(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動吸気弁を有する内燃機関の電磁駆動弁制御装置において、
前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該検出した機関運転状態に応じて基準点火特性値を設定する点火特性値設定手段と、
実点火特性値を検出する点火特性値検出手段と、
前記検出した機関運転状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を設定する開弁期間設定手段と、
前記基準点火特性値と実点火特性値とを比較し、該比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態を判定する過負荷状態判定手段と、
前記点火装置の過負荷状態と判定した場合には、前記点火装置の過負荷状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を減少方向に補正する補正手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の電磁駆動弁制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記過負荷状態に移行したときから所定時間内であるときは、前記開弁期間を設定する基本値から前記過負荷状態に応じて設定される減算値を減算することにより前記開弁期間を補正すると共に、前記減算値を漸増するように設定することを特徴とする請求項１の内燃機関の電磁駆動弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力により開閉駆動可能な吸気弁（電磁駆動吸気弁）を有する内燃機関の電磁駆動弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
運転状態に応じて特性の異なる吸排気弁駆動用カムを選択的に切り換える可変動弁機構を有する内燃機関の制御装置であって、スロットル弁開度制御の異常を検出したときは、機関出力の小さい方のカムに強制的に切り換えるというフェールセーフ処理を行うようにしたものが従来より知られている（特開平５−１２５９６６号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電磁駆動吸気弁を備えた機関では、スロットル弁が必ずしも必要ではなく、吸入空気量の調整は主に吸気弁の開弁期間を変更することにより行うため、上記従来の装置におけるフェールセーフ処理をそのまま適用することはできない。このため、機関の燃焼状態の影響により点火プラグや点火コイル等の点火装置の過負荷状態となった場合に、有効な措置をとることができず、点火装置の耐久性を損なうおそれがあった。
【０００４】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、点火装置の過負荷による劣化を防止し、耐久性を向上させることができる内燃機関の電磁駆動弁制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【問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、電磁駆動吸気弁を有する内燃機関の電磁駆動弁制御装置において、前記機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出した機関運転状態に応じて基準点火特性値を設定する点火特性値設定手段と、実点火特性値を検出する点火特性値検出手段と、前記検出した機関運転状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を設定する開弁期間設定手段と、前記基準点火特性値と実点火特性値とを比較し、該比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態を判定する過負荷状態判定手段と、前記点火装置の過負荷状態と判定した場合には、前記点火装置の過負荷状態に応じて前記電磁駆動吸気弁の開弁期間を減少方向に補正する補正手段とを設けるようにしたものである。
また、前記補正手段は、前記過負荷状態に移行したときから所定時間内であるときは、前記開弁期間を設定する基本値から前記過負荷状態に応じて設定される減算値を減算することにより前記開弁期間を補正すると共に、前記減算値を漸増するように設定することを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、検出した実点火特性値と基準点火特性値との比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態が検出され、該過負荷状態を検出した場合には、点火装置の過負荷状態に応じて電磁駆動吸気弁の開弁期間が減少方向に補正される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、本発明の実施の一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）の制御装置の構成を示す図である。
【０００９】
本実施の形態のエンジンは、例えば４気筒で構成されており、その各気筒毎に点火動作を行うための点火回路がそれぞれ設けられている。この各点火回路は、同一の回路構成を有し、後述するＣＰＵによって駆動順序が制御され、例えば１番気筒→３番気筒→４番気筒→２番気筒の順で点火動作を行う。
【００１０】
ここで説明を簡単にするために図１においては、１番気筒及び４番気筒に対応する各点火回路を１グループとして単に点火回路１０１として表示し、同様に２番気筒及び３番気筒に対応する各点火回路を１グループとして点火回路１０２として表示する。
【００１１】
また、各気筒には電磁駆動型の吸気弁及び排気弁が設けられており、これらの弁の開弁期間（開弁時期及び閉弁時期）を任意に設定することができるように構成されている。
【００１２】
図１の点火回路１０１において、電源電圧（バッテリ電圧）ＶＢが供給される電源端子Ｔ１は一次側コイル２と二次側コイル３とから成る点火コイル１と接続され、一次側コイル２と二次側コイル３とは互いにその一端で接続され、一次側コイル２の他端はトランジスタ４のコレクタに接続され、トランジスタ４のベースは点火指令信号Ａが入力される入力端子Ｔ２に接続され、そのエミッタは接地されている。また、二次側コイル３の他端はダイオード７のアノードに接続され、ダイオード７のカソードはディストリビュータ６を介して点火プラグ５の中心電極５ａに接続され、点火プラグ５の接地電極５ｂは接地されている。
【００１３】
ディストリビュータ６と中心電極５ａとを接続する接続線１５の途中には、その接続線１５と静電的に結合された（接続線１５と数ＰＦのコンデンサを形成する）点火電圧センサ１０が設けられている。点火回路１０２も同様の構成を有している。
【００１４】
そして、点火回路１０１，１０２の各点火電圧センサ１０の出力は、電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）８のピーク検出回路１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ接続されている。ピーク検出回路１２Ａ，１２Ｂは、点火電圧（２次電圧）のピーク値Ｖｏｂｊ（図６（ｄ）参照）を検出し、デジタル信号に変換してＣＰＵ（中央処理装置）１１に供給する。
【００１５】
ＣＰＵ１１には、入力回路１３を介して、エンジン運転パラメータの値を検出する各種運転パラメータセンサ（運転状態検出手段）９が接続されており、アクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰ、吸入空気量ＱＡ、吸気温ＴＡ、エンジン水温ＴＷ、エンジン回転数ＮＥ、クランク軸の回転角度を示すクランク角信号、特定気筒の上死点タイミングを示し、クランク軸が３６０°回転する毎に１パルス出力される基準パルス信号、空燃比（エンジン排気系に設けられたＯ２センサ出力信号）、点火プラグ温度、バッテリ電圧ＶＢ等の運転パラメータの検出信号が入力される。
【００１６】
なお、クランク角信号及び基準信号は、１つのクランクセンサ（光学式、磁気式、ホール式、磁気抵抗素子等）で生成され、図４に示すような信号がＥＣＵ８に入力される。本実施の形態では、＃１、＃４気筒グループのピストンが上死点に位置するタイミングで、基準パルスが出力されるように構成されている。
【００１７】
ＣＰＵ１１は、駆動回路１４を介して点火回路１０１、１０２のトランジスタ４、エンジンの吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁２００及び電磁駆動型の吸気弁及び排気弁（電磁駆動弁）３００に接続されている。また、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等を記憶するＲＯＭ２１及びＣＰＵ１１が演算に使用するＲＡＭ２２が設けらており、ＣＰＵ１１に接続されている。
【００１８】
ＣＰＵ１１は、各種センサの検出信号に基づいて点火時期、燃料噴射弁の開弁時間及び電磁駆動弁の開閉弁時期を演算し、演算結果に応じた駆動信号を駆動回路１４に出力する。
【００１９】
図２は、図１の電磁駆動吸気弁３００の構造を示す断面図である。この吸気弁３００は、アーマチャ３０４が固定された弁体３０２とこれを駆動するバルブ駆動部３０１とからなり、エンジンの燃焼室の吸気口３０８を開閉すべく、バルブガイド３０３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。
【００２０】
バルブ駆動部３０１は、対向する２つのソレノイド（電磁石）、即ち弁体３０２を閉弁方向に付勢する閉弁ソレノイド３０５及び弁体３０２を開弁方向に付勢する開弁ソレノイド３０６と、スプリング３０７とを主たる構成要素とする。閉弁ソレノイド３０５は、コイル３０５ａ及び磁性体３０５ｂからなり、開弁ソレノイド３０６は、コイル３０６ａ及び磁性体３０６ｂからなる。スプリング３０７は、アーマチャ３０４が中立位置ＢＰにあるとき、弁体３０２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３０２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３０２を閉弁方向に付勢するように構成されている。
【００２１】
上記構成によれば、閉弁ソレノイド３０５又は開弁ソレノイド３０６に通電することにより、弁体３０２が、吸気口３０８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３０５，３０６に通電していないときは、弁体３０２は、全閉位置と全開位置の間の中立位置ＢＰに位置する。
【００２２】
バルブ駆動部３０１のコイル３０５ａ，３０６ａは、ＥＣＵ８の駆動回路１４に接続されており、ＣＰＵ１１はこれらのコイル３０５ａ，３０６ａの通電制御を行うことにより、吸気弁及び排気弁の開閉動作の制御を行う。
【００２３】
電磁駆動型の吸排気弁を備えたエンジンでは、クランク軸にリンクしたカム機構を有していないため、エンジン始動時において各気筒の吸排気弁の開閉タイミングが機械的に定まらない。したがって、ＣＰＵ１１は図３に示すような制御を行って弁作動を開始させる。
【００２４】
図３はエンジンの始動時における電磁駆動弁の制御処理のフローチャートであり、ステップＳ１では、エンジン回転数ＮＥを読み込み、次いでエンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＳＴより低いか否かを判別する（ステップＳ２）。ＮＥ≧ＮＳＴであるときは、直ちに本処理を終了し、ＮＥ＜ＮＳＴであるときはスタータ作動中と判定して、ステップＳ３〜Ｓ６で以下の処理を行う。
【００２５】
すなわち、上述したように図４に示す基準パルスの発生タイミングは＃１、＃４気筒グループのピストンが上死点にあるタイミングとなるように構成されているので、基準パルスが入力された直後を＃１気筒の吸気行程と決定する。これを決定すると他の気筒の行程は一義的に図４に示すように決定される。なお、この場合基準パルス入力直後を＃４気筒の吸気行程と決定して、他の気筒の行程を決定するようにしてもよい。そして、決定された行程及びクランク角パルスにもとづいて、各吸排気弁の開閉弁時期、点火時期、燃料噴射時期を決定し、作動を開始させる。
【００２６】
図５は、エンジンが自立運転を開始した後における、吸気弁の開弁デューティ（開弁期間）Ｄｏｕｔを算出する処理のフローチャートであり、本処理はクランク軸の所定角度回転毎にＣＰＵ１１で実行される。
【００２７】
先ずステップＳ１１では、点火２次電圧Ｖｏｂｊを測定し、ステップＳ１２では、検出したエンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＱＡに応じて図７に示すように基準要求電圧Ｖが設定されたマップを検索し、基準要求電圧Ｖを算出する。
【００２８】
ここで、基準要求電圧Ｖは、点火プラグ電極間の発生電圧がこの値以上のとき、通常の点火が実施され、発生電圧がこの値より低いときは、失火状態となる電圧である。この基準要求電圧Ｖは、燃焼室内圧力に比例する特性を有しており、エンジン回転数ＮＥが低下するほど、また吸入空気量ＱＡが増加するほど高くなる傾向を示す。
【００２９】
続くステップＳ１３では、吸気温ＴＡ及び／又はエンジン水温ＴＷ、及びバッテリ電圧ＶＢに基づいて、ステップＳ１２で算出した基準要求電圧Ｖを補正する。具体的には、吸気温ＴＡ及び／又はエンジン水温ＴＷが所定温度Ｔ１以上のとき（例えば吸気温ＴＡが８０℃以上のとき）、１．０未満の補正係数をＶ値に乗算し、またバッテリ電圧ＶＢが所定電圧ＶＢ１（例えば１４Ｖ）以下のときは、１．０未満の補正係数をＶ値に乗算し、所定電圧ＶＢ１を越えるときは１．０以上の補正係数を乗算することにより、補正を行う。これは、吸気温ＴＡ、エンジン水温ＴＷの高温時は、吸入空気量ＱＡが相対的に小さくなること及び点火電圧はバッテリ電圧ＶＢに依存することを考慮したからである。
【００３０】
ステップＳ１４では、検出した点火２次電圧Ｖｏｂｊが基準要求電圧Ｖより低いか否かを判別し、Ｖｏｂｊ＜Ｖであるときは、標準運転状態で設定された基準要求電圧Ｖより、検出電圧Ｖｏｂｊが低いので、点火装置には過大な負荷が加わっておらず正常と判定して、ダウンカウントタイマｔｍＤＶＴに所定時間ＴＤＶＴを設定してスタートさせ（ステップＳ１５）、正常と判定したことを「１」で示す正常フラグＦＤＶＴを「１」に設定するとともに後述する減算デューティＤｂＧを０に設定して（ステップＳ１６）ステップＳ１７に進む。
【００３１】
一方ステップＳ１４でＶｏｂｊ≧Ｖであるときは、過負荷状態と判定し、前記タイマｔｍＤＶＴの値が０か否かを判別する。ｔｍＤＶＴ＞０である間は、減算デューディＤｂＧを算出して（ステップＳ２０）、ステップＳ１７に進み、ｔｍＤＶＴ＝０となると正常フラグＦＤＶＴを「０」に設定して、ステップＳ２２に進む。ここで、ＤｂＧ値は、最初に所定の初期値に設定し、その後ステップＳ２０を実行する毎に漸増するように設定する。
【００３２】
ステップＳ１７では、アクセル開度ＡＰ、エンジン回転数ＮＥ等のエンジン運転状態に応じて吸気弁の開弁期間（開弁時期及び閉弁時期）設定用の基本デューティＤｂを算出し、次いで吸気温ＴＡ及び／又はエンジン水温ＴＷ、及びバッテリ電圧ＶＢに基づいて、基本デューティＤｂの補正を行う（ステップＳ１８）。具体的には、吸気温ＴＡ及び／又はエンジン水温ＴＷが第１所定温度Ｔ１以上のとき（例えば吸気温ＴＡが８０℃以上のとき）は、吸気流量が相対的に低下するので１．０より大きい補正係数をＤｂ値に乗算し、第１所定温度Ｔ１より低い第２所定温度Ｔ２以下のとき（例えば吸気温ＴＡが０℃以下のとき）は、逆に吸気流量が相対的に増加するので、１．０より小さい補正係数をＤｂ値に乗算することにより、補正を行う。また、電磁駆動型の吸気弁の開弁期間は、バッテリ電圧ＶＢに依存するので、バッテリ電圧ＶＢが所定電圧ＶＢ２（例えば１２Ｖ）以下のときは、１．０以上の補正係数をＤｂ値の乗算し、ＶＢ＞ＶＢ２であるときは、１．０未満の補正係数をＤｂ値に乗算することにより補正を行う。これらの補正により、より正確な吸気弁の開閉制御を行うことができる。
【００３３】
続くステップＳ２２では、正常フラグＦＤＶＴが「１」か否かを判別し、ＦＤＶＴ＝１であって正常と判定しているとき又は過負荷状態に移行した時点から所定時間ＴＤＶＴ内であるときは、基本デューティＤｂから減算デューティＤｂＧを減算して、開弁デューティＤｏｕｔ（＝Ｄｂ−ＤｂＧ）を算出し、この算出結果を出力して（ステップＳ２６）本処理を終了する。
【００３４】
ステップＳ２３の減算補正により、検出２次電圧Ｖｏｂｊが基準要求電圧Ｖ以上となる過負荷状態を検出したときは、該検出時点から所定時間ＴＤＶＴ内は吸気弁の開弁期間が減少方向に補正されるので、吸入空気量ＱＡが減少して基準要求電圧Ｖが低下し過負荷状態を回避することができる。さらに、減算デューティＤｂＧは、徐々に増加させるようにしたので、過負荷状態を迅速に終了させることができる。なお、所定時間ＴＤＶＴは、過負荷状態を回避するのに十分な時間となるように実験的に定める。
【００３５】
一方ステップＳ２２でＦＤＶＴ＝０であるときは、所定時間ＴＤＶＴの減算補正によっても過負荷状態を回避できなかったので、開弁デューティＤｏｕｔを０に設定して当該気筒への混合気の供給を停止させ（ステップＳ２４）、警告灯又は警報により運転者に警告して（ステップＳ２５）、前記ステップＳ２６に進む。
【００３６】
なお、図５の処理は各気筒毎に実行され、各気筒独立して制御できるようにしている。
【００３７】
以上のように本実施の形態では、点火装置の過負荷状態を検出したときは、電磁駆動吸気弁の特質を利用して、燃焼室に供給される吸入空気量を少なくするいわゆる低負荷状態とし、燃焼室内の圧力を低減するようにしたので、点火装置の放電電圧及び電流を低下させるとともに点火コイルの通電時間を短縮することができる。その結果走行状態を維持しながら点火装置の過負荷による劣化を防止する効果を増大させ、点火装置の不具合を早期に発見して対処することが可能となり、耐久性を向上させることができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態では検出した点火２次電圧Ｖｏｂｊに基づいて点火装置の過負荷状態を判定するようにしたが、図６に示すように点火２次電流Ｉｏｂｊ、点火１次電圧Ｖｏｂｊ１及び点火１次電流（遮断電流）Ｉｏｂｊ１は、点火２次電圧Ｖｏｂｊに比例するので、これらの内の何れかを検出して同様の手法で過負荷状態を判定するようにしてもよい。また、図６の放電時間Ｔｄｓは、点火２次電圧Ｖｏｂｊが増加すると減少する特性があるので、Ｔｄｓ値を検出して、Ｔｄｓ値が所定値以下のとき過負荷状態と判定するようにしてもよい。
【００３９】
ここで、いずれのパラメータによって判定するかは、以下の観点から検討して決定する。すなわち、点火コイルの１次系のパラメータで判定する場合には、検出絶対値が２次系に比べてかなり低いので、検出部の絶縁性等の仕様を低くして構造を簡素化でき且つＥＣＵと一体に構成することができる。したがって、低コストでパッケージ性が優れるという特徴がある。これに対し、２次系のパラメータで判定する場合には、検出絶対値が１次系に比べてかなり大きいので、ノイズタフネスが大幅に向上し検出精度が高いという特徴がある。これらの特徴を考慮し、ニーズに応じて適宜検出パラメータを決定すればよい。
【００４０】
なお、上述した電磁駆動吸気弁の制御に加えて、燃焼室冷却を目的とした燃料増量制御や点火時期の進角制御を組み合わせて行うようにしてもよい。これにより、要求電圧をより低下させることができる。さらに、電磁駆動吸気弁の開弁時期を圧縮行程に設定するようにしても、同様の効果が達成される。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、検出した実点火特性値と基準点火特性値との比較結果に基づいて点火装置の過負荷状態が検出され、該過負荷状態を検出した場合には、点火装置の過負荷状態に応じて電磁駆動吸気弁の開弁期間が減少方向に補正されるので、点火装置の放電電圧及び電流を低下させるとともに点火コイルの通電時間を短縮することができる。その結果、出力に影響を与えることなく、走行状態を維持しながら点火装置の過負荷による劣化を防止する効果を増大させ、点火装置の不具合を早期に発見して対処することが可能となり、耐久性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かかる内燃機関の制御装置の構成を示す図である。
【図２】電磁駆動弁の縦断面図である。
【図３】機関始動時における電磁駆動弁の作動制御処理のフローチャートである。
【図４】クランク角パルス及び基準パルスと各気筒の行程との関係を示す図である。
【図５】機関始動後における電磁駆動弁の開弁時間算出処理のフローチャートである。
【図６】点火装置各部の波形を示す図である。
【図７】点火に必要な基準要求電圧のマップを示す図である。
【符号の説明】
１  点火コイル
５  点火プラグ
９  運転パラメータセンサ
１０  点火電圧センサ
１１  ＣＰＵ
１２Ａ，１２Ｂ  ピーク検出回路
３００  電磁駆動弁
【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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