JP2001303996A

JP2001303996A - 電磁駆動式動弁機構を有する内燃機関

Info

Publication number: JP2001303996A
Application number: JP2000121589A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yotsueda; 啓二四重田; Kiyoshi Nakanishi; 清中西; Yoshihiro Iwashita; 義博岩下; Kazuhiko Shiratani; 和彦白谷; Masaji Katsumata; 正司勝間田; Masato Ogiso; 誠人小木曽; Hideyuki Nishida; 秀之西田; Tomoumi Yamada; 智海山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁駆動弁の作動制御により、バルブシート
に堆積するディポジットの除去力を向上させてバルブと
バルブシートとの間のシール性を高めて機関出力の向上
を期待できる電磁駆動弁を備えた内燃機関を提供するこ
と。【解決手段】弁２８を開又は閉方向に付勢するスプリン
グ３１４，３１６と、励磁電流を供給することでスプリ
ング付勢力に勝って弁２８を閉じる電磁力及び開く電磁
力をそれぞれ発生する閉弁用電磁石３０１及び開弁用電
磁石３０２とを備える電磁駆動弁を有する内燃機関にお
いて、機関が特定運転条件下にある場合でありかつ弁２
８が開から閉に遷移する遷移期の終りに、弁２８を開弁
用電磁石３０１の側から閉弁用電磁石３０２の側に引寄
せるに必要な励磁電流供給量を前記特定の運転条件下に
内燃機関がない場合に比して所定期間増大するＥＣＵ２
０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などに搭載
する内燃機関の動弁機構、詳しくは電磁力を利用して吸
気弁であるインテーク・バルブおよび排気弁であるエキ
ゾースト・バルブを開閉駆動する電磁駆動式動弁機構を
有する内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車などに搭載される内燃機関
では、インテーク・バルブおよびエキゾースト・バルブ
の開閉駆動に起因した機械損失の防止、吸入空気のポン
ピング損失の防止、正味熱効率の向上等を目的として、
電磁力を利用した電磁駆動機構を利用してインテーク・
バルブおよびエキゾースト・バルブを開閉駆動する電磁
駆動式動弁機構（以下特に断らない限り「電磁駆動弁」
という。）の開発が進められている。

【０００３】電磁駆動弁は、磁性体からなりインテーク
・バルブやエキゾースト・バルブと連動して進退動する
可動片としてのアーマチャと、励磁電流を印加した時に
アーマチャを吸引しインテーク・バルブやエキゾースト
・バルブを閉じる閉弁用電磁石と、励磁電流を印加した
時にアーマチャを吸引しインテーク・バルブやエキゾー
スト・バルブを開く開弁用電磁石と、アーマチャを閉弁
方向に付勢する閉弁側戻しばねと、アーマチャを開弁方
向に付勢する開弁側戻しばねとを少なくとも構成部材に
備えたものが一般的である（例えば特開平９−２５０３
１８号公報参照）。

【０００４】このような電磁駆動弁では、閉弁用電磁石
と開弁用電磁石との間に適宜の空間（以下「空間部」）
を空けた状態で前記両磁石を直列配置し、前記空間部に
前記アーマチャを配置する。そして、電磁駆動弁に励磁
電流を印加しない時は、前記アーマチャが、閉弁側戻し
ばねの付勢力と開弁側戻しばねの付勢力とが釣り合う中
立状態で前記空間部の中間位置に保持される。

【０００５】そして、励磁電流を印加することで、閉弁
用電磁石と開弁用電磁石との間には、アーマチャを閉弁
用電磁石側にまたは開弁用電磁石側に変位させる電磁力
が生じ、この電磁力と前記付勢力の影響で、アーマチャ
が閉弁用電磁石側にまたは開弁用電磁石側に向けて進退
し、以て前記のごとくアーマチャと連動するインテーク
・バルブやエキゾースト・バルブを開閉する。

【０００６】換言すれば、アーマチャと連動するインテ
ーク・バルブやエキゾースト・バルブは、アーマチャが
前記閉弁用電磁石に吸着されることにより、弁座である
バルブ・シートに着座し、アーマチャが開弁用電磁石に
吸着されることにより、バルブ・シートから離座する。

【０００７】したがって、両電磁石に対してアーマチャ
を交互に吸着させれば、インテーク・バルブやエキゾー
スト・バルブはともに開弁位置と閉弁位置との間で往復
運動する。

【０００８】ところで、前記電磁石に供給される励磁電
流の電流値が一定に供給されるものとすると、各電磁石
とアーマチャとの間に作用する電磁力は、電磁石に対し
てアーマチャが近接するに連れて増大するので、アーマ
チャを前記空間部の中間位置から電磁石側に引き寄せる
には比較的大きな励磁電流を必要とするが、アーマチャ
が電磁石に近づくに連れて少ない励磁電流の供給で済
む。そして、アーマチャを電磁石に吸着した後は、より
小さな励磁電流の供給だけで電磁石に対するアーマチャ
の吸着状態を維持できる。

【０００９】励磁電流の供給制御を行うのは内燃機関に
設けた電流制御回路である。この電流制御回路は、イン
テーク・バルブやエキゾースト・バルブを開弁位置と閉
弁位置との間で往復運動させる初期段階で大きな電流値
の励磁電流を供給し、開弁または閉弁するに連れて電流
値を徐々に小さくし、完全に開弁または閉弁した後はよ
り小さな電流値の励磁電流を供給する。かかる電流制御
回路は、電磁石を流れる励磁電流の供給を必要最小限で
制御できるので、省エネ性能として有効な技術といえ
る。

【００１０】なお、インテーク・バルブやエキゾースト
・バルブを開弁用電磁石や閉弁用電磁石に引き寄せるに
必要な励磁電流のことを吸引電流といい、インテーク・
バルブやエキゾースト・バルブを吸引した後、開弁状態
や閉弁状態を維持するに必要な励磁電流のことを保持電
流という。

【００１１】また、前記吸引電流を流すことにより弁が
少しでも開いた状態にある時を、弁が完全に開きまたは
閉じるまでの間の遷移期（以下単に「遷移期」）とい
い、前記保持電流を流すことにより弁が開状態または閉
状態にある時、すなわち完全に開弁または閉弁な状態に
ある時のことをこの明細書で開弁時または閉弁時という
ことにする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一方、内燃機関にあっ
ては、エンジン・オイルや機関燃料の酸化劣化等に起因
して生成される、いわゆるカーボン・ディポジットが機
関作動中にバルブ・シートに堆積してしまう場合があ
る。

【００１３】そして、前記電流制御回路によって励磁電
流の流量制御がなされると、閉弁時にアーマチャに作用
する電磁力は、インテーク・バルブやエキゾースト・バ
ルブの閉じ状態を維持する前記保持電流による必要最小
限の力である。よって、かかる状況下では、バルブ・シ
ートに堆積している前記カーボン・ディポジットを閉弁
時に押しつぶすには不十分な場合が考えられ、それ故、
カーボン・ディポジットがバルブ・シートから排除され
ず、よってバルブとバルブ・シートとのシール性を悪化
してガス漏れを起こす虞がある。

【００１４】そこで、前記公報では、閉弁時に前記保持
電流を所定期間だけ増大することで、カーボン・ディポ
ジットを押しつぶす技術を開示する。バルブとバルブ・
シートとの間のシール性を向上させることは、機関出力
の向上に直結する。したがって、これまでの技術よりも
さらに良好にカーボン・ディポジットを押しつぶす技術
の提供が望まれている。

【００１５】本発明は上記実状に鑑みてされたものであ
り、電磁駆動式動弁機構の作動制御により、バルブ・シ
ートに堆積するカーボン・ディポジットの除去能力をこ
れまでよりも向上させてバルブとバルブ・シートとの間
のシール性を高め、延いては機関出力の向上を期待でき
る電磁駆動式動弁機構を有する内燃機関を提供すること
を技術的課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわ
ち、本発明に係る電磁駆動式動弁機構を有する内燃機関
は、励磁電流を供給することで弁を閉じる電磁力および
開く電磁力を発生する電磁手段を備える電磁駆動式動弁
機構を有する内燃機関において、前記内燃機関が特定の
運転条件下にある場合であってかつ前記弁が開状態から
閉状態に遷移する遷移期に、前記弁を開弁側から閉弁側
に引き寄せるに必要な励磁電流の供給量を内燃機関が前
記特定の運転条件下にない場合に比して所定期間増大す
る励磁電流量増大手段を備えることを特徴とする。

【００１７】また、前記内燃機関が特定の運転条件下に
ある場合とは、前記弁とこの弁が着座する弁座との間の
シール性を阻害する物質が前記弁座に付着した場合であ
ってこの物質を前記弁座から排除する必要性が生じた場
合であることが好ましい。

【００１８】さらに、内燃機関が特定の運転条件下にあ
る場合は、機関回転数が所定値以上であることが好まし
い。ここで、内燃機関全体の制御を行うとともに電磁駆
動機構の作動制御を行うＥＣＵについて簡単に述べ、併
せて本発明の構成要素について説明する。

【００１９】ＥＣＵは、周知のごとくデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バスによって相互に接続され
た、中央処理制御装置ＣＰＵ，読み出し専用メモリＲＯ
Ｍ，ランダム・アクセス・メモリＲＡＭ，バックアップ
ＲＡＭ，入力インタフェース回路，出力インタフェース
回路等から構成される。

【００２０】入力インタフェース回路は、内燃機関や車
輌に取り付けられた各種センサと電気的に接続され、こ
れら各種センサの出力信号が入力インタフェース回路か
らＥＣＵ内に入るとこれらのパラメータは一時的にラン
ダム・アクセス・メモリＲＡＭに記憶される。

【００２１】そして、これらのパラメータに基づいてＣ
ＰＵが必要とする演算処理を行うが、この演算処理の実
行にあたり、ＣＰＵは双方向性バスを通じてランダム・
アクセス・メモリＲＡＭに記憶しておいた前記パラメー
タを必要に応じて呼び出す。

【００２２】前記出力インタフェース回路は、電磁駆動
弁の電磁駆動機構と電気的に接続されている。そして前
記各種センサの出力信号に基づいて行ったＣＰＵの演算
結果に基づいて電磁駆動機構を作動し、その結果、弁の
開閉制御を行う。

【００２３】「付勢手段」としてはスプリングを挙げら
れる。「弁とこの弁が着座する弁座との間のシール性を
阻害する物質」としては、エンジン・オイルや機関燃料
の酸化劣化等に起因して気筒内に生じるいわゆるカーボ
ン・ディポジットを挙げられる。

【００２４】「この物質を前記弁座から排除する必要性
が生じた場合」について説明すると、前記物質がカーボ
ン・ディポジットの場合で述べれば、カーボン・ディポ
ジットは機関運転がなされることにより徐々に弁座に堆
積するものであり、その堆積量が微量な場合は、閉弁時
の弁と弁座との間のシール性に悪影響を与えることはな
いので、カーボン・ディポジットの排除は、閉弁ごとに
必ず行う必要はない。むしろ、省エネ化促進の観点で考
えれば、堆積によりカーボン・ディポジットがある程度
成長し、このまま放置しておくと前記シール性に悪影響
を与えることになると推定される状況になった場合での
みカーボン・ディポジットの排除を行うことが適切であ
る。よって、この場合を「弁座から（物質を）排除する
必要性が生じた場合」ということにする。なお、「弁と
この弁が着座する弁座との間のシール性を阻害する物
質」は主としてカーボン・ディポジットのことであるの
で、以降特に断らない限り、当該物質のことをカーボン
・ディポジットということにする。

【００２５】カーボン・ディポジットは、これが特定条
件を満たした場合に堆積し易いという特性がある。よっ
て、当該特定条件を満たす機関運転が内燃機関の作動中
に何回行われたかを検知することで、カーボン・ディポ
ジットの堆積状態を推定できる。

【００２６】例えば次のような推定手段が考えられる。
カーボン・ディポジットは、排気ガス温度が１６０℃位
の低温時で機関運転されている場合が一番堆積し易い。
よって、そのような温度の排気ガスを排出する機関運転
がどれだけなされたかを検知する。

【００２７】具体的には、縦軸に負荷量をとり横軸に回
転数をとってなる負荷量−回転数マップを使い、このマ
ップ内に前記堆積し易い温度が実現される領域を予め実
験や演算によって定めておく。そして、この領域に入る
機関運転がこれまでにどれだけなされたかその時間を積
算する。そしてこの積算値をある所定値と比較し、その
値以上になった場合には、カーボン・ディポジットを排
除すべき状態に内燃機関が現在あると定める。このよう
にすれば、カーボン・ディポジットを排除すべき時期の
予測ができる。よって、前記負荷量−回転数マップのこ
とをディポジット堆積状態予測マップという。また、前
記比較の対象となる所定値は、積算値が当該所定値以上
になるとカーボン・ディポジットの堆積量が弁と弁座と
の間のシール性を阻害するほどに堆積したこと、または
前記シール性を阻害するほどにカーボン・ディポジット
がやがて堆積し得る状況下に現在内燃機関があることを
予測する数値といえる。

【００２８】前記ディポジット堆積状態予測マップは前
記ＲＯＭに記憶しておく。そして、必要に応じてＣＰＵ
が呼び出す。「励磁電流量増大手段」は、内燃機関の制
御実行用の各種ルーチンを実現するために前記ＲＯＭに
記憶されている各種アプリケーション・プログラムのう
ちの一つである。また、励磁電流量増大手段に係るプロ
グラムを記憶するＲＯＭの属性はＥＣＵにあるので、Ｅ
ＣＵを励磁電流量増大手段ということにする。

【００２９】本発明電磁駆動式動弁機構を有する内燃機
関では、励磁電流量増大手段が、内燃機関が特定の運転
条件下にある場合であってかつ前記弁が開状態から閉状
態に遷移する遷移期に、前記弁を前記開弁用電磁石の側
から前記閉弁用電磁石の側に引き寄せるに必要な励磁電
流の供給量を内燃機関が前記特定の運転条件下にない場
合に比して所定期間増大するようになっているので、電
磁駆動式動弁機構の弁の運動エネルギはその所定期間増
大する。

【００３０】運動エネルギは周知のごとく物体が運動す
ることによってその物体が有するエネルギをいい、その
大きさは運動している物体が静止するまでにする仕事量
で測る。物体の質量をｍとし速度をｖとするとその運動
エネルギは、（１／２）ｍｖ ²に等しくなる。運動して
いる物体が何かに衝突すると、その物体自身は速度を失
うとともに、衝突した相手や物体自身を壊したり動かし
たりする。

【００３１】これを本発明の場合に換言すれば、物体は
弁（正確には弁およびこの弁に連動して動く部材）であ
り、衝突する相手は弁座に堆積しているカーボン・ディ
ポジットである。

【００３２】そして、前記ディポジット堆積状態予測マ
ップからカーボン・ディポジットが堆積し易い温度が実
現される領域での内燃機関の運転がこれまでにどれだけ
なされたかの積算時間が前記のごとくある所定値以上に
なった場合において、その時に弁座に堆積しているカー
ボン・ディポジットを弁との衝突によって排除できるに
足る運動エネルギに達し得る速度ｖを実験や演算によっ
て予め定めておく。

【００３３】そして、この速度ｖになるように前記励磁
電流の供給量を増大する。速度ｖが励磁電流の供給量に
応じて高まり、前記弁との衝突によってカーボン・ディ
ポジットを排除できるほどの速度になるとそれに応じて
運動エネルギも高まってカーボン・ディポジットをつぶ
す破壊力に至るので、カーボン・ディポジットを弁座か
ら排除できる。

【００３４】ただし、カーボン・ディポジットをつぶす
破壊力が高まり過ぎたり、本来堆積して然るべきはずの
カーボン・ディポジットが何らかの原因によって堆積し
ていなかった場合に速度ｖが増大したままであると、弁
がカーボン・ディポジットのない弁座と直接衝突してし
まうことになり、その場合には弁や弁座が壊れることに
もなりかねない。このため、そのようなことがないよう
に速度ｖを落とし、代わりに衝突する回数を複数に分け
ることで、カーボン・ディポジットを除去することが望
ましい。

【００３５】また、カーボン・ディポジットを衝突によ
って破壊する速度ｖは、弁がカーボン・ディポジットが
堆積している弁座にぶつかったまさにその時の弁の速度
をいい、これを着座速度と定義する。この着座速度如何
によって弁が有する運動エネルギが変化するのはこれま
での説明で明らかである。

【００３６】このように考えることにより、励磁電流の
供給量を増大するための前記「所定期間」は、例えば次
のようにいうことができる。すなわち当該所定期間は、
カーボン・ディポジットを弁座から排除するに充分な期
間であるが、この期間とは、カーボン・ディポジットと
弁とを衝突させることでカーボン・ディポジットを弁座
から排除するに充分な、弁と弁座に堆積したカーボン・
ディポジットとの衝突回数が、終了するまでの期間とい
うことができる。

【００３７】以上述べたことから明らかなように、本発
明電磁駆動式動弁機構を有する内燃機関では、弁をカー
ボン・ディポジットに衝突させることによりその時に弁
が有する運動エネルギを利用してカーボン・ディポジッ
トを破壊するので、弁座に堆積したカーボン・ディポジ
ットを効率的に排除できる。

【００３８】また、弁座にカーボン・ディポジットが堆
積しているからといって、その堆積量が少ない場合でも
カーボン・ディポジットを弁座から排除するのではな
く、前記のごとくカーボン・ディポジットを弁座から排
除する必要性が生じた場合にのみ弁をカーボン・ディポ
ジットに衝突させるように機能するので、弁を作動させ
るに必要な励磁電流も少なくでき、よって省エネ性にも
優れている。

【００３９】さらに、内燃機関の回転数が高い時や加速
要求のあった時等の場合は、燃焼音，吸気音，排気音等
の騒音を生じる。よって、これらの騒音発生時にカーボ
ン・ディポジットに弁が衝突するようにすれば、この時
に発生する衝突音は前記騒音によってかき消されてしま
う。よってカーボン・ディポジットを押しつぶすにあた
り発生する音は全く気にならなくなる。

【００４０】したがって、機関運転の積算時間に係る所
定値とは別の所定値である、機関回転数に係る前記「所
定値」は、弁座に堆積しているカーボン・ディポジット
に弁が衝突する音が発生したとしても、この時の発生音
をかき消すことが可能なほどの燃焼音，吸気音，排気音
等の騒音を生ずるほどの高回転領域での機関回転数をい
うものとする。ただし、いわゆるスピードメータに示さ
れているレッドゾーン領域での回転数は考慮の対象とは
せず、通常の運転状態での高回転域、例えばほぼ４００
０回転を対象とする。レッドゾーン領域での回転数にま
で高回転にして車輌走行することは現実性がないからで
ある。

【００４１】さらに、カーボン・ディポジットが堆積し
ている弁座に弁が衝突する音が発生しても、この時に生
ずる音をかき消すことが可能なほどの燃焼音，吸気音，
排気音等の騒音を生ずる場合は、機関回転数が上昇時で
ある場合やアクセルを踏み込んでいる時も該当する。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電磁駆動式動
弁機構を有する内燃機関の具体的な実施態様について図
面に基づいて説明する。

【００４３】図１は、本発明に係る電磁駆動式動弁機構
を有する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示
す内燃機関１は、複数（この実施の形態では４つ）の第
１の気筒２１−１，第２の気筒２１−２，第３の気筒２
１−３，第４の気筒２１−４を備えるとともに、これら
各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁であるインジ
ェクタ３２を具備し、さらには点火順序が１−３−４−
２の気筒順に行われる直列４気筒４サイクルのガソリン
・エンジンである。また、図面では気筒は第１の気筒２
１−１のみ示すが、図１の手前側から向こう側にかけて
第１の気筒２１−１，第２の気筒２１−２，第３の気筒
２１−３および第４の気筒２１−４が配置されている。

【００４４】前記内燃機関１は、４本の気筒２１−１，
２１−２，２１−３，２１−４（これらの気筒を総称し
て単に符号２１を用いて呼称する場合がある。）および
機関冷却水通路であるウォータ・ジャケット２を有する
シリンダ・ブロック１ｂと、このシリンダ・ブロック１
ｂの上部に固定されたシリンダ・ヘッド１ａと、シリン
ダ・ブロック１ｂの下部に固定されたオイルパン１ｃと
を備えている。なお、図示は省略するがシリンダ・ブロ
ック１ｂには、潤滑油の通路も設けられている。

【００４５】シリンダ・ブロック１ｂには、機関出力軸
であるクランク・シャフト２３が回転自在に支持され、
このクランク・シャフト２３は、各気筒２１内に摺動自
在に装填されたピストン２２にコンロッド３を介して連
結してある。

【００４６】前記ピストン２２の上方には、ピストン２
２が上死点にある時に、気筒２１の上部と、ピストン・
ヘッド２２ａに設けた凹部２２ｂと、ピストン・ヘッド
２２ａとによって燃焼室が形成される（図面では、上死
点前にピストン２２がある状態であるので、未だ燃焼室
となっていない空間部を符号２４で示す。）。

【００４７】前記燃焼室において吸入空気と機関燃料と
が混合されてなる混合気の圧縮・点火が行われる。ま
た、シリンダ・ヘッド１ａには、燃焼室に臨むように点
火プラグ２５が取り付けられ、この点火プラグ２５に
は、該点火プラグ２５に駆動電流を印加するイグナイタ
２５ａを接続してある。

【００４８】シリンダ・ヘッド１ａには、２つの吸入空
気ポート２６，２６（図面では一つのみ示す。）の各開
口端と２つの排気ポート２７，２７（図面では一つのみ
示す。）の各開口端とが燃焼室に臨むように形成されて
いるとともに、インジェクタ３２を燃焼室に臨むように
取り付けてある。

【００４９】前記吸入空気ポート２６，２６の各開口端
は、シリンダ・ヘッド１ａに進退自在に支持された吸入
弁であるインテーク・バルブ２８，２８（図面では一つ
のみ示す）によって開閉される。

【００５０】また、前記排気ポート２７，２７の各開口
端は、シリンダ・ヘッド１ａに進退自在に支持された排
気弁であるエキゾースト・バルブ２９，２９（図面では
一つのみ示す）により開閉される。

【００５１】そして、これらのインテーク・バルブ２
８，２８およびエキゾースト・バルブ２９，２９は、電
磁力を利用して前記インテーク・バルブ２８，２８やエ
キゾースト・バルブ２９，２９を開閉駆動する次に述べ
る電磁駆動機構によって開閉される。

【００５２】インテーク・バルブ２８，２８を開閉する
電磁駆動機構を符号３０で示し以降、「吸入空気側電磁
駆動機構３０」と記す。また、エキゾースト・バルブ２
９，２９を開閉する電磁駆動機構を符号３１で示し、以
降、「排気側電磁駆動機構３１」と記す。

【００５３】これら吸入空気側電磁駆動機構３０および
排気側電磁駆動機構３１がそれぞれもたらす電磁力を利
用して、内燃機関１のインテーク・バルブ２８，２８や
エキゾースト・バルブ２９，２９を含みそれらを開閉駆
動する動弁機構を電磁駆動式動弁機構といい、吸入空気
側電磁駆動式動弁機構および排気側電磁駆動式動弁機構
をそれぞれ符号３０Ａおよび３１Ａで示す。これら吸入
空気側電磁駆動式動弁機構３０Ａおよび排気側電磁駆動
式動弁機構３１Ａは気筒ごとに取り付けてある。

【００５４】ここで、吸入空気側電磁駆動式動弁機構３
０Ａ（以下「吸入空気側電磁駆動弁３０Ａ」という。）
と排気側電磁駆動式動弁機構３１Ａ（以下「排気側電磁
駆動弁３１Ａ」という。）の具体的な構成について詳述
するが、両機構３０Ａ,３１Ａは構成が同じである。こ
のため、一方の吸入空気側電磁駆動弁３０Ａについて図
１および図２を参照して説明し、他方の排気側電磁駆動
動弁３１Ａについての説明は吸入空気側電磁駆動式動弁
機構３０Ａの構成を参照されたい。

【００５５】なお、吸入空気側電磁駆動弁３０Ａ中、イ
ンテーク・バルブ２８の構成部材には例えば２８ａ等、
符合２８にアルファベットを付すことにし、これにより
排気側電磁駆動弁３１Ａのエキゾースト・バルブ２９の
関連部材とは実質同じ部材でも用途先が異なるバルブ構
成部材であることを示す。

【００５６】図１および図２からわかるように、内燃機
関１のシリンダ・ヘッド１ａは、シリンダ・ブロック１
ｂの上面に直接固定されるロア・ヘッド１０と、このロ
ア・ヘッド１０の上部に設けたアッパ・ヘッド１１とを
備える。

【００５７】ロア・ヘッド１０には、各気筒２１に対応
した吸入空気ポート２６，２６が形成され、各吸入空気
ポート２６の燃焼室側の開口端には、インテーク・バル
ブ２８のバルブ・ヘッド２８ａが着座する弁座としての
バルブ・シート１２を設けてある。そして機関作動中、
このバルブ・シート１２にエンジン・オイルや機関燃料
の酸化劣化等に起因して生成されるいわゆるカーボン・
ディポジットが堆積してしまう。

【００５８】カーボン・ディポジットは内燃機関が運転
されることにより徐々にバルブ・シート１２やその近傍
に付着して徐々に堆積して行くものであり、その堆積量
が微量である場合は、バルブとバルブ・シートとの間の
シール性に悪影響を与えることはない。しかし堆積量が
ある程度増大すると、カーボン・ディポジットはインテ
ーク・バルブ２８やエキゾースト・バルブ２９とこれら
のバルブが着座するバルブ・シート１２との間のシール
性を阻害する物質となってしまう。

【００５９】省エネ化促進の観点から考慮すれば、堆積
によりカーボン・ディポジットがある程度成長し、この
まま放置しておくと前記シール性に悪影響を与えること
になると推定される状況になった場合でのみカーボン・
ディポジットの排除を行うことが適切である。よって、
この場合を「バルブ・シート１２からカーボン・ディポ
ジットを排除する必要性が生じた場合」ということにす
る。また、この「必要性が生じた場合」が現出するの
は、機関運転がなされている間ずっとというものではな
いので、当該必要性が生じた場合のことを「内燃機関が
特定の運転条件下にある場合」ということにする。

【００６０】そして、内燃機関１が特定の運転条件下に
ある場合は、機関回転数が所定値以上であることが好ま
しい。機関回転数の所定値については後述する。また、
バルブ・ヘッド２８ａのうちバルブ・シート１２と密着
する部分であるバルブ・フェースは符合２８ｅで示す。
カーボン・ディポジットの排除は、インテーク・バルブ
２８やエキゾースト・バルブ２９がその開状態から閉状
態に遷移する遷移期の終期にバルブ２８や２９を閉じ側
に引き寄せるに必要な励磁電流の供給量を、内燃機関１
が前記特定の運転条件下にない場合に比して所定期間増
大することで、バルブの一部であるバルブ・ヘッドが、
バルブ・シート１２に堆積したカーボン・ディポジット
に衝突した際に生ずる運動エネルギを利用してバルブ・
フェース側でカーボン・ディポジットを押しつぶすこと
でなす。

【００６１】ロア・ヘッド１０には、各吸入空気ポート
２６の内壁面からロア・ヘッド１０の上面にかけて断面
円形の貫通孔を形成してある。そして、この貫通孔に
は、インテーク・バルブ２８の弁軸２８ｂを進退自在に
案内する筒状のバルブ・ガイド１３を挿入してある。

【００６２】アッパ・ヘッド１１には、断面円形のコア
取付孔１４を形成してある。このコア取付孔１４は、前
記バルブ・ガイド１３とともに同一軸心線Ｐ上に位置す
る。またコア取付孔１４は、その上部に位置する径小部
１４ａと下部に位置する径大部１４ｂとからなる。

【００６３】前記径小部１４ａは、当該径小部１４ａの
両端開口にそれぞれ軟磁性体からなる環状のアッパ・コ
ア３０１およびロア・コア３０２を嵌挿してある。両コ
ア３０１，３０２は両者の間に所定の空間部３０３を空
けた状態で軸方向に直列配置してある。また、アッパ・
コア３０１の上端およびロア・コア３０２の下端には、
それぞれフランジ３０１ａおよびフランジ３０２ａを形
成してある。

【００６４】アッパ・コア３０１は、図２の上方から、
またロア・コア３０２は図２の下方からそれぞれコア取
付孔１４に嵌挿され、前記したフランジ３０１ａとフラ
ンジ３０２ａをコア取付孔１４の周縁部に当接させるこ
とでアッパ・コア３０１とロア・コア３０２の径小部１
４ａへのそれ以上のはめ込みを阻止する。また、このは
め込みにより前記空間部３０３が形成される。空間部３
０３の軸方向における寸法は、主としてバルブ・ヘッド
２８ａのバルブ・リフト量によって定まる。

【００６５】さらにアッパ・コア３０１の上方には筒状
のアッパ・キャップ３０５を取り付けてある。このアッ
パ・キャップ３０５はその下端にフランジ部３０５ａが
形成され、このフランジ部３０５ａをボルト３０４によ
ってアッパ・ヘッド１１の上面で螺着することで、アッ
パ・キャップ３０５をアッパ・ヘッド１１に固定する。
このときフランジ部３０５ａを含むアッパ・キャップ３
０５の下端が前記フランジ３０１ａの上面周縁部に当接
し、この状態を保持することでアッパ・コア３０１がア
ッパ・ヘッド１１に固定される。

【００６６】一方、ロア・コア３０２は、そのフランジ
部３０２ａを環状のロア・キャップ３０７を介してボル
ト３０６で螺着することでアッパ・ヘッド１１に固定す
る。アッパ・コア３０１のうち前記空間部３０３側に位
置する面には円形の溝部を形成してあり、その中にアッ
パ・コイル３０８を装着してある。

【００６７】他方、前記ロア・コア３０２のうち前記空
間部３０３側に位置する面にもアッパ・コア３０２と同
様に円形溝部を形成してあり、その中にロア・コイル３
０９を装着してある。これらアッパ・コイル３０８とロ
ア・コイル３０９とは同一の軸線Ｐ上で対向する。そし
て、これらのコイル３０８，３０９に励磁電流を供給す
ることで電磁力を得る。よって、当該電流を励磁電流と
いう。また、励磁電流をコイル３０８や３０９に流すこ
とを励磁電流を電磁コイルに印加するという。

【００６８】加えて、アッパ・コア３０１およびロア・
コア３０２の中心には、それぞれ貫通穴３０１ｂおよび
３０２ｂを形成してある。そして、前記空間部３０３の
中間には、軟磁性体からなる円盤状のアーマチャ３１１
を配置してある。

【００６９】アーマチャ３１１はその中心から上下方向
に延びる円柱状のアーマチャ・シャフト３１０を有す
る。アーマチャ・シャフト３１０は、その上半分が前記
アッパ・コア３０１の貫通穴３０１ｂを通って前記アッ
パ・キャップ３０５内まで至る。

【００７０】また、アーマチャ・シャフト３１０の下半
分はロア・コア３０２の貫通穴３０２ｂを通って前記径
大部１４ｂ内に至る。そして、アーマチャ・シャフト３
１０を有するアーマチャ３１１がアッパ・コア３０１と
ロア・コア３０２とに対して摺動自在になるように、す
なわち図２の上下方向にアーマチャ３１１が自在に往復
運動できるように、前記各コア３０１および３０２の各
貫通穴３０１ｂ，３０２ｂよりもアーマチャ・シャフト
３１０の径は幾分細い。

【００７１】アッパ・キャップ３０５内に延出したアー
マチャ・シャフト３１０の先端部には円板状のアッパ・
リテーナ３１２を接合してある。またアッパ・キャップ
３０５の上部は開口部とされ、この開口部にはアジャス
ト・ボルト３１３を螺着してある。これらアッパ・リテ
ーナ３１２とアジャスト・ボルト３１３との間には、付
勢手段としてのアッパ・スプリング３１４を介在してあ
る。

【００７２】なお、アジャスト・ボルト３１３とアッパ
・スプリング３１４との当接面には、前記アッパ・キャ
ップ３０５の内径と略同径の外径を有するスプリング・
シート３１５を介装してある。

【００７３】一方、前記径大部１４ｂ内に延出したアー
マチャ・シャフト３１０の先端部は、インテーク・バル
ブ２８のうちバルブ・ヘッド２８ａのある側と反対側に
位置する端部２８ｄと当接し、これによりアーマチャ・
シャフト３１０とバルブ・ヘッド２８ａとが同一直線Ｐ
上に位置する。

【００７４】また、前記端部２８ｄの外周には、円盤状
のロア・リテーナ２８ｃを接合してあり、ロア・リテー
ナ２８ｃの下面とロア・ヘッド１０の上面との間には付
勢手段としてのロア・スプリング３１６を介在してあ
る。

【００７５】このように構成した吸気側電磁駆動機構３
０は、アッパ・コイル３０８およびロア・コイル３０９
に励磁電流を印加しないときは、アーマチャ・シャフト
３１０には、アッパ・スプリング３１４による付勢力
と、ロア・スプリング３１６による付勢力とが作用す
る。詳しくは、アーマチャ・シャフト３１０には、これ
をアッパ・スプリング３１４によって図２の下方側（す
なわち、インテーク・バルブ２８を開く方向）に付勢す
る力と、ロア・スプリング３１６によって図２の上方側
（すなわち、インテーク・バルブ２８を閉じる方向）に
付勢する力とが作用する。その結果、アーマチャ・シャ
フト３１０およびインテーク・バルブ２８が互いに当接
した状態でかつ前記空間部の中間で弾性支持された状
態、いわゆる中立状態で保持されるようになる。

【００７６】なお、構成部品の初期公差や経年変化等に
よってアーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置
からずれた場合は、アジャスト・ボルト３１３を調整し
てアーマチャ３１１が前記中間位置にくるようにする。

【００７７】さらに前記アーマチャ・シャフト３１０お
よび前記弁軸２８ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ
３１１が前記空間部３０３の中間位置にあるときに、前
記バルブ・ヘッド２８ａが全開位置と全閉位置との中間
位置（図２におけるバルブ・ヘッド２８ａが位置する箇
所）となるように設定してある。

【００７８】一方、アッパ・コイル３０８に励磁電流を
印加したときは、アッパ・スプリング３１４の付勢力に
うち勝ってバルブ２８を閉じる電磁力がアッパ・コア３
０１で発生し、ロア・コイル３０９に励磁電流を印加し
たときは、ロア・スプリング３１６の付勢力にうち勝っ
てバルブ２８を開く電磁力がロア・コア３０２で発生す
る。

【００７９】前記した吸気側電磁駆動機構３０では、ア
ッパ・コイル３０８に励磁電流を印加すると、アッパ・
コア３０１のアッパ・コイル３０８とアーマチャ３１１
との間には、アッパ・コア３０１側に向けてアーマチャ
３１１を変位させる電磁力が発生する。

【００８０】また、ロア・コイル３０９に励磁電流を印
加すると、ロア・コア３０２のロア・コイル３０９とア
ーマチャ３１１との間には、ロア・コア３０２側に向け
てアーマチャ３１１を変位させる電磁力が発生する。

【００８１】アッパ・コイル３０８とロア・コイル３０
９とに交互に励磁電流を印加すると、印加された電磁コ
イルの側にアーマチャ３１１が移動し、以てインテーク
・バルブ２８が開閉する。よって、アッパ・コア３０１
は閉弁用電磁石といえ、ロア・コア３０２は開弁用電磁
石といえる。

【００８２】その際、アッパ・コイル３０８およびロア
・コイル３０９に対する励磁電流の印加タイミングと励
磁電流の大きさを変更することにより、インテーク・バ
ルブ２８，２８の開閉タイミングを制御することが可能
となる。

【００８３】また、図示しない駆動回路による開閉制御
によって気筒ごとに２個ずつ設けたインテーク・バルブ
２８，２８が独立して開閉される。そして吸入空気側電
磁駆動弁３０Ａおよび排気側電磁駆動弁３１Ａは、気筒
中心線Ｌに対してわずかに傾斜した状態でシリンダ・ヘ
ッド１ａに取り付けられ、両電磁駆動弁３０Ａおよび３
１Ａが成すはさみ角φ（図１参照）が、換言すれば吸入
空気側電磁駆動弁３０Ａおよび排気側電磁駆動動弁３１
Ａの各軸心線Ｐが気筒中心線Ｌに対してなす傾斜角が、
吸・排気性能の要求を満足する角度となるように取り付
けてある。

【００８４】次に図１の他の構成を説明する。内燃機関
１の各吸入空気ポート２６は、シリンダ・ヘッド１ａに
取り付けた吸入分岐管であるインテーク・マニホールド
（以下「イン・マニ」という。）３３の各枝管と連通し
ている。また、イン・マニ３３は、吸入空気の脈動を平
滑化するためのサージ・タンク３４に接続してある。サ
ージ・タンク３４には、吸入空気管３５が接続してあ
る。吸入空気管３５は、吸入空気中の塵や埃等を取り除
くためのエア・クリーナ・ボックス３６と接続してあ
る。

【００８５】また、吸入空気管３５には、その中を流れ
る吸入空気量を電圧値として検出し、この電圧値に対応
した電気信号を出力するエア・フロー・メータ４４を取
り付けてある。吸入空気管３５のうちエア・フロー・メ
ータ４４よりも下流の部位には、吸入空気管３５を流れ
る吸入空気の量を制御するスロットル・バルブ３９を設
けてある。

【００８６】スロットル・バルブ３９は、ステッパ・モ
ータ等からなり印加電流の大きさに応じてスロットル・
バルブ３９を絞りスロットル・バルブ３９の開度に応じ
て吸入空気管３５の開口面積を増減調整するスロットル
用アクチュエータ４０と、スロットル・バルブ３９の開
度を電圧値として検出し、この電圧値に対応した電気信
号を出力するスロットル・ポジション・センサ４１と、
アクセル・ペダル４２の踏み込み量に対応した電気信号
を出力するアクセル・ポジション・センサ４３と機械的
または電気的に組み合わせてある。

【００８７】また、サージ・タンク３４は、その内部圧
力に対応した電気信号を出力するバキューム・センサ５
０を有する。一方、前記各排気ポート２７は、シリンダ
・ヘッド１ａに取り付けた排気集合管であるエキゾース
ト・マニホールド（以下「エキ・マニ」という。）４５
の各枝管と連通し、エキ・マニ４５は排気管４７とも連
通している。また、排気管４７は、排気浄化用触媒を内
部に充填した触媒コンバータ４６が途中に取付けられ、
触媒コンバータ４６よりも下流には図示しないマフラー
を有する。

【００８８】エキ・マニ４５は、触媒コンバータ４６の
排気浄化用触媒に流入する排気の空燃比（以下「排気空
燃比」という。）に対応した電気信号を出力する空燃比
センサ４８を有する。

【００８９】触媒コンバータ４６の排気浄化用触媒は、
排気空燃比が例えば理論空燃比に近い所定の空燃比のと
きに排気中の炭化水素（以下「ＨＣ」という。）と一酸
化炭素（以下「ＣＯ」という。）と窒素酸化物（以下
「ＮＯｘ」という。）とを浄化する三元触媒や、排気空
燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれるＮＯ
xを吸蔵し排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比
のときにそれまで吸蔵していたＮＯｘを放出しこの放出
されたＮＯｘを還元して排気を浄化する吸蔵還元型ＮＯ
x触媒や、排気空燃比がリーン空燃比でありかつ所定の
還元剤が存在するときに排気中のＮＯｘを還元して排気
を浄化する選択還元型ＮＯx触媒から形成するが、上記
各種触媒を適宜組み合わせて形成してもよい。

【００９０】このような排気浄化用触媒を包蔵する触媒
コンバータ４６には、該排気浄化用触媒の床温に対応し
た電気信号を出力する触媒温度センサ４９を取り付けて
ある。

【００９１】また、内燃機関１は、クランク・シャフト
２３の端部に取り付けたタイミング・ロータ５１ａとそ
の近傍に設けた電磁ピック・アップ５１ｂとからなるク
ランク・ポジション・センサ５１を有する。

【００９２】さらに、内燃機関１は、ウォータ・ジャケ
ット２を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ５２
をシリンダ・ブロック１ｂに取り付けてある。このよう
な構成の内燃機関１は、ＥＣＵ２０によってその運転状
態を制御する。

【００９３】ＥＣＵ２０は、スロットル・ポジション・
センサ４１，アクセル・ポジション・センサ４３，エア
・フロー・メータ４４，空燃比センサ４８，触媒温度セ
ンサ４９，バキューム・センサ５０，クランク・ポジシ
ョン・センサ５１，水温センサ５２等の各種センサと電
気的に接続してあり、各センサの出力信号がＥＣＵ２０
に入力される。

【００９４】また、ＥＣＵ２０は、イグナイタ２５ａ，
吸入空気側電磁駆動機構３０，排気側電磁駆動機構３
１，インジェクタ３２などとも電気的に接続され、前記
各種センサからの出力信号に基づいてイグナイタ２５
ａ，吸入空気側電磁駆動機構３０，排気側電磁駆動機構
３１，インジェクタ３２を制御する。

【００９５】加えて、ＥＣＵ２０は、図３に示すよう
に、双方向性バス４００を介して相互に接続された、Ｃ
ＰＵ４０１と、ＲＯＭ４０２と、ＲＡＭ４０３と、バッ
クアップＲＡＭ４０４と、入力ポート４０５と、出力ポ
ート４０６と、入力ポート４０５に接続してあるＡ／Ｄ
・コンバータ（以下「Ａ／Ｄ」という。）４０７とを有
する。

【００９６】スロットル・ポジション・センサ４１，ア
クセル・ポジション・センサ４３，エア・フロー・メー
タ４４，空燃比センサ４８，触媒温度センサ４９，バキ
ューム・センサ５０，水温センサ５２のようにアナログ
信号を出すセンサが出力する信号は、Ａ／Ｄ４０７を介
して入力ポート４０５に入力され、入力ポート４０５に
入力された信号は、ＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３に送信
される。

【００９７】また、入力ポート４０５には、例えばクラ
ンク・ポジション・センサ５１のようなデジタル信号形
式の信号を出力するセンサの出力信号がそのまま入力さ
れ、その場合、前記と同様に入力ポート４０５に入力さ
れた信号はＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３に送信される。

【００９８】出力ポート４０６は、ＣＰＵ４０１が出力
した制御信号をイグナイタ２５ａ，吸入空気側電磁駆動
機構３０，排気側電磁駆動機構３１，インジェクタ３
２，スロットル用アクチュエータ４０に送信する。

【００９９】ＲＯＭ４０２は、各種ルーチンを実現する
ためのアプリケーション・プログラムを記憶している。
前記ルーチンとしては、例えば、燃料噴射量（ＴＡＵ）
を決定するための燃料噴射量制御ルーチン，燃料噴射時
期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン，インテ
ーク・バルブ２８，２８の開閉弁時期を決定するための
インテーク・バルブ開閉時期制御ルーチン，エキゾース
ト・バルブ２９，２９の開閉弁時期を決定するためのエ
キゾースト・バルブ開閉弁時期制御ルーチン，各気筒２
１の点火プラグ２５の点火時期を決定するための点火時
期制御ルーチン，スロットル・バルブ３９の開度（Ｔ
Ａ）を決定するためのスロットル開度制御ルーチン，吸
入空気側電磁駆動機構３０および排気側電磁駆動機構３
１に励磁電流を印加するタイミングを変化させてトルク
制御を実行するためのトルク制御ルーチン，必要に応じ
てインテーク・バルブ２８やエキゾースト・バルブ２９
を開弁用電磁石のロア・コア３０２および閉弁用電磁石
のアッパ・コア３０１うち一方の電磁石から他方の電磁
石に引き寄せるに必要な励磁電流である吸引電流を増大
する吸引電流増大制御ルーチン等を挙げられる。

【０１００】また、ＲＯＭ４０２は、前記した各種ルー
チン実行用のアプリケーションプログラムに加え，各種
の制御マップを記憶する。例えば、機関運転状態と燃料
噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ，機関運転
状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マ
ップ，機関運転状態とインテーク・バルブ２８の開閉時
期との関係を示すインテーク・バルブ開閉時期制御マッ
プ，機関運転状態とエキゾースト・バルブ２９の開閉時
期との関係を示すエキゾースト・バルブ開閉時期制御マ
ップ，機関運転状態と各点火プラグ２５の点火時期との
関係を示す点火時期制御マップ，機関運転状態とスロッ
トル・バルブ３９の開度との関係を示すスロットル開度
制御マップ，カーボン・ディポジットの堆積状態を予測
する本発明に係るディポジット堆積状態予測マップ等で
ある。

【０１０１】ＲＡＭ４０３は、各種センサの出力信号や
ＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。ＲＡＭ４０３に
記憶された各種のデータは、クランク・ポジション・セ
ンサ５１が信号を出力するたびに最新のデータに書き換
えられる。

【０１０２】バックアップＲＡＭ４０５は、内燃機関１
の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであ
り、各種制御に係る学習値等を記憶する。ＣＰＵ４０１
は、ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーション・プロ
グラムに従って動作し、燃料噴射制御，インテーク・バ
ルブ開閉制御，エキゾースト・バルブ開閉制御，点火制
御，励磁電流量制御等を実行する。

【０１０３】次に、本実施形態の電磁駆動式動弁機構を
有する内燃機関の作用効果について述べる。従来技術の
項で述べた公報開示の技術は、閉弁時に前記保持電流を
所定期間だけ増大することで、カーボン・ディポジット
を押しつぶすというものであった。

【０１０４】これに対し、本実施形態の電磁駆動式動弁
機構を有する内燃機関は、バルブ・シート１２にカーボ
ン・ディポジットが堆積し、バルブ・シート１２からカ
ーボン・ディポジットを排除する必要性が生じた場合で
あってかつ前記インテーク・バルブ２８やエキゾースト
・バルブ２９が開状態から閉状態に遷移する遷移期の終
期に大きな励磁電流を流し、これによりバルブの運動エ
ネルギを高めてバルブ・シートに堆積したカーボン・デ
ィポジットにバルブを衝突させることで、バルブ・シー
ト１２に堆積したカーボン・ディポジットを除去すると
いうものである。

【０１０５】ここで、バルブ・シート１２からカーボン
・ディポジットを排除する必要性が生じた場合とは、堆
積によりカーボン・ディポジットがある程度成長し、こ
のまま放置しておくとバルブとバルブ・シートとの間の
前記シール性に悪影響を与えることになると推定される
状況になった場合である。

【０１０６】そしてそのような状況下においてバルブ２
８，２９が開状態から閉状態に遷移する遷移期の終期に
前記バルブ２８，２９を閉弁用電磁石であるアッパ・コ
ア３０１の側から開弁用電磁石であるロア・コア３０２
の側に引き寄せるに必要な励磁電流の供給量を所定期間
増大する。ここで、「バルブ２８，２９が開状態から閉
状態に遷移する遷移期の終期」とは、遷移期のうちバル
ブ２８，２９が完全に閉じる状態になる手前の期間であ
り、この期間をどれ位とするかは電磁駆動弁の種類や内
燃機関の種類によって異なる。

【０１０７】なお、カーボン・ディポジットの堆積量が
微量であり前記シール性に悪影響を与えることがない場
合は、省エネ化促進の観点から考慮して電力の無駄であ
るので前記遷移期の終期に励磁電流の供給量を増大する
ことはしない。

【０１０８】次に、前記終期にどの程度励磁電流を増大
するのかおよび励磁電流が増大される所定期間がどれだ
けかについて述べる。まず、どれだけ増大するかについ
てであるが、前記ディポジット堆積状態予測マップを示
す図４を参照して述べる。

【０１０９】カーボン・ディポジットは、排気ガス温度
が１６０℃位の低温時で機関運転されている場合が一番
堆積し易い。よって、そのような温度の排気ガスを排出
する機関運転がどれだけなされたかを検知するためのマ
ップが、このディポジット堆積状態予測マップである。

【０１１０】ディポジット堆積状態予測マップは、縦軸
に負荷量をとり横軸に回転数をとってなる負荷量−回転
数グラフであり、このマップ内に前記堆積し易い温度が
実現される領域Ａを予め実験や演算によって定めてお
く。そして、この領域Ａに入る機関運転がこれまでにど
れだけなされたかその時間をＣＰＵが積算する。そして
この積算値をある特定の所定値と比較し、その値以上に
なった場合には、カーボン・ディポジットを排除すべき
状態に、現在、内燃機関があるとする。よって前記所定
値は、カーボン・ディポジットを排除するか否かを定め
る限界値のことであって、内燃機関の種類や車種によっ
て異なり、予め実験等によって求めらた値とする。換言
すれば、前記所定値は、積算値が当該所定値以上になる
とカーボン・ディポジットの堆積量がバルブ２８，２９
とバルブ・シート１２との間のシール性を阻害するほど
に堆積したこと、または前記シール性をやがて阻害する
ほどにカーボン・ディポジットが堆積し得る状況下に現
在内燃機関１があることを予測する数値といえる。

【０１１１】このディポジット堆積状態予測マップは前
記ＲＯＭに記憶してあり、必要に応じてＣＰＵが呼び出
す。そして、積算時間が前記所定値以上になった場合に
おいて、その時にバルブ・シート１２に堆積しているカ
ーボン・ディポジットをバルブ２８，２９との衝突によ
って排除できるに足るバルブ２８，２９の速度ｖ（以下
「バルブ速度ｖ」という。）を実験や演算によって予め
定めておき、このバルブ速度ｖになるように前記励磁電
流の供給量を増大する。前記バルブ速度ｖが高いほどバ
ルブ２８，２９の運動エネルギは高まり、バルブ２８，
２９がバルブ・シート１２に堆積しているカーボン・デ
ィポジットに衝突した時にカーボン・ディポジットをつ
ぶす破壊力も高まるので、カーボン・ディポジットをバ
ルブ・シート１２から排除できる。

【０１１２】ただし、カーボン・ディポジットをつぶす
破壊力が高まり過ぎたり、本来堆積して然るべきはずの
カーボン・ディポジットが何らかの原因によって堆積し
ていなかった場合にバルブ速度ｖが増大したままである
と、バルブ２８，２９がカーボン・ディポジットのない
バルブ・シート１２と直接衝突してしまうことになり、
その場合にはバルブ２８，２９やバルブ・シート１２が
壊れることにもなりかねない。このため、そのようなこ
とがないようにバルブ速度ｖを落とし、代わりに衝突回
数を複数に分けることで、カーボン・ディポジットを除
去することが望ましい。この衝突回数をどれだけかにす
るかは、カーボン・ディポジットの堆積量によって異な
り、実験または演算によって予め決めておくが５，６回
程度の衝突によってカーボン・ディポジットを押しつぶ
す場合が好適であることが本発明者の実験によってわか
っている。

【０１１３】また、当該バルブ速度ｖは、バルブ２８，
２９がカーボン・ディポジットが堆積しているバルブ・
シート１２にぶつかったまさにその時の弁の速度をい
い、この時のバルブ速度ｖを着座速度と定義する。この
着座速度の設定如何によってバルブ２８，２９が有する
運動エネルギが変化する。

【０１１４】なお、運動エネルギは周知のごとく物体が
運動することによってその物体が有するエネルギをい
い、その大きさは運動している物体が静止するまでにす
る仕事量で測る。物体の質量をｍとし速度をｖとすると
その運動エネルギは、（１／２）ｍｖ²に等しくなる。

【０１１５】運動している物体が何かに衝突すると、そ
の物体自身は速度を失うとともに、衝突した相手や物体
自身を壊したり動かしたりする。これを本実施形態の場
合で述べれば、物体はバルブ２８，２９（正確にはバル
ブ２８，２９およびバルブ２８，２９に連動して動く他
の構成部材）であり、衝突する相手はバルブ・シート１
２に堆積しているカーボン・ディポジットである。

【０１１６】このように考えることで、前記「所定期
間」を例えば次のようにいうことができる。すなわち所
定期間は、カーボン・ディポジットをバルブ・シート１
２から排除するに充分な期間であるが、この期間とは、
カーボン・ディポジットとバルブとを衝突させることで
カーボン・ディポジットをバルブ・シート１２から排除
するに充分な、バルブとバルブ・シート１２に堆積した
カーボン・ディポジットとの衝突回数が終了するまでの
期間ということができる。

【０１１７】本実施形態に係る電磁駆動式動弁機構を有
する内燃機関１では、バルブ２８，２９をカーボン・デ
ィポジットに衝突させることによりその時にバルブ２
８，２９が有する運動エネルギを利用してカーボン・デ
ィポジットを破壊するので、バルブ・シート１２に堆積
したカーボン・ディポジットを効率的に排除できる。

【０１１８】また、バルブ・シート１２にカーボン・デ
ィポジットが堆積しているからといって、その堆積量が
少ない場合でもカーボン・ディポジットをバルブ・シー
ト１２から排除するのではなく、カーボン・ディポジッ
トをバルブ・シート１２から排除する前記必要性が生じ
た場合でのみバルブ２８，２９がカーボン・ディポジッ
トに衝突させるので、バルブ２８，２９を作動させるに
必要な励磁電流も少なくでき、よって省エネ性にも優れ
ているといえる。

【０１１９】さらに、内燃機関１の回転数が高い時や加
速要求のあった時等の場合は、燃焼音，吸気音，排気音
等の騒音が生じたり、ドライバが内燃機関の作動変化を
予想したりできる状態である。よって、これらの騒音発
生時にカーボン・ディポジットにバルブ２８，２９が衝
突するようにすれば、この時に発生する衝突音は前記騒
音によってかき消される。また当該運転状態でこのよう
な衝突音が発生してもドライバにとって違和感なく受け
入れられる発生音となる。よってバルブ２８，２９との
衝突によってカーボン・ディポジットを押しつぶす際に
発生する音は全く気にならない。

【０１２０】したがって、機関回転数に係る前記「所定
値」は、バルブ・シート１２に堆積しているカーボン・
ディポジットにバルブ２８，２９が衝突する音が発生し
たとしても、この時の発生音をかき消すことが可能なほ
どの燃焼音，吸気音，排気音等の騒音を生ずるほどの機
関回転数のことをいうものとする。ただし、通常運転で
は入り得ない、いわゆるスピードメータに示されている
レッドゾーン領域での回転数は現実性に欠けるので考慮
の対象とはしない。よって、当該機関回転数は例えば４
０００回転くらいを対象とする。

【０１２１】さらに、カーボン・ディポジットが堆積し
ているバルブ・シート１２にバルブ２８，２９が衝突す
る音が発生したとしてもこの時に発生する音をかき消す
ことが可能なほどの燃焼音，吸気音，排気音等の騒音を
生ぜしめる場合とは、機関回転数が上昇時にある場合や
アクセルを踏み込んでいる場合も該当する。

【０１２２】次に前記した吸引電流増大制御ルーチンを
実現するためのプログラムについて図５のフローチャー
トを用いて説明する。このプログラムは、以下に述べる
ステップ１０１〜ステップ１０３からなる。また、この
プログラムは、ＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶してあり必要
に応じてＣＰＵが呼び出す。前記各ステップにおける処
理は、すべてＥＣＵ１１のＣＰＵによる。なお、記号Ｓ
を用い、例えばステップ１０１であればＳ１０１と省略
して示す。

【０１２３】Ｓ１０１では、エンジン回転数が前記所定
値以上あるかどうかを判定し、肯定判定すればＳ１０２
に進み、否定判定した場合は、Ｓ１０３に進む。Ｓ１０
２では、アッパー・コイルに流す励磁電流のうち吸引電
流を遷移期の終期に前記所定期間増大する。よってＳ１
０２のことを励磁電流量増大手段または吸引電流増大手
段という。

【０１２４】なお、このＳ１０２を含むプログラムはＥ
ＣＵ２０のＲＯＭに記憶され、ＲＯＭの属性はＥＣＵ２
０にあるので、吸引電流増大制御を行うこのプログラム
の属するＥＣＵ２０のことを励磁電流量増大手段という
ことにする。

【０１２５】Ｓ１０３では、アクセルの踏み込み量が所
定値以上かどうかを判定し、肯定判定すればＳ１０３に
進み否定判定すればこのルーチンを終了する。ここで、
エンジン回転数に係る所定値およびアクセルの踏み込み
量に係る所定値とは、前記のごとく、バルブ・シート１
２に堆積しているカーボン・ディポジットにインテーク
・バルブ２８やエキゾースト・バルブ２９が衝突する音
が発生したとしても、この時の発生音をかき消すことが
可能なほどの燃焼音，吸気音，排気音等の騒音を生ずる
ほどの機関回転数やアクセルの踏み込み量のことであ
る。

【０１２６】次にアッパ・コイル３０８に励磁電流を流
した場合の運動エネルギについて図６を参照して説明す
る。図６は、上から順に、縦軸に、バルブ速度の変化，
バルブ・リフト量の変化，アッパ・コイル３０８に流れ
る励磁電流の変化およびロア・コイル３０９に流れる励
磁電流の変化をとり、それぞれ横軸に時間をとってなる
グラフである。

【０１２７】よって、バルブ速度ｖの変化を示すグラフ
をバルブ速度グラフといい，バルブ・リフト量の変化を
示すグラフをリフト量変化グラフといい，アッパ・コイ
ル３０８に流れる励磁電流の変化を示すグラフをアッパ
・コイル励磁電流変化グラフといい、ロア・コア３０２
に流れる励磁電流の変化を示すグラフをロア・コイル励
磁電流変化グラフということにする。

【０１２８】最初にリフト量変化グラフについて説明す
る。このグラフのうちＡ〜Ｅで示す領域は、それぞれバ
ルブの開閉状態を示しており、それぞれ次の状態にバル
ブ２８，２９があることを示す。

【０１２９】Ａ領域：バルブ２８，２９が完全に閉じた
状態を示す領域Ｂ領域：バルブ２８，２９が完全に閉じた状態から完全
に開くまでの遷移期を示す領域Ｃ領域：バルブ２８，２９が完全に開いた状態を示す領
域Ｄ領域：バルブ２８，２９が完全に開いた状態から完全
に閉じるまでの遷移期を示す領域Ｅ領域：バルブ２８，２９が完全に閉じた状態を示す領
域そしてこれらの領域によって、励磁電流の供給量（励磁
電流の種類）やバルブ速度ｖが異なる。なお、Ａ領域と
Ｅ領域とは実質同じであるので、Ｅ領域のあとは再び遷
移期（具体的にはＢ領域に相当）に移行する。

【０１３０】前記Ａ領域ではバルブ２８，２９が完全に
閉じた状態、すなわちアッパ・コイル３０８に吸着され
た状態にある。よって、その閉状態を維持するためにア
ッパ・コイル３０８には励磁電流のなかでも電流量の少
ない保持電流を流していることがわかる。また、一方の
ロア・コイル３０９にはバルブ２８，２９がロア・コイ
ル３０９から離れているので励磁電流が全く流されてい
ないことがわかる。さらにこのＡ領域ではバルブ２８，
２９が動いていないので、バルブ速度グラフよりバルブ
速度ｖは０であることがわかる。

【０１３１】そして、Ａ領域の終わりの直後、換言すれ
ば遷移期Ｂの最初の領域では逆起電力により励磁電流が
マイナス方向に流されている、すなわち逆電流が流され
ていることがわかる。これは、Ｂ領域はバルブ２８，２
９が完全に閉じた状態から完全に開くまでの遷移期にあ
ることを示す領域であるから、Ａ領域でアッパ・コイル
３０８に流れていた保持電流を切らなければバルブ２
８，２９を閉じる方向に作動させることができないから
である。

【０１３２】その後はＢ領域の中央部分まで、換言すれ
ば空間部３０３の中間までをアッパ・スプリング３１４
の付勢力によってバルブ２８，２９を変位させ、その後
はバルブ２８，２９が完全に開く状態になるまでロア・
コイル３０９に吸引電流を流す。このときからバルブ２
８，２９には、ロア・スプリング３１６が抵抗力として
作用するようになる。よって、バルブ速度グラフのうち
Ｂ領域に係る速度は、Ｂ領域の中央で速度が最大になり
その両側、すなわちＢ領域の前半領域では徐々に速度が
速くなり同じく後半領域では徐々に速度が遅くなり、い
わゆる下に開いたほぼ放物線状の速度変移をなす。

【０１３３】そして、前記後半領域の終端でアーマチャ
３１１がロア・コイル３０９にバルブ速度ｖ_bで衝突
し、一気にバルブ速度が０になることを示す。そして、
バルブ速度が０になった時点以降、次にバルブ２８，２
９が作動してアッパ・コイル３０８に向けて移動するま
で間のＣ領域は、バルブが完全に開いた状態を示す領域
である。よって、バルブが完全に閉じた状態を示すＡ領
域と同様、このＣ領域ではロア・コイル３０９に保持電
流を流してバルブ２８，２９の完全な開状態を保持す
る。

【０１３４】次にＣ領域の終わりの直後、換言すれば遷
移期Ｄの最初の領域では逆起電力により励磁電流がマイ
ナス方向に流されている。すなわち逆電流が流されてい
ることがわかる。これは、Ｄ領域はバルブ２８，２９が
完全に開いた状態から完全に閉じるまでの遷移期にある
ことを示す領域であるから、Ｃ領域でロア・コイル３０
９に流れていた保持電流を切らなければバルブ２８，２
９を閉じ方向に作動させることができないからである。

【０１３５】その後はＤ領域の中央部分まで、換言すれ
ば空間部３０３の中間までをロア・スプリング３１６の
付勢力によってバルブ２８，２９を変位させ、その後は
バルブ２８，２９が完全に閉じる状態になるまでアッパ
・コイル３０９に吸引電流を流す。このときからバルブ
２８，２９には、アッパ・スプリング３１４が抵抗力と
して作用するようになる。よって、バルブ速度グラフの
うちＤ領域に係る速度は、Ｄ領域の中央で速度が最大に
なりその両側、すなわちＤ領域の前半領域では徐々に速
度が速くなり同じく後半領域では徐々に速度が遅くな
り、いわゆる上に開いたほぼ放物線状の速度変移をな
す。なお、Ｄ領域とＢ領域とでは励磁電流の流れの向き
が異なるので、バルブ速度グラフのうち、前記Ｄ領域と
Ｂ領域とに該当する領域でのグラフ線の形状がそれぞれ
下に開いたほぼ放物線状と上に開いたほぼ放物線状にな
る。なお、外力が作用しなければ実際はｓｉｎ曲線とな
る。

【０１３６】そして、前記Ｄ領域の後半領域の終端でア
ーマチャ３１１がアッパ・コイル３０８にバルブ速度ｖ
_dで衝突し、一気にバルブ速度が０になることを示す。
そして、バルブ速度が０になった時点以降のＥ領域は、
バルブが完全に閉じた状態を示す領域であって実質Ａ領
域と同じである。よって、このＥ領域でも保持電流を流
してバルブ２８，２９の完全な閉状態を保持する。

【０１３７】また、バルブ速度グラフにおいてＤ領域に
係る速度部位のうち着座速度と示す箇所は、バルブ２
８，２９がバルブ・シート１２に衝突した時点のバルブ
２８，２９の速度ｖ_dを示す。これらの衝突の際にバル
ブ２８，２９がもつ運動エネルギは（１／２）ｍｖ_d ²で
あることを示す。

【０１３８】次にアッパ・コイル励磁電流変化グラフお
よびロア・コイル励磁電流変化グラフのうち斜線の引い
てある箇所は、当該箇所で励磁電流が流れていることを
示し、斜線部分のうち突出した部分では遷移期の終期で
吸引電流が流されていることを示す。また、突出した部
分以外の部分では、保持電流が流れていることを示す。

【０１３９】また、アッパ・コイル励磁電流変化グラフ
の前記突出した部分は、ロア・コイル３０９に流す吸引
電流に比べて左右斜め線の引いてある分だけ吸引電流を
増大させてあることを示す。この増大分に比例してバル
ブ２８，２９がバルブ・シート１２に堆積したカーボン
・ディポジットに衝突した際に運動エネルギが増大しこ
の増大分を含む運動エネルギによってカーボン・ディポ
ジットを押しつぶす。

【０１４０】このように、バルブ２８，２９が閉状態か
ら開状態に遷移する遷移期に比してバルブ２８，２９が
開状態から閉状態に遷移する遷移期では吸引電流を増大
するので、両者の関係から吸引電流が間欠的に増大され
るということができる。

【０１４１】一方、一般的に内燃機関では、居眠り防止
制御手段がついている。具体的には車輌が駐車中、アイ
ドル状態でドライバが例えば居眠り状態にあり、何らか
の拍子にアクセルペダルに足が載かってだんだん踏み込
まれてしまった場合を想定すると、その場合、機関回転
数が過回転になってそのままでは壊れてしまう。このた
めその時点で燃料を自動的に止めるという制御が行われ
るようになっている。

【０１４２】それに代わるものとして本実施形態では、
エンジンが高回転になったときにバルブ２８，２９がバ
ルブ・シート１２に衝突したときに生ずる音（以下「着
座音」という。）を大きくすることで、ドライバを起こ
すということにも適用できる。着座音を大きくしてドラ
イバの居眠りを防止するためには、運動エネルギの算式
（１／２）ｍｖ²のｖを大きくすることが考えられる。

【０１４３】しかし、着座音に限らずアーマチャ３１１
がアッパ・コア３０１およびロア・コア３０２に当接す
る際の音で騒音を発生するようにしてもよい。この場合
は、アッパ・コイル３０８だけでなくロア・コイル３０
９への吸引電流の量も大きくする。このようにすれば、
アーマチャ３１１を動かす運動エネルギが往復で高くな
るので、アーマチャ３１１がアッパ・コア３０１および
ロア・コイル３０９に当接する際の両方で騒音が発生す
るようになる。その結果、バルブ２８，２９がバルブ・
シート１２に衝突する際に発生する着座音の場合に比し
て騒音の発生量が２倍になってけたたましい音が発生す
るようになる。このため、居眠り状態にあるドライバを
起こすには好適となる。

【０１４４】

【発明の効果】本発明に係る電磁駆動式動弁機構を有す
る内燃機関では、電磁駆動式動弁機構の作動制御により
バルブ・シートに堆積するカーボン・ディポジットの除
去能力をこれまでよりも向上させることにより、バルブ
とバルブ・シートとのシール性を高め、延いては機関出
力の向上を期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電磁駆動式動弁機構を有する
内燃機関の概略構成を示す図

【図２】電磁駆動機構の構成を示す図

【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図４】ディポジット堆積状態予測マップを示す図

【図５】吸引電流増大制御ルーチンを実現するための
プログラムを示すフローチャート

【図６】アッパ・コイルに励磁電流を流した場合の運
動エネルギについての説明図

【符号の説明】

１内燃機関１ａシリンダ・ヘッド１ｂシリンダ・ブロック１ｃオイルパン２ウォータ・ジャケット３コンロッド１０ロア・ヘッド１１アッパ・ヘッド１２バルブ・シート（弁座）１３バルブ・ガイド１４コア取付孔１４ａ径小部１４ｂ径大部２０ＥＣＵ（励磁電流量増大手段）２１−１気筒２１−２気筒２１−３気筒２１−４気筒２２ピストン２２ａピストン・ヘッド２２ｂ凹部２３クランク・シャフト２４空間部２５点火プラグ２５ａイグナイタ２６吸入空気ポート２７排気ポート２８インテーク・バルブ（弁）２８ａバルブ・ヘッド２８ｂ弁軸２８ｃロア・リテーナ２８ｄインテーク・バルブの端部２８ｅバルブ・フェース２９エキゾースト・バルブ（弁）３０吸入空気側電磁駆動機構３０Ａ吸入空気側電磁駆動式動弁機構３１排気側電磁駆動機構３１Ａ排気側電磁駆動式動弁機構３２インジェクタ３３イン・マニ３４サージ・タンク３５吸入空気管３６エア・クリーナ・ボックス３９スロットル・バルブ４０スロットル用アクチュエータ４１スロットル・ポジション・センサ４２アクセル・ペダル４３アクセル・ポジション・センサ４４エア・フロー・メータ４５エキ・マニ４６触媒コンバータ４７排気管４８空燃比センサ４９触媒温度センサ５０バキューム・センサ５１クランク・ポジション・センサ５１ａタイミング・ロータ５１ｂ電磁ピック・アップ５２水温センサ３０１アッパ・コア（閉弁用電磁石）３０１ａフランジ３０１ｂ貫通穴３０２ロア・コア（開弁用電磁石）３０２ａフランジ３０２ｂ貫通穴３０３空間部３０４ボルト３０５アッパ・キャップ３０５ａフランジ部３０６ボルト３０７ロア・キャップ３０８アッパ・コイル３０９ロア・コイル３１０アーマチャ・シャフト３１１アーマチャ３１２アッパ・リテーナ３１３アジャスト・ボルト３１４アッパ・スプリング（付勢手段）３１５スプリング・シート３１６ロア・スプリング（付勢手段）４００双方向性バス４０１ＣＰＵ４０２ＲＯＭ４０３ＲＡＭ４０４バックアップＲＡＭ４０５入力ポート４０６出力ポート４０７Ａ／ＤＡ領域Ｌ気筒中心線Ｐ軸心線ｍバルブの質量ｖバルブ速度ｖ_b バルブ速度ｖ_d バルブ速度 φ はさみ角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩下義博愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者白谷和彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者勝間田正司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小木曽誠人愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者西田秀之愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山田智海愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G018 AB09 AB19 BA38 CA16 DA45 DA82 EA02 EA04 EA08 EA14 EA16 EA17 EA19 EA22 EA31 EA35 FA07 GA06 GA25 GA27 3G092 AA01 AA06 AA09 AA11 AB02 DA01 DA02 DA07 DF05 DG09 EA01 EA11 EA17 EB04 EC09 FA00 FA02 GA06 GA09 GA12 GA18 HA01Z HA05Z HA06Z HA12X HD02Z HD05Z HE04Z HE08Z HF08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励磁電流を供給することで弁を閉じる電
磁力および開く電磁力を発生する電磁手段を備える電磁
駆動式動弁機構を有する内燃機関において、前記内燃機関が特定の運転条件下にある場合であってか
つ前記弁が開状態から閉状態に遷移する遷移期に、前記
弁を開弁側から閉弁側に引き寄せるに必要な励磁電流の
供給量を内燃機関が前記特定の運転条件下にない場合に
比して所定期間増大する励磁電流量増大手段を備えるこ
とを特徴とする電磁駆動式動弁機構を有する内燃機関。
【請求項２】前記内燃機関が特定の運転条件下にある
場合とは、前記弁とこの弁が着座する弁座との間のシー
ル性を阻害する物質が前記弁座に付着した場合であって
この物質を前記弁座から排除する必要性が生じた場合で
あることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動式動弁機
構を有する内燃機関。
【請求項３】前記内燃機関が特定の運転条件下にある
場合は、機関回転数が所定値以上であることを特徴とす
る請求項２記載の電磁駆動式動弁機構を有する内燃機
関。
【請求項４】前記内燃機関が特定の運転条件下にある
場合は、機関回転数が上昇時であることを特徴とする請
求項３記載の電磁駆動式動弁機構を有する内燃機関。
【請求項５】前記内燃機関が特定の運転条件下にある
場合は、アクセル踏み込んでいる時であることを特徴と
する請求項１〜請求項４記載の電磁駆動式動弁機構を有
する内燃機関。