(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに取り付けられる吸気弁をあらじめ設定した基本閉じタイミング及び基本開きタイミングで電磁駆動弁により開閉させる内燃機関において、シリンダヘッドに形成された吸気ポート内で、かつ吸気弁の近傍に吸気圧センサを配設しておき、吸気圧センサにより吸気ポート内の脈動圧力を検知し、検知した脈動圧力が正圧から負圧に変わる時点に実際の閉じタイミングがほぼ一致するように基本閉じタイミングを補正制御することを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項２】
シリンダヘッドに取り付けられる排気弁をあらじめ設定した基本閉じタイミング及び基本開きタイミングで電磁駆動弁により開閉させる内燃機関において、シリンダヘッドに形成された排気ポート内で、かつ排気弁の近傍に排気圧センサを配設しておき、排気圧センサにより排気ポート内の脈動圧力を検知し、検知した脈動圧力が正圧から負圧に変わる時点に実際の開きタイミングがほぼ一致するように基本開きタイミングを補正制御することを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁を開閉駆動する電磁駆動弁の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、弁体である吸気弁及び排気弁を開閉するために、電磁弁を使用するものが知られている。この種の電磁弁は、弁体に連結されたプランジャの上方に第１電磁石及び第１スプリングを配設し、プランジャの下方に第２電磁石及び第２スプリングを配設し、それぞれの電磁石に通電されていない場合にはプランジャが第１電磁石及び第２電磁石の中間の中立位置に保持される構成である。そして、第１電磁石に通電することにより、プランジャが第１電磁石に吸引されて弁体が開成し、第２電磁石に通電することにより、プランジャが第２電磁石に吸引されて弁体が閉成するものである。
【０００３】
このような電磁弁を制御する場合、例えば、特開平１１−２８０４３２号公報に記載のものでは、吸気圧とシリンダ内圧力との間の差圧を検知し、検知した差圧に基づいて吸気弁を開弁するタイミングを決定し、その決定したタイミングにおいて電磁弁に通電するものである。具体的には、シリンダ内圧力が吸気圧に比して低圧である場合に吸気弁を開成するものである。つまり、吸気圧がシリンダ内圧力より高い場合に吸気弁を開弁することになるので、吸気弁がその差圧分吸気圧に押されることとなり、吸気弁を開弁するのに必要な駆動力の増加を防止することができるものです。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気は、吸気管内において、脈動することが知られている。すなわち、吸気弁が開成した際に吸気圧が変化し、その変化したことにより吸気圧が吸気弁とサージタンクとの間で反射を繰り返すことにより、脈動圧力となる。上記公報のものにおいて、このような脈動圧力が生じると、吸気ポート内に負圧の脈動圧力が生じている際に、吸気弁の閉じタイミングが来ることがある。この場合には、吸気ポート内の負圧により、シリンダ内の混合気が吸気ポートに逆流する現象が生じることになった。つまり、シリンダ内の混合気の量が減少することになり、トルクの低下等の不具合を生じるものとなった。
【０００５】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る電磁駆動弁の制御方法は、シリンダヘッドに取り付けられる吸気弁をあらじめ設定した基本閉じタイミング及び基本開きタイミングで電磁駆動弁により開閉させる内燃機関において、シリンダヘッドに形成された吸気ポート内で、かつ吸気弁の近傍に吸気圧センサを配設しておき、吸気圧センサにより吸気ポート内の脈動圧力を検知し、検知した脈動圧力が正圧から負圧に変わる時点に実際の閉じタイミングがほぼ一致するように基本閉じタイミングを補正制御することを特徴とする。
【０００７】
このような構成のものであれば、内燃機関毎の吸気ポートの微妙な長さのバラツキ、あるいは大気圧の状態や吸気の温度等に起因して吸気ポート内の脈動圧力が変化する場合に、基本閉じタイミングを吸気ポート内の脈動圧力が正圧から負圧に変化する時点にほぼ一致するように補正制御して、最適な吸気弁の閉じタイミングとすることになる。したがって、吸気ポート内が負圧になる前に吸気弁を確実に閉じることが可能になり、吸気ポート内が負圧になり、シリンダ内に吸入された混合気が、その負圧のために吸気ポートに逆流することを防止することが可能になる。したがって、シリンダ内に吸入された混合気の量が減少せず、吸気弁全開時のトルクを向上させることが可能になる。
【０００８】
また、本発明に係る電磁弁の制御方法は、シリンダヘッドに取り付けられる排気弁をあらじめ設定した基本閉じタイミング及び基本開きタイミングで電磁駆動弁により開閉させる内燃機関において、シリンダヘッドに形成された排気ポート内で、かつ排気弁の近傍に排気圧センサを配設しておき、排気圧センサにより排気ポート内の脈動圧力を検知し、検知した脈動圧力が正圧から負圧に変わる時点に実際の開きタイミングがほぼ一致するように基本開きタイミングを補正制御することを特徴とする。
【０００９】
このような構成のものであれば、内燃機関毎の排気ポートの微妙な長さのバラツキ、あるいは大気圧の状態や吸気の温度等に起因して排気ポート内の脈動圧力が変化する場合に、基本開きタイミングを排気ポート内の脈動圧力が正圧から負圧に変化する時点にほぼ一致するように補正制御して、最適な排気弁の開きタイミングとすることになる。したがって、排気ポート内が負圧になり、シリンダ内の燃焼後の排気ガスが、その負圧のために排気ポートに吸い出される。この結果、シリンダ内に滞留する排気ガスを迅速に排出することができ、その後の混合気と排気ガスとのガス交換が速やかに行われて、排気弁全開時のトルクを向上させることが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示す内燃機関である４サイクルエンジンは、水冷式で、シリンダヘッド１及びシリンダブロック２を備えている。シリンダヘッド１には、弁体である吸気弁３及び排気弁４と、スパークプラグＳＰとが取り付けてある。吸気弁３は、吸気ポート１１を開閉するように取り付けてあり、また排気弁４は、排気ポート１２を開閉するように取り付けてある。吸気ポート１１の吸気弁３近傍の位置には、吸気圧を検知するための吸気圧センサ５が、また排気ポート１２の排気弁４近傍の位置には、排気圧を検知するための排気圧センサ６がそれぞれ取り付けてある。吸気弁３及び排気弁４に対しては、シリンダヘッド１上面に固定された取付部材７を介して、電磁駆動弁すなわち電磁アクチュエータ１００が取り付けてある。
【００１２】
吸気圧センサ５及び排気圧センサ６は、図２に示す、エンジンの運転を制御する電子制御装置ＥＣＵに接続される。電子制御装置ＥＣＵは、中央演算処理装置ＣＰＵと記憶装置ＳＤと入力及び出力インターフェースＩＩＯ，ＯＩＯとを具備してなるマイクロコンピュータシステムから構成されている。入力インターフェースＩＩＯには、吸気圧センサ５及び排気圧センサ６、大気圧センサＡＳ、温度センサＴＳ、クランク角度センサＣＳ、回転数センサＲＳ等の運転状態を検出するための各種のセンサが接続される。また、出力インターフェースＯＩＯには、電磁アクチュエータ１００、燃料噴射弁ＩＮＪやスパークプラグＳＰ等が電気的に接続される。この電子制御装置ＥＣＵは、例えば吸気圧とエンジン回転数とに基づいて燃料量を演算したり、電磁アクチュエータ１００の作動タイミングすなわち吸気弁３及び排気弁４の開きタイミング及び閉じタイミング、及び作動時間を制御するものである。
【００１３】
電磁アクチュエータ１００は、鉄心１０１と、その鉄心１０１に巻回される上及び下電磁コイルＵＣＬ，ＬＣＬと、鉄心１０１内の空間を往復作動する駆動軸ＤＳと、その駆動軸ＤＳに固定される可動子Ｐと、駆動軸ＤＳを吸気弁３あるいは排気弁４が開成する方向に付勢するコイルスプリングＣＳと、駆動軸ＤＳを支持する支持部材Ｂと、コイルスプリングＣＳの付勢力を調整するネジ部材ＡＢとを具備している。
【００１４】
鉄心１０１は、駆動軸ＤＳを引き上げるための上電磁コイルＵＣＬが巻回され、かつコイルスプリングＣＳが内蔵される上鉄心部材１１１と、駆動軸ＤＳを引き下げるための下電磁コイルＬＣＬが巻回され、かつ支持部材Ｂが内蔵される下鉄心部材１１２と、上鉄心部材１１１と下鉄心部材１１２との間に介在させる中間鉄心部材１１３とからなる。上鉄心部材１１１の中央部の内部には、駆動軸ＤＳを引き上げるコイルスプリングＣＳが内蔵される。
【００１５】
可動子Ｐは、駆動軸ＤＳの上端部にボルト・ナットにより固定されるもので、鉄心１０１の中央に設けられた空間の内法と略同一の外形寸法に形成してある。
【００１６】
ネジ部材ＡＢは、その中央部にコイルスプリングＣＳの上端位置を調整するためのオネジ部材ＡＢａと、このオネジ部材ＡＢａが螺合するメネジ部材ＡＢｂとからなる。このオネジ部材ＡＢａを締め込むことにより、コイルスプリングＣＳの上端が下方に移動し、逆に緩めることにより、コイルスプリングＣＳの上端が上方に移動し、コイルスプリングＣＳの弾性力を調整できるようになっている。
【００１７】
以上の構成において、電磁アクチュエータ１００の基本的な動作を説明する。この電磁アクチュエータ１００は、上及び下電磁コイルＵＣＬ，ＬＣＬに駆動電圧が印加されない場合は、可動子Ｐに電磁力が作用せず、鉄心１０１の内部空間の中央位置で釣り合って静止する。この状態では、吸気弁３及び排気弁４は、全閉と全開との中間位置で開成しており、上電磁コイルＵＣＬに駆動電圧が印加されると、コイルスプリングＣＳの付勢力に抗し、かつ吸気弁３及び排気弁４を全閉方向に付勢する弁体コイルスプリングＶＳに付勢されて可動子Ｐが上側に引き上げられ、駆動軸ＤＳが上側に移動して吸気弁３及び排気弁４が全閉となる。一方、上電磁コイルＵＣＬを断電し、下電磁コイルＬＣＬに通電すると、コイルスプリングＣＳに付勢され、弁体コイルスプリングＶＳの付勢力に抗して可動子Ｐは下側に引き下げられ、駆動軸ＤＳが吸気弁３及び排気弁４を押し下げて開成させる。
【００１８】
電磁アクチュエータ１００を制御して、吸気弁３及び排気弁４を開閉制御するために、電子制御装置ＥＣＵには、吸気弁３及び排気弁４の基本となる吸気弁基本開きタイミング、吸気弁基本閉じタイミング、排気弁基本開きタイミング及び排気弁基本閉じタイミングが、例えばマップにして設定してある。それぞれの基本開きタイミング及び基本閉じタイミングは、クランク角度を基準にして設定してある。吸気弁基本開きタイミングは、上死点ＴＤＣの手前例えば上死点ＴＤＣの６°（クランク角度）手前に設定してあり、吸気弁基本閉じタイミングは下死点ＢＤＣ後例えば下死点ＢＤＣの５４°（クランク角度）後に設定してある。また、排気弁基本開きタイミングは、下死点ＢＤＣの手前例えば下死点ＢＤＣの５４°（クランク角度）手前に設定してあり、排気弁基本閉じタイミングは上死点ＴＤＣ後例えば上死点ＴＤＣの６°後に設定してある。したがって、吸気弁３と排気弁４とは、上死点ＵＤＣの前後において開状態がオーバーラップするものである。
【００１９】
吸気弁３の実際の閉じタイミング（以下、実吸気弁閉じタイミングと称する）及び排気弁４の実際の開きタイミング（以下、実排気弁開きタイミングと称する）は、吸気圧センサ５から出力される吸気圧信号及び排気圧センサ６から出力される排気圧信号に基づいて吸気弁基本閉じタイミング及び排気弁基本開きタイミングを補正して設定される。具体的には、吸気弁３の場合、吸気圧センサ５が検知した吸気ポート１１内の吸気脈動圧力が正圧から負圧に変わる時点に、吸気弁３の実閉じタイミングがほぼ一致するように、基本閉じタイミングを補正制御するものである。また、排気弁４の場合、排気圧センサ６が検知した排気ポート１２内の排気脈動圧力が正圧から負圧に変わる時点に、排気弁４の実開きタイミングがほぼ一致するように、基本開きタイミングを補正制御するものである。
【００２０】
吸気脈動圧力は、図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、エンジン回転数によりその振幅が変化する。図３において、縦軸は、圧力を示し、横軸はクランク角である。縦軸の１目盛は、同図の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において同じスケールである。吸気脈動圧力は、エンジン回転数が低い場合（図３の（ａ））、吸気脈動圧力の振幅は小さく、エンジン回転数が高くなるほど、振幅は大きくなる（図３の（ｃ）に示すものが（ｂ）のものよりエンジン回転数が高い）。これに対して、排気脈動圧力は、図４の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、エンジン回転数が変化しても、ほぼ同様の振幅であり、またクランク軸が２回転する間の脈動傾向もほぼ同様である。図４において、（ａ）がエンジン回転数が低い場合であり、（ｂ）、（ｃ）の順に高くなる。また、吸気脈動圧力の変化の周期つまり周波数は、吸気ポート１１の長さによってほぼ決まり、また排気脈動圧力の周波数は、排気ポート１２の長さによってほぼ決まる。したがって、エンジンが異なると、つまりエンジン毎にこれらの周波数は微妙に異なるもので、周波数が異なるために、吸気弁基本開きタイミング及び排気弁基本閉じタイミングで吸気弁３及び排気弁４を制御していると、燃焼室ＣＣ内のガス交換の効率が低下するものである。
【００２１】
吸気弁３の開閉制御について、図５及び図６を参照して、説明する。運転中のエンジンにおいて、吸気弁基本開きタイミングとなると、電磁アクチュエータ１００の上電磁コイルＵＣＬに通電して、吸気弁３を開成する。吸気弁３が開くことにより、吸気ポート１１内には、図６に示すように、吸気脈動圧力が発生する。吸気弁３が開成している間に、吸気脈動圧力は正圧と負圧とを繰り返す。なお、運転が連続している場合、吸気弁３が閉じた後、次に開くまでの間、吸気脈動圧力は吸気ポート１１内に残存するので、吸気弁３が開いた瞬間には吸気ポート１１内には吸気脈動圧力が存在することになり、今回開いた際の吸気脈動圧力と合成される。そして、吸気弁３を開成した後の吸気脈動圧力の変化を吸気圧センサにより検知する（ステップＳ１）。この吸気脈動圧力の検知は、所定の短い周期で繰り返し行うものである。
【００２２】
次に、吸気弁３の開成後、上記した検知期間において検知した吸気脈動圧力が正圧側でほぼ０か否かを判定する（ステップＳ２）。この判定において、検知した吸気脈動圧力が正圧側でほぼ０である場合に、ステップＳ３において、吸気弁基本閉じタイミングを補正して、吸気弁実閉じタイミングを設定する。そして、吸気弁３は、吸気弁実閉じタイミングにより電磁アクチュエータ１００の下電磁コイルＬＣＬに通電することにより閉成制御される。検知した吸気脈動圧力が正圧側でほぼ０でない場合には、ステップＳ１に戻り、その後ステップＳ２を実行して、検知した吸気脈動圧力が正圧側でほぼ０となった時点で吸気弁基本閉じタイミングを補正して、吸気弁３の閉じるタイミングが、吸気脈動圧力の正圧から負圧への切り換わり点にほぼ一致するように、吸気弁実閉じタイミングを設定する。したがって、図６において、点線で示す吸気弁基本閉じタイミングから、実線で示す吸気弁実閉じタイミングで吸気弁３が閉じられる。なお、この吸気弁実閉じタイミングを学習して、つまり電子制御装置ＥＣＵにおいて記憶し、次回の吸気弁基本閉じタイミングの補正の際に、学習した吸気弁実閉じタイミングを補正するようにしてもよい。
【００２３】
このように、吸気弁３の閉じタイミングを、吸気脈動圧力の正圧から負圧へ切り換わる直前に検知して、吸気脈動圧力が正圧から負圧に切り換わる時点にほぼ一致して吸気弁３が閉じるように制御するので、吸気弁３を閉じるタイミングで吸気ポート１１内の圧力が負圧になっていることがない。したがって、一旦燃焼室ＣＣに吸入された混合気が吸気ポート１１側に逆流あるいは吹き返しすることを防止することができる。このため、燃焼室ＣＣ内に、吸入されたより多くの混合気が閉じ込められることとなり、吸気弁３全開時のトルクを向上させることができる。
【００２４】
次に、排気弁４の開閉制御について、図７及び図８を参照して、説明する。まず、ステップＳ１で、排気弁４の排気弁基本開きタイミングであるか否かを判定する。排気弁基本開きタイミングである場合は、この時の排気ポート１２の排気脈動圧力が負圧か否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、排気脈動圧力が負圧であると判断した場合は、排気弁基本開きタイミングで排気弁４側の電磁アクチュエータ１００の上電磁コイルＵＣＬに通電して、排気弁４を開成する（ステップＳ３）。一方、ステップＳ２において、排気脈動圧力が負圧でないと判定した場合は、この時の排気脈動圧力が正圧で、ほぼ０であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、排気脈動圧力が正圧で、ほぼ０であると判定した場合は、排気弁基本開きタイミングを補正して、排気弁４の開くタイミングが、排気脈動圧力の正圧から負圧への切り換わり点にほぼ一致するように、排気弁実開きタイミングを設定する（ステップＳ５）。そして、設定した排気弁実開きタイミングにより排気弁４側の電磁アクチュエータ１００の上電磁コイルＵＣＬに通電して、排気弁４を開成する（ステップＳ６）。ステップＳ４において、排気脈動圧力が正圧で、ほぼ０でないと判定した場合、つまり排気脈動圧力が正圧で、しかもその正圧が高く即座に負圧に切り換わる状態ではない場合には、ステップＳ４を実行する。このステップＳ４を繰り返し実行することにより、排気弁基本開きタイミングでは開かずに、排気弁４を開くタイミングが、排気脈動圧力が正圧で、ほぼ０となるまで、排気弁基本開きタイミングより遅延するものである。
【００２５】
このように、吸気弁４の開きタイミングを、排気脈動圧力の正圧から負圧へ切り換わる直前に検知して、排気脈動圧力が正圧から負圧に切り換わる時点にほぼ一致して排気弁４が開くように制御するので、排気弁４を開くタイミングで排気ポート１２内の圧力が正圧になっていることがない。したがって、燃焼室ＣＣにある燃焼後のガスが、排気ポート１２の正圧のために、燃焼室ＣＣから排出し難い状態を回避することができる。このため、吸入された混合気が吸気ポート１１側に逆流あるいは吹き返しすることなく燃焼室ＣＣ内に吸入され、しかも排気ガスが円滑に排気ポート１２に排出されるので、燃焼室ＣＣ内のガス交換が高効率で、かつ迅速に実行される。この結果、吸入されたより多くの混合気が閉じ込められることとなり、全開時のトルクを向上させることができる。
【００２６】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本願の請求項１に係る発明によれば、基本閉じタイミングを吸気ポート内の脈動圧力が正圧から負圧に変化する時点にほぼ一致するように補正制御して、最適な吸気弁の閉じタイミングとすることにより、吸気ポート内が負圧になる前に吸気弁を確実に閉じることができる。このため、吸気ポート内が負圧になり、シリンダ内に吸入された混合気が、その負圧のために吸気ポートに逆流することを防止することができる。したがって、シリンダ内に吸入された混合気の量が減少せず、吸気弁全開時のトルクを向上させることができる。
【００２９】
本願の請求項２に係る発明によれば、基本開きタイミングを排気ポート内の脈動圧力が正圧から負圧に変化する時点にほぼ一致するように補正制御して、最適な排気弁の開きタイミングとすることにより、排気ポート内が負圧になり、シリンダ内の燃焼後の排気ガスが、その負圧のために排気ポートに吸い出され、シリンダ内に滞留する排気ガスを迅速に排出することができる。そして、その後の混合気と排気ガスとのガス交換が速やかに行われて、排気弁全開時のトルクを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態におけるエンジンの要部を拡大して示す断面図。
【図２】同実施の形態の電子制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】同実施の形態の吸気脈動圧力の変化状態を示すグラフ。
【図４】同実施の形態の排気脈動圧力の変化状態を示すグラフ。
【図５】同実施の形態の吸気弁の概略制御手順を示すフローチャート。
【図６】同実施の形態の吸気弁制御の作動説明図。
【図７】同実施の形態の排気弁の概略制御手順を示すフローチャート。
【図８】同実施の形態の排気弁制御の作動説明図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド
３…吸気弁
４…排気弁
５…吸気圧センサ
６…排気圧センサ
１１…吸気ポート
１２…排気ポート
１００…電磁アクチュエータ
【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】
0003939914.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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