JP5020766B2 - Variable valve operating device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動アクチュエータによって作動し、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性(例えばバルブ開閉タイミングやバルブリフト量)を可変する可変動弁機構を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。 The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that includes a variable valve operating mechanism that is operated by an electric actuator and varies at least one of valve characteristics (for example, valve opening / closing timing and valve lift amount) of an intake valve and an exhaust valve.
特許文献1には、制御装置の負荷駆動素子への通電電流と制御装置の外部温度とに基づいて制御装置の温度を予想し、予想された温度が制御装置の動作保証温度の上限値を超えると推定される場合に、制御装置を保護するフェールセーフ状態へと移行することが記載されている。
上記従来技術によれば、制御装置の温度が動作保証温度の上限値を超える前にフェールセーフ状態に移行することができるため、制御装置を保護することはできる。
しかし、制御装置の最終的に到達する予想温度に基づく制御であることから、温度上昇時定数等が考慮されず、実際には制御装置の温度が動作保証温度の上限値に近づく前にフェールセーフ状態に移行してしまう、すなわち、フェールセーフ状態への移行が早く行われてしまうことになるため、制御装置の性能をその限界近くまで使用することができないという問題がある。特に、通電電流が一時的に大きくなった場合には、より早いタイミングでフェールセーフ状態へと移行してしまい、制御装置の性能を十分に発揮させることができないおそれがある。このため、本来得られるはずの効果が低減され又は得られなくなってしまう。
According to the above prior art, the control device can be protected because the control device can shift to the fail-safe state before the temperature of the control device exceeds the upper limit value of the operation guarantee temperature.
However, since the control is based on the expected temperature finally reached by the control device, the temperature rise time constant, etc. are not considered, and in fact, fail-safe before the temperature of the control device approaches the upper limit of the guaranteed operating temperature. Since the transition to the state, that is, the transition to the fail-safe state is performed earlier, there is a problem that the performance of the control device cannot be used to near its limit. In particular, when the energization current temporarily increases, the state shifts to the fail-safe state at an earlier timing, and there is a possibility that the performance of the control device cannot be fully exhibited. For this reason, the effect which should originally be obtained is reduced or cannot be obtained.
本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、可変動弁機構を作動させる電動アクチュエータ及びその駆動回路が過熱状態となることを防止してこれらの保護を図りつつ、その性能を十分に発揮させることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and prevents the electric actuator that operates the variable valve mechanism and its drive circuit from being overheated and protects them while maintaining its performance. An object of the present invention is to provide a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that can sufficiently exhibit the above.
そのため、本発明による内燃機関の可変動弁装置は、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を可変とする可変動弁機構を電動アクチュエータによって作動させる構成であって、電動アクチュエータの駆動電流をサンプリング周期ごとに検出する駆動電流検出部と、検出された駆動電流に基づいて、複数の期間における実効電流を算出可能な実効電流算出部と、を備え、算出された実効電流が対応閾値以上であるときには、電動アクチュエータの駆動電流を低減させる駆動電流低減制御を実行し、前記複数の期間は、前記サンプリング周期よりも長い最小期間と、この最小期間を複数倍した少なくとも1つの期間とからなり、前記各期間に対応する閾値は、期間が長いほど小さい値に設定されている。 For this reason, the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is configured to operate a variable valve mechanism that varies at least one of the valve characteristics of an intake valve or an exhaust valve by an electric actuator, A drive current detection unit that detects each sampling period; and an effective current calculation unit that can calculate an effective current in a plurality of periods based on the detected drive current. At one time, drive current reduction control for reducing the drive current of the electric actuator is executed, and the plurality of periods include a minimum period longer than the sampling period and at least one period obtained by multiplying the minimum period by a plurality of times. The threshold value corresponding to each period is set to a smaller value as the period is longer .
かかる構成の内燃機関の可変動弁装置によると、複数の期間の各期間における実効電流と、これと対応する閾値との比較結果に基づいて電動アクチュエータの駆動電流を低減させるか否かが判断される。ここで、電動アクチュエータ及びその駆動回路における発熱量は、印加電流と印加時間とによって変化するから、その代用値である所定期間における実効電流を用いることで、電動アクチュエータ及びその駆動回路の発熱状態を精度よく把握することができる。 According to the variable valve system for an internal combustion engine having such a configuration, whether or not to reduce the drive current of the electric actuator is determined based on the comparison result between the effective current in each of the plurality of periods and the corresponding threshold value. The Here, the amount of heat generated in the electric actuator and its drive circuit varies depending on the applied current and the application time, so by using the effective current in a predetermined period, which is a substitute value, the heat generation state of the electric actuator and its drive circuit can be changed. It can be accurately grasped.
従って、前記閾値を電動アクチュエータ及びその駆動回路の発熱限界との関係で予め設定しておくことにより、電動アクチュエータ及びその駆動回路が耐え得る発熱限界近傍まで可変動弁機構を作動させることが可能となる。これにより、可変動弁装置は、その性能を十分に発揮することができると共に、電動アクチュエータ及びその駆動回路が過熱状態となって性能低下や故障を招くことを回避できる。 Therefore, by setting the threshold value in advance in relation to the heat generation limit of the electric actuator and its drive circuit, the variable valve mechanism can be operated to the vicinity of the heat generation limit that the electric actuator and its drive circuit can withstand. Become. As a result, the variable valve operating apparatus can sufficiently exhibit its performance, and avoid the performance degradation and failure of the electric actuator and its drive circuit due to overheating.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図1は、本発明による可変動弁装置が適用された車両用内燃機関のシステム構成図である。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(新気)が吸入される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram of a vehicle internal combustion engine to which a variable valve operating apparatus according to the present invention is applied. In FIG. 1, an
各気筒の吸気バルブ105の上流側の吸気ポート130には、電磁式の燃料噴射弁131が設けられている。この燃料噴射弁131は、後述するエンジンコントロールモジュール(ECM)114から出力される噴射パルス信号によって開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。燃料噴射弁131から噴射された燃料と上記吸入空気とによって燃焼室106内に混合気が形成される。
An electromagnetic
燃焼室106内に形成された混合気は図示省略した点火プラグによって着火されて燃焼する。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で浄化された後に大気中に放出される。
排気バルブ107は、排気カム軸110に設けられたカム111によってバルブ特性(バルブリフト量、バルブ作動角及びバルブタイミング)を一定に保ったまま開閉駆動される。
The air-fuel mixture formed in the
The
一方、吸気バルブ105は、可変リフト機構(VEL−Variable valve Event and Lift−機構)112及び可変バルブタイミング機構(VTC−Variable Timing Control−機構)113によって、バルブ特性(バルブリフト量、バルブ作動角及びバルブタイミング)が可変とされる。
ここで、VEL機構112は、吸気バルブ105の最大バルブリフト量をバルブ作動角と共に連続的に可変する機構であって、最大バルブリフト量を増大(減少)させると、これに伴ってバルブ作動角も増大(減少)させる。また、VTC機構113は、クランク軸120に対して後述する吸気バルブ駆動軸3の回転位相を変化させることで、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相を連続的に進遅角変化させる機構である。
On the other hand, the
Here, the
内燃機関101の各種制御(燃料噴射制御、点火時期制御等)及びVTC機構113の駆動制御はECM114によって実行される。このため、ECM114には、機関101の吸入空気量を検出するエアフローメータ201、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ202、クランク軸120からクランク回転信号を検出するクランク角センサ203、スロットルバルブ103bの開度を検出するスロットルセンサ204、機関101の冷却水温度を検出する水温センサ205、後述する吸気バルブ駆動軸3に支持されたシグナルプレートに設けた被検出部を検出して該吸気バルブ駆動軸3の基準回転位置ごとにカム信号を出力するカムセンサ128(図2参照)等からの検出信号が入力される。一方、VEL機構112の駆動制御は、ECM114と相互通信可能に設けられたVELコントローラ115によって実行される。このVELコントローラ115については後述する。
Various controls (fuel injection control, ignition timing control, etc.) of the
図2は、主としてVEL機構(可変動弁機構)112の構造を示す斜視図である。但し、これは一例であって、かかる構造のものに限定されない。
本実施形態において、機関101は各気筒に一対の吸気バルブ105,105を有しており、これら吸気バルブ105の上方に、クランク軸120によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸3が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。吸気バルブ駆動軸3には、吸気バルブ105のバルブリフタ105aに当接して吸気バルブ105を開閉駆動する揺動カム4が相対回転可能に外嵌されている。VEL機構112は、揺動カム4の姿勢を変化させることで吸気バルブ105の最大バルブリフト量及びバルブ作動角を連続的に変更する。なお、図2では、一対の吸気バルブ105,105の一方についてのみVEL機構112を示すこととし、他方についてはこれを省略している。また、VTC機構113は、吸気バルブ駆動軸3の一端部に配設されている。
FIG. 2 is a perspective view mainly showing the structure of the VEL mechanism (variable valve mechanism) 112. However, this is merely an example, and the present invention is not limited to this structure.
In the present embodiment, the
VEL機構112は、図2及び図3に示すように、吸気バルブ駆動軸3に偏心して固定的に設けられた円形の駆動カム11と、この駆動カム11に相対回転可能に外嵌するリング状リンク12と、吸気バルブ駆動軸3と略平行に気筒列方向に延びる制御軸13と、この制御軸13に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム14と、この制御カム14に相対回転可能に外嵌すると共に一端がリング状リンク12の先端に連結されたロッカアーム15と、このロッカアーム15の他端と揺動カム4とに連結されたロッド状リンク16と、を有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
制御軸13は、モータ(電動アクチュエータ)17によってギヤ列18を介して回転駆動される。そして、制御軸13と一体的に設けられた可動側ストッパ13aが、シリンダヘッド等に設けられた固定側ストッパ(図示省略)に当接すると、予め設定された最小リフト位置・最小作動角位置に相当する回転角度位置となり、それ以上のリフト量・作動角減少方向への回転が制限される。なお、このような可動側ストッパと固定側ストッパとからなるストッパ機構を最大リフト側にも設けるようにしてもよい。
The
このような構成により、クランク軸120に連動して吸気バルブ駆動軸3が回転すると、駆動カム11を介してリング状リンク12がほぼ並進移動すると共に、ロッカアーム15が制御カム14の軸心回りに揺動し、ロッド状リンク16を介して揺動カム4が揺動して吸気バルブ105が開閉駆動される。
また、モータ17(電動アクチュエータ)の駆動を制御して制御軸13の回転角を変化させることにより、ロッカアーム15の揺動中心となる制御カム14の軸心位置が変化して揺動カム4の姿勢が変化する。これにより、吸気バルブ105は、その作動角の中心位相が略一定のままで、バルブリフト量及び作動角が連続的に変化する。
With such a configuration, when the intake
Further, by controlling the drive of the motor 17 (electric actuator) to change the rotation angle of the
VELコントローラ115には、制御軸13の回転角を検出する角度センサ127からの検出信号が入力される。VELコントローラ115は、角度センサ127により検出された制御軸13の回転角(実バルブ特性に相当する)が機関101の運転状態に応じた目標角度(目標バルブ特性に相当する)に一致するように、モータ17をフィードバック制御する。従って、かかるVELコントローラ115が本発明の「制御部」に相当する。
A detection signal from an
ここで、本実施形態においては、角度センサ127として非接触側の回転角センサを用いている。具体的には、例えば特開2003−194580号公報に開示されるように、制御軸13の端部に装着されるマグネットと、このマグネットの外周面に対向配置される磁電変換手段とを有して構成され、制御軸13の回転に伴う磁束の変化に基づいて制御軸13の回転角度を検出するセンサである。但し、これに限るものではなく、例えばポテンショメータを用いた接触型の回転角センサであってもよい。
Here, in the present embodiment, a rotation angle sensor on the non-contact side is used as the
図4は、VELコントローラ115の構造を示している。
図4において、VELコントローラ115には、バッテリ電圧が供給され、電源回路301を介してCPU302に電源が供給される。また、電源回路301からの電源電圧がバッファ回路303を介して角度センサ127に供給され、該角度センサ127の出力(検出信号)は、入力回路304を介してCPU302に読込まれる。
FIG. 4 shows the structure of the
In FIG. 4, the battery voltage is supplied to the
本実施形態においては、角度センサが2重(127a,127b)に備えられており、これに対応して入力回路も2系統(304a,304b)となっている。
モータ(電動アクチュエータ)17を駆動するモータ駆動回路305には、モータを正転方向及び逆転方向に駆動するために、CPU302から正転方向のパルス幅変調信号PWM,ポート出力、及び、逆転方向のパルス幅変調信号PWM,ポート出力が入力される。
In this embodiment, the angle sensor is provided in double (127a, 127b), and the input circuit is also in two systems (304a, 304b) corresponding to this.
A
モータ駆動回路305には、リレー回路306を介してバッテリ電圧が供給される。リレー回路306は、CPU302のポート出力で制御されるリレー駆動回路307によってON/OFF駆動される。
また、VELコントローラ115は、モータ17の駆動電流を検出する電流検出回路(駆動電流検出部)308と、ECM114との間で通信を行う通信回路309と、を備えている。
The battery voltage is supplied to the
In addition, the
次に、VELコントローラ115によって実行される処理(フェールセーフ処理)について説明する。
モータ17及びモータ駆動回路305は電流が流れることによって発熱する。この発熱量が大きくなってモータ17又はモータ駆動回路305が過熱状態となると、その性能低下(故障を含む)を招き、VEL機構112を適切に作動させることができなくなる。そのため、VELコントローラ115は、モータ17及びモータ駆動回路305の発熱を推定し、モータ17及びモータ駆動回路305が過熱状態となるおそれがあるときは、これを予め回避するようにモータ17の駆動電流を低減させる駆動電流低減制御を実行する。具体的には、複数の期間の各期間における閾値を予め設定しておくと共に、各期間における実効電流を算出し、これらを対応する閾値とそれぞれ比較して、いずれかの実効電流が対応する閾値以上であるときに上記駆動電流制御を実行する。
Next, processing (fail safe processing) executed by the
The
まず、上記複数の期間の各期間における閾値について説明する。
モータ17及びモータ駆動回路305の発生する熱量は実効電流に応じて変化するが、実際にモータ17やモータ駆動回路305の温度が上昇するまでには時間的な遅れある。このため、より効果的なフェールセーフ処理、すなわち、より適切なタイミングでフェールセーフ処理に移行して、VEL機構112を使用することの効果を十分に得るようにしつつ、モータ17やモータ駆動回路305の性能低下や故障を防止するには、実効電流と経過時間(電流印加時間)とを考慮する必要がある。
First, the threshold value in each period of the plurality of periods will be described.
The amount of heat generated by the
図5(a)は、モータ17及びモータ駆動回路305の許容実効電流特性を示している。図5(a)において、「A」領域がモータ17及びモータ駆動回路305が限界温度を超えない領域(動作可能領域)であり、「B」領域が限界温度を超える領域(動作不可領域)である。実効電流が低いほどモータ17を長時間動作させることができる。
本実施形態では、かかる許容実効電流特性に基づき、図5(b)に示すように、複数の期間を設定すると共に、各期間における閾値(実効電流上限値)を設定し、これらの閾値と、実際に算出した各期間における実効電流との比較結果に応じて駆動電流低減制御を実行するか否かを判断する。
FIG. 5A shows the allowable effective current characteristics of the
In the present embodiment, based on such allowable effective current characteristics, as shown in FIG. 5B, a plurality of periods are set, and thresholds (effective current upper limit values) in each period are set. It is determined whether or not to execute the drive current reduction control in accordance with the comparison result with the effective current in each period actually calculated.
ここで、図5(b)に示すように、本実施形態では、「複数の期間」として、第1の期間(10ms:最小期間)、第2の期間(30ms=10ms×3)、第3の期間(50ms=10ms×5)、第4の期間(150ms=10ms×15)、第5の期間(250ms=10ms×25)、第6の期間(750ms=10ms×75)、第7の期間(1250ms=10ms×125:最大期間)の7つ期間を設定し、それぞれの期間に対して閾値{Limit-Current(1)〜Limit-Current(7)}を設定している。但し、これに限るものではなく、期間の数及び各期間における閾値は適宜設定すればよい。 Here, as shown in FIG. 5B, in the present embodiment, as the “plurality of periods”, the first period (10 ms: minimum period), the second period (30 ms = 10 ms × 3), the third period Period (50 ms = 10 ms × 5), fourth period (150 ms = 10 ms × 15), fifth period (250 ms = 10 ms × 25), sixth period (750 ms = 10 ms × 75), seventh period Seven periods (1250 ms = 10 ms × 125: maximum period) are set, and threshold values {Limit-Current (1) to Limit-Current (7)} are set for the respective periods. However, the present invention is not limited to this, and the number of periods and the threshold value in each period may be set as appropriate.
図6、図7は、VELコントローラ116によって実行されるフェールセーフ処理を示すフローチャートである。
図6は、第1の期間(最小期間)である10msにおける実効電流(Ie10)の演算処理を示すフローチャートである。このフローは機関101の始動により開始され、所定のサンプリング周期(最小期間(10ms)の約数となり得る期間が好ましく、本実施形態では2msとする)毎に実行される。
6 and 7 are flowcharts showing the fail-safe process executed by the VEL controller 116. FIG.
FIG. 6 is a flowchart showing the calculation process of the effective current (Ie10) in 10 ms that is the first period (minimum period). This flow is started when the
図6において、ステップS1では、モータ(電動アクチュエータ)17の駆動電流(I)を読込み、これを記憶する。
ステップS2では、最小期間である10msが経過したか否か(記憶された駆動電流(I)が5個となったか否か)を判定する。最小期間である10msが経過して記憶された駆動電流(I)が5個となっていればステップS3に進み、最小期間である10msが経過しておらず記憶された駆動電流(I)が5個未満であれば本フローを終了する。ここで、上記記憶された駆動電流(I)の個数は、最小期間(10ms)とサンプリング周期(2ms)とによって決定されるものであり(最小期間/サンプリング周期)、これらが異なれば当然に変化する。
In FIG. 6, in step S1, the drive current (I) of the motor (electric actuator) 17 is read and stored.
In step S2, it is determined whether or not 10 ms which is the minimum period has elapsed (whether or not the stored drive current (I) has become five). If the drive current (I) stored after 10 ms, which is the minimum period, has been stored, the process proceeds to step S3, and the drive current (I) stored without passing the minimum period, 10ms. If it is less than 5, this flow is terminated. Here, the number of the stored drive currents (I) is determined by the minimum period (10 ms) and the sampling period (2 ms) (minimum period / sampling period), and naturally changes if these differ. To do.
ステップS3では、実効電流(Ie10)を演算する。具体的には、これまでに読込んだ(記憶した)5個の駆動電流(I1〜5)のそれぞれを2乗し、これらを加算して平均処理した値の平方根を実効電流(Ie10)とする。以下、かかる第1の期間(10ms)における実効電流(Ie10)を「第1実効電流」という。
Ie10={(I1 2+I2 2+I3 2+I4 2+I5 2)/5}1/2
ステップS4では、ステップS3で演算した第1実効電流(Ie10)を記憶し、これまで記憶していた駆動電流(I1〜5)をクリアする。
In step S3, an effective current (Ie10) is calculated. Specifically, each of the five drive currents (I 1-5 ) read (stored) so far is squared, and the square root of the value obtained by averaging these is calculated as the effective current (Ie10). And Hereinafter, the effective current (Ie10) in the first period (10 ms) is referred to as “first effective current”.
Ie10 = {(I 1 2 + I 2 2 + I 3 2 + I 4 2 + I 5 2 ) / 5} 1/2
In step S4, the first effective current (Ie10) calculated in step S3 is stored, and the driving current (I 1-5 ) stored so far is cleared.
以上により、機関101の始動から10ms毎に第1実効電流(Ie10)が演算され、これらは順次記憶されていく(Ie10n(最新演算値),Ie10n−1,Ie10n−2,・・・)。従って、VELコントローラ115が本発明の「実効電流算出部」として機能する。なお、読込んだ駆動電流(I)は、第1実効電流(Ie10)の演算に用いられるとクリアされるので、記憶される駆動電流(I)、すなわち、サンプリング電流は5個で済む。
Thus, the first effective current (Ie10) is calculated every 10 ms from the start of the
図7は、駆動電流低減制御のフローチャートである。このフローは機関101の始動により開始され、上記最小期間(10ms)毎に実行される。
図7において、ステップS11では、第1実効電流Ie10の最新値(Ie10n)を読込む。
ステップS12では、読込んだ第1実効電流の最新値(Ie10n)と、第1の期間である10msにおける閾値(Limit-Current(1))とを比較する。
FIG. 7 is a flowchart of drive current reduction control. This flow is started when the
In FIG. 7, in step S11, the latest value (Ie10 n ) of the first effective current Ie10 is read.
In Step S12, the read latest value (Ie10 n ) of the first effective current is compared with the threshold value (Limit-Current (1)) at 10 ms which is the first period.
Ie10n<Limit-Current(1)であればステップS13に進み、Ie10n≧Limit-Current(1)であればステップS25進む。
ステップS13では、第2の期間である30msにおける実効電流(以下「第2実効電流」という)Ie30を演算する。具体的には、直近の3つの第1実効電流(Ie10n,Ie10n−1,Ie10n−2)を読込み、これら読込み値に基づいて次式により第2実効電流Ie30を演算する。
Ie30={(Ie10n 2+Ie10n−1 2+Ie10n−2 2)/3}1/2
ステップS14では、ステップS13で算出された第2実効電流Ie30と、30msにおける閾値(Limit-Current(2))とを比較する。そして、Ie30<Limit-Current(2)であればステップS15に進み、Ie30≧Limit-Current(2)であればステップS25に進む。
If Ie10 n <Limit-Current (1), the process proceeds to step S13, and if Ie10 n ≧ Limit-Current (1), the process proceeds to step S25.
In step S13, an effective current (hereinafter referred to as “second effective current”) Ie30 at 30 ms, which is the second period, is calculated. Specifically, the three most recent first effective currents (Ie10 n , Ie10 n−1 , Ie10 n−2 ) are read, and the second effective current Ie30 is calculated according to the following equation based on these read values.
Ie30 = {(Ie10 n 2 + Ie10 n-1 2 + Ie10 n-2 2 ) / 3} 1/2
In step S14, the second effective current Ie30 calculated in step S13 is compared with a threshold value (Limit-Current (2)) at 30 ms. If Ie30 <Limit-Current (2), the process proceeds to step S15. If Ie30 ≧ Limit-Current (2), the process proceeds to step S25.
ステップS15では、第3の期間である50msにおける実効電流(以下「第3実効電流」という)Ie50を演算する。具体的には、直近の5つの第1実効電流(Ie10n,Ie10n−1,Ie10n−2,Ie10n−3、Ie10n−4)を読込み、これらの読込み値に基づいて次式により第3実効電流Ie50を演算する。
Ie50={(Ie10n 2+Ie10n−1 2+・・・+Ie10n−4 2)/5}1/2
ステップS16では、ステップS15で算出された第3実効電流Ie50と、50msにおける閾値(Limit-Current(3))とを比較する。そして、Ie50<Limit-Current(3)であればステップ17に進み、Ie50≧Limit-Current(3)であればステップS25に進む。
In step S15, an effective current (hereinafter referred to as “third effective current”) Ie50 at 50 ms that is the third period is calculated. Specifically, the five most recent first effective currents (Ie10 n , Ie10 n-1 , Ie10 n-2 , Ie10 n-3 , Ie10 n-4 ) are read, and based on these read values, The third effective current Ie50 is calculated.
Ie50 = {(Ie10 n 2 + Ie10 n-1 2 +... + Ie10 n-4 2 ) / 5} 1/2
In step S16, the third effective current Ie50 calculated in step S15 is compared with the threshold value (Limit-Current (3)) at 50 ms. If Ie50 <Limit-Current (3), the process proceeds to step 17, and if Ie50 ≧ Limit-Current (3), the process proceeds to step S25.
ステップS17では、第4の期間である150msにおける実効電流(以下「第4実効電流」という)Ie150を演算する。具体的には、直近の15個の第1実効電流(Ie10n,Ie10n−1,・・・Ie10n−14)を読込み、これらの読込み値に基づいて次式により第4実効電流Ie150を演算する。
Ie150={(Ie10n 2+Ie10n−1 2+・・・+Ie10n−14 2)/15}1/2。
In step S17, an effective current (hereinafter referred to as “fourth effective current”) Ie150 at 150 ms that is the fourth period is calculated. Specifically, the 15 most recent first effective currents (Ie10 n , Ie10 n−1 ,... Ie10 n-14 ) are read, and based on these read values, the fourth effective current Ie150 is calculated by the following equation. Calculate.
Ie150 = {(Ie10 n 2 + Ie10 n-1 2 +... + Ie10 n-14 2 ) / 15} 1/2 .
ステップS18では、ステップS17で算出された第4実効電流Ie150と、150msにおける閾値(Limit-Current(4))とを比較する。そして、Ie150<Limit-Current(4)であればステップ19に進み、Ie150≧Limit-Current(4)であればステップS25に進む。
ステップS19では、第5の期間である250msにおける実効電流(以下「第5実効電流」という)Ie250を演算する。すなわち、直近の25個の第1実効電流(Ie10n,Ie10n−1,・・・Ie10n−24)を読込み、これらの読込み値に基づいて次式により第5実効電流Ie250を演算する。
Ie250={(Ie10n 2+Ie10n−1 2+・・・+Ie10n−24 2)/25}1/2。
In step S18, the fourth effective current Ie150 calculated in step S17 is compared with the threshold value (Limit-Current (4)) at 150 ms. If Ie150 <Limit-Current (4), the process proceeds to step 19, and if Ie150 ≧ Limit-Current (4), the process proceeds to step S25.
In step S19, an effective current (hereinafter referred to as “fifth effective current”) Ie250 at 250 ms, which is the fifth period, is calculated. That is, the 25 most recent first effective currents (Ie10 n , Ie10 n−1 ,... Ie10 n-24 ) are read, and the fifth effective current Ie250 is calculated according to the following equation based on these read values.
Ie250 = {(Ie10 n 2 + Ie10 n−1 2 +... + Ie10 n−24 2 ) / 25} 1/2 .
ステップS20では、ステップS19で算出された第5実効電流Ie250と、250msにおける閾値(Limit-Current(5))とを比較する。そして、Ie250<Limit-Current(5)であればステップ21に進み、Ie250≧Limit-Current(5)であればステップS25に進む。
ステップS21では、第6の期間である750msにおける実効電流(以下「第6実効電流」という)Ie750を演算する。すなわち、直近の75個の第1実効電流(Ie10n,Ie10n−1,・・・Ie10n−74)を読込み、これらの読込み値に基づいて次式により第6実効電流Ie750を演算する。
Ie750={(Ie10n 2+Ie10n−1 2+・・・+Ie10n−74 2)/75}1/2。
In step S20, the fifth effective current Ie250 calculated in step S19 is compared with the threshold value (Limit-Current (5)) at 250 ms. If Ie250 <Limit-Current (5), the process proceeds to step 21. If Ie250 ≧ Limit-Current (5), the process proceeds to step S25.
In step S21, an effective current (hereinafter referred to as “sixth effective current”) Ie750 at 750 ms that is the sixth period is calculated. That is, the latest 75 first effective currents (Ie10 n , Ie10 n−1 ,... Ie10 n-74 ) are read, and the sixth effective current Ie750 is calculated according to the following equation based on these read values.
Ie750 = {(Ie10 n 2 + Ie10 n−1 2 +... + Ie10 n−74 2 ) / 75} 1/2 .
ステップS22では、ステップS21で算出された第6実効電流Ie750と、750msにおける閾値(Limit-Current(6))とを比較する。そして、Ie750<Limit-Current(6)であればステップ23に進み、Ie750≧Limit-Current(6)であればステップS25に進む。
ステップS23では、第7の期間である1250msにおける実効電流(以下「第7実効電流」という)Ie1250を演算する。すなわち、直近の125個の第1実効電流(Ie10n,Ie10n−1,・・・Ie10n−124)を読込み、これらの読込み値に基づいて次式により第7実効電流Ie1250を演算する。
Ie1250={(Ie10n 2+Ie10n−1 2+・・・+Ie10n−124 2)/125}1/2。
In step S22, the sixth effective current Ie750 calculated in step S21 is compared with a threshold value (Limit-Current (6)) at 750 ms. If Ie750 <Limit-Current (6), the process proceeds to step 23. If Ie750 ≧ Limit-Current (6), the process proceeds to step S25.
In step S23, an effective current (hereinafter referred to as “seventh effective current”) Ie1250 at 1250 ms, which is the seventh period, is calculated. That is, the latest 125 first effective currents (Ie10 n , Ie10 n−1 ,... Ie10 n-124 ) are read, and the seventh effective current Ie1250 is calculated according to the following equation based on these read values.
Ie1250 = {(Ie10 n 2 + Ie10 n-1 2 +... + Ie10 n-124 2 ) / 125} 1/2 .
ステップS24では、ステップS23で算出された第7実効電流Ie1250と、1250msにおける閾値(Limit-Current(7))とを比較する。そして、Ie1250<Limit-Current(7)であれば本フローを終了し、Ie1250≧Limit-Current(7)であればステップS25に進む。
ステップS25では、設定された各期間における実効電流のいずれかが、対応する閾値以上となっているので、モータ17及びモータ駆動回路305の少なくとも一方が過熱に至るおそれがあると判断し、駆動電流低減制御を実行する。ここで、かかる駆動電流低減制御としては、例えば次のものがある。
In step S24, the seventh effective current Ie1250 calculated in step S23 is compared with the threshold value (Limit-Current (7)) at 1250 ms. Then, if Ie1250 <Limit-Current (7), this flow is terminated, and if Ie1250 ≧ Limit-Current (7), the process proceeds to step S25.
In step S25, since one of the effective currents in each set period is equal to or greater than the corresponding threshold value, it is determined that at least one of the
まず、第1の駆動電流低減制御としては、吸気バルブ105のバルブ特性を目標バルブ特性へと制御しているときにおいて、現在の(実)バルブ特性を目標バルブ特性として(再)設定する(換言すれば、目標バルブ特性を現在のバルブ特性に変更する)。
これにより、モータ17及びモータ駆動回路305の少なくとも一方が過熱に至るおそれがあると判断されると、バルブ特性がそのときのバルブ特性(状態)に保持されることになり、モータ17の駆動電流が低減される。バルブ特性を保持するだけであれば、バルブ特性を変化させるよりもモータ17の駆動力(駆動電流)が小さくて済むからである。
First, as the first drive current reduction control, when the valve characteristic of the
Accordingly, when it is determined that at least one of the
この場合、そのときのバルブ特性に所定時間だけ保持し、その後、バルブ特性を予め設定された所定のバルブ特性(状態)に変更し、該所定のバルブ特性に保持するようにするのが好ましい。より広い運転領域に対応できるバルブ特性として、バルブ特性を固定することによる、機関101の運転性への影響を最小限に抑制するためである。このため、上記所定のバルブ特性は、始動性と運転性を両立できる吸気バルブ105の基準バルブ特性、例えば、VEL機構112が設けられなかったとしたら設定される吸気バルブ105のバルブ特性(通常のバルブ特性)とするのが好ましい。但し、かかるバルブ特性に限るものではなく、所定のバルブ特性は、少なくともはじめに保持したバルブ作動特性よりも広い運転領域に対応できるバルブ特性であればよい。
In this case, it is preferable that the valve characteristic at that time is held for a predetermined time, and then the valve characteristic is changed to a predetermined valve characteristic (state) set in advance and held at the predetermined valve characteristic. This is because the influence on the operability of the
次に、第2の駆動電流低減制御としては、吸気バルブ105のバルブ特性を目標バルブ特性へと制御しているときにおいて、予め設定された所定のバルブ特性を目標バルブ特性として設定する(すなわち、目標バルブ特性を予め設定された所定のバルブ特性に変更する)。ここで設定される所定のバルブ特性も、上述したように、より広い運転領域に対応できるバルブ特性であり、例えば、VEL機構112が設けられなかった場合に実現される吸気バルブ105のバルブ特性である。
Next, as the second drive current reduction control, when the valve characteristic of the
この場合、モータ17及びモータ駆動回路305の少なくとも一方が過熱に至るおそれがあると判断されたときに、バルブ特性を変更させてからバルブ特性を保持することになるが、上述したように、DCサーボモータ121やモータ駆動回路305の温度が上昇するまでには時間的な遅れあることから、これらが直ちに過熱状態となることはない。そこで予めより広い運転領域に対応できるバルブ特性(所定のバルブ特性)に変更しておき、該所定のバルブ特性(状態)に保持することで、モータ17の駆動電流を低減する。
In this case, when it is determined that at least one of the
さらに、第3の駆動電流低減制御としては、モータ17への駆動電流自体を(直接的に)所定値未満に制限する。例えば、モータ17及びモータ駆動回路305の少なくとも一方が過熱に至るおそれがあると判断されると、駆動電流を最大期間1250msにおける閾値(Limit-Current(7))に未満に制限する。このように駆動電流を最大期間における閾値未満とすることで、モータ17及びモータ駆動回路305が過熱状態となることを回避できる。なお、かかる第3の駆動電流低減制御において、駆動電流を直ちに0とする(モータ17の駆動を停止させる)のではなく駆動電流を所定値未満に制限するのは、モータ17及びモータ駆動回路305が過熱に至るおそれがなくなったときに、制御を復帰させて(フェールセーフ処理から元に戻して)バルブ特性を速やかに目標バルブ特性へと制御できるようにするためである。
Further, as the third drive current reduction control, the drive current itself to the
以上の処理により、モータ17及びモータ駆動回路305の少なくとも一方が過熱に至るおそれがあると判断されると、モータ17の駆動電流を低減させる駆動電流低減制御が実行される。このため、モータ17及びモータ駆動回路305が過熱状態となることを回避して、モータ17及びモータ駆動回路305の性能低下や故障を防止することができる。ここで、駆動電流低減制御を実行するか否かの判定は、モータ17(及びモータ駆動回路305)に流れる瞬間的な電流値ではなく、経過時間(印加時間)をも考慮した各期間における実効電流に基づいて行われるので、モータ17やモータ駆動回路305が耐え得る発熱限界近傍までVEL機構112を作動させることが可能となり、VEL機構112を搭載することによって得られる効果を十分に引き出すことができる。
When it is determined that at least one of the
また、上記実施形態では、さらに次のような効果を得ることができる。
すなわち、モータ17及びモータ駆動回路305の少なくとも一方が過熱に至るおそれがあるか否かを、所定期間における実効電流と、これと対応する閾値とを比較することによって行うので、モータ17やモータ駆動回路305の温度を検出する温度センサ等を設ける必要がなく、その分のコストを低減できる。
Moreover, in the said embodiment, the following effects can be acquired further.
In other words, whether or not at least one of the
また、複数の期間における実効電流を演算し、各期間における実効電流と、対応する閾値とをそれぞれ比較して駆動電流低減制御を実行するか否かを判定するので、モータ17及びモータ駆動回路305が過熱状態となることをより確実に回避することができる。ここで、複数の期間は、最小期間である第1の期間(10ms)と、これを整数倍した期間からなるので、最小期間毎に実効電流を演算して記憶しておけば、該最小期間における実効電流に基づいて全ての期間における実効電流を演算できる。このため、(サンプリングした)駆動電流は、最小期間における実効電流を演算するために必要な数(本実施形態では5個)だけ記憶するようにすればよく、メモリ容量の増大を防止できる。
In addition, the effective current in a plurality of periods is calculated, and the effective current in each period is compared with the corresponding threshold value to determine whether to execute the drive current reduction control. Therefore, the
なお、各実効電流と対応する閾値とを比較する実際の処理においては、各閾値を2乗して、これらとルート演算(1/2乗)する前の値(以下「実効電流相当値」という)とを比較するのが好ましい。演算負荷を低減すると共に演算処理を効率的に行うためである。
具体的には、図6のステップS3においてIe102(=(I1 2+I2 2+I3 2+I4 2+I5 2)/5)を算出し、これを第1実効電流相当値とし、ステップS4で記憶する。そして、図7のステップS11で第1実効電流相当値Ie102を読込み、ステップS12において、この読込んだ第1実効電流相当値Ie102と、対応する閾値の2乗の値{(Limit-Current(1))2}とを比較するようにする。また、ステップS13では、直近の3つの第1実効電流相当値(Ie10n 2,Ie10n−1 2,Ie10n−2 2)を読込み、これらに基づいて第2実効電流相当値Ie302(=(Ie10n 2+Ie10n−1 2+Ie10n−2 2)/3)を算出し、ステップS14において、この第2実効電流相当値Ie302と、対応する閾値の2乗の値{(Limit-Current(2))2}を比較する。そして、同様にして、第3〜7実効電流相当値を算出し、それぞれを対応する閾値の2乗の値と比較するようにすればよい。
In the actual process of comparing each effective current with the corresponding threshold value, each threshold value is squared and the value before the root calculation (1/2 power) (hereinafter referred to as “effective current equivalent value”). ). This is for reducing the calculation load and efficiently performing the calculation process.
Specifically, in step S3 of FIG. 6, Ie10 2 (= (I 1 2 + I 2 2 + I 3 2 + I 4 2 + I 5 2 ) / 5) is calculated, and this is set as the first effective current equivalent value. Store in S4. The first reads the effective current value corresponding IE10 2 in step S11 in FIG. 7, in step S12, the first effective current equivalent value I This read
以上では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、これに限るものではなく、種々の改変が可能であることは言うまでもない。以下にいくつかの変形例を記載するが、これらも本発明の範囲に含まれるものである。
上記実施形態では、可変動弁機構を吸気バルブ105のバルブリフト量及びバルブ作動角を可変するVEL機構112としたが、排気バルブ109のバルブリフト量及びバルブ作動角を可変するものであってもよい。また、電動アクチュエータによって作動してバルブ特性を可変するものであればよく、VEL機構112に限定されない。例えば、電動アクチュエータによって作動して吸気カム軸や排気カム軸のクランク軸に対する回転位相を変化させて吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを可変するVTC機構に適用してもよい。
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to this, and it goes without saying that various modifications are possible. Several modifications will be described below, but these are also included in the scope of the present invention.
In the above-described embodiment, the variable valve mechanism is the
また、最小期間である第1の期間(10ms)毎に実効電流を演算して記憶し、該実効電流の演算に用いた駆動電流(サンプリング値)をクリアするようにしているが、駆動電流(サンプリング値)をクリアすることなく、各期間における実効電流を記憶した駆動電流(サンプリング値)から演算するようにしてもよい。この場合、最大期間における実効電流が演算されると、最も古い駆動電流(サンプリング電流値)をクリアしてくようにすればよい。 Further, the effective current is calculated and stored every first period (10 ms) which is the minimum period, and the drive current (sampling value) used for the calculation of the effective current is cleared. You may make it calculate from the drive current (sampling value) which memorize | stored the effective current in each period, without clearing (sampling value). In this case, when the effective current in the maximum period is calculated, the oldest drive current (sampling current value) may be cleared.
また、第1の期間(10ms)に加えて、第2の期間(30ms)毎及び第3の期間(50ms)毎に実効電流を演算して記憶するようにし、これらに基づいて第4〜7の期間における実効電流を演算するようにしてもよい。この場合、第4の期間(150ms)における実効電流Ie150は、直近の5個の第2実効電流(Ie30n,Ie30n−1,・・・Ie10n−4)又は直近の3個の第3実効電流(Ie30n,Ie30n−1,Ie10n−3)に基づいて演算し、第5の期間(250ms)における実効電流Ie250は、直近の5個の第3実効電流(Ie50n,Ie50n−1,・・・Ie50n−4)に基づいて演算する。同様に、第6の期間(750ms)における実効電流Ie750は、直近の15個の第3実効電流に基づいて、第7の期間(1250ms)における実効電流Ie1250は、直近の25個の第3実効電流に基づいて演算すればよい。
In addition to the first period (10 ms), the effective current is calculated and stored every second period (30 ms) and every third period (50 ms). The effective current during the period may be calculated. In this case, the effective current Ie150 in the fourth period (150 ms) is the five most recent second effective currents (Ie30 n , Ie30 n−1 ,... Ie10 n-4 ) or the three most recent third currents. Based on the effective currents (Ie30 n , Ie30 n−1 , Ie10 n-3 ), the effective current Ie250 in the fifth period (250 ms) is the five most recent third effective currents (Ie50 n , Ie50 n). −1 ,... Ie50 n−4 ). Similarly, the effective
さらに、上記実施形態では、各期間においてそれぞれ1つに閾値(Limit-Current(1)〜(7))を設定しているが、モータ17やモータ駆動回路305の周辺温度に応じて上記閾値を可変設定するように構成してもよい。図8(a)に示すように、周辺温度が高いほど、モータ17及びモータ駆動回路305の少なくとも一方が限界温度に近づく実効電流が低くなるためである。このようにすることで、モータ17やモータ駆動回路305が過熱状態となることをより確実に回避しつつ、VEL機構112を搭載することによって得られる効果を十分に引き出すことが可能となる。
Further, in the above embodiment, one threshold value (Limit-Current (1) to (7)) is set for each period, but the threshold value is set according to the ambient temperature of the
具体的には、モータ17及びモータ駆動回路305の周辺温度を検出する温度センサ129(図2において破線で示す)を設けると共に、この温度センサの検出信号がVELコントローラ115に入力されるように構成する。各期間における閾値は、例えば図8(b)に示すように、所定温度以上の高温用(Limit-Current(1H)〜(7H))と所定温度未満の低温用(Limit-Current(1L)〜(7L))とが設定され、VELコントローラ115は、入力される検出信号(周辺温度)に基づいて閾値を切り替える。ここで、上記周辺温度としては、モータ17及びVELコントローラ115にできるだけ近接する雰囲気温度とすることが好ましいが、これと相関の取れる値であればよく、例えば、エンジンルーム内温度や外気温で代用してもよい。
Specifically, a temperature sensor 129 (indicated by a broken line in FIG. 2) for detecting the ambient temperature of the
さらにまた、上記駆動電流低減制御の実行中において、各期間における実効電流が対応する閾値以上となった場合には、モータ17を強制的に停止させるようにしてもよい。このような場合には、駆動電流低減制御が適切に行われないいないおそれがあるため、モータ17の駆動を停止することで、すなわち、モータ17の駆動電流を0とすることで、モータ17及びモータ駆動回路305の保護を確実に行うためである。具体的には、駆動電流低減制御の実行によっても各期間における実効電流のいずれかが対応する閾値以上であるときや、駆動電流低減制御を実行することによって各期間における実効電流が対応する閾値未満となったものの、その後、再びいずれかの実効電流が対応する閾値以上となったときに、リレー回路306をOFFとしてモータ駆動回路305へのバッテリ電圧の供給を遮断し又はパルス幅変調信号PWMを0としてモータ17の駆動を停止させる。
Furthermore, during the execution of the drive current reduction control, the
13…制御軸、17…モータ(電動アクチュエータ)、101…内燃機関、105…吸気バルブ、107…排気バルブ、112…VEL機構(可変動弁機構)、114…エンジンコントロールモジュール(ECM)、115…VELコントローラ(制御部)、127…角度センサ、129…温度センサ、302…CPU、305…モータ駆動回路、306…リレー回路、307…リレー駆動回路、308…電流検出回路 13 ... Control shaft, 17 ... Motor (electric actuator), 101 ... Internal combustion engine, 105 ... Intake valve, 107 ... Exhaust valve, 112 ... VEL mechanism (variable valve mechanism), 114 ... Engine control module (ECM), 115 ... VEL controller (control unit), 127 ... angle sensor, 129 ... temperature sensor, 302 ... CPU, 305 ... motor drive circuit, 306 ... relay circuit, 307 ... relay drive circuit, 308 ... current detection circuit
Claims (6)
前記可変動弁機構を作動させる電動アクチュエータと、
前記バルブ特性が機関の運転状態に応じた目標バルブ特性となるように前記電動アクチュエータを制御する制御部と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、
前記電動アクチュエータの駆動電流をサンプリング周期ごとに検出する駆動電流検出部と、
検出された駆動電流に基づいて、複数の期間の各期間における実効電流を算出可能な実効電流算出部と、を備え、
前記制御部は、前記各期間に対応する閾値を有し、算出された実効電流が対応閾値以上であるときに、前記電動アクチュエータの駆動電流を低減させる駆動電流低減制御を実行し、
前記複数の期間は、前記サンプリング周期よりも長い最小期間と、この最小期間を複数倍した少なくとも1つの期間とからなり、
前記各期間に対応する閾値は、期間が長いほど小さい値に設定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 A variable valve mechanism that varies at least one of the valve characteristics of the intake valve and the exhaust valve;
An electric actuator for operating the variable valve mechanism;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, comprising: a control unit that controls the electric actuator so that the valve characteristic becomes a target valve characteristic corresponding to an operating state of the engine.
A drive current detector for detecting the drive current of the electric actuator for each sampling period;
An effective current calculation unit capable of calculating an effective current in each of a plurality of periods based on the detected drive current, and
The control unit has a threshold corresponding to each period, and when the calculated effective current is equal to or greater than the corresponding threshold, executes a drive current reduction control for reducing the drive current of the electric actuator ,
The plurality of periods include a minimum period longer than the sampling period and at least one period obtained by multiplying the minimum period by a plurality of times.
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the threshold corresponding to each period is set to a smaller value as the period is longer .
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