(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を電磁力により開閉する電磁駆動手段と、前記機関が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダル踏み込み量検出手段と、少なくとも前記機関の回転数を含む機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、前記機関に燃料を供給する燃料供給手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、前記電磁駆動手段による前記吸気弁及び排気弁の前記少なくとも一方の開閉弁時期を算出し、該算出した開閉時期に応じて前記電磁駆動手段を制御する弁開閉制御手段と、
該弁開閉制御手段による前記吸気弁及び排気弁の前記少なくとも一方の実際の開閉弁時期として、開弁作動開始時期及び開弁作動開始時期を検出する実開閉弁時期検出手段と、
前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関の回転数に応じ、前記吸気弁及び排気弁の前記少なくとも一方の開閉の限界時期として、開弁側リミット値及び閉弁側リミット値を設定する限界時期設定手段と、
前記検出された開弁作動開始時期が前記設定された開弁側リミット値よりも進角側にあるときに、前記電磁駆動手段が異常であると判定するとともに、前記検出された閉弁作動開始時期が前記設定された閉弁側リミット値よりも遅角側にあるときに、前記電磁駆動手段が異常であると判定する異常判定手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記電磁駆動手段は、前記吸気弁及び前記排気弁の両方を開閉するように構成されており、当該電磁駆動手段が異常であると判定されたときは、前記弁開閉制御手段は、該当する気筒の前記吸気弁及び前記排気弁を閉弁作動させ、前記燃料供給手段は、該当気筒への燃料の供給を停止することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に電磁駆動型の吸気弁及び／又は排気弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁及び／又は排気弁をスプリングとソレノイドで駆動するようにした内燃機関の基本的構成は、米国特許公報第３，８８２，８３３号に示されている。さらに、このような基本構成を採用した内燃機関の制御装置として、機関回転数に応じて、弁駆動ソレノイドへ供給する駆動信号の出力タイミングを変更するようにしたものが従来より知られている（特開平２−１１２６０６号公報）。
【０００３】
また、上記基本構成において、必要とされるソレノイドの電磁力をできるだけ小さくすべく、電磁駆動機構の構造を改良した電磁弁も提案されている（米国特許公報第５，２２２，７１４号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術はいずれも吸気弁及び／又は排気弁の電磁駆動機構の異常を判定する機能を有しておらず、例えば吸気弁又は排気弁の開閉タイミングのずれによって吸気弁又は排気弁とピストンとの接触等が発生したり、また、燃焼室に供給した燃料がそのまま排出されて排気ガス特性を悪化させたりするおそれがあった。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、電磁駆動型の吸気弁及び／又は排気弁の異常を判定して、例えば開閉タイミングずれによる吸気弁又は排気弁の破損や排気ガス特性の悪化を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を電磁力により開閉する電磁駆動手段と、前記機関が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダル踏み込み量検出手段と、少なくとも前記機関の回転数を含む機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、前記機関に燃料を供給する燃料供給手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関運転状態に応じて、前記電磁駆動手段による前記吸気弁及び排気弁の前記少なくとも一方の開閉弁時期を算出し、該算出した開閉時期に応じて前記電磁駆動手段を制御する弁開閉制御手段と、該弁開閉制御手段による前記吸気弁及び排気弁の前記少なくとも一方の実際の開閉弁時期として、開弁作動開始時期及び開弁作動開始時期を検出する実開閉弁時期検出手段と、前記検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関の回転数に応じ、前記吸気弁及び排気弁の前記少なくとも一方の開閉の限界時期として、開弁側リミット値及び閉弁側リミット値を設定する限界時期設定手段と、前記検出された開弁作動開始時期が前記設定された開弁側リミット値よりも進角側にあるときに、前記電磁駆動手段が異常であると判定するとともに、前記検出された閉弁作動開始時期が前記設定された閉弁側リミット値よりも遅角側にあるときに、前記電磁駆動手段が異常であると判定する異常判定手段とを設けるようにしたものである。
【０００７】
また、前記電磁駆動手段は、前記吸気弁及び前記排気弁の両方を開閉するように構成されており、当該電磁駆動手段が異常であると判定されたときは、前記弁開閉制御手段は、該当する気筒の前記吸気弁及び前記排気弁を閉弁作動させ、前記燃料供給手段は、該当気筒への燃料の供給を停止することが望ましい。
【０００８】
【作用】
請求項１の制御装置によれば、電磁駆動手段によって駆動される吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の実際の開閉弁時期として、開弁作動開始時期および開弁作動開始時期が検出される。また、検出したアクセルペダル踏み込み量及び機関の回転数に応じ、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉弁の限界時期として、開弁側リミット値及び閉弁側リミット値が設定される。そして、検出された開弁作動開始時期が設定された開弁側リミット値よりも進角側にあるときに、電磁駆動手段が異常であると判定されるとともに、検出された閉弁作動開始時期が設定された閉弁側リミット値よりも遅角側にあるときに、電磁駆動手段が異常であると判定される。
【０００９】
請求項２の制御装置によれば、電磁駆動手段の異常と判定されたときは、該当する気筒の電磁駆動される吸気弁及び排気弁の両方が閉弁されるとともに、該当気筒への燃料の供給が停止される。
【００１０】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施例にかかる電磁駆動型吸気弁１０の構造を示す断面図である。この吸気弁１０は、アーマチャ４が固定された弁体２とこれを駆動するバルブ駆動部１とからなり、内燃エンジンの燃焼室の吸気口８を開閉すべく、バルブガイド３を介して燃焼室上部に装着される。また図示しない排気弁も同一の構造を有し、燃焼室の排気口を開閉すべく燃焼室上部に装着される。
【００１２】
バルブ駆動部１は、対向する２つのソレノイド（電磁石）、即ち弁体２を閉弁方向に付勢する閉弁ソレノイド５及び弁体２を開弁方向に付勢する開弁ソレノイド６と、スプリング７とを主たる構成要素とする。閉弁ソレノイド５は、コイル５ａ及び磁性体５ｂからなり、開弁ソレノイド６は、コイル６ａ及び磁性体６ｂからなる。スプリング７は、アーマチャ４が中立位置ＢＰにあるとき、弁体２に対する付勢力がゼロとなり、中立位置ＢＰより上に位置するときは弁体２を開弁方向に付勢し、中立位置ＢＰより下に位置するときは弁体２を閉弁方向に付勢するように構成されている。
【００１３】
上記構成によれば、閉弁ソレノイド５又は開弁ソレノイド６に通電することにより、弁体２が、吸気口８を閉塞する全閉位置と弁体のリフト量が最大となる全開位置との間を移動する。またソレノイド５，６に通電していないときは、弁体２は、全閉位置と全開位置の間の中立位置に位置する。
【００１４】
図２は、上記吸気弁１０とその制御装置の構成を示す図であり、バルブ駆動部１にはアーマチャ４の位置を検出する位置センサ１１及び開弁ソレノイド６のコイルの温度ＴＣＯＩＬを検出する温度センサ１２が設けられ、それらの検出信号は入出力インターフェース１３を介してＣＰＵ（中央処理装置）１６及び通電時間／タイミング制御回路部１４に供給される。入出力インターフェース１３には、さらに図示しないセンサ群が接続されており、エンジン回転数ＮＥ、当該エンジンが搭載された車両のアクセルペダルの踏込量（以下「アクセル開度」という）θＡＣＣ、エンジン水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、バッテリ電圧ＶＢ等を示す信号、クランク軸の回転角度を示す信号、イグニッションスイッチのオンオフを示す信号等が入力され、これらの信号はＣＰＵ１６及び通電時間／タイミング制御回路部１４に供給される。なお、本実施例では、クランク軸の回転角度を示す信号として、エンジンの特定の気筒の所定クランク角度位置を示す信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」といい、クランク角７２０°毎に１パルス発生する）と、クランク角３０°周期で発生する信号パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）とが入力される。
【００１５】
ＣＰＵ１６には、ＣＰＵ１６で実行されるプログラム等を記憶するＲＯＭ１７と、演算途中のデータやセンサの検出データ等を記憶するＲＡＭ１８とが接続されている。また、通電時間／タイミング制御回路部１４には、タイマとしての機能を有するタイマカウンタ１９が接続されており、このタイマカウンタ１９は、ＣＰＵ１６に接続されており、そのカウント値の設定がＣＰＵ１６により行われる。
【００１６】
通電時間／タイミング制御回路部１４はドライバ回路１５に接続され、ドライバ回路１５の閉弁ソレノイド駆動回路１５ａは閉弁ソレノイド５のコイル５ａに、また開弁ソレノイド駆動回路１５ｂは開弁ソレノイド６のコイル６ａにそれぞれ接続されている。ドライバ回路１５にはバッテリ２０が接続されており、バッテリ２０から電力が供給される。制御回路部１４は、コイル５ａ，６ａへの電流供給（通電）制御を行う。
【００１７】
なお、ドライバ回路１５以外のＣＰＵ１６、ＲＯＭ１７、入出力インターフェース１３等の他の回路には、バッテリ２０から図示しない電源回路を介して電源電圧が供給される。
【００１８】
本実施例のエンジンは、各気筒に２個の吸気弁及び２個の排気弁が設けられた４気筒エンジンであり、全部で１６個の弁をすべて電磁駆動型のものを用いている。したがって図２の通電時間／タイミング制御回路部４、ドライバ回路１５及びタイマカウンタ１９は、１６個の弁のそれぞれに対応して設けられている。
【００１９】
ＣＰＵ１６は、各種センサからの入力信号に応じて吸気弁及び排気弁の開弁時期、閉弁時期等を決定し、各吸排気弁に対応したタイマカウンタ１９の設定を行う。
【００２０】
また、本実施例のエンジンの吸気管には各気筒毎に燃料噴射弁（図示せず）が設けられており、この燃料噴射弁の開弁制御及び各気筒の点火プラグへの点火指令信号の出力制御がＣＰＵ１６によって行われるように構成されている。
【００２１】
図３は、ＣＰＵ１６で実行される吸気弁及び排気弁の開閉制御ルーチンのフローチャートであり、図４は吸排気弁の弁リフト量と、開弁ソレノイド６及び閉弁ソレノイド５に印加する電圧との関係を説明するための図である。先ず図４を参照して各ソレノイドの通電制御の概要を説明する。
【００２２】
本実施例では、吸排気弁の開弁作動時においては、閉弁ソレノイド５の通電終了（θＣＬＯＳＥＯＦＦ）より第１オーバラップ期間Ａだけ前の時点（θＯＰＥＮＯＮ）で開弁ソレノイド６の通電を開始する。これにより、弁体２は、開弁作動を開始し、閉弁ソレノイド５の通電終了により、迅速且つ確実に全開位置まで移動する。また、閉弁作動時においては、開弁ソレノイド６の通電終了（θＯＰＥＮＯＦＦ）より第２オーバラップ期間Ｂだけ前の時点（θＣＬＯＳＥＯＮ）で閉弁ソレノイド５の通電を開始する。これにより、弁体２は、閉弁作動を開始し、開弁ソレノイド５の通電終了により、迅速且つ確実に全閉位置まで移動する。
【００２３】
次に各ソレノイドの通電開始終了時期の具体的な算出手法を、図３を参照して説明する。
【００２４】
図３のステップＳ１では、吸気弁又は排気弁の開閉作動時期に異常有りと判定したことを「１」で示す異常判定フラグＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）が「１」か否かを判別する。この異常判定フラグＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）は後述する図９の異常判定ルーチンで気筒毎に設定されるものであり、（Ｎ）は気筒毎に設定されるフラグであることを示すために付している。
【００２５】
ステップＳ１でＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）＝１であって、Ｎ番気筒の吸気弁又は排気弁の開閉時期に異常有りと判定されたときは、そのＮ番気筒の吸気弁及び排気弁の閉弁指令信号を出力して（ステップＳ２）、本ルーチンを終了する。また、このとき同時に該当気筒への燃料供給を停止する制御を行う。
【００２６】
ステップＳ１の答が否定（ＮＯ）、すなわちＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）＝０であるときは、ステップＳ３に進み、閉弁ソレノイド５の通電終了時期θＣＬＯＳＥＯＦＦを、アクセル開度θＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥに応じて設定されたマップを検索することにより算出する。次いで、開弁ソレノイド６の通電開始時期θＯＰＥＮＯＮを次式により算出する（ステップＳ４）。
【００２７】
θＯＰＥＮＯＮ＝θＣＬＯＳＥＯＦＦ−Ａ
ここで、第１オーバラップ期間Ａは、図５に示すように、エンジン回転数ＮＥ及びコイル温度ＴＣＯＩＬに応じて設定される（具体的には、ＮＥ値及びＴＣＯＩＬ値に応じて設定されたマップを検索して算出される）。
【００２８】
続くステップＳ５では、ステップＳ３と同様に、開弁ソレノイド６の通電終了時期θＯＰＥＮＯＦＦを、アクセル開度θＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥに応じて設定されたマップを検索することにより算出する。次いで、閉弁ソレノイド５の通電開始時期θＣＬＯＳＥＯＮを次式により算出する。
【００２９】
θＣＬＯＳＥＯＮ＝θＯＰＥＮＯＦＦ−Ｂ
ここで、第２オーバラップ期間Ｂは図５に示すように、第１オーバラップ期間Ａと同様に、マップ検索によりエンジン回転数ＮＥ及びコイル温度ＴＣＯＩＬに応じて設定される。
【００３０】
次いで、吸排気弁開閉弁時期補正ルーチン（ステップＳ７）及び開閉弁ソレノイド通電処理ルーチン（ステップＳ８）を実行して、本処理を終了する。
【００３１】
図６は、上記吸排気弁開閉弁時期補正ルーチンのフローチャートであり、先ずステップＳ１１では、コイル温度ＴＣＯＩＬ及びバッテリ電圧ＶＢを読み込み、次いで、閉弁ソレノイド５及び開弁ソレノイド６の通電開始／終了時期を、コイル温度ＴＣＯＩＬ及びバッテリ電圧ＶＢに応じて補正する（ステップＳ１２）。具体的には、図７に示すように、各ソレノイドの通電開始／終了時期を、コイル温度ＴＣＯＩＬが上昇するほど、またバッテリ電圧ＶＢが低いほど、アドバンス側となるように補正する。
【００３２】
図８は、図３のステップＳ８における開閉弁ソレノイド通電処理ルーチンのフローチャートであり、本ルーチンは算出した各ソレノイドの通電開始／終了時期に応じて、実際の通電処理を行う。このとき、開弁作動させる吸気弁及び排気弁は、それぞれ吸気行程にある気筒の吸気弁及び排気行程にある気筒の排気弁である。
【００３３】
先ず開弁ソレノイド６の通電開始時期θＯＰＥＮＯＮであるか否かを判別し（ステップＳ２１）、その答が肯定（ＹＥＳ）のとき、開弁ソレノイド６の通電を開始し（ステップＳ２３）、次いで閉弁ソレノイド５の通電終了時期θＣＬＯＳＥＯＦＦであるか否かを判別し（ステップＳ２３）、その答が肯定（ＹＥＳ）のとき、閉弁ソレノイド５の通電を終了し（ステップＳ２４）、次いで閉弁ソレノイド５の通電開始時期θＣＬＯＳＥＯＮであるか否かを判別し（ステップＳ２５）、その答が肯定（ＹＥＳ）のとき、閉弁ソレノイド５の通電を開始し（ステップＳ２６）、次いで開弁ソレノイド６の通電終了時期θＯＰＥＮＯＦＦか否かを判別し（ステップＳ２７）、その答が肯定（ＹＥＳ）のとき、開弁ソレノイド６の通電を終了する（ステップＳ２８）。
【００３４】
各通電開始／終了時期に該当しないときは、直ちに本処理を終了する。
【００３５】
図９は、吸排気弁の開閉作動時期の異常判定を行うルーチンのフローチャートである。
【００３６】
先ずステップＳ３１では、アクセル開度θＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥに応じ設定されたマップを検索して、開弁側リミット値θＬＭＴＯＰＥＮ及び閉弁側リミット値θＬＭＴＣＬＯＳＥを決定する。次いで、位置センサ１１の出力により弁体２の実際の開弁作動開始時期θＡＣＴＯＰＥＮ及び閉弁作動開始時期θＡＣＴＣＬＯＳＥ（図４（ａ）参照）を検出する（ステップＳ３２）。続くステップＳ３３では、検出時期θＡＣＴＯＰＥＮ、θＡＣＴＣＬＯＳＥのリミットチェックを行う。
【００３７】
具体的には、開弁作動開始時期θＡＣＴＯＰＥＮ及び閉弁作動開始時期θＡＣＴＣＬＯＳＥを、それぞれ開弁側リミット値θＬＭＴＯＰＥＮ及び閉弁側リミット値θＬＭＴＣＬＯＳＥと比較し、θＡＣＴＯＰＥＮ値がθＬＭＴＯＰＥＮ値より進角側にあるとき、又はθＡＣＴＣＬＯＳＥ値がθＬＭＴＣＬＯＳＥ値より遅角側にあるとき、リミットチェックＮＧと判定する（図４（ａ）の破線参照）。
【００３８】
そして、リミットチェックＯＫのときは直ちに本ルーチンを終了する一方、ＮＧのときは、異常判定フラグＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）を「１」に設定して（ステップＳ３４）、本ルーチンを終了する。
【００３９】
本ルーチンによれば、吸排気弁及びこれらの駆動系の劣化や故障により発生する吸排気弁の開閉時期のずれを的確に判定することができる。
【００４０】
さらに本実施例では、吸排気弁の開閉時期が異常と判定したときは、該当する気筒の吸排気弁を閉弁作動させるとともに、該当気筒への燃料供給を停止するようにしたので、吸排気弁とピストンとの接触等による破損を防止し、さらに未燃ガスの吹き抜けを防止して、排気ガス特性の悪化を抑制することができる。
【００４１】
なお、上述した実施例においては、図３のステップＳ１においてフラグＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）＝１を判別して該当気筒のみの吸排気弁を閉弁制御するとともに、該当気筒の燃料供給を停止したが、いずれかの気筒のフラグＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）＝１を判別するか、若しくは所定の気筒数（例えば２個）以上のフラグＦＥＶＡＦＳ（Ｎ）＝１を判別して、全気筒の吸排気弁を閉弁制御するとともに、全気筒の燃料供給を停止するように制御してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１の制御装置によれば、電磁駆動手段によって駆動される吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の実際の開閉弁時期が検出され、該検出した開閉弁時期と所定の限界時期との比較結果に応じて、電磁駆動手段の異常が判定されるので、電磁駆動手段の異常による吸気弁及び／又は排気弁の開閉弁時期のずれを的確に判定することができる。
【００４３】
請求項２の制御装置によれば、電磁駆動手段の異常と判定されたときは、電磁駆動される吸気弁及び排気弁の少なくとも一方が閉弁状態に規制されるとともに、燃料の供給が停止されるので、吸気弁及び／又は排気弁とピストンとの接触等による破損を防止し、さらに未燃ガスの吹き抜けを防止して、排気ガス特性の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる電磁駆動型吸気弁の構造を示す図である。
【図２】図１の吸気弁及びその制御装置の構成を示す図である。
【図３】吸排気弁開閉制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】吸排気弁の駆動信号と弁リフト量の関係を説明するための図である。
【図５】オーバラップ期間（Ａ，Ｂ）算出用マップの設定傾向を説明するための図である。
【図６】吸排気弁開閉弁時期補正ルーチンのフローチャートである。
【図７】開閉弁時期の補正の傾向を示す図である。
【図８】開閉弁ソレノイド通電処理ルーチンのフローチャートである。
【図９】異常判定ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１  バルブ駆動部
５  閉弁ソレノイド
６  開弁ソレノイド
７  スプリング
１０  吸気弁
１１  位置センサ
１２  コイル温度センサ
１６  ＣＰＵ
【図１】
0004080551.tif 000002
【図２】
0004080551.tif 000003
【図３】
0004080551.tif 000004
【図４】
0004080551.tif 000005
【図５】
0004080551.tif 000006
【図６】
0004080551.tif 000007
【図７】
0004080551.tif 000008
【図８】
0004080551.tif 000009
【図９】
0004080551.tif 000010