JP2001159331A - 電磁駆動弁のフェイルセーフ制御装置 - Google Patents

電磁駆動弁のフェイルセーフ制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁駆動弁の開着座失敗時の不都合を解消す
る。 【解決手段】電磁駆動弁で構成され、中立位置で半開状
態に維持されるエンジンの吸・排気弁の開着座に失敗し
たときは、通常時より通電電流を増大補正して一旦閉弁
駆動して閉着座させ、以て半開状態に維持されることに
よる失火、バックファイア、他の気筒の吸気状態への影
響等を回避し、ひいては耐久性を向上できるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸・排
気ポートを開閉する電磁駆動弁（吸・排気弁）に異常を
生じた時のフェイルセーフ技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、エンジンの吸・排気弁を電磁駆動
弁で構成することにより、任意の特性で開閉させて所望
の吸・排気性能を得るようにしたものが開発されている
（特開平９−１９５７３６号公報参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の電磁駆動弁で
は、着座音を小さくするため着座時の弁移動速度を０に
近づけるような通電制御が行われるが、例えば筒内圧力
やフリクションの増大により開着座に失敗して弁がスプ
リングによる中立位置つまり半開状態に維持されると、
そのまま点火しても圧縮されずに失火するのみならず、
吸・排気弁が同時に開いた時に吸気系と排気系とが連通
してバックファイアを発生したり、他の気筒の吸気状態
（圧力、新気のガス組成等) への影響を与えたりして究
極的には、エンジン部品の耐久性を損なうものであっ
た。
【０００４】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、吸・排気ポートを開閉する電磁駆動
弁が正常に動作しなくなった場合に、適切なフェイルセ
ーフ制御が行われるようにした電磁駆動弁のフェイルセ
ーフ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、図１に示すように、エンジンの吸・排気ポー
トを開閉する電磁駆動弁であって、開着座又は閉着座し
ない中立位置で半開状態に維持される電磁駆動弁のフェ
イルセーフ制御装置において、前記電磁駆動弁の開弁駆
動時に開着座できるか否かを検出する開着座状態検出手
段と、前記開着座状態検出手段によって電磁駆動弁を開
着座できないことが検出されたときに、該電磁駆動弁を
閉弁駆動して閉着座させるフェイルセーフ手段と、を設
けたことを特徴とする。
【０００６】請求項１に係る発明によると、開着座検出
手段により電磁駆動弁の開弁駆動時に筒内圧力が高すぎ
たりフリクションが増大したりして開着座できない状態
を検出したときには、フェイルセーフ手段によって該電
磁駆動弁を閉弁駆動して閉弁させることにより、半開状
態に維持されることを防止でき、以て非圧縮による失火
の発生、バックファイアの発生や他の気筒の吸気状態へ
の影響を回避でき、ひいてはエンジン部品の耐久性の低
下を防止できる。
【０００７】また、請求項２に係る発明は、前記電磁駆
動弁の前記フェイルセーフ手段による閉弁駆動時以降の
駆動時は、通常の駆動時より通電電流を増大補正するこ
とを特徴とする。
【０００８】請求項２に係る発明によると、電磁駆動弁
が正常に開着座できないときは、フェイルセーフ手段に
よる閉弁駆動時及びその後の駆動時の通電電流を増大補
正して駆動力を増大することにより、確実に着座させる
ようにする。
【０００９】また、請求項３に係る発明は、気筒毎に吸
気用又は排気用の電磁駆動弁を複数個備えたエンジンに
おいて、前記電磁駆動弁の通電電流を増大補正する場合
は、各電磁駆動弁の着座時期をずらせることを特徴とす
る。
【００１０】請求項３に係る発明によると、フェイルセ
ーフ手段により電磁駆動弁の閉弁駆動時の通電電流を増
大補正するときは着座時の弁体速度が増大して着座音が
増大するので、各電磁駆動弁の閉着座時期をずらせて複
数の電磁駆動弁の着座音が重ならないようにすることに
より、着座音を低減できる。
【００１１】また、請求項４に係る発明は、前記開着座
状態検出手段によって電磁駆動弁を開着座できないこと
が検出されたときに、次サイクル以降の開弁駆動時にお
ける時間に対する弁体位置の目標軌道を通常時の目標軌
道とは異なる設定としたことを特徴とする。
【００１２】請求項４に係る発明によると、電磁駆動弁
が正常に開着座できないときは、結果的に通常時の目標
軌道での制御では開着座できなかったことになるので、
それ以降の開弁駆動時は目標軌道を通常時の目標軌道と
は異なる設定として確実に開着座させるようにすること
ができる。
【００１３】また、請求項５に係る発明は、前記開着座
状態検出手段が電磁駆動弁を長期的に開着座することが
できない状態を検出したときは、前記フェイルセーフ手
段は、前記電磁駆動弁を少なくとも所定期間閉着座状態
を維持することを特徴とする。
【００１４】請求項５に係る発明によると、例えば、電
磁駆動弁の弁駆動機構に異物等が挟まって開弁駆動時に
該電磁駆動弁が開着座前に停止した状態を検出したとき
のように、開弁時期に開弁駆動を行ってもしばらくは開
着座を行えない可能性が高い場合は、少なくとも所定期
間は閉着座状態を維持することにより、半開状態に維持
されることによる前記不都合の発生を回避できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図２は本発明の一実施形態を示す可変
動弁エンジンのシステム図である。
【００１６】エンジン１の各気筒のピストン２により画
成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆
動式の吸気弁５及び排気弁６（電磁駆動弁) を備えてい
る。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１７】吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置の基
本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状
の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はス
プリング２３，２４により中立位置に付勢されている。
そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５
が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されて
いる。
【００１８】従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電
磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁
コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着するこ
とにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、
閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電
を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電し
て、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０
をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１９】また、吸気弁５，排気弁６の弁軸２１の上
端に検出ロッド３１を係合させてハウジングの上端にリ
フトセンサ３２が配置される。該リフトセンサ３２は、
検出ロッドの移動量を、弁体２０のリフト量として検出
する。リフトセンサとしてはこの他、赤外線，超音波等
による無接点方式の距離測定センサ等も使用できる。
【００２０】図２に戻って、吸気通路７には、各気筒毎
の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられ
ている。ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、燃料噴射
弁９及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１０
により制御され、このコントロールユニット１０には、
エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれに
よりエンジン回転速度を検出可能なクランク角センサ１
１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検出
するアクセルペダルセンサ１２の他、前記吸気弁５，排
気弁６のリフト量を検出するリフトセンサ３２等から、
信号が入力されている。
【００２１】そして、エンジンの運転条件に基づいて点
火時期、燃料噴射量を制御すると共に電磁駆動弁である
吸気弁５及び排気弁６の開閉を制御するが、該吸気弁５
及び排気弁６の開弁駆動時に開着座できるか否かを検出
し、開着座できないことを検出したときには、閉弁駆動
するなどのフェイルセーフ制御を行う。
【００２２】以下に、前記フェイルセーフ制御を、図４
のフローチャートにしたがって説明する。ステップ１で
は、所定の電磁駆動弁（吸気弁５又は排気弁６) の開弁
駆動時であるか否かを判定する。
【００２３】ステップ１で開弁駆動時と判定されたとき
はステップ２へ進み、目標軌道（時間に対するリフト
量) と実際の弁の挙動とを比較する。次いでステップ３
では、前記電磁駆動弁を開着座できるか否かを判定す
る。具体的には、開弁駆動開始後から又は弁リフト量が
最大リフト（全開) より所定量以内のところから所定周
期毎に実軌道と前記目標軌道とを比較し、実軌道が目標
軌道に対して所定量以上ずれたときは失速して開着座で
きないと判定する（図５参照) 。なお、前記目標軌道
は、開着座直前の弁体速度が所定速度（例えば０．１ｍ
／ｓ) となるように設定されている。但し、開着座が可
能な範囲は経過時間と共に変化するので、各判定時期毎
に前記所定量を変更して設定する。又は、所定時間毎に
弁体速度を算出し、各時間毎の目標弁体速度と比較して
所定値以上遅いときは開着座できないと判定するような
構成としてもよい。
【００２４】ステップ３で、開着座できないと診断され
たときは、ステップ４へ進んで次サイクルの開弁駆動時
における開着座が可能か否かを判定する。ここで、該判
定は、前記開着座できないと判定されたときに後述する
フェイルセーフ制御を行ったとしても、開着座できない
状態であり、例えば、弁駆動機構に異物が挟まったりし
てが弁がリフト途中で急停止してしまうような状態であ
る。
【００２５】ステップ４で次サイクルの開弁駆動時の開
着座が可能と判定されたときは、ステップ５以降で閉弁
駆動に切り換えて閉弁駆動に切り換えるが、通常の閉弁
駆動時より通電電流を増大して確実に閉着座されるよう
にする。
【００２６】まず、ステップ５では前記フェイルセーフ
制御時の閉弁駆動時の通電電流パターンを算出する。こ
れは、図６の（Ａ) ，（Ｂ) に示すように、開着座でき
ないときは、閉着座まで所定値以下のリフト量となった
ときに開始される通電制御を、初期電流は通常時に比較
して大きく設定して所定時間維持しつづけ、その後急速
にホールド電流まで減少するパターンとする。
【００２７】ステップ６では、前記ステップ５で算出さ
れた通電パターンに従い閉弁駆動制御を行って閉着座さ
せる。ステップ７では、次サイクルの開弁駆動時か否か
を判定し、開弁駆動時と判定されたときはステップ８へ
進み、前記フェイルセーフ制御時の開弁駆動時の通電電
流パターンを算出する。ここで、該通電電流パターンの
算出は、弁の時間に対するリフト量の目標軌道が得られ
るパターンに算出される。
【００２８】図７は、前記開着座失敗後の開弁駆動時の
目標軌道を算出するサブルーチンを示す。ステップ21で
は、前回の開着座失敗時における所定のタイミングにお
ける目標軌道に対する実際の軌道のずれ量を算出する。
【００２９】ステップ22では、前記ずれ量に基づいて最
大リフト到達時間（図８参照) を算出する。該最大リフ
ト到達時間は、ずれ量が大きくなるほど増大した値に算
出される。
【００３０】ステップ23では、前記ずれ量に基づいて最
大リフト時弁体速度（図８参照) を算出する。該最大リ
フト時弁体速度は、ずれ量が大きくなるほど増大した値
に算出される。但し、弁が着座時に故障しない程度の速
度に収まる範囲とする（例えば５０Ａ以内) 。
【００３１】このようにして算出された目標軌道を得る
ための最大リフト到達時間と最大リフト時弁体速度に基
づいて、前記図４のステップ８での通電電流パターンが
算出される（図９参照) 。
【００３２】ステップ９では、前記通電電流パターンに
従い開弁駆動制御を行って開着座させる。また、ステッ
プ３で開着座できないと判定されたときは、ステップ10
へ進んでそのまま通常の開弁駆動制御を行い、以降も通
常の弁駆動制御を行う。
【００３３】また、ステップ４で次サイクルの開着座が
不可能と判定されたときは、しばらくは開着座が不可能
であると判断し、ステップ11，ステップ12へ進んで、前
記ステップ５，ステップ６と同様に開着座失敗後の閉弁
駆動時の通電電流パターンを算出して閉弁駆動制御を行
って閉着座させ、かつ、ステップ13で経過サイクル数を
計測して、この閉着座状態を以後数サイクル保持する。
【００３４】かかる制御を全ての気筒の各吸気弁５及び
排気弁６について行う。図10は、気筒毎に吸気弁と排気
弁を２個ずつ備えた４サイクルエンジンの所定気筒の吸
・排気弁に開着座が失敗したときの開閉制御を、通常時
と比較して示す。
【００３５】このようにすれば、電磁駆動弁の開弁駆動
時に筒内圧力が高すぎたりフリクションが増大したりし
て開着座できないときには、閉弁駆動に切り換えて閉着
座させることにより、非圧縮により失火を発生したり、
バックファイアの発生や他の気筒の吸気状態への影響を
回避でき、ひいてはエンジン部品の耐久性の低下を防止
できる。なお、気筒毎に吸気弁又は排気弁を複数個備え
たエンジンで、ある気筒の１つの吸気弁又は排気弁のみ
が開着座に失敗して閉着座させる場合もあるが、この場
合は、性能的には低下するが残る吸気弁又は排気弁を使
用して当該気筒を燃焼運転させることが可能である。
【００３６】また、該閉弁駆動時の通電電流を通常時よ
り増大補正することにより、確実に閉着座させることが
できる。また、電磁駆動弁が開着座できないときは、次
サイクル以降の開弁駆動時の目標軌道を通常時の目標軌
道とは修正して設定することにより、確実に開着座させ
ることができる。
【００３７】また、例えば、電磁駆動弁の弁駆動機構に
異物等が挟まって開弁駆動時に該電磁駆動弁が開着座前
に停止した状態を検出したときのように、開弁時期に開
弁駆動を行ってもしばらくは開着座を行えない可能性が
高い場合は、少なくとも所定期間は閉弁状態に維持する
ことにより、開弁状態に保持されることによる前記不都
合の発生を回避できる。
【００３８】また、気筒毎に吸気用又は排気用の電磁駆
動弁を複数個備えたエンジンにおいて、該複数個の電磁
駆動弁の通電電流を増大補正する場合は、各電磁駆動弁
の着座時期をずらせる制御を行っても良く、複数の電磁
駆動弁の着座音が重ならないようにすることにより、着
座音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】実施の形態に係るシステム構成図。
【図３】弁駆動装置の構成を示す断面図。
【図４】実施の形態に係る吸・排気弁の開閉制御ルーチ
ンを示すフローチャート。
【図５】実施の形態における吸・排気弁の開着座が可能
な範囲のリフト特性を示す図。
【図６】開着座失敗後の閉弁駆動時の通電特性を通常時
の通電特性と比較して示す図。
【図７】実施の形態における開弁駆動時の目標軌道を算
出するサブルーチンを示すフローチャート。
【図８】開着座失敗後の開弁リフト特性を通常時と比較
して示す図。
【図９】開着座失敗後の開弁駆動時の通電特性を通常時
と比較して示す図。
【図10】吸・排気弁に開着座が失敗したときの開閉制御
を、通常時と比較して示す図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 弁駆動装置 ３ 吸気弁 ４ 排気弁 ６ 燃料噴射弁 ７ 吸気通路 ８ 排気通路 ９ 燃料噴射弁 10 コントロールユニット 32 リフトセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA23 DA19 DA26 DA27 DA28 EA11 EB08 EB12 EC01 EC03 FA00 3G092 AA11 DA01 DA02 DA07 DF05 DF06 DG09 EA01 EA21 EA28 EC09 FA15 FB05 HA13Z 3G301 HA01 HA19 JA21 JA23 JB07 JB08 LA00 LA07 LC01 NC02 ND02 NE23 PE10Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの吸・排気ポートを開閉する電磁
    駆動弁であって、開着座又は閉着座しない中立位置で半
    開状態に維持される電磁駆動弁のフェイルセーフ制御装
    置において、 前記電磁駆動弁の開弁駆動時に開着座できるか否かを検
    出する開着座状態検出手段と、 前記開着座状態検出手段によって電磁駆動弁を開着座で
    きないことが検出されたときに、該電磁駆動弁を閉弁駆
    動して閉着座させるフェイルセーフ手段と、 を設けたことを特徴とする電磁駆動弁のフェイルセーフ
    制御装置。
  2. 【請求項２】前記電磁駆動弁の前記フェイルセーフ手段
    による閉弁駆動時以降の駆動時は、通常の駆動時より通
    電電流を増大補正することを特徴とする請求項１に記載
    の電磁駆動弁のフェイルセーフ制御装置。
  3. 【請求項３】気筒毎に吸気用又は排気用の電磁駆動弁を
    複数個備えたエンジンにおいて、前記電磁駆動弁の通電
    電流を増大補正する場合は、各電磁駆動弁の着座時期を
    ずらせることを特徴とする請求項２に記載の電磁駆動弁
    のフェイルセーフ制御装置。
  4. 【請求項４】前記電磁駆動弁の前記フェイルセーフ手段
    による閉弁駆動時以降の駆動時は、時間に対する弁体位
    置の目標軌道を通常時の目標軌道とは異なる設定とした
    ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに
    記載の電磁駆動弁のフェイルセーフ制御装置。
  5. 【請求項５】前記開着座状態検出手段が電磁駆動弁を長
    期的に開着座できない状態を検出したときは、前記フェ
    イルセーフ手段は、前記電磁駆動弁を少なくとも所定期
    間閉着座状態を維持することを特徴とする請求項１〜請
    求項４のいずれか１つに記載の電磁駆動弁のフェイルセ
    ーフ制御装置。
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