(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の機関バルブであって電磁石の電磁力によって開閉駆動される機関バルブの駆動制御装置において、
前記機関バルブの実作動状態が目標作動状態と一致するように、これら実作動状態及び目標作動状態に応じて前記電磁石の通電制御を行い同電磁石の電磁力を制御する制御手段と、
前記機関バルブに加わる外力の大きさを推定する推定手段と、
前記推定される外力の大きさに応じて前記電磁力を変更すべく、前記推定される外力の大きさを加味して前記機関バルブの目標作動状態を設定する設定手段と、
を備え、
前記推定手段は、非通電状態となった前記電磁石に対して通電を開始する前の前記機関バルブの実作動状態に基づき前記外力の大きさを推定する
ことを特徴とする機関バルブの駆動制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記実作動状態と前記目標作動状態との偏差に応じた電流値であるフィードバック電流を算出し、その算出されるフィードバック電流に基づき前記電磁石を通電制御する
請求項１記載の機関バルブの駆動制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記機関バルブと前記電磁石との間のエアギャップが大きいときほど、前記フィードバック電流を算出する際のフィードバックゲインを大きく設定する
請求項２記載の機関バルブの駆動制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記フィードバック電流に加え、前記実作動状態を前記目標作動状態とするための電流値としてフィードフォワード電流を算出し、その算出されるフィードフォワード電流に基づき前記電磁石を通電制御する
請求項２又は３に記載の機関バルブの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関バルブの駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の吸気弁や排気弁といった機関バルブを電磁石の電磁力に基づいて駆動制御するようにした装置が知られている。この種の駆動装置にあっては、機関バルブの駆動に際して、良好な作動安定性を確保することに加え、その駆動に伴う電力消費を極力抑えること、機関バルブがその変位端に達するとき、即ち全閉或いは全開状態になるときに発生する騒音を抑えること等が望まれる。
【０００３】
そこで、特開平９−２１７８５９号公報に記載される装置にあっては、機関バルブの実作動状態を検出するとともに、その実作動状態が目標作動状態と一致するように電磁石の電磁力を制御するようにしている。こうした制御により、電磁石の電磁力は上述したような各種の要求に見合った大きさに制御されるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の装置によるように、電磁石の電磁力を制御する際には、例えば機関バルブの実変位と目標変位との間の変位偏差が求められ、この変位偏差に基づいて、電磁力が機関バルブの実変位を目標変位とする上で適切な大きさになるように電磁石が通電制御される。例えば、この変位偏差が大きい場合には、より大きな電磁力によって機関バルブが開閉駆動されるように、電磁石の励磁電流が増大される。
【０００５】
但し、機関バルブには、燃焼室内の内圧や吸気圧、或いは排気圧に応じた力等の外力が作用している。このため、外力と目標変位といった目標作動状態との関係が適切でないと、電磁石の励磁電流が過度に増大され、消費電力量の増大やその開閉に伴う騒音の発生を招いたり、或いは必要な機関バルブの駆動力に対し電磁力が不足し、機関バルブの作動安定性を確保できなくなるおそれがある。
【０００６】
例えば機関バルブに加わる外力が小さいときに対応して上記各種要求に見合うよう目標変位を設定すると、機関バルブに加わる外力が大きいときには機関バルブの変位速度が小さくなるため、実変位が目標変位通りに追従せず、電磁石の励磁電流が過度に増大される。その結果、消費電力量の増大やその開閉に伴う騒音の発生を招くこととなる。一方、機関バルブに加わる外力が大きいときに対応して上記各種要求に見合うよう目標変位を設定すると、機関バルブに加わる外力が小さいときには機関バルブの変位速度が大きくなるため、機関バルブの変位を抑えるように電磁石の励磁電流が減少される。このため、必要な機関バルブの駆動力に対し電磁力が不足し、機関バルブの作動安定性を確保できなくなるおそれがある。
【０００７】
この発明はこうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関バルブに働く外力に係わらず、同バルブの作動安定性を確保することができ、且つ同バルブを駆動するための消費電力の増大や同バルブの開閉に伴う騒音の発生を抑制することのできる機関バルブの駆動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。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関の機関バルブであって電磁石の電磁力によって開閉駆動される機関バルブの駆動制御装置において、前記機関バルブの実作動状態が目標作動状態と一致するように、これら実作動状態及び目標作動状態に応じて前記電磁石の通電制御を行い同電磁石の電磁力を制御する制御手段と、前記機関バルブに加わる外力の大きさを推定する推定手段と、前記推定される外力の大きさに応じて前記電磁力を変更すべく、前記推定される外力の大きさを加味して前記機関バルブの目標作動状態を設定する設定手段と、を備え、前記推定手段は、非通電状態となった前記電磁石に対して通電を開始する前の前記機関バルブの実作動状態に基づき前記外力の大きさを推定するものとした。
【０００９】
上記の構成によれば、機関バルブの望ましい開閉作動が得られるよう、当該機関バルブの目標作動状態を同バルブに働く外力に応じて適切に設定することが可能になる。そのため、機関バルブの実作動状態が上記目標作動状態と一致するように電磁石を通電制御することで、機関バルブが上記外力に対応した適切な電磁力をもって駆動されるようになる。従って、必要な機関バルブの駆動力に対し電磁力が不足して同バルブの作動安定性を確保できなくなるのを抑制するとともに、過剰な電磁力で機関バルブが駆動されることに伴い電力消費量が増大したり開閉時に騒音及び振動が発生したりするのを抑制することができる。また、機関バルブに働く外力を推定するために新たにセンサを設ける必要がなくなる。
【００１０】
なお、ここでいう機関バルブの作動状態とは、例えばバルブの駆動速度や変位によって表されるものである。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記実作動状態と前記目標作動状態との偏差に応じた電流値であるフィードバック電流を算出し、その算出されるフィードバック電流に基づき前記電磁石を通電制御するものとした。
【００１１】
上記の構成によれば、機関バルブに働く外力を加味して設定された目標作動状態に対して同バルブの実作動状態が一致するよう、機関バルブを駆動するための電磁石の通電制御に用いられるフィードバック電流が算出される。そして、このフィードバック電流に基づき電磁石を通電制御することで、機関バルブが外力に対応した適切な電磁力をもって駆動されるようになるため、同電磁力の不足や過剰に伴う不具合を的確に抑制することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記制御手段は、前記機関バルブと前記電磁石との間のエアギャップが大きいときほど、前記フィードバック電流を算出する際のフィードバックゲインを大きく設定するものとした。
【００１３】
機関バルブに作用する電磁力は同機関バルブと電磁石との間のエアギャップの大きさに応じて変化する。即ち、電磁石の励磁電流が同じ大きさであっても、エアギャップが大きくなるほど機関バルブに作用する電磁力は小さくなる。このエアギャップが大きいときほどフィードバックゲインを大きく設定する上記構成によれば、エアギャップの大きさに応じた適切な大きさの電磁力を発生させることができ、より高い追従性並びに収束性をもって実作動状態を目標作動状態に制御することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明において、前記制御手段は、前記フィードバック電流に加え、前記実作動状態を前記目標作動状態とするための電流値としてフィードフォワード電流を算出し、その算出されるフィードフォワード電流に基づき前記電磁石を通電制御するものとした。
【００１５】
上記の構成によれば、機関バルブの実作動状態が目標作動状態と一致するよう電磁石を通電制御する際、フィードフォワード電流に基づくフィードフォワード制御が行われることから、上記電磁石の通電制御を時間遅れのないものとすることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの駆動制御装置に適用するようにした一実施形態について説明する。
【００１９】
本実施形態において、吸気バルブ及び排気バルブはいずれも電磁石の電磁力によって開閉駆動される電磁駆動バルブとして構成されている。これら吸気バルブ及び排気バルブは構成及びその駆動制御態様が同じであるため、以下では排気バルブに関してのみ説明する。
【００２０】
図１に示されるように、排気バルブ１０は、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の一端に設けられた弁体１６、並びに弁軸２０を往復駆動する電磁駆動部２１を備えている。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の開口近傍には弁座１５が形成されている。弁軸２０の往復動に伴って弁体１６が弁座１５に離着座することにより排気ポート１４が開閉される。
【００２１】
弁軸２０において、弁体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が設けられている。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。弁体１６及び弁軸２０は、このロアスプリング２４によって閉弁方向（図１の上方向）に付勢されている。
【００２２】
電磁駆動部２１は、弁軸２０と同軸上に配設されたアーマチャシャフト２６を備えている。このアーマチャシャフト２６の略中央部分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、またその一端にはアッパリテーナ３０が固定されている。アーマチャシャフト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側の端部に当接されている。
【００２３】
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、それらの各中央部にはアーマチャシャフト２６が往復動可能に貫通されている。
【００２４】
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。アーマチャシャフト２６は、このアッパスプリング３８により弁軸２０側に付勢されている。更に、このアーマチャシャフト２６の付勢力によって、弁軸２０及び弁体１６は開弁方向（図１の下方向）に付勢されている。
【００２５】
また、アッパキャップ３６には変位センサ５２が取り付けられている。この変位センサ５２は、同センサ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シャフト２６の変位、換言すれば、排気バルブ１０の変位を検出することができる。
【００２６】
アッパコア３２においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の溝４０が形成されている。また、この溝４０内にはアッパコイル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とによって排気バルブ１０を閉弁方向に駆動するための電磁石６１が構成されている。
【００２７】
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、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の溝４４が形成されている。また、この溝４４内にはロアコイル４６が配置されている。このロアコイル４６とロアコア３４とによって排気バルブ１０を開弁方向に駆動するための電磁石６２が構成されている。
【００２８】
これら各電磁石６１，６２のコイル４２，４６は、内燃機関の各種制御を統括して行う電子制御装置５０によって通電制御される。この電子制御装置５０は、ＣＰＵやメモリ、電磁石６１，６２の各コイル４２，４６に励磁電流を供給する駆動回路の他、変位センサ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。
【００２９】
図１は、アッパコイル４２及びロアコイル４６のいずれにも励磁電流が供給されず、各電磁石６１，６２に電磁力が発生していないときの排気バルブ１０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している。また、この状態では、弁体１６は弁座１５から離間しており、排気ポート１４は半開状態となっている。以下、この排気バルブ１０の状態を中立位置という。
【００３０】
次に、各コイル４２，４６の通電制御を通じて駆動される排気バルブ１０の動作態様について説明する。
排気バルブ１０を開閉駆動する際には、その開閉駆動に先立ち、上記中立位置にある排気バルブ１０をその変位端である全閉位置にまで変位させ、同位置で静止させるための初期駆動処理が実行される。この初期駆動処理においては、各コイル４２，４６に、電子制御装置５０の駆動回路から励磁電流が所定周期をもって交互に供給される。こうした通電制御を通じてアーマチャ２８、アーマチャシャフト２６、及び弁軸２０等は、各スプリング２４，３８の付勢力と各電磁石６１，６２において交互に発生する電磁力との協働によって強制振動するようになる。そして、このアーマチャ２８の振動振幅が徐々に増大し、同アーマチャ２８がアッパコア３２に当接するようになると、その当接のタイミングに合わせてロアコイル４６の通電が停止されるとともに、アッパコイル４２には一定の励磁電流が連続的に供給されるようになる。その結果、アーマチャ２８は、電磁石６２に発生する電磁力によってアッパコア３２に吸着され、同コア３２に当接した状態で静止するようになる。従って、排気バルブ１０は全閉位置に保持され、その後に開閉駆動が可能な初期状態となる。
【００３１】
そして、こうした全閉位置にある排気バルブ１０を内燃機関の運転に同期させて開閉駆動する際には、フィードフォワード電流成分（以下、「ＦＦ電流Ｉｆ」という）とフィードバック電流成分（以下、「ＦＢ電流Ｉｂ」という）との和として設定される励磁電流（以下、「指令電流Ｉ」という）が電子制御装置５０の駆動回路から各電磁石６１，６２のコイル４２，４６に選択的に供給される。
【００３２】
ここで、排気バルブ１０を開閉駆動する際の駆動力は、基本的には、各スプリング２４，３８の付勢力や、弁体１６、弁軸２０、アーマチャ２８、アーマチャシャフト２６等々の質量によって決定されるが、その他に、アーマチャシャフト２６と各コア３２，３４との間や弁軸２０とシリンダヘッド１８との間等、各摺動部における摩擦抵抗の大きさによっても変化する。また、弁体１６には、燃焼室１２や排気ポート１４の内圧に基づく外力が作用するため、排気バルブ１０の駆動力はこの外力の影響を受けて変化する。
【００３３】
従って、排気バルブ１０の作動安定性を確保するためには、こうした各摺動部の摩擦抵抗の大きさや、燃焼室１２等の内圧に基づく外力の大きさが反映されたかたちで各電磁石６１，６２の電磁力、換言すれば各コイル４２，４６に供給される励磁電流の大きさを設定する必要がある。
【００３４】
特に、各摺動部の摩擦抵抗の大きさは、機関負荷によらず略一定とみなすことができるのに対し、燃焼室１２等の内圧に基づく外力の大きさは、同機関負荷に応じて大きく変化する。例えば、機関負荷が大きくなると、燃焼圧が高圧になるため、排気バルブ１０が開弁するときの燃焼室１２の内圧や排気ポート１４の排気圧もそれに応じて高くなり、それら圧力に基づく外力の大きさも大きくなる傾向がある。従って、この外力の大きさを考慮することなく上記励磁電流を設定するようにすると、排気バルブ１０を駆動するための電磁力が不足してその作動安定性が確保されなくなったり、過剰な電磁力で排気バルブ１０が駆動されることで、電力消費量の増大や、その開閉に伴う騒音（アーマチャ２８と各コア３２，３４との当接音や、弁体１６と弁座１５との衝突音等）及び振動の発生を招くこととなる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、こうした摩擦抵抗や燃焼室１２の内圧等に基づく外力の大きさを加味して上記ＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂを適切に設定することにより、排気バルブ１０の作動安定性を確保しつつ、電力消費量の増大やその開閉に伴う騒音及び振動の発生を抑えるようにしている。
【００３６】
次に、排気バルブ１０の駆動制御態様の概要について、図２及び図５のタイムチャートを参照して、同バルブ１０を開弁する場合（図２）と閉弁する場合（図５）とで別々に説明する。
【００３７】
［排気バルブ１０を開弁する場合］
図２において、（ａ）は排気バルブ１０を開弁する際の同バルブ１０の目標変位Ｘｔ及び実変位Ｘの時間経過に伴う推移を示すものであり、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）はＦＢ電流Ｉｂ、ＦＦ電流Ｉｆ、及び指令電流Ｉの時間経過に伴う推移を示すものである。
【００３８】
同図に示されるタイミングｔ０〜ｔ１の期間においては、ＦＦ電流Ｉｆの大きさがアーマチャ２８をアッパコア３２に吸着したまま静止させ得る値（保持電流Ｉｆ２）に設定されるとともに、ＦＢ電流Ｉｂが「０」に設定される。そのため、アッパコイル４２に対して供給される指令電流Ｉが保持電流Ｉｆ２とされ、排気バルブ１０は全閉位置に保持された状態となる。
【００３９】
こうした状態から排気バルブ１０を開弁させる際には、まずＦＦ電流Ｉｆが「０」とされることにより、アッパコイル４２に対する指令電流Ｉの供給が停止され（タイミングｔ１）、排気バルブ１０の全閉状態での固定が解除される。この固定解除の直後では指令電流Ｉが「０」であるため、排気バルブ１０の可動部は、アッパスプリング３８の付勢力に基づいて全開側に変位するようになる。そして、アーマチャ２８とロアコア３４との距離であるエアギャップＧが所定値Ｇ１に達するまでの期間（タイミングｔ１〜ｔ２）においては、ＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂがいずれも「０」のままに維持される。
【００４０】
電子制御装置５０は、排気バルブ１０の全閉状態での固定が解除されたとき（タイミングｔ１）から時間Δｔが経過した時点での排気バルブ１０の実変位Ｘ（実線）に基づき、同バルブ１０に働く外力の大きさを推定する。なお、上記時間Δｔは、上記実変位Ｘに基づく外力の推定がタイミングｔ１〜ｔ２の間で完了し得る値に設定される。そして、時間Δｔが経過した時点での実変位Ｘが全閉側の値となるほど、排気バルブ１０の開弁に抗して働く外力が大であると推定されることとなる。
【００４１】
そして、電子制御装置５０は、上記推定された外力、及び排気バルブ１０の全閉状態での固定が解除されたときからの経過時間Ｔに基づき、ＦＦ電流Ｉｆを算出するとともに、排気バルブ１０の目標変位Ｘｔ（一転鎖線）を算出する。ここで、こうして算出された目標変位Ｘｔにおける上記外力及び経過時間Ｔの変化に対する推移傾向を図３に示す。同図から明らかなように、目標変位Ｘｔは、外力が大きくなるほど全閉位置から全開位置に至るまでの時間が長くなる推移傾向をとるようになる。
【００４２】
この目標変位Ｘｔに対して排気バルブ１０の実変位Ｘ（実線）が一致するようにＦＢ電流Ｉｂが算出される。このＦＢ電流Ｉｂ及び上記ＦＦ電流Ｉｆは、上記外力を加味したものとして設定されるようになる。
【００４３】
即ち、ＦＦ電流Ｉｆは、上記推定される外力及び経過時間Ｔに基づき算出され、同外力に応じて可変とされる目標変位Ｘｔに実変位Ｘを到達させるための電流値として設定される。ここで、こうして算出されたＦＦ電流Ｉｆにおける上記外力及び経過時間Ｔの変化に対する推移傾向を図４に示す。同図から明らかなように、ＦＦ電流Ｉｆは、外力が大きくなるほど「０」以上になるタイミングが早められるとともに、そのときの大きさも大とされる。
【００４４】
また、ＦＢ電流Ｉｂは、上記エアギャップＧが所定値Ｇ１に達すると（図２のタイミングｔ２）、それ以降は上記外力に応じて可変とされる目標変位Ｘｔと実変位Ｘとの変位偏差ΔＸを小さくするための電流値として当該偏差ΔＸに基づき算出されるようになる。従って、タイミングｔ２からＦＦ電流Ｉｆが「０」以上になるとき（タイミングｔ３）までの期間は、指令電流ＩがＦＢ電流Ｉｂと等しくなり、ロアコイル４６に対する通電制御としてＦＢ電流Ｉｂに基づくフィードバック制御のみが実行される。
【００４５】
更に、経過時間ＴがＦＦ電流Ｉｆが「０」以上になる時間に達すると（タイミングｔ３）、ＦＦ電流Ｉｆが上記経過時間Ｔ及び上記推定される外力に応じた値として算出されるようになる。従って、指令電流ＩはＦＦ電流ＩｆとＦＢ電流Ｉｂとの和として算出されるようになり、このＦＦ電流Ｉｆに基づくフィードフォワード制御がロアコイル４６に対する通電制御として上記フィードバック制御と併せて実行される。
【００４６】
そして、排気バルブ１０の実変位Ｘが全開位置に達すると（タイミングｔ４）、変位偏差ΔＸが「０」になることからＦＢ電流Ｉｂは「０」として算出される。また、このときにはＦＦ電流Ｉｆが保持電流Ｉｆ２と等しく設定され、これにより排気バルブ１０が全開位置に保持されるようになる。
【００４７】
［排気バルブ１０を閉弁する場合］
図５において、（ａ）は排気バルブ１０を閉弁する際の同バルブ１０の目標変位Ｘｔ及び実変位Ｘの時間経過に推移を示すものであり、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）はＦＢ電流Ｉｂ、ＦＦ電流Ｉｆ、及び指令電流Ｉの時間経過に伴う推移を示すものである。
【００４８】
同図に示されるタイミングｔ５〜ｔ６の期間においては、ＦＦ電流Ｉｆが保持電流Ｉｆ２と等しく設定されるとともに、ＦＢ電流Ｉｂが「０」に設定される。そのため、ロアコイル４６に対して供給される指令電流Ｉが保持電流Ｉｆ２とされ、排気バルブ１０は全開位置に保持された状態となる。
【００４９】
こうした状態から排気バルブ１０を閉弁させる際には、まずＦＦ電流Ｉｆが「０」とされることにより、ロアコイル４６に対する指令電流Ｉの供給が停止され（タイミングｔ６）、排気バルブ１０の全開状態での固定が解除される。この固定解除の直後では指令電流Ｉが「０」であるため、排気バルブ１０の可動部は、ロアスプリング２４の付勢力に基づいて全閉側に変位するようになる。そして、アーマチャ２８とアッパコア３２との距離であるエアギャップＧが所定値Ｇ１に達するまでの期間（タイミングｔ６〜ｔ７）においては、ＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂがいずれも「０」のままに維持される。
【００５０】
電子制御装置５０は、排気バルブ１０の全開状態での固定が解除されたとき（タイミングｔ６）から時間Δｔが経過した時点での排気バルブ１０の実変位Ｘ（実線）に基づき、同バルブ１０に働く外力の大きさを推定する。なお、上記時間Δｔは、上記実変位Ｘに基づく外力の推定がタイミングｔ６〜ｔ７の間で完了し得る値に設定される。そして、時間Δｔが経過した時点での実変位Ｘが全開側の値となるほど、排気バルブ１０の閉弁に抗して働く外力が大であると推定されることとなる。
【００５１】
そして、電子制御装置５０は、上記推定された外力、及び排気バルブ１０の全開状態での固定が解除されたときからの経過時間Ｔに基づき、ＦＦ電流Ｉｆを算出するとともに、排気バルブ１０の目標変位Ｘｔ（一転鎖線）を算出する。ここで、こうして算出された目標変位Ｘｔにおける上記外力及び経過時間Ｔの変化に対する推移傾向を図６に示す。同図から明らかなように、目標変位Ｘｔは、外力が大きくなるほど全開位置から全閉位置に至るまでの時間が長くなる推移傾向をとるようになる。
【００５２】
この目標変位Ｘｔに対して排気バルブ１０の実変位Ｘ（実線）が一致するようにＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂが算出される。このＦＢ電流Ｉｂ及び上記ＦＦ電流Ｉｆは、上記外力を加味したものとして設定されるようになる。
【００５３】
即ち、ＦＦ電流Ｉｆは、上記推定される外力及び経過時間Ｔに基づき算出され、同外力に応じて可変とされる目標変位Ｘｔに実変位Ｘを到達させるための電流値として設定される。こうして算出されたＦＦ電流Ｉｆの経過時間Ｔに対する推移傾向も図４に示すようなものとなる。
【００５４】
また、ＦＢ電流Ｉｂは、上記エアギャップＧが所定値Ｇ１に達すると（図５のタイミングｔ７）、それ以降は上記外力に応じて可変とされる目標変位Ｘｔと実変位Ｘとの変位偏差ΔＸを小さくするための電流値として当該偏差ΔＸに基づき算出されるようになる。従って、タイミングｔ７からＦＦ電流Ｉｆが「０」以上になるとき（タイミングｔ８）までの期間は、指令電流ＩがＦＢ電流Ｉｂと等しくなり、アッパコイル４２に対する通電制御としてＦＢ電流Ｉｂに基づくフィードバック制御のみが実行される。
【００５５】
更に、経過時間ＴがＦＦ電流Ｉｆが「０」以上になる時間に達すると（タイミングｔ８）、ＦＦ電流Ｉｆが上記経過時間Ｔ及び上記推定される外力に応じた値として算出されるようになる。従って、指令電流ＩはＦＦ電流ＩｆとＦＢ電流Ｉｂとの和として算出されるようになり、このＦＦ電流Ｉｆに基づくフィードフォワード制御がアッパコイル４２に対する通電制御として上記フィードバック制御と併せて実行される。
【００５６】
そして、排気バルブ１０の実変位Ｘが全閉位置に達すると（タイミングｔ９）、変位偏差ΔＸが「０」になることからＦＢ電流Ｉｂは「０」として算出される。また、このときにはＦＦ電流Ｉｆが保持電流Ｉｆ２と等しく設定され、これにより排気バルブ１０が全閉位置に保持されるようになる。
【００５７】
次に、排気バルブ１０を駆動制御する手順について図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置５０により所定の時間周期をもって繰り返し実行される。
【００５８】
この一連の処理では、まず、排気バルブ１０の全閉若しくは全開状態での固定が解除された直後か否かが判断され（図７のＳ１０１）、肯定判定であれば当該固定が解除された時点からの経過時間Ｔを計測するためのタイマがリセットされる（Ｓ１０２）。続いて、経過時間Ｔが上述した時間Δｔであるか否かが判断され（Ｓ１０３）、肯定判定であれば「Ｔ＝Δｔ」となった時点での排気バルブ１０の実変位Ｘに基づき、同バルブ１０の作動に抗して働く外力の大きさが推定される（Ｓ１０４）。
【００５９】
更に、経過時間Ｔが時間Δｔよりも大であるか否かが判断され（図８のＳ１０５）、肯定判定であれば上記推定された外力及び経過時間Ｔに基づきＦＦ電流Ｉｆが算出される（Ｓ１０６）。こうして算出されるＦＦ電流Ｉｆは、外力及び経過時間Ｔに応じて図４に示されるように推移することから明らかなように、上記外力が大となるほど大きい値となり、当該外力による影響を補償するのに適した大きさに設定されることとなる。
【００６０】
一方、先のステップＳ１０５の処理で否定判定がなされた場合には、経過時間Ｔが時間ΔＴ以下である旨判断され、ＦＦ電流Ｉｆが「０」として算出される（Ｓ１０７）。
【００６１】
続いて、アーマチャ２８と各電磁石６１，６２とのエアギャップＧが所定値Ｇ１以下であるか否かが判断される（Ｓ１０８）。このエアギャップＧは、アッパコア３２とロアコア３４とのうちアーマチャ２８の移動方向側にあるコアと同アーマチャ２８との距離を表すものである。即ち、このエアギャップＧは、排気バルブ１０を開弁させる際にあってはアーマチャ２８とロアコア３４との間の距離に相当し、排気バルブ１０を閉弁させる際にあってはアーマチャ２８とアッパコア３２との間の距離に相当する。
【００６２】
上記ステップＳ１０８の判断は、エアギャップＧの大きさに応じて上記ＦＢ電流Ｉｂに基づくフィードバック制御を開始するか否かを判断するためのものである。ここで、このようにフィードバック制御の開始をエアギャップＧの大きさに基づいて判断するのは次の理由による。
【００６３】
即ち、各電磁石６１，６２に供給される励磁電流が同じ場合でも、エアギャップＧが大きくなるほど、アーマチャ２８に作用する電磁力の大きさは小さくなる。換言すれば、エアギャップＧが大きくなるほど、各電磁石６１，６２に供給される電気的エネルギのうち、アーマチャ２８の吸引駆動に寄与せず無駄に消費されるものの割合が多くなる傾向がある。そこで、この一連の処理においては、エアギャップＧが所定値Ｇ１以下であると判断される場合にのみ、上記変位偏差ΔＸに応じたＦＢ電流Ｉｂに基づくフィードバック制御を実行する一方、エアギャップＧが所定値Ｇ１よりも大きく、各電磁石６１，６２によりアーマチャ２８を吸引駆動する際の電気的効率が低いと判断される場合には、ＦＢ電流Ｉｂを「０」に設定することでフィードバック制御を実質的に停止し、電力消費量の増大を極力抑えるようにしている。
【００６４】
そして、ステップＳ１０８の処理で肯定判定がなされた場合には、上記推定された外力及び経過時間Ｔに基づき目標変位Ｘｔが算出される（Ｓ１０９）。こうして算出される目標変位Ｘｔは、排気バルブ１０の開弁時であれば外力及び経過時間Ｔに応じて図３に示されるように推移し、排気バルブ１０の閉弁時であれば外力及び経過時間Ｔに応じて図６に示されるように推移する。
【００６５】
その後、以下の式（１）に従って上記変位偏差ΔＸが算出される（Ｓ１１０）。
ΔＸ＝Ｘｔ−Ｘ      …（１）
そして、この変位偏差ΔＸに基づき以下の演算式（２）からＦＢ電流Ｉｂが算出される（Ｓ１１１）。
【００６６】
Ｉｂ＝Ｋ・ΔＸ      …（２）
上記演算式（２）において、「Ｋ」はフィードバックゲインであり、本実施形態では一定の値に設定されている。
【００６７】
ここで、変位偏差ΔＸの算出に用いられる目標変位Ｘｔは、排気バルブ１０に働く同バルブ１０の作動に抗した外力が大となるほど、排気バルブ１０の変位が緩やかに行われる値となるように算出される。従って、ＦＢ電流Ｉｂは上記外力の影響を補償するのに適した大きさの電流値として設定されるようになる。
【００６８】
一方、先のステップＳ１０７の処理で否定判定がなされた場合には、ＦＢ電流Ｉｂが「０」として設定される（Ｓ１１２）。
このようにしてステップＳ１１１、或いはステップＳ１１２においてＦＢ電流Ｉｂが求められた後、次式（３）に基づいて各電磁石６１，６２を通電制御するための最終的な指令電流Ｉが算出される（Ｓ１１３）。
【００６９】
Ｉ＝Ｉｂ＋Ｉｆ      …（３）
そして、この指令電流Ｉに基づいて各電磁石６１，６２が通電制御される（Ｓ１１４）。即ち、排気バルブ１０を開弁駆動する際にはロアコイル４６に対して指令電流Ｉが供給され、同バルブ１０を閉弁駆動する際にはアッパコイル４２に対して指令電流Ｉが供給される。このように各電磁石６１，６２の通電制御を通じて、これら各電磁石６１，６２の電磁力の大きさを制御した後、この一連の処理は一旦終了される。
【００７０】
なお、排気バルブ１０の構成及びその駆動制御態様について詳細に説明したが、吸気バルブについてもその構成及び駆動制御態様はこの排気バルブ１０の場合と同じである。
【００７１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）吸気バルブや排気バルブ１０等、機関バルブの目標変位Ｘｔは、同バルブに働く外力が大となるほど当該バルブを緩やかに作動させる値となるように設定される。そのため、機関バルブの実変位Ｘが目標変位Ｘｔと一致するよう、それらの変位偏差ΔＸに応じて算出されるＦＢ電流Ｉｂは、上記外力の影響を補償する上で最適な大きさの値として設定されることになる。そして、このＦＢ電流Ｉｂ等から算出される指令電流Ｉに基づき電磁石６１，６２を通電制御することで、機関バルブが上記外力に対応した適切な電磁力をもって駆動されるようになる。従って、必要な機関バルブの駆動力に対し電磁力が不足して同バルブの作動安定性が確保できなくなるのを抑制するとともに、過剰な電磁力で機関バルブが駆動されることに伴い電力消費が増大したり開閉時に騒音及び振動が発生したりするのを抑制することができる。
【００７２】
（２）機関バルブを開閉させるための電磁石６１，６２の通電制御では、上記外力及び経過時間Ｔに基づき同バルブの実変位Ｘを目標変位Ｘｔとするための電流値としてＦＦ電流Ｉｆが設定され、このＦＦ電流Ｉｆ等から算出される指令電流Ｉに基づき上記通電制御が行われる。このように機関バルブを開閉させるための電磁石６１，６２の通電制御として、ＦＦ電流Ｉｆに基づくフィードフォワード制御が行われることから、当該通電制御を時間遅れのないものとすることができる。
【００７３】
（３）機関バルブに働く外力は、保持電流Ｉｆ２と等しい値となっている指令電流Ｉが「０」とされるとき（図２、図５のタイミングｔ１，ｔ６）を基準に時間Δｔが経過したときの機関バルブの実変位Ｘに基づき推定される。この時間Δｔは、上記のように「０」とされた指令電流Ｉが再び「０」よりも大とされる時点（タイミングｔ３）、即ちエアギャップＧが所定値Ｇ１よりも大となってＦＢ電流Ｉｂに基づくフィードバック制御が開始される時点よりも前に経過し得る値である。そのため、上記外力の推定は、保持電流Ｉｆ２が供給された状態にある電磁石が非通電状態になってから再び通電状態になる前において、上記時間Δｔが経過した時点での機関バルブの実変位Ｘに基づき推定されることになる。このときの実変位Ｘは、電磁石による電磁力の影響を受けていないことから、機関バルブに働く外力に対応したものとして的確な値をとるようになる。従って、機関バルブに働く外力を推定するために新たにセンサを設けずとも、上記実変位Ｘに基づいて当該外力を的確に推定することができる。
【００７４】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・変位偏差ΔＸに基づきＦＢ電流Ｉｂを算出する際のフィードバックゲインＫを、例えば図９に示されるマップを参照してエアギャップＧ及び変位偏差ΔＸのそれぞれの大きさに応じて可変設定してもよい。この場合、フィードバックゲインＫは、エアギャップＧ及び変位偏差ΔＸに応じて定まる図９の各領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応して各所定値Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３のいずれかに設定される。なお、これら各所定値Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、以下の式（４）に基づく関係が予め設定されている。
【００７５】
Ｋ０＜Ｋ１＜Ｋ２＜Ｋ３      …（４）
（Ｋ０＝０）
フィードバックゲインＫは、上記のように可変設定されることにより、変位偏差ΔＸが極小さいときには「０」に設定され、変位偏差ΔＸがある程度大きいときにはエアギャップＧが大きくなるにつれて段階的に大きくされる。このようにエアギャップＧが大きくなるにつれてフィードバックゲインＫを大きくするのは、エアギャップＧが大であるときほど所定の指令電流Ｉを電磁石に供給したときに機関バルブに作用する電磁力が小さくなるためである。即ち、機関バルブに作用する電磁力は、仮に電磁石に対して一定の指令電流Ｉを供給したとしても、エアギャップＧが大となるにつれて小さくなる。従って、上記のようにエアギャップＧが大となるほどフィードバックゲインＫを大とすることで、同ゲインＫはエアギャップＧの大きさに応じた適切な大きさの電磁力を発生させることの可能な値となる。そのため、機関バルブの実変位Ｘを高い追従性及び収束性をもって目標変位Ｘｔに制御することができるようになる。また、上記のようにフィードバックゲインＫを可変とすることで、電磁石にはエアギャップＧに対応した必要とされる分の指令電流Ｉだけが供給されるようになり、電磁石への過剰な電流供給に起因して変位センサ５２にセンサノイズ等の悪影響が生じるのを抑制することもできる。
【００７６】
・上記フィードバックゲインＫを可変設定する場合の設定態様は任意に選択することができる。例えば、エアギャップＧのみに基づいて、このフィードバックゲインＫを同エアギャップＧが大きくなるほど段階的に大きく設定するようにしてもよい。また、マップ演算によらず、例えば次のような関係式（５）を用いて、フィードバックゲインＫをエアギャップＧに応じて連続的に変化するように設定することもできる。
【００７７】
Ｋ＝Ｋａ・Ｇ＋Ｋｂ      …（５）
Ｇ：エアギャップ
Ｋａ，Ｋｂ：定数
・本実施形態では、各電磁石６１，６２を通電制御する際の指令電流ＩをＦＢ電流Ｉｂ及びＦＦ電流Ｉｆに基づき設定することで、フィードバック制御及びフィードフォワード制御の双方を実行するようにしたが、例えばＦＢ電流Ｉｂのみに基づいて各電磁石６１，６２を通電制御する等、フィードバック制御のみを実行するようにしてもよい。
【００７８】
・本実施形態では、変位偏差ΔＸに基づいてＦＢ電流Ｉｂを算出する際、ＰＩＤ制御のＰ項（比例項）のみを算出するようにしたが、これに併せてＩ項（積分項）やＤ項（微分項）を算出するようにしてもよい。
【００７９】
・本実施形態では、保持電流Ｉｆ２と等しい値となった状態での指令電流Ｉが「０」となったときから時間Δｔが経過した時点での機関バルブの実変位Ｘに基づき、同バルブに働く外力の大きさを推定したが、本発明はこれに限定されない。例えば燃焼室１２内の圧力や、吸気ポート及び排気ポート内の圧力に基づき、機関バルブに働く外力の大きさを推定することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気バルブ及びその制御装置を示す概略構成図。
【図２】排気バルブが開弁する際の同バルブの目標変位や実変位、並びに、フィードバック電流、フィードフォワード電流、及び指令電流の時間的推移を示すタイムチャート。
【図３】排気バルブが開弁する際における目標変位の外力及び経過時間に応じた推移傾向を示すグラフ。
【図４】フィードフォワード電流の外力及び経過時間に応じた推移傾向を示すグラフ。
【図５】排気バルブが閉弁する際の同バルブの目標変位や実変位、並びに、フィードバック電流、フィードフォワード電流、及び指令電流の時間的推移を示すタイムチャート。
【図６】排気バルブが閉弁する際における目標変位の外力及び経過時間に応じた推移傾向を示すグラフ。
【図７】バルブ駆動制御の手順を示すフローチャート。
【図８】バルブ駆動制御の手順を示すフローチャート。
【図９】フィードバックゲインを設定する際に参照されるマップ。
【符号の説明】
１０…排気バルブ、１２…燃焼室、１４…排気ポート、１５…弁座、１６…弁体、１８…シリンダヘッド、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…アーマチャシャフト、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…変位センサ、６１，６２…電磁石、Ｘ…実変位、Ｘｔ…目標変位、ΔＸ…変位偏差、Ｋ…フィードバックゲイン、Ｇ…エアギャップ。
【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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【図８】
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【図９】
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