专利名称：用于电磁驱动阀的故障保险控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于开闭内燃机进气口或排气口的电磁驱动阀的一种故障保险控制系统。
背景技术：
如在日本专利临时申请NO.9-195736中所公开的，已知由电磁驱动阀构成内燃机的进排气阀并且根据所希望的开闭特性控制该阀，由此获得所希望的进排气效率。
发明内容
在这种电磁驱动阀中，控制提供给电磁致动器的励磁电流，以便在阀向完全打开位置或完全关闭位置移动的末端(即，在阀座或衔铁与电磁铁接触时)将阀的速度减到接近于零并因此使得由阀座或衔铁与电磁铁的接触产生的噪音较小。例如，当在阀弹簧的推动下由于由比如在气缸内增加的压力或阀的相对移动增加的摩擦力所导致的阀向全开位置或全闭位置移动失败，阀被保持在半开或部分开启的位置，不仅会导致由于没有足够的压缩混合的不点火而且会导致因进排气阀同时开启的回火，这形成进气系统和排气系统之间的连通和对其它气缸进气条件的影响(如压力和混合)。
因此，本发明的目标是要提供一种用于内燃机电磁驱动阀的故障保险控制系统和方法，它能解决上面提到的在现有技术的系统中存在的问题。
本发明的另一个目的是要提供一种用于内燃机电磁驱动进排气阀的故障保险控制系统和方法，它能在阀失灵的情况下提供合适的故障保险控制。
为了达到上述目的，根据本发明一方面提供由用于开闭内燃机燃烧室的致动器所电磁驱动的阀故障保险控制系统，该致动器具有一对电磁体、一个插在电磁铁之间并附属于阀的衔铁和一对配置在衔铁相反二侧用于向中间位置推动阀的弹簧，故障保险控制系统包括一个控制单元，它包括确定阀在被驱动到开时能否移动到开的位置的一个确定部分，和在确定部分确定阀不能被移到开的位置时驱动阀到关闭位置的故障保险部分。
根据本发明的另一方面，提供了由用于开闭内燃机燃烧室的致动器电磁驱动的一种故障保险控制方法，该致动器具有一对电磁体，一个插在电磁体之间并附属于阀的衔铁，和配置在衔铁相反二侧用于向中间位置推动阀的一对弹簧，该方法包括确定阀在被驱动至开启位置时能否被移到开启位置，及在确定阀不能被移至开启位置时将阀驱动至关闭位置。
图1是根据本发明的一个实施例装有故障保险控制系统的一个内燃机的示意图；图2是用于电磁驱动图1发动机进气阀或排气阀的一个电磁致动器的示意剖面图；图3是由控制进排气阀开闭的图1发动机控制单元所执行的控制程序的流程图；图4是表示图1发动机进排气阀的阀行程特性的一个曲线，其中它表明了能使阀完全打开的阀行程变化许可范围，即它表明只要该时间阀的行程包含在虚曲线之间的区域内阀就可以完全打开；图5A是通过与正常时目标阀行程曲线相比较，表示在开启失败后目标阀行程曲线的时间图；图5B是通过与正常时相应的电流相比较，表示在开启失败后为使阀关闭提供给致动器电磁体线圈电流的时间图；图6是在开启失败后为确定目标阀行程曲线，由图1发动机的控制单元所执行的子程序的流程图；图7是通过与正常的阀行程曲线相比表示在开启失败后阀的行程曲线的一个图；
图8是通过与正常的电流相比较，表示在开启失败后为使阀开启供给致动器电磁体线圈的电流的曲线；及图9是通过与正常的控制相比较，表示在进排气阀开启失败时执行开闭控制的时间图表。
具体实施例方式
首先参照图1，内燃机通常由1所表示而在每个气缸上具有活塞2和燃烧室3。在燃烧室3中被提供一对进气阀5和排气阀6。内燃机1还具有包括进气通道或管7的进气系统和包括排气通道或管8的排气系统。
进排气阀5和6由其构成基本如图2所示的电磁致动器电磁驱动，其中通常由20表示的是代表每个进气阀4和排气阀5的一个电磁驱动阀。致动器包括盘形并附着于同时移动的阀20的阀杆21上的可移动元件或衔铁22。衔铁22由弹簧25和26推向中间位置，在这里阀20如图2所示部分开启。上部电磁体26和下部电磁体25分别被配置在衔铁22之下和之上。每个电磁体由一个线圈和一个磁芯组成。
为开启阀20，上部电磁体26去激励而下部电磁体25被激励以吸引衔铁22向下，由此使阀20从其相关的阀座移开以开启气口。相反，为关闭阀20，下部电磁体25去激励而上部电磁体26被激励以吸引衔铁22向上，由此使阀20被放在其相关的阀座上以关闭气口。
阀杆21的上端连接行程传感器32的检测棒31，它被配置在致动器阀壳(没有数字)的上端。行程传感器32从检测棒31的移动量检测阀20的行程。除了这个行程探测器32外可以使用采用红外线或超声波的无接触型距离测量传感器。
再看图1，进气管7还装有电磁燃料喷射阀9。
进气阀5、排气阀6、燃料喷射阀9和火花塞4的操作由电控单元10所控制。从曲柄角度传感器11向控制单元10提供一个信号。曲柄角度传感器11在时间上相对于发动机速度输出一个曲柄角度信号并由此能检测发动机的速度。还有提供给控制单元10的是来自用于检测加速踏板操作值(即加速踏板下降值)的加速踏板传感器12和来自用于检测进气阀5和排气阀6的行程的行程传感器32的一个信号。
根据发动机的运行条件，进气阀5和排气阀6的开闭与点火定时和燃料喷射量一起被控制。在这个例子中，进气阀5或排气阀6被驱动开启时，要确定进气阀5或排气阀6是否可以被移到全开位置。在确定进气阀5或排气阀6不能被移到全开位置时，故障保险控制由控制单元10执行以驱动进气阀5或排气阀6关闭。
故障保险控制将根据图3的流程图详细描述。
在步骤S1，要确定是否是预定的阀(即进气阀5或排气阀6)被驱动开启的时间。
如果在步骤S1中确定是阀要被开启的时间，操作进行到步骤S2。在步骤S2中，比较目标阀行程曲线(即，表示阀的行程相对于时间的曲线)和阀实际行程曲线(即表示阀的实际状态相对于时间的曲线)。
在步骤S3中，确定阀是否能被移到全开位置(即衔铁22与下部电磁体25相接触的位置)。尤其，阀的实际行程曲线和阀的目标行程曲线之间的比较，在从阀开始驱动到开启或从阀的行程增加到小于最大行程的预定值(即阀被完全开启时的行程)时的一个预定时间间隔内被进行。如果阀的实际行程曲线偏离阀的目标行程曲线一个预定值时，要确定阀停止并且不能移到全开位置。在图4中，阀的目标行程曲线由实线曲线所表示，而且阀行程变化的许可范围由在虚线曲线之间的区域所表示。如果阀的实际行程曲线与目标曲线的偏差在虚线曲线之间的区域内，则确定阀可以被移到全开位置。如果偏差大得超出了虚线曲线，即偏差不在虚线曲线之间的区域内，则确定阀不能移到全开位置。在此期间，上述目标曲线被设置以便在达到全开位置以前阀的速度立即变得等于一个预定值(如0.1m/s)。然而，能使阀移到全开位置的阀行程变化许可范围随着时间的推移而变化，以便每次确定时可变地设置上述偏差预定值。否则，这个结构将是这样的，其中阀的速度以与阀的目标速度相比较预定的时间间隔计算并且如果阀的计算速度低于目标速度一个预定值或更多时，则确定阀不能移到全开位置。
如果在步骤S3确定阀不能被移到全开位置，操作进行到S4。在步骤S4中，要确定阀在下一循环或接着的循环中被开启时能否被移到全开位置。尤其，如果阀的实际行程与阀的目标行程曲线的偏差大得超出图4的点划线曲线，则确定阀在下一循环或接着的循环中不能被移到全开位置。在这方面，如果确定在步骤S4阀不能被移到全开位置，则既使执行了本文稍后将描述的故障保险控制，也将由此视为阀不能被移到全开位置，原因是比如由于外来杂物塞在致动器中使阀卡在行程中间。
如果确定在步骤S4中阀能在下一循环或接着的循环被移到全开位置，则在步骤S5和S6中执行用于阀的关闭的驱动控制。在这种情况下，激励电磁体线圈的电流与用于关闭阀的正常驱动控制的电流相比被增加，以便阀一定能被移到全闭位置。
在步骤5中，在上述故障保险控制之下确定在阀要开启时用于激励电磁体线圈的激励模型。如图5A和5B所示，在阀不能移到全开位置的情况下，从阀的行程变得小于预定值时开始延续到阀被移到完全关闭位置止的激励控制根据这样的模型被执行，其中在控制的初始阶段激励电流被设置在比正常时更大的值，在该较大值保持一段预定时间后使之迅速减少到维持电流。
在步骤S6中，根据在步骤S5中确定的激励模型执行对阀的关闭的驱动控制，由此使阀移动至完全关闭位置。
在步骤S7中，确定在接着的循环中是否是用于使阀驱动的时间。如果在步骤S7中确定是用于使阀开启的时间，则操作进行到步骤S8。在步骤S8中，在上述故障保险控制下确定要驱动的阀的激励模型。在这方面，确定激励模型以便获得表示阀的行程相对于时间的阀目标行程曲线。
图6表示在开启失败后，用于确定在阀要开启时要使用的阀目标行程曲线的子程序。
在步骤S21中，在前述开启失败后计算在预定时间上阀的实际行程曲线与目标曲线的偏差。
在步骤S22中，阀到达最大行程位置，即，全开位置(参照图7)的时间根据上述偏差被计算。阀到达最大行程位置的时间随着偏差的增加而增加。
在步骤S23中，根据上述偏差计算在到达最大行程位置时(参照图7)阀的速度。阀在到达最大行程位置时的速度随着偏差的增加而增加。然而，阀的速度必须确定在这样的范围内，即不会导致在阀座或与电磁体接触时对阀的任何危害(如，激励电流被确定为50A或更少)。
为获得阀目标行程曲线，根据以上述方式计算的阀到达最大行程位置的时间和阀在到达最大行程位置时的速度，在图3步骤S8中确定激励模型(参照图8)。
在步骤S9中，根据上述激励模型，用于阀开启的驱动控制被执行以将阀移到全开位置。
此外，如果判断在步骤S3阀可以被移到全开位置，操作进行到步骤S10。在步骤S10中，执行用于阀开启的普通驱动控制，而且也从时间上向前执行。
此外，在接着循环中如果确定在步骤S4阀不能被移到全开位置，则判断在一段时间内阀不能被移到全开位置并且操作进行到步骤S11和S12。在步骤S11和S12中，在阀开启失败后，类似于步骤S5和S6，确定阀要关闭时的激励模型，并根据该模型执行对阀关闭的驱动控制，由此将阀移到完全关闭的位置。随后，操作进行到步骤S13。在步骤S13中，经过的循环数量被计算并确定在阀保持关闭期间是否经过了多个循环。
这样的控制已运用在所有气缸的进气阀5和排气阀6上。图9借助与正常时的控制相比较，表示在进排气阀开启失败时，在每个气缸具有二个进气阀和二个排气阀的4冲程发动机的一个预定气缸中，进排气阀的开闭控制。
根据这点，在由于气缸内明显过高的压力或在阀要开启时增加的摩擦力导致阀开启失败的情况下，执行阀关闭的驱动控制而不是阀开启的驱动控制，因此它能防止由于无压、回火和由于进气条件对其它气缸的影响产生的不点火。在此期间，一台发动机具有在各个气缸上的一组进气阀和一组排气阀的情况下，如果某一气缸的一个进气阀或者一个排气阀开启失败时，失败的阀可以被强迫关闭。在这种情况下，尽管发动机性能效率被降低，它还能通过使用剩余的进排气阀使上述气缸引导燃烧操作(作功冲程)。
此外，通过使阀在关闭时的供给电流大于正常时的供给电流，可以确保关闭该阀。
另外，在阀不能被完全开启的情况下，来自下一循环和前面循环的阀目标行程曲线与正常时的行程曲线相比较而被修改，因此阀可以确保被开启。
此外，假设检测这样一种状态，例如其中在阀要被驱动开启时，一个外部杂质或类似东西塞在电磁致动器中使得阀在完全开启前停止或卡住，即假设既使在阀要开启时被驱动开启也不能开启的概率较高，则阀被保持在关闭状态至少一段预定的时间，因此能够防止上述缺点的发生。
此外，假设发动机有一组装在各个气缸上的电磁驱动型进排气阀，提供给致动器的电流因上述故障保险被增加，则可以分别为区分阀被开启或关闭的时间进行这样一种控制，因此由阀座或由衔铁与电磁体的接触产生的噪音不会同时发生并由此可以减少因阀座或接触产生的噪音。
日本专利申请NO P11-343558(1999.12.2提出)全部内容被引入本文作为参考。
尽管本发明在上文通过参照本发明的某些实施例已被描述，但本发明不限于上述的实施例。对于熟练的技术人员，上述实施例的修改和变型将根据上面的教导发生。根据下列的权利要求限定本发明的范围。
权利要求
1.一种由用于开闭内燃机燃烧室的致动器所电磁驱动的阀的故障保险控制系统，该致动器具有一对电磁体、一个插在电磁体之间并附属于阀的衔铁，和一对配置在衔铁相对侧用于向中间位置推动阀的弹簧，该故障保险控制系统包括一个控制单元，它包括确定阀被驱动开启时能否被移到开启位置的一个确定部分；及在确定部分确定阀不能被移到开启位置时将阀驱动到关闭位置的一个故障保险部分。
2.一种如权利要求1所述的故障保险控制系统，其中故障保险部分与正常时相比较增加供给致动器的电源。
3.一种如权利要求1所述的故障保险控制系统，还包括检测阀的行程并产生表示它的输出的一个行程传感器，确定部分根据该行程传感器的输出确定阀的状态。
4.一种如权利要求3所述的故障保险控制系统，其中在阀关于时间的实际行程曲线与阀关于时间的目标行程曲线的偏离为大于预定值的一个量值时，该确定部分确定阀不能被移到开启位置。
5.一种如权利要求4所述的故障保险控制系统，其中控制单元还包括在故障保险部分的控制下使要使用的阀目标行程曲线不同于正常时阀的行程曲线的一个部分。
6.一种如权利要求1所述的故障保险控制系统，其中故障保险部分根据一个模型执行从阀的行程小于预定值时开始持续到阀被移动到关闭位置时止的激励控制，在所述的模型中，供给致动器的电流被设置在比正常时激励控制初始阶段的值更大的一个值，保持该较大值一段预定的时间并在其后迅速减少到保持电流。
7.一种如权利要求2所述的故障保险控制系统，其中发动机还包括用于开闭燃烧室的电磁驱动阀，而且其中故障保险部分驱动首先提到的阀和其次提到的阀在不同的时间移到关闭位置。
8.如权利要求1所述的故障保险控制系统，其中故障保险部分在确定部分确定阀在长于预定值的期间内不能移到开启位置时，使阀在关闭位置保持至少一段预定的时间。
9.一种如权利要求1所述的故障保险控制系统，其中阀开启和关闭发动机的进气口。
10.一种如权利要求1所述的故障保险控制系统，其中阀开启和关闭发动机的排气口。
11.一种用于开启和关闭内燃机燃烧室的电磁驱动阀的故障保险控制系统，包括用于确定阀在被驱动开启时能否被移到开启位置的装置；及在确定装置确定阀不能被移到开启位置时用于将阀驱动至关闭位置的装置。
12.一种由用于开闭内燃机燃烧室的致动器电磁驱动的阀的故障保险控制方法，该致动器具有一对电磁阀、一个插在电磁体之间且附属于阀的衔铁、和一对配置在衔铁相对侧用于向中间位置推动阀的弹簧，该方法包括确定阀在被驱动开启时能否被移到开启位置；及在确定阀不能被移到开启位置时，将阀驱动至关闭位置。
13.一种如权利要求12所述的故障保险控制方法，其中该方法在确定阀不能被移到开启位置时，与正常时相比增加供给致动器的电流。
14.一种如权利要求12所述的故障保险控制方法，其中该方法检测阀的行程，并根据阀的行程确定阀的状态。
15.一种如权利要求14所述的故障保险控制方法，其中在阀关于时间的实际行程曲线偏离阀关于时间的目标行程曲线为大于预定值的一个量值时，该方法确定阀不能被移到开启位置。
16.一种如权利要求12所述的故障保险控制方法，该方法在确定阀不能被移到开启位置时沿着阀目标行程曲线驱动该阀，该阀目标行程曲线不同于正常时的行程曲线。
17.一种如权利要求12所述的故障保险控制方法，其中该方法根据一个模型执行从阀的行程小于预定值时开始持续到阀被移到关闭位置止的激励控制，在所述的模型中供给致动器的电流被设置在比正常时激励控制的初始阶段值更大的值，在一段预定的时间内维持该较大值并在其后使其迅速减小到保持电流。
18.一种如权利要求13所述的故障保险控制方法，其中发动机还包括用于开闭燃烧室的电磁驱动阀，而且其中该方法在不同时间驱使首先提到的阀和其次提到的阀移到关闭位置。
19.一种如权利要求12所述的故障保险控制方法，其中当确定阀在长于预定值的一段时间内不能被移到开始位置时，该方法至少在一段预定的期间内使阀保持在关闭位置。
全文摘要
提供一种用于开闭内燃机进气口或排气口的电磁驱动阀的故障保险控制系统。阀是保持在中间位置的类型的阀,即在未激励电磁致动器时处于部分开启位置。当阀开启失败时,供给电流比正常时增加以使阀关闭,因此防止不点火,回火和对其它气缸进气条件的恶劣影响并由此获得发动机部件延长的使用寿命。一种故障保险控制方法也被提供。
文档编号F02D41/20GK1336983SQ00802842
公开日2002年2月20日 申请日期2000年11月28日 优先权日1999年12月2日
发明者藤原启介, 永石初雄 申请人:日产自动车株式会社