内燃機関の動弁装置
【課題】機関弁が開弁する不具合が発生することを好適に防止可能な内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の加熱装置１００Ａは内燃機関の燃焼室に対して設けられる機関弁１を閉弁方向に付勢するスプリング３と、荷重伝達経路上、スプリング３と内燃機関のシリンダヘッド２０のうち、スプリング３よりも燃焼室側の壁部Ｗとの間に位置するように設けられる磁石５と、荷重伝達経路上、磁石５と壁部Ｗとの間に位置するように設けられる電磁石６と、を備える。そして、所定の条件下で機関弁１を駆動するカム１０のうち、ベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。
【解決手段】内燃機関の加熱装置１００Ａは内燃機関の燃焼室に対して設けられる機関弁１を閉弁方向に付勢するスプリング３と、荷重伝達経路上、スプリング３と内燃機関のシリンダヘッド２０のうち、スプリング３よりも燃焼室側の壁部Ｗとの間に位置するように設けられる磁石５と、荷重伝達経路上、磁石５と壁部Ｗとの間に位置するように設けられる電磁石６と、を備える。そして、所定の条件下で機関弁１を駆動するカム１０のうち、ベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では燃焼室に対して設けられる機関弁（吸気弁または排気弁）をスプリングで閉弁方向に付勢することで、機関弁を閉弁することが一般に行われている。この点、本発明と関連性があると考えられる技術としてスプリングシートをスプリングの伸縮方向に沿って移動させることでスプリングの荷重を可変にする技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１では例えば油圧によってスプリングの荷重を可変にすることが開示されている。このほか、本発明と関連性があると考えられる技術としてスプリングのサージングに対処する技術が例えば特許文献２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９９４３５号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スプリングによって閉弁方向に付勢される機関弁は、機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が機関弁に対応する場合に閉弁する。ところが、内燃機関ではかかる場合に機関弁が開弁する不具合が発生することがある。具体的には例えば機関弁が排気弁である場合には内燃機関の背圧が過大となる結果、スプリングの付勢力に抗して排気弁が開弁する不具合が発生することがある。この点、これに対しては例えば特許文献１で開示されているように油圧によってスプリングの荷重を可変にすることが考えられる。
【０００５】
ところが、油圧によってスプリングの荷重を可変にすることでは、ベース円部が機関弁に対応する場合にスプリングの荷重を増大させようとしても、内燃機関の高回転時には十分な応答性を確保できない虞がある。一方、これに対しては例えばベース円部が機関弁に対応する場合に限らずスプリングの荷重を増大させることも考えられる。ところが、この場合には機械弁のリフト時にもスプリングの荷重が増大する結果、スプリングに過大な応力が発生し、スプリングが折損する等の不具合が発生する虞がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、機関弁が開弁する不具合が発生することを好適に防止可能な内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は内燃機関の燃焼室に対して設けられる機関弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記内燃機関のシリンダヘッドの壁部との間に位置するように設けられ、通電時に前記スプリングを短縮可能な作用部とを備え、所定の条件下で、前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記作用部に通電する内燃機関の動弁装置である。
【０００８】
本発明は前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる磁石と、荷重伝達経路上、前記磁石と前記壁部との間に位置するように設けられる電磁石とを備え、所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する構成とすることができる。
【０００９】
本発明は前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられており、所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが伸張する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する構成とすることができる。
【００１０】
本発明は前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられるとともに、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる荷重検知部をさらに備え、所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記荷重検知部が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する構成とすることができる。
【００１１】
本発明は前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられ、通電により変形するエラストマを備え、所定の条件下で前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記エラストマに通電する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、機関弁が開弁する不具合が発生することを好適に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図２】カムを示す図である。
【図３】実施例１の動作説明図である。
【図４】実施例１の制御動作を示す図である。
【図５】実施例１のタイミングチャートを示す図である。
【図６】実施例２の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図７】実施例３の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図８】実施例３の制御動作を示す図である。
【図９】実施例３のタイミングチャートを示す図である。
【図１０】実施例４の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図１１】実施例４の制御動作を示す図である。
【図１２】実施例４のタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は内燃機関の動弁装置（以下、動弁装置と称す）１００Ａを示す図である。動弁装置１００Ａは機関弁１に対して設けられており、アッパー側のバルブスプリングシート２とスプリング３とロア側のバルブスプリングシート４と磁石５と電磁石６とＥＣＵ５０Ａとを備えている。機関弁１は内燃機関の燃焼室に対して設けられる吸気弁または排気弁（ここでは排気弁）であり、傘部Ｕとステム部Ｓとを備えている。機関弁１は内燃機関のシリンダヘッド２０に設けられている。
【００１６】
アッパー側のバルブスプリングシート２はステム部Ｓの端部に設けられている。スプリング３は内燃機関の燃焼室側からバルブスプリングシート２に隣接して設けられている。ロア側のバルブスプリングシート４は内燃機関の燃焼室側からスプリング３に隣接して設けられている。このようにして設けられたスプリング３はバルブスプリングシート２、４間に設けられており、機械弁１を閉弁する方向にバルブスプリングシート２を付勢する。
【００１７】
バルブスプリングシート４、磁石５および電磁石６それぞれはスプリング３とシリンダヘッド２０の壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。壁部Ｗはシリンダヘッド２０のうち、スプリング３よりも燃焼室側に位置する壁部となっている。磁石５と電磁石６とは荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられていればよい。
【００１８】
バルブスプリングシート４、磁石５および電磁石６は具体的にはこの順にスプリング３から壁部Ｗに向かって隣接して設けられている。そしてこれにより、バルブスプリングシート４はスプリング３と磁石５との間に、磁石５はバルブスプリングシート４と電磁石６との間に、電磁石６は磁石５と壁部Ｗとの間にそれぞれ位置するように設けられている。磁石５と壁部Ｗとの間に位置するように設けられた電磁石６は壁部Ｗに当接するように設けられた状態でシリンダヘッド２０に固定されている。
【００１９】
図２はカム１０を示す図である。カム１０は機械弁１に対して設けられる。カム１０はベース円部１０ａとノーズ部１０ｂとを備えている。カム１０は内燃機関のクランクシャフトと同期して回転する。そしてこれにより、クランク角度に応じてカム１０のうち、機械弁１に対応する部分がベース円部１０ａとノーズ部１０ｂとの間で変更される。ベース円部１０ａが機械弁１に対応する場合にはスプリング３が機関弁１を閉弁方向に付勢する結果、機関弁１が閉弁する。一方、ノーズ部１０ｂが機械弁１に対応する場合にはカム１０がスプリング３の付勢力に抗して機関弁１を駆動する結果、機械弁１が開弁する。
【００２０】
図１に戻り、図１に示すＥＣＵ５０Ａは電子制御装置であり、ＥＣＵ５０Ａには電磁石６が通電可能に接続されている。また、内燃機関の運転状態を検出するためのセンサ群６０が電気的に接続されている。センサ群６０は例えば内燃機関の回転数ＮＥやクランク角度を検出可能なクランク角センサや、内燃機関に対する加速要求をするためのアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出可能なアクセル開度センサや、内燃機関の吸入空気量を計測するエアフロメータを含む。
【００２１】
ＥＣＵ５０ＡではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、各種の機能部が実現される。この点、ＥＣＵ５０Ａでは例えば以下に示す制御部が機能的に実現される。
【００２２】
制御部は所定の条件下で機関弁１を駆動するカム１０のうち、ベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。電磁石６に通電するにあたって、制御部は具体的には所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めた場合に通電を開始する。所定の条件は機関弁１が開弁する不具合が発生し得る場合に合わせて適宜設定できる。この点、動弁装置１００Ａでは具体的には所定の条件が内燃機関の背圧が所定値αよりも高い場合に設定されている。
【００２３】
図３は動弁装置１００Ａの動作説明図である。図３（ａ）は非通電時の動弁装置１００Ａを示す。図３（ｂ）は通電時の動弁装置１００Ａを示す。図３（ａ）に示すように、非通電時には磁石５と電磁石６とが磁力によって反発しない結果、磁石５と電磁石６とが当接している。一方、図３（ｂ）に示すように通電時には磁石５と電磁石６とが磁力によって反発する結果、バルブスプリングシート４が磁石５とともにスプリング３を短縮する方向に移動する。そしてこれにより、スプリング３の荷重が増大する。この点、磁石５と電磁石６とは通電時にスプリング３を短縮可能な作用部となっている。
【００２４】
次にＥＣＵ５０Ａの制御動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ５０Ａは内燃機関の運転状態を検出する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、具体的には例えば回転数ＮＥやクランク角度や内燃機関の負荷を検出する。続いてＥＣＵ５０Ａは内燃機関の背圧が所定値αよりも高いか否かを判定する（ステップＳ２０）。内燃機関の背圧が所定値αよりも高いか否かは例えば内燃機関の負荷が所定値よりも高いか否かで判定（推定）できる。肯定判定であれば、ＥＣＵ５０Ａはベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めたか否かを判定する（ステップＳ３０）。ベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めたか否かは例えばクランク角度に基づき判定できる。
【００２５】
ステップＳ３０で肯定判定であれば、ＥＣＵ５０Ａは通電を行う（ステップＳ４０）。そしてこれにより、通電が開始される。ステップＳ４０でＥＣＵ５０Ａは具体的には磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。続いてＥＣＵ５０Ａはベース円部１０ａが機関弁１に対応しているか否かを判定する（ステップＳ５０）。肯定判定であればステップＳ４０に戻る。一方、ステップＳ２０、Ｓ３０またはＳ５０で否定判定であれば、ＥＣＵ５０Ａは通電を停止する（ステップＳ６０）。ステップＳ６０の後にはステップＳ１０に戻る。
【００２６】
次に動弁装置１００Ａの作用効果について説明する。図５はＥＣＵ５０Ａの制御動作に対応するタイミングチャートを示す図である。図５ではクランク角度に応じた電磁石６の通電状態の変化をスプリング３の荷重変化、内燃機関の負荷の変化、および機関弁１のリフト量の変化とともに示す。図５では電磁石６に通電している状態をＯＮで示し、通電していない状態をＯＦＦで示す。期間Ｔ１はノーズ部１０ｂが機関弁１に対応する期間を示し、期間Ｔ２はベース円部１０ａが機関弁１に対応する期間を示す。所定値α´は背圧が所定値αよりも高いことを満たす内燃機関の負荷を示す。
【００２７】
図５に示すように、期間Ｔ１ではスプリング３の荷重が機関弁１のリフト量に応じて増減する。そして、内燃機関の負荷が所定値α´よりも低い場合には、期間Ｔ２で排気弁のリフト量が最小（ゼロ）になるとともに、スプリング３の荷重が最小になる。一方、内燃機関の負荷が所定値α´よりも高くなった場合には、期間Ｔ２で電磁石６がＯＮになる結果、スプリング３の荷重が増大していることがわかる。
【００２８】
この点、動弁装置１００Ａは通電時にスプリング３を短縮可能な作用部として磁石５と電磁石６とを備え、磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、高い応答性を確保しつつスプリング３の荷重を増大させることができる。このため、動弁装置１００Ａは例えば回転数ＮＥが高い場合であっても機関弁１が開弁する不具合が発生することを防止できる点で不具合の発生を好適に防止できる。
【００２９】
動弁装置１００Ａは所定の条件下でスプリング３の荷重を増大させることで、機械弁１が開弁する不具合が発生し得る場合にスプリング３の荷重を増大させることを可能にすることができる。そしてこれにより、必要に応じてスプリング３の荷重を増大させることができる点でも不具合の発生を好適に防止できる。この点、動弁装置１００Ａは具体的には所定の条件を内燃機関の背圧が所定値αよりも高い場合とすることで、機関弁１が排気弁である場合に内燃機関の背圧が高まる結果、機関弁１が開弁する不具合が発生することを防止できる。
【００３０】
動弁装置１００Ａはベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合にスプリング３の荷重を増大させることで、機関弁１が開弁する不具合が発生することを防止するにあたって、スプリング３に過大な応力が発生することを防止できる。そしてこれにより、スプリング３の折損等の不具合が発生することを防止できる点でも、機関弁１が開弁する不具合が発生することを好適に防止できる。
【実施例２】
【００３１】
図６は動弁装置１００Ｂを示す図である。図６（ａ）は非通電時の動弁装置１００Ｂを示す。図６（ｂ）は通電時の動弁装置１００Ｂを示す。動弁装置１００Ｂは磁石５および電磁石６の代わりに誘電エラストマ７を備える点と、ＥＣＵ５０Ａの代わりにＥＣＵ５０Ｂを備える点以外、動弁装置１００Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ５０Ｂは電磁石６の代わりに誘電エラストマ７が通電可能に接続される点と、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、制御部が誘電エラストマ７に通電するように実現される点以外、ＥＣＵ５０Ａと実質的に同一となっている。
【００３２】
誘電エラストマ７は通電により変形するエラストマであり、バルブスプリングシート４と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。そしてこれにより、荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。誘電エラストマ７はスプリング３と壁部Ｗに隣接して設けられており、通電時に機関弁１の駆動方向に沿って延伸する。そしてこれにより、バルブスプリングシート４がスプリング３を短縮する方向に移動することで、スプリング３の荷重を増大させる。誘電エラストマ７は通電時にスプリング３を短縮可能な作用部となっている。なお、通電対象を誘電エラストマ７とするＥＣＵ５０Ｂの制御動作自体はＥＣＵ５０Ａの制御動作と同じとなる。このため、ＥＣＵ５０Ｂの制御動作を示すフローチャートやタイミングチャートについては図示省略する。
【００３３】
次に動弁装置１００Ｂの作用効果について説明する。動弁装置１００Ｂは通電時にスプリング３を短縮可能な作用部として誘電エラストマ７を備え、誘電エラストマ７に通電することで、動弁装置１００Ａと同様に高い応答性を確保しつつスプリング３の荷重を増大させることができる。また、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に誘電エラストマ７に通電することで、動弁装置１００Ａと同様の作用効果を得ることができる。このため、動弁装置１００Ｂは動弁装置１００Ａと同様に機関弁１が開弁する不具合が発生することを好適に防止できる。
【実施例３】
【００３４】
図７は動弁装置１００Ｃを示す図である。動弁装置１００Ｃはバルブスプリングシート４および磁石５の代わりにバルブスプリングシート４´および磁石５´を備える点と、ＥＣＵ５０Ａの代わりにＥＣＵ５０Ｃを備える点以外、動弁装置１００Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ５０Ｃは制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ５０Ａと実質的に同一となっている。バルブスプリングシート４´は電磁石６に壁部Ｗとは反対側から隣接するように設けられている。
【００３５】
バルブスプリングシート４´にはスプリング３のうち、壁部Ｗ側の端部と磁石５´とが固定されている。そしてこれにより、スプリング３は壁部Ｗ側で磁石５´とともに移動可能に設けられている。バルブスプリングシート４´にスプリング３の端部を固定するには、例えばバルブスプリングシート４´にスプリング３を回転させながら挿入した後、ピンでロックする構造を設けることができる。また、バルブスプリングシート４´に磁石５´を固定するには、例えばバルブスプリングシート４´に磁石５´を内蔵する構造を設けることができる。
【００３６】
バルブスプリングシート４´に固定された磁石５´はスプリング３と電磁石６との間に位置するように設けられている。また、電磁石６は磁石５´と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。そしてこれにより、磁石５´と電磁石６とはこの順でスプリング３から壁部Ｗに向かって配置された状態で荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。
【００３７】
ＥＣＵ５０Ｃでは、制御部が所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電し、その後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。
【００３８】
このように通電するには、具体的には例えばクランク角度に基づきベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めた場合に、磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電するとともに、その後、ベース円部１０ａが機関弁１に対応する範囲内で所定の位相だけクランク角度が進んだ場合に、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することができる。
【００３９】
次にＥＣＵ５０Ｃの制御動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ３０に続いてステップＳ３１、Ｓ３２が設けられている点以外、図４に示すフローチャートと同じになっている。このため、ここでは特にこれらのステップについて説明する。ステップＳ３０の肯定判定に続き、ＥＣＵ５０Ｃは通電を行う（ステップＳ３１）。具体的にはＥＣＵ５０Ｃは磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。ステップＳ３１に続き、ＥＣＵ５０Ｃは所定の位相だけクランク角度が進んだか否かを判定する（ステップＳ３２）。否定判定であればステップＳ３１に戻る。一方、肯定判定であればステップＳ４０に進む。なお、ステップＳ４０でＥＣＵ５０Ｃはスプリング３短縮方向の通電を行う。
【００４０】
次に動弁装置１００Ｃの作用効果について説明する。図９はＥＣＵ５０Ｃの制御動作に対応するタイミングチャートを示す図である。表示されている各パラメータは図５の場合と同様である。図９ではスプリング３伸張方向の通電をしている状態を吸引で示すとともに、スプリング３短縮方向の通電をしている状態を反発で示す。図９では期間Ｔ２でスプリング３にサージングが発生する場合を示す。
【００４１】
図９に示すように、期間Ｔ２でスプリング３にサージングが発生する場合には、内燃機関の負荷が所定値α´よりも低い場合にスプリング３の荷重が上下に変動しながら次第に減衰する。これに対し、動弁装置１００Ｃでは内燃機関の負荷が所定値α´よりも高くなった場合に期間Ｔ２でまず磁石５´を吸引することでサージングを収束させ、その後、磁力の極性を反転し、磁石５´を反発することでスプリング３の荷重を増大させていることがわかる。
【００４２】
この点、動弁装置１００Ｃはスプリング３を壁部Ｗ側で磁石５´とともに移動可能に設けるとともに、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、まず磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、サージングを抑制できる。そしてその後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、スプリング３の荷重増大効果をより確実に反映させることができる。このため、動弁装置１００Ｃはサージングの影響を軽減できる点で、動弁装置１００Ａと比較して機関弁１が開弁する不具合が発生することをさらに好適に防止できる。
【実施例４】
【００４３】
図１０は動弁装置１００Ｄを示す図である。動弁装置１００Ｄは荷重センサ８をさらに備える点と、ＥＣＵ５０Ｃの代わりにＥＣＵ５０Ｄを備える点以外、動弁装置１００Ｃと実質的に同一となっている。ＥＣＵ５０Ｄは荷重センサ８がさらに電気的に接続される点と、制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ５０Ｃと実質的に同一となっている。荷重センサ８は荷重検知部であり、バルブスプリングシート４´と電磁石６との間に位置するように設けられている。そしてこれにより、荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。
【００４４】
ＥＣＵ５０Ｄでは、制御部が所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電し、その後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。
【００４５】
このように通電するには、具体的には例えばクランク角度に基づきベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めた場合に、磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電し、その後、荷重センサ８が検知する荷重の変動が収束した場合に、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することができる。
【００４６】
磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電するには、具体的には例えば以下のようにすることができる。すなわち、荷重センサ８が検知する荷重が極小値を含む第１の範囲に含まれる場合に磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に作用するように電磁石６に通電することができる。また、荷重センサ８が検知する荷重が極大値を含む第２の範囲に含まれる場合に磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に作用するように電磁石６に通電することができる。
【００４７】
第１の範囲は具体的には例えば極小値を間に挟んだ荷重減少時から荷重増大時までの間で、荷重減少時の荷重の減少度合いが次第に小さくなるとともに、荷重増大時の荷重の増大度合いが次第に大きくなる範囲とすることができる。第２の範囲は極大値を間に挟んだ荷重増大時から荷重減少時までの間で、荷重増大時の荷重の増大度合いが次第に小さくなるとともに、荷重減少時の荷重の減少度合いが次第に大きくなる範囲とすることができる。
【００４８】
次にＥＣＵ５０Ｄの制御動作を図１１に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ１０に続いてステップＳ１５、Ｓ１６およびＳ１７が設けられている点と、ステップＳ３０に続いてステップＳ３５からＳ３８が設けられている点以外、図４に示すフローチャートと同じになっている。このため、ここでは特にこれらのステップについて説明する。
【００４９】
ステップＳ１０に続き、ＥＣＵ５０Ｄは荷重センサ８の出力に基づき荷重を検出し（ステップＳ１５）、荷重の増減度合いを算出する（ステップＳ１６）。また、通電中であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。そして、肯定判定であれば後述するステップＳ３５に進み、否定判定であればステップＳ２０に進む。ステップＳ１６において荷重の増減度合いは前回検出した荷重と今回検出した荷重とに基づき算出できる。この点、ステップＳ１５ではステップＳ３０で肯定判定されるまでの間にもステップＳ２０またはＳ３０の否定判定からステップＳ６０を経てステップＳ１０に戻ることで、荷重が繰り返し検出されるようになっている。
【００５０】
その後、ステップＳ３０で肯定判定された場合、ＥＣＵ５０Ｄは荷重の変動が収束したか否かを判定する（ステップＳ３５）。荷重の変動が収束したか否かは例えば荷重の増減度合いの大きさが所定回数連続して所定の範囲内に収まったか否かで判定できる。ステップＳ３５で否定判定であれば、ＥＣＵ５０Ｄは荷重が第１の範囲に含まれるか否かを判定する（ステップＳ３６）。荷重が第１の範囲に含まれるか否かは例えば前回算出した荷重の増減度合いと今回算出した荷重の増減度合いとに基づき算出できる。
【００５１】
ステップＳ３６で肯定判定であれば、ＥＣＵ５０Ｄはスプリング３短縮方向の通電を行う（ステップＳ３７）。一方、ステップＳ３６で否定判定であれば、荷重が第２の範囲に含まれると判断できる。このため、ステップＳ３６で否定判定であれば、ＥＣＵ５０Ｄはスプリング３伸張方向の通電を行う（ステップＳ３８）。ステップＳ３７またはＳ３８の後にはステップＳ１０に戻る。そしてこの場合にステップＳ１７で肯定判定されることになる。そしてその後、ステップＳ３５で肯定判定された場合にステップＳ４０に進む。なお、ステップＳ４０でＥＣＵ５０Ｄはスプリング３短縮方向の通電を行う。
【００５２】
次に動弁装置１００Ｄの作用効果について説明する。図１２はＥＣＵ５０Ｄの制御動作に対応するタイミングチャートを示す図である。表示されている各パラメータは図９の場合と同様である。図１２では図９の場合と同様にスプリング３伸張方向の通電をしている状態を吸引で示すとともに、スプリング３短縮方向の通電をしている状態を反発で示す。また、期間Ｔ２でスプリング３にサージングが発生する場合を示す。
【００５３】
図１２に示すように、動弁装置１００Ｄでは内燃機関の負荷が所定値α´よりも高くなった場合に期間Ｔ２でまず磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、磁石５´を交互に吸引、反発し、これによりサージングを速やかに収束させる。そしてその後、磁石５´を反発することでスプリング３の荷重を増大させていることがわかる。
【００５４】
この点、動弁装置１００Ｄはスプリング３を壁部Ｗ側で磁石５´とともに移動可能に設けるとともに、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、まず磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、スプリング３のサージングを減少させる方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。そしてこれにより、サージングを抑制することで、動弁装置１００Ｃと比較してサージングを素早く抑制できる。このため、動弁装置１００Ｄはサージングの影響をさらに好適に軽減できる点で、動弁装置１００Ｃと比較して機関弁１が開弁する不具合が発生することをさらに好適に防止できる。
【００５５】
動弁装置１００Ｄはその後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電するにあたって、荷重センサ８が検知する荷重の変動が収束した場合に通電することで、スプリング３の変動が確実に収束した後に通電することもできる。そしてこれにより、サージングの影響をさらに好適に軽減できる点でも、動弁装置１００Ｃと比較して機関弁１が開弁する不具合が発生することをさらに好適に防止できる。
【００５６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
機関弁 １
スプリング ３
磁石 ５、５´
電磁石 ６
誘電エラストマ ７
荷重センサ ８
カム １０
シリンダヘッド ２０
ＥＣＵ ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ
動弁装置 １００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では燃焼室に対して設けられる機関弁（吸気弁または排気弁）をスプリングで閉弁方向に付勢することで、機関弁を閉弁することが一般に行われている。この点、本発明と関連性があると考えられる技術としてスプリングシートをスプリングの伸縮方向に沿って移動させることでスプリングの荷重を可変にする技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１では例えば油圧によってスプリングの荷重を可変にすることが開示されている。このほか、本発明と関連性があると考えられる技術としてスプリングのサージングに対処する技術が例えば特許文献２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９９４３５号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スプリングによって閉弁方向に付勢される機関弁は、機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が機関弁に対応する場合に閉弁する。ところが、内燃機関ではかかる場合に機関弁が開弁する不具合が発生することがある。具体的には例えば機関弁が排気弁である場合には内燃機関の背圧が過大となる結果、スプリングの付勢力に抗して排気弁が開弁する不具合が発生することがある。この点、これに対しては例えば特許文献１で開示されているように油圧によってスプリングの荷重を可変にすることが考えられる。
【０００５】
ところが、油圧によってスプリングの荷重を可変にすることでは、ベース円部が機関弁に対応する場合にスプリングの荷重を増大させようとしても、内燃機関の高回転時には十分な応答性を確保できない虞がある。一方、これに対しては例えばベース円部が機関弁に対応する場合に限らずスプリングの荷重を増大させることも考えられる。ところが、この場合には機械弁のリフト時にもスプリングの荷重が増大する結果、スプリングに過大な応力が発生し、スプリングが折損する等の不具合が発生する虞がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、機関弁が開弁する不具合が発生することを好適に防止可能な内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は内燃機関の燃焼室に対して設けられる機関弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記内燃機関のシリンダヘッドの壁部との間に位置するように設けられ、通電時に前記スプリングを短縮可能な作用部とを備え、所定の条件下で、前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記作用部に通電する内燃機関の動弁装置である。
【０００８】
本発明は前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる磁石と、荷重伝達経路上、前記磁石と前記壁部との間に位置するように設けられる電磁石とを備え、所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する構成とすることができる。
【０００９】
本発明は前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられており、所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが伸張する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する構成とすることができる。
【００１０】
本発明は前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられるとともに、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる荷重検知部をさらに備え、所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記荷重検知部が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する構成とすることができる。
【００１１】
本発明は前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられ、通電により変形するエラストマを備え、所定の条件下で前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記エラストマに通電する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、機関弁が開弁する不具合が発生することを好適に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図２】カムを示す図である。
【図３】実施例１の動作説明図である。
【図４】実施例１の制御動作を示す図である。
【図５】実施例１のタイミングチャートを示す図である。
【図６】実施例２の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図７】実施例３の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図８】実施例３の制御動作を示す図である。
【図９】実施例３のタイミングチャートを示す図である。
【図１０】実施例４の内燃機関の動弁装置を示す図である。
【図１１】実施例４の制御動作を示す図である。
【図１２】実施例４のタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は内燃機関の動弁装置（以下、動弁装置と称す）１００Ａを示す図である。動弁装置１００Ａは機関弁１に対して設けられており、アッパー側のバルブスプリングシート２とスプリング３とロア側のバルブスプリングシート４と磁石５と電磁石６とＥＣＵ５０Ａとを備えている。機関弁１は内燃機関の燃焼室に対して設けられる吸気弁または排気弁（ここでは排気弁）であり、傘部Ｕとステム部Ｓとを備えている。機関弁１は内燃機関のシリンダヘッド２０に設けられている。
【００１６】
アッパー側のバルブスプリングシート２はステム部Ｓの端部に設けられている。スプリング３は内燃機関の燃焼室側からバルブスプリングシート２に隣接して設けられている。ロア側のバルブスプリングシート４は内燃機関の燃焼室側からスプリング３に隣接して設けられている。このようにして設けられたスプリング３はバルブスプリングシート２、４間に設けられており、機械弁１を閉弁する方向にバルブスプリングシート２を付勢する。
【００１７】
バルブスプリングシート４、磁石５および電磁石６それぞれはスプリング３とシリンダヘッド２０の壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。壁部Ｗはシリンダヘッド２０のうち、スプリング３よりも燃焼室側に位置する壁部となっている。磁石５と電磁石６とは荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられていればよい。
【００１８】
バルブスプリングシート４、磁石５および電磁石６は具体的にはこの順にスプリング３から壁部Ｗに向かって隣接して設けられている。そしてこれにより、バルブスプリングシート４はスプリング３と磁石５との間に、磁石５はバルブスプリングシート４と電磁石６との間に、電磁石６は磁石５と壁部Ｗとの間にそれぞれ位置するように設けられている。磁石５と壁部Ｗとの間に位置するように設けられた電磁石６は壁部Ｗに当接するように設けられた状態でシリンダヘッド２０に固定されている。
【００１９】
図２はカム１０を示す図である。カム１０は機械弁１に対して設けられる。カム１０はベース円部１０ａとノーズ部１０ｂとを備えている。カム１０は内燃機関のクランクシャフトと同期して回転する。そしてこれにより、クランク角度に応じてカム１０のうち、機械弁１に対応する部分がベース円部１０ａとノーズ部１０ｂとの間で変更される。ベース円部１０ａが機械弁１に対応する場合にはスプリング３が機関弁１を閉弁方向に付勢する結果、機関弁１が閉弁する。一方、ノーズ部１０ｂが機械弁１に対応する場合にはカム１０がスプリング３の付勢力に抗して機関弁１を駆動する結果、機械弁１が開弁する。
【００２０】
図１に戻り、図１に示すＥＣＵ５０Ａは電子制御装置であり、ＥＣＵ５０Ａには電磁石６が通電可能に接続されている。また、内燃機関の運転状態を検出するためのセンサ群６０が電気的に接続されている。センサ群６０は例えば内燃機関の回転数ＮＥやクランク角度を検出可能なクランク角センサや、内燃機関に対する加速要求をするためのアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出可能なアクセル開度センサや、内燃機関の吸入空気量を計測するエアフロメータを含む。
【００２１】
ＥＣＵ５０ＡではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、各種の機能部が実現される。この点、ＥＣＵ５０Ａでは例えば以下に示す制御部が機能的に実現される。
【００２２】
制御部は所定の条件下で機関弁１を駆動するカム１０のうち、ベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。電磁石６に通電するにあたって、制御部は具体的には所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めた場合に通電を開始する。所定の条件は機関弁１が開弁する不具合が発生し得る場合に合わせて適宜設定できる。この点、動弁装置１００Ａでは具体的には所定の条件が内燃機関の背圧が所定値αよりも高い場合に設定されている。
【００２３】
図３は動弁装置１００Ａの動作説明図である。図３（ａ）は非通電時の動弁装置１００Ａを示す。図３（ｂ）は通電時の動弁装置１００Ａを示す。図３（ａ）に示すように、非通電時には磁石５と電磁石６とが磁力によって反発しない結果、磁石５と電磁石６とが当接している。一方、図３（ｂ）に示すように通電時には磁石５と電磁石６とが磁力によって反発する結果、バルブスプリングシート４が磁石５とともにスプリング３を短縮する方向に移動する。そしてこれにより、スプリング３の荷重が増大する。この点、磁石５と電磁石６とは通電時にスプリング３を短縮可能な作用部となっている。
【００２４】
次にＥＣＵ５０Ａの制御動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ５０Ａは内燃機関の運転状態を検出する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、具体的には例えば回転数ＮＥやクランク角度や内燃機関の負荷を検出する。続いてＥＣＵ５０Ａは内燃機関の背圧が所定値αよりも高いか否かを判定する（ステップＳ２０）。内燃機関の背圧が所定値αよりも高いか否かは例えば内燃機関の負荷が所定値よりも高いか否かで判定（推定）できる。肯定判定であれば、ＥＣＵ５０Ａはベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めたか否かを判定する（ステップＳ３０）。ベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めたか否かは例えばクランク角度に基づき判定できる。
【００２５】
ステップＳ３０で肯定判定であれば、ＥＣＵ５０Ａは通電を行う（ステップＳ４０）。そしてこれにより、通電が開始される。ステップＳ４０でＥＣＵ５０Ａは具体的には磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。続いてＥＣＵ５０Ａはベース円部１０ａが機関弁１に対応しているか否かを判定する（ステップＳ５０）。肯定判定であればステップＳ４０に戻る。一方、ステップＳ２０、Ｓ３０またはＳ５０で否定判定であれば、ＥＣＵ５０Ａは通電を停止する（ステップＳ６０）。ステップＳ６０の後にはステップＳ１０に戻る。
【００２６】
次に動弁装置１００Ａの作用効果について説明する。図５はＥＣＵ５０Ａの制御動作に対応するタイミングチャートを示す図である。図５ではクランク角度に応じた電磁石６の通電状態の変化をスプリング３の荷重変化、内燃機関の負荷の変化、および機関弁１のリフト量の変化とともに示す。図５では電磁石６に通電している状態をＯＮで示し、通電していない状態をＯＦＦで示す。期間Ｔ１はノーズ部１０ｂが機関弁１に対応する期間を示し、期間Ｔ２はベース円部１０ａが機関弁１に対応する期間を示す。所定値α´は背圧が所定値αよりも高いことを満たす内燃機関の負荷を示す。
【００２７】
図５に示すように、期間Ｔ１ではスプリング３の荷重が機関弁１のリフト量に応じて増減する。そして、内燃機関の負荷が所定値α´よりも低い場合には、期間Ｔ２で排気弁のリフト量が最小（ゼロ）になるとともに、スプリング３の荷重が最小になる。一方、内燃機関の負荷が所定値α´よりも高くなった場合には、期間Ｔ２で電磁石６がＯＮになる結果、スプリング３の荷重が増大していることがわかる。
【００２８】
この点、動弁装置１００Ａは通電時にスプリング３を短縮可能な作用部として磁石５と電磁石６とを備え、磁石５に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、高い応答性を確保しつつスプリング３の荷重を増大させることができる。このため、動弁装置１００Ａは例えば回転数ＮＥが高い場合であっても機関弁１が開弁する不具合が発生することを防止できる点で不具合の発生を好適に防止できる。
【００２９】
動弁装置１００Ａは所定の条件下でスプリング３の荷重を増大させることで、機械弁１が開弁する不具合が発生し得る場合にスプリング３の荷重を増大させることを可能にすることができる。そしてこれにより、必要に応じてスプリング３の荷重を増大させることができる点でも不具合の発生を好適に防止できる。この点、動弁装置１００Ａは具体的には所定の条件を内燃機関の背圧が所定値αよりも高い場合とすることで、機関弁１が排気弁である場合に内燃機関の背圧が高まる結果、機関弁１が開弁する不具合が発生することを防止できる。
【００３０】
動弁装置１００Ａはベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合にスプリング３の荷重を増大させることで、機関弁１が開弁する不具合が発生することを防止するにあたって、スプリング３に過大な応力が発生することを防止できる。そしてこれにより、スプリング３の折損等の不具合が発生することを防止できる点でも、機関弁１が開弁する不具合が発生することを好適に防止できる。
【実施例２】
【００３１】
図６は動弁装置１００Ｂを示す図である。図６（ａ）は非通電時の動弁装置１００Ｂを示す。図６（ｂ）は通電時の動弁装置１００Ｂを示す。動弁装置１００Ｂは磁石５および電磁石６の代わりに誘電エラストマ７を備える点と、ＥＣＵ５０Ａの代わりにＥＣＵ５０Ｂを備える点以外、動弁装置１００Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ５０Ｂは電磁石６の代わりに誘電エラストマ７が通電可能に接続される点と、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、制御部が誘電エラストマ７に通電するように実現される点以外、ＥＣＵ５０Ａと実質的に同一となっている。
【００３２】
誘電エラストマ７は通電により変形するエラストマであり、バルブスプリングシート４と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。そしてこれにより、荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。誘電エラストマ７はスプリング３と壁部Ｗに隣接して設けられており、通電時に機関弁１の駆動方向に沿って延伸する。そしてこれにより、バルブスプリングシート４がスプリング３を短縮する方向に移動することで、スプリング３の荷重を増大させる。誘電エラストマ７は通電時にスプリング３を短縮可能な作用部となっている。なお、通電対象を誘電エラストマ７とするＥＣＵ５０Ｂの制御動作自体はＥＣＵ５０Ａの制御動作と同じとなる。このため、ＥＣＵ５０Ｂの制御動作を示すフローチャートやタイミングチャートについては図示省略する。
【００３３】
次に動弁装置１００Ｂの作用効果について説明する。動弁装置１００Ｂは通電時にスプリング３を短縮可能な作用部として誘電エラストマ７を備え、誘電エラストマ７に通電することで、動弁装置１００Ａと同様に高い応答性を確保しつつスプリング３の荷重を増大させることができる。また、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に誘電エラストマ７に通電することで、動弁装置１００Ａと同様の作用効果を得ることができる。このため、動弁装置１００Ｂは動弁装置１００Ａと同様に機関弁１が開弁する不具合が発生することを好適に防止できる。
【実施例３】
【００３４】
図７は動弁装置１００Ｃを示す図である。動弁装置１００Ｃはバルブスプリングシート４および磁石５の代わりにバルブスプリングシート４´および磁石５´を備える点と、ＥＣＵ５０Ａの代わりにＥＣＵ５０Ｃを備える点以外、動弁装置１００Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ５０Ｃは制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ５０Ａと実質的に同一となっている。バルブスプリングシート４´は電磁石６に壁部Ｗとは反対側から隣接するように設けられている。
【００３５】
バルブスプリングシート４´にはスプリング３のうち、壁部Ｗ側の端部と磁石５´とが固定されている。そしてこれにより、スプリング３は壁部Ｗ側で磁石５´とともに移動可能に設けられている。バルブスプリングシート４´にスプリング３の端部を固定するには、例えばバルブスプリングシート４´にスプリング３を回転させながら挿入した後、ピンでロックする構造を設けることができる。また、バルブスプリングシート４´に磁石５´を固定するには、例えばバルブスプリングシート４´に磁石５´を内蔵する構造を設けることができる。
【００３６】
バルブスプリングシート４´に固定された磁石５´はスプリング３と電磁石６との間に位置するように設けられている。また、電磁石６は磁石５´と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。そしてこれにより、磁石５´と電磁石６とはこの順でスプリング３から壁部Ｗに向かって配置された状態で荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。
【００３７】
ＥＣＵ５０Ｃでは、制御部が所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電し、その後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。
【００３８】
このように通電するには、具体的には例えばクランク角度に基づきベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めた場合に、磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電するとともに、その後、ベース円部１０ａが機関弁１に対応する範囲内で所定の位相だけクランク角度が進んだ場合に、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することができる。
【００３９】
次にＥＣＵ５０Ｃの制御動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ３０に続いてステップＳ３１、Ｓ３２が設けられている点以外、図４に示すフローチャートと同じになっている。このため、ここでは特にこれらのステップについて説明する。ステップＳ３０の肯定判定に続き、ＥＣＵ５０Ｃは通電を行う（ステップＳ３１）。具体的にはＥＣＵ５０Ｃは磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。ステップＳ３１に続き、ＥＣＵ５０Ｃは所定の位相だけクランク角度が進んだか否かを判定する（ステップＳ３２）。否定判定であればステップＳ３１に戻る。一方、肯定判定であればステップＳ４０に進む。なお、ステップＳ４０でＥＣＵ５０Ｃはスプリング３短縮方向の通電を行う。
【００４０】
次に動弁装置１００Ｃの作用効果について説明する。図９はＥＣＵ５０Ｃの制御動作に対応するタイミングチャートを示す図である。表示されている各パラメータは図５の場合と同様である。図９ではスプリング３伸張方向の通電をしている状態を吸引で示すとともに、スプリング３短縮方向の通電をしている状態を反発で示す。図９では期間Ｔ２でスプリング３にサージングが発生する場合を示す。
【００４１】
図９に示すように、期間Ｔ２でスプリング３にサージングが発生する場合には、内燃機関の負荷が所定値α´よりも低い場合にスプリング３の荷重が上下に変動しながら次第に減衰する。これに対し、動弁装置１００Ｃでは内燃機関の負荷が所定値α´よりも高くなった場合に期間Ｔ２でまず磁石５´を吸引することでサージングを収束させ、その後、磁力の極性を反転し、磁石５´を反発することでスプリング３の荷重を増大させていることがわかる。
【００４２】
この点、動弁装置１００Ｃはスプリング３を壁部Ｗ側で磁石５´とともに移動可能に設けるとともに、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、まず磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、サージングを抑制できる。そしてその後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、スプリング３の荷重増大効果をより確実に反映させることができる。このため、動弁装置１００Ｃはサージングの影響を軽減できる点で、動弁装置１００Ａと比較して機関弁１が開弁する不具合が発生することをさらに好適に防止できる。
【実施例４】
【００４３】
図１０は動弁装置１００Ｄを示す図である。動弁装置１００Ｄは荷重センサ８をさらに備える点と、ＥＣＵ５０Ｃの代わりにＥＣＵ５０Ｄを備える点以外、動弁装置１００Ｃと実質的に同一となっている。ＥＣＵ５０Ｄは荷重センサ８がさらに電気的に接続される点と、制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ５０Ｃと実質的に同一となっている。荷重センサ８は荷重検知部であり、バルブスプリングシート４´と電磁石６との間に位置するように設けられている。そしてこれにより、荷重伝達経路上、スプリング３と壁部Ｗとの間に位置するように設けられている。
【００４４】
ＥＣＵ５０Ｄでは、制御部が所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電し、その後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。
【００４５】
このように通電するには、具体的には例えばクランク角度に基づきベース円部１０ａが機関弁１に対応し始めた場合に、磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電し、その後、荷重センサ８が検知する荷重の変動が収束した場合に、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することができる。
【００４６】
磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電するには、具体的には例えば以下のようにすることができる。すなわち、荷重センサ８が検知する荷重が極小値を含む第１の範囲に含まれる場合に磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に作用するように電磁石６に通電することができる。また、荷重センサ８が検知する荷重が極大値を含む第２の範囲に含まれる場合に磁石５´に対してスプリング３が伸張する方向に作用するように電磁石６に通電することができる。
【００４７】
第１の範囲は具体的には例えば極小値を間に挟んだ荷重減少時から荷重増大時までの間で、荷重減少時の荷重の減少度合いが次第に小さくなるとともに、荷重増大時の荷重の増大度合いが次第に大きくなる範囲とすることができる。第２の範囲は極大値を間に挟んだ荷重増大時から荷重減少時までの間で、荷重増大時の荷重の増大度合いが次第に小さくなるとともに、荷重減少時の荷重の減少度合いが次第に大きくなる範囲とすることができる。
【００４８】
次にＥＣＵ５０Ｄの制御動作を図１１に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ１０に続いてステップＳ１５、Ｓ１６およびＳ１７が設けられている点と、ステップＳ３０に続いてステップＳ３５からＳ３８が設けられている点以外、図４に示すフローチャートと同じになっている。このため、ここでは特にこれらのステップについて説明する。
【００４９】
ステップＳ１０に続き、ＥＣＵ５０Ｄは荷重センサ８の出力に基づき荷重を検出し（ステップＳ１５）、荷重の増減度合いを算出する（ステップＳ１６）。また、通電中であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。そして、肯定判定であれば後述するステップＳ３５に進み、否定判定であればステップＳ２０に進む。ステップＳ１６において荷重の増減度合いは前回検出した荷重と今回検出した荷重とに基づき算出できる。この点、ステップＳ１５ではステップＳ３０で肯定判定されるまでの間にもステップＳ２０またはＳ３０の否定判定からステップＳ６０を経てステップＳ１０に戻ることで、荷重が繰り返し検出されるようになっている。
【００５０】
その後、ステップＳ３０で肯定判定された場合、ＥＣＵ５０Ｄは荷重の変動が収束したか否かを判定する（ステップＳ３５）。荷重の変動が収束したか否かは例えば荷重の増減度合いの大きさが所定回数連続して所定の範囲内に収まったか否かで判定できる。ステップＳ３５で否定判定であれば、ＥＣＵ５０Ｄは荷重が第１の範囲に含まれるか否かを判定する（ステップＳ３６）。荷重が第１の範囲に含まれるか否かは例えば前回算出した荷重の増減度合いと今回算出した荷重の増減度合いとに基づき算出できる。
【００５１】
ステップＳ３６で肯定判定であれば、ＥＣＵ５０Ｄはスプリング３短縮方向の通電を行う（ステップＳ３７）。一方、ステップＳ３６で否定判定であれば、荷重が第２の範囲に含まれると判断できる。このため、ステップＳ３６で否定判定であれば、ＥＣＵ５０Ｄはスプリング３伸張方向の通電を行う（ステップＳ３８）。ステップＳ３７またはＳ３８の後にはステップＳ１０に戻る。そしてこの場合にステップＳ１７で肯定判定されることになる。そしてその後、ステップＳ３５で肯定判定された場合にステップＳ４０に進む。なお、ステップＳ４０でＥＣＵ５０Ｄはスプリング３短縮方向の通電を行う。
【００５２】
次に動弁装置１００Ｄの作用効果について説明する。図１２はＥＣＵ５０Ｄの制御動作に対応するタイミングチャートを示す図である。表示されている各パラメータは図９の場合と同様である。図１２では図９の場合と同様にスプリング３伸張方向の通電をしている状態を吸引で示すとともに、スプリング３短縮方向の通電をしている状態を反発で示す。また、期間Ｔ２でスプリング３にサージングが発生する場合を示す。
【００５３】
図１２に示すように、動弁装置１００Ｄでは内燃機関の負荷が所定値α´よりも高くなった場合に期間Ｔ２でまず磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、磁石５´を交互に吸引、反発し、これによりサージングを速やかに収束させる。そしてその後、磁石５´を反発することでスプリング３の荷重を増大させていることがわかる。
【００５４】
この点、動弁装置１００Ｄはスプリング３を壁部Ｗ側で磁石５´とともに移動可能に設けるとともに、所定の条件下でベース円部１０ａが機関弁１に対応する場合に、まず磁石５´に対して荷重センサ８が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電することで、スプリング３のサージングを減少させる方向に磁力が作用するように電磁石６に通電する。そしてこれにより、サージングを抑制することで、動弁装置１００Ｃと比較してサージングを素早く抑制できる。このため、動弁装置１００Ｄはサージングの影響をさらに好適に軽減できる点で、動弁装置１００Ｃと比較して機関弁１が開弁する不具合が発生することをさらに好適に防止できる。
【００５５】
動弁装置１００Ｄはその後、磁石５´に対してスプリング３が短縮する方向に磁力が作用するように電磁石６に通電するにあたって、荷重センサ８が検知する荷重の変動が収束した場合に通電することで、スプリング３の変動が確実に収束した後に通電することもできる。そしてこれにより、サージングの影響をさらに好適に軽減できる点でも、動弁装置１００Ｃと比較して機関弁１が開弁する不具合が発生することをさらに好適に防止できる。
【００５６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
機関弁 １
スプリング ３
磁石 ５、５´
電磁石 ６
誘電エラストマ ７
荷重センサ ８
カム １０
シリンダヘッド ２０
ＥＣＵ ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ
動弁装置 １００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に対して設けられる機関弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、
荷重伝達経路上、前記スプリングと前記内燃機関のシリンダヘッドの壁部との間に位置するように設けられ、通電時に前記スプリングを短縮可能な作用部とを備え、
所定の条件下で、前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記作用部に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる磁石と、荷重伝達経路上、前記磁石と前記壁部との間に位置するように設けられる電磁石とを備え、
所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられており、
所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが伸張する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項４】
請求項２記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられるとともに、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる荷重検知部をさらに備え、
所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記荷重検知部が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられ、通電により変形するエラストマを備え、
所定の条件下で前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記エラストマに通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に対して設けられる機関弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、
荷重伝達経路上、前記スプリングと前記内燃機関のシリンダヘッドの壁部との間に位置するように設けられ、通電時に前記スプリングを短縮可能な作用部とを備え、
所定の条件下で、前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記作用部に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる磁石と、荷重伝達経路上、前記磁石と前記壁部との間に位置するように設けられる電磁石とを備え、
所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられており、
所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記スプリングが伸張する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項４】
請求項２記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記スプリングが前記壁部側で前記磁石とともに移動可能に設けられるとともに、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられる荷重検知部をさらに備え、
所定の条件下で前記ベース円部が前記機関弁に対応する場合に、前記磁石に対して前記荷重検知部が検知する荷重の変動を緩和する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電し、その後、前記磁石に対して前記スプリングが短縮する方向に磁力が作用するように前記電磁石に通電する内燃機関の動弁装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の動弁装置であって、
前記作用部として、荷重伝達経路上、前記スプリングと前記壁部との間に位置するように設けられ、通電により変形するエラストマを備え、
所定の条件下で前記機関弁を駆動するカムのうち、ベース円部が前記機関弁に対応する場合に前記エラストマに通電する内燃機関の動弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０８４２８（Ｐ２０１３−１０８４２８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３５１８（Ｐ２０１１−２５３５１８）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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