JP4552895B2

JP4552895B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP4552895B2
Application number: JP2006137820A
Authority: JP
Inventors: 正司勝間田; 泰志伊藤; 和彦白谷; 吉郎加藤; 啓二四重田; 雄一郎早瀬; 史朗丹野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: JP2007309176A

Description

本発明は、内燃機関に関するものである。特に、この発明は、吸排気バルブあるいはピストンの破損を低減できる内燃機関に関するものである。

従来の内燃機関では、吸排気バルブで気筒内を開閉することにより吸排気を行なっているが、吸排気バルブが吸排気を行なう際には、吸排気バルブは往復運動をする。このため、より確実により高回転数で作動させることを目的として吸排気バルブの慣性重量を低減させるために、従来の吸排気バルブの中には、吸排気バルブが有する傘部の燃焼室側の面を凹ませたものがある。しかし、傘部の燃焼室側の面を凹ませると、燃焼室の容積が増加するため、内燃機関の圧縮行程において圧縮比を高くするのが困難なものとなり、内燃機関の出力を向上させるのが困難になる虞があった。

そこで、従来の内燃機関では、吸排気バルブの軽量化と内燃機関の出力の向上とを両立しているものがある。例えば、特許文献１に記載の内燃機関では、吸排気バルブが有する傘部の燃焼室側の面は凹ませ、ピストンの頂壁上面には、吸排気バルブの凹みに対応する突部を設けている。これにより、吸排気バルブは軽量化を図ることができ、また、内燃機関の圧縮行程では、ピストンの頂壁上面に設けた突部が吸排気バルブの凹みに入り込むので、圧縮比を高くすることができる。この結果、吸排気バルブの軽量化と内燃機関の出力の向上とを両立させることができる。

特開２００１−１８２５４０号公報

しかしながら、近年の内燃機関では、出力を向上させるため圧縮比はさらに高くなる傾向にあるが、このように圧縮比を高くした場合、吸排気バルブとピストンとは接近するため、吸排気バルブとピストンとは干渉し易くなる虞がある。このように、吸排気バルブとピストンとが干渉した場合、これらは損傷する虞があり、特に、形成する部材の肉厚が薄い吸排気バルブは、大きく損傷する虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸排気バルブとピストンとの干渉時の損傷を最小限にすることのできる内燃機関を提供することを目的する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関は、気筒内で燃料が燃焼することにより前記気筒内で往復運動が可能なピストンと、往復運動をすることにより前記気筒内を開閉する吸排気バルブと、を備える内燃機関であって、前記吸排気バルブは、前記ピストンに対向すると共に前記吸排気バルブの往復運動の方向における断面形状が円弧となって形成される面であるバルブ側曲面を有し、且つ、前記吸排気バルブは電磁駆動弁によって形成されており、前記電磁駆動弁は、前記吸排気バルブの開閉を制御する電磁駆動弁制御手段により制御可能に設けられており、前記ピストンは、前記バルブ側曲面に対向すると共に前記吸排気バルブの往復運動の方向における断面形状が円弧となって形成される面であるピストン側曲面を有しており、前記バルブ側曲面と前記ピストン側曲面とは、同一方向に凸となって形成されており、且つ、前記バルブ側曲面の前記円弧と前記ピストン側曲面の前記円弧とは、前記バルブ側曲面の前記円弧または前記ピストン側曲面の前記円弧のうち双方の前記円弧の径方向における外側に位置する前記円弧の曲率半径の方が内側に位置する前記円弧の曲率半径よりも大きくなっており、前記電磁駆動弁制御手段は、前記吸排気バルブと前記ピストンとの干渉時には、前記電磁駆動弁に対して前記吸排気バルブと前記ピストンとの干渉を低減する制御である干渉時制御を行なうことを特徴とする。

この発明では、バルブ側曲面とピストン側曲面とは、吸排気バルブの往復運動の方向における断面形状が共に円弧となって形成され、これらの円弧が同一方向に凸となって形成されている。さらに、バルブ側曲面の円弧とピストン側曲面の円弧とは、円弧の径方向における外側に位置する円弧の方が内側に位置する円弧よりも曲率半径が大きくなっている。このため、内燃機関の吸排気バルブとピストンとが干渉した際に、円弧同士のうち吸排気バルブの往復運動の方向において最も接近している一点が接触し、接触時に吸排気バルブに作用する曲げモーメントが小さくなる。従って、吸排気バルブに大きな力が作用することを抑制でき、吸排気バルブの損傷が発生し難くすることができる。この結果、吸排気バルブとピストンとの干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、この発明に係る内燃機関は、前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の中心と前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の中心とは、前記吸排気バルブの往復運動の方向における同一直線上に位置していることを特徴とする。

また、この発明に係る内燃機関は、前記バルブ側曲面は、前記ピストン側曲面の方向に凸となっており、且つ、前記ピストン側曲面は、前記バルブ側曲面に対して凹んでおり、さらに、前記バルブ側曲面と前記ピストン側曲面とは、前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径よりも前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径の方が大きくなっていることを特徴とする。

また、この発明に係る内燃機関は、前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径は、前記気筒内で前記燃料が燃焼することにより発生する異物が前記ピストン側曲面に堆積した場合に、堆積した前記異物の表面の曲率半径が少なくとも前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径よりも大きくなる大きさとなっていることを特徴とする。

また、この発明に係る内燃機関は、前記ピストン側曲面は、前記バルブ側曲面の方向に凸となっており、且つ、前記バルブ側曲面は、前記ピストン側曲面に対して凹んでおり、さらに、前記バルブ側曲面と前記ピストン側曲面とは、前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径よりも前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径の方が大きくなっていることを特徴とする。

また、この発明に係る内燃機関は、前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径は、前記気筒内で前記燃料が燃焼することにより発生する異物が前記バルブ側曲面に堆積した場合に、堆積した前記異物の表面の曲率半径が少なくとも前記ピストン側曲面の断面形状である円弧の曲率半径よりも大きくなる大きさとなっていることを特徴とする。

また、この発明に係る内燃機関は、前記ピストンは、反発係数の異なる複数の部材により形成されており、前記ピストン側曲面は、前記複数の部材のうち前記ピストンの少なくとも他の一部を形成する部材よりも反発係数が大きい部材により形成されていることを特徴とする。

また、この発明に係る内燃機関は、前記吸排気バルブは電磁駆動弁によって形成されており、前記電磁駆動弁は、前記吸排気バルブの開閉を制御する電磁駆動弁制御手段により制御可能に設けられており、前記電磁駆動弁制御手段は、前記吸排気バルブと前記ピストンとの干渉時には、前記電磁駆動弁に対して前記吸排気バルブと前記ピストンとの干渉を低減する制御である干渉時制御を行なうことを特徴とする。

本発明に係る内燃機関は、吸排気バルブとピストンとの干渉時の損傷を最小限にすることのできる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の概略図である。同図に示す内燃機関１は、複数の気筒３を有しており、各気筒３は内部に燃焼室１６が形成されたシリンダヘッド８及びシリンダブロック９を有している。また、シリンダブロック９の内部には、気筒３内を往復運動可能に設けられたピストン１０が内設されており、当該内燃機関１の運転時におけるピストン１０の下死点方向には、クランク軸であるクランクシャフト１５が設けられている。このように配設されるピストン１０とクランクシャフト１５とは、コネクティングロッド１４によって接続されている。これにより、クランクシャフト１５はピストン１０の往復運動に伴い回転運動が可能に設けられている。

また、シリンダブロック９には、運転時の内燃機関１を循環して内燃機関１を冷却する冷却水が通る冷却水路１８が形成されている。また、シリンダヘッド８は、シリンダブロック９の、当該シリンダブロック９におけるピストン１０が上死点に向かう方向側の端部に、ガスケット（図示省略）を介して固定されている。

また、シリンダヘッド８には、点火プラグ２５と、電磁駆動弁４０とが設けられており、これらの点火プラグ２５及び電磁駆動弁４０は、複数形成される気筒３のそれぞれの気筒３に設けられている。このうち、電磁駆動弁４０には、当該電磁駆動弁４０に電流を供給することにより往復運動が可能な弁体４５が、各電磁駆動弁４０に設けられている。また、燃焼室１６には吸気通路２１と排気通路２２とが接続されており、前記電磁駆動弁４０は、この吸気通路２１側と排気通路２２側とに設けられ、吸気通路２１側に設けられる電磁駆動弁４０は吸気側電磁駆動弁４１、排気通路２２側に設けられる電磁駆動弁４０は排気側電磁駆動弁４２となっている。

また、これらのように設けられる電磁駆動弁４０の弁体４５は、往復運動をすることにより気筒３内を開閉可能な吸排気バルブとして設けられている。詳しくは、電磁駆動弁４０の弁体４５のうち、吸気側電磁駆動弁４１の弁体４５は、往復運動をすることにより吸気通路２１と気筒３内、或いは燃焼室１６とを連通または遮断するように設けられた吸気弁である吸気バルブ４６として設けられている。また、電磁駆動弁４０の弁体４５のうち、排気側電磁駆動弁４２の弁体４５は、往復運動をすることにより排気通路２２と気筒３内、或いは燃焼室１６とを連通または遮断するように設けられた排気弁である排気バルブ４７として設けられている。これらのように、電磁駆動弁４０は、弁体４５が往復運動をすることにより、吸気バルブ４６や排気バルブ４７の開弁や閉弁が可能に設けられている。これらの吸気バルブ４６及び排気バルブ４７は、シリンダヘッド８に設けられた電磁駆動弁４０が有しているため、吸気バルブ４６及び排気バルブ４７は、内燃機関１運転時におけるピストン１０の上死点方向に設けられている。

また、点火プラグ２５は、吸気側電磁駆動弁４１と排気側電磁駆動弁４２との間に設けられており、さらに、高電圧をかけた際に放電する点火部２６を有し、この点火部２６が燃焼室１６内に位置するように設けられている。また、吸気通路２１には、内燃機関１の運転時に使用される燃料を吸気通路２１内に噴射する燃料供給手段であるインジェクタ３０が設けられている。また、シリンダヘッド８には、電磁駆動弁４０の開弁時や閉弁時に、弁体４５の加速度を検出する加速度検出センサ３５が設けられている。

また、電磁駆動弁４０には、当該電磁駆動弁４０に駆動電流である励磁電流を供給する駆動回路３３が接続されている。電磁駆動弁４０は、この駆動回路３３から供給される励磁電流により作動可能に設けられている。このように設けられる駆動回路３３や加速度検出センサ３５は、当該内燃機関１を搭載する車両（図示省略）の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０に接続されている。

ＥＣＵ８０には、処理部８１、記憶部８８及び入出力部８９が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ＥＣＵ８０に接続されている駆動回路３３は、入出力部８９に接続されており、入出力部８９は、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部８８には、本発明に係る内燃機関１を制御するコンピュータプログラム、即ち、本発明に係る内燃機関１の制御方法を実現するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部８８は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。

また、処理部８１は、メモリ（図示省略）及びＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示省略）により構成されており、少なくとも、電磁駆動弁４０の弁体４５を作動させ、吸排気バルブの開閉を制御をする電磁駆動弁制御手段である電磁駆動弁制御部８２と、電磁駆動弁４０の開閉時における弁体４５の加速度を取得する加速度取得手段である加速度取得部８３と、弁体４５とピストン１０とが干渉しているかを判断する干渉判断手段である干渉判断部８４と、電磁駆動弁４０が起動中であるかを判断する起動判断手段である起動判断部８５と、電磁駆動弁４０の弁体４５が開弁動作中か閉弁動作中であるかを判断する開閉判断手段である開閉判断部８６と、電磁駆動弁４０の開弁時のリフト量を判断するリフト量判断手段であるリフト量判断部８７と、を有している。

当該内燃機関１に設けられる電磁駆動弁４０の制御は、車両の各部に設けられたセンサ（図示省略）による検出結果に基づいて、処理部８１が前記コンピュータプログラムを当該処理部８１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて駆動回路３３に制御信号を送ることにより、電磁駆動弁４０を制御する。その際に処理部８１は、適宜記憶部８８へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように電磁駆動弁４０を有する内燃機関１を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ８０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。

図２は、図１のＡ部詳細図である。電磁駆動弁４０の弁体４５、即ち、吸気バルブ４６と排気バルブ４７とは、ピストン１０に対向する面が球面の一部となって形成されたバルブ側曲面４８を有しており、具体的には、バルブ側曲面４８は、ピストン１０の方向に凸となった球面の一部の形状で形成されている。また、ピストン１０には、燃焼室１６側の面である頂壁上面１１に、当該頂壁上面１１において吸気バルブ４６や排気バルブ４７の往復運動の方向における位置に、凹んで形成されたバルブリセス１２が形成されている。このバルブリセス１２は、全ての吸気バルブ４６及び排気バルブ４７に対応する位置に設けられている。また、ピストン１０には、このバルブリセス１２にピストン側曲面１３が形成されている。このピストン側曲面１３は、バルブ側曲面４８に対向して形成されており、バルブ側曲面４８が凸になっている方向と同一方向に凸になって形成された球面の一部の形状で形成されている。即ち、バルブ側曲面４８は、ピストン側曲面１３の方向に凸となっており、ピストン側曲面１３は、バルブ側曲面４８に対して凹んで形成されている。

図３は、図２のＢ部詳細図である。バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは、上記のように共に球面の一部の形状となっているため、その断面形状は、円弧となって形成されている。この形状の詳細を、吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８で説明すると、吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８は、吸気バルブ４６の往復運動の方向における断面形状が円弧となって形成されている。これに対し、吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８に対向してピストン１０に形成されたピストン側曲面１３は、吸気バルブ４６の往復運動の方向における断面形状が円弧となって形成されている。このように形成されるバルブ側曲面４８の円弧の曲率半径ｒ１とピストン側曲面１３の曲率半径ｒ２とは、ピストン側曲面１３の断面形状である円弧の曲率半径ｒ２の方が、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくなっている。つまり、バルブ側曲面４８の円弧とピストン側曲面１３の円弧とは、双方の円弧の径方向において外側に位置する円弧であるピストン側曲面１３の円弧の曲率半径ｒ２の方が、内側に位置する円弧であるバルブ側曲面４８の円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくなっている。

さらに、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の中心ｃ１と、ピストン側曲面１３の断面形状である円弧の中心ｃ２とは、吸気バルブ４６の往復運動の方向における同一直線上に位置しており、詳しくは、後述する吸気バルブ４６のバルブステム５０の中心軸である中心線４９上に位置している。なお、このように形成されるバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは、吸気バルブ４６側のみでなく、排気バルブ４７側においても、同様な形状で形成されている。

図４は、図１に示す電磁駆動弁の詳細図である。電磁駆動弁４０が有する弁体４５は、略円柱形に形成された軸であるバルブステム５０に連結されており、バルブステム５０は、シリンダヘッド８の内部に固定されたバルブガイド５１により軸方向に変位可能に保持されている。このバルブステム５０には、当該バルブステム５０の両端部のうち、弁体４５側の端部の反対側に位置する端部付近にロアリテーナ５５が保持されている。さらに、このロアリテーナ５５が保持されている側のバルブステム５０の端部には、非磁性材料によって略円筒形の形状で形成された軸であるアーマチャシャフト５２が接続されている。

また、ロアリテーナ５５における弁体４５側には、螺旋状に形成されたバネ部材であるロアスプリング５６が配設されており、ロアリテーナ５５に当接している。このロアスプリング５６のロアリテーナ５５側に位置する端部の反対側の端部、即ち、弁体４５側の端部は、シリンダヘッド８に当接している。このロアスプリング５６は、ロアリテーナ５５に対して、アーマチャシャフト５２方向の付勢力を与えており、ロアリテーナ５５を介してバルブステム５０及びアーマチャシャフト５２もロアスプリング５６によって同方向の付勢力が与えられている。

また、アーマチャシャフト５２の両端部のうち、バルブステム５０側に位置する端部の反対側の端部には、アッパリテーナ６０が固定されている。さらに、アッパリテーナ６０における前記弁体４５側の反対側には、螺旋状に形成されたバネ部材であるアッパスプリング６１が配設されており、アッパリテーナ６０に当接している。

また、このアッパスプリング６１の周囲には、その外周を取り巻くように略円筒形の形状で形成されたアッパキャップ６５が配設されている。このように円筒形の形状で形成されるアッパキャップ６５の両端部のうち、前記弁体４５側に位置する端部の反対側の端部には、当該アッパキャップ６５に螺合したアジャストボルト６６が設けられており、アッパスプリング６１は、アッパリテーナ６０に当接している側の反対側の端部が、このアジャストボルト６６に当接している。このアッパスプリング６１は、アッパリテーナ６０に対して、ロアリテーナ５５方向の付勢力を与えており、アッパリテーナ６０を介してアーマチャシャフト５２及びバルブステム５０もアッパスプリング６１によって同方向の付勢力が与えられている。

また、アーマチャシャフト５２の外周には、アーマチャ５３が接合されている。このアーマチャ５３は、軟磁性材料で構成された環状の部材となっている。このアーマチャ５３におけるアッパリテーナ６０側には、アッパコイル６２及びアッパコア６３が配設されており、アーマチャ５３におけるロアリテーナ５５側には、ロアコイル５７及びロアコア５８が配設されている。これらのアッパコア６３及びロアコア５８は、共に磁性材料で構成された部材となっている。

また、アッパコア６３及びロアコア５８は、中央部に貫通孔が形成された略円筒形の形状で形成されており、アーマチャシャフト５２は、アッパコア６３及びロアコア５８に形成された貫通孔を通り、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５７は、前記駆動回路３３（図１参照）に接続されている。この駆動回路３３は、ＥＣＵ８０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５７に駆動電流である励磁電流を供給する。

アッパコア６３及びロアコア５８の外周には、略円筒形の形状で形成された外筒６８が配設されている。アッパコア６３とロアコア５８とは、双方の間に所定の間隔が確保されるように、外筒６８により保持されている。また、アッパキャップ６５は、アッパコア６３におけるロアコア５８側の端部の反対側に位置する端部の端面に固定されている。また、アジャストボルト６６は、アッパキャップ６５に螺合しているので、螺合している部分をねじ込むことによりアッパキャップ６５に対する位置を調整することができ、アジャストボルト６６に当接しているアッパスプリング６１のアッパキャップ６５に対する相対的な位置を調整することができる。これにより、アッパスプリング６１に当接しているアッパリテーナ６０及びアッパリテーナ６０が固定されているアーマチャシャフト５２を介してアーマチャ５３の位置を調整することができ、この調整により、アーマチャ５３の中立位置は、アッパコア６３とロアコア５８との中央に調整される。即ち、アッパコイル６２及びロアコイル５７に励磁電流を供給していない状態のアーマチャ５３の位置が、アッパコア６３とロアコア５８との中央になるようにアジャストボルト６６により調整される。

この実施例に係る内燃機関１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。前記内燃機関１の運転中は、ピストン１０がシリンダブロック９内で往復運動を繰り返すことにより、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１つのサイクルとしてこのサイクルを繰り返して運転し、クランクシャフト１５が回転する。また、このように内燃機関１を運転する際には、ＥＣＵ８０から制御信号を受けた駆動回路３３が電磁駆動弁４０に対して励磁電流を供給することにより、電磁駆動弁４０を作動させる。この作動は、詳しくは、内燃機関１の運転時には、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する電磁駆動弁制御部８２から制御信号を駆動回路３３に対して送信し、制御信号を受けた駆動回路３３が電磁駆動弁４０のアッパコイル６２やロアコイル５７に対して励磁電流を供給することにより、電磁駆動弁４０を作動させる。

図５は、図１のＡ部詳細図であり、弁体の開閉状態を示す説明図である。電磁駆動弁４０のアッパコイル６２やロアコイル５７に励磁電流を与えない状態では、アーマチャシャフト５２やバルブステム５０は、アッパスプリング６１やロアスプリング５６の付勢力がつり合う位置に保持され、アーマチャ５３は、アッパコア６３とロアコア５８との中央に位置し、中立位置となる（図４参照）。このように、アーマチャ５３等が中立位置となっている場合には、弁体４５は吸気通路２１や排気通路２２を閉じておらず、半分開いた状態となる。即ち、中立状態７０の弁体４５は、吸気通路２１または排気通路２２から離れ、ピストン１０の方向に若干突出している。なお、前記バルブリセス１２（図２参照）は、弁体４５が少なくとも閉弁状態７１から中立状態７０の間に位置する場合には、弁体４５とピストン１０とが干渉しない深さでピストン１０の頂壁上面１１に凹んで形成されている。

図６は、図４に示す電磁駆動弁の閉弁状態を示す説明図である。また、電磁駆動弁４０を閉弁させる際には、ＥＣＵ８０の電磁駆動弁制御部８２から駆動回路３３に制御信号を送り、駆動回路３３からアッパコイル６２に対して励磁電流を供給する。アッパコイル６２に駆動電流が供給されると、アッパコイル６２に電磁力が発生し、アッパコイル６２の電磁力に伴いアッパコア６３にも電磁力が発生する。このようにアッパコア６３に電磁力が発生すると、この電磁力はアーマチャ５３をアッパコア６３の方向に吸引する吸引力となってアーマチャ５３に作用する。アッパコア６３からアーマチャ５３に作用するこの吸引力は、アッパスプリング６１からアッパリテーナ６０に作用する付勢力に対向する力となるが、アッパコア６３の吸引力はアッパスプリング６１の付勢力よりも大きくなっている。このため、アーマチャ５３はアッパコア６３の吸引力が作用する方向に移動し、アッパコア６３の方向に移動してアッパコア６３に当接して停止する。

また、このように、アーマチャ５３が移動すると、アーマチャ５３と一体に形成されたアーマチャシャフト５２やバルブステム５０も一体となって移動し、弁体４５も移動する。アーマチャ５３がアッパコア６３の方向へ移動し、弁体４５が同方向に移動すると、弁体４５は吸気通路２１または排気通路２２に近付く方向に移動する。これにより、吸気通路２１側に設けられる弁体４５である吸気バルブ４６は吸気通路２１を閉弁し、排気通路２２側に設けられる弁体４５である排気バルブ４７は排気通路２２を閉弁する（図５参照）。即ち、閉弁状態７１の弁体４５は、吸気通路２１または排気通路２２と燃焼室１６内とを遮断する。

図７は、図４に示す電磁駆動弁の開弁状態を示す説明図である。また、電磁駆動弁４０を開弁させる際には、ＥＣＵ８０の電磁駆動弁制御部８２から駆動回路３３に制御信号を送り、駆動回路３３からロアコイル５７に対して励磁電流を供給する。ロアコイル５７に駆動電流が供給されると、ロアコイル５７に電磁力が発生し、ロアコイル５７の電磁力に伴いロアコア５８にも電磁力が発生する。このようにロアコア５８に電磁力が発生すると、この電磁力はアーマチャ５３をロアコア５８の方向に吸引する吸引力となってアーマチャ５３に作用する。ロアコア５８からアーマチャ５３に作用するこの吸引力は、ロアスプリング５６からロアリテーナ５５に作用する付勢力に対向する力となるが、ロアコア５８の吸引力はロアスプリング５６の付勢力よりも大きくなっている。このため、アーマチャ５３はロアコア５８の吸引力が作用する方向に移動し、ロアコア５８の方向に移動してロアコア５８に当接して停止する。

また、このように、アーマチャ５３が移動すると、アーマチャ５３と一体に形成されたアーマチャシャフト５２やバルブステム５０も一体となって移動し、弁体４５も移動する。アーマチャ５３がロアコア５８の方向へ移動し、弁体４５が同方向に移動すると、弁体４５は吸気通路２１または排気通路２２から離れる方向に移動する。これにより、吸気通路２１側に設けられる弁体４５である吸気バルブ４６は吸気通路２１を開弁し、排気通路２２側に設けられる弁体４５である排気バルブ４７は排気通路２２を開弁する（図５参照）。即ち、開弁状態７２の弁体４５は、吸気通路２１または排気通路２２と燃焼室１６内とを連通させる。

内燃機関１の運転時には、このようにロアコイル５７とアッパコイル６２とに必要に応じて交互に励磁電流を流すことにより、弁体４５を開弁状態７２と閉弁状態７１とを繰り替えして作動させる、即ち往復運動させることができ、吸気通路２１や排気通路２２と気筒３、或いは燃焼室１６との連通と遮断とを繰り返すことができる。

内燃機関１の運転時には、このように電磁駆動弁４０が作動することより弁体４５が往復運動して吸気通路２１や排気通路２２と燃焼室１６との連通と遮断とを繰り返すことにより、吸排気を行ない、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を繰り返す。各行程の概略は、吸気行程ではインジェクタ３０から燃料を噴射することにより吸気通路２１内で燃料と空気との混合気を生成し、吸気側電磁駆動弁４１が有する吸気バルブ４６の開弁時に混合気を気筒３内に吸気する。圧縮行程では、吸気バルブ４６も排気バルブ４７も閉弁し、この状態でピストン１０が上死点方向に移動することにより、気筒３内の混合気を圧縮する。

また、燃焼行程では、点火プラグ２５に高電圧の電流を印加し、点火プラグ２５の点火部２６にアーク放電を発生させることにより、圧縮した混合気が点火する。これにより、圧縮した混合気中の燃料が燃焼するので、燃焼時の圧力によりピストン１０が下死点方向に移動し、ピストン１０の移動に伴って、コネクティングロッド１４を介してピストン１０に接続されたクランクシャフト１５が回動する。また、排気行程では、吸気バルブ４６は閉弁し、排気バルブ４７は開弁した状態でピストン１０が上死点方向に移動することにより、燃料の燃焼後の排気ガスが気筒３内から排気通路２２の方向に流れ、排気される。

内燃機関１の運転時には、このように各部が作動し、電磁駆動弁４０の弁体４５は往復運動をするが、この弁体４５はピストン１０と機械的に連動していないため、電磁駆動弁４０の作動不良が生じた場合には、ピストン１０が上死点に位置している場合に開弁する虞がある。ピストン１０にはバルブリセス１２が形成されているが、このバルブリセス１２は、弁体４５が少なくとも閉弁状態７１から中立状態７０の間に位置する場合に弁体４５とピストン１０とが干渉しない深さで形成されているので、ピストン１０が上死点付近に位置した状態で開弁した場合、電磁駆動弁４０の弁体４５とピストン１０とが干渉する虞がある。

図８は、図３に示す吸気バルブとピストンとが干渉した状態を示す説明図である。電磁駆動弁４０の弁体４５とピストン１０とが干渉した状態を、吸気バルブ４６と排気バルブ４７とのうち吸気バルブ４６で説明すると、吸気バルブ４６がピストン１０に干渉する場合、吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８とピストン１０のピストン側曲面１３とが接触する。ここで、ピストン側曲面１３の断面形状である円弧の曲率半径ｒ２は、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくなっている。また、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の中心ｃ１とピストン側曲面１３の断面形状である円弧の中心ｃ２とは、吸気バルブ４６の中心線４９上に位置しているので、バルブ側曲面４８がピストン側曲面１３に接触した場合、吸気バルブ４６の中心線４９上でバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは接触する。このため、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは、ほぼ一点で接触する。

図９は、図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン１の干渉時制御の説明図である。次に、電磁駆動弁４０の弁体４５とピストン１０とが干渉した場合における電磁駆動弁４０の制御、つまり、吸排気バルブとピストン１０との干渉時に、吸排気バルブとピストン１０との干渉を低減させるために電磁駆動弁４０に対して行なう制御である干渉時制御について説明する。なお、以下の説明では、ピストン１０と干渉する弁体４５として吸気バルブ４６で説明するが、以下の制御は、排気バルブ４７の場合も同様の制御を行なう。また、これらの制御は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する電磁駆動弁制御部８２が、駆動回路３３を介して行なう。まず、吸気バルブ４６が閉弁する場合においてリフト量が全リフト量の半分以下の位置で吸気バルブ４６とピストン１０とが干渉した場合について説明する。吸気バルブ４６は、開弁する場合には、ロアコイル５７に電流を供給してアーマチャ５３をロアコア５８に引き付ける。その際、開弁の初期段階では、図９のロアコイル電流線１０５で示すように、ロアコイル５７に流す電流を大きくしてアーマチャ５３をロアコア５８に引き付け、アーマチャ５３がロアコア５８に近付いたらロアコイル５７に流す電流を少なくし、ロアコイル５７に流す電流が少ない状態で、アーマチャ５３がロアコア５８に接触した状態を維持する。これにより、図９のリフト量線１００で示すように吸気バルブ４６はリフト量が大きくなり、開弁する。

開弁状態の吸気バルブ４６を閉じる場合には、ロアコイル５７への電流の供給を停止する。ロアコイル５７への電流の供給を停止すると、ロアスプリング５６の付勢力により、アーマチャ５３がアッパコア６３方向に移動する。その後、図９のアッパコイル電流線１０２で示すように、アッパコイル６２に電流を流して、アーマチャ５３をアッパコア６３に引き付ける。その際、通常は、閉弁の初期段階ではアッパコイル６２に流す電流を大きくしてアーマチャ５３をアッパコア６３に引き付け、アーマチャ５３がアッパコア６３に近付いたらアッパコイル６２に流す電流を少なくして、アッパコイル６２に流す電流が少ない状態で、アーマチャ５３がアッパコア６３に接触した状態を維持する。これにより、吸気バルブ４６は閉弁する。

吸気バルブ４６の閉弁時には、このようにアッパコイル６２に電流を流すことにより閉弁するが、例えば、経年劣化等により電磁駆動弁４０のアッパスプリング６１の付勢力とロアスプリング５６の付勢力とのバランスが変化し、中立状態７０の位置が初期設定位置から変化するなどした場合には、吸気バルブ４６の閉弁時においてリフト量が全リフト量の半分以下の状態で吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは干渉する虞がある。つまり、図９のリフト量線１００に示すように、閉弁時における全リフト量の半分以下の位置に干渉発生点１０１が位置した場合、アッパコイル６２に流す電流を少なくする際に、通常の電磁駆動弁４０の作動時よりも低減する電流の量を減少させる。つまり、アッパコイル６２に流す電流を少なくする際に、通常の電磁駆動弁４０の作動時に流す電流（図９、通常時電流線１０３）よりもアッパコイル６２に流す電流を多くする（図９、干渉時電流線１０４）。これにより、アーマチャ５３はアッパコア６３に引き付けられ易くなる。つまり、吸気バルブ４６を早急に閉弁する。この干渉時制御の制御パターンを、パターン１とする。なお、パターン１の干渉時制御は上記以外の制御パターンでもよく、吸気バルブ４６とピストン１０との干渉後、アッパコイル６２に流す電流を増加させればよい。

図１０は、図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン２の干渉時制御の説明図である。次に、閉弁状態の吸気バルブ４６が開弁する際に、図１０のリフト量線１００で示すようにリフト量が全リフト量の半分以下の状態で吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが干渉した場合には、ロアコイル５７への通電を停止する。つまり、リフト量線１００に示すように、開弁時における全リフト量の半分以下の位置に干渉発生点１０１が位置した場合には、ロアコイル５７への通電を停止する。さらに、アッパコイル６２に、図１０の干渉時電流線１０４で示すように、通常の閉弁時と同様に電流を流す。これにより、アーマチャ５３はアッパコア６３に引き付けられ、開弁の途中の吸気バルブ４６は閉弁する。この干渉時制御の制御パターンを、パターン２とする。

図１１は、図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン３の干渉時制御の説明図である。次に、閉弁状態の吸気バルブ４６が開弁する際に、図１１のリフト量線１００で示すようにリフト量が全リフト量の半分以上の状態で吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが干渉した場合には、ロアコイル５７及びアッパコイル６２の双方への通電を停止する。つまり、リフト量線１００に示すように、開弁時における全リフト量の半分以上の位置に干渉発生点１０１が位置した場合には、ロアコイル５７及びアッパコイル６２の双方への通電を停止する。これにより、吸気バルブ４６は、リフト量線１００で示すようにロアスプリング５６及びアッパスプリング６１の弾性力により、開弁方向及び閉弁方向を往復するように振動しながら、徐々に振幅が小さくなり、中立状態７０となって停止する。この干渉時制御の制御パターンを、パターン３とする。

図１２は、図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン４の干渉時制御の説明図である。次に、開弁状態の吸気バルブ４６が閉弁する際に、図１２のリフト量線１００で示すようにリフト量が全リフト量の半分以上の状態で吸気バルブ４６のバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが干渉した場合には、アーマチャ５３をアッパコア６３に引き付ける際に、通常の電磁駆動弁４０の作動時にアッパコイル６２に流す電流（図１２、通常時電流線１０３）よりも、早いタイミングで多くの電流を流す（図１２、干渉時電流線１０４）。つまり、リフト量線１００に示すように、閉弁時における全リフト量の半分以上の位置に干渉発生点１０１が位置した場合には、通常の電磁駆動弁４０の作動時にアッパコイル６２に流す電流よりも、早いタイミングで多くの電流をアッパコイル６２に流す。これにより、アーマチャ５３はアッパコア６３に引き付けられ易くなり、吸気バルブ４６は早急に閉弁する。この干渉時制御の制御パターンを、パターン４とする。即ち、パターン４の干渉時制御は、吸気バルブ４６とピストン１０との干渉後、早急にアッパコイル６２に流す電流を増加させる。

図１３は、図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン５の干渉時制御の説明図である。次に、内燃機関１の運転開始時、即ち、電磁駆動弁４０の起動時において電磁駆動弁４０の弁体４５とピストン１０とが干渉した場合について、ピストン１０と干渉する弁体４５として吸気バルブ４６を例に挙げて説明する。電磁駆動弁４０の起動時には、吸気バルブ４６は開弁方向及び閉弁方向を往復するように振動しながら通常作動に移行するが、電磁駆動弁４０の起動時において、図１３のリフト量線１００で示すように全リフト量の半分以上の位置に干渉発生点１０１が位置した場合には、ロアコイル５７及びアッパコイル６２の双方への通電を停止する。これにより、吸気バルブ４６は、リフト量線１００で示すようにロアスプリング５６及びアッパスプリング６１の弾性力により、開弁方向及び閉弁方向を往復するように振動しながら、徐々に振幅が小さくなり、中立状態７０となって停止する。この干渉時制御の制御パターンを、パターン５とする。

図１４は、図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン６の干渉時制御の説明図である。次に、電磁駆動弁４０の起動時において、図１４のリフト量線１００で示すように全リフト量の半分以下の位置に干渉発生点１０１が位置した場合には、通常、電磁駆動弁４０の起動時にアッパコイル６２に流す電流よりも多くの電流をアッパコイル６２に電流を流す。これにより、吸気バルブ４６は、リフト量線１００で示すように、アーマチャ５３はアッパコア６３に引き付けられ、吸気バルブ４６は早急に閉弁する。この干渉時制御の制御パターンを、パターン６とする。

図１５は、本発明の実施例に係る内燃機関の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係る内燃機関１の制御方法、即ち、当該内燃機関１の処理手順について説明する。内燃機関１の運転時において当該処理手順を行なう場合には、まず、吸気バルブ４６や排気バルブ４７、即ち吸排気バルブの加速度を取得する（ステップＳＴ１０１）。吸排気バルブの加速度を取得する場合には、加速度検出センサ３５で検出した検出結果がＥＣＵ８０の処理部８１が有する加速度取得部８３に伝達され、この加速度取得部８３で取得される。次に、吸排気バルブとピストン１０とが干渉しているかを判断する（ステップＳＴ１０２）。この判断は、加速度取得部８３で取得した吸排気バルブの加速度より、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する干渉判断部８４で行ない、取得した加速度が大きく減速している場合には、吸排気バルブとピストン１０とは干渉していると判断する。この判断により、吸排気バルブとピストン１０とが干渉していないと判断された場合には、この処理手順から抜け出る。

次に、電磁駆動弁４０は起動中であるかを判断する（ステップＳＴ１０３）。この判断は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する起動判断部８５によって行なう。この起動判断部８５では、電磁駆動弁制御部８２から駆動回路３３に送られる制御信号を検出し、検出した制御信号が電磁駆動弁４０の起動時の制御信号であるかを判断する。この判断により、電磁駆動弁４０は起動中ではないと判断された場合、即ち、電磁駆動弁４０は通常作動中であると判断された場合には、次に、吸排気バルブは開弁動作中であるかを判断する（ステップＳＴ１０４）。この判断は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する開閉判断部８６によって行なう。この開閉判断部８６では、起動判断部８５と同様に電磁駆動弁制御部８２から駆動回路３３に送られる制御信号を検出し、検出した制御信号が開弁動作中の制御信号であるかを判断する。この判断により、吸排気バルブは開弁動作中であると判断された場合には、次に、開弁動作中の吸排気バルブのリフト量は全リフト量の半分以下であるかを判断する（ステップＳＴ１０５）。この判断は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有するリフト量判断部８７によって行なう。このリフト量判断部８７では、起動判断部８５や開閉判断部８６と同様に電磁駆動弁制御部８２から駆動回路３３に送られる制御信号を検出し、検出した制御信号が、全リフト量の半分以下の状態におけるリフト量の制御信号であるかを判断する。この判断により、リフト量が全リフト量の半分以下であると判断された場合、即ち、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが開弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以下であると判断された場合には、その吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０は、上述したパターン２の干渉時制御により制御する（ステップＳＴ１０６）。

これに対し、ステップＳＴ１０５での判断により、開弁動作中の吸排気バルブのリフト量は全リフト量の半分以下ではないと判断された場合には、その吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０は、上述したパターン３の干渉時制御により制御する（ステップＳＴ１０７）。つまり、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが開弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以上であると判断された場合には、その吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０は、パターン３の干渉時制御により制御する。

また、ステップＳＴ１０４での判断により、吸排気バルブは開弁動作中ではないと判断された場合、つまり、吸排気バルブは閉弁動作中であると判断された場合には、次に、閉弁動作中の吸排気バルブのリフト量は全リフト量の半分以下であるかを、リフト量判断部８７で判断する（ステップＳＴ１０８）。この判断は、ＥＣＵ８０のリフト量判断部８７によって行ない、リフト量判断部８７での判断により、リフト量が全リフト量の半分以下であると判断された場合、即ち、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが閉弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以下であると判断された場合には、その吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０は、上述したパターン１の干渉時制御により制御する（ステップＳＴ１０９）。

これに対し、ステップＳＴ１０８での判断により、閉弁動作中の吸排気バルブのリフト量は全リフト量の半分以下ではないと判断された場合には、その吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０は、上述したパターン４の干渉時制御により制御する（ステップＳＴ１１０）。つまり、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが閉弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以上であると判断された場合には、その吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０は、パターン４の干渉時制御により制御する。

また、ステップＳＴ１０３での判断により、電磁駆動弁４０は起動中であると判断された場合には、次に、干渉時の吸排気バルブのリフト量は全リフト量の半分以下であるかを、リフト量判断部８７で判断する（ステップＳＴ１１１）。リフト量判断部８７での判断により、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以下ではないと判断された場合、即ち、電磁駆動弁４０は起動中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以上であると判断された場合には、電磁駆動弁４０は、上述したパターン５の干渉時制御により制御する（ステップＳＴ１１２）。

これに対し、ステップＳＴ１１１での判断により、起動中の電磁駆動弁４０が有する吸排気バルブのリフト量は全リフト量の半分以下であると判断された場合には、その吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０は、上述したパターン６の干渉時制御により制御する（ステップＳＴ１１３）。つまり、ピストン１０と干渉した吸排気バルブを有する電磁駆動弁４０が起動中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以下であると判断された場合には、その電磁駆動弁４０は、パターン６の干渉時制御により制御する。

以上の内燃機関１は、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが、吸気バルブ４６や排気バルブ４７、即ち吸排気バルブの往復運動の方向における断面形状が、共に円弧となって形成され、これらの円弧が同一方向に凸となって形成されている。さらに、バルブ側曲面４８の円弧とピストン側曲面１３の円弧とは、双方の円弧の径方向における外側に位置する円弧の曲率半径ｒ２の方が、内側に位置する円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくなっている。このため、内燃機関１の吸排気バルブとピストン１０とが干渉した際に、円弧同士のうち、吸排気バルブの往復運動の方向において最も接近している一点が接触し、接触時に吸排気バルブに作用する曲げモーメントが小さくなる。従って、吸排気バルブに大きな力が作用することを抑制でき、吸排気バルブの損傷が発生し難くすることができる。この結果、吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の中心ｃ１と、ピストン側曲面１３の断面形状である円弧の中心ｃ２とは、吸排気バルブの往復運動の方向における同一直線上、即ち、吸排気バルブの中心線４９上に位置しているので、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが干渉した際に、より確実に一点で接触させることができる。つまり、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３との双方の円弧の中心ｃ１、ｃ２を、共に吸排気バルブの中心線４９上に位置させることにより、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが干渉した際に、この中心線４９上の一点で接触させることができる。これにより、より確実にバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが接触した際における、吸排気バルブに作用する曲げモーメントを小さくすることができ、吸排気バルブに大きな力が作用することを、より確実に抑制することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、バルブ側曲面４８は、ピストン側曲面１３の方向に凸となっており、ピストン側曲面１３は、バルブ側曲面４８に対して凹んでいる。さらに、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の曲率半径ｒ１よりもピストン側曲面１３の断面形状である円弧の曲率半径ｒ２の方が大きくなっている。これらにより、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３との接触時には、バルブ側曲面４８やピストン側曲面１３の断面形状である円弧の径方向において、バルブ側曲面４８の外側方向の面とピストン側曲面１３の内側方向の面、即ち中心ｃ２方向の面とが、ほぼ一点で接触する。従って、より確実にバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが接触した際における、吸排気バルブに作用する曲げモーメントを小さくすることができ、吸排気バルブに大きな力が作用することを、より確実に抑制することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、このように、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧とピストン側曲面１３の断面形状である円弧とは、円弧の径方向において外側に位置する円弧であるピストン側曲面１３の円弧の曲率半径ｒ２の方が、内側に位置する円弧であるバルブ側曲面４８の円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくなっているので、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが干渉する際に、バルブ側曲面４８がピストン側曲面１３に喰い込むことを抑制できる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、上述したバルブ側曲面４８を有する吸排気バルブを、ロアスプリング５６とアッパスプリング６１とが設けられた電磁駆動弁４０を用いて作動させることにより、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した際に、干渉時の衝撃をロアスプリング５６やアッパスプリング６１で吸収することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、このように吸排気バルブを、電磁駆動弁４０を用いて作動させた場合においてバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが接触した場合、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは吸排気バルブの中心線４９近傍の一点で接触するので、曲げモーメントが小さい状態で接触する。これにより、吸排気バルブは、当該吸排気バルブの通常作動時における往復運動の方向に跳ね返り易くなるので、より確実に干渉時の衝撃を吸収することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、電磁駆動弁制御部８２は、吸排気バルブとピストン１０との干渉時には干渉時制御を行なうので、吸排気バルブとピストン１０が干渉した場合においても、早急に干渉状態を解消することができ、吸排気バルブとピストン１０との干渉を低減することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合において、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが閉弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以下である場合に、パターン１の干渉時制御をすることにより、吸排気バルブの跳ね上がりによる吸排気バルブの作動不良を低減できる。これにより、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合に、早急に吸排気バルブとピストン１０とが干渉する虞のある状態を解消することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合において、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが開弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以下である場合に、パターン２の干渉時制御をすることにより、２度目の吸排気バルブとピストン１０との干渉を抑制することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合において、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが開弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以上である場合に、パターン３の干渉時制御をすることにより、２度目の吸排気バルブとピストン１０との干渉を抑制することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストンとの干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合において、ピストン１０と干渉した吸排気バルブが閉弁動作中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以上である場合に、パターン４の干渉時制御をすることにより、吸排気バルブの跳ね上がりによる吸排気バルブの作動不良を低減できる。これにより、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合に、早急に吸排気バルブとピストン１０とが干渉する虞のある状態を解消することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合において、電磁駆動弁４０は起動中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以上であると判断された場合に、パターン５の干渉時制御をすることにより、２度目の吸排気バルブとピストン１０との干渉を抑制することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合において、電磁駆動弁４０が起動中で、且つ、干渉時のリフト量が全リフト量の半分以下であると判断された場合に、パターン６の干渉時制御をすることにより、吸排気バルブの跳ね上がりによる吸排気バルブの作動不良を低減できる。これにより、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した場合に、早急に吸排気バルブとピストン１０とが干渉する虞のある状態を解消することができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

図１６は、実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。なお、上述した内燃機関１に設けられる吸排気バルブのバルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とは、バルブ側曲面４８がピストン側曲面１３の方向に凸となっており、ピストン側曲面１３はバルブ側曲面４８に対して凹んでいるが、この関係は逆でもよい。例えば、吸排気バルブの一例として吸気バルブ４６で説明すると、図１６に示すように、ピストン側曲面１１２が、吸気バルブ４６のバルブ側曲面１１１の方向に凸となり、バルブ側曲面１１１がピストン側曲面１１２に対して凹んでいてもよい。この場合、バルブ側曲面１１１とピストン側曲面１１２とは、ピストン側曲面１１２の断面形状である円弧の曲率半径ｒ４よりもバルブ側曲面１１１の断面形状である円弧の曲率半径ｒ３の方が大きくする。また、バルブ側曲面１１１の断面形状である円弧の中心ｃ３と、ピストン側曲面１１２の断面形状である円弧の中心ｃ４とは、共に吸気バルブ４６の中心線４９上に位置させる。

図１７は、図１６に示す吸気バルブとピストンとが干渉した状態を示す説明図である。このようにバルブ側曲面１１１とピストン側曲面１１２とを形成した場合、バルブ側曲面１１１とピストン側曲面１１２との接触時に、バルブ側曲面１１１やピストン側曲面１１２の断面形状である円弧の径方向において、ピストン側曲面１１２の外側方向の面とバルブ側曲面１１１の内側方向の面、即ち中心ｃ３方向の面とが、ほぼ一点で接触する。従って、このようにバルブ側曲面１１１とピストン側曲面１１２とを形成した場合においても、より確実にバルブ側曲面１１１とピストン側曲面１１２とが接触した際における、吸排気バルブに作用する曲げモーメントを小さくすることができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

図１８は、実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。また、実施例に係る内燃機関１に設けられるピストン側曲面１３の断面形状である円弧の曲率半径ｒ２は、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくなっているが、このピストン側曲面１３の曲率半径ｒ２は、内燃機関１の運転時に発生する異物などを考慮して定めてもよい。例えば、図１８に示すように、ピストン側曲面１３の断面形状である円弧の曲率半径ｒ２は、気筒３内で燃料が燃焼することにより発生するカーボン１１５などの異物がピストン側曲面１３に堆積した場合に、堆積したカーボン１１５の表面の曲率半径ｒ５が少なくともバルブ側曲面４８の断面形状である円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくなる大きさとなっていればよい。即ち、ピストン側曲面１３の断面形状である円弧の曲率半径ｒ２は、内燃機関１の運転時にピストン側曲面１３に堆積するカーボン１１５の厚さαを考慮して、予め大きく（例えば、１ｍｍ程度）設定してもよい。これにより、内燃機関１を長時間運転し、ピストン側曲面１３にカーボン１１５等の異物が堆積した場合でも、カーボン１１５の表面、即ちバルブ側曲面４８に対向する面の曲率半径ｒ５を、バルブ側曲面４８の断面形状である円弧の曲率半径ｒ１よりも大きくすることができる。従って、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが接触した際、詳しくは、バルブ側曲面４８とカーボン１１５とが接触した際における、吸排気バルブに作用する曲げモーメントを、より確実に小さくすることができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

図１９は、実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。また、バルブ側曲面１１１をピストン側曲面１１２に対して凹ませて形成した場合には、ピストン側曲面１３の曲率半径ｒ２を内燃機関１の運転時に発生する異物を考慮して定めるのと同様に、バルブ側曲面１１１の曲率半径ｒ３を、内燃機関１の運転時に発生する異物などを考慮して定めてもよい。例えば、図１９に示すように、バルブ側曲面１１１の断面形状である円弧の曲率半径ｒ３は、気筒３内で燃料が燃焼することにより発生するカーボン１１５などの異物がバルブ側曲面１１１に堆積した場合に、堆積したカーボン１１５の表面の曲率半径ｒ６が少なくともピストン側曲面１１２の断面形状である円弧の曲率半径ｒ４よりも大きくなる大きさとなっていればよい。即ち、バルブ側曲面１１１の断面形状である円弧の曲率半径ｒ３は、内燃機関１の運転時にバルブ側曲面１１１に堆積するカーボン１１５の厚さβを考慮して、予め大きく設定してもよい。これにより、バルブ側曲面１１１にカーボン１１５等の異物が堆積した場合でも、ピストン側曲面１１２に対向するカーボン１１５の表面の曲率半径ｒ６を、ピストン側曲面１１２の断面形状である円弧の曲率半径ｒ４よりも大きくすることができる。従って、バルブ側曲面１１１とピストン側曲面１１２とが接触した際、詳しくは、ピストン側曲面１１２とカーボン１１５とが接触した際における、吸排気バルブに作用する曲げモーメントを、より確実に小さくすることができる。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

図２０は、実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。また、ピストン１０は、通常は一種類の部材により形成されているが、複数の部材により形成されていてもよい。例えば、図２０に示すように、ピストン１０は複数の部材により形成してもよく、具体的には、反発係数の異なる２種類の部材により形成してもよい。この場合、ピストン側曲面１３は、２種類の部材のうち、ピストン１０の少なくとも他の一部を形成する部材である小反発係数部材１２２よりも反発係数が大きい部材である大反発係数部材１２１により形成する。つまり、ピストン１０の大部分が、小反発係数部材１２２の一例であるアルミ合金により形成されていた場合には、アルミ合金よりも反発係数が大きな部材として、例えば、ばね鋼、ピアノ線、オイルテンパー線、ステンレス線などを大反発係数部材１２１として用いて、この大反発係数部材１２１をピストン１０の頂壁上面１１に鋳ぐるむ等により埋め込み、ピストン側曲面１３を含むバルブリセス１２を大反発係数部材１２１により形成してもよい。これにより、吸排気バルブとピストン１０とが干渉し、バルブ側曲面４８とピストン側曲面１３とが接触した場合でも、ピストン側曲面１３は反発係数が大きい大反発係数部材１２１により形成されているので、吸排気バルブは跳ね返り易くなり、干渉時の衝撃が吸収される。この結果、より確実に吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、上述した吸気バルブ４６や排気バルブ４７などの吸排気バルブは、電磁駆動弁４０により作動するように設けられているが、吸排気バルブは、電磁駆動弁４０以外の作動手段により作動可能に設けてもよい。例えば、吸排気バルブは、回転するカムシャフト（図示省略）に設けられたカム（図示省略）によって往復運動可能に設けられていてもよい。吸排気バルブは、電磁駆動弁４０以外の作動手段により作動する場合でも、内燃機関１運転時の不具合によりピストン１０と干渉する虞があるが、この場合でも、吸排気バルブやピストン１０に、上述したバルブ側曲面４８やピストン側曲面１３を形成することにより、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した際に、吸排気バルブに作用する曲げモーメントを小さくすることができる。従って、吸排気バルブに大きな力が作用することを抑制でき、吸排気バルブの損傷が発生し難くすることができる。この結果、吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

また、上述したバルブ側曲面４８、１１１とピストン側曲面１３、１１２とは、共に球面の一部により形成されているが、これらは球面以外の形状により形成されていてもよい。例えば、吸排気バルブの往復運動の方向、即ち、吸排気バルブの中心線４９に沿った方向における断面形状である円弧の曲率半径ｒ１、ｒ２、または曲率半径ｒ３、ｒ４が、異なる断面において変化してもよい。即ち、バルブ側曲面４８、１１１とピストン側曲面１３、１１２とは、同一の断面における断面形状の円弧の曲率半径ｒ１、ｒ２、または曲率半径ｒ３、ｒ４が、上述した形状で形成されていればよい。同一の断面におけるバルブ側曲面４８、１１１とピストン側曲面１３、１１２との形状が上述した関係になるように、これらを形成することにより、吸排気バルブとピストン１０とが干渉した際に吸排気バルブに作用する曲げモーメントを小さくすることができ、吸排気バルブの損傷が発生し難くすることができる。この結果、吸排気バルブとピストン１０との干渉時の損傷を最小限にすることができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、吸排気バルブとピストンとを有する内燃機関に有用であり、特に、吸排気バルブが電磁駆動弁によって作動する場合に適している。

本発明の実施例に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の概略図である。図１のＡ部詳細図である。図２のＢ部詳細図である。図１に示す電磁駆動弁の詳細図である。図１のＡ部詳細図であり、弁体の開閉状態を示す説明図である。図４に示す電磁駆動弁の閉弁状態を示す説明図である。図４に示す電磁駆動弁の開弁状態を示す説明図である。図３に示す吸気バルブとピストンとが干渉した状態を示す説明図である。図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン１の干渉時制御の説明図である。図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン２の干渉時制御の説明図である。図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン３の干渉時制御の説明図である。図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン４の干渉時制御の説明図である。図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン５の干渉時制御の説明図である。図１に示す電磁駆動弁の制御を示す説明図であり、パターン６の干渉時制御の説明図である。本発明の実施例に係る内燃機関の処理手順を示すフロー図である。実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。図１６に示す吸気バルブとピストンとが干渉した状態を示す説明図である。実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。実施例に係る内燃機関の変形例を示す要部詳細図である。

符号の説明

１内燃機関
３気筒
８シリンダヘッド
９シリンダブロック
１０ピストン
１１頂壁上面
１２バルブリセス
１３、１１２ピストン側曲面
１４コネクティングロッド
１５クランクシャフト
１６燃焼室
１８冷却水路
２１吸気通路
２２排気通路
２５点火プラグ
２６点火部
３０インジェクタ
３３駆動回路
３５加速度検出センサ
４０電磁駆動弁
４１吸気側電磁駆動弁
４２排気側電磁駆動弁
４５弁体
４６吸気バルブ
４７排気バルブ
４８、１１１バルブ側曲面
４９中心線
５０バルブステム
５１バルブガイド
５２アーマチャシャフト
５３アーマチャ
５５ロアリテーナ
５６ロアスプリング
５７ロアコイル
５８ロアコア
６０アッパリテーナ
６１アッパスプリング
６２アッパコイル
６３アッパコア
６５アッパキャップ
６６アジャストボルト
６８外筒
７０中立状態
７１閉弁状態
７２開弁状態
８０ＥＣＵ
８１処理部
８２電磁駆動弁制御部
８３加速度取得部
８４干渉判断部
８５起動判断部
８６開閉判断部
８７リフト量判断部
８８記憶部
８９入出力部
１００リフト量線
１０１干渉発生点
１０２アッパコイル電流線
１０３通常時電流線
１０４干渉時電流線
１０５ロアコイル電流線
１１５カーボン
１２１大反発係数部材
１２２小反発係数部材

Claims

気筒内で燃料が燃焼することにより前記気筒内で往復運動が可能なピストンと、往復運動をすることにより前記気筒内を開閉する吸排気バルブと、を備える内燃機関であって、
前記吸排気バルブは、前記ピストンに対向すると共に前記吸排気バルブの往復運動の方向における断面形状が円弧となって形成される面であるバルブ側曲面を有し、且つ、前記吸排気バルブは電磁駆動弁によって形成されており、
前記電磁駆動弁は、前記吸排気バルブの開閉を制御する電磁駆動弁制御手段により制御可能に設けられており、
前記ピストンは、前記バルブ側曲面に対向すると共に前記吸排気バルブの往復運動の方向における断面形状が円弧となって形成される面であるピストン側曲面を有しており、
前記バルブ側曲面と前記ピストン側曲面とは、同一方向に凸となって形成されており、且つ、前記バルブ側曲面の前記円弧と前記ピストン側曲面の前記円弧とは、前記バルブ側曲面の前記円弧または前記ピストン側曲面の前記円弧のうち双方の前記円弧の径方向における外側に位置する前記円弧の曲率半径の方が内側に位置する前記円弧の曲率半径よりも大きくなっており、
前記電磁駆動弁制御手段は、前記吸排気バルブと前記ピストンとの干渉時には、前記電磁駆動弁に対して前記吸排気バルブと前記ピストンとの干渉を低減する制御である干渉時制御を行なうことを特徴とする内燃機関。
前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の中心と前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の中心とは、前記吸排気バルブの往復運動の方向における同一直線上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記バルブ側曲面は、前記ピストン側曲面の方向に凸となっており、且つ、前記ピストン側曲面は、前記バルブ側曲面に対して凹んでおり、
さらに、前記バルブ側曲面と前記ピストン側曲面とは、前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径よりも前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径の方が大きくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径は、前記気筒内で前記燃料が燃焼することにより発生する異物が前記ピストン側曲面に堆積した場合に、堆積した前記異物の表面の曲率半径が少なくとも前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径よりも大きくなる大きさとなっていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
前記ピストン側曲面は、前記バルブ側曲面の方向に凸となっており、且つ、前記バルブ側曲面は、前記ピストン側曲面に対して凹んでおり、
さらに、前記バルブ側曲面と前記ピストン側曲面とは、前記ピストン側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径よりも前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径の方が大きくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
前記バルブ側曲面の断面形状である前記円弧の曲率半径は、前記気筒内で前記燃料が燃焼することにより発生する異物が前記バルブ側曲面に堆積した場合に、堆積した前記異物の表面の曲率半径が少なくとも前記ピストン側曲面の断面形状である円弧の曲率半径よりも大きくなる大きさとなっていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
前記ピストンは、反発係数の異なる複数の部材により形成されており、
前記ピストン側曲面は、前記複数の部材のうち前記ピストンの少なくとも他の一部を形成する部材よりも反発係数が大きい部材により形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。