JP4985514B2 - アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は可変駆動機構の特性を調整するアクチュエータの制御装置に関する。

従来、内燃機関の吸気バルブのバルブリフト量やバルブ作用角といったバルブ特性を調節する可変動弁機構等に駆動力を出力するアクチュエータの制御装置が知られている。こうしたアクチュエータの制御装置にあっては、内燃機関の運転状態に応じた所望のバルブ特性への到達が遅延すると内燃機関の運転状態を最適に維持することが困難となるおそれがあるため、迅速に所望のバルブ特性に到達させる必要がある。

そこで、例えば特許文献１のアクチュエータの制御装置においては、可変動弁機構における制御シャフトにあって、その単位時間あたりの目標位置の変化量と実際の位置の変化量とから算出されるアクチュエータの応答速度が低下した場合は、制御ゲインを増大させて実際の応答速度を目標応答速度に維持しようとしている。
特開２００４−１１６４０４号公報

ところが、上述の特許文献１のアクチュエータの制御装置にあっては、アクチュエータが制御シャフトを移動させている間に上記目標位置の変化量と上記実際の位置の変化量とを検出しているため、上記変化量を検出している間は制御シャフトが目標位置に制御されないままとなる。すなわち、アクチュエータの応答速度が低下して初めて制御ゲインが増大されるため、上述のような制御を行っても依然として内燃機関の運転状態の維持に支障を来すおそれがある。

また、当該アクチュエータにあっては、その構成部材であるモータやギア機構等に異物の噛み込み等が生じると、内燃機関が特定のバルブ特性をなすような当該アクチュエータの特定の駆動状態に制御する際に応答速度が低下するといった異常が起こりうる。こうした異常が生じる場合に、上述のような特許文献１の制御装置にあっては、アクチュエータがその特定の制御状態に制御される度に目標応答速度が低下するおそれがある。

この発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可変駆動機構の応答速度の低下を未然に防ぐことを可能とするアクチュエータの制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、可変駆動機構の特性を実際の特性と目標特性との偏差に応じて設定される制御量により実際の特性が目標特性に一致するようにアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、前記アクチュエータの応答速度低下に起因して前記制御量が判定値を超える前記可変駆動機構の特性領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域に前記可変駆動機構の特性を保持することを禁止する異常領域回避手段を有することをその要旨とする。

実際の特性と目標特性との偏差に応じて設定される制御量によりフィードバック制御されるアクチュエータに異常が生じると、可変駆動機構の特性を同異常が生じる特性に制御するために要する制御量は通常設定される制御量よりも大きくなる。

そこで、上記構成によれば、アクチュエータの応答速度低下に起因して制御量が判定値を超える可変駆動機構の特性領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域に可変駆動機構の特性を保持することを禁止するため、可変駆動機構の特性を保持した状態から変更を開始する際の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

請求項２に記載の発明は、可変駆動機構の特性を制御する制御部材の実際の位置と目標位置との偏差に応じて制御量を設定することによって前記制御部材の実際の位置が目標位置に一致するように前記制御部材を駆動するアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、前記アクチュエータの応答速度低下に起因して前記制御量が判定値を超える前記制御部材の駆動領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域に前記制御部材を保持することを禁止する異常領域回避手段を有することをその要旨とする。

制御部材の実際の位置と目標位置との偏差に応じて制御量を設定することによって制御部材を駆動するアクチュエータに異常が生じると、制御部材を同異常が生じる駆動位置に駆動するために要する制御量は通常設定される制御量よりも大きくなる。

そこで、上記構成によれば、アクチュエータの応答速度低下に起因して制御量が判定値を超える制御部材の駆動領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域に制御部材を保持することを禁止するため、制御部材を保持した状態、すなわち可変駆動機構の特性を保持した状態から変更を開始する際の可変駆動機構の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のアクチュエータの制御装置において、前記異常領域回避手段は前記目標特性が前記異常領域に含まれるときに前記目標特性を同異常領域近傍における前記異常領域外の特性に変更することをその要旨とする。

上記構成によれば、異常領域回避手段は目標特性が異常領域に含まれるときに目標特性を同異常領域近傍における異常領域外の特性に変更するため、可変駆動機構を所望の特性に近い状態にしつつ可変駆動機構の応答速度の低下を未然に防ぐことが可能となる。

具体的には、請求項４に記載されるように、前記異常領域回避手段は前記目標特性が前記異常領域内に保持されるときに前記目標特性を同異常領域近傍における前記異常領域外の特性に変更するといった構成を採用することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載のアクチュエータの制御装置において、前記異常領域回避手段は前記目標位置が前記異常領域に含まれるときに前記目標位置を同異常領域近傍における前記異常領域外の位置に変更することをその要旨とする。

上記構成によれば、異常領域回避手段は目標位置が異常領域に含まれるときに目標位置を同異常領域近傍における異常領域外の位置に変更するため、制御部材を所望の位置に近い状態にしつつ可変駆動機構の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

具体的には、請求項６に記載されるように、前記異常領域回避手段は前記目標位置が前記異常領域内に保持されるときに前記目標位置を同異常領域近傍における前記異常領域外の位置に変更するといった構成を採用することができる。

請求項７に記載の発明は、可変駆動機構の特性を実際の特性と目標特性との偏差に応じて設定される制御量により実際の特性が目標特性に一致するようにアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、前記アクチュエータの制御中に前記制御量が判定値を超える前記可変駆動機構の特性領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域を前記可変駆動機構の特性が遷移する前に前記制御量を増大させる異常領域遷移手段を有することをその要旨とする。

上記構成によれば、アクチュエータの制御中に制御量が判定値を超える可変駆動機構の特性領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域を可変駆動機構の特性が遷移する前に制御量を増大させるため、可変駆動機構の特性が異常領域を遷移する際の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

請求項８に記載の発明は、可変駆動機構の特性を制御する制御部材の位置を実際の位置と目標位置との偏差に応じて設定される制御量により実際の位置が目標位置に一致するようにアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、前記制御部材の駆動中に前記制御量が判定値を超える前記制御部材の駆動領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域を前記制御部材の位置が遷移する前に前記制御量を増大させる異常領域遷移手段を有することをその要旨とする。

上記構成によれば、制御部材の駆動中に制御量が判定値を超える制御部材の駆動領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域を制御部材の位置が遷移する前に制御量を増大させるため、制御部材の位置が異常領域を遷移する際の可変駆動機構の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のアクチュエータの制御装置において、前記異常領域遷移手段は、前記可変駆動機構の実際の特性と目標特性との間に前記異常領域の一部を含むときに前記制御量を増大させることをその要旨とする。

上記構成によれば、可変駆動機構の実際の特性と目標特性との間に異常領域の一部を含むときに制御量を増大させるため、異常領域を遷移する前に予め可変駆動機構の駆動速度を増大させることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載のアクチュエータの制御装置において、前記異常領域遷移手段は、前記制御部材の実際の位置と目標位置との間に前記異常領域の一部を含むときに前記制御量を増大させることをその要旨とする。

上記構成によれば、制御部材の実際の位置と目標位置との間に異常領域の一部を含むときに制御量を増大させるため、異常領域を遷移する前に予め制御部材の駆動速度を増大させることができる。

（第１の実施形態）
以下、この発明にかかるアクチュエータの制御装置を、多気筒（本実施形態では直列４気筒）内燃機関に設けられた吸気バルブの最大リフト量を変更する可変動弁機構を含む、吸気弁駆動機構に適用した第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１、図２は本実施形態における４気筒内燃機関としてのエンジン１（以下エンジンとする）における可変動弁機構２０の構成を示している。なお、図１は１つの気筒における縦断面図を、図２はエンジン１の上部構成の平面図をそれぞれ示している。

図１及び図２に示されるように、車両に搭載されるエンジン１は４つの気筒を有するとともに、そのシリンダヘッド２に各気筒に対応した機関バルブである一対の吸気バルブ１０及び排気バルブ１５が往復動可能にそれぞれ設けられている。さらに、シリンダヘッド２には、吸気バルブ１０と排気バルブ１５とに対応して吸気弁駆動機構４０と排気弁駆動機構４５とがそれぞれ設けられている。

同図１に示されるように、排気弁駆動機構４５には、各排気バルブ１５に対応してラッシュアジャスタ１７が設けられるとともに、同ラッシュアジャスタ１７と排気バルブ１５との間にはロッカアーム１８が架設されている。ロッカアーム１８は、その一端がラッシュアジャスタ１７に支持されるとともに他端が排気バルブ１５の基端部に当接されている。また、シリンダヘッド２に回転可能に支持された排気カムシャフト７には複数の排気用カム８が形成されており、それら排気用カム８の外周面はロッカアーム１８に設けられたローラ１８ａに当接されている。排気バルブ１５にはリテーナ１５ａが設けられるとともに、このリテーナ１５ａとシリンダヘッド２との間にはバルブスプリング１６が設けられている。このバルブスプリング１６の付勢力によって排気バルブ１５は閉弁方向に付勢されている。そしてこれにより、ロッカアーム１８のローラ１８ａは排気用カム８の外周面に押圧されている。機関運転時に排気用カム８が回転すると、ロッカアーム１８はラッシュアジャスタ１７により支持される部分を支点として揺動する。その結果、排気バルブ１５はロッカアーム１８によって開閉駆動されるようになる。

一方、同図１に示されるように、吸気弁駆動機構４０にも、排気側と同様にバルブスプリング１１、リテーナ１０ａ、ロッカアーム１２、ローラ１２ａ及びラッシュアジャスタ１３が設けられている。また、シリンダヘッド２に回転可能に支持された吸気カムシャフト５には吸気用カム６が形成されている。

そして、同図１に示されるように、吸気弁駆動機構４０には、排気弁駆動機構４５とは異なり、吸気用カム６とロッカアーム１２との間に吸気バルブ１０のバルブ特性、より詳細には最大リフト量及び作用角を変更する可変動弁機構２０が設けられている。ちなみに、吸気バルブ１０の作用角とは、吸気バルブの開弁期間に一致する値である。

同図１において、可変動弁機構２０は、入力部２３と一対の出力部２４とを有し、これら入力部２３及び出力部２４はシリンダヘッド２に固定された支持パイプ２２に揺動可能に支持されている。また、ロッカアーム１２は、吸気バルブ１０の基端部及びラッシュアジャスタ１３によって出力部２４側に付勢され、そのローラ１２ａが出力部２４の外周面に当接されている。また、入力部２３とシリンダヘッド２との間には、スプリング１４が設けられており、このスプリング１４の付勢力によって入力部２３に設けられたローラ２３ｂが吸気用カム６に付勢されている。

例えば、機関運転時に吸気用カム６が回転すると、同吸気用カム６はローラ２３ｂに摺接しつつ入力部２３を押圧し、これにより出力部２４が支持パイプ２２の周方向に揺動するようになる。そして出力部２４が揺動すると、ロッカアーム１２はラッシュアジャスタ１３により支持される部分を支点として揺動する。その結果、吸気バルブ１０はロッカアーム１２によって開閉駆動されるようになる。なお、本実施形態において、吸気バルブ１０や可変動弁機構２０を含む吸気弁駆動機構４０が可変駆動機構に相当する。

ここで、図２に示されるように、可変動弁機構２０の支持パイプ２２内に挿通されるコントロールシャフト２１の基端部（同図において右端）は、シリンダヘッド２に取り付けられたアクチュエータ１００と接続されている。すなわち、アクチュエータ１００から出力された駆動力によってコントロールシャフト２１が軸方向に変位されると、その軸方向の変位（以下ストローク量と称する）は可変動弁機構２０にて、コントロールシャフト２１の周方向における上記入力部２３と出力部２４との回転位相の変位に変更される。その結果、同入力部２３と出力部２４の相対位相差が変更され、吸気バルブ１０の最大リフト量及び作用角が同期して変更される。

次に、アクチュエータ１００の構成について、同アクチュエータ１００の断面図を示す図３を参照して説明する。アクチュエータ１００は、シリンダヘッド２に取り付けられるハウジング７４内に、モータ７１及び遊星歯車機構７５を有して構成される。このモータ７１は、コイルを有するステータ７２と永久磁石を有するロータ７３とを備えたブラシレスモータとして構成され、ロータ７３は後述する遊星歯車機構７５の内歯歯車７８と連結されている。

また、遊星歯車機構７５は、外周に螺旋状のスプラインを設けた制御軸７６と、それとは逆回りのスプラインを、外周に設けた複数の遊星歯車７７と内周に設けた内歯歯車７８とを有して構成されている。そして、これらのスプラインは制御軸７６のスプラインと同制御軸７６に外嵌した内歯歯車７８のスプラインとの双方に遊星歯車７７のスプラインを噛合させることによって制御軸７６と内歯歯車７８との間で遊星歯車７７が制御軸７６を中心に公転しながら自転するように組み合わされている。

そして、上記遊星歯車機構７５の内歯歯車７８は、アクチュエータ１００のハウジング７４に回動可能に支持され、制御軸７６にはコントロールシャフト２１の一端が接続されている。

このように構成されたアクチュエータ１００においては、ステータ７２のコイルに通電することにより、上記のように構成された遊星歯車機構７５の内歯歯車７８がロータ７３とともに回転し、制御軸７６はその軸方向（図３の矢印Ｆ又はＲ方向）に変位する。制御軸７６は、コントロールシャフト２１と接続されているため、可変動弁機構２０においては、制御軸７６の軸方向の変位に伴ってコントロールシャフト２１もその軸方向に変位する。

なお、アクチュエータ１００の駆動は、図２に示されるように、電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）６０により制御されている。このＥＣＵ６０は、デジタルコンピュータを中心に構成され、双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種ドライバー回路、入力ポート及び出力ポート等の構成を備えている。そして、ＥＣＵ６０の入力ポートへは、アクセルペダルの操作量、エンジン回転数、吸入空気量、エンジン冷却水温度、空燃比、基準クランク角等の各信号が入力されている。

さらに、本実施の形態では、ＥＣＵ６０は、アクチュエータ１００において制御軸７６の軸方向移動位置、すなわちコントロールシャフト２１の軸方向移動位置を検出するためのシャフト位置センサ６３から実ストローク量を表すシャフト位置信号が入力されている。

そして、ＥＣＵ６０の出力ポートは、駆動回路を介して各燃料噴射弁に接続され、ＥＣＵ６０はエンジン１の運転状態に応じて各燃料噴射弁の開弁制御を行い、燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行している。その他、点火時期制御などの各種制御を実行している。

さらに、ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転状態に応じて設定された制御量を表す駆動信号をアクチュエータ１００へ出力することで、アクチュエータ１００によりコントロールシャフト２１の軸方向位置が調節される。詳しくは、ＥＣＵ６０は、シャフト位置センサ６３にて検出されるコントロールシャフト２１の実ストローク量が、アクセルペダルの操作量やエンジン回転数といったエンジン１の運転状態に基づいて算出されるコントロールシャフト２１の目標ストローク量に一致するように、同実ストローク量と同目標ストローク量との偏差に基づいて、例えば電流量や電圧値といったアクチュエータ１００に対する制御量のフィードバック制御計算を実行する。そして、こうして算出された制御量（駆動信号）によりモータ７１の回転方向と回転量とを調節することにより、吸入空気量が調節されることとなる。なお、このフィードバック制御計算ではＰＩＤ制御やＰＩ制御が実行される。

ここで、上述のようなアクチュエータの制御装置にあっては、内燃機関の運転状態に応じた所望のバルブ特性への到達が遅延すると内燃機関の運転状態を最適に維持することが困難となるおそれがあるため、迅速に所望のバルブ特性に到達させる必要がある。

また、アクチュエータにあっては、その構成の一部である遊星歯車機構７５等に異物の噛み込み等が生じると、内燃機関が特定のバルブ特性をなすようなアクチュエータの特定の駆動状態に制御する際に応答速度が低下するといった異常が起こりうる。こうした異常が生じる場合、従来のアクチュエータにあっては、その特定の制御状態に制御される度に目標応答速度が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態のアクチュエータ１００のＥＣＵ６０においては、上述のような異常が生じる異常領域を回避するための異常領域回避手段を有するようにしている。この異常領域回避手段について、下記に説明する。

図４は、上記異常領域回避手段が実行する処理の一つとして、異常領域記憶処理の手順を示している。なお、本処理は、コントロールシャフト２１の駆動中であるときに、ＥＣＵ６０によって周期的に実行されるものとする。

同図４に示されるように、異常領域記憶処理が開始されると、ＥＣＵ６０はまず、ステップＳ１１０において、単位時間あたりのコントロールシャフト２１の目標ストローク量の変化量が所定値以下か否かについて判断する。目標ストローク量の変化量が所定値以下であれば（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、本処理をステップＳ１２０に移行し、そうでなければ（ステップＳ１１０：ＮＯ）、一旦そのまま本処理を終了する。なお、上記所定値とは、単位時間あたりの目標ストローク量の変化量が、異常領域を判定するのに適する比較的小さな変化量か否かを判断するために設定された値であり、実験によって算出された値である。

つづいて、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２０において上記制御量の読み込みを行う。そして、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ６０は読み込まれた制御量があらかじめ設定された判定値よりも大きいか否かについて判断する。制御量が判定値よりも大きいと判断すると（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、本処理はステップＳ１４０に移行し、その際のコントロールシャフト２１のストローク量を異常領域として記憶する。対して、制御量が判定値以下であると判断すると（ステップＳ１３０：ＮＯ）、一旦そのまま本処理を終了する。上述の処理が繰り返されることにより、コントロールシャフト２１を駆動する際の異常領域、すなわち吸気弁駆動機構４０の特性を変化させる際の異常領域が記憶される。ここで、本実施形態においては、コントロールシャフト２１の実ストローク量と目標ストローク量との偏差に応じて制御量を設定しているため、アクチュエータ１００に異常が生じると偏差が大きくなることにより、制御量は通常設定される値よりも大きくなる。こうした理由により、同制御量が上記判定値を超える場合にはアクチュエータ１００に異常が生じていると判断することができるように、上記判定値は実験等に基づいて予め設定されている。また、同制御量の大きさは目標ストローク量によっても変化するため、同判定値はコントロールシャフト２１の目標ストローク量に応じて設定されている。

次に、上記異常領域回避手段が実行するもう一つの処理である異常領域回避処理の手順について、図５を参照して説明する。なお、上述の異常領域記憶処理と同様、異常領域回避処理も、コントロールシャフト２１の駆動中であるときに、ＥＣＵ６０によって周期的に実行されるものとする。

同図５に示されるように、異常領域回避処理が開始されると、ＥＣＵ６０はまず、ステップＳ２１０において、コントロールシャフト２１の目標ストローク量が異常領域内に所定時間保持されているか否かについて判断する。保持されていると判断すると（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、本処理はステップＳ２２０に移行し、保持されていないと判断すると（ステップＳ２１０：ＮＯ）、そのまま本処理は一旦終了する。

つづいて、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２２０にて、上記異常領域記憶処理によって記憶されたコントロールシャフト２１のストローク量の同一の異常領域内にあって、その最大値である最大異常ストローク量と最小値である最小異常ストローク量との中間のストローク量が、上記目標ストローク量以上であるか否かを判断する。ここで、ＥＣＵ６０は、上記中間のストローク量が目標ストローク量以上であると判断すると（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）、本処理はステップＳ２３０に移行し、最小異常ストローク量より小さい値を仮の目標ストローク量として設定する。対して、ＥＣＵ６０は、上記中間のストローク量が目標ストローク量未満であると判断すると（ステップＳ２２０：ＮＯ）、本処理はステップＳ２４０に移行し、最大異常ストローク量より大きい値を仮の目標ストローク量として設定する。すなわち、ステップＳ２３０及びステップＳ２４０においては、仮の目標ストローク量として異常領域外のストローク量を設定するため、変更前から変更後への目標ストローク量の変化量がより小さい方を採用するようにしている。こうして、ステップＳ２３０又はステップＳ２４０のいずれかの行程を終えた後、本処理は一旦終了する。なお、変更後の仮の目標ストローク量は異常領域近傍であるとし、同変更後の仮の目標ストローク量と設定しても、当該アクチュエータ１００の駆動への影響が抑制できる値であるとする。また、この仮の目標ストローク量とは別にエンジン１の運転状態に基づいて目標ストローク量が設定される。

図６は、コントロールシャフト２１の駆動中に上述の異常領域回避処理を実行する場合におけるコントロールシャフト２１の実ストローク量及び目標ストローク量の推移の一例を示すタイミングチャートである。

同図６に示されるように、コントロールシャフト２１の目標ストローク量が上昇していくと、それに追随して実ストローク量も上昇していく。そして、目標ストローク量が異常領域内に到達し、時刻ｔ１から目標ストローク量が同異常領域内で保持され始めると、上記所定時間のカウントが始まる。そして、時刻ｔ２において、目標ストローク量が異常領域に保持され始めて所定時間が経過すると、上記異常領域記憶処理によって記憶されたコントロールシャフト２１のストローク量の同一の異常領域内における、最大異常ストローク量と最小異常ストローク量との中間のストローク量が目標ストローク量以上であると判断し、仮の目標ストローク量として最小異常ストローク量より小さい値を設定する。こうして目標ストローク量から仮の目標ストローク量に変更することによって、実ストローク量が異常領域に保持されることが回避される。なお、エンジン１の運転状態に基づいて目標ストローク量は保持されている。そして、時刻ｔ５において、目標ストローク量の保持が解除されて目標ストローク量が減少すると、仮の目標ストローク量から目標ストローク量に変更される。それに伴って、実ストローク量は目標ストローク量に近づき、時刻ｔ６において目標ストローク量と一致する。

なお、同図６に破線で示される異常領域回避処理なしの場合は、時刻ｔ４において、実ストローク量が異常領域に到達すると実ストローク量の増加速度が低下し、目標ストローク量に近付く速度が低下する。そして、時刻ｔ５において、目標ストローク量の保持が解除されて目標ストローク量が減少すると実ストローク量も低下するが、異常領域内であるため実ストローク量の変化速度は低下した状態となる。すなわち、吸気弁駆動機構４０の特性を保持した状態から変更を開始する際の応答速度が低下することとなる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）コントロールシャフト２１の駆動中に制御量が判定値を超えるコントロールシャフト２１の駆動領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域にコントロールシャフト２１を保持することを禁止するため、コントロールシャフト２１を保持した状態、すなわち吸気弁駆動機構４０の特性を保持した状態から変更を開始する際の吸気弁駆動機構４０の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

（２）異常領域回避処理によって、目標ストローク量が異常領域に含まれるときに目標位置は同異常領域近傍における異常領域外の位置に変更されるため、コントロールシャフト２１を所望の位置に近い状態にしつつ、すなわち吸気弁駆動機構４０を所望の特性に近い状態にしつつ、吸気弁駆動機構４０の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

（第２の実施形態）
この発明にかかるアクチュエータの制御装置を、多気筒（本実施形態では直列４気筒）内燃機関に設けられた吸気バルブの最大リフト量を変更する可変動弁機構を含む、吸気弁駆動機構に適用した第２の実施形態について、以下に図７、図８を参照して説明する。なお、本実施形態における吸気弁駆動機構４０、アクチュエータ１００及びアクチュエータ１００の制御装置であるＥＣＵ６０の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。

ここで、本実施形態におけるＥＣＵ６０においては、上述のような従来のアクチュエータの制御装置に異常を来すおそれのある異常領域を遷移するための異常領域遷移手段を有するようにしている。この異常領域遷移手段について、下記に説明する。

図７は、上記異常領域遷移手段が実行する処理の一つとして、異常領域遷移処理の手順を示している。なお、本処理は、コントロールシャフト２１の駆動中であるときに、ＥＣＵ６０によって周期的に実行されるものとする。

同図７に示されるように、異常領域遷移処理が開始されると、ＥＣＵ６０はまず、ステップＳ３１０において、目標ストローク量が異常領域内か否かについて判断する。なお、この異常領域は、先の図４に示される上記第１の実施形態における異常領域記憶処理において記憶された異常領域であるとする。すなわち、本実施形態における異常領域遷移手段は異常領域記憶処理及び異常領域遷移処理を実行する。

目標ストローク量が異常領域内であれば（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、本処理をステップＳ３２０に移行し、制御量を増大させる。具体的には、コントロールシャフト２１の実ストロークと目標ストロークとの間に同異常領域の一部を含むとき、すなわち吸気弁駆動機構４０の実際の特性と目標特性との間に異常領域の一部を含むときに同制御量を増大させる。そして、ステップＳ３２０において制御量を増大させた後、そのまま本処理は一旦終了する。対して、目標ストローク量が異常領域外であると判断すると（ステップＳ３１０：ＮＯ）、そのまま本処理は一旦終了する。

図８は、コントロールシャフト２１の駆動中に上述の異常領域遷移処理を実行する場合におけるコントロールシャフト２１の実ストローク量及び目標ストローク量と制御量の推移の一例を示すタイミングチャートである。

同図８の上段に示されるように、コントロールシャフト２１の目標ストローク量が上昇していくと、それに追随して実ストローク量も上昇していく。そして、時刻ｔ１において、目標ストローク量が異常領域内に到達すると、同図の下段に実線で示されるように、本処理ありの場合は制御量が増大され始める。すなわち、時刻ｔ２において、同図に破線で示される本処理なしの場合と比較して、実ストローク量が異常領域内に到達する際、本処理なしの場合よりも本処理ありの場合の実ストローク量は目標ストロークに近づいていることとなる。ここで、本処理なしの場合と比較して、時刻ｔ１からｔ２にかけて本処理ありの場合の実ストローク量の変化量は大きくなるため、コントロールシャフト２１の駆動速度も大きくなることとなる。

同時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけては、同図８に一点鎖線で示される異常が生じない場合の実ストローク量の推移を基準とすると、本処理なしの場合の実ストローク量については、時刻ｔ２においてアクチュエータ１００に異常が生じて増加が停滞し、目標ストローク量との差が広がるため、時刻ｔ３において異常が生じない場合の実ストローク量に追いつくまで、吸気弁駆動機構４０の応答遅れが発生することとなる。これに対して、同図に実線で示される本処理ありの場合の実ストローク量は、異常が生じない場合の実ストローク量から大きく外れることのないまま、時刻ｔ３において異常領域外に脱することとなる。

同図８の下段に示される制御量の推移については、本処理なしの場合は、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて制御量は急激に増減することとなる。対して、本処理実行後は、上述のように時刻ｔ１から制御量は増加され始め、同時刻ｔ１から時刻ｔ３にかけて緩やかに増減することとなる。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態の（１）、（２）にかわって以下の（３）、（４）の効果が得られるようになる。
（３）コントロールシャフト２１の駆動中に制御量が判定値を超えるコントロールシャフト２１の駆動領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域をコントロールシャフト２１の実ストローク量が遷移する前、すなわち記憶された異常領域を吸気弁駆動機構４０の特性が遷移する前に制御量を増大させるため、コントロールシャフト２１の実ストローク量が異常領域を遷移する際の吸気弁駆動機構４０の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

（４）コントロールシャフト２１の実ストローク量と目標ストローク量との間に異常領域の一部を含むとき、すなわち吸気弁駆動機構４０の実際の特性と目標特性との間に異常領域の一部を含むときに制御量を増大させるため、異常領域を遷移する前に予めコントロールシャフト２１（可変動弁機構２０）の駆動速度を増大させることができる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第１の実施形態においては、コントロールシャフト２１のストローク量を異常領域として記憶するようにしていたが、吸気バルブ１０のバルブリフト量を異常領域として記憶するようにしてもよい。具体的には、本形態における吸気弁駆動機構、アクチュエータ及びアクチュエータの制御装置の構成について、上記第１及び第２の実施形態との違いは以下の通りである。まず、上記第１及び第２の実施形態におけるＥＣＵ６０は、アクチュエータ１００においてコントロールシャフト２１の軸方向移動位置を検出するためのシャフト位置センサ６３から実ストローク量を表すシャフト位置信号が入力されていたが、本形態におけるＥＣＵは、吸気バルブのリフト量を検出するためのリフト量センサから実リフト量を表すリフト量信号が入力される。また、本形態におけるＥＣＵは、上記リフト量センサにて検出される吸気バルブの実リフト量が、アクセルペダルの操作量やエンジン回転数といったエンジン１の運転状態に基づいて算出される吸気バルブの目標リフト量に一致するように、同実リフト量と同目標リフト量との偏差に基づいて、例えば電流量や電圧値といったアクチュエータに対する制御量のフィードバック制御計算を実行する。そして、こうして算出された制御量（駆動信号）によりモータの回転方向と回転量とを調節することにより、吸入空気量が調節されることとなる。以上の相違を除いて、本形態における吸気弁駆動機構及びアクチュエータ、アクチュエータのＥＣＵの構成は図１に示す第１及び第２の実施形態と同様である。こうした構成を有する本形態におけるアクチュエータの制御装置においては、アクチュエータの制御中に上記制御量が判定値を超える吸気バルブのリフト量の領域を異常領域として記憶するようにしている。そして、上記異常領域回避手段に相当する異常領域回避処理を実行したときのバルブリフト量の推移の様子を図９に示す。本形態によれば、上記第１の実施形態の（１）、（２）にかわって以下の効果が得られるようになる。

（１´）実バルブリフト量と目標バルブリフト量との偏差に応じて設定される制御量によりフィードバック制御されるアクチュエータに異常が生じると、バルブリフト量を同異常が生じるリフト量に制御するために要する制御量は通常設定される制御量よりも大きくなる。そこで、上記形態によれば、アクチュエータの制御中に制御量が判定値を超える吸気バルブのリフト量の領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域にバルブリフト量を保持することを禁止するため、バルブリフト量を保持した状態から変更を開始する際の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

（２´）異常領域回避処理によって、目標バルブリフト量が異常領域に含まれるときに目標バルブリフト量は同異常領域近傍における異常領域外の特性に変更されるため、吸気バルブを所望のバルブリフト量に近い状態にしつつ吸気バルブの応答速度の低下を未然に防ぐことが可能となる。

・上記第２の実施形態において、吸気バルブ１０のバルブリフト量を異常領域として記憶するようにしてもよい。具体的な構成としては、上記形態と同様である。上記異常領域遷移手段に相当する異常領域遷移処理を実行したときのバルブリフト量と制御量の推移の様子を図１０に示す。本形態によれば、上記第２の実施形態の（３）、（４）にかわって以下の効果が得られるようになる。

（３´）アクチュエータの制御中に制御量が判定値を超える吸気バルブのリフト量の領域を異常領域として記憶するため、的確に異常領域を検知することができるようになる。そして、記憶された異常領域をバルブリフト量が遷移する前に制御量を増大させるため、バルブリフト量が異常領域を遷移する際の応答速度の低下を未然に防ぐことができる。

（４´）吸気バルブの実リフト量と目標リフト量との間に異常領域の一部を含むときに制御量を増大させるため、異常領域を遷移する前に予め吸気バルブの駆動速度を増大させることができる。

・制御量が判定値を超える際の特性領域であれば、コントロールシャフト以外のアクチュエータの制御部材の駆動領域や、吸気弁駆動機構のバルブリフト量以外の特性領域を異常領域として記憶するようにしても、上記第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

・上記第１の実施形態においては、目標ストローク量が異常領域内で所定時間保持されたら同目標ストローク量を異常領域外に変更するようにしていたが、目標ストローク量を所定時間保持することなく、同目標ストローク量が異常領域に到達した際に異常領域外に変更するようにしてもよい。

・上記第２の実施形態においては、コントロールシャフト２１の目標ストローク量が異常領域に到達したときに制御量を増大させるようにしていたが、目標ストローク量が徐々に変化していく等、目標ストローク量が異常領域に到達することが予想できる程度の同目標ストローク量の推移であるなら、実ストローク量と目標ストローク量との間に上記異常領域を含まないうちに、すなわち目標ストローク量が上記異常領域に到達していないうちに制御量を増大させるようにしてもよい。

・上記第１及び第２の実施形態においては、可変駆動機構として吸気弁駆動機構４０に本発明を適用した場合について説明したが、排気弁の駆動機構に対しても適用することができる。さらには、アクチュエータによってその特性が制御されるものであれば、バルブの駆動機構以外に対しても本発明を適用することができる。

・上記第１及び第２の実施形態においては、本発明を４気筒エンジンに採用した場合について説明したが、気筒数は１〜３でもよいし、５以上であってもよい。また、気筒の配置態様についても、上記第１及び第２の実施形態のごとく直列であってもよいし、Ｖ型やその他の配置であってもよい。

本発明にかかるアクチュエータの制御装置を具体化した第１の実施形態にあって、これが適用されるエンジンの吸気弁駆動機構の構成を示す縦断面図。 図１のエンジンの上部構造を示す平面図。 同実施形態にかかるアクチュエータの構造を示す部分断面図。 同実施形態にかかる異常領域記憶処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる異常領域回避処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる異常領域回避処理の実行によるコントロールシャフトの実ストローク量及び目標ストローク量の推移を示すタイミングチャート。 第２の実施形態にかかる異常領域遷移処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる異常領域遷移処理の実行によるコントロールシャフトの実ストローク量、目標ストローク量及び制御量の推移を示すタイミングチャート。 本発明にかかる異常領域回避処理の変形例について吸気バルブの実バルブリフト量及び目標バルブリフト量の推移を示すタイミングチャート。 本発明にかかる異常領域遷移処理の変形例について、吸気バルブの実バルブリフト量、目標バルブリフト量及び制御量の推移を示すタイミングチャート。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダヘッド、５…吸気カムシャフト、６…吸気用カム、７…排気カムシャフト、８…排気用カム、１０…吸気バルブ、１０ａ，１５ａ…リテーナ、１１，１６…バルブスプリング、１２，１８…ロッカアーム、１２ａ，１８ａ，２３ｂ…ローラ、１３，１７…ラッシュアジャスタ、１４…スプリング、１５…排気バルブ、２０…可変動弁機構、２１…コントロールシャフト、２２…支持パイプ、２３…入力部、２４…出力部、４０…吸気弁駆動機構、４５…排気弁駆動機構、６０…ＥＣＵ（電子制御装置）、６３…シャフト位置センサ、７１…モータ、７２…ステータ、７３…ロータ、７４…ハウジング、７５…遊星歯車機構、７６…制御軸、７７…遊星歯車、７８…内歯歯車、１００…アクチュエータ。

Claims (10)

1. 可変駆動機構の特性を実際の特性と目標特性との偏差に応じて設定される制御量により実際の特性が目標特性に一致するようにアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、
   前記アクチュエータの応答速度低下に起因して前記制御量が判定値を超える前記可変駆動機構の特性領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域に前記可変駆動機構の特性を保持することを禁止する異常領域回避手段を有する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
2. 可変駆動機構の特性を制御する制御部材の実際の位置と目標位置との偏差に応じて制御量を設定することによって前記制御部材の実際の位置が目標位置に一致するように前記制御部材を駆動するアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、
   前記アクチュエータの応答速度低下に起因して前記制御量が判定値を超える前記制御部材の駆動領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域に前記制御部材を保持することを禁止する異常領域回避手段を有する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
3. 請求項１に記載のアクチュエータの制御装置において、
   前記異常領域回避手段は前記目標特性が前記異常領域に含まれるときに前記目標特性を同異常領域近傍における前記異常領域外の特性に変更する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
4. 請求項３に記載のアクチュエータの制御装置において、
   前記異常領域回避手段は前記目標特性が前記異常領域内に保持されるときに前記目標特性を同異常領域近傍における前記異常領域外の特性に変更する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
5. 請求項２に記載のアクチュエータの制御装置において、
   前記異常領域回避手段は前記目標位置が前記異常領域に含まれるときに前記目標位置を同異常領域近傍における前記異常領域外の位置に変更する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
6. 請求項５に記載のアクチュエータの制御装置において、
   前記異常領域回避手段は前記目標位置が前記異常領域内に保持されるときに前記目標位置を同異常領域近傍における前記異常領域外の位置に変更する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
7. 可変駆動機構の特性を実際の特性と目標特性との偏差に応じて設定される制御量により実際の特性が目標特性に一致するようにアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、
   前記アクチュエータの制御中に前記制御量が判定値を超える前記可変駆動機構の特性領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域を前記可変駆動機構の特性が遷移する前に前記制御量を増大させる異常領域遷移手段を有する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
8. 可変駆動機構の特性を制御する制御部材の位置を実際の位置と目標位置との偏差に応じて設定される制御量により実際の位置が目標位置に一致するようにアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータの制御装置において、
   前記制御部材の駆動中に前記制御量が判定値を超える前記制御部材の駆動領域を異常領域として記憶し、記憶された異常領域を前記制御部材の位置が遷移する前に前記制御量を増大させる異常領域遷移手段を有する
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
9. 請求項７に記載のアクチュエータの制御装置において、
   前記異常領域遷移手段は、前記可変駆動機構の実際の特性と目標特性との間に前記異常領域の一部を含むときに前記制御量を増大させる
   ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
10. 請求項８に記載のアクチュエータの制御装置において、
    前記異常領域遷移手段は、前記制御部材の実際の位置と目標位置との間に前記異常領域の一部を含むときに前記制御量を増大させる
    ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。

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