JP4306013B2

JP4306013B2 - 内燃機関の電磁駆動装置

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Publication number: JP4306013B2
Application number: JP13289399A
Authority: JP
Inventors: 美徳門脇
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: JP2000320352A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の電磁駆動装置に関し、特に、内燃機関の吸気弁及び排気弁として構成された電磁駆動弁を駆動する内燃機関の電磁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平１０−１１０６０８号公報に開示される電磁駆動弁が公知である。この電磁駆動弁は、内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体と、弁体に連結されたアーマチャとを備えている。アーマチャの上方にはアッパコイル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ロアコイル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、アッパコイルとロアコイルとの中間の中立位置に保持されている。アッパコイル及びロアコイルは、それぞれ、励磁電流が供給されることによりアーマチャを吸引する電磁力を発生する。
【０００３】
上記従来の電磁駆動弁によれば、アッパコイルに励磁電流を供給することで、アーマチャをアッパコイル側に変位させることができる。また、ロアコイルに励磁電流を供給することで、アーマチャをロアコイル側に変位させることができる。従って、上記従来の電磁駆動弁によれば、アッパコイル及びロアコイルに適当なタイミングで励磁電流を供給することにより、排気弁又は吸気弁を任意のタイミングで開閉させることができる。
【０００４】
上記従来の電磁駆動弁において、弁体が全閉位置又は全開位置にある状態、すなわち、アーマチャがアッパコイル又はロアコイルに吸着されている状態では、アッパコイル又はロアコイルが発する電磁力とロアスプリング又はアッパスプリングが発する付勢力とを協働させることで、弁体を要求に応じて駆動することができる。しかしながら、弁体の開閉駆動中に、何らかの原因により弁体の変位振幅が減少してアーマチャがアッパコイル及びロアコイルまで到達し得ない事態が生ずることがある。この場合、アーマチャに作用する電磁力が低下することで、付勢力と電磁力とを適正に協働させることができなくなる。その結果、アーマチャの変位振幅は更に減少してゆき、やがて、アーマチャはロアコイルとアッパスプリングとの間の中立位置に保持されることとなる。かかる状態では、アッパコイル及びロアコイルからアーマチャに十分な電磁力が付与されず、弁体を開閉駆動することが困難となる。以下、上記の如く、弁体の開閉駆動中に弁体が中立位置に保持され、弁体の開閉駆動を行い得なくなる現象を電磁駆動弁の「脱調」と称す。
【０００５】
電磁駆動弁の正常動作時にはアーマチャの変位に伴って各コイルに逆起電力が発生するのに対して、脱調時には、かかる逆起電力はほとんど生じなくなくなる。そこで、上記従来の電磁駆動弁では、各コイルの逆起電力の大きさに基づいて脱調を検出している。
脱調が検出された電磁駆動弁を正常動作状態に復帰させる手段として、アッパコイル及びロアコイルに対してアーマチャ及び弁体等の可動部の固有振動周期に等しい周期で交互に励磁電流を供給する手法が従来より公知である。かかる手法によれば、可動部とスプリングとにより構成されるバネ−質量系の固有振動を利用して可動部を駆動できるため、弁体を中立位置から全閉位置又は全開位置へ変位させることが可能となる。以下、電磁駆動弁が脱調した場合に、バネ−質量系の固有振動を利用して弁体を全閉位置又は全開位置へ変位させる処理を「復帰処理」と称す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した復帰処理においては、アッパコイル及びロアコイルとの間の中立位置に保持されたアーマチャに、可動部の固有振動を励起するうえで十分な電磁力を付与すべく、各コイルに大きな電流を供給することが必要である。一方、内燃機関の高負荷運転時には、排気弁を大きな筒内圧に抗して開弁させることが必要となり、電磁駆動弁の消費電力が増大する。このため、内燃機関の高負荷運転時には、バッテリ又はオルタネータの容量が不足して、復帰処理に必要な電流を確保できない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の負荷にかかわらず、脱調した電磁駆動弁の復帰処理に必要な電力を確保することが可能な内燃機関の電磁駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、
少なくとも排気弁が電磁駆動弁により構成された内燃機関に設けられ、該内燃機関の負荷に応じて前記電磁駆動弁への通電量を制御する内燃機関の電磁駆動装置であって、
前記電磁駆動弁の脱調を検出する脱調検出手段と、
脱調した電磁駆動弁の復帰処理を行う復帰処理手段と、
前記復帰処理が行われる場合に、稼働中の電磁駆動弁への通電量を実際の負荷よりも低い負荷に対応する値に変更する通電量変更手段と、を備える内燃機関の電磁駆動装置により達成される。
【０００９】
請求項１記載の発明において、通電量変更手段は、脱調した電磁駆動弁の復帰処理が行われる場合に、稼働中の電磁駆動弁への通電量を実際の負荷よりも小さな負荷に対応する値に変更する。内燃機関の負荷が小さいほど、稼働中の電磁駆動弁へ供給すべき電流量は小さくなる。このため、通電量変更手段により上記の如く通電量が変更されると、脱調した電磁駆動弁の復帰処理時における稼働中の電磁駆動弁への通電量は小さくなる。従って、本発明によれば、脱調した電磁駆動部の復帰処理に必要な電流を確保することができる。
【００１０】
なお、本発明において、電磁駆動弁への通電量を変化させることには、電磁駆動弁への供給電流値及び電流供給時間の少なくとも一方を変化させることが含まれる。
また、請求項２に記載する如く、請求項１記載の内燃機関の電磁駆動装置において、
前記通電量変更手段による通電量の変更が行われた場合に、前記内燃機関の負荷を減少させる負荷減少手段を更に備える内燃機関の電磁駆動装置は、稼働中の電磁駆動弁に対して負荷に応じた適正な通電を行ううえで有利である。
【００１１】
請求項２記載の発明において、通電量変更手段により、稼働中の電磁駆動弁への通電量が実際よりも低い負荷に対応した値に変更されると、内燃機関の実際の負荷に対して供給電流が不足し又は過大となる場合がある。これに対して、本発明では、負荷減少手段が通電量変更手段による通電量の変更が行われた場合に内燃機関の負荷を減少させるので、稼働中の電磁駆動弁について、通電量が内燃機関の負荷に応じた適正な値とされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である内燃機関の電磁駆動装置が適用された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及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多気筒型内燃機関であり、複数のシリンダ１４を備えている。図１は、そのうち一のシリンダ１４を表す。
【００１３】
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及び排気ポート２４が形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド２０の底面、ピストン１８の上面、及びシリンダ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及び排気ポート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、及び、排気ポート２４の燃焼室２６側の開口端部には、それぞれ弁座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。
【００１５】
シリンダヘッド２０には電磁駆動弁３８が組み込まれている。電磁駆動弁３８は、各気筒の吸気弁４２及び排気弁４３にそれぞれ対応して設けられている。吸気弁４２は、弁座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、弁座２８から離座することにより両者を通させる。同様に、排気弁４３は、弁座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、弁座３０から離座することにより両者を導通させる。電磁駆動弁３８の構成及び動作については後に詳述する。
【００１６】
図１に示す如く、内燃機関は吸気マニホールド８０を備えている。吸気マニホールド８０はサージタンク８２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８３が配設されている。燃料噴射弁８３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８２の上流側には、吸気管８４が連通している。吸気管８４には、スロットルバルブ８６が配設されている。スロットルバルブ８６はスロットルモータ８８に連結されている。スロットルモータ８８はＥＣＵ１０から供給される制御信号に応じてスロットルバルブ８６の開度を変化させる。吸気管８４のスロットルバルブ８６より下流側の部位には吸気圧センサ９０が配設されている。吸気圧センサ９０は内燃機関の吸気管圧力ＰＭに応じた電気信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。ＥＣＵ１０は、吸気圧センサ９０の出力信号に基づいて吸気管圧力ＰＭを検出する。吸気管８４の上流側端部にはエアクリーナ９２が連通している。吸気管８４にはエアクリーナ９２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９４が連通している。
【００１７】
内燃機関には、回転数センサ９６が設けられている。回転数センサ９６は、機関回転数ＮＥに応じた電気信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。ＥＣＵ１０は回転数センサ９６の出力信号に基づいて機関回転数ＮＥを検出する。
次に、図２を参照して、電磁駆動弁３８の構成及び動作について詳細に説明する。図２は、電磁駆動弁３８の全体構成を表す断面図である。なお、以下の記載において、排気弁４３及び吸気弁４２を区別しない場合は、弁体４４と総称する。
【００１８】
図２に示す如く、弁体４４には、上方に延びる弁軸４５が一体に設けられている。弁軸４５はシリンダヘッド２０の内部に固定されたバルブガイド４６により軸方向に変位可能に保持されている。弁軸４５の上端部近傍にはロアリテーナ５０が固定されている。弁軸４５の上方には、アーマチャシャフト４８が弁軸４５と同軸に設けられている。アーマチャシャフト４８は非磁性材料で構成されたロッド状の部材であり、その下端面は弁軸４５の上端部に当接している。ロアリテーナ５０の下部にはロアスプリング５２が配設されている。ロアスプリング５２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５２は、ロアリテーナ５０を介して弁体４４を図２における上方へ向けて付勢している。
【００１９】
アーマチャシャフト４８の上端部には、アッパリテーナ５４が固定されている。アッパリテーナ５４の上面には、アッパスプリング５６の下端部が当接している。アッパスプリング５６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５７が配設されている。アッパスプリング５６の上端部は、アッパキャップ５７に螺着されたアジャストボルト５８に当接している。アッパスプリング５６は、アッパリテーナ５４を介してアーマチャシャフト４８を図２における下方へ向けて付勢している。
【００２０】
アーマチャシャフト４８の外周には、アーマチャ６０が接合されている。アーマチャ６０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６０の上方には、アッパコイル６２及びアッパコア６４が配設されている。また、アーマチャ６０の下方には、ロアコイル６６及びロアコア６８が配設されている。アッパコア６４及びロアコア６８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４８は、アッパコア６４及びロアコア６８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６２及びロアコイル６６は駆動回路７０に接続されている。駆動回路７０は、オルタネータ７１又はバッテリ７２を電源として、ＥＣＵ１０から供給される制御信号に応じてアッパコイル６２及びロアコイル６６に励磁電流を供給する。
【００２１】
アッパコア６４及びロアコア６８の外周には外筒７４が配設されている。アッパコア６４及びロアコア６８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５７は、アッパコア６４の上端面に固定されている。アジャスタボルト５８は、アーマチャ６０の中立位置がアッパコア６４とロアコア６８の中央となるように調整されている。
【００２２】
電磁駆動弁３８において、アーマチャ６０がアッパコア６４に当接した状態では、弁体４４は弁座２８又は３０に着座する。この状態は、アッパコイル６２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、弁体４４が弁座２８又は３０に着座した状態での弁体４４の位置を全閉位置と称す。
弁体４４が全閉位置に維持されている状態で、アッパコイル６２に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅すると、アッパスプリング５６に付勢されることにより、アーマチャ６０が図２における下方へ向けて変位する。アーマチャ６０の変位量が所定値に達した時点で、ロアコイル６６に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ６０をロアコア６８側へ吸引する電磁力、すなわち、弁体４４を図２において下方へ変位させる吸引力が発生する。
【００２３】
アーマチャ６０に対して上記の吸引力が作用すると、アーマチャ６０は、弁体４４と共に、ロアスプリング５２の付勢力に抗して図２における下方へ向けて変位する。弁体４４の変位は、アーマチャ６０がロアコア６８と当接するまで継続する。以下、アーマチャ６０がロアコア６８に当接した状態での弁体４４の位置を全開位置と称す。この状態は、ロアコイル６６に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。
【００２４】
弁体４４が全開位置に維持されている状態で、ロアコイル６６に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ６０に作用していた電磁力が消滅すると、ロアスプリング５２に付勢されることにより、アーマチャ６０が図２における上方へ向けて変位する。アーマチャ６０の変位量が所定値に達した時点で、アッパコイル６２に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ６０をアッパコア６４側へ吸引する吸引力、すなわち、弁体４４を図２において上方へ変位させる電磁力が発生する。
【００２５】
アーマチャ６０に対して上記の電磁力が作用すると、アーマチャ６０は、弁体４４と共に、アッパスプリング５６の付勢力に抗して図２における上方へ向けて変位する。弁体４４の変位は、アーマチャ６０がアッパコア６４と当接するまで、すなわち、全閉状態となるまで継続する。
このように、電磁駆動弁３８によれば、アッパコイル６２に所定の励磁電流を供給することにより弁体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６６に所定の励磁電流を供給することにより弁体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３８によれば、アッパコイル６２とロアコイル６６とに交互に励磁電流を供給することにより、弁体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。
【００２６】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、全閉位置から全開位置へ至る弁体４４の変位波形、及び、ロアコイル６６に対する指令電流Ｉ_cの電流波形を示す。図３（Ｂ）に示す如く、弁体４４を全閉位置から全開位置へ向けて変位させる場合、ロアコイル６６に対する指令電流Ｉ_cは、弁体４４が中立位置を過ぎた時点ｔ₁から吸引期間Ｔ₁にわたって吸引電流Ｉ_MAXに設定される。そして、遷移期間Ｔ₂を経過した時点ｔ₂から保持期間Ｔ₃にわたって、指令電流Ｉ_cが吸引電流Ｉ_MAXに比して小さな保持電流Ｉ_Hに設定されることで、弁体４４は全開位置に保持される。そして、時点ｔ₃において弁体４４の閉弁要求が生ずると、アーマチャ６０をロアコア６８から速やかに開放させるため、消磁期間Ｔ₄にわたって、指令電流Ｉ_cは保持電流Ｉ_Hとは逆向きの消磁電流Ｉ_Rに設定される。そして、以後、アッパコイル６２にも図３（Ｂ）に示す波形と同様の指令電流Ｉ_cが供給されることにより、弁体４４は全閉位置まで駆動される。
【００２７】
図３（Ｂ）に示す波形の指令電流Ｉ_cによれば、弁体４４が全開位置又は全閉位置に接近する過程で大きな電磁力を発生させることにより弁体４４を確実に全開位置又は全閉位置まで変位させることができる。また、弁体４４が全開位置又は全閉位置に到達する際に電磁力を減少させることにより優れた静粛性と省電力特性とを実現することができる。
【００２８】
上記の指令電流Ｉ_cにおいて、弁体４４を駆動する電磁力を大きくするうえでは、吸引電流Ｉ_MAXを大きく、また、吸引期間Ｔ₁及び遷移期間Ｔ₂を長く設定することが有利である。また、電磁駆動弁３８の優れた省電力特性を実現するうえでは、吸引電流Ｉ_MAXを小さく、また、吸引期間Ｔ₁及び遷移期間Ｔ₂を短く設定することが有利である。
【００２９】
一方、弁体４４が全開位置と全閉位置との間を変位する際に、その変位を妨げる方向に作用する外力の大きさは、内燃機関の負荷（すなわち筒内圧）に影響される。従って、優れた静粛性及び省電力特性と、安定した作動性とを両立させるためには、筒内圧に応じて指令電流Ｉ_cの波形を調整することが有効である。
本実施例では、上記の点に鑑みて、内燃機関の筒内圧に応じて、吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁、及び遷移期間Ｔ₂の値を変化させることとしている。
【００３０】
図４は、内燃機関の筒内圧と、排気弁４３及び吸気弁４２のリフト量との関係を表すタイムチャートを示す。内燃機関の筒内圧は、内燃機関において爆発行程が実行されることにより大きな値となる。このため、内燃機関の筒内圧は、図４に示す如く、排気弁４３が開弁する直前に最大値をとる。そして、排気弁４３は、ある程度高圧の筒内圧が残存する状況下で開弁し始める。一方、排気弁４３が全開位置から全閉位置に向けて変位する時点、吸気弁４２が全閉位置から全開位置に向けて変位する時点、及び、吸気弁４２が全開位置から全閉位置に向けて変位する時点では、十分に低い圧力に維持されている。
【００３１】
このように、排気弁４３及び吸気弁４２の開閉動作時に各弁に作用する外力のうち、特に排気弁４３の開弁動作時には、筒内圧に応じた大きな外力が変位を妨げる向きに作用する。このため、電磁駆動弁３８の総消費電力の中で、排気弁４３を開弁させるのに要する電力が大きな割合を占めることとなる。
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、本実施例において、排気弁４３を全閉位置から全開位置へ向けて変位させる場合の吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁及び遷移期間Ｔ₂を決定すべく参照されるマップの一例である。一般に、機関回転数ＮＥが大きいほど、また、吸気管圧力ＰＭが（絶対圧として）大きいほど、内燃機関の筒内圧は大きくなる。このため、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁、及び遷移期間Ｔ₂は、何れも、機関回転数ＮＥが大きいほど、また、吸気管圧力ＰＭが大きいほど、大きな値に設定される。
【００３２】
なお、▲１▼排気弁４３の閉弁駆動時、▲２▼吸気弁４２の開弁駆動時、及び▲３▼吸気弁４２の閉弁駆動時についても、排気弁４３の開弁駆動時と同様に、各コイルに対する指令電流Ｉ_cは、内燃機関の負荷に応じて（つまり、機関回転数ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに応じて）増加又は減少される。しかしながら、上記の如く、▲１▼〜▲３▼の開閉駆動時における消費電力が電磁駆動弁３８の総消費電力に占める割合は小さいため、電磁駆動弁３８の総消費電力の大小は、実質的に、排気弁４３を開弁駆動するのに要する電力の大きさに依存する。
【００３３】
従って、上記図５（Ａ）〜（Ｃ）のマップに示す如く、内燃機関の負荷が大きくなるほど、排気弁４３の開弁駆動時における吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁、及び遷移期間Ｔ₂が大きな値に設定されることで、電磁駆動弁３８の総消費電力は増大することとなる。
ところで、弁体４４の開閉駆動時に摩擦抵抗の一時的な増加等の原因で弁体４４及びアーマチャ６０の変位振幅が減少し、弁体４４が全開位置又は全閉位置に到達し得ない事態が生ずることがある。この場合、変位振幅の減少に伴ってアーマチャ６０に作用する電磁力が低下することで、電磁力とスプリングの付勢力とを適正に協働させることができなくなる。このため、弁体４４の変位振幅は更に減少し、やがて、アーマチャ６０はロアスプリング５２及びアッパスプリング５６により、アッパコア６４とロアコア６８との間の中立位置に保持されるようになる。かかる状態では、アーマチャ６０に対して十分な電磁力が付与されないため、弁体４４を開閉駆動することが困難となる。本実施例において、上記の如く弁体４４がその開閉駆動中に中立位置に保持され、弁体４４を開閉駆動することができなくなる動作異常を、電磁駆動弁３８の脱調と称す。
【００３４】
上記の如く、電磁駆動弁３８が脱調すると、弁体４４を要求に応じて開閉駆動することができなくなる。このため、電磁駆動弁３８の脱調を速やかに検出すると共に、脱調が検出された電磁駆動弁３８（以下、脱調弁と称す）の正常動作を回復させることが必要である。以下、図６及び図７を参照して、本実施例において、電磁駆動弁３８の脱調を検出する手法、及び、脱調が検出された電磁駆動弁３８の正常動作を回復する手法について説明する。先ず、脱調を検出する手法について説明する。
【００３５】
図６は、電磁駆動弁３８が脱調していない場合、及び電磁駆動弁３８が脱調している場合に、例えば、消磁電流Ｉ_Rに応じてロアコイル６６に実際に流れる電流の時間変化を、それぞれ、実線及び破線で示す。なお、図６には、指令電流Ｉ_cの波形を一点鎖線で示している。
ロアコイル６６に実際に流れる電流（以下、実電流Ｉ_Mと称す）が変化すると、ロアコイル６６には、次式（１）で表される逆起電力ｅが発生する。
【００３６】
ｅ＝−Ｌ（ｄＩ_M／ｄｔ）（１）
ただし、Ｌは、ロアコイル６６とアーマチャ６０との間のインダクタンスであり、その値はロアコイル６６とアーマチャ６０との間の距離の２乗に反比例する。
上記の逆起電力ｅは、実電流Ｉ_Mが増加する場合には、ロアコイル６６に流れる実電流Ｉ_Mを減少させる向きに作用し、また、実電流Ｉ_Mが減少する場合には、実電流Ｉ_Mを増加させる向きに作用する。このため、大きな逆起電力ｅが発生するほど、実電流Ｉ_Mは指令電流Ｉ_cの変化に対して大きな遅れを伴いながら変化する。
【００３７】
電磁駆動弁３８が脱調していない場合、ロアコイル６６に対する指令電流Ｉ_cが保持電流Ｉ_Hに設定されている状態では、アーマチャ６０はロアコア６８に当接している。かかる状態では、上記（１）式におけるインダクタンスＬが大きな値となる。このため、消磁電流Ｉ_Rが指令された場合、指令電流Ｉ_cの変化に伴う実電流Ｉ_Mの変化によって大きな逆起電力ｅが発生し、図６に実線で示す如く、実電流Ｉ_Mは指令電流Ｉ_cに対して大きな遅れを伴いながら変化する。一方、電磁駆動弁３８に脱調が生ずると、ロアコイル６６に対する指令電流Ｉ_cが保持電流Ｉ_Hに設定された状態でも、アーマチャ６０はロアコア６８から離間している。かかる状態では、上記（１）式におけるインダクタンスＬは小さな値となる。このため、消磁電流Ｉ_Rが指令された場合、指令電流Ｉ_cの変化に伴う実電流Ｉ_Mの変化によって発生する逆起電力ｅは小さくなり、図６に破線で示す如く、実電流Ｉ_Mの指令電流Ｉ_cの変化に対する遅れは小さくなる。
【００３８】
このように、電磁駆動弁３８に脱調が生ずると、消磁期間Ｔ₄における実電流Ｉ_Mは、指令電流Ｉ_cの変化に対して、脱調が生じない場合に比して小さな遅れで変化する。従って、例えば、指令電流Ｉ_cが保持電流Ｉ_Hから消磁電流Ｉ_Rに変化された後、消磁電流Ｉ_Rと実電流Ｉ_Mとの差が所定値を下回るまでの時間を検出し、この時間が所定時間よりも短ければ脱調が生じていると判断することができる。あるいは、指令電流Ｉ_cが保持電流Ｉ_Hから消磁電流Ｉ_Rに変化された後、一定時間が経過した時点での実電流Ｉ_Mの値に基づいて脱調の有無を検出することもできる。
【００３９】
同様に、弁体４４が閉弁位置から開弁位置に向けて変位する際にも、アッパコイル６２の実電流Ｉ_Mの応答性に基づいて、脱調の有無を検出することができる。
なお、以上の説明においては、アーマチャ６０をアッパコア６４又はロアコア６８から離脱させる場合に、指令電流Ｉ_cを逆電流Ｉ_Rに設定するものとしたが、逆電流Ｉ_Rの指令を行わない場合には、指令電流Ｉ_cを保持電流Ｉ_Hからゼロに変化させた場合の実電流Ｉ_Mの変化に基づいて脱調の有無を検出することができる。
【００４０】
駆動回路７０は、各電磁駆動弁３８のアッパコイル６２及びロアコイル６６の実電流Ｉ_Mをそれぞれ検出する電流検出器を備えており、検出された実電流Ｉ_Mに基づいて、上記の手法により電磁駆動弁３８の脱調の有無を検出する。そして、電磁駆動弁３８の脱調を検出すると、脱調が生じた旨、及び、何れの電磁駆動弁３８に脱調が生じたかを示すフェール信号をＥＣＵ１０に向けて出力する。ＥＣＵ１０は、上記フェール信号を受けると、脱調弁を正常動作状態に復帰させる処理（以下、復帰処理と称す）を実行する。
【００４１】
なお、電磁駆動弁３８の脱調を検出する手法は上記の手法に限られるものではなく、弁体４４又はアーマチャシャフト４８の変位を直接検出することにより脱調を検出することも可能である。例えば、アーマチャシャフト４８の上端部に永久磁石を装着すると共に、アーマチャ６０がアッパコア６４に当接した状態でこの永久磁石の近傍に位置するように磁気抵抗素子を配設することにより、電磁駆動弁３８の脱調を検出できる。かかる構成によれば、電磁駆動弁３８が脱調していない場合は、アーマチャシャフト４８の変位に応じて磁気抵抗素子を通る磁束が変化するのに伴って磁気抵抗素子の抵抗値が変化する。これに対して、電磁駆動弁３８が脱調すると、磁気抵抗素子の抵抗値に変化は生じなくなる。従って、磁気抵抗素子の抵抗値を例えば電圧値に変換し、この電圧値に基づいて電磁駆動弁３８の脱調を検出することができるのである。
【００４２】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、復帰処理において脱調弁のアッパコイル６２及びロアコイル６６に供給される指令電流の波形を示す。また、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す波形の指令電流により実現される弁体４４の変位波形を示す。
図７（Ａ）に示す如く、ロアコイル６６に対する電流波形は、「０」と所定値Ｉ₀との間を所定の周期Ｔで変化するＮ個のパルスを有し、最終的には「０」に保持される波形である。また、図７（Ｂ）に示す如く、アッパコイル６２に対する電流波形は、アッパコイル６２に対する電流波形に対して位相が１８０゜遅れて「０」と所定値Ｉ₀との間を所定の周期Ｔで変化するＮ個のパルスを有し、最終的には上記した保持電流Ｉ_Hに保持される波形である。上記した所定の周期Ｔは、電磁駆動弁３８の可動部（すなわち、アーマチャ６０、及び、弁体４４、弁軸４５、アーマチャシャフト４８等のアーマチャ６０と一体に運動する部分）の質量と、アッパスプリング５６及びロアスプリング５２のばね定数によって定まるバネ−質量系の共振振動周期に等しい値に設定されている。また、パルス数Ｎは、後述する如く、アーマチャ６０の共振振動の振幅をアッパコア６４に達するまで増大させるのに十分な値に設定されている。
【００４３】
上記図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す波形の電流がそれぞれ脱調弁のロアコイル６６及びアッパコイル６２に供給されると、中立位置にあるアーマチャ６０には開弁側へ向かう電磁力と、閉弁側へ向かう電磁力とが、交互にその共振周期に等しい周期Ｔで作用する。このため、アーマチャ６０の共振振動が励起されることによりアーマチャ６０の振動振幅は次第に増大し、アーマチャ６０がアッパコア６４に当接するようになる。そして、アーマチャ６０がアッパコア６４に当接した状態で、アッパコイル６２に保持電流Ｉ_Hが供給されると共に、ロアコイル６６へ供給される電流が「０」とされることで、アーマチャ６０はアッパコア６４に吸引保持され、脱調弁は閉弁状態とされる。そして、その後は、アッパコイル６２及びロアコイル６６に対して図３（Ｂ）に示す如き指令電流Ｉ_cを付与することで、脱調弁を開閉駆動することができる。すなわち、上記の復帰処理によれば、脱調弁を正常動作状態に復帰させることができる。
【００４４】
復帰処理においては、アッパコア６４及びロアコア６８との間の中立位置にあるアーマチャ６０に、可動部の固有振動を励起し得るような電磁力を付与すべく、各コイルには十分に大きな電流を供給することが必要である。しかしながら、上述の如く、内燃機関の高負荷運転時には、通常動作する電磁駆動弁３８の消費電力が大きくなる。このため、内燃機関の高負荷運転時には、オルタネータ７１の電流容量が不足して復帰処理に必要な電流を確保できない可能性がある。
【００４５】
本実施例のシステムは、上記の点に鑑みて、高負荷運転時に何れかの電磁駆動弁３８が脱調した場合に、復帰処理に必要な電流を確保するものである。以下、図８を参照して、かかる機能を実現すべく本実施例においてＥＣＵ１０が実行する処理の内容について説明する。
図８は、ＥＣＵ１０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンは、所定時間間隔で起動される。図８に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１５０の処理が実行される。
【００４６】
ステップ１５０では、何れかの電磁駆動弁３８に脱調が検出されたか否かが判別される。その結果、電磁駆動弁３８の脱調が検出されていなければ、今回のルーチンは終了される。一方、何れかの電磁駆動弁３８に脱調が検出されていれば、次にステップ１５１の処理が実行される。
ステップ１５１では、脱調が検出された電磁駆動弁３８（脱調弁）が属する気筒Ｘが特定される。
【００４７】
ステップ１５２では、気筒Ｘについて燃料噴射を停止する処理が実行される。
ステップ１５４では、オルタネータ７１の余裕電流値Ｉ_sが求められる。具体的には、余裕電流値Ｉ_sは、オルタネータ７１の発電電流値から、脱調弁以外の電磁駆動弁３８及びその他の車載電気機器を作動させるのに必要な電流値を減じた値として求められる。
【００４８】
ステップ１５６では、余裕電流値Ｉ_sが、脱調弁の復帰処理を行ううえで十分に大きいか否かが判別される。その結果、肯定判別された場合は、次にステップ１５８の処理が実行される。一方、ステップ１５６において否定判別された場合は、復帰処理を適正に行うために作動中の電磁駆動弁３８の消費電力を減少させる必要があると判断されて、次にステップ１６０の処理が実行される。
【００４９】
ステップ１６０では、脱調弁以外の電磁駆動弁３８について、吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁、及び遷移期間Ｔ₂の値を、現在よりも小さな吸気管圧力ＰＭ及び機関回転数ＮＥに対応する値に変更する処理が実行される。なお、本ステップ１５８では、変更後の吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁、及び遷移期間Ｔ₂により求められる余裕電流値Ｉ_sが、復帰処理を行ううえで十分に大きな値となるように設定される。
【００５０】
ステップ１６０に続くステップ１６２では、上記ステップ１６０における吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁、及び遷移期間Ｔ₂の変更度合いに応じて、スロットルバルブ８６の開度を減少させる処理が実行される。かかる処理によれば、正常気筒の電磁駆動弁３８について、各コイルへの指令電流Ｉ_cが内燃機関の負荷に対して不足し又は過大となることが防止される。従って、ステップ１６２の処理が行われることにより、正常気筒において吸気弁４２及び排気弁４３の適正な開閉駆動を継続することが可能となる。本ステップ１６２の処理が終了すると、次にステップ１５８の処理が実行される。
【００５１】
なお、例えば高加速走行中のように内燃機関が大きな負荷で作動している場合にスロットルバルブ８６の開度が急減されると、ドライバビリティが大きく低下する可能性がある。従って、このような場合には、復帰処理の早期実行よりもドライバビリティの維持を優先し、ステップ１６０において指令電流Ｉ_cを緩やかに変化させると共に、これに応じて、ステップ１６２においてスロットルバルブ８６の開度を緩やかに減少させることが望ましい。
【００５２】
ステップ１５８では、気筒Ｘの脱調弁以外の全ての排気弁４３及び吸気弁４２が全閉状態に保持されると共に、脱調弁について復帰処理が実行される。脱調弁の復帰処理が完了すると、次にステップ１６４の処理が実行される。
ステップ１６４では、気筒Ｘの作動を再開させる処理、具体的には、気筒Ｘについて所定タイミングで燃料噴射、及び、吸気弁４２・排気弁４３の開閉駆動を再開させるための処理が開始される。本ステップ１６４の処理が終了すると今回のルーチンは終了する。
【００５３】
上述の如く、本実施例では、何れかの電磁駆動弁３８に脱調が検出された場合に、必要に応じて作動中の電磁駆動弁３８に対する指令電流Ｉ_cを規定するパラメータ（吸引電流Ｉ_MAX、吸引期間Ｔ₁、及び遷移期間Ｔ₂）が低負荷（すなわち、低い機関回転数ＮＥ及び低い吸気管圧力ＰＭ）に対応する値に変更されることで、脱調弁の回復処理を行ううえで十分な電流が確保される。従って、本実施例によれば、電磁駆動弁３８が脱調した場合にも、その回復処理を確実に行うことができる。また、上記の如く指令電流Ｉ_cが変更された場合に、それに応じてスロットルバルブ８６の開度を減少させることで、正常気筒の電磁駆動弁３８に対する指令電流Ｉ_cを実際の負荷に応じた適正なものとすることができる。
【００５４】
なお、上記実施例においては、ＥＣＵ１０が図８に示すルーチンのステップ１５０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した脱調検出手段が、ステップ１５８の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した復帰処理手段が、ステップ１６０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した通電量変更手段が、ステップ１６２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した負荷減少手段が、それぞれ実現されている。
【００５５】
ところで、上記実施例においては、機関回転数ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに基づいて正常気筒の電磁駆動弁３８への指令電流Ｉ_cを変更するものとしたが、これに限らず、筒内圧を検出する筒内圧センサを設け、筒内圧に基づいて指令電流Ｉ_cを変更することとしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、何れかの電磁駆動弁が脱調した場合に、稼働中の電磁駆動弁への通電量を内燃機関の低負荷時に対応した値に変更することにより、脱調弁の復帰処理に要する電流を確保することができる。従って、本発明によれば、脱調弁の復帰処理を確実に実行することができる。
【００５７】
また、請求項２記載の発明によれば、更に、稼働中の電磁駆動弁に対する通電量を実際の負荷に応じた適正な値とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である内燃機関の電磁駆動装置が適用された内燃機関の構成図である。
【図２】内燃機関が備える電磁駆動弁の構成を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、全閉位置から全開位置へ向かう弁体の変位波形を示す図である。図３（Ｂ）は、ロアコイルに供給される指令電流Ｉ_cの波形を示す図である。
【図４】内燃機関の筒内圧と、排気弁及び吸気弁のリフト量との関係を表すタイムチャートである。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、機関回転数ＮＥ及び吸気管圧力ＰＭに基づいて、それぞれ、吸引電流Ｉ_MAX、吸引時間Ｔ₁、及び遷移時間Ｔ₂を求めるべく参照されるマップである。
【図６】消磁電流Ｉ_Rに応じて生ずる実電流Ｉ_Mの波形を、脱調が生じていない場合、及び、脱調が生じた場合について、それぞれ実線及び破線で示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、脱調弁の復帰処理を行うべくロアコイルに供給される指令電流波形を示す図である。図７（Ｂ）は、脱調弁の復帰処理を行うべくアッパコイルに供給される指令電流波形を示す図である。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す電流により実現される弁体の変位波形を示す図である。
【図８】本実施例において、ＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ＥＣＵ
３８電磁駆動弁
４２吸気弁
４３排気弁
４４弁体

Claims

少なくとも排気弁が電磁駆動弁により構成された内燃機関に設けられ、該内燃機関の負荷に応じて前記電磁駆動弁への通電量を制御する内燃機関の電磁駆動装置であって、
前記電磁駆動弁の脱調を検出する脱調検出手段と、
脱調した電磁駆動弁の復帰処理を行う復帰処理手段と、
前記復帰処理が行われる場合に、脱調していない電磁駆動弁への通電量を、前記内燃機関の筒内圧に基づき算出される通電量よりも小さい通電量に変更する通電量変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の電磁駆動装置。
少なくとも排気弁が電磁駆動弁により構成された内燃機関に設けられ、該内燃機関の負荷に応じて前記電磁駆動弁への通電量を制御する内燃機関の電磁駆動装置であって、
前記電磁駆動弁の脱調を検出する脱調検出手段と、
脱調した電磁駆動弁の復帰処理を行う復帰処理手段と、
前記復帰処理が行われる場合に、脱調していない電磁駆動弁への通電量を、前記内燃機関の吸気管圧及び回転数に基づき算出される通電量よりも小さい通電量に変更する通電量変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の電磁駆動装置。
請求項１又は２に記載の内燃機関の電磁駆動装置において、前記通電量変更手段による通電量の変更が行われた場合に、前記内燃機関の負荷を減少させる負荷減少手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の電磁駆動装置。