JP2018112092A - 可変動弁装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】2種類のカムロブを切り替える機構を有する可変動弁装置において、カムロブ切り替え時の制御ばらつきを抑制する。【解決手段】本発明の可変動弁装置は、可変動弁装置は、ソレノイドピンの切り替え溝への挿入により、アウターカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせることで、実際にバルブを駆動する駆動カムロブを2種類のカムロブの間で切り替える。更に、可変動弁装置は、ソレノイドピンを切り替え溝に挿入していない場合に、駆動カムロブの切り替える時にソレノイドコイルに印加される電圧よりも小さな微弱電圧をソレノイドコイルに印加して、ソレノイドコイルの抵抗値を算出し、ソレノイドコイルの抵抗値に応じて、駆動カムロブを切り替える際の、ソレノイドコイルへの印加電圧又は電圧印加の開始タイミングを制御する、ように構成されている。【選択図】図6
Description
この発明は、可変動弁装置に関する。
従来、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブを駆動するカムロブを、カムプロフィールの異なる2種類のカムロブの間で切り換える可変動弁装置が知られている。また、このような可変動弁装置において、アウターカムに形成された切り替え溝へのソレノイドピンの挿入を制御することで、カムロブの切り替えを制御する装置が知られている。更に、例えば特許文献1には、エンジンの運転条件に応じてソレノイドピンの挿入タイミングを可変とした可変動弁装置が開示されている。
可変動弁機構におけるカムロブの切り替えのためのソレノイド制御では、ソレノイドピン挿入動作を精度良く制御することで、カムロブ切り替え可能な上限回転数を拡張させることができる。また、ソレノイド制御のばらつきを低減することにより、ソレノイドのコイル容量等の必要なスペックを低減することができ、原価低減の効果を期待できる。
しかし、これらを達成するためには、目標とする印加電圧値や通電タイミングを精度良く制御することが要求され、そのためにはソレノイドピンの挿入に要する時間である突き出し時間の正確な把握が必要となる。ここでソレノイドピンの突き出し時間は、ソレノイドに印加される電流に依存するため、ソレノイドの抵抗値を正確に把握することが求められる。
しかし、ソレノイドの抵抗値はコイル温度によって変化する。ソレノイドは、一般にエンジンのシリンダヘッド周り、例えばヘッドカバーに搭載される。このため、エンジンからの放射温度、エンジン内の油水温、車速に応じた冷却、及びデットソークによる温度上昇等、ソレノイドのコイル温度に影響する外乱因子が多い。このため、ソレノイドのコイル温度及び抵抗値は変動が大きく、ソレノイドピンの突き出し時間を正確に把握して制御することは困難である。
例えば、周辺の条件を示す油温や外気温等の計測値からコイル温度を推定した場合、実際のコイル温度と推定温度との間の乖離は大きくなる。このためコイルの推定温度から算出される通電タイミングや印加電圧に基づくソレノイドの制御には制御ばらつきが生じる虞がある。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、2種類のカムロブを切り替える機構を有する可変動弁装置において、カムロブ切り替え時の制御ばらつきを抑制することを目的とする。
本発明の可変動弁装置は、上述した目的を達成するため、以下の構成を有する。即ち、本発明の可変動弁装置は、互いにカムプロフィールの異なる2種類のカムロブと、カムロブを気筒単位または気筒群単位で保持する複数のアウターカムと、アウターカムに形成された切り替え溝に挿入可能に配置されたソレノイドピンと、通電によりソレノイドピンを突き出して切り替え溝に挿入させるソレノイドコイルとを備える。可変動弁装置は、ソレノイドピンの切り替え溝への挿入により、アウターカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせることで、実際にバルブを駆動する駆動カムロブを2種類のカムロブの間で切り替える。
更に、可変動弁装置は、ソレノイドピンを切り替え溝に挿入していない場合に、駆動カムロブを切り替える時にソレノイドコイルに印加される電圧よりも小さな微弱電圧を、ソレノイドコイルに印加して、ソレノイドコイルの抵抗値を算出し、ソレノイドコイルの抵抗値に応じて、駆動カムロブを切り替える際の、ソレノイドコイルへの印加電圧又は電圧印加の開始タイミングを制御する、ように構成されている。
本発明によれば、駆動カムロブの切り替えの際に、予めソレノイドコイルの抵抗値を算出することで、例えば、ソレノイドコイルへの電圧印加の開始タイミングを、駆動カムロブの切り替え時にソレノイドコイルに実際に流れる電流値に応じたタイミングに決定することができる。従って、ソレノイドピン挿入を精度良く制御し、制御ばらつきを抑制することができる。
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
実施の形態.
[可変動弁装置の構成]
本実施の形態において、可変動弁装置は車両に搭載され用いられる。可変動弁装置は、後述するように、アウターカムの切り替え溝に対してピンを挿入することでカムの回転を利用してアウターカムをスライドさせてカムロブを切り替えるカムシフト構造を有する。可変動弁装置は、エンジンのクランクシャフトに接続され、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトを備える。カムシャフトには中空軸で形成されたアウターカムが各気筒に対応して間隔をおいて配置されている。
[可変動弁装置の構成]
本実施の形態において、可変動弁装置は車両に搭載され用いられる。可変動弁装置は、後述するように、アウターカムの切り替え溝に対してピンを挿入することでカムの回転を利用してアウターカムをスライドさせてカムロブを切り替えるカムシフト構造を有する。可変動弁装置は、エンジンのクランクシャフトに接続され、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトを備える。カムシャフトには中空軸で形成されたアウターカムが各気筒に対応して間隔をおいて配置されている。
図1はアウターカムの構成例を示す概略図である。図1において、アウターカム10は、カムシャフトの回転方向に固定される一方で、カムシャフトの軸方向にスライド可能に配置されている。図1の(A)〜(D)は、カムシャフトをそれぞれ90度回転したアウターカム10の姿勢を表している。
アウターカム10は、カムプロフィールの異なる2種類のカムロブ14、16を隣接状態で担持している。なお、ここで、カムプロフィールとは、リフト量および作用角の少なくとも一方を意味するものとする。図1では、アウターカム10は気筒単位で配置され、2種類のカムロブ14、16を、1気筒あたり2組保持している。1気筒あたり2つずつの吸・排気バルブが配設されているためである。但し、1気筒あたりのバルブの数やこれに対応するカムロブの組数は、これに限定されるものではない。また、アウターカム10は気筒単位でカムロブ14、16を保持するものに限られず、気筒群単位でカムロブ14、16を保持するものであってもよい。
アウターカム10の表面には、溝18が形成されている。溝18は、途中で2本に分岐し、分岐部分が螺旋状にカムシャフトの軸方向にそれぞれ延びるように形成されている。なお、溝18の部位を特に区別するときは、分岐後の溝18を溝18a、18bと称し、分岐前の溝18を溝18cと称する。
可変動弁装置は、カムロブを切り替えるアクチュエータとして、2本のカム切り替え用のピン22a、22bを有するソレノイド20を気筒ごとに備えている。以下、ピン22a又は22bを区別する必要がないときは、単に「ピン22」と称する。
ソレノイド20は、例えば自己保持型のソレノイドである。図2は、自己保持型のソレノイドの構成例を説明する図である。図2に示すように、ソレノイド20は、シャフト24a、24bを備える。シャフト24a、24bの基端側には、永久磁石、スプリング等が設けられている。ソレノイド20は、ハウジング内に配置されたコイル26a、26bと固定鉄芯28a、28bとを有する。
ソレノイド20において、ピン22aはシャフト24aに連動して稼動し、ピン22bはシャフト24bに連動して稼動する。図2ではシャフト24a及びピン22aが突き出し状態となっている。一方、コイル26bは通電が遮断されて、シャフト24a及びピン22bが引き込み状態となっている。コイル26a又は26bへの通電によって、ピン22a又は22bの突き出し状態と引き込み状態とを切り換えることができる。また、このソレノイド20の通電が遮断された状態では、永久磁石やスプリング等によって、ピン22は引き込み状態で保持される。
本実施の形態において可変動弁装置は、制御装置としてECUを備えている。ECUは、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)等を備えている。ECUは、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。ECUは、取り込んだ各種センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従ってソレノイド20を含む各種アクチュエータを操作する。
[カムロブの切り換え動作例]
再び図1を参照して、ピン22と溝18の係合によるアウターカム10の回転動作例を説明する。なお、図1では、上方から下方に向かう方向にアウターカム10が回転するものとする。図1の(A)では、ピン22a、22bが共に引き込み状態となっている。またピン22aは溝18aと対向し、ピン22bはアウターカム10の溝18が形成されていない部分と対向している。
再び図1を参照して、ピン22と溝18の係合によるアウターカム10の回転動作例を説明する。なお、図1では、上方から下方に向かう方向にアウターカム10が回転するものとする。図1の(A)では、ピン22a、22bが共に引き込み状態となっている。またピン22aは溝18aと対向し、ピン22bはアウターカム10の溝18が形成されていない部分と対向している。
図1の(A)からアウターカム10が90度回転した(B)の状態では、溝18a、18bが手前側に移動し、図1の紙面及びピン22a、22bに対向する部分には、溝18a、18bの、アウターカム10の軸に対して直交方向に形成されている部分が現れている。以下、溝18a、18bの直交方向の部分を、「直交部位」とも称す。
図1の(B)では、ソレノイド20のコイル26aに通電されることで、ピン22aは突き出され、突き出されたピン22aは、溝18aの直交部位にスムーズに挿入されて溝18aと係合する。なお後述するが、ピン22の突き出しは、溝18の直交部位とピン22が対向している間に行われる。
図1の(B)から90度回転した(C)の状態では、図1の紙面及びピン22a、22bに対向する部分には、溝18a、18bのアウターカム10の軸に対して傾斜している部分が現れている。図1の(C)に描かれる溝18a、18bの傾斜している部位を「傾斜部位」とも称す。図1の(C)と(B)とを比較すると分かるように、溝18aがピン22aに挿入されている状態では、溝18aの傾斜部位に沿ってピン22aが移動することで、アウターカム10が左方向にスライドする。
図1の(C)から更に90度回転した(D)の状態では、図1の紙面及びピン22a、22bに対向する部分には、溝18cが現れている。この状態では、アウターカム10の左方向へのスライドも完了し、カムロブが切り替えられた状態となっている。
なお、ピン22bによる切り替えも同様に行われる。即ち、ピン22bの突き出しは、溝18bの直交部位にピン22が対向している間に行われる。ピン22が溝18bに挿入されると、溝18bと係合状態にあるピン22bが溝18bの傾斜部位に沿って移動することで、アウターカム10が右方向にスライドする。
[ピン22の突き出しの制御]
図3は、カムロブ切り替え時のピン22の突き出しの制御について説明するためのタイミングチャートである。カムロブの切り換え動作は、カムシャフトが1回転する間に行われ、カムロブの切り替え開始タイミング、即ち、アウターカム10が左方向又は右方向に移動を開始するタイミングは、エンジンの回転速度やカム角度に応じて決定される。そしてピン22の挿入完了(即ち、フルストローク完了)の目標角度が、切り替え開始タイミングから必要な余裕分前出しされた角度に決定される。ここで必要な余裕分は、制御遅れ、ハードのばらつき、回転上昇で必要となる余裕分を考慮して適宜決定される。
図3は、カムロブ切り替え時のピン22の突き出しの制御について説明するためのタイミングチャートである。カムロブの切り換え動作は、カムシャフトが1回転する間に行われ、カムロブの切り替え開始タイミング、即ち、アウターカム10が左方向又は右方向に移動を開始するタイミングは、エンジンの回転速度やカム角度に応じて決定される。そしてピン22の挿入完了(即ち、フルストローク完了)の目標角度が、切り替え開始タイミングから必要な余裕分前出しされた角度に決定される。ここで必要な余裕分は、制御遅れ、ハードのばらつき、回転上昇で必要となる余裕分を考慮して適宜決定される。
ピン22の挿入は、ピン22が溝18の直交部位に対向する期間であるピン挿入区間の間に完了するように設定される。即ち、設定されるソレノイド20への通電開始タイミングは、フルストローク完了の目標角度よりも、ソレノイド20への通電開始からピン22の突き出しが完了するまでの時間であるフルストローク時間に対応する角度に、制御がばらつきを考慮した余裕分の角度を加えた角度だけ、前の(即ち、進角側の)角度となる。
[フルストローク時間の算出]
図4はソレノイドに印加される電流値とソレノイドのフルストローク時間との関係について説明する図である。図4に示されるようにフルストローク時間は、ソレノイド20に印加される電流値と相関関係を有し、電流値が大きくなるとフルストローク時間が短くなる。この相関関係に応じて、フルストローク時間を算出することができる。
図4はソレノイドに印加される電流値とソレノイドのフルストローク時間との関係について説明する図である。図4に示されるようにフルストローク時間は、ソレノイド20に印加される電流値と相関関係を有し、電流値が大きくなるとフルストローク時間が短くなる。この相関関係に応じて、フルストローク時間を算出することができる。
図5は、ソレノイドのコイル温度と、コイルの抵抗値及び電流との関係について説明するための図である。図5に示されるように、コイル温度が高くなると、コイル26a、26bの抵抗値は大きくなる。従って同じ電圧を印加した場合にも、コイル温度が高くなると、コイル26a、26bに流れる電流値は低くなる。このように、コイル温度に応じてコイル26a、26bに流れる電流値が変化するため、ソレノイド20に印加する電圧を一定とすると、フルストローク時間が変化することになる。
従って、本実施の形態では、ピン22の突き出しを行う前に、フルストローク時間を予測し、予測されたフルストローク時間に応じて、ピン挿入期間の間に、ピン22の突き出しが完了するように、ソレノイド20への通電開始タイミングを設定する。具体的には、カムロブの切り替え要求があった場合には、まず、ピン22が突き出しされない範囲の微弱電圧を印加し、その時、コイル26a又は26bに流れる電流値を計測することで、コイル26a又は26bの抵抗値を算出する。算出された抵抗値と、ピン22の突き出し時に印加される印加電圧値に応じて、ピン22の突き出し時にコイル26a又は26bに流れる電流値を算出する。算出された電流値に応じて、電流値とフルストローク時間との関係に従って、フルストローク時間を算出する。算出されたフルストローク時間に応じて、ソレノイド20への通電開始タイミングを決定する。
[本実施の形態の具体的な制御]
図6は本実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図6のルーチンでは、まずステップS102においてカムロブの切り替え要求が検出されたか否かが判別される。ステップS102においてカムロブの切り替え要求が検出されない場合には、今回の処理は一旦終了する。
図6は本実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図6のルーチンでは、まずステップS102においてカムロブの切り替え要求が検出されたか否かが判別される。ステップS102においてカムロブの切り替え要求が検出されない場合には、今回の処理は一旦終了する。
ステップS102において、カムロブの切り替え要求が検出された場合、次に、ステップS104において、ソレノイド20に微弱電圧が印加される。次にステップS106において微弱電圧印加時にソレノイド20に流れた電流値が計測される。
次に、ステップS108において、電圧と電流との関係に基づきコイル26a又は26bの抵抗値が算出される。次に、ステップS110においてコイル26a又は26bの抵抗値と、ピン22突き出し時に印加される印加電圧とが取得される。ステップS112では、取得されたコイル26a又は26bの抵抗値と印加電圧とに応じて、フルストローク時間が算出される。
次に、ステップS114において、現在のカム角度とエンジン回転速度とが取得される。ステップS118では、ソレノイド20への通電開始タイミングが決定される。より具体的には、通電開始タイミングは、現在のカム角度とエンジン回転速度から算出されるフルストローク完了の目標角度を、フルストローク時間に応じた通電前出し角度分進角した角度として算出される。
次に、ステップS120では、算出された通電開始タイミングにおいて通電が開始され、ステップS122において、フルストローク完了後、通電がOFFとされて、今回の切り替え処理が終了する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、カムロブの切り替え開始前の微弱電圧の印加によりコイル26a、26bの抵抗値を検出することができる。従って、現在のコイルの抵抗値に応じて必要なフルストローク時間を確保して、ピン22の突き出しを実行することができる。従って、コイルの温度変化によってその抵抗値が変動する場合にも、高い精度でカムロブの切り替えを制御することができ、制御ばらつきを抑制することができる。
なお、本実施の形態では、コイル26a、26bの抵抗値からフルストローク時間を算出し、これに応じて、通電開始タイミングを決定する制御について説明した。しかし、コイル26a、26bの抵抗値に応じて、目標とする電流値がコイル26a、26bに印加されるように、ソレノイド20への印加電圧を制御するようにしてもよい。
10 アウターカム
14、16 カムロブ
18、18a、18b、18c 溝
20 ソレノイド
22、22a、22b ピン
24a、24b シャフト
26a、26b コイル
28a、28b 固定鉄芯
14、16 カムロブ
18、18a、18b、18c 溝
20 ソレノイド
22、22a、22b ピン
24a、24b シャフト
26a、26b コイル
28a、28b 固定鉄芯
Claims (1)
- 互いにカムプロフィールの異なる2種類のカムロブと、
前記カムロブを気筒単位または気筒群単位で保持する複数のアウターカムと、
前記アウターカムに形成された切り替え溝に挿入可能に配置されたソレノイドピンと、
通電により前記ソレノイドピンを突き出して前記切り替え溝に挿入させるソレノイドコイルと、
を備え、
前記ソレノイドピンの前記切り替え溝への挿入により、前記アウターカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせることで、実際にバルブを駆動する駆動カムロブを前記2種類のカムロブの間で切り替える可変動弁装置であって、
前記ソレノイドピンを前記切り替え溝に挿入していない場合に、前記駆動カムロブを切り替える時に前記ソレノイドコイルに印加される電圧よりも小さな微弱電圧を、前記ソレノイドコイルに印加して、前記ソレノイドコイルの抵抗値を算出し、
前記ソレノイドコイルの抵抗値に応じて、前記駆動カムロブを切り替える際の、前記ソレノイドコイルへの印加電圧又は電圧印加の開始タイミングを制御する、
ように構成された可変動弁装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017002033A JP2018112092A (ja) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | 可変動弁装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017002033A JP2018112092A (ja) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | 可変動弁装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2018112092A true JP2018112092A (ja) | 2018-07-19 |
Family
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Family Applications (1)
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JP2017002033A Pending JP2018112092A (ja) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | 可変動弁装置 |
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2017
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