JP2001289076A - 電磁駆動弁を有する内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電磁力によって排気弁を開閉駆
動する電磁駆動式動弁機構を備えた内燃機関において、
内燃機関の運転状態が高回転運転領域にある場合等に排
気弁の開閉駆動に要する電力を低減することができる技
術を提供することにより、限られた電力で排気弁を確実
に開閉動作させることを目的とする。 【解決手段】 本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機
関は、励磁電流が印加された際に発生する電磁力を利用
して内燃機関の排気弁を開閉駆動する電磁駆動機構を備
えた内燃機関において、排気弁の開弁駆動に要する消費
電力が許容範囲を越えるような場合に、排気弁の開弁時
期を排気行程下死点の近傍に遅角させることにより、排
気弁の開弁駆動に要する消費電力を低減させることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力を利用して
排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構を備えた内燃
機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車などに搭載される内燃機関
では、吸排気弁の開閉駆動に起因した機械損失の防止、
吸気のポンピング損失の防止、正味熱効率の向上等を目
的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを任意に
変更可能な電磁駆動式動弁機構の開発が進められてい
る。

【０００３】電磁駆動式動弁機構としては、例えば、磁
性体からなり吸排気弁と連動して進退動作するアーマチ
ャと、励磁電流が印加されたときにアーマチャを閉弁方
向へ変位させる電磁力を発生する閉弁用電磁石と、励磁
電流が印加されたときにアーマチャを開弁方向へ変位さ
せる電磁力を発生する開弁用電磁石と、前記アーマチャ
を閉弁方向へ付勢する閉弁側戻しばねと、前記アーマチ
ャを開弁方向へ付勢する開弁側戻しばねとを備えたもの
が提案されている。

【０００４】このような電磁駆動式動弁機構によれば、
従来の動弁機構のように機関出力軸（クランクシャフ
ト）の回転力を利用して吸排気弁を開閉駆動させる必要
がないため、吸排気弁の駆動に起因した機械損失が防止
される。

【０００５】更に、上記した電磁駆動式動弁機構によれ
ば、機関出力軸の回転動作と独立して吸排気弁を開閉駆
動させることが可能となるため、吸排気弁の開閉時期や
開度を制御する場合の自由度が高い等、種々の利点があ
る。

【０００６】一方、電磁駆動式動弁機構を備えた内燃機
関が搭載される車両には、電磁駆動式動弁機構の他に、
点火栓、燃料噴射弁、空調装置、ヘッドライト等の種々
の電装品が搭載されており、これら電装品の駆動電力
は、車両に搭載されるバッテリや発電機によって賄われ
ている。

【０００７】しかしながら、バッテリや発電機によって
供給される電力には限りがあるため、電磁駆動式動弁機
構以外の電装品の作動状態によっては、電磁駆動式動弁
機構に対して所望の電力を供給することが不可能となる
場合が想定される。

【０００８】例えば、内燃機関の運転状態が高回転運転
領域にある場合は、単位時間当たりに吸気弁及び排気弁
が開閉動作する回数が増加するため、電磁駆動式動弁機
構の駆動に要する電力が大きくなるが、単位時間当たり
の点火栓及び燃料噴射弁の作動回数も増加して点火栓及
び燃料噴射弁の消費電力も大きくなるため、電磁駆動式
動弁機構へ供給することができる電力が小さくなる。

【０００９】特に、内燃機関の運転状態が高回転運転領
域にあるときに、空調装置やヘッドライト等の電装品が
作動状態にあると、電磁駆動式動弁機構へ供給すること
ができる電力が一層小さくなるため、電磁駆動式動弁機
構の要求電力を確保することが困難になる場合がある。

【００１０】このような問題に対し、従来では特開平１
０−１３１７２６号公報に記載されたような電磁駆動バ
ルブ駆動回路が提案されている。この公報に記載された
電磁駆動バルブ駆動回路は、吸排気弁に一体的に取り付
けられた永久磁石と、励磁電流の印加により前記永久磁
石を変位させる磁極を発生する駆動コイルと、前記駆動
コイルに印加される励磁電流の方向を切り換えるととも
に前記駆動コイルに対する励磁電流の供給と供給停止と
を切り換えるスイッチング部と、永久磁石の慣性移動に
より駆動コイルに誘起される起電力を蓄えるためのコン
デンサとを備えた電磁駆動バルブ駆動回路において、永
久磁石の慣性移動によって駆動コイルに誘起される起電
力と駆動コイルの漏れインダクタンスとを利用して前記
スイッチング部を昇圧型スイッチングレギュレータとし
て作用させることにより、コンデンサに回生充電される
電力を大きくするとともに、コンデンサから駆動コイル
へ供給可能な電力を大きくし、以て外部から電磁駆動バ
ルブ駆動回路へ供給される電力（すなわち、電磁駆動バ
ルブ駆動回路の消費電力）を小さくしようとするもので
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の技術に
おいて、コンデンサに回生充電される電力は、電磁駆動
式動弁機構の駆動電力に比して極小さくなるため、内燃
機関の運転状態が高回転運転領域にあるときのように電
磁駆動式動弁機構の駆動に要する電力が大きくなる場合
には、バッテリや発電機の電力に加えてコンデンサの電
力を利用しても所望の駆動電力を電磁駆動式動弁機構へ
供給することができなくなる場合があり、そのような場
合には吸排気弁を正常に開閉駆動させることが困難にな
る虞がある。

【００１２】また、電磁駆動式動弁機構は、ワイヤハー
ネスを介してバッテリや発電機等と接続されるため、内
燃機関の運転状態が高回転運転状態にあると、単位時間
当たりにワイヤハーネスを流れる電流量が増加してワイ
ヤハーネスの許容電流量を超えてしまう場合があり、そ
のような場合には電磁駆動式動弁機構に対して所望量の
電流を供給することが困難となり、吸排気弁が正常に開
閉動作しなくなる虞がある。

【００１３】これに対し、ワイヤハーネスの断面積を大
きくして単位時間当たりの許容電流量を増加させること
が考えられるが、ワイヤハーネスの断面積を過剰に大き
くすると、ワイヤハーネスを含めた電磁駆動式動弁機構
の占有スペースが過剰に増加してしまい、車両に搭載す
ることが困難になる虞がある。

【００１４】本発明は、上記したような種々の事情に鑑
みてなされたものであり、電磁駆動弁を有する内燃機関
において、内燃機関の運転状態が高回転運転領域にある
場合等に、電磁駆動式動弁機構の駆動に要する電力を小
さくすることができる技術を提供することにより、電磁
駆動式動弁機構を限られた電力で確実に動作させること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。すなわ
ち、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関は、励磁
電流が印加された際に発生する電磁力を利用して内燃機
関の排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構と、所定
の時期における前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低
減すべく前記排気弁の開弁時期を変更する消費電力低減
手段と、を備えることを特徴としている。

【００１６】このように構成された電磁駆動弁を有する
内燃機関では、消費電力低減手段は、所定の時期に、電
磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく排気弁の開弁
時期を変更する。

【００１７】この場合、所定の時期における電磁駆動式
動弁機構の消費電力が低減されることになる。すなわ
ち、電磁駆動式動弁機構は、比較的小さい消費電力によ
って排気弁を開閉駆動することになる。

【００１８】この結果、電磁駆動式動弁機構に供給可能
な電力が小さくなるような時期であっても排気弁が確実
に開閉動作することになる。ここで、本発明に係る所定
の時期としては、内燃機関の運転状態が高回転運転領域
にある時を例示することができる。

【００１９】これは、内燃機関の運転状態が高回転運転
領域にある場合は、単位時間当たりに排気弁を開閉駆動
する回数が増加し、電磁駆動式動弁機構の消費電力が増
加するからである。

【００２０】また、本発明に係る所定の時期としては、
排気弁の開弁に要する励磁電流が所定の基準値を越えた
とき、より具体的には電磁駆動式動弁機構へ励磁電流を
供給するためのワイヤハーネスの許容電流量に対して前
記電磁駆動式動弁機構に印加すべき励磁電流量が多くな
った場合を例示することができる。

【００２１】また、所定の時期における電磁駆動式動弁
機構の消費電力を低減する方法としては、排気弁の開弁
時期を排気行程下死点の近傍まで遅角させる方法を例示
することができる。

【００２２】ここで、膨張行程中の気筒内の圧力は、混
合気の燃焼によって高圧となっており、その圧力が排気
弁に対して閉弁方向へ作用することになる。このため、
電磁駆動式動弁機構は、前記圧力に抗して排気弁を開弁
させるべく、より大きな電磁力を発生する必要があり、
その結果、電磁駆動式動弁機構の消費電力が大きくなっ
てしまう。

【００２３】一方、膨張行程中の気筒内の圧力は、ピス
トンの下降動作によって低下し、排気行程下死点の近傍
で最も低くなるため、排気弁に対して閉弁方向へ作用す
る圧力は、排気行程下死点の近傍で最も小さくなると考
えられる。

【００２４】従って、排気弁の開弁時期を排気行程下死
点の近傍まで遅角させることにより、排気弁の開弁させ
るために必要となる電磁力を小さくすることができ、そ
の結果、電磁駆動式動弁機構の消費電力を小さくするこ
とが可能となる。

【００２５】尚、排気弁の開弁時期を遅角させる際に
は、遅角後の開弁時期が排気行程下死点後とならないよ
うにすることが好ましい。これは、排気行程下死点後の
気筒では、ピストンが上昇動作することになり、それに
伴って気筒内の既燃ガスが圧縮され、排気弁に対して閉
弁方向に作用する圧力が高くなってしまうからである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電磁駆動弁を
有する内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づ
いて説明する。

【００２７】図１及び図２は、本実施の形態に係る内燃
機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１及
び図２に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた４
ストローク・サイクルの水冷式ガソリンエンジンであ
る。

【００２８】内燃機関１は、４つの気筒２１及び冷却水
路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリ
ンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１
ａとを備えている。

【００２９】前記シリンダブロック１ｂには、機関出力
軸たるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、こ
のクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に
装填されたピストン２２とコネクティングロッド１９を
介して連結されている。

【００３０】各気筒２１のピストン２２上方には、ピス
トン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれ
た燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１
ａには、各気筒２１の燃焼室２４に臨むよう点火栓２５
が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に
駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続され
ている。

【００３１】前記シリンダヘッド１ａにおいて各気筒２
１の燃焼室２４に臨む部位には、吸気ポート２６の開口
端が２つ形成されるとともに、排気ポート２７の開口端
が２つ形成されている。そして、前記シリンダヘッド１
ａには、前記吸気ポート２６の各開口端を開閉する吸気
弁２８と、前記排気ポート２７の各開口端を開閉する排
気弁２９とが進退自在に設けられている。

【００３２】前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が
印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁
２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電
磁駆動機構３０と称する）が吸気弁２８と同数設けられ
ている。各吸気側電磁駆動機構３０には、該吸気側電磁
駆動３０に励磁電流を印加するための駆動回路３０ａ
（以下、吸気側駆動回路３０ａと称する）が電気的に接
続されている。

【００３３】前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が
印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁
２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電
磁駆動機構３１と称する）が排気弁２９と同数設けられ
ている。各排気側電磁駆動機構３１には、該排気側電磁
駆動機構３１に励磁電流を印加するための駆動回路３１
ａ（以下、排気側駆動回路３１ａと称する）が電気的に
接続されている。

【００３４】上記した吸気側電磁駆動機構３０と排気側
電磁駆動機構３１とは、本発明に係る電磁駆動式動弁機
構を実現するものである。ここで、吸気側電磁駆動機構
３０と排気側電磁駆動機構３１の具体的な構成について
述べる。尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動
機構３１とは同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機
構３０のみを例に挙げて説明する。

【００３５】図３は、吸気側電磁駆動機構３０の構成を
示す断面図である。図３において内燃機関１のシリンダ
ヘッド１ａは、シリンダブロック１ｂの上面に固定され
るロアヘッド１０と、このロアヘッド１０の上部に設け
られたアッパヘッド１１とを備えている。

【００３６】前記ロアヘッド１０には、各気筒２１毎に
２つの吸気ポート２６が形成され、各吸気ポート２６の
燃焼室２４側の開口端には、吸気弁２８の弁体２８ａが
着座するための弁座１２が設けられている。

【００３７】前記ロアヘッド１０には、各吸気ポート２
６の内壁面から該ロアヘッド１０の上面にかけて断面円
形の貫通孔が形成され、その貫通孔には筒状のバルブガ
イド１３が挿入されている。前記バルブガイド１３の内
孔には、吸気弁２８の弁軸２８ｂが貫通し、前記弁軸２
８ｂが軸方向へ進退自在となっている。

【００３８】前記アッパヘッド１１において前記バルブ
ガイド１３と軸心が同一となる部位には、第１コア３０
１及び第２コア３０２が嵌入される断面円形のコア取付
孔１４が設けられている。前記コア取付孔１４の下部１
４ｂは、その上部１４ａに比して径大に形成されてい
る。以下では、前記コア取付孔１４の下部１４ｂを径大
部１４ｂと称し、前記コア取付孔１４の上部１４ａを径
小部１４ａと称する。

【００３９】前記径小部１４ａには、軟磁性体からなる
環状の第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙
３０３を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これら
の第１コア３０１の上端と第２コア３０２の下端には、
それぞれフランジ３０１ａとフランジ３０２ａが形成さ
れており、第１コア３０１は上方から、また第２コア３
０２は下方からそれぞれコア取付孔１４に嵌挿され、フ
ランジ３０１ａとフランジ３０２ａがコア取付孔１４の
縁部に当接することにより第１コア３０１と第２コア３
０２の位置決めがされて、前記間隙３０３が所定の距離
に保持されるようになっている。

【００４０】前記第１コア３０１の上方には、筒状のア
ッパキャップ３０５が設けられている。このアッパキャ
ップ３０５は、その下端に形成されたフランジ部３０５
ａにボルト３０４を貫通させてアッパヘッド１１上面に
固定されている。この場合、フランジ部３０５ａを含む
アッパキャップ３０５の下端が第１コア３０１の上面周
縁部に当接した状態で固定されることになり、その結
果、第１コア３０１がアッパヘッド１１に固定されるこ
とになる。

【００４１】一方、前記第２コア３０２の下部には、コ
ア取付孔１４の径大部１４ｂと略同径の外径を有する環
状体からなるロアキャップ３０７が設けられている。こ
のロアキャップ３０７にはボルト３０６が貫通し、その
ボルト３０６により前記ロアキャップ３０７が前記径小
部１４ａと径大部１４ｂの段部における下向きの段差面
に固定されている。この場合、ロアキャップ３０７が第
２コア３０２の下面周縁部に当接した状態で固定される
ことになり、その結果、第２コア３０２がアッパヘッド
１１に固定されることになる。

【００４２】前記第１コア３０１の前記間隙３０３側の
面に形成された溝部には、第１の電磁コイル３０８が把
持されており、前記第２コア３０２の間隙３０３側の面
に形成された溝部には第２の電磁コイル３０９が把持さ
れている。その際、第１の電磁コイル３０８と第２の電
磁コイル３０９とは、前記間隙３０３を介して向き合う
位置に配置されるものとする。そして、第１及び第２の
電磁コイル３０８、３０９は、前述した吸気側駆動回路
３０ａと電気的に接続されている。

【００４３】前記間隙３０３には、該間隙３０３の内径
より径小な外径を有する環状の軟磁性体からなるアーマ
チャ３１１が配置されている。このアーマチャ３１１の
中空部には、該アーマチャ３１１の軸心に沿って上下方
向に延出した円柱状のアーマチャシャフト３１０が固定
されている。このアーマチャシャフト３１０は、その上
端が前記第１コア３０１の中空部を通ってその上方のア
ッパキャップ３０５内まで至るとともに、その下端が第
２コア３０２の中空部を通ってその下方の径大部１４ｂ
内に至るよう形成され、前記第１コア３０１及び前記第
２コア３０２によって軸方向へ進退自在に保持されてい
る。

【００４４】前記アッパキャップ３０５内に延出したア
ーマチャシャフト３１０の上端部には、円板状のアッパ
リテーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャ
ップ３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が
螺着され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボ
ルト３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在
している。また、前記アジャストボルト３１３と前記ア
ッパスプリング３１４との当接面には、前記アッパキャ
ップ３０５の内径と略同径の外径を有するスプリングシ
ート３１５が介装されている。

【００４５】一方、前記径大部１４ｂ内に延出したアー
マチャシャフト３１０の下端部には、吸気弁２８の弁軸
２８ｂの上端部が当接している。前記弁軸２８ｂの上端
部の外周には、円盤状のロアリテーナ２８ｃが接合され
ており、そのロアリテーナ２８ｃの下面とロアヘッド１
０の上面との間には、ロアスプリング３１６が介在して
いる。

【００４６】このように構成された吸気側電磁駆動機構
３０では、吸気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル
３０８及び第２の電磁コイル３０９に対して励磁電流が
印加されていないときは、アッパスプリング３１４から
アーマチャシャフト３１０に対して下方向（すなわち、
吸気弁２８を開弁させる方向）への付勢力が作用すると
ともに、ロアスプリング３１６から吸気弁２８に対して
上方向（すなわち、吸気弁２８を閉弁させる方向）への
付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト３１０
及び吸気弁２８が互いに当接して所定の位置に弾性支持
された状態、いわゆる中立状態に保持されることにな
る。

【００４７】尚、アッパスプリング３１４とロアスプリ
ング３１６の付勢力は、前記アーマチャ３１１の中立位
置が前記間隙３０３において前記第１コア３０１と前記
第２コア３０２との中間の位置となるよう設定されてお
り、構成部品の初期公差や経年変化等によってアーマチ
ャ３１１の中立位置が前記した中間位置からずれた場合
には、アーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置
と一致するようアジャストボルト３１３によって調整す
ることが可能になっている。

【００４８】前記アーマチャシャフト３１０及び前記弁
軸２８ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３１１が前
記間隙３０３の中間位置に位置するときに、前記弁体２
８ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以
下、中開位置と称する）となるように設定されている。

【００４９】前記した吸気側電磁駆動機構３０では、吸
気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル３０８に対し
て励磁電流が印加されると、第１コア３０１と第１の電
磁コイル３０８とアーマチャ３１１との間に、アーマチ
ャ３１１を第１コア３０１側へ変位させる方向の電磁力
が発生し、その電磁力によってアーマチャ３１１が退行
する。

【００５０】このようにしてアーマチャ３１１が退行す
ると、吸気弁２８がロアスプリング３１６の付勢力を受
けて閉弁動作することにある。また、前記した吸気側電
磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第２の
電磁コイル３０９に対して励磁電流が印加されると、第
２コア３０２と第２の電磁コイル３０９とアーマチャ３
１１との間にアーマチャ３１１を前記第２コア３０２側
へ変位させる方向の電磁力が発生し、その電磁力によっ
てアーマチャ３１１が進出する。

【００５１】このようにしてアーマチャ３１１が進出す
ると、該アーマチャ３１１が吸気弁２８の弁軸２８ｂに
当接しつつ進出動作することになり、その結果、吸気弁
２８はロアスプリング３１６の付勢力に抗して開弁動作
することになる。

【００５２】従って、上記した吸気側電磁駆動機構３０
では、吸気側駆動回路３０ａからの励磁電流が第１の電
磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互に印
加されることにより、アーマチャ３１１が進退動作し、
それに伴って弁軸２８ｂが進退駆動されると同時に弁体
２８ａが開閉駆動されることになる。

【００５３】その際、第１の電磁コイル３０８及び第２
の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印加タイミング
と励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁２８
の開閉タイミングを任意に制御することが可能となる。

【００５４】また、上記した吸気側電磁駆動機構３０に
は、吸気弁２８の変位を検出するバルブリフトセンサ３
１７が取り付けられている。このバルブリフトセンサ３
１７は、アッパリテーナ３１２の上面に取り付けられた
円板状のターゲット３１７ａと、アジャストボルト３１
３における前記アッパリテーナ３１２と対向する部位に
取り付けられたギャップセンサ３１７ｂとから構成され
ている。

【００５５】このように構成されたバルブリフトセンサ
３１７では、前記ターゲット３１７ａが前記吸気側電磁
駆動機構３０のアーマチャ３１１と一体的に変位し、前
記ギャップセンサ３１７ｂが該ギャップセンサ３１７ｂ
と前記ターゲット３１７ａとの距離に対応した電気信号
を出力することになる。

【００５６】その際、アーマチャ３１１が中立状態にあ
るときのギャップセンサ３１７ｂの出力信号値を予め記
憶しておき、その出力信号値と現時点におけるギャップ
センサ３１７ｂの出力信号値との偏差を算出することに
より、アーマチャ３１１及び吸気弁２８の変位を特定す
ることが可能となる。

【００５７】ここで、図１及び図２に戻り、内燃機関１
のシリンダヘッド１ａには、４つの枝管からなる吸気枝
管３３が接続され、前記吸気枝管３３の各枝管は、各気
筒２１の吸気ポート２６と連通している。

【００５８】前記シリンダヘッド１ａにおいて前記吸気
枝管３３との接続部位の近傍には、その噴孔が吸気ポー
ト２６内に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられてい
る。前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制するための
サージタンク３４に接続されている。前記サージタンク
３４には、吸気管３５が接続され、吸気管３５は、吸気
中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス３
６と接続されている。

【００５９】前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流
れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を
出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。
前記吸気管３５において前記エアフローメータ４４より
下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を
調整するスロットル弁３９が設けられている。

【００６０】前記スロットル弁３９には、ステッパモー
タ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル
弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０
と、前記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を
出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付け
られている。

【００６１】前記スロットル弁３９には、該スロットル
弁３９と独立に回動自在であり、且つアクセルペダル４
２に連動して回動する図示しないアクセルレバーが取り
付けられ、そのアクセルレバーには、該アクセルレバー
の回動量に対応した電気信号を出力するアクセルポジシ
ョンセンサ４３が取り付けられている。

【００６２】一方、前記内燃機関１のシリンダヘッド１
ａには、４本の枝管が内燃機関１の直下流において１本
の集合管に合流するよう形成された排気枝管４５が接続
され、前記排気枝管４５の各枝管が各気筒２１の排気ポ
ート２７と連通している。

【００６３】前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６を
介して排気管４７に接続され、排気管４７は、下流にて
図示しないマフラーと接続されている。前記排気枝管４
５には、該排気枝管４５内を流れる排気、言い換えれ
ば、排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応し
た電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられ
ている。

【００６４】ここで、上記した排気浄化触媒４６として
は、例えば、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃
比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中
に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒
素酸化物（ＮＯx）を浄化する三元触媒、該排気浄化触
媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であると
きは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵する
とともに該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が
理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵して
いた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元・浄化する
吸蔵還元型ＮＯx触媒、該排気浄化触媒４６に流入する
排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が
存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元・
浄化する選択還元型ＮＯx触媒、もしくは上記した各種
の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。

【００６５】内燃機関１には、クランクシャフト２３と
図示しないベルトによって連結され、前記クランクシャ
フト２３の回転エネルギを電気エネルギに変換するオル
タネータ６１が取り付けられている。

【００６６】前記オルタネータ６１には、車室内用の空
調装置、デフロスター、ヘッドライト、ワイパー等の電
気負荷６２が接続され、前記オルタネータ６１によって
発電された電力が前記電気負荷６２へ供給されるように
なっている。

【００６７】前記オルタネータ６１には、イグナイタ２
５ａ、燃料噴射弁３２、吸気側駆動回路３０ａ、排気側
駆動回路３１ａ等がワイヤハーネスを介して接続され、
前記オルタネータ６１から上記したイグナイタ２５ａ、
燃料噴射弁３２、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回
路３１ａ等に対して個々の駆動電力が供給されるように
なっている。

【００６８】内燃機関１は、クランクシャフト２３の端
部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミン
グロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付け
られた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジ
ションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷
却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダ
ブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備え
ている。

【００６９】このように構成された内燃機関１には、該
内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニッ
ト（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）２０が併設さ
れている。

【００７０】前記ＥＣＵ２０には、スロットルポジショ
ンセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフ
ローメータ４４、空燃比センサ４８、クランクポジショ
ンセンサ５１、水温センサ５２、バルブリフトセンサ３
１７等の各種センサが電気配線を介して接続され、各セ
ンサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになって
いる。

【００７１】前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、
吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴
射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等が電気配
線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信
号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、吸気側駆動
回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、
スロットル用アクチュエータ４０を制御することが可能
になっている。

【００７２】ここで、ＥＣＵ２０は、図４に示すよう
に、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰ
Ｕ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップ
ＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６と
を備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続された
Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。

【００７３】前記Ａ／Ｄ４０７には、スロットルポジシ
ョンセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エア
フローメータ４４、空燃比センサ４８、水温センサ５
２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナログ信号
形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続さ
れている。このＡ／Ｄ４０７は、上記した各センサの出
力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換
した後に前記入力ポート４０５へ送信する。

【００７４】前記入力ポート４０５は、前述したスロッ
トルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ
４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、水温
センサ５２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナ
ログ信号形式の信号を出力するセンサと前記Ａ／Ｄ４０
７を介して接続されるとともに、クランクポジションセ
ンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセ
ンサと接続されている。

【００７５】前記入力ポート４０５は、各種センサの出
力信号を直接又はＡ／Ｄ４０７を介して入力し、それら
の出力信号を双方向性バス４００を介してＣＰＵ４０１
やＲＡＭ４０３へ送信する。

【００７６】前記出力ポート４０６は、イグナイタ２５
ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃
料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等と電
気配線を介して接続されている。前記出力ポート４０６
は、ＣＰＵ４０１から出力された制御信号を双方向性バ
ス４００を介して入力し、その制御信号をイグナイタ２
５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、
燃料噴射弁３２、又はスロットル用アクチュエータ４０
へ送信する。

【００７７】前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定す
るための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定
するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁２８の開
閉タイミングを決定するための吸気弁開閉タイミング制
御ルーチン、排気弁２９の開閉タイミングを決定するた
めの排気弁開閉タイミング制御ルーチン、吸気側電磁駆
動機構３０に印加すべき励磁電流量を決定するための吸
気側励磁電流制御ルーチン、排気側電磁駆動機構３１に
印加すべき励磁電流量を決定するための排気側励磁電流
量制御ルーチン、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を
決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁３
９の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン
等のアプリケーションプログラムに加え、所定の時期に
おける排気側電磁駆動機構３１の消費電力を低減するた
めの消費電力低減制御ルーチンを記憶している。

【００７８】前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運
転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示
す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸
気弁２８の開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タ
イミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２
９の開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミン
グ制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気側電磁駆動
機構３０に印加すべき励磁電流量との関係を示す吸気側
励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気側
電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量との関係を示
す排気側励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態
と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御
マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９の開
度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。

【００７９】前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号
やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果
は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号
に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ
４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジショ
ンセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き
換えられる。

【００８０】前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関
１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリで
あり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を
特定する情報等を記憶する。

【００８１】前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作
し、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁
開閉制御、スロットル制御等の周知の制御に加え、本発
明の要旨となる消費電力低減制御を実行する。

【００８２】消費電力低減制御では、ＣＰＵ４０１は、
内燃機関１の運転状態が高回転・高負荷運転領域にある
ときに、排気側電磁駆動機構３１の消費電力が所定の電
力より大きくなると、若しくは、排気側電磁駆動機構３
１に対して単位時間当たりに印加すべき励磁電流量がワ
イヤハーネスの許容電流量を越えると、排気側電磁駆動
機構３１に印加すべき励磁電流量を低減すべく、排気弁
２９の開弁時期を変更することになる。

【００８３】ここで、内燃機関１の運転状態が高回転・
高負荷運転領域にあるときは、単位時間当たりの吸気弁
２８及び排気弁２９の開閉回数が多くなるため、単位時
間当たりに吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動
機構３１に印加すべき励磁電流量が増加し、以て吸気側
電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１の消費電
力が大きくなる。

【００８４】但し、各気筒２１の吸気行程において吸気
弁２８を開弁させる場合は、排気の慣性効果やピストン
２２の下降動作により気筒２１内が負圧となり、その負
圧が吸気弁２８に対して開弁方向へ作用するため、吸気
側電磁駆動機構３０は比較的少ない励磁電流によって吸
気弁２８を開弁させることが可能である。

【００８５】このため、吸気側電磁駆動機構３０に対し
て単位時間当たりに印加すべき励磁電流量がワイヤハー
ネスの許容電流量以上となることはなく、たとえ吸気側
電磁駆動機構３０に印加すべき励磁電流量を低減して
も、吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３
１の消費電力を大幅に低減することは困難である。

【００８６】これに対し、各気筒２１の排気行程におい
て排気弁２９を開弁させる場合は、混合気の燃焼によっ
て気筒２１内が高圧になっており、その圧力が排気弁２
９に対して閉弁方向へ作用するため、排気側電磁駆動機
構３１は、前記した圧力に抗して排気弁２９を開弁させ
る必要がある。つまり、排気側電磁駆動機構３１は、比
較的多くの励磁電流を消費して排気弁２９を開弁させる
ことになる。

【００８７】このため、排気側電磁駆動機構３１の消費
電力が大きくなる可能性、及び、排気側電磁駆動機構３
１に対して単位時間当たりに印加すべき励磁電流量がワ
イヤハーネスの許容電流量以上となる可能性が高いとい
える。

【００８８】従って、排気側電磁駆動機構３１に印加す
べき励磁電流量を低減することにより、吸気側電磁駆動
機構３０及び排気側電磁駆動機構３１の消費電力が大幅
に低減されることになる。

【００８９】一方、内燃機関１の運転状態が高負荷・高
回転運転領域にあるときの排気弁２９の開弁時期は、通
常、排気効率の向上や吸気効率の向上を目的として、排
気行程下死点より前であって膨張行程の途中に設定され
る。

【００９０】例えば、内燃機関１が最高出力を発生する
高回転運転領域では、図５に示すように、排気行程下死
点より前であって膨張行程の中盤（図５の例では、排気
行程下死点前１００°ＣＡ付近（BBDC 100°ＣＡ））に
排気弁２９の開弁時期が設定されたときに、機関出力が
最も高くなる。

【００９１】これは、排気弁２９の開弁時期が膨張行程
の前半まで進角されると、混合気の燃焼によって発生し
た圧力（燃焼圧力）が十分にピストン２２へ伝達されな
くなる一方で、排気弁２９の開弁時期が膨張行程の後半
（排気行程下死点近傍）まで遅角されると、排気の慣性
効果を十分に得ることができず、気筒２１内の残留ガス
が増加するため、次の吸気行程において新気の充填効率
が低下してしまうからである。

【００９２】しかしながら、機関出力が最も高くなるよ
うに排気弁２９の開弁時期が膨張行程の中盤に設定され
ると、気筒２１内の圧力（筒内圧力）も高くなるため、
排気弁２９の開閉駆動に要する消費電力が大きくなって
しまう。尚、図５に示す消費電力は、排気弁２９の開弁
から閉弁に至るまでの消費電力を積算したものである。

【００９３】これに対し、排気弁２９の開弁時期が排気
行程下死点の直前（図５の例では、排気行程下死点前２
０°ＣＡ〜４０°ＣＡ付近）に設定された場合は、内燃
機関１の最高出力が低くなるものの、筒内圧力も低くな
るため、排気弁２９の開弁から閉弁に至るまでの消費電
力が極小値となる。

【００９４】従って、内燃機関１の運転状態が高回転・
高負荷運転領域にあるときに、排気弁２９の開弁時期が
排気行程下死点の近傍まで遅角されると、排気側電磁駆
動機構３１の消費電力が大幅に低減されることになる。

【００９５】そこで、本実施の形態では、ＣＰＵ４０１
は、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域に
あるときに、排気側電磁駆動機構３１の消費電力が所定
の電力より大きくなると、若しくは、排気側電磁駆動機
構３１に対して単位時間当たりに印加すべき励磁電流量
がワイヤハーネスの許容電流量を越えると、排気弁２９
の開弁時期を排気行程下死点の近傍まで遅角させるよう
にした。

【００９６】以下、本実施の形態に係る消費電力低減制
御について具体的に説明する。ＣＰＵ４０１は、消費電
力低減制御を実行するにあたり、図６に示すような消費
電力低減制御ルーチンを実行する。この消費電力低減制
御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているルー
チンであり、ＣＰＵ４０１によって所定時間毎（例え
ば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力
する度）に繰り返し実行されるルーチンである。

【００９７】消費電力低減制御ルーチンでは、ＣＰＵ４
０１は、先ずＳ６０１においてＲＡＭ４０３から機関回
転数とアクセルポジションセンサ４３の出力信号値（ア
クセル開度）を読み出す。

【００９８】Ｓ６０２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ６
０１で読み出された機関回転数とアクセル開度とに基づ
いて、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域
にあるか否かを判別する。

【００９９】前記Ｓ６０２において内燃機関１の運転状
態が高負荷・高回転運転領域にないと判定された場合
は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０７へ進み、排気弁２９の開
弁時期が通常の開弁時期となるように排気側駆動回路３
１ａを制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【０１００】一方、前記Ｓ６０２において内燃機関１の
運転状態が高負荷・高回転運転領域にあると判定された
場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０３へ進み、別途の排気
側励磁電流量制御ルーチンに従って算出された排気側電
磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量を入力し、その
励磁電流量に基づいて排気側電磁駆動機構３１の消費電
力を算出する。

【０１０１】Ｓ６０４では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ６
０３で算出された排気側電磁駆動機構３１の消費電力が
所定の最大消費電力より大きいか否かを判別する。前記
した最大消費電力は、オルタネータ６１の発電容量から
排気側電磁駆動機構３１以外の電気負荷の消費電力を減
算して得られる値であり、排気側電磁駆動機構３１が消
費することができる最大の電力を示す値である。

【０１０２】Ｓ６０５では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ６
０３で算出された排気側電磁駆動機構３１の励磁電流量
がワイヤハーネスの許容電流量を越えているか否かを判
別する。

【０１０３】前記Ｓ６０４において排気側電磁駆動機構
３１の消費電力が所定の最大消費電力以下であると判定
し、且つ、前記Ｓ６０５において排気側電磁駆動機構３
１の励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量以下であ
ると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０７へ進
み、排気弁２９の開弁時期が通常の開弁時期となるよう
に排気側駆動回路３１ａを制御し、本ルーチンの実行を
一旦終了する。

【０１０４】一方、前記Ｓ６０４において排気側電磁駆
動機構３１の消費電力が所定の最大消費電力より大きい
と判定した場合、又は、前記Ｓ６０５において排気側電
磁駆動機構３１の励磁電流量がワイヤハーネスの許容電
流量を越えていると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、
Ｓ６０６へ進む。

【０１０５】Ｓ６０６では、ＣＰＵ４０１は、排気弁２
９の開弁時期を排気行程下死点の近傍まで遅角させるべ
く、排気側駆動回路３１ａを制御し、本ルーチンの実行
を一旦終了する。

【０１０６】その際、排気弁開弁時期の遅角量は、予め
設定された固定値であってもよく、あるいは、機関回転
数と最大消費電力とをパラメータとして決定される可変
値であってもよい。

【０１０７】更に、排気弁開弁時期の遅角量が機関回転
数と最大消費電力とをパラメータとして決定される可変
値である場合には、排気弁開弁時期を遅角させた後の消
費電力又は励磁電流量に基づいて遅角量を補正する、い
わゆるフィードバック制御が実行されるようにしてもよ
い。

【０１０８】このようにＣＰＵ４０１が消費電力低減制
御ルーチンを実行することにより、本発明に係る消費電
力低減手段が実現されることになる。従って、本実施の
形態に係る電磁駆動弁を有する内燃機関によれば、内燃
機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にある場合
に、排気側電磁駆動機構３１の消費電力もしくは励磁電
流量が許容範囲を越えると、排気側電磁駆動機構３１の
消費電力及び励磁電流量を低減しつつ排気弁２９を正常
に開閉駆動させることが可能となる。

【０１０９】また、排気側電磁駆動機構３１の消費電力
低減により、吸気側電磁駆動機構３０が消費できる最大
消費電力も増加することになるため、吸気側電磁駆動機
構３０の電力不足によって吸気弁２８の開閉動作が不良
になることもない。

【０１１０】また、排気側電磁駆動機構３１の消費電力
低減により、ワイヤハーネスの断面積を小さくすること
ができ、ワイヤハーネスを含めた排気側電磁駆動機構３
１の搭載スペースを縮小することも可能となる。

【０１１１】また、内燃機関１の運転状態が高負荷・高
回転運転領域にあるときに、排気弁２９の開弁時期が遅
角されると、排気弁開弁時における排気の温度が低くな
るため、排気浄化触媒４６等の排気系部品の熱害を抑制
することも可能となる。

【０１１２】

【発明の効果】本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機
関では、内燃機関の運転状態が高負荷・高回転運転領域
にある場合のように、電磁駆動式動弁機構の消費電力や
励磁電流が増大する場合に、電磁駆動式動弁機構の消費
電力を低減すべく排気弁の開弁時期が変更されることに
なる。

【０１１３】この場合、排気弁の開閉駆動に係る消費電
力及び励磁電流量が過剰に増大することが無く、排気弁
を開閉動作させる上で必要となる電力を確保することが
可能となる。

【０１１４】従って、本発明に係る電磁駆動弁を有する
内燃機関によれば、電磁駆動式動弁機構の消費電力や励
磁電流の過剰な増加を抑制することができるため、排気
弁の開閉駆動に消費することができる電力に限りがある
場合であっても、排気弁を正常に開閉動作させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の
概略構成を示す図（１）

【図２】 本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の
概略構成を示す図（２）

【図３】 吸気側電磁駆動機構の内部構成を示す図

【図４】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図５】 排気弁の開弁時期と筒内圧力との関係を示す
図

【図６】 消費電力低減制御ルーチンを示すフローチャ
ート図

【符号の説明】 １・・・・内燃機関 ２０・・・ＥＣＵ ２５・・・点火栓 ２６・・・吸気ポート ２７・・・排気ポート ２８・・・吸気弁 ２９・・・排気弁 ３０・・・吸気側電磁駆動機構 ３０ａ・・吸気側駆動回路 ３１・・・排気側電磁駆動機構 ３１ａ・・排気側駆動回路 ３２・・・燃料噴射弁 ４６・・・排気浄化触媒 ４７・・・排気管 ４８・・・空燃比センサ ５１・・・クランクポジションセンサ ６１・・・オルタネータ ６２・・・電気負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ１６Ｋ 31/06 ３１０ Ｈ０１Ｆ 7/16 Ｒ Ｆターム(参考） 3G018 AA06 AB09 AB19 BA38 CA12 DA36 DA38 DA41 DA44 DA66 EA02 EA04 EA11 EA14 EA16 EA17 EA22 EA32 EA35 FA01 FA08 GA07 GA37 3G092 AA01 AA05 AA11 AB02 BA02 BB02 BB06 DA02 DA07 DE01S EA04 EA11 EC10 FA25 GA06 GA18 HA01Z HA06Z HA13X HA13Z HB01X HB02X HD05Z HE01Z HE04Z HE08Z 3H106 DA08 DA12 DA25 DB26 DB32 DC02 DD02 EE22 FA08 FB08 FB23 KK18 5E048 AB01 AD07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁電流が印加された際に発生する電磁
   力を利用して内燃機関の排気弁を開閉駆動する電磁駆動
   式動弁機構と、 所定の時期における前記電磁駆動式動弁機構の消費電力
   を低減すべく前記排気弁の開弁時期を変更する消費電力
   低減手段と、を備えることを特徴とする電磁駆動弁を有
   する内燃機関。
2. 【請求項２】 前記消費電力低減手段は、前記内燃機関
   の運転状態が高回転運転領域にあるときに、前記電磁駆
   動式動弁機構の消費電力を低減すべく前記排気弁の開弁
   時期を変更することを特徴とする請求項１に記載の電磁
   駆動弁を有する内燃機関。
3. 【請求項３】 前記消費電力低減手段は、前記排気弁の
   開弁に要する励磁電流が所定の基準値を越えたときに、
   前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく前記排
   気弁の開弁時期を変更することを特徴とする請求項１に
   記載の電磁駆動弁を有する内燃機関。
4. 【請求項４】 前記消費電力低減手段は、所定の時期に
   おける前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべ
   く、前記排気弁の開弁時期を排気行程下死点の近傍まで
   遅角させることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動
   弁を有する内燃機関。