(57)【要約】【課題】電動モータを用いてカムシャフトを駆動する可変動弁機構において、モード切り替え時のトルクショックの発生を防止する。【解決手段】ＥＣＵ２２により第１および第２電動モータ１９、２１の駆動を制御するとともに、第１および第２電動モータ１９、２１を用いてカムシャフト１２、１３をそれぞれ駆動する。正転モードでは、第１および第２電動モータ１９、２１を連続的に正転させ最大リフト量で吸気弁１１を駆動する。搖動モードでは、第１および第２電動モータ１９、２１を正転、反転させて吸気弁１１のリフト量を調整する。正転モード、揺動モード間の切換えを、ベース円区間であって、かつ正転時に、順方向への切換えで行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータによりカムシャフトを駆動する可変動弁機構の制御システムであって、前記電動モータを連続的に正転させ最大リフト量で弁を駆動する正転モードと、前記電動モータを正転、反転させて前記弁のリフト量を調整する搖動モードとの間のモード切換えを、ベース円区間であって、かつ正転時に行ない、切換え後のモードが正転動作から開始されることを特徴とする可変動弁機構の制御システム。
【請求項２】
前記モードの切換えが、モード切換え要求発生後に最初に正転動作を行なうベース円区間において行なわれることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトを電動モータで駆動する可変動弁機構の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸排気弁の動弁機構では、一般的にクランクシャフトの動力をカムシャフトの駆動に利用している。しかし、近年では、カムシャフトをクランクシャフトから機械的に分離独立させ、電動モータを用いてカムシャフトを駆動して吸排気弁の開閉を行うシステムが提案されている。このような、電動モータを用いた動弁機構では、モータの回転を正転／反転と揺動させることにより、弁の作用角を可変とすることができる（特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１９０１９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、電動モータを搖動モードから正転モード、あるいは正転モードから搖動モードに切換える際には、トルクショックが発生する可能性があり、制御性の悪化や、燃費やエミッションなど燃焼の悪化を招く恐れがある。
【０００４】
本発明は、電動モータを用いてカムシャフトを駆動する可変動弁機構において、モード切り替え時のトルクショックの発生を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の可変動弁機構の制御システムは、電動モータによりカムシャフトを駆動する可変動弁機構の制御システムであって、電動モータを連続的に正転させ最大リフト量で弁を駆動する正転モードと、電動モータを正転、反転させて弁のリフト量を調整する搖動モードとの間のモード切換えを、ベース円区間であって、かつ正転時に行ない、切換え後のモードが正転動作から開始されることを特徴としている。
【０００６】
より迅速にモードの切換え要求に対応するには、モードの切換えは、モード切換え要求発生後に最初に正転動作を行なうベース円区間において行なわれることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電動モータを用いてカムシャフトを駆動する可変動弁機構において、モード切り替え時のトルクショックの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である電動モータを用いた可変動弁駆動機構の制御システムの構成を示す模式的な斜視図である。なお、図１には、吸気弁に関わる構成のみが示されるが、排気弁についても同様であり、以下において吸気弁を例に説明を行なう。また、本実施形態では４気筒の場合を例に説明を行なうが、気筒数はこれに限定されるものではない。
【０００９】
可変動弁機構１０において、第１気筒＃１〜第４気筒＃４は、それぞれ一対の吸気弁１１を備える。可変動弁機構１０は、例えば第１、第４気筒＃１、＃４に設けられた吸気弁１１の駆動を行う第１カムシャフト１２、および第２、第３気筒＃２、＃３に設けられた吸気弁１１の駆動を行う中空構造の第２カムシャフト１３を備える。第１カムシャフト１２は、中空構造の第２カムシャフト１３の中を貫通して一体構造をなし、第２カムシャフト１３の両側において、それぞれ第１気筒＃１の吸気弁１１と係合する一対のカム１４、および第４気筒＃４の吸気弁１１と係合する一対のカム１５を備える。一方、第２カムシャフト１３は、第２、第３気筒＃２、＃３の吸気弁１１とそれぞれ係合する一対のカム１６と一対のカム１７とを備える。すなわち、第１カムシャフト１２に設けられたカム１４、１５は一体的に回転され、これとは独立に、第２カムシャフト１３に設けられたカム１６、１７は一体的に回転される。
【００１０】
第１カムシャフト１２の回転は、第１ギア列１８を介して電動モータ１９によって駆動制御され、第２カムシャフト１３の回転は第２ギア列２０を介して電動モータ２１によって駆動制御される。また、第１および第２電動モータ１９、２１の回転は、ＥＣＵ２２によって制御されるとともに、第１、第２電動モータ１９、２１にはモータ角度センサが内蔵され、それぞれの回転角がＥＣＵ２２において検出される。ＥＣＵ２２には更に、第１カムシャフト１２の回転角を検出する第１カム角度センサ２３と、第２カムシャフトの回転角を検出する第２カム角度センサ２４が接続されるとともに、図示しない各種センサから、例えばクランクシャフト角度、吸入空気量、エンジン温度など従来周知の様々な信号が入力され、内燃機関の制御に用いられる。
【００１１】
第１カムシャフト１２に設けられた第１気筒＃１のカム１４と、第４気筒＃４のカム１５とは、１８０°位相をずらして設けられ、同様に、第２カムシャフト１３に設けられた第２気筒＃２のカム１６と、第３気筒＃３のカム１７とは、１８０°位相をずらして設けられる。カム１４〜１７の各々は、係合する吸気弁１１のリフトが０となるカムシャフトの円周に沿って成形されたゼロリフト部と、この円周から突出し吸気弁１１をリフトさせる突出部から構成される。すなわち、第１カムシャフト１２においては、カム１４、１５の突出部が第１カムシャフト１２からそれぞれ逆向きに径方向に突出し、第２カムシャフト１３においては同様に、カム１６、１７の突出部が第２カムシャフト１３からそれぞれ逆向きに径方向に突出する。
【００１２】
図２に、第１カムシャフト１２に設けられたカム１４、１５の配置を示す。図２は、第１カムシャフト１２を軸方向に見たときのカム１４、１５の配置を模式的に示す図である。なお、第２カムシャフト１３のカム１６、１７についても同様であるので以下においては、第１カムシャフト１２の説明のみを行ない、第２カムシャフト１３に関する説明は省略する。
【００１３】
図２に示されるように、カム１４、１５は第１カムシャフト１２の円周から突出し、それぞれ対称な形状をなす突出部２５、２６を備える。突出部２５、２６は、第１カムシャフト１２の径方向に互いに逆向きに延出する。第１カムシャフト１２の周方向に沿って、突出部２５、２６が占める領域は、吸気弁１１が押し出されてリフトされるリフト区間であり、突出部２５、２６により形成される２つのリフト区間の間の区間は、カム１４、１５のゼロリフト部が重なるベース円区間である。すなわち、ベース円区間は、第１、第４気筒＃１、＃４の何れにおいても吸気弁１１のリフトは行われない。なお、図２には、吸気弁１１がバネなどの付勢部材２７によりカム１４、１５に当接される様子が模式的に描かれており、図２においては、吸気弁１１はベース円区間に接している。
【００１４】
次に図３、図４を参照して、本実施形態の可変動弁機構の制御システムにおける正転／搖動モード間のモード切換え動作について説明する。
【００１５】
本実施形態において、制御システムは、ＥＣＵ２２と第１および第２電動モータ１９、２１によって構成される。制御システムは、正転モードにおいて、第１、第２電動モータ１９、２１を連続的に正転させ、吸気弁１１を最大リフト量で駆動する。一方、搖動モードでは、第１、第２電動モータ１９、２１は、それぞれ吸気弁１１のリフト量が最大となる手前で反転され、要求される作用角に応じて１８０°未満の範囲で正転、反転を繰り返して搖動される。
【００１６】
図３は、搖動モードから正転モードへのモード切換え要求の信号と、カム角との関係を時系列で示すグラフである。
【００１７】
本実施形態においてモード切換えは、トルク変動がないベース円区間において行なわれる。しかし、図３に示されるように、搖動モードから正転モードへの切換え要求が、搖動モード運転中における正転時のベース円区間を過ぎた時点ｔ０で発せられると、続くベース円区間（時点ｔ１〜ｔ２の間の区間）は反転動作となり、例えば減速時のフューエルカット時などに、ベース円区間にあることのみをもって正転動作へと切換えると、反転から正転への急激な切換えが発生しトルクショックを発生して制御性などが悪化する。
【００１８】
そこで、本実施形態では、モード切換え要求発生後、正転動作となるベース円区間（本実施形態ではモード切換え要求発生後、最初に正転動作となるベース円区間（時点ｔ３〜ｔ４の間の区間））まで正転モードへの切換えを遅延し、このベース円区間（時点ｔ３〜ｔ４の間の区間）において正転モードへの切換えを行ない、モード切換え後も正転動作を継続することにより（すなわち切換後のモードは正転動作で開始する）、トルクショックを発生させることなく滑らかな切換が行なわれる。図３の例では、正転動作を行なうベース円区間に入ったと同時（時点ｔ３）に正転動作に切換えられているが、正転動作を行なうベース円区間（時点ｔ３〜ｔ４の間の区間）の何れの時点で切換えを行なってもよい。
【００１９】
なお、搖動モードから正転モードへの切換え要求が、反転動作中（ベース円区間も含む）に発生したとき、あるいは時点ｔ２〜ｔ３間のベース円区間外における正転動作中に発生したときにも、モード切換えは正転動作となるベース円区間（本実施形態ではモード切換え要求発生後、最初に正転動作となるベース円区間）まで遅延される。一方、ベース円区間であって正転動作中に搖動モードから正転モードへの切換え要求が発生した場合には、直ちに正転動作へと切換えを行なってもよいし、そのベース円区間が終了するまで、あるいはその後のベース円区間中の任意の時点において切換えを行なってもよい。
【００２０】
図４は、正転モードから搖動モードへのモード切換え要求の信号と、カム角の関係を時系列で示すグラフである。
【００２１】
図４に示されるように、正転モードから搖動モードへの切換え要求が、ベース円区間外の時点ｔ５で発せられるとき、モード切換えはモード切換え要求発生後のベース円区間（時点ｔ６〜ｔ７の間の区間）において行われ（正転時）、モード切換え直後、搖動モードは正転動作から開始される。なお、正転モードから搖動モードへの切換えでは、切換え要求直後のベース円区間は常に正転動作を行なっているので、直後のベース円区間において搖動モードへの切換えが可能である。図４の例では、ベース円区間終了時点ｔ７において搖動モードへと切換えられているが、ベース円区間（時点ｔ６〜ｔ７の間の区間）内であれば何れの時点で切換えを行なってもよい。
【００２２】
図５は、正転／搖動モード間のモード切換え処理のフローチャートである。なおモード切換え処理は、切換え要求が発せられたときにＥＣＵ２２において実行される。
【００２３】
ステップＳ１００では、モード切換え要求が搖動モードから正転モードへの切換えか否かが判定される。モード切換え要求が、搖動モードから正転モードへの切換えの場合には、ステップＳ１０２において現在カム角度がベース円区間であるか否かが判定される。これは、例えば第１、第２電動モータ１９、２１に設けられたモータ角度センサまたは第１、第２カム角度センサ２３、２４（図１参照）の値に基づいて判定され、ステップＳ１０２の判定はベース円区間であると判定されるまで繰り返される。
【００２４】
ステップＳ１０２においてベース円区間であると判定されると、ステップＳ１０４において、正転動作中であるか否かが判定される。正転動作でない場合には、ステップＳ１０２に戻り同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１０４において、正転動作中であると判定された場合には、ステップＳ１０６において正転モードへの切換えが実行され（図３の例では時点ｔ３）、これにより、この正転／搖動モード間のモード切換え処理は終了する。
【００２５】
一方、ステップＳ１００において、モード切換え要求が、搖動モードから正転モードへの切換えでないと判定された場合、モード切換え要求は正転モードから搖動モードへの切換えであり、処理はステップＳ１０８へと進む。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０２と同様に、現在カム角度がベース円区間であるか否かが判定され、ベース円区間であると判定されるまで、この判定が繰り返される。
【００２６】
ステップＳ１０８において、ベース円区間であると判定されると、ステップＳ１１０において順方向（正転方向）での搖動モードへの切換えが実行され（図４の例では時点ｔ７）、これにより、この正転／搖動モード間のモード切換え処理は終了する。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、正転／搖動モード間のモード切換える際に、常にベース円区間における順方向での切換えが行なわれるので、正転から反転、あるは反転から正転への急激な切換えが行なわれることがなく、トルクショックを発生させることを防止できる。これにより制御性の悪化や、燃費やエミッションなど燃焼の悪化を招くことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態である可変動弁機構の制御システムの構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】第１カムシャフトを軸方向に見たときの第１気筒のカムと第２気筒のカムの配置を模式的に示す図である。
【図３】搖動モードから正転モードへのモード切換え要求の信号と、カム角との関係を時系列で示すグラフである。
【図４】正転モードから搖動モードへのモード切換え要求の信号と、カム角の関係を時系列で示すグラフである。
【図５】正転／搖動モード間のモード切換え処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  可変動弁機構
１１  吸気弁
１２  第１カムシャフト
１３  第２カムシャフト
１４、１５  カム
１９、２１  電動モータ
２２  ＥＣＵ
２４  第２カム角度センサ
２５、２６  突出部
２７  付勢部材
【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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