフトせしめられる。すなわち、吸気弁２は最大の開弁量でもってリフトせしめられ、このときに、燃焼室内に吸入される空気の量（吸気量）は最大の量である。
【００１８】
一方、図４に示した例でも、入力アーム７のローラ６に当接しているカム３の部分がベース円部分Ｃである間においては、出力アーム８はロッカアーム４をその揺動軸線Ｃｒ周りで揺動させることはないので、吸気弁２はリフトされていない。一方、図４（Ｂ）に示されているように、カム３の突出部が入力アーム７のローラ６に当接するようになると、カム３は入力アーム７を制御シャフト９上で揺動させるので、出力アーム８が制御シャフト９上で揺動せしめられる。
【００１９】
ところが、図４に示した例では、制御シャフト９の軸線を中心とした入力アーム７と出力アーム８との間の角度（アーム間の角度）が最も小さくされており、本実施形態では、このとき、出力アーム８が制御シャフト９上で揺動したとしても、出力アーム８はロッカアーム４をその揺動軸線Ｃｒ周りで揺動させることはなく、したがって、吸気弁２はリフトせしめられず、吸気弁２の作用角およびリフト量は零である。
【００２０】
本発明の動弁装置では、制御シャフト９の軸線を中心とした入力アーム７と出力アーム８との間の角度（アーム間の角度）は、最も大きい角度と最も小さい角度との間で連続的に変更可能である。したがって、本発明の動弁装置では、図５に示したように、吸気弁２の作用角および最大リフト量が連続的に変更可能である。すなわち、本発明の動弁装置は、吸気弁の作用角および最大リフト量を変更するためのリフト量変更機構を有することになる。
【００２１】
また、本発明の動弁装置では、吸気弁２の作用角とその最大リフト量とは、吸気弁２の作用角が大きくなるほど吸気弁２の最大リフト量も大きくなる関係にある。そして、吸気弁２の作用角が大きくなるほど燃焼室内に吸入される空気の量（吸気量）が多くなる傾向にある。したがって、以下の説明において、リフト量とは、吸気弁２の作用角と最大リフト量とを代表する量であって、吸気量を示す量である。なお、図５において、横軸は作用角を示し、縦軸はリフト量を示している。
【００２２】
ところで、図６に示したように、本発明では、制御シャフト９の端部にラック１５が形成されており、このラック１５に電動式のモータ（以下、電動モータと称す）１６のピニオン１７が噛合している。したがって、制御シャフト９は電動モータ１６によって制御シャフト９の軸線方向に沿って入力アーム７および出力アーム８に対して移動せしめられる。すなわち、本発明では、リフト量変更機構は電動モータ１６によって駆動せしめられる。
【００２３】
ところで、電動モータ１６の出力トルクは、図７に示したモデル式を用いて算出可能である。図７において、Ｅは電動モータ１６に印加される電圧の値であり、Ｌはモータインダクタンスであり、Ｓはラプラス演算子であり、Ｒはモータコイル抵抗であり、Ｋｔはモータトルク定数であり、ＴＱは電動モータ１６の出力トルク（以下、モータトルクと称す）である。図７のモデル式では、ブロック１の電圧値Ｅにブロック２の伝達関数１／（ＬＳ＋Ｒ）が乗算され、これによって、電動モータ１６内を流れる電流値（以下、モータ電流値と称す）が算出される。斯くして算出されたモータ電流値にブロック３のモータトルク定数Ｋｔが乗算され、これによって、ブロック４のモータトルクＴＱが算出される。
【００２４】
ところで、図８（Ａ）に示したように、電動モータ１６のコイル抵抗Ｒは電動モータ１６の温度（以下、モータ温度と称す）Ｔに応じて変化し、詳細には、電動モータ１６のコイル抵抗Ｒはモータ温度Ｔが高くなるほど直線的に大きくなる。ここで、図７に示したモデル式からも分かるように、電動モータ１６のコイル抵抗Ｒが変化するとモータトルクＴＱも変化する。したがって、モータ温度Ｔが変化するとモータトルクＴＱも変化し、詳細には、モータ温度Ｔが高くなるほどモータトルクＴＱは小さくなる。
【００２５】
また、図８（Ｂ）に示したように、電動モータ１６のトルク定数Ｋｔもモータ温度Ｔに応じて変化し、詳細には、電動モータ１６のトルク定数Ｋｔはモータ温度Ｔが高くなるほど二次曲線的に小さくなる。ここで、図７に示したモデル式からも分かるように、電動モータ１６のトルク定数Ｋｔが変化するとモータトルクＴＱも変化するので、モータ温度Ｔが変化するとモータトルクＴＱも変化し、詳細には、モータ温度Ｔが高くなるほど、モータトルクＴＱは小さくなる。
【００２６】
ここで、リフト量変更機構を所望通りに駆動するためには、電動モータ１６から所望通りのトルクを出力させるべきである。そして、このためには、モータ温度Ｔを監視し、このモータ温度Ｔから電動モータ１６のコイル抵抗Ｒとトルク定数Ｋｔとを算出し、これらコイル抵抗Ｒおよびトルク定数Ｋｔに基づいて電動モータ１６から所望通りのトルクが出力されるように、電動モータ１６に印加する電圧値を制御すべきである。
【００２７】
そこで、本発明では、モータ温度Ｔに基づいて図８に示した関係から電動モータ１６のコイル抵抗Ｒとトルク抵抗Ｋｔとを算出し、これらコイル抵抗Ｒおよびトルク定数Ｋｔを図７に示したモデル式に代入し、このモデル式からリフト量変更機構を所望通りに駆動することができる値の電圧を電動モータ１６に印加する。すなわち、本発明では、モータ温度Ｔに基づいて、モータトルクが制御される。これによれば、リフト量変更機構が所望通りに駆動せしめられることになる。
【００２８】
ところで、上述したように、本発明では、モータ温度に基づいて、モータトルクが制御される。したがって、モータトルクを精度高く制御するためには、モータ温度を精度高く検出する必要がある。ここで、電動モータに温度センサを取り付け、この温度センサによってモータ温度を検出すれば、モータ温度を精度高く検出することができる。しかしながら、このようにモータ温度を検出するためだけに温度センサを電動モータに取り付けると、動弁装置の製造コストが温度センサの分だけ増加してしまう。したがって、動弁装置の製造コストの増加を抑制しつつもモータ温度を精度高く検出することが望まれる。本発明では、以下のようにして、モータ温度を精度高く検出するようにしている。
【００２９】
すなわち、図９に示したように、一般的に、内燃機関は冷却水を通すための冷却水通路１８を有し、この冷却水通路１８内を流れる冷却水によって冷却されている。そして、内燃機関の運転を制御するためのパラメータとしてこの冷却水の温度が必要なことから、内燃機関には冷却水の温度を検出するための水温センサ１９が設けられている。ここで、冷却水の温度がモータ温度を代表するようになっていれば、冷却水の温度からモータ温度を推定することができる。すなわち、一般的に内燃機関に設けられている水温センサ１９を利用してモータ温度を推定することができる。
【００３０】
そこで、本発明では、内燃機関を冷却するための冷却水が電動モータ１６近傍を流れるように冷却水通路１８が構成され、水温センサ１９によって検出される冷却水の温度を用いてモータ温度を推定する。冷却水が電動モータ１６近傍を流れるように冷却水通路１８を構成することにより、冷却水の温度がモータ温度を正確に代表するようになる。したがって、本発明によれば、モータ温度を精度高く検出することができる。
【００３１】
また、モータ温度は電動モータ１６の発熱量に依存して変化し、詳細には、モータ温度は電動モータ１６の発熱量が多いほど高くなる。そして、電動モータ１６の発熱量はモータ電流値に依存して変化し、詳細には、電動モータ１６の発熱量はモータ電流値が大きいほど多くなる。したがって、モータ温度はモータ電流値に依存して変化し、詳細には、モータ温度はモータ電流値が大きいほど高くなる。そこで、本発明では、冷却水の温度に加えて、モータ電流値を用いてモータ温度を推定する。これによれば、モータ温度をより精度高く検出することができる。なお、本発明では、モータ電流値は、電動モータ１６に印加された電圧値に図７のブロック２の伝達関数を乗じることによって算出される。
【００３２】
また、本発明では、冷却水の温度とモータ電流値とモータ温度との関係を実験などにより予め求め、図８に示したように、冷却水の温度とモータ電流値との関数として、モータ温度をマップの形で記憶しておき、冷却水の温度とモータ電流値とに基づいて図８に示したマップを用いて、モータ温度が推定される。もちろん、冷却水の温度とモータ電流値とからモータ温度を算出することができる物理的な計算式を予め求めておき、この物理的な計算式を用いてモータ温度を算出するようにしてもよい。
【００３３】
なお、図９において、２０はシリンダヘッド、２１はシリンダブロック、２２は吸気ポート、２３は吸気通路、２４は排気ポート、２５は排気弁、２６は排気通路、２７は燃焼室、２８はピストン、２９は点火栓、３０は燃料噴射弁である。
【００３４】
また、吸気弁をリフトさせるためのカム３を支持するカムシャフトを回動することによって内燃機関の燃焼室内にて往復動するピストンの行程（ピストン行程）に対する吸気弁２のリフト行程の位相を変更するリフトタイミング変更機構を備え、該リフトタイミング変更機構が電動モータによって駆動するようになっている動弁装置にも、本発明は適用可能である。
【００３５】
また、内燃機関の排気弁をリフトさせるための動弁装置であって、排気弁のリフト量を変更するためのリフト量変更機構、または、排気弁のリフトタイミングを変更するためのリフトタイミング変更機構を備え、このリフト量変更機構またはリフトタイミング変更機構が電動モータによって駆動されるようになっている動弁装置にも、本発明は適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のように、内燃機関を冷却するための冷却水が電動モータ近傍を通過するようになっていれば、冷却水の温度は電動モータの温度を代表することになる。また、電動モータの温度は電動モータの発熱量に依存して変化し、この電動モータの発熱量は電動モータ内を流れる電流値に依存して変化する。本発明によれば、これら冷却水の温度および電動モータ内を流れる電流値に基づいて電動モータの温度が算出されるので、比較的簡便な方法によって、電動モータの温度が正確に算出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリフト量変更機構を示した図である。
【図２】本発明のリフト量変更機構のギア機構を示した斜視図である。
【図３】リフト量が最大リフト量にあるときのリフト量変更機構の作動を示した図である。
【図４】リフト量が最小リフト量にあるときのリフト量変更機構の作動を示した図である。
【図５】リフト量変更機構が実現可能な吸気弁のリフト曲線を示した図である。
【図６】リフト量変更機構を駆動するための電動モータを示した図である。
【図７】電動モータの出力トルクを算出するためのモデル式を示した図である。
【図８】リフトタイミング変更機構を示した図である。
【図９】本発明の内燃機関を示した図である。
【符号の説明】
１…動弁装置
２…吸気弁
３…カム
４…ロッカアーム
５…駆動力伝達機構
７…入力アーム
８…出力アーム
９…制御シャフト
１０…ギア機構
１６…電動モータ
１８…冷却水通路
１９…水温センサ
【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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