JP4710192B2 - 可変動弁機構付内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、吸気弁または排気弁の動作状態を可変とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の分野においては、吸気弁または排気弁の動作状態（作用角や位相）を可変とする可変動弁機構が知られている。例えば、特開平４−１８７８０７号公報には、吸気弁のカムシャフトを軸方向に移動させることにより、吸気弁の作用角および位相を可変とする可変動弁機構が開示されている。
【０００３】
上記従来の可変動弁機構は、カムシャフトの移動量を検出するカム位置センサを備えている。そして、このカム位置センサの検出値に基づいて、所望の作用角及び位相を実現すべく、カムシャフトの移動量を制御する。このような機構によれば、内燃機関の運転状態に応じた適切な状態で吸気弁を開閉させることができ、内燃機関の出力特性を改善することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の可変動弁機構では、カム位置センサの出力特性のばらつき、或いはその取り付け位置のばらつき、更には、温度変化等に起因するセンサ特性の変化などの影響で、カムシャフトの位置が精度良く検出できないことがあった。このため、従来の可変動弁機構によっては、内燃機関の運転中に、常に精度良く吸気弁（または排気弁）を所望の状態で動作させることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転中に、常に精度良く吸気弁または排気弁を所望の状態で動作させることのできる可動動弁機構付内燃機関の制御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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、吸気弁または排気弁の動作状態を可変とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
前記動作状態に応じた出力を発するセンサと、
前記動作状態を変えるためのアクチュエータであり、少なくとも２つの基準位置においてそれぞれ既知の動作状態を実現するアクチュエータと、
前記少なくとも２つの基準位置に対応して前記センサから発せられる少なくとも２つの学習用出力を検出する学習用出力検出手段と、
前記少なくとも２つの学習用出力に基づいて、前記センサのオフセット補正およびゲイン補正を行う補正手段と、
前記補正手段により補正された後のセンサの出力と、内燃機関の運転状態とに基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、内燃機関の始動後、２つの学習用出力が検出されるまで、センサの出力と内燃機関の運転状態とに基づく前記アクチュエータの制御を禁止し、２つの学習用出力が検出された後にその制御を開始し、
前記少なくとも２つの基準位置は、内燃機関のアイドル時に前記アクチュエータが実現すべき最小側変位端位置と、前記最小側変位端位置の対局に位置する最大側変位端位置とを含み、
内燃機関の始動後、前記アクチュエータの可動条件の成立を判定する可動条件判定手段と、
内燃機関の始動後、前記可動条件が成立するまでの間、前記アクチュエータを前記最大側変位端位置に維持するアクチュエータ維持手段と、
前記可動条件の成立後、アイドル運転が初めて要求された際に、前記アクチュエータを最小側変位端位置に制御する最小側制御手段と、を備え、
前記学習用出力検出手段は、前記可動条件の成立直後に前記最大側変位端位置に対応して前記センサから発せられる出力を第１の学習用出力として検出する第１検出手段と、前記アクチュエータが前記最小側変位端位置に制御されている間に前記センサから発せられる出力を第２の学習用出力として検出する第２検出手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置であって、前記学習用出力検出手段は、内燃機関の運転中に、所定の学習条件が成立する毎に、前記学習用出力の更新を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置であって、前記所定の学習条件の成立時に、前記アクチュエータを強制的に所定の基準位置まで動作させる強制駆動手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置であって、
吸気弁及び排気弁の動作状態が固定された状態で内燃機関の出力を可変とする出力可変機構と、
前記強制駆動手段により前記アクチュエータが強制的に駆動される際に、その駆動に伴う内燃機関の出力変化が相殺されるように前記出力可変機構を制御する出力制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し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。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための概念図である。図１に示す構成は内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、吸気弁１２および排気弁１４を備えている。吸気弁１２は、その駆動機構として、吸気弁１２の動作状態を可変とする可変動弁機構１６を備えている。可変動弁機構１６は、具体的には、吸気弁１２の作用角（開弁期間）、およびクランク角に対する吸気弁１２の開弁位相を可変とする機構である。
【００１６】
内燃機関１０の吸気ポート１８には、サージタンク２０が連通している。また、サージタンク２０には、更に、吸気通路２２が連通している。吸気通路２２の内部には、電子制御スロットル２４が配置されている。また、サージタンク２０の内部には吸気管内圧センサ２６が挿入されている。電子制御スロットル２４および吸気管内圧センサ２６は、共にＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０に接続されている。
【００１７】
ＥＣＵ３０は、内燃機関１０の運転状態を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ３０には、電子制御スロットル２４や吸気管内圧センサ２６に加えて、可変動弁機構１６に含まれるアクチュエータ４４やカム位置センサ３２（何れも後述）が接続されている。更に、ＥＣＵ３０には、ブレーキペダルが踏み込まれることによりＯＮとなるブレーキセンサ３４、イグニッションキーの操作に連動してＯＮとなるＩＧスイッチ３６、エンジン回転数に応じた出力を発するＮＥセンサ３８、アクセルペダルが開放されることによりＯＮとなるアイドルスイッチ４０などが接続されている。
【００１８】
図２は、可変動弁機構１６の構成の一例を説明するための概念図である。図２に示す例において、可変動弁機構１６は、カムシャフト４２の一端に配置されたアクチュエータ４４を備えている。アクチュエータ４４は、ＥＣＵ３０により制御されるオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）４６を備えており、ＯＣＶ４６によって油圧室４８，５０の一方に選択的にオイルを供給することで、カムシャフト４２をその軸方向に移動させることができる。
【００１９】
カムシャフト４２には、内燃機関の個々の気筒に対応する複数の３次元カム５２が固定されている。３次元カム５２は、カムシャフト４２の軸方向の位置に応じてノーズの高さ、およびノーズのピーク点の位相が連続的に変化するように構成されている。より具体的には、３次元カム５２は、カムシャフト４２が図２における右側変位端位置に移動した場合に最もノーズの高い位置で吸気弁１２を駆動し、カムシャフト４２が図２における左側変位端位置に移動した場合に最もノーズの低い位置で吸気弁１２を駆動し、かつ、カムシャフト４２の軸方向位置に関わらず、吸気弁１２の開弁タイミングが常に一定となるように形成されている。
【００２０】
このため、可変動弁機構１６によれば、アクチュエータ４４を駆動することにより、図３中に符号▲１▼を付して表す通り、吸気弁１２の開弁時期を変えることなく、吸気弁１２の開弁期間およびリフト量を適当に変化させることができる。以下、カムシャフト４２を上述した右側変位端位置とするアクチュエータ４４の位置（本実施形態では最大作用角を実現する位置）を「最大側変位端位置」と称し、また、カムシャフト４２を上述した左側変位端位置とするアクチュエータ４４の位置（本実施形態では最小作用角を実現する位置）を「最小側変位端位置」と称す。
【００２１】
本実施形態において、可変動弁機構１６には、更に、クランク角度に対してカムシャフト４２を進角側および遅角側に回転させる回転アクチュエータ（図示せず）が組み込まれている。このため、可変動弁機構１６によれば、図３中に符号▲２▼を付して示す通り、吸気弁の作用角とは無関係に、吸気弁１２のリフト量とクランク角度との関係を適当に変化させることができる。
【００２２】
図２に示す構成において、カムシャフト４２の端部には、カム位置センサ３２が配置されている。図４は、カム位置センサ３２の拡大図を示す。図４に示すように、カム位置センサ３２は、先端に磁性体５４を備えたコア５６と、コア５６を取り囲むコイル５８とを備えている。これらのコア５６およびコイル５８は、作動トランス式の非接触ストロークセンサを構成している。また、コア５６は、カムシャフト４２の端部に固定されている（図２参照）。従って、カム位置センサ３２は、カムシャフト４２の軸方向の位置に応じた出力を発する。
【００２３】
図５は、カム位置センサ３２のストロークと出力との関係を示す。また、図６は、カム位置センサ３２のストローク、すなわち、カムシャフト４２の軸方向のストロークと３次元カム５２の作用角との関係を示す。これらの図に示すように、カム位置センサ３２とストロークとの関係、およびストロークと作用角との関係は、それぞれ一義的に決定されている。従って、ＥＣＵ３０は、カム位置センサ３２の出力に基づいて、３次元カム５２の作用角を検出することができる。
【００２４】
図７は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が行う吸気弁制御の内容を説明するための図を示す。図７中に▲３▼−▲６▼の符号を付して示す線は、吸気弁１２が実現すべき作用角の等角線である。ここで、これらの等角線▲３▼−▲６▼は、その番号が大きいほど大きな作用角を表している。
【００２５】
ＥＣＵ３０には、図７に示す関係、すなわち、吸気弁１２に与えるべき作用角の等角線と、内燃機関の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよび要求トルク）との関係が予めマップとして記憶されている。そして、ＥＣＵ３０は、そのマップに基づいて、エンジン回転数と要求トルクとに応じた作用角の目標値を決定する。その結果、本実施形態のシステムでは、エンジン回転数が低く要求トルクの小さい低負荷運転時には作用角の目標値が小さな値に設定され、一方、エンジン回転数が高く要求トルクの大きい高負荷運転時には作用角の目標値が大きな値に設定される。
【００２６】
ＥＣＵ３０は、上記の如く作用角の目標値を決定した後、その目標値が実現されるようにアクチュエータ４４を駆動する。より具体的には、ＥＣＵ３０は、カム位置センサ３２により検出されるストロークが、目標の作用角に対応する値となるようにアクチュエータ４４を駆動する。従って、本実施形態のシステムにおいて、吸気弁１２の作用角を精度良く目標値に制御するためには、カム位置センサ３２の出力が、精度良く吸気弁１２の作用角と対応していることが必要である。
【００２７】
ところで、カム位置センサ３２の出力は、センサの個体差や取り付け位置のばらつきなどに起因して、本来出力すべき基準の出力に対して、高出力側或いは低出力側にシフトすることがある（図８参照）。また、カム位置センサ３２の出力ゲインは、センサの個体差やセンサの温度変化などに起因して、本来実現すべき基準のゲインに比して、大きく或いは小さくなることがある（図９参照）。
【００２８】
このため、内燃機関１０の運転中、常に精度良く吸気弁１２の作用角を所望の角度に制御するためには、上述したシフトやゲインずれの影響をカム位置センサ３２の出力から除去することが必要である。以下、図１０を参照して、本実施形態のシステムが、上記の機能を実現するために実行する処理の内容について説明する。
【００２９】
図１０は、本実施形態においてＥＣＵ３０が、カム位置センサ３２の出力特性を学習するために実行する学習ルーチンのフローチャートである。尚、図１０に示すルーチンは、所定時間（例えば８msec）毎に繰り返し起動されるルーチンである。
【００３０】
図１０に示すルーチンでは、先ず、可変動弁機構１６の可動条件が成立したかが判別される（ステップ１００）。
本実施形態では、可変動弁機構１６が油圧により駆動されるため、駆動の安定性を確保する観点より、油温が３０℃を超えていることが上記の可動条件とされている。このため、本ステップ１００では、油温＞３０℃の条件が成立することにより、上記可動条件が成立したと判別される。
【００３１】
上記ステップ１００において、未だ可変動弁機構１６の可動条件が成立していないと判別された場合は、以後、固定作用角運転が行われる（ステップ１０２）。
固定作用角運転とは、吸気弁１２の作用角を所定の値に固定した状態で内燃機関１０を動作させるモードでの運転である。本実施形態において、固定作用角運転は、具体的には、図２に示すアクチュエータ４４を最大側変位端位置に固定した状態で行われる。従って、内燃機関１０は、可変動弁機構１６の可動条件が成立するまで、吸気弁１２の作用角が最大とされた状態で運転される。
【００３２】
図１０に示すルーチン中、上記ステップ１００において、可変動弁機構１６の可動条件が成立すると判別されると、次に、その成立が、ＩＧスイッチのＯＮ後初めて判定されたものであるかが判別される（ステップ１０４）。
【００３３】
その結果、可動条件の成立判定が、ＩＧスイッチのＯＮ後初めてなされたものであると判別された場合は、吸気弁１２の作用角を最大とするため、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に駆動される（ステップ１０６）。
上述の如く、本実施形態では、可動条件が成立するまでの間、アクチュエータ４４は最大変位端位置に固定されている。従って、アクチュエータ４４の位置は、本ステップ１０６の処理が実行されても実質的には変化しない。このため、内燃機関１０の出力は、本ステップ１０６の実行前後で何ら変動しない。つまり、上述した一連の処理によれば、内燃機関１０の出力を変化させることなく、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御された状態を作り出すことができる。
【００３４】
アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御された後、図１０に示すルーチンでは、その位置に対応するセンサ出力（カム位置センサ３２の出力）が学習される（ステップ１０８）。
【００３５】
次に、アクチュエータ４４の位置を最大側変位端位置から最小側変位端位置に切り替えるための条件が成立しているかが判別される（ステップ１１０）。
最小側変位端位置は、吸気弁１２の作用角を最も小さくする位置である。この最小の作用角は、図７に示すように、内燃機関１０の負荷が十分に小さい場合に用いるべき作用角である。このため、本ステップ１１０では、内燃機関１０に対してアイドル運転が要求されている場合に、より具体的には、アイドルスイッチがＯＦＦ（アクセルペダルが開放）されており、かつ、ブレーキペダルが踏み込まれている場合に、上記の切り替え条件が成立すると判断される。
【００３６】
図１０に示すルーチンでは、上記の切り替え条件が成立するまで、繰り返しステップ１１０の処理が実行される。そして、ステップ１１０でその切り替え条件が成立すると判別されると、次に、吸気弁１２の作用角を最小とするため、アクチュエータ４４が最小側変位端位置に駆動される（ステップ１１２）。
【００３７】
上述の如く、本実施形態では、アイドル運転が要求されている状況下でステップ１１２の処理が実行される。つまり、吸気弁１２の作用角が本来最小となる状況下で、その作用角を最小とする処理が行われる。このため、上述した一連の処理によれば、内燃機関１０の出力につき、運転者に違和感を与えることなく、アクチュエータ４４が最小側変位端位置に制御された状態を作り出すことができる。
【００３８】
アクチュエータ４４が最小側変位端位置に制御された後、図１０に示すルーチンでは、その位置に対応するセンサ出力（カム位置センサ３２の出力）が学習される（ステップ１１４）。
【００３９】
以上説明した一連の処理によれば、可変動弁機構１６の可動条件が成立した後、内燃機関１０の出力に関して運転者に違和感を与えることなく、最大側変位端位置に対応するカム位置センサ３２の出力と、最小側変位端位置に対応するカム位置センサ３２の出力とを学習することができる。以下、前者を「最大側学習値」、後者を「最小側学習値」と称す。
【００４０】
最大側変位端位置は、吸気弁１２の作用角を最大にするという既知の状態を作り出す位置、すなわち、アクチュエータ４４における基準位置の一つである。そして、ステップ１０８で学習される最大側学習値は、その基準位置に対応するカム位置センサ３２の出力である。
【００４１】
同様に、最小側変位端位置は、吸気弁１２の作用角を最小にするという既知の状態を作り出す位置、すなわち、アクチュエータ４４における二つ目の基準位置である。そして、ステップ１１４で学習される最小側学習値は、その二つ目の基準位置に対応するカム位置センサ３２の出力である。
【００４２】
本実施形態において、ＥＣＵ３０には、図８中または図９中に太線で示すような特性、すなわち、カム位置センサ３２の基準出力の特性が記憶されている。この特性によれば、アクチュエータ４４が最大側変位端位置とされた際にカム位置センサ３２から発せられるべき出力の基準値（以下、「最大側基準値」と称す）、および、アクチュエータ４４が最小側変位端位置とされた際にカム位置センサ３２から発せられるべき出力の基準値（以下、「最小側基準値」と称す）を知ることができる。
【００４３】
最大側基準値および最小側基準値が判ると、それらと最大側学習値および最小側学習値とを比較することにより、カム位置センサ３２の出力のシフト量、およびゲインのずれ量を検知することができる。従って、本実施形態のシステムによれば、可変動弁機構１６の可動条件が成立した後に、その時点でカム位置センサ３２の出力に重畳しているシフト量およびゲインのずれ量を精度良く検知することができる。
【００４４】
図１０に示すルーチン中、上記ステップ１０４において、可動条件の成立が、ＩＧスイッチのＯＮ後初めて判定されたのではないと判別された場合は、以後、可変作用角運転が行われる（ステップ１１６）。
可変作用角運転とは、吸気弁１２の作用角を内燃機関１０の運転状態に応じて適宜変更するモードでの運転である。本実施形態において、可変作用角運転は、具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび内燃機関１０の発するトルクに基づいて、吸気弁１２の作用角が図７に示すマップに適合した値となるようにアクチュエータ４４を制御することで実現される。尚、可変作用角運転の実行中におけるアクチュエータ４４の制御方法は、後に図１１を参照して詳細に説明する。
【００４５】
図１０に示すルーチンでは、上記ステップ１１６の処理に次いで、吸気弁１２の作用角を最小とすることが要求されているか、より具体的には、内燃機関１０がアイドル状態であるかが判別される（ステップ１１８）。
【００４６】
その結果、内燃機関１０がアイドル状態ではないと判別された場合は、以後、何ら処理が行われることなく今回のルーチンが終了される。一方、内燃機関１０がアイドル状態であると判別された場合は、所定のキャリブレーション条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１２０）。
【００４７】
カム位置センサ３２の出力特性（シフト量、ゲインずれ）は、内燃機関１０の運転が継続中に、温度変化などに起因して変化することがある。従って、カム位置センサ３２によるカム位置検出精度を高く維持するためには、内燃機関１０の運転中に、適当なタイミングで上記の最大側学習値および最小側学習値を更新することが有効である。
【００４８】
本実施形態のシステムでは、内燃機関１０がアイドル状態である場合にそれらの学習値を更新することとしている。上記のキャリブレーション条件は、特に最大側学習値を更新すべきタイミングにおいて成立するように定められた条件である。従って、上記ステップ１２０において、キャリブレーション条件が成立していないと判別された場合は、以後、最小側学習値の更新処理が行われ、一方、キャリブレーション条件が成立していると判別された場合は、その後最大側学習値の更新処理が行われる。
【００４９】
本実施形態では、例えば、最後に最大側学習値が更新された時点からの経過時間が所定時間に達したこと、その時点からの走行距離が所定距離に達したこと、或いは、その時点からの積算吸入空気量が所定量に達したこと、などをキャリブレーション条件として用いることができる。このようなキャリブレーション条件によれば、最大側学習値および最小側学習値の双方を適当な間隔で適宜更新することが可能である。
【００５０】
図１０に示すルーチン中、上記ステップ１２０でキャリブレーション条件が成立していないと判別されると、具体的には、次に、アクチュエータ４４が最小側変位端位置に制御される（ステップ１２２）。
【００５１】
次に、その状態でカム位置センサ３２から発せられる出力に基づいて最小側学習値が更新される（ステップ１２４）。
【００５２】
上記ステップ１２２の処理により実現される最小側変位端位置は、内燃機関１０のアイドル運転中に、アクチュエータ４４が本来実現すべき位置である。従って、上述した一連の処理によれば、内燃機関１０の運転中に、その出力に何ら不自然な変動を生じさせることなくアクチュエータ４４を最小側変位端位置（基準位置）に制御し、運転者に何ら違和感を与えることなく最小側学習値を更新することができる。
【００５３】
図１０に示すルーチン中、ステップ１２０でキャリブレーション条件が成立すると判別された場合は、次に、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御されると共に（ステップ１２６）、電子制御スロットル２４が所定の開度に閉弁される（ステップ１２８）。
【００５４】
次いで、その状態でカム位置センサ３２から発せられる出力に基づいて最大側学習値が更新される（ステップ１３０）。
【００５５】
本実施形態のシステムでは、通常、電子制御スロットル２４を十分に大きく開弁させることにより、吸気管圧力ＰＭを大気圧に近い圧力としている。その上で、吸気弁１２の作用角（開弁期間）を適切に制御することにより吸入空気量を制御している。このような制御は、内燃機関１０のポンピング損失を抑制して、その燃費特性を改善するうえで有効である。
【００５６】
上記ステップ１２６の処理によれば、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御されることにより、吸気弁１２の作用角が最大に制御される。電子制御スロットル２４が大きく開弁されたままの状態でこの制御が行われると、吸入空気量が増加し、その結果、内燃機関１０の出力が急増する。上記ステップ１２８では、このような内燃機関１０の出力変化を抑制するため、吸気弁１２の作用角の増加に伴う吸入空気量の増加が生じないように、所定の開度に電子制御スロットル２４が閉弁される。このため、上述したステップ１２６−１３０の処理によれば、内燃機関１０のアイドル運転中に、その出力を大きく変化させることなく、最大側学習値を更新することができる。
【００５７】
以上説明した通り、図１０に示すルーチンによれば、内燃機関１０の運転中に、その出力に関して運転者に違和感を与えることなく、最大側学習値と最小側学習値の双方を、適当な間隔で更新することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、温度変化等に起因してカム位置センサ３２の特性が変化しても、最大側学習値および最小側学習値を適正にその変化に追従させることができる。
【００５８】
次に、図１１を参照して、可変作用角運転を実現するためにＥＣＵ３０が実行する処理の主要部について、より具体的には、最大学習値および最小学習値を利用してアクチュエータ４４を駆動するために実行する一連の処理について説明する。
【００５９】
図１１に示すルーチンの過程で、ＥＣＵ３０は、カム位置センサ３２の出力を検出する（ステップ２００）。
この時点で検出される出力は、センサ取り付け位置などのばらつきに起因するシフトや、温度変化などに起因するゲインずれが重畳されたものである。
【００６０】
次に、上記図１０に示すルーチンにより学習された最大側学習値および最小側学習値が読み込まれる（ステップ２０２）。
【００６１】
次いで、ステップ２００で検出したセンサ出力と、ステップ２０２で読み込んだ最大側学習値および最小側学習値とに基づいて、カム位置が演算される（ステップ２０４）。
【００６２】
上記ステップ２０４では、具体的には、先ず、最大側学習値および最小側学習値に基づいてカム位置センサ３２の出力ゲイン、すなわち、ストロークの変化に対する出力変化の傾きが求められる。次に、その傾きを、ＥＣＵ３０に記憶されている基準出力の傾きに合わせるための補正係数が求められる。次いで、最大側学習値と最大側基準値との差、或いは最小側学習値と最小側基準値との差に基づいてカム出力センサ３２の出力に重畳されているシフト量が検出される。補正係数とシフト量とが求まると、次に、それらの値に基づいて、出力シフトおよびゲインずれの影響が相殺されるようにカム位置センサ３２の出力が補正される。その結果、カム位置センサ３２が基準の出力特性を示す場合に出力されるべき出力が補正出力として求められる。そして、このようにして求められた補正出力と、ＥＣＵ３０に予め記憶されている基準出力のマップとに基づいてカム位置（ストローク）が演算される（図８、図９参照）。
【００６３】
図１１に示すルーチンでは、次に、上記ステップ２０４で演算されたカム位置が、目標のカム位置に近づくようにアクチュエータ４４が駆動される（ステップ２０６）。
【００６４】
可変作用角運転の実行中は、所定の時間毎に上述した一連の処理が繰り返し実行される。また、上記ステップ２０２で読み込まれる学習値は、図１０に示すルーチンにより、内燃機関１０が始動された後、適当な間隔で適宜更新される。このため、本実施形態のシステムによれば、カム位置センサ３２の取り付け位置のばらつきや、温度変化に起因するゲインずれなどの発生に関わらず、可変作用角運転の実行中、常に精度良く吸気弁１２の作用角を所望の角度に制御し続けることができる。
【００６５】
ところで、上述した実施の形態１では、カム位置センサ３２が作動トランス型のセンサに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。カム位置センサ３２は、例えば、ポテンショメータのような接触式のストロークセンサであってもよい。また、カムシャフト４２を駆動するアクチュエータが、モータや減速機などの回転機を含む場合には、その回転機の回転角度を検出する角度センサによりカム位置センサを構成してもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態１では、図１０に示すルーチン中、ステップ１０２において、可変動弁機構１６の可動条件が成立するまでは吸気弁１２の作用角が最大とされているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、可変動弁機構１６の可動条件が成立する以前に吸気弁１２に付与される作用角は、そのような運転状況下で最も一般的に用いられることが予想される一般的角度であってもよい。
【００６７】
また、上記の一般的角度が用いられる場合は、可動条件成立直後に、吸気弁１２の作用角を、その一般的角度から最大作用角に変化させる必要が生ずる。この場合、上記ステップ１０６の処理と共に、上記ステップ１２８と同様の処理、すなわち、電子制御スロットル２４を適当に閉弁させる処理を実行し、内燃機関１０の出力変化の抑制を図ってもよい。
【００６８】
また、上述した実施の形態１では、カム位置センサ３２がストローク変化に対してリニアな出力変化を示すことから、最小側変位端位置と最大側変位端位置の２カ所のみで学習値を取得することとしているが、学習値を取得する位置の数はこれに限定されるものではない。すなわち、作用角を変化させるアクチュエータが、最大側変位端位置および最小側変位端位置の他に、既知の運転状態を作り出し得る基準位置を有する構造である場合は、３カ所以上の基準位置で学習値を取得することとしてもよい。
【００６９】
また、上述した実施の形態１では、可変動弁機構１６が吸気弁１２の作用角を変化させる機構として用いられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変動弁機構１６は、排気弁１４の作用角を変化させるための機構として用いてもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態１では、吸気弁１２の作用角（厳密にはカム位置）を検出するセンサのシフト量およびゲインずれを補正の対象としているが、補正の対象はそのようなセンサの出力に限定されるものではない。すなわち、本発明は、吸気弁１２や排気弁１４の位相やリフト量を検出するセンサのシフト量およびゲインずれを補正の対象としてもよい。
【００７１】
また、上述した実施の形態１では、可変動弁機構１６の可動条件が成立した後、先ず、最大側学習値を学習し（ステップ１０６，１０８）、その後、アイドル運転が要求された時点で最小側学習値を学習することとしている（ステップ１１０−１１４）。しかし、上記の可動条件の成立直後に最大側学習値と最小側学習値を取得する手法はこれに限定されるものではない。例えば、可変動弁機構１６の可動条件が成立した時点で内燃機関１０がアイドル運転中であれば、その時点で先ず最小側学習値を取得し、次いで、アイドル運転を脱するのを待って最大側学習値を取得することとし、一方、上記可動条件の成立時点で内燃機関１０がアイドル運転中でない場合は、その時点で先ず最大側学習値を取得し、次いで、アイドル運転となるのを待って最小側学習値を取得することとしてもよい。このような手法によっても、内燃機関１０の出力に大きな変化を生じさせることなく、最大側学習値および最小側学習値の双方を取得することができる。
【００７２】
また、上述した実施の形態１では、アクチュエータ４４を強制的に所望の基準位置（最大側変位端位置）に駆動し、かつ、電子制御スロットル２４を制御する技術（ステップ１２６，１２８参照）を、２つ以上の学習値を学習する技術と組み合わせて用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、前者の技術は、学習値を一つだけ学習して、その学習値に基づいてセンサ出力のシフト量だけを補正する技術と組み合わせて用いることとしてもよい。
【００７３】
また、上述した実施の形態１では、アクチュエータ４４を強制的に所望の基準位置（最大側変位端位置）に駆動する際に、電子制御スロットル２４を閉弁することで内燃機関１０の出力変動を抑制しているが、その出力変動を抑制する手法はこれに限定されるものではない。例えば、点火時期を変更することにより、或いは、燃料噴射量を変更することにより、アクチュエータ４４の強制駆動に伴う出力変化を抑制することとしてもよい。
【００７４】
尚、上述した実施の形態１においては、吸気弁１２の作用角（すなわちカム位置）が前記請求項１に記載の「動作状態」に、カム位置センサ３２が前記請求項１に記載の「センサ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０８，１１４，１２４，１３０の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「学習用出力検出手段」が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「補正手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００７５】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００−１１６の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「制御手段」が実現されている。
【００７７】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記請求項１記載の「可動条件判定手段」が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより前記請求項１記載の「アクチュエータ維持手段」が、上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記請求項１記載の「最小側制御手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記請求項１記載の「第１検出手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記請求項１記載の「第２検出手段」が、それぞれ実現されている。
【００７８】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１１８、１２４および１３０の処理を実行することにより前記請求項２記載の「学習用出力検出手段」が実現されている。
【００７９】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１２６の処理を実行することにより前記請求項３記載の「強制駆動手段」が実現されている。
【００８１】
また、上述した実施の形態１においては、電子制御スロットル２４が前記請求項５記載の「出力可変機構」に相当していると共に、ＥＣＵ３０が上記ステップ１２８の処理を実行することにより前記請求項４記載の「出力制御手段」が実現されている。
【００８２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、既知の動作状態を実現する少なくとも２つの基準位置に対応するセンサ出力を学習用出力として検出することができる。これらの学習用出力によれば、センサ出力のオフセット量、およびゲインのずれ量を検知して、それらを補正することができる。本発明によれば、このようにして補正されたセンサ出力に基づいて吸気弁または排気弁の動作状態を適正に制御することができる。
【００８３】
また、請求項１記載の発明によれば、内燃機関が始動された後、センサ出力に関する学習が終わるまでは、内燃機関の運転状態に基づく吸気弁または排気弁の動作状態の制御が禁止される。このため、本発明によれば、吸気弁または排気弁がセンサ出力のばらつき等に起因して不適切な状態に制御されるのを防止することができる。
【００８５】
また、請求項１記載の発明によれば、可動条件の成立前はアクチュエータが最大側変位端位置に固定され、可動条件の成立後、速やかにその最大側変位端位置に対応する学習が行われる。このため、本発明によれば、可動条件の成立前後に内燃機関の出力変動を生じさせることなく、最大側変位端位置に対応する学習を実行することができる。
【００８６】
請求項２記載の発明によれば、内燃機関の運転中に繰り返し学習用出力を更新することができる。このため、本発明によれば、温度変化等に起因するセンサ出力の変動に追従して、補正後のセンサ出力を常に適正な値に維持することができる。
【００８７】
請求項３記載の発明によれば、強制的にアクチュエータを駆動することで、強制的に学習用出力を得ることができる。
【００８８】
請求項４記載の発明によれば、アクチュエータが強制的に駆動される一方で、その駆動に伴う内燃機関の出力変化が相殺されるように出力可変機構を制御することができる。このため、本発明によれば、内燃機関の出力変化を伴わずに、強制的に学習用出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１のシステムの概要を説明するための図である。
【図２】 図１に示す内燃機関が備える可変動弁機構の構成を説明するための図である。
【図３】 図２に示す可変同弁機構の機能を説明するための図である。
【図４】 図２に示す可変動弁機構が備えるカム位置センサの構成を拡大して表した図である。
【図５】 図４に示すカム位置センサの出力特性を表す図である。
【図６】 図２に示す可変動弁機構により実現されるストロークと吸気弁作用角との関係を示す図である。
【図７】 実施の形態１のシステムにおいて実現すべき吸気弁の作用角をエンジン回転数およびエンジントルクとの関係で表した図である。
【図８】 カム位置センサの出力に重畳するシフトの影響を説明するための図である。
【図９】 カム位置センサの出力に重畳するゲインずれの影響を説明するための図である。
【図１０】 実施の形態１のシステムにおいてカム位置センサの出力特性を学習するために実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１１】 実施の形態１のシステムにおいて吸気弁の作用角を制御するために実行される一連の処理の内容を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気弁
１４ 排気弁
１６ 可変動弁機構
２４ 電子制御スロットル
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ カム位置センサ
４２ カムシャフト
４４ アクチュエータ
５２ ３次元カム
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、吸気弁または排気弁の動作状態を可変とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の分野においては、吸気弁または排気弁の動作状態（作用角や位相）を可変とする可変動弁機構が知られている。例えば、特開平４−１８７８０７号公報には、吸気弁のカムシャフトを軸方向に移動させることにより、吸気弁の作用角および位相を可変とする可変動弁機構が開示されている。
【０００３】
上記従来の可変動弁機構は、カムシャフトの移動量を検出するカム位置センサを備えている。そして、このカム位置センサの検出値に基づいて、所望の作用角及び位相を実現すべく、カムシャフトの移動量を制御する。このような機構によれば、内燃機関の運転状態に応じた適切な状態で吸気弁を開閉させることができ、内燃機関の出力特性を改善することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の可変動弁機構では、カム位置センサの出力特性のばらつき、或いはその取り付け位置のばらつき、更には、温度変化等に起因するセンサ特性の変化などの影響で、カムシャフトの位置が精度良く検出できないことがあった。このため、従来の可変動弁機構によっては、内燃機関の運転中に、常に精度良く吸気弁（または排気弁）を所望の状態で動作させることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転中に、常に精度良く吸気弁または排気弁を所望の状態で動作させることのできる可動動弁機構付内燃機関の制御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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、吸気弁または排気弁の動作状態を可変とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
前記動作状態に応じた出力を発するセンサと、
前記動作状態を変えるためのアクチュエータであり、少なくとも２つの基準位置においてそれぞれ既知の動作状態を実現するアクチュエータと、
前記少なくとも２つの基準位置に対応して前記センサから発せられる少なくとも２つの学習用出力を検出する学習用出力検出手段と、
前記少なくとも２つの学習用出力に基づいて、前記センサのオフセット補正およびゲイン補正を行う補正手段と、
前記補正手段により補正された後のセンサの出力と、内燃機関の運転状態とに基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、内燃機関の始動後、２つの学習用出力が検出されるまで、センサの出力と内燃機関の運転状態とに基づく前記アクチュエータの制御を禁止し、２つの学習用出力が検出された後にその制御を開始し、
前記少なくとも２つの基準位置は、内燃機関のアイドル時に前記アクチュエータが実現すべき最小側変位端位置と、前記最小側変位端位置の対局に位置する最大側変位端位置とを含み、
内燃機関の始動後、前記アクチュエータの可動条件の成立を判定する可動条件判定手段と、
内燃機関の始動後、前記可動条件が成立するまでの間、前記アクチュエータを前記最大側変位端位置に維持するアクチュエータ維持手段と、
前記可動条件の成立後、アイドル運転が初めて要求された際に、前記アクチュエータを最小側変位端位置に制御する最小側制御手段と、を備え、
前記学習用出力検出手段は、前記可動条件の成立直後に前記最大側変位端位置に対応して前記センサから発せられる出力を第１の学習用出力として検出する第１検出手段と、前記アクチュエータが前記最小側変位端位置に制御されている間に前記センサから発せられる出力を第２の学習用出力として検出する第２検出手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置であって、前記学習用出力検出手段は、内燃機関の運転中に、所定の学習条件が成立する毎に、前記学習用出力の更新を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置であって、前記所定の学習条件の成立時に、前記アクチュエータを強制的に所定の基準位置まで動作させる強制駆動手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置であって、
吸気弁及び排気弁の動作状態が固定された状態で内燃機関の出力を可変とする出力可変機構と、
前記強制駆動手段により前記アクチュエータが強制的に駆動される際に、その駆動に伴う内燃機関の出力変化が相殺されるように前記出力可変機構を制御する出力制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し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。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための概念図である。図１に示す構成は内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、吸気弁１２および排気弁１４を備えている。吸気弁１２は、その駆動機構として、吸気弁１２の動作状態を可変とする可変動弁機構１６を備えている。可変動弁機構１６は、具体的には、吸気弁１２の作用角（開弁期間）、およびクランク角に対する吸気弁１２の開弁位相を可変とする機構である。
【００１６】
内燃機関１０の吸気ポート１８には、サージタンク２０が連通している。また、サージタンク２０には、更に、吸気通路２２が連通している。吸気通路２２の内部には、電子制御スロットル２４が配置されている。また、サージタンク２０の内部には吸気管内圧センサ２６が挿入されている。電子制御スロットル２４および吸気管内圧センサ２６は、共にＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０に接続されている。
【００１７】
ＥＣＵ３０は、内燃機関１０の運転状態を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ３０には、電子制御スロットル２４や吸気管内圧センサ２６に加えて、可変動弁機構１６に含まれるアクチュエータ４４やカム位置センサ３２（何れも後述）が接続されている。更に、ＥＣＵ３０には、ブレーキペダルが踏み込まれることによりＯＮとなるブレーキセンサ３４、イグニッションキーの操作に連動してＯＮとなるＩＧスイッチ３６、エンジン回転数に応じた出力を発するＮＥセンサ３８、アクセルペダルが開放されることによりＯＮとなるアイドルスイッチ４０などが接続されている。
【００１８】
図２は、可変動弁機構１６の構成の一例を説明するための概念図である。図２に示す例において、可変動弁機構１６は、カムシャフト４２の一端に配置されたアクチュエータ４４を備えている。アクチュエータ４４は、ＥＣＵ３０により制御されるオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）４６を備えており、ＯＣＶ４６によって油圧室４８，５０の一方に選択的にオイルを供給することで、カムシャフト４２をその軸方向に移動させることができる。
【００１９】
カムシャフト４２には、内燃機関の個々の気筒に対応する複数の３次元カム５２が固定されている。３次元カム５２は、カムシャフト４２の軸方向の位置に応じてノーズの高さ、およびノーズのピーク点の位相が連続的に変化するように構成されている。より具体的には、３次元カム５２は、カムシャフト４２が図２における右側変位端位置に移動した場合に最もノーズの高い位置で吸気弁１２を駆動し、カムシャフト４２が図２における左側変位端位置に移動した場合に最もノーズの低い位置で吸気弁１２を駆動し、かつ、カムシャフト４２の軸方向位置に関わらず、吸気弁１２の開弁タイミングが常に一定となるように形成されている。
【００２０】
このため、可変動弁機構１６によれば、アクチュエータ４４を駆動することにより、図３中に符号▲１▼を付して表す通り、吸気弁１２の開弁時期を変えることなく、吸気弁１２の開弁期間およびリフト量を適当に変化させることができる。以下、カムシャフト４２を上述した右側変位端位置とするアクチュエータ４４の位置（本実施形態では最大作用角を実現する位置）を「最大側変位端位置」と称し、また、カムシャフト４２を上述した左側変位端位置とするアクチュエータ４４の位置（本実施形態では最小作用角を実現する位置）を「最小側変位端位置」と称す。
【００２１】
本実施形態において、可変動弁機構１６には、更に、クランク角度に対してカムシャフト４２を進角側および遅角側に回転させる回転アクチュエータ（図示せず）が組み込まれている。このため、可変動弁機構１６によれば、図３中に符号▲２▼を付して示す通り、吸気弁の作用角とは無関係に、吸気弁１２のリフト量とクランク角度との関係を適当に変化させることができる。
【００２２】
図２に示す構成において、カムシャフト４２の端部には、カム位置センサ３２が配置されている。図４は、カム位置センサ３２の拡大図を示す。図４に示すように、カム位置センサ３２は、先端に磁性体５４を備えたコア５６と、コア５６を取り囲むコイル５８とを備えている。これらのコア５６およびコイル５８は、作動トランス式の非接触ストロークセンサを構成している。また、コア５６は、カムシャフト４２の端部に固定されている（図２参照）。従って、カム位置センサ３２は、カムシャフト４２の軸方向の位置に応じた出力を発する。
【００２３】
図５は、カム位置センサ３２のストロークと出力との関係を示す。また、図６は、カム位置センサ３２のストローク、すなわち、カムシャフト４２の軸方向のストロークと３次元カム５２の作用角との関係を示す。これらの図に示すように、カム位置センサ３２とストロークとの関係、およびストロークと作用角との関係は、それぞれ一義的に決定されている。従って、ＥＣＵ３０は、カム位置センサ３２の出力に基づいて、３次元カム５２の作用角を検出することができる。
【００２４】
図７は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が行う吸気弁制御の内容を説明するための図を示す。図７中に▲３▼−▲６▼の符号を付して示す線は、吸気弁１２が実現すべき作用角の等角線である。ここで、これらの等角線▲３▼−▲６▼は、その番号が大きいほど大きな作用角を表している。
【００２５】
ＥＣＵ３０には、図７に示す関係、すなわち、吸気弁１２に与えるべき作用角の等角線と、内燃機関の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよび要求トルク）との関係が予めマップとして記憶されている。そして、ＥＣＵ３０は、そのマップに基づいて、エンジン回転数と要求トルクとに応じた作用角の目標値を決定する。その結果、本実施形態のシステムでは、エンジン回転数が低く要求トルクの小さい低負荷運転時には作用角の目標値が小さな値に設定され、一方、エンジン回転数が高く要求トルクの大きい高負荷運転時には作用角の目標値が大きな値に設定される。
【００２６】
ＥＣＵ３０は、上記の如く作用角の目標値を決定した後、その目標値が実現されるようにアクチュエータ４４を駆動する。より具体的には、ＥＣＵ３０は、カム位置センサ３２により検出されるストロークが、目標の作用角に対応する値となるようにアクチュエータ４４を駆動する。従って、本実施形態のシステムにおいて、吸気弁１２の作用角を精度良く目標値に制御するためには、カム位置センサ３２の出力が、精度良く吸気弁１２の作用角と対応していることが必要である。
【００２７】
ところで、カム位置センサ３２の出力は、センサの個体差や取り付け位置のばらつきなどに起因して、本来出力すべき基準の出力に対して、高出力側或いは低出力側にシフトすることがある（図８参照）。また、カム位置センサ３２の出力ゲインは、センサの個体差やセンサの温度変化などに起因して、本来実現すべき基準のゲインに比して、大きく或いは小さくなることがある（図９参照）。
【００２８】
このため、内燃機関１０の運転中、常に精度良く吸気弁１２の作用角を所望の角度に制御するためには、上述したシフトやゲインずれの影響をカム位置センサ３２の出力から除去することが必要である。以下、図１０を参照して、本実施形態のシステムが、上記の機能を実現するために実行する処理の内容について説明する。
【００２９】
図１０は、本実施形態においてＥＣＵ３０が、カム位置センサ３２の出力特性を学習するために実行する学習ルーチンのフローチャートである。尚、図１０に示すルーチンは、所定時間（例えば８msec）毎に繰り返し起動されるルーチンである。
【００３０】
図１０に示すルーチンでは、先ず、可変動弁機構１６の可動条件が成立したかが判別される（ステップ１００）。
本実施形態では、可変動弁機構１６が油圧により駆動されるため、駆動の安定性を確保する観点より、油温が３０℃を超えていることが上記の可動条件とされている。このため、本ステップ１００では、油温＞３０℃の条件が成立することにより、上記可動条件が成立したと判別される。
【００３１】
上記ステップ１００において、未だ可変動弁機構１６の可動条件が成立していないと判別された場合は、以後、固定作用角運転が行われる（ステップ１０２）。
固定作用角運転とは、吸気弁１２の作用角を所定の値に固定した状態で内燃機関１０を動作させるモードでの運転である。本実施形態において、固定作用角運転は、具体的には、図２に示すアクチュエータ４４を最大側変位端位置に固定した状態で行われる。従って、内燃機関１０は、可変動弁機構１６の可動条件が成立するまで、吸気弁１２の作用角が最大とされた状態で運転される。
【００３２】
図１０に示すルーチン中、上記ステップ１００において、可変動弁機構１６の可動条件が成立すると判別されると、次に、その成立が、ＩＧスイッチのＯＮ後初めて判定されたものであるかが判別される（ステップ１０４）。
【００３３】
その結果、可動条件の成立判定が、ＩＧスイッチのＯＮ後初めてなされたものであると判別された場合は、吸気弁１２の作用角を最大とするため、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に駆動される（ステップ１０６）。
上述の如く、本実施形態では、可動条件が成立するまでの間、アクチュエータ４４は最大変位端位置に固定されている。従って、アクチュエータ４４の位置は、本ステップ１０６の処理が実行されても実質的には変化しない。このため、内燃機関１０の出力は、本ステップ１０６の実行前後で何ら変動しない。つまり、上述した一連の処理によれば、内燃機関１０の出力を変化させることなく、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御された状態を作り出すことができる。
【００３４】
アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御された後、図１０に示すルーチンでは、その位置に対応するセンサ出力（カム位置センサ３２の出力）が学習される（ステップ１０８）。
【００３５】
次に、アクチュエータ４４の位置を最大側変位端位置から最小側変位端位置に切り替えるための条件が成立しているかが判別される（ステップ１１０）。
最小側変位端位置は、吸気弁１２の作用角を最も小さくする位置である。この最小の作用角は、図７に示すように、内燃機関１０の負荷が十分に小さい場合に用いるべき作用角である。このため、本ステップ１１０では、内燃機関１０に対してアイドル運転が要求されている場合に、より具体的には、アイドルスイッチがＯＦＦ（アクセルペダルが開放）されており、かつ、ブレーキペダルが踏み込まれている場合に、上記の切り替え条件が成立すると判断される。
【００３６】
図１０に示すルーチンでは、上記の切り替え条件が成立するまで、繰り返しステップ１１０の処理が実行される。そして、ステップ１１０でその切り替え条件が成立すると判別されると、次に、吸気弁１２の作用角を最小とするため、アクチュエータ４４が最小側変位端位置に駆動される（ステップ１１２）。
【００３７】
上述の如く、本実施形態では、アイドル運転が要求されている状況下でステップ１１２の処理が実行される。つまり、吸気弁１２の作用角が本来最小となる状況下で、その作用角を最小とする処理が行われる。このため、上述した一連の処理によれば、内燃機関１０の出力につき、運転者に違和感を与えることなく、アクチュエータ４４が最小側変位端位置に制御された状態を作り出すことができる。
【００３８】
アクチュエータ４４が最小側変位端位置に制御された後、図１０に示すルーチンでは、その位置に対応するセンサ出力（カム位置センサ３２の出力）が学習される（ステップ１１４）。
【００３９】
以上説明した一連の処理によれば、可変動弁機構１６の可動条件が成立した後、内燃機関１０の出力に関して運転者に違和感を与えることなく、最大側変位端位置に対応するカム位置センサ３２の出力と、最小側変位端位置に対応するカム位置センサ３２の出力とを学習することができる。以下、前者を「最大側学習値」、後者を「最小側学習値」と称す。
【００４０】
最大側変位端位置は、吸気弁１２の作用角を最大にするという既知の状態を作り出す位置、すなわち、アクチュエータ４４における基準位置の一つである。そして、ステップ１０８で学習される最大側学習値は、その基準位置に対応するカム位置センサ３２の出力である。
【００４１】
同様に、最小側変位端位置は、吸気弁１２の作用角を最小にするという既知の状態を作り出す位置、すなわち、アクチュエータ４４における二つ目の基準位置である。そして、ステップ１１４で学習される最小側学習値は、その二つ目の基準位置に対応するカム位置センサ３２の出力である。
【００４２】
本実施形態において、ＥＣＵ３０には、図８中または図９中に太線で示すような特性、すなわち、カム位置センサ３２の基準出力の特性が記憶されている。この特性によれば、アクチュエータ４４が最大側変位端位置とされた際にカム位置センサ３２から発せられるべき出力の基準値（以下、「最大側基準値」と称す）、および、アクチュエータ４４が最小側変位端位置とされた際にカム位置センサ３２から発せられるべき出力の基準値（以下、「最小側基準値」と称す）を知ることができる。
【００４３】
最大側基準値および最小側基準値が判ると、それらと最大側学習値および最小側学習値とを比較することにより、カム位置センサ３２の出力のシフト量、およびゲインのずれ量を検知することができる。従って、本実施形態のシステムによれば、可変動弁機構１６の可動条件が成立した後に、その時点でカム位置センサ３２の出力に重畳しているシフト量およびゲインのずれ量を精度良く検知することができる。
【００４４】
図１０に示すルーチン中、上記ステップ１０４において、可動条件の成立が、ＩＧスイッチのＯＮ後初めて判定されたのではないと判別された場合は、以後、可変作用角運転が行われる（ステップ１１６）。
可変作用角運転とは、吸気弁１２の作用角を内燃機関１０の運転状態に応じて適宜変更するモードでの運転である。本実施形態において、可変作用角運転は、具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび内燃機関１０の発するトルクに基づいて、吸気弁１２の作用角が図７に示すマップに適合した値となるようにアクチュエータ４４を制御することで実現される。尚、可変作用角運転の実行中におけるアクチュエータ４４の制御方法は、後に図１１を参照して詳細に説明する。
【００４５】
図１０に示すルーチンでは、上記ステップ１１６の処理に次いで、吸気弁１２の作用角を最小とすることが要求されているか、より具体的には、内燃機関１０がアイドル状態であるかが判別される（ステップ１１８）。
【００４６】
その結果、内燃機関１０がアイドル状態ではないと判別された場合は、以後、何ら処理が行われることなく今回のルーチンが終了される。一方、内燃機関１０がアイドル状態であると判別された場合は、所定のキャリブレーション条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１２０）。
【００４７】
カム位置センサ３２の出力特性（シフト量、ゲインずれ）は、内燃機関１０の運転が継続中に、温度変化などに起因して変化することがある。従って、カム位置センサ３２によるカム位置検出精度を高く維持するためには、内燃機関１０の運転中に、適当なタイミングで上記の最大側学習値および最小側学習値を更新することが有効である。
【００４８】
本実施形態のシステムでは、内燃機関１０がアイドル状態である場合にそれらの学習値を更新することとしている。上記のキャリブレーション条件は、特に最大側学習値を更新すべきタイミングにおいて成立するように定められた条件である。従って、上記ステップ１２０において、キャリブレーション条件が成立していないと判別された場合は、以後、最小側学習値の更新処理が行われ、一方、キャリブレーション条件が成立していると判別された場合は、その後最大側学習値の更新処理が行われる。
【００４９】
本実施形態では、例えば、最後に最大側学習値が更新された時点からの経過時間が所定時間に達したこと、その時点からの走行距離が所定距離に達したこと、或いは、その時点からの積算吸入空気量が所定量に達したこと、などをキャリブレーション条件として用いることができる。このようなキャリブレーション条件によれば、最大側学習値および最小側学習値の双方を適当な間隔で適宜更新することが可能である。
【００５０】
図１０に示すルーチン中、上記ステップ１２０でキャリブレーション条件が成立していないと判別されると、具体的には、次に、アクチュエータ４４が最小側変位端位置に制御される（ステップ１２２）。
【００５１】
次に、その状態でカム位置センサ３２から発せられる出力に基づいて最小側学習値が更新される（ステップ１２４）。
【００５２】
上記ステップ１２２の処理により実現される最小側変位端位置は、内燃機関１０のアイドル運転中に、アクチュエータ４４が本来実現すべき位置である。従って、上述した一連の処理によれば、内燃機関１０の運転中に、その出力に何ら不自然な変動を生じさせることなくアクチュエータ４４を最小側変位端位置（基準位置）に制御し、運転者に何ら違和感を与えることなく最小側学習値を更新することができる。
【００５３】
図１０に示すルーチン中、ステップ１２０でキャリブレーション条件が成立すると判別された場合は、次に、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御されると共に（ステップ１２６）、電子制御スロットル２４が所定の開度に閉弁される（ステップ１２８）。
【００５４】
次いで、その状態でカム位置センサ３２から発せられる出力に基づいて最大側学習値が更新される（ステップ１３０）。
【００５５】
本実施形態のシステムでは、通常、電子制御スロットル２４を十分に大きく開弁させることにより、吸気管圧力ＰＭを大気圧に近い圧力としている。その上で、吸気弁１２の作用角（開弁期間）を適切に制御することにより吸入空気量を制御している。このような制御は、内燃機関１０のポンピング損失を抑制して、その燃費特性を改善するうえで有効である。
【００５６】
上記ステップ１２６の処理によれば、アクチュエータ４４が最大側変位端位置に制御されることにより、吸気弁１２の作用角が最大に制御される。電子制御スロットル２４が大きく開弁されたままの状態でこの制御が行われると、吸入空気量が増加し、その結果、内燃機関１０の出力が急増する。上記ステップ１２８では、このような内燃機関１０の出力変化を抑制するため、吸気弁１２の作用角の増加に伴う吸入空気量の増加が生じないように、所定の開度に電子制御スロットル２４が閉弁される。このため、上述したステップ１２６−１３０の処理によれば、内燃機関１０のアイドル運転中に、その出力を大きく変化させることなく、最大側学習値を更新することができる。
【００５７】
以上説明した通り、図１０に示すルーチンによれば、内燃機関１０の運転中に、その出力に関して運転者に違和感を与えることなく、最大側学習値と最小側学習値の双方を、適当な間隔で更新することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、温度変化等に起因してカム位置センサ３２の特性が変化しても、最大側学習値および最小側学習値を適正にその変化に追従させることができる。
【００５８】
次に、図１１を参照して、可変作用角運転を実現するためにＥＣＵ３０が実行する処理の主要部について、より具体的には、最大学習値および最小学習値を利用してアクチュエータ４４を駆動するために実行する一連の処理について説明する。
【００５９】
図１１に示すルーチンの過程で、ＥＣＵ３０は、カム位置センサ３２の出力を検出する（ステップ２００）。
この時点で検出される出力は、センサ取り付け位置などのばらつきに起因するシフトや、温度変化などに起因するゲインずれが重畳されたものである。
【００６０】
次に、上記図１０に示すルーチンにより学習された最大側学習値および最小側学習値が読み込まれる（ステップ２０２）。
【００６１】
次いで、ステップ２００で検出したセンサ出力と、ステップ２０２で読み込んだ最大側学習値および最小側学習値とに基づいて、カム位置が演算される（ステップ２０４）。
【００６２】
上記ステップ２０４では、具体的には、先ず、最大側学習値および最小側学習値に基づいてカム位置センサ３２の出力ゲイン、すなわち、ストロークの変化に対する出力変化の傾きが求められる。次に、その傾きを、ＥＣＵ３０に記憶されている基準出力の傾きに合わせるための補正係数が求められる。次いで、最大側学習値と最大側基準値との差、或いは最小側学習値と最小側基準値との差に基づいてカム出力センサ３２の出力に重畳されているシフト量が検出される。補正係数とシフト量とが求まると、次に、それらの値に基づいて、出力シフトおよびゲインずれの影響が相殺されるようにカム位置センサ３２の出力が補正される。その結果、カム位置センサ３２が基準の出力特性を示す場合に出力されるべき出力が補正出力として求められる。そして、このようにして求められた補正出力と、ＥＣＵ３０に予め記憶されている基準出力のマップとに基づいてカム位置（ストローク）が演算される（図８、図９参照）。
【００６３】
図１１に示すルーチンでは、次に、上記ステップ２０４で演算されたカム位置が、目標のカム位置に近づくようにアクチュエータ４４が駆動される（ステップ２０６）。
【００６４】
可変作用角運転の実行中は、所定の時間毎に上述した一連の処理が繰り返し実行される。また、上記ステップ２０２で読み込まれる学習値は、図１０に示すルーチンにより、内燃機関１０が始動された後、適当な間隔で適宜更新される。このため、本実施形態のシステムによれば、カム位置センサ３２の取り付け位置のばらつきや、温度変化に起因するゲインずれなどの発生に関わらず、可変作用角運転の実行中、常に精度良く吸気弁１２の作用角を所望の角度に制御し続けることができる。
【００６５】
ところで、上述した実施の形態１では、カム位置センサ３２が作動トランス型のセンサに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。カム位置センサ３２は、例えば、ポテンショメータのような接触式のストロークセンサであってもよい。また、カムシャフト４２を駆動するアクチュエータが、モータや減速機などの回転機を含む場合には、その回転機の回転角度を検出する角度センサによりカム位置センサを構成してもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態１では、図１０に示すルーチン中、ステップ１０２において、可変動弁機構１６の可動条件が成立するまでは吸気弁１２の作用角が最大とされているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、可変動弁機構１６の可動条件が成立する以前に吸気弁１２に付与される作用角は、そのような運転状況下で最も一般的に用いられることが予想される一般的角度であってもよい。
【００６７】
また、上記の一般的角度が用いられる場合は、可動条件成立直後に、吸気弁１２の作用角を、その一般的角度から最大作用角に変化させる必要が生ずる。この場合、上記ステップ１０６の処理と共に、上記ステップ１２８と同様の処理、すなわち、電子制御スロットル２４を適当に閉弁させる処理を実行し、内燃機関１０の出力変化の抑制を図ってもよい。
【００６８】
また、上述した実施の形態１では、カム位置センサ３２がストローク変化に対してリニアな出力変化を示すことから、最小側変位端位置と最大側変位端位置の２カ所のみで学習値を取得することとしているが、学習値を取得する位置の数はこれに限定されるものではない。すなわち、作用角を変化させるアクチュエータが、最大側変位端位置および最小側変位端位置の他に、既知の運転状態を作り出し得る基準位置を有する構造である場合は、３カ所以上の基準位置で学習値を取得することとしてもよい。
【００６９】
また、上述した実施の形態１では、可変動弁機構１６が吸気弁１２の作用角を変化させる機構として用いられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変動弁機構１６は、排気弁１４の作用角を変化させるための機構として用いてもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態１では、吸気弁１２の作用角（厳密にはカム位置）を検出するセンサのシフト量およびゲインずれを補正の対象としているが、補正の対象はそのようなセンサの出力に限定されるものではない。すなわち、本発明は、吸気弁１２や排気弁１４の位相やリフト量を検出するセンサのシフト量およびゲインずれを補正の対象としてもよい。
【００７１】
また、上述した実施の形態１では、可変動弁機構１６の可動条件が成立した後、先ず、最大側学習値を学習し（ステップ１０６，１０８）、その後、アイドル運転が要求された時点で最小側学習値を学習することとしている（ステップ１１０−１１４）。しかし、上記の可動条件の成立直後に最大側学習値と最小側学習値を取得する手法はこれに限定されるものではない。例えば、可変動弁機構１６の可動条件が成立した時点で内燃機関１０がアイドル運転中であれば、その時点で先ず最小側学習値を取得し、次いで、アイドル運転を脱するのを待って最大側学習値を取得することとし、一方、上記可動条件の成立時点で内燃機関１０がアイドル運転中でない場合は、その時点で先ず最大側学習値を取得し、次いで、アイドル運転となるのを待って最小側学習値を取得することとしてもよい。このような手法によっても、内燃機関１０の出力に大きな変化を生じさせることなく、最大側学習値および最小側学習値の双方を取得することができる。
【００７２】
また、上述した実施の形態１では、アクチュエータ４４を強制的に所望の基準位置（最大側変位端位置）に駆動し、かつ、電子制御スロットル２４を制御する技術（ステップ１２６，１２８参照）を、２つ以上の学習値を学習する技術と組み合わせて用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、前者の技術は、学習値を一つだけ学習して、その学習値に基づいてセンサ出力のシフト量だけを補正する技術と組み合わせて用いることとしてもよい。
【００７３】
また、上述した実施の形態１では、アクチュエータ４４を強制的に所望の基準位置（最大側変位端位置）に駆動する際に、電子制御スロットル２４を閉弁することで内燃機関１０の出力変動を抑制しているが、その出力変動を抑制する手法はこれに限定されるものではない。例えば、点火時期を変更することにより、或いは、燃料噴射量を変更することにより、アクチュエータ４４の強制駆動に伴う出力変化を抑制することとしてもよい。
【００７４】
尚、上述した実施の形態１においては、吸気弁１２の作用角（すなわちカム位置）が前記請求項１に記載の「動作状態」に、カム位置センサ３２が前記請求項１に記載の「センサ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０８，１１４，１２４，１３０の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「学習用出力検出手段」が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「補正手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００７５】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００−１１６の処理を実行することにより前記請求項１に記載の「制御手段」が実現されている。
【００７７】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記請求項１記載の「可動条件判定手段」が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより前記請求項１記載の「アクチュエータ維持手段」が、上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記請求項１記載の「最小側制御手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記請求項１記載の「第１検出手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記請求項１記載の「第２検出手段」が、それぞれ実現されている。
【００７８】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１１８、１２４および１３０の処理を実行することにより前記請求項２記載の「学習用出力検出手段」が実現されている。
【００７９】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１２６の処理を実行することにより前記請求項３記載の「強制駆動手段」が実現されている。
【００８１】
また、上述した実施の形態１においては、電子制御スロットル２４が前記請求項５記載の「出力可変機構」に相当していると共に、ＥＣＵ３０が上記ステップ１２８の処理を実行することにより前記請求項４記載の「出力制御手段」が実現されている。
【００８２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、既知の動作状態を実現する少なくとも２つの基準位置に対応するセンサ出力を学習用出力として検出することができる。これらの学習用出力によれば、センサ出力のオフセット量、およびゲインのずれ量を検知して、それらを補正することができる。本発明によれば、このようにして補正されたセンサ出力に基づいて吸気弁または排気弁の動作状態を適正に制御することができる。
【００８３】
また、請求項１記載の発明によれば、内燃機関が始動された後、センサ出力に関する学習が終わるまでは、内燃機関の運転状態に基づく吸気弁または排気弁の動作状態の制御が禁止される。このため、本発明によれば、吸気弁または排気弁がセンサ出力のばらつき等に起因して不適切な状態に制御されるのを防止することができる。
【００８５】
また、請求項１記載の発明によれば、可動条件の成立前はアクチュエータが最大側変位端位置に固定され、可動条件の成立後、速やかにその最大側変位端位置に対応する学習が行われる。このため、本発明によれば、可動条件の成立前後に内燃機関の出力変動を生じさせることなく、最大側変位端位置に対応する学習を実行することができる。
【００８６】
請求項２記載の発明によれば、内燃機関の運転中に繰り返し学習用出力を更新することができる。このため、本発明によれば、温度変化等に起因するセンサ出力の変動に追従して、補正後のセンサ出力を常に適正な値に維持することができる。
【００８７】
請求項３記載の発明によれば、強制的にアクチュエータを駆動することで、強制的に学習用出力を得ることができる。
【００８８】
請求項４記載の発明によれば、アクチュエータが強制的に駆動される一方で、その駆動に伴う内燃機関の出力変化が相殺されるように出力可変機構を制御することができる。このため、本発明によれば、内燃機関の出力変化を伴わずに、強制的に学習用出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１のシステムの概要を説明するための図である。
【図２】 図１に示す内燃機関が備える可変動弁機構の構成を説明するための図である。
【図３】 図２に示す可変同弁機構の機能を説明するための図である。
【図４】 図２に示す可変動弁機構が備えるカム位置センサの構成を拡大して表した図である。
【図５】 図４に示すカム位置センサの出力特性を表す図である。
【図６】 図２に示す可変動弁機構により実現されるストロークと吸気弁作用角との関係を示す図である。
【図７】 実施の形態１のシステムにおいて実現すべき吸気弁の作用角をエンジン回転数およびエンジントルクとの関係で表した図である。
【図８】 カム位置センサの出力に重畳するシフトの影響を説明するための図である。
【図９】 カム位置センサの出力に重畳するゲインずれの影響を説明するための図である。
【図１０】 実施の形態１のシステムにおいてカム位置センサの出力特性を学習するために実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１１】 実施の形態１のシステムにおいて吸気弁の作用角を制御するために実行される一連の処理の内容を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気弁
１４ 排気弁
１６ 可変動弁機構
２４ 電子制御スロットル
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ カム位置センサ
４２ カムシャフト
４４ アクチュエータ
５２ ３次元カム
Claims (4)
- 吸気弁または排気弁の動作状態を可変とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置であって、
前記動作状態に応じた出力を発するセンサと、
前記動作状態を変えるためのアクチュエータであり、少なくとも２つの基準位置においてそれぞれ既知の動作状態を実現するアクチュエータと、
前記少なくとも２つの基準位置に対応して前記センサから発せられる少なくとも２つの学習用出力を検出する学習用出力検出手段と、
前記少なくとも２つの学習用出力に基づいて、前記センサのオフセット補正およびゲイン補正を行う補正手段と、
前記補正手段により補正された後のセンサの出力と、内燃機関の運転状態とに基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、内燃機関の始動後、２つの学習用出力が検出されるまで、センサの出力と内燃機関の運転状態とに基づく前記アクチュエータの制御を禁止し、２つの学習用出力が検出された後にその制御を開始し、
前記少なくとも２つの基準位置は、内燃機関のアイドル時に前記アクチュエータが実現すべき最小側変位端位置と、前記最小側変位端位置の対局に位置する最大側変位端位置とを含み、
内燃機関の始動後、前記アクチュエータの可動条件の成立を判定する可動条件判定手段と、
内燃機関の始動後、前記可動条件が成立するまでの間、前記アクチュエータを前記最大側変位端位置に維持するアクチュエータ維持手段と、
前記可動条件の成立後、アイドル運転が初めて要求された際に、前記アクチュエータを最小側変位端位置に制御する最小側制御手段と、を備え、
前記学習用出力検出手段は、前記可動条件の成立直後に前記最大側変位端位置に対応して前記センサから発せられる出力を第１の学習用出力として検出する第１検出手段と、前記アクチュエータが前記最小側変位端位置に制御されている間に前記センサから発せられる出力を第２の学習用出力として検出する第２検出手段とを含むことを特徴とする可変動弁機構付内燃機関の制御装置。 - 前記学習用出力検出手段は、内燃機関の運転中に、所定の学習条件が成立する毎に、前記学習用出力の更新を行うことを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置。
- 前記所定の学習条件の成立時に、前記アクチュエータを強制的に所定の基準位置まで動作させる強制駆動手段を備えることを特徴とする請求項２記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置。
- 吸気弁及び排気弁の動作状態が固定された状態で内燃機関の出力を可変とする出力可変機構と、
前記強制駆動手段により前記アクチュエータが強制的に駆動される際に、その駆動に伴う内燃機関の出力変化が相殺されるように前記出力可変機構を制御する出力制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３記載の可変動弁機構付内燃機関の制御装置。
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