(57)【要約】【課題】内燃機関の運転効率を更に向上させる技術を提供する。【解決手段】エンジンの１つのシリンダに吸気弁として、小型、軽量化した２５個の電磁弁を設ける。この電磁弁は、それぞれ異なる開閉状態で開閉可能である。制御ユニットは、各種センサの出力に基づいて要求出力および吸入空気量を決定し、スロットル開度、駆動すべき電磁弁の個数およびバルブタイミングを制御する。【選択図】　図５
2004100667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室の１つに所定のガスを吸気するための複数の吸気弁と、
該複数の吸気弁の一部を他の吸気弁と異なる開閉状態で開閉可能な吸気弁駆動部と、
を備えており、
前記吸気弁は、一体的に開閉する複数のグループにグループ化されており、
前記制御装置は、
前記内燃機関の運転に関する所定の要求を入力する入力部と、
該要求に応じて、前記グループごとに、前記複数の吸気弁に異なる開閉状態が混在するように、前記吸気弁駆動部を制御する制御部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置であって、
前記制御部は、更に、前記要求に応じて、前記グループを構成する前記複数の吸気弁の組み合わせを変更する、
制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御装置であって、
前記要求は、前記ガスの吸入量である、
制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の制御装置であって、
前記要求は、前記燃焼室に吸入される前記ガスの気流状態である、
制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の制御装置であって、
前記制御部は、開閉すべき前記吸気弁の数を制御する、
制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の制御装置であって、
前記制御部は、異なる開閉タイミングで開閉する前記吸気弁が混在するように、前記複数の吸気弁の開閉のタイミングを制御する、
制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記複数の吸気弁の開弁量を制御する、
制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の制御装置であって、
前記吸気弁駆動部は、前記複数の吸気弁のそれぞれを独立して開閉可能な機構を備えており、
前記制御部は、前記複数の吸気弁の開閉状態を個別に制御する、
制御装置。
【請求項９】
請求項１記載の制御装置であって、
前記制御は、前記燃焼室に吸気するための吸気管内が大気圧の状態で実行される、
制御装置。
【請求項１０】
請求項１記載の制御装置であって、
前記内燃機関は、更に、
前記燃焼室の１つから燃焼ガスを排気するための複数の排気弁と、
該複数の排気弁の一部を他の排気弁と異なる開閉状態で開閉可能な排気弁駆動部と、
を備えており、
前記制御部は、更に、前記複数の排気弁に異なる開閉状態が混在するように、前記排気弁駆動部を制御する、
制御装置。
【請求項１１】
内燃機関の運転を制御する制御方法であって、
前記内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室の１つに所定のガスを吸気するための複数の吸気弁と、
該複数の吸気弁の一部を他の吸気弁と異なる開閉状態で開閉可能な吸気弁駆動部と、
を備えており、
前記吸気弁は、一体的に開閉する複数のグループにグループ化されており、
（ａ）前記内燃機関の運転に関する所定の要求を取得する工程と、
（ｂ）該要求に応じて、前記グループごとに、前記複数の吸気弁に異なる開閉状態が混在するように、前記吸気弁駆動部を制御する工程と、
を備える制御方法。
【請求項１２】
内燃機関であって、
燃焼室と、
該燃焼室のヘッドに取り付けられ、該燃焼室への吸気または該燃焼室からの排気のいずれかを行うための複数の弁と、
該複数の弁を開閉するための複数の駆動部と、
前記各駆動部と少なくとも１つの前記弁とを連結するリンクと、を備え、
前記複数の駆動部は、少なくとも２層以上の積層状に配置されている、
内燃機関。
【請求項１３】
請求項１２記載の内燃機関であって、
前記複数の弁は、吸気弁である、
内燃機関。
【請求項１４】
請求項１２記載の内燃機関であって、
前記複数の弁の少なくとも一部は、所定のリブ材によって連結することによって、複数のグループにグループ化されている、
内燃機関。
【請求項１５】
請求項１４記載の内燃機関であって、
前記複数の駆動部は、前記グループごとに備えられている、
内燃機関。
【請求項１６】
請求項１２記載の内燃機関であって、
前記複数の駆動部は、
前記弁を閉弁方向または閉弁方向のいずれか一方に付勢するためのバネ部材と、
前記弁を他方向に引き寄せる電磁力を発生する電磁コイルと、
によって、前記複数の弁を開閉する、
内燃機関。
【請求項１７】
請求項１２記載の内燃機関であって、
前記積層状に配置された駆動部は、少なくとも１層について３つ以上備えられており、
同一層内で互いに隣接する３つの前記駆動部は、三角形の頂点に配置されている、
内燃機関。
【請求項１８】
内燃機関であって、
燃焼室と、
該燃焼室のヘッドに取り付けられ、該燃焼室への吸気または該燃焼室からの排気のいずれかを行うための３つ以上の弁と、
該弁を開閉するための複数の駆動部と、を備え、
互いに隣接する３つの前記弁は、三角形の頂点に配置されている、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のバルブを備える内燃機関の運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン（内燃機関）の出力や、トルクの制御は、燃焼室への吸気量の制御によって行っている。この吸気量の制御は、一般に、アクセル開度に応じたスロットルバルブ開度の制御によって行われる。
【０００３】
スロットルバルブ開度の制御による吸気量の制御では、スロットルバルブ開度を絞ったときに、いわゆるポンピング・ロス（エンジンが空気を吸い込むときの抵抗によるエネルギー・ロス）が生じる。このため、近年では、スロットルバルブを用いずに吸気量の制御を行うことによってエンジンの効率向上を図る、いわゆるノンスロットル運転の要請がある。
【０００４】
ノンスロットル運転が可能なエンジン技術としては、例えば、バルブトロニック（登録商標）と呼ばれる技術がある。この技術では、エンジンは、スロットルバルブをほぼ全開にした状態で、カム機構を用いた吸気側動弁機構によって、バルブの開閉タイミングおよびリフト量を連続的に変化させることで、吸気量を制御する。
【０００５】
エンジンの効率向上を図るための別の技術としては、吸排気弁のマルチバルブ化が挙げられる。マルチバルブ化とは、１つの燃焼室に備えるバルブを複数とすることによってバルブ１つ当たりの慣性質量を低減し、バルブの開閉を高速に行うことにより、エンジンの吸排気効率を向上させる技術である。従来、１つの燃焼室に８つの吸排気バルブを備えるエンジンが実現されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１６９４１８号公報
【特許文献２】
特許第２８０２５４０号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、エンジンの動弁機構や制御に関し、更なる改善の余地が残されていた。カム機構を用いたバルブの開閉タイミングやリフト量の制御では、きめ細かな制御が困難だった。また、カム機構を用いた動弁機構では、スペース的な制約があり、更なるマルチバルブ化は困難だった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の運転効率を更に向上させる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の制御装置は、
内燃機関の運転を制御する制御装置であって、
前記内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室の１つに所定のガスを吸気するための複数の吸気弁と、
該複数の吸気弁の一部を他の吸気弁と異なる開閉状態で開閉可能な吸気弁駆動部と、
を備えており、
前記吸気弁は、一体的に開閉する複数のグループにグループ化されており、
前記制御装置は、
前記内燃機関の運転に関する所定の要求を入力する入力部と、
該要求に応じて、前記グループごとに、前記複数の吸気弁に異なる開閉状態が混在するように、前記吸気弁駆動部を制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。
【００１０】
本発明において、制御対象となる内燃機関は、一体的に開閉する複数のグループにグループ化された複数の吸気弁を備えている。また、少なくとも１つのグループは、複数の吸気弁を備えている。なお、「グループ化」は、複数の吸気弁同士を接続するリブ材等によってハードウェア的になされていてもよいし、ソフトウェア的になされていてもよい。
【００１１】
「内燃機関の運転に関する所定の要求」としては、例えば、要求される出力や、トルクなどが挙げられる。本発明によって、前記内燃機関の燃焼室が備える複数の吸気弁を、要求に応じて、グループごとに、所望の開閉状態となるように制御することができるので、内燃機関への吸気量を柔軟に制御し、運転効率を向上させることができる。ここで、「開閉状態」とは、開閉期間およびリフト量によって定義される。従って、異なる開閉状態が混在するとは、開閉期間およびリフト量の少なくとも一方が異なる吸気弁が混在することを意味し、全てのグループの吸気弁が一体的に動く場合を除く種々の状態が含まれる。
【００１２】
本発明の制御装置において、前記複数の吸気弁がソフトウェア的にグループ化される場合、グループは、内燃機関の運転を通じて固定されていてもよいが、
前記制御部は、更に、前記要求に応じて、前記グループを構成する前記複数の吸気弁の組み合わせを変更するようにしてもよい。
【００１３】
こうすることによって、内燃機関の運転を、より柔軟に制御することができる。
【００１４】
本発明の制御装置において、
前記要求は、前記ガスの吸入量であるものとすることができる。
【００１５】
内燃機関から所望の出力や、トルクを得るための制御対象の１つとして、内燃機関へのガス、例えば、空気の吸入量が挙げられる。本発明によって、所望のガスの吸入量が得られるように、複数の吸気弁の開閉状態を制御することができる。
【００１６】
また、本発明の制御装置において、
前記要求は、前記燃焼室に吸入される前記ガスの気流状態であるものとしてもよい。
【００１７】
ここで、「ガスの気流状態」としては、例えば、スワール流（水平方向の渦巻き）や、タンブル流（垂直方向の渦巻き）などが挙げられる。内燃機関は、一般に、ガスの気流状態、および、燃料の燃焼方式を変えることによって、運転効率が変わる。例えば、内燃機関に要求される出力が低い場合には、燃焼室内にスワール流を生成し、燃料を成層燃焼させることによって、低燃費を実現できる。また、内燃機関に要求される出力が高い場合には、燃焼室内にタンブル流を生成し、燃料を均質燃焼させることによって、高出力を実現できる。本発明では、所望の気流状態が得られるように、複数の吸気弁の開閉状態を制御することができる。
【００１８】
本発明の制御装置において、
前記制御部は、開閉すべき前記吸気弁の数を制御するものとすることができる。
【００１９】
１つの吸気弁からの燃焼室への単位時間当たりのガスの吸気量は、概ね、弁の周囲長と開弁量とによって決定する。従って、開閉すべき吸気弁の数を制御することによって、燃焼室へのガスの吸気量を、多段階に容易に制御することができる。この場合、１つの吸気弁の開閉を、単にＯＮ／ＯＦＦ制御し、制御の簡素化を図ってもよい。
【００２０】
また、本発明の制御装置において、
前記制御部は、異なる開閉タイミングで開閉する前記吸気弁が混在するように、前記複数の吸気弁の開閉のタイミングを制御するようにしてもよい。
【００２１】
こうすることによって、燃焼室へのガスの吸入量や、燃焼室内のガスの気流状態をきめ細かく制御することができる。例えば、燃焼室へのガスの吸入量は、吸気弁の開期間を制御することによって制御することができる。また、燃焼室内のガスの気流は、複数の吸気弁について、各吸気弁の開期間を段階的に制御するなどによって制御することができる。
【００２２】
また、本発明の制御装置において、
前記制御部は、前記複数の吸気弁の開弁量を制御するようにしてもよい。
【００２３】
先に説明したように、１つの吸気弁から燃焼室へのガスの吸気量は、概ね、弁の周囲長と開弁量とによって決定する。本発明によって、吸気弁の開閉を、単にＯＮ／ＯＦＦ制御するよりも、きめ細かく制御することができる。
【００２４】
本発明の制御装置において、
前記吸気弁駆動部は、前記複数の吸気弁のそれぞれを独立して開閉可能な機構を備えており、
前記制御部は、前記複数の吸気弁の開閉状態を個別に制御することが好ましい。
【００２５】
こうすることによって、内燃機関の運転を、更にきめ細かく制御することが可能となり、運転効率を更に向上させることができる。
【００２６】
本発明の制御装置において、
前記制御は、前記燃焼室に吸気するための吸気管内が大気圧の状態で実行されるものとすることができる。
【００２７】
吸気管内が大気圧の状態とは、例えば、吸気量を絞るスロットル弁が内燃機関に備えられていない状態や、スロットル弁の開度が比較的大きい状態や、ほぼ全開の状態などが含まれる。本発明では、先に説明したように、複数の吸気弁の駆動をきめ細かく制御することができるので、いわゆるノンスロットル運転を実現できる。
【００２８】
本発明の制御装置において、
前記内燃機関は、更に、
前記燃焼室から燃焼ガスを排気するための複数の排気弁と、
該複数の排気弁の一部を他の排気弁と異なる開閉状態で開閉可能な排気弁駆動部と、
を備えており、
前記制御部は、更に、前記複数の排気弁に異なる開閉状態が混在するように、前記排気弁駆動部を制御するようにしてもよい。
【００２９】
こうすることによって、更に、燃焼ガスの排気もきめ細かく制御することができる。
【００３０】
本発明は、内燃機関の発明として構成することもできる。即ち、
本発明の第１の内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室のヘッドに取り付けられ、該燃焼室への吸気または該燃焼室からの排気のいずれかを行うための複数の弁と、
該複数の弁を開閉するための複数の駆動部と、
前記各駆動部と少なくとも１つの前記弁とを連結するリンクと、を備え、
前記複数の駆動部は、少なくとも２層以上の積層状に配置されていることを要旨とする。
【００３１】
こうすることによって、内燃機関の駆動部を駆動方向に対して垂直方向にコンパクトに構成することができるので、先に説明したスペース的な制約を解消し、従来よりも更に吸排気弁のマルチバルブ化を実現することができる。この結果、吸排気弁１つ当たりの慣性質量を低減し、弁の開閉を高速に行うことができるので、内燃機関の吸排気効率を向上させることができる。また、吸排気弁の開閉時の衝撃音を減少させることもできる。また、吸排気弁の摩擦部分の磨耗を抑制し、吸排気弁の長寿命化を図ることもできる。更に、マルチバルブ化により、吸排気弁の慣性質量を低減することによって、駆動部を小型化することが可能となるので、上述した効果を相乗的に得ることができる。
【００３２】
なお、複数の吸排気弁の大きさは、任意に設定可能であり、全て同じであってもよいし、少なくとも１つの弁の大きさが他の弁の大きさと異なっていてもよい。また、弁と駆動部とを連結するリンクの形状についても、任意に設定可能である。
【００３３】
本発明の第１の内燃機関において、
前記複数の弁は、吸排気弁のいずれであってもよいが、吸気弁であるものとすることができる。
【００３４】
こうすることによって、先に説明した本発明の制御装置によって本発明の内燃機関を制御し、効率的に運転することができる。
【００３５】
本発明の第１の内燃機関において、
前記複数の弁の少なくとも一部は、所定のリブ材によって連結することによって、複数のグループにグループ化されているものとすることができる。
【００３６】
こうすることによって、グループ化された複数の弁を連動させて開閉することができる。リブ材は、燃焼室内部に設けてもよいし、燃焼室外部に設けてもよい。
【００３７】
上記内燃機関において、
前記複数の駆動部は、前記グループごとに備えられているものとすることができる。
【００３８】
こうすることによって、駆動部の数を減少させ、内燃機関の構成を簡素化することができる。
【００３９】
本発明の第１の内燃機関において、
前記複数の駆動部は、種々の態様で構成可能であるが、
前記弁を閉弁方向または閉弁方向のいずれか一方に付勢するためのバネ部材と、
前記弁を他方向に引き寄せる電磁力を発生する電磁コイルと、
によって、前記複数の弁を開閉することが好ましい。
【００４０】
こうすることによって、駆動部を簡便、かつ、コンパクトに、また、高速駆動可能に構成することができる。
【００４１】
本発明の第１の内燃機関において、
前記積層状に配置された駆動部は、少なくとも１層について３つ以上備えられており、
同一層内で互いに隣接する３つの前記駆動部は、三角形の頂点に配置されているようにすることができる。
【００４２】
こうすることによって、駆動部を緻密に配置することができる。特に、駆動部の形状が円形などの場合に効果的である。なお、前記三角形は、駆動部の配置の緻密化の観点から、正三角形であることが好ましい。
【００４３】
また、本発明の第２の内燃機関は、
燃焼室と、
該燃焼室のヘッドに取り付けられ、該燃焼室への吸気または該燃焼室からの排気のいずれかを行うためのそれぞれ３つ以上の弁と、
該弁を開閉するための複数の駆動部と、を備え、
互いに隣接する３つの前記弁は、三角形の頂点に配置されていることを要旨とする。
【００４４】
通常、内燃機関の吸排気弁は、円形である。本発明によって、吸排気弁を緻密に配置し、マルチバルブ化を図ることができる。なお、前記三角形は、吸排気弁の配置の緻密化の観点から、正三角形であることが好ましい。複数の吸排気弁の形状が楕円である場合や、大きさの異なる円である場合などには、それらが緻密に配置されるように、二等辺三角形の頂点に配置されるようにしてもよい。
【００４５】
本発明は、上述の内燃機関、内燃機関の制御装置としての構成の他、内燃機関の制御方法の発明として構成することもできる。なお、内燃機関の制御方法としての態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。Ａ．エンジンシステムの構成：
Ｂ．動弁機構：
Ｃ．吸気弁の駆動制御：
Ｄ．変形例：
【００４７】
Ａ．エンジンシステムの構成：
図１は、一実施例としてのエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。本実施例のエンジンシステムは、車輌に搭載された４サイクルのガソリン・エンジン２００と、制御ユニット１００とから構成されている。車輌には、通常、複数のシリンダを備えるガソリン・エンジンが搭載されるが、本実施例では、図示および説明の便宜上、１つのシリンダ２０２についてのみ示した。制御ユニット１００は、本発明の制御装置に相当する。ガソリン・エンジン２００は、本発明の内燃機関に相当する。以下、ガソリン・エンジン２００を、単にエンジン２００と呼ぶ。
【００４８】
制御ユニット１００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御ユニット１００は、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納されているプログラムを実行することによって、ソフトウェア的にエンジン２００の動作を制御する。
【００４９】
制御ユニット１００には、エンジン２００の制御を行うための種々の信号が入出力される。図中には、代表的なもののみを示した。制御ユニット１００への入力信号には、アクセル開度センサ１０によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量や、車速センサ２０によって検出された車輌の走行速度や、回転数センサ３０によって検出されたエンジン２００の回転数などが含まれる。制御ユニット１００からの出力信号については、エンジン２００の構成と併せて順次説明する。
【００５０】
燃焼室２１０のヘッド部分には、燃焼室２１０に空気を吸入するための吸気管２２０と、燃焼室からの燃焼ガスを排気するための排気管２３０とが接続されている。そして、燃焼室２１０と吸気管２２０との接続部分、燃焼室２１０と排気管２３０との接続部分には、それぞれ吸気弁２４０および排気弁２６０が設けられている。
【００５１】
吸気弁２４０および排気弁２６０には、それぞれを開閉駆動するためのアクチュエータ２５０、２７０が接続されており、制御ユニット１００からの信号によって駆動制御される。なお、吸気弁２４０、排気弁２６０、アクチュエータ２５０、２７０は、図示の都合上、それぞれ１つずつ示したが、後述するように、２５個ずつ備えている。そして、これらは、異なる開閉状態に開閉可能であり、個別に駆動制御可能である。複数の吸気弁２４０、アクチュエータ２５０、および、これらの駆動制御については、後から詳しく説明する。
【００５２】
吸気管２２０には、燃焼室２１０への吸入空気量を絞るためのスロットル弁２２２が設けられている。制御ユニット１００は、要求出力等に応じて、スロットル弁２２２の開度（スロットル開度）を制御する。
【００５３】
吸気管２２０には、また、ガソリンを噴射するためのインジェクタ２２４が設けられている。本実施例では、吸気管２２０にガソリンを噴射するポート噴射タイプのエンジンを例示したが、いわゆる直噴タイプのエンジンを用いてもよい。制御ユニット１００は、吸入空気量に応じてインジェクタ２２４を制御し、適正な燃焼が行われるように、適切なタイミングで、適量のガソリンを噴射させる。
【００５４】
燃焼室２１０には、点火プラグ２８０が設けられている。ガソリンと空気との混合気は、燃焼室２１０内で圧縮された後、点火プラグ２８０によって点火される。制御ユニット１００は、エンジン２００の回転数や、要求負荷等に応じて、点火時期を制御する。
【００５５】
Ｂ．動弁機構：
図２は、吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０の概略構成を示す斜視図である。バルブシート２４２には、２５個の吸気弁２４０が設けられている。吸気弁２４０の弁座は円形である。そして、各吸気弁２４０に対して、円筒形のアクチュエータ２５０が接続されている。各吸気弁２４０、および、アクチュエータ２５０は、後述するように、電磁弁として構成されている。アクチュエータ２５０は、吸気弁２４０を図の上下方向に駆動することによって開閉する。
【００５６】
図示するように、２５個のアクチュエータ２５０は、２層の積層状に配置されている。本実施例では、下段に１４個のアクチュエータ２５０ｄを、上段に１１個のアクチュエータ２５０ｕを配置した。
【００５７】
図３は、燃焼室２１０側から見た吸気弁２４０の配置を示す説明図である。白丸で示した吸気弁２４０ｕは、図２に示した上段のアクチュエータ２５０ｕに対応する吸気弁を示している。ハッチングを付した丸で示した吸気弁２４０ｄは、図２に示した下段のアクチュエータ２５０ｄに対応する吸気弁を示している。
【００５８】
図４は、吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０を含む電磁弁の概略構成および吸気弁２４０の開閉駆動について示す説明図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ閉弁状態および開弁状態を示している。吸気弁２４０は、弁棒２４４を備えている。弁棒２４４のほぼ先端には、アーマチャ２５８が固定されている。また、弁棒２４４には、アーマチャ２５８と所定距離離間してストッパ２５６が固定されている。ストッパ２５６とアーマチャ２５８との間には、電磁コイル２５２および固定鉄心２５３が設けられている。そして、固定鉄心２５３とアーマチャ２５８との間には、スプリング２５４が設けられている。スプリング２５４の自然長は、固定鉄心２５３とストッパ２５６とが接しているときの固定鉄心２５３とアーマチャ２５８との距離よりも長く設定されている。従って、スプリング２５４の自然長に戻ろうとする力は、アーマチャ２５８を図の上方に持ち上げるように、即ち、吸気弁２４０を閉弁方向に付勢するように働いている。
【００５９】
電磁弁は、制御ユニット１００からの信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される。本実施例の電磁弁は、ノーマリ・クローズの電磁弁である。即ち、制御ユニット１００からの信号がＯＦＦであるとき、電磁コイル２５２には励磁電流が供給されない。このとき、電磁コイル２５２に電磁力が発生しないので、スプリング２５４が自然長に戻ろうとする力によって、アーマチャ２５８は、図の上方に持ち上げられ、吸気弁２４０は、閉弁状態になっている（図４（ａ））。一方、制御ユニット１００からの信号がＯＮであるときには、電磁コイル２５２に励磁電流が供給される。このとき、電磁コイル２５２には電磁力が発生して固定鉄心２５３が磁化する。この電磁力は、スプリング２５４の力よりも強く設定されており、固定鉄心２５３は、アーマチャ２５８を吸引し、吸気弁２４０は開弁状態となる（図４（ｂ））。なお、固定鉄心２５３とアーマチャ２５８との距離がほぼ吸気弁２４０のリフト量に相当する。
【００６０】
以上説明した本実施例のエンジン２００では、２５個のアクチュエータ２５０を積層状に配置することによって、コンパクトに配置することができる。従って、先に説明したスペース的な制約を解消し、従来よりも吸排気弁のマルチバルブ化を実現することができる。この結果、吸気弁２４０、１つ当たりの慣性質量を低減し、弁の開閉を高速に行うことができるので、エンジン２００の吸排気効率を向上させることができる。また、吸気弁２４０の開閉時のバルブシート２４２との衝撃音を減少させることもできる。また、吸気弁２４０の摩擦部分の磨耗を抑制し、吸排気弁の長寿命化を図ることもできる。更に、マルチバルブ化により、吸気弁２４０の慣性質量を低減することによって、アクチュエータ２５０を小型化することが可能となるので、上述した効果を相乗的に得ることができる。
【００６１】
Ｃ．吸気弁の駆動制御：
図５は、吸気弁２４０の駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、エンジン２００の運転中に、制御ユニット１００のＣＰＵが、繰り返し実行する処理である。
【００６２】
まず、ＣＰＵは、アクセル開度センサ１０、車速センサ２０、回転数センサ３０が検出した出力を入力する（ステップＳ１００）。そして、入力された値に基づいて、エンジン２００の要求出力を決定する（ステップＳ１１０）。この要求出力の決定は、それぞれの値の関係を表した所定のマップを参照することによって行われる。そして、この要求出力に基づいて、燃焼室２１０に吸入すべき吸入空気量を決定する（ステップＳ１２０）。要求出力と吸入空気量とは、所定の演算によって決定される。そして、所望の吸入空気量が燃焼室２１０に吸入されるように、スロットル開度、および、駆動する吸気弁２４０の個数を決定する（ステップＳ１３０）。
【００６３】
図６は、要求出力とスロットル開度との関係、および、吸入空気量と駆動する吸気弁２４０の個数との関係を示す説明図である。図６の上段に、要求出力とスロットル開度との関係を、下段に吸入空気量と駆動する吸気弁２４０の個数との関係を示した。
【００６４】
図示した例では、領域Ａの要求出力が比較的低いときには、駆動する吸気弁２４０の個数を一定とし、スロットル開度を制御することによって、吸入空気量を制御するものとした。このとき駆動する一定個数の吸気弁２４０は、ソフトウェア的にグループ化されており、同一グループの吸気弁２４０は、同じタイミングで駆動する。なお、グループ化する吸気弁２４０の組み合わせは、任意に設定可能であり、また、エンジン２００の運転条件に応じて組み合わせを変更することも可能である。
【００６５】
また、領域Ｂの要求出力が比較的高いときには、スロットル開度をほぼ全開にし、駆動する吸気弁２４０の個数を増減することによって、吸入空気量を制御するものとした。なお、領域Ａの要求出力が比較的低いときであっても、領域Ｂと同様に、スロットル開度をほぼ全開にし、吸気管２２０内が大気圧の状態で、駆動する吸気弁２４０の個数を増減することによって、吸入空気量を制御するようにしてもよい。つまり、エンジン２００は、２５個の吸気弁２４０の駆動を制御することによって、ノンスロットルを行うことも可能である。
【００６６】
図５のステップＳ１３０において、駆動する吸気弁２４０の個数が決定されると、ＣＰＵは、２５個の吸気弁２４０のうちのいずれを駆動するかを決定する（ステップＳ１４０）。駆動する吸気弁２４０と個数との関係は、予め定められている。そして、各吸気弁２４０のバルブタイミングを制御する（ステップＳ１５０）。本実施例では、選択された吸気弁２４０を全て同じタイミングで駆動するものとした。
【００６７】
本実施例では、先に説明したように、排気系についても、２５個の排気弁２６０、および、２５のアクチュエータ２７０を備えている。これらも、図２に示した吸気弁２４０、および、アクチュエータ２５０と同様に配置されている。そして、これらは、吸気弁２４０のバルブタイミングに合わせて、全て同じタイミングで駆動するものとした。排気弁２６０を吸気弁２４０と同様に、要求出力に応じて制御するようにしてもよい。例えば、要求出力が低く、駆動する吸気弁２４０の個数が少ないときに、駆動する排気弁２６０の個数を少なくすることができる。こうすることによって、アクチュエータ２７０における消費電力を抑制することができる。
【００６８】
以上説明した本実施例のエンジン２００および制御ユニット１００によれば、２５個にマルチバルブ化された吸気弁２４０の駆動を、エンジン２００の運転条件に応じて、きめ細かく、柔軟に制御することによって、吸気量を柔軟に制御することができるので、従来よりもエンジン２００の運転効率を向上させることができる。
【００６９】
Ｄ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
【００７０】
Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、２５個の吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０を、図２、図３に示したように配置したが、これに限られない。図７は、変形例としての吸気弁とアクチュエータとの配置を示す説明図である。図７（ａ）は、燃焼室２１０の反対側から見た図である。図７（ｂ）は、燃焼室２１０側から見た図である。図示するように、バルブシート２４２ａには、３０個の円形の弁座を有する吸気弁２４０ａが配置されており、互いに隣接する３つの吸気弁２４０ａが正三角形の頂点に配置されている部分を含んでいる。こうすることによって、複数の吸気弁２４０ａを緻密に配置することができる。
【００７１】
また、３０個の吸気弁２４０ａは、３つのリブ材２４１ａ１，２４１ａ２，２４１ａ３によって、３つのグループ、グループ１、グループ２、グループ３にグループ化されている。そして、グループ１には、２つのアクチュエータ２５０ａ１、２５０ａ２が、グループ２には、３つのアクチュエータ２５０ａ３、２５０ａ４、２５０ａ５が、グループ３には、２つのアクチュエータ２５０ａ６、２５０ａ７が接続されている。なお、３つのアクチュエータ２５０ａ２、２５０ａ３、ａ５０ａ７は、積層状に配置されており、アクチュエータ２５０ａ３は、２５０ａ２、２５０ａ７の上段に配置されている。このようにすることによって、エンジンの構成を簡素化し、７つのアクチュエータによって、３０個の吸気弁２４０ａを連動して開閉することができる。
【００７２】
Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０は、ノーマリ・クローズの電磁弁を構成するものとしたが、ノーマリ・オープンの電磁弁を構成するものとしてもよい。図８は、ノーマリ・オープンの電磁弁の概略構成および吸気弁２４０ｂの開閉駆動について示す説明図である。図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ閉弁状態および開弁状態を示している。吸気弁２４０ｂは、弁棒２４４ｂを備えている。弁棒２４４ｂには、アーマチャ２５８ｂが固定されている。図８において、アーマチャ２５８ｂの上側には、電磁コイル２５２ｂおよび固定鉄心２５３ｂが設けられている。そして、固定鉄心２５３ｂとアーマチャ２５８ｂとは、スプリング２５４ｂによって接続されている。
【００７３】
この電磁弁も、制御ユニット１００からの信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される。制御ユニット１００からの信号がＯＦＦであるとき、電磁コイル２５２ｂには励磁電流が供給されない。このとき、電磁コイル２５２ｂに電磁力が発生しないので、吸気弁２４０ｂは、スプリング２５４ｂに引っ張られつつ、自重によって開弁状態になっている（図８（ｂ））。一方、制御ユニット１００からの信号がＯＮであるときには、電磁コイル２５２ｂに励磁電流が供給される。このとき、電磁コイル２５２ｂには電磁力が発生して固定鉄心２５３ｂが磁化する。この電磁力は、吸気弁２４０ｂの自重よりも強く設定されているため、固定鉄心２５３ｂは、はアーマチャ２５８ｂを吸引し、吸気弁２４０は閉弁状態となる（図８（ａ））。
【００７４】
Ｄ３．変形例３：
上記変形例１では、互いに隣接する３つの吸気弁２４０ａを、正三角形の頂点に配置したが、互いに隣接する３つのアクチュエータを、正三角形の頂点に配置するようにしてもよい。図９は、燃焼室２１０と反対側から見た変形例の複数のアクチュエータの配置を示す説明図である。本変形例においても、上記実施例と同様に、円筒形の複数のアクチュエータが２層の積層状に配置されているものとした。アクチュエータ２５０Ｃｄ、２５０Ｃｕは、それぞれ下段および上段に配置されたアクチュエータを示している。破線で示した丸印は、吸気弁の弁棒２４４ｃを表している。こうすることによって、複数のアクチュエータを緻密に配置することができる。
【００７５】
Ｄ４．変形例４：
上記実施例では、複数の吸気弁２４０を全て同じバルブタイミングで駆動するものとしたが、異なるバルブタイミングで駆動するものとしてもよい。図１０は、変形例としての吸気弁および排気弁のバルブタイミングを示す説明図である。エンジン２００のクランク角度を用いて、それぞれの弁が開いている期間を示した。図中のＴＤＣおよびＢＤＣは、それぞれピストンの上死点および下死点を示している。黒塗りの円弧ａ、ｂ、ｃ、ｄは、吸気弁の開期間を、白抜きの円弧ｅは、排気弁の開期間を示している。図示したように、本変形例では、４つのグループにグループ化された吸気弁について、４種類のバルブタイミングが用意されており、複数のバルブをグループごとに個別に開閉することができる。こうすることによって、上記実施例よりも更に柔軟に吸気弁の開閉状態を制御することができる。また、複数の吸気弁のバルブタイミングを制御することによって、燃焼室２１０内に吸入される空気の気流を、スワール流やタンブル流など、所望の気流となるように制御することも可能である。なお、本変形例では、吸気弁について４種類のバルブタイミングを設定したが、更に多くのバルブタイミングを設定するようにしてもよい。また、排気弁についても、複数のバルブタイミングを設定するようにしてもよい。
【００７６】
Ｄ５．変形例５：
上記実施例では、吸気弁２４０をＯＮ／ＯＦＦ制御するものとたが、これに限られない。例えば、励磁電流を制御することによって、電磁コイル２５２に発生する電磁力を制御し、吸気弁２４０の開弁量を制御するようにしてもよい。
【００７７】
Ｄ６．変形例６：
上記実施例では、吸気弁２４０の弁座は、円形であるものとしたが、楕円形など、他の形状であってもよい。また、大きさについて、少なくとも１つが異なっていてもよい。このような場合、隣接する３つの吸気弁が二等辺三角形の頂点に配置されるように、複数の吸気弁を配置するようにしてもよい。こうすることによって、形状や大きさが異なる複数の吸気弁を緻密に配置することができる。
【００７８】
Ｄ７．変形例７：
上記実施例では、本発明を４サイクルのガソリン・エンジンに適用した例を示したが、複数の弁の駆動を適切に制御することによって、２サイクルのエンジンにも適用可能である。また、ディーゼル・エンジンの運転制御にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としてのエンジンシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０の概略構成を示す斜視図である。
【図３】燃焼室２１０側から見た吸気弁２４０の配置を示す説明図である。
【図４】吸気弁２４０およびアクチュエータ２５０を含む電磁弁の概略構成および吸気弁２４０の開閉駆動について示す説明図である。
【図５】吸気弁２４０の駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】要求出力とスロットル開度との関係、および、吸入空気量と駆動する吸気弁２４０の個数との関係を示す説明図である。
【図７】変形例としての吸気弁とアクチュエータとの配置を示す説明図である。
【図８】ノーマリ・オープンの電磁弁の概略構成および吸気弁２４０ｂの開閉駆動について示す説明図である。
【図９】燃焼室２１０と反対側から見た変形例の複数のアクチュエータの配置を示す説明図である。
【図１０】変形例としての吸気弁および排気弁のバルブタイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…アクセル開度センサ
２０…車速センサ
３０…回転数センサ
１００…制御ユニット
２００…ガソリン・エンジン
２０２…シリンダ
２１０…燃焼室
２２０…吸気管
２２２…スロットル弁
２２４…インジェクタ
２３０…排気管
２４０、２４０ｄ、２４０ｕ、２４０ａ、２４０ｂ…吸気弁
２４１ａ１，２４１ａ２，２４１ａ３…リブ材
２４２、２４２ａ…バルブシート
２４４、２４４ｂ、２４４ｃ…弁棒
２５０、２５０ｄ、２５０ｕ、２５０ａ１〜２５０ａ７、２５０Ｃｄ…アクチュエータ
２５２、２５２ｂ…電磁コイル
２５３、２５３ｂ…固定鉄心
２５４、２５４ｂ…スプリング
２５６…ストッパ
２５８、２５８ｂ…アーマチャ
２６０…排気弁
２７０…アクチュエータ
２８０…点火プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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