(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アクチュエータと、を含んで構成され、前記制御軸の作動角に応じて前記吸気バルブのバルブリフト量を連続的に変化させることで吸入空気量を制御する可変バルブ機構において、
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、前記吸気バルブの上流側に設けられるスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサとを備え、前記作動角センサの出力に基づき検出される作動角から、前記スロットルバルブの全開時における吸入空気量を推定し、該推定値を前記スロットルセンサで検出されるスロットルバルブの開度に応じて補正し、該補正された吸入空気量とエアフローメータで検出される吸入空気量とが一致するように、前記作動角センサの出力を補正するための補正値を学習することを特徴とする可変バルブ機構の作動角検出装置。
【請求項２】
前記スロットルセンサで検出されるスロットルバルブの開度から体積流量比を求め、前記スロットルバルブの全開時における吸入空気量に前記体積流量比を乗算することを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構の作動角検出装置。
【請求項３】
前記スロットルバルブの開度に応じて補正された吸入空気量を大気圧に応じて補正することを特徴とする請求項１又は２記載の可変バルブ機構の作動角検出装置。
【請求項４】
前記スロットルバルブの開度に応じて補正された吸入空気量を吸気温に応じて補正することを特徴とする請求項１又は２記載の可変バルブ機構の作動角検出装置。
【請求項５】
前記スロットルバルブの開度に応じて補正された吸入空気量とエアフローメータで検出された吸入空気量との偏差の絶対値が所定値以下であるときに、前記作動角センサの出力を補正する補正値を前回値に保持し、前記偏差の絶対値が所定値を超えるときに前記偏差の所定割合を前回値に加算して補正値を更新することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の可変バルブ機構の作動角検出装置。
【請求項６】
前記補正値の学習を、機関が低負荷でかつ定常運転されているときに行なわせることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の可変バルブ機構の作動角検出装置。
【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内燃機関の吸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化させる可変バルブ機構において、前記制御軸の作動角を検出する装置に関する。
【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、前記可変バルブ機構によって吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を変化させることによって、機関の吸入空気量を制御する構成の場合、作動角センサで検出される作動角は、吸気バルブのバルブリフト量及びバルブ作動角を示し、バルブリフト量及びバルブ作動角によって一義的に吸入空気量が決まることになるが、センサばらつきや機関のばらつきによって実際の吸入空気量が作動角の検出結果から期待される吸入空気量とは異なるようになる場合があり、これによって吸入空気量の制御精度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、センサばらつきや機関のばらつきがあっても、作動角の検出結果から期待される吸入空気量が実際に得られる可変バルブ機構の作動角検出装置を提供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アクチュエータと、を含んで構成され、前記制御軸の作動角に応じて前記吸気バルブのバルブリフト量を連続的に変化させることで吸入空気量を制御する可変バルブ機構において、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、前記吸気バルブの上流側に設けられるスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサとを備え、前記作動角センサの出力に基づき検出される作動角から、前記スロットルバルブの全開時における吸入空気量を推定し、該推定値を前記スロットルセンサで検出されるスロットルバルブの開度に応じて補正し、該補正された吸入空気量とエアフローメータで検出される吸入空気量とが一致するように、前記作動角センサの出力を補正するための補正値を学習する構成とした。
【０００７】
かかる構成によると、スロットルバルブが全開で吸気バルブのみによって吸入空気量が制御されると仮定した場合の吸入空気量を、作動角の検出結果に基づいて推定した上で、そのときのスロットルバルブ開度に応じた補正を施し、スロットルバルブ開度及び制御軸の作動角（吸気バルブのバルブリフト量）で得られる吸入空気量を推定する。そして、推定結果の吸入空気量とエアフローメータで検出される吸入空気量とが一致するように、センサ出力を補正するための補正値を学習する。
【０００８】
請求項２記載の発明では、前記スロットルセンサで検出されるスロットルバルブの開度から体積流量比を求め、前記スロットルバルブの全開時における吸入空気量に前記体積流量比を乗算する構成とした。かかる構成によると、スロットルバルブの開度から体積流量比を求め、該体積流量比をスロットルバルブの全開時における吸入空気量に乗算し、該乗算結果としての推定値がエアフローメータで検出される吸入空気量に一致するように、センサ出力を補正するための補正値を学習する。
【０００９】
請求項３記載の発明では、前記スロットルバルブの開度に応じて補正された吸入空気量を大気圧に応じて補正する構成とした。かかる構成によると、作動角及びスロットル開度に基づき推定される体積流量としての吸入空気量を、大気圧に応じて補正することで、大気圧変化に対応した質量流量とする。請求項４記載の発明では、前記スロットルバルブの開度に応じて補正された吸入空気量を吸気温に応じて補正する構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、作動角及びスロットルバルブ開度に基づき推定される体積流量としての吸入空気量を、吸気温に応じて補正することで、吸気温変化に対応した質量流量とする。請求項５記載の発明では、前記スロットルバルブの開度に応じて補正された吸入空気量とエアフローメータで検出された吸入空気量との偏差の絶対値が所定値以下であるときに、前記作動角センサの出力を補正する補正値を前回値に保持し、前記偏差の絶対値が所定値を超えるときに前記偏差の所定割合を前回値に加算して補正値を更新する構成とした。
【００１１】
かかる構成によると、作動角及びスロットルバルブの開度の検出結果による推定値とエアフローメータによる検出値とが近似する場合には、略適切な補正値が学習されているものと判断して、そのときの補正値を保持させ、作動角及びスロットルバルブの開度の検出結果による推定値とエアフローメータによる検出値とが所定以上に隔たっている場合には、偏差の所定割合で補正値を修正することで、作動角及びスロットルバルブの開度の検出結果による推定値がエアフローメータによる検出値に近づくようにする。
【００１２】
請求項６記載の発明では、前記補正値の学習を、機関が低負荷でかつ定常運転されているときに行なわせる構成とした。かかる構成によると、吸入空気量が少なくかつ一定となる低負荷かつ定常運転時に、作動角及びスロットルバルブの開度の検出結果による推定値とエアフローメータによる検出値との比較に基づく補正値の学習更新を行なわせる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、スロットルバルブと吸気バルブとによって機関の吸入空気量を制御する構成において、作動角の検出結果に対応する吸入空気量を精度良く推定でき、該推定結果と実際の吸入空気量とが一致するように、作動角センサの出力が学習補正されるので、センサばらつきや機関ばらつきがあっても、作動角の検出結果から期待される吸入空気量が実際に得られるようになり、作動角の制御による吸入空気量の制御を精度良く行なわせることができるようになるという効果がある。
【００１４】
請求項３記載の発明によると、同じ吸気バルブの開特性であっても、大気圧によって実際の吸入空気量（質量流量）が変化することに対応して、精度良く吸入空気量を推定させることができるという効果がある。
【００１５】
請求項４記載の発明によると、同じ吸気バルブの開特性であっても、吸気温によって実際の吸入空気量（質量流量）が変化することに対応して、精度良く吸入空気量を推定させることができるという効果がある。
請求項５記載の発明によると、作動角の検出値に基づき推定した吸入空気量と実際の吸入空気量との偏差から、センサ出力を補正するための補正値を、ハンチングを発生させることなく安定的に学習させることができるという効果がある。
【００１６】
請求項６記載の発明によると、実際の吸入空気量が少なくかつ安定しているときに学習を行なわせるので、補正値を高い精度で学習させることができるという効果がある。
【００１７】
【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は、実施形態における車両用内燃機関の構成図であり、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットルＥＴＣ１０４が介装され、該電子制御スロットルＥＴＣ１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１８】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブ機構ＶＥＬ１１２によってバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変えられるようになっている。
【００１９】
前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１２は、後述するように、制御軸の作動角を変化させることで、吸気バルブ１０５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り、前記作動角がポテンショメータ式の作動角センサ１１３で検出される。
コントロールユニット１１４は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の開特性によってアクセル開度に対応する吸入空気量が得られるように、アクセル開度センサＡＰＳ１１６で検出されるアクセル開度に応じて前記電子制御スロットルＥＴＣ１０４及び可変バルブ機構ＶＥＬ１１２を制御する。
【００２０】
前記コントロールユニット１１４には、前記アクセル開度センサＡＰＳ１１６の他、吸入空気量（質量流量）を検出するエアフローメータ１１５、クランク軸から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度を検出するスロットルセンサ１１８、吸気温を検出する吸気温センサ１１９、大気圧を検出する大気圧センサ１２０等からの検出信号が入力される。
【００２１】
図２〜図４は、前記可変バルブ機構ＶＥＬ１１２の構造を詳細に示すものである。
図２〜図４に示す可変バルブ機構ＶＥＬは、一対の吸気バルブ１０５，１０５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、各吸気バルブ１０５，１０５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。
【００２２】
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。
【００２３】
前記偏心カム１５は、図５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。
【００２４】
前記ロッカアーム１８は、図４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。
【００２５】
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２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２及び図６，図７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。
【００２６】
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８に示すバルブリフト特性からみると、図２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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
前記制御軸１６は、一端部に設けられたＤＣサーボモータ等のアクチュエータ１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることで、吸気バルブ１０５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り、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９参照）。
【００３０】
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７（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。
【００３１】
前記コントロールユニット１１４は、作動角センサ１１３の出力（出力電圧）を予め設定された変換特性に従って制御軸１６の作動角に変換し、該作動角の検出結果が目標値に一致するようにアクチュエータ１２１をフィードバック制御する。
ここで、前記作動角センサ１１３の出力（出力電圧）に基づく作動角検出処理の詳細を、図１０〜図１１に従って説明する。
【００３２】
図１０は、作動角検出処理の基本構成を示すブロック図であり、吸入空気量推定部２０１では、作動角の検出結果に基づいてそのときの吸入空気量を推定演算し、補正値学習部２０２では、学習条件判定部２０３で学習条件が成立していると判定されたときに、前記吸入空気量推定部２０１における推定結果とエアフローメータ１１５による検出結果とを比較して、作動角センサ１１３の出力を補正するための補正値を学習する。
【００３３】
前記学習された補正値は、作動角検出部２０４に出力され、作動角センサ１１３の出力を前記補正値で補正し、該補正された出力を作動角に変換する。
図１１は、前記吸入空気量推定部２０１の詳細を示すものであり、作動角検出値ＡＤＩＮ−ＡＮと機関回転速度Ｎｅとからスロットル全開時の吸入空気量推定値ＴＰＶＥＬ00が演算される。
【００３４】
一方、スロットル開度ＴＰＯがスロットル開口面積ＡＡに変換され、該スロットル開口面積ＡＡを機関回転速度Ｎｅ及び排気量ＶＯＬ＃それぞれで除算した結果ＡＡＤＮＶを、体積流量比ＱＨ０に変換する。
そして、前記吸入空気量推定値ＴＰＶＥＬ00に前記体積流量比ＱＨ０を乗算することで、そのときのスロットルバルブ開度に対応する吸入空気量推定値に補正する。
【００３５】
更に、実大気圧ＡＬＴと基準大気圧ＢＡＳＥＡＬＴ＃との比に応じた補正、基準吸気温ＢＡＳＥＴＡＦ＃と実吸気温ＴＡＦとの比に応じた補正を施して、最終的な吸入空気量推定値ＴＰＶＥＬ（作動角の検出結果から期待される吸入空気量）を求める。
また、前記学習条件判定部２０３では、下記条件が全て成立した状態が所定時間以上継続したときに学習許可判定を行なう。
【００３６】
（１）エアフローメータ１１５の診断で故障が判定されていない。
（２）アイドル又は全気筒燃料カット中
（３）機関負荷・機関回転速度が略一定
前記補正値学習部２０２では、学習条件判定部２０３でエアフローメータ１１５が正常で機関が低負荷・定常運転状態に安定していると判別されて学習許可判定を行なうと、前記吸入空気量推定値ＴＰＶＥＬとエアフローメータ１１５による検出された吸入空気量ＴＰとの偏差に基づいて、作動角センサ１１３の出力を補正するための補正値ＬＲＮＱＶＡＬを学習する。
【００３７】
具体的には、吸入空気量推定値ＴＰＶＥＬとエアフローメータ１１５により検出された吸入空気量ＴＰとの偏差の絶対値が所定値以下であれば、前回までの補正値ＬＲＮＱＶＡＬ（−１）をそのまま最新値ＬＲＮＱＶＡＬにセットする。
一方、前記偏差の絶対値が所定値を超える場合には、下式に従って補正値ＬＲＮＱＶＡＬを更新する。
【００３８】
ＬＲＮＱＶＡＬ＝ＬＲＮＱＶＡＬ（−１）＋（ＴＰＶＥＬ−ＴＰ）×ＶＥＬＧＡＩＮ＃
上式でＶＥＬＧＡＩＮ＃は定数である。
作動角検出部２０４では、作動角センサ１１３の出力から前記補正値ＬＲＮＱＶＡＬを減算した結果を、作動角に変換する。
【００３９】
尚、本実施形態では、スロットルバルブのリフト量が増大する側に作動角が増えるに従って、作動角センサ１１３の出力が大きくなるものとする。
上記の補正値ＬＲＮＱＶＡＬによる補正は、作動角の検出結果から推定される吸入空気量が実際の吸入空気量よりも多いときに、作動角センサ１１３の出力をより小さく補正することになり、補正後の出力から検出される作動角（バルブリフト量）はより小さく補正され、吸入空気量推定値ＴＰＶＥＬとエアフローメータ１１５により検出される吸入空気量とを近づけることになる。
【００４０】
従って、作動角の検出結果から期待される吸入空気量が実際に得られることになり、作動角の検出結果に基づき吸入空気量を精度良く制御できるようになる。
上記実施形態では、スロットルバルブを備える構成としたが、スロットルバルブを備えずに吸気バルブのバルブリフト量の制御のみによって、吸入空気量を制御するシステムであっても良く、その場合には、作動角の検出結果に基づき演算された吸入空気量をスロットルバルブ開度に応じて補正する処理が省略されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における機関の構成図。
【図２】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３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記可変バルブ機構の側面図。
【図４】上記可変バルブ機構の平面図。
【図５】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６】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３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】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３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】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９】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１０】上記可変バルブ機構における作動角の検出処理を示す制御ブロック図。
【図１１】上記作動角の検出処理における吸入空気量推定部の詳細を示すブロック図。
【符号の説明】
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…内燃機関
１０４…電子制御スロットル
１０５…吸気バルブ
１１２…可変バルブ機構ＶＥＬ
１１３…作動角センサ
１１４…コントロールユニット
１１５…エアフローメータ
１１６…アクセル開度センサ
１１７…クランク角センサ
１１８…スロットルセンサ
１１９…吸気温センサ
１２０…大気圧センサ
１２１…アクチュエータ
【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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