(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体により吸排気弁を中立位置に弾性的に支持すると共に、前記吸排気弁を電磁力により全開位置又は全閉位置に変位させるよう構成された内燃機関用電磁駆動弁の制御装置であって、
始動開始時に吸気弁と排気弁との少なくとも一方を中立位置から全開位置に変位させ、所定のクランキング回転速度に達するまでの間全開位置に保持させ、
前記所定のクランキング回転速度に達してから各気筒における吸気行程の終了時期で前記吸排気弁を全閉位置へ変位させることを特徴とする内燃機関用電磁駆動弁の制御装置。
【請求項２】
弾性体により吸排気弁を中立位置に弾性的に支持すると共に、前記吸排気弁を電磁力により全開位置又は全閉位置に変位させるよう構成された内燃機関用電磁駆動弁の制御装置であって、
始動開始時に吸気弁と排気弁との少なくとも一方を中立位置から全開位置に変位させ、所定のクランキング回転速度に達するまでの間全開位置に保持させ、
前記所定のクランキング回転速度に達してから各気筒における吸気行程の開始時期で前記排気弁を全閉位置へ変位させ、前記吸気行程の終了時期で前記吸気弁を全閉位置へ変位させることを特徴とする内燃機関用電磁駆動弁の制御装置。
【請求項３】
前記中立位置から全開位置への変位を、イグニッションスイッチのＯＮ時に行わせることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関用電磁駆動弁の制御装置。
【請求項４】
前記中立位置から全開位置への変位を、前記電磁力により弾性体質量系の固有振動を励起して行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関用電磁駆動弁の制御装置。
【請求項５】
前記全閉位置へ変位させる制御を、要求される全閉タイミングよりも全閉位置への変位に要する時間だけ前の時点から開始させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関用電磁駆動弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用電磁駆動弁の制御装置に関し、特に、クランキング時における吸排気弁の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、バネによって中立位置に弾性的に支持される吸排気弁を、電磁力によって全閉位置と全開位置とに変位させる構成の電磁駆動弁が知られており、特開平９−３０３１２２号公報に開示されるものでは、クランキングが開始されてから、バネ質量系の固有振動を励起させる方法によって吸排気弁を順次中立位置から全閉位置に変位させる始動方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、クランキング中に吸排気弁を順次全閉位置に変位させる始動方法では、クランキング回転速度が、持続回転を得られる所定速度に達する前に圧縮仕事が発生することになるため、クランキング回転速度の立ち上がりが鈍くなり、結果的に始動に要する時間が長くなると共に、スタータモータの消費電力が増加するという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、クランキング回転速度が、持続回転が得られる回転速度に達するまでの圧縮仕事を減らすことができる内燃機関用電磁駆動弁の制御装置を提供することにより、クランキング回転速度を応答良く立ち上げて始動時間を短縮すると共に、スタータモータの消費電力を減らすことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、弾性体により吸排気弁を中立位置に弾性的に支持すると共に、前記吸排気弁を電磁力により全開位置又は全閉位置に変位させるよう構成された内燃機関用電磁駆動弁の制御装置であって、始動開始時に吸気弁と排気弁との少なくとも一方を中立位置から全開位置に変位させ、所定のクランキング回転速度に達するまでの間全開位置に保持させ、前記所定のクランキング回転速度に達してから各気筒における吸気行程の終了時期で前記吸排気弁を全閉位置へ変位させる構成とした。
【０００６】
かかる構成によると、前記所定のクランキング回転速度に達してから最初に吸入行程になる気筒から順に、それまで全開位置に保持されていた吸排気弁を、吸入行程を終了させるクランク角位置で全閉位置に制御し、吸入行程に続く圧縮行程において吸排気弁が共に閉じた状態になるようにする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、弾性体により吸排気弁を中立位置に弾性的に支持すると共に、前記吸排気弁を電磁力により全開位置又は全閉位置に変位させるよう構成された内燃機関用電磁駆動弁の制御装置であって、始動開始時に吸気弁と排気弁との少なくとも一方を中立位置から全開位置に変位させ、所定のクランキング回転速度に達するまでの間全開位置に保持させ、前記所定のクランキング回転速度に達してから各気筒における吸気行程の開始時期で前記排気弁を全閉位置へ変位させ、前記吸気行程の終了時期で前記吸気弁を全閉位置へ変位させる構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、前記所定のクランキング回転速度に達してから最初に吸入行程になる気筒から順に、吸入行程の開始タイミングで排気弁を全閉位置に制御し、吸入行程の終了タイミングで吸気弁を全閉に制御する。
【０００９】
請求項３記載の発明では、前記中立位置から全開位置への変位を、イグニッションスイッチのＯＮ時に行わせる構成とした。かかる構成によると、イグニッションスイッチのＯＮ時、即ち、スタータモータがＯＮされる前に、吸排気弁を中立位置から全開位置へ変位させる制御を行わせる。
【００１０】
請求項４記載の発明では、前記中立位置から全開位置への変位を、前記電磁力により弾性体質量系の固有振動を励起して行う構成とした。かかる構成によると、電磁駆動弁の弾性体質量系の固有振動数に一致した振動を電磁力によって与えるように、開弁方向の電磁力と閉弁方向の電磁力とを交互に発生させ、吸排気弁の振幅を徐々に増大させ、最終的には全開位置に吸着保持させる。
【００１１】
請求項５記載の発明では、前記全閉位置へ変位させる制御を、要求される全閉タイミングよりも全閉位置への変位に要する時間だけ前の時点から開始させる構成とした。かかる構成によると、全閉位置へ変位させる制御の開始時点から実際に吸排気弁が全閉になるまでには遅れ時間があるので、要求される全閉タイミングよりも前記遅れ時間だけ前に全閉位置へ変位させるための制御を開始させ、要求タイミングになった時点で全閉位置への変位を終了させるようにする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、クランキング回転速度が、持続回転が得られる回転速度に達するまでの間の圧縮仕事を積極的に減少させることができ、以って、クランキング回転速度の立ち上がりを早めて始動時間を短縮することができ、スタータモータの消費電力を低減できるという効果があると共に、クランキング回転速度が、持続回転が得られる回転速度に達した後も、不必要な圧縮仕事の発生を回避して、燃焼可能な気筒から順次着火燃焼させることができるという効果がある。
【００１３】
請求項３記載の発明によると、イグニッションスイッチのＯＮ時に全開位置への変位を行わせることで、クランキング当初から吸排気弁を全開位置に保持させることが容易に行えるという効果がある。
【００１４】
請求項４記載の発明によると、吸排気弁の中立位置から全開位置への変位を、少ない電力で行わせることができるという効果がある。
【００１５】
請求項５記載の発明によると、クランキング回転速度に達してから吸排気弁を順次全閉位置に変位させるときに、要求される全閉タイミングに遅れることなく、全閉位置に変位させることができるという効果がある。
【００１６】
【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。図１は、内燃機関のシステム構成を示す図であり、４サイクル内燃機関１の吸気通路２にはスロットル弁３が設けられると共に、このスロットル弁３をバイパスする補助空気通路４が設けられており、該補助空気通路４には電磁式の補助空気制御弁５が介装されている。
【００１７】
尚、前記内燃機関１が、例えば、後述する電磁動弁装置（電磁駆動弁）13により、吸気弁12の開閉時期を制御して吸気を大気圧状態で取り入れつつスロットル弁無しで吸入空気量を制御できるようにしたエンジン（例えば、ミラーサイクルエンジンなど）である場合には、前記スロットル弁３及び前記補助空気通路４，前記補助空気制御弁５を省略することができる。
【００１８】
また、吸気通路２の吸気ポート部には各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁６が設けられていて、該燃料噴射弁６によって燃料（ガソリン）が機関に供給される。マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット７には各種のセンサから信号が入力される。具体的には、基準ピストン位置毎の基準角度信号Ｒｅｆと、単位クランク角毎の単位角度信号Ｐｏｓとをそれぞれ出力するクランク角センサ８が設けられ、これによりピストン位置を検出し得ると共に、機関の回転速度Ｎｅを算出可能である。尚、クランク角センサ８は、機関（クランク軸）の１回転当たり２回転するシグナルプレートに形成された被検出部を検出するセンサであり、前記基準角度信号Ｒｅｆとして例えば各気筒毎に異なるパルス幅の信号を出力するなどして、気筒判別が行えるように構成されている。但し、気筒判別のための構成を、上記のものに限定するものではない。
【００１９】
また、機関の吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ９、スロットル弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ10、機関１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ11等が設けられている。コントロールユニット７は、前記各種センサで検出される機関運転条件に基づいて、前記燃料噴射弁６による燃料噴射を制御し、また、点火栓17による点火時期及び後述する電磁動弁装置13，15を制御する。
【００２０】
更に、機関１には、吸気弁12を開閉駆動する電磁動弁装置13と、排気弁14を開閉駆動する電磁動弁装置15が備えられている。前記電磁動弁装置（電磁駆動弁）13，15の構成を図２に示す。図２において、電磁動弁装置13，15は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング21と、吸排気弁12，14のステム31に一体に設けられてハウジング21内に移動自由に収納されるアーマチュア22と、該アーマチュア22を吸引して吸排気弁12，14を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の上面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される閉弁用電磁石23と、アーマチュア22を吸引して吸排気弁12，14を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の下面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される開弁用電磁石24と、吸排気弁12，14の閉弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する閉弁側戻しバネ25（弾性体）と、吸排気弁12，14の開弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する開弁側戻しバネ26（弾性体）と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石23と開弁用電磁石24とを共に通電停止状態としたときに、吸排気弁12，14は、全開位置と全閉位置との間の中立位置に弾性的に支持されるように、閉弁側戻しバネ25と開弁側戻しバネ26とのバネ力が設定される。
【００２１】
上記構成において、例えば全閉時には、開弁用電磁石24への通電を停止し、閉弁用電磁石23に通電して電磁力を発生させ、アーマチュア22を閉弁用電磁石23に吸着させておく。そして、前記全閉位置から開弁させる際には、閉弁用電磁石23への通電を停止し、開弁側戻しバネ26の反力により弁体を開弁方向に移動させ、この移動してくる弁体を開弁用電磁石24に通電して電磁力を発生させて、アーマチュア22を開弁用電磁石24に吸着させて、全開位置に保持する。
【００２２】
更に、この全開位置に保持された状態から閉弁させる際には、開弁用電磁石24への通電を停止し、閉弁側戻しバネ25の反力により弁体を閉弁方向へ移動させ、この移動してくる弁体を閉弁用電磁石23に通電して電磁力を発生させて、アーマチュア22を閉弁用電磁石23に吸着させて、全閉位置に保持する。このような動作を周期的に繰り返すことで、内燃機関の動弁装置としての機能が奏されることになる。
【００２３】
ここで、機関１の始動時における前記電磁動弁装置（電磁駆動弁）13，15の制御を、図４のタイムチャートを参照しつつ、図３のフローチャートに従って説明する。図３のフローチャートにおいて、Ｓ１では、イグニッションスイッチのＯＮ・ＯＦＦを判別し、イグニッションスイッチがＯＮされるとＳ２へ進む。
【００２４】
Ｓ２では、吸排気弁12，14を全て中立位置から全開位置へ変位させる初期化制御を行わせ、後述する全閉制御が行われるまでの間、全開位置を保持させるようにする。前記初期化制御は、前記電磁動弁装置13，15のバネ質量系の固有振動数に応じた周期で、閉弁用電磁石23と開弁用電磁石24とに対する通電を交互に繰り返すことで、弁体の振幅を徐々に大きくして、最終的に全開位置に吸着させる方法を用いることが好ましい。上記のようにして共振現象を利用する構成であれば、初期化のために必要な電力を少なくすることができる。
【００２５】
但し、開弁用電磁石24のみに通電して、中立位置から全開位置へと一度に変位させる構成としても良い。全開位置への変位を終了すると、Ｓ３ではスタータモータが駆動されたか否かを判別し、スタータモータが駆動されてクランキングが始まると、Ｓ４へ進んで、前記クランク角センサ８を用いた気筒判別を行う。
【００２６】
そして、次のＳ５では、機関回転速度が予め記憶させておいた基準回転速度（所定のクランキング回転速度）以上になっているか否かを判別する。前記基準回転速度は、初爆の発生によって継続的に機関１を回転させることができる最小回転速度であり、該基準回転速度になるまでは、吸排気弁12，14の全開状態を保持したまま待機させる。
【００２７】
Ｓ５で機関回転速度が基準回転速度以上になったことが判別されると、Ｓ６へ進み、次に吸入行程（燃料噴射タイミング）を迎える気筒の判別を行う。そして、最初に吸入行程になる気筒から順次Ｓ７へ進み、それまで全開位置に保持されていた吸排気弁12，14を、吸入行程を終了させるクランク角位置で全閉位置にすべく制御し、吸入行程に続く圧縮行程において吸排気弁12，14が共に閉じた状態になるようにする。尚、前記Ｓ６で次に吸入行程を迎えると判別された気筒から順次燃料噴射を開始させるものとする。
【００２８】
前記全閉位置への変位は、開弁用電磁石24への通電を停止し、閉弁側戻しバネ25の反力により弁体を閉弁方向へ移動させ、この移動してくる弁体を閉弁用電磁石23に通電して電磁力を発生させて、アーマチュア22を閉弁用電磁石23に吸着させて行われるが、全開位置から全閉位置にまで変位させるには、応答遅れが生じるから、吸入行程を終了させるクランク角位置よりも前記応答遅れの時間だけ前の時点から、全閉位置へ変位させるための制御を開始させるようにする。
【００２９】
上記のようにして吸排気弁12，14を全閉位置に変位させた気筒については、Ｓ８へ進んで、その後は吸入・圧縮・膨張・排気行程に合わせた通常の開閉切り換え制御に移行させるようにする。そして、Ｓ９では、全気筒について通常制御への移行が完了したか否かを判別し、全気筒について通常制御への移行が完了していないときには、Ｓ６へ戻って、次に吸入行程を迎える気筒を判別し、全開位置に保持されていた吸排気弁12，14の全閉位置への変位を行わせる。
【００３０】
上記のように、基準回転速度に達するまでの間、吸排気弁12，14を全開位置に保持させるようにすれば、圧縮仕事が減少し、クランキング回転速度の立ち上がり早くなり、始動時間を短縮できると共に、スタータモータの消費電力が減少することになる。更に、前記基準回転速度に達してからも、全気筒で一斉に全閉位置へ変位させるのではなく、各気筒毎に順次全閉位置に変位させるので、余分な圧縮仕事の発生を回避できる。
【００３１】
尚、上記では、基準回転速度に達した後に、吸入行程を迎える気筒から順次吸入行程の終了時期で吸排気弁12，14を同時に全閉位置に変位させるようにしたが、吸入行程の開始タイミングで排気弁14を全閉位置に制御し、吸入行程の終了タイミングで吸気弁12を全閉に制御することができる。また、吸排気弁12，14を中立位置から全開位置に変位させるタイミングを、スタータモータのＯＮ時としても良い。
【００３２】
更に、イグニッションスイッチのＯＮ時又はスタータモータのＯＮ時に、吸気弁12のみを中立位置から全開位置にしてクランキングを開始させ、その後に、排気弁14を中立位置から全開位置に変位させるようにしても良い。また、吸気弁12のみを全開位置にして、排気弁については中立位置に保持し、前記基準回転速度に達してから吸気弁12については全開位置から全閉位置への変位、排気弁14については、中立位置から全閉位置への変位を行わせるようにしても良い。かかる構成とすれば、全開位置への駆動のための電力消費を分散又は減少させることができ、バッテリ消耗を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における機関のシステム構成図。
【図２】実施形態における電磁動弁装置の詳細を示す縦断面図。
【図３】実施形態における始動時の吸排気弁制御を示すフローチャート。
【図４】実施形態における始動時の吸排気弁制御の特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
７…コントロールユニット
８…クランク角センサ
12…吸気弁
13…電磁動弁装置（吸気弁用）
14…排気弁
15…電磁動弁装置（排気弁用）
【図１】
0003946361.tif 000002
【図２】
0003946361.tif 000003
【図３】
0003946361.tif 000004
【図４】
0003946361.tif 000005