JP3873559B2 - エンジンの電磁動弁制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプリングによって半開位置に付勢される吸・排気弁を、始動前に全開位置又は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し、特に電磁石のアーマチャの位置を検出するセンサの始動時補正に関する。
【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閉方向に移動させる構造であり、始動前に全開位置又は閉位置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、開弁用電磁石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、前記開弁用電磁石及び閉弁用電磁石の通電制御は、電磁石のアーマチャの位置を位置センサによって検出しつつ位置毎の目標速度を達成するようにフィードバック制御して行なっている。該通電制御は、アーマチャや弁体の着座時の速度を十分小さくして衝撃を緩和し、かつ、応答性も確保されるように高精度に行なう必要があり、そのためには、前記位置センサによるアーマチャ位置の検出精度を確保する必要がある。
【0004】
しかしながら、電磁動弁各部の摩耗等によりアーマチャ位置が経時変化するため、アーマチャ位置の検出精度が低下してしまう。
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、エンジンの電磁動弁制御装置において、電磁石のアーマチャの位置を検出する位置センサの検出値を適切に補正することにより、アーマチャ位置を常時高精度に検出でき、以って高精度な吸・排気弁の開閉制御を行なえるようにすることを目的とする。
【0005】
【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、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引して全開位置に保持する開弁用電磁石と、吸・排気弁を閉弁方向に吸着して閉位置に保持する閉弁用電磁石と、を備え、エンジン始動前に吸・排気弁を全開位置若しくは閉位置に保持させて初期化を行なった後、前記各電磁石に共通なアーマチャの位置を位置センサで検出しつつ該各電磁石を通電制御するエンジンの電磁動弁制御装置において、
前記初期化直後の開閉位置を相互に異ならせた吸・排気弁に設けられた位置センサにおける該吸・排気弁の初期化直後の全開位置と閉位置とに対応する2つの出力値に基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とする。
【0006】
請求項1に係る発明によると、
初期化直後の開閉位置を相互に異ならせた吸・排気弁にそれぞれ設けられた位置センサにより、該吸・排気弁の初期化直後の全開位置と閉位置とに対応した2つの出力値が得られる。該2つの出力値は、それぞれ吸・排気弁の全開位置と閉位置とにおけるアーマチャの両端位置に対応するので、これら2つの出力値に基づいて位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正する。
【0007】
このようにすれば、始動時毎に位置センサの補正が行なわれるので、アーマチャ位置の検出精度が高められ、以って吸・排気弁の開閉制御精度が高められる。
また、請求項2に係る発明は、
吸気弁の前記初期化直後の開閉位置と、排気弁の前記初期化直後の開閉位置とを異ならせ、これらの初期化直後における位置センサの2つの出力値に基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明によると、
通常、初期化後のクランキングのため、初期化直後における吸気弁の開閉位置と排気弁の開閉位置とは異なるように設定されるので、該初期化直後の吸気弁の開閉位置と排気弁の開閉位置とに対応する位置センサの2つの出力値に基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正する。
【0009】
このようにすれば、通常の初期化の設定で、そのまま検出される位置センサの出力値に基づいて最も簡易に補正を行なうことができる。
また、請求項3に係る発明は、
気筒間で前記初期化直後の開閉位置を異ならせた吸気弁同士又は排気弁同士の初期化直後における位置センサの2つの出力値に基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とする。
【0010】
請求項3に係る発明によると、
異なる弁ではあるが同種(吸気弁同士又は排気弁同士)の弁に対する位置センサの出力値に基づいて補正が行なわれるので補正の精度が向上する。
【0014】
また、請求項4に係る発明は、
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引して全開位置に保持する開弁用電磁石と、吸・排気弁を閉弁方向に吸着して閉位置に保持する閉弁用電磁石と、を備え、エンジン始動前に吸・排気弁を全開位置若しくは閉位置に保持させて初期化を行なった後、前記各電磁石に共通なアーマチャの位置を位置センサで検出しつつ該各電磁石を通電制御するエンジンの電磁動弁制御装置において、
エンジン運転停止時に吸・排気弁を初期化直後の開閉位置とは異なる開閉位置に一時的に保持して、該保持された開閉位置における位置センサの出力値を記憶し、該位置センサの前記記憶された出力値と次回のエンジン始動前における初期化直後の吸・排気弁開閉位置における出力値とに基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とする。
【0015】
請求項4に係る発明によると、
位置センサにより、エンジン運転停止時における吸・排気弁の開閉位置に対応する出力値と該開閉位置とは異なる吸・排気弁の次回のエンジン始動前の初期化直後における開閉位置に対応する出力値とが得られるので、該2つの出力値に基づいて位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正する。
【0016】
このようにすれば、同一の弁の全開位置に対応する出力値と閉位置に対応する出力値とを用いることで、より高精度な位置センサの補正を行なうことができる。
【0017】
また、請求項5に係る発明は、
前記位置センサ周辺の温度状態を検出し、前記エンジン運転停止時と次回の始動時との温度差に応じて位置センサの出力値を補正した上で、前記位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とする。
【0018】
請求項5に係る発明によると、
このようにすれば、温度差の出力値補正を行なった上で位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することにより、さらに高精度な位置センサの補正を行なうことができる。
【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1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。
【0020】
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。
【0021】
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2に基づいて説明する。
図2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。
【0022】
そして、排気弁4が閉状態で、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。
【0023】
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41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。
【0024】
そして、図3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。
【0025】
また、前記弁駆動装置2のハウジング頂壁には、前記アーマチャ42の位置を検出する位置センサ51が装着され、該位置センサ51によってアーマチャ42の位置を検出しながら該アーマチャ42が各位置に対応した目標速度を持つ特性で駆動されるように、前記閉弁用電磁石43と開弁用電磁石44とが通電制御される。これにより、アーマチャ42を一方の電磁石を離れてから他方の電磁石に向かう駆動途中までは大きな速度で駆動して応答性を確保しながら、該他方の電磁石に接近してからは十分小さい速度で電磁石に着座させて着座時の衝撃を緩和し、あるいは、電磁石に着座する直前の位置で停止させて衝突を防止するように制御することができる。
【0026】
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。
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、全開位置または閉位置に保持する初期化を行う。該初期化は、既述したように開弁用電磁石44と閉弁用電磁石43とを交互に通電し、スプリング33,45の作用で共振現象を起こして振幅を増大させた後、全開位置または閉位置に保持することで行なわれる(図4参照)。
【0027】
上記初期化の直後に前記位置センサ51の検出値の補正、つまり出力値(電圧)とアーマチャ42位置との関係の補正(以下単に位置センサ51の補正という)を行なう。
【0028】
以下に、前記位置センサ51の検出値の補正の各実施の形態を説明する。
第1の実施の形態では、初期化後のクランキングのため、初期化後の吸気弁3の開閉位置と排気弁4の開閉位置とは異ならせて設定されるので、初期化直後の吸気弁3の全開(又は閉)位置に応じた位置センサ51の出力値と、排気弁4の閉(又は全開)位置に応じた位置センサ51の出力値とに基づいて、位置センサ51の補正を行なう。
【0029】
図5は、吸気弁3と排気弁4との初期化の様子を示し、初期化後吸気弁3は閉位置HICに保持され、排気弁は全開位置HEOに保持される。なお、一点鎖線に示すように、初期化後吸気弁3が全開位置に保持され、排気弁4が閉位置に保持されるようにしてもよい。
【0030】
図6は、前記第1の実施の形態における位置センサ51の検出値の補正の様子を示し、吸気弁3の閉位置HICに対応する位置センサ51の出力値VICと、排気弁4の全開位置HEOに対応する位置センサ51の出力値VEOとを直線で結ぶ特性として補正を行なう。これにより、点線で示される補正前のセンサ出力と弁変位(アーマチャ位置)の特性に対し、図示矢印で示されるように全開位置補正、閉位置補正が行なわれ、これに応じてさらに中間開度が補正される。
【0031】
本実施の形態は、吸気弁3の開閉位置と排気弁4の開閉位置とを異ならせるという通常の初期化の設定で、そのまま検出される位置センサ51の出力値に基づいて最も簡易に補正を行なうことができる。しかし、吸気弁3と排気弁4という異なる種類の弁に対する異なる位置センサ51の出力値を用いて、共通の補正を行なうため、精度的には改善の余地がある。
【0032】
そこで、第2の実施の形態では、制御的にはやや複雑になるが気筒間で初期化後の吸気弁3の開閉位置と排気弁4の開閉位置とを異ならせ、例えば第1気筒では吸気弁3を全開位置#1HIO、排気弁4を閉位置#1HECに保持し、第2気筒では吸気弁3を閉位置#2HIC、排気弁4を全開位置#2HEOに保持するように設定する(図7参照)。そして、初期化後の第1気筒の吸気弁3の全開位置#1HIOに対応する位置センサ51の出力値#1VIOと第2気筒の吸気弁3の閉位置#2HICに対応する位置センサ51の出力値#2VICとに基づいて、吸気弁3について前記同様にして位置センサ51の補正を行ない、また、第1気筒の排気弁4の閉位置#1HECに対応する位置センサ51の出力値#1VECと第2気筒の排気弁4の全開位置#2HEOに対応する位置センサ51の出力値#2VEOとに基づいて、排気弁4について位置センサ51の補正を行なう(図8参照)。
【0033】
このようにすれば、異なる弁ではあるが同種(吸気弁同士又は排気弁同士)の弁に対する位置センサ51の出力値に基づいて補正が行なわれるので補正の精度が向上する。
【0034】
次に、参考例について説明する。
この参考例では、吸気弁3及び排気弁4について、それぞれ初期化前の半開位置における位置センサ51の出力値と、初期化後の全開位置又は閉位置における位置センサ51の出力値とに基づいて、位置センサ51の補正を行なう。
【0035】
図9は、初期化後に吸気弁3が閉位置HIC、排気弁4が全開位置HEOに保持されるように設定される場合を示し、吸気弁3については、初期化前の半開位置HIMの出力値VIMと初期化後の閉位置HICの出力値VICとに基づいて補正を行ない(図10参照)、排気弁4については、初期化前の半開位置HEMの出力値VEMと初期化後の全開位置HEOの出力値VEOとに基づいて補正を行なう(図11参照)。具体的には、吸気弁3の半開位置HIMの出力値VIMと閉位置HICの出力値VICとを直線で結ぶ補正を行なって全開位置相当の2(HIM−HIC)に対応する出力値を[VIC+2(VIM−VIC)]と推定し、同様に排気弁4の半開位置HEMの出力値VEMと全開位置HEOの出力値VEOとを直線で結ぶ補正を行なって閉位置相当のHEO−2(HEO−H EM)に対応する出力値を[VEO−2(VEO−V EM)]と推定する。
【0036】
このようにすれば、第1の実施の形態と同様、通常の初期化の設定における位置センサ51の出力値を用いて簡易に補正を行なえる。精度については、同一の弁における同一の位置センサ51の2つの出力値を用いることによっては向上するが、初期化後の開閉位置とは異なる開閉位置における出力値については、推定値であるのでやや低下する可能性がある。
【0037】
なお、吸気弁3と排気弁4の初期化後の開閉位置を上記とは反対に設定しても同様に実行できる。
次に、第3の実施の形態について説明する。
【0038】
この実施の形態では、吸気弁3及び排気弁4について、それぞれエンジンの運転停止時に、初期化後の開閉位置とは異なる開閉位置に一時的に保持させ、この開閉位置に対応する位置センサ51の出力値をメモリに記憶しておく。そして、吸気弁3及び排気弁4について、それぞれ始動前の初期化後における出力値と、前回運転停止時に記憶された出力値とに基づいて位置センサ51の補正を行なう。
【0039】
図12は、エンジン運転停止時に一時的に吸気弁3を全開位置HIOE、排気弁4を閉位置HECEに保持し、初期化後は吸気弁3を閉位置HICS、排気弁4を全開位置HEOSに保持するようにした場合を示す。
【0040】
吸気弁3については、運転停止時の全開位置HIOEの出力値VIOEと、初期化後の閉位置HICSの出力値VICSとに基づいて補正を行ない(図13参照)、排気弁4については、運転停止時の閉位置HECEの出力値VECEと、初期化後の全開位置HEOSの出力値VEOSとに基づいて補正を行なう(図14参照)
このようにすれば、同一の弁の全開位置に対応する出力値と閉位置に対応する出力値とを用いることで、より高精度な位置センサ51の補正を行なうことができる。
【0041】
なお、吸気弁3と排気弁4のエンジン運転停止時と初期化後の開閉位置を上記とは反対に設定しても、同様に実行できる。
しかし、エンジン運転停止時と始動時とでは、一般的に温度差があり、温度差があると位置センサ51の出力値が変化する。
【0042】
そこで、第4の実施の形態では、前記エンジン運転停止時と始動時との温度差の補正を行なう。
第3の実施の形態と同様にエンジン運転停止時に一時的に吸気弁3を全開位置HIOE、排気弁4を閉位置HECEに保持し、初期化後は吸気弁3を閉位置HICS、排気弁4を全開位置HEOSに保持するようにした場合について説明する。
【0043】
エンジン運転停止時に前記水温センサ11によって検出される水温TwEを記憶しておき、始動時に検出された水温TwSとの温度差ΔTw(=TwS−TwE)を算出する。
【0044】
そして、エンジン運転停止時の吸気弁3の全開位置HIOEに対応する位置センサ51の出力値VIOEを、前記温度差ΔTwに応じた補正分ΔVIOSで補正し、該補正された出力値(VIOE−ΔVIOS)と始動時初期化後の閉位置HICSに対応する出力値VICSとに基づいて、前記同様の直線補間等により補正する(図15参照)。
【0045】
同様に、エンジン運転停止時の排気弁4の閉位置HECEに対応する出力値VECEを、前記温度差ΔTwに応じた補正分ΔVECSで補正し、該補正された出力値(VECS−ΔVECS)と始動時初期化後の排気弁4を全開位置HEOSとに基づいて、直線補間等により補正する(図16参照)。
【0046】
このように温度差の出力値補正を行なった上で位置センサ51の出力値とアーマチャ42位置との関係を補正することにより、より精度よく補正することができる。
【0047】
なお、図1に一点鎖線で示すように、弁駆動装置2に油温センサ17を設け、該油温センサ17によって検出される吸・排気弁の弁体摺動部近傍の潤滑油温度を用いて、前記温度差補正を行なってもよく、より高精度な温度差補正を行なえる。
【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3】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4】吸・排気弁の共振初期化制御の様子を示すタイムチャート。
【図5】第1の実施の形態における吸気弁と排気弁を異なる開閉位置に共振初期化したときのアーマチャ変位の様子を示すタイムチャート。
【図6】同上実施の形態における位置センサの補正の様子を示す図。
【図7】第2の実施の形態における吸気弁同士と排気弁同士を気筒間で異なる開閉位置に共振初期化したときのアーマチャ変位の様子を示すタイムチャート。
【図8】同上実施の形態における位置センサの補正の様子を示す図。
【図9】参考例における吸気弁と排気弁の初期化前と、異なる開閉位置に共振初期化したときと、のアーマチャ変位の様子を示すタイムチャート。
【図10】同上参考例における吸気弁側の位置センサの補正の様子を示す図。
【図11】同上参考例における排気弁側の位置センサの補正の様子を示す図。
【図12】第3の実施の形態における吸気弁と排気弁のエンジン運転停止時と、異なる開閉位置に共振初期化したときと、のアーマチャ変位の様子を示すタイムチャート。
【図13】同上実施の形態における吸気弁側の位置センサの補正の様子を示す図。
【図14】同上実施の形態における排気弁側の位置センサの補正の様子を示す図。
【図15】第4の実施の形態における吸気弁側の位置センサの補正の様子を示す図
。
【図16】同上実施の形態における排気弁側の位置センサの補正の様子を示す図。
【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
11 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 (5)
- 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引して全開位置に保持する開弁用電磁石と、吸・排気弁を閉弁方向に吸着して閉位置に保持する閉弁用電磁石と、を備え、エンジン始動前に吸・排気弁を全開位置若しくは閉位置に保持させて初期化を行なった後、前記各電磁石に共通なアーマチャの位置を位置センサで検出しつつ該各電磁石を通電制御するエンジンの電磁動弁制御装置において、
前記初期化直後の開閉位置を相互に異ならせた吸・排気弁に設けられた位置センサにおける該吸・排気弁の初期化直後の全開位置と閉位置とに対応する2つの出力値に基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とするエンジンの電磁動弁制御装置。 - 吸気弁の前記初期化直後の開閉位置と、排気弁の前記初期化直後の開閉位置とを異ならせ、これらの初期化直後における位置センサの2つの出力値に基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正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。
- 気筒間で前記初期化直後の開閉位置を異ならせた吸気弁同士又は排気弁同士の初期化直後における位置センサの2つの出力値に基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正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。
- 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引して全開位置に保持する開弁用電磁石と、吸・排気弁を閉弁方向に吸着して閉位置に保持する閉弁用電磁石と、を備え、エンジン始動前に吸・排気弁を全開位置若しくは閉位置に保持させて初期化を行なった後、前記各電磁石に共通なアーマチャの位置を位置センサで検出しつつ該各電磁石を通電制御するエンジンの電磁動弁制御装置において、
エンジン運転停止時に吸・排気弁を初期化直後の開閉位置とは異なる開閉位置に一時的に保持して、該保持された開閉位置における位置センサの出力値を記憶し、該位置センサの前記記憶された出力値と次回のエンジン始動前における初期化直後の吸・排気弁開閉位置における出力値とに基づいて、位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とするエンジンの電磁動弁制御装置。 - 前記位置センサ周辺の温度状態を検出し、前記エンジン運転停止時と次回の始動時との温度差に応じて位置センサの出力値を補正した上で、前記位置センサの出力値とアーマチャ位置との関係を補正することを特徴とする請求項4に記載のエンジンの電磁動弁制御装置。
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