(57)【要約】【課題】本発明は電磁駆動弁の制御装置に関し、アーマチャの離脱速度を抑制する抑制電流を適切なタイミングで流通させることにより、電磁駆動弁の動作に伴う振動や騒音を効果的に低減することを目的とする。【解決手段】内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する電磁駆動弁１０を設ける。電磁駆動弁１０は、アッパコア４０およびロアコア３６の間を往復運動するアーマチャ３４を有する。駆動制御回路４４は、アッパコア４０またはロアコア３６からアーマチャ３４が離脱する時点を検知する。アーマチャ３４の離脱が検知された時点で、駆動制御回路４４は、この場合に離脱側の電磁コイルとなるアッパコイル４２またはロアコイル３８の一方に対してアーマチャ３４の離脱速度を抑制するための抑制電流を流通させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電磁石の間を往復運動するアーマチャを有する電磁駆動弁の制御装置であって、
前記一方の電磁石から前記アーマチャが離脱する時点を検知する離脱開始検知手段と、
前記アーマチャの離脱が検知された時点で、前記一方の電磁石に対して前記アーマチャの離脱速度を抑制するための抑制電流を流通させる抑制電流指示手段と、
を備えることを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項２】
前記電磁石を流れる電流を計測する電流計測手段を備え、
前記離脱開始検知手段は、前記電磁石に対する電力供給が停止された後、前記電流が第一の所定値を下回り、更に第二の所定値を上回った時点で、前記アーマチャの離脱開始を検知することを特徴とする請求項１記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項３】
前記電磁石を流れる電流を所定時間毎に計測する電流計測手段を備え、
前記離脱開始検知手段は、前記電磁石に対する電力供給が停止された後、前記電流計測手段によって、前回の計測値より大きな電流が計測された時点で、前記アーマチャの離脱開始を検知することを特徴とする請求項１記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項４】
前記電磁石を流れる電流を計測する電流計測手段と、
前記電磁石に対する電力供給が停止された後に、当該電磁石を流れた電流を積算する電流積算手段とを備え、
前記離脱開始検知手段は、前記電流の積算値が所定の基準値を上回った時点で、前記アーマチャの離脱開始を検知することを特徴とする請求項１記載の電磁駆動弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動弁の制御装置に係り、特に、内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する弁体を電磁力で駆動する電磁駆動弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、特開２００１−３１７３８０号公報に開示されているように、電磁駆動弁を用いた吸気弁または排気弁の電磁駆動機構が知られている。従来の電磁駆動弁は、電磁コイルによる電磁力とスプリングによるバネ力とによって吸排気弁を駆動するものであり、アッパコイルとロアコイルのほぼ中間に、弁軸に固定されたアーマチャを備えている。アッパコイルおよびロアコイルには、駆動制御回路が接続されている。このような構成によれば、駆動制御回路がアッパコイルに電流を流通させることにより、弁体を全閉方向に引き寄せる電磁力を発生させ、また、駆動制御回路がロアコイルに電流を流通させることにより、弁体を全開方向に引き寄せる電磁力を発生させることができる。
【０００３】
上記の電磁駆動弁において、アッパコイルの保持電流が遮断されると、弁体はバネ力により全開方向へ移動する。通常は摺動損失等のロスがあるため、バネ力のみでは弁体が全開位置には達しない。この場合は、上記のロス分が補われるようにロアコアに電磁力を発生させることにより、弁体を全開位置まで移動させることが可能となる。しかし、内燃機関の運転状態によっては弁体前後の圧力差等の影響で弁体の開弁時に、損失分を超える外力が弁体に加わることがある。この場合、ロアコイルが無通電状態に維持されても、アッパコアを離れたアーマチャがロアコアに衝突する事態が生ずる。
【０００４】
上記従来の電磁駆動弁は、このような事態の発生を防ぐため、アーマチャとロアコアとの衝突が予測される状況下では、アーマチャがアッパコアからロアコアに向かって変位する際の動作を抑制するための抑制電流をアッパコイルに流通させることとしている。このような抑制電流により、アーマチャがロアコアへ向かう際の速度が適当に抑えられれば、開弁時の衝撃を和らげて内燃機関の振動や騒音を低減させることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１７３８０号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９１８２１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１８８４７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁駆動弁において、アーマチャを全閉位置から全開位置に移動させる際には、まず、アッパコイルへの通電が停止される。アッパコイルを流れる電流は、その通電停止が指令された後も、逆起電力の影響で即座には消滅しない。アーマチャは、その後、アッパコイルを流れる電流が減少し、アーマチャとアッパコアとの間に作用する電磁力が、スプリングのバネ力より小さくなった時点で開弁方向へ変位し始める。この際、アッパコイルに抑制電流を流通させるタイミングが早過ぎれば電磁力がバネ力を下回らず、アーマチャがアッパコアから離れない事態が生ずる。これに対して、抑制電流の流通タイミングが遅過ぎれば、その流通開始時点においてアーマチャとアッパコアとの間に過大な距離が発生し、アーマチャの離脱速度を抑制するに足る電磁力を得ることができない。
【０００７】
このため、アーマチャの離脱速度を抑制するために、アッパコイルに抑制電流を指示する場合は、その抑制電流をいかなるタイミングで流通させ始めるかが極めて重要である。このような要求に反して、上記従来の電磁駆動弁では、抑制電流を流通させ始めるタイミングについての考慮が十分にされていなかった。この点、上記従来の機構は、アーマチャの離脱速度を適正に制御する手法において、未だ検討の余地を残すものであった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アーマチャの離脱速度を抑制する抑制電流を適切なタイミングで流通させることにより、電磁駆動弁の動作に伴う振動や騒音を効果的に低減させることのできる電磁駆動弁の制御装置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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、一対の電磁石の間を往復運動するアーマチャを有する電磁駆動弁の制御装置であって、
前記一方の電磁石から前記アーマチャが離脱する時点を検知する離脱開始検知手段と、
前記アーマチャの離脱が検知された時点で、前記一方の電磁石に対して前記アーマチャの離脱速度を抑制するための抑制電流を流通させる抑制電流指示手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明記載の電磁駆動弁の制御装置であって、
前記電磁石を流れる電流を計測する電流計測手段を備え、
前記離脱開始検知手段は、前記電磁石に対する電力供給が停止された後、前記電流が第一の所定値を下回り、更に第二の所定値を上回った時点で、前記アーマチャの離脱開始を検知することを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１の発明記載の電磁駆動弁の制御装置であって、
前記電磁石を流れる電流を所定時間毎に計測する電流計測手段を備え、
前記離脱開始検知手段は、前記電磁石に対する電力供給が停止された後、前記電流計測手段によって、前回の計測値より大きな電流が計測された時点で、前記アーマチャの離脱開始を検知することを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１の発明記載の電磁駆動弁の制御装置であって、
前記電磁石を流れる電流を計測する電流計測手段と、
前記電磁石に対する電力供給が停止された後に、当該電磁石を流れた電流を積算する電流積算手段とを備え、
前記離脱開始検知手段は、前記電流の積算値が所定の基準値を上回った時点で、前記アーマチャの離脱開始を検知することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１で用いられる電磁駆動弁１０の断面図である。
図１に示す電磁駆動弁１０は、内燃機関の排気弁として機能する弁体１２を備えている。弁体１２は、内燃機関の排気ポート１４に配置されている。排気ポート１４には弁座１６が設けられており、弁体１２が弁座１６に着座することにより、あるいは弁座１６から離座することにより排気ポート１４が開閉される。
【００１５】
弁体１２は、弁軸１８の先端に固定されている。弁軸１８は、バルブガイド２０によって摺動可能に保持されている。バルブガイド２０の上方において、弁軸１８にはロアリテーナ２２が固定されている。ロアリテーナ２２の下方には、弁軸１８を上方に付勢する弾性力を発生するロアスプリング２４が配置されている。
【００１６】
弁軸１８の上端部には、アッパリテーナ２６が固定されている。アッパリテーナ２６の上方には、弁軸１８を下方に付勢する弾性力を発生するアッパスプリング２８が配置されている。アッパスプリング２８の上端位置は、アジャスタ３０により規制されている。弁軸１８の上下方向位置は、アジャスタ３０によって所望の位置に調整されている。アジャスタ３０には、弁軸１８の変位を検出するためのリフトセンサ３２が取り付けられている。
【００１７】
弁軸１８には、さらに、ロアリテーナ２２とアッパリテーナ２６の中間位置において、磁性材料で構成されたアーマチャ３４が固定されている。アーマチャ３４の下方には、ロアコア３６およびロアコイル３８が配置されている。また、アーマチャ３４の上方には、アッパコア４０およびアッパコイル４２が配置されている。
【００１８】
ロアコイル３８およびアッパコイル４２には、駆動制御回路４４が接続されている。また、駆動制御回路４４には、電源４６が接続されている。駆動制御回路４４は、電源４６から供給される電力を用いて、ロアコイル３８およびアッパコイル４２に対して、それぞれ所望の波形で励磁電流を供給することができる。
【００１９】
図１は、ロアコイル３８およびアッパコイル４２のいずれにも励磁電流が供給されていない状態を示す。電磁駆動弁１０の各部は、図１に示す通り、この状態において、アーマチャ３４がほぼロアコア３６とアッパコア４０との中央に位置し、かつ、弁体１２が全開位置と全閉位置のほぼ中央に位置するように調整されている。
【００２０】
電磁駆動弁１０は、ロアコイル３８に適当な励磁電流が供給されると、アーマチャ３４をロアコア３６側に引き寄せて弁体１２を全開状態とする。この状態でロアコイル３８への通電が停止されると、アーマチャ３４は、ロアスプリング２４およびアッパスプリング２８のバネ力により、アッパコア４０の近傍まで変位する。アーマチャ３４がアッパコア４０に近接するタイミングでアッパコイル４２に励磁電流を供給すると、アーマチャ３４をアッパコア４０側に引き寄せて、弁体１２を全閉位置まで変位させることができる。以後、励磁電流の遮断と供給をアッパコイル４２側とロアコイル３８側とで交互に行うことにより、少ない消費電力で、弁体１２の開閉動作を継続させることができる。
【００２１】
図２は、電磁駆動弁１０において、アーマチャ３４がアッパスプリング２８およびロアスプリング２４のバネ力のみに従って動作する際の速度と変位との関係を示す。この図において、アーマチャ速度は、アーマチャ３４が変位ゼロの位置（閉弁位置）から最大リフトの位置（開弁位置）に向かって移動する際に正となり、その逆の場合に負の値を示すように描かれている。
【００２２】
図２において、実線で示す曲線は、電磁駆動弁１０の可動系がバネ力以外に何ら外力を受けない場合に実現される関係を示す。この場合、アーマチャ速度は、アーマチャ３４が閉弁位置から開弁位置に向かって移動する際に、その中間点において最大値となり、アーマチャ３４が閉弁位置に到達すると共にゼロとなる。アーマチャ３４が、このような関係を満たして開弁位置と閉弁位置との間を往復運動するとすれば、ロアコイル３８およびアッパコイル４２にアーマチャ３４を保持するために必要な電流（保持電流）だけを供給すれば、電磁駆動弁１０を作動させることができる。また、この場合は、アーマチャ３４がロアコア３６やアッパコア４０に到達する際に大きな衝撃を生じないため、振動や騒音の発生も最小限に抑えることができる。このため、アーマチャ速度とアーマチャ変位との関係としては、図２中に実線で示す関係が理想的である。
【００２３】
現実の使用環境下では、電磁駆動弁１０の可動系には、弁軸１８とバルブガイド２０との間に生ずる摺動摩擦力や、弁体１２の前後差圧に起因する付勢力が作用する。ここで、これらの外力が電磁駆動弁１０の可動系に対してする仕事の合計をΔＥとする。図２中にΔＥ＜０なる不等号と共に破線で示した曲線は、電磁駆動弁１０の可動系に対して作用する外力が負の仕事をする場合の関係を示している。この曲線が示す通り、可動系に対して作用する外力が負の仕事をする場合は、閉弁位置を離れたアーマチャ３４の速度は、アーマチャ３４が開弁位置に到達する前にゼロとなる。
【００２４】
電磁駆動弁１０においては、アーマチャ３４が開弁位置に向かって動作している間にロアコイル３８に対して適当な励磁電流を供給することにより、アーマチャ３４の速度を高めることが可能である。つまり、電磁駆動弁１０においては、ロアコイル３８に適当な励磁電流を供給することにより、図２中にΔＥ＜０を付して示した関係を、同図中に実線で示した理想的な関係に修正することが可能である。そして、このような修正を行うことにより、振動や騒音を十分に抑制した理想的な状態で、電磁駆動弁１０の動作を継続させることができる。
【００２５】
図２中にΔＥ＞０なる不等号と共に破線で示した曲線は、電磁駆動弁１０の可動系に対して作用する外力が正の仕事をする場合の関係を示している。この曲線が示す通り、可動系に対して作用する外力が正の仕事をする場合は、閉弁位置を離れたアーマチャ３４は、その速度がゼロとなる前に開弁位置に到達する。このような事態は、例えば、無負荷あるいは軽負荷運転中など、弁体１２（排気弁）の開弁時に筒内圧が負圧となるような環境下で発生する。
【００２６】
アーマチャ３４が、その速度がゼロとなる前に開弁位置、つまり、ロアコア３６と接する位置に到達するとすれば、その到達の時点において大きな振動や騒音を発生する。このような振動や騒音は、内燃機関の静粛性確保等の観点より発生しないことが望ましい。したがって、電磁駆動弁１０に対して作用する外力が正の仕事をする場合は、アーマチャ３４が開弁位置に到達するまでにその速度を下げること、より好ましくは、図２中にΔＥ＞０を付して示した関係が、同図中に実線で示した理想的な関係と一致するように、アーマチャ３４の変位と速度の関係が修正されることが望ましい。
【００２７】
電磁駆動弁１０において、ロアコア３６およびロアコイル３８は、アーマチャ３４を引き寄せる方向の電磁力、つまり、アーマチャ３４の速度を高める方向の電磁力を発生することはできるが、その速度を下げる方向の力を発生することはできない。一方、電磁駆動弁１０においては、アーマチャ３４が開弁位置に向かって動作している間にアッパコイル４２に対して励磁電流を供給することで、アーマチャ３４の速度を下げる方向の電磁力を発生することができる。このため、弁体１２の開弁時に可動系に対して作用する外力が正の仕事をする場合には、アッパコイル４２に対して適当な励磁電流（抑制電流）を流通させて、アーマチャ３４の速度を低下させることが有効である。
【００２８】
以下、アーマチャ３４の速度を低下させるために、アッパコイル４２に対して抑制電流を流通させ始めるタイミングについて説明する。
図３は、電磁駆動弁１０の開弁時における、アッパコア４０とアーマチャ３４との距離を時間との関係で表した図を示す。
図３において「開放指示」と記された時点は、駆動制御回路４４が、アーマチャ３４を開放させるべく、アッパコイル４２への通電停止を指示した時点である。アッパコイル４２を流通している保持電流は、逆起電力の影響で即座には消滅せず、開放指示があった後に徐々に減少し始める。そして、アーマチャ３４は、アーマチャ３４とアッパコア４０との間に作用する電磁力がスプリング２４、２８のバネ力より小さくなった時点で、アッパコア４０から離脱し始める。
【００２９】
この際、電磁力がバネ力を下回らず、アーマチャ３４がアッパコア４０から離脱し始める前にアッパコイル４２に抑制電流が供給されれば、アーマチャ３４はアッパコア４０から離脱することができない。したがって、抑制電流を流通させる上では、アーマチャ３４がアッパコア４０から離脱し始めた後に、その電流を発生させることが重要である。
【００３０】
図４は、電磁駆動弁１０において、アッパコイル４２に一定電流値を流通させた場合に、アーマチャ３４とアッパコア４０との間に作用する電磁力と、それら両者の距離との関係を示す。
図４に示されるように、アーマチャ３４とアッパコア４０との間に生ずる電磁力は、両者の距離がゼロ、つまり、アーマチャ３４がアッパコア４０に保持されている場合に最も大きな値となる。そして、アーマチャ３４がアッパコア４０から離れるにつれ、電磁力は急激に減少する傾向がある。このように、アーマチャ３４とアッパコア４０との間に作用する電磁力は、アーマチャ３４がアッパコア４０から離脱する際に、アーマチャ３４の微小な変位によって大きく変動する。このため、抑制電流により実効のある電磁力を発生させるためには、アーマチャ３４とアッパコア４０との間に過大な距離が発生する以前に、その電流を発生させることが重要である。
【００３１】
以上説明したように、アーマチャ３４の離脱動作を抑制すべくアッパコイル４２に対して抑制電流を流通させる際には、そのタイミングが極めて重要である。より具体的には、アーマチャ３４がアッパコア４０から現実に離脱し始めた時点を検知して、その時点において離脱速度の流通を指示することが重要である。
【００３２】
抑制電流を流通させ始めるタイミング、すなわち、アーマチャ３４がアッパコアから離脱するタイミングは、十分な適合試験を行って予め設定しておくことも考えられる。しかしながら、アーマチャ３４の動作特性は、アーマチャ３４とアッパコア４０との接触面に形成される油膜の表面張力や、弁軸１８とバルブガイド２０との間に生ずる摺動摩擦力の影響を受ける。これらの表面張力や摺動摩擦力は、必ずしも一定ではないため、アーマチャ３４がアッパコア４０から離脱し始めるタイミングには、ばらつきが生ずる。このため、アーマチャ３４の離脱タイミングは、作動サイクルごとに正確に検知することが望ましい。
【００３３】
既述した通り、本実施の形態の電磁駆動弁１０はリフトセンサ３２を備えている。このため、アーマチャ３４の離脱動作は、リフトセンサ３２により検知することも考えられる。しかし、抑制電流により実効ある電磁力を発生させるためには、アーマチャ３４がわずかに変位した時点でその離脱を検知する必要がある。このようなアーマチャ３４の微小な変位をリフトセンサ３２で計測することは困難であり、また、そのような計測を可能とするためには、リフトセンサ３２に非常に高い分解能と精度を与えることが必要となる。そこで、本実施形態では、アッパコイル４２を流れる電流の変化に着目して、アーマチャ３４の離脱タイミング、すなわち、抑制電流の流通を指示すべきタイミングを検知することとした。
【００３４】
以下、図５および図６を参照して、アッパコイル４２を流れる電流の変化に基づいて、アーマチャ３４の離脱を検知する方法について説明する。
図５は、駆動制御回路４４がアッパコイル４２を駆動するために備えているブリッジ回路の概念図を示す。より具体的には、図５（Ａ）は、アッパコイル４２に励磁電流が供給されている状態を示し、図５（Ｂ）は、励磁電流の供給が止められた後、アッパコイル４２に環流電流が流れている状態を示す。駆動制御回路４４は、アッパコイル４２を駆動するために図５に示す回路を備えていると共に、ロアコイル３８を駆動するために図５に示す回路と同様のブリッジ回路を備えている。
【００３５】
図５に示すように、アッパコイル４２の駆動回路は、電源ライン４８を備えている。電源ライン４８には、スイッチ５０とダイオード５２のカソード端子が接続されている。スイッチ５０には、ダイオード５６のカソード端子が接続されている。ダイオード５６のアノード端子は、グランドライン５４に接続されている。グランドライン５４には、また、スイッチ５８を介してダイオード５２のアノード端子が接続されている。スイッチ５０とダイオード５６とを結ぶ部位と、ダイオード５２とスイッチ５８とを結ぶ部位との間には、それらを橋渡しするようにアッパコイル４２と電流検知器６０とが接続されている。駆動制御回路４４は、電流検知器６０の出力に基づいて、アッパコイル４２を流れる電流を検知することができる。
【００３６】
駆動制御回路４４は、アッパコイル４２に励磁電流を流通させる場合は、図５（Ａ）に示されるように、スイッチ５０および５８を共にＯＮ状態とする。この場合、アッパコイル４２の駆動回路には、電源ライン４８からアッパコイル４２を通ってグランドライン５４へ抜ける電流が流れる。駆動制御回路４４は、例えば、スイッチ５０をＯＮ状態としたまま、スイッチ５８をデューティ制御することによりアッパコイル４２を流れる電流を適正な量に制御することができ、アーマチャ３４をアッパコア４０側に保持すべき期間は、適当な保持電流が維持されるように上記のデューティ制御を行う。
【００３７】
駆動制御回路４４は、アーマチャ３４の開放指示が発生すると、アッパコイル４２を流れる保持電流を消滅させるべく、図５（Ｂ）に示されるように、スイッチ５０および５８を共にＯＦＦ状態とする。スイッチ５０および５８がＯＦＦとされた後、アッパコイル４２に蓄えられているエネルギが消費されるまで、アッパコイル４２には環流電流が流れる。
【００３８】
図６は、上述した保持電流と環流電流の値を時間との関係で表した図である。より詳しくは、図６（Ａ）は、アーマチャ３４にバネ力による変位が生じないと仮定した場合の電流波形を示す。また、図６（Ｂ）は、アーマチャ３４にバネ力による変位が生ずる場合の電流波形、つまり、アッパコイル４２において現実に生ずる電流波形を示す。
【００３９】
開放指示が発せられた後、アーマチャ３４がアッパコア４０に保持されたまま動かないとすれば、アッパコイル４２を流れる環流電流は、図６（Ａ）に示すように単純な減衰傾向を示す。アーマチャ３４は、開放指示が発せられた後、現実には、環流電流により生じている電磁力がバネ力より小さくなった時点でロアコア３６に向かって動き始める。アーマチャ３４がロアコア３６に向かって動き始めると、アーマチャ３４とアッパコア４０との間の磁気抵抗が増加するため、アッパコイル４２を貫く磁束が減少する。その結果、アッパコイル４２には、磁束の減少を妨げる方向の起電力が生じ、そこを流れる電流が再び増加に転じる。
【００４０】
このため、アーマチャ３４を流れる環流電流は、現実には、図６（Ｂ）に示されるように、開放指示が発せられた後一旦減少し、その後一時的に増加傾向を示す。そして、この場合、アッパコイル４２を流れる電流の再上昇は、アーマチャ３４が現実にアッパコア４０から離脱し始めた時点で発生する。このため、駆動制御回路４４は、アッパコイル４２を流れる環流電流が、減少傾向から増加傾向に転じる時点を検知することで、アーマチャ３４の離脱開始時点を検知することができる。
【００４１】
図７は、実施の形態１において、図１に示す駆動制御回路４４が上記の原理でアーマチャ３４の離脱開始を検知し、適切なタイミングで抑制電流を発生させるために実行する制御ルーチンの主要部のフローチャートである。尚、図７に示す一連の処理は、アッパコイル４２に対して保持電流が供給され始めた後に実行されるべき処理である。
図７に示すルーチンでは、まず、アーマチャ３４の開放指示が発せられたか否かが判定される（ステップ１００）。
その結果、未だ開放指示が発せられていないと判断された場合は、繰り返し上記ステップ１００の処理が実行される。この間、アッパコイル４２には、保持電流が供給され続ける。一方、アーマチャ３４の開放指示が発せられたと判断された場合は、アッパコイル４２に対する指示電流がゼロとされる（ステップ１０２）。上記の如く指示電流がゼロとされると、以後、スイッチ５０および５８がＯＦＦ状態とされ、アッパコイル４２に環流電流が流れ始める。
【００４２】
上記ステップ１０２の処理が終わると、次に、アーマチャ３４の離脱速度を抑制する必要があるか否かが判定される（ステップ１０４）。
既に説明したように、アーマチャ３４の離脱速度を抑制する必要が生ずるのは、弁体１８の開弁時に可動系に対して作用する外力が正の仕事をする場合である。駆動制御回路４４は、電磁駆動弁１０の可動系に総和が正となる外力ΔＥが作用する運転状態を機関回転数と負荷情報との関係で定めたマップを記憶している。本ステップ１０４では、具体的には、そのマップを参照して離脱速度を抑制する必要があるか否かが判断される。
【００４３】
上記ステップ１０４において、アーマチャ３４の離脱速度を抑制する必要がないと判定された場合は、以後、本ルーチンの処理がジャンプされ、通常の手法で電磁駆動弁１０の開弁動作が実行される。
【００４４】
一方、上記ステップ１０４において、離脱速度の抑制が必要であると判定された場合は、まず、アッパコイル４２を流れる実電流（環流電流）Ｉが、所定値Ｉ１を下回ったか否かが判定される（ステップ１０６）。
所定値Ｉ１は、アーマチャ３４がアッパコア４０から離脱する直前に環流電流が下回る値として適合等により予め設定された電流値である。このステップ１０６の処理は、実電流Ｉが所定値Ｉ１を下回ると判定されるまで、繰り返し実行される。
【００４５】
上記ステップ１０６の処理が繰り返された結果、実電流Ｉが所定値Ｉ１を下回ったと判定されると、次に、実電流Ｉが、所定値Ｉ２を上回ったか否かが判定される（ステップ１０８）。
アーマチャ３４の離脱に伴う実電流Ｉの増加を判定すべく適合等により予め設定された電流値であり、所定値Ｉ２は、Ｉ２≧Ｉ１の関係を満たしている。このステップ１０８の処理は、実電流Ｉが所定値Ｉ２を上回ると判定されるまで、繰り返し実行される。
【００４６】
上記ステップ１０８の処理により、実電流Ｉが所定値Ｉ２を上回ったことが確認されると、その時点でアーマチャ３４の離脱が始まったと判断することができる。図７に示すルーチンでは、この場合、即座に、アッパコイル４２に速度抑制電流Ｉ３を流通させるべきことが指示される（ステップ１１０）。
駆動制御回路４４には、内燃機関の運転状態と速度抑制電流Ｉ３との関係を定めたマップが記憶されている。本ステップ１１０では、より具体的には、このマップを参照して決定されたＩ３の流通が指示される。
【００４７】
以上説明した通り、図７に示すルーチンによれば、アーマチャ３４の離脱速度を抑制する必要のある運転状態では、アーマチャ３４がアッパコア４０から現実に離脱するタイミングを検知し、そのタイミングで速度抑制電流Ｉ３の流通を指示することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、電磁駆動弁１０の開弁時の衝撃を和らげて内燃機関の振動や騒音を低減することができる。
【００４８】
ところで、上述した実施の形態１においては、所定値Ｉ１およびＩ２をＩ２≧Ｉ１の関係が成立するように設定した上で、アッパコイル４２を流れる実電流Ｉが、所定値Ｉ１より小さな値となった後に、所定値Ｉ２より大きな値となった場合に環流電流（実電流Ｉ）が増加、すなわち、アーマチャ３４の離脱を検知することとしているが、その検知手法はこれに限定されるものではない。例えば、上記ステップ１０６において、実電流ＩがＩ１より大きい値からＩ１以下の値に変化したか否かを判断し、また、上記ステップ１０８において、実電流ＩがＩ２より小さい値からＩ２以上の値に変化したか否かを判断することとすれば、所定値Ｉ１およびＩ２は、Ｉ２≧Ｉ１が成立するように設定する他、Ｉ２＜Ｉ１が成立するように設定しても良い。
【００４９】
尚、上述した実施の形態１においては、駆動制御回路４４が、上記ステップ１０６および１０８の処理を実行することにより前記第１の発明に記載の「離脱開始検知手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明に記載の「抑制電流指示手段」が実現されている。また、上述した実施の形態１においては、所定値Ｉ１およびＩ２が前記第２の発明に記載の「第一の所定値」および「第二の所定値」に、それぞれ相当している。
【００５０】
実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態の電磁駆動弁の制御装置は、実施の形態１の構成を用いて、駆動制御回路４４に図７に示すルーチンに代えて図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５１】
図８は、本実施形態において、駆動制御回路４４が実行する制御ルーチンの主要部のフローチャートである。尚、図８において、上記図７に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００５２】
図８に示す制御ルーチンは、図７に示すルーチンのステップ１０６〜１０８の処理が、ステップ１１２〜１２０の処理に置き換えられている点を除き、図７に示すルーチンと同一である。すなわち、図８に示すルーチンは、アッパコイル４２を流れる環流電流の処理方法が異なる他は図７に示すルーチンと同様である。
【００５３】
図８に示すルーチンでは、開放指示が発せられ（ステップ１００）、指示電流がゼロとされた後（ステップ１０２）、ステップ１０４において、アーマチャ３４の離脱速度の抑制が必要であると判定されると、まず、アッパコイル４２を流れる実電流（環流電流）ＩＲ１が計測される（ステップ１１２）。
【００５４】
次に、実電流ＩＲ１が計測されてから所定時間ＤＴが経過したか否かが判定される（ステップ１１４）。
このステップ１１４の処理は、所定時間ＤＴが経過したと判定されるまで、繰り返し実行される。
【００５５】
上記ステップ１１４の処理が繰り返された結果、所定時間ＤＴが経過したと判定されると、次に、ステップ１１２で計測された実電流ＩＲ１がオールド値ＩＲ２として駆動制御回路４４に保存される（ステップ１１６）。
次に、アッパコイル４２を流れる実電流ＩＲ１の最新値が計測される（ステップ１１８）。
【００５６】
次いで、最新の実電流ＩＲ１（今回の計測値）が、オールド値ＩＲ２（前回の計測値）より大きいか否かが判定される（ステップ１２０）。
その結果、ＩＲ１＞ＩＲ２が成立しないと判定された場合は、再び上記ステップ１１４以後の処理が繰り返される。そして、上記ステップ１２０の処理において、ＩＲ１＞ＩＲ２の成立が確認されると、その時点で、実電流Ｉ（環流電流）が減少傾向から増加傾向に転じたこと、つまり、アーマチャ３４の離脱が始まったことが判断できる。図８に示すルーチンでは、この判断に基づいてステップ１１０の処理、すなわちアッパコイル４２に速度抑制電流Ｉ３を流通させるための処理が行われる。
【００５７】
以上説明した通り、図８に示すルーチンによれば、所定時間ＤＴ毎に最新の実電流ＩＲ１と所定時間前の実電流ＩＲ２とを比較することにより、実電流Ｉの減少から増加への反転を直接的に検出することができる。上述した実施の形態１では、所定値Ｉ１およびＩ２を適合等により予め設定しておくことが必要である。図８に示す処理によれば、そのような適合や設定の必要がなく、実電流の変化を直接見ることでアーマチャ３４の離脱開始のタイミングを容易かつ正確に検知することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態１のシステムに比して、更に確実に適切なタイミングで抑制電流を発生させることができる。
【００５８】
また、上述した実施の形態２においては、アッパコイル４２を流れる実電流Ｉを検出し、その実電流の増加（ＩＲ１＞ＩＲ２の成立）が認められた時点でアーマチャ３４の離脱を検知することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、アッパコイル４２を流れる電流を取り巻く検出コイルを配置し、その検出コイルの出力に基づいてアーマチャ３４の離脱を検知することとしても良い。この場合、上記の検出コイルを流れる電流の向きは、アッパコイル４２を流れる実電流が減少する場合と増加する場合とで反転する。このため、上記の検出コイルの出力によれば、実電流Ｉの減少から増加への転換を正確に検出することができる。
【００５９】
尚、上述した実施の形態２においては、駆動制御回路４４が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明に記載の「離脱開始検知手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明に記載の「抑制電流指示手段」がそれぞれ実現されている。また、ここでは、電磁駆動弁４４が上記ステップ１１２および１１８の処理を実行することにより、前記第３の発明における「電流計測手段」が実現されている。
【００６０】
実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態の電磁駆動弁の制御装置は、実施の形態１の構成を用いて、駆動制御回路４４に図７に示すルーチンに代えて図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６１】
図９は、本実施形態において、駆動制御回路４４が実行する制御ルーチンの主要部のフローチャートである。尚、図９において、上記図７に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００６２】
図９に示すルーチンは、図７に示すルーチンのステップ１０６〜１０８が、ステップ１２２〜１３０の処理に置き換えられている点を除き、図７に示すルーチンと同一である。すなわち、図９に示すルーチンは、アッパコイル４２を流れる環流電流の処理方法が異なる他は図７に示すルーチンと同様である。
【００６３】
図９に示すルーチンでは、開放指示が発せられ（ステップ１００）、指示電流がゼロとされた後（ステップ１０２）、ステップ１０４において、アーマチャ３４の離脱速度の抑制が必要であると判定されると、まず、アッパコイル４２を流れる実電流（環流電流）ＩＲ１が計測される（ステップ１２２）。
【００６４】
次に、実電流ＩＲ１が計測されてから所定時間ＤＴが経過したか否かが判定される（ステップ１２４）。
このステップ１２４の処理は、所定時間ＤＴが経過したと判定されるまで、繰り返し実行される。
【００６５】
上記ステップ１２４の処理が繰り返された結果、所定時間ＤＴが経過したと判定されると、再び、この所定時間ＤＴ経過時点での実電流ＩＲ１が計測される（ステップ１２６）。
そして、上記ステップ１２４で判定された所定時間ＤＴにおける実電流ＩＲ１の積算値ＩＳＵＭが、駆動制御回路４４により算出される（ステップ１２８）。
【００６６】
次に、上記ステップ１２８において算出された積算値ＩＳＵＭが、所定の基準値ＩＳＭＡＸより大きいか否かが判定される（ステップ１３０）。
既述したように、アーマチャ３４の離脱開始は、その離脱に伴って実電流Ｉが増加に転じた時点で判定することができる。開放指示が発せられた後、実電流Ｉが増加に転ずるまでに流通する積算電流は、ある程度決まった値となる。上記の基準値はそのような積算電流として予め適合等により定められた値である。このため、本ステップ１３０でＩＳＵＭ＞ＩＳＭＡＸが成立しないと判別された場合は、未だアーマチャ３４の離脱が起きる時期が到来していないと判断できる。一方、ＩＳＵＭ＞ＩＳＭＡＸが成立すると判別された場合は、その離脱が生ずる時期が到来したと判断することができる。
【００６７】
上記ステップ１３０において、ＩＳＵＭ＞ＩＳＭＡＸが成立しないと判定された場合は、再び上記ステップ１２４以後の処理が繰り返される。一方、ＩＳＵＭ＞ＩＳＭＡＸの成立が確認されると、その時点で、アーマチャ３４の離脱開始が判断できる。図９に示すルーチンでは、この判断に基づいてステップ１１０の処理が実行される。
【００６８】
以上説明した通り、図９に示すルーチンによれば、実電流Ｉの積算値ＩＳＵＭと所定の基準値ＩＳＭＡＸとを比較することにより、実電流Ｉの減少から増加への反転を推定することができる。上述した実施の形態２では、実電流の変化を直接見ることでアーマチャ３４の離脱を判断している。このような実電流の変化を用いた計測方法では、ノイズの影響を受け易くなる傾向がある。これに対して、図９に示すルーチンによれば、実電流Ｉの積算値ＩＳＵＭを用いているため、ノイズに対して強く、アーマチャ３４の離脱タイミングの安定した検知が可能となる。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態２のシステムに比して、特にノイズの多い環境での使用時において、更に確実に適切なタイミングで抑制電流を発生させることができる。
【００６９】
ところで、上述した実施の形態３においては、実電流Ｉの時間積分により算出した積算値ＩＳＵＭを用いることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、アッパコイル４２を流れる実電流（環流電流）Ｉを積分する積分回路を配置し、その積分回路の出力電圧に基づいてアーマチャ３４の離脱を検知することとしても良い。この場合、上記積分回路の出力電圧は、アッパコイル４２を流れる実電流Ｉの時間積分に比例する。このため、上記積分回路の出力によれば、実電流Ｉの積算値を正確に検出することができる。
【００７０】
また、上述した実施の形態１〜３では、電磁駆動弁１０が排気弁を駆動する場合に限定されているが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、本発明は、吸気弁を駆動する電磁駆動弁１０の制御に適用しても良い。
また、上述した実施の形態１〜３では、弁体１２の開弁時に抑制電流を流通させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、抑制電流は、必要に応じて弁体１２の閉弁時に流通させても良い。
【００７１】
尚、上述した実施の形態３においては、駆動制御回路４４が、上記ステップ１３０の処理を実行することにより前記第１の発明に記載の「離脱開始検知手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明に記載の「抑制電流指示手段」がそれぞれ実現されている。また、ここでは、電磁駆動弁４４が上記ステップ１２８の処理を実行することにより前記第４の発明に記載の「電流積算手段」が、上記ステップ１２２および１２６の処理を実行することにより前記第４の発明に記載の「電流計測手段」がそれぞれ実現されている。
【００７２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、アーマチャが一方の電磁石から離脱するタイミングを検知し、そのタイミングでアーマチャの離脱速度を抑制するための抑制電流を指示することができる。このため、本発明によれば、電磁駆動弁の動作に伴う振動や騒音を有効に低減させることができる。
【００７３】
第２の発明によれば、電磁石を流れる電流が、減少から増加に転じたことを判断することができる。このため、本発明によれば、アーマチャの離脱開始のタイミングを正確に検知することができる。
【００７４】
第３の発明によれば、電磁石を流れる電流が、減少から増加に転じたことを直接的に検出することができる。このため、本発明によれば、アーマチャの離脱開始のタイミングを容易かつ正確に検知することができる。
【００７５】
第４の発明によれば、電磁石を流れる電流の積算値を所定の基準値と比較することにより、実電流が減少から増加に転じたことを推定することができる。したがって、本発明によれば、ノイズに対して強く、アーマチャの離脱開始のタイミングの安定した検知を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１〜３で用いられる電磁駆動弁の断面図である。
【図２】図１に示す電磁駆動弁において、アーマチャがバネ力のみに従って動作する際の速度と変位との関係を示す。
【図３】図１に示す電磁駆動弁の開弁時における、アッパコアとアーマチャとの距離を時間との関係で表した図を示す。
【図４】図１に示す電磁駆動弁において、アーマチャとアッパコアとの間に作用する電磁力と、それら両者の距離との関係を示す。
【図５】図１に示す駆動制御回路がアッパコイルまたはロアコイルを駆動するために備えているブリッジ回路の概念図を示す。
【図６】図１に示す電磁駆動弁において、アッパコイルまたはロアコイルを流通する保持電流と環流電流の値を時間との関係で表した図である。
【図７】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンの主要部のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２において実行される制御ルーチンの主要部のフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンの主要部のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  電磁駆動弁
１２  弁体
１４  排気ポート
２４  ロアスプリング
２８  アッパスプリング
３６  ロアコア
３８  ロアコイル
４０  アッパコア
４２  アッパコイル
４４  駆動制御回路
４６  電源
【図１】
2004324495.tif 000003
【図２】
2004324495.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004324495.tif 000007
【図６】
2004324495.tif 000008
【図７】
2004324495.tif 000009
【図８】
2004324495.tif 000010
【図９】
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