(57)【要約】【課題】機関バルブとして電磁駆動弁を備えた内燃機関において、電磁コイルにショートが発生するような異常を的確に検出することが求められている。【解決手段】ＥＣＵは、機関回転速度を取得し（Ｓ３１０）、機関負荷を取得する（Ｓ３１２）。続いて、ＥＣＵは、取得した機関負荷に適切な閾値マップを選定し（Ｓ３１４）、選定した閾値マップを参照し機関回転速度より電力閾値を決定する（Ｓ３１６）。次に、ＥＣＵは、この電力閾値と、電磁コイルに供給された所定期間における積算電力量を比較し（Ｓ３１８）、積算電力量が電力閾値を超えている場合（Ｓ３１８のＹ）、ＥＣＵは、内燃機関に異常が発生していると判定し（Ｓ３２０）、フェール処理を行う（Ｓ３２２）。【選択図】        図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する弁体と、当該弁体と連動するアーマチャと、電流が供給されることにより前記アーマチャに電磁力を付与する電磁コイルとを備えた電磁駆動弁と、前記弁体の状態量をもとにフィードバック制御を行い当該電磁コイルへ供給すべき電流の目標値である指令値を設定するとともに、当該電磁コイルへ供給される電流を指令値に向けて制御する制御手段とを備えた内燃機関の異常検出装置において、
前記電磁コイルへ供給される電力量を求める手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づき閾値を設定する手段と、
前記求められた電力量と前記設定された閾値とを比較して前記求められた電力量が、前記設定された閾値を超えているとき前記内燃機関の異常と検出する手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の異常検出装置に関し、特に機関バルブとして電磁駆動弁を備える内燃機関の異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する電磁駆動弁に係る異常の一形態として電磁コイルのショートがある。一般に、電磁コイルに過大な電流が流れることをもって電磁コイルのショートを検出することがなされるが、電磁コイルの部分的なショートを検出しようとした場合、過電流により検出することは困難である。そこで、特許文献１では、電磁コイルが部分的にショートすると、そのインダクタンスが小さくなり、電流応答性が速くなって電磁コイルに流れる実電流に振動が生じる現象に着目し、実電流の変化からコイルショートを検出することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３３７５４９号公報（全文）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１の技術にあっては、電磁コイルのショートを早期に検出することはできる。しかし、電磁コイルにショートが発生する兆候を知ることが、電磁駆動弁を保護するうえで望まれる。例えば、内燃機関にノッキング等の異常燃焼が生じると、電磁駆動弁にかかる負荷が大きくなり、それに伴い電磁コイルに流れる電流が大きくなる。電磁コイルに流れる電流が大きくなるとコイル発熱量が増大し、コイル発熱量の増大を原因として電磁コイルにショートが生じる。このように電磁コイルにショートが生じると、コイル発熱量が増大し、ショートが更に進行し、電磁駆動弁が大きく損傷する原因となる。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関バルブとして電磁駆動弁を備えた内燃機関において、電磁コイルにショートが発生するような内燃機関の異常発生を早期に検出する技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、内燃機関の異常検出装置に関する。この内燃機関は、吸気弁または排気弁として機能する弁体と、この弁体と連動するアーマチャと、電流が供給されることによりアーマチャに電磁力を付与する電磁コイルと、を備えた電磁駆動弁と、弁体の状態量をもとにフィードバック制御を行い電磁コイルへ供給すべき電流の目標値である指令値を設定するとともに、電磁コイルへ供給される電流を指令値に向けて制御する制御手段とを備える。ここで弁体の状態量として、弁体の変位、変位速度、弁体にかかる外力等がある。
【０００７】
本発明の内燃機関の異常検出装置は、上記の構成を前提として、電磁コイルへ供給される電力量を求める手段と、内燃機関の運転状態に基づき閾値を設定する手段と、求められた電力量と設定された閾値とを比較して求められた電力量が設定された閾値を超えているとき内燃機関の異常と検出する手段と、を備える。ここで、内燃機関の異常とは、例えば、ノッキングなどの燃焼異常がある。
【０００８】
ノッキングなどの燃焼異常は、コイル発熱量の増大の一因であり、電磁コイルのショートの一因である。また、ノッキング自体が機関本体にダメージを与えることもある。コイル発熱量の増大は、電磁コイルに供給される電力量が大きいことをもって検出できるが、電磁コイルへ供給される電力量は、内燃機関の運転状態に大きく依存する。そこで、内燃機関の運転状態に基づいて閾値を設定し、このように設定された閾値と電磁コイルに供給される電力量との比較を通じて電磁コイルにショートが発生するような内燃機関の異常を検出する。このことにより、コイル発熱量の増大を的確に検知することができ、内燃機関の異常を的確に検出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態に係る、ひとつの電磁駆動バルブ２００、およびその制御装置である電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略す）５０およびバルブドライバ７０の構成図である。吸気バルブおよび排気バルブはともにこの構成を採り、電磁石の電磁力によって開閉駆動される。これら吸気バルブおよび排気バルブは、制御原理が同じであり、以下吸気バルブについて説明する。
【００１０】
電磁駆動バルブ２００は、シリンダヘッド１８において往復動可能に支持された弁軸２０、弁軸２０の本図では下方の端部に設けられた弁体１６、および弁軸２０を駆動する電磁駆動部２１を備える。シリンダヘッド１８には、燃焼室に通じる吸気ポート１４が形成されており、この吸気ポート１４の開口近傍には弁座１５が形成されている。弁軸２０の往復動に伴って弁体１６が弁座１５に離着座することにより吸気ポート１４が開閉される。
【００１１】
弁軸２０において、弁体１６とは反対側の端部に、ロアリテーナ２２が設けられている。ロアリテーナ２２とシリンダヘッド１８との間には、ロアスプリング２４が圧縮状態で配設されている。弁体１６および弁軸２０は、このロアスプリング２４の弾性力によって閉弁方向、つまり本図の上方向に付勢されている。
【００１２】
電磁駆動部２１は、弁軸２０と同軸上に配設されたアーマチャシャフト２６、およびアーマチャ２８を備える。アーマチャシャフト２６の略中央部分には高透磁率材料からなる円板状のアーマチャ２８が固定され、その一端にはアッパリテーナ３０が固定されている。アーマチャシャフト２６においてこのアッパリテーナ３０が固定された端部と反対側の端部は、弁軸２０のロアリテーナ２２側の端部に当接する。
【００１３】
シリンダヘッド１８上に設けられたケーシング３６内には、アッパコア３２がアッパリテーナ３０とアーマチャ２８との間に固定されている。同じくこのケーシング３６内には、ロアコア３４がアーマチャ２８とロアリテーナ２２との間に固定されている。これらアッパコア３２およびロアコア３４はいずれも高透磁率材料によって環状に形成されており、それらの各中央部にはアーマチャシャフト２６が往復動可能に貫通されている。
【００１４】
ケーシング３６の上面内側とアッパリテーナ３０との間には、アッパスプリング３８が圧縮状態で配設されている。アーマチャシャフト２６は、このアッパスプリング３８の弾性力により弁軸２０側、つまり本図の下方に付勢されている。更に、弁軸２０および弁体１６は、このアーマチャシャフト２６により開弁方向、つまり本図の下方に付勢されている。なお、アーマチャ２８、アーマチャシャフト２６、弁軸２０、および弁体１６は、一体として可動部材を構成する。
【００１５】
ケーシング３６の頂部には変位センサ５２が取り付けられている。この変位センサ５２は、自身とアッパリテーナ３０との間の距離に応じて変化する電圧信号を出力する。この電圧信号に基づいて、可動部材の位置が特定される。
【００１６】
アッパコア３２においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の第１溝４０が形成され、第１溝４０内にはアッパコイル４２が配置されている。アッパコイル４２とアッパコア３２とによって弁体１６を閉弁方向、つまり本図上方に駆動するための上部電磁石６１が構成される。
【００１７】
一方、ロアコア３４においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の第２溝４４が形成され、第２溝４４内にはロアコイル４６が配置されている。ロアコイル４６とロアコア３４とによって吸気バルブを開弁方向、つまり本図下方に駆動するための下部電磁石６２が構成される。上部電磁石６１のアッパコイル４２および下部電磁石６２のロアコイル４６は、内燃機関の各種制御を統括して行うＥＣＵ５０によって通電制御される。
【００１８】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵやメモリ（図示せず）を備え、変位センサ５２、クランク角センサ７２、アクセルポジションセンサ７４、更に図２で後述する電流センサ８８、抵抗センサ９０、コイル温度センサ９２、及び電圧センサ９４等の各種センサの検出信号を取り込む。また、ＥＣＵ５０は、バルブドライバ７０に対して、アッパコイル４２とロアコイル４６に流れる励磁電流の目標値である指令電流ＩＣの値を指示し、その指令電流ＩＣを目標値としてアッパコイル４２またはロアコイル４６に流れる励磁電流をフィードバック制御する。以下、アッパコイル４２及びロアコイル４６を区別せず総称する場合は、単に「電磁コイル」といい、また、電磁コイルに実際に流れる励磁電流を、単に「実電流Ｉｍ」ともいう。なお、ＥＣＵ５０は、変位センサ５２から取得した信号をもとに、フィードバック制御によって指令電流ＩＣを設定する。フィードバック制御の際にＥＣＵ５０が参照する状態量として、弁体１６の変位や変位速度、弁体１６にかかる外力などがある。例えば、弁体１６が所望の位置に達していない場合、指令電流ＩＣを大きくする補正がなされる。
【００１９】
バルブドライバ７０は、ＥＣＵ５０から受けた指令電流ＩＣの値に基づいてアッパコイル４２の実電流Ｉｍを制御するアッパコイル用ドライバ７６と、同じくＥＣＵ５０から受けた指令電流ＩＣの値に基づいてロアコイル４６の実電流Ｉｍを制御するロアコイル用ドライバ７８を備える。
【００２０】
図２は、ＥＣＵ５０と、ロアコイル用ドライバ７８の構成を示す。なお、アッパコイル用ドライバ７６の構成および動作は、ロアコイル用ドライバ７８の構成および動作と同一なので、以下、ロアコイル用ドライバ７８の構成および動作について説明する。
【００２１】
ロアコイル用ドライバ７８は、スイッチング素子として機能する第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を含み一般的なＨブリッジ回路を構成している駆動回路８０と、第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対してそれらトランジスタを駆動するための制御信号をＥＣＵ５０から受けた指令電流ＩＣの値に基づいて生成し、生成した制御信号を第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対して供給する制御回路８２と、駆動回路８０に電力を供給する電源端子８４及び接地端子８６と、を備える。
【００２２】
駆動回路８０において、第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２のコレクタ端子は、ともに電源端子８４に接続される。第１トランジスタＴｒ１のエミッタ端子と、第３トランジスタＴｒ３のコレクタ端子は、ロアコイル４６の本図左側の第１の端子に接続される。同様に、第２トランジスタＴｒ２のエミッタ端子と、第４トランジスタＴｒ４のコレクタ端子は、ロアコイル４６の本図右側の第２の端子に接続される。また、第３トランジスタＴｒ３および第４トランジスタＴｒ４のエミッタ端子は、ともに接地端子８６に接続される。第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のベース端子はそれぞれ制御回路８２に接続される。
【００２３】
制御回路８２は、ロアコイル４６に対して正方向、本図では右方向へ向かう実電流Ｉｍを流通させるときは、第４トランジスタＴｒ４のベース端子に対して所定レベルの電圧を印加して第４トランジスタＴｒ４をオンさせるとともに、第１トランジスタＴｒ１のベース端子に対しては、ＥＣＵ５０から受けた指令電流ＩＣの値に対応したデューティ比で所定のパルス状の電圧を印加し、第１トランジスタＴｒ１をオンさせる。このとき、制御回路８２は、第２トランジスタＴｒ２および第３トランジスタＴｒ３のベース端子には電圧を印加せず、第２トランジスタＴｒ２および第３トランジスタＴｒ３をオフとする。従って、制御回路８２によって、第１トランジスタＴｒ１および第４トランジスタＴｒ４がオンとなると、電源端子８４、第１トランジスタＴｒ１、ロアコイル４６、第４トランジスタＴｒ４、および接地端子８６の順に直列に形成される電流経路に実電流Ｉｍが流れる。
【００２４】
更に、制御回路８２は、ロアコイル４６に対して逆方向、本図では左方向へ向かう実電流Ｉｍを流通させるときには、第３トランジスタＴｒ３のベース端子に対しては所定レベルの電圧を印加して第３トランジスタＴｒ３をオン状態とするとともに、第２トランジスタＴｒ２のベース端子に対しては、ＥＣＵ５０から受けた指令電流ＩＣの値に対応したデューティ比で所定のパルス状の電圧を印加し、第２トランジスタＴｒ２をオンさせる。このとき、制御回路８２は、第１トランジスタＴｒ１および第４トランジスタＴｒ４のベース端子には電圧を印加せず、第１トランジスタＴｒ１および第４トランジスタＴｒ４をオフとする。従って、制御回路８２によって、第２トランジスタＴｒ２および第３トランジスタＴｒ３がオンとなると、電源端子８４、第２トランジスタＴｒ２、ロアコイル４６、第３トランジスタＴｒ３、および接地端子８６の順に直列に形成される電流経路に実電流Ｉｍが流れる。
【００２５】
ロアコイル４６と直列に、ロアコイル４６に流れる実電流Ｉｍを計測するための電流センサ８８が取り付けられる。また、ロアコイル４６には、ロアコイル４６の抵抗を計測するための抵抗センサ９０が並列に接続される。更に、ロアコイル４６には、ロアコイル４６の温度を計測するためのコイル温度センサ９２が取り付けられる。電流センサ８８、抵抗センサ９０、コイル温度センサ９２の検出信号は、ＥＣＵ５０に通知される。なお、電流センサ８８、抵抗センサ９０、コイル温度センサ９２、電圧センサ９４は、後述するように電磁コイルに供給される電力を算出するために利用される。従って、電力を算出する方法に応じて、必要とされるセンサの組合せが備わっていればよい。なお、電流センサ８８、抵抗センサ９０、およびコイル温度センサ９２からＥＣＵ５０への信号経路は、見やすさを考慮して破線で示している。
【００２６】
次に、図１に戻り、電磁駆動バルブ２００の動作を説明する。アッパコイル４２が通電されると、アッパコア３２およびアーマチャ２８を含む経路を環流する磁束が発生する。この際、アッパコア３２とアーマチャ２８の間には、互いを吸引する性質の電磁力が発生する。
【００２７】
アッパコア３２とアーマチャ２８の間に発生する電磁力によって、可動部材は、本図では上方向である、アッパコア３２の方向へ変位される。アーマチャシャフト２６は、アーマチャ２８がアッパコア３２に当接するまで変位可能に構成されている。アーマチャ２８がアッパコア３２に当接するとき、それと略同じタイミングで、弁体１６は弁座１５に着座することにより、吸気ポート１４を全閉状態とする。
【００２８】
弁体１６が全閉状態に維持されている場合、アッパスプリング３８は、アーマチャシャフト２６を中立位置方向、すなわち吸気ポート１４が開く方向へ付勢する。この状態において、アッパコイル４２に対する通電が停止されると、アーマチャシャフト２６は、アッパスプリング３８およびロアスプリング２４の弾性力によって全開状態に向けて移動を開始する。
【００２９】
一方、ロアコイル４６が通電されると、ロアコア３４およびアーマチャ２８を含む経路を環流する磁束が発生する。この際、ロアコア３４とアーマチャ２８の間には、互いを吸引する性質の電磁力が発生する。ロアコア３４とアーマチャ２８の間に発生する電磁力によって、可動部材は、本図では下方向である、ロアコア３４の方向へ変位される。アーマチャシャフト２６は、アーマチャ２８がロアコア３４に当接するまで変位可能に構成されている。アーマチャ２８がロアコア３４に当接するとき、弁体１６は、吸気ポート１４を全開状態とする。従って、アッパコイル４２に対する通電を停止した後、所定のタイミングで、ロアコイル４６に対する通電を開始することで、弁体１６を全閉状態から全開状態へ円滑に移行させることができる。
【００３０】
弁体１６が全開状態となった後、ロアコイル４６に対する通電が停止されると、弁体１６は、全閉状態に向けて移動を開始する。以後、適当なタイミングで、アッパコイル４２およびロアコイル４６に対して繰り返し通電することで、弁体１６を円滑に開閉動作することができる。
【００３１】
図３（ａ）は、弁体１６の変位パターンを、図３（ｂ）は、アッパコイル４２に対する電流制御を実現すべくＥＣＵ５０が制御回路８２に対して指示する指令電流ＩＣ（以下、単に「アッパ指令電流ＩＣ４２」ともいう）の推移を、図３（ｃ）は、ロアコイル４６に対する電流制御を実現すべくＥＣＵ５０が制御回路８２に対して指示する指令電流ＩＣ（以下、単に「ロア指令電流ＩＣ４６」ともいう）の推移を、それぞれ模式的に示す。
【００３２】
なお、図３（ａ）において、弁体１６が全閉位置から全開位置に変位する期間において、点線で示すパターンが、弁体１６の目標変位を、実線が低負荷時の実変位を、一点鎖線が高負荷時の実変位を示す。同様に、図３（ｃ）において、実線が低負荷時のロア指令電流ＩＣ４６を、一点鎖線が高負荷時のロア指令電流ＩＣ４６を示す。
【００３３】
ここで、吸引期間のアッパ指令電流ＩＣ４２およびロア指令電流ＩＣ４６は、可動部材の変位パターンが目標変位パターンとなるよう、ＥＣＵ５０によるフィードバック制御によって設定され、予め設定された目標状態量、例えば、可動部材の位置や変位速度、可動部材に作用する外力等と、実際もしくは推定された状態量との偏差に応じて設定される。なお、目標状態量は、図３（ａ）に示すように、無負荷時の変位パターンを目標変位パターンとして設定してもよいし、外力が実測もしくは推定可能であれば、外力の大きさに応じて設定してもよい。従って、高負荷時には燃焼により筒内圧力が高くなり、弁体１６が全閉位置から全開位置に変位する際に、弁体１６に作用する外力が大きくなるため、図３（ａ）に示すよう、目標変位に対して実変位が大きく乖離し、図３（ｃ）に示すよう、ロア指令電流ＩＣ４６は、低負荷時に比べて相対的に大きな値に設定される。
【００３４】
以下、弁体１６の一開閉周期での電流制御を、第１期間Ｔ１〜第８期間Ｔ８に分けて説明する。なお、高負荷時の第４期間Ｔ４、第５期間Ｔ５は、図中ではそれぞれ「（Ｔ４）」、「（Ｔ５）」と示す。
【００３５】
弁体１６が全閉状態に保持される第１期間Ｔ１においては、アッパ指令電流ＩＣ４２が、所定の値の保持電流ＩＨ（＞０）に制御される。保持電流ＩＨは、一定値の場合もあれば、一定値に対してフィードバック電流が付加された場合もある。このとき、ロア指令電流ＩＣ４６は、ゼロである。この第１期間Ｔ１は、弁体１６の一開閉周期において、後述の第９期間Ｔ９と同じ期間に相当する。従って、例えば、第１期間Ｔ１から第８期間Ｔ８で弁体１６の一開閉周期となる。
【００３６】
弁体１６を全閉状態とする第１期間Ｔ１が終了し、弁体１６を全閉状態から開弁させる必要が生じると、第２期間Ｔ２として、アッパコア３２に残留する磁気を速やかに消磁し、弁体１６を円滑に移動開始させるために、アッパ指令電流ＩＣ４２は、保持電流ＩＨとは逆向きの所定値の消磁電流ＩＥ（＜０）に制御される。
【００３７】
アッパ指令電流ＩＣ４２が、消磁電流ＩＥに制御される第２期間Ｔ２が終了し、第３期間Ｔ３になると、アッパ指令電流ＩＣ４２とロア指令電流ＩＣ４６はゼロに設定され、弁体１６はアッパスプリング３８の弾性力によって、全開位置へ向けて変位していく。
【００３８】
弁体１６の位置が全閉位置から全開位置へ向かう途上で、第４期間Ｔ４となり、上述のように、ＥＣＵ５０によるフィードバック制御によって、予め設定された目標状態量と実際もしくは推定された状態量との偏差が計算され、その偏差の大きさに応じてロア指令電流ＩＣ４６が所望とする吸引電流Ｉａに制御される。なお、第４期間Ｔ４の開始は、弁体１６の位置や、変位速度、機関負荷等によって決定される。
【００３９】
アーマチャ２８がロアコア３４に当接し、弁体１６が全開状態になったことが確認されると、第４期間Ｔ４が終了し、フィードバック制御が停止され、ロア指令電流ＩＣ４６は所定値の保持電流ＩＨとなるように制御される。なお、アーマチャ２８がロアコア３４に当接し、弁体１６が全開状態になった後、弁体１６の挙動が安定するまでのしばらくの間、第４期間Ｔ４として、フィードバック制御を継続してもよい。ロア指令電流ＩＣ４６が保持電流ＩＨに制御される期間を第５期間Ｔ５と呼ぶ。
【００４０】
以降、第６期間Ｔ６〜第９期間Ｔ９において設定される指令電流ＩＣは、第２期間Ｔ２〜第５期間Ｔ５において設定された、指令電流ＩＣと同様のパターンとなる。ただし、弁体１６の移動方向が、第６期間Ｔ６〜第８期間Ｔ８では、全閉位置へ移動する方向であり、第２期間Ｔ２〜第４期間Ｔ４の全開位置へ向かう方向とは逆である。同様に、第５期間Ｔ５は、弁体１６が全開状態に保持され、第９期間Ｔ９は、弁体１６が全閉状態に保持される期間である。従って、励磁電流が流れるコイルが、アッパコイル４２とロアコイル４６とで逆となるため、アッパ指令電流ＩＣ４２とロア指令電流ＩＣ４６の推移が入れ替わる。
【００４１】
図４（ａ）は、正常時およびロアコイル４６に部分的なショートが発生した場合の弁体１６の変位パターンを、図４（ｂ）は、正常時およびロアコイル４６に部分的なショートが発生した場合のロアコイル４６に対する電流制御を実現すべくＥＣＵ５０が制御回路８２に対して指示するロア指令電流ＩＣ４６の推移を、図４（ｃ）は、正常時およびロアコイル４６に部分的なショートが発生した場合のロアコイル４６が実際に発生する電磁力Ｆの推移をそれぞれ模式的に示す。なお、図４に示す弁体１６の変位パーターン、ロア指令電流ＩＣ４６の推移、ロアコイル４６が実際に発生する電磁力Ｆの推移は、高負荷時のものであり、実線が正常時を、破線がロアコイル４６に部分的なショートが発生した場合の状態を示す。
【００４２】
上述の通り、ロアコイル４６が部分的にショートすると、ロアコイル４６のインダクタンスが低下し、図４（ｃ）に示すように、ロアコイル４６に発生する電磁力Ｆが低下する。これによって、図４（ａ）に示すように、弁体１６の位置が所望の位置に到達しなくなり、弁体１６の正常時の変位と異常が発生した際の変位の乖離が大きくなる。そこで、ＥＣＵ５０は、ロア指令電流ＩＣ４６を図４（ｂ）の破線で示すように、本来の指令電流ＩＣの値より大きくなるように変更することで、ロアコイル４６に流れる実電流を大きくし、ロアコイル４６に発生する電磁力Ｆを調整し、弁体１６の位置が所望の位置となるように制御する。
【００４３】
すなわち、電磁コイルにショートが発生した場合、ＥＣＵ５０によるフィードバック制御は不可能となり、電磁駆動バルブ２００の作動に大きな異常が発生する。しかしながら、インダクタンスがさほど低下しない部分的なショートであれば、上述のように、ＥＣＵ５０によるフィードバック制御の作用によって、指令電流ＩＣが大きくなり、それにともない実電流も大きくなり、ロアコイル４６に所望の電磁力Ｆを得ることができ、電磁駆動バルブ２００の作動の異常発生が回避される。
【００４４】
ところが、部分的であってもショートが発生すると、コイル発熱量が増大し、ショートが更に進行し、電磁駆動バルブ２００が大きく損傷する原因となる。そこで、部分的なショートであっても、そのショートが発生する兆候を知ることが、電磁駆動バルブ２００を保護するうえで望まれる。
【００４５】
例えば、内燃機関にノッキングなどの燃焼異常が生じると、燃焼室内の圧力が大きくなり、弁体１６の変位や変位速度が所望の状態に至らないことがある。そのため、例えば、ロア指令電流ＩＣ４６を大きくする必要があり、その結果、電磁コイルに流れる実電流Ｉｍが大きくなる。実電流Ｉｍが大きくなると、コイル発熱量が増大し、コイル発熱量の増大を原因として電磁コイルにショートが生じる。従って、こうした内燃機関の異常を検出することが重要であり、また、ノッキングは機関本体に大きなダメージを与える可能性があり、この点でも、上記異常を検出することが重要となる。
【００４６】
本実施の形態では、電磁コイルに供給される電力量を監視し、その電力量に基づき、上述の燃焼異常などの内燃機関の異常を検出する。また、電磁コイルに供給される電力量は、機関負荷や、機関回転数、駆動している電磁駆動バルブ２００の数など、機関運転状態に大きく依存する。そこで、異常判定を行う際の基準となる、電力量の閾値（以下、単に「電力閾値Ｐｔｈ」ともいう）を機関運転状態に応じて設定する。図５および図６に、そのような電力閾値Ｐｔｈの例を挙げる。これらの電力閾値Ｐｔｈは、ＥＣＵ５０の記憶領域である図示しないＲＯＭ等に閾値マップとして予め保持されている。なお、このような閾値マップは、排気バルブおよび吸気バルブそれぞれに対して用意される。また、より精度の高い異常判定を実現するために、電磁コイル間のばらつきを考慮して、電磁コイル毎に用意されてもよい。
【００４７】
図５は、機関負荷に応じた４種類の閾値マップをグラフ形式で模式的に表したものである。これら閾値マップは、機関回転速度Ｒｅｖと電力閾値Ｐｔｈの関係で表されている。一般に、機関負荷が大きくなるほど、電磁コイルに供給される電力量は増加する。そこで、閾値マップとして、機関負荷に応じて、記述されている電力閾値Ｐｔｈが小さい方から順に低負荷用閾値マップＡ１、中負荷用閾値マップＡ２、高負荷用閾値マップＡ３の３種類を用意する。
【００４８】
また、燃料カット時は、機関負荷はゼロであるが、燃料カットにより燃焼が行われないため、燃焼サイクルにおける本来の燃焼行程において、気筒内が負圧になる。このとき、弁体１６の跳ね返りを防止して、弁体１６を開弁状態に保持するためには、開弁方向の弁体１６の速度を減速させるための電流指令をアッパコイル４２に与える必要があり、低負荷時よりも大きな電流が必要となる。そこで、燃料カット時用に、燃料カット時閾値マップＡ０を用意する。本図において、燃料カット時閾値マップＡ０の電力閾値Ｐｔｈは、低負荷用閾値マップＡ１と中負荷用閾値マップＡ２の間になるように記述されている。また、これらの４種類の閾値マップでは、機関回転速度Ｒｅｖが大きくなるに従い、記述されている電力閾値Ｐｔｈが大きくなる。
【００４９】
また、同一気筒において排気バルブまたは吸気バルブが複数備わる場合、１弁のみが開閉動作を行うことがある。以下、同一気筒に、排気バルブが２弁備わるケースを説明する。排気バルブが１弁で動作する場合と２弁で動作する場合とで、その動作期間における気筒内の圧力が同じであれば、排気バルブが１弁で動作する場合は、２弁で動作する場合に比べて、気筒内の圧力を１弁だけで全て受けることになる。このため、排気バルブが１弁で動作する場合のほうが、電磁コイルに供給すべき電流は大きくなり、それに伴って、電磁コイルに供給される電力量も大きくなる。
【００５０】
そこで、図６に示すように、排気バルブが１弁で動作するか２弁で動作するかに応じて、１弁動作用閾値マップＢ１と２弁動作用閾値マップＢ２の２種類の閾値マップを用意する。上述のように、１弁動作のときには２弁動作のときに比べて電磁コイルに供給される電力量が大きいので、１弁動作用閾値マップＢ１の電力閾値Ｐｔｈは、２弁動作用閾値マップＢ２の電力閾値Ｐｔｈより大きくする。本図では、特に低負荷時のマップを示しており、２弁動作用閾値マップＢ２が図５で示した低負荷用閾値マップＡ１と同じマップを示している。動作する弁の数にかかわらず共通に電力閾値Ｐｔｈを設定してもよいが、上述のように動作する弁の数に応じて閾値マップを用意することで、より精度が高い異常検出が可能となる。
【００５１】
図７は、電磁コイルに供給される電力量を、電磁コイルに通電される実電流Ｉｍおよび電圧を用いて算出する手順を示すフローチャートである。このフローチャートで示す処理は、所定のサンプリング周期で行われる。このサンプリング周期は、一般には、ＥＣＵ５０の処理能力およびフィードバック制御の制御周期に応じて設定される。まず、ＥＣＵ５０は、電圧センサ９４の出力を基に、電磁コイルに供給される電圧値を取得する（Ｓ１１０）。続いて、ＥＣＵ５０は、電流センサ８８の出力を基に、電磁コイルに通電される実電流Ｉｍの値を取得する（Ｓ１１２）。更に、ＥＣＵ５０は、取得された電圧値および実電流Ｉｍの値を乗ずること、つまり、式（電圧値）×（実電流Ｉｍの値）によって電力の値を算出し（Ｓ１１４）、算出された電力の値を積算する（Ｓ１１６）。なお、算出された電力の値の積算値（以下、「積算電力量Ｐｒ」ともいう）は、図９で後述する異常判定処理において使用されるとともに、その処理で使用後、初期化される。なお、電磁コイルに供給される電力量を、電磁コイルに通電される実電流Ｉｍおよび電圧を用いて算出する場合、図２に示した抵抗センサ９０と、コイル温度センサ９２は不要である。
【００５２】
なお、電力量を算出する際に、実電流Ｉｍが利用されずに、指令電流ＩＣが利用されてもよい。一般には、電流センサ８８を用いて実電流Ｉｍを計測した方が、より精度の高い異常検出が可能となるが、指令電流ＩＣをもとに電力量を算出する場合、電流センサ８８が不要となるメリットが得られる。
【００５３】
図８は、電磁コイルに供給される電力量を、電磁コイルに通電される実電流Ｉｍおよび電磁コイルの抵抗を用いて算出する手順を示すフローチャートであり、図７に示したフローチャートの処理に替わるものである。まず、ＥＣＵ５０は、電流センサ８８の出力を基に、電磁コイルに通電する実電流Ｉｍの値を取得する（Ｓ２１０）。続いて、ＥＣＵ５０は、抵抗センサ９０の出力を基に電磁コイルの抵抗値を取得する（Ｓ２１２）。更に、ＥＣＵ５０は、取得された実電流値の２乗と、取得された抵抗値とを乗ずること、つまり式（実電流Ｉｍの値）２×（抵抗値）によって電力値を算出し（Ｓ２１４）、算出された電力値を積算し、積算電力量Ｐｒを算出する（Ｓ２１６）。なお、電磁コイルに供給される電力量を、電磁コイルに通電される実電流Ｉｍおよび電磁コイルの抵抗を用いて算出する場合、図２に示した電圧センサ９４は不要となる。また、この処理においても、電力値を算出する際に、実電流Ｉｍの代わりに指令電流ＩＣが利用されてもよい。
【００５４】
ここで、電磁コイルの抵抗値として、予め一定値が設定されてもよいし、コイル温度センサ９２の出力から得られる電磁コイルの温度に応じて、電磁コイルの抵抗値が補正されてもよい。また、機関負荷に応じてコイル発熱量が変化し、それに伴いコイル抵抗値が変化するので、機関負荷に応じたコイル抵抗値が記述されたコイル抵抗値マップが予め用意され、ＥＣＵ５０がそのコイル抵抗値マップを参照することとしてもよい。
【００５５】
図９は、電磁コイルに供給される電力量を基に内燃機関に異常が発生しているか否かを判定する手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す一連の処理は、例えば、クランク角センサ７２の出力を基に所定クランク角毎に、弁体１６の一開閉周期に一度、起動する。
【００５６】
この処理が起動すると、まず、ＥＣＵ５０は、図示しない別のプロセスにおいてクランク角センサ７２の出力を基に算出した機関回転速度Ｒｅｖを取得する（Ｓ３１０）。続いて、ＥＣＵ５０は、図示しない別のプロセスにおいて算出された機関負荷を取得する（Ｓ３１２）。機関負荷は、図示しない吸入空気量センサから得られる吸入空気量と機関回転速度Ｒｅｖから推定したり、ＥＣＵ５０が別プロセスで算出した指示トルクから推定したりすることができる。また、気筒内の圧力を計測する図示しない燃焼圧センサが気筒に備わる場合、ＥＣＵ５０は、その燃焼圧センサの出力を基に機関負荷を算出してもよい。
【００５７】
ＥＣＵ５０は、機関負荷を取得すると、取得した機関負荷に適切な閾値マップを選定し（Ｓ３１４）、選定した閾値マップを参照し機関回転速度Ｒｅｖより電力閾値Ｐｔｈを決定する（Ｓ３１６）。次に、ＥＣＵ５０は、この電力閾値Ｐｔｈと、図７または図８に示した処理で得られた積算電力量Ｐｒとを比較し、積算電力量Ｐｒが電力閾値Ｐｔｈを超えているか否かを判定する（Ｓ３１８）。積算電力量Ｐｒが電力閾値Ｐｔｈを超えている場合（Ｓ３１８のＹ）、ＥＣＵ５０は、燃焼異常など、内燃機関に異常が発生していると判定し（Ｓ３２０）、運転者に異常発生を通知する等のフェール処理を行う（Ｓ３２２）。積算電力量Ｐｒが電力閾値Ｐｔｈ以下である場合（Ｓ３１８のＮ）や、Ｓ３２２のステップで、フェール処理が行われると、積算電力量Ｐｒが初期化され（Ｓ３２４）、一連の処理が終了する。
【００５８】
なお、この異常判定の処理の起動は、弁体１６の一開閉周期に一度に限らず、例えば、弁体１６の二開閉周期に一度であってもよい。この場合、ノイズなどの影響を平均化でき、誤判定を低減できる。また、より早期に異常検出を行うために、例えば、ロアコイル４６に関しては、第４期間Ｔ４から第６期間Ｔ６のように、ロア指令電流ＩＣ４６が制御回路８２に伝達されている期間としてもよい。異常判定の間隔は、算出した積算電力量Ｐｒにノイズなどの影響が現れない程度の長さにするのが望ましい。また、異常判定のタイミングを複数に設けてもよい。例えば、ロアコイル４６に関して第４期間Ｔ４から第６期間Ｔ６の期間で異常判定を行う場合、第５期間Ｔ５の終了時点および第６期間Ｔ６の終了時点の２回判定を行ってもよい。
【００５９】
以上、本実施の形態によれば、電磁駆動バルブの電磁コイルに供給される電力量と、内燃機関の運転状態に基づいて設定される閾値とを比較することで、コイル発熱量の増大を的確に検出でき、その結果、電磁コイルにショートが発生するような燃焼異常などの、内燃機関の異常を的確に検出することができる。また、電磁コイルに部分的なショートが発生しても、指令電流値が大きくなり、それに伴い、電磁コイルに供給される電力量も大きくなることから、部分的なショートを検出でき、ショートが更に進行し、電磁駆動バルブが大きく損傷することを防止できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁コイルにショートが発生するような内燃機関の異常を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る電磁駆動バルブ、電磁駆動バルブの制御装置であるＥＣＵおよびバルブドライバの構成図である。
【図２】実施の形態に係るＥＣＵとアッパコイル用ドライバの構成図である。
【図３】実施の形態において、図３（ａ）は、弁体の変位パターンを、図３（ｂ）は、アッパコイルに対する電流制御を実現すべくＥＣＵが制御回路に対して指示するアッパ指令電流の推移を、図３（ｃ）は、ロアコイルに対する電流制御を実現すべくＥＣＵが制御回路に対して指示するロア指令電流の推移を、示す図である。
【図４】図４（ａ）は、正常時およびロアコイルに部分的なショートが発生した場合の弁体の変位パターンを、図４（ｂ）は、正常時およびロアコイルに部分的なショートが発生した場合のロアコイルに対する電流制御を実現すべくＥＣＵが制御回路に対して指示するロア指令電流の推移を、図４（ｃ）は、正常時およびロアコイルに部分的なショートが発生した場合のロアコイルが実際に発生する電磁力の推移、を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態において、負荷状態に応じた、低負荷用閾値マップ、中負荷用閾値マップ、高負荷用閾値マップ、の３種類の閾値マップと、および燃料カット時閾値マップの４種類の閾値マップをグラフ形式で模式的に表した図である。
【図６】実施の形態において、排気バルブが１弁で動作するか２弁で動作するかに応じた、１弁動作用閾値マップと２弁動作用閾値マップの２種類の閾値マップをグラフ形式で模式的に表した図である。
【図７】実施の形態において、電磁コイルに供給される電力量を、電磁コイルに供給される電流および電圧を用いて算出する手順を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態において、電磁コイルに供給される電力量を、電磁コイルに供給される電流および電磁コイルの抵抗を用いて算出する手順を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態において、電磁コイルに供給される電力量を基に内燃機関に異常が発生しているか否かを判定する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１６  弁体、  ２１  電磁駆動部、  ２６  アーマチャシャフト、  ２８  アーマチャ、  ３２  アッパコア、  ３４  ロアコア、  ４２  アッパコイル、  ４６  ロアコイル、５０  電子制御装置、  ７０  バルブドライバ、  ７２  クランク角センサ、  ７４  アクセルポジションセンサ、  ７６  アッパコイル用ドライバ、  ７８  ロアコイル用ドライバ、  ８０  駆動回路、  ８２  制御回路、  ８８  電流センサ、  ９０  抵抗センサ、  ９２  コイル温度センサ、  ９４  電圧センサ、  ２００  電磁駆動バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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