(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するＤＣサーボモータと、前記制御軸の作動角に応じた出力を発生する作動角センサと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記ＤＣサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、
機関のイグニッションスイッチがオフされたときに、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記ＤＣサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出することを特徴とする可変バルブ機構の基準位置学習装置。
【請求項２】
クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するＤＣサーボモータと、前記制御軸の作動角に応じた出力を発生する作動角センサと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記ＤＣサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、
機関の停止直後に、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記ＤＣサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出することを特徴とする可変バルブ機構の基準位置学習装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御軸の作動角に応じて機関弁のバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、前記制御軸の基準位置に対応するセンサ出力を学習する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸気バルブ・排気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変える構成の可変バルブ機構が知られている（特開２００１−０１２２６２号公報参照）。
前記可変バルブ機構は、クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するアクチュエータと、を備える。
【０００３】
そして、作動角センサで検出される前記制御軸の実際の作動角を、要求のバルブ開特性に対応する目標作動角に一致させるべく、前記アクチュエータをフィードバック制御するよう構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記作動角センサとしてポテンショメータなどが用いられるが、機械的及び電気的なばらつきによってセンサ出力と実際の作動角との相関にばらつきが生じるため、センサ出力に基づく作動角のフィードバック制御の精度が低下し、所期のバルブリフト量及びバルブ作動角に正確に制御することができなくなる可能性があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、センサ出力と実際の作動角との相関にばらつきがあっても、実際の作動角を正確に検出でき、以って、バルブリフト量及びバルブ作動角を正確に制御することができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するＤＣサーボモータと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記ＤＣサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、機関のイグニッションスイッチがオフされたときに、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記ＤＣサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出する構成とした。
【０００７】
かかる構成によると、機関のイグニッションスイッチがオフされると、回転可能範囲を超えて制御軸を回転させる必要がある目標作動角の設定によって、制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当て、そのときのセンサ出力を、最小作動角又は最大作動角（基準位置）に対応する基準位置出力値として学習し、該基準位置出力を基準としてセンサ出力を判別して、作動角の検出を行なわせる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、クランク軸に同期し回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、該伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を回動するＤＣサーボモータと、前記制御軸の作動角に応じた出力を発生する作動角センサと、を含んで構成され、前記制御軸の目標作動角と前記作動角センサで検出された実際の作動角との偏差に応じて前記ＤＣサーボモータに出力する駆動信号がフィードバック制御され、前記制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる可変バルブ機構において、機関の停止直後に、前記制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当てるべく、前記最小角度よりも小さい又は最大角度よりも大きい目標作動角を設定して前記ＤＣサーボモータを制御し、このときの前記作動角センサの出力を基準位置出力として学習し、該基準位置出力に基づいて前記作動角センサの出力から前記作動角を検出する構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、機関の停止直後に、回転可能範囲を超えて制御軸を回転させる必要がある目標作動角の設定によって、制御軸を回転可能範囲の最小角度位置又は最大角度位置に突き当て、そのときのセンサ出力を、最小作動角又は最大作動角（基準位置）に対応する基準位置出力値として学習し、該基準位置出力を基準としてセンサ出力を判別して、作動角の検出を行なわせる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、機関の運転性に影響を与えることなく、しかも、制御軸を最小角度位置又は最大角度位置に確実に突き当て、基準位置に対応するセンサ出力を定期的に学習させることができ、センサ出力と実際の作動角との相関が、センサの機械的・電気的ばらつきによってばらついても、センサ出力から実際の作動角を精度良く検出でき、以って、機関弁のバルブリフト量及びバルブ作動角を正確に制御することができるようになるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１〜図３は、実施の形態における車両用内燃機関の可変バルブ機構ＶＥＬを示すものであり、１気筒あたり２つ備えられる吸気弁のバルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変化させる機構である。
【００１５】
尚、排気弁を駆動する構成の可変バルブ機構であっても良いことは明らかである。
図１〜図３に示す可変バルブ機構ＶＥＬは、一対の吸気弁１２，１２と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３（駆動軸）と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５，１５（駆動カム）と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸気弁１２，１２の上端部にバルブリフター１９，１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０，２０とを備えている。
【００１６】
前記偏心カム１５，１５とロッカアーム１８，１８とは、リンクアーム２５，２５によって連係され、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２０，２０とは、リンク部材２６，２６によって連係されている。
上記ロッカアーム１８，１８，リンクアーム２５，２５，リンク部材２６，２６が伝達機構を構成する。
【００１７】
前記偏心カム１５は、図４に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００１８】
前記ロッカアーム１８は、図３に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自存に支持されている。
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００１９】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図１に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図１及び図５，図６に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００２０】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
即ち、図７に示すバルブリフト特性からみると、図１に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００２１】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００２２】
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ，２３ａに圧入した各ピン２８，２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されている。
尚、各ピン２１，２８，２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２が設けられている。
【００２３】
前記制御軸１６は、一端部に設けられたＤＣサーボモータ１０１によって、ストッパで規定される最小角度位置と最大角度位置との間の所定回転角度範囲内で回転駆動され、前記制御軸１６の作動角を前記ＤＣサーボモータ１０１で変化させることで、吸気弁１２のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する構成であって、バルブリフト量の減少に応じてバルブ作動角がより小さく変化する（図８参照）。
【００２４】
バルブリフト量及びバルブ作動角を小さくする場合には、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、制御軸１６の軸心Ｐ２が制御カム１７の軸心Ｐ１がよりも下方に位置するように、制御軸１６を回転させ、逆に、バルブリフト量及びバルブ作動角を大きくする場合には、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、制御軸１６の軸心Ｐ２が制御カム１７の軸心Ｐ１がよりも上方に位置するように、制御軸１６を回転させる。
【００２５】
前記ＤＣサーボモータ１０１は、図９に示すように、コントロールユニット１０２からの駆動信号に基づき制御される。前記コントロールユニット１０２には、機関負荷センサ１０３及び機関回転速度センサ１０４からの検出信号、及び、前記制御軸１６の作動角を検出する作動角センサ１０５から出力が入力される。
【００２６】
そして、コントロールユニット１０２内において、目標作動角演算部１０６が、機関負荷・機関回転速度などの機関運転条件に応じて制御軸１６の目標作動角を演算する一方、作動角検出部１０７が作動角センサ１０５の出力に基づいて制御軸１６の実際の作動角を検出し、駆動回路１０８が、前記目標作動角と実際の作動角との偏差に応じて前記ＤＣサーボモータ１０１に出力する駆動信号をフィードバック制御する。
【００２７】
前記作動角センサ１０５は、例えばポテンショメータ式のセンサであって、図１０に示すように、制御軸１６の作動角の制御範囲（最小値ＭＩＮ〜最大値ＭＡＸ）において、作動角の増大変化に比例して出力電圧が増大変化する構成であり、前記作動角検出部１０７では、図１０に実線で示すような相関に従ってセンサ出力電圧を作動角のデータに変換する処理を行なう。
【００２８】
ここで、制御軸１６の作動角に対応するセンサ出力電圧が、センサばらつきによって図１０中に点線で示すように全体的にシフトすることがあり、基準特性（図１０中実線示）に基づいて、センサ出力電圧を作動角に変換すると、作動角を誤検出することになってしまう。
そこで、前記シフト量を学習する基準位置出力学習部１０９が設けられており、以下では、図１１のフローチャートに従って前記基準位置出力学習部１０９の処理内容を詳細に説明する。
【００２９】
ステップＳ１では、作動角センサ１０５の断線やショートなどの故障が診断されていないか否かを判別し、作動角センサ１０５に断線やショートなどの故障が発生していないときには、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、作動角センサ１０５の電源であるバッテリの電圧ＶＢが所定電圧以上であるか否かを判別する。
【００３０】
電圧ＶＢが所定電圧以上であるとステップＳ３へ進み、イグニッションスイッチ１１０のＯＦＦ時，エンスト時のいずれかであるかを判別する。ステップＳ３で、イグニッションスイッチのＯＦＦ時，エンスト時のいずれかであると判別されると、ステップＳ４へ進み、ステップＳ１〜ステップＳ３の条件が全て成立している継続時間が所定時間以上になっているか否かを判別する。
【００３１】
ステップＳ４で所定時間以上の継続が判定されると、ステップＳ５へ進み、最小角度位置よりも小さい目標作動角を設定する。
上記のように最小角度位置よりも小さい目標作動角を設定させることによって、ストッパで規定される最小角度位置に制御軸１６が突き当てられるようにする。
【００３２】
ステップＳ６では、作動角センサ１０５の出力電圧を順次読み込んで、それまでに読み込んだ電圧の平均値を演算する。
ステップＳ７では、前記平均値演算におけるサンプル数が所定数以上になったか否かを判別し、所定数以上になるまで、ステップＳ６の処理を繰り返す。
所定数以上の出力電圧を平均すると、ステップＳ７からステップＳ８へ進み、前記平均値を最小角度位置に対応するセンサ出力値である基準位置出力として学習する。
【００３３】
図１０に示すように、作動角センサ１０５の出力電圧は、最小角度位置で０．５Ｖとなる初期設定になっており、出力電圧の作動角への変換も前記初期設定に基づいて行なわれる。
従って、例えば作動角に対するセンサ出力電圧が全体的に増大方向にシフトし、最小角度位置で０．５Ｖよりも高い電圧を出力するようであると、実際には、最小角度位置であるのに、より大きな作動角が検出されることになってしまう。
【００３４】
そこで、ステップＳ９では、最小角度位置の初期設定出力である０．５Ｖから前記基準位置出力を減算した結果を、出力電圧の補正値として設定し、出力電圧を作動角に変換するときに、実際の出力電圧に補正値を加算した結果を、作動角に変換させるようにする。
例えば、前記基準位置出力が１．０Ｖであるとすると、−０．５Ｖが補正値として設定され、センサ出力電圧から０．５Ｖを減算した値が作動角に変換されることになり、結果、作動角の検出に用いられるセンサ出力特性が、図１０に実線で示す特性に補正されることになる。
【００３５】
尚、上記実施形態では、最小角度位置よりも小さい目標作動角の設定によって、制御軸１６を最小角度位置に突き当てる構成としたが、最大角度位置よりも大きい目標作動角の設定によって制御軸１６を最大角度位置に突き当てる構成としても良く、この場合は、ステップＳ３で、運転条件に応じた目標作動角が最大角度位置であるか否かを判別させ、ステップＳ９では、最大角度位置に対応する初期設定出力（４．５Ｖ）と最大角度位置に対応するものとして学習した基準位置出力との差を補正値として設定させる。
【００３６】
また、上記実施形態では、作動角センサをポテンショメータ式としたが、その他の方式で作動角を検出するセンサであっても良いことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における可変バルブ機構を示す断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。
【図２】上記可変バルブ機構の側面図。
【図３】上記可変バルブ機構の平面図。
【図４】上記可変バルブ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図５】上記可変バルブ機構の低リフト時の作用を示す断面図（図２のＢ−Ｂ断面図）。
【図６】上記可変バルブ機構の高リフト時の作用を示す断面図（図２のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記可変バルブ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図８】上記可変バルブ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図９】上記可変バルブ機構の制御系を示すブロック図。
【図１０】上記可変バルブ機構の作動角センサの出力特性を示す線図。
【図１１】上記可変バルブ機構における作動角センサの基準位置出力の学習を示すフローチャート。
【符号の説明】
１２…吸気弁
１３…カム軸
１５…偏心カム
１６…制御軸
１７…制御カム
１８…ロッカアーム
２０…揺動カム
２５…リンクアーム
１０１…ＤＣサーボモータ
１０２…コントロールユニット
１０３…機関負荷センサ
１０４…機関回転速度センサ
１０５…作動角センサ
１０６…目標作動角演算部
１０７…作動角検出部
１０８…駆動回路
１０９…基準位置出力学習部
１１０…イグニッションスイッチ
【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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【図１０】
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【図１１】
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