(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸排気ポートに介装したバルブを電磁コイルによって吸引駆動する電磁駆動バルブに対し、リフトセンサの出力に基づくバルブリフト位置に応じて上記電磁コイルの通電電流を制御する電磁駆動バルブの制御装置において、
バッテリ電源の電圧を設定高電圧に昇圧し、上記電磁コイルに通電する過励磁用電源回路と、
上記電磁コイルを上記バッテリ電源に直結し、上記リフトセンサの出力とは無関係に上記電磁コイルに通電するバッテリ直結回路とを備え、
エンジン始動時には上記バッテリ直結回路によって上記電磁コイルを上記バッテリ電源に直結し、上記リフトセンサの出力とは無関係に上記電磁コイルに通電して上記バルブを作動させ、
エンジン始動後の正規バルブタイミング時には、上記電磁コイルを上記過励磁用電源回路に接続し、上記リフトセンサの出力に基づく上記バルブリフト位置に応じて上記電磁コイルの通電電流を制御して上記バルブを作動させる
ことを特徴とする電磁駆動バルブの制御装置。
【請求項２】
上記バッテリ直結回路による上記電磁コイルの電流を、電流センサの検出値に基づいて最大許容電流以下に抑えることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動バルブの制御装置。
【請求項３】
上記バッテリ直結回路に、上記電磁コイルの電流を徐々に増大させる電流調整部を設けることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動バルブの制御装置。
【請求項４】
上記リフトセンサの出力が変化しなくなったとき、上記電磁コイルを上記バッテリ直結回路から切り離し、上記電磁コイルの電流を所定のホールド電流に制御するホールド電流制御回路に接続することを特徴とする請求項１記載の電磁駆動バルブの制御装置。
【請求項５】
エンジンの吸排気ポートに介装したバルブを電磁コイルによって吸引駆動する電磁駆動バルブに対し、リフトセンサの出力に基づくバルブリフト位置に応じて上記電磁コイルの通電電流を所定の電流パターンで切り換え制御する電磁駆動バルブの制御装置において、  上記電流パターンを、コンデンサに蓄積した電荷を上記電磁コイルに供給してコイル電流を立ち上げた後、上記電磁コイルのコイル電流をバルブ全開位置あるいはバルブ全閉位置でのホールド電流に切り換えるパターンとし、
エンジン始動時に、上記コンデンサの充電電圧を正規バルブタイミング時よりも高くして上記電磁コイルの立ち上げ電流を大きくするとともに、上記ホールド電流を大きくすることを特徴とする電磁駆動バルブの制御装置。
【請求項６】
エンジン始動時に、上記コンデンサによる上記電磁コイルの通電時間を増加させる方向に電流切り換えタイミングを変更することを特徴とする請求項５記載の電磁駆動バルブの制御装置。
【請求項７】
エンジンの吸排気ポートに介装したバルブを電磁コイルによって吸引駆動する電磁駆動バルブに対し、各電磁コイル毎に電源を供給するコンデンサを備えた電磁駆動バルブの制御装置において、
エンジン始動時、バルブ吸引動作のために通電対象となる電磁コイルに、この通電対象となる電磁コイルのコンデンサと、通電対象でない他の電磁コイルのコンデンサとを共用して電源を供給することを特徴とする電磁駆動バルブの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸排気ポートに介装したバルブを電磁駆動によって開閉作動させる電磁駆動バルブの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンの吸排気バルブの開閉動作をカムシャフト等によって機械的に行う従来の動弁システムに対し、吸排気バルブを電磁的に駆動し、吸排気バルブの開閉タイミングを電子制御する動弁システムが開発されている。
【０００３】
この電磁駆動による動弁システムでは、バルブの作動を確実なものとするため、適切なタイミングで電磁コイルに通電する必要があり、また、応答性を向上するため、電磁コイルに通電する電流を的確に制御する必要がある。
【０００４】
例えば、特開平７−２２４６２４号公報には、リフトセンサ等の位置検出センサを用いてバルブのリフト位置を検出し、バルブのリフト量に応じて電磁コイルの通電電流を制御する技術が開示されており、また、特開平７−１６６８２８号公報には、プランジャを中立位置から上限位置又は下限位置まで吸引するのに十分な駆動電流に必要な電荷をコンデンサに蓄積し、始動時にコンデンサからの放電電流をソレノイドに供給して応答性を向上させる技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン始動時、バルブが停止した中立位置にある状態では、バルブの初期位置や必要な電流値のバラツキ等の情報が不明であり、また、バルブリフト位置を検出するセンサの出力値から全閉位置や全開位置を正確に把握することは困難である。
【０００６】
また、エンジン始動時には、通常の正規バルブタイミング時に比較して電磁コイルに対する要求電力が大きいため、過渡応答性向上を目的としてコンデンサに電力を貯え、このコンデンサの電力を電磁コイルに供給するようなシステムでは、エンジン始動時には、コンデンサ容量が不足して十分な電力を供給することができないといった問題が発生する。
【０００７】
すなわち、エンジン始動に、通常の電流制御で電磁駆動バルブを駆動しようとすると、適切な吸引力を得ることができず、バルブの作動が不確実なものとなる虞があり、コンデンサから電磁コイルに電流を供給するシステムでは、別途、大容量のコンデンサを用意する等の対策が必要となる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、バルブリフト位置を検出するセンサや電流を供給するコンデンサの容量に影響されることなく、エンジン始動時に確実にバルブを作動させることのできる電磁駆動バルブの制御装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、エンジンの吸排気ポートに介装したバルブを電磁コイルによって吸引駆動する電磁駆動バルブに対し、リフトセンサの出力に基づくバルブリフト位置に応じて上記電磁コイルの通電電流を制御する電磁駆動バルブの制御装置において、バッテリ電源の電圧を設定高電圧に昇圧し、上記電磁コイルに通電する過励磁用電源回路と、上記電磁コイルを上記バッテリ電源に直結し、上記リフトセンサの出力とは無関係に上記電磁コイルに通電するバッテリ直結回路とを備え、エンジン始動時には上記バッテリ直結回路によって上記電磁コイルを上記バッテリ電源に直結し、上記リフトセンサの出力とは無関係に上記電磁コイルに通電して上記バルブを作動させ、エンジン始動後の正規バルブタイミング時には、上記電磁コイルを上記過励磁用電源回路に接続し、上記リフトセンサの出力に基づく上記バルブリフト位置に応じて上記電磁コイルの通電電流を制御して上記バルブを作動させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記バッテリ直結回路による上記電磁コイルの電流を、電流センサの検出値に基づいて最大許容電流以下に抑えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記バッテリ直結回路に、上記電磁コイルの電流を徐々に増大させる電流調整部を設けることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記リフトセンサの出力が変化しなくなったとき、上記電磁コイルを上記バッテリ直結回路から切り離し、上記電磁コイルの電流を所定のホールド電流に制御するホールド電流制御回路に接続することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、エンジンの吸排気ポートに介装したバルブを電磁コイルによって吸引駆動する電磁駆動バルブに対し、リフトセンサの出力に基づくバルブリフト位置に応じて上記電磁コイルの通電電流を所定の電流パターンで切り換え制御する電磁駆動バルブの制御装置において、上記電流パターンを、コンデンサに蓄積した電荷を上記電磁コイルに供給してコイル電流を立ち上げた後、上記電磁コイルのコイル電流をバルブ全開位置あるいはバルブ全閉位置でのホールド電流に切り換えるパターンとし、エンジン始動時に、上記コンデンサの充電電圧を正規バルブタイミング時よりも高くして上記電磁コイルの立ち上げ電流を大きくするとともに、上記ホールド電流を大きくすることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、エンジン始動時に、上記コンデンサによる上記電磁コイルの通電時間を増加させる方向に電流切り換えタイミングを変更することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、エンジンの吸排気ポートに介装したバルブを電磁コイルによって吸引駆動する電磁駆動バルブに対し、各電磁コイル毎に電源を供給するコンデンサを備えた電磁駆動バルブの制御装置において、エンジン始動時、バルブ吸引動作のために通電対象となる電磁コイルに、この通電対象となる電磁コイルのコンデンサと、通電対象でない他の電磁コイルのコンデンサとを共用して電源を供給することを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項１記載の発明では、エンジン始動時、バッテリ直結回路によって電磁コイルをバッテリ電源に直結し、リフトセンサの出力とは無関係に電磁コイルへ通電して吸排気バルブを作動させ、エンジン始動後の正規バルブタイミング時には、リフトセンサの出力に基づくバルブリフト位置に応じて電磁コイルの通電電流を制御して吸排気バルブを作動させる。
【００１７】
この場合、請求項２に記載したように、電流センサの検出値に基づいて電磁コイルの電流を最大許容電流以下に抑える、あるいは、請求項３に記載したように、電流調整部によって電磁コイルの電流を徐々に増大させることが望ましく、また、請求項４に記載したように、リフトセンサの出力が変化しなくなったときには、電磁コイルの電流を所定のホールド電流に制御することで、過電流による不具合を回避することが望ましい。
【００１８】
また、請求項５記載の発明では、コンデンサに蓄積した電荷を供給してコイル電流を立ち上げた後、電磁コイルのコイル電流をバルブ全開位置あるいはバルブ全閉位置でのホールド電流に切り換える電流パターンで、リフトセンサの出力に基づくバルブリフト位置に応じて電磁コイルの電流を切り換え制御するが、エンジン始動時には、コンデンサの充電電圧を正規バルブタイミング時よりも高くすることで電磁コイルの立ち上げ電流を大きくし、さらに、ホールド電流を大きくすることで、確実に吸排気バルブを作動させる。この場合、コンデンサによる電磁コイルの通電時間を増加させる方向に電流切り換えタイミングを変更することが望ましい。
【００１９】
また、請求項７記載の発明では、エンジン始動時、バルブ吸引動作のために通電対象となる電磁コイルに、この通電対象となる電磁コイルに備えたコンデンサと、通電対象でない他の電磁コイルに備えたコンデンサとを共用して電源を供給し、エンジン始動後の正規バルブタイミング時には、各電磁コイルに備えた個々のコンデンサを用い、通電対象となる電磁コイルには、その通電対象となる電磁コイルに備えたコンデンサから電源を供給する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は駆動回路の構成図、図２は電磁駆動バルブ制御装置の全体構成図、図３は電磁コイルの駆動信号波形及びコイル電流波形を示す説明図である。
【００２１】
図２において、符号１は、エンジンの各気筒の吸気ポート及び排気ポートに介装される電磁駆動バルブであり、シリンダヘッド２のバルブステムガイド３に摺動自在に挿通されるバルブ４（吸気バルブあるいは排気バルブ）を開閉動作させるため、開弁用電磁コイル５と閉弁用電磁コイル６とが対向して配置されるツインコイル方式の電磁駆動バルブである。
【００２２】
上記電磁駆動バルブ１では、上記開弁用電磁コイル５がヨーク７に収納されて上記シリンダヘッド２側に配設され、各部材の個体間の寸法ばらつきを吸収して上記バルブ４のリフト量を調整するためのリフトアジャスタ８を介して上記閉弁用電磁コイル６を収納するヨーク９と結合されている。さらに、上記閉弁用電磁コイル６を収納するヨーク９の上部には、後述するアーマチュア１７を軸方向に移動させるためのガイド部を形成するとともに上記バルブ４のリフト量を検出するための渦電流式リフトセンサ１０を装着するケース１１が接合されている。
【００２３】
上記開弁用電磁コイル５の内部には、上記バルブ４のバルブヘッド４ａをバルブシート１２に押圧する方向に付勢する閉弁用スプリング１３が収納されている。この閉弁用スプリング１３は、上記バルブ４のバルブステム４ｂ端部にコッタピン１４を介して固着されるリテーナ１５と、上記シリンダヘッド２側の上記バルブステムガイド３周囲に形成された受け座部分との間に介装されている。尚、上記バルブステム４ｂ先端には、後述するクリアランス調整用のシム１６が装着されている。
【００２４】
また、上記電磁駆動バルブ１の上記リフトアジャスタ８によって形成される空間内には、上記開弁用電磁コイル５あるいは上記閉弁用電磁コイル６が励磁されたとき、これらからの磁力を受けて上記バルブ４を開閉動作させるための平板状のアーマチュア１７が配設されている。
【００２５】
上記アーマチュア１７の上記閉弁用電磁コイル６側の中心部には、アーマチュアステム１７ａが一体的あるいは別体で立設されており、このアーマチュアステム１７ａが上記閉弁用電磁コイル６内部に突出する上記ケース１１の円筒部分に設けられたアーマチュアステムガイド１８に摺動自在に挿通されている。また、上記アーマチュア１７と上記ケース１１の円筒部分基部に形成された受け部との間には、上記バルブヘッド４ａを上記バルブシート１２から離間する方向に付勢する開弁用スプリング１９が介装されている。
【００２６】
尚、上記開弁用電磁コイル５及び閉弁用電磁コイル６が共にＯＦＦの状態では、上記アーマチュア１７は、上記バルブステム４ｂ先端のシム１６に当接して上記閉弁用スプリング１３の付勢力と上記開弁用スプリング１９の付勢力とが釣り合う中立位置に止まっており、バルブ４は、バルブ半開状態で停止している。
【００２７】
さらに、上記アーマチュアステム１７ａの先端側は、細径のニードル状に形成されて上記リフトセンサ１０の被検出体であるリフトセンサ用ターゲット１７ｃとなっており、このリフトセンサ用ターゲット１７ｃの軸方向の動きが上記バルブ４のリフトとして上記リフトセンサ１０によって検出される。尚、上記リフトセンサ１０は、バルブリフト量に対してリニアな電圧を出力するものとする。
【００２８】
上記構成による電磁駆動バルブ１は、電磁駆動バルブ制御装置３０によって駆動制御される。すなわち、バルブ４を閉弁状態から開弁させるには、閉弁用電磁コイル６をＯＦＦとして所定のタイミングで開弁用電磁コイル５をＯＮする。これにより開弁用電磁コイル５に吸引力が発生し、アーマチュアが閉弁用スプリング１３の付勢力と開弁用スプリング１９の付勢力との釣り合い位置から更に開弁用電磁コイル５側に移動し、アーマチュア１７が開弁用電磁コイル５側に吸着されて停止したとき、バルブ４が最大リフト位置（バルブ全開位置）に達して開弁動作が完了する。
【００２９】
一方、バルブ４を開弁状態から閉弁させるには、開弁用電磁コイル５をＯＦＦとした後、所定のタイミングで閉弁用電磁コイル６をＯＮする。この閉弁動作では、閉弁用スプリング１３の付勢力と開弁用スプリング１９の付勢力との釣り合い位置への復帰力、及び、閉弁用電磁コイル６の吸引力により、アーマチュア１７が閉弁用電磁コイル６側に移動し、最終的にアーマチュア１７が閉弁用電磁コイル６側に吸着されて停止したとき、アーマチュア１７がバルブステム４ｂ先端のシム１６から離間して所定のクリアランスが形成され、閉弁用スプリング１３によってバルブヘッド４ａがバルブシート１２に押圧されて着座する（バルブ全閉）。
【００３０】
上記電磁駆動バルブ制御装置３０は、マイクロコンピュータ３１、マルチチャンネルのＤ／Ａ変換器と、このＤ／Ａ変換器に接続される比較回路と、ゲートによるロジック回路とによって構成される電磁コイル制御回路３３、ワンショットパルス発生回路とゲートによるロジック回路とで構成されるホールド電流制御回路３５を備えている。尚、図においては、１個の電磁駆動バルブ１を駆動する回路系統を代表して示しており、実際には、マイクロコンピュータ３１の後段に、同様の構成の回路がエンジンの吸排気バルブの数に応じた系統数だけ備えられている。
【００３１】
上記マイクロコンピュータ３１では、エンジン始動時、閉弁用電磁コイル駆動回路３６及び開弁用電磁コイル駆動回路３７を直接制御して開弁用電磁コイル５や閉弁用電磁コイル６を駆動し、正規バルブタイミングでの制御に移行後は、エンジン回転数、アクセル開度、クランク角パルス、エンジン冷却水温等の各種データに基づいて各気筒の吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを演算し、電磁コイル制御回路３３へ吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期を決定するトリガレベルデータ（バルブリフト位置データ）信号を出力するとともに、上記ホールド電流制御回路３５へバルブ全開あるいはバルブ全閉の保持期間を定めるバルブホールド時間データ及びホールド電流をチョッパ制御するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を出力する。
【００３２】
このため、上記マイクロコンピュータ３１の入力側には、前述のリフトセンサ１０、イグニッションスイッチ（イグニッションＳＷ）４０、スタータスイッチ（スタータＳＷ）４１、クランク角センサ４２、電流センサ４３等が接続されるとともに、閉弁用電磁コイル駆動回路３６及び開弁用電磁コイル駆動回路３７の後述するコンデンサの電圧がモニタされる。
【００３３】
さらに、上記マイクロコンピュータ３１の出力側には、エンジン制御ユニット（図示せず）が接続されており、このエンジン制御ユニット対し、スタータモータの通電を許可するスタータモータ通電信号、電磁駆動バルブ１の制御が始動時制御を終了して正規バルブタイミングでの制御に切換ったことを通知し、燃料噴射及び点火時期を正規のタイミングで作動させるための正規タイミングバルブ作動信号が出力される。
【００３４】
電磁コイル制御回路３３では、上記マイクロコンピュータ３１からのトリガレベルデータをＤ／Ａ変換した値とリフトセンサ１０からの出力値とを比較回路で比較し、その比較結果に応じてゲートによるロジック回路で閉弁時あるいは開弁時の駆動パルス信号を生成する。この駆動パルス信号は、立ち上がり初期の吸排気バルブを加速させて過渡応答性を向上するための過励磁（一次過励磁）用の信号と、立ち上がり初期の過励磁電圧より若干低い高電圧で全閉あるいは全開に達する直前の速度を微調整する過励磁（二次過励磁）用の信号との２種類の信号が生成され、それぞれの信号がバルブリフトに応じたタイミングで閉弁用電磁コイル駆動回路３６あるいは開弁用電磁コイル駆動回路３７へ出力され、吸排気バルブの閉弁あるいは開弁初期の加速応答性を向上するとともに、全閉あるいは全開時に速度を微調整して衝撃を緩衝する。
【００３５】
ホールド電流制御回路３５では、電磁コイル制御回路３３からのバルブ全開あるいはバルブ全閉信号を受けて、マイクロコンピュータ３１からのバルブホールド時間データに相当するパルス幅のワンショットパルスを発生し、このワンショットパルスとＰＷＭ信号とのＡＮＤ出力を閉弁用電磁コイル駆動回路３６あるいは開弁用電磁コイル駆動回路３７へ出力する。すなわち、マイクロコンピュータ３１によって指示される時間だけＰＷＭ信号を、閉弁用電磁コイル駆動回路３６あるいは開弁用電磁コイル駆動回路３７へ出力する。
【００３６】
上記閉弁用電磁コイル駆動回路３６、及び開弁用電磁コイル駆動回路３７では、上記電磁コイル制御回路３３から出力される駆動パルス信号に基づき、高電圧での過励磁を行ってコイル電流の立ち上げを迅速化して必要な吸引力を確保し、全閉位置あるいは全開位置に達したとき、上記ホールド電流制御回路３５から出力されるＰＷＭ信号に基づいてチョッパ制御を行い、規定のホールド電流を維持する。
【００３７】
閉弁用電磁コイル駆動回路３６及び開弁用電磁コイル駆動回路３７は、図１に示すように、同様の構成であり、閉弁用電磁コイル駆動回路３６で説明すると、バッテリ電源７１にチャージャ制御部７２ａを介して高圧電源チャージャ７３ａが接続され、この高圧電源チャージャ７３ａに、ダイオード７５ａを介して一次過励磁用電源をチャージするコンデンサ７６ａが接続されているとともに、ダイオード７９ａを介して二次過励磁用電源をチャージするコンデンサ８０ａが接続されている。
【００３８】
上記チャージャ制御部７２ａは、マイクロコンピュータ３１からのチャージ信号によって上記高圧電源チャージャ７３ａを作動させ、上記高圧電源チャージャ７３ａの出力側に接続された充電電圧検出部７４ａからの信号に基づいて、上記バッテリ電源７１の電圧を設定高電圧（例えば、１２０Ｖ）に昇圧させ、上記各コンデンサ７６ａ，８０ａへ充電する。
【００３９】
一次過励磁用電源をチャージするコンデンサ７６ａには、ＮＰＮ型パワートランジスタ７７ａのコレクタが接続されており、このパワートランジスタ７７ａのエミッタがダイオード７８ａを介して閉弁用電磁コイル６に接続され、吸気バルブあるいは排気バルブの立ち上がり初期の区間で、ベースに電磁コイル制御回路３３から一次過励磁用駆動パルス信号が入力される。
【００４０】
また、二次過励磁用電源をチャージするコンデンサ８０ａには、ＮＰＮ型パワートランジスタ８１ａのコレクタが接続されており、このパワートランジスタ８１ａのエミッタがダイオード８２ａを介して閉弁用電磁コイル６に接続され、吸気バルブあるいは排気バルブの全閉に達する直前の区間で、ベースに電磁コイル制御回路３３から二次過励磁用駆動パルス信号が入力される。
【００４１】
また、上記バッテリ電源７１にホールド電流制御用のＮＰＮ型パワートランジスタ８３ａのコレクタが接続されており、このパワートランジスタ８３ａのエミッタがダイオード８４ａを介して閉弁用電磁コイル６に接続され、バルブ全閉の区間で、ベースにホールド電流制御回路３５からのＰＷＭ信号が入力される。
【００４２】
さらに、上記バッテリ電源７１に始動時専用のＮＰＮ型パワートランジスタ８５ａのコレクタが接続され、このパワートランジスタ８５ａのエミッタがダイオード８６ａを介して閉弁用電磁コイル６に接続され、エンジン始動時、ベースにマイクロコンピュータ３１からトリガ信号が入力される。
【００４３】
開弁用電磁コイル駆動回路３７も同様であり、チャージャ制御部７２ｂ、高圧電源チャージャ７３ｂ、充電電圧検出部７４ｂ、一次過励磁電源用コンデンサ７６ｂ、二次過励磁電源用コンデンサ８０ｂ、一次過励磁用パワートランジスタ７７ｂ、二次過励磁用パワートランジスタ８１ｂ、ホールド電流制御用パワートランジスタ８３ｂ、始動時専用パワートランジスタ８５ｂ、ダイオード７５ｂ，７８ｂ，７９ｂ，８２ｂ，８４ｂ，８６ｂが備えられている。
【００４４】
すなわち、電磁コイル１の駆動信号は、図３に示すように、正規バルブタイミングでの制御時、マイクロコンピュータ３１からのトリガレベルデータと、リフトセンサ１０で検出したバルブリフト位置との比較結果に応じて波形が変化し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４区間で変化する。尚、図３においては、閉弁動作に対するトリガレベルデータＶ１〜Ｖ４、駆動信号波形を示すが、開弁動作においても同様である。
【００４５】
電磁コイルをＯＮして非励磁状態から励磁する初期のＡ区間（一次過励磁区間）では、コイル電流を立ち上げ、アーマチュア１７を停止位置から吸引するのに十分な吸引力を確保してアーマチュア１７を加速する。次のＢ区間では、全閉時の衝撃（バルブ着座による衝撃）あるいは全開時の衝撃（アーマチュア１７のヨーク７への衝突による衝撃）を緩和するため一時的にＯＦＦしてアーマチュア１７を減速させる。
【００４６】
そして、全閉直前あるいは全開直前のＣ区間（二次過励磁区間）で、再び電磁コイルをＯＮしてアーマチュア１７の速度を微調整するとともに、アーマチュア１７が全閉位置あるいは全開位置に達するのに必要な吸引力を得るためのコイル電流を立ち上げ、このＣ区間に続くＤ区間でパルス幅変調（ＰＷＭ）信号によるチョッパ制御を行って全閉あるいは全開位置でのコイル電流を規定のホールド電流に制御し、消費電力を低減するとともに電磁コイルの発熱を抑制する。
【００４７】
以上の電磁駆動バルブ制御装置３０では、エンジン始動時、リフトセンサ１０の出力が安定するまでの間、バルブリフト位置を正確に把握できないことから、電磁コイル制御回路３３を介さずにマイクロコンピュータ３１によって開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６を駆動し、リフトセンサ１０によるバルブリフト位置の確認がなされた後、初めて電磁コイル制御回路３３を介して開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６を駆動する。
【００４８】
すなわち、エンジン始動時には、マイクロコンピュータ３１から電磁コイル制御回路３３に出力するトリガレベルデータを、実質的に電磁コイル制御回路３３の作動を停止状態とするデータとする一方、閉弁用電磁コイル駆動回路３６の始動時専用パワートランジスタ８５ａあるいは開弁用電磁コイル駆動回路３７の始動時専用パワートランジスタ８５ｂのベースにハイレベルのトリガ信号を出力してＯＮする。
【００４９】
これにより、図３に示すように、一次過励磁用電源や二次過励磁用電源を使用せずに、開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６をバッテリ電源７１に直結して通電し、半開状態で中立位置にあるバルブ４を確実に開弁あるいは閉弁させることができる。尚、一旦、バルブ４が中立点から全閉位置あるいは全開位置に達した後、リフトセンサ１０の出力が安定するまでの間は、例えば、図３に破線で示すように、正規バルブタイミング時の一次過励磁開始タイミングよりも早いタイミングで開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６をＯＮする等して確実にバルブ４を作動させることが望ましい。
【００５０】
この場合、イグニッションスイッチ４０がＯＮされたとき、直ちにマイクロコンピュータ３１によって開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６にバッテリ電源７１から直接通電しても良く、あるいは、イグニッションスイッチ４０及びスタータスイッチ４１がＯＮされてスタータモータが起動され、エンジン回転数が所定回転数に達したときに、マイクロコンピュータ３１によって開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６にバッテリ電源７１から直接通電するようにしても良い。
【００５１】
さらに、マイクロコンピュータ３１では、開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６にバッテリ電源７１から直接給電すると同時にリフトセンサ１０の出力をモニタし、リフトセンサ１０の出力が変化しなくなったとき、ホールド電流制御回路３５を介してＰＷＭ信号を閉弁用電磁コイル駆動回路３６のホールド電流制御用パワートランジスタ８３ａあるいは開弁用電磁コイル駆動回路３７のホールド電流制御用パワートランジスタ８３ｂのベースに出力し、コイル電流をホールド電流に切り換える。
【００５２】
そして、コイル電流をホールド電流に切り換えた後もリフトセンサ１０の出力が変化しない場合、アーマチュア１７が全閉位置あるいは全開位置で吸引されていると判断し、このときのリフトセンサ１０の出力を全閉位置あるいは全開位置での出力値としてキャリブレーションを行う。
【００５３】
この場合、バッテリ電源７１直結でのコイル電流が最大許容電流を超えないよう、電流センサ４３からの出力によって始動時専用パワートランジスタ８５ａ，８５ｂのベースに出力するトリガ信号を制御することが望ましく、例えば、最大許容電流を超えたときトリガ信号をローレベルとして通電ＯＦＦ、最大許容電流以下になったときトリガ信号をハイレベルとして通電ＯＮとし、このＯＮ，ＯＦＦによるスイッチングでコイル電流を最大許容電流を超えないよう制御する。
【００５４】
本形態では、リフトセンサ１０の出力からバルブリフト位置を正確に特定困難なエンジン始動時、電磁コイルをバッテリ電源７１に直結してバルブ４を作動させるため、特定のバルブリフト位置でコイル電流を切り換え制御することを前提とした正規バルブタイミング時の過渡特性向上用の電流を供給するコンデンサを使用して動作が不確実になることがなく、極めて簡単なデバイスの追加のみでエンジン始動時に電磁コイルに長時間大電流を流すことができ、確実にバルブ４を吸引することができる。
【００５５】
また、コイル電流を最大許容電流以下に抑えるとともに、リフトセンサ１０の出力変化からバルブ４を略全開位置あるいは略全閉位置に吸引したと判断される場合には、コイル電流をホールド電流に切り換えるため、過電流による電磁コイルの不具合を防止することができる。
【００５６】
図４は本発明の実施の第２形態に係わり、駆動回路の構成図である。
【００５７】
本形態は、エンジン始動時に、マイクロコンピュータ３１によって直接駆動する開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６のコイル電流を徐々に増加させるものである。
【００５８】
このため、図４に示すように、本形態の閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ａ及び開弁用電磁コイル駆動回路３７Ａでは、第１形態の閉弁用電磁コイル駆動回路３６及び開弁用電磁コイル駆動回路３７を若干変更し、バッテリ電源７１と始動時専用パワートランジスタ８５ａ，８５ｂのコレクタとの間に、それぞれバッテリ電源７１からの電流を調整する直結電流調整部８７ａ，８７ｂを設ける。
【００５９】
すなわち、エンジン始動時、始動時専用パワートランジスタ８５ａ，８５ｂをＯＮして閉弁用電磁コイル６あるいは開弁用電磁コイル５をバッテリ電源７１に直結して通電する際、直結電流調整部８７ａ，８７ｂでバッテリ電源７１からの電流を徐々に増加させ、リフトセンサ１０の出力が急に激しく変化したとき、電流増加を止める。
【００６０】
そして、リフトセンサ１０の出力が変化しなくなったとき、電流値を減少させ、その状態でリフトセンサ１０の出力変化がなければ、リフトセンサ１０の出力を全開位置あるいは全閉位置の値として採用する。
【００６１】
本形態では、吸引時にコイル電流を徐々に増加させるため、必要最小限の電流増加で済み、電磁コイルへの過電流を確実に防止することができる。
【００６２】
図５及び図６は本発明の実施の第３形態に係わり、図５は駆動回路の構成図、図６は始動時専用電流発生パターンの説明図である。
【００６３】
前述の第１，第２形態では、エンジン始動時、開弁用電磁コイル５あるいは閉弁用電磁コイル６をバッテリ電源７１に直結してバルブ吸引を行うようにしているが、本形態では、エンジン始動時のコイル電流発生パターンを正規バルブタイミングでのコイル電流発生パターンと異なるものとし、バルブ吸引を行うものである。
【００６４】
エンジン始動時のコイル電流発生パターンの変更は、ピーク電流値を変更するようにしており、本形態の閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｂ及び開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｂでは、図５に示すように、第１形態の閉弁用電磁コイル駆動回路３６及び開弁用電磁コイル駆動回路３７に対して始動時専用パワートランジスタ８５ａ，８５ｂを廃止し、バッテリ電源７１とホールド電流制御用パワートランジスタ８３ａ，８３ｂのコレクタとの間に、それぞれホールド電流増幅部８８ａ，８８ｂを設ける。
【００６５】
すなわち、エンジン始動時、バルブ４が中立点にある半開状態ではアーマチュア１７と電磁コイルとの間の空隙が大きいため、正規バルブタイミング時の通常の過励磁で供給されるコイル電流ではアーマチュア１７を確実に吸引できない虞がある。このため、本形態では、エンジン始動時、一次過励磁電源用コンデンサ７６ａ，７６ｂのチャージ電圧を通常よりも高くし、図６に示すように、一次過励磁電圧を高くしてピーク電流値を大きくすることで、バルブ４が中立点にある場合にもアーマチュア１７を確実に吸引できるようにする。
【００６６】
また、本形態では、マイクロコンピュータ３１から電磁コイル制御回路３３に与えるトリガレベルデータを正規バルブタイミング時のデータから変更し、一次過励磁をＯＦＦするタイミングを通常よりも遅くするとともに、確実にホールド電流まで立ち上げるために二次過励磁を開始するタイミングを通常よりも早くする。尚、エンジン始動時、一旦、バルブ４が中立点から全閉位置あるいは全開位置に達した後、リフトセンサ１０の出力が安定するまでの間は、図６に破線で示すように、一次過励磁の開始タイミングを通常よりも早くして確実にバルブ４を作動させる。
【００６７】
さらに、一次過励磁電圧を高くしてアーマチュア１７が確実に吸引されるようにしたことから、二次過励磁電源用コンデンサ８０ａ，８０ｂのチャージ電圧は通常よりも低めに設定し、不用意な吸引力発生による全閉あるいは全開位置でのアーマチュア１７のバウンスを抑えるとともに、ホールド電流増幅部８８ａ，８８ｂでホールド電流を通常よりも大きくし、アーマチュア１７が多少バウンスしても確実に全閉位置あるいは全開位置を保持できるようにする。そして、リフトセンサ１０の出力が安定し、全閉位置や全開位置を確実に検出可能となった後、ホールド電流を通常の値に戻す。
【００６８】
本形態では、リフトセンサ１０の出力からバルブリフト位置を正確に特定困難なエンジン始動時には、正規バルブタイミング時に対して電流切り換えのスイッチングタイミングやピーク電流値を確実にバルブ４を作動可能な値に変更するため、同じ回路構成でエンジン始動時にも正規バルブタイミング時にも対処することができる。
【００６９】
図７は本発明の実施の第４形態に係わり、始動時コンデンサ共用駆動回路の構成図である。
【００７０】
本形態は、エンジン始動時に最初にアーマチュア１７を吸引する際、通常の作動時に比較して電源用コンデンサに対する要求容量が大きいことを考慮し、一つの電磁駆動バルブ１の最初の吸引に対して複数のコイルの電源用コンデンサを共用するものである。
【００７１】
電源用コンデンサの共用は、一つの電磁駆動バルブ１における開弁用電磁コイル５と閉弁用電磁コイル６とで電源用コンデンサを共用する、同一気筒の複数の電磁駆動バルブ１で電源用コンデンサを共用する、吸気用と排気用との２系統で電源用コンデンサを共用する、開弁用と閉弁用との２系統で電源用コンデンサを共用する、一つのエンジンで全ての電磁コイルの電源用コンデンサを共用する等、実際のシステムに即して共用するコンデンサの数や系統が適宜設定されるが、いずれの場合においても、バルブ作動のために通電対象となる電磁コイルに対し、この通電対象電磁コイルのコンデンサと通電対象でない他の電磁コイルのコンデンサとを共用して電源を供給する。
【００７２】
以下、本形態では、同一の電磁駆動バルブ１における開弁用電磁コイル５と閉弁用電磁コイル６とで電源用コンデンサを共用するものとし、始動時コンデンサ共用駆動回路としての閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃ及び開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃでは、第１形態の閉弁用電磁コイル駆動回路３６及び開弁用電磁コイル駆動回路３７の始動時専用パワートランジスタ８５ａ，８５ｂ、及びダイオード８６ａ，８６ｂを廃止し、コンデンサ共用のためのＮＰＮ型パワートランジスタ８９ａ，８９ｂ、ダイオード９０ａ，９０ｂを使用する。
【００７３】
すなわち、図７に示すように、閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃの一次過励磁電源用コンデンサ７６ａに、コンデンサ共用のためのＮＰＮ型パワートランジスタ８９ａのコレクタを接続し、このパワートランジスタ８９ａのエミッタをダイオード９０ａを介して開弁用電磁コイル５に接続するとともに、開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃの一次過励磁電源用コンデンサ７６ｂに、コンデンサ共用のためのＮＰＮ型パワートランジスタ８９ｂのコレクタを接続し、このパワートランジスタ８９ｂのエミッタをダイオード９０ｂを介して閉弁用電磁コイル６に接続する。
【００７４】
以上の閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃ及び開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃでは、通電対象側の電磁コイルに対して非通電側の一次過励磁電源用コンデンサを併用するには、通電対象側の電磁コイルに対する一次過励磁用駆動パルス信号に同期して非通電側の一次過励磁電源用コンデンサに接続されたパワートランジスタをＯＮする必要がある。
【００７５】
このため、例えば、閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃ側では、コンデンサ共用のためのパワートランジスタ８９ａのベースに、マイクロコンピュータ３１からのコンデンサ共用を指示する始動時共通信号と、開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃの一次過励磁用パワートランジスタ７７ｂのベースに出力される電磁コイル制御回路３３からの一次過励磁用駆動パルス信号とを、図示しないＡＮＤゲートを介して入力するよう構成する。
【００７６】
一方、開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃ側では、コンデンサ共用のためのパワートランジスタ８９ｂのベースに、マイクロコンピュータ３１からのコンデンサ共用を指示する始動時共通信号と、閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃの一次過励磁用パワートランジスタ７７ａのベースに出力される電磁コイル制御回路３３からの一次過励磁用駆動パルス信号とを、図示しない他のＡＮＤゲートを介して入力するよう構成する。
【００７７】
すなわち、エンジン始動時、各一次過励磁電源用コンデンサ７６ａ，７６ｂの充電が完了し、閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃを介してバルブ４を閉弁動作させる場合には、マイクロコンピュータ３１からコンデンサ共用を指示するハイレベルの信号を図示しないＡＮＤゲートを介して開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃに出力する。
【００７８】
そして、電磁コイル制御回路３３から一次過励磁用駆動パルス信号が閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃに出力されると、この一次過励磁用駆動パルス信号によって閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃの一次過励磁用パワートランジスタ７７ａがＯＮするが、このとき、同時に、開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃのコンデンサ共用のためのパワートランジスタ８９ｂもＯＮする。
【００７９】
その結果、閉弁用電磁コイル６には、閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃの一次過励磁電源用コンデンサ７６ａから高電圧の電源が供給されるとともに、開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃの一次過励磁電源用コンデンサ７６ｂからも高電圧の電源が供給される。
【００８０】
従って、閉弁用電磁コイル６には、２つの一次過励磁電源用コンデンサ７６ａ，７６ｂを合成した大容量のコンデンサから電源が供給されることになり、バルブ４が半開の中立位置にあるような状態においても、十分な電力を供給することができ、確実にバルブ４を作動させることできる。
【００８１】
エンジン始動時にバルブ４を最初に開弁動作させる場合も同様であり、マイクロコンピュータ３１から図示しないＡＮＤゲートを介して閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃに出力されるコンデンサ共用を指示するハイレベルの信号と、電磁コイル制御回路３３から開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃに出力される一次過励磁用駆動パルス信号とにより、開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃの一次過励磁用パワートランジスタ７７ｂをＯＮするとともに、閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃのコンデンサ共用のためのパワートランジスタ８９ａをＯＮすることで、開弁用電磁コイル５に、開弁用電磁コイル駆動回路３７Ｃの一次過励磁電源用コンデンサ７６ｂと閉弁用電磁コイル駆動回路３６Ｃの一次過励磁電源用コンデンサ７６ａとから高電圧の電源を供給する。
【００８２】
本形態では、複数のコイルの電源用コンデンサを共用するため、エンジン始動時にバルブ吸引のために要求される大きな電力に対し、始動時専用に大容量のコンデンサを設けることなく、通常の正規バルブタイミング時に必要な最小限のコンデンサで必要なコンデンサ容量を確保することができ、確実にバルブ４を作動させることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし６記載の発明によれば、バルブリフト位置を検出するセンサの出力からバルブリフト位置を正確に特定困難なエンジン始動時にも確実にバルブを作動させることができる。また。請求項７記載の発明によれば、コンデンサに貯えた電力を電磁コイルに供給して応答性を改善するシステムにおいても、エンジン始動時にバルブ吸引のために要求される大きな電力に対し、始動時専用に大容量のコンデンサを設けることなく、通常の正規バルブタイミング時に必要な最小限のコンデンサで必要なコンデンサ容量を確保することができ、確実にバルブを作動させることができる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、駆動回路の構成図
【図２】同上、電磁駆動バルブ制御装置の全体構成図
【図３】同上、電磁コイルの駆動信号波形及びコイル電流波形を示す説明図
【図４】本発明の実施の第２形態に係わり、駆動回路の構成図
【図５】本発明の実施の第３形態に係わり、駆動回路の構成図
【図６】同上、始動時専用電流発生パターンの説明図
【図７】本発明の実施の第４形態に係わり、始動時コンデンサ共用駆動回路の構成図
【符号の説明】
１…電磁駆動バルブ
４…バルブ
５，６…電磁コイル
３１…マイクロコンピュータ
３３…電磁コイル制御回路
３６，３７…電磁コイル駆動回路
７１…バッテリ電源
７６ａ，７６ｂ…コンデンサ
８５ａ，８５ｂ…始動時専用パワートランジスタ
【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】
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