JP2004270452A - 吸排気バルブの駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電磁駆動のバルブ動作停止の過程で発生する騒音を低減することを目的とする。
【解決手段】内燃機関に設けた複数の吸排気バルブの駆動装置であって、前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行う電磁駆動動弁機構と、前記内燃機関の停止が指示されたとき、該複数の吸排気バルブのバルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に、少なくとも一つの電磁石への電流の供給を他の電磁石への電流の供給とは異なるタイミングで停止するバルブ停止制御手段とを備えた吸排気バルブの駆動装置とする。
【選択図】 図４
【解決手段】内燃機関に設けた複数の吸排気バルブの駆動装置であって、前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行う電磁駆動動弁機構と、前記内燃機関の停止が指示されたとき、該複数の吸排気バルブのバルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に、少なくとも一つの電磁石への電流の供給を他の電磁石への電流の供給とは異なるタイミングで停止するバルブ停止制御手段とを備えた吸排気バルブの駆動装置とする。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けられた吸排気バルブの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気バルブの開閉を電磁的手法で行なう電磁駆動動弁機構は、主に一対のバネと電磁石とで構成されている。このバネは、バルブの開閉動作に伴うエネルギロスを少なくするために、バルブの全開と全閉との間である中間位置を初期状態とするように配置されている。初期状態が中間位置であるため、バルブの開閉状態を保持する電磁石の消費電力も少なくすることができる。このように構成された電磁駆動動弁機構では、電磁石への電流を遮断すると、バネの付勢力によりバルブは自由振動を始め、フリクション等により減衰し、やがて停止する。こうした、電磁駆動動弁機構を示す特許文献としては、下記の特許文献１がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−２１３９１３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６１０３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電磁駆動動弁機構では、動作停止時のバルブの自由振動による騒音（弁脱調音）が発生するという問題があった。特に、複数の気筒を有する内燃機関では、各気筒から同時に弁脱調音が発生し、大きな騒音となっていた。なお、上記特許文献２に開示されているように、動作停止時のバルブの位置をバルブが完全に開いた全開位置や完全に閉じた全閉位置とし、バルブが自由振動をしない構造の電磁駆動装置も知られているが、バルブを全開または全閉位置に保持するために構造が複雑となり、エネルギロスの少ない上記電磁駆動動弁機構での弁脱調音の低減が求められていた。
【０００５】
本発明の吸排気バルブの駆動装置は、こうした問題を解決し、バルブ動作停止の過程で発生する騒音を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するため、以下の構成をとった。すなわち、本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置は、内燃機関に設けた複数の吸排気バルブの駆動装置であって、前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行なう電磁駆動動弁機構と、前記内燃機関の停止が指示されたとき、前記複数の吸排気バルブのバルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に、少なくとも一つの電磁石への電流の供給を他の電磁石への電流の供給とは異なるタイミングで停止するバルブ停止制御手段とを備えたことを要旨としている。
【０００７】
本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置によれば、内燃機関の停止が指示された後、電磁石への電流の供給停止によるバルブの自由振動の発生のタイミングを、バルブ毎またはバルブ群毎に異なるタイミングとすることができる。したがって、各吸排気バルブからの自由振動による騒音が同時に発生することが無く、吸排気バルブ停止時の騒音低減に効果を奏する。
【０００８】
上記の構成を有する本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置のバルブ停止制御手段は、前記異なるタイミングを、少なくとも一のバルブの自由振動が減衰したタイミングとして設定するタイミング設定手段を備えても良い。かかる吸排気バルブの駆動装置によれば、電流の供給を停止した一のバルブの自由振動が減衰した後に、次のバルブに対する電流の供給を停止する。したがって、吸排気バルブ停止時に発生する騒音の低減をより確実に行なうことができる。
【０００９】
上記の構成を有する本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置は、バルブの自由振動によるバルブ変位量を検出するバルブ変位量検出手段を備え、前記バルブ停止制御手段は、該検出されたバルブ変位量に基づいて、前記一のバルブの自由振動が減衰したタイミングを決定する減衰タイミング設定手段を備えるものとしても良い。
【００１０】
かかる吸排気バルブの駆動装置によれば、所定のバルブまたはバルブ群の電磁石への電流の供給を停止した後、バルブ変位量検出手段によって、そのバルブの振動状態を検出する。検出したバルブの振動の減衰を確認し、次のバルブまたはバルブ群の電磁石への電流供給停止のタイミングを決定することができる。したがって、吸排気バルブの停止時に発生する騒音の低減に加えて、遅滞なく吸排気バルブを停止することができる。
【００１１】
本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置は、内燃機関に設けた吸排気バルブの駆動装置であって、前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行なう電磁駆動動弁機構と、前記吸排気バルブの全開位置または全閉位置からの離脱による該吸排気バルブの自由振動を妨げるように、該電磁石に通電する電流を制御し、該吸排気バルブを前記中間位置に停止するバルブ制御手段とを備えたことを要旨としている。
【００１２】
本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置によれば、全開位置または全閉位置から離脱した吸排気バルブを駆動する電磁石に通電する電流を調整することで、吸排気バルブの自由振動を妨げる。したがって、吸排気バルブから振動による騒音が発生することがない。
【００１３】
上記の構成を有する本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置は、吸排気バルブのバルブリフト量を検出するバルブリフト量検出手段を備え、前記バルブ制御手段は、該検出された該バルブリフト量が、予め時間軸に沿って設定した目標バルブリフト量の時間変化に追従するように、バルブリフト量のフィードバック制御を行なう制御手段としても良い。
【００１４】
かかる吸排気バルブの駆動装置によれば、全開位置および全閉位置から中間位置まで、バルブリフト量をフィードバック制御することによって、バルブは振動することなく中間位置に変位する。したがって、自由振動は発生せず、騒音に低減に効果を奏する。
【００１５】
上記の構成を有する本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置のバルブ制御手段は、前記吸排気バルブの全開位置または全閉位置から、前記中間位置の近傍の所定の位置まで、バルブリフト量を制御した後、所定のタイミングで前記電磁石への電流の供給を停止する制御手段としても良い。
【００１６】
かかる構成によれば、バルブは、中間位置の近傍の所定の位置まで振動することなく変位し、その所定の位置から中間位置へ自由振動する。したがって、全開位置または全閉位置から始まる自由振動に比して、振動エネルギを小さくすることができ、振動騒音の低減に効果を奏する。また、消費電力が少ない電磁力の小さな電磁石で電磁駆動動弁機構を構成しても、電磁力の及ぶ所定の範囲まで制御を行なうことで、騒音の低減を図ることができる。
【００１７】
所定のタイミングは、前記吸排気バルブが複数ある場合には、バルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に異なるタイミングとしても良い。かかる構成によれば、所定の位置までバルブを制御することで、バルブが発する振動エネルギを小さくすることができるのに加えて、バルブ毎またはバルブ群毎からの自由振動による騒音のタイミングを異なるタイミングとすることができる。したがって、騒音低減に一層効果を奏する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１実施例としての吸排気バルブの駆動装置を備えた内燃機関の一つの気筒縦断面を示す模式図である。内燃機関（以下、エンジン１０と呼ぶ）は、４つの気筒を有する４シリンダエンジンである。このエンジン１０は、主に、シリンダブロック２０，シリンダブロック２０内を往復運動するピストン３０，シリンダヘッド４０，シリンダヘッド４０に配置した吸気バルブ６０，排気バルブ７０等を備えている。各気筒には、シリンダブロック２０，シリンダヘッド４０，ピストン３０により囲まれた燃焼室８０を有している。シリンダヘッド４０には、点火プラグ８５を設け、燃焼室８０内で圧縮された混合気に点火を行なっている。
【００１９】
シリンダヘッド４０には、電磁駆動動弁機構１００，１１０を設け、電磁力を利用して吸気バルブ６０および排気バルブ７０の開閉動作を行なっている。この電磁駆動動弁機構１００の断面模式図を図２に示した。なお、図２は吸気バルブ６０側の構造を示すが、排気バルブ７０側の構造も同様である。電磁駆動動弁機構１００は、主に、吸気バルブ６０を駆動するアッパスプリング１６０，ロアスプリング１５０，吸気バルブ６０に当接して軸方向に進退可能なアーマチャシャフト１７０，アーマチャシャフト１７０に設けたアーマチャ１８０，アーマチャ１８０と接して吸気バルブ６０をバルブが完全に閉じた全閉位置および完全に開いた全開位置に保持するアッパ電磁石２１０，ロア電磁石２００を備えている。
【００２０】
吸気バルブ６０は、弁体６０ａおよび弁軸６０ｂを備え、シリンダヘッド４０に設けた吸気ポート６５と燃焼室８０との開閉を行なっている。吸気ポート６５と燃焼室８０との連通箇所には、弁体６０ａが着座する弁座１３０を備えている。シリンダヘッド４０は、弁軸６０ｂの軸方向に貫通孔を備え、その内部にバルブガイド１４０を配置している。バルブガイド１４０は、円筒形状を有し、弁軸６０ｂを進退可能かつ気密に保持している。
【００２１】
弁軸６０ｂの上端付近には、円板状のロアリテーナ１５５を設けている。弁軸６０ｂの上端は、アーマチャシャフト１７０の下端と当接し、一体となって進退動作をしている。アーマチャシャフト１７０の上端には、円板状のアッパリテーナ１６５を設けている。アーマチャシャフト１７０の中央付近には、軟磁性体であるアーマチャ１８０を備えている。
【００２２】
上述したアーマチャシャフト１７０は、アッパスプリング１６０とロアスプリング１５０とにより保持されている。アッパスプリング１６０は、アッパリテーナ１６５の上面と図示しないフランジに固定されているアッパキャップ１９０の内面との間に圧縮された状態で介装され、ロアスプリング１５０は、ロアリテーナ１５５の下面とシリンダヘッド４０との間に圧縮された状態で介装されている。アッパスプリング１６０は開弁方向の力を、ロアスプリング１５０は閉弁方向の力を、それぞれ吸気バルブ６０に及ぼしている。この結果、アッパスプリング１６０とロアスプリング１５０との復元力は、アーマチャシャフト１７０を全開と全閉との間の中間位置に保持する。したがって、初期状態では、吸気バルブ６０は中間位置に保持されている。
【００２３】
アッパ電磁石２１０は、アーマチャ１８０の上方に、ロア電磁石２００は、アーマチャ１８０の下方にそれぞれ配置され、図示しないフランジに固定されている。アッパ電磁石２１０は、アッパコア２１７およびアッパコイル２１５を備え、アッパコイル２１５に電流を流すことで磁界を発生している。この磁界による電磁力は、アーマチャ１８０を吸引し、吸気バルブ６０を完全に閉じた全閉位置（弁体６０ａを弁座１３０に着座させる状態）に保持する。他方、ロア電磁石２００は、ロアコア２０７およびロアコイル２０５を備え、ロアコイル２０５に電流を流すことで磁界を発生している。この磁界による電磁力は、アーマチャ１８０を吸引し、吸気バルブ６０を完全に開いた全開位置に保持する。アッパコア２１７およびロアコア２０７は、その同軸中心に、アーマチャシャフト１７０が挿入可能な貫通孔を有している。この貫通孔に挿入したアーマチャシャフト１７０は、アッパ電磁石２１０，ロア電磁石２００の電磁力によって進退する。
【００２４】
アッパキャップ１９０の上方には、リフトセンサ２５０を設けて、吸気バルブ６０のバルブリフト量を検出している。このリフトセンサ２５０は、アッパリテーナ１６５の上端で、アーマチャシャフト１７０軸方向に設けたニードル２４０の位置に応じた電圧値Ｖを出力している。リフトセンサ２５０は、吸気バルブ６０の開閉タイミングを制御するＥＣＵ１２０と電気的に接続している。リフトセンサ２５０からの電圧値Ｖは、ＥＣＵ１２０に取り込まれ、後述する吸排気バルブの停止制御に利用される。このＥＣＵ１２０からの電流指令により、アッパ電磁石２１０およびロア電磁石２００は、所定のタイミングで磁界を発生する。ＥＣＵ１２０は、エンジン１０の運転を制御するＥＦＩＥＣＵ９０と電気的に接続しており、例えば、ＥＦＩＥＣＵ９０が判断する車両の停止の指令を受け、吸排気バルブの停止制御を実行する。
【００２５】
通常の車両運転時には、クランク角ＣＡや吸入空気量Ｑやアクセルペダル踏込量αなどの運転状態を判断する信号を入力したＥＦＩＥＣＵ９０は、最適なバルブの開閉タイミングを演算し、そのバルブの開閉タイミングをＥＣＵ１２０に出力している。ＥＣＵ１２０は、バルブを開く場合には、ロア電磁石２００に電流を流し、バルブを閉じる場合には、アッパ電磁石２１０に電流を流す。このように、ロア電磁石２００，アッパ電磁石２１０に電流を流すタイミングを調整することで、バルブの開閉タイミングを制御している。
【００２６】
こうしたバルブの開閉動作と電磁石に供給する電流との関係について、図３を用いて詳説する。図３は、バルブリフト量とアッパコイル２１５，ロアコイル２０５の電流との関係の一例を示している。例えば、吸気バルブ６０を完全に閉じた全閉位置から完全に開いた全開位置に変位させる場合は、図示するように、アッパコイル２１５に通電していた保持電流を切り、所定時間後、ロアコイル２０５に吸引電流を流す。ここで保持電流とは、吸気バルブ６０を全開位置または全閉位置に保持するために各コイルに流す電流を意味し、吸引電流とは、各スプリングの力で変位する吸気バルブ６０の動作を補助して、吸気バルブ６０を応答性良く全開、全閉位置に引き寄せるために各コイルに流す電流を意味する。一般に、保持電流は、各電磁石とアーマチャ１８０が接しているため、各スプリングの復元力に抗した程度の電磁力を発生する電流であれば良い。他方、吸引電流は、変位中のアーマチャ１８０を吸引する電磁力が必要であり、各電磁石とアーマチャ１８０とが離間しているため（エヤギャップがあるため）、保持電流に比して大電流となる。
【００２７】
アッパコイル２１５の保持電流を切るとアッパ電磁石２１０の吸引力は消滅し、アッパスプリング１６０の復元力によりアーマチャ１８０（すなわち吸気バルブ６０）は、中間位置に変位を始める。所定時間後、ロアコイル２０５に吸引電流を流すと、ロア電磁石２００は接近するアーマチャ１８０を吸引する。ロア電磁石２００とアーマチャ１８０とは接触し、ロア電磁石２００は吸気バルブ６０を全開位置に保持する。同様にして、ロア電磁石２００への保持電流を切り、所定時間後、アッパ電磁石２１０へ吸引電流を流すことで、アッパ電磁石２１０は吸気バルブ６０を全閉位置に保持する。このように、アッパ電磁石２１０，ロア電磁石２００への通電（吸引電流、保持電流）と電流の供給停止（すなわち、遮断）とを繰り返すことで、バルブの開閉を実現している。
【００２８】
次に、上述のように開閉動作を行なうバルブを停止する処理について説明する。図４は、第１実施例のバルブ停止処理のフローチャートを示している。この処理はＥＣＵ１２０で実行し、各電磁石への通電を終了する前に行なう。ＥＦＩＥＣＵ９０からエンジン１０の停止（車両の停止）指令を受けたＥＣＵ１２０は、バルブ動作を静止する処理を行なう（ステップＳ４００）。この処理は、ロア電磁石２００へ電流を流すことで排気バルブ７０を全開位置に保持し、アッパ電磁石２１０へ電流を流すことで吸気バルブ６０を全閉位置に保持する処理である。つまり、各バルブを全開、全閉位置に保持する保持電流を通電する処理である。４気筒の全ての吸気バルブ６０，排気バルブ７０に対して、この処理を行なう。なお、車両の運転中にエンジン１０が停止する（例えば、アイドルストップ車やハイブリット車など）場合には、各バルブは上記保持状態でエンジン１０再始動を待ち、車両を停止する指令を受けた場合に、この処理を行なう。
【００２９】
次に、第１気筒の吸気バルブ６０，排気バルブ７０の保持電流Ａｉ１，Ａｅ１を遮断する処理を行なう（ステップＳ４１０）。保持電流Ａｉ１，Ａｅ１を遮断した吸気バルブ６０，排気バルブ７０は、各スプリングの復元力により中間位置に向けて自由振動を始め、摩擦等により減衰し、やがて停止する。この振動の振幅Ｆｉ１，Ｆｅ１を各リフトセンサ２５０から読み込む処理を行なう（ステップＳ４２０）。振幅の検出は、所定時間幅の電圧Ｖの偏差を検出することで行なっている。続いて、検出された振幅Ｆｉ１，Ｆｅ１が、十分に減衰したか否かを判断する（ステップＳ４２５）。ステップＳ４２５で、振幅Ｆｉ１，Ｆｅ１が所定値α以下であると判断した場合には、第２気筒の吸気バルブ６０，排気バルブ７０の保持電流Ａｉ２，Ａｅ２を遮断する処理を行なう（ステップＳ４３０）。
【００３０】
以降同様に、第２気筒について、保持電流の遮断後の振幅Ｆｉ２，Ｆｅ２を読み込み（ステップＳ４４０）、減衰を確認する処理を行なう（ステップＳ４４５）。第２気筒の振動が減衰したと判断した後、第３気筒の保持電流Ａｉ３，Ａｅ３の遮断、減衰を確認する処理を行なう（ステップＳ４６０からＳ４７５）。第３気筒の振動が減衰したと判断した後、第４気筒の保持電流Ａｉ４，Ａｅ４を遮断して（ステップＳ４８０）、処理を終了する。また、ステップＳ４２５，Ｓ４４５，Ｓ４７５で、各気筒の吸気バルブ６０，排気バルブ７０の振動が十分に減衰していないと判断した場合には、振幅が所定値α以下に減衰するまで、繰り返し確認する処理を行なう。
【００３１】
この処理を実行した結果の一例を図５に示す。図５は、各気筒における吸排気バルブの振動の時間変化を示している。図示するように、第１気筒から第４気筒までのバルブ停止制御を行なう過程で、前の気筒でのバルブの振幅が所定値α以下になる時（時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）に、その気筒のバルブの保持電流を遮断している。その結果、各気筒でバルブの自由振動の発生のタイミングを異にすることができる。
【００３２】
以上のように、本実施例では、ある気筒におけるバルブの自由振動が十分に減衰したこれを検出して、次の気筒のバルブの保持電流を遮断している。このため、各バルブの自由振動による騒音は、同時に発生することがない。よって、各バルブからの音の発生のタイミングは分散され、騒音は低減される。しかも、この実施例では、バルブの振動を検出し、その振動が減衰すると直ちに次のバルブの保持電流を遮断する。したがって、短期間のうちに全てのバルブを停止することができる。なお、本実施例では、リフトセンサ２５０を用いてバルブの振動の振幅を検出して、保持電流を遮断するタイミングを決定したが、各気筒での保持電流を、通常のバルブにおいて振動が十分に減衰するものとして予め設定された時間を置いて、順次遮断するものとしても良い。この場合には、各気筒での保持電流の遮断のタイミングは、制御開始からの時間で設定されるため、各バルブの自由振動の振幅を検出する必要がない。したがって、リフトセンサ２５０を使用する必要がない。また、第１実施例では、同一の気筒内に設けた吸気バルブ６０と排気バルブ７０とは、保持電流の遮断のタイミングを同時としたが、同一気筒内でもバルブ毎に異なるタイミングで保持電流を遮断することとしても良い。また、例えば、第１，第２気筒を一のグループ、第３，第４気筒を他のグループとして、グループ毎に保持電流の遮断のタイミングを異にしても、同様の効果を奏する。
【００３３】
次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例のハード構成は第１実施例と同様であるため説明を省略する。第２実施例では、第１実施例のＥＣＵ１２０で実行するバルブ停止処理が異なる。図６は、第２実施例のバルブ停止処理のフローチャートを示している。第１実施例同様、この処理は、各電磁石への通電を終了する前に実行する。なお、図６は、複数のバルブの内、一のバルブについての処理を示しており、バルブ毎にこの処理を行なっている。エンジン１０の停止指令を受けたＥＣＵ１２０は、バルブ動作を静止する処理を行なう（ステップＳ５００）。この処理は、第１実施例と同様であり、以下、全開位置に保持された排気バルブ７０について説明する。
【００３４】
全開位置にある排気バルブ７０の保持電流Ｉｈを一旦遮断し、その時点から時間ｔをカウントする（ステップＳ５１０）。次に、初期の時間ｔ０における、リフトセンサ２５０の電圧値Ｖから現在の実リフト量Ｌ（ｔ０）を読み込む処理を行なう（ステップＳ５２０）。続いて、図示しない記憶領域から目標リフト量Ｌｍ（ｔ０）を読み込む処理を行なう（ステップＳ５３０）。
【００３５】
ここで、目標リフト量Ｌｍ（ｔ）について説明する。図７は、目標リフト量Ｌｍ変化の一例を示している。図７に示す二点鎖線は、第１実施例で述べた保持電流の遮断によるバルブの振動を示している。第２実施例の制御では、図示するように、排気バルブ７０を全開位置から中間位置へ略直線的に遷移させる目標リフト量を設定している。この目標リフト量は時間の関数であり、実際には、図６に示すように、所定時間間隔ごとに目標リフト量Ｌｍを設定したマップとして記憶している。このマップから、所定の制御時間ｔｓの前後の目標リフト量Ｌｍ（ｉ），Ｌｍ（ｉ＋１）を選定し、内挿補間することにより、その時間ｔｓでの目標リフト量Ｌｍ（ｔｓ）を算出している。なお、目標リフト量の設定方法としては、マップを準備するのではなく、予め直線的に変化する時間の関数を設定しておき、制御を行なうタイミングごとに、この関数から目標値を算出するものとしても良い。また、目標リフト量は略直線的な遷移に限らず、振動しない遷移であれば、どのように中間位置までの過程を設定しても良い。
【００３６】
初期の時間ｔ０における、目標リフト量Ｌｍ（ｔ０）と実リフト量Ｌ（ｔ０）との偏差ｅを検出し、所定のゲインｋを乗じて制御電流Ｉｆとする（ステップＳ５４０）。続いて、制御開始からの時間ｔが制御終了時間βを経過しているか否かを判断する（ステップＳ５５０）。制御開始からの時間ｔは初期の時間ｔ０であり、制御終了時間βを経過していないため、ステップＳ５４０で設定した制御電流Ｉｆをロアコイル２０５に通電し、ステップＳ５２０に戻る。ロアコイル２０５への制御電流Ｉｆにより、ロア電磁石２００は、全開位置から変位し始める排気バルブ７０を吸引する電磁力を発生する。この電磁力とロアスプリング１５０の復元力との均衡する位置に、排気バルブ７０は変位する。この時間ｔａ（ｔ０≦ｔａ＜β）における、実リフト量Ｌ（ｔａ）（ステップＳ５２０）と目標リフト量Ｌｍ（ｔａ）（ステップＳ５３０）とを読み込み、両者の偏差ｅを検出し、所定のゲインｋを乗じて新たな制御電流Ｉｆとする（ステップＳ５４０）。この時間ｔａも制御終了時間βを経過していないため、ロアコイル２０５に新たな制御電流Ｉｆを通電する。以降、ステップＳ５２０，Ｓ５３０，Ｓ５４０を繰り返し、実リフト量Ｌを目標リフト量Ｌｍに近づける。すなわち、偏差ｅをゼロに近づけるフィードバック制御を行なっている。このように、ある時間での目標値に対するロアコイル２０５への電流の制御を順次行ない、ステップＳ５５０で制御開始からの時間ｔが制御終了時間βを経過すると処理を終了する。
【００３７】
以上のように、排気バルブ７０は、全開位置から中間位置まで、目標リフト量に追従するように変位する。したがって、排気バルブ７０は振動することなく、騒音の低減に効果を奏する。なお、第２実施例では、保持電流Ｉｈを遮断し、制御電流Ｉｆを与えているが、保持電流Ｉｈは必ずしも完全に遮断する必要はない。電磁力に復元力が打ち勝つまで電流を低減しても同様の効果を奏する。また、フィードバック制御には単純な比例制御を用いたが、これに限るものではない。例えば、偏差の積分、微分を利用したＰＩＤ制御を用いても良い。さらに、図７に実線ＪＬで示す制御電流を予め設定し、時間の変化に伴って、順次設定した電流をロア電磁石２００へ通電するフィードフォワード制御を行なうこととしても良い。
【００３８】
以上に述べた第１実施例のバルブ停止処理制御と第２実施例のバルブ停止処理制御とを、併せて実施することとしても良い。図８は、排気バルブ７０を、全開位置から所定の位置Ｘまで、制御するための目標リフト量を示している。図示するように、排気バルブ７０が全開位置から所定の位置Ｘまで、略直線的にリフトする目標リフト量を設定している。この目標リフト量を基に、図６に示すフィードバック制御を実行することで、排気バルブ７０は所定の位置Ｘまで変位する。所定時間後、ロア電磁石２００への制御電流を遮断する。この結果、排気バルブ７０は所定の位置Ｘから自由振動を始めるが、自由振動を始める高さは充分に低いので、振動エネルギは小さく、振動騒音は十分に小さい。また、各バルブで振動するタイミングは、一のバルブの減衰を判断した後に行なうことで、一層騒音の低減を図ることができる。加えて、全てのバルブを中間位置に変位させる場合に比して、電磁石での消費電力を抑えることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、４気筒に限らず、２気筒以上の多気筒の内燃機関であれば同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例としての内燃機関の一つの気筒縦断面を示す模式図。
【図２】本実施例における電磁駆動動弁機構の断面模式図。
【図３】バルブリフト量とコイル電流との関係図。
【図４】第１実施例のバルブ停止処理のフローチャート。
【図５】第１実施例の制御結果の一例を示すバルブリフト量と時間との関係図。
【図６】第２実施例のバルブ停止処理のフローチャート。
【図７】第２実施例の目標リフト量の説明図。
【図８】所定の位置Ｘまでの目標リフト量の説明図。
【符号の説明】
１０…エンジン
２０…シリンダブロック
３０…ピストン
４０…シリンダヘッド
６０…吸気バルブ
６０ａ…弁体
６０ｂ…弁軸
６５…吸気ポート
７０…排気バルブ
８０…燃焼室
８５…点火プラグ
９０…ＥＦＩＥＣＵ
１００，１１０…電磁駆動動弁機構
１２０…ＥＣＵ
１３０…弁座
１４０…バルブガイド
１５０…ロアスプリング
１５５…ロアリテーナ
１６０…アッパスプリング
１６５…アッパリテーナ
１７０…アーマチャシャフト
１８０…アーマチャ
１９０…アッパキャップ
２００…ロア電磁石
２０５…ロアコイル
２０７…ロアコア
２１０…アッパ電磁石
２１５…アッパコイル
２１７…アッパコア
２４０…ニードル
２５０…リフトセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けられた吸排気バルブの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気バルブの開閉を電磁的手法で行なう電磁駆動動弁機構は、主に一対のバネと電磁石とで構成されている。このバネは、バルブの開閉動作に伴うエネルギロスを少なくするために、バルブの全開と全閉との間である中間位置を初期状態とするように配置されている。初期状態が中間位置であるため、バルブの開閉状態を保持する電磁石の消費電力も少なくすることができる。このように構成された電磁駆動動弁機構では、電磁石への電流を遮断すると、バネの付勢力によりバルブは自由振動を始め、フリクション等により減衰し、やがて停止する。こうした、電磁駆動動弁機構を示す特許文献としては、下記の特許文献１がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−２１３９１３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６１０３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電磁駆動動弁機構では、動作停止時のバルブの自由振動による騒音（弁脱調音）が発生するという問題があった。特に、複数の気筒を有する内燃機関では、各気筒から同時に弁脱調音が発生し、大きな騒音となっていた。なお、上記特許文献２に開示されているように、動作停止時のバルブの位置をバルブが完全に開いた全開位置や完全に閉じた全閉位置とし、バルブが自由振動をしない構造の電磁駆動装置も知られているが、バルブを全開または全閉位置に保持するために構造が複雑となり、エネルギロスの少ない上記電磁駆動動弁機構での弁脱調音の低減が求められていた。
【０００５】
本発明の吸排気バルブの駆動装置は、こうした問題を解決し、バルブ動作停止の過程で発生する騒音を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するため、以下の構成をとった。すなわち、本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置は、内燃機関に設けた複数の吸排気バルブの駆動装置であって、前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行なう電磁駆動動弁機構と、前記内燃機関の停止が指示されたとき、前記複数の吸排気バルブのバルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に、少なくとも一つの電磁石への電流の供給を他の電磁石への電流の供給とは異なるタイミングで停止するバルブ停止制御手段とを備えたことを要旨としている。
【０００７】
本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置によれば、内燃機関の停止が指示された後、電磁石への電流の供給停止によるバルブの自由振動の発生のタイミングを、バルブ毎またはバルブ群毎に異なるタイミングとすることができる。したがって、各吸排気バルブからの自由振動による騒音が同時に発生することが無く、吸排気バルブ停止時の騒音低減に効果を奏する。
【０００８】
上記の構成を有する本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置のバルブ停止制御手段は、前記異なるタイミングを、少なくとも一のバルブの自由振動が減衰したタイミングとして設定するタイミング設定手段を備えても良い。かかる吸排気バルブの駆動装置によれば、電流の供給を停止した一のバルブの自由振動が減衰した後に、次のバルブに対する電流の供給を停止する。したがって、吸排気バルブ停止時に発生する騒音の低減をより確実に行なうことができる。
【０００９】
上記の構成を有する本発明の第１の吸排気バルブの駆動装置は、バルブの自由振動によるバルブ変位量を検出するバルブ変位量検出手段を備え、前記バルブ停止制御手段は、該検出されたバルブ変位量に基づいて、前記一のバルブの自由振動が減衰したタイミングを決定する減衰タイミング設定手段を備えるものとしても良い。
【００１０】
かかる吸排気バルブの駆動装置によれば、所定のバルブまたはバルブ群の電磁石への電流の供給を停止した後、バルブ変位量検出手段によって、そのバルブの振動状態を検出する。検出したバルブの振動の減衰を確認し、次のバルブまたはバルブ群の電磁石への電流供給停止のタイミングを決定することができる。したがって、吸排気バルブの停止時に発生する騒音の低減に加えて、遅滞なく吸排気バルブを停止することができる。
【００１１】
本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置は、内燃機関に設けた吸排気バルブの駆動装置であって、前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行なう電磁駆動動弁機構と、前記吸排気バルブの全開位置または全閉位置からの離脱による該吸排気バルブの自由振動を妨げるように、該電磁石に通電する電流を制御し、該吸排気バルブを前記中間位置に停止するバルブ制御手段とを備えたことを要旨としている。
【００１２】
本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置によれば、全開位置または全閉位置から離脱した吸排気バルブを駆動する電磁石に通電する電流を調整することで、吸排気バルブの自由振動を妨げる。したがって、吸排気バルブから振動による騒音が発生することがない。
【００１３】
上記の構成を有する本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置は、吸排気バルブのバルブリフト量を検出するバルブリフト量検出手段を備え、前記バルブ制御手段は、該検出された該バルブリフト量が、予め時間軸に沿って設定した目標バルブリフト量の時間変化に追従するように、バルブリフト量のフィードバック制御を行なう制御手段としても良い。
【００１４】
かかる吸排気バルブの駆動装置によれば、全開位置および全閉位置から中間位置まで、バルブリフト量をフィードバック制御することによって、バルブは振動することなく中間位置に変位する。したがって、自由振動は発生せず、騒音に低減に効果を奏する。
【００１５】
上記の構成を有する本発明の第２の吸排気バルブの駆動装置のバルブ制御手段は、前記吸排気バルブの全開位置または全閉位置から、前記中間位置の近傍の所定の位置まで、バルブリフト量を制御した後、所定のタイミングで前記電磁石への電流の供給を停止する制御手段としても良い。
【００１６】
かかる構成によれば、バルブは、中間位置の近傍の所定の位置まで振動することなく変位し、その所定の位置から中間位置へ自由振動する。したがって、全開位置または全閉位置から始まる自由振動に比して、振動エネルギを小さくすることができ、振動騒音の低減に効果を奏する。また、消費電力が少ない電磁力の小さな電磁石で電磁駆動動弁機構を構成しても、電磁力の及ぶ所定の範囲まで制御を行なうことで、騒音の低減を図ることができる。
【００１７】
所定のタイミングは、前記吸排気バルブが複数ある場合には、バルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に異なるタイミングとしても良い。かかる構成によれば、所定の位置までバルブを制御することで、バルブが発する振動エネルギを小さくすることができるのに加えて、バルブ毎またはバルブ群毎からの自由振動による騒音のタイミングを異なるタイミングとすることができる。したがって、騒音低減に一層効果を奏する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１実施例としての吸排気バルブの駆動装置を備えた内燃機関の一つの気筒縦断面を示す模式図である。内燃機関（以下、エンジン１０と呼ぶ）は、４つの気筒を有する４シリンダエンジンである。このエンジン１０は、主に、シリンダブロック２０，シリンダブロック２０内を往復運動するピストン３０，シリンダヘッド４０，シリンダヘッド４０に配置した吸気バルブ６０，排気バルブ７０等を備えている。各気筒には、シリンダブロック２０，シリンダヘッド４０，ピストン３０により囲まれた燃焼室８０を有している。シリンダヘッド４０には、点火プラグ８５を設け、燃焼室８０内で圧縮された混合気に点火を行なっている。
【００１９】
シリンダヘッド４０には、電磁駆動動弁機構１００，１１０を設け、電磁力を利用して吸気バルブ６０および排気バルブ７０の開閉動作を行なっている。この電磁駆動動弁機構１００の断面模式図を図２に示した。なお、図２は吸気バルブ６０側の構造を示すが、排気バルブ７０側の構造も同様である。電磁駆動動弁機構１００は、主に、吸気バルブ６０を駆動するアッパスプリング１６０，ロアスプリング１５０，吸気バルブ６０に当接して軸方向に進退可能なアーマチャシャフト１７０，アーマチャシャフト１７０に設けたアーマチャ１８０，アーマチャ１８０と接して吸気バルブ６０をバルブが完全に閉じた全閉位置および完全に開いた全開位置に保持するアッパ電磁石２１０，ロア電磁石２００を備えている。
【００２０】
吸気バルブ６０は、弁体６０ａおよび弁軸６０ｂを備え、シリンダヘッド４０に設けた吸気ポート６５と燃焼室８０との開閉を行なっている。吸気ポート６５と燃焼室８０との連通箇所には、弁体６０ａが着座する弁座１３０を備えている。シリンダヘッド４０は、弁軸６０ｂの軸方向に貫通孔を備え、その内部にバルブガイド１４０を配置している。バルブガイド１４０は、円筒形状を有し、弁軸６０ｂを進退可能かつ気密に保持している。
【００２１】
弁軸６０ｂの上端付近には、円板状のロアリテーナ１５５を設けている。弁軸６０ｂの上端は、アーマチャシャフト１７０の下端と当接し、一体となって進退動作をしている。アーマチャシャフト１７０の上端には、円板状のアッパリテーナ１６５を設けている。アーマチャシャフト１７０の中央付近には、軟磁性体であるアーマチャ１８０を備えている。
【００２２】
上述したアーマチャシャフト１７０は、アッパスプリング１６０とロアスプリング１５０とにより保持されている。アッパスプリング１６０は、アッパリテーナ１６５の上面と図示しないフランジに固定されているアッパキャップ１９０の内面との間に圧縮された状態で介装され、ロアスプリング１５０は、ロアリテーナ１５５の下面とシリンダヘッド４０との間に圧縮された状態で介装されている。アッパスプリング１６０は開弁方向の力を、ロアスプリング１５０は閉弁方向の力を、それぞれ吸気バルブ６０に及ぼしている。この結果、アッパスプリング１６０とロアスプリング１５０との復元力は、アーマチャシャフト１７０を全開と全閉との間の中間位置に保持する。したがって、初期状態では、吸気バルブ６０は中間位置に保持されている。
【００２３】
アッパ電磁石２１０は、アーマチャ１８０の上方に、ロア電磁石２００は、アーマチャ１８０の下方にそれぞれ配置され、図示しないフランジに固定されている。アッパ電磁石２１０は、アッパコア２１７およびアッパコイル２１５を備え、アッパコイル２１５に電流を流すことで磁界を発生している。この磁界による電磁力は、アーマチャ１８０を吸引し、吸気バルブ６０を完全に閉じた全閉位置（弁体６０ａを弁座１３０に着座させる状態）に保持する。他方、ロア電磁石２００は、ロアコア２０７およびロアコイル２０５を備え、ロアコイル２０５に電流を流すことで磁界を発生している。この磁界による電磁力は、アーマチャ１８０を吸引し、吸気バルブ６０を完全に開いた全開位置に保持する。アッパコア２１７およびロアコア２０７は、その同軸中心に、アーマチャシャフト１７０が挿入可能な貫通孔を有している。この貫通孔に挿入したアーマチャシャフト１７０は、アッパ電磁石２１０，ロア電磁石２００の電磁力によって進退する。
【００２４】
アッパキャップ１９０の上方には、リフトセンサ２５０を設けて、吸気バルブ６０のバルブリフト量を検出している。このリフトセンサ２５０は、アッパリテーナ１６５の上端で、アーマチャシャフト１７０軸方向に設けたニードル２４０の位置に応じた電圧値Ｖを出力している。リフトセンサ２５０は、吸気バルブ６０の開閉タイミングを制御するＥＣＵ１２０と電気的に接続している。リフトセンサ２５０からの電圧値Ｖは、ＥＣＵ１２０に取り込まれ、後述する吸排気バルブの停止制御に利用される。このＥＣＵ１２０からの電流指令により、アッパ電磁石２１０およびロア電磁石２００は、所定のタイミングで磁界を発生する。ＥＣＵ１２０は、エンジン１０の運転を制御するＥＦＩＥＣＵ９０と電気的に接続しており、例えば、ＥＦＩＥＣＵ９０が判断する車両の停止の指令を受け、吸排気バルブの停止制御を実行する。
【００２５】
通常の車両運転時には、クランク角ＣＡや吸入空気量Ｑやアクセルペダル踏込量αなどの運転状態を判断する信号を入力したＥＦＩＥＣＵ９０は、最適なバルブの開閉タイミングを演算し、そのバルブの開閉タイミングをＥＣＵ１２０に出力している。ＥＣＵ１２０は、バルブを開く場合には、ロア電磁石２００に電流を流し、バルブを閉じる場合には、アッパ電磁石２１０に電流を流す。このように、ロア電磁石２００，アッパ電磁石２１０に電流を流すタイミングを調整することで、バルブの開閉タイミングを制御している。
【００２６】
こうしたバルブの開閉動作と電磁石に供給する電流との関係について、図３を用いて詳説する。図３は、バルブリフト量とアッパコイル２１５，ロアコイル２０５の電流との関係の一例を示している。例えば、吸気バルブ６０を完全に閉じた全閉位置から完全に開いた全開位置に変位させる場合は、図示するように、アッパコイル２１５に通電していた保持電流を切り、所定時間後、ロアコイル２０５に吸引電流を流す。ここで保持電流とは、吸気バルブ６０を全開位置または全閉位置に保持するために各コイルに流す電流を意味し、吸引電流とは、各スプリングの力で変位する吸気バルブ６０の動作を補助して、吸気バルブ６０を応答性良く全開、全閉位置に引き寄せるために各コイルに流す電流を意味する。一般に、保持電流は、各電磁石とアーマチャ１８０が接しているため、各スプリングの復元力に抗した程度の電磁力を発生する電流であれば良い。他方、吸引電流は、変位中のアーマチャ１８０を吸引する電磁力が必要であり、各電磁石とアーマチャ１８０とが離間しているため（エヤギャップがあるため）、保持電流に比して大電流となる。
【００２７】
アッパコイル２１５の保持電流を切るとアッパ電磁石２１０の吸引力は消滅し、アッパスプリング１６０の復元力によりアーマチャ１８０（すなわち吸気バルブ６０）は、中間位置に変位を始める。所定時間後、ロアコイル２０５に吸引電流を流すと、ロア電磁石２００は接近するアーマチャ１８０を吸引する。ロア電磁石２００とアーマチャ１８０とは接触し、ロア電磁石２００は吸気バルブ６０を全開位置に保持する。同様にして、ロア電磁石２００への保持電流を切り、所定時間後、アッパ電磁石２１０へ吸引電流を流すことで、アッパ電磁石２１０は吸気バルブ６０を全閉位置に保持する。このように、アッパ電磁石２１０，ロア電磁石２００への通電（吸引電流、保持電流）と電流の供給停止（すなわち、遮断）とを繰り返すことで、バルブの開閉を実現している。
【００２８】
次に、上述のように開閉動作を行なうバルブを停止する処理について説明する。図４は、第１実施例のバルブ停止処理のフローチャートを示している。この処理はＥＣＵ１２０で実行し、各電磁石への通電を終了する前に行なう。ＥＦＩＥＣＵ９０からエンジン１０の停止（車両の停止）指令を受けたＥＣＵ１２０は、バルブ動作を静止する処理を行なう（ステップＳ４００）。この処理は、ロア電磁石２００へ電流を流すことで排気バルブ７０を全開位置に保持し、アッパ電磁石２１０へ電流を流すことで吸気バルブ６０を全閉位置に保持する処理である。つまり、各バルブを全開、全閉位置に保持する保持電流を通電する処理である。４気筒の全ての吸気バルブ６０，排気バルブ７０に対して、この処理を行なう。なお、車両の運転中にエンジン１０が停止する（例えば、アイドルストップ車やハイブリット車など）場合には、各バルブは上記保持状態でエンジン１０再始動を待ち、車両を停止する指令を受けた場合に、この処理を行なう。
【００２９】
次に、第１気筒の吸気バルブ６０，排気バルブ７０の保持電流Ａｉ１，Ａｅ１を遮断する処理を行なう（ステップＳ４１０）。保持電流Ａｉ１，Ａｅ１を遮断した吸気バルブ６０，排気バルブ７０は、各スプリングの復元力により中間位置に向けて自由振動を始め、摩擦等により減衰し、やがて停止する。この振動の振幅Ｆｉ１，Ｆｅ１を各リフトセンサ２５０から読み込む処理を行なう（ステップＳ４２０）。振幅の検出は、所定時間幅の電圧Ｖの偏差を検出することで行なっている。続いて、検出された振幅Ｆｉ１，Ｆｅ１が、十分に減衰したか否かを判断する（ステップＳ４２５）。ステップＳ４２５で、振幅Ｆｉ１，Ｆｅ１が所定値α以下であると判断した場合には、第２気筒の吸気バルブ６０，排気バルブ７０の保持電流Ａｉ２，Ａｅ２を遮断する処理を行なう（ステップＳ４３０）。
【００３０】
以降同様に、第２気筒について、保持電流の遮断後の振幅Ｆｉ２，Ｆｅ２を読み込み（ステップＳ４４０）、減衰を確認する処理を行なう（ステップＳ４４５）。第２気筒の振動が減衰したと判断した後、第３気筒の保持電流Ａｉ３，Ａｅ３の遮断、減衰を確認する処理を行なう（ステップＳ４６０からＳ４７５）。第３気筒の振動が減衰したと判断した後、第４気筒の保持電流Ａｉ４，Ａｅ４を遮断して（ステップＳ４８０）、処理を終了する。また、ステップＳ４２５，Ｓ４４５，Ｓ４７５で、各気筒の吸気バルブ６０，排気バルブ７０の振動が十分に減衰していないと判断した場合には、振幅が所定値α以下に減衰するまで、繰り返し確認する処理を行なう。
【００３１】
この処理を実行した結果の一例を図５に示す。図５は、各気筒における吸排気バルブの振動の時間変化を示している。図示するように、第１気筒から第４気筒までのバルブ停止制御を行なう過程で、前の気筒でのバルブの振幅が所定値α以下になる時（時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）に、その気筒のバルブの保持電流を遮断している。その結果、各気筒でバルブの自由振動の発生のタイミングを異にすることができる。
【００３２】
以上のように、本実施例では、ある気筒におけるバルブの自由振動が十分に減衰したこれを検出して、次の気筒のバルブの保持電流を遮断している。このため、各バルブの自由振動による騒音は、同時に発生することがない。よって、各バルブからの音の発生のタイミングは分散され、騒音は低減される。しかも、この実施例では、バルブの振動を検出し、その振動が減衰すると直ちに次のバルブの保持電流を遮断する。したがって、短期間のうちに全てのバルブを停止することができる。なお、本実施例では、リフトセンサ２５０を用いてバルブの振動の振幅を検出して、保持電流を遮断するタイミングを決定したが、各気筒での保持電流を、通常のバルブにおいて振動が十分に減衰するものとして予め設定された時間を置いて、順次遮断するものとしても良い。この場合には、各気筒での保持電流の遮断のタイミングは、制御開始からの時間で設定されるため、各バルブの自由振動の振幅を検出する必要がない。したがって、リフトセンサ２５０を使用する必要がない。また、第１実施例では、同一の気筒内に設けた吸気バルブ６０と排気バルブ７０とは、保持電流の遮断のタイミングを同時としたが、同一気筒内でもバルブ毎に異なるタイミングで保持電流を遮断することとしても良い。また、例えば、第１，第２気筒を一のグループ、第３，第４気筒を他のグループとして、グループ毎に保持電流の遮断のタイミングを異にしても、同様の効果を奏する。
【００３３】
次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例のハード構成は第１実施例と同様であるため説明を省略する。第２実施例では、第１実施例のＥＣＵ１２０で実行するバルブ停止処理が異なる。図６は、第２実施例のバルブ停止処理のフローチャートを示している。第１実施例同様、この処理は、各電磁石への通電を終了する前に実行する。なお、図６は、複数のバルブの内、一のバルブについての処理を示しており、バルブ毎にこの処理を行なっている。エンジン１０の停止指令を受けたＥＣＵ１２０は、バルブ動作を静止する処理を行なう（ステップＳ５００）。この処理は、第１実施例と同様であり、以下、全開位置に保持された排気バルブ７０について説明する。
【００３４】
全開位置にある排気バルブ７０の保持電流Ｉｈを一旦遮断し、その時点から時間ｔをカウントする（ステップＳ５１０）。次に、初期の時間ｔ０における、リフトセンサ２５０の電圧値Ｖから現在の実リフト量Ｌ（ｔ０）を読み込む処理を行なう（ステップＳ５２０）。続いて、図示しない記憶領域から目標リフト量Ｌｍ（ｔ０）を読み込む処理を行なう（ステップＳ５３０）。
【００３５】
ここで、目標リフト量Ｌｍ（ｔ）について説明する。図７は、目標リフト量Ｌｍ変化の一例を示している。図７に示す二点鎖線は、第１実施例で述べた保持電流の遮断によるバルブの振動を示している。第２実施例の制御では、図示するように、排気バルブ７０を全開位置から中間位置へ略直線的に遷移させる目標リフト量を設定している。この目標リフト量は時間の関数であり、実際には、図６に示すように、所定時間間隔ごとに目標リフト量Ｌｍを設定したマップとして記憶している。このマップから、所定の制御時間ｔｓの前後の目標リフト量Ｌｍ（ｉ），Ｌｍ（ｉ＋１）を選定し、内挿補間することにより、その時間ｔｓでの目標リフト量Ｌｍ（ｔｓ）を算出している。なお、目標リフト量の設定方法としては、マップを準備するのではなく、予め直線的に変化する時間の関数を設定しておき、制御を行なうタイミングごとに、この関数から目標値を算出するものとしても良い。また、目標リフト量は略直線的な遷移に限らず、振動しない遷移であれば、どのように中間位置までの過程を設定しても良い。
【００３６】
初期の時間ｔ０における、目標リフト量Ｌｍ（ｔ０）と実リフト量Ｌ（ｔ０）との偏差ｅを検出し、所定のゲインｋを乗じて制御電流Ｉｆとする（ステップＳ５４０）。続いて、制御開始からの時間ｔが制御終了時間βを経過しているか否かを判断する（ステップＳ５５０）。制御開始からの時間ｔは初期の時間ｔ０であり、制御終了時間βを経過していないため、ステップＳ５４０で設定した制御電流Ｉｆをロアコイル２０５に通電し、ステップＳ５２０に戻る。ロアコイル２０５への制御電流Ｉｆにより、ロア電磁石２００は、全開位置から変位し始める排気バルブ７０を吸引する電磁力を発生する。この電磁力とロアスプリング１５０の復元力との均衡する位置に、排気バルブ７０は変位する。この時間ｔａ（ｔ０≦ｔａ＜β）における、実リフト量Ｌ（ｔａ）（ステップＳ５２０）と目標リフト量Ｌｍ（ｔａ）（ステップＳ５３０）とを読み込み、両者の偏差ｅを検出し、所定のゲインｋを乗じて新たな制御電流Ｉｆとする（ステップＳ５４０）。この時間ｔａも制御終了時間βを経過していないため、ロアコイル２０５に新たな制御電流Ｉｆを通電する。以降、ステップＳ５２０，Ｓ５３０，Ｓ５４０を繰り返し、実リフト量Ｌを目標リフト量Ｌｍに近づける。すなわち、偏差ｅをゼロに近づけるフィードバック制御を行なっている。このように、ある時間での目標値に対するロアコイル２０５への電流の制御を順次行ない、ステップＳ５５０で制御開始からの時間ｔが制御終了時間βを経過すると処理を終了する。
【００３７】
以上のように、排気バルブ７０は、全開位置から中間位置まで、目標リフト量に追従するように変位する。したがって、排気バルブ７０は振動することなく、騒音の低減に効果を奏する。なお、第２実施例では、保持電流Ｉｈを遮断し、制御電流Ｉｆを与えているが、保持電流Ｉｈは必ずしも完全に遮断する必要はない。電磁力に復元力が打ち勝つまで電流を低減しても同様の効果を奏する。また、フィードバック制御には単純な比例制御を用いたが、これに限るものではない。例えば、偏差の積分、微分を利用したＰＩＤ制御を用いても良い。さらに、図７に実線ＪＬで示す制御電流を予め設定し、時間の変化に伴って、順次設定した電流をロア電磁石２００へ通電するフィードフォワード制御を行なうこととしても良い。
【００３８】
以上に述べた第１実施例のバルブ停止処理制御と第２実施例のバルブ停止処理制御とを、併せて実施することとしても良い。図８は、排気バルブ７０を、全開位置から所定の位置Ｘまで、制御するための目標リフト量を示している。図示するように、排気バルブ７０が全開位置から所定の位置Ｘまで、略直線的にリフトする目標リフト量を設定している。この目標リフト量を基に、図６に示すフィードバック制御を実行することで、排気バルブ７０は所定の位置Ｘまで変位する。所定時間後、ロア電磁石２００への制御電流を遮断する。この結果、排気バルブ７０は所定の位置Ｘから自由振動を始めるが、自由振動を始める高さは充分に低いので、振動エネルギは小さく、振動騒音は十分に小さい。また、各バルブで振動するタイミングは、一のバルブの減衰を判断した後に行なうことで、一層騒音の低減を図ることができる。加えて、全てのバルブを中間位置に変位させる場合に比して、電磁石での消費電力を抑えることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、４気筒に限らず、２気筒以上の多気筒の内燃機関であれば同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例としての内燃機関の一つの気筒縦断面を示す模式図。
【図２】本実施例における電磁駆動動弁機構の断面模式図。
【図３】バルブリフト量とコイル電流との関係図。
【図４】第１実施例のバルブ停止処理のフローチャート。
【図５】第１実施例の制御結果の一例を示すバルブリフト量と時間との関係図。
【図６】第２実施例のバルブ停止処理のフローチャート。
【図７】第２実施例の目標リフト量の説明図。
【図８】所定の位置Ｘまでの目標リフト量の説明図。
【符号の説明】
１０…エンジン
２０…シリンダブロック
３０…ピストン
４０…シリンダヘッド
６０…吸気バルブ
６０ａ…弁体
６０ｂ…弁軸
６５…吸気ポート
７０…排気バルブ
８０…燃焼室
８５…点火プラグ
９０…ＥＦＩＥＣＵ
１００，１１０…電磁駆動動弁機構
１２０…ＥＣＵ
１３０…弁座
１４０…バルブガイド
１５０…ロアスプリング
１５５…ロアリテーナ
１６０…アッパスプリング
１６５…アッパリテーナ
１７０…アーマチャシャフト
１８０…アーマチャ
１９０…アッパキャップ
２００…ロア電磁石
２０５…ロアコイル
２０７…ロアコア
２１０…アッパ電磁石
２１５…アッパコイル
２１７…アッパコア
２４０…ニードル
２５０…リフトセンサ
Claims (7)
- 内燃機関に設けた複数の吸排気バルブの駆動装置であって、
前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行なう電磁駆動動弁機構と、
前記内燃機関の停止が指示されたとき、前記複数の吸排気バルブのバルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に、少なくとも一つの電磁石への電流の供給を他の電磁石への電流の供給とは異なるタイミングで停止するバルブ停止制御手段と
を備えた吸排気バルブの駆動装置。 - 請求項１に記載の吸排気バルブの駆動装置であって、
前記バルブ停止制御手段は、前記異なるタイミングを、少なくとも一のバルブの自由振動が減衰したタイミングとして設定するタイミング設定手段を備えた吸排気バルブの駆動装置。 - 請求項２に記載の吸排気バルブの駆動装置であって、
前記バルブの自由振動によるバルブ変位量を検出するバルブ変位量検出手段を備え、
前記バルブ停止制御手段は、該検出されたバルブ変位量に基づいて、前記一のバルブの自由振動が減衰したタイミングを決定する減衰タイミング設定手段を備えた吸排気バルブの駆動装置。 - 内燃機関に設けた吸排気バルブの駆動装置であって、
前記吸排気バルブが完全に開いた全開位置および完全に閉じた全閉位置に該吸排気バルブを保持する電磁石の電磁力と、該吸排気バルブを全開と全閉との間である中間位置に付勢するバネの復元力との協働によって該吸排気バルブの開閉動作を行なう電磁駆動動弁機構と、
前記吸排気バルブの全開位置または全閉位置からの離脱による該吸排気バルブの自由振動を妨げるように、該電磁石に通電する電流を制御し、該吸排気バルブを前記中間位置に停止するバルブ制御手段と
を備えた吸排気バルブの駆動装置。 - 請求項４に記載の吸排気バルブの駆動装置であって、
前記吸排気バルブのバルブリフト量を検出するバルブリフト量検出手段を備え、
前記バルブ制御手段は、該検出された該バルブリフト量が、予め時間軸に沿って設定した目標バルブリフト量の時間変化に追従するように、バルブリフト量のフィードバック制御を行なう制御手段である
吸排気バルブの駆動装置。 - 請求項４または５に記載の吸排気バルブの駆動装置であって、
前記バルブ制御手段は、前記吸排気バルブの全開位置または全閉位置から、前記中間位置の近傍の所定の位置まで、バルブリフト量を制御した後、所定のタイミングで前記電磁石への電流の供給を停止する制御手段である吸排気バルブの駆動装置。 - 請求項６に記載の吸排気バルブの駆動装置であって、
前記所定のタイミングは、前記吸排気バルブが複数ある場合には、バルブ毎または所定のグループに分けたバルブ群毎に異なるタイミングである吸排気バルブの駆動装置。
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