(57)【要約】【課題】電磁駆動バルブを制御するＥＣＵに含まれるＣＰＵの数を増やすことなく作動音を低減する電磁駆動バルブの駆動技術が求められている。【解決手段】メインＣＰＵは、制御マップを参照し、エンジン回転速度や負荷率などの機関運転状態に基づき片弁駆動の要求があるかを判定する（Ｓ１０）。片弁駆動の要求があると判定される場合（Ｓ１０のＹ）、開弁期間に重複期間があるか否かを判定する（Ｓ１２）。重複期間がないと判定される場合（Ｓ１２のＮ）、高速制御による電磁駆動バルブの制御が行われる（Ｓ１４）。片弁駆動の要求がないと判定される場合（Ｓ１０のＮ）や、重複期間があると判定される場合（Ｓ１４のＹ）、低速制御による電磁駆動バルブの制御が行われる（Ｓ１６）。【選択図】        図７
2004176672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関に用いられ各気筒に設けられる吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のバルブを電磁力により駆動する電磁駆動バルブとして構成した内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置であって、
前記内燃機関の低回転低負荷運転時において開弁期間が重複しない電磁駆動バルブの組み合わせとして区分けされた複数のバルブ群のそれぞれにつき、これらバルブ群における各電磁駆動バルブを制御する演算処理ユニットが設けられて成るコントローラを備えたことを特徴とする内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の低回転低負荷運転時において開弁期間が重複しない異なる気筒の電磁駆動バルブが１つのバルブ群に含まれるよう組み合わされ、前記複数のバルブ群に区分けされていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置。
【請求項３】
前記電磁駆動バルブを開閉動作するに際しての前記演算処理ユニットの制御周期は、前記バルブ群における複数の電磁駆動バルブの開閉動作が重複するか否かに応じて可変とされることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置。
【請求項４】
各気筒のそれぞれには複数の吸気バルブが設けられ、これら吸気バルブを構成する電磁駆動バルブが１つのバルブ群に含まれるよう組み合わされて前記複数のバルブ群に区分けされ、前記内燃機関の低回転低負荷運転時において前記複数の吸気バルブのうち１弁のみが開閉動作されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置。
【請求項５】
前記電磁駆動バルブを開閉動作するに際しての前記演算処理ユニットの制御周期は、前記複数の吸気バルブのうち１弁のみが開閉動作されているか否かに応じて可変とされることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置。
【請求項６】
各気筒のそれぞれには複数の排気バルブが設けられ、これら排気バルブを構成する電磁駆動バルブが１つのバルブ群に含まれるよう組み合わされて前記複数のバルブ群に区分けされ、前記内燃機関の低回転低負荷運転時において前記複数の排気バルブのうち１弁のみが開閉動作されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置。
【請求項７】
前記電磁駆動バルブを開閉動作するに際しての前記演算処理ユニットの制御周期は、前記複数の排気バルブのうち１弁のみが開閉動作されるか否かに応じて可変とされることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置。
【請求項８】
多気筒内燃機関に用いられ各気筒に設けられる吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のバルブを電磁力により駆動する電磁駆動バルブとして構成した内燃機関の電磁駆動バルブ制御方法であって、
前記電磁駆動バルブを複数のバルブ群に区分けし、それら複数のバルブ群のそれぞれにおいて、そのバルブ群に含まれる複数の電磁駆動バルブの開閉動作が重複するか否かに応じ、そのバルブ群に含まれる電磁駆動バルブの制御周期を変更することを特徴とする内燃機関の電磁駆動バルブ制御方法。
【請求項９】
多気筒内燃機関に用いられ各気筒に設けられる吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のバルブを電磁力により駆動する電磁駆動バルブとして構成した内燃機関の電磁駆動バルブ制御方法であって、
前記電磁駆動バルブの集中制御期間の重複が最小になるようそれらの電磁駆動バルブを複数のバルブ群に区分けし、各バルブ群をそれぞれ単一の制御主体にて制御せしめたことを特徴とする内燃機関の電磁駆動バルブ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の機関バルブを電磁力により駆動制御する機関バルブの制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の機関バルブである吸気バルブおよび排気バルブの駆動方式として、電磁力により駆動する電磁駆動方式が知られている。この電磁駆動方式によると、内燃機関の運転状態（以下、単に「機関運転状態」ともいう）に応じて吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを最適化することが容易であり、内燃機関の燃焼効率の向上が実現できる。しかしながら、この電磁駆動方式は、まだ一般に広く普及してはおらず、その実用化にあたり様々な技術の提案がなされている。
【０００３】
例えば、電磁駆動バルブが開閉動作する際に生じる作動音を低減するために、可動部の実速度が目標速度となるよう電磁石に通電する電流値を演算し、演算された電流値に基づいて電磁石の通電制御を行う提案がなされている（特許文献１および２参照）。なお、各気筒に設けられた電磁駆動バルブのうち開弁期間の重複が発生しえない複数のバルブを１つのバルブ群として区分けし、各バルブ群に一括してバルブの駆動ドライバとして機能するスイッチング素子を設ける提案もある（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３４５３４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２１０２２号公報
【特許文献３】
特開平９−１８９２０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記作動音を低減するには、一般にはコントローラ（以下、単に「ＥＣＵ」とも略す）に含まれる演算処理ユニット（以下、単に「ＣＰＵ」とも略す）の制御周期を短くして電磁駆動バルブに対する制御を高速化し、電磁駆動バルブの開閉動作時における可動部の着座を滑らかにすることが有効である。しかし、例えば現在入手が容易な数十〜百メガヘルツ程度の動作周波数の車載用ＣＰＵでは、現実に、複数の電磁駆動バルブに対して異なる制御を満足できる程度にきめ細かく行う能力に欠ける。このため、ＣＰＵの数を増やす対応も考えられるが、最適化に対する配慮もなく、単純に数を増やす設計はコスト面で問題がある。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電磁駆動バルブを制御するＣＰＵ等の演算処理ユニットの処理能力の適正配分にある。また別の目的は、演算処理ユニットの数の増加を抑制しつつ、電磁駆動バルブを効果的に制御し、または作動音を低減する電磁駆動バルブの駆動技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置に関する。この装置は、多気筒内燃機関に用いられ各気筒に設けられる吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のバルブを電磁力により駆動する電磁駆動バルブとして構成した内燃機関の電磁駆動バルブ制御装置であって、内燃機関の低回転低負荷運転時において開弁期間が重複しない電磁駆動バルブの組み合わせとして区分けされた複数のバルブ群のそれぞれにつき、これらバルブ群における各電磁駆動バルブを制御する演算処理ユニットが設けられて成るコントローラを備える。
【０００８】
ここで、低回転低負荷運転とは、内燃機関が低回転速度か低負荷で、またはそれらが同時に満足される状態でなされる運転を指し、電磁駆動バルブが開閉動作する際に生じる作動音に低作動音が望まれる運転領域である。例えばその運転領域は内燃機関の特性に応じて設定できる。
【０００９】
また、上記作動音を低減するには、電磁駆動バルブを開閉動作するに際し、演算処理ユニットの制御周期を短くして電磁駆動バルブに対する制御を高速化することが有効である。従って、電磁駆動バルブを開閉動作する期間（以下、単に「開閉動作期間」ともいう）における演算処理ユニットの制御負荷は大きい。これに対し、本発明のある態様は、各気筒に設けられる電磁駆動バルブを内燃機関の低回転低負荷運転時において開弁期間が重複しない電磁駆動バルブの組み合わせとして複数のバルブ群に区分けしている。このため、低回転低負荷運転時には、バルブ群における複数の電磁駆動バルブの開閉動作が重複することがない。そして、複数のバルブ群のそれぞれにつき、これらバルブ群における各電磁駆動バルブを制御する演算処理ユニットを設ければ、各演算処理ユニットの制御負荷を分散できる。逆にいえば、効率的な負荷分散により、演算処理ユニットの数の増加を抑制しつつ、電磁駆動バルブを効果的に制御し、または作動音を低減することができる。
【００１０】
本発明の別の態様は、多気筒内燃機関に用いられ各気筒に設けられる吸気バルブおよび排気バルブのうち少なくとも一方のバルブを電磁力により駆動する電磁駆動バルブとして構成した内燃機関の電磁駆動バルブ制御方法である。この方法は、各気筒に設けられる電磁駆動バルブを複数のバルブ群に区分けし、それら複数のバルブ群のそれぞれにおいて、そのバルブ群に含まれる複数の電磁駆動バルブの開閉動作が重複するか否かに応じ、そのバルブ群に含まれる電磁駆動バルブの制御周期を変更する。
【００１１】
本発明のさらに別の態様も内燃機関の電磁駆動バルブ制御方法であり、電磁駆動バルブの集中制御期間の重複が最小になるよう各気筒に設けられる電磁駆動バルブを複数のバルブ群に区分けし、各バルブ群をそれぞれ単一の制御主体にて制御せしめたものである。集中制御期間の例は開閉動作期間であるが、それに限らず、制御負荷が比較的大きな期間であれば内容を問わない。
以上、各構成をプログラムとして表現したものも本発明として有効である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態では、各気筒に設けられる吸気バルブおよび排気バルブが電磁駆動バルブで構成される多気筒内燃機関を想定する。
【００１３】
上記内燃機関においては、各気筒に設けられた排気バルブおよび吸気バルブの開閉タイミングを任意に変更することが可能である。そのため、これらバルブを構成する電磁駆動バルブの開閉タイミングを機関運転状態に基づき制御するためのＥＣＵが設けられている。このＥＣＵは、機関運転状態に基づき各気筒に設けられた排気バルブおよび吸気バルブを開閉するタイミングを算出する。そして、内燃機関のクランク角が算出されたタイミングになったとき、対応する電磁駆動バルブを閉弁または開弁位置に保持した状態から開閉動作させる。
【００１４】
電磁駆動バルブは、閉弁または開弁位置に保持される保持期間においては保持電流が与えられる一方、開閉動作期間においては可動部を一方の変位端から他方の変位端へと変位させるための吸引電流が与えられることによりその動作が制御される。ＥＣＵは、電磁駆動バルブを制御するために、保持期間においては比較的長い制御周期にて保持電流を演算する。また、ＥＣＵは、開閉動作期間においては短い制御周期にて電磁駆動バルブの可動部の実速度を目標速度とするための吸引電流を演算する。電磁駆動バルブの開閉動作時には、電磁駆動バルブの可動部が変位端に衝突することによって作動音が発生する。作動音を低減するには、その際の制御周期を短くし、可動部の着座を滑らかにするか、可動部を着座直前で停止させることが有効である。このため、ＥＣＵは、開閉動作期間においては短い制御周期にて吸引電流を制御する。
【００１５】
本実施の形態では、各気筒に設けられる電磁駆動バルブが内燃機関の低回転低負荷運転時において開弁期間が重複しない電磁駆動バルブの組み合わせとして複数のバルブ群に区分けされている。より具体的には、内燃機関の低回転低負荷運転時において開弁期間が重複しない異なる気筒の電磁駆動バルブが１つのバルブ群に含まれるよう組み合わされ、複数のバルブ群に区分けされている。異なる気筒に設けられた複数の電磁駆動バルブの開閉期間が重複すると、これら電磁駆動バルブの開閉動作が重複するという事態を招く。ここで、低回転低負荷運転時は、電磁駆動バルブを開閉動作する際に生じる作動音を低減することが望まれ、ＣＰＵの制御周期を短くする必要がある。そのため、開閉動作期間におけるＣＰＵの制御負荷は大きく、異なる気筒に設けられた複数の電磁駆動バルブの開閉期間が重複するとＣＰＵの制御負荷はさらに大きくなる。
【００１６】
そこで、ＥＣＵには、複数のバルブ群のそれぞれにつき、これらバルブ群における電磁駆動バルブを制御するＣＰＵが設けられている。これにより、ＣＰＵの制御負荷を分散できる。逆にいえば、効率的な負荷分散により、ＣＰＵの数の増加を抑制しつつ、電磁駆動バルブを効果的に制御し、または作動音を低減することができる。
【００１７】
なお、内燃機関の高回転高負荷運転時において電磁駆動バルブに対する制御要求から、上記のごとく組み合わされた複数の電磁駆動バルブの開閉動作を重複させたい場合がある。作動音を低減するという観点からは、制御要求にかかわらず開閉動作期間を重複させないようにするのが望ましい。しかし、高回転高負荷運転時は、もともとある程度騒音を伴う運転状態であることから、上記制御要求を優先するようにしてもよい。この場合、電磁駆動バルブを開閉動作するに際してのＣＰＵの制御周期をバルブ群における複数の電磁駆動バルブの開閉動作が重複するか否かに応じて可変とする。すなわち、開閉動作期間が重複するときは、同一の制御周期では負荷が大きすぎて処理ができないおそれがあるため、制御周期を長くする。その結果、きめ細かい制御はあきらめつつも、全体の制御の破綻が回避される。
【００１８】
また、こうした観点からいえば、各気筒に複数の吸気バルブが設けられている内燃機関においては、各気筒に設けられる電磁駆動バルブをこれら複数の吸気バルブが１つのバルブ群に含まれるよう組み合わせ、複数のバルブ群に区分けしてもよい。また、各気筒に複数の排気バルブが設けられている内燃機関においては、各気筒に設けられる電磁駆動バルブをこれら複数の排気バルブが１つのバルブ群に含まれるよう組み合わせ、複数のバルブ群に区分けしてもよい。この場合、内燃機関の低回転低負荷運転時において上記複数のバルブのうち１弁のみを開閉動作することで、同一気筒に設けられた複数の電磁駆動バルブの開閉動作が重複することがなくなり、ＣＰＵの制御負荷を分散できる。さらに、上記のごとく異なる気筒の電磁駆動バルブも１つのバルブ群に含まれるよう組み合わせて複数のバルブ群に区分けすれば、ＣＰＵの数を一層少なくすることができる。
以下、上記実施の形態を具体化した各実施の形態につき、図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る直列４気筒の内燃機関１の構成を示し、この内燃機関１は第１〜第４気筒ＣＬ１〜ＣＬ４を備える機関本体２から成る。各気筒の排気バルブおよび吸気バルブは図２で後述する電磁駆動バルブ２００で構成される。電磁駆動バルブは、電磁駆動バルブ制御装置であるＥＣＵ５０、Ｄ／Ａ変換および増幅機能を有するアンプ６０、およびバルブドライバ７０によりその動作が制御される。バルブドライバ７０には、それぞれ第１〜第４気筒ＣＬ１〜ＣＬ４の排気バルブＥｘ１〜Ｅｘ８を駆動する第１〜第４排気用ドライバ７１〜７４、および同様に第１〜第４気筒ＣＬ１〜ＣＬ４の吸気バルブＩｎ１〜Ｉｎ８を駆動する第１〜第４吸気用ドライバ８１〜８４が含まれる。第１〜第４排気用ドライバ７１〜７４、および第１〜第４吸気用ドライバ８１〜８４は一般的なＨブリッジ回路から構成されている。
【００２０】
第１気筒ＣＬ１には、第１、第２排気バルブＥｘ１、Ｅｘ２、および第１、第２吸気バルブＩｎ１、Ｉｎ２が設けられる。同様に、第２気筒ＣＬ２には、第３、第４排気バルブＥｘ３、Ｅｘ４、および第３、第４吸気バルブＩｎ３、Ｉｎ４が設けられ、第３気筒ＣＬ３には、第５、第６排気バルブＥｘ５、Ｅｘ６、および第５、第６吸気バルブＩｎ５、Ｉｎ６が設けられ、第４気筒ＣＬ４には、第７、第８排気バルブＥｘ７、Ｅｘ８、および第７、第８吸気バルブＩｎ７、Ｉｎ８が設けられる。以下、排気バルブを総称する場合は、単に「排気バルブＥｘ」と略し、同様に吸気バルブも総称する場合は単に「吸気バルブＩｎ」と略す。
【００２１】
図２は、ひとつの電磁駆動バルブ２００の構成図である。吸気バルブＩｎおよび排気バルブＥｘはともにこの構成を採り、電磁石の電磁力によって開閉駆動される。これら吸気バルブＩｎおよび排気バルブＥｘは、制御原理が同じであり、以下吸気バルブＩｎについて説明する。
【００２２】
電磁駆動バルブ２００は、シリンダヘッド１８において往復動可能に支持された弁軸２０、弁軸２０の本図では下方の端点に設けられた弁体１６、および弁軸２０を駆動する電磁駆動部２１を備える。シリンダヘッド１８には、燃焼室に通じる吸気ポート１４が形成されており、この吸気ポート１４の開口近傍には弁座１５が形成されている。弁軸２０の往復動に伴って弁体１６が弁座１５に離着座することにより吸気ポート１４が開閉される。
【００２３】
弁軸２０において、弁体１６とは反対側の端部に、ロアリテーナ２２が設けられている。ロアリテーナ２２とシリンダヘッド１８との間には、ロアスプリング２４が圧縮状態で配設されている。弁体１６および弁軸２０は、このロアスプリング２４の弾性力によって閉弁方向、つまり本図の上方向に付勢されている。
【００２４】
電磁駆動部２１は、弁軸２０と同軸上に配設されたアーマチャシャフト２６を備える。アーマチャシャフト２６の略中央部分には高透磁率材料からなる円板状のアーマチャ２８が固定され、その一端にはアッパリテーナ３０が固定されている。アーマチャシャフト２６においてこのアッパリテーナ３０が固定された端部と反対側の端部は、弁軸２０のロアリテーナ２２側の端部に当接するようにされている。
【００２５】
電磁駆動部２１のケーシング３６内には、アッパコア３２がアッパリテーナ３０とアーマチャ２８との間に固定されている。同じくこのケーシング３６内には、ロアコア３４がアーマチャ２８とロアリテーナ２２との間に固定されている。これらアッパコア３２およびロアコア３４はいずれも高透磁率材料によって環状に形成されており、それらの各中央部にはアーマチャシャフト２６が往復動可能に貫通されている。
【００２６】
ケーシング３６の上面とアッパリテーナ３０との間には、アッパスプリング３８が圧縮状態で配設されている。アーマチャシャフト２６は、このアッパスプリング３８の弾性力により弁軸２０側、つまり本図の下方に付勢されている。更に、弁軸２０および弁体１６は、このアーマチャシャフト２６により開弁方向、つまり本図の下方に付勢されている。
【００２７】
ケーシング３６の頂部には変位センサ５２が取り付けられている。この変位センサ５２は、自身とアッパリテーナ３０との間の距離に応じて変化する電圧信号を出力する。この電圧信号に基づいてアーマチャシャフト２６や弁軸２０の変位、つまり電磁駆動バルブ２００の変位が検出される。
【００２８】
アッパコア３２においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の第１溝４０が形成され、第１溝４０内にはアッパコイル４２が配置されている。アッパコイル４２とアッパコア３２とによって吸気バルブＩｎを閉弁方向、つまり本図上方に駆動するための上部電磁石６１が構成される。
【００２９】
一方、ロアコア３４においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の第２溝４４が形成され、第２溝４４内にはロアコイル４６が配置されている。ロアコイル４６とロアコア３４とによって吸気バルブＩｎを開弁方向、つまり本図下方に駆動するための下部電磁石６２が構成される。
【００３０】
上部電磁石６１のアッパコイル４２および下部電磁石６２のロアコイル４６は、内燃機関１の各種制御を統括して行うＥＣＵ５０によって通電制御される。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵやメモリ、変位センサ５２の検出信号が取り込まれる入力回路等を備える。
【００３１】
図３は、本実施の形態に係る電磁駆動バルブ２００を制御するＥＣＵ５０のブロック図であり、ここでは本実施の形態に関連する構成のみ描いている。ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度や負荷率など機関運転状態に基づき吸気バルブＩｎおよび排気バルブＥｘの開閉のタイミングを算出するメインＣＰＵ５３と、後述する組み合わせにて電磁駆動バルブ２００を制御する第１〜第４サブＣＰＵ５１ａ〜５１ｄを有する。これらのサブＣＰＵを総称する場合は、単に「サブＣＰＵ５１」と言う。
【００３２】
各気筒に設けられる電磁駆動バルブは、複数のバルブ群に区分けされている。サブＣＰＵ５１は、区分けされた複数のバルブ群のそれぞれにつき、これらバルブ群における各電磁駆動バルブを制御する。すなわち、本実施の形態において、第１サブＣＰＵ５１ａは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２吸気バルブＩｎ１、Ｉｎ２および第４気筒ＣＬ４の第７、第８吸気バルブＩｎ７、Ｉｎ８を制御する。同様に、第２サブＣＰＵ５１ｂは、第２気筒ＣＬ２の第３、第４吸気バルブＩｎ３、Ｉｎ４および第３気筒ＣＬ３の第５、第６吸気バルブＩｎ５、Ｉｎ６を制御する。また、第３サブＣＰＵ５１ｃは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２排気バルブＥｘ１、Ｅｘ２および第４気筒ＣＬ４の第７、第８排気バルブＥｘ７、Ｅｘ８を制御し、第４サブＣＰＵ５１ｄは、第２気筒ＣＬ２の第３、第４排気バルブＥｘ３、Ｅｘ４および第３気筒ＣＬ３の第５、第６排気バルブＥｘ５、Ｅｘ６を制御する。
【００３３】
図４は、第１〜４気筒ＣＬ１〜ＣＬ４の１サイクル分、つまりクランク角が７２０度回転する期間の吸気および排気行程を示す。図中▲１▼〜▲４▼は、それら行程において開弁される電磁駆動バルブ２００の制御を担うサブＣＰＵ５１の番号を示している。気筒の点火順は、第１気筒ＣＬ１、第３気筒ＣＬ３、第４気筒ＣＬ４、そして第２気筒ＣＬ２であり、その位相はそれぞれ１８０度ずれている。従って、第１気筒ＣＬ１と第４気筒ＣＬ４は、その吸気および排気タイミングが３６０度ずれ、同様に第２気筒ＣＬ２および第３気筒ＣＬ３もその吸気および排気タイミングが３６０度ずれる。第１〜第４サブＣＰＵ５１ａ〜５１ｄの制御は基本的に同一であるので、以下第１サブＣＰＵ５１ａに関してのみ説明する。
【００３４】
図５は、低回転低負荷運転時における第１サブＣＰＵ５１ａの制御対象である吸気バルブＩｎのバルブタイミングを示している。低回転低負荷運転時において、気筒の点火順が隣合う２つの気筒、例えば、第１および第３気筒ＣＬ１、ＣＬ３に設けられた吸気バルブＩｎを組み合わせ、これら吸気バルブＩｎを１つのバルブ群として区分けすると、第１気筒ＣＬ１に設けられた吸気バルブＩｎと第３気筒に設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間が重複してしまい、ひいてはこれら吸気バルブＩｎが開閉動作される期間が重複してしまう。しかし、上述の通り、第１気筒ＣＬ１と第４気筒ＣＬ４における吸気および排気タイミングはクランク角で３６０度位相がずれている。従って、低回転低負荷運転時には、後述の片弁駆動がなされる限り、第１気筒ＣＬ１に設けられた吸気バルブＩｎと第４気筒ＣＬ４に設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間は重複しない。つまり、これら吸気バルブＩｎの開閉動作期間は重複しない。そのため、第１サブＣＰＵ５１ａの制御負荷を低減できる。
【００３５】
また、低回転低負荷運転時には、同一気筒に備わる２つの吸気バルブＩｎのうち、一方ずつ交互に開閉動作を行う。つまり、図中バルブタイミングが破線で示されている吸気バルブＩｎは開閉動作を行わない。例えば、クランク角が３６０〜５４０度の吸気タイミングでは、第２吸気バルブＩｎ２が開弁せずに、第１吸気バルブＩｎ１のみが開弁する。次回の第１気筒ＣＬ１の吸気タイミングである１０８０〜１２６０度の期間では、第１吸気バルブＩｎ１が開弁せずに、第２吸気バルブＩｎ２のみが開弁する。このように、同一気筒における吸気バルブＩｎのうち１弁のみが開閉動作する態様を、以下「片弁駆動」という。ただし、片弁駆動中であっても、開閉動作を行っていない吸気バルブＩｎに関してもフェイルセーフを考慮して開閉動作が可能な状態に維持されている。片弁駆動が行われる場合、開閉動作を行わない吸気バルブＩｎに関してはあくまでも上述のフェイルセーフを考慮した程度の制御でよくきめ細かな制御は不要である。そこで、きめ細かな制御の対象は、開閉動作を行う吸気バルブＩｎのみとすることでサブＣＰＵ５１の負荷が大きくなることが抑制される。また、保持期間には、既述の通り保持電流が維持される程度の制御が行われればよいため、ここでもきめ細かな制御は不要であり、閉弁または開弁保持される吸気バルブＩｎに対する制御負荷は小さい。
【００３６】
図６は、高回転高負荷運転時におけるバルブタイミングの一例を示している。この例では、図５に示した吸気タイミングと比べて、吸気バルブＩｎの開弁期間が角度表現上長くなっている。このため、第１気筒ＣＬ１の第１、第２吸気バルブＩｎ１、Ｉｎ２と、第４気筒ＣＬ４の第７、第８吸気バルブＩｎ７、Ｉｎ８との開弁期間が一部重なる。従って、第１サブＣＰＵ５１ａは２つの気筒の吸気バルブＩｎを開閉動作するに際し、これら吸気バルブＩｎを同時に開閉動作する。そこで、この場合には、吸気バルブＩｎを開閉動作するに際しての第１サブＣＰＵ５１ａの制御周期を低回転低負荷運転時に対して２倍に変更する。例えば低回転低負荷運転時の制御周期が３０μｓであれば、制御周期を６０μｓとする。なお、制御周期の切替えと同時に、上述した吸引電流を算出するのに用いられる制御則および推定器定数の変更も行われる。
【００３７】
図７は、制御周期を切り替える手順を示したフローチャートである。メインＣＰＵ５３は、図８に例示する制御マップを参照し、エンジン回転速度や負荷率などの機関運転状態に基づき片弁駆動の要求があるか否かを判定する（Ｓ１０）。
【００３８】
図８の第１領域Ｉが片弁駆動が行われる機関運転状態に対応する。ここでは、１）負荷率の上限が７０％、２）エンジン回転速度の上限が３６００ｒｐｍ、を満たす領域が第１領域Ｉである。機関運転状態が第１領域Ｉにあるとき、サブＣＰＵ５１の制御周期が短い高速制御（以下単に「高速制御」といい、逆に制御周期の長い制御を「低速制御」という）によるバルブの制御が行われる。一方、第１領域Ｉ以外の領域である第２領域ＩＩでは片弁駆動は行われず同一気筒の吸気バルブＩｎは２つとも駆動する。このとき、低速制御によるバルブの制御が行われる。なお、第１領域Ｉと第２領域ＩＩは、内燃機関１の特性によって決定される。
【００３９】
片弁駆動の要求があると判定される場合（Ｓ１０のＹ）、サブＣＰＵ５１の制御対象である異なる気筒の吸気バルブＩｎの開弁期間に重複期間があるか否かを判定する（Ｓ１２）。重複期間がないと判定される場合（Ｓ１２のＮ）、高速制御による電磁駆動バルブ２００の制御が行われる（Ｓ１４）。片弁駆動の要求がないと判定される場合（Ｓ１０のＮ）や、片弁駆動の要求があっても重複期間があると判定される場合（Ｓ１２のＹ）、低速制御による電磁駆動バルブ２００の制御が行われる（Ｓ１６）。
【００４０】
図９は、制御周期を切り替える手順の変形例を示したフローチャートである。メインＣＰＵ５３は、所定の制御マップを参照し、機関運転状態に基づき低作動音の要求があるか否かを判定する（Ｓ２０）。一般に低作動音の要求がある機関運転状態は、図８で示した第１領域Ｉ内でもさらにエンジン回転速度が低くかつ負荷率の低い範囲、例えば、エンジン回転速度が１５００ｒｐｍ以下、かつ負荷率が４０％以下となる範囲の機関運転状態である。低作動音要求があると判定された場合（Ｓ２０のＹ）、高速制御による電磁駆動バルブ２００の制御が行われる（Ｓ２２）。低作動音要求がないと判定された場合（Ｓ２０のＮ）、低速制御による電磁駆動バルブ２００の制御が行われる（Ｓ２４）。
【００４１】
上記実施の形態では、各気筒に設けられる電磁駆動バルブ２００を複数のバルブ群に区分けするに際し、異なる気筒の吸気バルブＩｎの組み合わせとして２つのバルブ群に区分けし、異なる気筒の排気バルブＥｘの組み合わせとして２つのバルブ群を区分けし、合計４つのバルブ群に区分けした。しかし、各気筒に設けられる電磁駆動バルブ２００を複数のバルブ群に区分けするに際しては、これに限る趣旨ではない。図１０は、各気筒に設けられる電磁駆動バルブ２００を複数のバルブ群に区分けするに際し、異なる気筒の吸気バルブＩｎと排気バルブＥｘとを組み合わせて複数のバルブ群に区分けした変形例を示す。ここで、図中▲１▼〜▲４▼は、図４と同様に、吸気および排気行程において開弁される電磁駆動バルブ２００の制御を担うサブＣＰＵ５１の番号を示している。すなわち、第１サブＣＰＵ５１ａは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２吸気バルブＩｎ１、Ｉｎ２および第２気筒ＣＬ２の第３、第４排気バルブＥｘ３、Ｅｘ４を制御する。第２サブＣＰＵ５１ｂは、第２気筒ＣＬ２の第３、第４吸気バルブＩｎ３、Ｉｎ４および第４気筒ＣＬ４の第７、第８排気バルブＥｘ７、Ｅｘ８を制御する。第３サブＣＰＵ５１ｃは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２排気バルブＥｘ１、Ｅｘ２および第３気筒ＣＬ３の第５、第６吸気バルブＩｎ５、Ｉｎ６を制御し、第４サブＣＰＵ５１ｄは、第３気筒ＣＬ３の第５、第６排気バルブＥｘ５、Ｅｘ６および第４気筒ＣＬ４の第７、第８吸気バルブＩｎ７、Ｉｎ８を制御する。ここで、低速制御と高速制御を切り替える手順は、図７または図９のフローチャートで示した手順と同一でよい。
【００４２】
なお、内燃機関１の低回転低負荷運転時、異なる気筒に設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間のそれぞれが重複することがなく、また、異なる気筒に設けられた排気バルブＥｘの開弁期間のそれぞれも重複することがなければ、サブＣＰＵ５１を２個にすることもできる。図１１は、サブＣＰＵ５１を２個にした場合のＥＣＵ５０の構成を示し、メインＣＰＵ５３と第１サブＣＰＵ５１ａと第２サブＣＰＵ５１ｂを備える。第１サブＣＰＵ５１ａは、第１〜第８吸気バルブＩｎ１〜Ｉｎ８を制御し、第２サブＣＰＵ５１ｂは、第１〜第８排気バルブＥｘ１〜Ｅｘ８を制御する。低速制御と高速制御を切り替える手順は、図７または図９のフローチャートで示した手順と同一でよい。
【００４３】
（実施の形態２）
本実施の形態では直列６気筒の内燃機関１を想定する。電磁駆動バルブ２００の構成および動作は、実施の形態１と同様である。図１２は、本実施の形態に係る第１〜６気筒ＣＬ１〜ＣＬ６を備える直列６気筒の内燃機関１の構成を示す。図１で示した構成と異なり、機関本体２は、第９、第１０排気バルブＥｘ９、Ｅｘ１０および第９、第１０吸気バルブＩｎ９、Ｉｎ１０が設けられる第５気筒ＣＬ５と、第１１、第１２排気バルブＥｘ１１、Ｅｘ１２および第１１、第１２吸気バルブＩｎ１１、Ｉｎ１２が設けられる第６気筒ＣＬ６を備えている。また、バルブドライバ７０は、第５気筒ＣＬ５の排気バルブＥｘおよび吸気バルブＩｎをそれぞれ駆動する第５排気用ドライバ７５と第５吸気用ドライバ８５と、第６気筒ＣＬ６の排気バルブＥｘおよび吸気バルブＩｎをそれぞれ駆動する第６排気用ドライバ７６と第６吸気用ドライバ８６とを含んで構成されている。
【００４４】
図１３は、本実施の形態に係る電磁駆動バルブ２００を制御するＥＣＵ５０の概略構成を示したブロック図である。気筒数の増加により制御対象となる電磁駆動バルブ２００が増加したことによって、サブＣＰＵ５１の数が４個から６個へ増加している。
【００４５】
第１サブＣＰＵ５１ａは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２吸気バルブＩｎ１、Ｉｎ２および第６気筒ＣＬ６の第１１、第１２吸気バルブＩｎ１１、Ｉｎ１２を制御する。同様に、第２サブＣＰＵ５１ｂは、第２気筒ＣＬ２の第３、第４吸気バルブＩｎ３、Ｉｎ４および第５気筒ＣＬ５の第９、第１０吸気バルブＩｎ９、Ｉｎ１０を、第３サブＣＰＵ５１ｃは、第３気筒ＣＬ３の第５、第６吸気バルブＩｎ、Ｉｎ６と第４気筒ＣＬ４の第７および第８吸気バルブＩｎ７、Ｉｎ８を制御する。
【００４６】
一方、第４サブＣＰＵ５１ｄは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２排気バルブＥｘ１、Ｅｘ２および第６気筒ＣＬ６の第１１、１２排気バルブＥｘ１１、Ｅｘ１２を制御し、第５サブＣＰＵ５１ｅは、第２気筒ＣＬ２の第３、第４排気バルブＥｘ３、Ｅｘ４および第５気筒ＣＬ５の第９、第１０排気バルブＥｘ９、Ｅｘ１０を制御し、第６サブＣＰＵ５１ｆは、第３気筒ＣＬ３の第５、第６排気バルブＥｘ５、Ｅｘ６および第４気筒ＣＬ４の第７、第８排気バルブＥｘ７、Ｅｘ８を制御する。
【００４７】
図１４は、直列６気筒の内燃機関１の吸気および排気行程を示している。ここで、図中▲１▼〜▲６▼は、図４および図１０と同様に吸気および排気行程において開弁される電磁駆動バルブ２００の制御を担うサブＣＰＵ５１の番号を示している。気筒の点火順は、第１気筒ＣＬ１、第５気筒ＣＬ５、第３気筒ＣＬ３、第６気筒ＣＬ６、第２気筒ＣＬ２、および第４気筒ＣＬ４であり、それぞれ１２０度ずれている。
【００４８】
各サブＣＰＵ５１の制御対象である２つの気筒は、排気および吸気タイミングのクランク角の位相が３６０度ずれている。従って、実施の形態１で示した通り、低回転低負荷運転時には、片弁駆動がなされる限り、例えば第１サブＣＰＵ５１ａの制御対象である第１気筒ＣＬ１に設けられた吸気バルブＩｎと第４気筒ＣＬ４に設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間は重複しない。つまり、これら吸気バルブＩｎの開閉動作期間は重複しない。そのため、第１サブＣＰＵ５１ａの制御負荷を低減できる。
【００４９】
なお、内燃機関１の低回転低負荷運転時、吸気および排気タイミングがクランク角で２４０度ずれた２つの気筒に設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間のそれぞれと排気バルブＥｘの開弁期間のそれぞれとが重複することがなければ、サブＣＰＵ５１を４個にすることもできる。サブＣＰＵ５１を４個にした場合のＥＣＵ５０の構成は、図３で示した構成でよく、ここでは第１サブＣＰＵ５１ａは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２吸気バルブＩｎ１、Ｉｎ２、第２気筒ＣＬ２の第３、第４吸気バルブＩｎ３、Ｉｎ４、および第３気筒ＣＬ３の第５、第６吸気バルブＩｎ５、Ｉｎ６を制御する。同様に、第２サブＣＰＵ５１ｂは、第４気筒ＣＬ４の第７、第８吸気バｐルブＩｎ７、Ｉｎ８、第５気筒ＣＬ５の第９、第１０吸気バルブＩｎ９、Ｉｎ１０、および第６気筒ＣＬ６の第１１、第１２吸気バルブＩｎ１１、Ｉｎ１２を制御する。
【００５０】
一方、第３サブＣＰＵ５１ｃは、第１気筒ＣＬ１の第１、第２排気バルブＥｘ１、Ｅｘ２、第２気筒ＣＬ２の第３、第４排気バルブＥｘ３、Ｅｘ４、および第３気筒ＣＬ３の第５、第６排気バルブＥｘ５、Ｅｘ６を制御する。同様に、第４サブＣＰＵ５１ｄは、第４気筒ＣＬ４の第７、第８排気バルブＥｘ７、Ｅｘ８、第５気筒ＣＬ５の第９、第１０排気バルブＥｘ９、Ｅｘ１０、および第６気筒ＣＬ６の第１１、第１２排気バルブＥｘ１１、Ｅｘ１２を制御する。
【００５１】
また、図１５は、サブＣＰＵ５１を４個にした場合の、吸気および排気行程を示している。ここで、図中▲１▼〜▲４▼は、図４、図１０およびず図１４と同様に吸気および排気行程において開弁される電磁駆動バルブ２００の制御を担うサブＣＰＵ５１の番号を示している。各サブＣＰＵ５１の制御対象である３つの気筒は、排気および吸気タイミングのクランク角の位相が２４０度ずれている。従って、この場合も低回転低負荷運転時には、片弁駆動がなされる限り、例えば第１サブＣＰＵ５１ａの制御対象である第１〜３気筒ＣＬ１〜ＣＬ３のそれぞれに設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間は重複しない。つまり、これら吸気バルブＩｎの開閉動作期間は重複しない。
【００５２】
（実施の形態３）
実施の形態３では、Ｖ型８気筒の内燃機関１を想定する。図１６は、本実施の形態に係る内燃機関１の構成を示す。この内燃機関１は、実施の形態２で示した内燃機関１に対して、第７、第８気筒ＣＬ７、ＣＬ８が増えるとともに、それに対応する第７排気用ドライバ７７と第７吸気用ドライバ８７、および第８排気用ドライバ７８と第８吸気用ドライバ８８がバルブドライバ７０に設けられている。
【００５３】
図１７は、本実施の形態に係る電磁駆動バルブ２００を制御するＥＣＵ５０の概略構成を示したブロック図である。第１サブＣＰＵ５１ａは第１気筒ＣＬ１の第１、第２吸気バルブＩｎ１、Ｉｎ２および第６気筒ＣＬ６の第１１、第１２吸気バルブＩｎ１１、Ｉｎ１２を、第２サブＣＰＵ５１ｂは第２気筒ＣＬ２の第３、第４吸気バルブＩｎ３、Ｉｎ４および第３気筒ＣＬ３の第５、第６吸気バルブＩｎ５、Ｉｎ６を、第３サブＣＰＵ５１ｃは第４気筒ＣＬ４の第７、第８吸気バルブＩｎ７、Ｉｎ８および第７気筒ＣＬ７の第１３、第１４吸気バルブＩｎ１３、Ｉｎ１４を、第４サブＣＰＵ５１ｄは第５気筒ＣＬ５の第９、第１０吸気バルブＩｎ９、Ｉｎ１０および第８気筒ＣＬ８の第１５、第１６吸気バルブＩｎ１５、Ｉｎ１６を制御する。
【００５４】
一方、第５サブＣＰＵ５１ｅは第１気筒ＣＬ１の第１、第２排気バルブＥｘ１、Ｅｘ２および第６気筒ＣＬ６の第１１、第１２排気バルブＥｘ１１、Ｅｘ１２を、第６サブＣＰＵ５１ｆは第２気筒ＣＬ２の第３、第４排気バルブＥｘ３、Ｅｘ４および第３気筒ＣＬ３の第５、第６排気バルブＥｘ５、Ｅｘ６を、第７サブＣＰＵ５１ｇは第４気筒ＣＬ４の第７、第８排気バルブＥｘ７、Ｅｘ８および第７気筒ＣＬ７の第１３、第１４排気バルブＥｘ１３、Ｅｘ１４を、第８サブＣＰＵ５１ｈは第５気筒ＣＬ５の第９、第１０排気バルブＥｘ９、Ｅｘ１０および第８気筒ＣＬ８の第１５、第１６排気バルブＥｘ１５、Ｅｘ１６を制御する。
【００５５】
図１８は、Ｖ型８気筒の内燃機関１において８個のサブＣＰＵ５１で吸気バルブＩｎおよび排気バルブＥｘを制御するときの内燃機関１の吸気および排気行程を示している。ここで、ここで、図中▲１▼〜▲８▼は、図４、図１０、図１４および図１５と同様に吸気および排気行程において開弁される電磁駆動バルブ２００の制御を担うサブＣＰＵ５１の番号を示している。点火順は、クランク角９０度ずつずれ、第１気筒ＣＬ１、第８気筒ＣＬ８、第４気筒ＣＬ４、第３気筒ＣＬ３、第６気筒ＣＬ６、第５気筒ＣＬ５、第７気筒ＣＬ７、および第２気筒ＣＬ２である。各サブＣＰＵ５１の制御対象である２つの気筒は、排気および吸気タイミングのクランク角の位相が３６０度ずれている。この場合も低回転低負荷運転時には、片弁駆動がなされる限り、例えば第１サブＣＰＵ５１ａの制御対象である第１、第６気筒ＣＬ１、ＣＬ６のそれぞれに設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間は重複しない。つまり、これら吸気バルブＩｎの開閉動作期間は重複しない。低速制御と高速制御を切り替える手順は、図７または図９のフローチャートで示した手順と同一でよい。
【００５６】
なお、内燃機関１の低回転低負荷運転時、異なる気筒に設けられた吸気バルブＩｎの開弁期間のそれぞれが重複することがなく、また、異なる気筒に設けられた排気バルブＥｘの開弁期間のそれぞれも重複することがなければ、サブＣＰＵ５１を４個にすることもできる。このとき、ＥＣＵ５０は図３で示した構成でよい。ただし、第１サブＣＰＵ５１ａは、第１気筒ＣＬ１、第４気筒ＣＬ４、第６気筒ＣＬ６、および第７気筒ＣＬ７の吸気バルブＩｎを制御し、第２サブＣＰＵ５１ｂは、第２気筒ＣＬ２、第３気筒ＣＬ３、第５気筒ＣＬ５、および第８気筒ＣＬ８の吸気バルブＩｎを制御する。同様に、第３サブＣＰＵ５１ｃは、第１気筒ＣＬ１、第４気筒ＣＬ４、第６気筒ＣＬ６、および第７気筒ＣＬ７の排気バルブＥｘを制御し、第４サブＣＰＵ５１ｄは、第２気筒ＣＬ２、第３気筒ＣＬ３、第５気筒ＣＬ５、および第８気筒ＣＬ８の排気バルブＥｘを制御する。低速制御と高速制御を切り替える手順は、図７または図９のフローチャートで示した手順と同一でよい。
【００５７】
以上、実施の形態によれば、電磁駆動バルブ２００により構成される吸気バルブＩｎまたは排気バルブＥｘをＥＣＵ５０が制御する際に、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵの処理能力、一般にはＣＰＵの数の増加を抑えつつ、細かな制御が実現できる。
【００５８】
別の観点では、複数の電磁バルブに対してＣＰＵを共有化しているため、ＣＰＵの数の増加を抑えコストの上昇を抑制することができる、更に、２つ以上の電磁駆動バルブ２００の開閉動作をひとつのＣＰＵにて同時に制御するときには、それに応じてＣＰＵの制御周期が可変とされることから、電磁駆動バルブ２００の制御を良好に行うことができる。また、低回転低負荷運転時に片弁駆動を実施することで、消費電力の低減、電磁駆動バルブ２００の摩耗の低減、および電磁駆動バルブ２００の偏摩耗を防止できる。
【００５９】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁駆動バルブを制御する演算処理ユニットの数を徒に増やすことなく電磁駆動バルブを適切に制御できる。また、別の観点では、作動音を低減する電磁駆動バルブの制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る直列４気筒の内燃機関の構成図である。
【図２】実施の形態１〜３に係る電磁駆動バルブの構成図である。
【図３】実施の形態１に係る電磁駆動バルブを制御するＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１に係る内燃機関の１サイクルの吸気および排気行程を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る低回転低負荷運転時における第１サブＣＰＵの制御対象である吸気バルブのバルブタイミングを示す図である。
【図６】実施の形態１に係る高回転高負荷運転時における第１サブＣＰＵの制御対象である吸気バルブのバルブタイミングを示す図である。
【図７】実施の形態１に係る低速制御と高速制御を切り替える手順を示したフローチャートである。
【図８】実施の形態１に係るサブＣＰＵの制御速度が変更される際に参照される制御マップを示す図である。
【図９】実施の形態１に係る低速制御と高速制御を切り替える手順の変形例を示したフローチャートである。
【図１０】実施の形態１に係る内燃機関の１サイクルの吸気および排気行程を示す図である。
【図１１】実施の形態１に係るサブＣＰＵが２個である場合のＥＣＵの構成を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係る直列６気筒の内燃機関の構成を示す図である。
【図１３】実施の形態２に係る電磁駆動バルブを制御するＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態２に係る内燃機関の１サイクルの吸気および排気行程を示す図である。
【図１５】実施の形態２に係る内燃機関の１サイクルの吸気および排気行程を示す図である。
【図１６】実施の形態３に係るＶ型８気筒の内燃機関の構成を示す図である。
【図１７】実施の形態３に係る電磁駆動バルブを制御するＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。
【図１８】実施の形態３に係る内燃機関の１サイクルの吸気および排気行程を示す図である。
【符号の説明】
５０  ＥＣＵ、  ５１  サブＣＰＵ、  ５１ａ〜５１ｈ  第１〜第８サブＣＰＵ、  ５２  変位センサ、  ５３  メインＣＰＵ、  ７０  バルブドライバ、  ２００  電磁駆動バルブ、  Ｅｘ  排気バルブ、  Ｅｘ１〜Ｅｘ１６  第１〜第１６排気バルブ、  Ｉｎ  吸気バルブ、  Ｉｎ１〜Ｉｎ１６  第１〜第１６吸気バルブ。
【図１】
2004176672.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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