カムレスエンジン弁開閉制御装置
【課題】遅延補正値テーブルの作成が容易で、経時変化に対応することができ、正確な遅延補正値が得られるカムレスエンジン弁開閉制御装置を提供する。
【解決手段】開弁遅延を計測する開弁遅延計測部１０２と、閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部１０３と、開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブル１０４と、閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブル１０５と、開弁・閉弁パルス信号を必要な時期より開弁・閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部１０６と、計測した開弁・閉弁遅延に基づいて開弁・閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部１０７とを備える。
【解決手段】開弁遅延を計測する開弁遅延計測部１０２と、閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部１０３と、開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブル１０４と、閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブル１０５と、開弁・閉弁パルス信号を必要な時期より開弁・閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部１０６と、計測した開弁・閉弁遅延に基づいて開弁・閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部１０７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトを廃止し、吸気バルブ及び排気バルブを電子制御するカムレスエンジンの弁開閉制御装置に係り、遅延補正値テーブルの作成が容易で、経時変化に対応することができ、正確な遅延補正値が得られるカムレスエンジン弁開閉制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンに対する排気ガス規制強化と燃費改善の要求拡大に伴い、エンジンの燃焼制御が高度化している。燃焼制御のひとつとして、吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期とリフト量をエンジンの運転状態に応じて変化させる可変動弁制御がある。カムシャフトを有するエンジンにおいてカムシャフトで決まる開閉時期とリフト量に対して変化を与える可変動弁制御が既に普及している。
【０００３】
これに対し、本発明者は、カムシャフトを使わずに、電磁弁で制御された油圧により、クランク角に対して機械的に固定されない開閉時期とリフト量で吸気バルブ及び排気バルブを動作させるカムレスエンジンを研究開発中である。
【０００４】
図６に、カムレスエンジンの弁開閉機構を示す。弁開閉機構は、吸気バルブと排気バルブのどちらも同じである。
【０００５】
シリンダヘッドに挿通されたバルブ本体６０１は、スプリング６０２によって閉弁方向に付勢されている。シリンダヘッドに取り付けられたカムレスブロックには、バルブ本体６０１の上端側を動作油で圧してバルブ本体６０１を押し下げるための油圧制御室６０３が設けられている。油圧制御室６０３には、開弁用電磁弁６０４からの動作油が導入されるラインが接続されている。開弁用電磁弁６０４には、高圧の動作油を供給する高圧油圧ポンプ６０５からの動作油が導入されるラインが接続されている。開弁用電磁弁６０４に後述する開弁パルス信号が入力されると、開弁用電磁弁６０４内でライン同士を塞いでいたプランジャが退くことにより、高圧の動作油が油圧制御室６０３に導入され、バルブ本体６０１が押し下げられてバルブが開くようになっている。開弁パルス信号がなくなるとプランジャが進出して油圧制御室６０３への動作油の導入が止まる。
【０００６】
油圧制御室６０３には、低圧の動作油を蓄える低圧供給ユニット６０６からのラインが接続されている。その接続口は、閉弁用電磁弁６０７のプランジャに取り付けられた油抜き弁によって塞がれている。閉弁用電磁弁６０７に後述する閉弁パルス信号が入力されると、接続口を塞いでいた油抜き弁がプランジャによって開かれ、油圧制御室６０３の動作油が低圧供給ユニット６０６に抜けるため、バルブ本体６０１がスプリング６０２によって押し上げられてバルブが閉じるようになっている。
【０００７】
高圧油圧ポンプ６０５は、クランクシャフト６０８により駆動される。クランクシャフト６０８には、クランク角度検出用のクランク角度プーリ６０９が取り付けられている。
【０００８】
クランク角度プーリ６０９に臨ませてクランク角度センサ６１０が設けられている。シリンダヘッドには、バルブ本体６０１の変位量であるリフト量を検出するリフト量センサ６１１が設けられている。高圧油圧ポンプ６０５からの油圧のラインには、油圧を検出する油圧センサ６１２が設けられている。
【０００９】
弁開閉機構の制御は、ＥＣＭ（Engine Control Module）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）、又はＭＰＵ（Micro Processor Unit）と呼ばれるプログラム式デジタル演算回路（以下、ＥＣＭ）６１３においてプログラム（ソフトウェア）が実行されることで行われる。各センサの出力はＥＣＭ６１３のＩＯポートに入力される。また、ＥＣＭ６１３がＩＯポートから各部に指令する信号は、ドライバ６１４を介して各部へ出力される。
【００１０】
１つのバルブのための弁開閉機構に開弁用電磁弁６０４と閉弁用電磁弁６０７がひとつずつある。１つのシリンダに２つの吸気バルブと２つの排気バルブがあるので、６気筒エンジンでは、全部で２４個のバルブがあり、電磁弁は４８個となる。
【００１１】
図７（ａ）に示されるように、バルブのリフト量（燃焼室内への突き出し量）を制御することができる。すなわち、開弁用電磁弁６０４に印加する開弁パルス信号の時間幅により油圧制御室６０３に導入される油量を増減することで、バルブ本体６０１が押し下げられる距離、すなわちリフト量が制御できる。閉弁は基本的に全閉状態とし途中保持は行わないので、閉弁パルス信号の時間幅は開弁時のリフト量に対して十分余裕を持った長い時間とするのが好ましい。
【００１２】
図７（ｂ）に示されるように、開弁タイミングを変化させることができる。また、図７（ｃ）に示されるように、閉弁タイミングを変化させることができる。開弁パルス信号、閉弁パルス信号を何度のクランク角度で出力するかによりバルブを開く時期、閉じる時期が決まる。
【００１３】
このようにカムレスエンジンでは、開閉時期とリフト量が機械的にクランク角度に依存するのではなく、ＥＣＭ６１３からのパルス信号により開閉時期とリフト量を自由に制御することができる。実際には、ＥＣＭ６１３は、エンジン状態を表すエンジンパラメータに基づいて適切な開閉時期及びリフト量を求め、これに基づいて開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を生成することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】再表０２／０７９６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
カムレスエンジンでは、図８に示されるように、構成部材を電気系８０１、油圧系８０２、機械系８０３に大別できる。電気系８０１のＥＣＭ６１３が出力した開弁パルス信号と閉弁パルス信号がドライバ６１４に入力され、ドライバ６１４で電力が増幅された駆動電流が開弁用電磁弁６０４と閉弁用電磁弁６０７に伝達される。開弁用電磁弁６０４と閉弁用電磁弁６０７の動作コイルに駆動電流が流れると、電磁力によってプランジャが移動することにより、油圧系８０２では、油圧制御室６０３の油圧ラインが開閉される。油圧制御室６０３に動作油が導入され、あるいは油圧制御室６０３から動作油が導出されることにより、機械系８０３のバルブ本体６０１がスプリング６０２に抗して押し下げられ（開弁）、あるいはバルブ本体６０１がスプリング６０２によって押し上げられる（閉弁）。
【００１６】
電気系８０１、油圧系８０２、機械系８０３を構成する各部材は、動作コイル及びプランジャの応答、油圧の伝達（動作油の移動）、機械の移動などのため、それぞれ遅延を有する。これらの遅延が蓄積されるため、ＥＣＭ６１３が開弁パルス信号や閉弁パルス信号を出力した瞬間から、実際にバルブ本体６０１が目標リフト量に到達するまでに、図９のような遅延が生じる。ここで、バルブ本体６０１がリフト量＝０のときに開弁パルス信号ＯＰが立ち上げられてからバルブ本体６０１が開弁目標リフト量に到達するまでの時間を開弁遅延、バルブ本体６０１が開弁目標リフト量となっているときに閉弁パルス信号ＣＰが立ち上げられてからバルブ本体６０１が閉弁目標リフト量であるリフト量＝０に到達するまでの時間を閉弁遅延とする。なお、図示例では、開弁遅延は、開弁目標リフト量よりやや小さい値に到達した時点で測定し、閉弁遅延は、リフト量＝０よりやや大きい値に到達した時点で測定している。
【００１７】
これらの開弁遅延及び閉弁遅延があるため、ＥＣＭ６１３がエンジンに最適な時期に吸気又は排気を行おうとして開弁パルス信号や閉弁パルス信号を出力すると、実際に開弁、閉弁が達成される時期が遅れ、エンジンに最適な時期からずれてしまう。
【００１８】
開弁遅延や閉弁遅延を解消するために、これらの開弁遅延及び閉弁遅延をあらかじめ計測してＥＣＭ６１３に記憶させておき、エンジンに最適な時期よりも開弁遅延及び閉弁遅延だけ早めに開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力することが考えられる。
【００１９】
ところが、弁開閉機構には、バルブ本体６０１や油圧系、電磁弁に特性のバラツキがあるため、開弁遅延及び閉弁遅延は６気筒エンジンの２４個の弁開閉機構ごとに異なる。よって、全ての弁開閉機構について開弁遅延及び閉弁遅延を計測し、図１０のような補正値のテーブルを作成する必要がある。
【００２０】
しかし、弁開閉機構の特性をひとつひとつ計測して図１０のようなテーブルを作成するのには、手間がかかる。加えて、弁開閉機構の特性が経時変化（動作コイルの電磁力低下、スプリングの弾性低下など）することで、開弁遅延や閉弁遅延も変化する。このため、所望の時期に正確に開弁、閉弁をさせるのは困難である。
【００２１】
また、開弁遅延及び閉弁遅延は、燃焼室内圧力、吸気管内圧力、排気管内圧力、ガス流量等の外乱により変動する。これは、バルブ本体６０１の傘状部の表裏、すなわち燃焼室内外で圧力差が大きいと、バルブ本体６０１がその圧力差で押されるからである。このため、燃焼室内外で圧力差が大きいときに遅延を計測しても、その値は正確でない。
【００２２】
また、排気バルブの開弁は、膨張行程中またはその直後に行われるため、燃焼室内は高圧となっている。このとき、クランク角度の変化に対して燃焼室内圧力は大きく変化する。よって、排気バルブの開弁に関しては、開弁を行ったクランク角度により遅延が変動する。このため、排気バルブの開弁遅延を正確に計測するのは困難である。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、遅延補正値テーブルの作成が容易で、経時変化に対応することができ、正確な遅延補正値が得られるカムレスエンジン弁開閉制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために本発明は、カムレスエンジンの各シリンダに吸気バルブ及び排気バルブが設けられ、各バルブに対してそれぞれ開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力して各シリンダの吸排気を制御するカムレスエンジン弁開閉制御装置において、前記バルブのリフト量を検出するリフト量センサと、前記開弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が開弁目標リフト量に到達するまでの時間である開弁遅延を計測する開弁遅延計測部と、前記閉弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が閉弁目標リフト量に到達するまでの時間である閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部と、開弁遅延を補正するための開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブルと、閉弁遅延を補正するための閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブルと、前記開弁パルス信号を必要な開弁の時期より開弁遅延補正値だけ前に出力すると共に、前記閉弁パルス信号を必要な閉弁の時期より閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部と、計測した開弁遅延に基づいて前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値を更新すると共に、計測した閉弁遅延に基づいて前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部とを備えたものである。
【００２５】
前記テーブル更新部は、前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値に対し、計測した開弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算すると共に、前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値に対し、計測した閉弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算してもよい。
【００２６】
前記開弁遅延計測部及び前記閉弁遅延計測部は、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時のいずれかに計測を実行してもよい。
【００２７】
１つのシリンダに２つの排気バルブが設けられ、前記開弁遅延計測部は、同一シリンダの一方の排気バルブについて開弁遅延を計測する前に、他方の排気バルブを開弁させることにより、当該シリンダの燃焼室内圧力を低下させておいてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２９】
（１）遅延補正値テーブルの作成が容易である。
【００３０】
（２）経時変化に対応することができる。
【００３１】
（３）正確な遅延補正値が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を示すカムレスエンジン弁開閉制御装置の構成図である。
【図２】本発明における吸気バルブ開弁・閉弁及び排気バルブ閉弁の遅延学習の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明における排気バルブ開弁の遅延学習の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の排気バルブ閉弁の遅延学習における早開けの原理を示す特性図である。
【図５】本発明における開弁遅延・閉弁遅延の学習順序をクランク角度に沿って示したタイミングチャートである。
【図６】弁開閉機構の構成図である。
【図７】（ａ）は可変リフト量を説明する図、（ｂ）は開弁タイミング可変を説明する図、（ｃ）は閉弁タイミング可変を説明する図である。
【図８】弁開閉制御のブロック図である。
【図９】遅延を説明する特性図である。
【図１０】遅延補正値テーブルの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３４】
本発明に係るカムレスエンジン弁開閉制御装置は、開弁パルス信号及び閉弁パルス信号の出力からリフト量センサ６１１で検出した実際の開弁及び閉弁までの時間差（遅延）を計測し、この計測した遅延とＥＣＭ６１３のテーブルに記憶されている遅延補正値と比較し、遅延補正値を更新すること、すなわち学習を行うものである。学習は、遅延に影響を与える燃焼室内外圧力差が小さい運転条件下で実行する。燃焼室内圧力が大きく変化するエンジン行程中での排気バルブの学習に関しては、後に詳述する早期開弁で対応する。ハードウェア構成は図６で説明したものと同じであり、ＥＣＭ６１３に書き込まれるソフトウェア及びテーブルを新規にすることで本発明は実現される。
【００３５】
図１に示されるように、本発明に係るカムレスエンジン弁開閉制御装置（以下、弁開閉制御装置）１０１は、カムレスエンジンの各シリンダに吸気バルブ及び排気バルブが設けられ、各バルブに対してそれぞれ開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力して各シリンダの吸排気を制御する弁開閉制御装置１０１である。既に述べたように、１つのシリンダに吸気バルブ及び排気バルブが２つずつ設けられ、１つのバルブについて図６の弁開閉機構が１つ設けられる。
【００３６】
弁開閉制御装置１０１は、バルブのリフト量を検出するリフト量センサ６１１と、開弁パルス信号の出力からバルブのリフト量が開弁目標リフト量に到達するまでの時間である開弁遅延を計測する開弁遅延計測部１０２と、閉弁パルス信号の出力からバルブのリフト量が閉弁目標リフト量に到達するまでの時間である閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部１０３と、開弁遅延を補正するための開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブル１０４と、閉弁遅延を補正するための閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブル１０５と、開弁パルス信号を必要な開弁の時期より開弁遅延補正値だけ前に出力すると共に、閉弁パルス信号を必要な閉弁の時期より閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部１０６と、計測した開弁遅延に基づいて開弁遅延補正値テーブル１０４の開弁遅延補正値を更新すると共に、計測した閉弁遅延に基づいて閉弁遅延補正値テーブル１０５の閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部１０７とを備える。
【００３７】
開弁遅延計測部１０２、閉弁遅延計測部１０３、開弁遅延補正値テーブル１０４、閉弁遅延補正値テーブル１０５、遅延補正部１０６、テーブル更新部１０７は、ＥＣＭ６１３内にソフトウェア及びメモリとして設けられる。
【００３８】
ＥＣＭ６１３は、従来同様、エンジン状態を表すエンジンパラメータに基づいて適切な開閉時期及びリフト量を求め、その開閉時期及びリフト量に基づいて開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を生成するようになっている。遅延補正部１０６は、その開閉時期に対して遅延補正値を適用することになる。
【００３９】
開弁遅延補正値テーブル１０４と閉弁遅延補正値テーブル１０５は、図１０に示されるように、気筒ごとに吸気バルブＩＶ＃１、吸気バルブＩＶ＃２、排気バルブＥＶ＃１、排気バルブＥＶ＃２の欄を有し、各欄に遅延補正値（単位μｓ）が記憶される。従来は遅延補正値が固定値であったのに対し、本発明では遅延補正値が学習によって更新される。
【００４０】
本実施形態では、テーブル更新部１０７は、開弁遅延補正値テーブル１０４の開弁遅延補正値に対し、計測した開弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算すると共に、閉弁遅延補正値テーブル１０５の閉弁遅延補正値に対し、計測した閉弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算するようになっている。
【００４１】
本実施形態では、開弁遅延計測部１０２及び閉弁遅延計測部１０３は、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時のいずれかに計測を実行するようになっている。
【００４２】
本実施形態では、開弁遅延計測部１０２は、同一シリンダの一方の排気バルブについて開弁遅延を計測する前に、他方の排気バルブを開弁させることにより、当該シリンダの燃焼室内圧力を低下させておくようになっている。
【００４３】
図２に、吸気バルブ開弁・閉弁及び排気バルブ閉弁の遅延学習の手順を示す。
【００４４】
手順は、大きく初期化、計測、更新のステージからなる。
【００４５】
初期化のステージでは、ステップＳ２１にて、時間カウンタをクリアする。時間カウンタは適宜な時間計測単位で時間をカウントして遅延を計測するためのカウンタである。
【００４６】
計測のステージでは、ステップＳ２２にて、パルス信号（開弁パルス信号又は閉弁パルス信号）を出力する。ステップＳ２３にて、時間カウンタに時間計測単位の値を加算する。ステップＳ２４にて、リフト量センサ６１１が検出するリフト量が開弁又は閉弁の目標リフト量に到達したかどうか判定する。ＮＯであれば、時間計測単位の時間後に、ステップＳ２３に戻る。ステップＳ２４がＹＥＳであれば、更新のステージに進む。このとき、時間カウンタに表れている値が計測された遅延である。
【００４７】
更新のステージでは、ステップＳ２５にて、時間カウンタ値（開弁遅延又は閉弁遅延）がテーブル値（開弁遅延補正値又は閉弁遅延補正値）より大きいかどうか判定する。ＹＥＳであれば、ステップＳ２６にて、テーブル値に増加値を加算してテーブル値を更新する。増加値とは、一回の加算で極端に遅延補正値が増加しないよう、あらかじめ設定されている一定値である。ステップＳ２５がＮＯであれば、ステップＳ２７にて、時間カウンタ値がテーブル値より小さいかどうか判定する。ＹＥＳであれば、ステップＳ２８にて、テーブル値から減少値を減算してテーブル値を更新する。減少値とは、一回の減算で極端に遅延補正値が減少しないよう、あらかじめ設定されている一定値である。ステップＳ２７がＮＯであれば、更新はしないで終了する。
【００４８】
図３に、排気バルブ開弁の遅延学習の遅延学習の手順を示す。
【００４９】
手順は、大きく初期化、燃焼室内圧力低下、計測、更新のステージからなる。初期化、計測、更新のステージは、図２と同様であるから、説明を省略する。
【００５０】
燃焼室内圧力低下のステージでは、ステップＳ３２にて、計測対象と反対の排気バルブを早期開弁する。計測対象と反対の排気バルブとは、例えば、計測対象のバルブが第１気筒の排気バルブＥＶ＃１であるとすると、第１気筒の排気バルブＥＶ＃２のことである。早期開弁とは、燃焼室内圧力を低下させるために、本来の開弁時期よりも一定時間だけ早い時期に開弁することである。ステップＳ３３にて、一定時間が経過するのを待ち、一定時間が経過したら計測のステージに進む。
【００５１】
以下、本発明の弁開閉制御装置１の動作を説明する。
【００５２】
学習は、バルブが大気開放に近いエンジン状態、すなわち吸気管又は排気管と燃焼室との圧力差ができるだけ小さく、吸気量又は排気ガス量が少ないという条件が成立しているときを選んで行う。具体的には、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時がこれに相当する。
【００５３】
弁開閉制御装置１は、エンジン状態が所望の条件を満たすと、学習を実行する。学習は、各気筒において、２つの吸気バルブＩＶ＃１及びＩＶ＃２と２つの排気バルブＥＶ＃１及びＥＶ＃２について、開弁遅延と閉弁遅延の学習を行うが、吸気バルブの開弁、閉弁及び排気バルブの閉弁時は燃焼室内圧力が低いので図２の手順を用いる。
【００５４】
すなわち、開弁パルス信号又は閉弁パルス信号（図２中では、パルス信号）を出力してからリフト量が目標リフト量に到達するまでの時間を遅延として計測する。計測した遅延と、テーブルに記憶されている遅延補正値と比較して異なっていれば遅延補正値を更新する。このとき、計測した遅延をそのまま新しい遅延補正値にしてしまうと、センサノイズ等による異常値を計測してしまったときに誤学習となるおそれがある。そこで、誤学習を回避するべく、一定の増加値又は減少値（例えば、１０μｓ）を加算又は減算する。これにより、遅延補正値の増減が緩やかになり、異常値の影響を排除できる。
【００５５】
次に、排気バルブの開弁時は燃焼室内圧力が高いので、図３の手順を用いる。図３の手順では、最初に早期開弁による燃焼室内圧力の低下を行う。
【００５６】
ここで、図４に示されるように、排気バルブの開弁は、膨張行程中またはその直後の排気行程で行われるため、燃焼室内は高圧となっている。このときクランク角度の変化に対して燃焼室内圧力は大きく変化する。この期間中に開弁を行うと、クランク角度により開弁遅延が大きく変動する。そこで、本発明では、エンジン運転に支障を及ぼさない範囲（例えばエンジンブレーキ等の燃料カット中）に、２つある排気バルブの片方を早いクランク角度にて早期開弁して燃焼室内圧力を低下させる。図示例では、計測対象ではない排気バルブＥＶ＃１を早期開弁することにより燃焼室内圧力を低下させている。その後、計測対象であるもう片方の排気バルブＥＶ＃２の開弁を行う。これにより、排気バルブＥＶ＃２が開弁時に受ける燃焼室内圧力が小さくなるので、開弁遅延の計測が正確になる。
【００５７】
図５に、本発明における開弁遅延・閉弁遅延の学習順序をクランク角度に沿って示す。これに併せて、ピストンの軌跡と排気バルブ及び吸気バルブの代表的な軌跡を太線で示す。
【００５８】
図示のように、クランク角度０°の排気上死点（Top Dead Center；ＴＤＣ）より前の排気行程では、まず、排気バルブＥＶ＃２が早期開弁され、その後、排気バルブＥＶ＃１の開弁遅延学習が行われる。排気バルブＥＶ＃１と排気バルブＥＶ＃２の閉弁は同時であり、このときそれぞれ閉弁遅延学習が行われる。
【００５９】
クランク角度０°の排気ＴＤＣ後の吸気行程では、吸気バルブＩＶ＃１と吸気バルブＩＶ＃２の開弁遅延学習と閉弁遅延学習が行われる。
【００６０】
クランク角度３６０°の圧縮ＴＤＣ後の膨張行程を経て、排気行程にて排気バルブＥＶ＃１が早期開弁され、その後、排気バルブＥＶ＃２の開弁遅延学習が行われる。このようにして、１エンジンサイクルごとに、２つの排気バルブを交替で１回ずつ閉弁遅延学習する。
【００６１】
以上説明したように、本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、開弁遅延補正値と閉弁遅延補正値をテーブルに記憶しておき、開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を必要な時期の遅延補正値だけ前に出力するようにしたので、弁開閉機構のバラツキに対応して所望した時期に正確にバルブ開閉ができる。これに加えて、開弁遅延及び閉弁遅延を計測して開弁遅延補正値及び閉弁遅延補正値を更新するようにしたので、経時変化にも対応して正確にバルブ開閉ができる。この結果、いつでもエンジンに望ましい正確な時期にバルブ開閉を行うことができるようになり、燃費特性、排気ガス特性、出力トルク特性の改善が期待できる。
【００６２】
本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、開弁遅延補正値テーブル１０４及び閉弁遅延補正値テーブル１０５は学習によって更新されるので、初期値は画一的な値とすることができる。よって、従来の固定値のテーブルのように精密な実験を重ねてテーブルを作成する必要がなくなり、テーブルの作成が容易となる。
【００６３】
本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時など、吸気管又は排気管と燃焼室との圧力差が小さいときに遅延を計測するので、正確な計測が可能となる。
【００６４】
本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、１つのシリンダにある２つの排気バルブのうち、計測対象でない排気バルブを早期開弁して燃焼室内圧力を低下させてから、計測対象の排気バルブを開弁させて遅延を計測するようにしたので、排気バルブの開弁遅延の正確な計測が可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１０１ 弁開閉制御装置
１０２ 開弁遅延計測部
１０３ 閉弁遅延計測部
１０４ 開弁遅延補正値テーブル
１０５ 閉弁遅延補正値テーブル
１０６ 遅延補正部
１０７ テーブル更新部
６０１ バルブ本体
６０３ 油圧制御室
６０４ 開弁用電磁弁
６０７ 閉弁用電磁弁
６１１ リフト量センサ
６１３ ＥＣＭ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトを廃止し、吸気バルブ及び排気バルブを電子制御するカムレスエンジンの弁開閉制御装置に係り、遅延補正値テーブルの作成が容易で、経時変化に対応することができ、正確な遅延補正値が得られるカムレスエンジン弁開閉制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンに対する排気ガス規制強化と燃費改善の要求拡大に伴い、エンジンの燃焼制御が高度化している。燃焼制御のひとつとして、吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期とリフト量をエンジンの運転状態に応じて変化させる可変動弁制御がある。カムシャフトを有するエンジンにおいてカムシャフトで決まる開閉時期とリフト量に対して変化を与える可変動弁制御が既に普及している。
【０００３】
これに対し、本発明者は、カムシャフトを使わずに、電磁弁で制御された油圧により、クランク角に対して機械的に固定されない開閉時期とリフト量で吸気バルブ及び排気バルブを動作させるカムレスエンジンを研究開発中である。
【０００４】
図６に、カムレスエンジンの弁開閉機構を示す。弁開閉機構は、吸気バルブと排気バルブのどちらも同じである。
【０００５】
シリンダヘッドに挿通されたバルブ本体６０１は、スプリング６０２によって閉弁方向に付勢されている。シリンダヘッドに取り付けられたカムレスブロックには、バルブ本体６０１の上端側を動作油で圧してバルブ本体６０１を押し下げるための油圧制御室６０３が設けられている。油圧制御室６０３には、開弁用電磁弁６０４からの動作油が導入されるラインが接続されている。開弁用電磁弁６０４には、高圧の動作油を供給する高圧油圧ポンプ６０５からの動作油が導入されるラインが接続されている。開弁用電磁弁６０４に後述する開弁パルス信号が入力されると、開弁用電磁弁６０４内でライン同士を塞いでいたプランジャが退くことにより、高圧の動作油が油圧制御室６０３に導入され、バルブ本体６０１が押し下げられてバルブが開くようになっている。開弁パルス信号がなくなるとプランジャが進出して油圧制御室６０３への動作油の導入が止まる。
【０００６】
油圧制御室６０３には、低圧の動作油を蓄える低圧供給ユニット６０６からのラインが接続されている。その接続口は、閉弁用電磁弁６０７のプランジャに取り付けられた油抜き弁によって塞がれている。閉弁用電磁弁６０７に後述する閉弁パルス信号が入力されると、接続口を塞いでいた油抜き弁がプランジャによって開かれ、油圧制御室６０３の動作油が低圧供給ユニット６０６に抜けるため、バルブ本体６０１がスプリング６０２によって押し上げられてバルブが閉じるようになっている。
【０００７】
高圧油圧ポンプ６０５は、クランクシャフト６０８により駆動される。クランクシャフト６０８には、クランク角度検出用のクランク角度プーリ６０９が取り付けられている。
【０００８】
クランク角度プーリ６０９に臨ませてクランク角度センサ６１０が設けられている。シリンダヘッドには、バルブ本体６０１の変位量であるリフト量を検出するリフト量センサ６１１が設けられている。高圧油圧ポンプ６０５からの油圧のラインには、油圧を検出する油圧センサ６１２が設けられている。
【０００９】
弁開閉機構の制御は、ＥＣＭ（Engine Control Module）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）、又はＭＰＵ（Micro Processor Unit）と呼ばれるプログラム式デジタル演算回路（以下、ＥＣＭ）６１３においてプログラム（ソフトウェア）が実行されることで行われる。各センサの出力はＥＣＭ６１３のＩＯポートに入力される。また、ＥＣＭ６１３がＩＯポートから各部に指令する信号は、ドライバ６１４を介して各部へ出力される。
【００１０】
１つのバルブのための弁開閉機構に開弁用電磁弁６０４と閉弁用電磁弁６０７がひとつずつある。１つのシリンダに２つの吸気バルブと２つの排気バルブがあるので、６気筒エンジンでは、全部で２４個のバルブがあり、電磁弁は４８個となる。
【００１１】
図７（ａ）に示されるように、バルブのリフト量（燃焼室内への突き出し量）を制御することができる。すなわち、開弁用電磁弁６０４に印加する開弁パルス信号の時間幅により油圧制御室６０３に導入される油量を増減することで、バルブ本体６０１が押し下げられる距離、すなわちリフト量が制御できる。閉弁は基本的に全閉状態とし途中保持は行わないので、閉弁パルス信号の時間幅は開弁時のリフト量に対して十分余裕を持った長い時間とするのが好ましい。
【００１２】
図７（ｂ）に示されるように、開弁タイミングを変化させることができる。また、図７（ｃ）に示されるように、閉弁タイミングを変化させることができる。開弁パルス信号、閉弁パルス信号を何度のクランク角度で出力するかによりバルブを開く時期、閉じる時期が決まる。
【００１３】
このようにカムレスエンジンでは、開閉時期とリフト量が機械的にクランク角度に依存するのではなく、ＥＣＭ６１３からのパルス信号により開閉時期とリフト量を自由に制御することができる。実際には、ＥＣＭ６１３は、エンジン状態を表すエンジンパラメータに基づいて適切な開閉時期及びリフト量を求め、これに基づいて開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を生成することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】再表０２／０７９６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
カムレスエンジンでは、図８に示されるように、構成部材を電気系８０１、油圧系８０２、機械系８０３に大別できる。電気系８０１のＥＣＭ６１３が出力した開弁パルス信号と閉弁パルス信号がドライバ６１４に入力され、ドライバ６１４で電力が増幅された駆動電流が開弁用電磁弁６０４と閉弁用電磁弁６０７に伝達される。開弁用電磁弁６０４と閉弁用電磁弁６０７の動作コイルに駆動電流が流れると、電磁力によってプランジャが移動することにより、油圧系８０２では、油圧制御室６０３の油圧ラインが開閉される。油圧制御室６０３に動作油が導入され、あるいは油圧制御室６０３から動作油が導出されることにより、機械系８０３のバルブ本体６０１がスプリング６０２に抗して押し下げられ（開弁）、あるいはバルブ本体６０１がスプリング６０２によって押し上げられる（閉弁）。
【００１６】
電気系８０１、油圧系８０２、機械系８０３を構成する各部材は、動作コイル及びプランジャの応答、油圧の伝達（動作油の移動）、機械の移動などのため、それぞれ遅延を有する。これらの遅延が蓄積されるため、ＥＣＭ６１３が開弁パルス信号や閉弁パルス信号を出力した瞬間から、実際にバルブ本体６０１が目標リフト量に到達するまでに、図９のような遅延が生じる。ここで、バルブ本体６０１がリフト量＝０のときに開弁パルス信号ＯＰが立ち上げられてからバルブ本体６０１が開弁目標リフト量に到達するまでの時間を開弁遅延、バルブ本体６０１が開弁目標リフト量となっているときに閉弁パルス信号ＣＰが立ち上げられてからバルブ本体６０１が閉弁目標リフト量であるリフト量＝０に到達するまでの時間を閉弁遅延とする。なお、図示例では、開弁遅延は、開弁目標リフト量よりやや小さい値に到達した時点で測定し、閉弁遅延は、リフト量＝０よりやや大きい値に到達した時点で測定している。
【００１７】
これらの開弁遅延及び閉弁遅延があるため、ＥＣＭ６１３がエンジンに最適な時期に吸気又は排気を行おうとして開弁パルス信号や閉弁パルス信号を出力すると、実際に開弁、閉弁が達成される時期が遅れ、エンジンに最適な時期からずれてしまう。
【００１８】
開弁遅延や閉弁遅延を解消するために、これらの開弁遅延及び閉弁遅延をあらかじめ計測してＥＣＭ６１３に記憶させておき、エンジンに最適な時期よりも開弁遅延及び閉弁遅延だけ早めに開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力することが考えられる。
【００１９】
ところが、弁開閉機構には、バルブ本体６０１や油圧系、電磁弁に特性のバラツキがあるため、開弁遅延及び閉弁遅延は６気筒エンジンの２４個の弁開閉機構ごとに異なる。よって、全ての弁開閉機構について開弁遅延及び閉弁遅延を計測し、図１０のような補正値のテーブルを作成する必要がある。
【００２０】
しかし、弁開閉機構の特性をひとつひとつ計測して図１０のようなテーブルを作成するのには、手間がかかる。加えて、弁開閉機構の特性が経時変化（動作コイルの電磁力低下、スプリングの弾性低下など）することで、開弁遅延や閉弁遅延も変化する。このため、所望の時期に正確に開弁、閉弁をさせるのは困難である。
【００２１】
また、開弁遅延及び閉弁遅延は、燃焼室内圧力、吸気管内圧力、排気管内圧力、ガス流量等の外乱により変動する。これは、バルブ本体６０１の傘状部の表裏、すなわち燃焼室内外で圧力差が大きいと、バルブ本体６０１がその圧力差で押されるからである。このため、燃焼室内外で圧力差が大きいときに遅延を計測しても、その値は正確でない。
【００２２】
また、排気バルブの開弁は、膨張行程中またはその直後に行われるため、燃焼室内は高圧となっている。このとき、クランク角度の変化に対して燃焼室内圧力は大きく変化する。よって、排気バルブの開弁に関しては、開弁を行ったクランク角度により遅延が変動する。このため、排気バルブの開弁遅延を正確に計測するのは困難である。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、遅延補正値テーブルの作成が容易で、経時変化に対応することができ、正確な遅延補正値が得られるカムレスエンジン弁開閉制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために本発明は、カムレスエンジンの各シリンダに吸気バルブ及び排気バルブが設けられ、各バルブに対してそれぞれ開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力して各シリンダの吸排気を制御するカムレスエンジン弁開閉制御装置において、前記バルブのリフト量を検出するリフト量センサと、前記開弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が開弁目標リフト量に到達するまでの時間である開弁遅延を計測する開弁遅延計測部と、前記閉弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が閉弁目標リフト量に到達するまでの時間である閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部と、開弁遅延を補正するための開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブルと、閉弁遅延を補正するための閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブルと、前記開弁パルス信号を必要な開弁の時期より開弁遅延補正値だけ前に出力すると共に、前記閉弁パルス信号を必要な閉弁の時期より閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部と、計測した開弁遅延に基づいて前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値を更新すると共に、計測した閉弁遅延に基づいて前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部とを備えたものである。
【００２５】
前記テーブル更新部は、前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値に対し、計測した開弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算すると共に、前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値に対し、計測した閉弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算してもよい。
【００２６】
前記開弁遅延計測部及び前記閉弁遅延計測部は、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時のいずれかに計測を実行してもよい。
【００２７】
１つのシリンダに２つの排気バルブが設けられ、前記開弁遅延計測部は、同一シリンダの一方の排気バルブについて開弁遅延を計測する前に、他方の排気バルブを開弁させることにより、当該シリンダの燃焼室内圧力を低下させておいてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２９】
（１）遅延補正値テーブルの作成が容易である。
【００３０】
（２）経時変化に対応することができる。
【００３１】
（３）正確な遅延補正値が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を示すカムレスエンジン弁開閉制御装置の構成図である。
【図２】本発明における吸気バルブ開弁・閉弁及び排気バルブ閉弁の遅延学習の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明における排気バルブ開弁の遅延学習の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の排気バルブ閉弁の遅延学習における早開けの原理を示す特性図である。
【図５】本発明における開弁遅延・閉弁遅延の学習順序をクランク角度に沿って示したタイミングチャートである。
【図６】弁開閉機構の構成図である。
【図７】（ａ）は可変リフト量を説明する図、（ｂ）は開弁タイミング可変を説明する図、（ｃ）は閉弁タイミング可変を説明する図である。
【図８】弁開閉制御のブロック図である。
【図９】遅延を説明する特性図である。
【図１０】遅延補正値テーブルの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３４】
本発明に係るカムレスエンジン弁開閉制御装置は、開弁パルス信号及び閉弁パルス信号の出力からリフト量センサ６１１で検出した実際の開弁及び閉弁までの時間差（遅延）を計測し、この計測した遅延とＥＣＭ６１３のテーブルに記憶されている遅延補正値と比較し、遅延補正値を更新すること、すなわち学習を行うものである。学習は、遅延に影響を与える燃焼室内外圧力差が小さい運転条件下で実行する。燃焼室内圧力が大きく変化するエンジン行程中での排気バルブの学習に関しては、後に詳述する早期開弁で対応する。ハードウェア構成は図６で説明したものと同じであり、ＥＣＭ６１３に書き込まれるソフトウェア及びテーブルを新規にすることで本発明は実現される。
【００３５】
図１に示されるように、本発明に係るカムレスエンジン弁開閉制御装置（以下、弁開閉制御装置）１０１は、カムレスエンジンの各シリンダに吸気バルブ及び排気バルブが設けられ、各バルブに対してそれぞれ開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力して各シリンダの吸排気を制御する弁開閉制御装置１０１である。既に述べたように、１つのシリンダに吸気バルブ及び排気バルブが２つずつ設けられ、１つのバルブについて図６の弁開閉機構が１つ設けられる。
【００３６】
弁開閉制御装置１０１は、バルブのリフト量を検出するリフト量センサ６１１と、開弁パルス信号の出力からバルブのリフト量が開弁目標リフト量に到達するまでの時間である開弁遅延を計測する開弁遅延計測部１０２と、閉弁パルス信号の出力からバルブのリフト量が閉弁目標リフト量に到達するまでの時間である閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部１０３と、開弁遅延を補正するための開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブル１０４と、閉弁遅延を補正するための閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブル１０５と、開弁パルス信号を必要な開弁の時期より開弁遅延補正値だけ前に出力すると共に、閉弁パルス信号を必要な閉弁の時期より閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部１０６と、計測した開弁遅延に基づいて開弁遅延補正値テーブル１０４の開弁遅延補正値を更新すると共に、計測した閉弁遅延に基づいて閉弁遅延補正値テーブル１０５の閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部１０７とを備える。
【００３７】
開弁遅延計測部１０２、閉弁遅延計測部１０３、開弁遅延補正値テーブル１０４、閉弁遅延補正値テーブル１０５、遅延補正部１０６、テーブル更新部１０７は、ＥＣＭ６１３内にソフトウェア及びメモリとして設けられる。
【００３８】
ＥＣＭ６１３は、従来同様、エンジン状態を表すエンジンパラメータに基づいて適切な開閉時期及びリフト量を求め、その開閉時期及びリフト量に基づいて開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を生成するようになっている。遅延補正部１０６は、その開閉時期に対して遅延補正値を適用することになる。
【００３９】
開弁遅延補正値テーブル１０４と閉弁遅延補正値テーブル１０５は、図１０に示されるように、気筒ごとに吸気バルブＩＶ＃１、吸気バルブＩＶ＃２、排気バルブＥＶ＃１、排気バルブＥＶ＃２の欄を有し、各欄に遅延補正値（単位μｓ）が記憶される。従来は遅延補正値が固定値であったのに対し、本発明では遅延補正値が学習によって更新される。
【００４０】
本実施形態では、テーブル更新部１０７は、開弁遅延補正値テーブル１０４の開弁遅延補正値に対し、計測した開弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算すると共に、閉弁遅延補正値テーブル１０５の閉弁遅延補正値に対し、計測した閉弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算するようになっている。
【００４１】
本実施形態では、開弁遅延計測部１０２及び閉弁遅延計測部１０３は、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時のいずれかに計測を実行するようになっている。
【００４２】
本実施形態では、開弁遅延計測部１０２は、同一シリンダの一方の排気バルブについて開弁遅延を計測する前に、他方の排気バルブを開弁させることにより、当該シリンダの燃焼室内圧力を低下させておくようになっている。
【００４３】
図２に、吸気バルブ開弁・閉弁及び排気バルブ閉弁の遅延学習の手順を示す。
【００４４】
手順は、大きく初期化、計測、更新のステージからなる。
【００４５】
初期化のステージでは、ステップＳ２１にて、時間カウンタをクリアする。時間カウンタは適宜な時間計測単位で時間をカウントして遅延を計測するためのカウンタである。
【００４６】
計測のステージでは、ステップＳ２２にて、パルス信号（開弁パルス信号又は閉弁パルス信号）を出力する。ステップＳ２３にて、時間カウンタに時間計測単位の値を加算する。ステップＳ２４にて、リフト量センサ６１１が検出するリフト量が開弁又は閉弁の目標リフト量に到達したかどうか判定する。ＮＯであれば、時間計測単位の時間後に、ステップＳ２３に戻る。ステップＳ２４がＹＥＳであれば、更新のステージに進む。このとき、時間カウンタに表れている値が計測された遅延である。
【００４７】
更新のステージでは、ステップＳ２５にて、時間カウンタ値（開弁遅延又は閉弁遅延）がテーブル値（開弁遅延補正値又は閉弁遅延補正値）より大きいかどうか判定する。ＹＥＳであれば、ステップＳ２６にて、テーブル値に増加値を加算してテーブル値を更新する。増加値とは、一回の加算で極端に遅延補正値が増加しないよう、あらかじめ設定されている一定値である。ステップＳ２５がＮＯであれば、ステップＳ２７にて、時間カウンタ値がテーブル値より小さいかどうか判定する。ＹＥＳであれば、ステップＳ２８にて、テーブル値から減少値を減算してテーブル値を更新する。減少値とは、一回の減算で極端に遅延補正値が減少しないよう、あらかじめ設定されている一定値である。ステップＳ２７がＮＯであれば、更新はしないで終了する。
【００４８】
図３に、排気バルブ開弁の遅延学習の遅延学習の手順を示す。
【００４９】
手順は、大きく初期化、燃焼室内圧力低下、計測、更新のステージからなる。初期化、計測、更新のステージは、図２と同様であるから、説明を省略する。
【００５０】
燃焼室内圧力低下のステージでは、ステップＳ３２にて、計測対象と反対の排気バルブを早期開弁する。計測対象と反対の排気バルブとは、例えば、計測対象のバルブが第１気筒の排気バルブＥＶ＃１であるとすると、第１気筒の排気バルブＥＶ＃２のことである。早期開弁とは、燃焼室内圧力を低下させるために、本来の開弁時期よりも一定時間だけ早い時期に開弁することである。ステップＳ３３にて、一定時間が経過するのを待ち、一定時間が経過したら計測のステージに進む。
【００５１】
以下、本発明の弁開閉制御装置１の動作を説明する。
【００５２】
学習は、バルブが大気開放に近いエンジン状態、すなわち吸気管又は排気管と燃焼室との圧力差ができるだけ小さく、吸気量又は排気ガス量が少ないという条件が成立しているときを選んで行う。具体的には、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時がこれに相当する。
【００５３】
弁開閉制御装置１は、エンジン状態が所望の条件を満たすと、学習を実行する。学習は、各気筒において、２つの吸気バルブＩＶ＃１及びＩＶ＃２と２つの排気バルブＥＶ＃１及びＥＶ＃２について、開弁遅延と閉弁遅延の学習を行うが、吸気バルブの開弁、閉弁及び排気バルブの閉弁時は燃焼室内圧力が低いので図２の手順を用いる。
【００５４】
すなわち、開弁パルス信号又は閉弁パルス信号（図２中では、パルス信号）を出力してからリフト量が目標リフト量に到達するまでの時間を遅延として計測する。計測した遅延と、テーブルに記憶されている遅延補正値と比較して異なっていれば遅延補正値を更新する。このとき、計測した遅延をそのまま新しい遅延補正値にしてしまうと、センサノイズ等による異常値を計測してしまったときに誤学習となるおそれがある。そこで、誤学習を回避するべく、一定の増加値又は減少値（例えば、１０μｓ）を加算又は減算する。これにより、遅延補正値の増減が緩やかになり、異常値の影響を排除できる。
【００５５】
次に、排気バルブの開弁時は燃焼室内圧力が高いので、図３の手順を用いる。図３の手順では、最初に早期開弁による燃焼室内圧力の低下を行う。
【００５６】
ここで、図４に示されるように、排気バルブの開弁は、膨張行程中またはその直後の排気行程で行われるため、燃焼室内は高圧となっている。このときクランク角度の変化に対して燃焼室内圧力は大きく変化する。この期間中に開弁を行うと、クランク角度により開弁遅延が大きく変動する。そこで、本発明では、エンジン運転に支障を及ぼさない範囲（例えばエンジンブレーキ等の燃料カット中）に、２つある排気バルブの片方を早いクランク角度にて早期開弁して燃焼室内圧力を低下させる。図示例では、計測対象ではない排気バルブＥＶ＃１を早期開弁することにより燃焼室内圧力を低下させている。その後、計測対象であるもう片方の排気バルブＥＶ＃２の開弁を行う。これにより、排気バルブＥＶ＃２が開弁時に受ける燃焼室内圧力が小さくなるので、開弁遅延の計測が正確になる。
【００５７】
図５に、本発明における開弁遅延・閉弁遅延の学習順序をクランク角度に沿って示す。これに併せて、ピストンの軌跡と排気バルブ及び吸気バルブの代表的な軌跡を太線で示す。
【００５８】
図示のように、クランク角度０°の排気上死点（Top Dead Center；ＴＤＣ）より前の排気行程では、まず、排気バルブＥＶ＃２が早期開弁され、その後、排気バルブＥＶ＃１の開弁遅延学習が行われる。排気バルブＥＶ＃１と排気バルブＥＶ＃２の閉弁は同時であり、このときそれぞれ閉弁遅延学習が行われる。
【００５９】
クランク角度０°の排気ＴＤＣ後の吸気行程では、吸気バルブＩＶ＃１と吸気バルブＩＶ＃２の開弁遅延学習と閉弁遅延学習が行われる。
【００６０】
クランク角度３６０°の圧縮ＴＤＣ後の膨張行程を経て、排気行程にて排気バルブＥＶ＃１が早期開弁され、その後、排気バルブＥＶ＃２の開弁遅延学習が行われる。このようにして、１エンジンサイクルごとに、２つの排気バルブを交替で１回ずつ閉弁遅延学習する。
【００６１】
以上説明したように、本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、開弁遅延補正値と閉弁遅延補正値をテーブルに記憶しておき、開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を必要な時期の遅延補正値だけ前に出力するようにしたので、弁開閉機構のバラツキに対応して所望した時期に正確にバルブ開閉ができる。これに加えて、開弁遅延及び閉弁遅延を計測して開弁遅延補正値及び閉弁遅延補正値を更新するようにしたので、経時変化にも対応して正確にバルブ開閉ができる。この結果、いつでもエンジンに望ましい正確な時期にバルブ開閉を行うことができるようになり、燃費特性、排気ガス特性、出力トルク特性の改善が期待できる。
【００６２】
本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、開弁遅延補正値テーブル１０４及び閉弁遅延補正値テーブル１０５は学習によって更新されるので、初期値は画一的な値とすることができる。よって、従来の固定値のテーブルのように精密な実験を重ねてテーブルを作成する必要がなくなり、テーブルの作成が容易となる。
【００６３】
本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時など、吸気管又は排気管と燃焼室との圧力差が小さいときに遅延を計測するので、正確な計測が可能となる。
【００６４】
本発明の弁開閉制御装置１０１によれば、１つのシリンダにある２つの排気バルブのうち、計測対象でない排気バルブを早期開弁して燃焼室内圧力を低下させてから、計測対象の排気バルブを開弁させて遅延を計測するようにしたので、排気バルブの開弁遅延の正確な計測が可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１０１ 弁開閉制御装置
１０２ 開弁遅延計測部
１０３ 閉弁遅延計測部
１０４ 開弁遅延補正値テーブル
１０５ 閉弁遅延補正値テーブル
１０６ 遅延補正部
１０７ テーブル更新部
６０１ バルブ本体
６０３ 油圧制御室
６０４ 開弁用電磁弁
６０７ 閉弁用電磁弁
６１１ リフト量センサ
６１３ ＥＣＭ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムレスエンジンの各シリンダに吸気バルブ及び排気バルブが設けられ、各バルブに対してそれぞれ開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力して各シリンダの吸排気を制御するカムレスエンジン弁開閉制御装置において、
前記バルブのリフト量を検出するリフト量センサと、
前記開弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が開弁目標リフト量に到達するまでの時間である開弁遅延を計測する開弁遅延計測部と、
前記閉弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が閉弁目標リフト量に到達するまでの時間である閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部と、
開弁遅延を補正するための開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブルと、
閉弁遅延を補正するための閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブルと、
前記開弁パルス信号を必要な開弁の時期より開弁遅延補正値だけ前に出力すると共に、前記閉弁パルス信号を必要な閉弁の時期より閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部と、
計測した開弁遅延に基づいて前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値を更新すると共に、計測した閉弁遅延に基づいて前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部とを備えたことを特徴とするカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【請求項２】
前記テーブル更新部は、前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値に対し、計測した開弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算すると共に、前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値に対し、計測した閉弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算することを特徴とする請求項１記載のカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【請求項３】
前記開弁遅延計測部及び前記閉弁遅延計測部は、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時のいずれかに計測を実行することを特徴とする請求項１又は２記載のカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【請求項４】
１つのシリンダに２つの排気バルブが設けられ、
前記開弁遅延計測部は、同一シリンダの一方の排気バルブについて開弁遅延を計測する前に、他方の排気バルブを開弁させることにより、当該シリンダの燃焼室内圧力を低下させておくことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【請求項１】
カムレスエンジンの各シリンダに吸気バルブ及び排気バルブが設けられ、各バルブに対してそれぞれ開弁パルス信号及び閉弁パルス信号を出力して各シリンダの吸排気を制御するカムレスエンジン弁開閉制御装置において、
前記バルブのリフト量を検出するリフト量センサと、
前記開弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が開弁目標リフト量に到達するまでの時間である開弁遅延を計測する開弁遅延計測部と、
前記閉弁パルス信号の出力から前記バルブのリフト量が閉弁目標リフト量に到達するまでの時間である閉弁遅延を計測する閉弁遅延計測部と、
開弁遅延を補正するための開弁遅延補正値を記憶する開弁遅延補正値テーブルと、
閉弁遅延を補正するための閉弁遅延補正値を記憶する閉弁遅延補正値テーブルと、
前記開弁パルス信号を必要な開弁の時期より開弁遅延補正値だけ前に出力すると共に、前記閉弁パルス信号を必要な閉弁の時期より閉弁遅延補正値だけ前に出力する遅延補正部と、
計測した開弁遅延に基づいて前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値を更新すると共に、計測した閉弁遅延に基づいて前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値を更新するテーブル更新部とを備えたことを特徴とするカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【請求項２】
前記テーブル更新部は、前記開弁遅延補正値テーブルの開弁遅延補正値に対し、計測した開弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算すると共に、前記閉弁遅延補正値テーブルの閉弁遅延補正値に対し、計測した閉弁遅延との差が小さくなるように一定値を加算又は減算することを特徴とする請求項１記載のカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【請求項３】
前記開弁遅延計測部及び前記閉弁遅延計測部は、アイドル運転時、エンジンブレーキ時、燃料噴射停止時のいずれかに計測を実行することを特徴とする請求項１又は２記載のカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【請求項４】
１つのシリンダに２つの排気バルブが設けられ、
前記開弁遅延計測部は、同一シリンダの一方の排気バルブについて開弁遅延を計測する前に、他方の排気バルブを開弁させることにより、当該シリンダの燃焼室内圧力を低下させておくことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のカムレスエンジン弁開閉制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２６３００（Ｐ２０１２−２６３００Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６３２２１（Ｐ２０１０−１６３２２１）
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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