JP2013002338A - 内燃機関の動弁試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の特性変動があっても早期に弁動作遅れを低減できる内燃機関の動弁試験装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の動弁試験装置は、内燃機関の特性が所定のしきい値を越えて変動する場合、内燃機関の特性変動に応じて補償波形を補正し、弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、補正された前記補償波形を加えて補償目標リフト波形を作成し、補償目標リフト波形によりドライブ波を生成し弁駆動装置を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁、排気弁を試験的に駆動するための内燃機関の動弁試験装置に関する。

内燃機関の制御の自由度を高めるため、油圧アクチュエータ及び油圧サーボ弁等を用いて吸気弁、排気弁を制御する油圧式の弁駆動装置がある。例えば、弁の開閉動作（リフト）のみをアクチュエータにて行う、弁駆動装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００９−２５７３１９号公報

ところで、特許文献１に記載の弁駆動装置では、自由な弁制御が可能となるものの、油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れが生じる。そこで、弁駆動装置は、弁駆動ピストンの変位を計測し、次のサイクルの弁制御に偏差をフィードバックしている。これにより、内燃機関の特性変動に変化がない場合、油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れを繰り返しフィードバックして補償することで、弁動作遅れは徐々に低減することができる。しかしながら、内燃機関の特性が変動すると、弁動作遅れを補償する前提が変化してしまうため、弁動作遅れの低減時間がかかることがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、内燃機関の特性変動があっても早期に弁動作遅れを低減できる内燃機関の動弁試験装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁試験装置において、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形を記憶し、前記内燃機関の特性が所定のしきい値を越えて変動する場合、前記内燃機関の特性変動に応じて前記補償波形を補正し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、補正された前記補償波形を加えて補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形によりドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御することを特徴とする。

これにより、内燃機関の特性の変動に追随し、早期に弁動作のずれを低減できる。内燃機関の特性変動に対して補償波形を粗調整することができるので、弁駆動ピストンの応答振幅減衰と動作遅れがより早く補償される。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置はそのような機構を有さない。このため、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び吸気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。

本発明の望ましい態様として、前記内燃機関の特性が内燃機関の回転数であり、前記制御装置は、前記回転数が増加する場合前記補償波形のリフト量を増加させる、又は前記回転数が減少する場合前記補償波形のリフト量を減少させる補正を行うことが好ましい。

これにより、内燃機関での回転数の変動に追従して、弁駆動ピストンの応答振幅減衰と動作遅れをより早く補償することができる。また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関での高回転の追従も可能となる。

本発明の望ましい態様として、前記内燃機関の特性が内燃機関の負荷トルクであり、前記制御装置は、前記負荷トルクが増加する場合前記補償波形のリフト幅を増加させる、又は前記負荷トルクが減少する場合前記補償波形のリフト幅を減少させる補正を行うことが好ましい。

これにより、内燃機関での負荷トルクの変動に追従して、弁駆動ピストンの応答振幅減衰と動作遅れをより早く補償することができる。

本発明の望ましい態様として、前記制御装置は、補正された前記補償目標リフト波形で前記弁駆動ピストンを駆動して実応答波形を取得し、補正された前記補償目標リフト波形と前記実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補正された前記補償目標リフト波形を前記補償波形でさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い実応答とすることができる。

本発明の内燃機関の動弁試験装置によれば、内燃機関の特性変動があっても早期に弁動作遅れを低減できる。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。 図２は、弁駆動装置の概要図である。 図３は、制御装置の構成図である。 図４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。 図５は、本実施形態に係る補償波形の一例を示す説明図である。 図６は、本実施形態に係る補償波形の演算の手順を説明するフローチャートである。 図７は、本実施形態に係る補償目標リフト波形の一例を示す説明図である。 図８は、リフト量と時間との関係の一例を示す説明図である。 図９は、リフト量と時間との関係の一例を示す説明図である。 図１０は、内燃機関の回転数変化の一例を示す説明図である。 図１１は、本実施形態の補償波形の一例を示す説明図である。 図１２は、比較例の補償波形の一例を示す説明図である。 図１３は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。 図１４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。 図１５は、本実施形態の補償波形補正データの一例を示す説明図である。 図１６は、内燃機関の負荷トルク変化の一例を示す説明図である。 図１７は、本実施形態の補償波形の一例を示す説明図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
本実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。図２は、弁駆動装置の概要図である。図３は、制御装置の構成図である。本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置１００（以下、動弁試験装置という。）に用いられる動弁装置は、シリンダブロック３内での燃焼用ピストン２の上下動に伴い、エンジンバルブとしての排気弁４ａ及び吸気弁４ｂを駆動する装置である。

図１に示すように、動弁試験装置１００は、内燃機関１（エンジン）に設置される弁駆動装置１０と、内燃機関１の状態を計測する計測装置２０、２１と、弁駆動装置１０に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、信号ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５と、油圧ラインＯ１及びＯ２と、を有している。なお、ダイナモ２００は、電力変換装置である。ダイナモ２００は、必須の構成要素ではなく付加要素であり、例えば後述する試験装置として使用する場合に用いる。

図２に示すように、弁駆動装置１０は、弁駆動シリンダ１１と、弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２と、弁駆動ピストン１２を駆動するためのサーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２の位置を計測する変位計１５とを有している。図１に示すように内燃機関１は、シリンダブロック３と、クランクケース９と、燃焼用ピストン２と、クランクシャフト７と、コネクティングロッド８とを有している。燃焼用ピストン２とクランクシャフト７とがコネクティングロッド８で連結されている。このような構造により、燃焼用ピストン２の往復運動がクランクシャフト７で回転運動に変換される。

また、図１及び図２に示すように内燃機関１は、排気弁４ａ及び吸気弁４ｂと、弁ロッド５と、バルブスプリング６とを有している。排気弁４ａ、吸気弁４ｂは、各々、弁ロッド５の下端に固定されており、弁ロッド５に設けられたバルブスプリング６により閉弁方向に力が付勢されている。弁駆動装置１０は、内燃機関１上に搭載され、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続されている。又は、弁駆動装置１０は、弁閉止時にわずかな隙間をあけ配置される。これにより、弁駆動ピストン１２を駆動すると、弁ロッド５に応じて排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが駆動される。なお、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続される場合には、バルブスプリング６は不要となる。

図２に示す弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２は、油圧アクチュエータであって、弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１に油圧が供給されると伸びて排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを開動作させる。また弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１から油圧が排出されると縮んで排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを閉動作させる。サーボ弁１３は、弁駆動シリンダ１１の外部側面に取り付けられている。サーボ弁１３は、後述する油圧ユニット３０と油圧の供給ラインである油圧ラインＯ１及び戻りラインである油圧ラインＯ２で接続されている。サーボ弁１３は、制御装置８０からの信号ラインＩ２の指示に基づいて弁駆動シリンダ１１への油圧の供給又は弁駆動シリンダ１１から油圧の排出を制御する。例えば、サーボ弁１３は、スプール、油路、電磁コイル等により構成されている。変位計１５は、弁駆動シリンダ１１での弁駆動ピストン１２の位置を計測し、計測した位置データを制御装置８０へ出力する。

変位計１５には、例えばＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer：差動変圧器）のような非接触式の変位センサが用いられている。ここで、変位計１５は、弁駆動ピストン１２の位置を計測することができる。また、弁駆動ピストン１２の変位計１５は信号ラインＩ３を通じて、上述した制御装置８０へ接続されている。

図１に示す計測装置２０は、内燃機関１の回転数を計測するエンコーダである。また、計測装置２１は、内燃機関１のクランク角度を計測するクランク角センサである。計測装置２０、２１で計測された内燃機関１の回転数情報及びクランク角度情報は、制御装置８０へ出力される。ここで、回転数というときには、各クランク角度での単位時間当たりの角度変化である回転速度をいうものとする。

制御装置８０は、弁駆動装置１０を制御する装置である。図１に示すように、制御装置８０は、信号ラインＩ１を介して油圧ユニット３０を起動又は停止する制御を行う。また、制御装置８０は、信号ラインＩ２を介してサーボ弁１３を制御できる。また、制御装置８０は、信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して変位計１５及び計測装置２０、２１に接続されている。次に、図３を用いて、制御装置８０を説明する。

図３に示す制御装置８０は、入力処理回路８１と、入力ポート８２と、処理部９０と、記憶部９４と、出力ポート８３と、出力処理回路８４と、を有する。処理部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）９１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９３とを含んでいる。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが付随していてもよい。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが必要に応じて接続可能である。また制御装置８０は表示装置８５と、入力装置８６とがなくても動作可能である。

処理部９０と、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３とは、バス８７、バス８８、バス８９を介して接続される。バス８７、バス８８及びバス８９により、処理部９０のＣＰＵ９１は、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３と相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。

入力ポート８２には、入力処理回路８１が接続されている。入力処理回路８１には、例えば、計測データｉｓが接続されている。そして、計測データｉｓは、入力処理回路８１に備えられるノイズフィルタやＡ／Ｄコンバータ等により、処理部９０が利用できる信号に変換されてから、入力ポート８２を介して処理部９０へ送られる。これにより、処理部９０は、必要な情報を取得することができる。計測データｉｓは、例えば変位計１５、計測装置２０、２１から信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して取得した変位データ、クランク角度データ、回転数データである。

出力ポート８３には、出力処理回路８４が接続されている。出力処理回路８４には、表示装置８５や、外部出力用の端子が接続されている。出力処理回路８４は、表示装置制御回路、弁駆動装置等の制御信号回路、信号増幅回路等を備えている。出力処理回路８４は、処理部９０が算出したサーボ弁１３への信号データを表示装置８５に表示させる表示信号として出力したり、サーボ弁１３へ伝達する指示信号ｉｄとして出力したりする。表示装置８５は、例えば液晶表示パネルやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いることができる。指示信号ｉｄは、サーボ弁１３へ信号ラインＩ２を介して伝達される。

記憶部９４は、動弁試験装置１００の動作手順を含むコンピュータプログラム等が記憶されている。ここで、記憶部９４は、ＲＡＭのような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブあるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、処理部９０へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。また、この制御装置８０は、コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。

また、動弁試験装置１００の動作手順は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション、あるいは制御用コンピュータ等のコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。また、このプログラムは、ハードディスク等の記録装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線網を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

次に、図１から図４を用いて、内燃機関の動弁試験装置の動作を説明する。図４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。

図４に示すように、制御装置８０は、計測装置２０、２１からリアルタイムに内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得する（ステップＳ１）。例えば、４ストロークエンジンでは燃焼用ピストン２が２往復する間に、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を行うことで１サイクルを完結する。制御装置８０は、この１サイクル分の目標リフト波形を生成する（ステップＳ２）。

次に、制御装置８０は、目標リフト波形と同一のドライブ波を生成する（ステップＳ３）。制御装置８０は、ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。制御装置８０は、変位データをフィードバックしドライブ波との偏差を算出しＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。

制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の応答波形データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。図５は、本実施形態に係る補償波形の一例を示す説明図である。図５には、横軸をクランク角度、縦軸をリフト量とした目標リフト波形と、その補償波形の一例が記載されている。例えば、制御装置８０は、図５に示す目標リフト波形Ｔｒと、応答波形Ｒｅｓとの差を演算する。制御装置８０が演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算する（ステップＳ７）。

図６は、本実施形態に係る補償波形の演算の手順を説明するフローチャートである。動弁試験装置１００の制御装置８０は、ドライブ波（ｘ）と応答波形Ｒｅｓを記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する（ステップＳ８１）。

次に、制御装置８０は、弁駆動装置１０の動特性計算を行う（ステップＳ８２）。上述した１サイクルの目標リフト波形Ｔｒ及び応答波形Ｒｅｓは、クランク角度をインデックスとして回転数と共に記憶されているので、これを時間の経過に伴う、時刻をインデックスとした時間ドライブ波及び時間応答波形に変換する。時間ドライブ波に対する時間応答波形の時間に関する位相ずれが弁駆動装置１０の動作遅れ特性であり、時間ドライブ波に対する時間応答波形の振幅減衰が弁駆動装置１０の応答振幅減衰特性である。動作遅れと応答振幅減衰を合わせて弁駆動装置１０の動特性（動作特性）と呼ぶ。制御装置８０は、弁駆動装置１０の動特性を時間ドライブ波と時間応答波形から計算し、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。動作特性は伝達関数Ｒｅｓ＝Ｇ（ｘ）の形で計算する。

次に、制御装置８０は、弁駆動装置１０の動作特性の逆動特性計算を行う（ステップＳ８４）。逆動特性計算としては、例えば、逆伝達関数を計算する。すなわち、弁駆動装置１０の動作特性の逆動特性計算は、上述した動作特性が伝達関数の形で計算されていると、動作特性の伝達関数の逆関数である逆伝達関数ｘ＝Ｇ^−１（Ｒｅｓ）を計算すればよい。

次に、制御装置８０は、目標リフト波形（時間目標リフト波形）Ｔｒから応答波形（時間応答波形）Ｒｅｓを引いた偏差波形Ｅを生成する。制御装置８０は、偏差波形に上述した逆動特性を作用させ補償波形Ｔｘを生成する。例えば、偏差波形に前記逆伝達関数を作用させると補償波形Ｔｘが計算できる（ステップＳ８５）。なお、本実施形態では、制御装置８０が補償波形Ｔｘの各成分を作成したが、制御装置８０とは異なるコンピュータシステムで補償波形の各成分を作成し、補償波形の各成分のデータを伝送して記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶するようにしてもよい。

また、実際の弁駆動装置１０の動特性（動作特性）を元に補償波形を作成したが、シミュレーションで補償波形を作成してもよい。まず、予め、弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルを作成する。解析モデルは、高次の常微分非線形方程式で記述され、コンピュータを用いた数値計算により、その解として弁駆動ピストン１２の変位等を求めることができる。弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルは、弁駆動ピストン１２の質量、ストローク、弁駆動ピストン１２と弁駆動シリンダ１１との間の摩擦係数、バルブスプリング６のばね定数、弁駆動シリンダ１１への油圧の供給及び排出と弁駆動シリンダ１１内での油の圧縮、供給と排出を切り替えるサーボ弁１３動作の遅れ等を考慮して作成される。解析可能なモデルでは、ドライブ波で弁駆動装置１０（アクチュエータ）を駆動したときの応答波形が計算できる。作成した解析モデルを用いて、内燃機関１（エンジン）の回転数毎に弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルにドライブ波の入力を与え、その入力に対する応答をコンピュータでシミュレーションする。そして、上述した補償波形の作成手順にて補償波形を作成することができる。図７は、本実施形態に係る補償目標リフト波形の一例を示す説明図である。

図７には、横軸をクランク角度、縦軸をリフト量とし、吸気波形及び排気波形を同時表示した補償目標リフト波形の一例が記載されている。図５に示すように、目標リフト波形Ｔｒは、補正波形Ｔｘにより上述した応答波形Ｒｅｓとより近似している補償目標リフト波形となっているはずである。また、補償目標リフト波形は、クランク角度と、リフト量との相関関係で表され、回転数によって変化しない。しかしながら、補償目標リフト波形は、リフト量と時間との関係とすると、回転数によりリフト量変化の振幅（リフト幅）が変化するので、補償波形も変える必要がある。図８及び図９は、リフト量と時間との関係の一例を示す説明図である。図８及び図９は、横軸を時間、縦軸をリフト量とし、吸気波形及び排気波形を同時表示した図７に示す補償目標リフト波形を示している。図９に示す内燃機関１の回転数は、図８に示す内燃機関１の回転数に対し３倍の回転数である。これにより、図９に示す吸気波形及び排気波形の単位時間当たりの数は、図８に示す吸気波形及び排気波形の単位時間当たりの数よりも増えることになる。

図１０は、内燃機関の回転数変化の一例を示す説明図である。例えば、図１０に示す内燃機関１の回転数の変動は、低い回転数で一定である期間ＭＡ、高い回転数で一定である期間ＭＣ、期間ＭＡから期間ＭＣへ向かって回転数が増加する期間ＭＢ、期間ＭＣから回転数が低下する期間ＭＤがある。

動弁試験装置１００の制御装置８０は、回転変動を常時監視し、回転変動ΔＮｅを演算する。回転変動ΔＮｅは、時間ｔと時間ｔ−１との回転数の差を演算し、例えば、ΔＮｅ＝Ｎｅ（ｔ）−Ｎｅ（ｔ−１）を演算する。例えば、期間ＭＢにおける回転変動ΔＮｅである回転変動ΔＮｅｕは、回転数が増加しているので、プラスの所定値となる。期間ＭＤにおける回転変動ΔＮｅである回転変動ΔＮｅｄは、回転数が減少しているので、マイナスの所定値となる。制御装置８０は、予めＲＡＭ９２又は記憶部９４に記憶しているしきい値と回転変動ΔＮｅの絶対値を比較し、回転変動ΔＮｅがしきい値を越えているか判断する手順を行う（ステップＳ８）。例えば、図１０に示す期間ＭＡ、又は期間ＭＣであれば、回転変動ΔＮｅの絶対値が０に近く、しきい値を越えないと判断する。このように、制御装置８０が回転変動がしきい値を越えないと判断する場合（ステップＳ８、Ｎｏ）、補償波形で補償目標リフト波形を生成し、ドライブ波を生成する（ステップＳ３）。回転変動がしきい値を越えると判断する場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）については、後述する。制御装置８０は、補償されたドライブ波（補償ドライブ波）によりＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。すなわち、制御装置８０は、補償ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。

制御装置８０は、応答波形である弁駆動ピストン１２の変位データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算する手順を行う（ステップＳ７）。このように、目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内となるまで繰り返されるので、本実施形態の動弁試験装置１００は、回転変動の変化が緩やかであれば、目標誤差を達成した応答となるようにドライブ波の精度が高まる。

内燃機関１の回転変動が所定のしきい値を越える場合について説明する。制御装置８０は、予めＲＡＭ９２又は記憶部９４に記憶しているしきい値と回転変動ΔＮｅの絶対値を比較し、回転変動ΔＮｅがしきい値を越えていると判断する（ステップＳ８、Ｙｅｓ）。例えば、図１０に示す期間ＭＢ、又は期間ＭＤであれば、ΔＮｅの絶対値がしきい値を越えると判断する。図１１は、本実施形態の補償波形の一例を示す説明図である。図１２は、比較例の補償波形の一例を示す説明図である。

図１１及び図１２には、図１０に示す期間ＭＡ、期間ＭＢ、期間ＭＣ、期間ＭＤに対応する本実施形態の補償目標リフト波形Ｔｒ２及び応答波形Ｒｅｓが横軸を時間、縦軸をリフト量として表示されている。期間ＭＡ、期間ＭＢ、期間ＭＣ、期間ＭＤにおいて、補償目標リフト波形Ｔｒ２は同じであり、回転数の変化に応じて、リフト量変化の振幅（リフト幅）が変化する。図１１では、制御装置８０が本実施形態の補償波形の補正の手順を行う（ステップＳ９）。図１２では、制御装置８０は、本実施形態の補償波形の補正の手順を行なわない。

図１０に示す期間ＭＡでは、回転数がほぼ一定で、回転変動ΔＮｅが緩やかである。これにより、図１１及び図１２に示すように、制御装置８０は、補償波形Ｔｘａにより補償目標リフト波形Ｔｒ２を応答波形Ｒｅｓと近似させ、目標誤差を小さくすることができている。

次に、図１０に示す期間ＭＢでは、内燃機関１の回転数が増加し、回転変動ΔＮｅｕが生じている。これにより、制御装置８０は、補償波形Ｔｘａの補正を行う。例えば、図１１に示すように、制御装置８０は、補償波形Ｔｘａに補正関数ＴＵを加え、補償波形Ｔｘｂとする。補正関数ＴＵは、例えば、ＴＵ＝ｋ×ΔＮｅｕであり、ｋは所定の係数又は関数である。ΔＮｅｕは、プラスの値であり、補償波形Ｔｘｂは補償波形Ｔｘａよりも補償量が大きくなる。その結果、補償目標リフト波形Ｔｒ２を応答波形Ｒｅｓと近似させ、目標誤差を小さくすることができている。これに対し、制御装置８０は、本実施形態の補償波形の補正の手順を行なわないため、図１２に示す期間ＭＢでは、補償波形Ｔｘｂａは補償波形Ｔｘａと補償するリフト量が同等となる。その結果、補償目標リフト波形Ｔｒ２と応答波形Ｒｅｓとの目標誤差がある状態となり、何度も補償波形の演算が必要となる。図１０に示す期間ＭＣでは、回転数がほぼ一定で、回転変動ΔＮｅが緩やかである。図１２に示す期間ＭＣでは、いずれ補償波形Ｔｘｃを演算し、補償目標リフト波形Ｔｒ２を応答波形Ｒｅｓと近似させ、目標誤差を小さくすることができる。制御装置８０は、本実施形態の補償波形の補正の手順を行なうことにより、回転変動の追随が早くなる。その結果、図１１に示す期間ＭＡから期間ＭＣまでに、目標リフト波形に補償波形Ｔｘｂの粗調整を施すことにより補償目標リフト波形Ｔｒ２を応答波形Ｒｅｓと近似させ、より早く補償波形Ｔｘｃとなる。

次に、図１０に示す期間ＭＤでは、内燃機関１の回転数が減少し、回転変動ΔＮｅｄが生じている。これにより、制御装置８０は、補償波形Ｔｘｃの補正を行う。例えば、図１１に示すように、制御装置８０は、補償波形Ｔｘｃに補正関数ＴＤを加え、補償波形Ｔｘｄとする。補正関数ＴＤは、例えば、ＴＤ＝ｋ×ΔＮｅｄであり、ｋは所定の係数又は関数である。ΔＮｅｄは、マイナスの値であり、補償波形Ｔｘｄは補償波形Ｔｘｃよりも補償量が小さくなる。その結果、補償目標リフト波形Ｔｒ２を応答波形Ｒｅｓと近似させ、目標誤差を小さくすることができている。これに対し、制御装置８０は、本実施形態の補償波形の補正の手順を行なわないため、図１２に示す期間ＭＤでは、補償波形Ｔｘｄｃは補償波形Ｔｘｃと補償量が同等となる。その結果、補償目標リフト波形Ｔｒ２と応答波形Ｒｅｓとの目標誤差がある状態となり、何度も補償波形の演算が必要となる。以上説明したように制御装置８０は、本実施形態の補償波形の補正の手順を行なうことにより、回転変動の追随が早くなる。その結果、図１１に示す補償目標リフト波形Ｔｒ２に補償波形Ｔｘｄの粗調整を施すことにより補償目標リフト波形Ｔｒ２を応答波形Ｒｅｓと近似させ、より早く目標誤差を小さくすることができる。

図１３は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。図１３に示すブロック線図では、目標リフト波形生成ブロック５１、補償波形生成ブロック７１と、補償波形補正データブロック５９と、ＰＩＤ制御ブロック５５と、サーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２と、弁駆動シリンダ１１と、変位計１５と、応答波形ブロック５４とを含んでいる。目標リフト波形生成ブロック５１の目標リフト波形Ｔｒの信号Ｐは、補償波形生成ブロック７１の出力の信号Ｑと加算点５２で加算され、補償目標リフト波形Ｔｒ２の信号Ｒとなる。なお、目標リフト波形Ｔｒを補償する必要がなければ、補償波形生成ブロック７１での信号Ｑはなくなり、信号Ｒは目標リフト波形Ｔｒの信号Ｐと同じとなる。この加算された信号Ｒは、さらに補償波形補正データブロック５９の出力の信号Ｓと加算点５２Ａで加算され、信号Ｔとなる。補償波形補正データブロック５９では、制御装置８０が上述した補正関数ＴＵ又は補正関数ＴＤの補正データを、ＣＰＵ９１で演算する、又は予め記憶した補正関数ＴＵ又は補正関数ＴＤの補正データを記憶部９４又はＲＡＭ９２からＲＡＭ９２のワークエリアに読み出し、補償目標リフト波形Ｔｒ２を補正する。つまり、制御装置８０は、補償目標リフト波形Ｔｒ２に対して、補償波形の補正を行う（ステップＳ９）。

ここで、ＣＰＵ９１は、応答波形ブロック５４において、変位計１５が弁駆動シリンダ１１内で駆動する弁駆動ピストン１２の変位データをフィードバックし、応答波形Ｒｅｓの信号Ｕに変換する。補償波形補正データブロック５９により補正された補償目標リフト波形Ｔｒ２である信号Ｔは、信号Ｕと加算点５３で加算（フィードバック接続）され、偏差信号Ｖとなる。つまり、制御装置８０は、フィードバックした変位データの偏差を演算し補償されたドライブ波とする。そして補償されたドライブ波である偏差信号ＶがＰＩＤ制御ブロック５５へ送出される。ＰＩＤ制御ブロック５５では、偏差信号Ｖがサーボ弁１３の制御信号Ｗへ変換される。これにより、図１に示す制御装置８０は、サーボ弁１３を制御する。サーボ弁１３は、油圧Ｏｐを制御し、弁駆動シリンダ１１内で駆動する弁駆動ピストン１２を制御する。なお、上述した加算点において適宜補正ゲインを加えてもよい。補正ゲインは１でもよいが、装置特性変化や繰り返しによる過補償を考慮して０〜１の可変値をとるようにしていることが好ましい。

図４に示すように、制御装置８０は、変位データをフィードバックしドライブ波との偏差を算出し、補償目標リフト波形Ｔｒ２で補償されたドライブ波を生成する（ステップＳ３）。制御装置８０は、補償されたドライブ波（補償ドライブ波）によりＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。すなわち、制御装置８０は、補償ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。

制御装置８０は、応答波形である弁駆動ピストン１２の変位データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算する手順を行う（ステップＳ７）。

本実施形態の制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の応答波形データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算し、演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内となるまで、上述した補償波形Ｔｘの演算（ステップＳ７）を行うことになる。ステップＳ３からステップＳ９までの手順が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内となるまで繰り返されるので、本実施形態の動弁試験装置１００は、目標誤差を達成した応答をするドライブ波を生成できる。これにより、精度の高い応答とすることができる。

演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下であれば（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、応答振幅減衰と動作遅れが補償されたので補償を終了する。

上述したように、本実施形態の動弁試験装置１００は、弁駆動ピストン１２及び弁駆動シリンダ１１を有し、内燃機関１の排気弁４ａ又は吸気弁４ｂの少なくとも一方を駆動可能な弁駆動装置１０と、弁駆動シリンダ１２に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、を有する。制御装置８０は、内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置１０の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形Ｔｘを記憶し、内燃機関１の特性が所定のしきい値を越えて変動する場合、内燃機関１の特性変動に応じて補償波形Ｔｘを補正し、弁駆動ピストン１２を駆動しようとする目標リフト波形Ｔｒに、補正された補償波形Ｔｘを加えて補償目標リフト波形Ｔｒ２を作成し、補償目標リフト波形Ｔｒ２によりドライブ波を生成し弁駆動装置１０を制御する。

これにより、内燃機関１の特性の変動に追随し、早期に弁動作のずれを低減できる。内燃機関１の特性変動に対して補償波形Ｔｘを粗調整することができるので、弁駆動ピストン１２の応答振幅減衰と動作遅れがより早く補償される。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本実施形態の動弁試験装置１００はそのような機構を有さない。このため、本実施形態の動弁試験装置１００では、排気弁４ａ又は吸気弁４ｂの開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁４ａ及び吸気弁４ｂの開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関１の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関１の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。

また、本実施形態の動弁試験装置１００は、上述した内燃機関の特性が内燃機関の回転数であり、制御装置８０は、回転数が増加する場合、補償波形Ｔｘのリフト量を増加させる補正を行う。又は制御装置８０は、回転数が減少する場合、補償波形Ｔｘのリフト量を減少させる補正を行う。

これにより、本実施形態の動弁試験装置１００は、内燃機関１での回転数の変動に追従して、弁駆動ピストン１２の応答振幅減衰と動作遅れをより早く補償することができる。また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関１での高回転の追従も可能となる。

上述したように本実施形態の動弁試験装置１００では、制御装置８０は、補正した補償目標リフト波形Ｔｒ２の実応答データである応答波形Ｒｅｓを取得し、補正した補償目標リフト波形Ｔｒ２と、実応答波形Ｒｅｓとの差が目標誤差に到達しない場合には、補償目標リフト波形Ｔｒ２を補償波形Ｔｘでさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い応答とすることができる。

（実施形態２）
図１４は、本実施形態に係る動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態に係る動弁試験装置は、実施形態１と同じであるが負荷トルクに応じて補償目標リフト波形に補正を加えている。次の説明においては、実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示すように、本実施形態の動弁試験装置は、ダイナモ２００を含み、制御装置８０は、信号ラインＩ６からダイナモ２００が取得する負荷トルクデータを取得する。図１４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。図１４に示すように、制御装置８０は、計測装置２０、２１、及びダイナモ２００からリアルタイムに内燃機関１のクランク角度、回転数データ、負荷トルクデータを取得する（ステップＳ２１）。制御装置８０は、本来所望のクランク角度毎にリフト量が与えられた目標リフト波形が記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されているものとする。例えば、４ストロークエンジンでは燃焼用ピストンが２往復する間に、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を行うことで１サイクルを完結する。制御装置８０は、この１サイクル分の目標リフト波形を生成する（ステップＳ２）。

次に、制御装置８０は、目標リフト波形と同一のドライブ波を生成する（ステップＳ３）。制御装置８０は、ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。制御装置８０は、変位データをフィードバックしドライブ波との偏差を算出しＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。

制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の応答波形データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。制御装置８０が演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算する（ステップＳ７）。

図１５は、本実施形態の補償波形補正データの一例を示す説明図である。制御装置８０は、図１５に示す横軸が負荷トルクとし、縦軸が補償波形Ｔｘのリフト幅とした場合、負荷トルクと補償波形Ｔｘのリフト幅との相関関係を示す補償波形補正データを予めＣＰＵ９１で演算し、ＲＡＭ９２又は記憶部９４に記憶している。これにより、制御装置８０は、補償波形Ｔｘにたいして補正する補正関数Ｌ＝Ｌ（ｌ）を記憶していることになる。

図１６は、内燃機関の負荷トルク変化の一例を示す説明図である。図１７は、本実施形態の補償波形の一例を示す説明図である。図１６に示すように、内燃機関１の負荷トルクは、期間ＬＡ、期間ＬＢ、期間ＬＣ毎に変化する。制御装置８０は、図１６に示す期間ＬＡ、期間ＬＢ、期間ＬＣの境界をしきい値としてＲＡＭ９２又は記憶部９４に記憶している。制御装置８０は、負荷トルク変動を常時監視し、内燃機関１の負荷トルクがしきい値を越えて期間ＬＡ、期間ＬＢ、期間ＬＣのいずれかになるか、つまり負荷トルク変動がしきい値を越えるか判断する手順を行う（ステップＳ２８）。

制御装置８０が負荷トルク変動がしきい値を越えないと判断する場合（ステップＳ２８、Ｎｏ）、補償波形で補償目標リフト波形を生成し、ドライブ波を生成する（ステップＳ３）。以後、制御装置８０は、実施形態１に説明したように手順を行う。

制御装置８０が負荷トルク変動がしきい値を越えると判断する場合（ステップＳ２８、Ｙｅｓ）、制御装置８０は、補償波形Ｔｘの補正をする手順を行う（ステップＳ２９）。例えば、制御装置８０は、図１７に示す期間ＬＡから期間ＬＢへしきい値を超えて内燃機関１の負荷トルクが変動したと判断する場合、期間ＬＡにおける補償波形Ｔｘｅに対して、補正関数Ｌ＝Ｌ（ｂ）を加え、期間ＬＢにおける補償波形Ｔｘｆとする補正を行う。これにより、補償波形Ｔｘｆは、補償波形Ｔｘｅよりもリフト幅が大きくなる。同様に、制御装置８０は、図１７に示す期間ＬＢから期間ＬＣへしきい値を超えて内燃機関１の負荷トルクが変動したと判断する場合、期間ＬＢにおける補償波形Ｔｘｆに対して、補正関数Ｌ＝Ｌ（ｃ）を加え、期間ＬＣにおける補償波形Ｔｘｇとする補正を行う。

逆に、制御装置８０は、図１７に示す期間ＬＣから期間ＬＢへしきい値を超えて内燃機関１の負荷トルクが変動したと判断する場合、期間ＬＣにおける補償波形Ｔｘｇに対して、補正関数Ｌ＝Ｌ（ｂ）を加え、期間ＬＢにおける補償波形Ｔｘｆとする補正を行う。これにより、制御装置８０は、図１７に示すしきい値を超えて内燃機関１の負荷トルクが変動した場合、補償波形Ｔｘｅ、Ｔｘｆ、Ｔｘｇに対して補正関数Ｌにより粗調整を施すことにより補償目標リフト波形Ｔｒ２を応答波形Ｒｅｓと近似させ、より早く目標誤差を小さくする。以後、制御装置８０は、実施形態１に説明したように手順を行う。

上述したように、本実施形態の動弁試験装置１００は、制御装置８０は、内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置１０の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形Ｔｘを記憶し、内燃機関１の特性が所定のしきい値を越えて変動する場合、内燃機関１の特性変動に応じて補償波形Ｔｘを補正し、弁駆動ピストン１２を駆動しようとする目標リフト波形Ｔｒに、補正された前記補償波形Ｔｘを加えて補償目標リフト波形Ｔｒ２を作成し、補償目標リフト波形Ｔｒ２によりドライブ波を生成し弁駆動装置１０を制御する。ここで、上述した内燃機関１の特性が内燃機関１の負荷トルクであり、制御装置８０は、負荷トルクが増加する場合、補償波形Ｔｘのリフト幅を増加させる補正を行う。又は制御装置８０は、負荷トルクが減少する場合、補償波形Ｔｘのリフト幅を減少させる補正を行う。これにより、動弁試験装置１００は、内燃機関１での負荷トルクの変動に追従して、弁駆動ピストン１２の応答振幅減衰と動作遅れをより早く補償することができる。

以上のように、本実施形態に係る動弁試験装置は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を開閉駆動する試験機に適している。なお、本発明は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形を記憶し、前記内燃機関の特性が所定のしきい値を越えて変動する場合、前記内燃機関の特性変動に応じて前記補償波形を補正し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、補正された前記補償波形を加えて補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形によりドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御する内燃機関の動弁装置にも適用できる。また、前記内燃機関の特性が内燃機関の回転数であり、前記制御装置は、前記回転数が増加する場合前記補償波形のリフト量を増加させる、又は前記回転数が減少する場合前記補償波形のリフト量を減少させる補正を行う内燃機関の動弁装置であると、より好ましい。あるいは、前記内燃機関の特性が内燃機関の負荷トルクであり、前記制御装置は、前記負荷トルクが増加する場合前記補償波形のリフト幅を増加させる、又は前記負荷トルクが減少する場合前記補償波形のリフト幅を減少させる補正を行う内燃機関の動弁装置であると、より好ましい。

１ 内燃機関
２ 燃焼用ピストン
３ シリンダブロック
４ａ 排気弁
４ｂ 吸気弁
５ 弁ロッド
６ バルブスプリング
７ クランクシャフト
８ コネクティングロッド
９ クランクケース
１０ 弁駆動装置
１１ 弁駆動シリンダ
１２ 弁駆動ピストン
１３ サーボ弁
１５ 変位計
２０、２１ 計測装置
３０ 油圧ユニット
８０ 制御装置
１００ 動弁試験装置

Claims (4)

1. 内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁試験装置において、
   前記制御装置は、
   前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形を記憶し、
   前記内燃機関の特性が所定のしきい値を越えて変動する場合、前記内燃機関の特性変動に応じて前記補償波形を補正し、
   前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、補正された前記補償波形を加えて補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形によりドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御することを特徴とする内燃機関の動弁試験装置。
2. 前記内燃機関の特性が内燃機関の回転数であり、
   前記制御装置は、前記回転数が増加する場合前記補償波形のリフト量を増加させる、又は前記回転数が減少する場合前記補償波形のリフト量を減少させる補正を行う請求項１に記載の内燃機関の動弁試験装置。
3. 前記内燃機関の特性が内燃機関の負荷トルクであり、
   前記制御装置は、前記負荷トルクが増加する場合前記補償波形のリフト幅を増加させる、又は前記負荷トルクが減少する場合前記補償波形のリフト幅を減少させる補正を行う請求項１又は２に記載の内燃機関の動弁試験装置。
4. 前記制御装置は、補正された前記補償目標リフト波形で前記弁駆動ピストンを駆動して実応答波形を取得し、補正された前記補償目標リフト波形と前記実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補正された前記補償目標リフト波形を前記補償波形でさらに補正する請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の動弁試験装置。

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