(57)【要約】【課題】油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れを低減できる内燃機関の動弁試験装置を提供する。【解決手段】内燃機関の動弁試験装置において、内燃機関の排気弁又は給気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、弁駆動装置を制御する制御装置と、を有し、制御装置は、内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れを補正する補正波形を記憶し、弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、補正波形を加えてドライブ波形を作成し、ドライブ波形で弁駆動装置を制御する。【選択図】図１
2012136968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気弁又は給気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、
前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、
前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁試験装置において、
前記制御装置は、
前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れを補正する補正波形を記憶し、
弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補正波形を加えてドライブ波形を作成し、前記ドライブ波形で前記弁駆動装置を制御することを特徴とする内燃機関の動弁試験装置。
【請求項２】
前記補正波形は、目標リフト波形の速度成分から生成する請求項１記載の内燃機関の動弁試験装置。
【請求項３】
前記補正波形は、目標リフト波形の加速度成分から生成する請求項２記載の内燃機関の動弁試験装置。
【請求項４】
前記制御装置は、予め前記内燃機関の目標リフト波形を記憶し、前記クランク角度及び前記回転数データに合わせた前記補正波形により前記ドライブ波形を作成する請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の動弁試験装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記ドライブ波形で弁駆動ピストンを駆動し実応答データを取得し、目標誤差に到達しない場合には、前記ドライブ波形をさらに補正する請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の動弁試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁、排気弁を試験的に駆動するための内燃機関の動弁試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御の自由度を高めるため、油圧アクチュエータ及び油圧サーボ弁等を用いて吸気弁、排気弁を制御する油圧式の弁駆動装置がある。例えば、弁の開閉動作（リフト）のみをアクチュエータにて行う、弁駆動装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の弁駆動装置では、自由な弁制御が可能となるものの、油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れが生じる。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れを低減できる内燃機関の動弁試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために本発明の内燃機関の動弁試験装置は、内燃機関の排気弁又は給気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れを補正する補正波形を記憶し、弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補正波形を加えてドライブ波形を作成し、前記ドライブ波形で前記弁駆動装置を制御することを特徴とする。
【０００７】
これにより、油圧による弁駆動ピストンの応答振幅減衰と動作遅れが補償され、所望の応答で弁駆動できる。また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関での高回転の追従も可能となる。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本発明の内燃機関の動弁試験装置はそのような機構を有さない。このため、本発明の内燃機関の動弁試験装置では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び給気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。
【０００８】
本発明の望ましい態様として本発明の内燃機関の動弁試験装置では、前記補正波形は、目標リフト波形の速度から生成することが好ましい。これにより、油圧による弁駆動装置の応答振幅減衰と動作遅れを補償できる。
【０００９】
本発明の望ましい態様として本発明の内燃機関の動弁試験装置では、前記補正波形は、目標リフト波形の加速度から生成することが好ましい。これにより、油圧による弁駆動装置の応答振幅減衰と動作遅れを補償できる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として本発明の内燃機関の動弁試験装置では、予め前記内燃機関の目標リフト波形を記憶し、前記クランク角度及び前記回転数データに合わせた前記補正波形により前記ドライブ波形を作成する。これにより、弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として本発明の内燃機関の動弁試験装置では、前記制御装置は、前記ドライブ波形で弁駆動ピストンを駆動し応答データを取得し、目標誤差に到達しない場合には、前記ドライブ波形をさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い実応答とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関の動弁試験装置によれば、油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態１に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。
【図２】図２は、弁駆動装置の概要図である。
【図３】図３は、制御装置の構成図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る補正波形の作成手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、補正波形の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、補正波形の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、本実施形態１に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本実施形態１に係る内燃機関の動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。
【図９−１】図９−１は、図８の補正波形生成の一例を示す図である。
【図９−２】図９−２は、図８の補正波形生成の一例を示す図である。
【図９−３】図９−３は、図８の補正波形生成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態２に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１−１】図１１−１は、評価例の目標リフトと応答リフトの比較を示す図である。
【図１１−２】図１１−２は、図１１−１の偏差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
（実施形態１）
実施形態１について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。図２は、弁駆動装置の概要図である。図３は、制御装置の構成図である。本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置１００（以下、動弁試験装置という。）に用いられる動弁装置は、シリンダブロック３内での燃焼用ピストン２の上下動に伴い、エンジンバルブとしての排気弁４ａ及び給気弁４ｂを駆動する装置である。
【００１６】
図１に示すように、動弁試験装置１００は、内燃機関１（エンジン）に設置される弁駆動装置１０と、内燃機関１の状態を計測する計測装置２０、２１と、弁駆動装置１０に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、信号ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５と、油圧ラインＯ１及びＯ２と、を有している。なお、ダイナモ２００は、電力変換装置である。ダイナモ２００は、必須の構成要素ではなく付加要素であり、例えば後述する試験装置として使用する場合に用いる。
【００１７】
図２に示すように、弁駆動装置１０は、弁駆動シリンダ１１と、弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２と、弁駆動ピストン１２を駆動するためのサーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２の位置を計測する変位計１５とを有している。図１に示すように内燃機関１は、シリンダブロック３と、クランクケース９と、燃焼用ピストン２と、クランクシャフト７と、コネクティングロッド８とを有している。燃焼用ピストン２とクランクシャフト７とがコネクティングロッド８で連結されている。このような構造により、燃焼用ピストンの往復運動がクランクシャフト７で回転運動に変換される。
【００１８】
また、図１及び図２に示すように内燃機関１は、排気弁４ａ及び給気弁４ｂと、弁ロッド５と、バルブスプリング６とを有している。排気弁４ａ、給気弁４ｂは、各々、弁ロッド５の下端に固定されており、弁ロッド５に設けられたバルブスプリング６により閉弁方向に力が付勢されている。弁駆動装置１０は、内燃機関１上に搭載され、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続されている。又は、弁駆動装置１０は、弁閉止時にわずかな隙間をあけ配置される。これにより、弁駆動ピストン１２を駆動すると、弁ロッド５に応じて排気弁４ａ及び給気弁４ｂが駆動される。なお、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続される場合には、バルブスプリング６は不要となる。
【００１９】
図２に示す弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２は、油圧アクチュエータであって、弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１に油圧が供給されると伸びて排気弁４ａ又は給気弁４ｂを開動作させる。また弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１から油圧が排出されると縮んで排気弁４ａ又は給気弁４ｂを閉動作させる。サーボ弁１３は、弁駆動シリンダ１１の外部側面に取り付けられている。サーボ弁１３は、後述する油圧ユニット３０と油圧の供給ラインである油圧ラインＯ１及び戻りラインである油圧ラインＯ２で接続されている。サーボ弁１３は、制御装置８０からの信号ラインＩ２の指示に基づいて弁駆動シリンダ１１への油圧の供給又は弁駆動シリンダ１１から油圧の排出を制御する。例えば、サーボ弁１３は、スプール、油路、電磁コイル等により構成されている。変位計１５は、弁駆動シリンダ１１での弁駆動ピストン１２の位置を計測し、計測した位置データを制御装置８０へ出力する。
【００２０】
図１に示す計測装置２０は、内燃機関１の回転数を計測するエンコーダである。また、計測装置２１は、内燃機関１のクランク角度を計測するクランク角センサである。計測装置２０、２１で計測された内燃機関１の回転数情報及びクランク角度情報は、制御装置８０へ出力される。ここで、回転数というときには、各クランク角度での単位時間当たりの角度変化である回転速度をいうものとする。
【００２１】
制御装置８０は、弁駆動装置１０を制御する装置である。図１に示すように、制御装置８０は、信号ラインＩ１を介して油圧ユニット３０を起動又は停止する制御を行う。また、制御装置８０は、信号ラインＩ２を介してサーボ弁１３を制御できる。また、制御装置８０は、信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して変位計１５及び計測装置２０、２１に接続されている。次に、図３を用いて、制御装置８０を説明する。
【００２２】
図３に示す制御装置８０は、入力処理回路８１と、入力ポート８２と、処理部９０と、記憶部９４と、出力ポート８３と、出力処理回路８４と、を有する。処理部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）９１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９３とを含んでいる。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが付随していてもよい。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが必要に応じて接続可能である。また制御装置８０は表示装置８５と、入力装置８６とがなくても動作可能である。
【００２３】
処理部９０と、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３とは、バス８７、バス８８、バス８９を介して接続される。バス８７、バス８８及びバス８９により、処理部９０のＣＰＵ９１は、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３と相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。
【００２４】
入力ポート８２には、入力処理回路８１が接続されている。入力処理回路８１には、例えば、計測データｉｓが接続されている。そして、計測データｉｓは、入力処理回路８１に備えられるノイズフィルタやＡ／Ｄコンバータ等により、処理部９０が利用できる信号に変換されてから、入力ポート８２を介して処理部９０へ送られる。これにより、処理部９０は、必要な情報を取得することができる。計測データｉｓは、例えば変位計１５、計測装置２０、２１から信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して取得した変位データ、クランク角度データ、回転数データである。
【００２５】
出力ポート８３には、出力処理回路８４が接続されている。出力処理回路８４には、表示装置８５や、外部出力用の端子が接続されている。出力処理回路８４は、表示装置制御回路、弁駆動装置等の制御信号回路、信号増幅回路等を備えている。出力処理回路８４は、処理部９０が算出したサーボ弁１３への信号データを表示装置８５に表示させる表示信号として出力したり、サーボ弁１３へ伝達する指示信号ｉｄとして出力したりする。表示装置８５は、例えば液晶表示パネルやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いることができる。指示信号ｉｄは、サーボ弁１３へ信号ラインＩ２を介して伝達される。
【００２６】
記憶部９４は、動弁試験装置１００の動作手順を含むコンピュータプログラム等が記憶されている。ここで、記憶部９４は、ＲＡＭのような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブあるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００２７】
上記コンピュータプログラムは、処理部９０へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。また、この制御装置８０は、コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。
【００２８】
また、動弁試験装置１００の動作手順は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション、あるいは制御用コンピュータ等のコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。また、このプログラムは、ハードディスク等の記録装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００２９】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線網を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００３０】
次に、図１から図６を用いて、補正波形の作成手順を説明する。図４は、本実施形態に係る補正波形の作成手順を示すフローチャートである。図５及び図６は、補正波形の一例を示す説明図である。
【００３１】
図４に示すフローチャートに沿って補正波形の作成手順を説明する。動弁試験装置１００の制御装置８０は、計測装置２０、２１から、クランク角度及び回転数データを取得する。本実施形態では、制御装置８０は、本来所望のクランク角度毎にリフト量が与えられた目標リフト波形が記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されているものとする。例えば、４ストロークエンジンでは燃焼用ピストンが２往復する間に、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を行うことで１サイクルを完結する。制御装置８０は、この１サイクル分の目標リフト波形を生成する（ステップＳ１）。
【００３２】
次に、制御装置８０は、目標リフト波形と同一のドライブ波形で弁駆動ピストンを駆動する。制御装置８０は、弁駆動ピストンの変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する（ステップＳ２）。
【００３３】
次に、制御装置８０は、弁駆動装置の動特性計算を行う。上述した１サイクルのドライブ波形と応答波形は、クランク角度をインデックスとして回転数と共に記憶されているので、これを時間の経過に伴う、時刻をインデックスとした時間ドライブ波形及び時間応答波形に変換する。時間ドライブ波形に対する時間応答波形の時間に関する位相ずれが弁駆動装置の動作遅れ特性であり、時間ドライブ波形に対する時間応答波形の振幅減衰が弁駆動装置の応答振幅減衰特性である。動作遅れと応答振幅減衰を合わせて弁駆動装置の動特性（動作特性）と呼ぶ。制御装置８０は、弁駆動装置の動特性を時間ドライブ波形と時間応答波形から計算し、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する（ステップＳ３）。動作特性は例えば伝達関数の形で計算してもよい。
【００３４】
次に、制御装置８０は、弁駆動装置の動作特性の逆動特性として計算する。弁駆動装置の動作特性の逆動特性計算は、上述した動作特性が伝達関数の形で計算されていると、動作特性の伝達関数の逆関数である逆伝達関数を計算すればよい（ステップＳ４）。
【００３５】
次に、制御装置８０は、目標リフト波形（時間目標リフト波形）から応答波形（時間応答波形）を引いた偏差波形を生成する。制御装置８０は、偏差波形に上述した逆動特性を作用させ時間補正波形を生成する。例えば、偏差波形に前記逆伝達関数を作用させると時間補正波形が計算できる（ステップＳ５）。上述の関係より、時間補正波形と同一の時間ドライブ波で弁駆動装置を駆動すれば、弁駆動ピストンの時間応答波形は前記の偏差波形と一致することがわかる。従い、時間ドライブ波形（Ａ）に時間補正波形を足し合わせ、新たな時間ドライブ波形（Ｂ）として弁駆動装置を駆動すれば、時間応答波形は元の時間ドライブ波形（Ａ）に一致する。時間目標リフト波形と時間補正波形を足し合わせれば所要の目標リフト波形を再現する時間ドライブ波形を生成できる。次に、時間補正波形を回転数毎にクランク角度をインデックス（クランク角度インデックス）としたものに変換すれば補正波形が生成できる。
【００３６】
上述した時間ドライブ波形と時間応答波形は、時間的には原因と結果の因果的な関係にある。時々刻々とその関係を同定する場合は因果的な関係として同定される。これと異なり、制御装置８０は、１サイクル分のドライブ波形と応答波形の両方を一旦記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶して、その関係を同定する場合には、弁駆動装置の逆特性及び時間ドライブ波形に対する時間補正波形は時間的に因果的な関係にある必要はない。この場合、制御装置８０は、非因果的な関係として同定できる。例えば、時刻Ｔ０まで０値で時刻Ｔ０を越えて０でないある値をもつ時間ドライブ波形に対し非因果的な関係として同定された時間補正波形は、τを正のある値とすると、時刻Ｔ０−τまで０値で時刻Ｔ０−τを越えて０でないある値をもつ波形として生成できる。
【００３７】
動弁試験装置１００の制御装置８０は、目標リフト波形と補正波形を足し合わせたドライブ波形をサーボ弁１３に入力して、油圧の供給又は弁駆動シリンダ１１から油圧の排出を制御することで弁駆動ピストン１２を駆動し弁駆動装置１０（アクチュエータ）を実際に動作させる。制御装置８０は、内燃機関のクランク角度及び回転数毎に、弁駆動装置１０（アクチュエータ）が動作した実応答波形を取得する。前記クランク角度及び回転数は計測装置２０、２１を介して取得され、前記応答波形は、変位計１５を介して取得される。
【００３８】
弁駆動装置１０（アクチュエータ）は、油圧アクチュエータであるので、作動油の粘性、作動油の圧縮性、弁駆動ピストン、排気弁又は給気弁の慣性等の影響によってドライブ波形で指示する指令から実際の動作は遅れが生じる。この遅れは、内燃機関１の回転数が高くなるほど大きくなることがわかっている。内燃機関１の回転数毎に、上述した補正波形の作成手順にて補正波形を作成し、得られた結果を回転数毎に整理してマップ化し、補正波形マップとする。
【００３９】
補正波形は、シミュレーションで求めることもできる。まず、予め、弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルを作成する。解析モデルは、高次の常微分非線形方程式で記述され、コンピュータを用いた数値計算により、その解として弁駆動ピストンの変位等を求めることができる。弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルは、弁駆動ピストン１２の質量、ストローク、弁駆動ピストン１２と弁駆動シリンダ１１との間の摩擦係数、バルブスプリングのばね定数、弁駆動シリンダ１１への油圧の供給及び排出と弁駆動シリンダ１１内での油の圧縮、供給と排出を切り替えるサーボ弁１３動作遅れ等を考慮して作成される。解析可能なモデルでは、ドライブ波形で弁駆動装置１０（アクチュエータ）を駆動したときの応答波形が計算できる。作成した解析モデルを用いて、内燃機関１（エンジン）の回転数毎に弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルにドライブ波形の入力を与え、その入力に対する応答をコンピュータでシミュレーションする。そして、上述した補正波形の作成手順にて補正波形を作成することができる。また、得られた結果を回転数毎に整理してマップ化し、補正波形マップとする。補正波形マップは、応答振幅減衰と動作遅れを補正するデータベースである。
【００４０】
上述のように作成される補正波形マップはドライブ波形と応答波形及び弁駆動装置の逆特性を用いずに、次の方法で簡便に生成することもできる。時間補正波形は、時間目標リフト波形を１階時間微分した時間目標リフト速度波形、時間目標リフト波形を２階時間微分した時間目標リフト加速度波形を足し合わせて生成できる。なお、振幅倍率補正としては、各々の値に補正係数を掛け、また、各々の波形の遅れ補正を行い足し合わせるものとする。例えば、補正係数は時間目標リフト速度波形と時間目標リフト加速度波形の各々に掛けるものであり、さらにクランク角度インデックス区間毎に補正係数を設定してもよい。また、補正係数と遅れ補正量の値は、目標リフト波形に応答波形が一致するように補正係数及び遅れ補正量を探索値とし、例えば実験計画法等の最小値探索アルゴリズムを用いてシミュレーションで求めることができる。なお、補正係数及び遅れ補正量は速度波形と加速度波形及びクランク角度インデックス区間毎に決定される。図５に時間目標リフト速度に振幅倍率補正と遅れ補正を施し、回転数毎に整理してクランク角度をインデックスとしマップ化したもの、及び図６に時間目標リフト加速度波形に振幅倍率補正と遅れ補正を施し、回転数毎に整理してクランク角度をインデックスとしマップ化した補正波形成分（補正波形マップ）の一例を示す。
【００４１】
図５に示す補正波形成分４１は、目標リフト波形を微分した速度成分を、上述の手法により決定した補正係数と遅れ補正量で振幅倍率補正と遅れ補正を施し、回転数毎に整理してクランク角度をインデックスとしたマップである。
【００４２】
図６に示す補正波形成分４２は、目標リフト波形を２階微分した加速度成分を、上述の手法により決定した補正係数と遅れ補正量で振幅倍率補正と遅れ補正を施し、回転数毎に整理してクランク角度をインデックスとしたマップである。
【００４３】
次に、制御装置８０は、図５及び図６に示したような補正波形の各成分を記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶させる（ステップＳ５）。本実施形態では、制御装置８０が補正波形の各成分を作成したが、制御装置８０とは異なるコンピュータシステムで補正波形の各成分を作成し、補正波形の各成分のデータを伝送して記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶するようにしてもよい。また、ステップＳ３及びステップＳ４では、実際の弁駆動装置の動特性（動作特性）を元に補正波形を作成したが、シミュレーションで補正波形を作成してもよい。
【００４４】
次に、図７及び図８を用いて動弁試験装置１００の動作手順について説明する。図７は、本実施形態１に係る動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。図８は、本実施形態１に係る動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。
【００４５】
図７に示すフローチャートに沿って動弁試験装置１００の動作手順について説明する。動弁試験装置１００の制御装置８０は、予め内燃機関１のクランク角度毎に目標リフト量が与えられた目標リフト波形と補正波形を取得し、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶させる。また、制御装置８０は、計測装置２０、２１からリアルタイムに内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得する（ステップＳ１０）。
【００４６】
本実施形態では、制御装置８０は、上述のとおり記憶部９４又はＲＡＭ９２に目標リスト波形が記憶されている。そこで、制御装置８０は、上述のとおり記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている目標リフト波形をＲＡＭ９２のワークエリアに読み込む手順を行う。（ステップＳ１１）。次に、制御装置８０は、上述のとおり記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されているか確認する手順を行う（ステップＳ１２）。記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されている場合（ステップＳ１２、Ｙｅｓ）、制御装置８０のＣＰＵ９１が補正波形をＲＡＭ９２のワークエリアに読み込む手順を行ったうえで、制御装置８０は次のドライブ波形生成（ステップＳ１４）の手順に進む。
【００４７】
補正波形が記憶されている場合には、補正波形が上述した補正波形マップで記憶されている場合を含む。また、補正波形が記憶されている場合には、上述した逆動特性を制御装置８０が記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている場合を含む。これにより、制御装置８０は、目標リフト波形から時間応答波形を引いた偏差波形を生成し、偏差波形に上述した逆動特性を作用させ補正波形出力したうえで、制御装置８０は、次のドライブ波形生成（ステップＳ１４）の手順に進む。
【００４８】
本実施形態では、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されている。一方、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されていない場合もある。記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されていない場合（ステップＳ１２、Ｎｏ）、制御装置８０は、補正波形生成（ステップＳ１３）の手順に進む。例えば、補正波形生成（ステップＳ１３）の手順では、制御装置８０が上述した図４に示すフローチャートに沿って補正波形の作成を行うことで補正波を生成できる。また、制御装置８０が上述した補正波形マップをシミュレーションで求めることで補正波を生成できる。あるいは、制御装置８０が上述した時間目標リフト速度波形、または上述した時間目標リフト加速度波形を求めることで補正波形マップを生成できる。補正波形生成（ステップＳ１３）の手順により補正波形を生成すると、制御装置８０は次のドライブ波形生成（ステップＳ１４）の手順に進む。
【００４９】
制御装置８０のＣＰＵ９１が、クランク角度インデックスに基づいて該当する回転数での補正波形を生成する（ステップＳ１３）。動弁試験装置１００の制御装置８０は、ドライブ波を生成する手順を行う（ステップＳ１４）。ドライブ波は、ステップＳ１０においてリアルタイムに取得した内燃機関１のクランク角度及び回転数データに基づいて、目標リフト波形と補正波形より生成される。制御装置８０は、目標リフト波形に補正波形を足し合わせドライブ波形を生成する。なお、内燃機関の１サイクル中の回転数は一定とし、各回転数で補正波形をマップとして整理した。但し、１サイクル中に回転数が変動しても、その時刻での回転数に応じた補正波形を参照するので、回転数の変動が連続で小さければ１サイクル中の回転数変動にも対応した補正波形を生成できる。
【００５０】
本実施形態において目標リフト波形を補正波形で補正しドライブ波形を生成する場合は、２種類の補正波形成分で補正する。図８の動弁試験装置１００のブロック線図を参照すると、制御装置８０は、記憶部９４又はＲＡＭ９２に補正波形成分４１及び補正波形成分４２を記憶している。ドライブ波形生成ブロック５１の信号Ｐは、補正波形成分４１の出力に所定（０〜１）のゲインを加える第１のゲイン補正ブロック５２の信号Ｑと加算点５３で加算される。加算後の信号Ｒは、補正波形成分４２の出力に所定（０〜１）のゲインを加える第２のゲイン補正ブロック５４の信号Ｓと加算点５５で加算される。ゲイン補正ブロック５２とゲイン補正ブロック５４の補正ゲインは１でもよいが、装置特性変化や繰り返しによる過補償を考慮して０〜１の可変値がとるようしている。
【００５１】
図９−１、図９−２及び図９−３は、図８の補正波形生成の一例を示す図である。図９−１、図９−２及び図９−３は、回転数１０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍ毎に整理してマップ化した補正波形である。補正波形成分４３は、補正波形成分４１の実際の詳細な波形を示している。補正波形成分４４は、補正波形成分４２の実際の詳細な波形を示している。第１のゲイン補正ブロック５２と第２のゲイン補正ブロック５４とは連結しているので、目標リフト波形の信号Ｐは、補正波形成分４３と、補正波形成分４４とが加算された補正波形成分４５の波形補正が行われることになる。予め、制御装置８０には、補正波形成分４５を記憶して１種類のマップ（補正波形成分）で補正を行ってもよい。補正波形成分４５は、目標リフト波形の立ち上がり側のクランク角度区間と目標リフト波形の立ち下がり側のクランク角度区間とで比べると立ち上がり側が立ち下がり側より大きく補正されている。これにより、弁駆動ピストン１２のリフト動作時に弁駆動シリンダ１１から弁駆動ピストン１２へ油圧が伝達する遅れに起因する弁駆動ピストン１２の動作遅れを解消することができる。
【００５２】
次に図７のフローチャートに示すように、ＣＰＵ９１が、変位データをフィードバックする（ステップＳ１５）。図８では、加算後の信号Ｔ（補正ドライブ波形）は、図２に示す変位計１５から弁駆動ピストン１２の変位データ５６を信号Ｕとして加算点５７で加算（フィードバック接続）される。
【００５３】
次に図７のフローチャートに示すように、制御装置８０は、ドライブ波とフィードバックした変位データの偏差がＰＩＤ制御ブロックへ送出される（ステップＳ１６）。図８で示す偏差の制御信号Ｖは、ＰＩＤ制御ブロック５８へ送出される。これにより、図１に示す制御装置８０は、サーボ弁１３を制御する。
【００５４】
上述したように、本実施形態の動弁試験装置では、弁駆動装置が、内燃機関の排気弁又は給気弁を駆動可能な弁駆動シリンダ及び弁駆動ピストンと、前記弁駆動ピストンを駆動するサーボ弁と、前記サーボ弁を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に前記弁駆動装置の動作特性を考慮した補正を加えてドライブ波形を作成し、前記ドライブ波形で前記弁駆動装置を制御する。
【００５５】
これにより、油圧による弁駆動ピストンの応答振幅減衰と動作遅れが補償され、所望の応答で弁駆動できる。また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関での高回転の追従も可能となる。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置はそのような機構を有さない。このため、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び給気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。
【００５６】
本実施形態の動弁試験装置では、前記補正波形は、目標リフト波形の速度から生成することが好ましい。これにより、油圧による弁駆動装置の応答振幅減衰と動作遅れを補償できる。
【００５７】
本実施形態の動弁試験装置では、前記補正波形は、目標リフト波形の加速度から生成することが好ましい。これにより、油圧による弁駆動装置の応答振幅減衰と動作遅れを補償できる。
【００５８】
本実施形態の動弁試験装置では、前記制御装置は、予め前記内燃機関の目標リフト波形を記憶し、前記クランク角度及び回転数データに合わせた前記補正波形によりドライブ波形を作成することが好ましい。これにより、弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。
【００５９】
本実施形態の内燃機関は、シリンダブロックと、前記シリンダブロック内を上下動する燃焼用ピストンと、排気弁及び給気弁と、前記排気弁及び前記給気弁を各々駆動する前記動弁試験装置と、を有することが好ましい。これにより、清浄な排気と燃費向上とによりＮＯｘ、未燃ＨＣの排出量の低減と二酸化炭素排出量の低減とに寄与することができる。
【００６０】
（実施形態２）
図１０は、本実施形態２に係る動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態に係る動弁試験装置は、実施形態１と同じであるが実施形態１の動弁試験装置によるドライブ波形にさらに補正を加えていることに特徴がある。次の説明においては、実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００６１】
図１０に示すように、制御装置８０は、計測装置２０、２１からリアルタイムに内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得する（ステップＳ２１）。制御装置８０は、本来所望のクランク角度毎にリフト量が与えられた目標リフト波形が記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されているものとする。例えば、４ストロークエンジンでは燃焼用ピストンが２往復する間に、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を行うことで１サイクルを完結する。制御装置８０は、この１サイクル分の目標リフト波形を生成する（ステップＳ２２）。
【００６２】
次に、制御装置８０は、目標リフト波形と同一のドライブ波形を生成する。（ステップＳ２３）。制御装置８０は、ドライブ波形で弁駆動ピストンを駆動し、弁駆動ピストンの変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。制御装置８０は、変位データをフィードバックしドライブ波形との偏差を算出しＰＩＤ制御する（ステップＳ２４）。
【００６３】
制御装置８０は、応答波形である弁駆動ピストン１２の変位データを取得し（ステップＳ２５）、目標バルブリフト量との差（誤差）を演算する。演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内でないならば（ステップＳ２６、Ｎｏ）、制御装置８０は、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されているか確認する手順を行う（ステップＳ２７）。記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されている場合（ステップＳ２７、Ｙｅｓ）、制御装置８０のＣＰＵ９１が補正波形をＲＡＭ９２のワークエリアに読み込む手順を行ったうえで、制御装置８０は次のドライブ波形生成（ステップＳ２９）の手順に進む。
【００６４】
補正波形が記憶されている場合には、補正波形が実施形態１において上述した補正波形マップで記憶されている場合を含む。また、補正波形が記憶されている場合には、実施形態１において上述した逆動特性を制御装置８０が記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている場合を含む。これにより、制御装置８０は、目標リフト波形から時間応答波形を引いた偏差波形を生成し、偏差波形に上述した逆動特性を作用させ補正波形出力したうえで、制御装置８０は、次のドライブ波形生成（ステップＳ２９）の手順に進む。
【００６５】
記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されていない場合（ステップＳ２７、Ｎｏ）、制御装置８０は、補正波形生成（ステップＳ２８）の手順に進む。例えば、補正波形生成（ステップＳ２８）の手順では、制御装置８０が実施形態１において上述した図４に示すフローチャートに沿って補正波形の作成を行うことで補正波を生成できる。また、制御装置８０が実施形態１において上述した補正波形マップをシミュレーションで求めることで補正波を生成できる。あるいは、制御装置８０が実施形態１において上述した時間目標リフト速度波形、または上述した時間目標リフト加速度波形を求めることで補正波形マップを生成できる。補正波形生成（ステップＳ２８）の手順により補正波形を生成すると、制御装置８０は次のドライブ波形生成（ステップＳ２９）の手順に進む。
【００６６】
動弁試験装置１００の制御装置８０は、ドライブ波を生成する手順を行う（ステップＳ２９）。ステップＳ２９において、ステップＳ２３で生成したドライブ波形が目標リフト波形とされる。制御装置８０は、目標リフト波形（ステップＳ２３で生成したドライブ波形）に補正波形を足し合わせドライブ波形を生成する。
【００６７】
制御装置８０は、ドライブ波形で弁駆動ピストンを駆動し、弁駆動ピストンの変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。制御装置８０は、変位データをフィードバックしドライブ波形との偏差を算出しＰＩＤ制御する（ステップＳ２４）。
【００６８】
制御装置８０は、応答波形である弁駆動ピストン１２の変位データを取得し（ステップＳ２５）、目標バルブリフト量との差（誤差）を演算する。演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内でないならば（ステップＳ２６、Ｎｏ）、制御装置８０は、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されているか確認する手順を行う（ステップＳ２７）。
【００６９】
本実施形態の制御装置８０は、応答波形である弁駆動ピストン１２の変位データを取得し（ステップＳ２５）、目標バルブリフト量との差（誤差）を演算し、演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下となるまで、上述した補正波形によりドライブ波形の生成（ステップＳ２９）を行うことになる。ステップＳ２４からステップ２９までの手順が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下となるまで繰り返されるので、本実施形態の動弁試験装置は、目標誤差を達成した応答をするドライブ波形を生成できる。これにより、精度の高い応答とすることができる。
【００７０】
記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されている補正波形が記憶されていない場合（ステップＳ２７、Ｎｏ）、例えば、補正波形生成（ステップＳ２８）の手順では、制御装置８０が実施形態１において上述した図４に示すフローチャートに沿って補正波形の作成を行う。ここで、繰り返し補正波を生成する場合、例えば、制御装置８０は、時間目標リフト波形とｉ回目の時間応答波形の偏差からｉ回目の偏差波形を生成し、偏差波形と逆動特性とから（ｉ＋１）回目の補正波形を生成する（ステップＳ２８）。これにより、制御装置８０は、ｉ回目のドライブ波形と（ｉ＋１）回目の補正波形とから（ｉ＋１）回目のドライブ波形を生成する（ステップＳ２９）。
【００７１】
演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下であれば（ステップＳ２６、Ｙｅｓ）、応答振幅減衰と動作遅れが補償されたので補償を終了する。
【００７２】
上述したように本実施形態の動弁試験装置では、前記制御装置は、前記ドライブ波形の実応答データを取得し、目標誤差に到達しない場合には、前記ドライブ波形をさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い応答とすることができる。
【００７３】
（評価）
上述した実施形態１で説明した動弁試験装置１００で評価を行った。評価で使用した内燃装置（エンジン）はディーゼルエンジンであり、４気筒１６バルブである。内燃装置（エンジン）の定格出力は、４０．９ｋＷ、定格回転数は１８００ｒｐｍである。
【００７４】
動弁試験装置１００の弁駆動装置１０の仕様は、排気弁４ａ及び給気弁４ｂを駆動する一組の弁駆動装置が８組一体化され、最大ストローク１４ｍｍ、最大速度２．２ｍ／ｓ、最大推力１．１ｋＮ、外径寸法４２６ｍｍ×２５０ｍｍ×２７３ｍｍ、質量７５ｋｇである。上述した内燃装置（エンジン）に弁駆動装置１０を組み付け、図７に示すフローチャートに沿って動弁試験装置の動作を行った。評価方法は、変位計１５のデータ及びクランク角度センサである計測装置２１のデータを制御装置８０で取得する。弁駆動ピストン１２の目標リフト量と、実応答データである応答リフト量を１０サイクル分のデータを比較した。評価結果を図１１−１及び図１１−２に示す。
【００７５】
図１１−１は、評価例の目標リフトと応答リフトの比較を示す図である。図１１−２は、図１１−１の目標リフトと応答リフトの偏差を示す図である。図１１−１に示すように、内燃機関（エンジン）の回転数４０００ｒｐｍ時となるとき、弁駆動ピストン１２の目標リフト量は、クランク角度を横軸にとり、リフト量を縦軸にとると、山なりの曲線を描くことがわかる。実応答データである応答リフト量を１０サイクル分、目標リフト量と重ね合わせると、両者はほぼ一致している。図１１−２は、目標リフト量と応答リフト量との偏差であるが±０．２ｍｍの範囲に収まっていることからも、弁動作遅れが解消されていることがわかる。
【００７６】
評価結果した動弁試験装置１００では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び給気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる。このため、例えば内燃機関の試験装置に搭載された場合、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ、燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。
【００７７】
また、本実施形態に係る動弁試験装置又は内燃機関の動弁装置は、リフト波形の速度又はリフト波形の加速度から算出した補償波を使った波形精度改善に関わる。アクチュエータの動作遅れ（応答遅れ）又は振幅不足を補償するために、リフト波形の速度成分又はリフト波形の加速度成分に、内燃機関（エンジン）の回転数に応じてゲインをかけて入力に加えることにより、再現精度を上げることができる。
【００７８】
以上のように、本実施形態に係る動弁試験装置は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を開閉駆動する試験機に適している。なお、本発明は、内燃機関の排気弁又は給気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁装置において、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れを補正する補正波形を記憶し、弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補正波形を加えてドライブ波形を作成し、前記ドライブ波形で前記弁駆動装置を制御する内燃機関の動弁装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１  内燃機関
３  シリンダブロック
２  燃焼用ピストン
４ａ  排気弁
４ｂ  給気弁
５  弁ロッド
６  バルブスプリング
７  クランクシャフト
８  コネクティングロッド
９  クランクケース
１０  弁駆動装置
１１  弁駆動シリンダ
１２  弁駆動ピストン
１３  サーボ弁
１５  変位計
２０、２１  計測装置
３０  油圧ユニット
４１、４２、４３、４４、４５  補正波形成分
５１  ドライブ波形生成ブロック
５２  第１のゲイン補正ブロック
５３  加算点
５４  第２のゲイン補正ブロック
５５、５７  加算点
５８  ＰＩＤ制御ブロック
８０  制御装置
１００  動弁試験装置
【図１】
2012136968.tif 000003
【図２】
2012136968.tif 000004
【図３】
2012136968.tif 000005
【図４】
2012136968.tif 000006
【図５】
2012136968.tif 000007
【図６】
2012136968.tif 000008
【図７】
2012136968.tif 000009
【図８】
2012136968.tif 000010
【図９−１】
2012136968.tif 000011
【図９−２】
2012136968.tif 000012
【図９−３】
2012136968.tif 000013
【図１０】
2012136968.tif 000014
【図１１−１】
2012136968.tif 000015
【図１１−２】
2012136968.tif 000016