(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電流が印加された際に発生する電磁力を利用して内燃機関の排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構と、
前記電磁駆動式動弁機構の駆動に要する電力である要求電力が該電磁駆動式動弁機構に対して供給可能な電力である許容電力を上回る時に、前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく前記排気弁の開弁時期を変更する消費電力低減手段と、
を備えることを特徴とする電磁駆動弁を有する内燃機関。
【請求項２】
前記消費電力低減手段は、前記内燃機関の運転状態が高回転運転領域にあるときに、前記電磁駆動式動弁機構の要求電力が許容電力を上回ると判定して、前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく前記排気弁の開弁時期を変更することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁を有する内燃機関。
【請求項３】
前記消費電力低減手段は、前記排気弁の開弁に要する励磁電流が所定の基準値を越えたときに、前記電磁駆動式動弁機構の要求電力が許容電力を上回ると判定して、前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく前記排気弁の開弁時期を変更することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁を有する内燃機関。
【請求項４】
前記消費電力低減手段は、前記電磁駆動式動弁機構の要求電力が許容電力を上回る時に、前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく、前記排気弁の開弁時期を排気行程下死点まで遅角させることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁を有する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力を利用して排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載される内燃機関では、吸排気弁の開閉駆動に起因した機械損失の防止、吸気のポンピング損失の防止、正味熱効率の向上等を目的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを任意に変更可能な電磁駆動式動弁機構の開発が進められている。
【０００３】
電磁駆動式動弁機構としては、例えば、磁性体からなり吸排気弁と連動して進退動作するアーマチャと、励磁電流が印加されたときにアーマチャを閉弁方向へ変位させる電磁力を発生する閉弁用電磁石と、励磁電流が印加されたときにアーマチャを開弁方向へ変位させる電磁力を発生する開弁用電磁石と、前記アーマチャを閉弁方向へ付勢する閉弁側戻しばねと、前記アーマチャを開弁方向へ付勢する開弁側戻しばねとを備えたものが提案されている。
【０００４】
このような電磁駆動式動弁機構によれば、従来の動弁機構のように機関出力軸（クランクシャフト）の回転力を利用して吸排気弁を開閉駆動させる必要がないため、吸排気弁の駆動に起因した機械損失が防止される。
【０００５】
更に、上記した電磁駆動式動弁機構によれば、機関出力軸の回転動作と独立して吸排気弁を開閉駆動させることが可能となるため、吸排気弁の開閉時期や開度を制御する場合の自由度が高い等、種々の利点がある。
【０００６】
一方、電磁駆動式動弁機構を備えた内燃機関が搭載される車両には、電磁駆動式動弁機構の他に、点火栓、燃料噴射弁、空調装置、ヘッドライト等の種々の電装品が搭載されており、これら電装品の駆動電力は、車両に搭載されるバッテリや発電機によって賄われている。
【０００７】
しかしながら、バッテリや発電機によって供給される電力には限りがあるため、電磁駆動式動弁機構以外の電装品の作動状態によっては、電磁駆動式動弁機構に対して所望の電力を供給することが不可能となる場合が想定される。
【０００８】
例えば、内燃機関の運転状態が高回転運転領域にある場合は、単位時間当たりに吸気弁及び排気弁が開閉動作する回数が増加するため、電磁駆動式動弁機構の駆動に要する電力が大きくなるが、単位時間当たりの点火栓及び燃料噴射弁の作動回数も増加して点火栓及び燃料噴射弁の消費電力も大きくなるため、電磁駆動式動弁機構へ供給することができる電力が小さくなる。
【０００９】
特に、内燃機関の運転状態が高回転運転領域にあるときに、空調装置やヘッドライト等の電装品が作動状態にあると、電磁駆動式動弁機構へ供給することができる電力が一層小さくなるため、電磁駆動式動弁機構の要求電力を確保することが困難になる場合がある。
【００１０】
このような問題に対し、従来では特開平１０−１３１７２６号公報に記載されたような電磁駆動バルブ駆動回路が提案されている。この公報に記載された電磁駆動バルブ駆動回路は、吸排気弁に一体的に取り付けられた永久磁石と、励磁電流の印加により前記永久磁石を変位させる磁極を発生する駆動コイルと、前記駆動コイルに印加される励磁電流の方向を切り換えるとともに前記駆動コイルに対する励磁電流の供給と供給停止とを切り換えるスイッチング部と、永久磁石の慣性移動により駆動コイルに誘起される起電力を蓄えるためのコンデンサとを備えた電磁駆動バルブ駆動回路において、永久磁石の慣性移動によって駆動コイルに誘起される起電力と駆動コイルの漏れインダクタンスとを利用して前記スイッチング部を昇圧型スイッチングレギュレータとして作用させることにより、コンデンサに回生充電される電力を大きくするとともに、コンデンサから駆動コイルへ供給可能な電力を大きくし、以て外部から電磁駆動バルブ駆動回路へ供給される電力（すなわち、電磁駆動バルブ駆動回路の消費電力）を小さくしようとするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術において、コンデンサに回生充電される電力は、電磁駆動式動弁機構の駆動電力に比して極小さくなるため、内燃機関の運転状態が高回転運転領域にあるときのように電磁駆動式動弁機構の駆動に要する電力が大きくなる場合には、バッテリや発電機の電力に加えてコンデンサの電力を利用しても所望の駆動電力を電磁駆動式動弁機構へ供給することができなくなる場合があり、そのような場合には吸排気弁を正常に開閉駆動させることが困難になる虞がある。
【００１２】
また、電磁駆動式動弁機構は、ワイヤハーネスを介してバッテリや発電機等と接続されるため、内燃機関の運転状態が高回転運転状態にあると、単位時間当たりにワイヤハーネスを流れる電流量が増加してワイヤハーネスの許容電流量を超えてしまう場合があり、そのような場合には電磁駆動式動弁機構に対して所望量の電流を供給することが困難となり、吸排気弁が正常に開閉動作しなくなる虞がある。
【００１３】
これに対し、ワイヤハーネスの断面積を大きくして単位時間当たりの許容電流量を増加させることが考えられるが、ワイヤハーネスの断面積を過剰に大きくすると、ワイヤハーネスを含めた電磁駆動式動弁機構の占有スペースが過剰に増加してしまい、車両に搭載することが困難になる虞がある。
【００１４】
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、電磁駆動弁を有する内燃機関において、内燃機関の運転状態が高回転運転領域にある場合等に、電磁駆動式動弁機構の駆動に要する電力を小さくすることができる技術を提供することにより、電磁駆動式動弁機構を限られた電力で確実に動作させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関は、励磁電流が印加された際に発生する電磁力を利用して内燃機関の排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構と、前記電磁駆動式動弁機構に対して所望量の電流を供給することが困難になる時に前記電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく前記排気弁の開弁時期を変更する消費電力低減手段と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このように構成された電磁駆動弁を有する内燃機関では、消費電力低減手段は、前記電磁駆動式動弁機構に対して所望量の電流を供給することが困難になる時に、電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく排気弁の開弁時期を変更する。
【００１７】
この場合、前記電磁駆動式動弁機構に対して所望量の電流を供給することが困難になる時における電磁駆動式動弁機構の消費電力が低減されることになる。すなわち、電磁駆動式動弁機構は、比較的小さい消費電力によって排気弁を開閉駆動することになる。
【００１８】
この結果、電磁駆動式動弁機構に供給可能な電力が小さくなるような時期であっても排気弁が確実に開閉動作することになる。ここで、電磁駆動式動弁機構に対して所望量の電流を供給することが困難になる時期としては、内燃機関の運転状態が高回転運転領域にある時を例示することができる。
【００１９】
これは、内燃機関の運転状態が高回転運転領域にある場合は、単位時間当たりに排気弁を開閉駆動する回数が増加し、電磁駆動式動弁機構の消費電力が増加するからである。
【００２０】
また、電磁駆動式動弁機構に対して所望量の電流を供給することが困難になる時期としては、排気弁の開弁に要する励磁電流が所定の基準値を越えたとき、より具体的には電磁駆動式動弁機構へ励磁電流を供給するためのワイヤハーネスの許容電流量に対して前記電磁駆動式動弁機構に印加すべき励磁電流量が多くなった場合を例示することができる。
【００２１】
また、電磁駆動式動弁機構に対して所望量の電流を供給することが困難になる場合における電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減する方法としては、排気弁の開弁時期を排気行程下死点の近傍まで遅角させる方法を例示することができる。
【００２２】
ここで、膨張行程中の気筒内の圧力は、混合気の燃焼によって高圧となっており、その圧力が排気弁に対して閉弁方向へ作用することになる。このため、電磁駆動式動弁機構は、前記圧力に抗して排気弁を開弁させるべく、より大きな電磁力を発生する必要があり、その結果、電磁駆動式動弁機構の消費電力が大きくなってしまう。
【００２３】
一方、膨張行程中の気筒内の圧力は、ピストンの下降動作によって低下し、排気行程下死点の近傍で最も低くなるため、排気弁に対して閉弁方向へ作用する圧力は、排気行程下死点の近傍で最も小さくなると考えられる。
【００２４】
従って、排気弁の開弁時期を排気行程下死点の近傍まで遅角させることにより、排気弁の開弁させるために必要となる電磁力を小さくすることができ、その結果、電磁駆動式動弁機構の消費電力を小さくすることが可能となる。
【００２５】
尚、排気弁の開弁時期を遅角させる際には、遅角後の開弁時期が排気行程下死点後とならないようにすることが好ましい。これは、排気行程下死点後の気筒では、ピストンが上昇動作することになり、それに伴って気筒内の既燃ガスが圧縮され、排気弁に対して閉弁方向に作用する圧力が高くなってしまうからである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１及び図２は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１及び図２に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた４ストローク・サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。
【００２８】
内燃機関１は、４つの気筒２１及び冷却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００２９】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸たるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２とコネクティングロッド１９を介して連結されている。
【００３０】
各気筒２１のピストン２２上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、各気筒２１の燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００３１】
前記シリンダヘッド１ａにおいて各気筒２１の燃焼室２４に臨む部位には、吸気ポート２６の開口端が２つ形成されるとともに、排気ポート２７の開口端が２つ形成されている。そして、前記シリンダヘッド１ａには、前記吸気ポート２６の各開口端を開閉する吸気弁２８と、前記排気ポート２７の各開口端を開閉する排気弁２９とが進退自在に設けられている。
【００３２】
前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電磁駆動機構３０と称する）が吸気弁２８と同数設けられている。各吸気側電磁駆動機構３０には、該吸気側電磁駆動３０に励磁電流を印加するための駆動回路３０ａ（以下、吸気側駆動回路３０ａと称する）が電気的に接続されている。
【００３３】
前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電磁駆動機構３１と称する）が排気弁２９と同数設けられている。各排気側電磁駆動機構３１には、該排気側電磁駆動機構３１に励磁電流を印加するための駆動回路３１ａ（以下、排気側駆動回路３１ａと称する）が電気的に接続されている。
【００３４】
上記した吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは、本発明に係る電磁駆動式動弁機構を実現するものである。
ここで、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構３０のみを例に挙げて説明する。
【００３５】
図３は、吸気側電磁駆動機構３０の構成を示す断面図である。図３において内燃機関１のシリンダヘッド１ａは、シリンダブロック１ｂの上面に固定されるロアヘッド１０と、このロアヘッド１０の上部に設けられたアッパヘッド１１とを備えている。
【００３６】
前記ロアヘッド１０には、各気筒２１毎に２つの吸気ポート２６が形成され、各吸気ポート２６の燃焼室２４側の開口端には、吸気弁２８の弁体２８ａが着座するための弁座１２が設けられている。
【００３７】
前記ロアヘッド１０には、各吸気ポート２６の内壁面から該ロアヘッド１０の上面にかけて断面円形の貫通孔が形成され、その貫通孔には筒状のバルブガイド１３が挿入されている。前記バルブガイド１３の内孔には、吸気弁２８の弁軸２８ｂが貫通し、前記弁軸２８ｂが軸方向へ進退自在となっている。
【００３８】
前記アッパヘッド１１において前記バルブガイド１３と軸心が同一となる部位には、第１コア３０１及び第２コア３０２が嵌入される断面円形のコア取付孔１４が設けられている。前記コア取付孔１４の下部１４ｂは、その上部１４ａに比して径大に形成されている。以下では、前記コア取付孔１４の下部１４ｂを径大部１４ｂと称し、前記コア取付孔１４の上部１４ａを径小部１４ａと称する。
【００３９】
前記径小部１４ａには、軟磁性体からなる環状の第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙３０３を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これらの第１コア３０１の上端と第２コア３０２の下端には、それぞれフランジ３０１ａとフランジ３０２ａが形成されており、第１コア３０１は上方から、また第２コア３０２は下方からそれぞれコア取付孔１４に嵌挿され、フランジ３０１ａとフランジ３０２ａがコア取付孔１４の縁部に当接することにより第１コア３０１と第２コア３０２の位置決めがされて、前記間隙３０３が所定の距離に保持されるようになっている。
【００４０】
前記第１コア３０１の上方には、筒状のアッパキャップ３０５が設けられている。このアッパキャップ３０５は、その下端に形成されたフランジ部３０５ａにボルト３０４を貫通させてアッパヘッド１１上面に固定されている。この場合、フランジ部３０５ａを含むアッパキャップ３０５の下端が第１コア３０１の上面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第１コア３０１がアッパヘッド１１に固定されることになる。
【００４１】
一方、前記第２コア３０２の下部には、コア取付孔１４の径大部１４ｂと略同径の外径を有する環状体からなるロアキャップ３０７が設けられている。このロアキャップ３０７にはボルト３０６が貫通し、そのボルト３０６により前記ロアキャップ３０７が前記径小部１４ａと径大部１４ｂの段部における下向きの段差面に固定されている。この場合、ロアキャップ３０７が第２コア３０２の下面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第２コア３０２がアッパヘッド１１に固定されることになる。
【００４２】
前記第１コア３０１の前記間隙３０３側の面に形成された溝部には、第１の電磁コイル３０８が把持されており、前記第２コア３０２の間隙３０３側の面に形成された溝部には第２の電磁コイル３０９が把持されている。その際、第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とは、前記間隙３０３を介して向き合う位置に配置されるものとする。そして、第１及び第２の電磁コイル３０８、３０９は、前述した吸気側駆動回路３０ａと電気的に接続されている。
【００４３】
前記間隙３０３には、該間隙３０３の内径より径小な外径を有する環状の軟磁性体からなるアーマチャ３１１が配置されている。このアーマチャ３１１の中空部には、該アーマチャ３１１の軸心に沿って上下方向に延出した円柱状のアーマチャシャフト３１０が固定されている。このアーマチャシャフト３１０は、その上端が前記第１コア３０１の中空部を通ってその上方のアッパキャップ３０５内まで至るとともに、その下端が第２コア３０２の中空部を通ってその下方の径大部１４ｂ内に至るよう形成され、前記第１コア３０１及び前記第２コア３０２によって軸方向へ進退自在に保持されている。
【００４４】
前記アッパキャップ３０５内に延出したアーマチャシャフト３１０の上端部には、円板状のアッパリテーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャップ３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が螺着され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボルト３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在している。また、前記アジャストボルト３１３と前記アッパスプリング３１４との当接面には、前記アッパキャップ３０５の内径と略同径の外径を有するスプリングシート３１５が介装されている。
【００４５】
一方、前記径大部１４ｂ内に延出したアーマチャシャフト３１０の下端部には、吸気弁２８の弁軸２８ｂの上端部が当接している。前記弁軸２８ｂの上端部の外周には、円盤状のロアリテーナ２８ｃが接合されており、そのロアリテーナ２８ｃの下面とロアヘッド１０の上面との間には、ロアスプリング３１６が介在している。
【００４６】
このように構成された吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイル３０９に対して励磁電流が印加されていないときは、アッパスプリング３１４からアーマチャシャフト３１０に対して下方向（すなわち、吸気弁２８を開弁させる方向）への付勢力が作用するとともに、ロアスプリング３１６から吸気弁２８に対して上方向（すなわち、吸気弁２８を閉弁させる方向）への付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト３１０及び吸気弁２８が互いに当接して所定の位置に弾性支持された状態、いわゆる中立状態に保持されることになる。
【００４７】
尚、アッパスプリング３１４とロアスプリング３１６の付勢力は、前記アーマチャ３１１の中立位置が前記間隙３０３において前記第１コア３０１と前記第２コア３０２との中間の位置となるよう設定されており、構成部品の初期公差や経年変化等によってアーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置からずれた場合には、アーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置と一致するようアジャストボルト３１３によって調整することが可能になっている。
【００４８】
前記アーマチャシャフト３１０及び前記弁軸２８ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３１１が前記間隙３０３の中間位置に位置するときに、前記弁体２８ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以下、中開位置と称する）となるように設定されている。
【００４９】
前記した吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル３０８に対して励磁電流が印加されると、第１コア３０１と第１の電磁コイル３０８とアーマチャ３１１との間に、アーマチャ３１１を第１コア３０１側へ変位させる方向の電磁力が発生し、その電磁力によってアーマチャ３１１が退行する。
【００５０】
このようにしてアーマチャ３１１が退行すると、吸気弁２８がロアスプリング３１６の付勢力を受けて閉弁動作することにある。
また、前記した吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第２の電磁コイル３０９に対して励磁電流が印加されると、第２コア３０２と第２の電磁コイル３０９とアーマチャ３１１との間にアーマチャ３１１を前記第２コア３０２側へ変位させる方向の電磁力が発生し、その電磁力によってアーマチャ３１１が進出する。
【００５１】
このようにしてアーマチャ３１１が進出すると、該アーマチャ３１１が吸気弁２８の弁軸２８ｂに当接しつつ進出動作することになり、その結果、吸気弁２８はロアスプリング３１６の付勢力に抗して開弁動作することになる。
【００５２】
従って、上記した吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａからの励磁電流が第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互に印加されることにより、アーマチャ３１１が進退動作し、それに伴って弁軸２８ｂが進退駆動されると同時に弁体２８ａが開閉駆動されることになる。
【００５３】
その際、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁２８の開閉タイミングを任意に制御することが可能となる。
【００５４】
また、上記した吸気側電磁駆動機構３０には、吸気弁２８の変位を検出するバルブリフトセンサ３１７が取り付けられている。このバルブリフトセンサ３１７は、アッパリテーナ３１２の上面に取り付けられた円板状のターゲット３１７ａと、アジャストボルト３１３における前記アッパリテーナ３１２と対向する部位に取り付けられたギャップセンサ３１７ｂとから構成されている。
【００５５】
このように構成されたバルブリフトセンサ３１７では、前記ターゲット３１７ａが前記吸気側電磁駆動機構３０のアーマチャ３１１と一体的に変位し、前記ギャップセンサ３１７ｂが該ギャップセンサ３１７ｂと前記ターゲット３１７ａとの距離に対応した電気信号を出力することになる。
【００５６】
その際、アーマチャ３１１が中立状態にあるときのギャップセンサ３１７ｂの出力信号値を予め記憶しておき、その出力信号値と現時点におけるギャップセンサ３１７ｂの出力信号値との偏差を算出することにより、アーマチャ３１１及び吸気弁２８の変位を特定することが可能となる。
【００５７】
ここで、図１及び図２に戻り、内燃機関１のシリンダヘッド１ａには、４つの枝管からなる吸気枝管３３が接続され、前記吸気枝管３３の各枝管は、各気筒２１の吸気ポート２６と連通している。
【００５８】
前記シリンダヘッド１ａにおいて前記吸気枝管３３との接続部位の近傍には、その噴孔が吸気ポート２６内に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制するためのサージタンク３４に接続されている。前記サージタンク３４には、吸気管３５が接続され、吸気管３５は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス３６と接続されている。
【００５９】
前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。前記吸気管３５において前記エアフローメータ４４より下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁３９が設けられている。
【００６０】
前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、前記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付けられている。
【００６１】
前記スロットル弁３９には、該スロットル弁３９と独立に回動自在であり、且つアクセルペダル４２に連動して回動する図示しないアクセルレバーが取り付けられ、そのアクセルレバーには、該アクセルレバーの回動量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３が取り付けられている。
【００６２】
一方、前記内燃機関１のシリンダヘッド１ａには、４本の枝管が内燃機関１の直下流において１本の集合管に合流するよう形成された排気枝管４５が接続され、前記排気枝管４５の各枝管が各気筒２１の排気ポート２７と連通している。
【００６３】
前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６を介して排気管４７に接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。前記排気枝管４５には、該排気枝管４５内を流れる排気、言い換えれば、排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられている。
【００６４】
ここで、上記した排気浄化触媒４６としては、例えば、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する三元触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵するとともに該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元・浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元・浄化する選択還元型ＮＯx触媒、もしくは上記した各種の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。
【００６５】
内燃機関１には、クランクシャフト２３と図示しないベルトによって連結され、前記クランクシャフト２３の回転エネルギを電気エネルギに変換するオルタネータ６１が取り付けられている。
【００６６】
前記オルタネータ６１には、車室内用の空調装置、デフロスター、ヘッドライト、ワイパー等の電気負荷６２が接続され、前記オルタネータ６１によって発電された電力が前記電気負荷６２へ供給されるようになっている。
【００６７】
前記オルタネータ６１には、イグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ等がワイヤハーネスを介して接続され、前記オルタネータ６１から上記したイグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ等に対して個々の駆動電力が供給されるようになっている。
【００６８】
内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００６９】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）２０が併設されている。
【００７０】
前記ＥＣＵ２０には、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、クランクポジションセンサ５１、水温センサ５２、バルブリフトセンサ３１７等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００７１】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０を制御することが可能になっている。
【００７２】
ここで、ＥＣＵ２０は、図４に示すように、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰＵ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６とを備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。
【００７３】
前記Ａ／Ｄ４０７には、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、水温センサ５２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されている。このＡ／Ｄ４０７は、上記した各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に前記入力ポート４０５へ送信する。
【００７４】
前記入力ポート４０５は、前述したスロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、水温センサ５２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと前記Ａ／Ｄ４０７を介して接続されるとともに、クランクポジションセンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサと接続されている。
【００７５】
前記入力ポート４０５は、各種センサの出力信号を直接又はＡ／Ｄ４０７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４００を介してＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３へ送信する。
【００７６】
前記出力ポート４０６は、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等と電気配線を介して接続されている。前記出力ポート４０６は、ＣＰＵ４０１から出力された制御信号を双方向性バス４００を介して入力し、その制御信号をイグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、又はスロットル用アクチュエータ４０へ送信する。
【００７７】
前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁２８の開閉タイミングを決定するための吸気弁開閉タイミング制御ルーチン、排気弁２９の開閉タイミングを決定するための排気弁開閉タイミング制御ルーチン、吸気側電磁駆動機構３０に印加すべき励磁電流量を決定するための吸気側励磁電流制御ルーチン、排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量を決定するための排気側励磁電流量制御ルーチン、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーションプログラムに加え、所定の時期における排気側電磁駆動機構３１の消費電力を低減するための消費電力低減制御ルーチンを記憶している。
【００７８】
前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気弁２８の開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２９の開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気側電磁駆動機構３０に印加すべき励磁電流量との関係を示す吸気側励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量との関係を示す排気側励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
【００７９】
前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【００８０】
前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。
【００８１】
前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、スロットル制御等の周知の制御に加え、本発明の要旨となる消費電力低減制御を実行する。
【００８２】
消費電力低減制御では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の運転状態が高回転・高負荷運転領域にあるときに、排気側電磁駆動機構３１の消費電力が所定の電力より大きくなると、若しくは、排気側電磁駆動機構３１に対して単位時間当たりに印加すべき励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量を越えると、排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量を低減すべく、排気弁２９の開弁時期を変更することになる。
【００８３】
ここで、内燃機関１の運転状態が高回転・高負荷運転領域にあるときは、単位時間当たりの吸気弁２８及び排気弁２９の開閉回数が多くなるため、単位時間当たりに吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量が増加し、以て吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１の消費電力が大きくなる。
【００８４】
但し、各気筒２１の吸気行程において吸気弁２８を開弁させる場合は、排気の慣性効果やピストン２２の下降動作により気筒２１内が負圧となり、その負圧が吸気弁２８に対して開弁方向へ作用するため、吸気側電磁駆動機構３０は比較的少ない励磁電流によって吸気弁２８を開弁させることが可能である。
【００８５】
このため、吸気側電磁駆動機構３０に対して単位時間当たりに印加すべき励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量以上となることはなく、たとえ吸気側電磁駆動機構３０に印加すべき励磁電流量を低減しても、吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１の消費電力を大幅に低減することは困難である。
【００８６】
これに対し、各気筒２１の排気行程において排気弁２９を開弁させる場合は、混合気の燃焼によって気筒２１内が高圧になっており、その圧力が排気弁２９に対して閉弁方向へ作用するため、排気側電磁駆動機構３１は、前記した圧力に抗して排気弁２９を開弁させる必要がある。つまり、排気側電磁駆動機構３１は、比較的多くの励磁電流を消費して排気弁２９を開弁させることになる。
【００８７】
このため、排気側電磁駆動機構３１の消費電力が大きくなる可能性、及び、排気側電磁駆動機構３１に対して単位時間当たりに印加すべき励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量以上となる可能性が高いといえる。
【００８８】
従って、排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量を低減することにより、吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１の消費電力が大幅に低減されることになる。
【００８９】
一方、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にあるときの排気弁２９の開弁時期は、通常、排気効率の向上や吸気効率の向上を目的として、排気行程下死点より前であって膨張行程の途中に設定される。
【００９０】
例えば、内燃機関１が最高出力を発生する高回転運転領域では、図５に示すように、排気行程下死点より前であって膨張行程の中盤（図５の例では、排気行程下死点前１００°ＣＡ付近（BBDC 100°ＣＡ））に排気弁２９の開弁時期が設定されたときに、機関出力が最も高くなる。
【００９１】
これは、排気弁２９の開弁時期が膨張行程の前半まで進角されると、混合気の燃焼によって発生した圧力（燃焼圧力）が十分にピストン２２へ伝達されなくなる一方で、排気弁２９の開弁時期が膨張行程の後半（排気行程下死点近傍）まで遅角されると、排気の慣性効果を十分に得ることができず、気筒２１内の残留ガスが増加するため、次の吸気行程において新気の充填効率が低下してしまうからである。
【００９２】
しかしながら、機関出力が最も高くなるように排気弁２９の開弁時期が膨張行程の中盤に設定されると、気筒２１内の圧力（筒内圧力）も高くなるため、排気弁２９の開閉駆動に要する消費電力が大きくなってしまう。尚、図５に示す消費電力は、排気弁２９の開弁から閉弁に至るまでの消費電力を積算したものである。
【００９３】
これに対し、排気弁２９の開弁時期が排気行程下死点の直前（図５の例では、排気行程下死点前２０°ＣＡ〜４０°ＣＡ付近）に設定された場合は、内燃機関１の最高出力が低くなるものの、筒内圧力も低くなるため、排気弁２９の開弁から閉弁に至るまでの消費電力が極小値となる。
【００９４】
従って、内燃機関１の運転状態が高回転・高負荷運転領域にあるときに、排気弁２９の開弁時期が排気行程下死点の近傍まで遅角されると、排気側電磁駆動機構３１の消費電力が大幅に低減されることになる。
【００９５】
そこで、本実施の形態では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にあるときに、排気側電磁駆動機構３１の消費電力が所定の電力より大きくなると、若しくは、排気側電磁駆動機構３１に対して単位時間当たりに印加すべき励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量を越えると、排気弁２９の開弁時期を排気行程下死点の近傍まで遅角させるようにした。
【００９６】
以下、本実施の形態に係る消費電力低減制御について具体的に説明する。
ＣＰＵ４０１は、消費電力低減制御を実行するにあたり、図６に示すような消費電力低減制御ルーチンを実行する。この消費電力低減制御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００９７】
消費電力低減制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ６０１においてＲＡＭ４０３から機関回転数とアクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）を読み出す。
【００９８】
Ｓ６０２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ６０１で読み出された機関回転数とアクセル開度とに基づいて、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にあるか否かを判別する。
【００９９】
前記Ｓ６０２において内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にないと判定された場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０７へ進み、排気弁２９の開弁時期が通常の開弁時期となるように排気側駆動回路３１ａを制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１００】
一方、前記Ｓ６０２において内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にあると判定された場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０３へ進み、別途の排気側励磁電流量制御ルーチンに従って算出された排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量を入力し、その励磁電流量に基づいて排気側電磁駆動機構３１の消費電力を算出する。
【０１０１】
Ｓ６０４では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ６０３で算出された排気側電磁駆動機構３１の消費電力が所定の最大消費電力より大きいか否かを判別する。前記した最大消費電力は、オルタネータ６１の発電容量から排気側電磁駆動機構３１以外の電気負荷の消費電力を減算して得られる値であり、排気側電磁駆動機構３１が消費することができる最大の電力を示す値である。
【０１０２】
Ｓ６０５では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ６０３で算出された排気側電磁駆動機構３１の励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量を越えているか否かを判別する。
【０１０３】
前記Ｓ６０４において排気側電磁駆動機構３１の消費電力が所定の最大消費電力以下であると判定し、且つ、前記Ｓ６０５において排気側電磁駆動機構３１の励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量以下であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０７へ進み、排気弁２９の開弁時期が通常の開弁時期となるように排気側駆動回路３１ａを制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０４】
一方、前記Ｓ６０４において排気側電磁駆動機構３１の消費電力が所定の最大消費電力より大きいと判定した場合、又は、前記Ｓ６０５において排気側電磁駆動機構３１の励磁電流量がワイヤハーネスの許容電流量を越えていると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０６へ進む。
【０１０５】
Ｓ６０６では、ＣＰＵ４０１は、排気弁２９の開弁時期を排気行程下死点の近傍まで遅角させるべく、排気側駆動回路３１ａを制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０６】
その際、排気弁開弁時期の遅角量は、予め設定された固定値であってもよく、あるいは、機関回転数と最大消費電力とをパラメータとして決定される可変値であってもよい。
【０１０７】
更に、排気弁開弁時期の遅角量が機関回転数と最大消費電力とをパラメータとして決定される可変値である場合には、排気弁開弁時期を遅角させた後の消費電力又は励磁電流量に基づいて遅角量を補正する、いわゆるフィードバック制御が実行されるようにしてもよい。
【０１０８】
このようにＣＰＵ４０１が消費電力低減制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る消費電力低減手段が実現されることになる。
従って、本実施の形態に係る電磁駆動弁を有する内燃機関によれば、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にある場合に、排気側電磁駆動機構３１の消費電力もしくは励磁電流量が許容範囲を越えると、排気側電磁駆動機構３１の消費電力及び励磁電流量を低減しつつ排気弁２９を正常に開閉駆動させることが可能となる。
【０１０９】
また、排気側電磁駆動機構３１の消費電力低減により、吸気側電磁駆動機構３０が消費できる最大消費電力も増加することになるため、吸気側電磁駆動機構３０の電力不足によって吸気弁２８の開閉動作が不良になることもない。
【０１１０】
また、排気側電磁駆動機構３１の消費電力低減により、ワイヤハーネスの断面積を小さくすることができ、ワイヤハーネスを含めた排気側電磁駆動機構３１の搭載スペースを縮小することも可能となる。
【０１１１】
また、内燃機関１の運転状態が高負荷・高回転運転領域にあるときに、排気弁２９の開弁時期が遅角されると、排気弁開弁時における排気の温度が低くなるため、排気浄化触媒４６等の排気系部品の熱害を抑制することも可能となる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関では、内燃機関の運転状態が高負荷・高回転運転領域にある場合のように、電磁駆動式動弁機構の消費電力や励磁電流が増大する場合に、電磁駆動式動弁機構の消費電力を低減すべく排気弁の開弁時期が変更されることになる。
【０１１３】
この場合、排気弁の開閉駆動に係る消費電力及び励磁電流量が過剰に増大することが無く、排気弁を開閉動作させる上で必要となる電力を確保することが可能となる。
【０１１４】
従って、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関によれば、電磁駆動式動弁機構の消費電力や励磁電流の過剰な増加を抑制することができるため、排気弁の開閉駆動に消費することができる電力に限りがある場合であっても、排気弁を正常に開閉動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示す図（１）
【図２】  本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示す図（２）
【図３】  吸気側電磁駆動機構の内部構成を示す図
【図４】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図５】  排気弁の開弁時期と筒内圧力との関係を示す図
【図６】  消費電力低減制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
２５・・・点火栓
２６・・・吸気ポート
２７・・・排気ポート
２８・・・吸気弁
２９・・・排気弁
３０・・・吸気側電磁駆動機構
３０ａ・・吸気側駆動回路
３１・・・排気側電磁駆動機構
３１ａ・・排気側駆動回路
３２・・・燃料噴射弁
４６・・・排気浄化触媒
４７・・・排気管
４８・・・空燃比センサ
５１・・・クランクポジションセンサ
６１・・・オルタネータ
６２・・・電気負荷
【図１】
0004214659.tif 000002
【図２】
0004214659.tif 000003
【図３】
0004214659.tif 000004
【図４】
0004214659.tif 000005
【図５】
0004214659.tif 000006
【図６】
0004214659.tif 000007