JP2007023890A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 製造コストが低減された内燃機関を実現することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関は、各々が制御装置30の指示に応じて昇降可能な、主動弁IN♯1−1および従動弁IN♯1−2を含む複数の弁と、主動弁IN♯1−1のリフト量を検知するリフトセンサSLとを備える。制御装置30は、リフトセンサSLの出力に基づいて主動弁IN♯1−1および従動弁IN♯1−2に昇降指示を行なう。好ましくは、内燃機関は、従動弁IN♯1−2の位置が所定範囲に入っているか否かを検知する近接センサSPと、クランク角を検知するクランク角センサとをさらに備える。制御装置30は、近接センサSPの出力を監視してクランク角に対する従動弁IN♯1−2の脱調を検知し、脱調が検知された場合には従動弁IN♯1−2および従動弁に対応する主動弁IN♯1−1の位置を初期化する初期駆動制御を行なう。
【選択図】 図2
【解決手段】 内燃機関は、各々が制御装置30の指示に応じて昇降可能な、主動弁IN♯1−1および従動弁IN♯1−2を含む複数の弁と、主動弁IN♯1−1のリフト量を検知するリフトセンサSLとを備える。制御装置30は、リフトセンサSLの出力に基づいて主動弁IN♯1−1および従動弁IN♯1−2に昇降指示を行なう。好ましくは、内燃機関は、従動弁IN♯1−2の位置が所定範囲に入っているか否かを検知する近接センサSPと、クランク角を検知するクランク角センサとをさらに備える。制御装置30は、近接センサSPの出力を監視してクランク角に対する従動弁IN♯1−2の脱調を検知し、脱調が検知された場合には従動弁IN♯1−2および従動弁に対応する主動弁IN♯1−1の位置を初期化する初期駆動制御を行なう。
【選択図】 図2
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気弁と排気弁のすくなくとも一方を制御する内燃機関の制御装置に関する。
従来の内燃機関の電磁駆動弁に関して、たとえば、特開2001−152881号公報(特許文献1)は、各気筒の同じ駆動条件で同時に駆動される吸気バルブまたは排気バルブの2個のリフトセンサの出力同士を比較して、2つのセンサ出力の差が最大許容誤差を超えると異常と判定する電磁駆動バルブの異常診断装置を開示する。
特開2001−152881号公報
特開2003−328787号公報
しかしながら、特開2001−152881号公報(特許文献1)に開示された構成では、各弁に高価なリフトセンサを設けるため、コスト面で不利であるという問題がある。
これに対し、リフトセンサをまったく用いずにバルブ制御を行うのでは、車両負荷の変動等外乱が発生するため、適切な制御が行なえなくなる場合がある。このような外乱は、特に排気弁の最適な開閉に大きく影響を与える。
この発明の目的は、製造コストが低減された内燃機関を実現することが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。
この発明は、要約すると、内燃機関の制御装置であって、内燃機関は、各々が制御装置の指示に応じて昇降可能な、主動弁および従動弁を含む複数の弁と、主動弁のリフト量を検知するリフトセンサとを備え、制御装置は、リフトセンサの出力に基づいて主動弁および従動弁に昇降指示を行なう。
好ましくは、内燃機関は、従動弁の位置が所定範囲に入っているか否かを検知する近接センサと、クランク角を検知するクランク角センサとをさらに備える。制御装置は、近接センサの出力を監視してクランク角に対する従動弁の脱調を検知し、脱調が検知された場合には従動弁および従動弁に対応する主動弁の位置を初期化する初期駆動制御を行なう。
より好ましくは、制御装置は、脱調が検知された場合には、主動弁および従動弁の少なくともいずれかの駆動力を増大させる。
好ましくは、主動弁および従動弁は、内燃機関の同じ気筒に対して設けられる。
好ましくは、内燃機関は、クランク角を検知するクランク角センサと、複数の気筒とをさらに備える。主動弁と従動弁とは異なる気筒に対して設けられる。制御装置は、主動弁が設けられた気筒のクランク角と主動弁のリフト量の変化の関係を示すデータを記憶して、記憶したデータに基づき従動弁を制御する。
好ましくは、内燃機関は、クランク角を検知するクランク角センサと、複数の気筒とをさらに備える。主動弁と従動弁とは異なる気筒に対して設けられる。制御装置は、主動弁が設けられた気筒のクランク角と主動弁のリフト量の変化の関係を示すデータを記憶して、記憶したデータに基づき従動弁を制御する。
より好ましくは、複数の気筒は、点火順序が連続する第1、第2の気筒を含み、第1の気筒に対して主動弁が設けられ、第2の気筒に対して従動弁が設けられる。
より好ましくは、複数の気筒は、点火する気筒を減らして運転を行なう減筒運転時に点火が維持される第1の気筒と、減筒運転時に点火を行なわない第2の気筒とを含む。第1の気筒に対して主動弁が設けられ、第2の気筒に対して従動弁が設けられる。
好ましくは、主動弁は、主動吸気弁と、主動排気弁とを含み、従動弁は、主動吸気弁に対応する従動吸気弁と、主動排気弁に対応する従動排気弁とを含む。リフトセンサは、主動吸気弁に設けられる吸気弁リフトセンサと、主動排気弁に設けられる排気弁リフトセンサとを含む。従動吸気弁は、吸気弁リフトセンサに応じて制御され、従動排気弁は、排気弁リフトセンサに応じて制御される。
この発明は、他の局面に従うと、内燃機関の制御装置であって、内燃機関は、各々が制御装置の指示に応じて昇降可能な複数の弁と、気筒の内圧を検知する圧力センサとを備える。制御装置は、圧力センサの出力に基づいて複数の弁の少なくとも1つに昇降指示を行なう。
好ましくは、内燃機関は、第1、第2の気筒を含む複数の気筒を備える。第2の気筒は、点火順序において第1の気筒の次に点火が行なわれる気筒であり、圧力センサは、第1の気筒の内圧を検知する。制御装置は、圧力センサの出力に基づいて複数の弁のうち第1の気筒に設けられる弁と第2の気筒に設けられる弁の昇降制御を行なう。
好ましくは、複数の弁は、吸気弁と、排気弁とを含む。制御装置は、圧力センサの出力に基づいて排気弁に対する昇降指示を行ない、圧力センサの出力に無関係に吸気弁に対する昇降指示を行なう。
この発明によれば、高価なリフトセンサの数が減り、製造コストが低減する。
以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図1は、エンジン全体の概略構成を説明するための図である。
図1を参照して、内燃機関であるエンジン2は、シリンダブロック8と、シリンダヘッド10と、シリンダ中を上下するピストン4と、各気筒の吸気ポート11に設けられる電磁駆動式の吸気弁INと、各気筒の排気ポート12に設けられる電磁駆動式の排気弁EXとを含む。吸気弁INおよび排気弁EXは、気筒ごとにたとえば2個ずつ設けられる。
図1を参照して、内燃機関であるエンジン2は、シリンダブロック8と、シリンダヘッド10と、シリンダ中を上下するピストン4と、各気筒の吸気ポート11に設けられる電磁駆動式の吸気弁INと、各気筒の排気ポート12に設けられる電磁駆動式の排気弁EXとを含む。吸気弁INおよび排気弁EXは、気筒ごとにたとえば2個ずつ設けられる。
吸気弁INと排気弁EXは、それぞれ電磁アクチュエータ24,28によって駆動される。吸気弁INの駆動状態はセンサ22によって検知される。排気弁EXの駆動状態はセンサ26によって検知される。
吸気ポート11の近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁18が設けられる。エンジン2のシリンダブロック8にはエンジン回転数を検出するクランク角センサ6が取付けられている。各種のセンサ出力は、電子制御ユニット(ECU)30に入力され、このECU30は、燃料噴射弁18の噴射時期や噴射量、点火プラグ20の点火時期を制御するとともに、電磁駆動ユニット(EDU)32に対して吸気弁INおよび排気弁EXを駆動する電磁アクチュエータ24,28の開弁時期を指示する。
[実施の形態1]
図2は、本発明の実施の形態1におけるバルブに対して設けられるセンサの配置を示した図である。
[実施の形態1]
図2は、本発明の実施の形態1におけるバルブに対して設けられるセンサの配置を示した図である。
図2を参照して、実施の形態1においては、気筒♯1〜♯4の各々の2つの吸気弁に対してリフトセンサSL、近接センサSPが1つずつ設けられ、各々の2つの排気弁に対してリフトセンサSL、近接センサSPが1つずつ設けられる。
すなわち気筒♯1においては吸気弁IN♯1−1に対してリフトセンサSLが設けられ、吸気弁IN♯1−2に対して近接センサSPが設けられる。また排気弁EX♯1−1に対して近接センサSPが設けられ排気弁EX♯1−2に対してリフトセンサSLが設けられる。
気筒♯2においては吸気弁IN♯2−1に対してリフトセンサSLが設けられ、吸気弁IN♯2−2に対して近接センサSPが設けられる。また排気弁EX♯2−1に対して近接センサSPが設けられ排気弁EX♯2−2に対してリフトセンサSLが設けられる。
気筒♯3においては吸気弁IN♯3−1に対してリフトセンサSLが設けられ、吸気弁IN♯3−2に対して近接センサSPが設けられる。また排気弁EX♯3−1に対して近接センサSPが設けられ排気弁EX♯3−2に対してリフトセンサSLが設けられる。
気筒♯4においては吸気弁IN♯4−1に対してリフトセンサSLが設けられ、吸気弁IN♯4−2に対して近接センサSPが設けられる。また排気弁EX♯4−1に対して近接センサSPが設けられ排気弁EX♯4−2に対してリフトセンサSLが設けられる。
内燃機関は、各々が制御装置30の指示に応じて昇降可能な、主動吸気弁IN♯1−1および従動吸気弁IN♯1−2を含む複数の弁と、主動吸気弁IN♯1−1のリフト量を検知するリフトセンサSLとを備える。制御装置30は、リフトセンサSLの出力に基づいて主動吸気弁IN♯1−1および従動吸気弁IN♯1−2に昇降指示を行なう。好ましくは、内燃機関は、従動吸気弁IN♯1−2の位置が所定範囲に入っているか否かを検知する近接センサSPと、クランク角を検知するクランク角センサとをさらに備える。制御装置30は、近接センサSPの出力を監視してクランク角に対する従動吸気弁IN♯1−2の脱調を検知し、脱調が検知された場合には従動吸気弁IN♯1−2および従動吸気弁に対応する主動吸気弁IN♯1−1の位置を初期化する初期駆動制御を行なう。
なお、本明細書において、脱調とは、電磁駆動弁において可動子が固定子に吸着されず通常の定常的な制御では制御できなくなる状態を指す。脱調が発生すると、可動子は例えば中立位置に戻ってしまい、弁は閉じることができなくなる。
図3は、リフトセンサが設けられた電磁駆動弁の構造を示した断面図である。
図3を参照して、バルブ87は、上下に昇降することにより、シリンダヘッド10に設けられた吸気口または排気口を開閉する。バルブ87から上方に延びる弁軸の上部にはアーマチャシャフト76が設けられる。
図3を参照して、バルブ87は、上下に昇降することにより、シリンダヘッド10に設けられた吸気口または排気口を開閉する。バルブ87から上方に延びる弁軸の上部にはアーマチャシャフト76が設けられる。
アーマチャシャフト76の上方にはリフトセンサSLの一部である金属棒66が連結されている。アーマチャシャフト76の中央部には、プランジャ74が固着されており、このプランジャ74はアッパーコア72を含む上部電磁コイルとロアコア78を含む下部電磁コイルとの間に配置されている。
アッパーコア72およびロアコア78はシリンダヘッド10に対して相対的に固定されており、上部電磁コイルと下部電磁コイルの磁力による吸引力(電磁力)によりプランジャ74が上下に移動する。
アッパーコア72の上方においてはアーマチャシャフト76に上部リテーナ70が固定されている。アーマチャシャフト76の下方の弁軸には下部リテーナ84が固定されている。
上部リテーナ70とセンサハウジング鍔部62との間にはスプリング68が介在しており、下部リテーナ84とシリンダヘッド10との間にはスプリング86が介在している。
スプリング68およびスプリング86は、ともに圧縮されて収められており、両スプリングの力が釣り合ったときに、バルブ87が全開と全閉の中間に位置するように調整されている。
弁軸とアーマチャシャフト76は、開弁状態および中立状態では当接しているが、閉弁状態ではわずかに隙間が開いた状態となる。
スプリング68,86の合力として、バルブ87が全閉となったときには開く方向に力が発生し、逆にバルブ87が全開となったときには閉じる方向に力が発生する。プランジャ74と電磁石のコイルとの距離が大きいときにこのスプリングによる力を利用することにより電磁石のサイズを小さくすることができる。
アーマチャシャフト76の上端に設けられた金属棒66はリフトセンサSLのハウジング内に設けられたコイル64の中心にコイル64と非接触で挿入されており、アーマチャシャフト76の上下動に応じて挿入長さが変化する。
このように構成された電磁駆動弁は、上部電磁コイルと下部電磁コイルのいずれにも通電がなされていないときにはバルブ87が半開となっており、上部電磁コイルに駆動電流が流れると、その吸引力によりプランジャ74が上方に引き上げられてバルブ87が閉じる。逆に下部電磁コイルに駆動電流が流れると、その吸引力によりプランジャ74が下方に引き下げられバルブ87が開く。
プランジャ74の上下動に伴って金属棒66のコイル64に対する挿入長さが変化する。コイル64のインダクタンスは、金属棒66の挿入長さにより変化するため、インダクタンスの変化を知ることができれば金属棒66の挿入長さ、すなわち、バルブ87のリフト量を検出することができる。
リフトセンサSLで検出されたリフト量は、図2のECU30にフィードバックされる。ECU30は、このリフト量に応じてEDU32に対して上部電磁コイルと下部電磁コイルの電流量を指示する。
図4は、近接センサが設けられた電磁駆動弁の構造を示した断面図である。
図4を参照して、この電磁駆動弁は図3の電磁駆動弁の構成においてリフトセンサSLに代えて近接センサSPが設けられている点が異なるが、他の部分の構成は同様であるので説明は繰返さない。
図4を参照して、この電磁駆動弁は図3の電磁駆動弁の構成においてリフトセンサSLに代えて近接センサSPが設けられている点が異なるが、他の部分の構成は同様であるので説明は繰返さない。
図4の電磁駆動弁は、アーマチャシャフト76の上部に図3の金属棒66は設けられておらず、代わりにアーマチャシャフト76が最も上昇した位置において近接センサSPの表面に接触しない程度の長さの金属棒102が設けられる。近接センサSPは図3のコイル64に代えてコイル100を含む。コイル100の内部には金属棒102は挿入されることはなく、したがって近接センサSPの表面部分にはリフトセンサSLと異なり金属棒を挿入する穴は設けられていない。
近接センサは、図4の例では、金属棒102が発振しているコイル100に近づくことにより、金属棒102の表面に渦電流が発生し、電磁誘導作動によって検出コイル100のインピーダンスが変化し、この変化によって金属棒102の接近を検出するものである。
しかしながら近接センサSPはリフトセンサSLと異なりアーマチャシャフト76の変位量までは検知することができず、アーマチャシャフト76が一定量以上上昇しているか否かを検知することができるにすぎない。その代わりに、コスト面ではリフトセンサSLよりも近接センサSPのほうが安価である。
したがって、すべてのバルブに対してリフトセンサを設けるのではなく、図2に示すように同時に動くバルブの組に対して1つのリフトセンサを設け、その組の中のリフトセンサを設けていないバルブに対しては近接センサを設ける。そして、近接センサによって2つのバルブの同調の乱れを検知し、脱調が発生した場合には初期制御を行って再び2つのバルブが同調運転するようにさせる。なお、主動弁と従動弁とは、完全に同調していなくても良く、多少ずれても構わない。
図4を用いて気筒♯1の吸気弁を一例として説明すると、吸気弁IN♯1−1のリフト量をリフトセンサSLで検知してこの検知したリフト量に基づいて同時に動く2つの吸気弁IN♯1−1およびIN♯1−2を制御する。
他の気筒♯2〜♯4についても同様な制御が行なわれる。また排気弁に対しても同様な制御が行なわれる。
図5は、バルブリフト量とロアコイルおよびアッパコイルに流れる電流との関係を説明するための波形図である。
図5を参照して、クランク角θ1まではバルブは閉弁状態であり、この閉弁状態を維持するためにアッパコイルには電流IUL0が流される。このときロアコイルの電流は0である。
クランク角θ1〜θ2においてアッパコイル電流はIUL0から0に減少され、これによりバルブはスプリングの力により中立位置に戻ろうとする。また、時刻θ1〜θ3においてロアコイルの電力が0からILL1まで増加されるため、ロアコイルに吸引力が発生する。これらの作用によりバルブは閉弁状態から開弁状態に変化する。
このときのロアコイルの電流値はリフトセンサで検知されたバルブのリフト量に基づいて定められ、クランク角θ4においてバルブリフトが完全に開弁状態になった後には電力節減のため開弁状態を維持するのに必要なだけの電流ILL0がロアコイルに流される。
さらに、クランク角θ5〜θ6においては、ロアコイル電流がILL0から0に向けて減少し、スプリングの力によってバルブは開弁位置から中立位置へむけて変化する。またクランク角θ5〜θ7においてアッパコイル電流が0からIUL1に増大されることによりアッパコイルの吸引力によりバルブが開弁位置から閉弁位置へと変化する。この場合にアッパコイルの電流量を増加し過ぎると、バルブがヘッドに当接する際の騒音が大きくなってしまうので、バルブのリフト量をECUで検知しながらアッパコイルの電流量が定められる。
クランク角がθ8になり閉弁状態が十分に確認されたらアッパコイルの電流値はIUL1から閉弁状態を維持するに十分な程度の電流値IUL0に減少される。
図6は、図2のECU30で実行されるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。
図6のフローチャートは所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼出されて実行される。
図6を参照して、まず処理が開始されるとステップS1においてECU30はクランク角センサ6の出力に基づきクランク角度を取得する。
続いてステップS2においてECU30はリフトセンサSLからプランジャ位置Xを取得する。ECU30は、さらにステップS3において、速度vを算出する。
そしてステップS4においてECU30は、プランジャ74を吸引するのに必要な電磁力Fを算出する。
この電磁力Fは、各電磁駆動弁には電磁石の特性、プランジャと電磁石とのクリアランス等にばらつきがあるため、続くステップS5,S6において各弁に流すべき電流が求められる。
すなわちステップS5においては、電磁力Fを発生させるために必要な電流I1が吸気弁IN♯1−1のマップを参照して求められる。同様にステップS6においては、電磁力Fを発生させるために必要な電流I2が吸気弁IN♯1−2のマップを参照して求められる。
図7は、各々の弁ごとに設けられている電磁力マップの例を示した図である。
図7に示すように、リフトセンサで検知されるバルブ位置が中立状態Cであるときに電流Iと、電流Iを流したときに発生する電磁力Fとの関係がマップとして図1のメモリ31中に保存されている。また、バルブ位置が中立位置からC+α,C+2α,C−α,C−2αに変化したときのマップも同様にメモリ31に予め保存されている。
図7に示すように、リフトセンサで検知されるバルブ位置が中立状態Cであるときに電流Iと、電流Iを流したときに発生する電磁力Fとの関係がマップとして図1のメモリ31中に保存されている。また、バルブ位置が中立位置からC+α,C+2α,C−α,C−2αに変化したときのマップも同様にメモリ31に予め保存されている。
このマップのデータは、エンジン組立後にすなわち電磁駆動弁の組合せが固定された後に特性を測定してメモリ31に保存してもよいし、また、電磁駆動弁のユニットごとに予め測定され供給されたデータをメモリ31に保存してもよい。
図7に示すような電磁力マップをバルブごとに持つことにより、リフトセンサで得たリフト量を他の近接センサが付いている電磁駆動弁の制御にも用いることが可能となる。
再び図6を参照して、ステップS5およびS6において各吸気弁の電磁石のコイルに流すべき電流I1,I2が求められた後には、ステップS7においてECU30は、電流I1,I2をそれぞれ吸気弁IN♯1−1,IN♯1−2のコイルに流すように、EDU32に指令を行なう。
そしてステップS8において吸気弁IN♯1−1,IN♯1−2の同調確認が行なわれる。これは吸気弁IN♯1−2はリフトセンサによってリフト量が測定されていないため、正しく吸気弁IN♯1−1と同調して動作しているかをあるタイミングにおいて確認したほうが望ましいからである。なお、制御サイクル毎にステップS8の処理を必ず行なう必要はないので、ステップS8は、ステップS1〜S7の処理とは別に行なっても良い。
ステップS8の処理が終了するとステップS9に処理が進み、制御はメインルーチンに戻される。
図8は、図6のステップS8における吸気弁の同調確認処理の制御構造を示したフローチャートである。
図9は、図6に示した制御に基づいて運転が行なわれた場合のリフトセンサの出力と近接センサの出力とを示した波形図である。
図9に示すように、クランクシャフト角度0°〜180°の吸気行程において、吸気弁が閉弁状態から開弁状態に変化し、そして再び閉弁状態となる。
このときしきい値X1よりもリフト量が大であれば吸気弁IN♯1−2の近接センサの出力はオフ状態となる。ここでリフト量は弁が閉弁状態になったときを0に基準をとり、開弁状態に向かうに従ってリフト量が増加するものとする。
吸気行程においては、排気弁は閉弁状態であり、リフト量は0と検知され、また近接船さの出力はON状態である。
クランクシャフト角度が180°〜360°の圧縮行程においては吸気弁および排気弁はともに閉弁状態であり、リフトセンサの出力はリフト量0でかつ近接センサの出力はオン状態となる。
クランクシャフト角度が360°〜540°の燃焼・膨張行程においても圧縮行程と同様リフトセンサ出力はリフト量0で近接センサはオン状態となっている。
クランクシャフト角度が540°〜720°の排気行程においては吸気弁は閉弁状態であり、吸気弁のリフト量は0でまた近接センサの出力はオン状態である。一方、排気弁は閉弁状態から開弁状態となった後再び閉弁状態となる。排気弁のリフト量がしきい値X2を超えたときに排気弁の近接センサはオン状態からオフ状態に変化して排気弁のリフト量がしきい値X2よりも再び小さくなったときには近接センサの出力はオフ状態からオン状態に変化する。
図9に示したような波形が正常に観測されていれば吸気弁IN♯1−1と吸気弁IN♯1−2とは同調して動作していると考えられる。この同調の乱れを観測することにより脱調が発生したことを図8のフローチャートで検知する。
図8を参照して、ステップS8の処理が開始されると、まずステップS11において吸気弁IN♯1−1に設けられたリフトセンサSLで観測されたリフト量がしきい値X1よりも大きいか否かが判断される。
リフト量>X1である場合にはステップS16に処理が進み、リフト量>X1が成立しなければステップS12に処理が進む。
ステップS12では、吸気弁IN♯1−2に設けられた近接センサの出力がオン状態か否かが判断される。ステップS12において近接センサがオン状態でなければ、例えば図9の圧縮行程等において吸気弁IN♯1−1は閉弁状態であるのに対し吸気弁IN♯1−2は閉弁状態でないことになる。この場合、処理はステップS17に進む。
一方、ステップS12において近接センサがオン状態であれば、例えば図9の圧縮行程等において吸気弁IN♯1−1が閉弁状態である場合に吸気弁IN♯1−2も閉弁状態であることになり、2つの吸気弁は同調していると判断されるのでステップS23に処理が進む。
ステップS11においてリフト量>X1が成立してステップS16に進んだ場合には、吸気弁IN♯1−2の近接センサの出力がオフ状態であるか否かが判断される。ステップS16において近接センサがオフ状態でない場合には、図9の吸気行程において吸気弁IN♯1−1が開弁状態であるのに対して、吸気弁IN♯1−2は開弁状態になっていないことになる。したがってステップS17に処理が進む。
ステップS17では、吸気弁IN♯1−2の同調不良とECU30は判断し、同調不良フラグをセットする。
そしてステップS18において吸気弁IN♯1−1およびIN♯1−2の制御を停止する。すなわちコイルに流す電流を一旦0にしてバルブを中立位置に一旦戻す。そしてステップS19において吸気弁IN♯1−1のリフトセンサの出力をモニタして吸気弁IN♯1−1が中立位置になるまで待つ。そして吸気弁IN♯1−1が中立位置になった後にステップS20に進み吸気弁IN♯1−1および吸気弁IN♯1−2を初期駆動して閉弁させる。
図10は、図8のステップS20で行なわれる電磁駆動弁の初期駆動について説明するための図である。
電磁石に流れる電流が0の初期状態では、電磁駆動弁のプランジャは中立状態となっている。ここで電磁石の吸引力は、距離の2乗に比例して小さくなってしまうので、電磁力だけでバルブのストローク量を吸引しようとすると非現実的な大きさの電磁石が必要となってしまう。
このため図3や図4に示した電磁駆動弁はスプリングの力を用いて電磁石とプランジャとの距離が離れている場合の駆動力を確保するようにしている。電磁石の大きさを現実的な程度に小さくするとアッパコイルおよびロアコイルに電流を流しても中立状態から一度に閉弁状態または開弁状態にバルブ位置を持っていくことができない。そこで、図10に示すような初期駆動が必要となる。
図10を参照して、時刻t0においてバルブリフト量が中立状態になっている。このため初期駆動期間の前半の始動区間において、アッパコイルとロアコイルに電磁駆動弁のばねによる共振周波数に応じた周期で交互に電流を流してやる。このことにより次第に中立位置からバルブリフトの振幅は大きくなり、プランジャが電磁石に吸着可能となったときに閉弁状態に固定し、初期駆動期間の後半の保持区間において閉弁状態を維持する。
なお保持区間の最終部分Δt2においては消費電流を抑えるために閉弁状態を維持するのに必要最低限の電流をアッパコイルに流す。
そして時刻t1以降の実動期間においては、アッパコイルの電流を0にしてロアコイルに電流を流すことにより閉弁状態から開弁状態にバルブが変化し、ロアコイル電流を0にしてアッパコイル電流を流すことによりバルブは開弁状態から閉弁状態に変化することになる。
再び図8を参照して、ステップS20において吸気弁IN♯1−1および吸気弁IN♯1−2が初期駆動が行なわれた後には、ステップS21に処理が進む。ステップS21では、吸気弁IN♯1−1,IN♯1−2が共に閉弁状態であるか否かが判断される。この判断は、リフトセンサのリフト量と、近接センサの出力を観測することによって行なわれる。
ステップS21において閉弁状態であることが確認された場合には、ステップS22において再び同調不良とならないように図7に示したマップで決定された電流値よりも増加させる。なお、ステップS22の処理は必ずしも行なわなくてもよい。ステップS22の処理が終了するとステップS24に進み制御はメインルーチンに戻る。
一方、ステップS21において、吸気弁IN♯1−1,IN♯1−2のいずれか一方、または両方が閉弁状態でないと判断された場合には処理はステップS13に進む。
ステップS13では、故障フラグがセットされ、続いてステップS14に進み故障と判断された気筒の制御が停止され、さらにステップS15において電磁駆動弁の故障が発生したことについて警告を報知する。この警告の報知は、たとえば運転席の操作パネル上に警告ランプが点灯する等によって行なわれる。
ステップS15の処理が終了するとステップS24に進み制御はメインルーチンに戻される。
一方、ステップS16において近接センサがオフ状態であると判断された場合にはステップS23に処理が進む。
ステップS23では、吸気弁IN♯1−1および吸気弁IN♯1−2は同調状態にあるので同調不良フラグがセットされていればこれをリセットする。そしてステップS24に進み制御はメインルーチンに戻される。
以上説明したように、本発明の実施の形態1によれば、高価なリフトセンサの個数を減らして製造コストの低減を図ることができる。また、製造コストの低減を図りつつも、エンジンの運転の信頼性を確保することができる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、リフトセンサを1気筒当たり2つの吸気弁に対して1つ設け、2つの排気弁に対し1つ設けた。実施の形態2においてはさらにリフトセンサの数を減らしている。具体的には、実施の形態2では2気筒当たり4つの吸気弁に対しリフトセンサを1つ設け、2気筒当たり4つの排気弁に対しリフトセンサを1つ設ける。
実施の形態1では、リフトセンサを1気筒当たり2つの吸気弁に対して1つ設け、2つの排気弁に対し1つ設けた。実施の形態2においてはさらにリフトセンサの数を減らしている。具体的には、実施の形態2では2気筒当たり4つの吸気弁に対しリフトセンサを1つ設け、2気筒当たり4つの排気弁に対しリフトセンサを1つ設ける。
図11は、実施の形態2におけるリフトセンサの配置を説明するための図である。
図11に示した配置は、図2で説明した配置において吸気弁IN♯2−1,IN♯3−1に対して設けられていたリフトセンサSLが近接センサSPに置換えられ、排気弁EX♯2−2,EX♯3−2に設けられていたリフトセンサSLが近接センサSPに置換えられている点が異なる。そして、ECUは、図11に矢印で示すように、吸気弁IN♯1−1について設けられたリフトセンサSLの出力に応じて4つの吸気弁IN♯1−1,IN♯1−2,IN♯3−1,IN♯3−2の昇降制御を行なう。
図11に示した配置は、図2で説明した配置において吸気弁IN♯2−1,IN♯3−1に対して設けられていたリフトセンサSLが近接センサSPに置換えられ、排気弁EX♯2−2,EX♯3−2に設けられていたリフトセンサSLが近接センサSPに置換えられている点が異なる。そして、ECUは、図11に矢印で示すように、吸気弁IN♯1−1について設けられたリフトセンサSLの出力に応じて4つの吸気弁IN♯1−1,IN♯1−2,IN♯3−1,IN♯3−2の昇降制御を行なう。
図示しないが、ECU30は吸気弁IN♯4−1について設けられたリフトセンサSLの出力に応じて吸気弁IN♯2−1,IN♯2−2,IN♯4−1,IN♯4−2の4つの吸気弁の制御を行なう。
排気弁についても図示しないが、排気弁EX♯1−2について設けられたリフトセンサSLの出力においてECU30は4つの排気弁EX♯1−1,EX♯1−2,EX♯3−1,EX♯3−2の制御を行なう。また排気弁EX♯4−2について設けられたリフトセンサSLの出力に応じてECU30は4つの排気弁EX♯2−1,EX♯2−2,EX♯4−1,EX♯4−2の制御を行なう。
なお、図11では、排気弁EX♯1−2についてリフトセンサを設け排気弁EX♯3−2は近接センサを設けた例を示したが両者のセンサを入れ替えてもよい。すなわち気筒♯1および♯3を1組として4つの吸気弁当たりに1つのリフトセンサを設け4つの排気弁当たり1つのリフトセンサを設ければよい。気筒♯2および♯4の組に対しても同様なことが言える。
ただし気筒♯1および♯3は点火時期が異なるので、ECU30はリフトセンサが設けられている気筒の弁のリフト量を記憶しておき、リフトセンサが設けられている気筒と点火時期が異なる気筒については記憶していたリフト量をクランク角に応じて読出して用いる必要がある。
気筒の点火順が♯1→♯3→♯4→♯2の順であるときには、点火時期が隣り合う気筒を対にして、対となった気筒のうち点火時期が先になる気筒についてリフトセンサを設けておき、吸気行程および排気行程のリフトセンサのリフト量を覚えておく。その直後に点火される気筒についてはクランク角に応じて記憶しておいたリフト量を読出して用いるのがよい。そうすれば点火順序が近いので、エンジン負荷の変動などの外乱はほぼ同じであると考えられ、制御の精度低下は最小限に抑えることができる。
また、リフトセンサを気筒♯1と気筒♯4に設けることで、2気筒運転のような減筒運転をする場合に減筒する気筒は気筒♯2,♯3とし、振動を最小限に抑えることができる。すなわち気筒の点火順序は通常運転においては♯1→♯3→♯4→♯2の順で行なわれるので、減筒運転時における点火周期を均一にするために気筒♯1および♯4にリフトセンサを設けることが好ましい。
また同時に駆動される弁の同調の不良の検知については図2に示した場合と同様に近接センサを用いる。同調不良が発生してから後の復帰については実施の形態1に示した場合と同様であるが、同調不良が他の気筒にまで波及しないように、たとえば気筒♯1で同調不良が発生したら、その次に点火サイクルが来る気筒♯3では制御電流を標準値よりも増加させて気筒♯1と気筒♯3を同時に停止することを避けるようにするのがよい。
図12は、実施の形態2においてECU30が実行するプログラムの制御構造を示す第1のフローチャートである。
図11、図12を参照して、まず処理が開始されるとステップS101において気筒♯1のクランク角度が取得される。そしてステップS102において、気筒♯1のリフトセンサSLから吸気弁IN♯1−1のリフト量が取得される。
このリフト量は定期的に取得されており、ステップS103ではプランジャ位置Xとこのプランジャ位置の経時変化に基づいて求められる速度vの算出が行なわれる。
そしてステップS104においてECU30は必要な電磁力Fを算出し、気筒♯1の2つの吸気弁については、吸気弁ごとに設けられている電磁力マップに基づいて気筒♯1の各吸気弁に対する電磁石の電流量が決定される。そしてステップS105においてその時々のクランク角度に対応する電磁力FをECU30内部のメモリ31に記憶しておく。
そしてステップS106に処理が進み、制御はメインルーチンに戻る。
図13は、実施の形態2においてECU30が実行するプログラムの制御構造を示す第2のフローチャートである。
図13は、実施の形態2においてECU30が実行するプログラムの制御構造を示す第2のフローチャートである。
図13は、気筒♯3についての制御に関するものである。図11、図13を参照して、まず処理が開始されるとステップS111において気筒♯1のクランク角度の取得が行なわれ、ステップS112において気筒♯1のクランク角度を気筒♯3のクランク角度に変換する処理が行なわれる。
続いてステップS113において、ECU30は気筒♯3のクランク角度に対応する電磁力Fをメモリ31から読出す。
そしてステップS114において、ECU30は、電磁力Fに対応する電流I31,I32を、吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2の電磁力マップから読出す。さらにステップS115において、ECU30はEDU32に対して電流I31,I32をそれぞれ吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2のコイルに流すように指令を行なう。
そしてステップS116において近接センサを用いた同調の確認が行なわれ、その後ステップS117に処理が進み、制御はメインルーチンに戻される。
図14は、図13におけるステップS116の同調確認処理の制御構造を示したフローチャートである。
図14を参照して、ステップS116の処理が開始されると、まずステップS121において気筒♯3のクランク角がY1とY2の間にあるか否かが判断される。なおこのクランク角の境界値Y1,Y2は、図9の吸気行程に示すように、吸気弁が正常であれば近接センサの出力が変化するクランク角度に相当する。
ステップS121においてクランク角がY1とY2との間にない場合にはステップS122に進み、クランク角がY1とY2の間にある場合にはステップS126に進む。
クランク角がY1とY2の間にない場合すなわちステップS122に処理が進んだ場合には、吸気弁に取付けられた近接センサは吸気弁が正常に作動していればオン状態の出力をしているはずである。そこでステップS122においては近接センサの出力がオン状態であるか否かが判断される。
近接センサの出力がオン状態であれば吸気弁は正常に動作していると考えられるので処理はステップS132に進む。一方近接センサがオン状態でない場合には処理はステップS127に進む。
ステップS121においてクランク角がY1とY2の間にあると判断されステップS126に処理が進んだ場合には、吸気弁が正常に動作していれば近接センサの出力はオフ状態であるはずである。このためステップS126では近接センサがオフ状態であるか否かが判断される。
ステップS126において近接センサがオフ状態である場合には吸気弁は正常動作を行なっていると考えられ処理はステップS132に進む。一方、ステップS126において近接センサがオフ状態でないと判断された場合には処理がステップS127に進む。
ステップS127では、吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2の同調不良と判断し、同調不良フラグをセットする。続いてステップS128において吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2の制御を停止する。すなわち吸気弁の電磁石に流す電流を一旦0にする。そしてステップS129において、他の気筒において同様な同調不良が発生しないように他の気筒の制御電流をマップで決定した標準の値よりも所定量増加させ電磁石の吸引力を高める。
そしてステップS130において吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2が中立位置に戻ると考えられる所定期間の経過後に、吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2を初期駆動して閉弁させる。この初期駆動は、実施の形態1で説明したと同様図10に示すような電流を流すことによって行なわれる。
ステップS130の処理が終了するとステップS131に処理が進む。ステップS131では、吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2が共に閉弁状態であるか否かが判断される。この判断は、リフトセンサのリフト量と、近接センサの出力を観測することによって行なわれる。
ステップS131において閉弁状態であることが確認された場合には、処理はステップS133に進み制御はメインルーチンに戻される。
一方、ステップS131において、吸気弁IN♯3−1,IN♯3−2のいずれか一方、または両方が閉弁状態でないと判断された場合には処理はステップS123に進む。
ステップS123では、故障フラグがセットされる。そしてステップS124において故障が生じた気筒(この場合は気筒♯3)の制御が停止され、残りの3つの気筒で運転が維持される。そしてステップS125において運転者に警告ランプ等で気筒に故障が生じていることを報知する。その後処理はステップS133に進み、制御はメインルーチンに戻される。
なおステップS126またはステップS122において、近接センサの出力が正常であると判断されステップS132に処理が進んだ場合には、ECU30は同調不良フラグをリセットし、ステップS133にさらに処理が進んでメインルーチンに制御が移される。
以上説明したように、実施の形態2においては、さらにリフトセンサの数を減らすことができる。
[実施の形態3]
図15は、実施の形態3におけるセンサの配置を示した図である。
図15は、実施の形態3におけるセンサの配置を示した図である。
図15に示すように、実施の形態3においてはリフトセンサの個数は4気筒当たり吸気弁側に1つ排気弁側に1つである。すなわち8つの吸気弁に対して1つのリフトセンサが設けられ、8つの排気弁に対して1つのリフトセンサが設けられる。
4気筒エンジンの場合には、たとえば図15に示すように、気筒♯1の吸気弁IN♯1−1にリフトセンサSLを設け、気筒♯4の排気弁EX♯4−2にリフトセンサを設け、他の吸気弁や排気弁については近接センサSPを設けておく。
リフトセンサを気筒♯1と気筒♯4に設けるのは、2気筒運転のような減筒運転をする場合に減筒する気筒は気筒♯2,♯3とし、振動を最小限に抑えるためである。すなわち気筒の点火順序は通常運転においては♯1→♯3→♯4→♯2の順で行なわれるので、減筒運転時における点火周期を均一にするために気筒♯1および♯4にリフトセンサを設けることとする。
なお気筒♯1および♯4にリフトセンサを設けずにその代わりに気筒♯2および気筒♯3にリフトセンサを設ける構成としてもよい。また図4に示した気筒♯4の排気弁EX♯4−2に設けたリフトセンサSLを気筒♯1の排気弁EX♯1−2のほうに設けるように変形してもよい。
吸気弁について例を示せば、図15の矢印に示すように、吸気弁IN♯1−1のリフトセンサSLの出力がECU30に取込まれECU30はこれに基づき吸気弁IN♯1−1,IN♯1−2,IN♯2−1,IN♯2−2,IN♯3−1,IN♯3−2,IN♯4−1,IN♯4−2の8個の吸気弁に対する電流量の指示をEDU32に出力する。
気筒♯2,♯3,♯4については、実施の形態2で説明したのと同様に、気筒♯1のリフトセンサのリフト量をメモリ31に記憶しておいてクランク角に対応して読出すことにより使用することができる。
実施の形態3においてはリフトセンサ数をさらに減らすことができ、一層コストメリットを得ることができる。
[実施の形態4]
実施の形態4においてはリフトセンサを用いる代わりに筒内圧センサを設けてバルブ制御の外乱を検知して制御を行なう。
実施の形態4においてはリフトセンサを用いる代わりに筒内圧センサを設けてバルブ制御の外乱を検知して制御を行なう。
図16は、実施の形態4におけるセンサの配置を示した図である。
図16に示すように、各気筒の吸気弁および排気弁にはすべて近接センサSPが設けられ、これに加えて気筒♯1〜♯4の各々に筒内圧センサSSPが設けられる。実施の形態4では、リフトセンサの代わりに筒内圧センサSSPを用いて排気弁の制御を行なう。吸気弁は筒内圧の影響をほとんど受けないために、クランク角に対する電流を規定した電磁力特性マップのみのフィードフォワード制御で行なうこととする。
図16に示すように、各気筒の吸気弁および排気弁にはすべて近接センサSPが設けられ、これに加えて気筒♯1〜♯4の各々に筒内圧センサSSPが設けられる。実施の形態4では、リフトセンサの代わりに筒内圧センサSSPを用いて排気弁の制御を行なう。吸気弁は筒内圧の影響をほとんど受けないために、クランク角に対する電流を規定した電磁力特性マップのみのフィードフォワード制御で行なうこととする。
また吸気弁および排気弁の脱調については、近接センサSPを用いて実施の形態1〜3と同様に検出を行ない脱調が検出された後には、従属制御している弁についても一旦中立位置に戻して脱調した弁と同時に再始動させる。
実施の形態4では、リフトセンサを用いずに電磁弁の制御を行なうことが可能となる。
[実施の形態5]
図17は、実施の形態5におけるセンサの配置を示した図である。
[実施の形態5]
図17は、実施の形態5におけるセンサの配置を示した図である。
図17に示したセンサ配置は、図16において気筒♯2,♯3の筒内圧センサを取除いたものである。その代わりに気筒♯1の筒内圧センサの出力に応じて気筒♯3の排気弁の制御が行なわれる。また気筒♯4の筒内圧センサの出力に応じて気筒♯2の排気弁の制御が行なわれる。
すなわち筒内圧センサSSPは2気筒当たり1個設けられる。4気筒エンジンの場合には気筒♯1および♯3を1グループとし、気筒♯2および♯4を1グループとする。そしてたとえば気筒♯1の筒内圧センサで気筒♯3の排気弁の制御を行なう。気筒♯3は気筒♯1のクランク角と排気行程における筒内圧の情報を保存しておき、これを気筒♯3の排気行程においてクランク角に応じて読出して用いる。気筒♯3は気筒♯1の次に点火順序が来るので点火順序が近くエンジン負荷の変化などの外乱がほぼ同程度と考えられる。このため制御の精度低下が最小限に抑えられる。
脱調の検知については実施の形態1〜4と同様に近接センサを用いて検知する。脱調を検知した後の復帰についても実施の形態1〜4と同様に行なう。また、脱調が他の気筒に波及しないように、たとえば気筒♯1で脱調が発生したら次の点火が行なわれる気筒♯3では制御電流をアップさせて電磁石の吸引力を増加させてもよい。
また2気筒運転のような減筒運転をする場合には、気筒♯1,♯4の筒内圧センサを設けてある気筒のみを運転させ、気筒♯2および♯3は減筒させる。このように選択すると減筒運転において点火周期が均一化されるので振動を最小限に抑えることができる。
実施の形態5においては、実施の形態4に比べてさらに筒内圧センサの数をへらしコストを低減させることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 エンジン、4 ピストン、6 クランク角センサ、8 シリンダブロック、10 シリンダヘッド、11 吸気ポート、12 排気ポート、18 燃料噴射弁、20 点火プラグ、22,26 センサ、24,28 電磁アクチュエータ、30 制御装置、31 メモリ、62 センサハウジング鍔部、64,100 コイル、66 金属棒、68,86 スプリング、70 上部リテーナ、72 アッパーコア、74 プランジャ、76 アーマチャシャフト、78 ロアコア、84 下部リテーナ、87 バルブ、102 金属棒、EX 排気弁、IN 吸気弁、SL リフトセンサ、SP 近接センサ、SSP 筒内圧センサ。
Claims (11)
- 内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、
各々が前記制御装置の指示に応じて昇降可能な、主動弁および従動弁を含む複数の弁と、
前記主動弁のリフト量を検知するリフトセンサとを備え、
前記制御装置は、前記リフトセンサの出力に基づいて前記主動弁および前記従動弁に昇降指示を行なう、内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は、
前記従動弁の位置が所定範囲に入っているか否かを検知する近接センサと、
クランク角を検知するクランク角センサとをさらに備え、
前記制御装置は、前記近接センサの出力を監視して前記クランク角に対する前記従動弁の脱調を検知し、前記脱調が検知された場合には従動弁および前記従動弁に対応する主動弁の位置を初期化する初期駆動制御を行なう、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記脱調が検知された場合には、前記主動弁および前記従動弁の少なくともいずれかの駆動力を増大させる、請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記主動弁および前記従動弁は、前記内燃機関の同じ気筒に対して設けられる、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関は、
クランク角を検知するクランク角センサと、
複数の気筒とをさらに備え、
前記主動弁と前記従動弁とは異なる気筒に対して設けられ、
前記制御装置は、前記主動弁が設けられた気筒のクランク角と前記主動弁のリフト量の変化の関係を示すデータを記憶して、前記記憶したデータに基づき前記従動弁を制御する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記複数の気筒は、点火順序が連続する第1、第2の気筒を含み、
前記第1の気筒に対して前記主動弁が設けられ、前記第2の気筒に対して前記従動弁が設けられる、請求項5に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記複数の気筒は、
点火する気筒を減らして運転を行なう減筒運転時に点火が維持される第1の気筒と、
前記減筒運転時に点火を行なわない第2の気筒とを含み、
前記第1の気筒に対して前記主動弁が設けられ、前記第2の気筒に対して前記従動弁が設けられる、請求項5に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記主動弁は、
主動吸気弁と、
主動排気弁とを含み、
前記従動弁は、
前記主動吸気弁に対応する従動吸気弁と、
前記主動排気弁に対応する従動排気弁とを含み、
前記リフトセンサは、
前記主動吸気弁に設けられる吸気弁リフトセンサと、
前記主動排気弁に設けられる排気弁リフトセンサとを含み、
前記従動吸気弁は、前記吸気弁リフトセンサに応じて制御され、
前記従動排気弁は、前記排気弁リフトセンサに応じて制御される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、
各々が前記制御装置の指示に応じて昇降可能な複数の弁と、
気筒の内圧を検知する圧力センサとを備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記複数の弁の少なくとも1つに昇降指示を行なう、内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は、
第1、第2の気筒を含む複数の気筒を備え、
前記第2の気筒は、点火順序において前記第1の気筒の次に点火が行なわれる気筒であり、
前記圧力センサは、前記第1の気筒の内圧を検知し、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記複数の弁のうち前記第1の気筒に設けられる弁と前記第2の気筒に設けられる弁の昇降制御を行なう、請求項9に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記複数の弁は、
吸気弁と、
排気弁とを含み、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記排気弁に対する昇降指示を行ない、前記圧力センサの出力に無関係に前記吸気弁に対する昇降指示を行なう、請求項9に記載の内燃機関の制御装置。
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