JP3043349B2 - 電磁力バルブ駆動制御装置 - Google Patents

電磁力バルブ駆動制御装置

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JP3043349B2 JP1322423A JP32242389A JP3043349B2 JP 3043349 B2 JP3043349 B2 JP 3043349B2 JP 1322423 A JP1322423 A JP 1322423A JP 32242389 A JP32242389 A JP 32242389A JP 3043349 B2 JP3043349 B2 JP 3043349B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンに装備され、電磁力により開閉駆
動される吸排気バルブ及び該排気バルブに並設された副
排気バルブの開閉状態を制御する電磁力バルブ駆動制御
装置に関する。
（従来の技術） 従来のエンジンの吸排気バルブはカムシャフトにより
開閉駆動されている。該カムシャフトはクランクシャフ
トと連動しているため、クランク角に対する吸排気バル
ブの開閉タイミングをエンジンの回転数の変化に対応し
て変更することができない。よって、特定の回転数で高
効率となるように吸排気バルブの開閉タイミングを調整
するため、該特定の回転数以外の回転数で運転される場
合には効率が低下するという問題がある。
そこで、吸気バルブ、排気バルブを備える内燃機関に
おいて、内燃機関の作動状態を検出する検出器を設け、
該検出器の検出信号に基づき吸気バルブ、排気バルブを
電動手段で作動させるように構成した内燃機関のバルブ
機構が、特開昭58−183805号公報に記載されている。
また、吸気もしくは排気バルブの開閉を電動手段で作
動するようにしたエンジンにおいて、上記バルブが開状
態から閉状態に閉じる着座直前に、バルブを開方向に作
動する印加パルスを電動手段に加えて着座時の衝撃を軽
減する制御手段を備えたエンジンのバルブ制御装置が、
特開昭61−76713号公報に記載されている。
（発明が解決しようとする課題） 上記の、吸排気バルブを電磁石により開閉駆動するエ
ンジンでは、吸排気バルブ共に開閉駆動に要する駆動力
は比較的小でよいにもかかわらず、排気バルブの開口時
には燃焼室内の圧力に抗して排気バルブを駆動しなけれ
ばならないため大駆動力を必要とする。よって、排気バ
ルブ駆動用の電磁石が大型化し、あるいは駆動力不足の
ため開口不能となるという問題点がある。
たとえば、膨張行程終期における燃焼室の内部圧力を
5kg/cm2、排気バルブの燃焼室側面積を8cm2とすると、
排気バルブが該内部圧力に抗して開口するのに要する電
磁力は40kg（392N）となる。開口時における排気バルブ
の加速に要する駆動力を勘案すると駆動装置は80kg（78
4N）程度の駆動力を発生させなければならない。
また、上記公報に記載されたエンジンにおける吸排気
バルブは開閉ストロークを変更することが困難あるいは
不可能であるので、エンジンの回転速度及び負荷に応じ
て吸排気バルブの開閉状態を適切に制御することができ
ず、よって実際の作動状態が所望する作動状態と一致し
ているという補償が無い。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、小型の
電磁駆動装置で確実に排気バルブを駆動し排気ガスを排
出することのでき、かつエンジンの回転速度及び負荷の
増減に応じて吸排気バルブの開閉状態を適切に制御する
ことのできる電磁力バルブ駆動制御装置を提供しようと
するものである。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、電磁力により開閉する吸排気バルブ
を駆動制御する電磁力バルブ駆動制御装置において、上
記排気バルブに並設され燃焼室側面積は排気バルブの燃
焼室側面積より小である副排気バルブをエンジンの膨張
行程の終期でピストンが下死点近傍にあるとき排気バル
ブに先行して開放する副排気バルブ駆動手段と、上記吸
排気バルブ及び副排気バルブの作動状態を検知するバル
ブ作動検知手段と、エンジン回転数及びクランク角を検
知する回転検知手段と、エンジン負荷を検知する負荷検
知手段と、上記検知されたエンジンの回転数及び負荷信
号に基づいて吸排気バルブ及び副排気バルブ駆動信号を
クランク角信号に同期して出力する駆動制御手段と、上
記バルブ作動検知手段からの検知信号を基に上記駆動制
御手段からの出力信号を補正する信号補正手段と、上記
バルブ作動検知手段により検知される実際の作動状態と
作動状態決定手段により決定される作動状態とが異なる
場合に警報を発する警報手段を有することを特徴とする
電磁力バルブ駆動制御装置を提供できる。
（作用） 本発明の電磁力バルブ駆動制御装置では、排気バルブ
に隣接して副排気バルブを設け、該副排気バルブを従来
の排気バルブに先行して開放し、排気開始タイミング時
の燃焼室内部を低下させ排気バルブの開放に要する駆動
力を低減し、かつ、吸排気バルブ及び副排気バルブの作
動状態を検出し、実際の作動状態と所望する作動状態と
を比較して、一致していない場合には実際の作動状態を
補正する制御を行なう。そして、上記バルブ作動検知手
段により検知される実際の作動状態と作動状態決定手段
により決定される作動状態とが異なる場合に警報手段に
より警報を発する。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明す
る。
第１図は、本発明による駆動制御装置を備えたエンジ
ンのブロック図である。
11は軽量高強度材料であるセラミック材料、あるいは
耐熱軽量合金材料で形成された主排気バルブであり、該
主排気バルブ11の軸端部には、該主排気バルブ11を開閉
駆動する駆動装置１が接続されている。
該主排気バルブ11と隣接して、該主排気バルブ11より
燃焼室対向部面積が小である副排気バルブ21、及び吸気
バルブ31が設けられている。該副排気バルブ21及び吸気
バルブ31は主排気バルブ11と同様にセラミック材料、あ
るいは耐熱軽量合金材料で形成されており、かつ各々の
軸端部には駆動装置２及び駆動装置３が接続されてい
る。
上記主排気バルブ11、副排気バルブ21及び吸気バルブ
31が対向する燃焼室４の下部にはピストン41が配設され
ており、該ピストン41はコネクティングロッド42を介し
てクランクシャフト43のピンジャーナルと接続してい
る。
該クランクシャフト43のフランジ部44には複数のスリ
ットが円周状の穿設され、該スリットを挟んでクランク
角センサ51が配設されている。該クランク角センサ51
は、該スリットの一方側に配設された発光部52と、該発
光部52から照射された光をスリットを介し受光する受光
部53とから構成されている。そして、該クランク角セン
サ51はクランクシャフト43の回転速度及びクランク角を
検知するセンサである。また、54はエンジン負荷に対応
するアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセルセ
ンサである。
55は燃料噴射装置であり、外部からの信号により燃料
の噴射時期及び噴射量を自在に変更することができるも
のである。
該クランク角センサ51、アクセルセンサ54、燃料噴射
装置55及び上記駆動装置１、２、３は、コントローラ５
の構成部分である入出力インターフェイスと接続されて
いる。該入出力インターフェイスはクランク角センサ51
及びアクセルセンサ54からの信号を入力し、かつ燃料噴
射装置55及び駆動装置１、２、３へ制御信号を出力す
る。コントローラ５は該入出力インターフェイスの他
に、プログラム及び各種関係マップを予め記憶するRO
M、該ROMに記憶されているプログラムの下に演算を行な
うCPU、データ及び演算結果を一時記憶するRAM、コント
ローラ５内部の信号の流れをコントロールするコントロ
ールメモリ等から構成されている。
次に、上記駆動装置１及び２について説明する。尚、
駆動装置４は駆動装置１と同様の構造であるため説明を
省略する。
第２図は、駆動装置２の構造を示す図である。
22は磁性体からなるコアであり、副排気バルブ21の閉
鎖状態での上端部より若干低位置に、励磁コイル23によ
って励磁される固定磁極を有している。該固定磁極部分
には非磁性体からなるガイドバー24を介して磁性体板25
が摺動自在に保持されている。また、該ガイドバー24は
スプリング26によって常時上方向に付勢されており、磁
性体板25の上限位置にて副排気バルブ２の上端部に設け
られたストッパ28と微小間隔を介して対向、あるいは接
触する。そして、該ストッパ28とコア22との間にはスプ
リング27が配設されており、ストッパ28を介して副排気
バルブ21を上方向に付勢している。
71は副排気バルブ21の作動状態を検知する作動センサ
であり、２本の光ファイバーを介して光電スイッチ72に
接続されている。光電スイッチ72内部には発光ダイオー
ド（LED）とフォトトランジスタが内蔵されており、発
光ダイオードから発せられた光は一方の光ファイバーを
通過して磁性体板25の下面に照射される。該磁性端板25
が所定位置まで降下した時点で、該下面からの反射光は
他方の光ファイバーに戻りフォトトランジスタに導かれ
る。そして、磁性体板25が該所定位置まで降下したこと
を検知した信号はコントローラ５に出力される。
次に、駆動装置１について説明する。
第３図は、駆動装置１の構造を示す図である。
主排気バルブ11の軸端部には可動子12が連結してい
る。該可動子12は、円筒形の磁気通路13と、該磁気通路
13の外周部に周設された複数個の２次コイル14から構成
されている。該２次コイル14は磁気通路13の外周部に刻
設された溝に、溶融したアルミニウムを流し込んで形成
される。よって、可動子12の側面の磁気通路13部分と２
次コイル14部分とでは光線反射率が異る。
尚、磁気通路13は２次コイル14に作用する磁束密度を
増加させるために磁性体から形成されており、例えば磁
性金属のアモルファス薄板を放射状に配列して円筒形状
に形成したものである。ただし、該磁気通路13は後述す
る駆動部固定磁極16からの磁束の通路となるので、該磁
束の通路が確保されるように配列しなければならない。
また、エンジン停止時において主排気バルブ11が降下
することを防止するために、可動子12はスプリング18に
よって閉方向にバイアスされている。
可動子12の側面には該可動子12を挟んで一対の駆動部
15が配設されている。該駆動部15は、２次コイル14と対
向して配設された駆動部固定磁極16と、該駆動部固定磁
極16の各々に捲設された励磁コイル17とから構成されて
いる。そして、上記コントローラ５から交番電力の供給
を受け、可動子12の２次コイル14に対し進行磁界を作用
させるものである。
可動子12の上部には、上記駆動装置２と同じく主排気
バルブ11の着座状態時に微小間隔を介して対向、もしく
は接触する磁性板85が配設されている。
可動子12の側面には上記駆動部15の他に、主排気バル
ブ11を挟み、ガイドバー84を介して磁性体板85を摺動自
在に保持する一対の固定磁極を有するコア82が配設さ
れ、該コア82に設けられた固定磁極は、主排気バルブ11
が閉鎖時における可動子12の上端面より所定量だけ下方
に設定され、下部コイル83により励磁される。
そして、該固定磁極に吸引され可動子12の上端面に当
接し、該可動子12を下方向へと駆動させるものである。
尚、該磁性板85はスプリングにより常時上方向にバイア
スされている。
上記コア82には更に、３個のプローブ62、63及び64が
可動子12の側面と対向するよう埋設されている。該プロ
ーブ62、63及び64は、上記可動子12の移動方向に並設さ
れており、プローブ62は主排気バルブ11の着座位置、プ
ローブ63は主排気バルブ11の移動途中に設定された減速
位置、プローブ64は主排気バルブ11の最大開口位置であ
る停止位置の各々に対応する可動子12の側面と対向する
位置に設けられている。
そして、該プローブ62、63及び64は２本の光ファイバ
ーを介して各々光電スイッチ65、66及び67に接続されて
いる。各光電スイッチ内部には発光ダイオード（LED）
とフォトトランジスタが内蔵されており、発光ダイオー
ドから発せられた光は一方の光ファイバーを通過して可
動子12の外周面に照射される。そして、該外周面からの
反射光は他方の光ファイバーを通ってフォトトランジス
タに導かれる。そして、該光電スイッチは該外周面の光
線反射率が所定値以上の場合に信号を出力する。
そして、上記光電スイッチ65、66及び67からの信号は
コントローラ５に入力される。
次に、上記構成による本発明の制御装置の制御内容に
ついて説明する。
第４図は、本発明の制御装置の制御内容を示すフロー
図である。
ステップ１にて、クランク角センサ51からの信号を入
力し、ステップ２にて、該信号を基にクランクシャフト
43の回転速度を演算する。そして、次のステップ３に
て、アクセルセンサ54からの信号を入力し負荷を検知す
る。
そしてステップ４にて、これら回転速度及び負荷か
ら、主排気バルブ11、副排気バルブ21及び吸気バルブ31
の初期駆動力及び、開動作を開始するタイミングに相当
するクランク角を演算する。
該演算結果に基づき、ステップ５にてまず吸気バルブ
31の上部に対向する磁性板を吸引し、該吸気バルブ31を
初期駆動する。
ステップ６にて、初期駆動された吸気バルブ31の移動
速度を、駆動装置３に内蔵される３個のプローブ及び光
電スイッチにより検出し、ステップ６にて所定の作動状
態と一致するように補正する。
そして、ステップ８にて、吸気バルブ31が所定の動作
を行なっているか否かを判断し、吸気バルブ31が正常に
作動していればステップ９へ、異常と判断された場合に
は後述するステップ15へと進む。
ステップ９では、排気開始タイミングにて、まず励磁
コイル23を励磁し磁性板25を吸引して副排気バルブ21を
初期駆動する。
排気開始タイミングでの燃焼室内圧力Ｐは約5kg/cm2
であるため、副排気バルブ21の燃焼室側面積を2cm2とす
れば、内部圧力に抗して開口するのに要する電磁力は10
kg（98N）で済み、開口時の加速力も主排気バルブ11の
加速力より小でよい。
すなわち、まず副排気バルブ21を開弁することによ
り、内部圧力を低下させ、その後に主排気バルブ11を開
口すると、駆動装置１は主排気バルブ11の加速に要する
電磁力を出力する。
よって、ステップ10にてコア82を励磁し主排気バルブ
11を初期駆動する。
次に、ステップ11にて、光電スイッチ72からの信号に
より副排気バルブ21が正常に作動したか否かを判断し、
正常であればステップ12へ、異常であればステップ17へ
進む。
ステップ12では光電スイッチ65、66及び67からの信号
を基に主排気バルブ11の移動速度を検出し、ステップ13
にて所定の作動状態と一致するように補正する。
そして、ステップ14にて、主排気バルブ11が所定の動
作を行なっているか否かを判断し、主排気バルブ11が正
常に作動していればステップ１へ戻り、異常と判断され
た場合には上記ステップ８と同じくステップ15へと進
む。
ステップ15では、吸気バルブ31及び主排気バルブ11の
少なくとも一方の移動速度補正が行なえない場合である
から、磁性板の吸引による初期駆動のみにより各バルブ
を駆動すると共に、異常信号を出力する。
上記ステップ11にて異常と判断された場合には、ステ
ップ17にて異常信号を出力すると共に、次のステップ18
にて気筒制御を行なう。
気筒制御とは、異常が認められた副排気バルブ21が設
けられている気筒について、作動を停止させる制御であ
る。
例えば、４気筒エンジンの場合には、第１気筒もしく
は第４気筒のいずれかに異常がある場合には第１気筒及
び第４気筒双方のバルブ作動及び燃料供給を停止し、第
２気筒及び第３気筒のみにてエンジンを稼動させる。
逆に、第２気筒及び第３気筒のいずれかに異常がある
場合には、第１気筒及び第４気筒にてエンジンを稼動さ
せる。
そして、ステップ19にて気筒制御後の各バルブ作動を
確認し、更に異常があればエンジン稼動不能と判断し、
制御を停止させ、気筒制御が正常に行なわれていれば、
ステップ17に戻り、異常信号出力と気筒制御を継続す
る。
以上実施例について詳細に説明したが、本発明の精神
から逸れないかぎりで、種々の異なる実施例は容易に構
成できるから、本発明は前記特許請求の範囲において記
載した限定以外、特定の実施例に制約されるものではな
い。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、排気バルブに
隣接して副排気バルブを設け、該副排気バルブを従来の
排気バルブに先行して開放し、排気開始タイミング時の
燃焼室内部を低下させ排気バルブの開放に要する駆動力
を低減し、かつ、吸排気バルブ及び副排気バルブの作動
状態を検出し、実際の作動状態と所望する作動状態とを
比較して、一致していない場合には実際の作動状態を補
正する制御を行なうので、小型の電磁駆動装置で確実に
排気バルブを駆動し排気ガスを排出することのでき、か
つエンジンの回転速度及び負荷の増減に応じて吸排気バ
ルブの開閉状態を適切に制御することのできる電磁力バ
ルブ駆動制御装置を提供できる。更に、バルブ作動検知
手段により検知される実際の作動状態と作動状態決定手
段により決定される作動状態とが異なる場合に警報手段
により警報を発することができるので、エンジンを安全
に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による駆動制御装置を備えたエンジン
のブロック図、第２図は、駆動装置２の構造を示す図、
第３図は、駆動装置１の構造を示す図、第４図は、本発
明の制御フローを示すフロー図である。 １・２・３……駆動装置、４……燃焼室、５……コント
ロールユニット、11……主排気バルブ、21……副排気バ
ルブ、31……吸気バルブ、51……クランク角センサ、54
……アクセルセンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01L 9/04 F02D 13/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電磁力により開閉する吸排気バルブを駆動
    制御する電磁力バルブ駆動制御装置において、上記排気
    バルブに並設され燃焼室側面積は排気バルブの燃焼室側
    面積より小である副排気バルブをエンジンの膨張行程の
    終期でピストンが下死点近傍にあるとき排気バルブに先
    行して開放する副排気バルブ駆動手段と、上記吸排気バ
    ルブ及び副排気バルブの作動状態を検知するバルブ作動
    検知手段と、エンジン回転数及びクランク角を検知する
    回転検知手段と、エンジン負荷を検知する負荷検知手段
    と、上記検知されたエンジンの回転数及び負荷信号に基
    づいて吸排気バルブ及び副排気バルブ駆動信号をクラン
    ク角信号に同期して出力する駆動制御手段と、上記バル
    ブ作動検知手段からの検知信号を基に上記駆動制御手段
    からの出力信号を補正する信号補正手段と、上記バルブ
    作動検知手段により検知される実際の作動状態と作動状
    態決定手段により決定される作動状態とが異なる場合に
    警報を発する警報手段を有することを特徴とする電磁力
    バルブ駆動制御装置。
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