JP3799946B2

JP3799946B2 - エンジンの電磁動弁制御装置

Info

Publication number: JP3799946B2
Application number: JP2000090979A
Authority: JP
Inventors: 啓介藤原; 禎明吉岡; 尚夫川崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001271662A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプリングによって中立位置に付勢される吸・排気弁を、始動時に全開位置又は全閉位置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は、一対のスプリングによる付勢力により中立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、全開又は全閉方向に変位させる構造であり、始動時に弁体を中立位置から全開又は全閉位置に変位させて保持する初期化を行う（特開平０９−３０３１２２号８公報等参照）。
【０００３】
そして、前記初期化後、開弁時は閉弁用電磁石へ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変位させ、開弁用電磁石に十分接近したところから該開弁用電磁石に通電して弁体を全開位置に吸着保持し、閉弁時は、開弁用電磁石へ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変位させ、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に通電して弁体を全閉位置に吸着保持する開閉制御を行う。
【０００４】
前記開閉制御においては、各気筒の行程位相差毎（例えばＢＴＤＣ１１０°毎）の基準信号を発生させると共に、該基準信号を各気筒夫々に対応させるための気筒判別を行い、各気筒に対応させた基準信号を制御基準として、吸・排気弁の開閉タイミングを検出し、該検出した開閉タイミングで吸・排気弁を開閉制御させるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の制御では、初期化後に、気筒判別された基準信号が発生するまで、吸・排気弁が初期状態に保持され、基準信号の発生タイミングと気筒判別のタイミングが異なる場合には、最初の気筒判別がなされた後の最初の基準信号が出力されるまでの間、吸・排気弁が初期状態に保持されることになる。
【０００６】
このため、各気筒の吸・排気弁がその気筒の行程に見合った開閉状態に制御されるようになるまでに遅れが生じ、結果、始動時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、初期化の完了から各気筒の吸・排気弁が通常のサイクルに見合った開閉状態に制御されるまでの遅れを小さくでき、以って、始動時間を短縮できるエンジンの電磁動弁制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、気筒間の行程位相差毎の基準信号を、該基準信号の発生タイミングと異なるタイミングで行われる気筒判別に基づいて各気筒に対応させ、該各気筒に対応する基準信号を制御基準として各気筒の吸・排気弁の開閉を制御するよう構成されると共に、エンジンの始動時に前記吸・排気弁を全開位置又は全閉位置に保持させる初期化を行わせるよう構成され、前記初期化の完了後に最初の気筒判別が行われたときに、該最初の気筒判別のタイミングを制御基準として前記吸・排気弁の始動初回の開閉制御を行わせるよう構成した。
【０００９】
かかる構成によると、最初に気筒判別が行われた後の基準信号から各気筒への対応関係が判明し、基準信号を制御基準とする通常の開閉制御を開始できることになるが、最初に気筒判別が行われた後の基準信号を待たずに、最初の気筒判別のタイミングを初回の制御基準として開閉制御を開始させる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、前記初期化において、吸気弁を全閉位置に、排気弁を全開位置に保持させる構成とした。かかる構成によると、中立位置にある吸・排気弁が、初期化制御によって、吸気弁については全閉位置に変位して保持され、排気弁については全開位置に変位して保持され、その後、各気筒の行程に合わせて開閉制御される。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、最初の気筒判別後の基準信号を待たずに吸・排気弁の開閉制御を開始させることができ、始動時間を短縮することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の発明によると、吸気ポートに燃料を噴射する場合に、吸気弁が閉じられていれば、燃料噴霧が直接点火プラグやシリンダ壁に付着することを防止できるので、初期化後早期に燃料を噴射させることができ、また、排気弁が開かれることでクランキング時の減圧を図れるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態におけるエンジンのシステム構成を示す図である。
【００１９】
尚、本実施形態のエンジンは、４気筒エンジンで、点火順が＃１→＃３→＃４→＃２であるものとする。
図１において、車両用の４サイクルガソリンエンジン１には、電磁動弁機構２により開閉時期が電子制御される吸気弁３及び排気弁４が各気筒に装着されている。
【００２０】
各気筒の吸気弁３上流側の吸気ポート５には、インジェクター６が装着され、燃焼室７には点火栓８が装着されている。また、前記点火栓８毎に点火コイル９が設けられている。
【００２１】
エンジン１のクランク軸には、ポジション信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ１０ａと、気筒判別信号ＰＨＡＳＥを出力する気筒判別センサ１０ｂが設けられている。
【００２２】
前記クランク角センサ１０ａは、図２に示すように、クランク軸５１に取り付けられるシグナルディスクプレート５２に形成された突起５３を検出するものである。前記シグナルディスクプレート５２には、各気筒の上死点を基準に１０°毎の突起５３が形成されるが、ＢＴＤＣ６０°の位置に相当する箇所への突起５３の形成を省いてあり、前記ポジション信号ＰＯＳはクランク角で１０°毎に出力されるが、ＢＴＤＣ６０°に出力されるべき信号が抜ける構成としてある（図４，５参照）。
【００２３】
また、前記気筒判別センサ１０ｂは、図２に示すように、前記クランク角センサ１０ａと同様に、クランク軸５１に取り付けられるシグナルディスクプレート５４に形成された突起５５を検出するものであるが、前記突起５５は、前記ポジション信号ＰＯＳが抜けるＢＴＤＣ６０°の位置毎にそれぞれ１つ形成されると共に、この１８０°間隔で設けられる２つの突起５５ａ，５５ｂの一方の突起５５ａからクランク軸の回転方向に略２５°程度回転した位置に１つの突起５５ｃが形成されており、前記突起５５ａ〜５５ｃ毎の気筒判別信号ＰＨＡＳＥを出力する（図４，５参照）。
【００２４】
また、エンジン１の吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ１２などが装着されている。
前記各種センサ類の検出信号はＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）１５に出力され、ＥＣＭ１５は、これらの検出信号に基づいて前記インジェクター６に噴射パルス信号を出力して燃料噴射量・燃料噴射時期の制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火時期の制御を行い、更に、前記電磁動弁機構２を制御するＥＭＶ−Ｃ／Ｕ（ＥＭＶコントロールユニット）１６に制御信号を出力し、前記ＥＭＶコントロールユニット１６が吸気弁３及び排気弁４の開閉タイミングを制御する。
【００２５】
前記電磁動弁機構２の構成を図３に示す。
図３に示す電磁動弁機構２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング２１と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する) のステム３１に一体に設けられてハウジング２１内に移動自由に収納されるアーマチュア２２と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の上面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される閉弁用電磁石２３と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の下面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される開弁用電磁石２４と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する閉弁側戻しスプリング２５と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する開弁側戻しスプリング２６と、を備えて構成される。
【００２６】
ここで、閉弁用電磁石２３と開弁用電磁石２４とを共に消磁したときに、吸気弁３が全開位置と全閉位置との間の略中央（中立位置）に位置するように、閉弁側戻しスプリング２５と開弁側戻しスプリング２６とのバネ力が設定される。そして、始動時には一律に全開又は全閉位置に保持する初期化を行った後、開弁時は閉弁用電磁石２３への通電を停止してスプリング２６の付勢力で弁体を開弁方向に変位させ、開弁用電磁石２４に十分接近したところから該開弁用電磁石２４に通電して弁体を全開位置に吸着保持し、閉弁時は、開弁用電磁石２４への通電を停止してスプリング２５の付勢力で弁体を閉弁方向へ変位させ、閉弁用電磁石２３に十分接近したところから該閉弁用電磁石２３に通電して弁体を全閉位置に吸着保持する開閉制御を行う。
【００２７】
以下、前記クランク角センサ１０ａ及び気筒判別センサ１０ｂを用いた気筒判別、及び、前記吸気弁３及び排気弁４の開閉制御を、図４，５のタイムチャートを参照しつつ説明する。
【００２８】
図６のフローチャートに示すルーチンは、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）のＯＮで実行され、吸気弁３及び排気弁４の初期化制御を行う。
ステップＳ１では、吸気弁３を中立位置から全閉位置に変位させて保持する吸気弁３の初期化を行い、該吸気弁３の初期化終了後に、排気弁４を中立位置から全開位置に変位させて保持する排気弁４の初期化を行う。
【００２９】
前記初期化は、中立位置にある弁体を、開弁用電磁石２４又は閉弁用電磁石２３への１回の通電で一気に全開位置又は全閉位置にまで変位させて吸着する方式でも良いが、開弁用電磁石２４と閉弁用電磁石２３とに交互に通電し、スプリングの作用で共振現象を起こして振幅を徐々に増大させて、全閉又は全開位置に吸着保持させるようにすることが好ましい。
【００３０】
図７のフローチャートに示すルーチンは、前記気筒判別信号ＰＨＡＳＥの発生毎に割り込み実行され、ステップＳ１１では、後述するように前記ポジション信号ＰＯＳの発生毎にカウントアップされ、気筒判別信号ＰＨＡＳＥの発生毎にゼロリセットされる第１ＰＯＳカウンタCNTFSTが所定値（例えば５）以上であるか否かを判別することで、今回の気筒判別信号ＰＨＡＳＥが、相互の発生間隔が１８０°である信号（突起５５ａ，５５ｂの検出信号であり、以下、先頭信号と称する。）であるか否かを判別する。
【００３１】
前記第１ＰＯＳカウンタCNTFSTは、気筒判別信号ＰＨＡＳＥの発生毎にゼロリセットされ、気筒判別信号ＰＨＡＳＥが連続的に短い間隔で出力されるときには、前記第１ＰＯＳカウンタCNTFSTが所定値未満でリセットされることになるので、第１ＰＯＳカウンタCNTFSTが所定値以上であるか否かによって先頭信号であるか否かの判別がなされることになる。
【００３２】
第１ＰＯＳカウンタCNTFSTが所定値以上であれば、ステップＳ１２へ進み、今回の気筒判別信号ＰＨＡＳＥが先頭信号であると判定する。次のステップＳ１３では、今回の先頭ＰＨＡＳＥ信号の検出が始動時の最初のものであるか否かを判別し、最初であれば、ステップＳ１４へ進んで、気筒判別フラグ＃ＦＣＹＬに１をセットする。
【００３３】
ステップＳ１５では、前記気筒判別フラグ＃ＦＣＹＬが１であるか否かを判別し、気筒判別フラグ＃ＦＣＹＬ＝１であれば、ステップＳ１６へ進み、気筒判別信号ＰＨＡＳＥをカウントするためのＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTを１アップさせる。
【００３４】
ステップＳ１７では、前記第１ＰＯＳカウンタCNTFSTをゼロリセットする。
図８，９のフローチャートに示すルーチンは、前記ポジション信号ＰＯＳの発生毎に割り込み実行され、ステップＳ２１では、第１ＰＯＳカウンタCNTFSTを１アップし、ステップＳ２２では、第２ＰＯＳカウンタCRACNTを１アップする。
【００３５】
ステップＳ２３では、先頭ＰＨＡＳＥ信号が検出された後の最初のポジション信号ＰＯＳの発生時であるか否かを判別する。先頭ＰＨＡＳＥ信号後の最初のポジション信号ＰＯＳであるとき、換言すれば、ＢＴＤＣ５０°の位置であるときには、ステップＳ２４へ進み、今回のポジション信号ＰＯＳが基準位置に相当すると判定し、更に、次のステップＳ２５では、前記第２ＰＯＳカウンタCRACNTをゼロリセットさせる。
【００３６】
一方、先頭ＰＨＡＳＥ信号後の最初のポジション信号ＰＯＳでないとステップＳ２３で判定されると、ステップＳ２６へ進み、前記気筒判別フラグ＃ＦＣＹＬに１がセットされているか否かを判別する。
【００３７】
前記気筒判別フラグ＃ＦＣＹＬに１がセットされている場合には、ステップＳ２７へ進み、前記第２ＰＯＳカウンタCRACNTが所定値（例えば３）であるか否かを判別することで、基準位置（ＢＴＤＣ５０°）から所定角度の位置として特定される気筒判別タイミング（ＢＴＤＣ２０°）であるか否かを判別する。
【００３８】
前記第２ＰＯＳカウンタCRACNTが所定値であって、気筒判別タイミングが検出されると、ステップＳ２８へ進み、今回の気筒判別タイミングが始動時における最初の気筒判別タイミングであるか否かを判別する。
【００３９】
今回の気筒判別タイミングが最初であるときには、ステップＳ２９へ進み、ＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTの値が１であるか２であるかを判別する。
ＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTの値が１であるときには、ステップＳ３０へ進み、＃３気筒の圧縮行程であると判別する。
【００４０】
ここで、＃３気筒の圧縮行程であると判別する代わりに、＃２気筒の圧縮行程であると判別させる構成としても良い。即ち、ＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTの値が１の状態は、＃２気筒及び＃３気筒が共に上死点に向かっている状態であり、＃２気筒を圧縮行程、＃３気筒を排気行程とするか、又は、＃３気筒を圧縮行程、＃２気筒を排気行程として決めれば良いからである。
【００４１】
一方、ＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTの値が２であるときには、ステップＳ３１へ進み、＃１気筒の圧縮行程であると判別する。
ここでも、＃１気筒の圧縮行程であると判別する代わりに、＃４気筒の圧縮行程であると判別させる構成としても良い。即ち、ＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTの値が２の状態は、＃１気筒及び＃４気筒が共に上死点に向かっている状態であり、＃１気筒を圧縮行程、＃４気筒を排気行程とするか、又は、＃４気筒を圧縮行程、＃１気筒を排気行程として決めれば良いからである。
【００４２】
ステップＳ３２では、前記ＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTをゼロリセットする。
上記にようにして最初の気筒判別がなされると、次回からは、ステップＳ２８からステップＳ３３へ進み、点火順（＃１→＃３→＃４→＃２）と前回の気筒判別結果とから、今回の圧縮行程気筒を特定する。
【００４３】
ステップＳ３４では、前記ＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTをゼロリセットする。
一方、ステップＳ２７で、気筒判別タイミングが検出されなかった場合には、ステップＳ３５へ進み、前記第２ＰＯＳカウンタCRACNTが所定値（例えば１２）であるか否かを判別することで、吸・排気弁３．４の開閉タイミングの計測基準とするクランク角位置（例えばＢＴＤＣ１１０°）であるか否かを判別する。
【００４４】
そして、第２ＰＯＳカウンタCRACNTが所定値であれば、ステップＳ３６へ進み、基準信号ＲＥＦ（ＢＴＤＣ１１０°毎の信号）を発生させる。
通常は、図１０及び図１１に示すように、例えば、＃３気筒の圧縮行程での基準信号ＲＥＦを計測基準として、＃２気筒の吸気弁３の開時期ＩＶＯ、＃２気筒の吸気弁３の閉時期ＩＶＣ、＃１気筒の排気弁４の開時期ＥＶＯ、＃２気筒の排気弁４の閉時期ＥＶＣをタイマーで計測する。即ち、基準信号ＲＥＦ発生時に排気行程である気筒の排気弁４の閉時期ＥＶＣ、及び、吸気弁３の開閉時期ＩＶＯ，ＩＶＣ、更に、基準信号ＲＥＦ発生時に膨張行程である気筒の排気弁４の開時期ＥＶＯを、基準信号ＲＥＦを計測基準として計測する。
【００４５】
ところで、上記基準信号ＲＥＦを計測基準とする通常の開閉制御は、気筒判別されていることが前提条件となるため、気筒判別後に基準信号ＲＥＦが発生して初めて開始されることになるが、本実施形態では、係る通常制御に先立って開閉制御を開始できるように構成されている。
【００４６】
ステップＳ２８で最初の気筒判別タイミングであることが判別されて、ステップＳ３０又はステップＳ３１で気筒判別し、ステップＳ３２でＰＨＡＳＥカウンタCAMCNTをゼロリセットすると、ステップＳ３７へ進む。
【００４７】
ステップＳ３７では、吸・排気弁３，４の初期化が完了しているか否かを判別し、初期化完了後に最初の気筒判別がなされたときには（例えば図４に示すタイミングの場合）、最初の気筒判別タイミングを制御基準とする開閉制御を行わせるべく、ステップＳ３８以降へ進む。
【００４８】
ステップＳ３８では、気筒判別の結果から排気行程であると判定される気筒以外の排気弁４を、初期化状態である全開から直ちに閉じる制御を行う。
尚、上記排気弁４の全閉制御において、複数の排気弁４について時間差を設けて順番に全閉に制御するようにしても良い。
【００４９】
図１１に示すように、＃３気筒が圧縮行程であると最初に判別されたときには、＃２気筒が排気行程であるから、初期化で全開に保持されている排気弁４のうち、＃２気筒以外の気筒の排気弁４を全て全閉に制御する。
【００５０】
ステップＳ３９では、気筒判別の結果から吸気行程であると判定される気筒の吸気弁３を、初期化状態である全閉から直ちに開き、かつ、該開制御した吸気弁３の要求の閉タイミングを、最初の気筒判別タイミングを計測基準として計測させる設定を行う。
【００５１】
図１１に示すように、＃３気筒が圧縮行程であると最初に判別されたときには、＃４気筒が吸気行程であるから、初期化で全閉に保持されている吸気弁３のうち、＃４気筒の吸気弁３のみ開制御する。そして、＃４気筒の吸気弁３の閉時期ＩＶＣを、最初の気筒判別タイミングからの時間で計測させる。
【００５２】
通常は、＃４気筒の吸気弁３の閉時期ＩＶＣは、＃１気筒に対応する基準信号ＲＥＦを基準に計測させるが、例えば図４に示すタイミングの場合、＃１気筒に対応する基準信号ＲＥＦの後で気筒判別がなされ、＃１気筒に対応する基準信号ＲＥＦを計測基準とする開閉タイミングの検出が行えない。そこで、＃１気筒に対応する基準信号ＲＥＦの代わりに、最初の気筒判別タイミングを制御基準として開閉制御を行わせることで、次の＃３気筒に対応する基準信号ＲＥＦの発生を待たずに、各気筒の行程に見合った制御を開始させることができるものである。
【００５３】
上記のようにして、最初の気筒判別タイミングを制御基準とする制御を行わせた場合には、ステップＳ４０へ進んで、初回制御の完了を示す初回済フラグに１をセットする。
【００５４】
一方、ステップＳ３７で初期化が完了していないと判別されたときには（例えば図５に示すタイミングの場合）、吸・排気弁の開閉制御を開始できないので、そのまま本ルーチンを終了させる。
【００５５】
図１２のフローチャートは、前記基準信号ＲＥＦの発生毎に割り込み実行され、ステップＳ５１では、前記初回済フラグに１がセットされているか否かを判別する。
【００５６】
最初の気筒判別タイミングが初期化完了の後で、最初の気筒判別タイミングを制御基準として開閉制御を行わせた場合には、前記初回済フラグに１がセットされ、気筒判別後の最初の基準信号ＲＥＦから通常の制御を行わせれば良いので、ステップＳ５４へジャンプして進み、前記図１０に示したパターンに従って開閉タイミングの検出を行わせる。
【００５７】
一方、基準信号ＲＥＦの発生時に、初回済フラグが０であった場合には、初期化完了が最初の気筒判別タイミングの前であったため、最初の気筒判別タイミングで開閉制御を開始していないことになる。
【００５８】
この場合は、ステップＳ５２へ進み、排気行程である気筒以外の排気弁４を直ちに閉じると共に、ステップＳ５３で初回済フラグに１をセットして、ステップＳ５４へ進み、今回の基準信号ＲＥＦを計測基準とする通常の開閉タイミングの検出（図１０参照）を行わせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図２】実施の形態におけるクランク角センサ及び気筒判別センサを示す図。
【図３】実施の形態における電磁動弁機構を示す断面図。
【図４】実施の形態において初期化完了後に気筒判別が行われた場合の制御特性を示すタイムチャート。
【図５】実施の形態において初期化完了前に気筒判別が行われた場合の制御特性を示すタイムチャート。
【図６】実施の形態における初期化制御を示すフローチャート。
【図７】実施の形態において気筒判別信号ＰＨＡＳＥ毎に実行されるルーチンを示すフローチャート。
【図８】実施の形態においてポジション信号ＰＯＳ毎に実行されるルーチンを示すフローチャート。
【図９】実施の形態においてポジション信号ＰＯＳ毎に実行されるルーチンを示すフローチャート。
【図１０】実施の形態において吸・排気弁の開閉タイミングの制御基準とする基準信号ＲＥＦを示す図。
【図１１】実施の形態において＃３気筒の基準信号ＲＥＦに基づく開閉制御の様子を示す図。
【図１２】実施の形態において基準信号ＲＥＦ毎に実行されるルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
２…電磁動弁機構
３…吸気弁
４…排気弁
６…インジェクター
７…燃焼室
８…点火栓
１０ａ…クランク角センサ
１０ｂ…気筒判別センサ１０ｂ
１１…エアフローメータ
１２…水温センサ
１５…ＥＣＭ
１６…ＥＭＶコントロールユニット

Claims

吸・排気弁を中立位置に付勢するスプリングと、前記吸・排気弁を電磁力によって全開位置に変位させる開弁用電磁石と、前記吸・排気弁を電磁力によって全閉位置に変位させる閉弁用電磁石と、を備えてなるエンジンの電磁動弁制御装置であって、
気筒間の行程位相差毎の基準信号を、該基準信号の発生タイミングと異なるタイミングで行われる気筒判別に基づいて各気筒に対応させ、
該各気筒に対応する基準信号を制御基準として各気筒の吸・排気弁の開閉を制御するよう構成されると共に、
エンジンの始動時に前記吸・排気弁を全開位置又は全閉位置に保持させる初期化を行わせるよう構成され、
前記初期化の完了後に最初の気筒判別が行われたときに、該最初の気筒判別のタイミングを制御基準として前記吸・排気弁の始動初回の開閉制御を行わせるよう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。
前記初期化において、前記吸気弁を全閉位置に、前記排気弁を全開位置に保持させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの電磁動弁制御装置。