JP3683300B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に電磁駆動型の吸気弁及び/又は排気弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
吸気弁及び/又は排気弁をスプリングとソレノイドで駆動するようにした内燃機関の基本的構成は、米国特許公報第3,882,833号に示されている。さらに、このような基本構成を採用した内燃機関の制御装置として、機関回転数に応じて、弁駆動ソレノイドへ供給する駆動信号の出力タイミングを変更するようにしたものが従来より知られている(特開平2−112606号公報)。
【0003】
また、上記基本構成において、必要とされるソレノイドの電磁力をできるだけ小さくすべく、電磁駆動機構の構造を改良した電磁弁も提案されている(米国特許公報第5,222,714号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電磁駆動型の吸排気弁は、機関のクランク軸と機械的に接続されていないため、複数の気筒を有する機関の始動時においては、どの気筒の吸排気弁から作動を開始するかを決定する必要がある。ところが、上記従来の技術はいずれもこの点を考慮していないため、各気筒のピストンの位置と吸排気弁の作動とが正確に対応しない(例えば排気行程で吸気弁を開弁作動させる)おそれがあった。
【0005】
また、上記特開平2−112606号公報に記載された制御装置では、開弁用弁駆動ソレノイドの通電開始時期と閉弁用弁駆動ソレノイドの通電終了時期が一致し、また、閉弁用弁駆動ソレノイドの通電開始時期と開弁用弁駆動ソレノイドの通電終了時期が一致しているため、開弁又は閉弁作動開始時における弁作動の迅速性及び確実性の面で改善の余地があった。
【0006】
さらに、上記従来の技術は各気筒に実際に吸入される混合気の空燃比の変動を考慮していないため、この点でも改善の余地が残されていた。
【0009】
また本発明は、電磁駆動型吸気弁及び/又は排気弁の開弁又は閉弁作動始動時において、迅速に弁を作動させることとができる内燃機関の制御装置を提供することを第1の目的とする。
【0010】
さらに本発明は、電磁駆動型吸気弁及び/又は排気弁を備えた機関に供給する混合気の空燃比変動に対して迅速に対応し、より正確な空燃比制御を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを第2の目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するため本発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁用電磁部材及び閉弁用電磁部材を有し、該吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を電磁力により開閉する電磁駆動手段を備えた内燃機関の制御装置において、前記機関が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダル踏み込み量検出手段と、少なくとも前記機関の回転数を含む機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、前記開弁用電磁部材の通電終了時期及び閉弁用電磁部材の通電終了時期を決定する通電終了時期決定手段と、前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、前記開弁用電磁部材の通電開始時期及び閉弁用電磁部材の通電開始時期を決定する通電開始時期決定手段とを備え、該通電開始時期決定手段は、前記開弁用電磁部材の通電開始時期を、前記閉弁用電磁部材の通電終了時期より第1の所定期間だけ早い時期に設定し、且つ前記閉弁用電磁部材の通電開始時期を、前記開弁用電磁部材の通電終了時期より第2の所定期間だけ早い時期に設定し、前記電磁駆動手段は、前記決定した各通電開始時期及び各通電終了時期に基づいて前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉するようにしたものである。
【0014】
また、上記第2の目的を達成するため本発明は、前記機関に供給する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、前記検出した空燃比と目標空燃比との偏差に応じて前記開弁用電磁部材の通電終了時期及び前記閉弁用電磁部材の通電開始時期を同一方向に補正する補正手段とをさらに設けるようにしたものである。
さらに、本発明は、前記第1の所定期間及び前記第2の所定期間の少なくともいずれか一方を前記機関運転状態に応じて補正するオーバーラップ期間補正手段を備えるものがより望ましい。
【0016】
【作用】
請求項1記載の内燃機関の制御装置によれば、検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、開弁用電磁部材の通電終了時期及び閉弁用電磁部材の通電終了時期、並びに開弁用電磁部材の通電開始時期及び閉弁用電磁部材の通電開始時期が決定される。開弁用電磁部材の通電開始時期は、閉弁用電磁部材の通電終了時期より第1の所定期間だけ早い時期に設定され、且つ閉弁用電磁部材の通電開始時期は、開弁用電磁部材の通電終了時期より第2の所定期間だけ早い時期に設定される。そして、当該決定した各通電開始時期及び各通電終了時期に基づいて吸気弁及び排気弁の少なくとも一方が開閉制御される。
【0018】
請求項2記載の内燃機関の制御装置によれば、検出した空燃比と目標空燃比との偏差に応じて開弁用電磁部材の通電終了時期及び閉弁用電磁部材の通電開始時期が同一方向に補正される。
【0019】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0020】
図1は本発明の一実施例にかかる電磁駆動型吸気弁10の構造を示す断面図である。この吸気弁10は、アーマチャ4が固定された弁体2とこれを駆動するバルブ駆動部1とからなり、内燃エンジンの燃焼室の吸気口8を開閉すべく、バルブガイド3を介して燃焼室上部に装着される。また図示しない排気弁も同一の構造を有し、燃焼室の排気口を開閉すべく燃焼室上部に装着される。
【0021】
バルブ駆動部1は、対向する2つのソレノイド(電磁石)、即ち弁体2を閉弁方向に付勢する閉弁ソレノイド5及び弁体2を開弁方向に付勢する開弁ソレノイド6と、スプリング7とを主たる構成要素とする。閉弁ソレノイド5は、コイル5a及び磁性体5bからなり、開弁ソレノイド6は、コイル6a及び磁性体6bからなる。スプリング7は、アーマチャ4が中立位置BPにあるとき、弁体2に対する付勢力がゼロとなり、中立位置BPより上に位置するときは弁体2を開弁方向に付勢し、中立位置BPより下に位置するときは弁体2を閉弁方向に付勢するように構成されている。
【0022】
上記構成によれば、閉弁ソレノイド5又は開弁ソレノイド6に通電することにより、弁体2が、吸気口8を閉塞する全閉位置と弁体のリフト量が最大となる全開位置との間を移動する。またソレノイド5,6に通電していないときは、弁体2は、全閉位置と全開位置の間の中立位置に位置する。
【0023】
図2は、上記吸気弁10とその制御装置の構成を示す図であり、バルブ駆動部1にはアーマチャ4の位置を検出する位置センサ11及び開弁ソレノイド6のコイルの温度TCOILを検出する温度センサ12が設けられ、それらの検出信号は入出力インターフェース13を介してCPU(中央処理装置)16及び通電時間/タイミング制御回路部14に供給される。入出力インターフェース13には、さらに図示しないセンサ群が接続されており、エンジン回転数NE、当該エンジンが搭載された車両のアクセルペダルの踏込量(以下「アクセル開度」という)θACC、エンジン水温TW、吸気温TA、空燃比A/F等を示す信号、クランク軸の回転角度を示す信号、イグニッションスイッチのオンオフを示す信号等が入力され、これらの信号はCPU16及び通電時間/タイミング制御回路部14に供給される。なお、本実施例では、クランク軸の回転角度を示す信号として、エンジンの特定の気筒の所定クランク角度位置を示す信号パルス(以下「CYL信号パルス」といい、クランク角720°毎に1パルス発生する)と、クランク角30°周期で発生する信号パルス(以下「CRK信号パルス」という)とが入力される。
【0024】
CPU16には、CPU16で実行されるプログラム等を記憶するROM17と、演算途中のデータやセンサの検出データ等を記憶するRAM18とが接続されている。また、通電時間/タイミング制御回路部14には、タイマとしての機能を有するタイマカウンタ19が接続されており、このタイマカウンタ19は、CPU16に接続されており、そのカウント値の設定がCPU16により行われる。
【0025】
通電時間/タイミング制御回路部14はドライバ回路15に接続され、ドライバ回路15の閉弁ソレノイド駆動回路15aは閉弁ソレノイド5のコイル5aに、また開弁ソレノイド駆動回路15bは開弁ソレノイド6のコイル6aにそれぞれ接続されている。ドライバ回路15にはバッテリ20が接続されており、バッテリ20から電力が供給される。制御回路部14は、コイル5a,6aへの電流供給(通電)制御を行う。
【0026】
なお、ドライバ回路15以外のCPU16、ROM17、入出力インターフェース13等の他の回路には、バッテリ20から図示しない電源回路を介して電源電圧が供給される。
【0027】
本実施例のエンジンは、各気筒に2個の吸気弁及び2個の排気弁が設けられた4気筒エンジンであり、全部で16個の弁をすべて電磁駆動型のものを用いている。したがって図2の通電時間/タイミング制御回路部4、ドライバ回路15及びタイマカウンタ19は、16個の弁のそれぞれに対応して設けられている。
【0028】
CPU16は、各種センサからの入力信号に応じて吸気弁及び排気弁の開弁時期、閉弁時期等を決定し、各吸排気弁に対応したタイマカウンタ19の設定を行うとともに、以下に述べるエンジンの始動開始時期の制御を行う。
【0029】
また、本実施例のエンジンの吸気管には各気筒毎に燃料噴射弁(図示せず)が設けられており、この燃料噴射弁の開弁制御及び各気筒の点火プラグへの点火指令信号の出力制御がCPU16によって行われるように構成されている。
【0030】
なお、イグニッションスイッチがオンされた直後は、ソレノイド5,6に電流が供給されないため、吸排気弁の弁体は中立位置にある。
【0031】
図3は、エンジン始動時における制御の手順を示すフローチャートであり、図2に示す制御装置(ECU)の電源がオンされると(ステップS1)、すべての吸排気弁を閉弁作動させる指令信号を出力し(ステップS2)、該指令信号出力後所定時間経過するまで待機する(ステップS3)。そして、所定時間経過後、エンジンのスタータの駆動信号を出力するとともに(ステップS4)、後述する気筒判別ルーチン(ステップS5)及びエンジン制御メインルーチンを実行する(ステップS6)。
【0032】
図4は、図3のステップS5で実行される気筒判別ルーチンのフローチャートである。
【0033】
ステップS11では、CYL信号パルス(図5(b)参照)が発生した直後であることを「1」で示す気筒判別フラグFCYLが「1」か否かを判別し、FCYL=0であるときは、フュエルカットすべきであることを「1」で示すフュエルカットフラグFFC及び点火指令信号をカットすべきであることを「1」で示す点火カットフラグFIGCをともに「1」に設定するとともに、CYL信号パルスの検出を「1」で示す検出フラグFDETを「0」に設定して(ステップS14)、本ルーチンを終了する。
【0034】
CYL信号パルスが発生し、ステップS11で、FCYL=1となると、各気筒のINJステージ及びCRKステージの生成、すなわち初期設定を行う。INJステージは、本実施例では図5(c)に示すように、最初のCYL信号パルス発生後の最初のCRK信号パルス発生時に、#1気筒は15、#3気筒は9、#4気筒は3、#2気筒は21にそれぞれ初期設定され、以後CRK信号パルスの発生毎に「1」ずつインクリメントされる(ただし23の次は0にもどる)。このように設定することにより、ステージ0〜5は圧縮行程、ステージ6〜11は膨張行程、ステージ12〜17は排気行程、ステージ18〜23は吸気行程に対応することになる。なお、ステージの初期設定は、CYL信号パルスが発生するクランク角度位置が異なれば、上記と異なるものとなる。
【0035】
また、CRKステージは、図5(d)に示すように、本実施例では3に初期設定され、以後CRK信号パルスの発生毎に「1」ずつインクリメントされる(ただし5の次は0にもどる)。
【0036】
図4に戻り、続くステップS13では、フュエルカットフラグFFC及び点火カットフラグFIGCをともに「0」に設定するとともに、検出フラグFDETを「1」に設定して(ステップS13)、本処理を終了する。
【0037】
図4の処理により、各気筒のピストン位置に対応したINJステージ及びCRKステージが得られ、これらのステージに基づいて吸排気弁の開閉作動時期を正確に制御することができる。
【0038】
図6は、図3のステップS6におけるエンジン制御メインルーチンのフローチャートであり、本ルーチンはCRK信号パルスの発生毎に実行される。
【0039】
ステップS21では、アクセル開度θACC、エンジン回転数NE等のエンジン運転パラメータの検出を行い、次いで、CRKステージCRKSTGが「0」か否かを判別し(ステップS22)、CRKSTG≠0であれば直ちに本ルーチンを終了する。
【0040】
また、CRKSTG=0のときは、吸排気弁開閉制御ルーチン(ステップS23)と、燃料噴射及び点火制御ルーチン(ステップS24)を実行して、本ルーチンを終了する。
【0041】
図7は、上記吸排気弁開閉制御ルーチンのフローチャートであり、図8は吸排気弁の弁リフト量と、開弁ソレノイド6及び閉弁ソレノイド5に印加する電圧との関係を説明するための図である。先ず図8を参照して各ソレノイドの通電制御の概要を説明する。
【0042】
本実施例では、吸排気弁の開弁作動時においては、閉弁ソレノイド5の通電終了(θCLOSEOFF)より第1オーバラップ期間Aだけ前の時点(θOPENON)で開弁ソレノイド6の通電を開始する。これにより、弁体2は、開弁作動を開始し、閉弁ソレノイド5の通電終了により、迅速且つ確実に全開位置まで移動する。また、閉弁作動時においては、開弁ソレノイド6の通電終了(θOPENOFF)より第2オーバラップ期間Bだけ前の時点(θCLOSEON)で閉弁ソレノイド5の通電を開始する。これにより、弁体2は、閉弁作動を開始し、開弁ソレノイド5の通電終了により、迅速且つ確実に全閉位置まで移動する。
【0043】
次に各ソレノイドの通電開始終了時期の具体的な算出手法を、図7を参照して説明する。
【0044】
図7のステップS31では、閉弁ソレノイド5の通電終了時期θCLOSEOFFを、アクセル開度θACC及びエンジン回転数NEに応じて設定されたマップを検索することにより算出する。次いで、開弁ソレノイド6の通電開始時期θOPENONを次式により算出する。
【0045】
θOPENON=θCLOSEOFF−A
ここで、第1オーバラップ期間Aは、図9に示すように、エンジン回転数NE及びコイル温度TCOIL、バッテリ電圧VBに応じて設定される(具体的には、NE値及びTCOIL値に応じて設定されたマップを検索し、さらにバッテリ電圧VBに応じて補正することにより算出される)。
【0046】
続くステップS33では、ステップS31と同様に、開弁ソレノイド6の通電終了時期θOPENOFFを、アクセル開度θACC及びエンジン回転数NEに応じて設定されたマップを検索することにより算出する。次いで、閉弁ソレノイド5の通電開始時期θCLOSEONを次式により算出する。
【0047】
θCLOSEON=θOPENOFF−B
ここで、第2オーバラップ期間Bは図9に示すように、第1オーバラップ期間Aと同様に、マップ検索によりエンジン回転数NE及びコイル温度TCOILに応じて設定される。また、ここでソレノイド駆動回路15に供給する電圧としてバッテリ電圧を安定化したものを用いてもよく、その場合にはバッテリ電圧VBによる補正は不要である。
【0048】
次いで、吸排気弁閉弁時期補正ルーチン(ステップS35)及び開閉弁ソレノイド通電処理ルーチン(ステップS36)を実行して、本処理を終了する。
【0049】
以上のように、アクセル開度θACC、エンジン回転数NE、コイル温度TCOIL及びバッテリ電圧VBに応じて通電終了時期を決定することにより、運転者の要求に対して適正な開閉時期に確実に弁を作動させることができる。
【0050】
図10は、上記吸排気弁閉弁時期補正ルーチンのフローチャートであり、先ずステップS41では、エンジンの排気系に設けられた広域空燃比センサにより検出した実空燃比AFACTを読み込み、次いで、エンジン運転状態、基本的にはアクセル開度θACC及びエンジン回転数NEに応じて、目標空燃比AFCMDを算出する(ステップS42)。そして、実空燃比AFACTと目標空燃比AFCMDとの偏差DAFを算出し(ステップS43)、実空燃比AFACTが目標空燃比AFCMDよりリーン側か否かを判別する(ステップS44)。
【0051】
その結果、リーン側のときは、閉弁ソレノイド5の通電開始時期θCLOSEON及び開弁ソレノイド6の通電終了時期θOPENOFFを進角方向に補正する(ステップS45、S46)一方、リッチ側のときは、閉弁ソレノイド5の通電開始時期θCLOSEON及び開弁ソレノイド6の通電終了時期θOPENOFFを遅角方向に補正して(ステップS47、S48)、本ルーチンを終了する。
【0052】
閉弁ソレノイド5の通電開始時期θCLOSEON及び開弁ソレノイド6の通電終了時期θOPENOFFを進角方向に補正することにより、開弁期間が減少して吸入空気量が減少し、空燃比をリッチ方向に補正することができ、逆に遅角補正することにより、空燃比をリーン方向に補正することができる。これにより、燃料噴射量算出後のエンジン運転状態の変化に対応した空燃比の補正が可能となり、最適な空燃比によるエンジン運転が可能となる。
【0053】
なお、閉弁ソレノイド5の通電終了時期θCLOSEOFF及び開弁ソレノイド6の通電開始時期θOPENONを補正しても開弁期間を補正することは可能であるが、演算が複雑化するという問題があり、本実施例のように吸排気弁の閉弁時期を補正することが望ましい。
【0054】
図11は、図7のステップS36における開閉弁ソレノイド通電処理ルーチンのフローチャートであり、本ルーチンは算出した各ソレノイドの通電開始/終了時期に応じて、実際の通電処理を行う。このとき、開弁作動させる吸気弁及び排気弁は、それぞれ吸気行程にある気筒の吸気弁及び排気行程にある気筒の排気弁である。
【0055】
先ず開弁ソレノイド6の通電開始時期θOPENONであるか否かを判別し(ステップS51)、その答が肯定(YES)のとき、開弁ソレノイド6の通電を開始し(ステップS52)、次いで閉弁ソレノイド5の通電終了時期θCLOSEOFFであるか否かを判別し(ステップS53)、その答が肯定(YES)のとき、閉弁ソレノイド5の通電を終了し(ステップS54)、次いで閉弁ソレノイド5の通電開始時期θCLOSEONであるか否かを判別し(ステップS55)、その答が肯定(YES)のとき、閉弁ソレノイド5の通電を開始し(ステップS56)、次いで開弁ソレノイド6の通電終了時期θOPENOFFか否かを判別し(ステップS57)、その答が肯定(YES)のとき、開弁ソレノイド6の通電を終了する(ステップS58)。
【0056】
各通電開始/終了時期に該当しないときは、直ちに本処理を終了する。
【0058】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項1記載の内燃機関の制御装置によれば、検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、開弁用電磁部材の通電終了時期及び閉弁用電磁部材の通電終了時期、並びに開弁用電磁部材の通電開始時期及び閉弁用電磁部材の通電開始時期が決定される。開弁用電磁部材の通電開始時期は、閉弁用電磁部材の通電終了時期より第1の所定期間だけ早い時期に設定され、且つ閉弁用電磁部材の通電開始時期は、開弁用電磁部材の通電終了時期より第2の所定期間だけ早い時期に設定される。そして、当該決定した各通電開始時期及び各通電終了時期に基づいて吸気弁及び排気弁の少なくとも一方が開閉制御される。従って、電磁駆動型吸気弁及び/又は排気弁の開弁又は閉弁作動開始時において、迅速に弁を作動させることができる。また、これにより、運転者の要求に対して適正な開閉時期に確実に弁を作動させることができる。
【0060】
請求項2記載の内燃機関の制御装置によれば、検出した空燃比と目標空燃比との偏差に応じて開弁用電磁部材の通電終了時期及び閉弁用電磁部材の通電開始時期が同一方向に補正されるので、電磁駆動型吸気弁及び/又は排気弁を備えた機関に供給する混合気の空燃比変動に対して迅速に対応し、より正確な空燃比制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる電磁駆動型吸気弁の構造を示す図である。
【図2】図1の吸気弁及びその制御装置の構成を示す図である。
【図3】エンジン始動時の制御手順を示すフローチャートである。
【図4】エンジン始動時における気筒判別ルーチンのフローチャートである。
【図5】INJステージ及びCRKステージを説明するためのタイムチャートである。
【図6】エンジン制御メインルーチンのフローチャートである。
【図7】吸排気弁開閉制御ルーチンのフローチャートである。
【図8】吸排気弁の駆動信号と弁リフト量の関係を説明するための図である。
【図9】オーバラップ期間(A,B)算出用マップの設定傾向を説明するための図である。
【図10】吸排気弁閉弁時期補正ルーチンのフローチャートである。
【図11】開閉弁ソレノイド通電処理ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1 バルブ駆動部
5 閉弁ソレノイド
6 開弁ソレノイド
7 スプリング
10 吸気弁
11 位置センサ
12 コイル温度センサ
16 CPU
Claims (3)
- 内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁用電磁部材及び閉弁用電磁部材を有し、該吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を電磁力により開閉する電磁駆動手段を備えた内燃機関の制御装置において、
前記機関が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダル踏み込み量検出手段と、
少なくとも前記機関の回転数を含む機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、前記開弁用電磁部材の通電終了時期及び閉弁用電磁部材の通電終了時期を決定する通電終了時期決定手段と、
前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、前記開弁用電磁部材の通電開始時期及び閉弁用電磁部材の通電開始時期を決定する通電開始時期決定手段とを備え、
該通電開始時期決定手段は、前記開弁用電磁部材の通電開始時期を、前記閉弁用電磁部材の通電終了時期より第1の所定期間だけ早い時期に設定し、且つ前記閉弁用電磁部材の通電開始時期を、前記開弁用電磁部材の通電終了時期より第2の所定期間だけ早い時期に設定し、
前記電磁駆動手段は、前記決定した各通電開始時期及び各通電終了時期に基づいて前記吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記機関に供給する混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
前記検出した空燃比と目標空燃比との偏差に応じて前記開弁用電磁部材の通電終了時期及び前記閉弁用電磁部材の通電開始時期を同一方向に補正する補正手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 前記第1の所定期間及び前記第2の所定期間の少なくともいずれか一方を前記機関運転状態に応じて補正するオーバーラップ期間補正手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
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