JP5020766B2

JP5020766B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP5020766B2
Application number: JP2007257956A
Authority: JP
Inventors: 直樹岡本
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2009085137A

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。

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。
特開２００６−１８９９９０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ｉ_１〜５）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＝｛（Ｉ_１ ^２＋Ｉ_２ ^２＋Ｉ_３ ^２＋Ｉ_４ ^２＋Ｉ_５ ^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（Ｉ_１〜５）をクリアする。

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（Ｉｅ１０_ｎ（最新演算値），Ｉｅ１０_ｎ−１，Ｉｅ１０_ｎ−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。

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（Ｉｅ１０_ｎ）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（Ｉｅ１０_ｎ）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。

Ｉｅ１０_ｎ＜Limit-Current(1)であればステップＳ１３に進み、Ｉｅ１０_ｎ≧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（Ｉｅ１０_ｎ，Ｉｅ１０_ｎ−１，Ｉｅ１０_ｎ−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＝｛（Ｉｅ１０_ｎ ^２＋Ｉｅ１０_ｎ−１ ^２＋Ｉｅ１０_ｎ−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。

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（Ｉｅ１０_ｎ，Ｉｅ１０_ｎ−１，Ｉｅ１０_ｎ−２，Ｉｅ１０_ｎ−３、Ｉｅ１０_ｎ−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＝｛（Ｉｅ１０_ｎ ^２＋Ｉｅ１０_ｎ−１ ^２＋・・・＋Ｉｅ１０_ｎ−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。

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（Ｉｅ１０_ｎ，Ｉｅ１０_ｎ−１，・・・Ｉｅ１０_ｎ−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＝｛（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（Ｉｅ１０_ｎ，Ｉｅ１０_ｎ−１，・・・Ｉｅ１０_ｎ−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＝｛（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（Ｉｅ１０_ｎ，Ｉｅ１０_ｎ−１，・・・Ｉｅ１０_ｎ−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＝｛（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（Ｉｅ１０_ｎ，Ｉｅ１０_ｎ−１，・・・Ｉｅ１０_{ｎ−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＝｛（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｉｅ１０^２（＝（Ｉ_１ ^２＋Ｉ_２ ^２＋Ｉ_３ ^２＋Ｉ_４ ^２＋Ｉ_５ ^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Ｉｅ１０^２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Ｉｅ１０^２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（Ｉｅ１０_ｎ ^２，Ｉｅ１０_ｎ−１ ^２，Ｉｅ１０_ｎ−２ ^２）を読込み、これらに基づいて第２実効電流相当値Ｉｅ３０^２（＝（Ｉｅ１０_ｎ ^２＋Ｉｅ１０_ｎ−１ ^２＋Ｉｅ１０_ｎ−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Ｉｅ３０^２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。

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。

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。

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（Ｉｅ３０_ｎ，Ｉｅ３０_ｎ−１，・・・Ｉｅ１０_ｎ−４）又は直近の３個の第３実効電流（Ｉｅ３０_ｎ，Ｉｅ３０_ｎ−１，Ｉｅ１０_ｎ−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（Ｉｅ５０_ｎ，Ｉｅ５０_ｎ−１，・・・Ｉｅ５０_ｎ−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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態における内燃機関のシステム構成図である。実施形態におけるＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構の構造を示す斜視図である。ＶＥＬ機構の部分断面図である。ＶＥＬコントローラの構成を示す回路ブロック図である。ＤＣサーボモータ及びモータ駆動回路の許容実効電流特性（ａ）と、各期間における閾値（ｂ）を示す図である。最小期間における実効電流の演算処理を示すフローチャートである。駆動電流低減制御（フェールセーフ処理）を示すフローチャートである。周辺温度によるＤＣサーボモータ及びモータ駆動回路の許容実効電流特性（ａ）と、周辺温度による各期間における閾値（ｂ）を示す図である。

符号の説明

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

Claims

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を可変とする可変動弁機構と、
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。
前記各期間に対応する閾値は、前記電動アクチュエータ及び該電動アクチュエータの駆動回路の少なくとも一方の周辺温度に応じて可変設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記制御部は、前記バルブ特性をそのときの状態に保持することによって前記電動アクチュエータの駆動電流を低減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記制御部は、前記バルブ特性をそのときの状態に保持した後、予め設定された所定の状態へと変更し、該所定の状態に保持することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記制御部は、前記バルブ特性を予め設定された所定の状態に保持することで前記電動アクチュエータの駆動電流を低減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記制御部は、前記アクチュエータの駆動電流を、０よりも大きく、かつ、前記複数の期間のうちの最大期間における閾値未満に制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。