JPH03182610A - 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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JPH03182610A
JPH03182610A JP1322423A JP32242389A JPH03182610A JP H03182610 A JPH03182610 A JP H03182610A JP 1322423 A JP1322423 A JP 1322423A JP 32242389 A JP32242389 A JP 32242389A JP H03182610 A JPH03182610 A JP H03182610A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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６１−７８７１３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５
　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”、排気バルブの燃焼室側面積
を８ｃｒｒ？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　（７８４Ｎ）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じおける吸排気バ
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、！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た副排気バルブを排気バルブに先
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
ブ作動検出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とを有するこ
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、排気バルブヒ
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１、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。
（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が多妾続されている。
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のビンジャーナルと
接続している。
該クランクシャフト４３のフランジ部４４（は複数のス
リットが円周状に穿設され、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は該人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ツプを予め記憶す
るＲＯＭ、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３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充電スイッチ７
２に接続されている。光電スィッチ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１
８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Ｃ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木の光ファ
イバーを介して各々充電スイッチ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、該充電スイッチ
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３
１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３
１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個のプローブ及び充
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２
１を初期駆動する。
Ｉｊ＃気開始タイミングでの燃焼室内圧力Ｐは約５　ｋ
　ｇ　／　ｃ　ｍ’であるため、副排気バルブ２１の燃
焼室側面積を２ｃｍ”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１０ｋｇ　（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１
１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（、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２Ｉ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
′ｓ４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。
【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。 ！・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。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （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
    に並設された副排気バルブを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、上記バルブ作動検出
    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とを有することを特徴と
    する電磁力バルブ駆動制御装置。
  2. （２）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
    徴とする請求項（１）記載の電磁力バルブ駆動制御装置
    。
  3. （３）上記副排気バルブの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ことを特徴とする請求項（１
    ）記載の電磁力バルブ駆動制御装置。
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