CN1288501A - 用于电磁阀的控制装置 - Google Patents

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松本功
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服部宏之
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门胁美德
柳内昭宏
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Abstract

一种用于控制功能为内燃机的进气阀或排气阀的电磁阀的控制装置,其根据作用在阀件(40)上的压力来控制打开或关闭阀件所需的电磁力。具体地说,一种通过上部弹簧(104)和下部弹簧(106)的弹力与上部线圈(98)和下部线圈(100)的电磁力相互作用来打开或关闭阀件(40)的用于电磁阀(78)的控制装置,其中作用在阀件(40)上的压力被直接或间接地检测。当阀件从阀打开位置和阀关闭位置之一位移到另一位置时,可根据作用在阀件上的压力来控制向另一位置位移阀件(40)的电磁力的大小。

Description

用于电磁阀的控制装置
本发明一般涉及电磁阀控制装置，更具体地说，是涉及一种用于控制电磁阀的控制装置，该电磁阀的功能是位移内燃机的进气阀或排气阀之一。
如在日本公开专利申请No.7-335437中所公开的，一种常规的用于位移内燃机的进气阀或排气阀之一的电磁阀是公知的。进气阀或排气阀上设置有阀件，阀件可在阀打开位置和阀关闭位置之间位移，以便打开或关闭发动机气门与燃烧室之间的通路。电磁阀通过弹性部件的弹力和电磁阀的电磁力之间的相互作用控制阀件的移动。通过电控制电磁阀，可以把发动机气门和燃烧室之间的通路设定于打开状态和关闭状态。
但是，应当注意，发动机气缸的内部压力和发动机气门的压力被施加在进气阀或排气阀的阀件上。发动机气缸压力的作用是在阀关闭方向上向阀关闭位置位移阀件，发动机气门压力的作用是在相反方向上向阀打开位置位移阀件。由于发动机气缸压力和发动机气门压力在发动机工作时经常波动，从阀关闭位置到阀打开位置位移阀件所需的电磁力和从阀打开位置到阀关闭位置位移阀件所需的电磁力是大大变化的。
为了用较低的功耗适当地操作电磁阀，需要控制从阀关闭位置到阀打开位置位移阀件的电磁力，反之亦然，以便使之尽可能的小。即使在进气阀或排气阀的阀件上的发动机气缸压力和发动机气门压力波动的情况下，为了适当地操作电磁阀，使阀件工作可靠平滑，有必要根据作用在阀件上的发动机气缸/发动机气门的压力来适当调节在阀打开方向上或阀关闭方向上位移阀件的电磁力。
但是，在上述的电磁阀中，一点也没有考虑阀件压力对位移阀件的电磁力的影响。对于上述的电磁阀，在作用在阀件上的发动机气缸/发动机气门的压力波动很大时，很难用较低的功耗来适当地调节在阀关闭位置和阀打开位置之间位移阀件的电磁力。
本发明的一个目的是提供一种可消除上述问题的改进的电磁阀控制装置。
本发明的又一个目的是提供一种电磁阀控制装置，其可适当地把从阀打开位置和阀关闭位置之一到另一位置位移阀件的电磁力调节到一个基于作用在阀件上的压力的控制值。
为了实现上述的目的，本发明的一个优选实施例提供一种可控制电磁阀的电磁阀控制装置，该电磁阀通过弹性部件的弹力和电磁线圈的电磁力相互作用来在阀打开位置和阀关闭位置之间位移阀件，该电磁阀控制装置包括：压力检测装置，用于直接或间接地检测作用在阀件上的压力；以及电磁力调节装置，用于在从阀打开位置和阀关闭位置之一到另一位置位移阀件时把位移阀件到另一位置的电磁力的大小调节到一个基于作用在阀件上的压力的控制值。
在本发明的上述优选实施例的电磁阀控制装置中，从阀打开位置和阀关闭位置之一到另一位置位移阀件的电磁力可被适当调节到上述基于作用在阀件上的压力的控制值。即使在由于发动机工作条件发生变化而导致阀件压力改变时，电磁力也不会受到很大的影响。上述优选实施例的电磁阀控制装置可有效地把电磁力的大小适当调节到基于阀件压力上的控制值。上述优选实施例的电磁阀控制装置可提供位移阀件所需的至少可能的电磁力。可以用较低的功耗适当操作电磁阀，并且可使阀件工作可靠平滑。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其中压力检测装置包括用于检测内燃机气缸的内部压力的气缸压力检测装置，并且压力检测装置基于发动机气缸内部压力检测阀件压力。
在上述优选实施例的电磁阀控制装置中，基于发动机气缸内部压力检测阀件压力。本实施例的电磁阀控制装置可直接高精度地检测阀件压力。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其中压力检测装置还包括用于直接或间接检测发动机气门压力的气门压力检测装置，并且压力检测装置基于发动机气缸压力和发动机气门压力之间的不同检测阀件压力。
在上述优选实施例的电磁阀控制装置中，基于发动机气缸压力和发动机气门压力之间的不同检测阀件压力。本实施例的电磁阀控制装置可高精度地检测阀件压力。通过使用探测发动机气门压力的气门压力传感器可直接检测发动机气门压力，或者通过发动机速度与发动机气门压力之间的对应关系来间接地检测。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其中压力检测装置包括弹性部件应变检测装置，其用于检测当阀件位移开始后经过预定时间时的弹性部件的应变量，并且压力检测装置基于弹性部件的应变量检测阀件压力。
在上述优选实施例的电磁阀控制装置中，基于弹性部件的应变量检测阀件压力。可利用弹性部件的应变量和作用在阀件上的压力之间的相互关系来检测阀件压力，本实施例的电磁阀控制装置可高精度地检测阀件压力。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其中压力检测装置包括弹性部件长度检测装置，其用于检测当阀件位移开始后经过预定时间时的弹性部件的整个长度，并且压力检测装置基于弹性部件的整个长度检测阀件压力。
在上述优选实施例的电磁阀控制装置中，基于弹性部件的整个长度检测阀件压力。可利用弹性部件的整个长度和作用在阀件上的压力之间的相互关系来检测阀件压力，本实施例的电磁阀控制装置可高精度地检测阀件压力。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其中压力检测装置包括负荷检测装置，用于检测内燃机的负荷，并且压力检测装置基于发动机负荷检测阀件压力。
在上述优选实施例的电磁阀控制装置中，基于发动机负荷检测阀件压力。发动机负荷与发动机气缸压力相关。通过利用发动机负荷与发动机气缸压力之间的相互关系，本实施例的电磁阀控制装置可高精度地检测或估计阀件压力。可基于发动机进气管的真空压力、吸进发动机中的空气量和发动机节流阀的位置来检测发动机负荷。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其中压力检测装置还包括用于直接或间接检测发动机气门压力的气门压力检测装置，并且压力检测装置基于发动机负荷和发动机气门压力检测阀件压力。
在上述优选实施例的电磁阀控制装置中，基于发动机负荷和发动机气门压力检测阀件压力。本实施例的电磁阀控制装置可高精度地检测阀件压力。通过使用探测发动机气门压力的气门压力传感器可直接检测发动机气门压力，或者通过发动机速度与发动机气门压力之间的对应关系来间接地检测。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其还包括瞬变状态检测装置，用于检测发动机负荷瞬时变化发生的发动机的瞬变状态，其中电磁力调节装置在检测瞬变状态时把电磁力的大小调节到补偿发动机负荷变化的控制值。
即使在发动机的瞬变状态存在时，上述优选实施例的电磁阀控制装置也可有效地适当把电磁力的大小调节到一个基于阀件压力的控制值。当车辆操作者想突然加速或减速车辆时，将存在发动机负荷快速变化的发动机的瞬变状态。在该瞬变状态，发动机负荷可能在基于阀件压力对电磁力调节前快速变化。在该实施例的电磁阀控制装置中，当瞬变状态被检测时，电磁力的大小可被调节到用于补偿发动机负荷变化的一个控制值。
为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例提供电磁阀控制装置，其中压力检测装置包括高压状态检测装置，用于检测阀件压力大于预定压力的高压状态，其中电磁力调节装置在检测高压状态时把位移阀件到另一位置的电磁力的大小调节到基于预定高压的控制值。
在上述优选实施例的电磁阀控制装置中，当高压状态被检测时，位移阀件到另一位置的电磁力的大小被调节到一个基于预定高压的控制值。在内燃机开始工作时，很高的压力可能作用在阀件上。即使高压状态存在，本实施例的电磁阀控制装置也可使阀件可靠平滑地工作。
本发明的其它目的、特征和优点将在下面结合附图的详细描述中变得更加清楚。
图1是示出采用一个优选实施例的电磁阀控制装置的内燃机的示意图；
图2是在图1的内燃机中设置的电子元件的方框图；
图3是在图1的内燃机中设置的电磁阀的横剖面图；
图4是用于说明本发明的电磁阀控制装置的第一优选实施例进行的控制过程的第一部分的流程图；
图5是用于说明电磁阀控制装置的第一优选实施例进行的控制过程的第二部分的流程图；
图6是用于说明电磁阀控制装置的第一优选实施例进行的控制过程的第三部分的流程图；
图7是用于说明电磁阀控制装置的第一优选实施例进行的控制过程的第四部分的流程图；
图8是用于说明表示发动机速度和估计的阀件压力之间的关系的映射的曲线图，具有不同的发动机负荷参数值；
图9是用于说明由本发明的电磁阀控制装置的第二优选实施例进行的控制过程的一个主要部分的流程图；
图10是用于说明具有不同的实际进气阀压力参数值的进气阀的位移随时间变化的时序图；
图11是用于说明表示实际进气阀压力和弹性部件应变之间的关系的映射的曲线图
图12是用于说明本发明的电磁阀控制装置的第三优选实施例进行的控制过程的第一部分的流程图；
图13是用于说明电磁阀控制装置的第三优选实施例进行的控制过程的第二部分的流程图；
图14是用于说明由本发明的电磁阀控制装置的第四优选实施例使用的排气阀升程的变化和排气阀启动电流变化的时序图；
图15是用于说明曲柄转角和气缸压力之间的关系、曲柄转角和排气阀升程之间的关系以及曲柄转角和进气阀升程之间的关系的曲线图；
图16是用于说明电磁阀控制装置的第四优选实施例进行的控制过程的流程图；
图17是用于说明由电磁阀控制装置的第四优选实施例使用的一个映射的曲线图；
图18是用于说明由电磁阀控制装置的第四优选实施例使用的另一个映射的曲线图；
图19是用于说明本发明的电磁阀控制装置的第五优选实施例进行的控制过程的流程图；
图20是用于说明由电磁阀控制装置的第五优选实施例使用的一个映射的曲线图；
图21是用于说明由电磁阀控制装置的第五优选实施例使用的另一个映射的曲线图；
图22是用于说明本发明的电磁阀控制装置的第六优选实施例进行的控制过程的流程图；
图23是用于说明由电磁阀控制装置的第六优选实施例使用的一个映射的曲线图；
图24是用于说明由电磁阀控制装置的第六优选实施例使用的另一个映射的曲线图。
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。
图1示出了一个采用本发明的电磁阀控制装置的优选实施例的内燃机10。
内燃机10上设置有进气口12。空气滤清器14设置在进气口12的内侧。进气口温度传感器16设置在进气口12的附近。进气口温度传感器16输出表示由发动机10吸入的空气温度的电信号。
节流阀体18与进气口12相连。稳压箱(serge tank)20通过节流阀体18连接到进气口12。节流阀22设置在节流阀体18的内部。节流传感器24和怠速开关26固定在节流阀体18上。节流传感器24输出表示节流阀22的阀打开位置的电信号。当节流阀22设定在完全关闭位置时，怠速开关26输出一个接通(ON)信号。
进气压力传感器27设置在稳压箱20中。进气压力传感器27输出表示稳压箱20的内部空气压力的电信号。发动机的每个气缸的进气门28与稳压箱20相连。流入稳压箱20的空气通过每个气缸的进气门被提供给发动机10。
此外，内燃机10上设置有油箱30。在油箱30中设置有油泵32。油箱30中的燃料在油泵32的压力下通过油管34输送。油管34与喷油阀36相连。喷油阀36固定在发动机的每个气缸的进气门28上。当喷油阀36设定在阀打开位置时，通过油管34输送的燃料由喷油阀36喷射入进气门28。进气门压力传感器38固定在进气门28上。进气门压力传感器38输出表示进气门28内的可燃混合气的压力的电信号。
此外，内燃机10上设置有气缸体42。燃烧室44形成在气缸体42的内部。燃烧室44通过油管进气阀40与进气门28相连。进气阀40包括一个可在阀打开位置和阀关闭位置之间位移的阀件，以便打开或关闭进气门28和燃烧室44之间的通路。
此外，内燃机10上设置有一个活塞46。曲轴48与活塞46相连。当活塞46在气缸42中上下移动时，曲轴48可通过活塞46围绕其中心轴旋转。曲柄转角传感器50固定在曲轴48上。每当曲轴48围绕其中心轴旋转给定的旋转角时，曲柄转角传感器50输出一个脉冲信号。
火花塞52固定在燃烧室44上。进入燃烧室44中的可燃混合气由火花塞52点燃。气缸压力传感器54固定在燃烧室44上。气缸压力传感器54输出表示燃烧室44内部压力的电信号。
冷却水通路56设置在气缸体42中，使得燃烧室44由冷却水通路56环绕。水温传感器58固定在冷却水通路56上。水温传感器58输出表示引入冷却水通路56中的冷却水的温度的电信号。
排气歧管62设置在燃烧室44中。燃烧室44通过排气阀60与排气歧管62相连。排气门66形成在排气歧管62中。类似于进气阀40，排气阀60包括一个可在阀打开位置和阀关闭位置之间位移的阀件，以便打开或关闭排气门66和燃烧室44之间的通路。
排气门压力传感器64固定在排气歧管62上。排气门压力传感器64输出表示排气歧管中的废气的压力的电信号。此外，一个氧气传感器68固定在排气歧管62上。氧气传感器68输出表示通过排气歧管62输送的废气中的氧气含量的电信号。此外，催化式排气净化器70设置在排气歧管62的下游部分中。催化式排气净化器70用于净化由发动机10排出到排气歧管62中的废气。净化后的废气由催化式排气净化器70排出到排气口72，从排气口72排出到大气中。
图2示出了内燃机10设置的电子元件。
内燃机10上设置有发动机电子控制单元(ECU)74。上述发动机10的电子元件，包括进气口温度传感器16、节流传感器24、怠速开关26、进气压力传感器27、进气门压力传感器38、曲柄转角传感器50、气缸压力传感器54、水温传感器58、排气门压力传感器64、以及氧气传感器68，都与发动机ECU 74的输入相连。此外，车辆速度传感器76与发动机ECU 74的输入相连。车辆速度传感器76输出表示载有发动机10的汽车的行驶速度。
发动机ECU 74是由微型计算机组成的。发动机ECU 74基于由上述的传感器输出的信号检测控制内燃机10所需的各种参数。此外，喷油阀36与发动机ECU 74的输出相连。电磁阀78和80与发动机ECU 74的输出相连。发动机ECU 74根据基于上述的传感器输出信号已经检测的参数控制喷油阀36和电磁阀78和80。
图3是在内燃机10中设置的电磁阀78的横剖面图。
电磁阀78的功能是在阀打开位置和阀关闭位置之间位移进气阀40的阀件，以便打开或关闭进气门28和燃烧室44之间的通路。在本实施例中，电磁阀78和80的结构和功能类似，只是电磁阀78位移进气阀40的阀件，而电磁阀80位移排气阀60的阀件。下面将描述电磁阀78的结构和功能，将省略对电磁阀80的结构和功能的描述。
电磁阀78与进气阀40的上述阀件相连。进气阀40的阀件是一个设置在气缸盖82中的部件。如图3中所示，阀件的底端暴露给内燃机10的燃烧室44。进气门28设置在气缸盖82中。阀座86在进气门28的底端处形成在气缸盖82上，进气阀40的阀件可与阀座86接触。当进气阀40的阀件靠在阀座86上时，进气门28和燃烧室44之间的通路被进气阀40的阀件封闭。当进气阀40的阀件离开阀座86时，进气门28和燃烧室44之间的通路被进气阀40的阀件打开。
阀轴88固定在进气阀40的阀件上。阀轴88由阀导套90夹持，使得阀轴88可沿阀导套90的内壁轴向移动。电枢92固定在阀轴88的上部。电枢92是一个由比如软磁材料制成的环状部件。上部铁心94设置在电磁阀78中，在电枢92之上的位置上。下部铁心96设置在电磁阀78中，在电枢92之下的位置上。上部铁心94和下部铁心96都由磁性材料制成。上部电磁线圈98固定在上部铁心94上。下部电磁线圈100固定在下部铁心96上。外圆柱体102设置在上部铁心94和下部铁心96的外周表面上。外圆柱体102固定上部铁心94和下部铁心96，使得上部铁心94和下部铁心96彼此沿阀轴88隔开给定的距离，并且保持上部铁心94和下部铁心96之间的距离不变。
此外，在电磁阀78中，阀轴88由上部弹簧104和下部弹簧106弹性支撑。上部弹簧104和下部弹簧106的弹力在阀轴88的相反方向上被施加在阀轴88上。可调节上部弹簧104和下部弹簧106的弹力，使得电枢92的中性位置与上部铁心94和下部铁心96之间的中间位置一致。
发动机ECU 74的输出端与上部线圈98和下部线圈100相连。发动机ECU 74控制提供给每个上部线圈98和下部线圈100的激励电流，通过使用上部线圈98和下部线圈100的电磁力可适当地在阀打开位置和阀关闭位置之间位移进气阀40的阀件。
当激励电流不提供给上部线圈98和下部线圈100时，电枢92保持在中性位置。由于电枢92保持在中性位置，如果开始向下部线圈100供给激励电流，则下部线圈100产生向下的朝向下部铁心96的吸引电枢92的电磁力。该电磁力施加在电枢92上，进气阀40的阀件随着电枢92的运动向阀打开位置位移。
由于电枢92设定在相应于阀打开位置的下端位置，如果终止向下部线圈100提供激励电流，则电枢92开始靠下部弹簧106的弹力位移到相应于阀关闭位置的上端位置。在电枢92到达特定的中间位置时开始向上部线圈98提供激励电流，则电枢92可位移到上端位置。
相类似，上述的操作后，终止向上部线圈98提供激励电流，在合适的时间再次向下部线圈100提供激励电流。电枢92可从上端位置位移到下端位置，进气阀40的阀件可随着电枢92的运动从阀打开位置位移到阀关闭位置。
在本实施例中，利用了发动机ECU 74和电磁阀78，能以交替的方式控制对上部线圈98的激励电流的供给和对下部线圈100的激励电流的供给。因此，通过使用上部线圈98和下部线圈100的电磁力可适当地在阀打开位置和阀关闭位置之间位移进气阀40的阀件。
但是，当进气阀40的阀件在阀打开位置和阀关闭位置之间位移时，燃烧室44的内部压力(被称为发动机气缸压力)和进气门28的压力(被称为发动机气门压力)在相互相反的方向上作用在进气阀40的阀件上。为此，当发动机气缸压力高于发动机气门压力时，把进气阀设定在阀打开位置所需的电磁力将增加，当发动机气缸压力低于发动机气门压力时，所需的电磁力将减小。
相类似，当发动机气缸压力高于发动机气门压力时，把进气阀设定在阀关闭位置所需的电磁力将减小，当发动机气缸压力低于发动机气门压力时，所需的电磁力将增加。因此，为了低功耗地正常操作电磁阀，不管作用在进气阀40阀件上的发动机气缸压力和发动机气门压力如何，需要根据作用在进气阀40的阀件上的压力(包括发动机气缸压力和发动机气门压力)适当地调节或改变提供给每个上部线圈98和下部线圈100的激励电流。
(把进气阀40设定在阀打开位置或阀关闭位置所需的)电磁力之间的上述关系、发动机气缸压力和发动机气门压力也适用于排气阀60的情况。类似于进气阀40，当排气阀60在阀打开位置和阀关闭位置之间位移时，发动机气缸压力和排气门66的压力(被称为发动机气门压力)在相互相反的方向上作用在排气阀60的阀件上。
与排气阀60相关的上述排气阀压力高于与进气阀40相关的进气阀压力。把排气阀60设定在阀打开位置或阀关闭位置所需的电磁力大于把进气阀40设定在阀打开位置或阀关闭位置所需的电磁力。
在本实施例中，发动机ECU 74基于气缸压力传感器54的输出信号和进气门压力传感器38的输出信号检测作用在进气阀40的阀件上的进气阀压力(Xi)。发动机ECU 74基于气缸压力传感器54的输出信号和排气门压力传感器64的输出信号检测作用在排气阀60的阀件上的排气阀压力(Xe)。
此外，在本实施例中，发动机ECU 74把提供给电磁阀78和80的上部线圈98和下部线圈100的激励电流的大小调节到一个基于检测的压力(Xi)和检测的压力(Xe)的控制值。该激励电流的控制值可使电磁阀78和80的上部线圈98或下部线圈100产生最小可能的在阀打开位置和阀关闭位置之间位移进气阀40或排气阀60所需的电磁力。
因此，本实施例的电磁阀控制装置可把电磁力的大小调节到基于阀件压力的控制值，并且，本实施例的电磁阀控制装置可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
接着，将参考图4至图8描述本发明的电磁阀控制装置的第一优选
实施例。
图4至图8示出了电磁阀控制装置的第一优选实施例的发动机ECU74进行的控制过程。
图4示出了电磁阀控制装置的第一优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程的第一部分。在该控制过程的开始，发动机ECU 74进行图4的流程中的步骤110。
步骤110确定将进气阀40设定在阀打开位置的进气阀打开请求是否发生。如果步骤110的结果是肯定的，发动机ECU 74的控制转到下一个步骤112。
步骤112基于各种传感器的输出信号检测进气阀40的阀件上的一个估计的阀件压力“Pvoi”。在步骤112中检测的该估计的阀件压力“Pvoi”被存储在发动机ECU 74的存储器中。该估计的阀件压力“Pvoi”对应于当把进气阀40设定在阀打开位置时作用在进气阀40的阀件上的压力。
图8示出了表示具有不同的发动机负荷(Q)的参数值的发动机速度(NE)和估计的阀件压力“Pvoi”之间的关系的一个映射。图8中示出的该映射预先存储在发动机ECU 74的存储器中。在上述步骤112中的发动机ECU 74通过访问图8中示出的映射检测估计的阀件压力“Pvoi”。
步骤114读出下部线圈供给电流“Ioi”该电流被限定为当把进气阀40设定在阀打开位置时提供给下部线圈100的激励电流。
步骤116基于气缸压力传感器54的输出信号检测相对于燃烧室44的发动机气缸压力“Pgoi”。
步骤118基于进气门压力传感器36的输出信号检测相对于进气门28的发动机气门压力“Ppoi”。
步骤120基于步骤116中检测的发动机气缸压力“Pgoi”和步骤118中检测的发动机气门压力“Ppoi”计算实际阀件压力“Xoi”(＝“Pgoi”-“Ppoi”)。
步骤122确定实际阀件压力“Xoi”是否小于估计的阀件压力“Pvoi”。如果步骤112的结果是肯定的(“Xoi”＜“Pvoi”)，则确定在与阀打开方向相反的阀关闭方向上作用在进气阀40的阀件上的实际发动机气缸/气门压力小于估计的阀件压力，把进气阀40的阀件位移到阀打开位置的电磁力的大小将减小，功耗降低。在这种情况下，发动机ECU 74的控制将转到步骤124。
另一方面，如果步骤112的结果是否定的(“Xoi”＞“Pvoi”)，则确定作用在进气阀40的阀件上的实际发动机气缸/气门压力大于估计的阀件压力，把进气阀40的阀件位移到阀打开位置的电磁力的大小将增加，使进气阀工作可靠平滑。在这种情况下，发动机ECU 74的控制将转到步骤126。
步骤124基于压力“Xoi”和压力“Pvoi”之间的差值减小提供给下部线圈100的激励电流的量。减小了的激励电流的量被提供给电磁阀78的下部线圈100，向下部铁心96吸引电枢92(或进气阀40的阀件)的电磁力的大小将减小。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地用较低的功耗正常操作电磁阀78。进行步骤124后，控制过程的当前循环结束。
步骤126基于压力“Xoi”和压力“Pvoi”之间的差值增加提供给下部线圈100的激励电流的量。增加了的激励电流的量被提供给电磁阀78的下部线圈100，向下部铁心96吸引电枢92的电磁力的大小将反抗变大的阀件压力增加。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地正常操作电磁阀78，使阀件工作可靠平滑。进行步骤126后，控制过程的当前循环结束。
图5示出了电磁阀控制装置的第一优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程的第二部分。当图4的流程图中的步骤110的结果是否定时，由发动机ECU 74进行图5的流程图中的步骤128。
步骤128确定将进气阀40设定在阀关闭位置的进气阀关闭请求是否发生。如果步骤128的结果是肯定的，发动机ECU 74的控制转到下一个步骤130。
步骤130基于各种传感器的输出信号检测进气阀40的阀件上的一个估计的阀件压力“Pvci”。在步骤130中检测的该估计的阀件压力“Pvci”被存储在发动机ECU 74的存储器中。该估计的阀件压力“Pvci”对应于当把进气阀40设定在阀关闭位置时作用在进气阀40的阀件上的压力。
类似于图8中示出的映射的一个映射被预先存储在发动机ECU 74的存储器中。在步骤130中发动机ECU 74通过访问该映射检测估计的阀件压力“Pvci”。
步骤132读出上部线圈供给电流“Ici”，该电流被限定为当把进气阀40设定在阀关闭位置时提供给上部线圈98的激励电流。
步骤134基于进气门气缸压力传感器54的输出信号检测相对于燃烧室44的发动机气缸压力“Pgci”。
步骤136基于进气门压力传感器38的输出信号检测相对于进气门28的发动机气门压力“Ppci”。
步骤138基于步骤134中检测的发动机气缸压力“Pgci”和步骤136中检测的发动机气门压力“Ppci”计算实际阀件压力“Xci”(＝“Pgci”-“Ppci”)。
步骤140确定实际阀件压力“Xci”是否小于估计的阀件压力“Pvci”。如果步骤140的结果是肯定的(“Xci”＜“Pvci”)，则确定在与阀打开方向相反的阀关闭方向上作用在进气阀40的阀件上的实际发动机气缸/气门压力小于估计的阀件压力，把进气阀40的阀件位移到阀关闭位置的电磁力的大小将增加，使进气阀工作可靠平滑。在这种情况下，发动机ECU 74的控制将转到步骤142。
另一方面，如果步骤140的结果是否定的(“Xci”＞“Pvci”)，则确定作用在进气阀40的阀件上的实际发动机气缸/气门压力大于估计的阀件压力，把进气阀40的阀件位移到阀关闭位置的电磁力的大小将减小，功耗降低。在这种情况下，发动机ECU 74的控制将转到步骤144。
步骤142基于压力“Xci”和压力“Pvci”之间的差值增加提供给上部线圈98的激励电流的量。增加了的激励电流的量被提供给电磁阀78的上部线圈98，向上部铁心94吸引电枢92(或进气阀40的阀件)的电磁力的大小将增加。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地正常操作电磁阀78，使阀件工作可靠平滑。进行步骤142后，控制过程的当前循环结束。
步骤144基于压力“Xci”和压力“Pvci”之间的差值减小提供给上部线圈98的激励电流的量。减小了的激励电流的量被提供给电磁阀78的上部线圈98，向上部铁心94吸引电枢92的电磁力的大小将减小。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地用较低的功耗正常操作电磁阀78。进行步骤144后，控制过程的当前循环结束。
图6示出了电磁阀控制装置的第一优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程的第三部分。当图5的流程图中的步骤128的结果是否定时，由发动机ECU 74进行图6的流程图中的步骤146。
步骤146确定将排气阀60设定在阀打开位置的排气阀打开请求是否发生。如果步骤146的结果是肯定的，发动机ECU 74的控制转到下一个步骤148。
步骤148基于各种传感器的输出信号检测排气阀60的阀件上的一个估计的阀件压力“Pvoe”。在步骤148中检测的该估计的阀件压力“Pvoe”被存储在发动机ECU 74的存储器中。该估计的阀件压力“Pvoe”对应于当把排气阀60设定在阀打开位置时作用在排气阀60的阀件上的压力。
类似于图8中示出的映射的一个映射被预先存储在发动机ECU 74的存储器中。在步骤148中发动机ECU 74通过访问该映射检测估计的阀件压力“Pvoe”。
步骤150读出下部线圈供给电流“Ioe”，该电流被限定为当把排气阀60设定在阀打开位置时提供给下部线圈100的激励电流。
步骤152基于气缸压力传感器54的输出信号检测相对于燃烧室44的发动机气缸压力“Pgoe”。
步骤154基于排气门压力传感器64的输出信号检测相对于排气门66的发动机气门压力“Ppoe”。
步骤156基于步骤152中检测的发动机气缸压力“Pgoe”和步骤154中检测的发动机气门压力“Ppoe”计算实际阀件压力“Xoe”(＝“Pgoe”-“Ppoe”)。
步骤158确定实际阀件压力“Xoe”是否小于估计的阀件压力“Pvoe”。如果步骤158的结果是肯定的(“Xoe”＜“Pvoe”)，则确定在与阀打开方向相反的阀关闭方向上作用在排气阀60的阀件上的实际发动机气缸/气门压力小于估计的阀件压力，把排气阀60的阀件位移到阀打开位置的电磁力的大小将减小，功耗降低。在这种情况下，发动机ECU74的控制将转到步骤160。
另一方面，如果步骤158的结果是否定的(“Xoe”＞“Pvoe”)，则确定作用在排气阀60的阀件上的实际发动机气缸/气门压力大于估计的阀件压力，把排气阀60的阀件位移到阀打开位置的电磁力的大小将增加，使进气阀工作可靠平滑。在这种情况下，发动机ECU 74的控制将转到步骤162。
步骤160基于压力“Xoe”和压力“Pvoe”之间的差值减小提供给下部线圈100的激励电流的量。减小了的激励电流的量被提供给电磁阀80的下部线圈100，向下部铁心96吸引电枢92(或排气阀60的阀件)的电磁力的大小将减小。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地用较低的功耗正常操作电磁阀80。进行步骤160后，控制过程的当前循环结束。
步骤162基于压力“Xoe”和压力“Pvoe”之间的差值增加提供给下部线圈100的激励电流的量。增加了的激励电流的量被提供给电磁阀80的下部线圈100，向下部铁心96吸引电枢92的电磁力的大小增加。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地正常操作电磁阀80，使阀件工作可靠平滑。进行步骤162后，控制过程的当前循环结束。
图7示出了电磁阀控制装置的第一优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程的第四部分。当图6的流程图中的步骤146的结果是否定时，由发动机ECU 74进行图7的流程图中的步骤164。
步骤164确定将排气阀60设定在阀关闭位置的排气阀关闭请求是否发生。如果步骤164的结果是肯定的，发动机ECU 74的控制转到下一个步骤166。
步骤166基于各种传感器的输出信号检测排气阀60的阀件上的一个估计的阀件压力“Pvce”。在步骤166中检测的该估计的阀件压力“Pvce”被存储在发动机ECU 74的存储器中。该估计的阀件压力“Pvce”对应于当把排气阀60设定在阀关闭位置时作用在排气阀60的阀件上的压力。
类似于图8中示出的映射的一个映射被预先存储在发动机ECU 74的存储器中。在步骤166中发动机ECU 74通过访问该映射检测估计的阀件压力“Pvce”。
步骤168读出上部线圈供给电流“Ice”，该电流被限定为当把排气阀60设定在阀关闭位置时提供给上部线圈98的激励电流。
步骤170基于进气门气缸压力传感器54的输出信号检测相对于燃烧室44的发动机气缸压力“Pgce”。
步骤172基于排气门压力传感器64的输出信号检测相对于排气门66的发动机气门压力“Ppce”。
步骤174基于步骤170中检测的发动机气缸压力“Pgce”和步骤172中检测的发动机气门压力“Ppce”计算实际阀件压力“Xce”(＝“Pgce”-“Ppce”)。
步骤176确定实际阀件压力“Xce”是否小于估计的阀件压力“Pvce”。如果步骤176的结果是肯定的(“Xce”＜“Pvce”)，则确定在与阀打开方向相反的阀关闭方向上作用在排气阀60的阀件上的实际发动机气缸/气门压力小于估计的阀件压力，把排气阀60的阀件位移到阀关闭位置的电磁力的大小将增加，使排气阀工作可靠平滑。在这种情况下，发动机ECU 74的控制将转到步骤178。
另一方面，如果步骤176的结果是否定的(“Xce”＞“Pvce”)，则确定作用在排气阀60的阀件上的实际发动机气缸/气门压力大于估计的阀件压力，把排气阀60的阀件位移到阀关闭位置的电磁力的大小将减小，功耗降低。在这种情况下，发动机ECU 74的控制将转到步骤180。
步骤178基于压力“Xce”和压力“Pvce”之间的差值增加提供给上部线圈98的激励电流的量。增加了的激励电流的量被提供给电磁阀80的上部线圈98，向上部铁心94吸引电枢92(或排气阀60的阀件)的电磁力的大小将增加。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地正常操作电磁阀80，使阀件工作可靠平滑。进行步骤178后，控制过程的当前循环结束。
步骤180基于压力“Xce”和压力“Pvce”之间的差值减小提供给电磁阀80的上部线圈98的激励电流的量。减小了的激励电流的量被提供给电磁阀80的上部线圈98，向上部铁心94吸引电枢92的电磁力的大小将减小。如上所述，本实施例的电磁阀控制装置可有效地用较低的功耗正常操作电磁阀80。进行步骤180后，控制过程的当前循环结束。
按照上述的控制过程，本实施例的电磁阀控制装置可把提供给电磁阀78和80的上部线圈98和下部线圈100的激励电流的量调节到一个基于检测的压力(Xi)和检测的压力(Xe)之间的差值的控制值。该激励电流的控制值可使电磁阀78和80的上部线圈98或下部线圈100产生最小可能的在阀打开位置和阀关闭位置之间位移进气阀40或排气阀60所需的电磁力。
因此，本实施例的电磁阀控制装置可把电磁力的大小调节到基于阀件压力的控制值，并且，本实施例的电磁阀控制装置可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
在上述的实施例中，上部弹簧104和下部弹簧106对应于权利要求1中所描述的弹性部件。具有上部线圈98的上部铁心94和具有下部线圈100的下部铁心96对应于权利要求1中的电磁线圈。由发动机ECU 74进行的步骤116-120、134-138、152-156和170-174对应于权利要求1中描述的压力检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤122-126、140-144、158-162和176-180对应于权利要求1中描述的电磁力调节装置。
此外，在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤116、134、152和170对应于权利要求2中描述的气缸压力检测装置。由发动机ECU74进行的步骤118、136、154和172对应于权利要求3中描述的气门压力检测装置。
接着，将参考图9至图11描述本发明的电磁阀控制装置的第二优选实施例。在本实施例中，在图1所示的内燃机中的发动机ECU 74进行图9所示的控制过程，代替图4至图7所示的控制过程。
图9示出了由电磁阀控制装置的第二优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程。每当控制过程结束时，从头重复进行图9所示的控制过程。在图9中，基本上与图4中的相应步骤相同的步骤由相同的标号表示，将简化或省略对它们的描述。
在该控制过程的开始，发动机ECU 74进行图9的流程图中的步骤110。步骤110确定将进气阀40设定在阀打开位置的进气阀打开请求是否发生。如果步骤110的结果是肯定的，发动机ECU 74的控制转到下一个步骤182。
步骤182确定从进气阀打开请求发生起经过的时间“t”是否超过预定的时间“t0”。重复步骤182直到步骤182的结果是肯定的。当预定时间经过后(≥t0)，发动机ECU 74的控制转到步骤112。
步骤112基于各种传感器的输出信号检测进气阀40的阀件上的一个估计的阀件压力“Pvoi”。步骤114读出下部线圈供给电流“Ioi”，该电流被限定为当把进气阀40设定在阀打开位置时提供给下部线圈100的激励电流。进行步骤112和114后，由发动机ECU 74进行下一个步骤184。
步骤184基于固定在下部弹簧106上的应变测量仪等的输出信号检测下部弹簧106的应变量。
步骤186基于在步骤184中检测的下部弹簧106应变量计算作用在进气阀40的阀件上的实际阀件压力“Xoi”。
图10示出了具有不同的实际进气阀启动压力Xoi的进气阀40的位移随时间变化的情况。
如图10中所示，当从进气阀打开请求发生起经过预定的时间(图10中表示的时间t0)时，从阀打开位置起的进气阀40的位移将随着进气阀启动压力Xoi的变大而增加。下部弹簧106的应变量将随着从阀打开位置起的进气阀40的位移变大而减小。因此，下部弹簧106的应变量将随着进气阀启动压力Xoi的变大而减小。
图11示出了相对于进气阀40的进气阀启动压力Xoi和相对于下部弹簧106的弹性部件应变之间的关系的映射。图11中示出的该映射被预先存储在发动机ECU 74的存储器中。在上述步骤186中，发动机ECU74通过访问图11中示出的映射从检测的下部弹簧106的应变量计算实际阀件压力“Xoi”。
进行步骤186后，由发动机ECU 74进行接着的步骤122、124和126。
当进气阀打开请求发生时，进行上述的控制步骤。类似于第一优选实施例，在本实施例中，对于进气阀关闭请求、排气阀打开请求和排气阀关闭请求发生的情况分别进行基本上与图5、图6和图7中所示的控制步骤相同的控制步骤。
按照上述的控制过程，基于上部弹簧104或下部弹簧106的应变量检测排气阀60或进气阀40上的实际阀件压力。本实施例的电磁阀控制装置可把提供给电磁阀78和80的上部线圈98和下部线圈100的激励电流的量调节到一个基于阀件压力的控制值。该激励电流的控制值可使电磁阀78和80的上部线圈98或下部线圈100产生最小可能的在阀打开位置和阀关闭位置之间位移进气阀40或排气阀60所需的电磁力。
因此，本实施例的电磁阀控制装置可把电磁力的大小调节到基于阀件压力的控制值，并且，本实施例的电磁阀控制装置可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤182和184对应于权利要求4中描述的弹性部件应变检测装置。
在上述的实施例中，从上部弹簧104或下部弹簧106的应变量检测排气阀60或进气阀40上的实际阀件压力。另外，通过检测上部弹簧104或下部弹簧106的整个长度可检测实际阀件压力。在该变型中，使用合适的安装在弹性部件(上部弹簧104或下部弹簧106)上的传感装置，发动机ECU 74基于在阀件位移开始(即，相对于排气阀60或进气阀40的阀打开/关闭请求发生)后经过预定时间时传感装置的输出信号检测弹性部件的整个长度。发动机ECU 74基于检测的弹性部件的整个长度检测排气阀60或进气阀40上的实际阀件压力。在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的弹性部件的整个长度的检测对应于权利要求5中描述的弹性部件长度检测装置。
接着，将参考图12至图13描述本发明的电磁阀控制装置的第三优选实施例。在本实施例中，在图1所示的内燃机中的发动机ECU 74进行图12和图13所示的控制过程，代替图4至图7所示的控制过程。
图12和图13示出了由电磁阀控制装置的第三优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程。每当控制过程结束时，从头重复进行图12和图13所示的控制过程。在图12和图13中，基本上与图4中的相应步骤相同的步骤由相同的标号表示，将简化或省略对它们的描述。
在该控制过程的开始，发动机ECU 74进行图12的流程图中的步骤110。步骤110确定将进气阀40设定在阀打开位置的进气阀打开请求是否发生。如果步骤110的结果是肯定的，发动机ECU 74的控制转到步骤112-116。进行步骤112-116后，发动机ECU 74将进行下一个步骤194。
步骤194计算燃烧室44的发动机气缸压力“Pgoi”关于时间的积分。
步骤196确定进气阀40是否处于阀打开位置。如果步骤196的结果是否定的，进气阀40没有处于阀打开位置，而是处于阀打开位置和阀关闭位置之间的中间位置。在这种情况下，发动机ECU 74的控制转到上述的步骤116。另一方面，当步骤196的步骤是肯定时，由发动机ECU 74进行下一个步骤198。
步骤198通过在从进气阀打开请求发生的时间到进气阀40达到阀打开位置的时间的周期上对发动机气缸压力“Pgoi”进行积分的值确定(作用在进气阀40上的)阀件压力“Xoi”。在步骤198中确定的阀件压力“Xoi”被存储在发动机ECU 74的存储器中，作为与当前发动机速度“NE”和当前发动机负荷“Q”相关的压力Xoi(NE，Q)。
步骤200使计数器CNT(NE，Q)累加。计数器CNT(NE，Q)用来对在发动机的工作状态下发生的进气阀打开请求的数目进行计数，该发动机的工作状态由当前的发动机速度“NE”和当前的发动机负荷“Q”限定。
步骤202确定在步骤198中获得的阀件压力Xoi(NE，Q)是否大于或等于已经在当前的控制过程的循环之前获得的最大的阀件压力Max{Xoi(NE，Q)}。当步骤202的结果是肯定时(Xoi(NE，Q)≥Max{Xoi(NE，Q)})，进行随后的步骤204。另一方面，当步骤202的结果是否定时，不进行随后的步骤204，而进行步骤206。
步骤204通过设定在当前的循环中在步骤198中获得的阀件压力Xoi(NE，Q)确定新的最大阀件压力Max{Xoi(NE，Q)}。通过进行步骤204，发动机ECU 74逐步把作用在进气阀40的阀件上的最大阀件压力Max{Xoi(NE，Q)}更新为新的值。
步骤206确定在步骤200中增大了的计数器CNT(NE，Q)的值是否大于或等于预定的数目“n0”。当步骤206的结果为肯定时(CNT(NE，Q)≥n0)，进行随后的步骤208和210，另一方面，当步骤206的结果为否定时，进行步骤122，不进行随后的步骤208和210。
步骤208通过使用最大阀件压力Max{Xoi(NE，Q)}确定估计的阀件压力“Pvoi(NE，Q)”。假设通过最大阀件压力Max{Xoi(NE，Q)}确定的估计的阀件压力“Pvoi(NE，Q)”实际作用在进气阀40的阀件上，该最大阀件压力Max{Xoi(NE，Q)}是在由发动机速度“NE”和发动机负荷“Q”限定的同样的发动机状态下在进气阀打开请求发生n0次的周期内被检测的。通过进行步骤208，发动机ECU 74把估计的阀件压力“Pvoi”更新为合适的值。
步骤210使计数器CNT(NE，Q)的值复位为零。进行步骤210后，进行随后的步骤122、124和126，然后，结束控制过程的当前循环。
在上述的控制过程中，当在步骤208中确定估计的阀件压力“Pvoi(NE，Q)”时，估计的阀件压力“Pvoi(NE，Q)”被作为已知值(learningvalue)存储。在步骤208中确定的估计的阀件压力“Pvoi(NE，Q)”被作为阈值使用，在进行步骤122时，其与实际阀件压力“Xoi(NE，Q)”进行比较。
按照上述的控制步骤，基于实际阀件压力“Xoi(NE，Q)”与估计的阀件压力“Pvoi(NE，Q)”之间的比较对提供给上部线圈98或下部线圈100的激励电流进行调节。上述的控制过程很难受到各个发动机产品之间的不同的影响，本实施例的电磁阀控制装置可把电磁力的大小调节到基于阀件压力的控制值，并且，本实施例的电磁阀控制装置可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
类似于第一优选实施例，在本实施例中，对于进气阀关闭请求、排气阀打开请求和排气阀关闭请求发生的情况分别进行基本上与图5、图6和图7中所示的控制步骤相同的控制步骤。这些用于各种情况的控制步骤基本上与图12和图13中示出的相应的控制步骤相同，将省略对它们的描述。
在上述的第一至第三优选实施例中，基于(作用在进气阀40或排气阀60上的)实际阀件压力与估计的阀件压力之间的不同，使提供给上部线圈98或下部线圈100的激励电流的量增加或减小。但是，本发明并不限于这些优选实施例。可以进行一些不脱离本发明的范围的变化。
在一个变化的实施例中，把提供给上部线圈98或下部线圈100的激励电流的量预先设定在可使进气阀40或排气阀60的阀件工作可靠平滑的一个参考量。仅在进气阀40或排气阀60容易设定在阀打开位置或阀关闭位置时，基于实际阀件压力从参考量减小激励电流的量。此外，在另一个变化的实施例中，把激励电流的量预先设定在一个较小的参考量。仅在进气阀40或排气阀60的状态很难设定在阀打开位置或阀关闭位置时，基于实际阀件压力从较小的参考量增加激励电流的量。
接着，将参考图1至图3和图14至图18描述本发明的电磁阀控制装置的第四优选实施例。在本实施例中，在图1所示的内燃机中的发动机ECU 74进行图16所示的控制过程。
图14示出了从阀关闭位置到阀打开位置的排气阀升程相对于排气阀60的变化(由图14中的(A)表示变化)和提供给电磁阀80的下部线圈100的排气阀启动电流相对于排气阀60的变化(由图14中的(B)表示变化)，其由电磁阀控制装置的第四优选实施例使用。
如图14中的(B)所示，将被提供给下部线圈100的激励电流从“零”电流升高到断开周期(off period)“t1”末端的吸引电流“I1”，该断开周期“t1”对应于排气阀60的阀件从阀关闭位置位移到阀打开位置的周期的特定部分。在图14中的(B)所示的断开周期“t1”中，激励电流保持在“零”电流。
断开周期“t1”结束后，激励电流保持在用于吸引周期“t2”的吸引电流“I1”处。吸引周期“t2”对应于排气阀60从阀关闭位置位移到阀打开位置的周期的剩余部分。吸引周期“t2”的末端后，激励电流在减小周期“t3”中从吸引电流“I1”减小到维持电流“I2”。减小周期“t3”的末端后，激励电流保持在维持电流“I2”直到关于排气阀60的排气阀关闭请求发生。
通过使用上述的激励电流的波形，在排气阀60达到阀打开位置之前，可将位移排气阀60的阀件的电磁力增加到一个较大的值，其将使阀件工作可靠平滑。此外，在排气阀60达到阀打开位置之后，可将电磁力减小到一个较小的值，在排气阀60处于阀打开位置时，电磁力保持在较小的值，其将使功耗降低，工作噪音小。
在上述的激励电流的波形被提供给下部线圈100的情况下，当增加电磁力吸引排气阀60到阀打开位置时，断开周期t1将减少，吸引周期t2和减小周期t3将增加。另外，当增加电磁力吸引排气阀60到阀打开位置时，吸引电流I1和维持电流I2将增加。另一方面，当减小电磁阀80的功耗时，断开周期t1将增加，吸引周期t2和减小周期t3将减少。另外，当减小电磁阀80的功耗时，吸引电流I1和维持电流I2将减小。
当进气阀40或排气阀60的阀件从阀打开位置和阀关闭位置之一位移到另一位置时，排斥力也在防止阀件位移的方向上作用在阀件上，其大小随着发动机气缸压力和发动机气门压力而变化。因此，根据阀件压力对提供给电磁阀78或80的激励电流的波形进行适当调节将有效地实现低功耗和可靠平滑的阀件工作。
图15示出了曲柄转角和发动机气缸压力之间的关系、曲柄转角和关于排气阀60的排气阀升程之间的关系、以及曲柄转角和关于进气阀40的进气阀升程之间的关系。每当进行内燃机的燃烧过程时，发动机气缸压力升高到一个较大的压力，如图15中所示，发动机气缸压力在排气阀60刚好到达阀打开位置之前达到最大值。当发动机气缸压力仍然很高时，排气阀60开始从阀关闭位置到阀打开位置的位移。
在排气阀60从阀打开位置位移到阀关闭位置时、在进气阀40从阀关闭位置位移到阀打开位置时、以及在进气阀40从阀打开位置位移到阀关闭位置时，发动机气缸压力保持在一个足够低的水平。但是，在关于排气阀60的排气阀打开请求发生时，阀件压力受到发动机气缸压力的很大影响。因此，在排气阀打开请求发生时根据阀件压力对提供给电磁阀80的下部线圈100的激励电流的波形进行适当调节将有效地实现低功耗和可靠平滑的阀件工作。
发动机停止工作后，稳压箱20或进气门28的的内部压力将被设定为大气压力。在发动机开始工作时，即使节流阀22被设定在完全关闭状态，大量的空气(及相应数量的燃料)被提供给内燃机。为此，在发动机开始工作时，产生很高的发动机气缸压力，其等于节流阀22被设定在完全打开状态时的发动机气缸压力。
在产生很高的发动机气缸压力的状态下，比如在发动机开始工作时，有必要在关于排气阀60的排气阀打开请求发生时由电磁阀产生较大的电磁力。因此，在排气阀打开请求发生时，有必要根据阀件压力对提供给电磁阀80的下部线圈100的激励电流进行调节，以便在排气阀打开请求发生时把激励电流增加到一个较大的值。
通过考虑上述的事实，在本实施例中，在发动机开始工作时，把提供给电磁阀80的下部线圈100的激励电流调节到一个预定的较大的电流水平，该激励电流产生将排气阀60的阀件位移到阀打开位置的电磁力。因此，通过向下部线圈100提供调节的激励电流，可把将阀件位移到阀打开位置的电磁力的大小调节到一个基于预定的高压的控制值。发动机工作回复到正常状态后，通过一个映射计算可把激励电流调节到一个基于(由发动机气缸压力和发动机气门压力产生的)阀件压力的控制值。
图16示出了由电磁阀控制装置的第四优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程。每当关于排气阀60的排气阀打开请求发生时，从头重复进行图16所示的控制过程。在控制过程开始时，发动机ECU 74进行图16的流程图中的步骤220。
步骤220确定在发动机开始工作后内燃机是否完成“N”个工作循环。发动机开始工作后，“N”个发动机工作循环的完成对于将被设定在合适的真空压力的稳压箱20或进气门28的内部压力是必要的。当步骤220的结果是否定时，发动机ECU 74进行下一个步骤222。在这种状态下，排气阀60上的阀件压力高于预定的高压。
步骤222把提供给电磁阀80的下部线圈100的激励电流设定在宽开口节流(WOT)波形。该WOT波形的形状使得断开周期“t1”被设定在最小值，吸引周期“t2”、减小周期“t3”、吸引电流“I1”和维持电流“I2”被设定在最大值。当WOT波形中的激励电流被提供给电磁阀80的下部线圈100时，即使在发动机开始工作时，当燃烧室44的内部压力变得很高时，也可以使排气阀60的阀件工作开口平滑。
步骤224把激励电流提供给电磁阀80的下部线圈100，该激励电流在控制过程的当前循环中已经被设定为合适的波形。进行步骤224后，结束控制过程的当前循环。
当步骤220的结果为肯定时，发动机ECU 74的控制转到步骤226。
步骤226基于气缸压力传感器54的输出信号检测发动机气缸压力。在排气阀打开请求发生后马上进行步骤226，此时，发动机气缸压力几乎在最大水平。通过进行步骤226，发动机ECU 74可以精确地检测发动机气缸压力。
步骤228基于排气门压力传感器64的输出信号检测发动机气门压力。步骤230基于发动机气缸压力和发动机气门压力之间的不同计算实际阀件压力。此外，步骤230基于实际阀件压力计算时间值“t1”、“t2”和“t3”，或者基于发动机气缸压力和发动机气门压力通过一个映射计算时间值“t1”、“t2”和“t3”和当前电流值“I1”和“I2”。
图17示出了存储在发动机ECU 74中的断开周期“t1”的一个映射。在上述的步骤230中，发动机ECU 74通过使用图17中所示的映射计算断开周期“t1”的时间值。在图17中所示的映射中，断开周期“t1”随着发动机气缸压力的变大和排气门压力的变小而变得更短。
图18示出了存储在发动机ECU 74中的吸引周期“t2”的一个映射。在发动机ECU 74中存储减小周期“t3”的一个映射、吸引电流“I1”的一个映射和维持电流“I2”的一个映射，它们都类似于图18中示出的映射。在上述的步骤230中，发动机ECU 74通过使用存储在发动机ECU 74中的这些映射计算时间值“t2”和“t3”及电流值“I1”和“I2”。在上述的映射中，吸引周期“t2”、减小周期“t3”、吸引电流“I1”和维持电流“I2”随着发动机气缸压力的变大和排气门压力的变小而变得更长或更大。
进行步骤230后，由发动机ECU 74进行下一个步骤224。按照上述的控制过程，在发动机回到正常工作状态后，发动机ECU 74可适当地调节提供给电磁阀80的下部线圈100的激励电流。本实施例的电磁阀控制装置可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤226对应于权利要求1中描述的压力检测装置和权利要求2中描述的气缸压力检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤230对应于权利要求1中描述的电磁力调节装置。由发动机ECU 74进行的步骤228对应于权利要求3中描述的气门压力检测装置。
此外，在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤220对应于权利要求9中描述的高压状态检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤222对应于权利要求9中描述的电磁力调节装置。
在上述的实施例中，在确定激励电流的波形时考虑排气门压力。但是，本发明并不限于本实施例。由于排气门压力不象发动机气缸压力一样有很大的变化，在确定激励电流的波形时并不总是需要考虑排气门压力。
在上述的实施例中，基于排气门压力传感器64的输出信号直接检测排气门压力。但是，检测排气门压力的方法并不限于本实施例。例如，可以基于发动机速度(NE)和稳压箱20的内部压力间接地检测排气门压力。
此外，在上述的实施例中，在排气阀打开请求时，可以基于发动机气缸压力和其它方面调节激励电流。但是，本发明并不限于本实施例。除了在排气阀打开请求时，在排气阀关闭请求时或者在进气阀打开请求时或者在进气阀关闭请求时也可以进行激励电流的调节。
接着，将参考图1-图3和图19至图21描述本发明的电磁阀控制装置的第五优选实施例。在本实施例中，在图1所示的内燃机中的发动机ECU 74进行图19所示的控制过程。在前述的第四优选实施例中，通过使用气缸压力传感器54直接检测发动机气缸压力。在本实施例中，从由节流传感器24探测的节流位置(TA)间接地检测发动机气缸压力。
图19示出了由电磁阀控制装置的第五优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程。每当关于排气阀60的排气阀打开请求发生时，从头重复进行图19所示的控制过程。在图19中，与图16中对应的步骤基本上相同的步骤由相同的标号表示，将省略对其的描述。
在控制过程开始时，发动机ECU 74进行图19的流程图中的步骤220。在步骤220中，确定在发动机开始工作后内燃机是否完成“N”个工作循环。当步骤220的结果是肯定时，由发动机ECU 74进行下一个步骤232。
步骤232基于节流传感器24的输出信号检测节流阀22的节流位置“TA”。与节流位置“TA”成比例的空气的量通过节流阀22进入内燃机。在燃烧室44中产生与节流位置“TA”成比例的发动机气缸压力。通过考虑这些事实，本实施例的发动机ECU 74基于在步骤232中检测的节流位置“TA”估计发动机气缸压力。
进行步骤232后，步骤228基于排气门压力传感器64的输出信号检测发动机气门压力。进行步骤228后，发动机ECU 74进行下一个步骤234。
步骤234基于节流位置“TA”确定发动机是否需要突然的加速。具体地说，在步骤234中，当节流位置“TA”的导数值dTA/dt大于一个阈值时，确定需要突然加速。当步骤234的结果是否定时，发动机ECU 74进行下一个步骤236。
步骤236基于节流位置“TA”确定发动机是否需要突然的减速。具体地说，在步骤236中，当节流位置“TA”的导数值dTA/dt小于一个负的阈值时，确定需要突然减速。当步骤236的结果是否定时，确定发动机工作在正常运行状态。发动机ECU 74进行下一个步骤238。
当发动机工作在正常运行状态时，步骤238选择所提供的正常映射来确定(提供给电磁阀80的下部线圈100的)激励电流的波形。
图20示出了存储在发动机ECU 74中的断开周期“t1”的一个正常映射。在上述的步骤238中，图20中所示的正常映射被选择为断开周期“t1”的映射。在图20中所示的映射中，断开周期“t1”随着节流位置的变大和排气门压力的变小而变得更短。
图21示出了存储在发动机ECU 74中的吸引周期“t2”的一个正常映射。在发动机ECU 74中存储减小周期“t3”的一个正常映射、吸引电流“I1”的一个正常映射和维持电流“I2”的一个正常映射，它们都类似于图21中示出的映射。在上述的步骤238中，这些正常的映射被选择。在这些映射中，吸引周期“t2”、减小周期“t3”、吸引电流“I1”和维持电流“I2”随着节流位置的变大和排气门压力的变小而变得更长或更大。
步骤240通过使用选择的映射根据节流位置“TA”和排气门压力计算时间值“t1”、“t2”和“t3”及电流值“I1”和“I2”。进行步骤240后，由发动机ECU 74进行步骤224。
步骤224把激励电流提供给电磁阀80的下部线圈100，该激励电流在控制过程的当前循环中已经被设定为合适的波形。进行步骤224后，结束控制过程的当前循环。
在上述的控制过程，在发动机工作在正常运行状态时，基于节流位置TA和发动机气门压力进行激励电流的调节。本实施例的电磁阀控制装置在正常运行状态下可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
当步骤236的结果为肯定时，确定发动机需要突然减速。在这种情况下，发动机ECU 74进行下一个步骤242。当步骤234的结果为肯定时，确定发动机需要突然加速。在这种情况下，发动机ECU 74进行下一个步骤244。
当发动机需要突然减速时，步骤242选择所提供的减速映射来确定激励电流的波形。
当发动机需要突然加速时，步骤244选择所提供的加速映射来确定激励电流的波形。
进行步骤242或244后，发动机ECU 74进行步骤240和224。其后，结束控制过程的当前循环。
如上所述，在本实施例中，从由节流传感器24探测的节流位置TA间接地检测作用在排气阀60的阀件上的发动机气缸压力。当发动机工作在正常运行状态时，节流位置TA与发动机气缸压力极精确地对应。但是，当发动机需要突然加速或突然减速时，进入到发动机中的空气的量的变化将延迟于节流位置TA的变化。在这样一种瞬变状态，节流位置TA和发动机气缸压力之间将有一个偏差。
在本实施例中，在步骤244中选择的加速映射的形状可使得正常映射由进入到发动机的空气的量的增加的延迟而得到补偿，并且，激励电流的值从正常映射的值处减小。在步骤242中选择的减速映射的形状可使得正常映射由进入到发动机的空气的量的减少的延迟而得到补偿，并且，激励电流的值从正常映射的值处增加。
在本实施例中，在发动机工作在正常运行状态时，可选择加速映射或减速映射来确定激励电流的波形。因此，本实施例的电磁阀控制装置即使在瞬变状态下可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤232对应于权利要求1中描述的压力检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤240对应于权利要求1中描述的电磁力调节装置。
此外，在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤232对应于权利要求6中描述的负荷检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤228对应于权利要求7中描述的气门压力检测装置。
此外，在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤234和236对应于权利要求8中描述的瞬变状态检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤242、244和240对应于权利要求8中描述的电磁力调节装置。
在上述的实施例中，当发动机需要加速或减速时，为了改进电磁阀控制的精度，使用不同于正常映射的加速映射或减速映射来确定激励电流的波形。但是，本发明并不限于本实施例。可替换的，当发动机需要加速或减速时，激励电流的波形也可被设定在预定的波形。
在上述的实施例中，在确定激励电流的波形时考虑排气门压力。但是，本发明并不限于本实施例。可替换的，在确定激励电流的波形时不需要考虑排气门压力。
在上述的实施例中，基于排气门压力传感器的输出信号直接检测排气门压力。可替换的，可以基于发动机速度(NE)、进气管压力(PM)等等间接地检测排气门压力。
此外，在上述的实施例中，在排气阀打开请求时，可以基于发动机气缸压力和其它方面调节激励电流。但是，本发明并不限于本实施例。除了在排气阀打开请求时，在排气阀关闭请求时或者在进气阀打开请求时或者在进气阀关闭请求时也可以进行激励电流的调节。
接着，将参考图1-图3和图22至图24描述本发明的电磁阀控制装置的第六优选实施例。在本实施例中，在图1所示的内燃机中的发动机ECU 74进行图22所示的控制过程。在前述的第五优选实施例中，通过使用节流位置TA间接地检测发动机气缸压力。在本实施例中，从由进气压力传感器27探测的进气管压力(PM)间接地检测发动机气缸压力。
图22示出了由电磁阀控制装置的第六优选实施例的发动机ECU 74进行的控制过程。每当关于排气阀60的排气阀打开请求发生时，从头重复进行图22所示的控制过程。在图22中，与图19中对应的步骤基本上相同的步骤由相同的标号表示，将省略对其的描述。
在控制过程开始时，发动机ECU 74进行图22的流程图中的步骤220。在步骤220中，确定在发动机开始工作后内燃机是否完成“N”个工作循环。当步骤220的结果是肯定时，由发动机ECU 74进行下一个步骤232。
步骤232基于节流传感器24的输出信号检测节流阀22的节流位置“TA”。在图19中的路线中，进行步骤232后，进行下一个步骤246。
步骤246基于进气压力传感器27的输出信号检测进气管压力“PM”。在燃烧室44中产生与进气管压力“PM”成比例的发动机气缸压力。通过考虑这些事实，本实施例的发动机ECU 74基于在步骤246中检测的进气管压力“PM”估计发动机气缸压力。
进行步骤246后，步骤228基于排气门压力传感器64的输出信号检测发动机气门压力。进行步骤228后，步骤234基于节流位置“TA”确定发动机是否需要突然加速。当步骤234的结果是否定时，步骤236基于节流位置“TA”确定发动机是否需要突然减速。当步骤236的结果是否定时，确定发动机工作在正常运行状态。当发动机工作在正常运行状态时，步骤238选择所提供的正常映射来确定激励电流的波形。
当步骤236的结果是肯定时，确定发动机需要突然减速。当发动机需要突然减速时，步骤242选择所提供的减速映射来确定激励电流的波形。
当步骤234的结果是肯定时，确定发动机需要突然加速。当发动机需要突然加速时，步骤244选择所提供的加速映射来确定激励电流的波形。
图23示出了存储在发动机ECU 74中的断开周期“t1”的一个正常映射。在上述的步骤238中，图23中所示的正常映射被选择为断开周期“t1”的映射。在图23中所示的映射中，断开周期“t1”随着进气管压力的变大和排气门压力的变小而变得更短。
图24示出了存储在发动机ECU 74中的吸引周期“t2”的一个正常映射。在发动机ECU 74中存储减小周期“t3”的一个正常映射、吸引电流“I1”的一个正常映射和维持电流“I2”的一个正常映射，它们都类似于图24中示出的映射。在上述的步骤238中，这些正常的映射被选择。在这些映射中，吸引周期“t2”、减小周期“t3”、吸引电流“I1”和维持电流“I2”随着进气管压力的变大和排气门压力的变小而变得更长或更大。
在本实施例中，在步骤244中选择的加速映射的形状可使得正常映射由进入到发动机的空气的压力的增加的延迟而得到补偿，并且，激励电流的值从正常映射的值处减小。在步骤242中选择的减速映射的形状可使得正常映射由进入到发动机的空气的量的减少的延迟而得到补偿，并且，激励电流的值从正常映射的值处增加。
进行步骤238、242和244中的一个后，步骤248通过使用选择的映射根据进气管压力“PM”和排气门压力计算时间值“t1”、“t2”和“t3”及电流值“I1”和“I2”。进行步骤248后，步骤224把激励电流提供给电磁阀80的下部线圈100，该激励电流在控制过程的当前循环中已经被设定为合适的波形。进行步骤224后，结束控制过程的当前循环。
在本实施例中，当发动机工作在瞬变状态时，选择加速映射或减速映射来确定激励电流的波形。因此，不管发动机工作在正常运行状态还是瞬变状态，本实施例的电磁阀控制装置都可有效地在较低功耗下操作电磁阀，并可使阀件工作可靠平滑。
在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤232对应于权利要求1中描述的压力检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤248对应于权利要求1中描述的电磁力调节装置。
此外，在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤246对应于权利要求6中描述的负荷检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤228对应于权利要求7中描述的气门压力检测装置。
此外，在上述的实施例中，由发动机ECU 74进行的步骤234和236对应于权利要求8中描述的瞬变状态检测装置。由发动机ECU 74进行的步骤242、244和248对应于权利要求8中描述的电磁力调节装置。
在上述的实施例中，当发动机需要加速或减速时，为了改进电磁阀控制的精度，使用不同于正常映射的加速映射或减速映射来确定激励电流的波形。但是，本发明并不限于本实施例。可替换的，当发动机需要加速或减速时，激励电流的波形也可被设定在预定的波形。
在上述的实施例中，在确定激励电流的波形时考虑排气门压力。但是，本发明并不限于本实施例。可替换的，在确定激励电流的波形时不考虑排气门压力。
在上述的实施例中，基于排气门压力传感器的输出信号直接检测排气门压力。可替换的，可以基于发动机速度(NE)、进气管压力(PM)等等间接地检测排气门压力。
此外，在上述的实施例中，在排气阀打开请求时，可以基于发动机气缸压力和其它方面调节激励电流。但是，本发明并不限于本实施例。除了在排气阀打开请求时，在排气阀关闭请求时或者在进气阀打开请求时或者在进气阀关闭请求时也可以进行激励电流的调节。
此外，在上述的实施例中，基于进气管压力(PM)间接地检测发动机气缸压力。本发明不限于本实施例。当发动机上设置有探测进入的空气的流速的空气流量计时，可基于空气流量计探测的进气流速来间接地检测发动机气缸压力。
此外，本发明不限于上述的实施例，可进行各种变化和修改，这些变化和修改都不脱离本发明的范围。

Claims (9)

1、一种用于控制电磁阀的电磁阀控制装置，该电磁阀通过弹性部件的弹力和电磁线圈的电磁力相互作用来在阀打开位置和阀关闭位置之间位移阀件，该电磁阀控制装置包括：
压力检测装置(74，116-120，226，232)，用于直接或间接地检测作用在阀件(40)上的压力；以及
电磁力调节装置(74，122-126，230，240，248)，用于在从阀打开位置和阀关闭位置之一到另一位置位移阀件时把位移阀件到另一位置的电磁力的大小调节到一个基于通过压力检测装置检测的阀件压力的控制值。
2、按照权利要求1所述的电磁阀控制装置，其特征在于，压力检测装置包括用于检测内燃机气缸的内部压力的气缸压力检测装置(74，116，226)，并且该压力检测装置基于发动机气缸内部压力检测阀件压力。
3、按照权利要求2所述的电磁阀控制装置，其特征在于，压力检测装置还包括用于直接或间接检测发动机气门压力的气门压力检测装置(74，118，228)，并且压力检测装置基于发动机气缸压力和发动机气门压力之间的不同检测阀件压力。
4、按照权利要求1所述的电磁阀控制装置，其特征在于，压力检测装置包括弹性部件应变检测装置(74，182，184)，其用于检测当阀件位移开始后经过预定时间时的弹性部件的应变量，并且压力检测装置基于弹性部件的应变量检测阀件压力。
5、按照权利要求1所述的电磁阀控制装置，其特征在于，压力检测装置包括弹性部件长度检测装置(74)，其用于检测当阀件位移开始后经过预定时间时的弹性部件的整个长度，并且压力检测装置基于弹性部件的整个长度检测阀件压力。
6、按照权利要求1所述的电磁阀控制装置，其特征在于，压力检测装置包括负荷检测装置(74，232，246)，用于检测内燃机的负荷，并且压力检测装置基于发动机负荷检测阀件压力。
7、按照权利要求6所述的电磁阀控制装置，其特征在于，压力检测装置还包括用于直接或间接检测发动机气门压力的气门压力检测装置(74，228)，并且压力检测装置基于发动机负荷和发动机气门压力检测阀件压力。
8、按照权利要求7所述的电磁阀控制装置，其特征在于，还包括瞬变状态检测装置(74，234，236)，用于检测发动机负荷瞬时变化发生的发动机的瞬变状态，其中电磁力调节装置(74，240，242，244，248)在检测瞬变状态时把电磁力的大小调节到补偿发动机负荷变化的控制值。
9、按照权利要求1所述的电磁阀控制装置，其特征在于，压力检测装置包括高压状态检测装置(74，220)，用于检测阀件压力大于预定压力的高压状态，其中电磁力调节装置(74，222)在检测高压状态时把电磁力的强度调节到基于预定高压的控制值，把阀件位移到另一位置。
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