(57)【要約】【課題】目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得る。【解決手段】バルブ１３を制御する可動鉄心４と、巻線５により励磁され可動鉄心４をばね力に抗して一方向に駆動する固定鉄心２と、巻線６により励磁され可動鉄心４をばね力に抗して他方向に駆動する固定鉄心３と、前記巻線５，６に供給する電流の電流指令値を決定する電流制御手段とを備えた電磁式バルブ駆動装置において、可動鉄心４が固定鉄心２，３のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、離間側の固定鉄心に配設された巻線５または巻線６に供給する電流の電流指令値を零にするようにした。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能に設けられその移動によりバルブを制御する可動鉄心と、第１の巻線により励磁され前記可動鉄心をばね力に抗して一方向に駆動する第１の固定鉄心と、第２の巻線により励磁され前記可動鉄心をばね力に抗して他方向に駆動する第２の固定鉄心と、前記第１および第２の巻線に供給する電流の電流指令値を決定する電流制御手段とを備えた電磁式バルブ駆動装置において、前記電流制御手段は、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、前記固定鉄心に配設された前記巻線に供給する電流の電流指令値を調整し前記離間側の固定鉄心による吸引力を低減させるようにしたことを特徴とする電磁式バルブ駆動装置。
【請求項２】
前記電流指令値を調整する期間は、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から、他方の固定鉄心に吸引されるまでの期間とすることを特徴とする請求項１に記載の電磁式バルブ駆動装置。
【請求項３】
前記所定時間を可変とすることを特徴とする請求項２に記載の電磁式バルブ駆動装置。
【請求項４】
前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心の位置指令を用いて前記判定を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電磁式バルブ駆動装置。
【請求項５】
前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心の速度指令を用いて前記判定を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電磁式バルブ駆動装置。
【請求項６】
前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心に与える力指令を用いて前記判定を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電磁式バルブ駆動装置。
【請求項７】
前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から他方の固定鉄心に吸引される期間では、前記電流制御手段は、吸引側の固定鉄心部に配設された前記巻線による電磁力の力指令値に、あらかじめ作成されたフイードフォワード要素を含めて制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電磁式バルブ駆動装置。
【請求項８】
前記電流制御手段により制御される可動鉄心の位置に応じて、前記電流制御手段による制御系で用いる制御ゲインを変えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電磁式バルブ駆動装置。
【請求項９】
前記電流制御手段により制御される可動鉄心の位置に応じて、前記電流制御手段による制御によって前記巻線に供給される電流供給系に設けた電流アンプで用いる電流制御ゲインを変えることを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載の電磁式バルブ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用エンジンバルブの開閉機構等に用いられる電磁式バルブ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンバルブの開閉機構には、現在はカム方式が用いられている。しかし、燃費向上のためには各バルブを独立に様々なパターンで駆動できる方が望ましく、そのための開閉機構として電磁式が検討されている。
ここでは、まず、従来技術における通常の電磁バルブ装置について説明し、問題点の一つを記述する。次に、その一つの問題点に対する先行例による対策について触れる。その後、先行例のデメリットを記述し、また、通常の電磁バルブ装置における他の問題点について記述する。
【０００３】
電磁式バルブ駆動装置の全体構成を図１に示す。
図１において、１は筒型ケース、２は固定鉄心（バルブ側）、３は固定鉄心（反バルブ側）、４は可動鉄心、５は巻線（バルブ側）、６は巻線（反バルブ側）、７は可動鉄心連結軸、８はバルブ軸、９はばね（バルブ側）、１０はばね（反バルブ側）、１１はばね受け（バルブ側）、１２はばね受け（反バルブ側）、１３はバルブ、１４は装置本体である。
【０００４】
ばね９とばね１０が釣り合いの関係にあるとき、可動鉄心４はバルブ側と反バルブ側に配設された一対の固定鉄心２，３のほぼ中央に位置し、巻線５，６に電流が供給されると磁気吸引力とばね力により可動鉄心４が駆動される。
すなわち、可動鉄心４に対してバルブ側にある固定鉄心２に配設された巻線５に電流が供給されると、可動鉄心４はバルブ側の固定鉄心２に近づく方向に磁気吸引力を受け、したがってバルブ１３は紙面下方向に変位する。
逆に、可動鉄心４に対して反バルブ側にある固定鉄心３に配設された巻線６に電流が供給されると、可動鉄心４は反バルブ側の固定鉄心３に近づく方向に磁気吸引力を受け、したがってバルブ１３は紙面上方向に変位する。
【０００５】
従来技術における通常の電磁バルブ装置の駆動動作を図８のフローチャートを用いて説明する（ステップＳ２１〜３２について順に記述する）。
【０００６】
ステップＳ２１：運転者のアクセル操作や車速等の自動車の状況により、バルブ１３を駆動するための可動鉄心４の目標軌道を作成する。以下では、図１において紙面上方向を正方向として記述する。
【０００７】
ステップＳ２２：目標軌道を達成するための電磁力指令値Ｆ＊　を作成する。電磁力指令値作成方法は、例えば、後述するステップＳ３２での可動鉄心の現在の位置，速度，加速度と、ステップＳ２１で作成された目標軌道を比較し、それらの誤差に、フイードバックゲインを加算，乗算してフイードバック値を演算する。
さらに、ばね９，１０による復元力、バルブ１３に加えられる外圧などがフイードバック値に加えられ、電磁力指令値Ｆ＊　が作成される。例えば、目標軌道の位置をｘ＊　、実際の軌道の位置をｘ，実際の軌道の速度をｄｘとすると、電磁力指令値Ｆ＊　は例えば次の式（１）で与えられる。
Ｆ＊　＝Ｋｖ｛Ｋｐ（ｘ＊　−ｘ）−ｄｘ｝＋αｘ　………（１）
ここで、Ｋｖ，Ｋｐは制御ゲイン、αは定数である。
【０００８】
ステップＳ２３：電磁力指令値Ｆ＊　をもとに、巻線５，６のどちらに電流供給するかを判定する。例えばステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　がＦ＊　≧０の場合、可動鉄心４を図１の紙面上側に変位させるため反バルブ側の巻線６に電流を供給するように判定され、ステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　が負の場合、可動鉄心４を図１の紙面下側に変位させるためバルブ側の巻線５に電流を供給するように判定される。
【０００９】
ステップＳ２４：ステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　がＦ＊　≧０の場合、可動鉄心４を図１の紙面上側に変位させるため、バルブ側の巻線５には電流を供給せず、反バルブ側の巻線６に電流を供給する。
そのため、巻線５への電流指令値を０にして、巻線６への電流指令値を可動鉄心４と反バルブ側の固定鉄心３との間の空隙長，磁気抵抗，インダクタンス，透磁率などにより演算して決定する。
【００１０】
ステップＳ２５：ステップＳ２４による電流指令値をもとに、電圧値を決定して印加する。電圧値は、目標電流値と実際の電流値との誤差に、電流制御ゲインを乗算して求められる。また、演算した電圧値がアンプの最大電圧値（自動車ではバッテリーの最大電圧値）を越える場合は、アンプの最大電圧値が印加され、アンプの最小電圧値を下回る場合は、アンプの最小電圧値となる。
なお、図８のステップＳ２５では、巻線６のみに電圧印加するよう記述しているが、アンプの遅れ等の影響で巻線５にも電圧が印加されている状態も存在する。
【００１１】
ステップＳ２６：電圧が印加され、巻線６に電流が供給される。電流値は巻線抵抗に依存し、また可動鉄心，固定鉄心，巻線，電流値などの条件できまるインダクタンスに依存する。なお、図８のステップＳ２６では巻線６のみに電流供給するよう記述しているが、インダクタンスの影響やアンプの遅れ等の影響で巻線５にも電流が供給されている状態も存在する。
【００１２】
ステップＳ２７：ステップＳ２６にて巻線６に電流が供給されるため、反バルブ側の固定鉄心３と、可動鉄心４を磁路にもつ磁束が形成され、可動鉄心４が固定鉄心３に引きつけられる方（上向き）に電磁力が発生する。
電磁力の大きさは、巻線６の電流値と、可動鉄心４と固定鉄心３との間の空隙長，インダクタンス，磁路の磁気抵抗，透磁率，磁束密度等の条件で決まる。一般的に電磁力の大きさは電流の２乗に比例し、空隙長の２乗に反比例するが、磁束密度が大きいと、磁気飽和の影響が大きくなり、電流を大きくしてもあまり電磁力は大きくならない。
【００１３】
ステップＳ２８：ステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　がＦ＊　＜０の場合、可動鉄心４を図１の紙面下側に変位させるため、バルブ側の巻線５に電流を供給し、反バルブ側の巻線６には電流を供給しない。
そのため、巻線５への電流指令値を可動鉄心４と反バルブ側の固定鉄心３との間の空隙長，磁気抵抗，インダクタンス，透磁率などにより演算して決定し、巻線５への電流指令値を０にする。
なお、発生できる電磁力は正の値なので、ここではＦ＊　の絶対値をとって電流指令値を演算する。
【００１４】
ステップＳ２９〜３１：ステップＳ２６〜２７と同様であるが、電圧印加，電流供給される巻線および電磁力の発生方向がステップＳ２５〜２７と逆になる。
【００１５】
ステップＳ３２：ステップＳ２７による上向きの電磁力と、ステップＳ３１による下向きの電磁力の和により、可動鉄心４に働く電磁力が求められる。
さらに、ばね９，１０による復元力、バルブ１３に加えられる外圧などが影響して可動鉄心４に働く力が決まり、可動鉄心４の動作を拘束するばね９，１０、摩擦抵抗などの要素が影響して、可動鉄心の変位が決まる。
【００１６】
なお、図８ではステップＳ２３にて電磁力指令値の符号に対応して、巻線５，６の一方に電流を供給する方式で記述したが、両方の巻線に電流を供給する方式としてもよい。
例えば、紙面上方向への電磁力指令値を１０［Ｎ］とするとき、図８のように紙面上方向に電磁力１０［Ｎ］を発生させ、紙面下方向に電磁力を発生させないものと、紙面上方向に電磁力１１［Ｎ］を発生させ、紙面下方向に電磁力１［Ｎ］を発生させるものとは、紙面上方向への合力がどちらも１０［Ｎ］となることで同等といえる。
【００１７】
この駆動方式における問題点の一つに、磁束の遅れがある。可動鉄心と固定鉄心間の空隙長が小さい場合はインダクタンスが特に大きくなり、残留磁束が存在し、電流が遅れる。例えば上記ステップＳ２４では巻線６の電流指令値を０としているが、ステップＳ２６において巻線６の電流が０になるのは指令より遅れるため、巻線５にも電流が流れている状態が存在する。
【００１８】
この問題に対し、刊行物による先行例として、特開２０００−１８６７８３号公報「電磁駆動吸排気弁装置」が公開されている。
この先行例は、図１０に示すように残留磁束打消電流を供給することにより、残留磁束を低減し、電流の遅れを低減して制御性向上をはかるものである。
しかし、この先行例における残留磁束打消電流は可動鉄心の駆動に直接働くものではないため、余分な電流を流すことになり、消費電力が増加するという問題がある。
【００１９】
次に、通常の電磁バルブ装置について、上記以外の事項も含めて問題点を記述する。
上記ステップＳ２２では、電磁力指令値Ｆ＊　の作成方法として、可動鉄心の現在の位置，速度，加速度と、目標軌道との誤差に、フイードバックゲインを加算，乗算してフイードバック値を演算している。このフイードバック制御の制御帯域が大きい方が制御特性がよく、目標軌道の実現性が高まる。しかしこのフイードバック制御の制御帯域が目標軌道で要求される周波数より小さいと、制御特性が悪いため、目標軌道の実現性が低くなる。
【００２０】
自動車のエンジンで要求されるバルブ駆動周波数は例えば１３０Ｈｚ程度であり、本バルブ駆動装置の可動部とばねからなる固有値は約１３０Ｈｚに設定している。しかし、可動鉄心を電磁力で制御するときの位置ループの制御帯域は、約５０Ｈｚ程度と小さい。
【００２１】
図９はこの制御条件で電磁式バルブ装置を駆動したときの可動鉄心の目標軌道と実際の軌道、電磁力指令値、巻線５，６の目標電流値に関する過渡波形の一例である。
図の一点鎖線は可動鉄心の目標軌道を示し、時刻０ｍｓから約４ｍｓにかけて負の位置から正の位置まで変位するとしている。しかし位置ループの制御帯域が小さいため、一点鎖線で示す目標軌道に対して実線で示す実際の波形が遅れている。
このとき、電磁力指令値の過渡波形は目標軌道に対して遅れて変化している。時刻０ｍｓから４ｍｓにかけては目標軌道は上側に変位するのに対して、負の電磁力指令値が残っているため、負側の巻線５に電流が供給されている。
負の電磁力指令値が小さくなるよう変化しているのに、巻線５への電流指令値は大きくなっているのは、可動鉄心４と固定鉄心２との空隙長が大きくなっていくためである。
巻線５に電流が供給されると、紙面下側に電磁力を発生することになる。つまり時刻０ｍｓから約４ｍｓにかけては目標軌道は上側に変位するのに対して、電磁力は下側に発生する期間が存在している。
このようにフイードバック制御の制御帯域が目標軌道で要求される周波数より小さいと、制御による電磁力指令は可動鉄心の変位に対して遅れ、その結果として離間側の巻線電流が不必要に存在することになる。この電流は可動鉄心の動作を妨げる方向に働くため、目標軌道の実現性を低下させ、また消費電力の増加をまねく。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような現象を回避するためのものである。制御系で用いられるマイコン等は低コストなものを利用するため、フイードバック制御の制御帯域が目標軌道で要求される周波数より低い場合が多い。したがって常にフイードバック制御していると、上述のように電磁力指令が遅れるため不必要な電流が存在することになる。
【００２３】
そこで、この発明では、可動鉄心が固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、離間側の固定鉄心部に配設された前記巻線に供給する電流の電流指令値を零にすることを特徴とする。
また、先行例では、残留磁束打消電流を供給して残留磁束を低減し、電流の遅れを低減しているが、この発明では、電流の遅れをあらかじめ考慮して電流指令値を変化させることで、電流の遅れの影響を緩和することを特徴とする。
これらの駆動手段を採用することにより、制御特性を向上させて目標軌道の実現性を高める効果があり、また余分な電流をなくすため消費電力が低減する効果がある。
【００２４】
この発明は、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ようとするものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、移動可能に設けられその移動によりバルブを制御する可動鉄心と、第１の巻線により励磁され前記可動鉄心をばね力に抗して一方向に駆動する第１の固定鉄心と、第２の巻線により励磁され前記可動鉄心をばね力に抗して他方向に駆動する第２の固定鉄心と、前記第１および第２の巻線に供給する電流の電流指令値を決定する電流制御手段とを備えた電磁式バルブ駆動装置において、前記電流制御手段は、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、前記固定鉄心に配設された前記巻線に供給する電流の電流指令値を調整し離間側の固定鉄心による吸引力を低減させるようにしたものである。
【００２６】
第２の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第１の発明において、前記電流指令値を調整する期間は、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から、他方の固定鉄心に吸引されるまでの期間とするものである。
【００２７】
第３の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第２の発明において、前記所定時間を可変とするものである。
【００２８】
第４の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第１ないし第３の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心の位置指令を用いて前記判定を行うものである。
【００２９】
第５の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第１ないし第３の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心の速度指令を用いて前記判定を行うものである。
【００３０】
第６の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第１ないし第３の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心に与える力指令を用いて前記判定を行うものである。
【００３１】
第７の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第１ないし第６の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から他方の固定鉄心に吸引される期間では、前記電流制御手段は、吸引側の固定鉄心部に配設された前記巻線による電磁力の力指令値に、あらかじめ作成されたフイードフォワード要素を含めて制御を行うものである。
【００３２】
第８の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第１ないし第６の発明において、前記電流制御手段により制御される可動鉄心の位置に応じて、前記電流制御手段による制御系で用いる制御ゲインを変えるものである。
【００３３】
第９の発明に係る電磁式バルブ駆動装置では、第１ないし第６の発明において、前記電流制御手段により制御される可動鉄心の位置に応じて、前記電流制御手段による制御によって前記巻線に供給される電流供給系に設けた電流アンプで用いる電流制御ゲインを変えるものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図４について説明する。図１は実施の形態１におけるバルブ駆動機構の全体構成を示す縦断面図である。図２は実施の形態１における駆動制御回路の構成を示すブロック図である。図３は実施の形態１における駆動動作を示すフローチャートである。図４は実施の形態１における駆動動作を示す特性線図である。
【００３５】
図１において、１は筒型ケース、２は固定鉄心（バルブ側）、３は固定鉄心（反バルブ側）、４は可動鉄心、５は巻線（バルブ側）、６は巻線（反バルブ側）、７は可動鉄心連結軸、８はバルブ軸、９はばね（バルブ側）、１０はばね（反バルブ側）、１１はばね受け（バルブ側）、１２はばね受け（反バルブ側）、１３はバルブ、１４は装置本体である。
【００３６】
図１に示す構成で、ばね９とばね１０が釣り合いの関係にあるとき、可動鉄心４はバルブ側と反バルブ側に配設された一対の固定鉄心２，３のほぼ中央に位置し、巻線５，６に電流が供給されると磁気吸引力とばね力により可動鉄心４が駆動される。
すなわち、可動鉄心４に対してバルブ側にある固定鉄心２に配設された巻線５に電流が供給されると、可動鉄心４はバルブ側の固定鉄心２に近づく方向に磁気吸引力を受け、したがってバルブ１３は紙面下方向に変位する。
逆に、可動鉄心４に対して反バルブ側にある固定鉄心３に配設された巻線６に電流が供給されると、可動鉄心４は反バルブ側の固定鉄心３に近づく方向に磁気吸引力を受け、したがってバルブ１３は紙面上方向に変位する。
【００３７】
図２において、５は固定鉄心（バルブ側）２［図１］に巻回される巻線（バルブ側）、６は固定鉄心（反バルブ側）３［図１］に巻回される巻線（反バルブ側）である。
１５は目標軌道作成部、ＰＡは演算部、１６は電磁力指令値作成部、１７は変位状態判定部、１８は巻線（バルブ側）５および巻線（反バルブ側）６への励磁電流を制御する電流制御部である。
【００３８】
目標軌道作成部１５には、運転者のアクセル操作や車速等の自動車の状況に応じた信号が入力され、入力信号を処理してバルブ１３［図１］を駆動するための可動鉄心４［図１］の目標軌道を作成する。
電磁力指令値作成部１６は、前記目標軌道作成部１５により作成された目標軌道と、可動鉄心の現在の位置、速度，加速度等の比較入力とを比較し、その比較誤差に各種フィードバック値を加えて電磁力指令値を作成する。
変位状態判定部１７は、可動鉄心の現在の位置，速度，加速度や力指令等の入力をもとに、目標軌道が一方の固定鉄心側から離間して他方の固定鉄心１側に吸着されるまでの期間、すなわち目標軌道が変位状態にあるかを判定する。
電流制御部１８には、電磁力指令値作成部１６により作成された電磁力指令値および変位状態判定部１７による判定結果が入力され、それらの入力信号に応じて、巻線（バルブ側）５および巻線（バルブ側）６への励磁電流を制御する。
この電流制御部１８は、巻線５，６に対する制御電流を供給する電流アンプを含む電流制御系を構成するものであって、巻線５，６への制御電流の供給によって可動鉄心４を駆動制御する制御系を構成するものである。
【００３９】
図３は、この発明による実施の形態１における駆動動作の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ２１で、目標軌道作成部１５によって、運転者のアクセル操作や車速等の自動車の状況により、バルブ１３を駆動するための可動鉄心４の目標軌道を作成する。
【００４０】
ステップＳ２２では、電磁力作成部１６によって、目標軌道を達成するための電磁力指令値Ｆ＊　を作成する。
電磁力指令値の作成にあたっては、例えば、後述するステップＳ４７での可動鉄心４の現在の位置，速度，加速度と、ステップＳ２１で作成された目標軌道を比較し、それらの誤差に、フイードバックゲインを加算，乗算してフイードバック値を演算する。
さらに、ばね９，１０による復元力、バルブ１３に加えられる外圧などがフイードバック値に加えられ、電磁力指令値Ｆ＊　が作成される。例えば、目標軌道の位置をｘ＊　、実際の軌道の位置をｘ，実際の軌道の速度をｄｘとすると、電磁力指令値Ｆ＊　は例えば前述した次の式（１）で与えられる。
Ｆ＊　＝Ｋｖ｛Ｋｐ（ｘ＊　−ｘ）−ｄｘ｝＋αｘ　………（１）
ここで、Ｋｖ，Ｋｐは制御ゲイン、αは定数である。
【００４１】
可動鉄心４の動作は、一方の固定鉄心に吸着されて固定している状態か、一方の固定鉄心を離間して他方の固定鉄心に吸引されるまでの変位状態かに分けられる。
ステップＳ４１では、変位状態判定部１７によって、目標軌道が一方の固定鉄心側から離間して他方の固定鉄心１側に吸着されるまでの期間、すなわち目標軌道が変位状態にあるかどうかを判断する。
【００４２】
可動鉄心４が変位状態にあるかどうかは、制御系で用いる可動鉄心４の位置指令あるいは速度指令あるいは加速度指令あるいは加速度指令の変化あるいは可動鉄心に与える力指令あるいは力指令の変化を用いることで判定できる。
例えば、可動鉄心４が一方の固定鉄心に吸着時には、速度指令は０、加速度指令は０、加速度指令の変化は０、力指令は一定値、力指令の変化は０であり、離間時には各値は異なる値となるため、吸着状態や離間状態などが判定できる。
すなわち、変位状態判定部１７によって、速度指令が０、加速度指令が０、加速度指令の変化が０、力指令が一定値、力指令の変化が０であるかどうかを検知して可動鉄心４が固定鉄心２，３への吸着状態であることを判定し、可動鉄心４の固定鉄心２，３からの離間時には、これらの値が吸着時と異なる値となることを検知して離間状態であることを判定する。
また、可動鉄心４の位置指令により可動鉄心４が吸着状態にあるか離間状態にあるかが判定できる。
このようにして、可動鉄心４が固定鉄心２，３のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうか、すなわち変位状態にあるかどうかが判定される。
【００４３】
ステップＳ４１において、変位状態判定部１７による判定動作によって、可動鉄心４が変位状態でないと判定された場合は、ステップＳ４１のｎｏの方向に進み、ステップＳ２２を経てステップＳ２３に進む。その後は図８におけるステップＳ２３〜ステップＳ３１と同様である。
【００４４】
すなわち、ステップＳ２３では、電流制御部１８によりステップＳ２２で作成された電磁力指令値Ｆ＊　をもとに、巻線５，６のどちらに電流供給するかを判定する。例えばステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　がＦ＊　≧０の場合、可動鉄心４を図１の紙面上側に変位させるため反バルブ側の巻線６に電流を供給するように判定され、ステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　が負の場合、可動鉄心４を図１の紙面下側に変位させるためバルブ側の巻線５に電流を供給するように判定される。
【００４５】
ステップＳ２４では、ステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　がＦ＊　≧０であるとステップＳ２３で判定された場合、可動鉄心４を図１の紙面上側に変位させるため、電流制御部１８は、バルブ側の巻線５には電流を供給せず、反バルブ側の巻線６に電流を供給する。
そのため、巻線５への電流指令値を０にして、巻線６への電流指令値を可動鉄心４と反バルブ側の固定鉄心３との間の空隙長，磁気抵抗，インダクタンス，透磁率などにより演算して決定する。
【００４６】
ステップＳ２５では、ステップＳ２４による電流指令値をもとに、電圧値を決定して印加する。電圧値は、目標電流値と実際の電流値との誤差に、電流制御ゲインを乗算して求められる。また、演算した電圧値がアンプの最大電圧値（自動車ではバッテリーの最大電圧値）を越える場合は、アンプの最大電圧値が印加され、アンプの最小電圧値を下回る場合は、アンプの最小電圧値となる。
なお、図３のステップＳ２５では、巻線６のみに電圧印加するよう記述しているが、アンプの遅れ等の影響で巻線５にも電圧が印加されている状態も存在する。
【００４７】
ステップＳ２６では、電圧が印加され、巻線に電流が供給される。電流値は巻線抵抗に依存し、また可動鉄心，固定鉄心，巻線，電流値などの条件できまるインダクタンスに依存する。
なお、図３のステップＳ２６では巻線６のみに電流供給するよう記述しているが、インダクタンスの影響やアンプの遅れ等の影響で巻線５にも電流が供給されている状態も存在する。
【００４８】
ステップＳ２７では、ステップＳ２６にて巻線６に電流が供給されるため、反バルブ側の固定鉄心３と、可動鉄心４を磁路にもつ磁束が形成され、可動鉄心４が固定鉄心３に引きつけられる方（上向き）に電磁力が発生する。
電磁力の大きさは、巻線６の電流値と、可動鉄心４と固定鉄心３との間の空隙長，インダクタンス，磁路の磁気抵抗，透磁率，磁束密度等の条件で決まる。一般的に電磁力の大きさは電流の２乗に比例し、空隙長の２乗に反比例するが、磁束密度が大きいと、磁気飽和の影響が大きくなり、電流を大きくしてもあまり電磁力は大きくならない。
【００４９】
ステップＳ２８では、ステップＳ２２による電磁力指令値Ｆ＊　がＦ＊　＜　０であるとステップＳ２３で判定された場合、電流制御部１８は、可動鉄心４を図１の紙面下側に変位させるため、バルブ側の巻線５に電流を供給し、反バルブ側の巻線６には電流を供給しない。
そのため、巻線５への電流指令値を可動鉄心４と反バルブ側の固定鉄心３との間の空隙長，磁気抵抗，インダクタンス，透磁率などにより演算して決定し、巻線５への電流指令値を０にする。
なお、発生できる電磁力は正の値なので、ここではＦ＊　の絶対値をとって電流指令値を演算する。
【００５０】
ステップＳ２９〜３１では、ステップＳ２６〜２７と同様であるが、電圧印加，電流供給される巻線および電磁力の発生方向がステップＳ２５〜２７と逆になる。
【００５１】
ステップＳ４１において、変位状態判定部１７による判定動作によって、可動鉄心４が変位状態であると判定された場合は、ステップＳ４１のｙｅｓの方向になり、ステップＳ２２を経てステップＳ４２に進む。
【００５２】
ステップＳ４２では、電流制御部１８により、目標軌道における可動鉄心４の変位方向と、電磁力指令の方向すなわち電磁力指令値Ｆ＊　の符号とが一致するかどうか判定する。
そして、目標軌道の変位方向と電磁力指令値Ｆ＊　の符号が一致するときはステップＳ４２のｎｏの方向に進み、その後は、前述した図３におけるステップＳ２３〜ステップＳＳ３１と同様である。
【００５３】
目標軌道の変位方向と電磁力指令値Ｆ＊　の符号が一致しない場合は、ステップＳ４２のｙｅｓの方向になり、ステップＳ４３に進む。
例えば、図４の時刻０ｍｓ〜４ｍｓでは、可動鉄心４の目標軌道は変位状態であるためステップＳ４１の出力はｙｅｓ、その変位は上方向であるが電磁力指令値は負であるためステップＳ４２の出力はｙｅｓとなる。この負の電磁力指令は、可動鉄心の変位を妨げる方向に作用する。そこでステップＳ４３により、巻線５と巻線６の電流指令値をともに０にする。
【００５４】
ステップＳ４４は、図３のステップＳ２５，ステップＳ２６と同様であり、ステップＳ４５は図３のステップＳ２６，ステップＳ３０と同様である。
また、ステップＳ４６では電流が供給されないため電磁力は発生しない。ただし図８で記述したように、インダクタンスの影響やアンプの遅れ等の影響で電流が０でない状態も存在するため、電磁力が存在することもありうる。
ステップＳ４７では、電磁力と、ばね９，１０による復元力、バルブ１３に加えられる外圧などが影響して可動鉄心４に働く力が決まり、可動鉄心４の動作を拘束するばね９，１０、摩擦抵抗などの要素が影響して、可動鉄心４の変位が決まる。
【００５５】
図４は、この実施の形態１の制御条件で電磁式バルブ装置を駆動したときの可動鉄心の目標軌道と実際の軌道、電磁力指令値、巻線５，６の目標電流値に関する過渡波形の一例である。図の一点鎖線は可動鉄心の目標軌道を示し、時刻０ｍｓから約４ｍｓにかけて負の位置から正の位置まで変位するとしており、図９における可動鉄心の目標軌道と同じ軌道である。この時刻０ｍｓから約４ｍｓにかけての電磁力指令値は負の値であったため、図３におけるステップＳ４２の出力はｙｅｓとなり、巻線５，６の電流指令値をともに０としている。
なお、図４では時刻０ｍｓから約４ｍｓにかけて電磁力指令値が負となるところを０とすることにより、巻線５，６の電流指令の演算値が０となるようにしている。すなわち、可動鉄心が変位状態にあるときは、変位方向と力指令方向が一致しない場合は可動鉄心４にはばね９，１０による復元力のみ働き、変位方向と力指令方向が一致する場合は可動鉄心４にはばね９，１０による復元力等と吸着側の巻線電流による電磁力が働く。
自動車のエンジンで要求されるバルブ駆動周波数と本バルブ駆動装置の可動部とばねからなる固有値はほぼ同じになるよう設計しているため、図４の目標軌道と実際の軌道はほぼ一致している。
【００５６】
このように、フイードバック制御の制御帯域が目標軌道で要求される周波数より小さい場合、制御による電磁力指令は可動鉄心の変位に対して遅れるため目標軌道の変位方向と電磁力指令方向が異なることが存在し、可動鉄心の変位を妨げる電磁力が発生するが、この発明によりその期間の電磁力を０にすることで目標軌道が実現できる可能性が高まり、また消費電力を低減できる効果がある。
【００５７】
この発明による実施の形態１によれば、移動可能に設けられその移動によりバルブ１３を制御する可動鉄心４と、第１の巻線５により励磁され前記可動鉄心４をばね９の付勢力に抗して一方向に駆動する第１の固定鉄心２と、第２の巻線６により励磁され前記可動鉄心４をばね１０の付勢力に抗して他方向に駆動する第２の固定鉄心３と、前記第１および第２の巻線５，６に供給する電流の電流指令値を決定する電流制御部１８からなる電流制御手段とを備えた電磁式バルブ駆動装置において、電流制御部１８からなる電流制御手段は、前記可動鉄心４が前記固定鉄心２，３のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、離間側の固定鉄心に配設された前記巻線に供給する電流の電流指令値を零にするように調整し前記離間側の固定鉄心による吸引力を低減し消滅させるようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００５８】
また、この発明による実施の形態１によれば、前項の構成において、前記可動鉄心４が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかを判定を行う変位判定部１７からなる判定手段を備え、前記変位判定部１７からなる判定手段は、電流制御部１８からなる電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心４の位置指令あるいは速度指令あるいは加速度指令あるいは加速度指令の変化あるいは可動鉄心４に与える力指令あるいは力指令の変化を用いて前記判定を行うようにしたので、可動鉄心についての変位状態に係る適切な判定により、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００５９】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図５について説明する。図５は実施の形態２における駆動動作を示すフローチャートである。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成および方法以外の構成ないし方法については、先に説明した実施の形態１におけるものと同様の構成および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００６０】
図５はこの発明による駆動動作の一例を示すフローチャートである。実施の形態１とほぼ同様であるが、実施の形態１における図３のステップＳ４１がこの実施の形態２における図５ではステップＳ５１に置き換えられている。
ステップＳ５１では、可動鉄心４の目標軌道が一方の固定子側から離間するタイミングから所定時間前後にずらした時刻から他方の固定子側に吸着される期間であるかどうかが判定される。
【００６１】
図３で記述したように、駆動時の電流はインダクタンスの影響やアンプの遅れ等の影響で電流指令値より遅れることが多い。
すなわち、実施の形態１における図３において、ステップＳ４１における判定によって、巻線５，６の電流指令値が０に設定されても、アンプの遅れ等によりステップＳ４４において電圧は０にはならず、インダクタンスの影響やアンプの遅れによりステップＳ４４において電流は０にならず、その結果としてステップＳ４６において電磁力が発生していることがある。
インダクタンスやアンプの遅れは電磁バルブ装置において既知の事項であるから、それらを考慮して駆動すればよい。
【００６２】
この実施の形態２では、ステップＳ５１において、離間側の固定鉄心の巻線電流を０にする期間を、可動鉄心４の目標軌道が一方の固定子側から離間するタイミングから所定時間前後にずらした時刻から他方の固定子側に吸着される期間としている。
上記所定時間とは、インダクタンスによる電流遅れ時間，アンプによる遅れ時間，摩擦の影響等を考慮して設定される。
例えば、図４では可動鉄心４が固定鉄心２側から離間するタイミング０ｍｓにて、巻線５の目標電流指令値が０になっている。
しかし、実際の電流値は上記の理由により遅れ、電流値が０になるのは時刻０ｍｓより少し遅れるため、下向きの電磁力が少し発生する。図４で可動鉄心１の目標軌道に対して実際の軌道が少し遅れているのは、上記の事項が原因の一つである。
この実施の形態２は、図４において電流指令値を０にするタイミングを０ｍｓより所定時間前にずらすことにより、時刻０ｍｓでの実際の電流を０にするものである。
【００６３】
その結果、可動鉄心の実際の軌道を目標軌道に一致させることができ、また消費電力もさらに低減できる。
なお、遅れの要素には電流以外に摩擦等の影響もあるため、可動鉄心の目標軌道と実際の軌道が最も近くなる条件は図４における時刻０ｍｓでの実際の電流値が０になることとはかぎらない。
【００６４】
上記所定時間は、インダクタンスによる電流遅れ時間，アンプによる遅れ時間，摩擦の影響等を考慮して設定されるが、可動鉄心と固定鉄心間の空隙長，電流値等の条件で異なる。
したがって電流の遅れを精度よく補正するには、上記所定値は駆動条件により可変とする必要がある。この場合は、図５において可動鉄心の変位の情報および例えばステップＳ５４による電流値の情報をステップＳ５１に入力し、そのときの駆動状況に適した所定値を決定する。このような駆動をおこなうことにより、最も低消費電力な駆動が実現できる。
【００６５】
また一方で、可動鉄心はばね力と吸着側の巻線電流による磁気吸引力により制御されるため、吸着側の巻線電流は常に通電状態にある方が外乱に対してロバストといえる。
外乱が大きいときはロバスト性を高めるため、電流指令値を零にするタイミングを、可動鉄心が固定鉄心から離間するタイミングより後に設定する。
すると、図９で記述したように、離間側の巻線には所定時間だけ余分な電流が供給されることになり、可動鉄心の変位を妨げる方向に電磁力が働く。
その結果、可動鉄心の実際の軌道は目標軌道より遅れるため、離間側の巻線電流が０になった後は、吸着側の巻線に常に電流が供給されることになる。可動鉄心４は吸着側の巻線電流による電磁力とばね９，１０による復元力等が働いて駆動されるため、吸着側の巻線に常に電流が供給されている状態は安定性がよく、外乱に強い駆動が実現できる効果がある。
【００６６】
以上のように、電流指令値を零にするタイミングを前にすると低消費電力ですぐれ、後にすると安定性にすぐれた制御となる。したがってエンジン駆動状況によりこの値を可変とすることで、様々な駆動条件に適した制御が実現できる。
例えば自動車が一定速度で走行時は、エンジンバルブヘの外乱が小さいため、図５のステップＳ５１における所定時間を前方向にずらして低消費電力な駆動とし、自動車が加速中は所定時間を後方向にずらして安定性にすぐれた駆動とし、また、自動車が急加速時は所定時間を大きく後にずらして更なる安定性にすぐれた駆動とするなどの検討が可能である。
【００６７】
この発明による実施の形態２によれば、前記実施の形態１における構成において、前記電流指令値を零にするように調整する期間は、前記可動鉄心４が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から、他方の固定鉄心に吸引されるまでの期間とするようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現でき、しかも、安定性を考慮した適切な駆動を行える電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００６８】
また、この発明による実施の形態２によれば、前項における前記所定時間を可変とするようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現でき、しかも、安定性を考慮した一層適切な駆動を行える電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００６９】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図６および図７について説明する。図６は実施の形態３における駆動制御回路の構成を示すブロック図である。図７は実施の形態３における駆動動作を示すフローチャートである。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成および方法以外の構成ないし方法については、先に説明した実施の形態１および実施の形態２におけるものと同様の構成および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００７０】
前述のように、駆動時の電流はインダクタンスの影響やアンプの遅れ等の影響で電流指令値より遅れることが多い。実施の形態２では電流を０にするタイミングを早めることにより電流遮断時の遅れの影響を緩和する手段について示した。電流が０の状態から通電するときにも同様に電流の遅れ要素があるため、電流を供給するタイミングを早めるなどの対策が考えられる。
この実施の形態３では、可動鉄心が一方の固定鉄心から離間して他方の固定鉄心に吸引される期間において、吸引側の固定鉄心の巻線電流による電磁力の力指令値を大きく設定することにより、吸引側の巻線電流値が大きくなり、また巻線電流が早めに供給されるので、電流の遅れの影響が緩和できるという手段について記述する。
【００７１】
図６において、５は固定鉄心（バルブ側）２［図１］に巻回される巻線（バルブ側）、６は固定鉄心（反バルブ側）３［図１］に巻回される巻線（反バルブ側）である。
１５は目標軌道作成部、１６Ａ，１６Ｂは電磁力指令値作成部、１７は変位状態判定部、１８は巻線（バルブ側）５および巻線（反バルブ側）６への励磁電流を制御する電流制御部である。
【００７２】
目標軌道作成部１５には、運転者のアクセル操作や車速等の自動車の状況に応じた信号が入力され、入力信号を処理してバルブ１３［図１］を駆動するための可動鉄心４［図１］の目標軌道を作成する。
電磁力指令値作成部１６Ａは、前記目標軌道作成部１５により作成された目標軌道と、可動鉄心４の現在の位置，速度，加速度等の比較入力とを比較し、その比較誤差に各種フィードバック値を加えて電磁力指令値Ｆ１＊を作成する。
電磁力指令値作成部１６Ｂは、前記電磁力指令値Ｆ１＊の要素に加え、あらかじめ作成されたフイードフォワード要素、例えば、可動鉄心４の位置指令値を加算，乗算して得られる項、速度指令値を加算乗算して得られる項、加速度指令値を加算乗算して得られる項、一定値を加える項からなるフイードフォワード要素を含めて電磁力指令値Ｆ２＊を作成する。
変位状態判定部１７は、可動鉄心４の現在の位置，速度，加速度等の入力をもとに、可動鉄心４の目標軌道が一方の固定鉄心側から離間して他方の固定鉄心１側に吸着されるまでの期間、すなわち目標軌道が変位状態にあるかどうかを判定する。
電流制御部１８には、電磁力指令値作成部１６により作成された電磁力指令値および変位状態判定部１７による判定結果が入力され、それらの入力信号に応じて巻線（バルブ側）５および巻線（反バルブ側）６への励磁電流を制御する。
この電流制御部１８は、巻線５，６に対する制御電流を供給する電流アンプを含む電流制御系を構成するものであって、巻線５，６への制御電流の供給によって可動鉄心４を駆動制御する制御系を構成するものである。
【００７３】
図７はこの発明による駆動動作の一例を示すフローチャートである。目標軌道が作成されると、ステップＳ６１にて目標軌道が一方の固定子側から離間するタイミングから所定時間前後にずらした時刻から他方の固定子側に吸着される期間かを判定する。
上記所定値は、実施の形態２で記述したのと同様に、インダクタンスによる電流遅れ時間，アンプによる遅れ時間，摩擦の影響等を考慮して設定される。
【００７４】
ステップＳ２１において、目標軌道作成部１５により、バルブ１３を駆動するための可動鉄心４の目標軌道が作成される。
【００７５】
ステップＳ６１では、変位状態判定部１７によって、目標軌道が一方の固定鉄心側から離間して他方の固定鉄心１側に吸着されるまでの期間、すなわち目標軌道が変位状態にあるかが判断される。
ステップＳ６１における判定結果がｎｏの場合、すなわち可動鉄心４が一方の固定鉄心に吸着状態であるとき、ステップＳ６２に進む。
ステップＳ６２では、電磁力指令値作成部Ａ：１６Ａによって、電磁力指令値Ｆ１＊が作成される。この電磁力指令値Ｆ１＊は図３および図８のステップＳ２２と同様に演算され、可動鉄心４の現在の位置，速度，加速度と、目標軌道を比較し、それらの誤差に、フイードバックゲインを加算，乗算して演算できるフイードバック値に、ばね９，１０による復元力、バルブ１３に加えられる外圧などを加えて求められる。
例えば目標軌道の位置をｘ＊　、実際の軌道の位置をｘ、実際の軌道の速度をｄｘとすると、電磁力指令値Ｆ１＊は例えば次の式（２）で与えられる。
Ｆ１＊＝Ｋｖ｛Ｋｐ（ｘ＊　−ｘ）−ｄｘ｝＋αｘ　………（２）
ここで、Ｋｖ，Ｋｐは制御ゲイン、αは定数である。
ステップＳ６３で電磁力指令値Ｆ＊　にＦ１＊の値が代入される。このとき、ステップＳ６７〜ステップＳ７５は、図３および図８におけるステップＳ２３〜ステップＳ３１と同様である。
【００７６】
ステップＳ６１における変位状態判定部１７による判定結果がｙｅｓの場合、すなわち可動鉄心４が一方の固定鉄心から離間する前後から他方の固定鉄心に吸着状態される変位状態のとき、ステップＳ６４に進む。
ステップＳ６４では、電磁力指令値作成部Ｂ：１６Ｂによって、電磁力指令値Ｆ２＊が作成される。この電磁力指令値Ｆ２＊はステップＳ６２のＦ１＊の要素に加えて、可動鉄心の位置指令値を加算，乗算して得られる項、速度指令値を加算乗算して得られる項、加速度指令値を加算乗算して得られる項、一定値を加える項からなるフイードフォワード要素を含んでいる。
例えば目標軌道の位置をｘ＊　、目標軌道の速度をｄｘ＊　、目標軌道の加速度をｄ２ｘ＊　、実際の軌道の位置をｘ、実際の軌道の速度をｄｘとすると、電磁力指令値Ｆ２＊は例えば次式で与えられる。
Ｆ２＊＝Ｋｖ｛Ｋｐ（ｘ＊　−ｘ）−ｄｘ｝＋αｘ＋βｄｘ＊　＋γｄ２ｘ＊　＋δ………（３）
ここで、Ｋｖ，Ｋｐは制御ゲイン、α，β，γ，δは定数である。そして、αｘは可動鉄心の位置指令値を加算，乗算して得られる項を示し、βｄｘ＊　は速度指令値を加算乗算して得られる項を示し、γｄ２ｘ＊　は加速度指令値を加算乗算して得られる項を示し、δは一定値を加える項を示している。
これらα，β，γ，δの定数はインダクタンスやアンプの条件で変わるため、シミュレーション，計算，実機による駆動などで適当な値を設定する。これらの定数α，β，γ，δはいずれかが零となることもある。
【００７７】
ステップＳ６５では、ステップＳ４２と同様に、電流制御部１８によって、目標軌道における可動鉄心４の変位方向と、電磁力指令の方向すなわち電磁力指令値Ｆ２＊の符号とが一致するかどうか判定する。
そして、目標軌道の変位方向と電磁力指令値Ｆ２＊の符号が一致しないときはステップＳ６５のｙｅｓの方向に進み、その後は図３におけるステップＳ４３〜ステップＳ４６と同様である。
目標軌道の変位方向と電磁力指令値Ｆ２＊の符号が一致するときはステップＳ６５の出力はｎｏとなり、ステップＳ６６の方向に進む。ステップＳ６６で電磁力指令値Ｆ＊　にＦ２＊の値が代入され、ステップＳ６７に進む。
【００７８】
ステップＳ６７〜ステップＳ７６では、電磁力が図１において紙面上方向の場合は、電流制御部１８により、巻線６に電流を供給して上向きの電磁力を発生させ、電磁力が下方向の場合は、電流制御部１８により、巻線５に電流を供給して下向きの電磁力を発生させる過程である。
電磁力指令値Ｆ＊　の値がＦ２＊のとき、電磁力指令値Ｆ＊　は静的な条件で必要な電磁力より大きい値が与えられるため、ステップＳ６８，６９あるいはステップＳ７２，７３での電流指令値と電圧の値は大きくなる。
したがって、動的条件すなわち可動鉄心４が変位しているときは、インダクタンスなどの影響で電流が遅れるため電流値は小さくなるが、電磁力指令値Ｆ＊　が大きいため、ステップＳ７０あるいはステップＳ７４では可動鉄心４を固定鉄心の方に吸着させるのに必要な電流値が供給されることになる。
また、図９の電磁力指令値の時間波形をみるとわかるように、可動鉄心が下から上に変位中は、電磁力指令値は大きくなっていき、負の値から正の値に変化する。この実施の形態３では、電磁力指令値Ｆ２＊を大きくするため、電磁力指令値が負の値から正の値に変化するタイミングが早くなる。したがって吸着側の巻線に電流を供給するタイミングが早くなる。この作用により、インダクタンス等による電流の遅れの影響を緩和できる。また上記の電磁力指令値Ｆ２＊の式には目標軌道の速度成分，加速度成分を含むため、目標軌道への追従性が高まる。
【００７９】
このように、この実施の形態３では、可動鉄心が一方の固定鉄心から離間して他方の固定鉄心に吸引される期間において、吸引側の固定鉄心の巻線電流による電磁力の力指令値にフイードフォワード要素を追加して大きくする手段を示している。
その効果として、吸引側の巻線電流値を大きくできるため動的条件でも必要な電流値が供給できること、吸着側の巻線に電流を供給するタイミングが早くなるため電流の遅れの影響が緩和できること、また目標軌道の速度成分，加速度成分を力指令値に含むため目標軌道への追従性が高まる効果があり、目標軌道の実現性が向上する。
【００８０】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２における構成において、前記可動鉄心４が前記固定鉄心２，３のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から他方の固定鉄心に吸引される期間では、前記電流制御部１８からなる電流制御手段は、吸引側の固定鉄心部に配設された前記巻線による電磁力の力指令値に、可動鉄心の位置指令値を加算乗算して得られる項、速度指令値を加算乗算して得られる項、加速度指令値を加算乗算して得られる項、一定値を加える項からなるフイードフォワード要素を含めて制御を行うようにしたので、所定のフイードフォワード要素を含む適切な制御により、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００８１】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を説明する。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成および方法以外の構成ないし方法については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態３におけるものと同様の構成および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。
【００８２】
インダクタンス等により電流が遅れる影響を緩和するため、実施の形態３では電磁力指令値にフイードフォワード要素を加えて電磁力指令値を大きくしている。目標軌道の位置をｘ＊　、実際の軌道の位置をｘ、実際の軌道の速度をｄｘとすると、電磁力指令値Ｆ＊　は例えば次の式（４）で与えられる。
Ｆ＊　＝Ｋｖ｛Ｋｐ（ｘ＊　−ｘ）−ｄｘ｝＋αｘ　………（４）
ここで、Ｋｖ，Ｋｐは制御ゲイン、αは定数である。
したがって、フイードフォワード要素を加える代わりに、制御ゲインＫｖ，Ｋｐの値を可変としても対応できる。すなわち、インダクタンスが大きいときは、制御ゲインＫｖ，Ｋｐの値を大きくするとよい。
この場合、図７のステップＳ６４で演算される電磁力指令値Ｆ２＊は、例えば次の式（５）のようになる。
Ｆ２＊＝Ｋｖ（Ｌ）｛Ｋｐ（Ｌ）（ｘ＊　−ｘ）−ｄｘ｝＋αｘ　………（５）
ここで、Ｋｖ（Ｌ），Ｋｐ（Ｌ）はインダクタンスに依存した可変の制御ゲイン、αは定数である。
インダクタンスは、可動鉄心と固定鉄心間の空隙長，巻線電流等の影響を受けるため、図７のステップＳ６４では可動鉄心，変位，電流値などの情報からインダクタンスを求め、Ｋｖ（Ｌ），Ｋｐ（Ｌ）の値を求めて、電磁力指令値Ｆ２＊を演算する。このようにすることで、実施の形態３と同様の効果が得られるため、目標軌道の実現性が向上する。さらに可動鉄心が固定鉄心に吸着する直前では制御ゲインを小さくして、吸着時の速度を小さくし、低騒音化をはかることも考えられる。
またインダクタンスが大きくなると電流の遅れが大きくなるため、電流アンプの帯域が低下する。巻線の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、電流制御ゲインをＫｉとすると、電流アンプの帯域ｆｉは一般的に次の式（６）で与えられる。
ｆｉ＝ａ（Ｒ＋Ｋｉ）／Ｌ　………（６）
ここで，ａは比例定数である。
すなわち、電流アンプの帯域はインダクタンスに反比例する。インダクタンスは、可動鉄心と固定鉄心間の空隙長，巻線電流等の影響を受けるため、電磁式バルブ駆動中に電流アンプの帯域が大きく変化することになり、制御特性が悪くなる。
したがって、電流制御ゲインＫｉの値をインダクタンスをもとに算出して変化させることにより、電流アンプの帯域を常に一定に保つことができ、制御特性を向上させることができる。すなわち、電流制御ゲインの値をＬに依存してＫｉ＝ｆｉＬ／ａ−Ｒとすることで、電流アンプの帯域を一定にでき、制御特性が向上する。
【００８３】
この発明による実施の形態４によれば、実施の形態１ないし実施の形態３における構成において、前記電流制御部１８［図２，図６］からなる電流制御手段により制御される可動鉄心４の位置あるいは前記電流制御手段による制御によって前記巻線５，６に供給される電流供給系の電流値あるいは前記電流制御手段による制御によって前記巻線５，６に供給される電流供給系におけるインダクタンスの値に応じて、前記電流制御手段による制御系で用いる制御ゲインを変えるようにしたので、目標とする駆動動作を一層適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００８４】
また、この発明による実施の形態４によれば、実施の形態１ないし実施の形態３ならびに前項における構成において、前記電流制御部１８［図２，図６］からなる電流制御手段により制御される可動鉄心の位置あるいは前記電流制御手段による制御によって前記巻線５，６に供給される電流供給系の電流値あるいは前記電流制御手段による制御によって前記巻線５，６に供給される電流供給系におけるインダクタンスの値に応じて、前記電流制御手段による制御によって前記巻線５，６に供給される電流供給系に設けた電流アンプで用いる電流制御ゲインを変えるようにしたので、安定した制御により、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００８５】
なお、この発明による以上の実施の形態においては、図３，図５および図７に示すように、ステップＳ２３またはステップＳ６７にて電磁力指令値の符号に対応して、巻線５，６の一方に電流を供給する方式で記述したが、両方の巻線に電流を供給する方式としてもよい。
例えば、紙面上方向への電磁力指令値を１０［Ｎ］とするとき、前記実施の形態のように紙面上方向に電磁力１０［Ｎ］を発生させ、紙面下方向に電磁力を発生させないものと、紙面上方向に電磁力１１［Ｎ］を発生させ、紙面下方向に電磁力１［Ｎ］を発生させるものとは、紙面上方向への合力がどちらも１０［Ｎ］となることで同等といえる。
すなわち、両方の巻線５，６に電流を供給するようにしても、可動鉄心４が固定鉄心２，３のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、固定鉄心２，３に配設された巻線５，６に供給する電流の電流指令値を調整し離間側の固定鉄心による吸引力を実質的に消滅させるようにすればよい。
【００８６】
この発明による実施の形態では、次の［構成１］ないし［構成８］に示す構成をそれぞれ具備し、それぞれの構成について記述した効果を有する。
［構成１］　バルブと連接されたバルブ軸と、ばね力を受けて前記バルブ軸の端部に当接している可動鉄心連結軸と、前記可動鉄心連結軸の端部に取り付けられ電磁力とばね力を受けて駆動する可動鉄心と、前記可動鉄心に対してバルブ側と反バルブ側に配設された一対の固定鉄心と、前記固定鉄心部に配設された巻線と、前記巻線に供給する電流の電流指令値を決定する電流制御手段とを備えた電磁式バルブ駆動装置において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、離間側の固定鉄心部に配設された前記巻線に供給する電流の電流指令値を零にすることを特徴とする電磁式バルブ駆動装置。
（効果）自動車のエンジンで要求されるバルブ駆動周波数は例えば１３０Ｈｚ程度であり、本バルブ駆動装置の可動部とばねからなる固有値は約１３０Ｈｚに設定している。しかし、可動子を電磁力で制御するときの位置ループの制御帯域は、約５０Ｈｚ程度と小さい。このため一方の固定子側に吸着されていた可動子が離間して他方の固定子側に移動するとき、制御による力指令は可動子の変位に対して遅れ、その結果として離間側の巻線電流が不必要に存在することになる。この電流は可動鉄心の動作を妨げる方向に働くため、目標軌道の実現性を低下させ、また消費電力の増加をまねく。本構成により、この不必要な電流指令値が強制的に零にされるため、可動鉄心はばね力と吸着側の巻線電流による電磁力により制御され、目標軌道の実現性が向上するとともに低消費電力な駆動が実現できる。
［構成２］　前記電流指令値を零にする期間は、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から、他方の固定鉄心に吸引されるまでの期間とすることを特徴とする電磁式バルブ駆動装置。
（効果）アクチュエータではインダクタンスの影響により、実際の電流は電流指令値より遅れる。そこで電流指令値を零にするタイミングを可動鉄心が固定鉄心から離間するタイミングより前に設定することにより、可動鉄心が固定鉄心から離間するときの実際の電流が零にでき、前記構成１の効果で記載したように目標軌道の実現性が向上するとともに低消費電力な駆動が実現できる。一方、可動鉄心はばね力と吸着側の巻線電流による磁気吸引力により制御されるため、吸着側の巻線電流は常に通電状態にある方が外乱に対してロバストといえる。そこで電流指令値を零にするタイミングを、可動鉄心が固定鉄心から離間するタイミングより後に設定することにより、目標軌道より実際の軌道が少し遅れるため吸着側の巻線電流は常に通電状態になり、安定性にすぐれた制御が実現できる。
［構成３］　前記所定時間は、可変とすることを特徴とする前記構成２に記載の電磁式バルブ駆動装置。
（効果）電流の遅れは、インダクタンスの影響，アンプによる遅れ等が原因であるが、その遅れる時間は可動鉄心と固定鉄心間の空隙長，電流値等により異なる。したがって空隙長や電流値，あるいはインダクタンスの値から上記所定値を演算して用いることにより、最も消費電力の小さい駆動が実現できる。
また、構成２の効果で記載のように、電流指令値を零にするタイミングを前にすると低消費電力ですぐれ、後にすると安定性にすぐれた制御となる。したがってエンジン駆動状況によりこの値を可変とすることで、様々な駆動条件に適した制御が実現できる（例えば自動車が一定速度で走行時は電流指令値を零にするタイミングを前にずらし、加速中は後にずらし、また急加速時は後にずらす所定値を大きくするなど）。
［構成４］　前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される状態の判定方法として、制御系で用いる可動鉄心の位置指令あるいは速度指令あるいは加速度指令あるいは加速度指令の変化あるいは可動鉄心に与える力指令あるいは力指令の変化を用いることを特徴とする前記構成１から前記構成３のいずれかに記載の電磁式バルブ駆動装置。
（効果）電磁バルブ駆動時には可動鉄心の目標軌道を与える場合が多く、この可動鉄心の位置指令により吸着状態や離間状態などが判定できる。また吸着時には速度指令は０、加速度指令は０、加速度指令の変化は０、力指令は一定値、力指令の変化は０であり、離間時には各値は異なるため、これらを用いても吸着状態や離間状態などが判定できる。
［構成５］　前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から他方の固定鉄心に吸引される期間では、吸引側の固定鉄心部に配設された前記巻線による電磁力の力指令値に、可動鉄心の位置指令値を加算乗算して得られる項、速度指令値を加算乗算して得られる項、加速度指令値を加算乗算して得られる項、一定値を加える項からなるフイードフォワード要素を含むことを特徴とする電磁式バルブ駆動装置。
（効果）この電動バルブ駆動装置では、前記構成１の効果で記載のように、バルブ駆動周波数より制御帯域の方が小さいため、駆動周波数が高い領域では目標軌道と実際の軌道との誤差が大きくなり、目標軌道の実現性が低下する。本構成で速度指令位を加算乗算して得られる項、加速度指令値を加算乗算して得られる項をフイードフォワード要素として含めることにより、目標軌道の実現性が向上する。また前記構成２の効果で記戟のように、インダクタンスの影響により、実際の電流は電流指令値より遅れる。したがって、吸引側の巻線電流は電流指令値より小さくなり、目標軌道の実現性が低下する。本構成で位置指令値を加算乗算して得られる項、一定値を加える項をフイードフォワード要素として含めることにより、電流の遅れの影響を緩和することができ、目標軌道の実現性が向上する。
［構成６］　前記構成１から構成３および構成６の要素を兼ね備えたことを特徴とする電磁式バルブ駆動装置。
（効果）低消費電力で、安定性にすぐれた制御が実現できる。
［構成７］　可動鉄心の位置あるいは電流値あるいはインダクタンスの値に応じて、制御系で用いる制御ゲインを変えることを特徴とする電磁式バルブ駆動装置。
（効果）可動鉄心と固定鉄心の位置関係および電流値により、インダクタンスの値は大きく変化する。インダクタンスが大きいほど、電流の遅れが大きくなるため、その時刻での電流値は小さくなる。またインダクタンスが大きいほじ鉄心を流れる渦電流が大きくなる傾向にあるため、損失が大きくなり駆動力は小さくなる。このような電流が小さくなる影響と、駆動力が小さくなる影響を緩和するためには、インダクタンスが大きいときには制御ゲインを大きくするのが望ましい。また、可動鉄心が吸着する直前では衝突を防ぐため、制御ゲインを小さくして滑らかに吸着するのが望ましい。本発明を用いることにより、可動鉄心の位置等の条件で制御ゲインを変えるため、理想的な駆動が実現できる。
［構成８］　可動鉄心の位置あるいは電流値あるいはインダクタンスの値に応じて、電流アンプで用いる電流制御ゲインを変えることを特徴とする電磁式バルブ駆動装置。
（効果）可動鉄心と固定鉄心の位置関係および電流値により、インダクタンスの値は大きく変化するため、電流の遅れが大きく変化する。インダクタンスが大きいほど、電流の遅れが大きくなるため、電流アンプの制御帯域が小さくなる。本発明を用いることにより、可動鉄心の位置等の条件で電流制御ゲインを変えるため、駆動中も電流制御帯域を一定とすることができ、安定した制御が実現できる。
【００８７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、移動可能に設けられその移動によりバルブを制御する可動鉄心と、第１の巻線により励磁され前記可動鉄心をばね力に抗して一方向に駆動する第１の固定鉄心と、第２の巻線により励磁され前記可動鉄心をばね力に抗して他方向に駆動する第２の固定鉄心と、前記第１および第２の巻線に供給する電流の電流指令値を決定する電流制御手段とを備えた電磁式バルブ駆動装置において、前記電流制御手段は、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引される期間では、前記固定鉄心に配設された前記巻線に供給する電流の電流指令値を調整し離間側の固定鉄心による吸引力を低減させるようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００８８】
第２の発明によれば、第１の発明において、前記電流指令値を調整する期間は、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から、他方の固定鉄心に吸引されるまでの期間とするようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現でき、しかも、安定性を考慮した適切な駆動を行えるる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００８９】
第３の発明によれば、第２の発明において、前記所定時間を可変とするようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現でき、しかも、安定性を考慮した一層適切な駆動を行える電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００９０】
第４の発明によれば、第１ないし第３の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心の位置指令を用いて前記判定を行うようにしたので、可動鉄心についての変位状態に係る適切な判定により、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００９１】
第５の発明によれば、第１ないし第３の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心の速度指令を用いて前記判定を行うようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００９２】
第６の発明によれば、第１ないし第３の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されて他方の固定鉄心に吸引されるまでの状態に至る過程にあるかどうかの判定を行う判定手段を備え、前記判定手段は、前記電流制御手段による制御系で用いる可動鉄心に与える力指令を用いて前記判定を行うようにしたので、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００９３】
第７の発明によれば、第１ないし第６の発明において、前記可動鉄心が前記固定鉄心のうち一方の固定鉄心に吸引された状態から離間されるタイミングを中心として前後に所定時間ずらした時刻から他方の固定鉄心に吸引される期間では、前記電流制御手段は、吸引側の固定鉄心部に配設された前記巻線による電磁力の力指令値に、あらかじめ作成されたフイードフォワード要素を含めて制御を行うようにしたので、所定のフイードフォワード要素を含む適切な制御により、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００９４】
第８の発明によれば、第１ないし第６の発明において、前記電流制御手段により制御される可動鉄心の位置に応じて、前記電流制御手段による制御系で用いる制御ゲインを変えるようにしたので、目標とする駆動動作を一層適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【００９５】
第９の発明によれば、第１ないし第６の発明において、前記電流制御手段により制御される可動鉄心の位置に応じて、前記電流制御手段による制御によって前記巻線に供給される電流供給系に設けた電流アンプで用いる電流制御ゲインを変えるようにしたので、安定した制御により、目標とする駆動動作を適確に実現できるとともに、低消費電力による駆動を実現できる電磁式バルブ駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態および従来技術におけるバルブ駆動機構の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】この発明による実施の形態１における駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明による実施の形態１における駆動動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明による実施の形態１における駆動動作を示す特性線図である。
【図５】この発明による実施の形態２における駆動動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明による実施の形態３における駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明による実施の形態３における駆動動作を示すフローチャートである。
【図８】従来技術における駆動動作を示すフローチャートである。
【図９】従来技術における駆動動作を示す特性線図である。
【図１０】従来技術における駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　筒型ケース、２　固定鉄心（バルブ側）、３　固定鉄心（反バルブ側）、４　可動鉄心、５　巻線（バルブ側）、６　巻線（反バルブ側）、７　可動鉄心連結軸、８　バルブ軸、９　ばね（バルブ側）、１０　ばね（反バルブ側）、１１　ばね受け（バルブ側）、１２　ばね（反バルブ側）、１３　バルブ、１４　装置本体。
【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】
2004019734.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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