JP2003041957A

JP2003041957A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2003041957A
Application number: JP2001233994A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumoto; 功松本; Kazuhiko Shiratani; 和彦白谷; Masaji Katsumata; 正司勝間田; Tametoshi Mizuta; 為俊水田; Keiji Yotsueda; 啓二四重田; Masato Ogiso; 誠人小木曽; Hideyuki Nishida; 秀之西田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は電磁駆動弁を備える内燃機関の制御
装置に関し、少ない消費電力で、特に低回転領域におい
て内燃機関の騒音を有効に低減することを目的とする。【解決手段】排気弁として機能する電磁駆動弁を設け
る。内燃機関の回転数NEが所定回転数NE_０以下であり
（ステップ２００）、かつ、吸入空気量Gaが所定量Ga_０
以下である（ステップ２０４）低負荷低回転領域では、
制動駆動モードで電磁駆動弁を駆動する（ステップ２０
６）。制動駆動モードでは、排気弁が開弁方向に移動す
る過程で、その移動を妨げる方向に作用する制動電磁力
を発生させるべく電磁駆動弁を制御し、排気弁の開弁時
における遷移速度を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に係り、特に、吸気弁または排気弁を電磁力で駆動す
る電磁駆動機構を備える内燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平５−４４４１６号公
報に開示されるように、内燃機関の吸気弁または排気弁
として機能する弁体を電磁力で駆動する電磁駆動弁が知
られている。このような電磁駆動弁が用いられる場合、
吸気弁や排気弁を駆動するためのカム機構を内燃機関か
ら排除することができる。また、電磁駆動弁によれば、
吸気弁や排気弁がカム機構で駆動される場合に比して、
それらの開閉時期に関する自由度を大きく確保すること
ができる。このように、電磁駆動弁によれば、吸気弁や
排気弁をカム機構で駆動する場合に比して、種々のメリ
ットを享受することができる。

【０００３】従来、例えば特開平５−４４４１６号公報
に開示されるように、内燃機関の吸気弁または排気弁を
電磁力で駆動する電磁駆動機構が知られている。このよ
うな電磁駆動機構が用いられる場合、吸気弁や排気弁を
駆動するためのカム機構を内燃機関から排除することが
できる。また、電磁駆動機構によれば、カム機構が用い
られる場合に比して、吸気弁や排気弁の開閉時期に関す
る自由度を大きく確保することができる。このように、
電磁駆動機構は、カム機構に対して種々の利点を有して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電磁駆動機
構によって駆動される吸気弁または排気弁が、全閉位置
から全開位置に、或いは全開位置から全閉位置に遷移す
るのに要する時間（以下、「遷移時間」と称す）は、通
常、内燃機関が最高回転数で動作する際に、所望の開弁
期間が確保されるように設定される。つまり、電磁駆動
機構は、内燃機関の全回転域において、上記の遷移時間
が最高回転数で確保すべき開弁期間に対応した短い時間
となるように、吸気弁や排気弁を駆動するのが通常であ
る。

【０００５】これに対して、吸気弁または排気弁がカム
機構により駆動される場合、それらの遷移時間は、カム
の回転速度に応じて、内燃機関の回転数が上がるほど短
時間となる。そして、カム機構は、内燃機関が最高回転
数で動作する場合に、上記の遷移時間が所望の開弁期間
に対応した時間となるように調整されている。

【０００６】従って、カム機構が用いられる場合の遷移
時間は、内燃機関が最高回転数で運転する場合に限り、
ほぼ電磁駆動機構が用いられる場合の遷移時間と等しく
なり、それ以外の回転領域では、回転数が低いほど、後
者の遷移時間に比してより長い時間となる。換言する
と、従来の電磁駆動機構によれば、吸気弁や排気弁は、
内燃機関の低回転領域では、カム機構が用いられる場合
に比して十分に短い遷移時間で開閉されることになる。

【０００７】吸気弁や排気弁は、吸気管圧力と筒内圧力
との間、或いは排気管圧力と筒内圧力との間に差圧が生
じている状況下で開弁されることがある。この場合、開
弁時の遷移時間が短いほど、つまり、吸気弁や排気弁が
急激に開弁されるほど、吸気管や排気管に圧力の脈動が
生じ易い。そして、それらの脈動は、吸気音や排気音を
高める原因となる。

【０００８】上記の如く、電磁駆動機構は、内燃機関の
低回転領域では、カム機構が用いられる場合に比して短
い遷移時間で吸気弁や排気弁を開閉させる。このため、
電磁駆動機構が用いられる場合、特に内燃機関の低回転
領域において、カム機構が用いられる場合に比して大き
な吸気音或いは排気音が生じ易い。

【０００９】上記公報に開示される従来の電磁駆動機構
は、弁体の着座時の衝撃を和らげる目的で、弁体の開閉
動作中に、その動作を妨げる方向に作用する電磁力（以
下、「制動電磁力」と称す）を発生する機能を有してい
る。このような制動電磁力によれば、弁体の遷移速度を
緩やかにして、その遷移時間を長くすることができる。

【００１０】しかしながら、上記公報には、弁体の遷移
時間が騒音に与える影響については何ら言及されておら
ず、増してや、上記従来の電磁駆動機構においては、制
動電磁力を利用して内燃機関の吸気音や排気音の低減を
図る考慮は何らなされていなかった。更に、内燃機関の
全回転領域で制動電磁力を発生させることは、消費電力
の低減を図るうえで好ましくないが、上記従来の電磁駆
動機構においては、その点の考慮もなされていなかっ
た。

【００１１】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、少ない消費電力で、電磁駆動機構
を備える内燃機関の騒音を、特に低回転領域において有
効に低減することのできる制御装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記の目的を達成するため、排気弁を電磁力で開閉させ
る電磁駆動機構を備える内燃機関の制御装置であって、
膨張行程から排気行程に移行する過程で排気管圧力と筒
内圧力とが等しくなるクランク角を検知するクランク角
検知手段と、前記クランク角において前記排気弁が開弁
し始めるように前記電磁駆動機構を制御する制御手段
と、を備えることを特徴とする。

【００１３】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の内燃機関の制御装置であって、前記クランク角検知
手段は、内燃機関の回転数および吸入空気量に基づいて
前記クランク角を検出することを特徴とする。

【００１４】また、請求項３記載の発明は、吸気弁また
は排気弁を電磁力で開閉させる電磁駆動機構を備える内
燃機関の制御装置であって、前記吸気弁または排気弁が
開弁方向に移動する過程で、前記電磁駆動機構に、その
移動を妨げる方向に作用する制動電磁力を発生させるこ
とができ、かつ、内燃機関の回転数および吸入空気量の
少なくとも一方に基づいて前記制動電磁力の大きさを変
化させる制動電磁力発生手段を備えることを特徴とす
る。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の内燃機関の制御装置であって、前記制動電磁力発生
手段は、内燃機関の回転数が高いほど前記制動電磁力が
小さくなるように前記電磁駆動機構を制御する回転数反
映手段を備えることを特徴とする。

【００１６】また、請求項５記載の発明は、請求項３ま
たは４記載の内燃機関の制御装置であって、前記制動電
磁力発生手段は、内燃機関の吸入空気量が多量であるほ
ど前記制動電磁力が小さくなるように前記電磁駆動機構
を制御する空気量反映手段を備えることを特徴とする。

【００１７】また、請求項６記載の発明は、請求項３乃
至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置であって、
前記制動電磁力発生手段は、内燃機関の回転数が所定回
転数以下である場合にのみ、前記制動電磁力を発生させ
ることを特徴とする。

【００１８】また、請求項７記載の発明は、請求項３乃
至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置であって、
前記制動電磁力発生手段は、内燃機関の吸入空気量が所
定量以下である場合にのみ、前記制動電磁力を発生させ
ることを特徴とする。

【００１９】また、請求項８記載の発明は、請求項１乃
至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置であって、
前記電磁駆動機構は、開閉させるべき弁を閉弁方向に付
勢する電磁力を発生する閉弁電磁力発生機構と、前記弁
を開弁方向に付勢する開弁電磁力発生機構と、前記弁を
中立位置に付勢する弾性力を発生する弾性力発生機構
と、を含むことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。尚、各図において共通す
る要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。

【００２１】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１において用いられる電磁駆動弁１０の構成を説明す
るための断面図である。図１に示す電磁駆動弁１０は、
内燃機関の排気弁として機能する弁体１２を備えてい
る。弁体１２は、内燃機関の排気ポート１４に配置され
ている。排気ポート１４には弁座１６が設けられてお
り、弁体１２が弁座１６に着座することにより、或いは
弁座１６から離座することにより排気ポート１４が開閉
される。

【００２２】弁体１２は、弁軸１８の先端に固定されて
いる。弁軸１８は、バルブガイド２０によって摺動可能
に保持されている。バルブガイド２０の上方において、
弁軸１８にはロアリテーナ２２が固定されている。ロア
リテーナ２２の下方には、弁軸１８を上方に付勢する弾
性力を発生するロアスプリング２４が配置されている。

【００２３】弁軸１８の上端部には、アッパリテーナ２
６が固定されている。アッパリテーナ２６の情報には、
弁軸１８を下方に付勢する弾性力を発生するアッパスプ
リング２８が配置されている。アッパスプリング２８の
上端位置は、アジャスタ３０により規制されている。弁
軸１８の上下方向位置は、アジャスタ３０によって所望
の位置に調整されている。

【００２４】弁軸１８には、更に、ロアリテーナ２２と
アッパリテーナ２６の中間位置において、磁性材料で構
成されたアーマチャ３２が固定されている。アーマチャ
３２の下方には、ロアコア３４およびロアコイル３６が
配置されている。また、アーマチャ３２の上方には、ア
ッパコア３８およびアッパコイル４０が配置されてい
る。更に、ロアコア３４およびアッパコア３８の外周に
は、それらの相対位置を規制する保持リング４２が配置
されている。

【００２５】ロアコイル３６およびアッパコイル４０に
は、駆動制御回路４４が接続されている。また、駆動制
御回路４４には、電源４６が接続されている。駆動制御
回路４４は、電源４６から供給される電力を用いて、ロ
アコイル３６およびアッパコイル４０に対して、それぞ
れ所望の波形で励磁電流を供給することができる。

【００２６】図１は、ロアコイル３６およびアッパコイ
ル４０の何れにも励磁電流が供給されていない状態を示
す。電磁駆動弁１０の各部は、図１に示す通り、この状
態において、アーマチャ３２がほぼロアコア３４とアッ
パコア３８の中央に位置し、かつ、弁体１２が全開位置
と全閉位置のほぼ中央に位置するように調整されてい
る。

【００２７】電磁駆動弁１０は、例えばロアコイル３６
に適当な励磁電流が供給されると、アーマチャ３２をロ
アコア３４側に引き寄せて弁体１２を全開状態とする。
この状態でロアコイル３６への通電が停止されると、ア
ーマチャ３２は、ロアスプリング２４およびアッパスプ
リング２８の弾性力により、アッパコア３８の近傍まで
変位する。アーマチャ３２がアッパコア３８に近接する
タイミングでアッパコイル４０に励磁電流を供給する
と、アーマチャ３２をアッパコア３８側に引き寄せて、
弁体１２を全閉位置まで変位させることができる。以
後、励磁電流の遮断と供給をアッパコイル４０側とロア
コイル３６側とで交互に行うことにより、少ない消費電
力で、弁体１２の開閉動作を継続させることができる。

【００２８】次に、図２および図３を参照して、電磁駆
動弁１０により弁体１２の遷移時間と、カム機構により
駆動される一般的な吸気弁または排気弁の遷移時間との
差について説明する。

【００２９】図２は、電磁駆動弁１０の弁体１２が全閉
位置から全開位置に変化する際のバルブリフトの変化を
時間との関係で表した図を示す。図２において、弁体１
２が全閉位置から全開位置に遷移するのに要する遷移時
間はＴ_０と表示されている。電磁駆動弁１０において、
弁体１２の遷移時間Ｔ_０は、弁軸１８やアーマチャ３２
を含む可動部分の質量と、ロアスプリング２４およびア
ッパスプリング２８のバネ定数とによりほぼ決定され
る。従って、その値Ｔ０は、電磁駆動弁１０が通常の方
法で駆動される限り、内燃機関の回転数NEや吸入空気量
Gaに関わらず、常にほぼ一定に維持される。

【００３０】図３は、内燃機関の回転数NEと遷移時間と
の関係を、電磁駆動される弁体１２の場合（直線）
と、カム機構により駆動される弁体の場合（直線）と
につき、対比して表した図を示す。カム機構により駆動
される弁体の遷移時間は、カムの回転速度に応じて変化
し、直線に示す通り、内燃機関の回転数NEが速くなる
に連れて短くなる。一方、電磁駆動弁１０における遷移
時間は、直線に示す通り回転数NEに関わらず一定値Ｔ
_０である。

【００３１】また、電磁駆動弁１０の遷移時間Ｔ_０は、
内燃機関が最高回転数で運転する場合に所望の開弁期間
を確保できる時間でなければならない。このため、電磁
駆動弁１０の質量系およびスプリング系は、最高回転数
での運転時に、カム駆動の場合と同等の遷移時間Ｔ_０が
実現されるように設計乃至調整される。このため、電磁
駆動弁１０における遷移時間Ｔ_０と、カム駆動により実
現される遷移時間との間には、図３に示すように、内燃
機関の回転数NEが低くなるほど大きな差が発生する。

【００３２】内燃機関の吸気管および排気管には、それ
ぞれ吸気弁或いは排気弁の開弁に伴って脈動が生ずるこ
とがある。このような脈動は、吸気弁や排気弁の開弁速
度が速いほど（それらの遷移時間が短いほど）大きくな
り易く、また、吸気音や排気音を増大させる原因とな
る。従って、電磁駆動弁１０が用いられる内燃機関で
は、吸気弁や排気弁がカム駆動される場合に比して、特
に低回転領域において、大きな騒音（吸気音や排気音）
が生じ易い。

【００３３】そこで、本実施形態の制御装置は、弁体１
２（排気弁）の開弁時に大きな排気音が生じないよう
に、後述する方法で電磁駆動弁１０を駆動することとし
ている。以下、図４および図５を参照して、本実施形態
において用いられる特徴的な制御方法について説明す
る。

【００３４】図４は、内燃機関の筒内圧力Ｐの変化を筒
内容積Ｖとの関係で表した一般的なＰ-Ｖ線図である。
図４に示す通り、筒内圧力Ｐは、ピストンが下死点から
上死点に向かって移動する圧縮行程(1)において上昇傾
向を示し、その後、爆発・膨張行程(2)においてピスト
ンが上死点から下死点に向かって移動する際に減少傾向
を示す。ピストンが下死点近傍に到達し、排気弁が開弁
されると、その後、排気行程(3)において、筒内圧力Ｐ
はほぼ排気管圧力（大気圧）に維持される。ピストンが
上死点近傍に到達し、排気弁が閉じられ、かつ、吸気弁
が開弁されると、その後、吸気行程(4)において、筒内
圧力Ｐは吸気管圧力（負圧）と同等に維持される。内燃
機関の動作が継続される間、筒内圧力Ｐは、ほぼ上述し
た傾向に沿った変化を示す。

【００３５】図４に示すGaが比較的少ない運転状態での
Ｐ-Ｖ線図中には、内燃機関が膨張行程(2)から排気行程
(3)に移行すべきクランク角領域の中に、筒内圧力Ｐが
ほぼ大気圧（排気管圧力）となるクランク角αが示され
ている。内燃機関の排気弁がこのクランク角αにおいて
開弁されると、筒内圧力Ｐが排気管圧力とほぼ釣り合っ
ているため、その開弁に伴って騒音の原因となる排気の
脈動は生じない。そこで、本実施形態の制御装置は、内
燃機関１０の運転状態に応じて上記の特性を満たすクラ
ンク角αを検知し、そのクランク角αにおいて弁体１２
が開弁するように電磁駆動弁１０を制御することとして
いる。

【００３６】尚、図４に示すＰ-Ｖ線図は、膨張行程(2)
の後、ピストンが下死点に到達した時点で排気弁を開弁
させた場合に対応している。この場合、筒内圧力Ｐは、
図４に示すように、下死点前αの点（BTDC α°CA）で
大気圧（排気管圧力）と釣り合った後、一旦は大気圧よ
り低圧となり、排気弁が開弁されることにより再び大気
圧にとなる。これに対して、ピストンが下死点に到達し
た後、更に排気弁が閉状態に維持されると、筒内圧力Ｐ
は、膨張行程(2)において辿った軌跡を逆行し、下死点
後αの点（ATDC α°CA）で再び大気圧と均衡する。従
って、本実施形態では、BTDC α°CAのクランク角と、A
TDC α°CAのクランク角の双方を、筒内圧力Ｐが排気管
圧力と釣り合うクランク角として用いることができる。

【００３７】図５は、図１に示す駆動制御回路４４が上
記の機能を実現するために実行する開弁制御ルーチンの
主要部のフローチャートを示す。図５に示すように、駆
動制御回路４４が実行する開弁制御ルーチンでは、内燃
機関の回転数NEの検出処理（ステップ１００）、および
吸入空気量Gaの検出処理（ステップ１０２）に次いで、
弁体１２（排気弁）の開弁タイミングが決定される（ス
テップ１０４）。

【００３８】駆動制御回路４４には、回転数NEおよび吸
入空気量Gaとの関係で、筒内圧力Ｐが排気管圧力と均衡
するクランク角αを定めたマップが記憶されている。上
記ステップ１０４では、そのマップを参照して、NEおよ
びGaに対応する開弁タイミング、すなわち、クランク角
αが決定される。開弁制御ルーチンでは、以後、内燃機
関のクランク角がそのクランク角αになった時点で弁体
１２が開弁し始めるように電磁駆動弁１２が駆動され
る。

【００３９】上記の処理によれば、弁体１２の遷移時間
の長短に関わらず、その弁体１２の開弁に伴って大きな
排気音が生ずるのを防止することができる。従って、本
実施形態によれば、電磁駆動弁１０の駆動に要する消費
電力を増大させることなく、内燃機関の全運転領域にお
いて、優れた静粛性を実現することができる。

【００４０】ところで、上述した実施の形態１において
は、筒内圧力Ｐが排気管圧力と均衡するクランク角α
を、予めマップとして記憶しておき、そのマップに従っ
てクランク角αを決定することとしているが、筒内圧力
Ｐと排気管圧力とが均衡するクランク角αを決定する手
法はこれに限定されるものではない。例えば、筒内圧力
センサを設けて、そのセンサによる実測値に基づいて筒
内圧力Ｐが排気管圧力（大気圧）と一致するクランク角
を決定することとしてもよい。

【００４１】尚、上述した実施の形態１においては、駆
動制御回路４４が、上記ステップ１０４の処理を実行す
ることにより前記請求項１記載の「クランク角検知手
段」が実現され、更に、ステップ１０４で決定されたク
ランク角で弁体１２が開弁し始めるように電磁駆動弁１
０を駆動することにより前記請求項１記載の「制御手
段」が実現されている。

【００４２】実施の形態２．次に、図６乃至図９を参照
して、本発明の実施の形態２について説明する。尚、本
実施形態の制御装置は、実施の形態１の場合と同様に、
図１に示すシステム構成を用いて実現される。

【００４３】上述した実施の形態１の説明において記述
した通り、内燃機関において電磁駆動弁１０が用いられ
る場合は、特に低回転領域において、弁体１２が高速で
開弁することから、吸気管或いは排気管内に大きな脈動
が生じ、大きな騒音が生じ易い。このような騒音は、弁
体１２の開弁速度を遅くして、その開弁に伴う脈動を抑
制することで小さくすることができる。

【００４４】図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）は、電磁駆動弁
１０の駆動方式と弁体１２の開弁速度との関係を説明す
るためのタイミングチャートである。より具体的には、
図６（Ａ）は、電磁駆動弁１０が通常駆動モードで駆動
された場合に実現されるバルブリフトの変化（実線）
と、電磁駆動弁１０が制動駆動モードで駆動された場合
に実現されるバルブリフトの変化（一点鎖線）とを、そ
れぞれ時間との関係で表した図である。また、図６
（Ｂ）および図６（Ｃ）は、通常駆動モードにおいてア
ッパコイル４０またはロアコイル３６に流通させるべき
電流（実線）と、制動駆動モードにおいてアッパコイル
４０またはロアコイル３６に流通させるべき電流（破
線）とを、それぞれ時間との関係で表した図である。

【００４５】通常駆動モードでは、図６（Ｂ）に示す通
り、弁体１２を全閉位置に維持すべき期間中（時刻ｔ_０
以前）、アッパコイル４０に保持電流Ｉ_Ｈが流される。
弁体１２を開弁させるべきタイミングが到来すると、残
存磁気の消磁を目的として、アッパコイル４０に所定期
間だけ逆電流Ｉ_Ｒが流される。その結果、図６（Ａ）中
に実線で示すように、弁体１２は、時刻ｔ_０の後、全閉
位置から全開位置に向けて変位し始める。

【００４６】通常駆動モードでは、以後、弁体１２が全
開位置の近傍に到達する時刻ｔ_３まで、アッパコイル４
０にもロアコイル３６にも励磁電流は供給されない。そ
して、弁体１２が所定位置に到達する時刻ｔ_３になる
と、図６（Ｃ）に示す通り、ロアコイル３６に吸着電流
Ｉ_Ａが流される。吸着電流Ｉ_Ａは、弁体１２が十分に全
閉位置に近づくまでの間維持され、その後、保持電流Ｉ
_Ｈに向けて減少される。そして、弁体１２が全閉位置に
到達する時刻ｔ_４以降、ロアコイル３６には、保持電流
Ｉ_Ｈが供給される。以後、上述した電流制御がロアコイ
ル３６側とアッパコイル４０側とで交互に行われること
により、弁体１２を繰り返し開閉させることができる。
この際、開閉時における弁体１２の遷移速度は、上記の
如く、内燃機関の最高回転数に対応し得る速度となる。

【００４７】制動駆動モードでは、図６（Ｂ）に示す通
り、逆電流Ｉ_Ｒの消滅後、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２まで、
所定期間に渡ってアッパコイル４０に制動電流Ｉ_Ｂが流
される。アッパコイル４０に制動電流Ｉ_Ｂが流される
と、アッパコア３８とアーマチャ３２との間に、弁体１
２の開弁を妨げる制動電磁力が発生する。その結果、図
６（Ａ）中に破線で示すように、弁体１２は、時刻ｔ_１
の後、通常駆動モードが用いられる場合に比して緩やか
な速度で全開位置に向けて変位する。

【００４８】制動駆動モードが用いられる場合、弁体１
２を全開位置に向けて移動させようとするスプリング２
４，２８のエネルギの一部が、制動電磁力との相殺によ
り消費される。このため、制動駆動モードでは、図６
（Ｃ）中に破線で示す通り、時刻ｔ_３の後、通常駆動モ
ードで用いられる吸着電流Ｉ_Ａに比して大きな吸着電流
Ｉ_Ａ＋βがロアコイル３６に供給される。吸着電流Ｉ_Ａ
＋βによれば、消費されたスプリング２４，２８のエネ
ルギを補って、弁体１２を全開位置まで変位させること
ができる。従って、制動駆動モードによれば、通常駆動
モードが用いられる場合に比して弁体１２の遷移速度を
低速としつつ、弁体１２を適正に開閉させることができ
る。

【００４９】以上説明した通り、本実施形態の電磁駆動
弁１０によれば、制動駆動モードを用いることにより、
弁体１２の遷移速度を下げることができる。従って、電
磁駆動弁１０を制動駆動モードで駆動すれば、弁体１２
（排気弁）の開弁に伴う排気管内の脈動を低減し、内燃
機関の静粛性を高めることができる。

【００５０】ところで、電磁駆動弁１０を制動駆動モー
ドで駆動するためには、通常駆動モードでは必要とされ
ない制動電流Ｉ_Ｂが必要であり、また、通常駆動モード
の場合に比して大きな吸着電流Ｉ_Ａ＋βが必要となる。
このため、制動駆動モードでは、通常駆動モードに比し
て多量の電力が消費される。従って、制動駆動モードを
内燃機関の全運転領域で使用することは必ずしも得策で
はなく、その使用は必要最小限に抑えることが望まし
い。

【００５１】そこで、本実施形態では、排気音の低減に
有効な状況下に限って制動駆動モードを使用し、それ以
外の状況下では、通常駆動モードを使用することとして
いる。具体的には、図７に示す通り、カム駆動の場合に
比べて弁体１２の遷移速度が特に高速となり、かつ、車
両の搭乗者が排気音に対して特に敏感になる低負荷低回
転領域に限って制動駆動モードを用いることとしてい
る。

【００５２】また、制動駆動モードにおいて消費される
電力は、制動電流Ｉ_Ｂの発生に伴う電力、および吸着電
流Ｉ_Ａ＋βの発生に伴う電力が大きくなるほど多量とな
る。制動電流Ｉ_Ｂは、制動駆動モードを用いるべき状況
下で常に一定とする必要はなく、弁体１２の遷移速度
を、内燃機関の運転状態に応じた所望の速度に減速する
に足る値であればよい。

【００５３】そこで、本実施形態では、制動駆動モード
において用いられる制動電流Ｉ_Ｂと、そのＩ_Ｂの影響を
相殺するために吸着電流Ｉ_Ａに加えられる補正電流β
を、それぞれ内燃機関の運転状態に応じて決定すること
としている。より具体的には、制動電流Ｉ_Ｂおよび吸着
電流Ｉ_Ａを、内燃機関の回転数NEおよび吸入空気量Gaに
応じて必要最小限の値に決定することとしている。

【００５４】図８は、制動駆動モードの実行を低負荷低
回転領域に限定するために本実施形態において駆動制御
回路４４が実行する駆動モード決定ルーチンのフローチ
ャートである。図８に示すルーチンでは、先ず、内燃機
関の回転数NEが、排気音の低減を図るべき上限の回転数
NE_０以下であるかが判別される（ステップ２００）。そ
の結果、NE≦NE_０が成立しないと判別された場合は、制
動駆動モードを用いる必要がないと判断され、通常駆動
モードの使用が選択される（ステップ２０２）。

【００５５】一方、上記ステップ２００において、NE≦
NE_０が成立すると判別された場合は、更に、内燃機関の
吸入空気量Gaが、排気音の低減を図るべき上限の空気量
Ga_０以下であるかが判別される（ステップ２０４）。そ
の結果、Ga≦Ga_０が成立しないと判別された場合は、制
動駆動モードを用いる必要がないと判断され、ステップ
２０２の処理が実行される。一方、上記条件が成立する
と判別されると、内燃機関が、制動駆動モードを用いる
べき状態で動作していると判断され、制動駆動モードの
使用が選択される（ステップ２０６）。

【００５６】図９は、制動駆動モードの使用が選択され
た場合に、制動電流Ｉ_Ｂおよび補正電流βを必要最小限
の値とすべく本実施形態において駆動制御回路４４が実
行するルーチンのフローチャートである。図９に示すル
ーチンでは、内燃機関の回転数NEが検出され（ステップ
２１０）、更に吸入空気量Gaが検出された後（ステップ
２１２）、それらの検出値に基づいて、制動電流Ｉ_Ｂお
よび補正電流βが決定される（ステップ２１４）。

【００５７】制動制御回路４４には、排気音を低減する
ために必要な制動電流Ｉ_Ｂと、その制動電流Ｉ_Ｂの影響
を相殺するために必要な補正電流βとを、それぞれ回転
数NEおよび吸入空気量Gaとの関係で定めたマップが記憶
されている。上記ステップ２１４では、そのマップを参
照することにより、内燃機関の運転状態に応じた必要最
小限の制動電流Ｉ_Ｂおよび補正電流βが決定される。

【００５８】以上説明した通り、本実施形態では、電磁
駆動弁１０が用いられることによって特に大きな排気音
が発生し易く、かつ、車両の搭乗者がその排気音に対し
て敏感になる低負荷低回転領域においてのみ、必要最小
限の制動電流Ｉ_Ｂおよび補正電流βを用いた制動駆動モ
ードが実行される。このため、本実施形態によれば、内
燃機関の全運転領域において通常駆動モードが用いられ
る場合に比して、僅かな消費電力の増大を伴うのみで、
全運転領域において優れた静粛性を実現することができ
る。

【００５９】ところで、上述した実施の形態２において
は、低負荷低回転領域においてのみ制動駆動モードを実
行することとしているが、本発明はこれに限定されるも
のではない。例えば、回転数NEの上昇や負荷の上昇（吸
入空気量Gaの増加）に伴って制動電流Ｉ_Ｂおよび補正電
流βを減少させながら、内燃機関の全運転領域において
制動駆動モードを用いることとしてもよい。

【００６０】更に、上述実施の形態２においては、低負
荷低回転領域において、制動電流Ｉ _Ｂおよび補正電流β
を、内燃機関の運転状態に応じて変化させることとして
いるが、本発明はこれに限定されるものではない。すな
わち、特定の運転領域に限って制動駆動モードを実行す
る場合には、その制動駆動モードは、常に一定の条件で
実行することとしてもよい。

【００６１】また、上述した実施の形態２においては、
制動駆動モードを実行するか否かを内燃機関の回転数NE
および吸入空気量Ga（負荷）の双方に基づいて判定し、
更に、制動駆動モードで用いられる制動電流ＩＢおよび
補正電流βを、それら回転数NEおよび吸入空気量Gaの双
方に基づいて決定することとしているが、本発明はこれ
に限定されるものではない。すなわち、制動駆動モード
を実行するか否かは、回転数NEおよび吸入空気量Gaの一
方にのみ基づいて実行することとしてもよい。また、制
動電流ＩＢおよび補正電流βは、回転数NEおよび吸入空
気量Gaの一方のみに基づいて決定することとしてもよ
い。

【００６２】また、上述した実施の形態２においては、
電磁駆動弁１０が、排気弁として用いられる場合に限定
されているが、本発明はこれに限定されるものではな
い。すなわち、図４に示すＰ-Ｖ図に示す通り、一般
に、排気行程(3)から吸気行程(4)に移行する際には、吸
気弁の開弁に伴って筒内圧力Ｐが大気圧から所定の負圧
に急変する。従って、吸気弁の開弁時には、排気弁の開
弁時と同様に、弁体の遷移速度が速いほど脈動に起因し
て大きな騒音が生じ易い。従って、本実施形態で用いた
電磁駆動弁１０の制御は、電磁駆動弁１０が吸気弁とし
て用いられる場合にも、消費電力の増大を抑制しつつ内
燃機関の静粛性を高める手法として有効である。

【００６３】また、上述した実施の形態１および２で
は、電磁駆動弁１０が、永久磁石を用いないタイプに限
定されているが、そのタイプはこれに限定されるもので
はなく、電磁駆動弁１０は永久磁石を用いるものであっ
てもよい。

【００６４】尚、上述した実施の形態２においては、駆
動制御回路４４が、上記ステップ２１０〜２１４の処理
を実行し、かつ、それらの処理により決定された制動電
流Ｉ _Ｂおよび補正電流βを用いて、制動駆動モードによ
り電磁駆動弁１０を駆動することにより前記請求項３記
載の「制動電磁力発生手段」が実現されている。

【００６５】また、上述した実施の形態２においては、
駆動制御回路４４が、上記ステップ２１０および２１４
の処理を実行することにより前記請求項４記載の「回転
数反映手段」が実現されていると共に、上記ステップ２
１２および２１４の処理を実行することにより前記請求
項５記載の「空気量反映手段」が実現されている。

【００６６】また、上述した実施の形態２においては、
駆動制御回路４４が、上記ステップ２００の処理を実行
することにより前記請求項６記載の「制動電磁力発生手
段」が、また、上記ステップ２０４の処理を実行するこ
とにより前記請求項７記載の「制動電磁力発生手段」
が、それぞれ実現されている。

【００６７】また、上述した実施の形態１および２にお
いては、電磁駆動弁１０のアッパコア３８およびアッパ
コイル４０が前記請求項８記載の「閉弁電磁力発生機
構」に、ロアコア３４およびロアコイル３６が前記請求
項８記載の「開弁電磁力発生機構」に、ロアスプリング
２４およびアッパスプリング２８が前記請求項８記載の
「弾性力発生機構」に、それぞれ相当している。

【００６８】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
記載の発明によれば、内燃機関が膨張行程から圧縮行程
に移行する過程において、排気管圧力と筒内圧力とが等
しくなる時点で、電磁駆動機構により排気弁を開弁させ
ることができる。この場合、排気弁の開弁速度が速くて
も、その開弁に伴って排気管内に大きな脈動は生じな
い。このため、本発明によれば、電磁駆動機構の消費電
力を増大させることなく、排気弁の開弁に伴う排気音を
小さくすることができる。

【００６９】請求項２記載の発明によれば、吸気管圧力
と筒内圧力とが等しくなるクランク角を、吸入空気量と
回転数とに基づいて精度良く決定することができる。こ
のため、本発明によれば、内燃機関の運転状態の変化に
影響されることなく、常に有効に排気音の低減を図るこ
とができる。

【００７０】請求項３記載の発明によれば、内燃機関の
回転数、或いは吸入空気量に基づいて、制動電磁力を適
切に発生させることができる。このため、本発明によれ
ば、消費電力の増大を抑えつつ、内燃機関の運転状態に
応じて適当に吸気弁または排気弁の移動速度を下げて、
その騒音を有効に低減することができる。

【００７１】請求項４記載の発明によれば、内燃機関の
回転数が低い領域では、大きな制動電磁力を発生させる
ことにより、吸気弁または排気弁の開弁に伴う騒音を有
効に低減させることができる。また、内燃機関の回転数
が大きい領域では、制動電磁力を小さくすることで、消
費電力の低減を図ることができる。従って、本発明によ
れば、制動電磁力の発生に要する消費電力の増大を抑制
しつつ、内燃機関の全回転領域において優れた静粛性を
実現することができる。

【００７２】請求項５記載の発明によれば、内燃機関の
負荷が低い領域では、大きな制動電磁力を発生させるこ
とにより、吸気弁または排気弁の開弁に伴う騒音を有効
に低減させることができる。また、内燃機関の負荷が大
きい領域では、制動電磁力を小さくすることで、消費電
力の低減を図ることができる。従って、本発明によれ
ば、制動電磁力の発生に要する消費電力の増大を抑制し
つつ、内燃機関の全運転領域において優れた静粛性を実
現することができる。

【００７３】請求項６記載の発明によれば、所定の低回
転領域においてのみ制動電磁力を発生させることによ
り、消費電力の増大を抑制しつつ、内燃機関の全回転領
域において優れた静粛性を実現することができる。

【００７４】請求項７記載の発明によれば、所定の低負
荷領域においてのみ制動電磁力を発生させることによ
り、消費電力の増大を抑制しつつ、内燃機関の全運転領
域において優れた静粛性を実現することができる。

【００７５】請求項８記載の発明によれば、弾性力によ
り、吸気弁または排気弁を中立位置に付勢することがで
きる。制動電磁力によれば、その弾性力に抗って弁体の
遷移速度を下げることができる。更に、本発明によれ
ば、弾性力の作用で弁体を動かすことができる。このた
め、本発明によれば、弁体の駆動に伴う消費電力を十分
に小さく抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１および２で用いられる
電磁駆動弁の断面図である。

【図２】図１に示す電磁駆動弁の開弁時におけるバル
ブリフトの変化を時間との関係で表した図である。

【図３】図１に示す電磁駆動弁により実現される弁体
の遷移時間とカム駆動の場合に実現される弁体の遷移時
間とを対比して表した図である。

【図４】内燃機関の筒内圧力Ｐの変化を筒内容積Ｖと
の関係で表した一般的なＰ-Ｖ線図である。

【図５】本発明の実施の形態１において実行される開
弁制御ルーチンの主要部のフローチャートである。

【図６】本発明の実施の形態２で用いられる制動駆動
モードと通常駆動モードを説明するためのタイミングチ
ャートである。

【図７】本発明の実施の形態２において制動駆動モー
ドが用いられる運転領域を表す図である。

【図８】本発明の実施の形態２において実行される駆
動モード決定ルーチンのフローチャートである。

【図９】本発明の実施の形態２において実行される制
動駆動モードルーチンのフローチャートである。

【符号の説明】

１０電磁駆動弁１２弁体１４排気ポート２４ロアスプリング２８アッパスプリング３４ロアコア３６ロアコイル３８アッパコア４０アッパコイル４４駆動制御回路４６電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｋ 31/06 ３１０Ｆ１６Ｋ 31/06 ３１０Ａ (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)発明者水田為俊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)発明者四重田啓二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Ｆターム(参考） 3G018 AB09 AB16 BA38 CA12 DA36 DA41 DA45 EA02 EA35 FA01 FA07 GA32 GA37 3G084 BA23 CA09 DA39 FA07 FA33 FA38 3G092 AA11 DA01 DA02 DA07 DF05 DG09 EA01 EA02 FA14 GA17 GA18 HA01Z HE01Z HE03Z 3G301 HA19 JA37 KA08 KA09 KA24 KA25 LA07 LC01 NC02 NE23 PA01Z PE03Z 3H106 DA08 DB02 DC02 EE22 FB04 FB07 KK17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気弁を電磁力で開閉させる電磁駆動機
構を備える内燃機関の制御装置であって、膨張行程から排気行程に移行する過程で排気管圧力と筒
内圧力とが等しくなるクランク角を検知するクランク角
検知手段と、前記クランク角において前記排気弁が開弁し始めるよう
に前記電磁駆動機構を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】前記クランク角検知手段は、内燃機関の
回転数および吸入空気量に基づいて前記クランク角を検
出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御
装置。
【請求項３】吸気弁または排気弁を電磁力で開閉させ
る電磁駆動機構を備える内燃機関の制御装置であって、前記吸気弁または排気弁が開弁方向に移動する過程で、
前記電磁駆動機構に、その移動を妨げる方向に作用する
制動電磁力を発生させることができ、かつ、内燃機関の
回転数および吸入空気量の少なくとも一方に基づいて前
記制動電磁力の大きさを変化させる制動電磁力発生手段
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】前記制動電磁力発生手段は、内燃機関の
回転数が高いほど前記制動電磁力が小さくなるように前
記電磁駆動機構を制御する回転数反映手段を備えること
を特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】前記制動電磁力発生手段は、内燃機関の
吸入空気量が多量であるほど前記制動電磁力が小さくな
るように前記電磁駆動機構を制御する空気量反映手段を
備えることを特徴とする請求項３または４記載の内燃機
関の制御装置。
【請求項６】前記制動電磁力発生手段は、内燃機関の
回転数が所定回転数以下である場合にのみ、前記制動電
磁力を発生させることを特徴とする請求項３乃至５の何
れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】前記制動電磁力発生手段は、内燃機関の
吸入空気量が所定量以下である場合にのみ、前記制動電
磁力を発生させることを特徴とする請求項３乃至６の何
れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】前記電磁駆動機構は、開閉させるべき弁
を閉弁方向に付勢する電磁力を発生する閉弁電磁力発生
機構と、前記弁を開弁方向に付勢する開弁電磁力発生機
構と、前記弁を中立位置に付勢する弾性力を発生する弾
性力発生機構と、を含むことを特徴とする請求項１乃至
７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。