内燃機関の動弁試験装置
【課題】変位計の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる内燃機関の動弁試験装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の動弁試験装置は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、弁駆動装置を制御する制御装置と、を有し、制御装置は、弁駆動ピストンの実変位に対して変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を変位計遅れ補正データで補正し、弁駆動装置を制御する。
【解決手段】内燃機関の動弁試験装置は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、弁駆動装置を制御する制御装置と、を有し、制御装置は、弁駆動ピストンの実変位に対して変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を変位計遅れ補正データで補正し、弁駆動装置を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁、排気弁を試験的に駆動するための内燃機関の動弁試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御の自由度を高めるため、油圧アクチュエータ及び油圧サーボ弁等を用いて吸気弁、排気弁を制御する油圧式の弁駆動装置がある。例えば、弁の開閉動作（リフト）のみをアクチュエータにて行う、弁駆動装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の弁駆動装置では、自由な弁制御が可能となるものの、油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れが生じる。そこで、変位計が弁駆動ピストンを計測し、弁駆動装置は変位計の変位データを弁制御にフィードバックしている。しかしながら、弁駆動ピストンが高回転となると、弁制御には変位計の応答特性を考慮する必要がでてくる。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、変位計の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる内燃機関の動弁試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために本発明の内燃機関の動弁試験装置は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁試験装置において、前記制御装置は、前記弁駆動ピストンの実変位に対して前記変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、前記弁駆動装置を制御することを特徴とする。
【０００７】
これにより、変位計の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。変位計の応答特性を考慮し、変位計の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形で形成するドライブ波を意図的に遅らせる。これにより、実際の弁駆動ピストンの応答は、所望の応答で弁駆動される。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形をさらに記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補償波形を加えて補償された目標リフト波形である補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、補正された前記補償目標リフト波形でドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御することが好ましい。
【０００９】
これにより、変位計の応答特性を考慮し、変位計の信号の遅れを緩和するよう、精度の高くなっている補償目標リフト波形を意図的に遅らせる。また、油圧による弁駆動ピストンの応答振幅減衰と動作遅れが補償され、所望の応答で弁駆動できる。また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関での高回転の追従も可能となる。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置はそのような機構を有さない。このため、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び吸気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記制御装置は、補正された前記補償目標リフト波形で前記弁駆動ピストンを駆動して実応答波形を取得し、補正された前記補償目標リフト波形と前記実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補正された前記補償目標リフト波形を前記補償波形及び前記変位計補正遅れデータでさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い実応答とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関の動弁試験装置によれば、変位計の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。
【図２】図２は、弁駆動装置の概要図である。
【図３】図３は、制御装置の構成図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施形態に係る補償波形の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る逆伝達関数の演算の手順を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、本実施形態に係る補償目標リフト波形の一例を示す説明図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。
【図９】図９は、較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る補償後の較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１４】
本実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。図２は、弁駆動装置の概要図である。図３は、制御装置の構成図である。本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置１００（以下、動弁試験装置という。）に用いられる動弁装置は、シリンダブロック３内での燃焼用ピストン２の上下動に伴い、エンジンバルブとしての排気弁４ａ及び吸気弁４ｂを駆動する装置である。
【００１５】
図１に示すように、動弁試験装置１００は、内燃機関１（エンジン）に設置される弁駆動装置１０と、内燃機関１の状態を計測する計測装置２０、２１と、弁駆動装置１０に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、信号ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５と、油圧ラインＯ１及びＯ２と、を有している。なお、ダイナモ２００は、電力変換装置である。ダイナモ２００は、必須の構成要素ではなく付加要素であり、例えば後述する試験装置として使用する場合に用いる。
【００１６】
図２に示すように、弁駆動装置１０は、弁駆動シリンダ１１と、弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２と、弁駆動ピストン１２を駆動するためのサーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２の位置を計測する変位計１５とを有している。図１に示すように内燃機関１は、シリンダブロック３と、クランクケース９と、燃焼用ピストン２と、クランクシャフト７と、コネクティングロッド８とを有している。燃焼用ピストン２とクランクシャフト７とがコネクティングロッド８で連結されている。このような構造により、燃焼用ピストン２の往復運動がクランクシャフト７で回転運動に変換される。
【００１７】
また、図１及び図２に示すように内燃機関１は、排気弁４ａ及び吸気弁４ｂと、弁ロッド５と、バルブスプリング６とを有している。排気弁４ａ、吸気弁４ｂは、各々、弁ロッド５の下端に固定されており、弁ロッド５に設けられたバルブスプリング６により閉弁方向に力が付勢されている。弁駆動装置１０は、内燃機関１上に搭載され、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続されている。又は、弁駆動装置１０は、弁閉止時にわずかな隙間をあけ配置される。これにより、弁駆動ピストン１２を駆動すると、弁ロッド５に応じて排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが駆動される。なお、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続される場合には、バルブスプリング６は不要となる。
【００１８】
図２に示す弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２は、油圧アクチュエータであって、弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１に油圧が供給されると伸びて排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを開動作させる。また弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１から油圧が排出されると縮んで排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを閉動作させる。サーボ弁１３は、弁駆動シリンダ１１の外部側面に取り付けられている。サーボ弁１３は、後述する油圧ユニット３０と油圧の供給ラインである油圧ラインＯ１及び戻りラインである油圧ラインＯ２で接続されている。サーボ弁１３は、制御装置８０からの信号ラインＩ２の指示に基づいて弁駆動シリンダ１１への油圧の供給又は弁駆動シリンダ１１から油圧の排出を制御する。例えば、サーボ弁１３は、スプール、油路、電磁コイル等により構成されている。変位計１５は、弁駆動シリンダ１１での弁駆動ピストン１２の位置を計測し、計測した位置データを制御装置８０へ出力する。
【００１９】
変位計１５には、例えばＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer：差動変圧器）のような非接触式の変位センサが用いられている。ここで、変位計１５は、弁駆動ピストン１２の位置を計測することができるが、弁駆動ピストンの駆動が高回転となると、応答の遅れが生じるおそれがある。また、弁駆動ピストン１２の変位計１５は信号ラインＩ３を通じて、上述した制御装置８０へ接続されている。この信号ラインＩ３の伝達経路も応答の遅れの要因となることがある。
【００２０】
図１に示す計測装置２０は、内燃機関１の回転数を計測するエンコーダである。また、計測装置２１は、内燃機関１のクランク角度を計測するクランク角センサである。計測装置２０、２１で計測された内燃機関１の回転数情報及びクランク角度情報は、制御装置８０へ出力される。ここで、回転数というときには、各クランク角度での単位時間当たりの角度変化である回転速度をいうものとする。
【００２１】
制御装置８０は、弁駆動装置１０を制御する装置である。図１に示すように、制御装置８０は、信号ラインＩ１を介して油圧ユニット３０を起動又は停止する制御を行う。また、制御装置８０は、信号ラインＩ２を介してサーボ弁１３を制御できる。また、制御装置８０は、信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して変位計１５及び計測装置２０、２１に接続されている。次に、図３を用いて、制御装置８０を説明する。
【００２２】
図３に示す制御装置８０は、入力処理回路８１と、入力ポート８２と、処理部９０と、記憶部９４と、出力ポート８３と、出力処理回路８４と、を有する。処理部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）９１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９３とを含んでいる。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが付随していてもよい。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが必要に応じて接続可能である。また制御装置８０は表示装置８５と、入力装置８６とがなくても動作可能である。
【００２３】
処理部９０と、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３とは、バス８７、バス８８、バス８９を介して接続される。バス８７、バス８８及びバス８９により、処理部９０のＣＰＵ９１は、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３と相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。
【００２４】
入力ポート８２には、入力処理回路８１が接続されている。入力処理回路８１には、例えば、計測データｉｓが接続されている。そして、計測データｉｓは、入力処理回路８１に備えられるノイズフィルタやＡ／Ｄコンバータ等により、処理部９０が利用できる信号に変換されてから、入力ポート８２を介して処理部９０へ送られる。これにより、処理部９０は、必要な情報を取得することができる。計測データｉｓは、例えば変位計１５、計測装置２０、２１から信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して取得した変位データ、クランク角度データ、回転数データである。
【００２５】
出力ポート８３には、出力処理回路８４が接続されている。出力処理回路８４には、表示装置８５や、外部出力用の端子が接続されている。出力処理回路８４は、表示装置制御回路、弁駆動装置等の制御信号回路、信号増幅回路等を備えている。出力処理回路８４は、処理部９０が算出したサーボ弁１３への信号データを表示装置８５に表示させる表示信号として出力したり、サーボ弁１３へ伝達する指示信号ｉｄとして出力したりする。表示装置８５は、例えば液晶表示パネルやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いることができる。指示信号ｉｄは、サーボ弁１３へ信号ラインＩ２を介して伝達される。
【００２６】
記憶部９４は、動弁試験装置１００の動作手順を含むコンピュータプログラム等が記憶されている。ここで、記憶部９４は、ＲＡＭのような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブあるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００２７】
上記コンピュータプログラムは、処理部９０へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。また、この制御装置８０は、コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。
【００２８】
また、動弁試験装置１００の動作手順は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション、あるいは制御用コンピュータ等のコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。また、このプログラムは、ハードディスク等の記録装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００２９】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線網を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００３０】
次に、図１から図４を用いて、内燃機関の動弁試験装置の動作を説明する。図４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
図４に示すように、制御装置８０は、計測装置２０、２１からリアルタイムに内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得する（ステップＳ１）。例えば、４ストロークエンジンでは燃焼用ピストン２が２往復する間に、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を行うことで１サイクルを完結する。制御装置８０は、この１サイクル分の目標リフト波形を生成する（ステップＳ２）。
【００３２】
次に、制御装置８０は、目標リフト波形と同一のドライブ波を生成する（ステップＳ３）。制御装置８０は、ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。制御装置８０は、変位データをフィードバックしドライブ波との偏差を算出しＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。
【００３３】
制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の応答波形データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。図５は、本実施形態に係る補償波形の一例を示す説明図である。図５には、横軸をクランク角度、縦軸をリフト量とした目標リフト波形と、その補償波形の一例が記載されている。例えば、制御装置８０は、図５に示す目標リフト波形Ｔｒと、応答波形Ｒｅｓとの差を演算する。制御装置８０が演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算するために、逆伝達関数の演算の手順を行う（ステップＳ７）。
【００３４】
図６は、本実施形態に係る逆伝達関数の演算の手順を説明するフローチャートである。動弁試験装置１００の制御装置８０は、ドライブ波（ｘ）と応答波形Ｒｅｓを記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する（ステップＳ８１）。
【００３５】
次に、制御装置８０は、弁駆動装置１０の動特性計算を行う（ステップＳ８２）。上述した１サイクルの目標リフト波形Ｔｒ及び応答波形Ｒｅｓは、クランク角度をインデックスとして回転数と共に記憶されているので、これを時間の経過に伴う、時刻をインデックスとした時間ドライブ波及び時間応答波形に変換する。時間ドライブ波に対する時間応答波形の時間に関する位相ずれが弁駆動装置１０の動作遅れ特性であり、時間ドライブ波に対する時間応答波形の振幅減衰が弁駆動装置１０の応答振幅減衰特性である。動作遅れと応答振幅減衰を合わせて弁駆動装置１０の動特性（動作特性）と呼ぶ。制御装置８０は、弁駆動装置１０の動特性を時間ドライブ波と時間応答波形から計算し、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。動作特性は伝達関数Ｒｅｓ＝Ｇ（ｘ）の形で計算する。
【００３６】
次に、制御装置８０は、弁駆動装置１０の動作特性の逆動特性計算を行う（ステップＳ８４）。逆動特性計算としては、例えば、逆伝達関数を計算する。すなわち、弁駆動装置１０の動作特性の逆動特性計算は、上述した動作特性が伝達関数の形で計算されていると、動作特性の伝達関数の逆関数である逆伝達関数ｘ＝Ｇ−１（Ｒｅｓ）を計算すればよい。
【００３７】
次に、制御装置８０は、目標リフト波形（時間目標リフト波形）Ｔｒから応答波形（時間応答波形）Ｒｅｓを引いた偏差波形Ｅを生成する。制御装置８０は、偏差波形に上述した逆動特性を作用させ補償波形Ｔｘを生成する。例えば、偏差波形に前記逆伝達関数を作用させると補償波形Ｔｘが計算できる（ステップＳ８５）。なお、本実施形態では、制御装置８０が補償波形Ｔｘの各成分を作成したが、制御装置８０とは異なるコンピュータシステムで補償波形の各成分を作成し、補償波形の各成分のデータを伝送して記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶するようにしてもよい。
【００３８】
また、実際の弁駆動装置１０の動特性（動作特性）を元に補償波形を作成したが、シミュレーションで補償波形を作成してもよい。まず、予め、弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルを作成する。解析モデルは、高次の常微分非線形方程式で記述され、コンピュータを用いた数値計算により、その解として弁駆動ピストン１２の変位等を求めることができる。弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルは、弁駆動ピストン１２の質量、ストローク、弁駆動ピストン１２と弁駆動シリンダ１１との間の摩擦係数、バルブスプリング６のばね定数、弁駆動シリンダ１１への油圧の供給及び排出と弁駆動シリンダ１１内での油の圧縮、供給と排出を切り替えるサーボ弁１３動作の遅れ等を考慮して作成される。解析可能なモデルでは、ドライブ波で弁駆動装置１０（アクチュエータ）を駆動したときの応答波形が計算できる。作成した解析モデルを用いて、内燃機関１（エンジン）の回転数毎に弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルにドライブ波の入力を与え、その入力に対する応答をコンピュータでシミュレーションする。そして、上述した補償波形の作成手順にて補償波形を作成することができる。制御装置８０のＣＰＵ９１が補償波形をＲＡＭ９２のワークエリアに読み込む手順を行ったうえで、制御装置８０は次の補償目標リフト波形生成（ステップＳ８）の手順に進む。
【００３９】
動弁試験装置１００の制御装置８０は、補償目標リフト波形を生成する手順を行う（ステップＳ８）。ステップＳ８において、上述した補償目標リフト波形が新たな目標リフト波形とされる。図７は、本実施形態に係る補償目標リフト波形の一例を示す説明図である。
【００４０】
図７に示すように、補償目標リフト波形Ｔｒ２は、上述した応答波形Ｒｅｓとより近似しているはずである。しかしながら、弁駆動ピストン１２の動作を変位計１５以外の例えばレーザー変位計で計測すると、応答波形Ｒｅｓ２となっており、遅れｍがある場合がある。この遅れｍは弁駆動ピストン１２が高回転となると、再現しやすくなることが多い。図８は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。図９は、較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。図１０は、本実施形態に係る補償後の較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。
【００４１】
図８に示す本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置は、例えば、変位計１５の他に、高精度のレーザー変位センサ等の較正用変位計１５Ａを有している。較正用変位計１５Ａは、弁駆動ピストン１２と共に駆動する測定部１２Ａの変位を計測している。これにより、変位計１５と、較正用変位計１５Ａとは同じ駆動をしている弁駆動ピストン１２を計測している。変位計１５のＬＶＤＴセンサと、較正用変位計１５Ａのレーザー変位センサとを比較すると、較正用変位計１５Ａのレーザー変位センサの方が、応答速度が速い。このため図９に示すように、変位計１５と、較正用変位計１５Ａとは同時に弁駆動ピストン１２の変位を計測すると、変位計１５の変位信号に遅れが生じることがある。このため、制御装置８０は、ＣＰＵ９１により、遅れを演算し、図１０に示す変位計１５と、較正用変位計１５Ａとの変位信号に時間的な遅れがない状態となるよう差分データを演算する。制御装置８０は、差分データを変位計遅れ補正データとして記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。これにより、変位計遅れ補正データは、弁駆動ピストン１２の実変位に対して変位計１５が測定した変位信号の遅れを補正する情報となる。変位計遅れ補正データは、定数の場合もある。また、変位計遅れ補正データは、弁駆動ピストン１２の駆動する回転数の関数の場合もある。制御装置８０は、変位計１５と、較正用変位計１５Ａとの差分データではなくて、変位計１５の特性データより、変位計遅れ補正データを算出し、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶してもよい。
【００４２】
図８に示すブロック線図では、目標リフト波形生成ブロック５１、補償波形生成ブロック７１と、変位計遅れ補正データブロック５９と、ＰＩＤ制御ブロック５５と、サーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２と、弁駆動シリンダ１１と、変位計１５と、応答波形ブロック５４とを含んでいる。目標リフト波形生成ブロック５１の目標リフト波形Ｔｒの信号Ｐは、補償波形生成ブロック７１の出力の信号Ｑと加算点５２で加算され、補償目標リフト波形Ｔｒ２の信号Ｒとなる。なお、目標リフト波形Ｔｒを補償する必要がなければ、補償波形生成ブロック７１での信号Ｑはなくなり、信号Ｒは目標リフト波形Ｔｒの信号Ｐと同じとなる。この加算された信号Ｒは、さらに変位計遅れ補正データブロック５９の出力の信号Ｓと加算点５２Ａで加算され、信号Ｔとなる。変位計遅れ補正データブロック５９では、制御装置８０が上述した変位計遅れ補正データを、記憶部９４又はＲＡＭ９２からＲＡＭ９２のワークエリアに読み出し、補償目標リフト波形Ｔｒ２を補正し、図７に示す補償目標リフト波形Ｒａとする。つまり、制御装置８０は、補償目標リフト波形Ｔｒ２に対して、図４に示す変位計遅れ補正を行う（ステップＳ９）。
【００４３】
ここで、ＣＰＵ９１は、応答波形ブロック５４において、変位計１５が弁駆動シリンダ１１内で駆動する弁駆動ピストン１２の変位データをフィードバックし、応答波形Ｒｅｓの信号Ｕに変換する。変位計遅れ補正データブロック５９の補償目標リフト波形Ｒａである信号Ｔは、信号Ｕと加算点５３で加算（フィードバック接続）され、偏差信号Ｖとなる。つまり、制御装置８０は、フィードバックした変位データの偏差を演算し補償されたドライブ波とする。そして補償されたドライブ波である偏差信号ＶがＰＩＤ制御ブロック５５へ送出される。ＰＩＤ制御ブロック５５では、偏差の制御信号Ｖがサーボ弁１３の制御信号Ｗへ変換される。これにより、図１に示す制御装置８０は、サーボ弁１３を制御する。サーボ弁１３は、油圧Ｏｐを制御し、弁駆動シリンダ１１内で例えばＺ方向に駆動する弁駆動ピストン１２を制御する。なお、上述した加算点において適宜補正ゲインを加えてもよい。補正ゲインは１でもよいが、装置特性変化や繰り返しによる過補償を考慮して０〜１の可変値をとるようしていることが好ましい。
【００４４】
また、図４に示す、逆伝達関数の演算の手順（ステップＳ７）と、補償目標リフト波形を生成する手順（ステップＳ８）とを省略し、目標リフト波形Ｔｒに対して、図４に示す変位計遅れ補正の手順（ステップＳ９）を行ってもよい。これにより、変位計１５の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。また、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形Ｔｒを意図的に遅らせることができる。
【００４５】
また、図４に示す、変位計遅れ補正の手順（ステップＳ９）が逆伝達関数の演算の手順（ステップＳ７）の前に行ってもよい。これにより、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形Ｔｒを意図的に遅らせることができる。
【００４６】
図４に示すように、制御装置８０は、変位計遅れ補正の手順（ステップＳ９）により変位計遅れを補正した補償目標リフト波形Ｒａで補償されたドライブ波を生成する（ステップＳ３）。制御装置８０は、補償されたドライブ波（補償ドライブ波）によりＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。すなわち、制御装置８０は、補償ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。
【００４７】
制御装置８０は、応答波形である弁駆動ピストン１２の変位データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算するために、逆伝達関数の演算の手順を行う（ステップＳ７）。
【００４８】
本実施形態の制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の応答波形データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算し、演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内となるまで、上述した補償波形Ｔｘにより補償された補償目標リフト波形の生成（ステップＳ８）を行うことになる。ステップＳ３からステップ９までの手順が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内となるまで繰り返されるので、本実施形態の動弁試験装置は、目標誤差を達成した応答をするドライブ波を生成できる。これにより、精度の高い応答とすることができる。
【００４９】
演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下であれば（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、応答振幅減衰と動作遅れが補償されたので補償を終了する。
【００５０】
上述したように、内燃機関の動弁試験装置１００は、弁駆動ピストン１２及び弁駆動シリンダ１１を有し、内燃機関１の排気弁４ａ又は吸気弁４ｂの少なくとも一方を駆動可能な弁駆動装置１０と、弁駆動シリンダ１２に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動ピストン１２の変位を計測する変位計１５と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、を有する。制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の実変位に対して変位計１５が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、弁駆動ピストン１２を駆動しようとする目標リフト波形Ｔｒを変位計遅れ補正データで補正し、弁駆動装置１０を制御する。
【００５１】
これにより、変位計１５の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。また、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形Ｔｒを意図的に遅らせる。これにより、実際の弁駆動ピストン１２の応答は、所望の応答で弁駆動される。
【００５２】
また、内燃機関の動弁試験装置１００は、制御装置８０が内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置１０の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れを逆伝達関数で演算した補償波形Ｔｘをさらに記憶し、弁駆動ピストン１２を駆動しようとする目標リフト波形Ｔｒに、補償波形Ｔｘを加えて補償された補償目標リフト波形Ｔｒ２を作成し、補償された補償目標リフト波形Ｔｒ２を変位計遅れ補正データで補正し、補正された補償目標リフト波形Ｒａでドライブ波を生成し弁駆動装置１０を制御することが好ましい。
【００５３】
これにより、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、精度の高くなっている補償目標リフト波形Ｔｒ２を意図的に遅らせる。このため実際の弁駆動ピストン１２の応答振幅減衰と動作遅れが補償される精度がより高まり、所望の応答で弁駆動できる。
【００５４】
また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関での高回転の追従も可能となる。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置はそのような機構を有さない。このため、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び吸気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。
【００５５】
上述したように本実施形態の動弁試験装置１００では、制御装置８０は、補正した補償目標リフト波形Ｒａの実応答データを取得し、補正した補償目標リフト波形Ｒａと、実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補償目標リフト波形Ｒａを補償波形Ｔｘ及び変位計補正遅れデータでさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い応答とすることができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る動弁試験装置は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を開閉駆動する試験機に適している。なお、本発明は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記弁駆動ピストンの実変位に対して前記変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、前記弁駆動装置を制御する内燃機関の動弁装置にも適用できる。また、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形をさらに記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補償波形を加えて補償された目標リフト波形である補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、補正された前記補償目標リフト波形でドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御する内燃機関の動弁装置であると、より好ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１ 内燃機関
２ 燃焼用ピストン
３ シリンダブロック
４ａ 排気弁
４ｂ 吸気弁
５ 弁ロッド
６ バルブスプリング
７ クランクシャフト
８ コネクティングロッド
９ クランクケース
１０ 弁駆動装置
１１ 弁駆動シリンダ
１２ 弁駆動ピストン
１３ サーボ弁
１５ 変位計
１５Ａ 較正用変位計
２０、２１ 計測装置
３０ 油圧ユニット
８０ 制御装置
１００ 動弁試験装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁、排気弁を試験的に駆動するための内燃機関の動弁試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御の自由度を高めるため、油圧アクチュエータ及び油圧サーボ弁等を用いて吸気弁、排気弁を制御する油圧式の弁駆動装置がある。例えば、弁の開閉動作（リフト）のみをアクチュエータにて行う、弁駆動装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の弁駆動装置では、自由な弁制御が可能となるものの、油圧アクチュエータの動作遅れに起因する弁動作遅れが生じる。そこで、変位計が弁駆動ピストンを計測し、弁駆動装置は変位計の変位データを弁制御にフィードバックしている。しかしながら、弁駆動ピストンが高回転となると、弁制御には変位計の応答特性を考慮する必要がでてくる。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、変位計の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる内燃機関の動弁試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために本発明の内燃機関の動弁試験装置は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁試験装置において、前記制御装置は、前記弁駆動ピストンの実変位に対して前記変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、前記弁駆動装置を制御することを特徴とする。
【０００７】
これにより、変位計の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。変位計の応答特性を考慮し、変位計の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形で形成するドライブ波を意図的に遅らせる。これにより、実際の弁駆動ピストンの応答は、所望の応答で弁駆動される。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形をさらに記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補償波形を加えて補償された目標リフト波形である補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、補正された前記補償目標リフト波形でドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御することが好ましい。
【０００９】
これにより、変位計の応答特性を考慮し、変位計の信号の遅れを緩和するよう、精度の高くなっている補償目標リフト波形を意図的に遅らせる。また、油圧による弁駆動ピストンの応答振幅減衰と動作遅れが補償され、所望の応答で弁駆動できる。また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関での高回転の追従も可能となる。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置はそのような機構を有さない。このため、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び吸気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記制御装置は、補正された前記補償目標リフト波形で前記弁駆動ピストンを駆動して実応答波形を取得し、補正された前記補償目標リフト波形と前記実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補正された前記補償目標リフト波形を前記補償波形及び前記変位計補正遅れデータでさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い実応答とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関の動弁試験装置によれば、変位計の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。
【図２】図２は、弁駆動装置の概要図である。
【図３】図３は、制御装置の構成図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施形態に係る補償波形の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る逆伝達関数の演算の手順を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、本実施形態に係る補償目標リフト波形の一例を示す説明図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。
【図９】図９は、較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る補償後の較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１４】
本実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の構成図である。図２は、弁駆動装置の概要図である。図３は、制御装置の構成図である。本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置１００（以下、動弁試験装置という。）に用いられる動弁装置は、シリンダブロック３内での燃焼用ピストン２の上下動に伴い、エンジンバルブとしての排気弁４ａ及び吸気弁４ｂを駆動する装置である。
【００１５】
図１に示すように、動弁試験装置１００は、内燃機関１（エンジン）に設置される弁駆動装置１０と、内燃機関１の状態を計測する計測装置２０、２１と、弁駆動装置１０に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、信号ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５と、油圧ラインＯ１及びＯ２と、を有している。なお、ダイナモ２００は、電力変換装置である。ダイナモ２００は、必須の構成要素ではなく付加要素であり、例えば後述する試験装置として使用する場合に用いる。
【００１６】
図２に示すように、弁駆動装置１０は、弁駆動シリンダ１１と、弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２と、弁駆動ピストン１２を駆動するためのサーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２の位置を計測する変位計１５とを有している。図１に示すように内燃機関１は、シリンダブロック３と、クランクケース９と、燃焼用ピストン２と、クランクシャフト７と、コネクティングロッド８とを有している。燃焼用ピストン２とクランクシャフト７とがコネクティングロッド８で連結されている。このような構造により、燃焼用ピストン２の往復運動がクランクシャフト７で回転運動に変換される。
【００１７】
また、図１及び図２に示すように内燃機関１は、排気弁４ａ及び吸気弁４ｂと、弁ロッド５と、バルブスプリング６とを有している。排気弁４ａ、吸気弁４ｂは、各々、弁ロッド５の下端に固定されており、弁ロッド５に設けられたバルブスプリング６により閉弁方向に力が付勢されている。弁駆動装置１０は、内燃機関１上に搭載され、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続されている。又は、弁駆動装置１０は、弁閉止時にわずかな隙間をあけ配置される。これにより、弁駆動ピストン１２を駆動すると、弁ロッド５に応じて排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが駆動される。なお、弁駆動ピストン１２が弁ロッド５と接続される場合には、バルブスプリング６は不要となる。
【００１８】
図２に示す弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２は、油圧アクチュエータであって、弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１に油圧が供給されると伸びて排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを開動作させる。また弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１から油圧が排出されると縮んで排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを閉動作させる。サーボ弁１３は、弁駆動シリンダ１１の外部側面に取り付けられている。サーボ弁１３は、後述する油圧ユニット３０と油圧の供給ラインである油圧ラインＯ１及び戻りラインである油圧ラインＯ２で接続されている。サーボ弁１３は、制御装置８０からの信号ラインＩ２の指示に基づいて弁駆動シリンダ１１への油圧の供給又は弁駆動シリンダ１１から油圧の排出を制御する。例えば、サーボ弁１３は、スプール、油路、電磁コイル等により構成されている。変位計１５は、弁駆動シリンダ１１での弁駆動ピストン１２の位置を計測し、計測した位置データを制御装置８０へ出力する。
【００１９】
変位計１５には、例えばＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer：差動変圧器）のような非接触式の変位センサが用いられている。ここで、変位計１５は、弁駆動ピストン１２の位置を計測することができるが、弁駆動ピストンの駆動が高回転となると、応答の遅れが生じるおそれがある。また、弁駆動ピストン１２の変位計１５は信号ラインＩ３を通じて、上述した制御装置８０へ接続されている。この信号ラインＩ３の伝達経路も応答の遅れの要因となることがある。
【００２０】
図１に示す計測装置２０は、内燃機関１の回転数を計測するエンコーダである。また、計測装置２１は、内燃機関１のクランク角度を計測するクランク角センサである。計測装置２０、２１で計測された内燃機関１の回転数情報及びクランク角度情報は、制御装置８０へ出力される。ここで、回転数というときには、各クランク角度での単位時間当たりの角度変化である回転速度をいうものとする。
【００２１】
制御装置８０は、弁駆動装置１０を制御する装置である。図１に示すように、制御装置８０は、信号ラインＩ１を介して油圧ユニット３０を起動又は停止する制御を行う。また、制御装置８０は、信号ラインＩ２を介してサーボ弁１３を制御できる。また、制御装置８０は、信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して変位計１５及び計測装置２０、２１に接続されている。次に、図３を用いて、制御装置８０を説明する。
【００２２】
図３に示す制御装置８０は、入力処理回路８１と、入力ポート８２と、処理部９０と、記憶部９４と、出力ポート８３と、出力処理回路８４と、を有する。処理部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）９１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９３とを含んでいる。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが付随していてもよい。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが必要に応じて接続可能である。また制御装置８０は表示装置８５と、入力装置８６とがなくても動作可能である。
【００２３】
処理部９０と、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３とは、バス８７、バス８８、バス８９を介して接続される。バス８７、バス８８及びバス８９により、処理部９０のＣＰＵ９１は、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３と相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。
【００２４】
入力ポート８２には、入力処理回路８１が接続されている。入力処理回路８１には、例えば、計測データｉｓが接続されている。そして、計測データｉｓは、入力処理回路８１に備えられるノイズフィルタやＡ／Ｄコンバータ等により、処理部９０が利用できる信号に変換されてから、入力ポート８２を介して処理部９０へ送られる。これにより、処理部９０は、必要な情報を取得することができる。計測データｉｓは、例えば変位計１５、計測装置２０、２１から信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して取得した変位データ、クランク角度データ、回転数データである。
【００２５】
出力ポート８３には、出力処理回路８４が接続されている。出力処理回路８４には、表示装置８５や、外部出力用の端子が接続されている。出力処理回路８４は、表示装置制御回路、弁駆動装置等の制御信号回路、信号増幅回路等を備えている。出力処理回路８４は、処理部９０が算出したサーボ弁１３への信号データを表示装置８５に表示させる表示信号として出力したり、サーボ弁１３へ伝達する指示信号ｉｄとして出力したりする。表示装置８５は、例えば液晶表示パネルやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いることができる。指示信号ｉｄは、サーボ弁１３へ信号ラインＩ２を介して伝達される。
【００２６】
記憶部９４は、動弁試験装置１００の動作手順を含むコンピュータプログラム等が記憶されている。ここで、記憶部９４は、ＲＡＭのような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブあるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００２７】
上記コンピュータプログラムは、処理部９０へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。また、この制御装置８０は、コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、動弁試験装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。
【００２８】
また、動弁試験装置１００の動作手順は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション、あるいは制御用コンピュータ等のコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。また、このプログラムは、ハードディスク等の記録装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００２９】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線網を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００３０】
次に、図１から図４を用いて、内燃機関の動弁試験装置の動作を説明する。図４は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
図４に示すように、制御装置８０は、計測装置２０、２１からリアルタイムに内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得する（ステップＳ１）。例えば、４ストロークエンジンでは燃焼用ピストン２が２往復する間に、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を行うことで１サイクルを完結する。制御装置８０は、この１サイクル分の目標リフト波形を生成する（ステップＳ２）。
【００３２】
次に、制御装置８０は、目標リフト波形と同一のドライブ波を生成する（ステップＳ３）。制御装置８０は、ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。制御装置８０は、変位データをフィードバックしドライブ波との偏差を算出しＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。
【００３３】
制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の応答波形データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。図５は、本実施形態に係る補償波形の一例を示す説明図である。図５には、横軸をクランク角度、縦軸をリフト量とした目標リフト波形と、その補償波形の一例が記載されている。例えば、制御装置８０は、図５に示す目標リフト波形Ｔｒと、応答波形Ｒｅｓとの差を演算する。制御装置８０が演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算するために、逆伝達関数の演算の手順を行う（ステップＳ７）。
【００３４】
図６は、本実施形態に係る逆伝達関数の演算の手順を説明するフローチャートである。動弁試験装置１００の制御装置８０は、ドライブ波（ｘ）と応答波形Ｒｅｓを記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する（ステップＳ８１）。
【００３５】
次に、制御装置８０は、弁駆動装置１０の動特性計算を行う（ステップＳ８２）。上述した１サイクルの目標リフト波形Ｔｒ及び応答波形Ｒｅｓは、クランク角度をインデックスとして回転数と共に記憶されているので、これを時間の経過に伴う、時刻をインデックスとした時間ドライブ波及び時間応答波形に変換する。時間ドライブ波に対する時間応答波形の時間に関する位相ずれが弁駆動装置１０の動作遅れ特性であり、時間ドライブ波に対する時間応答波形の振幅減衰が弁駆動装置１０の応答振幅減衰特性である。動作遅れと応答振幅減衰を合わせて弁駆動装置１０の動特性（動作特性）と呼ぶ。制御装置８０は、弁駆動装置１０の動特性を時間ドライブ波と時間応答波形から計算し、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。動作特性は伝達関数Ｒｅｓ＝Ｇ（ｘ）の形で計算する。
【００３６】
次に、制御装置８０は、弁駆動装置１０の動作特性の逆動特性計算を行う（ステップＳ８４）。逆動特性計算としては、例えば、逆伝達関数を計算する。すなわち、弁駆動装置１０の動作特性の逆動特性計算は、上述した動作特性が伝達関数の形で計算されていると、動作特性の伝達関数の逆関数である逆伝達関数ｘ＝Ｇ−１（Ｒｅｓ）を計算すればよい。
【００３７】
次に、制御装置８０は、目標リフト波形（時間目標リフト波形）Ｔｒから応答波形（時間応答波形）Ｒｅｓを引いた偏差波形Ｅを生成する。制御装置８０は、偏差波形に上述した逆動特性を作用させ補償波形Ｔｘを生成する。例えば、偏差波形に前記逆伝達関数を作用させると補償波形Ｔｘが計算できる（ステップＳ８５）。なお、本実施形態では、制御装置８０が補償波形Ｔｘの各成分を作成したが、制御装置８０とは異なるコンピュータシステムで補償波形の各成分を作成し、補償波形の各成分のデータを伝送して記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶するようにしてもよい。
【００３８】
また、実際の弁駆動装置１０の動特性（動作特性）を元に補償波形を作成したが、シミュレーションで補償波形を作成してもよい。まず、予め、弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルを作成する。解析モデルは、高次の常微分非線形方程式で記述され、コンピュータを用いた数値計算により、その解として弁駆動ピストン１２の変位等を求めることができる。弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルは、弁駆動ピストン１２の質量、ストローク、弁駆動ピストン１２と弁駆動シリンダ１１との間の摩擦係数、バルブスプリング６のばね定数、弁駆動シリンダ１１への油圧の供給及び排出と弁駆動シリンダ１１内での油の圧縮、供給と排出を切り替えるサーボ弁１３動作の遅れ等を考慮して作成される。解析可能なモデルでは、ドライブ波で弁駆動装置１０（アクチュエータ）を駆動したときの応答波形が計算できる。作成した解析モデルを用いて、内燃機関１（エンジン）の回転数毎に弁駆動装置１０（アクチュエータ）の解析モデルにドライブ波の入力を与え、その入力に対する応答をコンピュータでシミュレーションする。そして、上述した補償波形の作成手順にて補償波形を作成することができる。制御装置８０のＣＰＵ９１が補償波形をＲＡＭ９２のワークエリアに読み込む手順を行ったうえで、制御装置８０は次の補償目標リフト波形生成（ステップＳ８）の手順に進む。
【００３９】
動弁試験装置１００の制御装置８０は、補償目標リフト波形を生成する手順を行う（ステップＳ８）。ステップＳ８において、上述した補償目標リフト波形が新たな目標リフト波形とされる。図７は、本実施形態に係る補償目標リフト波形の一例を示す説明図である。
【００４０】
図７に示すように、補償目標リフト波形Ｔｒ２は、上述した応答波形Ｒｅｓとより近似しているはずである。しかしながら、弁駆動ピストン１２の動作を変位計１５以外の例えばレーザー変位計で計測すると、応答波形Ｒｅｓ２となっており、遅れｍがある場合がある。この遅れｍは弁駆動ピストン１２が高回転となると、再現しやすくなることが多い。図８は、本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置のブロック線図を示す説明図である。図９は、較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。図１０は、本実施形態に係る補償後の較正用変位計と変位計との変位信号比較を示す説明図である。
【００４１】
図８に示す本実施形態に係る内燃機関の動弁試験装置は、例えば、変位計１５の他に、高精度のレーザー変位センサ等の較正用変位計１５Ａを有している。較正用変位計１５Ａは、弁駆動ピストン１２と共に駆動する測定部１２Ａの変位を計測している。これにより、変位計１５と、較正用変位計１５Ａとは同じ駆動をしている弁駆動ピストン１２を計測している。変位計１５のＬＶＤＴセンサと、較正用変位計１５Ａのレーザー変位センサとを比較すると、較正用変位計１５Ａのレーザー変位センサの方が、応答速度が速い。このため図９に示すように、変位計１５と、較正用変位計１５Ａとは同時に弁駆動ピストン１２の変位を計測すると、変位計１５の変位信号に遅れが生じることがある。このため、制御装置８０は、ＣＰＵ９１により、遅れを演算し、図１０に示す変位計１５と、較正用変位計１５Ａとの変位信号に時間的な遅れがない状態となるよう差分データを演算する。制御装置８０は、差分データを変位計遅れ補正データとして記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。これにより、変位計遅れ補正データは、弁駆動ピストン１２の実変位に対して変位計１５が測定した変位信号の遅れを補正する情報となる。変位計遅れ補正データは、定数の場合もある。また、変位計遅れ補正データは、弁駆動ピストン１２の駆動する回転数の関数の場合もある。制御装置８０は、変位計１５と、較正用変位計１５Ａとの差分データではなくて、変位計１５の特性データより、変位計遅れ補正データを算出し、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶してもよい。
【００４２】
図８に示すブロック線図では、目標リフト波形生成ブロック５１、補償波形生成ブロック７１と、変位計遅れ補正データブロック５９と、ＰＩＤ制御ブロック５５と、サーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２と、弁駆動シリンダ１１と、変位計１５と、応答波形ブロック５４とを含んでいる。目標リフト波形生成ブロック５１の目標リフト波形Ｔｒの信号Ｐは、補償波形生成ブロック７１の出力の信号Ｑと加算点５２で加算され、補償目標リフト波形Ｔｒ２の信号Ｒとなる。なお、目標リフト波形Ｔｒを補償する必要がなければ、補償波形生成ブロック７１での信号Ｑはなくなり、信号Ｒは目標リフト波形Ｔｒの信号Ｐと同じとなる。この加算された信号Ｒは、さらに変位計遅れ補正データブロック５９の出力の信号Ｓと加算点５２Ａで加算され、信号Ｔとなる。変位計遅れ補正データブロック５９では、制御装置８０が上述した変位計遅れ補正データを、記憶部９４又はＲＡＭ９２からＲＡＭ９２のワークエリアに読み出し、補償目標リフト波形Ｔｒ２を補正し、図７に示す補償目標リフト波形Ｒａとする。つまり、制御装置８０は、補償目標リフト波形Ｔｒ２に対して、図４に示す変位計遅れ補正を行う（ステップＳ９）。
【００４３】
ここで、ＣＰＵ９１は、応答波形ブロック５４において、変位計１５が弁駆動シリンダ１１内で駆動する弁駆動ピストン１２の変位データをフィードバックし、応答波形Ｒｅｓの信号Ｕに変換する。変位計遅れ補正データブロック５９の補償目標リフト波形Ｒａである信号Ｔは、信号Ｕと加算点５３で加算（フィードバック接続）され、偏差信号Ｖとなる。つまり、制御装置８０は、フィードバックした変位データの偏差を演算し補償されたドライブ波とする。そして補償されたドライブ波である偏差信号ＶがＰＩＤ制御ブロック５５へ送出される。ＰＩＤ制御ブロック５５では、偏差の制御信号Ｖがサーボ弁１３の制御信号Ｗへ変換される。これにより、図１に示す制御装置８０は、サーボ弁１３を制御する。サーボ弁１３は、油圧Ｏｐを制御し、弁駆動シリンダ１１内で例えばＺ方向に駆動する弁駆動ピストン１２を制御する。なお、上述した加算点において適宜補正ゲインを加えてもよい。補正ゲインは１でもよいが、装置特性変化や繰り返しによる過補償を考慮して０〜１の可変値をとるようしていることが好ましい。
【００４４】
また、図４に示す、逆伝達関数の演算の手順（ステップＳ７）と、補償目標リフト波形を生成する手順（ステップＳ８）とを省略し、目標リフト波形Ｔｒに対して、図４に示す変位計遅れ補正の手順（ステップＳ９）を行ってもよい。これにより、変位計１５の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。また、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形Ｔｒを意図的に遅らせることができる。
【００４５】
また、図４に示す、変位計遅れ補正の手順（ステップＳ９）が逆伝達関数の演算の手順（ステップＳ７）の前に行ってもよい。これにより、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形Ｔｒを意図的に遅らせることができる。
【００４６】
図４に示すように、制御装置８０は、変位計遅れ補正の手順（ステップＳ９）により変位計遅れを補正した補償目標リフト波形Ｒａで補償されたドライブ波を生成する（ステップＳ３）。制御装置８０は、補償されたドライブ波（補償ドライブ波）によりＰＩＤ制御する（ステップＳ４）。すなわち、制御装置８０は、補償ドライブ波で弁駆動ピストン１２を駆動し、弁駆動ピストン１２の変位を変位計１５で検出し、クランク角度毎に応答波形として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する。
【００４７】
制御装置８０は、応答波形である弁駆動ピストン１２の変位データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算する。演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下でないならば（ステップＳ６、Ｎｏ）、制御装置８０は、図５に示す補償波形Ｔｘを演算するために、逆伝達関数の演算の手順を行う（ステップＳ７）。
【００４８】
本実施形態の制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の応答波形データを取得し（ステップＳ５）、目標リフト波形と応答波形との差（誤差）を演算し、演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内となるまで、上述した補償波形Ｔｘにより補償された補償目標リフト波形の生成（ステップＳ８）を行うことになる。ステップＳ３からステップ９までの手順が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以内となるまで繰り返されるので、本実施形態の動弁試験装置は、目標誤差を達成した応答をするドライブ波を生成できる。これにより、精度の高い応答とすることができる。
【００４９】
演算した差が目標誤差（例えば±０．１ｍｍの範囲内）以下であれば（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、応答振幅減衰と動作遅れが補償されたので補償を終了する。
【００５０】
上述したように、内燃機関の動弁試験装置１００は、弁駆動ピストン１２及び弁駆動シリンダ１１を有し、内燃機関１の排気弁４ａ又は吸気弁４ｂの少なくとも一方を駆動可能な弁駆動装置１０と、弁駆動シリンダ１２に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動ピストン１２の変位を計測する変位計１５と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、を有する。制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の実変位に対して変位計１５が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、弁駆動ピストン１２を駆動しようとする目標リフト波形Ｔｒを変位計遅れ補正データで補正し、弁駆動装置１０を制御する。
【００５１】
これにより、変位計１５の応答特性に起因する弁動作のずれを低減できる。また、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、目標リフト波形Ｔｒを意図的に遅らせる。これにより、実際の弁駆動ピストン１２の応答は、所望の応答で弁駆動される。
【００５２】
また、内燃機関の動弁試験装置１００は、制御装置８０が内燃機関１のクランク角度及び回転数データを取得し、弁駆動装置１０の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れを逆伝達関数で演算した補償波形Ｔｘをさらに記憶し、弁駆動ピストン１２を駆動しようとする目標リフト波形Ｔｒに、補償波形Ｔｘを加えて補償された補償目標リフト波形Ｔｒ２を作成し、補償された補償目標リフト波形Ｔｒ２を変位計遅れ補正データで補正し、補正された補償目標リフト波形Ｒａでドライブ波を生成し弁駆動装置１０を制御することが好ましい。
【００５３】
これにより、変位計１５の応答特性を考慮し、変位計１５の信号の遅れを緩和するよう、精度の高くなっている補償目標リフト波形Ｔｒ２を意図的に遅らせる。このため実際の弁駆動ピストン１２の応答振幅減衰と動作遅れが補償される精度がより高まり、所望の応答で弁駆動できる。
【００５４】
また、油圧アクチュエータは出力が高く、内燃機関での高回転の追従も可能となる。また、クランクシャフトによってカムシャフトを駆動する機構はカムの位相が固定であるが、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置はそのような機構を有さない。このため、本実施形態の内燃機関の動弁試験装置では、吸排気弁の開閉タイミング、リフト量、作動角又は排気弁及び吸気弁の開閉時期のオーバーラップ等の弁動作プロフィールを任意に変更できる自由度の高い内燃機関の動弁試験装置とすることができる。例えば、内燃機関の動弁試験において、燃焼が不安定となる負荷領域でも内燃機関の運転の安定化を図り、かつ燃焼効率を高めることができるリフトパターンを見出すことができる。これにより、カムシャフトの弁駆動装置の設計へフィードバックして高性能なカムシャフトの弁駆動装置を作ることに寄与できる。
【００５５】
上述したように本実施形態の動弁試験装置１００では、制御装置８０は、補正した補償目標リフト波形Ｒａの実応答データを取得し、補正した補償目標リフト波形Ｒａと、実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補償目標リフト波形Ｒａを補償波形Ｔｘ及び変位計補正遅れデータでさらに補正することが好ましい。これにより、精度の高い応答とすることができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る動弁試験装置は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を開閉駆動する試験機に適している。なお、本発明は、内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記弁駆動ピストンの実変位に対して前記変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、前記弁駆動装置を制御する内燃機関の動弁装置にも適用できる。また、前記制御装置は、前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形をさらに記憶し、前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補償波形を加えて補償された目標リフト波形である補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、補正された前記補償目標リフト波形でドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御する内燃機関の動弁装置であると、より好ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１ 内燃機関
２ 燃焼用ピストン
３ シリンダブロック
４ａ 排気弁
４ｂ 吸気弁
５ 弁ロッド
６ バルブスプリング
７ クランクシャフト
８ コネクティングロッド
９ クランクケース
１０ 弁駆動装置
１１ 弁駆動シリンダ
１２ 弁駆動ピストン
１３ サーボ弁
１５ 変位計
１５Ａ 較正用変位計
２０、２１ 計測装置
３０ 油圧ユニット
８０ 制御装置
１００ 動弁試験装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁試験装置において、
前記制御装置は、
前記弁駆動ピストンの実変位に対して前記変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、
前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、前記弁駆動装置を制御することを特徴とする内燃機関の動弁試験装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形をさらに記憶し、
前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補償波形を加えて補償された目標リフト波形である補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、補正された前記補償目標リフト波形でドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御する請求項１に記載の内燃機関の動弁試験装置。
【請求項３】
前記制御装置は、補正された前記補償目標リフト波形で前記弁駆動ピストンを駆動して実応答波形を取得し、補正された前記補償目標リフト波形と前記実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補正された前記補償目標リフト波形を前記補償波形及び前記変位計補正遅れデータでさらに補正する請求項２に記載の内燃機関の動弁試験装置。
【請求項１】
内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な弁駆動ピストン及び弁駆動シリンダを有する弁駆動装置と、前記弁駆動シリンダに油圧を供給する油圧ユニットと、前記弁駆動ピストンの変位を計測する変位計と、前記弁駆動装置を制御する制御装置と、を有する内燃機関の動弁試験装置において、
前記制御装置は、
前記弁駆動ピストンの実変位に対して前記変位計が測定した変位信号の遅れを補正する変位計遅れ補正データを記憶し、
前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、前記弁駆動装置を制御することを特徴とする内燃機関の動弁試験装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記内燃機関のクランク角度及び回転数データを取得し、前記弁駆動装置の動作特性に基づく応答振幅減衰と動作遅れとを演算した補償波形をさらに記憶し、
前記弁駆動ピストンを駆動しようとする目標リフト波形に、前記補償波形を加えて補償された目標リフト波形である補償目標リフト波形を作成し、前記補償目標リフト波形を前記変位計遅れ補正データで補正し、補正された前記補償目標リフト波形でドライブ波を生成し前記弁駆動装置を制御する請求項１に記載の内燃機関の動弁試験装置。
【請求項３】
前記制御装置は、補正された前記補償目標リフト波形で前記弁駆動ピストンを駆動して実応答波形を取得し、補正された前記補償目標リフト波形と前記実応答波形との差が目標誤差に到達しない場合には、補正された前記補償目標リフト波形を前記補償波形及び前記変位計補正遅れデータでさらに補正する請求項２に記載の内燃機関の動弁試験装置。
【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２０１３−２９１９（Ｐ２０１３−２９１９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３４４７（Ｐ２０１１−１３３４４７）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１４５８０６）株式会社小野測器 (230)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１４５８０６）株式会社小野測器 (230)
【Ｆターム（参考）】
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