JP3846070B2

JP3846070B2 - 電磁駆動弁の制御装置

Info

Publication number: JP3846070B2
Application number: JP30905598A
Authority: JP
Inventors: 達雄飯田; 隆志出尾; 昌彦浅野; 宏之服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JP2000130198A; DE19951537B4; DE19951537A1; US6336431B2; US20010037779A1; US6279523B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動弁の制御装置に係り、特に、内燃機関の排気弁を開閉駆動するうえで好適な電磁駆動弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平１０−１８８１９号及び特開平１０−１８８２０号に開示される如く、内燃機関の排気弁を開閉駆動する電磁駆動弁が公知である。この電磁駆動弁は、排気弁に連結されたアーマチャを備えている。アーマチャの上方には第１電磁石及びアッパスプリングが配設されている。また、アーマチャの下方には第２電磁石及びロアスプリングが配設されている。アーマチャはアッパスプリング及びロアスプリングにより、第１電磁石と第２電磁石との中間の中立位置に保持されている。電磁駆動弁は、アーマチャが第１電磁石に当接した状態では排気弁が全閉状態となり、また、アーマチャが第２電磁石に当接した状態で排気弁が全開状態となるように構成されている。
【０００３】
上記従来の電磁駆動弁において、第１電磁石へ所定の保持電流が供給された状態では、アーマチャが第１電磁石に吸引されることで、排気弁は全閉位置に保持される。この状態で、第１電磁石への保持電流の供給が停止されると、アーマチャがアッパスプリングにより付勢されることで、排気弁は開弁方向に変位を開始する。排気弁が所定位置まで変位した時点で、第２電磁石へ所定の吸引電流が供給されると、アーマチャに開弁方向の電磁力が作用することで、摩擦や燃焼残圧による変位振幅の減衰が補われ、排気弁は全開位置まで変位する。
【０００４】
排気弁が全開位置に達する際、すなわち、アーマチャが第２電磁石に当接する際に排気弁が大きな速度で変位していると、作動音の増加や排気弁の跳ね返り等の問題を招く。そこで、上記従来の電磁駆動弁では、排気弁が全開位置の近傍に達した時点で、第２電磁石へ供給する励磁電流を減少させることで、排気弁が全開位置に達する際の変位速度を抑制することとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両用内燃機関においては、例えば高速運転時等にアクセル操作が解除された場合には、燃料噴射を停止する燃料噴射カット制御が実行される。燃料噴射カット制御の実行中は燃焼が行われないので、排気弁が開弁されるタイミング、すなわち、下死点近傍で燃焼室内は負圧となる。この負圧は、排気弁に対して開弁方向の駆動力として作用する。従って、燃料噴射カット制御の実行中に排気弁を開弁する場合に、燃料噴射カット制御が実行されていない通常運転時と同様の励磁電流を第２電磁石に供給したのでは、アーマチャが第２電磁石に当接する際の変位速度が大きくなる。この場合、アーマチャが第２電磁石から跳ね返され、アーマチャを再び第２電磁石に吸引するために第２電磁石に励磁電流を供給することが必要となって消費電力が増加する。また、アーマチャと第２電磁石とが高速で衝突することにより大きな作動音が発生する。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃焼が行われていない場合に、上記の問題を防止し得る電磁駆動弁の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、内燃機関の排気弁として機能する弁体と、該弁体に連結されたアーマチャと、該アーマチャに電磁力を作用させる電磁石とを備え、電磁力とばね力とを協働させることにより前記弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置において、
前記内燃機関の燃焼が行われていない場合は、内燃機関の燃焼室内の圧力に応じて、前記弁体の開弁時に前記アーマチャに閉弁方向の電磁力を付与する電流と期間を可変とする電磁力付与手段を備える電磁駆動弁の制御装置により達成される。
【０００８】
請求項１記載の発明において、電磁力付与手段は、内燃機関の燃焼が行われていない場合は、弁体、すなわち排気弁の開弁時にアーマチャに閉弁方向の電磁力を付与する。内燃機関の燃焼が行われていない場合は、排気弁の開弁タイミングである下死点近傍において燃焼室に負圧が発生する。かかる状況下で電磁力付与手段がアーマチャに閉弁方向の電磁力を付与することで、燃焼室の負圧に起因して弁体に作用する開弁方向の力が相殺される。従って、本発明によれば、アーマチャが高い速度で開弁側の電磁石に衝突することが防止され、これにより、アーマチャが電磁石から跳ね返ることが防止されると共に、作動音が抑制される。上記の如く、電磁力付与手段がアーマチャに付与する電磁力により燃焼室の負圧の影響が相殺されるので、燃焼室の負圧が大きい場合にも上記の効果を得ることができる。また、本発明において、排気弁が開弁されるタイミングは変化させる必要がないので、燃焼室が負圧となる状態を形成することができる。内燃機関の燃焼が行われていない場合、燃焼室の負圧に応じたエンジンブレーキ力が発生する。従って、本発明によれば、エンジンブレーキ力を確保することができる。
【０００９】
また、上記の目的は、請求項２に記載する如く、請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記内燃機関の燃焼が行われていない場合は、前記内燃機関の燃焼が行われている場合よりも、前記弁体の開弁時に前記アーマチャに付与する開弁方向の電磁力を減少させる電磁力減少手段を備える電磁駆動弁の制御装置により達成される。
【００１０】
請求項２記載の発明において、電磁力減少手段は、内燃機関の燃焼が行われていない場合に、内燃機関の燃焼が行われている場合よりも、弁体、すなわち排気弁の開弁時にアーマチャに付与する開弁方向の電磁力を減少させる。この電磁力の減少分だけ、燃焼室の負圧に起因して弁体に作用する開弁方向の力が相殺される。従って、本発明によれば、アーマチャが高い速度で開弁側の電磁石に衝突することが防止され、これにより、アーマチャが電磁石が跳ね返ることが防止されると共に作動音が抑制される。また、電磁力減少手段がアーマチャに付与する磁力を減少させることで、電磁駆動弁の省電力化が図られる。また、本発明において、排気弁が開弁されるタイミングは変化させる必要がないので、燃焼室が負圧となる状態を形成することができる。従って、本発明によれば、エンジンブレーキ力を確保することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である電磁駆動弁の制御装置が適用された車載用内燃機関の構成図を示す。本実施例のシステムはＥＣＵ１０により制御される。内燃機関は、シリンダブロック１２を備えている。シリンダブロック１２の内部には、シリンダ１４およびウォータジャケット１６が形成されている。本実施例の内燃機関は、複数のシリンダを備える多気筒型内燃機関である。図１は、複数のシリンダのうち一のシリンダ１４を表す。
【００１６】
シリンダ１４の内部にはピストン１８が配設されている。ピストン１８は、シリンダ１４の内部を、図１における上下方向に摺動することができる。シリンダブロック１２の上部には、シリンダヘッド２０が固定されている。シリンダヘッド２０には、各シリンダ毎に吸気ポート２２および排気ポート２４が形成されている。
【００１７】
シリンダヘッド２０の底面、ピストン１８の上面、およびシリンダ１４の側壁は、燃焼室２６を画成している。上述した吸気ポート２２および排気ポート２４は、共に燃焼室２６に開口している。吸気ポート２２の燃焼室２６側の開口端部、および、排気ポート２４の燃焼室２６側の開口端部には、それぞれバルブシート２８，３０が形成されている。燃焼室２６には、また、点火プラグ３２の先端が露出している。
【００１８】
シリンダヘッド２０には電磁駆動弁３８及び４０が組み込まれている。電磁駆動弁３８は弁体４２を備えている。弁体４２は内燃機関の吸気弁として機能する。すなわち、弁体４２は、バルブシート２８に着座することにより吸気ポート２２と燃焼室２６との間を遮断し、また、バルブシート２８から離座することにより吸気ポート２２と燃焼室２６との間を導通させる。以下、弁体４２を吸気弁４２とも称す。一方、電磁駆動弁４０は弁体４４を備えている。弁体４４は内燃機関の排気弁として機能する。すなわち、弁体４４は、バルブシート３０に着座することにより排気ポート２４と燃焼室２６との間を遮断し、また、バルブシート３０から離座することにより排気ポート２４と燃焼室２６との間を導通させる。以下、弁体４４を排気弁４４とも称す。
【００１９】
内燃機関は、吸気マニホールド４６を備えている。吸気マニホールド４６はサージタンク４８と各吸気ポート２２とを連通する複数の枝管を備えている。各枝管には、燃料噴射弁５０が配設されている。燃料噴射弁５０はＥＣＵ１０から付与される指令信号に応じて燃料を枝管内に噴射する。
サージタンク４８の上流側には、吸気管５２が連通している。吸気管５２には、スロットルバルブ５４が配設されている。吸気管５２の上流側端部にはエアクリーナ５６が連通している。従って、吸気管５２にはエアクリーナ５６により濾過された外気が流入する。また、内燃機関の排気ポート２４には、排気通路５８が連通している。
【００２０】
内燃機関には、クランク角センサ６０が設けられている。クランク角センサ６０の出力信号はＥＣＵ１０に供給されている。ＥＣＵ１０はクランク角センサ６０の出力信号に基づいてクランク角ＣＡ及び機関回転数ＮＥを検出する。
本実施例の内燃機関において、機関回転数ＮＥが所定値以上である高回転運転状態でアクセル操作が解除された場合には、燃料噴射弁５０からの燃料噴射を停止する燃料噴射カット制御が実行される。アクセル操作が解除された状態、すなわち、スロットルバルブ５４が閉弁された状態では、スロットルバルブ５４より下流側の吸気管５２、サージタンク４８、吸気マニホールド４６、及び吸気ポート２２（以下、吸気系と称す）に大きな負圧が発生する。なお、本明細書において、負圧が大きいとは、大気圧との圧力差が大きいこと、すなわち、絶対圧としては低圧であることを意味するものとする。吸気系に大きな負圧が発生している状況下で燃料噴射が停止されると、燃焼室２６での燃焼が行われなくなることにより、クランク角ＣＡの下死点近傍において、燃焼室２６内の圧力（筒内圧）は負圧となる。燃焼室２６に負圧が生ずると、ピストン１８のポンピングロスにより、負圧に応じたエンジンブレーキ力が発生する。このように、燃料噴射カット制御が実行されると、下死点近傍において燃焼室２６に負圧が生じ、この負圧に応じたエンジンブレーキ力が発生する。
【００２１】
次に、電磁駆動弁３８及び４０の構成及び動作について説明する。なお、電磁駆動弁３８及び４０は同一の構成を有しているため、それらの代表例として、電磁駆動弁４０の構成および動作について説明する。図２は、電磁駆動弁４０をその軸に沿って切断した断面図を示す。
図２に示す如く、排気弁４４は弁軸６２に連結されている。弁軸６２はシリンダヘッド２０の内部に固定されたバルブガイド６４により軸方向に変位可能に保持されている。電磁駆動弁４０は、また、弁軸６２の上端部に当接されたアーマチャシャフト６６を備えている。アーマチャシャフト６６は、非磁性材料で構成されたロッド状の部材である。弁軸６２の上端部には、ロアリテーナ６８が固定されている。ロアリテーナ６８の下方にはロアスプリング７０が配設されている。ロアスプリング７０の下端は、シリンダヘッド２０に当接している。ロアスプリング７０は、弁軸６２、ロアリテーナ６８、及びアーマチャシャフト６６を図２における上方へ向けて付勢している。
【００２２】
アーマチャシャフト６６の上端部には、アッパリテーナ７２が固定されている。アッパリテーナ７２の上方には、アッパスプリング７６の下端部が当接している。アッパスプリング７６の周囲には、その外周を取り巻くように円筒状のアッパキャップ７７が配設されている。アッパスプリング７６の上端部は、アッパキャップ７７に螺着されたアジャストボルト７８に当接している。アッパスプリング７６は、アッパリテーナ７２およびアーマチャシャフト６６を、図２における下方へ向けて付勢している。
【００２３】
アーマチャシャフト６６の外周には、アーマチャ７４が接合されている。アーマチャ７４は、軟磁性材料で構成された環状の部材である。アーマチャ７４の上方には、アッパコイル８０及びアッパコア８２が配設されている。また、アーマチャ７４の下方には、ロアコイル８４及びロアコア８６が配設されている。アッパコア８２およびロアコア８６は、共に磁性材料で構成された部材である。アーマチャシャフト６６は、アッパコア８２およびロアコア８６の中央部に、摺動可能に保持されている。また、アッパコイル８０及びロアコイル８４は図示しない駆動回路に接続されている。駆動回路はＥＣＵ１０から供給される制御信号に応じてアッパコイル８０及びロアコイル８４に励磁電流を供給する。
【００２４】
アッパコア８２およびロアコア８６の外周には、外筒８８が配設されている。アッパコア８２およびロアコア８６は、両者間に所定の間隔が確保されるように、外筒７４により保持されている。また、上述したアッパキャップ７７は、アッパコア８２の上端面に固定されている。アジャスタボルト７８は、アーマチャ７４の中立位置がアッパコア８２とロアコア８６の中央となるように調整されている。
【００２５】
電磁駆動弁４０において、アーマチャ７４がアッパコア８２に当接した状態では、排気弁４４はバルブシート３０に着座する。この状態は、アッパコイル８０に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。以下、排気弁４４がバルブシート３０に着座した状態を全閉状態と、また、その際の排気弁４４の位置を全閉位置と称す。
【００２６】
排気弁４４が全閉位置に維持されている状態で、アッパコイル８０に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ７４に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ７４に作用していた電磁力が消滅すると、アッパスプリング７６に付勢されることにより、アーマチャ７４が図２における下方へ向けて変位する。アーマチャ７４の変位量が所定値に達した時点で、ロアコイル８４に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ７４をロアコア８６側へ吸引する吸引力、すなわち、排気弁４４を図２において下方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２７】
アーマチャ７４に対して上記の吸引力が作用すると、摺動抵抗や燃焼残圧によるエネルギー損失が補われ、アーマチャ７４は、排気弁４４と共に図２における下方へ向けて変位する。排気弁４４の変位は、アーマチャ７４がロアコア８６と当接するまで継続する。以下、アーマチャ７４がロアコア８６に当接した状態を全開状態と、また、その際の排気弁４４の位置を全開位置と称す。この全開状態は、ロアコイル８４に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。
【００２８】
排気弁４４が全開位置に維持されている状態で、ロアコイル８４に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ７４に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ７４に作用していた電磁力が消滅すると、ロアスプリング７０に付勢されることにより、アーマチャ７４が図２における上方へ向けて変位する。アーマチャ７４の変位量が所定値に達した時点で、アッパコイル８０に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ７４をアッパコア８２側へ吸引する吸引力、すなわち、排気弁４４を図２において上方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２９】
アーマチャ７４に対して上記の吸引力が作用すると、摺動抵抗等によるエネルギー損失が補われ、アーマチャ７４は、排気弁４４と共に図２における上方へ向けて変位する。排気弁４４の変位は、アーマチャ７４が第１コア６２と当接するまで、すなわち、全閉状態となるまで継続する。
上述の如く、電磁駆動弁４０によれば、アッパコイル８０に所定の励磁電流を供給することにより排気弁４４を全閉位置に向けて変位させることができると共に、ロアコイル８４に所定の励磁電流を供給することにより排気弁４４を全開位置に向けて変位させることができる。従って、電磁駆動弁４０によれば、アッパコイル８０とロアコイル８４とに交互に励磁電流を供給することにより、排気弁４４を、全開位置と全閉位置との間で繰り返し往復運動させることができる。
【００３０】
本実施例において、吸気弁４２を備える電磁駆動弁３８は、上述した電磁駆動弁４０と同様に作動する。従って、本実施例によれば、電磁駆動弁３８、４０が備えるアッパコイル８０およびロアコイル８４に対して、それぞれ、適当なタイミングで交互に励磁電流を供給されるように、ＥＣＵ１０が駆動回路に制御信号を付与することにより、吸気弁４２および排気弁４４を任意のタイミングで開閉駆動することができる。
【００３１】
ところで、弁体４２、４４が全開位置又は全閉位置に達する時点、すなわち、アーマチャ７４がロアコア８６又はアッパコア８２に当接する時点での弁体４２、４４の変位速度が高い場合、アーマチャ７４とロアコア８６又はアッパコア８２との衝突に伴う大きな作動音が発生する。また、アーマチャ７４が高速でロアコア８６又はアッパコア８２に衝突すると、アーマチャ７４がロアコア８６又はアッパコア８２から跳ね返ることがある。この場合、跳ね返ったアーマチャ７４を再びロアコア８６又はアッパコア８２へ吸引すべくロアコイル８４又はアッパコイル８０に励磁電流を供給しなければならず、電磁駆動弁３８、４０の消費電力が増大してしまう。従って、電磁駆動弁３８、４０においては、弁体４２、４４が全開位置及び全閉位置に達する時点で、それらの変位速度が小さくなるように、ロアコイル８４及びアッパコイル８０へ供給する励磁電流を制御することが望ましい。
【００３２】
図３は、上記の観点より、弁体４２、４４を開閉駆動すべくアッパコイル８０に供給される指令電流の電流波形（図３（Ａ））、ロアコイル８４に供給される指令電流の電流波形（図３（Ｂ））、及び、これらの指令電流により実現される弁体４２、４４の変位（図３（Ｃ））を示す。
図３（Ａ）に示す如く、アッパコイル８０に供給される指令電流は、弁体４２、４４が全開位置から全閉位置へ向けて変位する吸引期間（期間Ａ及びＢ）において、所定期間（期間Ａ）だけ吸引電流Ｉ_MAXに維持された後、弁体４２、４４が全閉位置に到達する時期にほぼ同期して、遷移期間（期間Ｂ）を経て、吸引電流Ｉ_MAXよりも小さな保持電流Ｉ_Hに維持されるように制御される（期間Ｃ）。そして、この指令電流は、弁体４２、４４の開弁要求が生じた時点で、吸引電流Ｉ_MAX及び保持電流Ｉ_Hとは逆方向の開放電流Ｉ_Rに制御される（期間Ｄ）。なお、開放電流Ｉ_Rが供給される期間Ｄは、保持電流Ｉ_Hによりアーマチャ７４に生じた残留磁気が逆方向の開放電流Ｉ_Rによりちょうど打ち消される程度の長さに設定されている。
【００３３】
これと同様に、図３（Ｂ）に示す如く、ロアコイル８４に供給される指令電流は、弁体４２、４４が全閉位置から全開位置に向けて変位する吸引期間（期間Ａ及びＢ）において、所定期間（期間Ａ）だけ吸引電流Ｉ_MAXに維持された後、遷移期間（期間Ｂ）を経て保持電流Ｉ_Hに維持されるように制御される（期間Ｃ）。そして、この励磁電流は、弁体４２、４４の閉弁要求が生じた時点で開放電流Ｉ_Rに制御される（期間Ｄ）。
【００３４】
ＥＣＵ１０は、クランク角センサ６０の出力信号に基づいて、クランク角ＣＡに同期したタイミングで上記の励磁電流をアッパコイル８０及びロアコイル８４に供給する。従って、本実施例によれば、内燃機関の運転に同期した適切なタイミングで吸気弁４２及び排気弁４４を開閉駆動することができる。
上述の如く、本実施例の内燃機関においては、高回転運転時にアクセル操作が解除された場合には、燃料噴射カット制御が実行されることにより、クランク角ＣＡの下死点近傍において燃焼室２６内に負圧が生ずる。図４（Ａ）は、クランク角ＣＡに対する筒内圧の変化を、燃料噴射カット制御が実行されていない場合（以下、通常運転時と称す）、及び燃料噴射カット制御が実行されている場合について、それぞれ実線及び破線で示す。また、図４（Ｂ）は、通常運転時に排気弁４４が開弁する場合の変位を実線で、また、燃料噴射カット制御の実行中に通常運転時と同じ指令電流を用いて排気弁４４を開弁させた場合の変位を破線で、それぞれ示す。
【００３５】
図４（Ａ）に実線で示す如く、通常運転時は、上死点近傍で点火が行われることで、筒内圧は極めて高い値となる。そして、下死点に達した時点でも、燃焼残圧によって筒内圧は正圧に維持されている。一方、図４（Ａ）に破線で示す如く、燃料噴射カット制御が実行されている場合は、燃焼室２６の膨張・圧縮に伴う筒内圧の変化が生ずるのみであるため、下死点近傍では筒内圧は負圧となるまで低下している。
【００３６】
図４（Ｂ）に示す如く、排気弁４４は下死点近傍で開弁される。これに対応して、図４（Ａ）に実線で示す如く、通常運転時は、排気弁４４の開弁タイミングにおいて筒内圧は正圧Ｐａとなっているので、筒内圧に起因して排気弁４４に開弁方向の力が作用することはない。このため、図４（Ｂ）に実線で示す如く、全開位置に達する際の排気弁４４の変位速度は抑制され、アーマチャ７４の跳ね返りや作動音の増大等の問題は生じない。
【００３７】
一方、燃料噴射カット制御の実行中は、図４（Ａ）に破線で示す如く、排気弁４４の開弁タイミングにおいて筒内圧は負圧Ｐｂとなっている。従って、燃料噴射カット制御の実行中にも通常運転時と同じタイミングで排気弁４４を開弁させると、排気弁４４の開弁時に、燃焼室２６内の負圧が開弁方向の力として排気弁４４に作用することになる。このため、通常運転時と同じ指令電流（すなわち、図３に示す指令電流）を用いた場合、排気弁４４に作用する開弁方向の力は、燃焼室２６内の負圧に起因する力の分だけ過大となる。その結果、図４（Ｂ）に破線で示す如く、排気弁４４が全開位置に達する際、すなわち、アーマチャ７４がロアコア８６に当接する際の変位速度が高くなることにより、排気弁４４が全開位置から（すなわち、アーマチャ７４がロアコア８６から）跳ね返る。この場合、上記の如く、アーマチャ７４をロアコア８６に再び吸引すべくロアコイル８４に余分な励磁電流を供給することが必要となって消費電力が増大すると共に、アーマチャ７４とロアコア８６とが高速で衝突することにより大きな作動音が発生し、静粛性が損なわれてしまう。また、アーマチャ７４とロアコア８６とが高速で衝突すると、電磁駆動弁４０の各構成部品に衝撃荷重が作用することにより、構成部品の摩耗や破損を招いてしまう。
【００３８】
これに対して、本実施例のシステムは、燃料噴射カット制御の実行中は、排気弁４４の開弁時にアーマチャ７４に対して閉弁方向の電磁力を付与することにより、上記の不都合を防止し得る点に特徴を有している。
図５は、本実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に排気弁４４を全閉位置から開弁させる際に、電磁駆動弁４０のアッパコイル８０に供給する開放電流Ｉ_Rの波形、すなわち、図３（Ａ）に示す期間Ｄの波形を拡大して示す図である。なお、図５には、通常運転時における開放電流Ｉ_Rの波形を破線で示している。
【００３９】
図５に示す如く、燃料噴射カット制御の実行中に開放電流Ｉ_Rが供給される期間Ｄの長さＴ１は、通常運転時における期間Ｄの長さＴ０に比して増大されている。上述の如く、通常運転時における期間Ｄの長さは、アーマチャ７４に生じた残留磁気をちょうど消滅させる程度の時間となるように設定されている。従って、本実施例では、期間Ｄの長さがＴ０よりも大きなＴ１に設定されることで、アーマチャ７４の残留磁気が打ち消された後も、開放電流Ｉ_Rが継続してアッパコイル８０に供給されることになる。かかる開放電流Ｉ_Rによりアーマチャ７４とアッパコア８２との間に電磁吸引力が作用し、この電磁吸引力により、燃焼室２６内の負圧により生ずる開弁方向の力が相殺される。従って、本実施例によれば、燃料噴射カット制御の実行中に、アーマチャ７４が高い速度でロアコア８６に衝突することが防止することができ、これにより、アーマチャ７４とロアコア８６との衝突に伴う作動音を抑制することができる。また、アーマチャ７４がロアコア８６から跳ね返ることが防止されるので、ロアコア８６から跳ね返ったアーマチャ７４を再びロアコア８６に吸引することが不要となり、これにより、電磁駆動弁４０の省電力化を図ることができる。
【００４０】
また、本実施例では、排気弁４４の開弁タイミングは、燃料噴射カット制御の実行中と、通常運転時とで変化しないため、燃料噴射カット制御の実行中に燃焼室２６内に確実に負圧を発生させることができる。上述の如く、燃料噴射カット制御の実行中は、燃焼室２６内の負圧に応じたエンジンブレーキ力が発生する。従って、本実施例によれば、燃料噴射カット制御の実行中にエンジンブレーキ力を確保しつつ上記の効果を得ることが可能とされている。
【００４１】
なお、燃料噴射カット制御の実行中に燃焼室２６内の負圧によって排気弁４４に作用する開弁方向の力は、その負圧が大きくなるほど増加する。また、燃料噴射カット制御の実行中に燃焼室２６に生ずる負圧は、機関回転数ＮＥが高回転になるほど大きくなる。従って、機関回転数ＮＥに基づいて燃焼室２６内の負圧を推定し、その負圧の上昇に応じて、開放電流Ｉ_Rを供給する期間Ｄの長さを大きくすることにより、排気弁４４を確実に全開位置まで変位させつつ、作動音の増大や、アーマチャ７４の跳ね返りに起因する消費電力の増加を防止することができる。例えば、機関回転数ＮＥが高く、大きな負圧が発生している場合にも、それに応じて、上記期間Ｄを長く設定することにより、確実に上記の効果を得ることが可能となる。
【００４２】
なお、上記実施例では、負圧に伴って排気弁４４に作用する開弁方向の力を打ち消すべく、開放電流を供給する期間Ｄを長くすることにより排気弁４４に閉弁方向の力を作用させることとした。しかしながら、開放電流として図６又は図７に示す波形を用いてもよい。
図６は、開放電流を緩やかに減少させた場合の波形を示す。図６に示す開放電流の波形によれば、アーマチャ７４とアッパコア８２との間に作用する電磁力が徐々に低下することで、開放電流をステップ的に減少させる場合に比して、アーマチャ７４とアッパコア８２との間に作用する電磁吸引力は大きくなる。このため、排気弁４４に作用する閉弁方向の力が増加することで、燃焼室２６の負圧に起因して排気弁４４に作用する開弁方向の力を相殺することができる。
【００４３】
また、図７は、通常運転時と同じ開放電流Ｉ_Rを供給した後、アッパコイル８０に再び正方向の指令電流Ｉ_Pを供給した場合の波形を示す。図７に示す指令電流の波形によれば、正方向の指令電流Ｉ_Pによりアーマチャ７４とアッパコア８２との間に電磁吸引力が作用する。かかる電磁吸引力の分だけ、アーマチャ７４に作用する閉弁方向の力が増大することで、燃焼室２６の負圧に起因して排気弁４４に作用する開弁方向の力を相殺することができる。
【００４４】
なお、上記実施例においては、ＥＣＵ１０が燃料噴射カット制御の実行中に、図５乃至図７のうち何れかの開放電流Ｉ_Rをアッパコイル８０に供給することにより特許請求の範囲に記載した電磁力付与手段が実現されている。
ところで、上記実施例においては、開放電流Ｉ_Rとして吸引電流Ｉ_MAXとは逆方向の指令電流を用いることとしたが、これに限らず、単に指令電流をゼロとすることしてもよい。この場合、燃料噴射カット制御の実行中は、アーマチャ７４をアッパコア８２から開放させる際に、図６又は図７においてＩ_R＝０とした波形の指令電流をアッパコイル８０に供給すればよい。
【００４５】
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例では、図１及び図２に示すシステム構成において、燃料噴射カット制御の実行中には通常運転時に対して排気弁４４の開弁タイミングを変化させる点に特徴を有している。
図８（Ａ）は、上記図４（Ａ）と同様に、燃料噴射カット制御の実行中におけるクランク角ＣＡに対する筒内圧の変化を示す。ただし、図８（Ａ）においては、排気弁４４が全閉位置に保持されると仮定した場合の筒内圧の変化を示している。
【００４６】
図８（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、本実施例において燃料噴射カット制御の実行中に電磁駆動弁４０のアッパコイル８０及びロアコイル８４に供給される指令電流の波形を示す。なお、図８（Ｂ）及び（Ｃ）には、それぞれ、２通りの電流波形（パターン▲１▼及び▲２▼）をそれぞれ実線及び一点鎖線で示しており、また、通常運転時にアッパコイル８０及びロアコイル８４に供給される指令電流の波形を破線で示している。
【００４７】
また、図８（Ｄ）は、パターン▲１▼及び▲２▼の励磁電流波形により実現される排気弁４４の変位をそれぞれ実線及び一点鎖線で示し、また、通常運転時の変位波形を実線で示す。なお、図８（Ｄ）には吸気弁４２の変位を実線で示している。
図８に示す如く、本実施例では、燃料噴射カット制御の実行中は、排気弁４４の開弁タイミングを通常運転時に対して早めることにより（パターン▲１▼）又は遅延させることにより（パターン▲２▼）、燃焼室２６に負圧が生じた状態で排気弁４４が開弁されるのを防止している。すなわち、図８（Ａ）に示す如く、燃料噴射カット制御の実行中には、下死点近傍において筒内圧は負圧となるのに対し、下死点近傍から外れた領域では、筒内圧は正圧となっている。そこで、本実施例では、筒内圧が正圧である状態、又は、アーマチャ７４がロアコア８６に高速で衝突して跳ね返りが生ずることがない程度の小さな負圧である状態で、アッパコイル８０に開放電流Ｉ_Rを供給することにより排気弁４４を開弁させることとしている。従って、本実施例によれば、筒内圧に起因して排気弁４４に開弁方向の力が作用するのを防止することができ、これにより、電磁駆動弁４０の作動音の増大や、アーマチャ７４のロアコア８６からの跳ね返りを防止することができる。
【００４８】
また、本実施例では、排気弁４４の開弁タイミングを変化させることにより上記の効果を得る構成である。すなわち、本実施例では、燃焼室２６内の負圧に起因する力を相殺すべくアーマチャ７４に電磁力を付与することは不要であるため、電磁駆動弁４０の消費電力の増加を抑制することが可能となっている。
なお、上記第２実施例においては、ＥＣＵ１０が燃料噴射カット制御の実行中に、アッパコイル８０及びロアコイル８４にそれぞれ図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示すパターン▲１▼又はパターン▲２▼の指令電流を供給することにより特許請求の範囲に記載した開弁タイミング変更手段が実現されている。
【００４９】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
本実施例は、上記図１及び図２に示すシステム構成において、燃料噴射カット制御の実行中は、排気弁４４の開弁時にアーマチャ７４に付与する開弁方向の電磁力を抑制し、又は、ゼロとすることにより、燃焼室２６内の負圧に起因する開弁方向の力を相殺する点に特徴を有している。
【００５０】
図９は、本実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に排気弁４４を開弁させる場合に、電磁駆動弁４４のアッパコイル８０に供給する指令電流の波形（図９（Ａ））、電磁駆動弁４４のロアコイル８４に供給する指令電流の波形（図９（Ｂ））、及び排気弁４４の変位（図９（Ｃ））をそれぞれ示す。なお、図９（Ａ）〜（Ｃ）において、通常運転中の波形をそれぞれ破線で示している。
【００５１】
図９（Ｂ）に示す如く、本実施例では、燃料噴射カット制御の実行中には、排気弁４４の開弁時にロアコイル８４への吸引電流Ｉ_MAXの供給を開始するタイミングが通常運転時に対して遅延され、かつ、吸引電流Ｉ_MAXが小さく抑制される。なお、本実施例では、吸引電流Ｉ_MAXに続いて保持電流Ｉ_Hを供給することなく直ちに開放電流Ｉ_Rを供給し、それに応じて、アッパコイル８０に対する吸引電流Ｉ_MAXの開始タイミングを早めることにより、排気弁４４を全開位置に保持することなく、閉弁方向へ変位させることとしている。
【００５２】
上記の如く、本実施例では、ロアコイル８４に対する吸引電流Ｉ_MAXの開始タイミングが遅延され、かつ、吸引電流Ｉ_MAXが小さく抑制されることにより、排気弁４４に付与される開弁方向の運動エネルギーが低減される。かかる運動エネルギーの低減により、燃焼室２６の負圧に伴って排気弁４４に作用する開弁方向の力が相殺される。従って、本実施例によれば、アーマチャ７４とロアコア８６が高速で衝突することに起因する作動音の増大や、アーマチャ７４の跳ね返りを防止することができる。
【００５３】
次に、本発明の第４実施例について説明する。
図１０は、本実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に排気弁４４を開弁させる場合の、電磁駆動弁４４のアッパコイル８０に供給する指令電流の波形（図１０（Ａ））、電磁駆動弁４４のロアコイル８４に対する指令電流の波形（図１０（Ｂ））、及び排気弁４４の変位（図１０（Ｃ））をそれぞれ示す。なお、図１０（Ａ）〜（Ｃ）には、通常運転中の場合の波形をそれぞれ破線で示している。
【００５４】
図１０に示す如く、本実施例では、上記第３実施例と同様に、ロアコイル８４への吸引電流Ｉ_MAXの供給を開始するタイミングが通常運転時に対して遅延され、かつ、その吸引電流Ｉ_MAXが小さく抑制されることにより、燃焼室２６の負圧に伴って排気弁４４に作用する開弁方向の力が相殺される。更に、本実施例では、通常運転時と同様に、ロアコイル８４に対して吸引電流Ｉ_MAXに続いて保持電流Ｉ_Hを供給することにより、排気弁４４を全開位置に保持することが可能となっている。
【００５５】
なお、上記第３及び第４実施例においては、燃料噴射カット制御の実行中に電磁駆動弁４０のロアコイル８４に対する吸引電流Ｉ_MAXの開始タイミングを遅延させ、かつ、吸引電流を通常運転時に比して小さく抑制することにより、アーマチャ７４に付与する運動エネルギーを低減することとした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、吸引電流Ｉ_MAXの開始タイミングを遅延させることのみ、又は、吸引電流Ｉ_MAXを小さく抑制することのみにより、アーマチャ７４に付与する運動エネルギーを低減することとしてもよい。また、燃焼室２６に生ずる負圧が大きい場合には、ロアコイル８４に対する指令電流をゼロとし、負圧に起因する力のみで排気弁４４を開弁させることとしてもよい。
【００５６】
なお、燃焼室２６内の負圧が大きく、電磁駆動弁４０のロアコイル８４に吸引電流Ｉ_MAXが供給されなくともアーマチャ７４が高い速度でロアコア８６に向けて変位するような場合は、上記第３及び第４実施例の手法によっては作動音の増大やアーマチャ７４の跳ね返り等の問題を完全には回避することができない。この意味で、上記第３及び第４実施例の手法は、燃焼室２６に生ずる負圧が比較的小さい場合に有効である。
【００５７】
なお、上記第３及び第４実施例においては、ＥＣＵ１０が燃料噴射カット制御の実行中にロアコイル８４に対して図９（Ｂ）又は図１０（Ｂ）に示す指令電流を供給することにより特許請求の範囲に記載した電磁力減少手段が実現されている。
次に、本発明の第５実施例について説明する。
【００５８】
本実施例は、上記図１及び図２に示すシステム構成において、燃料噴射カット制御の実行中は、ＥＣＵ１０が電磁駆動弁４０のアッパコイル８０に保持電流Ｉ_Hを供給した状態を維持することにより、排気弁４４を全閉位置に保持する点に特徴を有している。本実施例によれば、燃料噴射カット制御の実行中は、排気弁４４が開弁側に変位することがないので、アーマチャ７４とロアコア８６との衝突に伴う上記の問題が回避される。また、排気弁４４が全閉位置に保持されることで、エンジンブレーキ力は減少するものの、排気弁４４を全閉位置に保持すべく電磁駆動弁４０のアッパコイル８０に保持電流Ｉ_Hを供給すれば足り、ロアコイル８４に吸引電流Ｉ_MAXを供給することが不要となる。従って、本実施例によれば、上記第３及び第４実施例と比較して、電磁駆動弁４０の更なる省電力化を図ることができる。
【００５９】
なお、上記第５実施例では、燃料噴射カット制御の実行中に排気弁４４を全閉位置に保持するものとしたが、これに限らず、ロアコイル８４に保持電流Ｉ_Hを供給することで、排気弁４４を全開位置に保持してもよい。また、燃料噴射カット制御の実行中は、アッパコイル８０及びロアコイル８４の何れについても通電を停止し、排気弁４４を中立位置に保持することとしてもよい。この場合は、電磁駆動弁４０の一層の省電力化を図ることができる。
【００６０】
なお、上記第５実施例においては、ＥＣＵ１０が燃料噴射カット制御の実行中にアッパコイル８０又はロアコイル８４に保持電流Ｉ_Hを供給した状態を維持し、又は、アッパコイル８０及びロアコイル８４の何れについても通電を停止することにより、特許請求の範囲に記載した駆動停止手段が実現されている。
【００６１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、内燃機関の燃焼が行われていない場合に、エンジンブレーキ力を確保しつつ、燃焼室に生ずる負圧が大きい場合であっても、排気弁の開弁時にアーマチャが開弁側の電磁石から跳ね返るのを防止することができると共に、作動音を抑制することができる。
【００６２】
また、請求項２記載の発明によれば、内燃機関の燃焼が行われていない場合に、エンジンブレーキ力を確保し、かつ、電磁駆動弁の省電力化を図りながら、排気弁の開弁時にアーマチャが開弁側の電磁石から跳ね返るのを防止することができると共に、作動音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電磁駆動弁の制御装置が適用された内燃機関の構成図である。
【図２】本実施例において排気弁又は吸気弁を駆動する電磁駆動弁の断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本実施例において、内燃機関の通常運転時にアッパコイルに供給される指令電流の波形を示す図である。
図３（Ｂ）は、本実施例において、内燃機関の通常運転時にロアコイルに供給される指令電流の波形を示す図である。
図３（Ｃ）は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す指令電流により排気弁が駆動される場合の変位を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、クランク角に対する筒内圧の変化を、通常運転時（実線）及び燃料噴射カット制御の実行中（破線）について示す図である。
図４（Ｂ）は、クランク角に対する排気弁の変位を示す図である。
【図５】本実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のアッパコイルに供給される開放電流の波形を示す図である。
【図６】本実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のアッパコイルに供給される開放電流の別の波形を示す図である。
【図７】本実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のアッパコイルに供給される開放電流の更に別の波形を示す図である。
【図８】図８（Ａ）は、クランク角に対する筒内圧の変化を示す図である。
図（Ｂ）は、本発明の第２実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のアッパコイルに供給する指令電流の波形の２つのパターンを示す図である。
図８（Ｃ）は、本発明の第２実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のロアコイルに供給する指令電流の波形の２つのパターンを示す図である。
図８（Ｄ）は、図８（Ｂ）及び（Ｃ）の指令電流波形を用いて実現される排気弁の変位を示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第３実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のアッパコイルに供給する指令電流の波形の２つのパターンを示す図である。
図９（Ｂ）は、本発明の第３実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のロアコイルに供給する指令電流の波形の２つのパターンを示す図である。
図９（Ｃ）は、図９（Ａ）及び（Ｂ）の指令電流波形を用いて実現される排気弁の変位を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、本発明の第４実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のアッパコイルに供給する指令電流の波形の２つのパターンを示す図である。
図１０（Ｂ）は、本発明の第４実施例において、燃料噴射カット制御の実行中に、排気弁を駆動する電磁駆動弁のロアコイルに供給する指令電流の波形の２つのパターンを示す図である。
図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）及び（Ｂ）の指令電流波形を用いて実現される排気弁の変位を示す図である。
【符号の説明】
１０ＥＣＵ
３８、４０電磁駆動弁
４４排気弁

Claims

内燃機関の排気弁として機能する弁体と、該弁体に連結されたアーマチャと、該アーマチャに電磁力を作用させる電磁石とを備え、電磁力とばね力とを協働させることにより前記弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置において、
前記内燃機関の燃焼が行われていない場合は、内燃機関の燃焼室内の圧力に応じて、前記弁体の開弁時に前記アーマチャに閉弁方向の電磁力を付与する電流と期間を可変とする電磁力付与手段を備えることを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
前記内燃機関の燃焼が行われていない場合は、前記内燃機関の燃焼が行われている場合よりも、前記弁体の開弁時に前記アーマチャに付与する開弁方向の電磁力を減少させる電磁力減少手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置。