JP4852809B2 - 内燃機関の電磁吸気弁開弁誤差対処運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転方法に係り、特に電磁駆動吸気弁を備えた内燃機関の運転方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の分野においても、コンピュータ制御の発達に伴って、吸気弁あるいは排気弁を、旧来からのクランク軸より同期駆動されるカム軸のカムにて開閉駆動することに代えて、電磁アクチュエータにて開閉駆動し、それによって得られる開閉タイミングの自由度の拡大に応じて、内燃機関、特に車輌用内燃機関の運転を種々の態様にて制御することが提案されてきている。そのような運転制御の例は、特開２０００−７３８００、同２００１−１８２５７０、同２００１−１９３５０４の公報に記載されている。
【０００３】
添付の図１は、本件出願人と同一人の出願による上記特開２００１−１９３５０４の公報に図２として示されている電磁駆動吸気弁の概略断面図を略同様に再現したものある。この図においで、２６は吸気ポートであり、弁座２００にて縁取られたその開口端が吸気弁の弁体２８aにて開閉されるようになっている。弁体２８aは弁軸２８bにより担持されており、弁軸２８bは弁ガイド２０１により図にて上下に移動可能に案内されており、３０にて全体的に示された電磁駆動装置により、弁体２８aは開弁位置と閉弁位置との間に移動されるようになっている。
【０００４】
電磁駆動装置３０は、ハウジング３００、その中に組み込まれた閉弁用コア３０１、開弁用コア３０２、閉弁用コイル３０３、開弁用コイル３０４、これらのコアおよびコイルにより構成された閉弁用電磁装置と開弁用電磁装置の間に弁軸２８bにより担持されて移動するアーマチュア３０５、コイル３０３と３０４のいずれもが通電されていないときアーマチュア３０５を図示の如く両電磁装置間の中間位置に可撓的に位置決めする圧縮コイルばね３０６および３０７を有している。
【０００５】
尚、図示の例では、電磁駆動装置３０に直接組み付けられた構造にて、吸気弁リフトセンサ４０が設けられている。このリフトセンサは電磁駆動装置３０のハウジング３００に取り付けられたハウジング４００、同ハウジング内にあって弁軸２８bの上端に取り付けられた円板状のターゲット４０１、このターゲットに向かい合ってハウジング４００に取り付けられターゲットの偏倚を検出するギャップセンサ４０２を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き電磁駆動吸気弁を備えた内燃機関は、その運転中、吸気ポートを閉じるべきときには、吸気弁閉弁用コイル３０３に通電し、吸気ポートを開くべきときには吸気弁開弁用コイル３０４に通電するよう、適当な電気式運転制御装置により、機関のクランク軸の回転位相に合わせて、これらの閉弁用コイルおよび開弁用コイルへの通電を切換制御すればよい。
【０００７】
しかし、かかるコアとコイルとアーマチュアとばねとからなる電磁駆動装置におけるアーマチュアの偏倚は、力の不均衡による偏倚であり、カム駆動におけるカムの輪郭による偏倚のごとき位置規制による偏倚ではないので、弁の開閉を指示する電気的指令信号に対する弁の開閉作動には、その都度、標準特性よりの偏倚が生ずるおそれがある。特に開弁時には、弁体は弁座に密着して着座した状態にあり、両者の間にはその大きさがばらつきやすい摩擦力が作用している。特に環状の弁座に弁体の環状肩部が両者の中心軸線に沿って当接係合する内燃機関の吸気弁や排気弁においては、弁体を弁座に押し当てたとき両者間に作用する摩擦力は、両者間の同心度によって大きく異なるので、この種の弁を閉弁状態から開かんとする開弁時に弁に作用する摩擦抗力は、同一の設計になる弁であっても、複数の製品の間でばらつき、また同一の弁においても、開閉作動ごとにばらつく恐れがある。しかるに、吸気弁の開弁タイミングは一部にて排気弁の閉弁タイミングと重なることから、その開弁特性の僅かの違いも、吸気装填状態の変化を経て機関の作動性能に影響し、吸気弁開弁タイミングが僅かでも制御目標値よりずれると、機関の作動制御において所期の制御効果が得られなくなる恐れがある。
【０００８】
尚、弁が電磁駆動弁とされたときの弁と弁座の係合摩擦のばらつきによる開弁作動の標準特性からの偏倚は、排気弁が電磁駆動弁とされるときにも同様に生ずる。しかし排気弁における開弁作動は吸気弁の開弁とも閉弁とも重ならないので、その開弁特性の僅かのばらつきは、内燃機関の運転制御上、特に問題とはならない。
【０００９】
本発明は、内燃機関の吸気弁が電磁駆動弁とされた場合に生ずる恐れのある上記の問題に想到し、この問題を予め解決しておくことを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、電磁駆動吸気弁を備えた内燃機関の運転方法にして、該吸気弁の開弁指令信号に対する開弁作動が所定の標準特性より偏倚したとき、該偏倚により吸気装填状態が変化することを内燃機関の運転制御に関するパラメータの少なくとも一つの修正により阻止することを特徴とする内燃機関運転方法を提案するものである。
【００１１】
前記の修正を行うパラメータは、該吸気弁の閉弁タイミングであってよい。あるいはまた、前記の修正を行うパラメータは該吸気弁と共働する排気弁の閉弁タイミングであってもよい。
【００１２】
【発明の作用および効果】
上記の如く、内燃機関の吸気弁が電磁駆動弁とされ、吸気弁が電気的開弁指令信号に応じて開弁されるとき、吸気弁は必ずしも該開弁指令信号に対応した所定の標準開弁特性にて開いたとはみなさず、吸気弁の実際の開弁作動を当該開弁指令信号に対する開弁作動の所定の標準特性と比較してその偏倚を検出し、該偏倚により吸気装填状態が変化することを阻止するよう、内燃機関の運転制御に関するパラメータの少なくとも一つを修正するようにすれば、吸気弁の実際の開弁作動が開弁指令信号に対する所定の標準特性よりずれることにより吸気装填状態に予定値よりのずれを来たして内燃機関が所期の制御効果を発揮しなくなることを防止することができる。
【００１３】
この場合、前記の修正を行うパラメータとしてこれを吸気弁の閉弁タイミングとすれば、吸気弁の開弁作動の標準特性からの偏倚により生じようとする吸気装填状態の差異を吸気弁の閉弁タイミングの修正により阻止することができる。あるいはまた、前記の修正を行うパラメータを当該吸気弁と共働する排気弁の閉弁タイミングとし、吸気弁の開弁作動の標準特性からの偏倚により生じようとする吸気装填状態の差異を、該排気弁の閉弁タイミングの修正により回避することもできる。
【００１４】
【発明の実施の態様】
図２は、電磁駆動吸気弁の開閉作動における閉弁用コイルおよび開弁用コイルへの電流の供給経過と、それに伴うバルブリフトの変化を例示する線図である。弁が閉じられている時には、一般に、図示の例の如く、閉弁用コイルには弁を閉弁状態に保持する低レベルの保持電流が供給されている。そして弁が開かれるべきときには、時点ｔ１にて保持電流が切られると同時に、閉弁用コイルには保持を切り離すための逆電流が時点ｔ２まで短時間かけられ、かかる逆電流によりアーマチュアは閉弁用電磁装置より離れやすくなり、弁体は、ばねの作用により弁座との間の摩擦を伴った密着係合より外れ、弁体と弁軸とアーマチュアとは一体となってばねの力により図１に示されている如き中立位置へ向けて移動し始める。次いで、時点ｔ３にて開弁用コイルに通電が開始されると、アーマチュアは中立点を横切って開弁方向へ進行し、中立点を過ぎた後は慣性と電磁吸引力によりばねによる中立点への戻し付勢力に打ち勝って開弁用電磁装置へ向けて吸引され、時点ｔ４にて全開位置に達する。開弁用コイルへの通電は、時点ｔ４より低レベルの保持電流に切り換えられ、該保持電流は閉弁指令信号が発せられる時点ｔ５まで維持される。
【００１５】
時点ｔ５にて閉弁指令信号が発せられると、開弁用コイルにおける保持電流はここで停止され、同時に開弁用コイルにはアーマチュアを保持状態より引き離すための逆電流が時点ｔ６まで短時間供給される。アーマチュアはこれよりばねの力にて中立位置へ向けて移動し始める。そして時点ｔ７にて閉弁用コイルへの通電が開始されると、閉弁用電磁装置からの吸引力を受けたアーマチュアは中立点を越えた後、ばねによる戻し力を克服しつつ時点ｔ８にて全閉位置に達し、ここで閉弁用コイルへの電流は低レベルの保持電流に下げられる。
【００１６】
かかる図２の線図において、閉弁用コイルおよび開弁用コイルに対する実線にて示す如き通電経過が吸気弁に対する指令信号であり、これに対し実線にて示されているバルブリフトの経過が同指令信号に対する弁の開閉作動の標準特性である。ところが、弁体が弁座に密着して着座している状態においては、上記の如くそれが開弁に対して呈する摩擦抵抗にばらつきがあるため、同じ開弁指令信号に対しても、ある場合には時点ｔ１からｔ４に至る開弁作動は、図中破線にて示されている如く標準特性より偏倚することがある。図示の例は弁体と弁座の間の摩擦係合状態が標準状態よりも緩く、時点ｔ１にて閉弁用コイルに通されていた保持電流が解除されて逆電流が通されたとき、開弁が標準特性におけるよりも早く始まる例である。かかる開弁作動の標準特性よりのばらつきは、弁体が弁座との摩擦係合より外れるまでの時間差によるので、バルブリフトが０より立ち上がる瞬間の早遅の差であり、従ってバルブリフトが立ち上がるときの影響がなくなるようなある低リフトＬ１以上においては、破線による開弁作動特性は実線による標準作動特性を時間軸に沿ってほぼ平行移動させたものとなる。従って、各開弁時の開弁作動が標準作動特性よりどれほど偏倚しているかは、弁が開く途中においてバルブリフトがＬ１の如き初期の立上がり領域を過ぎた任意の所定バルブリフトに達する時点を対応する標準特性による場合の時点と比較してその時差Δｔにより検出することができる。
【００１７】
尚、そのような偏差は、上記の通りそれに基づいて内燃機関の運転制御に関する何らかのパラメータを修正するために用いられるので、可及的に早期に検出されるのが好ましく、したがって上記偏差は、標準特性からの偏倚が明確になるバルブリフトであってＬ１の如き比較的小さい所定のバルブリフトに達した時点にて標準特性に沿う対応時点との対比より求められるのが好ましい。
【００１８】
また弁体と弁座の摩擦係合のばらつきによる開弁作動の標準特性よりの偏倚は、上記の通り凡そ標準特性曲線を時間軸に沿って平行移動したものとなるので、かかる偏倚に対し吸気装填状態を一定に維持するには、閉弁作動の特性曲線を同様に時間軸に沿って平行移動させればよいことが分かる。したがって上記の修正を行うパラメータが吸気弁閉弁タイミングとされるときには、該修正は吸気弁に対する閉弁指令信号を前記の時差に対応して時間的にずらせばよい。
【００１９】
尚、排気弁が電磁駆動弁とされたときの開弁時における弁と弁座の係合摩擦のばらつきによる開弁作動の標準特性からの偏倚も同様に生ずるが、排気弁の開弁作動は吸気弁の開弁とも閉弁とも重ならないので、内燃機関の運転制御上さして問題とはならない。一方、排気弁については、その閉弁タイミングの制御により吸気行程における排気ガス再循環率の制御ができるという局面がある。これは、内燃機関が少なくとも幾分かの排気ガス再循環を伴って運転されるときには、上記の吸気弁開弁作動の標準特性よりのずれを、排気弁の閉じタイミングの修正により補償できることを意味する。したがって上記の吸気弁開閉作動の標準特性よりの偏倚に対する修正を行うパラメータの他の一つとして、排気弁の閉弁タイミングを採用することが可能である。
【００２０】
更にまた、図１に示されている如き電磁駆動弁に弁の開閉リフトを変更する構成を組み込めば、弁の開閉リフトを上記の修正用パラメータとして修正制御することにより、吸気弁開閉作動の標準特性よりの偏倚に対する修正を行うことができる。
【００２１】
図３は、車輌用内燃機関でおいて本発明の内燃機関運転方法を実施する制御構成を本発明に係る構成要素のみについて示す概略図である。かかる車輌用内燃機関においては、内燃機関の運転制御は車輌運転制御装置により行われる。図にて車輌運転制御装置１００はマクロコンピュータを備えた制御装置であり、それには運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１よりアクセル開度を示す信号、機関回転数センサ２より内燃機関の回転数を示す信号、車速センサ３より車速を示す信号、縦加速度センサ４より車輌の前後方向の加速度を示す信号、機関冷却水温センサ５より内燃機関の温度状態を示す信号、クランク軸角度センサ６よりクランク軸の回転位置を示す信号、吸気弁リフトセンサ７（図１の例では４０）より吸気弁の開度を示す信号、排気弁リフトセンサ８より排気弁の開度を示す信号が供給される。車輌運転制御装置１００はこれらの入力値信号により与えられる車輌および内燃機関の運転状態に関する情報に基づいて時々刻々に内燃機関をどのように運転すべきかを判断し、内燃機関の吸気通路に設けられた絞り弁９、内燃機関の吸気中に燃料を噴射する燃料噴射弁１０、内燃機関の点火栓を作動させる点火コイル１１、吸気弁閉弁用コイル１２（図１の例では３０３）、吸気弁開弁用コイル１３（同３０４）、排気弁閉弁用コイル弁１４、排気弁開弁用コイル１５の作動を制御する。
【００２２】
かかる制御構成により吸気弁の開閉が図２に示す要領にて行われるときには、車輌運転制御装置１００は、センサ１〜８からの信号により得られる車輌および内燃機関の運転状態と、該制御装置内に予め組み込まれた制御プログラムや制御マップに基づいて、車輌の運転、特にこの場合、内燃機関の運転についての制御演算を行い、通常数十ミリセカンドのサイクルタイムにて逐次絞り弁９以下の作動要素へ制御信号を送ってそれらの作動を制御する。
【００２３】
特に本発明にかかわる内燃機関運転制御においては、各気筒に対し設けられた吸気弁閉弁用コイル１２および吸気弁開弁用コイル１３に対する電流の供給を図２に実線にて示す要領により制御することにより各吸気弁の開閉作動を制御せんとするとき、先ず制御演算結果に基づいて吸気弁閉弁用コイル１２への電流を時点ｔ１にて保持電流より逆電流に切り換え、それを時点ｔ２まで維持し、次いで吸気弁リフトセンサ７からの信号に基づき、そのバルブリフトがＬ１になった時点を検出し、該時点を時点ｔ１およびｔ２に基づき吸気弁バルブリフトが標準特性に従ってＬ１に達するはずの時点に対比させて、時差Δｔを算出することが行われる。
【００２４】
そして制御装置１００は、この時差を直ちにフィードフォワード的に使用して、当該吸気弁の閉弁にあたって吸気弁開弁用コイル１３の保持電流を切る時点ｔ５およびそれに逆電流を付与する期間の終点を定める時点ｔ６を上記の時差に対応させて図中破線にて示されている如く修正し、また吸気弁閉弁用コイル１２に対する閉弁用電流の通電開始時点ｔ７および通電終了時点ｔ８を同時差に基づいて同じく図中破線にて示されている如く修正する。
【００２５】
あるいはまた、吸気弁の開弁作動における上記の時差に対する補償を排気ガス再循環を伴う内燃機関運転において排気弁の閉弁作動の修正により行うときには、図２の例の如く吸気弁の開弁作動が標準特性より早く生じた場合には、図２において一点鎖線にて示されている如き排気弁の閉弁作動におけるその時の標準特性を図中二点鎖線にて示されている如く遅らせ、吸気行程の初期においてシリンダ室内への吸気の流入に対し排気の流入を相対的に増大させることにより、吸気弁の閉弁作動が図にて実線にて示されている如く標準特性に従ったまま行われても、吸気弁の開弁作動が標準特性より早く行われたことにより吸気の過剰吸入が生ずることを抑制する。
【００２６】
以上においては本発明を二つの実施例について詳細に説明したが、上記の弁リフトによる修正を含み、本発明の範囲内にて他に種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁駆動吸気弁とそれに組み付けられた吸気弁リフトセンサの一つの構造例を示す解図的断面図。
【図２】吸気弁の開閉にあたって吸気弁閉弁用コイルおよび吸気弁開弁用コイルに対し行われる通電と、それに対応して吸気弁に生ずるバルブリフトの変化の典型例を示す線図。
【図３】車輌用内燃機関において本発明の内燃機関運転方法を実施する場合の制御構成を本発明に関与する構成要素のみについて例示する概略図。
【符号の説明】
２６…吸気ポート
２８a…弁体
２８b…弁軸
３０…電磁駆動装置
３００…ハウジング
３０１…閉弁用コア
３０２…開弁用コア
３０３…閉弁用コイル
３０４…開弁用コイル
３０５…アーマチュア
３０６、３０７…圧縮コイルばね
４０…吸気弁リフトセンサ
４００…ハウジング
４０１…ターゲット
４０２…ギャップセンサ

Claims (1)

1. 電磁駆動吸気弁を備えた内燃機関の運転方法にして、該吸気弁の開弁指令信号が発せられた時点より該吸気弁の弁体が弁座との摩擦係合より外れたことを確認できる所定の低バルブリフトに達した時点までの時間が開弁作動に於ける所定の標準特性に於ける該時間より進み側に偏倚した時間差に対応して該吸気弁の閉弁指令信号を発する時点を所定の標準特性に於ける該時点より進み側に偏倚させ、該吸気弁の開弁指令信号が発せられた時点より該吸気弁の弁体が弁座との摩擦係合より外れたことを確認できる所定の低バルブリフトに達した時点までの時間が開弁作動に於ける所定の標準特性に於ける該時間より遅れ側に偏倚した時間差に対応して該吸気弁の閉弁指令信号を発する時点を所定の標準特性に於ける該時点より遅れ側に偏倚させることにより該吸気弁の弁体が弁座との摩擦係合より外れるまでの時間に生ずるばらつきにより吸気装填量が変化することを阻止することを特徴とする内燃機関運転方法。

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