JPH11280503A - バルブ開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁コイルの発する電磁力を用いて周期的にバ
ルブを開閉駆動する内燃機関のバルブ開閉装置におい
て、簡単な構成でなおかつ最適な駆動状態で常にバルブ
を開閉すべく図る。 【解決手段】バルブ１の駆動状態に応じた値の状態信号
ａを出力する状態検出手段４と、入力される設定信号ｂ
の値に応じた電流を電磁コイル２１、２２に供給しバル
ブ１を開閉駆動する駆動手段５と、前記状態信号ａを入
力され、前記設定信号ｂを駆動手段５に出力する制御手
段６とを具備させ、制御手段６が、１周期前に状態信号
ａとして入力されたバルブ駆動状態を記憶し、予め設定
された目標バルブ駆動状態と前記１周期前のバルブ駆動
状態との偏差を減少すべくこの偏差に応じた値の設定信
号ｂを出力するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
開閉装置に係り、特に電磁コイルに所定電力を供給しそ
の際に生じる電磁力を用いて内燃機関の吸排気バルブを
駆動する内燃機関のバルブ開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の吸排気バルブを電磁コ
イルの発する電磁力を用いて駆動する内燃機関のバルブ
開閉装置が知られている。かかるバルブ開閉装置を用い
た場合、カムシャフト等の回転機構を省略することがで
き、また内燃機関の運転状況に応じてバルブの理想的な
開閉タイミングを容易に実現できることから、内燃機関
の出力特性、燃費特性等を大幅に改善することができ
る。しかして、単に電磁力のオンオフのみでバルブを駆
動すると、バルブが全開方向もしくは全閉方向の変位端
に衝突し、衝突音（例えばバルブシートへの着座音）が
発生したり、あるいはバルブの耐久性の確保に不利な状
況となる。このような点に鑑みて、特開平８−２８４６
２６号公報に示されているように、バルブが変位端に近
接した際にのみ電磁力を消滅させ、バルブの変位端への
急激な衝突を回避したものも開発されている。

【０００３】ところで、このようなバルブ駆動には、バ
ルブの駆動状態、すなわちバルブの変位量や開閉速度等
に関わらず、常に最初に設定した電磁力によってオープ
ンループ的にバルブの開閉駆動を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うに、バルブの駆動状態によらないオープンループ的な
制御では、バルブの個体差や、熱膨張等による外乱に対
応できず、常に最適なバルブの駆動状態を実現できると
は限らない。一方、バルブ駆動状態をリアルタイムで検
出し、バルブ駆動電磁力をフィードバック補正してバル
ブの個体差や、熱膨張等による外乱に対応する方法も考
えられるが、バルブ駆動には、高機関回転数においても
バルブ作動角を確保するために、高い応答性が要求され
る。このため、通常考え得るフィードバック制御では、
高速な電子回路や複雑なソフトウェア等が必要となり、
現実的には容易ではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる問題点に鑑みて、
本発明は、バルブが繰り返し周期的に開閉させるもので
ある点に着目し、１周期前のバルブ駆動状態を利用して
バルブの開閉駆動制御を行うようにしたものであって、
簡単な構成でなおかつ最適な駆動状態でバルブを開閉す
べく図ったものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】すなわち本発明は、電磁コイルの
発する電磁力を用いて周期的にバルブを開閉駆動する内
燃機関のバルブ開閉装置であって、バルブの駆動状態を
検出し、この駆動状態に応じた値を有する状態信号を出
力する状態検出手段と、入力される設定信号の値に応じ
た電流を電磁コイルに供給しバルブを開閉駆動する駆動
手段と、前記状態信号を入力され、前記設定信号を駆動
手段に出力する制御手段とを具備してなり、制御手段
が、１周期前に検出され状態信号として入力されたバル
ブ駆動状態を記憶し、予め設定された目標バルブ駆動状
態と前記１周期前のバルブ駆動状態との偏差を減少すべ
くこの偏差に応じた値を有する設定信号を出力するよう
に構成したものであることを特徴とするものである。

【０００７】このような構成によれば、１周期前のバル
ブの駆動状態と、目標となるバルブ駆動状態との偏差を
利用して、試行ごとに偏差を減少させていくので、バル
ブの個体差や熱膨張等によるばらつきがあっても、試行
を反復することによりバルブを開閉に最適な駆動状態に
制御することができる。すなわち、バルブの個体差や熱
膨張等によるばらつきに関わらず、常にバルブの着座音
等やバルブに作用する衝撃力を緩和してバルブの開閉駆
動を行うことが可能になる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。本実施例に係るバルブ開閉装置は、内燃機関
である自動車用エンジン３等に適用されるもので、図１
に示すように、バルブである排気バルブ１および吸気バ
ルブ（図示しない）をそれぞれ独立して開閉駆動し得る
電磁アクチュエータ７と、排気バルブ１および吸気バル
ブの変位量をそれぞれ検出する状態検出手段である変位
センサ４と、電磁アクチュエータ７に電流を供給する駆
動手段であるドライバ５と、制御手段６とを具備してな
る。同図は、例えば排気バルブ１に係る構成のみを示し
ているが、吸気バルブに係る構成は同様のものなので説
明は省略する。

【０００９】本実施例において排気バルブ１は、円盤状
のバルブ本体１１と、このバルブ本体１１から一体に延
出された円柱状のステム部１２と、このステム部１２の
先端に一体に設けられた円盤状の可動子１３とから構成
したものである。電磁アクチュエータ７は、前記可動子
１３の上方に配設され電流を印加されることによりこの
可動子を閉側に引き付ける電磁コイルである閉側コイル
２１と、可動子１３の下方に配設され電流を印加される
ことによりこの可動子１３を開側に引き付ける電磁コイ
ルである開側コイル２２と、可動子１３を閉側に弾性付
勢する閉用スプリング１４と、可動子を開側に弾性付勢
する開用スプリング１５とを具備してなる。しかして、
両コイル２１、２２に電流が印加されていない状態で
は、スプリングによって排気バルブ１は開側の変位端と
閉側の変位端との中間位置に保持されている。

【００１０】変位センサ４は、例えば可動子１３の側方
に配設され、この可動子１３の位置を電圧もしくは電流
値に変換して状態信号ａとして出力するものである。ド
ライバ５は、後述する制御手段６から入力される設定信
号ｂ１、ｂ２の値に応じた電流を駆動信号ｃ１、ｃ２と
して出力し閉側コイル２１および開側コイル２２にそれ
ぞれ印加するものである。

【００１１】制御手段６は、入出力インタフェース６
４、６３、ＣＰＵ６１、メモリ６２等を備えたマイコン
装置として知られているもので、少なくとも変位センサ
からの状態信号ａを入力されると、この値に応じてドラ
イバ５に設定信号ｂ１、ｂ２を出力する機能を有してな
る。本実施例では、この他に、変位センサ４と入力イン
タフェース６４との間に介在し、状態信号ａを最大速度
信号ｄに変換する処理回路８を具備させている。具体的
にこの処理回路８は、変位センサ４から出力された状態
信号ａの値を微分し排気バルブ１の変位速度に変換する
微分回路と、一周期での変位速度の最大値Ｖｍａｘを保
持し、この値を有する最大速度信号ｄを出力するピーク
ホールド回路とからなるものである。本実施例では、こ
の変位速度の最大値Ｖｍａｘを、バルブ駆動状態を示す
ものとして利用している。また、この制御手段６には図
示しないエンジン回転の位相信号も入力されるようにし
ており、メモリ６２には前記位相信号を利用することに
よって、エンジン回転に同期させて排気バルブ１を開閉
させる制御プログラムＰｒｇを少なくとも記憶させてい
る。しかして、この制御プログラムＰｒｇにしたがって
各コイル２１、２２への印加電流を制御する設定信号ｂ
１、ｂ２をエンジン回転に応じた周期で繰り返し出力す
るようにしている。

【００１２】具体的に例えばある周期において、ドライ
バ５から各コイル２１、２２に印加される駆動信号ｃ
１、ｃ２の電流波形ｗ１、ｗ２は、図２に示すようなも
のである。閉側コイル２１に印加される駆動信号ｃ１の
電流波形ｗ１は、可動子１３を移動させるためのキャッ
チ電流部分ｗ１１と、これに連続して発生させ可動子１
３を変位端に保持させる、すなわちバルブシート３１へ
の着座状態を保持させるためのホールド電流部分ｗ１２
とから構成している。しかしてキャッチ電流部分ｗ１１
の最大電流値Ｉｃは、排気バルブ１の初期移動を迅速化
するためにホールド電流部分ｗ１２における最大電流値
Ｉｈよりも大きく設定している。また、開側コイル２２
に印加される駆動信号ｃ２の電流波形ｗ２も、上述のも
のと基本的に同様で、キャッチ電流部分ｗ２１とホール
ド電流部分ｗ２２とから構成している。しかして、同図
に示すように、閉側コイル２１、開側コイル２２のいず
れか一方に電流を印加している時には、他方には電流を
印加しないようにするとともに、交互に間断なく電流を
印加するようにしている。

【００１３】制御プログラムＰｒｇは、この最大キャッ
チ電流値Ｉｃを1周期前の排気バルブ１の最大変位速度
Ｖｍａｘに基づいて設定するもので以下に説明するよう
なものである。なお、この制御プログラムＰｒｇは、排
気バルブ１の閉成に係るものであるが、排気バルブ１の
開成に係るもの、および吸気バルブの開閉に係るものも
同様であるため、これらの説明については省略する。

【００１４】すなわち、この制御プログラムＰｒｇは、
図３に示すようにステップＳ１において、記憶しておい
た前回の周期、すなわち前回排気バルブ１を閉成した際
に記憶した排気バルブ１の変位速度の最大値Ｖｍａｘ
（n-1）を呼び出しステップＳ２に進む。ここでn-1はの
前回の周期のものであることを示す添え字である。ステ
ップＳ２においては、排気バルブ１の開閉に最適である
予め設定された目標速度と前記速度の最大値Ｖｍａｘ
（n-1）との偏差ΔＶｍａｘを計算する。そしてステッ
プＳ３に進む。

【００１５】ステップＳ３においては、前記偏差ΔＶｍ
ａｘが正の場合ステップＳ６に進み、そうでない場合ス
テップＳ４に進む。ステップＳ４では、前記偏差ΔＶｍ
ａｘが負の場合ステップＳ７に進み、そうでない場合ス
テップＳ５に進む。ステップＳ５では、キャッチ電流値
Ｉｃに補正を加えない。すなわち前の周期における設定
信号ｂ１の値に変更を加えずステップＳ８に進む。

【００１６】ステップＳ６では、キャッチ電流値Ｉｃを
減少方向に補正すべく設定信号ｂ１の値を変更する。そ
して、ステップＳ８に進む。ステップＳ７では、キャッ
チ電流値Ｉｃを増大方向に補正すべく設定信号ｂ１の値
を変更する。そして、ステップＳ８に進む。ステップＳ
８以降では、図示しないが、ステップＳ５〜Ｓ７で設定
したキャッチ電流値Ｉｃに基づいて、電流波形ｗ１を出
力する設定信号ｂ１を出力するルーチンや、排気バルブ
１の閉側への移動時に変位センサ４により検出した変位
速度をメモリに記憶するルーチン等が含まれる。その
後、エンジン３の回転による位相信号が入力されるのを
待って再び次の周期、すなわちステップＳ１に進む。

【００１７】このように構成したバルブ開閉装置は、次
のように作動する。まず、エンジン回転の位相信号から
排気バルブ１を閉成するタイミングを検出すると、前記
制御プログラムＰｒｇに基づいて設定された値を有する
設定信号ｂ１が制御手段６から出力され、ドライバ５を
介して閉側コイル２１に電流が印加される。この電流
は、上述したように、１周期前のバルブ１の最大変位速
度Ｖｍａｘと、目標となるバルブ変位速度との偏差ΔＶ
ｍａｘから設定される。そして、この印加電流による電
磁力で排気バルブ１は閉止される。その後エンジン回転
の位相信号から排気バルブ１を開成するタイミングを検
出すると、同様の手順で開側コイル２２に電流が印加さ
れ、発生した電磁力で排気バルブ１は開成される。吸気
側バルブもこれと同様にかつ独立して開閉駆動される。

【００１８】すなわち、本実施例のバルブ開閉装置は、
バルブである排気バルブ１および吸気バルブが繰り返し
周期的に開閉する点に着目し、１周期前のバルブの最大
変位速度Ｖｍａｘと、目標となるバルブ変位速度との偏
差ΔＶｍａｘを利用して、試行ごとに偏差を減少させる
べく、キャッチ電流値Ｉｃの補正を加えていくようにし
たものであり、一種の学習制御系である反復制御を利用
したものである。

【００１９】したがって、各バルブに個体差や熱膨張等
によるばらつきがあっても、試行を反復することにより
目標との偏差を吸収して、各バルブを開閉に最適な速
度、すなわち着座時に大きな衝撃音を発生せず、またバ
ルブの耐久性にも有利な速度となるように駆動制御でき
る。しかも、上述したように特別に高速な電子回路を使
用したり、複雑なソフトウェアを適用する必要がなく、
簡単な構成で実現できる。

【００２０】なお、本発明は上述した実施例に限られる
ものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施例
ではバルブ駆動状態としてバルブの最大変位速度を採用
していたが、バルブの位置、加速度、開側の変位端から
閉側の変位端までの移動時間、バルブの変位端における
押圧力、あるいはこれらの組み合わせ等をバルブ駆動状
態として採用しても実施例同様の作用効果が得られるも
のである。また、実施例では制御対象をキャッチ電流値
にしていたが、キャッチ電流の印加時間を制御対象にし
て増減させるようにしても構わないし、キャッチ電流の
電流値および印加時間を制御対象にしてこれらを複合的
に増減させるようにしてもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
１周期前のバルブの駆動状態を記憶しておき、この記憶
した１周期前のバルブの駆動状態と、目標となるバルブ
駆動状態との偏差を利用して、試行ごとに偏差を減少さ
せていくので、バルブの個体差や熱膨張等によるばらつ
きがあっても、試行を反復することによりバルブを開閉
に最適な駆動状態に制御することができる。したがっ
て、バルブの個体差や熱膨張等によるばらつきに関わら
ず、バルブの着座音等を緩和し静粛性を向上させること
ができるだけでなく、バルブに作用する衝撃力を緩和し
てバルブの耐久性等を向上させることができる。そのう
え、前のバルブの駆動状態を記憶し、利用するという一
種の学習制御を行っているため、一旦学習した後は、運
転再開時等でも、大きな偏差を生じずドライバビリティ
の向上を図れる。しかも、上述したように特別に高速な
電子回路を使用したり、複雑なソフトウェアを適用する
必要がなく、簡単な構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すバルブ開閉装置の模式
的全体構成図。

【図２】同実施例のコイル印加電流波形を示す電流波形
図。

【図３】同実施例の制御プログラムを示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１…バルブ（排気バルブ） ２１…電磁コイル（閉側コイル） ２２…電磁コイル（開側コイル） ３…内燃機関（エンジン） ４…状態検出手段（変位センサ） ５…駆動手段（ドライバ） ６…制御手段 ａ…状態信号 ｂ…設定信号 Ｖｍａｘ…バルブ駆動状態（最大変位速度）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁コイルの発する電磁力を用いて周期的
   にバルブを開閉駆動する内燃機関のバルブ開閉装置であ
   って、 バルブの駆動状態を検出し、この駆動状態に応じた値を
   有する状態信号を出力する状態検出手段と、 入力される設定信号の値に応じた電流を電磁コイルに供
   給しバルブを開閉駆動する駆動手段と、 前記状態信号を入力され、前記設定信号を駆動手段に出
   力する制御手段とを具備してなり、 制御手段が、１周期前に検出され状態信号として入力さ
   れたバルブ駆動状態を記憶し、予め設定された目標バル
   ブ駆動状態と前記１周期前のバルブ駆動状態との偏差を
   減少すべくこの偏差に応じた値を有する設定信号を出力
   するように構成したものであることを特徴とするバルブ
   開閉装置。