JP3565100B2

JP3565100B2 - エンジンの電磁動弁制御装置

Info

Publication number: JP3565100B2
Application number: JP22614799A
Authority: JP
Inventors: 真樹鳥海
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: DE60027825T2; EP1076163B1; JP2001050066A; EP1076163A2; US6374783B1; EP1076163A3; DE60027825D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、始動前にスプリングによって半開位置に付勢される吸・排気弁を、閉弁又は開弁状態に保持する初期化を行うエンジンの電磁動弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電磁動弁装置としては、一対のスプリングによる付勢力により、半開位置に支持される弁体（吸・排気弁）を、該弁体に連係したアーマチャに電磁力を作用させて、前記半開位置から全開又は全閉方向に移動させる構造であり、始動前に閉弁又は開弁状態に保持する初期化を行う。その後、開弁時は閉弁用電磁石の通電を停止してスプリングの付勢力で弁体を開弁方向に移動させ、開弁用電磁コイルに十分接近したところから該開弁用電磁石を通電して全開位置に吸着保持し、閉弁時は、開弁用電磁石の通電を停止してスプリングの付勢力で弁体を閉弁方向へ移動させ、閉弁用電磁石に十分接近したところから該閉弁用電磁石を通電して全閉位置に吸着保持する開閉制御を行なっている。
【０００３】
ところで、前記始動前の初期化は、半開位置にある弁体を、開弁用電磁石又は閉弁用電磁石の１回の通電で一気に該電磁石に吸着して初期化する方式が、単純であるが、弁体のストローク量（ギャップ）が大きいため消費電力が大きい。
【０００４】
このため、開弁用の電磁石と閉弁用の電磁石とを交互に通電してスプリングの作用で共振現象を起こして振幅を増大させた後、閉弁保持する初期化を行うことにより、消費電力節減を図った技術が提案されている（特公平４−６７００５号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の作動温度域では、前記共振を利用した初期化により消費電力の節減を図れるが、低温下での初期化時には潤滑油の粘性の増加によるフリクションの増大により、逆に１回の通電で初期化する方式より消費電力が大きくなってしまい、場合によっては、初期化完了前にバッテリの上がりを生じて初期化不能に陥ってしまう可能性もあった。
【０００６】
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・排気弁の初期化の方式を改良することにより、上記課題を解決したエンジンの電磁動弁装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、
吸・排気弁を半開位置に付勢するスプリングと、吸・排気弁を開弁方向に吸着して開弁保持させる開弁用電磁石及び吸・排気弁を閉弁方向に吸着して閉弁保持させる閉弁用電磁石と、を備え、エンジン始動前に吸・排気弁を開弁若しくは閉弁状態に保持させて初期化する初期化手段を備えたエンジンの電磁動弁制御装置において、
エンジン潤滑油の粘性状態を判定する潤滑油粘性状態判定手段と、
前記判定されたエンジン潤滑油の粘性状態に基づいて、エンジン潤滑油の粘性が小さいときには、前記開弁用電磁石及び閉弁用電磁石を交互に通電して吸・排気弁を振動させ振幅を増大させつつ開弁用電磁石又は閉弁用電磁石に吸着して初期化する共振初期化を行ない、エンジン潤滑油の粘性が大きいときには、前記開弁用電磁石又は閉弁用電磁石の１回の通電で吸・排気弁を開弁用電磁石又は閉弁用電磁石に吸着して初期化する一発初期化を行なうように、初期化の方式を切り換える第１の初期化方式切換手段と、
前記第１の初期化方式切換手段により前記共振初期化を開始後、所定時間以内に吸・排気弁の最大変位が設定値に達しなかった場合には、前記一発初期化に切り換える第２の初期化方式切換手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る発明によると、
潤滑油粘性状態判定手段により、エンジン潤滑油の粘性状態が判定され、第１の初期化切換手段は、エンジン潤滑油の粘性が小さいときは、開弁用電磁石及び閉弁用電磁石を交互に通電して吸・排気弁を振動し振幅を増大させつつ開弁用電磁石又は閉弁用電磁石に吸着して初期化する共振初期化によって、初期化を行なわせ、エンジン潤滑油の粘性が大きく吸・排気弁動作のフリクションが大きいときは開弁用電磁石又は閉弁用電磁石の１回の通電で吸・排気弁を開弁用電磁石又は閉弁用電磁石に吸着して初期化する一発初期化によって、初期化を行なわせる。
【０００９】
そして、共振初期化を開始後、所定時間以内に吸・排気弁の最大変位が設定値に達しなかった場合は、フリクションが大きく共振初期化による初期化が困難な場合であり、このような場合は、第２の初期化切換手段によって、一発初期化に切り換えて初期化を行なう。
これにより、消費電力が少ない方の初期化方式が選択されて、いかなる場合も消費電力節減を図れると共に、吸・排気弁動作のフリクションが大きいときは一発初期化によって確実に初期化することができ、また、エンジン潤滑油の粘性状態の判定にバラツキ等があって、共振初期化による初期化が困難な場合が発生しても、一発初期化により確実に初期化を完了することができる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、
前記潤滑油粘性状態判定手段は、エンジン潤滑油温度を検出してエンジン潤滑油の粘性状態を判定することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明によると、
エンジン潤滑油温度とエンジン潤滑油の粘性状態とは密接な相関があり、潤滑油温度が低いときは粘性が大きくなるので、該エンジン潤滑油温度の検出によりエンジン潤滑油の粘性状態を判定する。
【００１２】
これにより、エンジン潤滑油の粘性状態を高精度に判定できる。
また、請求項３に係る発明は、
前記潤滑油粘性状態判定手段は、エンジン冷却水温度を検出してエンジン潤滑油の粘性状態を判定することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明によると、
エンジン冷却水温度とエンジン潤滑油温度とは、正の相関を有しているので、エンジン冷却水温度を検出してエンジン潤滑油温度を推定し、さらにはエンジン潤滑油の粘性状態を推定して判定する。
【００１４】
これにより、エンジン制御用に一般的に装着されている水温センサを利用して、簡便かつ低コストにエンジン潤滑油の粘性状態を判定できる。
また、請求項４に係る発明は、
前記潤滑油粘性状態判定手段は、エンジン潤滑油圧力を検出してエンジン潤滑油の粘性状態を判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明によると、
エンジン潤滑油圧力とエンジン潤滑油の粘性状態とは相関があり、潤滑油圧力が高いときは粘性が大きくなるので、該エンジン潤滑油圧力の検出によりエンジン潤滑油の粘性状態を判定する。
【００１６】
これにより、エンジン潤滑油の粘性状態を精度良くに判定できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態のシステム構成を示す図２において、エンジン１には、弁駆動装置２により開閉を電子制御される吸気弁３及び排気弁４が装着されている。各気筒の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８及び点火コイル９が装着されている。また、エンジン本体には、各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に微小クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ１０、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１１が装着され、吸気通路１２の上流部には、吸入空気流量を検出するエアフロメータ１３、排気通路１４には、排気中の酸素濃度等の検出を介して空燃比を検出する空燃比センサ１５が装着されている。
前記各種センサ類からの検出信号はコントロールユニット１６に出力され、コントロールユニット１６は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に燃料噴射信号を出力して燃料噴射制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火制御を行い、更に、前記弁駆動装置に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。また、後述する吸・排気弁の初期化のためにエンジン潤滑油の粘性状態を判定する手段として、油温センサ１７が設けられ、該油温センサ１７からの検出信号もコントロールユニット１６に出力される。
【００２０】
ここで、前記吸気弁３及び排気弁４と、これらを駆動するための弁駆動装置２からなる電磁動弁装置のハードウエアについて、図３に基づいて説明する。
図３において、シリンダヘッド１８に従来と同様の方法で、排気弁４は取り付けられている。即ち、シリンダヘッド１８に設けられるバルブガイド１９に、排気弁４のステム３１が摺動自由に挿通されており、ステム３１上端部には、バルブコッター等を介してアッパーシート３２が取り付けられ、該アッパーシート３２と、シリンダヘッド側のロアシートとの間に、排気弁４を閉弁方向に付勢する（自由長から所定量圧縮された）閉弁用スプリング３３が配設されている。
【００２１】
そして、排気弁４が全閉状態で、後述する閉弁用電磁石４３でアーマチャを吸着している状態において、前記ステム３１の上端部から、所定量離間して、言い換えれば所定のバルブクリアランスを持って、弁駆動装置２の可動軸４０が、前記ステム３１と同軸上に配設されるようになっている。
【００２２】
前記弁駆動装置２は、非磁性体製のハウジング４１と、前記可動軸４０に一体に設けられてハウジング４１内に摺動自由に収納されるアーマチャ４２と、該アーマチャ４２を磁気吸引可能にアーマチャ４２の上面に対向する位置でハウジング４２内に固定配置される閉弁用電磁石４３と、該アーマチャ４２を磁気吸引して排気弁４を開弁保持可能にアーマチャ４２の下面に対向する位置でハウジング４１内に固定配置される開弁用電磁石４４と、排気弁４の開弁方向に向けてアーマチャ４２を付勢する開弁用スプリング４５と、を含んで構成されている。
【００２３】
そして、図４に示すように、閉弁用電磁石４３と開弁用電磁石４４とを共に消磁したときに、排気弁４は、半開位置となるように構成されており、この半開位置から前記閉弁用電磁石４３のみを通電励磁すると、アーマチャ４２は開弁用スプリング４５を押し縮める方向に閉弁用電磁石４３によって磁気吸引され、一方前記半開位置から開弁用電磁石４４のみを通電励磁すると、アーマチャ４２は閉弁用スプリング３３を押し縮めて排気弁４を開弁する方向に開弁用電磁石４４によって磁気吸引される。
【００２４】
また、図３、図４に示すように、アーマチャ４２の変位（バルブリフト量）を検出するレーザー測距計等で構成されるリフト量センサ２１を配設し、該検出値に基づいて初期化制御を行なう。
以上、排気弁４の開閉動作について示したが、吸気弁３についても全く同様の構成によって同様に動作する。但し、本発明は吸気弁、排気弁が共に電磁駆動されるものに限定されるものではなく、少なくとも一方の電磁駆動される弁に適用できるものである。
【００２５】
そして、始動前に、前記吸気弁３及び排気弁４を前記半開位置から、開弁（全開）位置または閉弁位置に保持する初期化を行う。
以下に、吸・排気弁の初期化制御の各実施の形態を説明する。図５は、第１の実施の形態のフローを示す。
【００２６】
ステップ１では、前記油温センサ１７によって検出されるエンジン潤滑油温度ｔｏを読み込む。
ステップ２では、検出された潤滑油温度ｔｏが設定温度ｔｏ０未満か否かを判定する。ここで、前記設定温度ｔｏ０は、これより低温であると潤滑油の粘性が大きすぎて吸・排気弁作動のフリクションが大きすぎるため、前記共振初期化では却って一発初期化より消費電力が増大してしまう下限の温度に設定されている。
【００２７】
ステップ２で、潤滑油温度ｔｏが設定温度ｔｏ０以上と判定されたときは、共振初期化を行なうことを決定し、ステップ３以降へ進む。
ステップ３では、共振初期化の通電周期Ｔ、ステップ４では通電電流値Ｉ１をそれぞれ潤滑油温度ｔｏに応じて推定される潤滑油の粘性に見合った値に設定する。ここで、通電周期Ｔは略一定でよいが、潤滑油温度ｔｏが低く粘性が大きいときほど吸・排気弁の作動フリクションが大きいので、通電電流値Ｉ１を大きい値に設定する。
【００２８】
ステップ５では、前記設定値に従って共振初期化を開始する。
ステップ５で、共振初期化を開始後、ステップ３１で時間計測を行ないつつステップ３２でアーマチャ４２の変位を読み込んで該変位の最大値が残される処理を行ない、ステップ３３で所定時間が経過したかを判定し、経過後にステップ３４へ進み、そのとき記憶されているアーマチャ４２の最大変位Ｈ max を設定値Ｈ０と比較する。ここで該設定値Ｈ０は、共振初期化開始後に前記所定時間経過するまでの振動で、アーマチャ４２の変位が該設定値Ｈ０に達しないときには、正常な共振初期化を完了できない可能性がある下限値に設定される。
そして、ステップ３４でアーマチャ４２の最大変位Ｈ max が設定値Ｈ０以上と判定された場合は、正常に共振初期化が行えると判断して共振初期化を継続し、ステップ６で、予め設定された通電回数だけ通電されたことを判定（通電回数のカウント又は所定時間の経過を計測）して、共振初期化を終了する。
【００２９】
図６は、吸気弁３に対して前記共振初期化を行なったときの通電制御及びアーマチャ４２（及びこれに連係する弁体）の変位を示す。
一方、ステップ２で、潤滑油温度ｔｏが設定温度ｔｏ０未満と判定されたときは、一発初期化を行なうことを決定し、ステップ７以降へ進む。
【００３０】
ステップ７では、吸・排気弁を吸着保持する側の電磁石への通電電流値Ｉ２を潤滑油温度ｔｏに応じて推定される潤滑油の粘性に見合った値に設定する。この場合も潤滑油温度ｔｏが低く粘性が大きいときほど吸・排気弁の作動フリクションが大きいので、通電電流値Ｉ２を大きい値に設定すればよい。但し、確実に初期化を完了させるため、潤滑油温度ｔｏによらず最大電流とする構成としてもよい。
【００３１】
ステップ８では、前記設定値に従って一発初期化を開始する。
ステップ９では、予め設定された設定時間の経過を計測して、一発初期化を終了する。又は、バルブリフトを検出するセンサを備えてリフト量によってアーマチャが電磁石に吸着されたことを検出して初期化を終了するようにしてもよい。
【００３２】
上記ステップ２でエンジン潤滑油の粘性状態をあらわす潤滑油温度に応じて共振初期化と一発初期化との切換判定を行なう機能が初期化方式切換手段に相当し、該判定結果に応じてステップ３〜ステップ６の共振初期化又はステップ７〜ステップ９の一発初期化を実行する機能が、第１の初期化手段に相当する。
【００３３】
図７は、吸気弁３に対して前記一発初期化を行なったときの通電制御及びアーマチャ４２（及びこれに連係する弁体）の変位を示す。
このようにすれば、通常は共振初期化によって初期化を行なうが、冷間時にエンジン潤滑油の粘性が大くなりすぎたときには、一発初期化に切り換えて初期化を行なうことにより、常に消費電力が少なくて済む方の初期化方式が選択されるので、消費電力を極力節減することができ、また、共振初期化では初期化が困難な場合でも一発初期化によって確実に初期化することができる。
【００３４】
一方、ステップ３４でアーマチャ４２の最大変位Ｈ max が設定値Ｈ０未満と判定された場合は（図６一点鎖線参照）、正常に共振初期化が行えない可能性があると判断して一発初期化に切り換え、ステップ７以降へ進んで前記一発初期化を行なわせる。なお、該共振初期化から切り換えられたときの一発初期化のときは、より確実に初期化を完了させるため、制御電流値をエンジン潤滑油粘性状態によらず最大電流とするようにしてもよい。
上記第１の実施の形態では、エンジン潤滑油の粘性状態を該粘性状態に密接に相関する潤滑油温度を検出して検出する構成としたため、高精度な初期化切換判定を行なうことができる。
【００３５】
一方、エンジン潤滑油温度と正の相関を有するエンジン冷却水温度を検出することにより、エンジン潤滑油の粘性状態を推定で検出することもでき、精度では潤滑油温度を検出する方が勝るが、他のエンジン制御に必須で必ず装着される前記水温センサ１１の検出値を流用することができるため、低コストに実施できる。
【００３６】
図８は、該水温センサ１１により検出されるエンジン冷却水温度を用いた初期化制御を行なう第２の実施の形態のフローを示す。ステップ１１で、水温センサ１１によって検出されるエンジン冷却水温度ｔｗを読み込み、ステップ１２で、検出された冷却水温度ｔｗが設定温度ｔｗ０未満か否かを判定する。ここで、前記設定温度ｔｗ０は、冷却水温度がこの温度ｔｗ０のときにエンジン潤滑油の温度が前記設定温度ｔｏ０になると推定されるときの温度に設定されている。したがって、エンジン冷却水温度ｔｗが前記設定温度ｔｗ０以上のときはステップ１３〜ステップ１６へ進んで共振初期化行ない、設定温度ｔｗ０未満のときはステップ１７〜ステップ１９へ進んで一発初期化を行なう。また、ステップ３１〜ステップ３４で、共振初期化中に、アーマチャ４２の最大変位Ｈ max を設定値Ｈ０と比較し、所定時間内に最大変位Ｈ max が設定値Ｈ０に達しない場合は、強制的に一発初期化に切り換えることも同様である。
【００３７】
また、エンジン潤滑油圧力もエンジン潤滑油の粘性状態とは相関があり、潤滑油圧力が高いときは粘性が大きくなるので、該エンジン潤滑油圧力を検出することによってもエンジン潤滑油の粘性状態を検出することができる。潤滑油粘性状態の検出精度としては、潤滑油温度を検出する場合と、冷却水温度を検出する場合との中間位と予測されるが、油温センサの配設が難しい場合や、別の制御で油圧検出を行なうため、油圧センサを備えている場合などは有利である。
【００３８】
前記エンジン潤滑油圧力の検出により、エンジン潤滑油の粘性状態を検出して初期化の切り換えを行なう第３の実施の形態としては、図２に一点鎖線で示すように、エンジン潤滑油圧力を検出する油圧センサ２０を設け、該油圧センサ２０の検出値を用いて、図９に示したフローで制御を行なう。
【００３９】
図９のステップ２１では、油圧センサ２０によって検出されるエンジン潤滑油圧力ｐｏを読み込み、ステップ２２で、検出された潤滑油圧力ｐｏが設定圧力ｐｏ０より高いか否かを判定する。ここで、前記設定圧力ｐｏ０は、潤滑油圧力がこれより高圧であると潤滑油の粘性が大きすぎて吸・排気弁作動のフリクションが大きすぎるため、前記共振初期化では却って一発初期化より消費電力が増大してしまう上限の圧力に設定されている。したがって、エンジン潤滑油圧力ｐｏが前記設定圧力ｐｏ０以下のときはステップ２３〜ステップ２６へ進んで共振初期化行ない、設定圧力ｐｏ０より高いときはステップ２７〜ステップ２９へ進んで一発初期化を行なう。また、ステップ３１〜ステップ３４で、共振初期化中に、アーマチャ４２の最大変位Ｈ max を設定値Ｈ０と比較し、所定時間内に最大変位Ｈ max が設定値Ｈ０に達しない場合は、強制的に一発初期化に切り換えることも同様である。
【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】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図３】実施の形態における電磁動弁装置の吸・排気弁閉弁状態時の構成を示す断面図。
【図４】同上電磁動弁装置の吸気弁半開状態時の構成を示す断面図。
【図５】第１の実施の形態における吸・排気弁の初期化制御を示すフローチャート。
【図６】吸気弁を共振初期化したときの様子を示すタイムチャート。
【図７】吸気弁を一発初期化したときの様子を示すタイムチャート。
【図８】第２の実施の形態における吸・排気弁の初期化制御を示すフローチャート。
【図９】第３の実施の形態における吸・排気弁の初期化制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１エンジン
２弁駆動装置
３吸気弁
４排気弁
10 クランク角センサ
16 コントロールユニット
33 閉弁用スプリング
42 アーマチャ
43 閉弁用電磁石
44 開弁用電磁石
45 開弁用スプリング

Claims

吸・排気弁を半開位置に付勢するスプリングと、吸・排気弁を開弁方向に吸着して開弁保持させる開弁用電磁石及び吸・排気弁を閉弁方向に吸着して閉弁保持させる閉弁用電磁石と、を備え、エンジン始動前に吸・排気弁を開弁若しくは閉弁状態に保持させて初期化する初期化手段を備えたエンジンの電磁動弁制御装置において、
エンジン潤滑油の粘性状態を判定する潤滑油粘性状態判定手段と、
前記判定されたエンジン潤滑油の粘性状態に基づいて、エンジン潤滑油の粘性が小さいときには、前記開弁用電磁石及び閉弁用電磁石を交互に通電して吸・排気弁を振動させ振幅を増大させつつ開弁用電磁石又は閉弁用電磁石に吸着して初期化する共振初期化を行ない、エンジン潤滑油の粘性が大きいときには、前記開弁用電磁石又は閉弁用電磁石の１回の通電で吸・排気弁を開弁用電磁石又は閉弁用電磁石に吸着して初期化する一発初期化を行なうように、初期化の方式を切り換える第１の初期化方式切換手段と、
前記第１の初期化方式切換手段により前記共振初期化を開始後、所定時間以内に吸・排気弁の最大変位が設定値に達しなかった場合には、前記一発初期化に切り換える第２の初期化方式切換手段と、
を含んで構成したことを特徴とするエンジンの電磁動弁制御装置。
前記潤滑油粘性状態判定手段は、エンジン潤滑油温度を検出してエンジン潤滑油の粘性状態を判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの電磁動弁制御装置。
前記潤滑油粘性状態判定手段は、エンジン冷却水温度を検出してエンジン潤滑油の粘性状態を判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの電磁動弁制御装置。
前記潤滑油粘性状態判定手段は、エンジン潤滑油圧力を検出してエンジン潤滑油の粘性状態を判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの電磁動弁制御装置。