(57)【要約】【課題】アーマチャを電磁石に吸引する際に、電磁石を流れる実際の電流値が所望とする吸引電流値となるようより適切にフィードバック制御することができる電磁駆動弁の制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置５０は、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に通電を所望する吸引電流値である指令電流値を駆動回路７０に出力する。駆動回路７０では、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２を実際に流れる電流が指令電流となるようにフィードバック制御を行う。この際、駆動回路７０は、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔についての検出値を、変位量センサ５２の検出値として取り込む。そして、駆動回路７０は、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に応じてフィードバックにかかるフィードバックゲインを可変設定する。【選択図】　　　図１
2004011852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石による電磁力によりアーマチャ及び弁体を備える可動部を駆動する電磁駆動弁に適用され、前記電磁石に吸引電流を与えて前記可動部を変位させるに際し、前記電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるようフィードバック制御する制御手段を備える電磁駆動弁の制御装置において、
前記吸引電流のフィードバック制御にかかるフィードバックゲインを前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に基づき可変設定する設定手段を備える
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項２】
前記フィードバックゲインが、前記電磁石に実際に流れる電流の値と前記所望とする吸引電流の値との偏差に対応して設けられた比例ゲインを含んでおり、前記設定手段は、前記電磁石と前記アーマチャとの間隔が大きいほど前記比例ゲインを小さな値に設定する
請求項１記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項３】
電磁石による電磁力によりアーマチャ及び弁体を備える可動部を駆動する電磁駆動弁に適用され、前記電磁石に電圧を印加することで吸引電流を与えて前記可動部を変位させるに際し、前記電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるようフィードバック制御する制御手段を備える電磁駆動弁の制御装置において、
前記電磁石を実際に流れる電流の値が前記所望とする吸引電流の値に近づくように定められる前記電磁石への電圧の印加態様を前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に基づき可変設定する設定手段を備える
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電磁石に実際に流れる電流の値と前記所望とする吸引電流の値との偏差に応じて前記電磁石へ電圧を印加するものであって、前記設定手段は、前記電磁石と前記アーマチャとの間隔が大きいほど前記偏差に応じて定められる前記電磁石へ印加する電圧を小さな値に設定する
請求項３記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項５】
電磁石による電磁力によりアーマチャ及び弁体を備える可動部を駆動する電磁駆動弁に適用され、前記電磁石に吸引電流を与えて前記可動部を変位させるに際し、前記電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるようフィードバック制御する制御手段を備える電磁駆動弁の制御装置において、
前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に応じて前記フィードバック制御の制御態様を動的に変更する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の電磁駆動弁の制御装置において、
前記制御手段は、前記所望とする吸引電流の値が指令電流値として与えられることで、前記電磁石に実際に流れる電流の値がこの指令電流値となるようにフィードバック制御するものである
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の電磁駆動弁の制御装置において、
前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に基づいて前記所望とする吸引電流の値を所定の時間毎に周期的に算出する手段を更に備え、
前記制御手段による前記フィードバック制御の実行周期を前記吸引電流の値の算出周期よりも短く設定した
ことを特徴とする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、電磁石による電磁力によりアーマチャ及び弁体からなる可動部を駆動する電磁駆動弁に適用され、その可動部の駆動態様を制御する電磁駆動弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電磁駆動弁の制御装置としては、例えば特開平１１−２１０９１６号公報に記載されたものがある。この制御装置では、電磁石への通電制御の指令値となる指令電流値を、可動部が変位端から離れているときには大きく、変位端に近接した際には小さくなるように制御することで、電磁駆動弁の作動安定性と静粛性との両立を図るようにしている。
【０００３】
すなわち、可動部が変位端から離れているときには上記指令電流値を大きくすることでアーマチャが確実に電磁石に吸引されるようにし、これにより電磁駆動弁の作動安定性を確保する。一方、可動部が変位端に近接した際には、上記指令電流値を小さくすることでアーマチャが電磁石に当接する際の当接速度等を低減し、これによりこの当接にかかる打音を抑制するとともに、電磁駆動弁の静粛性を確保する。
【０００４】
また、上記制御装置では、電磁石に実際に流れる電流値を上記指令電流値に収束させるためのフィードバック制御も併せて行っている。そして、同制御装置では、このフィードバック制御に際し、可動部を変位させるときに電磁石へ通電する吸引電流のフィードバックゲインを、可動部を保持するときに電磁石へ通電する保持電流のフィードバックゲインよりも大きくすることで、応答性の確保とハンチングの抑制との両立も併せて狙っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の制御装置では、上記吸引電流のフィードバックゲインと上記保持電流のフィードバックゲインとでその大きさを変えるようにはしているものの、吸引、保持の各電流に対するフィードバックゲイン自体はそれぞれ固定値となっている。このため、特に吸引電流をフィードバックするに際してのフィードバックゲインが固定とされることによる次のような不都合も無視できないものとなっている。
【０００６】
すなわち、上記応答性（電流応答性）はそもそも、電磁石のコイルインダクタンスに、換言すれば電磁石とアーマチャとの間隔に依存している。このため、アーマチャの変位領域全域にわたって優れた電流応答性を確保すべくこのフィードバックゲインを大きくすると、アーマチャの所定の変位領域においては上記吸引電流にハンチングが生じることとなる。一方、アーマチャの変位領域全域にわたってこうしたハンチングを抑制すべく上記フィードバックゲインを小さくすると、アーマチャの所定の変位領域においては電流応答性が悪化することとなる。このように、上記従来の装置では、アーマチャの変位領域全域にわたって吸引電流の適切なフィードバック制御を行うことが困難なものとなっている。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的はアーマチャを電磁石に吸引する際の吸引電流をアーマチャの変位領域全域にわたってより適切にフィードバック制御することのできる電磁駆動弁の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、電磁石による電磁力によりアーマチャ及び弁体を備える可動部を駆動する電磁駆動弁に適用され、前記電磁石に吸引電流を与えて前記可動部を変位させるに際し、前記電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるようフィードバック制御する制御手段を備える電磁駆動弁の制御装置において、前記吸引電流のフィードバック制御にかかるフィードバックゲインを前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に基づき可変設定する設定手段を備えることをその要旨とする。
【０００９】
上記構成では、吸引電流のフィードバック制御にかかるフィードバックゲインを電磁石とアーマチャとの間隔に基づき可変設定する設定手段を備えている。このため、電磁石とアーマチャとの間隔の変化によって電磁石のコイルインダクタンスが変化したとしても、電磁石とアーマチャとの間隔に応じて、それぞれ適切なフィードバックゲインを設定することができるようになる。このため、電磁石とアーマチャとの様々な間隔に対して、吸引電流のハンチングを抑制しつつも優れた電流応答性を確保することができるようになる。したがって、上記構成によれば、アーマチャを電磁石に吸引する際の吸引電流をアーマチャの変位領域全域にわたってより適切にフィードバック制御することができるようになる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記フィードバックゲインが、前記電磁石に実際に流れる電流の値と前記所望とする吸引電流の値との偏差に対応して設けられた比例ゲインを含んでおり、前記設定手段は、前記電磁石と前記アーマチャとの間隔が大きいほど前記比例ゲインを小さな値に設定することをその要旨とする。
【００１１】
比例ゲインを固定とした場合には、電磁石とアーマチャとの間隔が小さいほど、電流応答性は悪化する。ここで、電磁石とアーマチャとの間隔が最小であるときに十分な電流応答性が確保できるように比例ゲインを設定すると、電磁石とアーマチャとの間隔が大きくなるにつれて比例ゲインが過度に大きくなり、電磁石を実際に流れる電流に振動（ハンチング）が生じることがある。
【００１２】
この点、上記構成では、電磁石とアーマチャとの間隔が大きいほど比例ゲインを小さな値に設定することで、電磁石とアーマチャとの間隔に応じた適切なゲインにてフィードバック制御を行うことができるようになる。
【００１３】
なお、ここで比例ゲインは、必ずしも電磁石に実際に流れる電流の値そのものと所望とする吸引電流の値そのものとの偏差に対する比例項としての値を有するものに限らない。すなわち、電磁石に実際に流れる電流の所定の分流等、電磁石に実際に流れる電流に対応した値と、所望とする吸引電流の所定の分流等、所望とする吸引電流に対応した値との偏差に対する比例項としての値を有するものであってもよい。この際、この比例ゲインの値は、実際に流れる電流に対応した値と、所望とする吸引電流に対応した値との偏差に基づいて、実際に流れる電流の値を所望とする吸引電流の値となるようにすることのできる値に設定する。
【００１４】
請求項３記載の発明は、電磁石による電磁力によりアーマチャ及び弁体を備える可動部を駆動する電磁駆動弁に適用され、前記電磁石に電圧を印加することで吸引電流を与えて前記可動部を変位させるに際し、前記電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるようフィードバック制御する制御手段を備える電磁駆動弁の制御装置において、前記電磁石を実際に流れる電流の値が前記所望とする吸引電流の値に近づくように定められる前記電磁石への電圧の印加態様を前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に基づき可変設定する設定手段を備えることをその要旨とする。
【００１５】
電磁石への電圧の印加によって同電磁石に実際に流れる電流の過渡的な特性は、電磁石とアーマチャとの間隔に応じて変化する。このため、電磁石に実際に流れる電流の値を所望とする吸引電流の値と等しくすべく電磁石に電圧を印加したとしても、電磁石での電流の流通態様は、電磁石とアーマチャとの間隔に依存することとなる。
【００１６】
この点、上記構成では、電磁石を実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値に近づくように定められる電磁石への電圧の印加態様が電磁石とアーマチャとの間隔に基づき可変設定される。このため、電磁石への電圧の印加によって同電磁石に実際に流れる電流の過渡的な特性が電磁石とアーマチャとの間隔に依存して変化したとしても、この過渡的な特性の変化にかかわらず電磁石での電流の流通態様を適切に制御することができる。このため、上記構成によれば、アーマチャを電磁石に吸引する際の吸引電流をアーマチャの変位領域全域にわたってより適切にフィードバック制御することができるようになる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記制御手段は、前記電磁石に実際に流れる電流の値と前記所望とする吸引電流の値との偏差に応じて前記電磁石へ電圧を印加するものであって、前記設定手段は、前記電磁石と前記アーマチャとの間隔が大きいほど前記偏差に応じて定められる前記電磁石へ印加する電圧を小さな値に設定することをその要旨とする。
【００１８】
電磁石に実際に流れる電流の値と所望とする吸引電流の値との偏差に応じた電圧の印加態様を固定とした場合には、電磁石とアーマチャとの間隔が小さいほど、電圧の印加に伴う電流応答性は悪化する。ここで、電磁石とアーマチャとの間隔が最小であるときに十分な電流応答性が確保できるように偏差に応じた電圧の印加態様を設定すると、上記間隔が大きくなるにつれ、電磁石を実際に流れる電流に振動（ハンチング）が生じるほど過度に大きな電圧が印加されることがある。
【００１９】
この点、上記構成では、電磁石とアーマチャとの間隔が大きいほど上記偏差に応じて電磁石へ印加する電圧を小さな値に設定することで、電磁石とアーマチャとの間隔に応じた適切な印加電圧によるフィードバック制御を行うことができるようになる。
【００２０】
なお、この電磁石に実際に流れる電流の値と所望とする吸引電流の値との偏差に応じて電磁石へ電圧を印加するとは、必ずしも電磁石に実際に流れる電流の値そのものと所望とする吸引電流の値そのものとの偏差に基づいて電磁石への電圧の印加を行うことを意味しない。すなわち、電磁石に実際に流れる電流の所定の分流等、電磁石に実際に流れる電流に対応した値と、所望とする吸引電流の所定の分流等、所望とする吸引電流に対応した値との偏差に基づいて電磁石への電圧の印加を行ってもよい。
【００２１】
請求項５記載の発明は、電磁石による電磁力によりアーマチャ及び弁体を備える可動部を駆動する電磁駆動弁に適用され、前記電磁石に吸引電流を与えて前記可動部を変位させるに際し、前記電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるようフィードバック制御する制御手段を備える電磁駆動弁の制御装置において、前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に応じて前記フィードバック制御の制御態様を動的に変更することをその要旨とする。
【００２２】
電磁石のコイルのインダクタンスは、電磁石とアーマチャとの間隔に依存して変化する。このため、電磁石に実際に流れる電流の値を所望とする吸引電流の値とすべくフィードバック制御を行う際、電磁石を実際に流れる電流の同フィードバック制御に対する応答態様は、電磁石とアーマチャとの間隔に依存する。
【００２３】
ここで、上記構成では、電磁石とアーマチャとの間隔に応じてフィードバック制御の制御態様が動的に変更される。このため、電磁石を実際に流れる電流のフィードバック制御に対する応答態様が電磁石とアーマチャとの間隔に依存することを考慮してフィードバック制御を行うことができる。したがって、上記構成によれば、アーマチャを電磁石に吸引する際の吸引電流をアーマチャの変位領域全域にわたってより適切にフィードバック制御することができるようになる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記所望とする吸引電流の値が指令電流値として与えられることで、前記電磁石に実際に流れる電流の値がこの指令電流値となるようにフィードバック制御するものであることをその要旨とする。
【００２５】
上記構成では、制御手段に、所望とする吸引電流の値としての指令電流値が与えられる。このため、電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるよう制御するフィードバック制御を簡易な構成にて行うことができる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記電磁石と前記アーマチャとの間隔に基づいて前記所望とする吸引電流の値を所定の時間毎に周期的に算出する手段を更に備え、前記制御手段による前記フィードバック制御の実行周期を前記吸引電流の値の算出周期よりも短く設定したことをその要旨とする。
【００２７】
上記構成では、制御手段によるフィードバック制御の実行周期が、所望とする吸引電流の値の算出周期よりも短く設定されている。このため、所望とする吸引電流の値が頻繁に変更され続けた場合等においても、電磁石に実際に流れる電流の値を所望とする吸引電流の値とすべく行われるフィードバック制御を好適に行うことができるようになる。
【００２８】
なお、この際、制御手段は専用のハードウェア手段として構成することもできる。これにより、上記所望とする吸引電流の値の所定時間毎の算出処理を中央処理装置内のソフトウェア処理とする場合に同中央処理装置の動作周波数に対して制御手段から制約が生じることを回避することができる等、設計の自由度を拡大することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる電磁駆動弁の制御装置を内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体を開閉駆動する制御装置に適用した一実施形態について説明する。
【００３０】
本実施形態において、吸気弁及び排気弁はいずれも電磁石の電磁力に基づいて開閉駆動される電磁駆動弁として構成されている。これら吸気弁及び排気弁はその構成並びに駆動制御態様が同じであるため、以下では排気弁を例に説明する。
【００３１】
図１に示されるように、本実施形態の排気弁１０は次のものを備えている。すなわち、シリンダヘッド１８において往復動可能に支持された弁軸２０、この弁軸２０と同軸上に配設されて同弁軸２０とともに往復動するアーマチャ軸２６、並びに弁軸２０の一端に設けられた傘部１６によって構成される弁体１９と、この弁体１９を往復駆動するための電磁駆動部２１とを備えている。
【００３２】
シリンダヘッド１８には、燃焼室１２に通じる排気ポート１４が形成されており、また同排気ポート１４の開口周縁には弁座１５が形成されている。弁軸２０の往復動に伴って傘部１６が弁座１５との間で離着座することにより排気ポート１４が開閉される。
【００３３】
弁軸２０において、傘部１６が設けられた端部と反対側の端部には、ロアリテーナ２２が固定されている。このロアリテーナ２２とシリンダヘッド１８との間には、ロアスプリング２４が圧縮状態で配設されている。このロアスプリング２４の弾性力によって弁体１９は閉弁方向（図１の上方向）に付勢されている。
【００３４】
アーマチャ軸２６の軸方向における略中央部には高透磁率材料からなる円板状のアーマチャ２８が固定され、また同アーマチャ軸２６の一端にはアッパリテーナ３０が固定されている。アーマチャ軸２６においてこのアッパリテーナ３０が固定された端部と反対側の端部は、弁軸２０のロアリテーナ２２側の端部に当接する。
【００３５】
電磁駆動部２１のケーシング（図示略）内には、アッパコア３２がアッパリテーナ３０とアーマチャ２８との間に位置して固定されている。同じくこのケーシング内には、ロアコア３４がアーマチャ２８とロアリテーナ２２との間に位置して固定されている。これらアッパコア３２及びロアコア３４はいずれも高透磁率材料によって環状に形成されており、それらの中央部にはアーマチャ軸２６が往復動可能に挿通されている。
【００３６】
上記ケーシングに設けられたアッパキャップ３６とアッパリテーナ３０との間には、アッパスプリング３８が圧縮状態で配設されている。このアッパスプリング３８の弾性力により弁体１９は開弁方向（図１の下方向）に付勢されている。
【００３７】
また、アッパキャップ３６には変位量センサ５２が取り付けられている。この変位量センサ５２は、同変位量センサ５２とアッパリテーナ３０との間の距離に応じて変化する電圧信号を出力する。従って、この電圧信号に基づいてアーマチャ軸２６や弁軸２０の変位量、換言すれば、弁体１９の変位量を検出することができる。
【００３８】
アッパコア３２においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャ軸２６の軸心を中心とする環状の溝４０が形成され、同溝４０内には環状をなすアッパコイル４２が配置されている。このアッパコイル４２とアッパコア３２とによって弁体１９を閉弁方向に駆動するための電磁石（閉駆動用電磁石）６１が構成されている。
【００３９】
一方、ロアコア３４においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャ軸２６の軸心を中心とする環状の溝４４が形成され、同溝４４内には環状をなすロアコイル４６が配置されている。このロアコイル４６とロアコア３４とによって弁体１９を開弁方向に駆動するための電磁石（開駆動用電磁石）６２が構成されている。
【００４０】
これら閉駆動用電磁石６１及び開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６は、駆動回路７０を介して内燃機関の各種制御を統括して行う電子制御装置（ＥＣＵ）５０によって通電制御される。この電子制御装置５０は、中央処理装置やメモリの他、変位量センサ５２の検出信号が取り込まれる入力回路、この検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（いずれも図示略）等を備えて構成されている。
【００４１】
図１は、閉駆動用電磁石６１及び開駆動用電磁石６２のいずれにも電流（吸引電流）が供給されず、これら電磁石６１，６２に電磁力が発生していないときの弁体１９の状態を示している。この状態では、アーマチャ２８は各電磁石６１，６２の電磁力によって吸引されることはなく、各スプリング２４，３８の付勢力が釣り合う、各コア３２，３４の間の中間位置で静止する。また、この状態では、傘部１６は弁座１５から離間しており、排気弁１０は半開状態となっている。以下、この状態にあるときの弁体１９の位置を中立位置という。
【００４２】
次に、閉駆動用電磁石６１及び開駆動用電磁石６２に対する通電制御を通じて開閉駆動される排気弁１０の動作態様について説明する。
まず、排気弁１０を全閉状態に保持する際には、排気弁１０を全閉状態に保持するための保持電流が閉駆動用電磁石６１に対して供給される。この保持電流が供給されることにより、アーマチャ２８が閉駆動用電磁石６１の電磁力により吸引され、アッパスプリング３８の弾性力に抗してアッパコア３２に当接保持されるとともに、傘部１６が弁座１５に着座した状態が保持されるようになる。
【００４３】
次に、排気弁１０の開駆動時期が到来すると、そのときから弁体１９が中立位置よりも所定量だけ閉弁側の位置に達するまでの期間、閉駆動用電磁石６１に対する通電制御が行われる。この期間では、アーマチャ２８がアッパコア３２から離間して弁体１９が開弁方向に変位するとともに、その際の変位速度が筒内圧や排気圧に基づく外力によって過大にならないように、閉駆動用電磁石６１に対する駆動電流の調節を通じて弁体１９（アーマチャ２８）を閉弁方向に吸引する電磁力が制御される。
【００４４】
そして、弁体１９が全閉位置から所定量だけ変位すると、そのときから弁体１９が中立位置よりも所定量だけ開弁側の位置に達するまでの期間、閉駆動用電磁石６１及び開駆動用電磁石６２に対する駆動電流の供給はいずれも停止される。
【００４５】
その後、アッパスプリング３８の弾性力等によって弁体１９が更に変位し、中立位置よりも所定量だけ開弁側の位置に達すると、そのときから弁体１９が全開位置に達するまでの期間、開駆動用電磁石６２に対する通電制御が行われる。この期間では、弁体１９が所定の変位速度をもって確実に全開位置に達するように、開駆動用電磁石６２に対する吸引電流の調節を通じて弁体１９を開弁方向に吸引する電磁力が制御される。
【００４６】
そして、弁体１９が全開位置に達すると、そのときから所定期間が経過するまで、排気弁１０を全開状態に保持するための保持電流が開駆動用電磁石６２に対して供給される。この保持電流が供給されることにより、アーマチャ２８が開駆動用電磁石６２の電磁力により吸引され、ロアスプリング２４の弾性力に抗してロアコア３４に当接保持されるとともに、傘部１６が弁座１５から最も離間した状態が保持されるようになる。
【００４７】
次に、弁体１９が全開位置に達してから所定期間が経過すると、そのときから弁体１９が中立位置よりも所定量だけ開弁側の位置に達するまでの期間、開駆動用電磁石６２に対する通電制御が行われる。この期間では、アーマチャ２８がロアコア３４から離間して弁体１９が閉弁方向に変位するとともに、その際の変位速度が筒内圧や排気圧に基づく外力によって過大にならないように、開駆動用電磁石６２に対する吸引電流の調節を通じて弁体１９を開弁方向に吸引する電磁力が制御される。
【００４８】
そして、弁体１９が全開位置から所定量だけ変位すると、そのときから弁体１９が中立位置よりも所定量だけ閉弁側の位置に達するまでの期間、閉駆動用電磁石６１及び開駆動用電磁石６２に対する駆動電流の供給はいずれも停止される。
【００４９】
その後、ロアスプリング２４の弾性力等によって弁体１９が更に変位し、中立位置よりも所定量だけ閉弁側の位置に達すると、そのときから弁体１９が全閉位置に達するまでの期間、閉駆動用電磁石６１に対する通電制御が行われる。この期間では、弁体１９が所定の変位速度をもって確実に全閉位置に達するように、閉駆動用電磁石６１に対する吸引電流の調節を通じて弁体１９を閉弁方向に吸引する電磁力が制御される。
【００５０】
そして、弁体１９が全閉位置に達すると、そのときから次の開駆動時期が到来するまでの期間、排気弁１０を全閉状態に保持するための保持電流が閉駆動用電磁石６１に対して再び供給されるようになる。
【００５１】
このように、本実施形態では、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に吸引電流を供給することで弁体１９やアーマチャ２８を備える可動部を変位させる。これは、上記電子制御装置５０によって、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に対する通電制御に用いる所望する吸引電流の値としての指令電流値を、弁体１９やアーマチャ２８の変位に応じて算出することによって行う。この際、これら閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に実際に流れる電流値が上記指令電流値となるように、駆動回路７０を用いたフィードバック制御を行う。図２に、この駆動回路７０を用いたフィードバック制御について説明する。
【００５２】
同図２において、コイル部は、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６及びアーマチャ２８間の伝達関数であり、Ｌはコイル４２，４６及びアーマチャ２８間のインダクタンスを、また、Ｒはコイル４２，４６の抵抗を示す。そして、この図２に示すように、本実施形態では、フィードバック制御として、Ｐ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御を行う。すなわち、上記電子制御装置５０から供給される指令電流値と上記閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６に実際に流れる電流値との偏差に比例した電流をコイル４２，４６に供給する。
【００５３】
これは、詳しくは、指令電流値とコイル４２，４６に実際に流れる電流の値との偏差にフィードバックゲインとしての比例ゲインを乗算した値を有する電圧をコイル４２，４６に印加することで行う。そして、このフィードバック制御を行う際には、このフィードバック制御がコイル４２，４６に実際に流れる電流に反映される際の電流応答性を高く維持することと、ハンチング等を回避して同制御を安定に行うこととの両立を図る。そして、こうした要求事項を満たすようにして上記比例ゲインを設定する。
【００５４】
次に、図２に示すフィードバック制御にかかる系について、その比例ゲインの設定態様について考察する。この系の伝達関数は、
Ｐ／（Ｌｓ＋Ｒ＋Ｐ）…（１）
と表記される。この式（１）で表記される伝達関数に基づいて、ハンチングを回避しつつ高い電流応答性を有するように比例ゲインＰを設定する。ここで、上式（１）で表記される伝達関数には、コイル４２，４６のインダクタンスＬが含まれている。そして、このインダクタンスＬは、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔によって変化する。
【００５５】
以下、このインダクタンスＬと、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔との関係について、開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８とを例として用いて図３を用いて説明する。
【００５６】
開駆動用電磁石６２からアーマチャ２８に電磁力が作用する際には、図３に示すような磁路が形成される。この磁路における磁気抵抗のうち、間隔ｘを有する開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間の部分の抵抗ηは、空気の透磁率をμ、開駆動用電磁石６２のアーマチャ２８と対向する面の面積Ｓを用いて、
η＝２ｘ／μＳ　　　…（２）
と表記される。したがって、開駆動用電磁石６２及びアーマチャ２８、並びにそれらの間の磁路の磁気抵抗ηＴは、開駆動用電磁石６２の磁気抵抗とアーマチャ２８の磁気抵抗とをＫとすると、
ηＴ＝Ｋ＋２ｘ／μＳ　　　…（３）
と表記される。したがって、コイル４６のインダクタンスＬは、
Ｌ＝Ｎ２／（Ｋ＋２ｘ／μＳ）　　…（４）
と表記される。この式（４）から、コイル４６のインダクタンスＬは、開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間の間隔ｘに反比例するものとなることがわかる。
【００５７】
このように、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６のインダクタンスは、これら閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に依存して変化する。このため、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６に実際に流れる電流の値が指令電流値となるようにフィードバック制御を行う際、同コイル４２，４６に実際に流れる電流の同フィードバック制御に対する応答態様は、上記間隔に依存する。
【００５８】
そこで本実施形態では、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に応じて上記フィードバック制御の制御態様を動的に変更する。換言すれば、このフィードバック制御にかかる比例ゲインを、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に応じて可変設定する。
【００５９】
これにより、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔の変化によって閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６のインダクタンスが変化したとしても、上記間隔に応じて、それぞれ適切な比例ゲインを設定することが可能となる。
【００６０】
図４に、上記態様にてフィードバック制御を行う駆動回路７０の構成を模式的に示す。同図４において、コイル部Ｃは、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６を、便宜的にその伝達関数として示す。そして、駆動回路７０では、コイル部Ｃを実際に流れる電流（フィードバック電流Ｉｆ）と外部から与えられる指令電流Ｉａとの偏差（Ｉａ−Ｉｆ）に当たる電流がオペアンプ７１から切替部７２に出力される。この切替部７２は、上記オペアンプ７１の出力する電流を、複数（ここでは、６個）の比例ゲイン（Ｐ１，Ｐ２，…）を有する乗算器７３〜７８のいずれかに選択的に出力する回路である。この切替部７２による比例ゲインの選択は、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔の検出値に相当する上記変位量センサ５２の検出値Ｘに基づいて行われる。そして、駆動回路７０では、フィードバック電流Ｉｆと指令電流Ｉａとの偏差に、選択された比例ゲインが乗算された値に相当する電圧をコイル部Ｃに印加する。
【００６１】
次に、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔の検出値に応じた比例ゲインの設定態様について考察する。
上述したように、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイルのインダクタンスは、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に依存する。このため、比例ゲインを固定とした場合、上式（１）に示す伝達関数のボード線図は、図５に示すものとなる。すなわち、上記間隔が小さいとき（インダクタンスＬ１）は、同間隔が大きいとき（インダクタンスＬ２）と比べて、この伝達関数のゲインが所定以上（例えば３ｄＢ）低下するときの周波数であるカットオフ周波数が低い（ω１＜ω２）。このカットオフ周波数は、当該伝達関数で表される制御の応答性と対応するため、このボード線図から、上記間隔が小さいとき（インダクタンスＬ１）は、同間隔が大きいとき（インダクタンスＬ２）と比べて周波数応答性が低いことがわかる。
【００６２】
ここで、上記間隔が小さいとき（インダクタンスＬ１）の電流応答性を向上させるべく、換言すればカットオフ周波数を上昇させるべく、比例ゲインを先の図５におけるＰａよりも大きなＰｂにすると、上式（１）の伝達関数のボード線図は、図６のようになる。すなわち、上記間隔が小さいとき（インダクタンスＬ１）のカットオフ周波数をω２まで上昇させることができるものの、このとき、間隔が大きいとき（インダクタンスＬ２）のカットオフ周波数は、ω２よりも更に大きなω３となる。
【００６３】
そして、この場合、間隔が大きいとき（インダクタンスＬ２）には、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に実際に流れる電流に振動（ハンチング）が生じるおそれがある。これは、コイル４２，４６と電気的に接続され、これを流れる実際の電流量を制御する駆動回路７０内の回路等の有する遅れ要素や外部からのノイズに起因する。
【００６４】
上記遅れ要素としては、例えば上記オペアンプ７１の共振によるものがある。このオペアンプ７１のボード線図を図７（ａ）に示す。この図７（ａ）に示すように、オペアンプ７１の伝達関数は、周波数ω３あたりに共振成分を有する。
【００６５】
そこで、このオペアンプ７１と上式（１）の伝達関数において比例ゲインをＰｂとしたものとを含んだ回路について、上記間隔が小さいとき（インダクタンスＬ１）の伝達関数のボード線図を図７（ｂ）に示す。同図７（ｂ）に示すように、この場合、先の図６に示したようにカットオフ周波数は、周波数ω２となる。そして、オペアンプ７１の共振が生じる周波数ω３あたりでは、伝達関数のゲインが十分に抑制されている。すなわち、この場合、オペアンプ７１の共振成分に起因した閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に実際に流れる電流に生じる振動（ハンチング）を十分に抑制することができる。
【００６６】
これに対し、このオペアンプ７１と上式（１）の伝達関数において比例ゲインをＰｂとしたものとを含んだ回路について、上記間隔が大きいとき（インダクタンスＬ２）の伝達関数のボード線図を図７（ｃ）に示す。同図７（ｃ）に示すように、この場合、先の図６に示したようにカットオフ周波数は、周波数ω３となる。そして、オペアンプ７１の共振が生じる周波数ω３あたりで、伝達関数のゲインが十分に抑制されない。したがって、この場合、オペアンプ７１の共振成分に起因して閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に実際に流れる電流に振動（ハンチング）が生じることとなる。
【００６７】
また、例えば、外部からのノイズは、比較的高い周波数を有しているため、比例ゲインが過度に大きいと、このノイズの周波数領域においても伝達関数のゲインを十分に減衰させることができなくなる。
【００６８】
更に例えば、比例ゲインが過度に大きいと、伝達関数のコイル４２，４６や駆動回路７０内の回路等の伝達関数の位相遅れが１８０°を超えるようになり、これによっても閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に実際に流れる電流に振動（ハンチング）が生じることとなる。
【００６９】
このように、比例ゲインが過度に大きくなると、コイル４２，４６と電気的に接続され、これらに流れる実際の電流量を制御する駆動回路７０内の回路等の有する遅れ要素や外部からのノイズ等に起因にして、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に実際に流れる電流に振動（ハンチング）が生じることとなる。
【００７０】
そこで、本実施形態では、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔が大きいほど比例ゲインを小さな値に設定する。換言すれば、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔が大きいほど、指令電流Ｉａとフィードバック電流Ｉｆとの偏差に応じて閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２へ印加する電圧を小さな値に設定する。これにより、上記間隔に応じて適切な比例ゲインにてフィードバック制御を行うようにする。
【００７１】
詳しくは、この比例ゲインは、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２を実際に流れる電流に生じる振動（ハンチング）を十分に抑制できる範囲で、極力電流応答性を向上させる値に設定することが望ましい。少なくともこの電流応答性の設定は、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２を実際に流れる電流値が指令電流値へと収束する時間が、駆動回路７０に指令電流の与えられる周期よりも短いものとなるようにすることが望ましい。換言すれば、電子制御装置５０にて指令電流値が算出される算出周期よりも短いものとなるようにすることが望ましい。
【００７２】
ちなみに、本実施形態においては、所定時間毎に行われる駆動回路７０のフィードバック制御の実行周期は、上記電子制御装置５０内の中央処理装置の動作周期よりも短く設定されている。
【００７３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に応じて上記フィードバック制御の制御態様を動的に変更した。換言すれば、このフィードバック制御にかかる比例ゲインを、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に応じて可変設定した。これにより、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔の変化によって閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２のコイル４２，４６のコイルインダクタンスが変化したとしても、上記間隔に応じて、それぞれ適切な比例ゲインを設定することができるようになる。
【００７４】
（２）閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔が大きいほど比例ゲインを小さな値に設定した。換言すれば、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔が大きいほど、指令電流Ｉａとフィードバック電流Ｉｆとの偏差に応じて閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２へ印加する電圧を小さな値に設定した。これにより、上記間隔に応じて適切な比例ゲインにてフィードバック制御を行うことができるようになる。
【００７５】
（３）駆動回路７０のフィードバックの実行周期を、上記電子制御装置５０内の中央処理装置の動作周期よりも短く設定した。これにより、指令電流値が頻繁に変更され続けた場合等においても、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２に実際に流れる電流を指令電流値とすべく行われるフィードバック制御を好適に行うことができるようになる。また、中央処理装置の動作周波数に対して、このフィードバック制御からの制約を回避することもできる。
【００７６】
なお、本実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・複数の比例ゲインに対応した回路を備え、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔に応じて比例ゲインを段階的に切り替える代わりに、その間の間隔では、図８に示すように線形補間にて補間して比例ゲインを与えるようにしてもよい。また、補間は、線形補間に限らず、高次の補間であってもよい。これらの場合であっても、補間値は、閉駆動用電磁石６１や開駆動用電磁石６２とアーマチャ２８との間隔が大きいほど、比例ゲインが小さな値となるように設定することが望ましい。
【００７７】
・本実施形態では、所望とする吸引電流の値として指令電流値を駆動回路に与えるようにした。しかし、駆動回路は、必ずしも所望とする吸引電流の値を有する電流（指令電流）を受け取ってこれに基づいてフィードバック制御を行うものでなくてもよい。例えば、所望とする吸引電流の値の所定の分流に対応した電流を受け取るものであっても、電磁石を実際に流れる電流の所定の分流に対応した電流値との偏差をとるなどすることで、電磁石を実際に流れる電流を所望とする吸引電流の値となるようフィードバック制御することはできる。
【００７８】
・本実施形態では、Ｐ制御について例示したがこれに限らない。例えばＰＤ制御、ＰＩＤ制御等であってもよい。特に、電磁石のコイルとこれに対して通電制御する回路とを表す伝達関数が２次系として記述でき且つその減衰係数が小さい場合等、電磁石のコイルとこれに対して通電制御する回路からなる回路が振動的である場合には、Ｐ制御にＤ（微分）制御を加えることが望ましい。ここで、伝達関数が２次系として記述できる場合には、減衰項を大きくするようにＤゲインを設定する。
【００７９】
更に、古典制御に限らず、現代制御におけるフィードバック制御であってもよい。いずれにせよ、フィードバック制御にかかるフィードバックゲインを電磁石とアーマチャとの間隔に基づき可変設定することで、電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるように適切なフィードバック制御を行うことができる。そしてこの際、フィードバック制御にかかるフィードバックゲインを電磁石とアーマチャとの間隔に基づき可変設定する設定手段は、ハードウェア手段のみならず、ソフトウェア手段によって構成してもよい。
【００８０】
・電磁石とアーマチャとの間隔に応じたフィードバック制御の制御態様の動的な変更は、必ずしもフィードバックゲインを可変設定することによって行うものに限らない。例えば、電磁石とアーマチャとの間隔に応じて電磁石に実際に流れる電流のうち所定の分流をフィードバック電流として用いるとともに、その分流態様を電磁石とアーマチャとの間隔に応じて変更するようにしてもよい。これによっても、電磁石を実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値に近づくように定められる電磁石への電圧の印加態様が電磁石とアーマチャとの間隔に基づき可変設定されることとなる。
【００８１】
・電磁石に実際に流れる電流の値が所望とする吸引電流の値となるように適切なフィードバック制御を行う制御手段は、所望とする吸引電流の値を算出する電子制御装置と別のハードウェア手段（駆動回路７０）でなくてもよい。すなわち、例えば電子制御装置内の中央処理装置とこれで実行するプログラムを記憶するメモリとによって、制御手段を構成してもよい。
【００８２】
・制御手段に与えられる所望とする吸引電流（指令電流）は、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば開弁開始時において、閉駆動用電磁石６１へ吸引電流を流さないようにしてもよい。
【００８３】
・電磁駆動弁としては、先の図１に示したように一対の電磁石を備えるものに限らない。例えば可動部を一方の変位端に付勢する付勢手段と、同可動部を他方の変位端に駆動する電磁石とを備える構成であってもよい。
【００８４】
・電磁駆動弁としては、内燃機関の吸気弁及び排気弁として機能する弁体を開閉駆動するものに限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電磁駆動弁の制御装置の一実施形態の構成を示す断面図。
【図２】同実施形態におけるフィードバック制御を説明するブロック図。
【図３】電磁石とアーマチャとの間隔に応じてコイルのインダクタンスが変化することを説明するための断面図。
【図４】上記実施形態の駆動回路の構成を示すブロック図。
【図５】比例ゲインを一定としたときのコイルインダクタンスと同実施形態のゲイン特性との関係を示す図。
【図６】比例ゲインを一定としたときのコイルインダクタンスと同実施形態のゲイン特性との関係を示す図。
【図７】回路の遅れ要素を加えたときの同実施形態のゲイン特定を示す図。
【図８】同実施形態の変形例における電磁石とアーマチャとの間隔と比例ゲインとの関係を示す図。
【符号の説明】
１０…排気弁、１２…燃焼室、１４…排気ポート、１５…弁座、１６…傘部、１８…シリンダヘッド、１９…弁体、２０…弁軸、２１…電磁駆動部、２２…ロアリテーナ、２４…ロアスプリング、２６…アーマチャ軸、２８…アーマチャ、３０…アッパリテーナ、３２…アッパコア、３４…ロアコア、３６…アッパキャップ、３８…アッパスプリング、４０，４４…溝、４２…アッパコイル、４６…ロアコイル、５０…電子制御装置、５２…変位量センサ、６１…閉駆動用電磁石、６２…開駆動用電磁石、７０…駆動回路、７１…オペアンプ、７２…切替部、７２〜７８…乗算器。
【図１】
2004011852.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004011852.tif 000008
【図７】
2004011852.tif 000009
【図８】
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