JP2005220760A - Variable valve control device and control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の動弁(吸・排気弁)のバルブタイミング,リフト量等の作動状態を電動アクチュエータによって駆動する可変動弁制御装置、その他制御対象を電動アクチュエータによって駆動する制御装置に関する。 The present invention relates to a variable valve control device that drives an operation state such as valve timing and lift amount of a valve (intake / exhaust valve) of an internal combustion engine by an electric actuator, and a control device that drives other control objects by the electric actuator.
従来、電動アクチュエータのモータ駆動制御を行う技術として、スロットル弁をモータで駆動するものがあり、スロットル弁の低開度と高開度とで変化する動作特性の変化を補償するように制御ゲインを修正している(特許文献1参照)。
しかし、上記構成ではモータの温度変化に応じて変化するモータの作動特性を補償するものではないため、モータの発熱状態により応答性がばらつくという問題があった。
また、モータ温度が比較的高く、その抵抗値が大きいときには操作量に対してモータに流れる電流が低下するため、モータ出力も低下する。このため、要求される制御特性を得られるように制御ゲインを設定する必要があるが、これでは、モータ温度が低く、その抵抗値が小さい場合には、高電流が流れてしまうため、それに対応できる高価な駆動回路が必要になり、コストアップになってしまうという問題があった。
However, the above configuration does not compensate for the motor operating characteristics that change in accordance with changes in the temperature of the motor, so that there is a problem that responsiveness varies depending on the heat generation state of the motor.
Further, when the motor temperature is relatively high and the resistance value is large, the current flowing through the motor is reduced with respect to the operation amount, so the motor output is also reduced. For this reason, it is necessary to set the control gain so that the required control characteristics can be obtained. However, if the motor temperature is low and the resistance value is small, a high current will flow. There is a problem that an expensive driving circuit that can be used is required and the cost is increased.
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、可変動弁制御装置、その他制御対象を電動アクチュエータによって駆動する制御装置において、駆動源であるモータの温度変化等に応じた抵抗値変化を補償できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem. In a variable valve control device and other control devices that drive an object to be controlled by an electric actuator, the present invention responds to a change in temperature of a motor that is a drive source. The purpose is to be able to compensate for a change in resistance value.
このため、請求項1に係る発明は、内燃機関の動弁の作動状態を、電動アクチュエータで変更する可変動弁制御装置であって、電動アクチュエータの駆動源となるモータの抵抗値を検出し、該抵抗値に応じて前記モータの操作量を制限及び制限解除する構成とした。
このようにすれば、モータの抵抗値に応じてモータの操作量を制限およびその解除を行うので、モータの抵抗値変化による応答性のバラツキを防止でき、高電流に対応する高価な駆動回路も不要となる。
For this reason, the invention according to claim 1 is a variable valve control device that changes an operating state of a valve of an internal combustion engine with an electric actuator, and detects a resistance value of a motor that is a drive source of the electric actuator, The operation amount of the motor is limited and the restriction is released according to the resistance value.
In this way, the amount of operation of the motor is limited and released according to the resistance value of the motor, so variation in responsiveness due to a change in the resistance value of the motor can be prevented, and an expensive drive circuit corresponding to a high current is also provided. It becomes unnecessary.
また、請求項2に係る発明は、前記モータの抵抗値が所定値より小さいときは、前記モータの操作量を制限し、該抵抗値が所定値以上大きいときは、前記モータの操作量の制限を解除する構成とした。
このようにすれば、モータの抵抗値が小さくモータ操作量に対するアクチュエータの駆動量が大きい場合には、モータの操作量を制限し、また、抵抗値が大きくなりアクチュエータの駆動量が比較的小さくなる場合には、該操作量の制限を解除し、大きな操作量を与えることができるため、モータの抵抗値が変化しても安定した駆動量を得ることができ、応答バラツキを防止できる。さらに、抵抗値が小さいときは、操作量が制限されることで、最大電流値が抑えられることにより、安価な駆動回路が利用でき、コストを低減することができる。
The invention according to
In this way, when the motor resistance value is small and the actuator drive amount relative to the motor operation amount is large, the motor operation amount is limited, and the resistance value increases and the actuator drive amount becomes relatively small. In this case, since the restriction on the operation amount can be released and a large operation amount can be given, a stable drive amount can be obtained even when the resistance value of the motor changes, and response variations can be prevented. Further, when the resistance value is small, the operation amount is limited, and the maximum current value is suppressed, so that an inexpensive drive circuit can be used and the cost can be reduced.
また、請求項3に係る発明は、前記モータへの印加電圧と該モータに流れる電流量とを検出し、これら各検出値の平均値に基づいて前記モータの抵抗値を検出する構成とした。
このようにすれば、平均した値で抵抗値を算出するため、算出エラーを防止でき、正しく抵抗値を算出できる。
また、請求項4に係る発明は、制御対象を電動アクチュエータによって駆動する制御装置であって、電動アクチュエータの駆動源となるモータの抵抗値を検出し、該抵抗値に応じて前記モータの操作量を制限及び制限解除する構成とした。
According to a third aspect of the present invention, the voltage applied to the motor and the amount of current flowing through the motor are detected, and the resistance value of the motor is detected based on the average value of these detected values.
In this way, since the resistance value is calculated with the average value, a calculation error can be prevented and the resistance value can be calculated correctly.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a control device that drives an object to be controlled by an electric actuator, wherein a resistance value of a motor that is a driving source of the electric actuator is detected, and an operation amount of the motor is determined according to the resistance value. Is configured to restrict and release the restriction.
このようにすれば、上記可変動弁制御装置以外の制御装置、例えば電動アクチュエータでスロットル弁を駆動するスロットル制御装置などにも本発明を適用して、同様の効果を得ることができる。 In this way, the same effect can be obtained by applying the present invention to a control device other than the variable valve control device, for example, a throttle control device that drives a throttle valve with an electric actuator.
図1は、実施形態における車両用内燃機関の構成図である。
この図1において、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104が介装され、該電子制御スロットル104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。
FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine for a vehicle in the embodiment.
In FIG. 1, an
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、排気側カムシャフト110に軸支されたカム111によって一定のリフト量及び作動角(開から閉までのクランク角)を保って開閉駆動されるが、吸気バルブ105は、可変バルブリフト機構112によってリフト量及び作動角が連続的に変えられるようになっている。なお、リフト量と作動角とは、一方の特性が決まれば他方の特性も決まるように同時に変えられる。
The combustion exhaust is discharged from the
The
同じく吸気側には、前記クランクシャフトと吸気側カムシャフトとの回転位相差を連続的に可変制御して、吸気バルブ105のバルブタイミング(弁開閉タイミング)を進遅角する機構で構成される可変バルブタイミング機構201及び該吸気側カムシャフトの回転位置を検出するための吸気側カム角センサ202が吸気側カムシャフトの両端部に設けられる。上記のように、吸気バルブ105の異なる作動特性であるリフト量(作動角)とバルブタイミングとをそれぞれ変更する複数の可変動弁機構として、可変バルブリフト機構112と可変バルブタイミング機構201とを備える。
Similarly, on the intake side, the variable is constituted by a mechanism that continuously and variably controls the rotational phase difference between the crankshaft and the intake camshaft to advance and retard the valve timing (valve opening / closing timing) of the
前記可変バルブタイミング機構201は、クランクシャフト120に対する吸気側カムシャフト134の回転位相を変化させることで、吸気バルブ105のバルブタイミングを変化させる機構であり、本実施形態では、後述するようなスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用する。
尚、本実施形態では吸気バルブ105側にのみ可変バルブタイミング機構201を備える構成としたが、吸気バルブ105側に代えて、又は、吸気バルブ105側と共に、排気バルブ107側に可変バルブタイミング機構を備える構成であっても良い。
The variable
In this embodiment, the variable
また、各気筒の吸気ポート130には、電磁式の燃料噴射弁131が設けられ、該燃料噴射弁131は、エンジンコントロールユニット(ECU)114からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ105に向けて噴射する。
マイクロコンピュータを内蔵する前記ECU114には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル104,可変バルブタイミング機構201及び燃料噴射弁131を制御する。
In addition, an electromagnetic fuel injection valve 131 is provided in the
Detection signals from various sensors are input to the
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサAPS116、機関101の吸入空気量Qを検出するエアフローメータ115、クランクシャフト120からクランク角180°毎の基準クランク角信号REF(基準回転位置信号)と単位クランク角度毎の単位角度信号POS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TVOを検出するスロットルセンサ118、機関101の冷却水温度を検出する水温センサ119、吸気側カムシャフト134からカム角90°(クランク角180°)毎のカム信号CAM(基準回転位置信号)を取り出すカム角センサ202が設けられている。
Examples of the various sensors include an accelerator opening sensor APS116 for detecting the accelerator opening, an
尚、前記基準クランク角信号REFの周期、又は、単位時間当たりの単位角度信号POSの発生数に基づいて、ECU114において機関回転速度Neが算出される。
図2〜図4は、前記可変バルブリフト機構112の構造を詳細に示すものである。
図2〜図4に示す可変バルブリフト機構は、一対の吸気バルブ105,105と、シリンダヘッド11のカムシャフト受14に回転自在に支持された中空状のカムシャフト13(駆動軸)と、該カムシャフト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、前記カムシャフト13の上方位置に同じカムシャフト受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。
The
2 to 4 show the structure of the variable
The variable valve lift mechanism shown in FIGS. 2 to 4 includes a pair of
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。
The
The rocker arms 18, 18, the
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、内部軸方向にカムシャフト挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xがカムシャフト13の軸心Yから所定量だけ偏心している。
また、前記一対の偏心カム15は、カムシャフト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シャフト挿通孔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。
As shown in FIG. 5, the
The pair of
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。
As shown in FIG. 4, the
A
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にカムシャフト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。
The
As shown in FIGS. 2, 6, and 7, the
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。
Further, a
That is, when viewed from the valve lift characteristics shown in FIG. 8, as shown in FIG. 2, the predetermined angle range θ1 of the
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。
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。
The
Further, the
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。
上記構成において、制御軸16の軸心P2と制御カム17の軸心P1との位置関係によって、図6,7に示すように、リフト量が変化することになり、前記制御軸16を回転駆動させることで、制御カム17の軸心P1に対する制御軸16の軸心P2の位置を変化させる。
In addition, snap rings 30, 31, and 32 that restrict the axial movement of the
In the above configuration, the lift amount varies as shown in FIGS. 6 and 7 depending on the positional relationship between the axis P2 of the
前記制御軸16は、図10に示すような構成により、DCサーボモータ(アクチュエータ)121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のリフト量及び作動角が連続的に変化する(図9参照)。
The
図10において、DCサーボモータ121は、その回転軸が制御軸16と平行になるように配置され、回転軸の先端には、かさ歯車122が軸支されている。
一方、前記制御軸16の先端に一対のステー123a,123bが固定され、一対のステー123a,123bの先端部を連結する制御軸16と平行な軸周りに、ナット124が揺動可能に支持される。
In FIG. 10, the
On the other hand, a pair of
前記ナット124に噛み合わされるネジ棒125の先端には、前記かさ歯車122に噛み合わされるかさ歯車126が軸支されており、DCサーボモータ121の回転によってネジ棒125が回転し、該ネジ棒125に噛み合うナット124の位置が、ネジ棒125の軸方向に変位することで、制御軸16が回転されるようになっている。
ここで、ナット124の位置をかさ歯車126に近づける方向が、リフト量が小さくなる方向で、逆に、ナット124の位置をかさ歯車126から遠ざける方向が、リフト量が大きくなる方向となっている。
A
Here, the direction in which the position of the
前記制御軸16の先端には、図10に示すように、制御軸16の回転角を検出するホールIC式の回転角センサ127が設けられており、該回転角センサ127で検出される実際の回転角が目標回転角に一致するように、前記コントロールユニット114が前記DCサーボモータ121をフィードバック制御する。ここで、制御軸16の回転角制御によってリフト量と作動角とは同時に変えられるので、回転角センサ127は吸気バルブ105の作動角を検出すると同時にリフト量を検出するセンサである。
As shown in FIG. 10, a Hall IC type
次に、前記可変バルブタイミング機構(VTC)201の構成を、図11〜図18に基づいて説明する。図11に示すように、前記吸気側のカムシャフト134と、このカムシャフト134の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン(図示せず)を介してクランクシャフト120に連係されるタイミングスプロケット302を外周に有する駆動リンク303(駆動回転体)と、この駆動リング3とカムシャフト134の前方側(図11中左側)に配置されて、両者303,301の組付角を操作する組付角操作機構304と、この組付角操作機構304のさらに前方側に配置されて、同機構304を駆動する操作力付与手段305と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構304と操作力付与手段305の前面と周域を覆う図外のVTCカバーと、を備えている。
Next, the configuration of the variable valve timing mechanism (VTC) 201 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 11, the
駆動リング303は、段差状の挿通孔306を備えた短軸円筒状に形成され、この挿通孔306部分が、カムシャフト134の前端部に結合された従動軸部材307(従動回転体)に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング303の前面(カムシャフト134と逆側の面)には、図12に示すように、対面する平行な側壁を有する3個の径方向溝308(径方向ガイド)が駆動リング303のほぼ半径方向に沿うように形成されている。
The
また、従動軸部材307は、図11に示すように、カムシャフト134の前端部に突き合される基部側外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー309が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト310によってカムシャフト134に結合されている。各レバー309には、リンク311の基端がピン312によって軸支連結され、各リンク311の先端には前記各径方向溝308に摺動自由に係合する円柱状の突出部313が一体に形成されている。
Further, as shown in FIG. 11, the driven
各リンク311は、突出部313が対応する径方向溝308に係合した状態において、ピン312を介して従動軸部材307に連結されているため、リンク311の先端側が外力を受けて径方向溝308に沿って変位すると、駆動リング303と従動軸部材307とはリンク311の作用によって突出部313の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
Since each link 311 is connected to the driven
また、各リンク311の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴314が形成され、この収容穴314に、後述する渦巻き溝315(渦巻き状ガイド)に係合する球面突起316aを有する係合ピン316(転動部材)と、この係合ピン316を前方側(渦巻き溝315側)に付勢するコイルばね317とが収容されている。なお、この実施形態においては、リンク311の先端の突出部313と係合ピン316、コイルばね317等とによって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。
In addition, a housing hole 314 that opens to the front side in the axial direction is formed at the tip of each
一方、従動軸部材307のレバー309の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁318aを有する中間回転体318が軸受331を介して回転自在に支持されている。この中間回転体318のフランジ壁318aの後面側には断面半円状の前述の渦巻き溝315が形成され、この渦巻き溝315に、前記各リンク311の先端の係合ピン316が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝315の渦巻きは、駆動リング303の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。したがって、各リンク311先端の係合ピン316が渦巻き溝315に係合した状態において、中間回転体318が駆動リング303に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク311の先端部は径方向溝308に案内されつつ、渦巻き溝315の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体318が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。
On the other hand, an intermediate
この実施形態の組付角操作機構304は、以上説明した駆動リング303の径方向溝308、リンク311、突出部313、係合ピン316、レバー309、中間回転体318、渦巻き溝315等によって構成されている。この組付角操作機構304は、操作力付与手段305から中間回転体318にカムシャフト134に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝315と係合ピン316の係合部を通してリンク311の先端を径方向に変位させ、このときリンク311とレバー309の作用によって駆動リンク303と従動軸部材307に相対的な回動力を伝達する。
The assembly
一方、操作力付与手段305は、中間回転体318を駆動リング303の回転方向に付勢するゼンマイばね319と、中間回転体318を駆動リング303の回転方向と逆方向に付勢すべく制動機構であるヒステリシスブレーキ320と、を備えてなり、内燃機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ320の制動力を適宜制御することにより、中間回転体318を駆動リング303に対して相対回動させ、或は、この両者の回動位置を維持するようになっている。
On the other hand, the operating force applying means 305 includes a
ゼンマイばね319は、駆動リング303に一体に取り付けられた円筒部材321にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体318の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体318のフランジ壁318aの前方側スペースに配置されている。
一方、ヒステリシスブレーキ320は、中間回転体318の前端部にリテーナプレート322を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング323と、非回転部材である図外のVTCカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル324と、電磁コイル324の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク325と、を備え、電磁コイル324が機関の運転状態に応じて前記ECU114によって通電制御されるようになっている。
The
On the other hand, the
ヒステリシスリング323は、図15に示すように、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束力が変化する特性(磁気的ヒステリシス特性)を持つヒステリシス材(半硬質材)によって形成され、外周側の円筒壁323a部分が前記コイルヨーク325によって制動作用を受けるようになっている。
コイルヨーク325は、電磁コイル324を取り囲むように全体が略円筒形状に形成され、その内周面が軸受328を介して従動軸部材307の先端部に回転可能に支持されている。そして、コイルヨーク325の後部面側(中間回転体318側)には磁気入出部分が円筒状の隙間をもって向かい合うように周面状の一対の対向面326,327が形成されている。
As shown in FIG. 15, the
The
また、図13に示すように、コイルヨーク325の両対向面326,327には夫々円周方向に沿って複数の凹凸が連続して形成され、これら凹凸のうちの凸部326a,327aが磁極(磁界発生部)を成すようになっている。
そして、一方の対向面326の凸部326aと他方の対向面327の凸部327aは円周方向に交互に配置され、対向面326,327相互の近接する凸部326a,327aがすべて円周方向にずれている。したがって、両対向面326,327の近接する凸部326a,327a間には、電磁コイル24の励磁によって図16に示すような円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、両対向面326,327間の隙間には前記ヒステリシスリング323の円筒壁323aが非接触状態で介装されている。
Further, as shown in FIG. 13, a plurality of concavities and convexities are continuously formed along the circumferential direction on both opposing
And the
ここで、このヒステリシスブレーキ320の作動原理を図17によって説明する。なお、図17(a)はヒステリシスリング323(ヒステリシス材)に最初に磁界をかけた状態を示し、図17(b)は上記(a)の状態からヒステリシスリング323を変位(回転)させた状態を示す。
図17(a)の状態においては、コイルヨーク325の対向面326,327間の磁界の向き(対向面27の凸部327aから他方の対向面326の凸部327aに向かう磁界の向き)に沿うようにヒステリシスリング323内に磁束の流れが生じる。
Here, the operating principle of the
17A, the direction of the magnetic field between the opposing
この状態からヒステリシスリング323が図17(b)に示すように外力Fを受けて移動すると、外部磁界内をヒステリシスリング323が変位することとなるため、このときヒステリシスリング323の内部の磁束は位相遅れをもち、ヒステリシスリング323の内部の磁束の向きは対向面326,327間の磁界の向きに対してずれる(傾斜する)こととなる。したがって、対向面327の凸部327aからヒステリシスリング323に入る磁束の流れ(磁力線)と、ヒステリシスリング323から他方の対向面326の凸部326aに向かう磁束の流れ(磁力線)が歪められ、このとき、この磁束の流れの歪みを矯正するような引き合い力が対向面326,327とヒステリシスリング323の間に作用し、その引き合い力がヒステリシスリング323を制動する抗力F’として働く。
When the
このヒステリシスブレーキ320は、以上のようにヒステリシスリング323が対向面326,327間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング323の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング323の回転速度(対向面326,327とヒステリシスリング323の相対速度)に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル324の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。
When the
図18は、夫々この実施形態のヒステリシスブレーキ320における回転速度と制動トルクの関係を、励磁電流をa〜d(a<b<c<d)に変えて調べた試験結果である。この試験結果から明らかなように、ヒステリシスブレーキ320は渦電流を用いたブレーキのように回転速度の影響を何等受けることがなく、常に励磁電流値に応じた制動力を得ることができる。
FIG. 18 shows test results obtained by examining the relationship between the rotational speed and the braking torque in the
本実施形態に係る可変バルブタイミング機構(VTC)201は以上のような構成となっており、ヒステリシスブレーキ320の電磁コイル324の励磁をオフにすると、ゼンマイばね319の付勢力によって中間回転体318が駆動リング303に対して機関回転方向に最大限回転し、係合ピン316が渦巻き溝315の外周側端面315aに突き当たる位置で規制され、この位置がVTC201の機構上で変更し得る回転位相の最遅角位置となる(図12参照)。
The variable valve timing mechanism (VTC) 201 according to the present embodiment has the above-described configuration. When the excitation of the
この状態から電磁コイル324の励磁をオンとすると、ゼンマイばね319の力に抗する制動力が中間回転体318に付与されて、中間回転体318が駆動リング303に対して逆方向に回転し、それによってリンク311の先端の係合ピン316が渦巻き溝315に誘導されてリンク311の先端部が径方向溝308に沿って変位し、リンク11の作用によって駆動リング303と従動軸部材307の組付角が進角側に変更される。そして、前記電磁コイル324の励磁電流を増大して制動力を増大していくと、ついには係合ピン316が渦巻き溝315の内周側端面315bに突き当たる位置で規制され、この位置がVTC201の機構上で変更し得る回転位相の最進角位置となる(図14参照)。
When the excitation of the
この状態から電磁コイル324の励磁電流を減少して制動力を減少するとゼンマイばね319の付勢力によって中間回転体318が正方向に戻り回転し、渦巻き溝315による係合ピン316の誘導によってリンク311が上記と逆方向に揺動し駆動リング303と従動軸部材307の組付角が遅角側に変更される。
このように、このVTC201によって可変される(クランクシャフト120に対するカムシャフト134の)回転位相は、電磁コイル324の励磁電流値を制御してヒステリシスブレーキ320の制動力を制御することによって任意の位相に変更し、ゼンマイばね319の力とヒステリシスブレーキ320の制動力のバランスによってその位相を保持することができる。
If the exciting current of the
As described above, the rotational phase (of the
かかる構成において、本発明の実施形態として可変動弁機構の1つである可変バルブリフト機構(VEL)112における駆動源であるDCサーボモータ121の抵抗値を算出し、該抵抗値に応じてモータ121の操作量を制限及び制限解除しつつ制御する構成とする。このため、前記モータ121に通電される電流値を検出する電流センサ203を設け、該電流センサ203で検出される電流値とモータ121の印加電圧とから抵抗値を算出する。
In such a configuration, as an embodiment of the present invention, the resistance value of the
図19は、前記VEL112におけるモータ121の制御フローを示す。
ステップ101では、モータ操作量(印加電圧)を算出する。具体的には、機関運転状態(回転速度,負荷,水温等)に基づいて、吸気バルブの目標バルブリフト量(目標バルブ作動角)を算出し、該目標バルブリフト量と前記リフト量センサとして機能する回転角センサ127で検出された実バルブリフト量との偏差に基づいてPID制御等によって算出する。
FIG. 19 shows a control flow of the
In
ステップ102では、前記電流センサ203によって検出されるモータ電流値を計測する。
ステップ103では、モータ電流値の前回計測値と今回計測値との変化量の絶対値が一定値以下で、かつ、前回のモータ操作量の前回計測値と今回計測値との変化量の絶対値が一定値以下であるか、つまり、略同一位置に保持制御される条件を満たしているかを判定する。
In
In
上記保持制御条件が成立していると判定されたときは、ステップ104へ進んで、保持制御条件成立中の平均電流値及び平均操作量を算出すると共に、該保持制御条件が成立している時間を計測するカウンタをインクリメントする。
ステップ105では、前記カウンタの計測値に基づいて上記保持制御条件が一定時間成立しているかを判定する。
When it is determined that the holding control condition is satisfied, the process proceeds to step 104 to calculate the average current value and the average operation amount during the holding control condition being satisfied, and the time for which the holding control condition is satisfied. Increment the counter that measures.
In
そして、保持制御条件が一定時間成立していると判定されたときに、ステップ106に進み、該一定時間における平均電流値及び平均操作量(平均電圧値)に基づいて、モータの抵抗値を次式のように算出する。
モータ抵抗値=平均電圧値/平均電流値
ステップ107では、前記算出した抵抗値が所定値より小さいか否かを判定する。
When it is determined that the holding control condition is satisfied for a certain period of time, the process proceeds to step 106, where the resistance value of the motor is determined based on the average current value and the average operation amount (average voltage value) for the certain period of time. Calculate as in the equation.
Motor resistance value = average voltage value / average current value In
ステップ107で抵抗値が所定値より小さいと判定されたときは、ステップ108へ進みモータ操作量を制限する処理を行う。簡易的には、上限操作量を固定値として設定し、ステップ101で算出した操作量を上限操作量と比較し、上限操作量未満のときは、そのまま操作量として設定するが、上限操作量を超えるときは、該上限操作量を操作量として設定しなおす。また、上限電流を設定し、ステップ106で算出した抵抗値に上限電流を乗じた値を上限操作量として算出し、以下上記同様に上限操作量を超えないように操作量を制限して設定すれば、より精度よく制限を行うことができ必要最小限の制限で済む。
When it is determined in
また、ステップ107で算出した抵抗値が所定値以上と判定されたときは、ステップ109へ進んでモータ操作量の制限を行うことなく、ステップ101で算出した操作量をそのまま操作量として設定する。
そして、ステップ110で、制御平均電流値及び平均操作量と、前記保持制御条件成立時間を計測するカウンタをクリアした後、ステップ113へ進んでステップ108またはステップ109で最終的に設定されたモータ操作量を、モータ121へ出力する。
If it is determined that the resistance value calculated in
In
一方、前記ステップ103で前記保持制御条件が満たされていないと判定されたときは、ステップ111へ進んで前記保持制御条件成立時間を計測するカウンタをクリアした後、ステップ112へ進み、また、ステップ105で保持制御条件が一定時間成立しなかったと判定されたときは、そのままステップ112へ進み、前回のモータ操作量制限処理方法(制限の有無)を継続して最終的な操作量を設定し、ステップ113へ進んでモータ操作量を出力する。つまり、ステップ101で算出されたモータ操作量に対し、前回操作量を制限していれば今回も制限し、前回制限していなければ今回も制限することなく、出力する。
On the other hand, when it is determined in
このようにすれば、モータの抵抗値が変化してもVEL112の安定した駆動量を得ることができ、応答バラツキを防止できる。さらに、抵抗値が小さいときは、操作量が制限されることで、最大電流値が抑えられることにより、安価な駆動回路が利用でき、コストを低減することができる。
また、上記実施形態では、モータの抵抗値を電流値と操作量(電圧)とから算出したが、モータの発熱温度から抵抗値を推定するようにしてもよい。
In this way, a stable drive amount of the
In the above embodiment, the resistance value of the motor is calculated from the current value and the operation amount (voltage). However, the resistance value may be estimated from the heat generation temperature of the motor.
また、上記実施形態では、電流値と操作量(電圧)を平均化したが、算出した抵抗値を平均化し、平均化された抵抗値に基づいて操作量を制限・制限解除を行うようにしてもよい。
また、本発明は、別の可変動弁機構である可変バルブタイミング機構(VTC)201にも適用できる。この場合は、VTC201における駆動源である電磁コイル(モータ)324の抵抗値を算出し、該抵抗値に応じて電磁コイル324の操作量を制限及び制限解除しつつ制御する構成とする。このため、前記電磁コイル324に通電される電流値を検出する電流センサ204を設け、該電流センサ204で検出される電流値と電磁コイル324の印加電圧とから抵抗値を算出する。
In the above embodiment, the current value and the operation amount (voltage) are averaged. However, the calculated resistance value is averaged, and the operation amount is limited / canceled based on the averaged resistance value. Also good.
The present invention can also be applied to a variable valve timing mechanism (VTC) 201, which is another variable valve mechanism. In this case, the resistance value of the electromagnetic coil (motor) 324 that is a driving source in the
前記電磁コイル(モータ)324の制御フローは、前記VEL112におけるモータ121と同様となる。すなわち、図19においてモータを電磁コイル324とし、モータ電流値を、前記電流センサ204で検出される電磁コイル324の電流値とすればよい(ステップ101でのモータ操作量(印加電圧)の算出は、機関運転状態(回転速度,負荷,水温等)に基づいて算出した吸気バルブの目標バルブタイミングと、前記カム角センサ202で検出された実バルブタイミングとの偏差に基づいてPID制御等によって算出する)。
The control flow of the electromagnetic coil (motor) 324 is the same as that of the
また、既述したように、上記可変動弁制御装置以外の制御装置、例えば電動アクチュエータでスロットル弁を駆動するスロットル制御装置などにも本発明を適用して、同様の効果を得ることができる。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
(イ)請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の可変動弁制御装置または請求項4に記載の制御装置において、前記モータの抵抗値を、モータの発熱温度から推定して算出することを特徴とする。
(ロ)請求項1〜請求項4または上記(イ)のいずれか1つに記載の可変動弁制御装置または制御装置において、前記モータの算出した抵抗値を平均し、該平均した抵抗値を用いてモータの操作量を制限及び制限解除することを特徴とする。
(ハ)請求項1〜請求項4または上記(イ),(ロ)のいずれか1つに記載の可変動弁制御装置または制御装置において、前記モータ操作量の制限は、予め設定された上限操作量を超えないようにすることを特徴とする。
モータ
(ニ)請求項1〜請求項4または上記(ロ)のいずれか1つに記載の可変動弁制御装置または制御装置において、前記モータ操作量の制限は、算出した抵抗値に予め設定された上限電流値を乗じて算出される上限操作量を超えないようにすることを特徴とする。
As described above, the same effect can be obtained by applying the present invention to a control device other than the variable valve control device, for example, a throttle control device that drives a throttle valve with an electric actuator.
Further, technical ideas other than the claims that can be grasped from the above embodiment will be described together with the effects thereof.
(A) In the variable valve control apparatus according to any one of claims 1 to 3 or the control apparatus according to claim 4, the resistance value of the motor is estimated and calculated from a heat generation temperature of the motor. It is characterized by doing.
(B) In the variable valve control apparatus or control apparatus according to any one of claims 1 to 4 or (a) above, the calculated resistance value of the motor is averaged, and the averaged resistance value is calculated. It is characterized in that the operation amount of the motor is restricted and the restriction is released.
(C) In the variable valve control apparatus or control apparatus according to any one of claims 1 to 4 or any one of (a) and (b) above, the limit of the motor operation amount is a preset upper limit. It is characterized by not exceeding the operation amount.
Motor (d) In the variable valve control apparatus or control apparatus according to any one of claims 1 to 4 or (b) above, the limit of the motor operation amount is preset to the calculated resistance value. The upper limit operation amount calculated by multiplying the upper limit current value is not exceeded.
101…内燃機関、105…吸気バルブ、112…可変バルブリフト機構、114…エンジンコントロールユニット、117…クランク角センサ、120…クランクシャフト、121…DCサーボモータ、134…カムシャフト、201…可変バルブタイミング機構、202…カム角センサ、203…電流センサ、204…電流センサ、324…電磁コイル
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009085147A (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-23 | Hitachi Ltd | Control device for variable valve mechanism |
| JP2009167886A (en) * | 2008-01-15 | 2009-07-30 | Mazda Motor Corp | Control method and device of internal combustion engine |
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-
2004
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