專利名稱：排氣閥驅動控制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機的排氣閥的驅動控制方法和裝置，特別是涉及一種將排氣閥的閉閥動作簡單模式化、并根據該模式來對排氣閥進行閉閥控制的排氣閥驅動控制方法和裝置。
背景技術：
近年來，為了提高內燃機(以下稱作發動機)中排氣閥和吸氣閥的開閉控制的自由度，提出了一種不使用凸輪機構而是利用流體壓來開關驅動閥的動閥機構(例如參照專利文獻1、2)。如果使用該動閥機構，則因能夠根據發動機的運轉狀態來調節和控制排氣閥和吸氣閥的開關時期或提升量等，可實現更精細的發動機控制。特別是，在對排氣閥進行閉閥控制時，可在避免與上升的活塞的接觸同時，可靠且有效地實現掃氣。
例如本申請人提出了一種如圖7所示的閉閥控制。
圖中線A示出排氣閥的提升量(排氣閥下端位置)，線B示出活塞位置(活塞上端位置)。縱軸的下端為處于全閉狀態時的排氣閥的位置(提升量為零)，意味著越向上、排氣閥的提升量(開度)越大，活塞位置越低。即，在圖7中，排氣閥和活塞的位置關系以及移動方向被描繪成與實際方向上下相反。
圖7(a)示出發動機旋轉速度較低、活塞的上升速度比排氣閥的閉閥速度(上升速度)慢的例子。
正如圖示，排氣閥的關閉動作在活塞上升到處于全開狀態的排氣閥的下端位置前開始。在此，由于活塞的上升速度比排氣閥的閉閥速度慢，因此排氣閥的關閉動作開始時，活塞與排氣閥的間隔慢慢變大。并且，活塞與排氣閥的間隔變大到預定值時，排氣閥的關閉動作一度停止。之后，上升的活塞與排氣閥的間隔某種程度地縮小時，再次開始關閉動作。即，與活塞的上升相應地階段性地執行排氣閥的關閉動作。通過如此階段性地關閉排氣閥，能夠充分確保排氣口的開口面積，且能夠提高掃氣效率。
專利文獻1日本特開2003-328713號公報專利文獻2日本特開2001-280109號公報可是，因活塞的上升速度當然會根據發動機的旋轉速度而變化，因此需要在每個發動機的旋轉速度下改變排氣閥的閉閥控制內容。
例如，在活塞的上升速度超過排氣閥的閉閥速度的區域，階段性地關閉排氣閥時，活塞與排氣閥有可能接觸，因而正如圖7(b)所示，需要從全開到全閉連續地(一次)關閉。此時，排氣閥的驅動次數為1次，其驅動期間較長。另外，圖7所示的閉閥控制在本發明申請時為未公開的技術，不構成以往技術。
如此，因為排氣閥的最適閉閥控制內容(驅動次數、驅動時期、驅動期間等)在每個發動機旋轉速度下是不同的，因而以往要在每個發動機旋轉速度下制作確定最適控制內容的控制映象，但因需要多個控制映象，因而映象制作要花費非常大的工夫。
發明內容
為此，本發明的目的是提供一種解決上述技術問題的、無需多個控制映象就可進行對應于發動機旋轉速度的排氣閥的閉閥控制的排氣閥驅動控制方法和裝置。
為了實現上述目的，技術方案1的發明為，對內燃機的排氣閥進行閉閥控制的方法，首先，求出所述排氣閥的當前位置和內燃機的旋轉速度，并據此計算活塞到達所述排氣閥的當前位置的時刻；在該到達時刻前開始所述排氣閥的關閉動作；根據內燃機的旋轉速度等，計算所述排氣閥與活塞的間隔成為第一預定值的時刻，在到該時刻時，暫時停止所述排氣閥的關閉動作；根據內燃機的旋轉速度等，計算所述活塞到達所述排氣閥的停止位置的時刻，并在該到達時刻前再次開始排氣閥的關閉動作。
技術方案2的發明為，反復進行所述排氣閥的關閉動作的停止和再次開始，直到所述排氣閥與活塞的間隔成為所述第一預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于預定的重疊提升量為止；在所述排氣閥與活塞的間隔成為所述第一預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于所述重疊提升量時，在所述排氣閥的提升量與所述重疊提升量一致時，暫時停止其關閉動作，之后，在內燃機的曲柄角成為預定角度時，將所述排氣閥關閉到全閉。
技術方案3的發明為，計算所述排氣閥從當前位置移動到全閉位置時的平均移動速度、和到達排氣閥的當前位置時的活塞的移動速度，只在所述排氣閥的平均移動速度快于所述活塞的移動速度時，執行技術方案1或2所述的控制方法。
技術方案4的發明為，在所述排氣閥的平均移動速度小于等于到達排氣閥的當前位置時的活塞的移動速度時，根據內燃機的旋轉速度等，計算活塞的移動速度與所述排氣閥的平均移動速度一致的時刻、和在該時刻的所述活塞的位置；根據該計算結果和所述排氣閥的平均移動速度等，在所述活塞的移動速度與所述排氣閥的平均移動速度一致的時刻，決定為使所述排氣閥與所述活塞的間隔成為第二預定值所需的排氣閥的關閉動作開始時刻，在所述排氣閥關閉動作開始時刻，開始所述排氣閥的關閉動作。
技術方案5的發明為，在所述排氣閥的當前位置為X0、連桿長度為l、活塞行程為2r時，根據下式8，數學式1Ac0=cos-1(-l2+l2+r2+2lr-2lX0r)]]>......⑧算出所述活塞到達所述排氣閥的當前位置X0時的曲柄角Ac0，接著，在當前的曲柄角為Acc、內燃機的旋轉速度為Ne時，根據下式10，數學式2T0=60·(Ac0-Acc)360·Ne]]>......⑩算出所述活塞到達所述排氣閥的當前位置的時刻T0。
技術方案6的發明為，在所述排氣閥的當前位置為X0、所述排氣閥的任意的位置為Y、所述排氣閥從當前位置X0閉閥到任意位置Y時釋放的能量為Erelease、排氣閥的可動部質量為m、預定的修正系數為Cgain、Coffset時，根據下式11，數學式3T′cy=X0-Y2·Ereleasem×Cgain+Coffset······(11)]]>計算排氣閥從當前位置X0閉閥到任意位置Y所需的期間T’cy，并根據該期間T’cy和排氣閥的關閉動作開始時刻，求出任意時刻t的排氣閥的位置，另外，在內燃機的旋轉速度為Ne、當前的曲柄角為Acc時，根據下式12，數學式4θt=360·Ne·t60+Acc······(12)]]>求出任意時刻t的曲柄角θt，此外，在連桿長度為l、活塞行程為2r時，根據下式13，數學式5Xpt=r((1-cosθt)+r4l(1-cos2θt))······(13)]]>求出任意時刻t的活塞位置Xpt，根據這些任意時刻t的排氣閥的位置、和任意時刻t的活塞位置Xpt，決定所述排氣閥與活塞的間隔成為所述第一預定值的時刻。
技術方案7的發明為，在所述活塞到達所述排氣閥的當前位置時的曲柄角為θt、內燃機的旋轉速度為Ne、連桿長度為l、活塞行程為2r時，根據下式9，數學式6Vpiston=r·2πNe60(sinθt+r2lsin2θt)]]>......⑨求出到達所述排氣閥的當前位置時的活塞的移動速度Vpiston。
技術方案8的發明為，具有壓力室，被供給用于將使內燃機的排氣閥開閥的被加壓的動作流體；高壓動作流體供給機構，用于向所述壓力室供給高壓動作流體并使所述排氣閥朝開啟方向動作；動作流體排出機構，用于從所述壓力室排出所述動作流體并使所述排氣閥朝關閉方向動作；控制裝置，控制所述高壓動作流體供給機構和動作流體排出機構；所述控制裝置，在閉閥控制所述排氣閥時，首先，根據所述排氣閥的當前位置和內燃機的旋轉速度，計算活塞到達所述排氣閥的當前位置的時刻；向所述動作流體排出機構輸出驅動信號，以便在該到達時刻前開始所述排氣閥的關閉動作；根據內燃機的旋轉速度等，計算所述排氣閥與活塞的間隔成為預定值的時刻，在到達該時刻時，暫時停止對所述動作流體排出機構的驅動信號的輸出，以便暫時停止所述排氣閥的關閉動作；根據內燃機的旋轉速度等，計算所述活塞到達所述排氣閥的停止位置的時刻，并在該到達時刻前向所述動作流體排出機構輸出驅動信號，以再次開始所述排氣閥的關閉動作。
技術方案9的發明為，所述控制裝置反復進行使所述排氣閥的關閉動作的停止和再次開始，直到所述排氣閥與活塞的間隔成為所述預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于預定的重疊提升量為止；在所述排氣閥與活塞的間隔成為所述預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于所述重疊提升量時，在所述排氣閥的提升量與所述重疊提升量一致時，暫時停止對所述動作流體排出機構的驅動信號的輸出，以便暫時停止所述排氣閥的關閉動作，之后，在內燃機的曲柄角成為預定角度時，向所述動作流體排出機構輸出驅動信號，以便將所述排氣閥關閉到全閉。
技術方案10的發明為，所述動作流體排出機構具有用于切換來自所述壓力室的所述動作流體的排出或排出停止的動作閥，所述控制裝置在進行所述排氣閥的關閉動作時，向所述動作閥輸出驅動信號，使其開啟，而在暫時停止所述排氣閥的關閉動作時，同志對所述動作閥輸出驅動信號，使其全閉。
本發明具有如下的效果。
根據本發明，具有無需排氣閥的控制映象、能夠省卻映象制作所需的勞力的優良的效果。
圖1為本發明的一實施例涉及的排氣閥驅動控制裝置的剖視圖。
圖2為排氣閥的提升量與作用于排氣閥上的力和沖量的關系的圖表。
圖3為排氣閥的提升量與直到全閉所需的返回時間的關系的圖表。
圖4為排氣閥的平均移動速度快于活塞的移動速度時的閉閥控制內容的說明圖。
圖5為排氣閥的平均移動速度小于等于活塞的移動速度時的閉閥控制內容的說明圖。
圖6為示出本發明一實施例涉及的排氣閥驅動控制裝置的閉閥控制內容的控制流程圖。
圖7為示出本申請人提出的排氣閥的閉閥控制的圖，(a)為活塞的移動速度比排氣閥的移動速度慢時的圖，(b)為活塞的移動速度超過排氣閥的移動速度時的圖。
具體實施例方式
以下根據附圖詳細地說明本發明的一較佳實施例。
圖1示出本實施例涉及的排氣閥驅動控制裝置。
本實施例的排氣閥驅動控制裝置適用于具有共軌式燃料噴射裝置的柴油發動機。首先，對共軌式燃料噴射裝置進行說明，在發動機的各汽缸上設有執行燃料噴射的噴射器1，貯存在共軌2中的共軌壓Pc(例如數10～數100MPa)的高壓燃料經常向噴射器1供給。對共軌2的燃料壓送由高壓泵3執行，燃料箱4的燃料通過燃料過濾器5由加料泵(燃料泵)6吸引排出后，向高壓泵3輸送。加料泵6的進給壓Pf通過由溢流閥構成的壓力調整閥7調整，并保持一定。進給壓Pf當然為低于共軌壓Pc的值，例如0.5Mpa左右。
設有作為總控圖示裝置整體的控制裝置的電子控制單元(以下稱作ECU)8，其與檢測出發動機的運轉狀態(發動機的曲柄角、旋轉速度、發動機負載等)的傳感器(未圖示，但含有曲柄角傳感器、發動機旋轉傳感器、加速踏板開度傳感器等)連接。ECU8根據這些傳感器的信號來掌握發動機運轉狀態，并且將據此的驅動信號送到噴射器1的電磁閥，以開關控制噴射器1。與電磁閥的ON/OFF相應地執行和停止燃料噴射。噴射停止時，來自噴射器1的常壓程度的燃料通過返回回路9向燃料箱4返回。ECU8根據發動機運轉狀態，來進行反饋控制以使實際的共軌壓朝向目標壓。為此，設有檢測出實際的共軌壓的共軌壓傳感器10。
下面，對本發明涉及的排氣閥驅動控制裝置進行說明。11為發動機的排氣閥。排氣閥11由汽缸蓋12可自由升降地被支承著，排氣閥11的上端部成為一體的閥門活塞13。即，排氣閥11與閥門活塞13成一體地連接。在排氣閥11的上部設有驅動器A，驅動器機體14被固定設置于汽缸蓋12上，閥門活塞13在驅動器機體14內可滑動升降。另外，在本實施例中，排氣閥11與閥門活塞13是形成為一體的，但兩者也可分體而成。
在排氣閥11上設有凸緣部15，在凸緣部15與汽缸蓋12之間以壓縮狀態設有將排氣閥11朝閉閥方向(圖中上側)施力的閥簧16。在此，閥簧16由螺旋彈簧構成。在驅動器機體14內埋設有吸引凸緣部15的磁鐵17，由此也可對排氣閥11朝閉閥方向施力。磁鐵1 7在此為圍繞著排氣閥11的環狀永久磁鐵。閥門活塞13至少為排氣閥11的上端部分，在驅動器機體14中成軸密封式插入。
在驅動器機體14內劃分形成面對閥門活塞13的上端面(即受壓面43)的壓力室18。壓力室18供給用于使排氣閥11開始動作的被加壓的動作流體，其底面部分由受壓面43劃分形成。在此，動作流體使用與發動機的燃料共通的輕油。高壓燃料一旦被導入壓力室18，排氣閥11就被朝開啟方向(圖中下側)推壓，其推壓力超過閥簧16和磁鐵17的作用力時，排氣閥11就向下方開閥(提升)。另外，壓力室18與排出通路19連接，由此排出壓力室18的高壓燃料時，排氣閥11閉閥。
在壓力室18的上方，設有用于切換將高壓燃料向壓力室18供給或停止供給的第一動作閥20。第一動作閥20在此采用壓力平衡式控制閥方式。
即，第一動作閥20具有與排氣閥11同軸設置的針狀平衡閥21。在平衡閥21的上端部形成軸密封部40，在軸密封部40的下方劃分形成供給通路22，而在軸密封部40的上方劃分形成閥控制室23。平衡閥21的上端面成為作用閥控制室23內的燃料壓力的受壓面。這些供給通路22和閥控制室23，通過形成于驅動器機體14內的分支通路42和外部管路，而與作為高壓動作流體供給源的共軌2連接，經常供給共軌壓Pc的高壓燃料。通過這些第一動作閥20和共軌2等來構成高壓動作流體供給機構。
供給通路22面對平衡閥21的下部一側并與壓力室18連通，并且，在其途中具有與平衡閥21的下端圓錐面線接觸或面接觸的閥座24。在閥座24的下游一側設有供給通路22的出口41(即高壓燃料向壓力室18的入口)。該出口41與排氣閥11同軸設置，并且指向閥門活塞13的受壓面43，以便將從出口41排出或噴出的高壓燃料導入壓力室18。另外，出口41指向排氣閥11或閥門活塞13的移動方向或與軸向相同的方向，受壓面43成為垂直于其軸向的圓形面。
在閥控制室23上設有將平衡閥21朝閉閥方向(圖中下側)作用的彈簧25。彈簧25由螺旋彈簧構成，在壓縮狀態下以插入方式配置于閥控制室23中。并且閥控制室23通過成為燃料出口的小孔26而與返回回路9連通。在小孔26的上方可升降地設有作為將小孔26開關的開關閥的銜鐵(armature)27，在銜鐵27的上方設有用于將其升降(開關)驅動的、作為電驅動器的電磁閥28和銜鐵彈簧29。電磁閥28與ECU8連接，通過ECU8給予的信號、即命令脈沖進行ON/OFF控制。
通常，電磁閥28為OFF時，在銜鐵彈簧29作用下，將銜鐵27向下方推壓，小孔26成為封閉狀態。而在電磁閥28為ON時，銜鐵27克服銜鐵彈簧29的作用力上升，小孔26成為開通狀態。
壓力室18通過形成于驅動器機體14內的低壓通路31，而與具有預定容積的作為低壓動作流體供給源的低壓室32直接連通式連接。低壓室32與壓力調整閥7的下游一側且高壓泵3的上游一側的進給回路33連接，從進給回路33經常導入并貯存進給壓Pf的低壓燃料。在低壓通路31上設有只在壓力室18的壓力小于等于低壓室32的壓力時成為開啟狀態的作為第二動作閥的機械式單向閥34。由這些低壓室32和第二動作閥34等構成低壓動作流體導入機構。
此外，在排出通路19上設有用于切換來自壓力室18的燃料排出或停止排出的第三動作閥30。第三動作閥30與ECU8連接，并且為開度可變的電磁節流閥，通過ECU8給予的驅動信號、即命令脈沖進行開關控制。在此，排出通路19的出口一側，與低壓室32同樣地、與壓力調整閥7的下游一側且高壓泵3的上游一側的進給回路33連接。通過這些排出通路19和第三動作閥30等構成動作流體排出機構。
壓力室18主要包括形成于驅動器機體14內的剖面為圓形且具有一定直徑的活塞插入孔44，閥門活塞13可滑動地被插入該活塞插入孔44中。并且，在排氣閥11從全閉到全開的期間，閥門活塞13不會從活塞插入孔14中脫落(拔出)，閥門活塞13通常與活塞插入孔44的內面接觸。換言之，排氣閥11從全閉到全開的期間，壓力室18的容積增大量相對閥門活塞13的移動量的比保持一定。
在排氣閥驅動控制裝置中，排氣閥11成為閉閥的情況下，電磁閥28通過ECU8在預定期間成為ON狀態。于是在第一動作閥20中，銜鐵27上升，小孔26開通，閥控制室23的高壓燃料被排出，平衡閥21上升，平衡閥21脫離閥座24。由此，供給通路22成為開啟狀態，高壓燃料瞬時強有力地從供給通路22的出口向壓力室18噴出。通過該高壓燃料，推壓閥門活塞13的受壓面43，由此，給予排氣閥11初期能量，之后，排氣閥11在由閥簧16和磁鐵17產生的力作用的條件下進行慣性運動，并被向下方提升。
在該排氣閥11的慣性運動的過程中，壓力室18的容積逐漸增加，但因排氣閥11的運動是數10～數100Mpa的高壓燃料所致的慣性運動，與根據高壓燃料供給量的理論上的壓力室18的容積增大量相比，實際的壓力室18的容積增大量變大，壓力室18的壓力低于低壓室32的壓力。如此，單向閥34自動地開啟，低壓室32的低壓燃料通過低壓通路31而直接導入到壓力室18。即，向低壓室32供給燃料以便修正壓力室18的過剩容積的增加程度。由此，由于超過實際的高壓燃料供給量、由壓力室18供給多量的燃料，因此，避免壓力室18成為負壓，使閥門提升動作穩定，并且，閥門提升量能夠保持成與由高壓燃料供給所給予的初期能量相應的提升量。
接著，排氣閥11進行關閉動作時，將第一動作閥20保持在關閉(電磁閥28處于OFF)的狀態，并且，第三動作閥30處于ON(開啟)狀態。如此，壓力室18的高壓燃料通過排出通路19而向進給回路33排出。由此，壓力室18的壓力下降，排氣閥11通過閥簧16和磁鐵17的作用力上升、即進行關閉動作。
在排氣閥11的關閉動作中，第三動作閥3處于OFF(全閉)狀態時，壓力室18的高壓燃料的排出停止，因此排氣閥11保持此時的提升量(位置)。即，在排氣閥11的關閉動作中，通過第三動作閥30全閉，能夠暫時地停止排氣閥11的關閉動作。
本實施例的排氣閥驅動控制裝置的特征為使排氣閥11的閉閥動作簡單地模式化，并根據該簡單模式將排氣閥閉閥控制，因此以下對此進行說明。
首先，在圖1所示的排氣閥驅動控制裝置中，在排氣閥11的任意的提升量x中，作用于排氣閥11上的閉閥方向(向上方向)的力F由下式1求出。
數學式7F＝Fother+K·x+Fset......①在此，K為彈簧14的彈簧常數，Fset為彈簧14的設置力，Fother為彈簧14以外的外力(在本實施例中為永久磁鐵17的吸引力)。力F與提升量x的關系在圖2中由線a示出。
接著，排氣閥11的任意提升量A中的沖量E成為提升量的函數f(x)，并由下式2求出。
數學式8E=f(x)=∫0AF·dx]]>......②沖量E與提升量x的關系在圖2中由線b示出。
在此，沖量E由于是力(N)×長度(m)的積算值，持有能量(J)的因次。因此，從當前的提升量X到任意目標提升量Y為止，在使排氣閥11閉閥時釋放的能量Erelease(參照圖2)由下式3求出。
數學式9Erelase＝f(X)-f(Y)......③該釋放的能量Erelease全部轉換為排氣閥11的閉閥速度(移動速度)，并且將其考慮為排氣閥11的平均移動速度時，排氣閥11的平均移動速度Vave以及排氣閥11從提升量X移動到提升量Y所需的時間(返回時間)TcY分別由下式4、5求出。
數學式10Vave=2·Ereleasem]]>......④數學式11TcY＝(X-Y)/Vave......⑤在此，m為可動部重量。
本申請人根據該式5，算出排氣閥11的從任意提升量(位置)到全閉位置(提升量為零)的推斷返回時間，并與由詳細的液壓模擬獲得的返回時間進行比較。其結果如圖3所示。圖中線c為根據式5算出的推斷返回時間，圓點線d所示為由模擬獲得的返回時間。
正如圖示，根據式5算出的結果與模擬結果d具有差距，為了無差距，需要進行下式6所示的補正。
數學式12T’cY＝TcY×Cgain+Coffset......⑥在此，Cgain、Coffset均為修正系數。
在實際的閉閥動作中，因存在著各滑動部的摩擦，因此上述的釋放能量Erelease不能全部轉換為移動速度。補正該摩擦衰減的部分為修正系數Cgain。另外，由于ECU8輸出使第三動作閥30開啟的驅動信號(命令脈沖)，因此壓力室18的壓力降低，排氣閥11達到實際開始關閉動作(上升)為止存在著時間滯后(動作滯后)。補正該動作滯后的部分為修正系數Coffset。
根據補正后的式6求出的排氣閥11的返回時間由圖3中的線c’所示。另外，在該例中，修正系數Cgain為2.15、Coffset為0.5。正如圖示，很顯然，根據補正后的式6的計算結果與詳細的模擬結果d為大致相同的數值。因此，如使用式6，則可求出從排氣閥11的任意位置到任意位置的返回時間。
另外，如根據下式7，可求出排氣閥11的平均移動速度。
數學式13Y′ave=X-YT′cY]]>......⑦
如此，如使用式6和式7，則能夠求出排氣閥11從任意提升量(位置)X移動(閉閥)到任意提升量Y所需要的時間T’cY以及其間的平均移動速度V’ave。
根據上述，由本實施例的排氣閥驅動控制裝置進行的排氣閥11的閉閥控制方法使用圖4～圖6加以說明。另外，在圖4和圖5中，縱軸的下端示出全閉狀態時的排氣閥的位置(提升量為零)，由此越向上，意味著排氣閥的提升量(開度)越大，活塞(為發動機的活塞，圖1中未示出)的位置越低。即，在圖中，這些排氣閥和活塞的位置關系和移動方向實際上是上下相反描繪的。
每當閉閥控制排氣閥11時，ECU8首先求出將排氣閥11關閉到全閉時的平均移動速度、和活塞到達排氣閥11的當前位置(全開位置)時的活塞的移動速度，并將兩者進行比較。排氣閥11的平均移動速度快于活塞移動速度時、和小于等于活塞移動速度時，閉閥控制內容有很大的不同。
開始排氣閥11的閉閥控制時，排氣閥11的提升量為最大提升量X0，該值X0預先被輸入ECU8。使用該最大提升量X0和上述式7，求出從當前的提升量X0關閉到全閉位置Y(提升量為零)時的排氣閥11的平均移動速度V’ave。
另外，ECU8根據預先被輸入ECU8中的連桿長度l和活塞行程2r，由下式8求出活塞的上端部(端環槽脊)到達排氣閥11的當前位置X0時的曲柄角Ac0。
數學式14Ac0=cos-1(-l2+l2+r2+2lr-2lX0r)]]>......⑧在此，由發動機旋轉傳感器檢測出的發動機旋轉速度為Ne時，由下式9求出任意曲柄角θt下的活塞移動速度Vpiston(上升速度)。
數學式15Vpiston=r·2πNe60(sinθt+r2lsin2θt)]]>......⑨因此，如將由上式8求出的曲柄角Ac0代入式9的曲柄角θt，就能求出到達排氣閥11的當前位置X0時的活塞的移動速度Vpiston。
ECU8將如此求出的排氣閥11的平均移動速度V’ave與活塞移動速度Vpiston進行比較，分別使用二種閉閥控制。
首先，使用圖4和圖6來說明排氣閥11的平均移動速度V’ave快于活塞的移動速度Vpiston時的控制內容。
ECU8首先根據活塞的上端部到達排氣閥11的當前位置X0時的曲柄角Ac0、由曲柄角傳感器檢測出的當前的曲柄角Acc和由發動機旋轉傳感器檢測出的當前的發動機旋轉速度Ne，由下式10，求出活塞的上端部到達排氣閥11的當前位置X0的時刻T0。
數學式16T0=60·(Ac0-Acc)360·Ne]]>......⑩然后，ECU8應在該到達時刻T0前開始排氣閥11的關閉動作，根據時刻T0，將只追溯了考慮到相對于防止活塞與排氣閥11接觸的安全率和排氣閥11的動作滯后的偏置期間Toffset的時刻T1on作為排氣閥11的閉閥信號輸出時期加以設定。即，在該時刻Tlon使第三動作閥30開啟(ON)。其結果，從時刻T1on經過動作滯后期間后(在T0時刻前)開始排氣閥11的關閉動作(向上移動)。
另外，ECU8根據排氣閥11的關閉動作開始時刻和上式6，求出任意時刻排氣閥11的位置。即，將式4和式5代入式6，并將當前位置X作為最大提升量X0時，獲得下式11。
數學式17T′cy=X-Y2·Ereleasem×Cgain+Coffset······(11)]]>該式11由于是排氣閥11的位置Y、和到達該位置所需期間T’cy的函數，能夠根據式11和排氣閥11的關閉動作開始時刻(從時刻T1on僅后退到動作滯后期間的時刻)，求出任意時刻t的排氣閥11的位置。任意時刻t的排氣閥11的位置在圖4中由線e示出。另外，相對于排氣閥11的提升量的沖量(能量)Erelease和可動部質量m被預先輸入ECU8中。
此外，ECU8根據由發動機旋轉傳感器檢測出的當前的發動機旋轉速度Ne和由曲柄角傳感器檢測出的當前的曲柄角Acc，由下式12求出任意時刻t時的曲柄角θt，此外，還根據該θt、連桿長度l和活塞行程2r，用下式13求出任意時刻t時的活塞位置Xpt。任意時刻t時的活塞位置在圖4中由線f示出。
數學式18θt=360·Ne·t60+Acc······(12)]]>數學式19Xpt=r((1-cosθt)+r4l(1-cos2θt))······(13)]]>ECU8根據如此求出的任意時刻t時的排氣閥位置e和活塞位置f，求出排氣閥11與活塞的間隔成為預定的第一預定值hc1(間隙目標值)的時刻T1和該時刻T1時的排氣閥11的位置X1。第一預定值hc1考慮到廢氣的掃氣性和安全性等，而被預先設定，并被輸入ECU8中。
并且，ECU8在時刻T1應暫時停止排氣閥11的關閉動作，將從時刻T1只追溯了考慮到排氣閥11的動作滯后的偏置期間T’offset的時刻T1off作為排氣閥11的閉閥信號輸出停止時期加以設定。即，在該時刻T1off暫時OFF(全閉)第三動作閥30。其結果，排氣閥11的關閉動作在時刻T1暫時停止，排氣閥維持在其位置X1。
另外，ECU8根據上述式13(圖4的線f)，求出活塞的上端部到達排氣閥11的停止位置(當前位置)X1的時刻T2，將從該時刻T2只追溯了上述偏置期間Toffset的時刻T2on作為排氣閥11的閉閥信號輸出再開時期加以設定。即，在該時刻T2on，第三動作閥30再次ON(全開)。因此，在活塞的上端部到達排氣閥11的停止位置X1的時刻T2前，再次開始排氣閥11的關閉動作。
之后，再次通過與上述同樣的方法，求出排氣閥11和活塞的間隔成為第一預定值hc1的時刻T3、和在該時刻T3時的排氣閥11的位置X2，在時刻T3暫時停止排氣閥11的關閉動作。并且，在活塞到達排氣閥11的停止位置X2前，再次開始排氣閥11的關閉動作。
如此，ECU8與活塞的移動速度相配合地階段性地關閉排氣閥11。
然后，在排氣閥11與活塞的間隔成為第一預定值hc1的時刻下的排氣閥11的提升量，如果小于等于預定的重疊提升量Xoverlap，則求出上述排氣閥11的提升量與重疊提升量Xoverlap一致的時刻T4，將從該時刻T4只追溯了上述偏置期間T’offset的時刻T3off作1為排氣閥11的閉閥信號輸出停止時期加以設定。換言之，將上述第一預定值hc1變更為排氣閥11的提升量與重疊提升量Xoverlap一致的時刻T4時的排氣閥11與活塞的間隔hc1’。
由此，在排氣閥11的提升量與重疊提升量Xoverlap一致的時刻，停止其關閉動作。之后，未圖示的吸氣閥被釋放，曲柄角成為預定角度時，ECU8使第三動作閥30動作(ON)(開)，使排氣閥11關閉到全閉位置。
根據上述，結束排氣閥11的閉閥控制。如此，通過與活塞的移動速度相配合地階段性地關閉排氣閥11，能夠避免活塞與排氣閥11的接觸，充分確保排氣口的開口面積，并能夠提高掃氣效率。
另外，在圖4中，示出了將排氣閥11分成4個階段關閉的例子，但關閉動作的反復次數根據活塞的移動速度(即發動機的旋轉速度)或第一預定值hc1的數值等變化。
下面，使用圖5和圖6來說明排氣閥11的平均移動速度V’ave小于等于活塞的移動速度Vpiston時的控制內容。
ECU8首先根據上述式9等，求出活塞的移動速度Vpiston與排氣閥11的平均移動速度V’ave相等的時刻Ta。
接著，根據上述式13，求出時刻Ta時的活塞位置Xa，將從該活塞位置Xa除去預定的第2預定值hc2(間隙目標值)的數值Xva(在圖5中提升量為零)作為時刻Ta時的排氣閥11的提升量的目標值加以設定。
之后，ECU8決定時刻Ta時使排氣閥11的提升量成為上述Xva、即、時刻Ta時排氣閥11與活塞的間隔成為第二預定值hc2所需的排氣閥動作開始時期。即，由上述式11求出排氣閥11從當前的提升量X0(全開位置)閉閥到目標提升量Xva所需的期間Tb，將從上述時刻Ta只追溯了考慮其返回期間Tb和動作滯后等的偏置期間Toffset的時刻T1on作為排氣閥11的閉閥信號輸出時期加以設定。即，在該時刻T1on使第三動作閥30ON(開)。由此，在從時刻T1on經過了動作滯后期間的時刻，開始排氣閥11的關閉動作。此時，ECU8直到排氣閥11成為全閉狀態均使第三動作閥30維持在開的狀態。即，將排氣閥11從全開到全閉連續地(一次)地關閉。
正如上述，根據本實施例的排氣閥驅動控制裝置和方法，使排氣閥11的閉閥動作簡單模式化，并根據其模式，將排氣閥11閉閥控制，從而無需控制映象，能夠省卻映象制作的工夫。
本發明并不限于上述實施例。
例如，在上述實施例中，是通過計算而求出排氣閥11的位置(提升量)的，但也可以設有檢測出排氣閥11的位置的機構以直接檢測。
另外，圖1的排氣閥驅動控制裝置示出了一例，本發明若可在任意時刻開始排氣閥11的關閉動作，并且用任意提升量維持排氣閥11，則可應用于所有結構的排氣閥驅動控制裝置。
例如，在上述實施例中，將動作流體作為發動機的燃料(輕油)，將高壓動作流體作為共軌壓的燃料，將低壓動作流體作為進給壓的燃料，但動作流體也可以為通常的油等，也可用另外的液壓裝置制作高壓和低壓。
此外，在上述實施例中，并用了用于將閥朝關閉動作方向作用的閥簧和磁鐵，但也可只用閥簧、或者只用磁鐵這樣單獨使用。此外，在上述實施例中，是用磁鐵吸引凸緣部的結構，但也可以為另外的結構。
另外，在上述實施例中，示出了適用于具有共軌式燃料噴射裝置的柴油發動機的例子，但也可適用于通常的噴射泵式柴油發動機或汽油發動機等。
第一動作閥并不限于上述壓力平衡式控制閥，也可以是通常的滑閥等。第三動作閥也不限于上述節流閥，也可以是通常的滑閥等。另外，在上述實施例的壓力平衡式第一動作閥中，作為電驅動器，也可使用壓電元件或超磁致伸縮元件等代替電磁閥。
權利要求
1.一種排氣閥驅動控制方法，其是對內燃機的排氣閥進行閉閥控制的方法，其特征在于，首先，求出所述排氣閥的當前位置和內燃機的旋轉速度，并據此計算活塞到達所述排氣閥的當前位置的時刻，在該到達時刻前開始所述排氣閥的關閉動作，根據內燃機的旋轉速度等，計算所述排氣閥與活塞的間隔成為第一預定值的時刻，在到該時刻時，暫時停止所述排氣閥的關閉動作，根據內燃機的旋轉速度等，計算所述活塞到達所述排氣閥的停止位置的時刻，并在該到達時刻前再次開始排氣閥的關閉動作。
2.如權利要求1所述的排氣閥驅動控制方法，其特征在于，反復進行所述排氣閥的關閉動作的停止和再次開始，直到所述排氣閥與活塞的間隔成為所述第一預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于預定的重疊提升量為止，在所述排氣閥與活塞的間隔成為所述第一預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于所述重疊提升量時，在所述排氣閥的提升量與所述重疊提升量一致時，暫時停止其關閉動作，之后，在內燃機的曲柄角成為預定角度時，將所述排氣閥關閉到全閉。
3.一種排氣閥驅動控制方法，其特征在于，計算所述排氣閥從當前位置移動到全閉位置時的平均移動速度、和到達排氣閥的當前位置時的活塞的移動速度，只在所述排氣閥的平均移動速度快于所述活塞的移動速度時，執行權利要求1或2所述的控制方法。
4.如權利要求3所述的排氣閥驅動控制方法，其特征在于，在所述排氣閥的平均移動速度小于等于到達排氣閥的當前位置時的活塞的移動速度時，根據內燃機的旋轉速度等，計算活塞的移動速度與所述排氣閥的平均移動速度一致的時刻、和該時刻的所述活塞的位置，根據該計算結果和所述排氣閥的平均移動速度等，在所述活塞的移動速度與所述排氣閥的平均移動速度一致的時刻，決定為使所述排氣閥與所述活塞的間隔成為第二預定值所需的排氣閥的關閉動作開始時刻，在所述排氣閥關閉動作開始時刻，開始所述排氣閥的關閉動作。
5.如權利要求1～4中任一項所述的排氣閥驅動控制方法，其特征在于，在所述排氣閥的當前位置為X0、連桿長度為1、活塞行程為2r時，根據下式8，數學式1
算出所述活塞到達所述排氣閥的當前位置X0時的曲柄角Ac0，接著，在當前的曲柄角為Acc、內燃機的旋轉速度為Ne時，根據下式10，數學式2T0=60·(Ac0-Acc)360·Ne]]>……⑩算出所述活塞到達所述排氣閥的當前位置的時刻T0。
6.如權利要求1～5中任一項所述的排氣閥驅動控制方法，其特征在于，在所述排氣閥的當前位置為X0、所述排氣閥的任意位置為Y、所述排氣閥從當前位置X0閉閥到任意位置Y時釋放的能量為Erelease、排氣閥的可動部質量為m、預定的修正系數為Cgain、Coffset時，根據下式11，數學式3T'cy=X0-Y2·Ereleasem×Cgain+Coffset······(11)]]>計算排氣閥從當前位置X0閉閥到任意位置Y所需的期間T’cy，并根據該期間T’cy和排氣閥的關閉動作開始時刻，求出任意時刻t的排氣閥的位置，另外，在內燃機的旋轉速度為Ne、當前的曲柄角為Acc時，根據下式12，數學式4θt=360·Ne·t60+Acc······(12)]]>求出任意時刻t的曲柄角θt，進一步，在連桿長度為1、活塞行程為2r時，根據下式13，數學式5
求出任意時刻t的活塞位置Xpt，根據這些任意時刻t的排氣閥的位置、和任意時刻t的活塞位置Xpt，決定所述排氣閥與活塞的間隔成為所述第一預定值的時刻。
7.如權利要求3～6中任一項所述的排氣閥驅動控制方法，其特征在于，在所述活塞到達所述排氣閥的當前位置時的曲柄角為θt、內燃機的旋轉速度為Ne、連桿長度為1、活塞行程為2r時，根據下式9，數學式6
求出到達所述排氣閥的當前位置時的活塞的移動速度Vpiston。
8.一種排氣閥驅動控制裝置，其特征在于，具有壓力室，被供給用于使內燃機的排氣閥開閥的被加壓的動作流體；高壓動作流體供給機構，用于向所述壓力室供給高壓動作流體并使所述排氣閥朝開啟方向動作；動作流體排出機構，用于從所述壓力室排出所述動作流體并使所述排氣閥朝關閉方向動作；控制裝置，控制所述高壓動作流體供給機構和動作流體排出機構，所述控制裝置，在閉閥控制所述排氣閥時，首先，根據所述排氣閥的當前位置和內燃機的旋轉速度，計算活塞到達所述排氣閥的當前位置的時刻，向所述動作流體排出機構輸出驅動信號，以便在該到達時刻前開始所述排氣閥的關閉動作，根據內燃機的旋轉速度等，計算所述排氣閥與活塞的間隔成為預定值的時刻，在到該時刻時，暫時停止對所述動作流體排出機構的驅動信號的輸出，以便暫時停止所述排氣閥的關閉動作，根據內燃機的旋轉速度等，計算所述活塞到達所述排氣閥的停止位置的時刻，并在該到達時刻前向所述動作流體排出機構輸出驅動信號，以便再次開始所述排氣閥的關閉動作。
9.如權利要求8所述的排氣閥驅動控制裝置，其特征在于，所述控制裝置反復進行所述排氣閥的關閉動作的停止和再次開始，直到所述排氣閥與活塞的間隔成為所述預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于預定的重疊提升量為止，在所述排氣閥與活塞的間隔成為所述預定值的時刻的所述排氣閥的提升量小于等于所述重疊提升量時，在所述排氣閥的提升量與所述重疊提升量一致時，暫時停止對所述動作流體排出機構的驅動信號的輸出，以便暫時停止所述排氣閥的關閉動作，之后，在內燃機的曲柄角成為預定角度時，向所述動作流體排出機構輸出驅動信號，以便將所述排氣閥關閉到全閉。
10.如權利要求8或9所述的排氣閥驅動控制裝置，其特征在于，所述動作流體排出機構具有用于切換來自所述壓力室的所述動作流體的排出或排出停止的動作閥，所述控制裝置在進行所述排氣閥的關閉動作時，向所述動作閥輸出驅動信號，使其開啟，而在暫時停止所述排氣閥的關閉動作時，停止對所述動作閥輸出驅動信號，使其全閉。
全文摘要
本提供一種無需多個控制映象就可進行對應于發動機旋轉速度的排氣閥閉閥控制的排氣閥驅動控制方法和裝置。其是對內燃機的排氣閥(11)進行閉閥控制的方法，求出排氣閥(11)的當前位置(X
文檔編號F01L9/04GK1710258SQ20051007551
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月2日 優先權日2004年6月17日
發明者港明彥 申請人:五十鈴自動車株式會社