(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能するものであって第１の位置と第２の位置との間で変位する弁体と、この弁体に設けられたアーマチャに電磁気力を作用させる一対の電磁石と、前記弁体を前記第２の位置に向けて付勢する第１のばねと、前記弁体を前記第１の位置に向けて付勢する第２のばねとを備えるとともに、前記電磁石の電磁気力及び前記第１のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて移動させ、前記電磁石の電磁気力及び前記第２のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第２の位置から前記第１の位置に向けて移動させる電磁駆動弁の制御装置において、
前記弁体が前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はその力に応じて変化する前記弁体の状態量に基づいて前記力又は前記状態量の目標値を設定する設定手段と、
前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位させる際に前記力又は前記状態量と前記設定された目標値との乖離を小さくすべく前記アーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石の電磁気力を制御するものであって、この電磁気力の制御を前記力又は前記状態量と前記目標値との乖離度に基づいて行う制御手段とを備える
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置において、
前記設定手段は、前記弁体が前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はこの力に応じて変化する前記弁体の状態量を前記力又は前記状態量の目標値として設定する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２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、前記乖離度に基づいて前記電磁気力をフィードバック制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項４】
請求項３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、前記アーマチャとこのアーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石とのエアギャップの大きさに基づいて前記電磁気力をフィードバック制御する際のフィードバックゲインを可変設定する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項５】
請求項１または２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、前記力又は前記状態量をモデル変数とする電磁駆動弁の物理モデルに基づいて、前記力又は前記状態量を前記目標値に一致させるために必要となる前記電磁気力の要求値を算出し、この要求値に基づいて前記電磁気力を制御する
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１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、  前記設定手段は、前記弁体の変位量を前記目標値として設定し、
前記制御手段は、前記弁体の変位量を検出するとともにこの検出した変位量と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
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６に記載の電磁駆動弁の制御装置において、
前記設定手段は、前記変位量の目標値として、前記弁体に摺動部の摩擦抵抗のみが作用する状態のもとで前記弁体を前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて自由振動させたときの変位量を設定する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、  前記設定手段は、前記弁体の変位速度を前記目標値として設定し、
前記制御手段は、前記弁体の変位速度を検出するとともにこの検出した変位速度と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、 前記設定手段は、前記弁体の力学的エネルギ量を前記目標値として設定し、
前記制御手段は、前記弁体の力学的エネルギ量を検出するとともにこの検出した力学的エネルギ量と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、
前記設定手段は、前記弁体に作用する力を前記目標値として設定し、
前記制御手段は、前記弁体に作用する力を推定するとともにこの推定した力と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項１１】
内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能するものであって第１の位置と第２の位置との間で変位する弁体と、この弁体に設けられたアーマチャに電磁気力を作用させる一対の電磁石と、前記弁体を前記第２の位置に向けて付勢する第１のばねと、前記弁体を前記第１の位置に向けて付勢する第２のばねとを備える電磁駆動弁について、前記電磁石の電磁気力及び前記第１のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて移動させ、前記電磁石の電磁気力及び前記第２のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第２の位置から前記第１の位置に向けて移動させる電磁駆動弁の制御方法において、
前記弁体が前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はその力に応じて変化する前記弁体の状態量に基づいて前記力又は前記状態量の目標値を設定し、
前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位させる際に前記力又は前記状態量と前記設定された目標値との乖離を小さくすべく前記アーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石の電磁気力を制御し、この電磁気力の制御を前記力又は前記状態量と前記目標値との乖離度に基づいて行う
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記弁体が前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はこの力に応じて変化する前記弁体の状態量を前記力又は前記状態量の目標値として設定する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記乖離度に基づいて前記電磁気力をフィードバック制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記アーマチャとこのアーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石とのエアギャップの大きさに基づいて前記電磁気力をフィードバック制御する際のフィードバックゲインを可変設定する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項１５】
請求項１１または１２に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記力又は前記状態量をモデル変数とする電磁駆動弁の物理モデルに基づいて、前記力又は前記状態量を前記目標値に一致させるために必要となる前記電磁気力の要求値を算出し、この要求値に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項１６】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記弁体の変位量を前記目標値として設定するとともに前記弁体の変位量を検出し、これら検出した変位量と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記変位量の目標値として、前記弁体に摺動部の摩擦抵抗のみが作用する状態のもとで前記弁体を前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて自由振動させたときの変位量を設定する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項１８】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記弁体の変位速度を前記目標値として設定するとともに前記弁体の変位速度を検出し、これら検出した変位速度と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項１９】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記弁体の力学的エネルギ量を前記目標値として設定するとともに前記弁体の力学的エネルギ量を検出し、これら検出した力学的エネルギ量と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【請求項２０】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、
前記弁体に作用する力を前記目標値として設定するとともに前記弁体に作用する力を推定し、これら推定した力と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御する
ことを特徴とする電磁駆動弁の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体を電磁石の電磁力に基づいて開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の吸気弁や排気弁として機能する弁体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。この種の装置では、弁体には電磁石の電磁力に加え、燃焼室の内圧（筒内圧）や吸・排気圧に基づく外力が作用するため、弁体を開閉駆動する際には、こうした外力の影響を考慮する必要がある。例えば、燃焼室内に大きな負圧が発生しているときに弁体を開駆動する際には、その負圧によって弁体が開弁方向に吸引されるため、全開位置に達するときの弁体の変位速度が不必要に大きくなることがある。そして、この場合には、一旦全開位置に達した弁体が再び閉弁側に向けて跳ね返ることがあり、その作動安定性の低下が避けきれないものとなる。また弁体を閉駆動する際に、筒内圧や吸・排気圧に基づく外力によって弁体が閉弁方向に吸引されることもあり、この場合にもやはり弁体の跳ね返りに起因する作動安定性の低下を招くこととなる。
【０００３】
そこで、特開２０００−１３０１９８号公報に記載される装置では、燃料カットの実行時等、弁体を開駆動する際に燃焼室内に発生する負圧が大きくなると想定されるときに、同弁体を閉弁側に吸引する電磁力を電磁石に発生させ、この電磁力によって弁体を開弁側に吸引する外力を相殺するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように弁体に作用する外力は一定ではなく、筒内圧や吸・排気圧の状態、換言すれば機関運転状態に応じて変化する。このため、上記従来の装置では、弁体を閉弁側に吸引する電磁力を発生させる期間を機関運転状態に応じて設定し、同機関運転状態に適した電磁力を電磁石に発生させるようにしている。
【０００５】
しかしながら、このように機関運転状態に適した電磁力を電磁石に発生させるには、機関運転状態に見合った長さに上記期間を設定する等、機関運転状態とそれに適した電磁力との間の関係を予め実験等を通じて求め、これを制御用マップとして記憶しておく必要があるため、制御定数の適合作業に多くの時間を要することとなる。
【０００６】
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、機関運転状態に応じた適切な電磁力をもって弁体を開閉駆動することができ、併せて、その制御に用いられる制御定数の適合作業を簡略化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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記課題を解決するための手段について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能するものであって第１の位置と第２の位置との間で変位する弁体と、この弁体に設けられたアーマチャに電磁気力を作用させる一対の電磁石と、前記弁体を前記第２の位置に向けて付勢する第１のばねと、前記弁体を前記第１の位置に向けて付勢する第２のばねとを備えるとともに、前記電磁石の電磁気力及び前記第１のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて移動させ、前記電磁石の電磁気力及び前記第２のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第２の位置から前記第１の位置に向けて移動させる電磁駆動弁の制御装置において、前記弁体が前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はその力に応じて変化する前記弁体の状態量に基づいて前記力又は前記状態量の目標値を設定する設定手段と、前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位させる際に前記力又は前記状態量と前記設定された目標値との乖離を小さくすべく前記アーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石の電磁気力を制御するものであって、この電磁気力の制御を前記力又は前記状態量と前記目標値との乖離度に基づいて行う制御手段とを備えることを要旨としている。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記設定手段は、前記弁体が前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はこの力に応じて変化する前記弁体の状態量を前記力又は前記状態量の目標値として設定することを要旨としている。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２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、前記乖離度に基づいて前記電磁気力をフィードバック制御することを要旨としている。
（４）請求項４に記載の発明は、請求項３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、前記アーマチャとこのアーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石とのエアギャップの大きさに基づいて前記電磁気力をフィードバック制御する際のフィードバックゲインを可変設定することを要旨としている。
【０００８】
（５）請求項５に記載の発明は、請求項１または２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、前記力又は前記状態量をモデル変数とする電磁駆動弁の物理モデルに基づいて、前記力又は前記状態量を前記目標値に一致させるために必要となる前記電磁気力の要求値を算出し、この要求値に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記設定手段は、前記弁体の変位量を前記目標値として設定し、前記制御手段は、前記弁体の変位量を検出するとともにこの検出した変位量と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（７）請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記設定手段は、前記変位量の目標値として、前記弁体に摺動部の摩擦抵抗のみが作用する状態のもとで前記弁体を前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて自由振動させたときの変位量を設定することを要旨としている。
【０００９】
（８）請求項８に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記設定手段は、前記弁体の変位速度を前記目標値として設定し、前記制御手段は、前記弁体の変位速度を検出するとともにこの検出した変位速度と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（９）請求項９に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記設定手段は、前記弁体の力学的エネルギ量を前記目標値として設定し、前記制御手段は、前記弁体の力学的エネルギ量を検出するとともにこの検出した力学的エネルギ量と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記設定手段は、前記弁体に作用する力を前記目標値として設定し、前記制御手段は、前記弁体に作用する力を推定するとともにこの推定した力と前記目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
【００１０】
（１１）請求項１１に記載の発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能するものであって第１の位置と第２の位置との間で変位する弁体と、この弁体に設けられたアーマチャに電磁気力を作用させる一対の電磁石と、前記弁体を前記第２の位置に向けて付勢する第１のばねと、前記弁体を前記第１の位置に向けて付勢する第２のばねとを備える電磁駆動弁について、前記電磁石の電磁気力及び前記第１のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて移動させ、前記電磁石の電磁気力及び前記第２のばねの弾性力に基づいて前記弁体を前記第２の位置から前記第１の位置に向けて移動させる電磁駆動弁の制御方法において、前記弁体が前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はその力に応じて変化する前記弁体の状態量に基づいて前記力又は前記状態量の目標値を設定し、前記弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位させる際に前記力又は前記状態量と前記設定された目標値との乖離を小さくすべく前記アーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石の電磁気力を制御し、この電磁気力の制御を前記力又は前記状態量と前記目標値との乖離度に基づいて行うことを要旨としている。
（１２）請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記弁体が前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて変位するときに前記弁体に作用する力又はこの力に応じて変化する前記弁体の状態量を前記力又は前記状態量の目標値として設定することを要旨としている。
（１３）請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記乖離度に基づいて前記電磁気力をフィードバック制御することを要旨としている。
（１４）請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記アーマチャとこのアーマチャを前記第１の位置側に吸引する前記電磁石とのエアギャップの大きさに基づいて前記電磁気力をフィードバック制御する際のフィードバックゲインを可変設定することを要旨としている。
【００１１】
（１５）請求項１５に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記力又は前記状態量をモデル変数とする電磁駆動弁の物理モデルに基づいて、前記力又は前記状態量を前記目標値に一致させるために必要となる前記電磁気力の要求値を算出し、この要求値に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（１６）請求項１６に記載の発明は、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記弁体の変位量を前記目標値として設定するとともに前記弁体の変位量を検出し、これら検出した変位量と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（１７）請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記変位量の目標値として、前記弁体に摺動部の摩擦抵抗のみが作用する状態のもとで前記弁体を前記第１のばねの弾性力に基づいて前記第１の位置から前記第２の位置に向けて自由振動させたときの変位量を設定することを要旨としている。
【００１２】
（１８）請求項１８に記載の発明は、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記弁体の変位速度を前記目標値として設定するとともに前記弁体の変位速度を検出し、これら検出した変位速度と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（１９）請求項１９に記載の発明は、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記弁体の力学的エネルギ量を前記目標値として設定するとともに前記弁体の力学的エネルギ量を検出し、これら検出した力学的エネルギ量と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
（２０）請求項２０に記載の発明は、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御方法において、前記弁体に作用する力を前記目標値として設定するとともに前記弁体に作用する力を推定し、これら推定した力と目標値との乖離度に基づいて前記電磁気力を制御することを要旨としている。
【００１３】
以下、上記手段により奏せられる作用効果について記載する。
・上記（１）〜（２０）の発明によれば、弁体をその一方の変位端から他方の変位端に変位させる際に、筒内圧に基づく外力が弁体に作用することにより、同弁体に作用する力又はその力に応じて変化する弁体の状態量がその目標値から乖離した場合、これら状態量及びその目標値が一致するように、アーマチャを前記一方の変位端側に吸引する電磁石の電磁気力がその乖離度に応じて制御される。従って、筒内圧や吸・排気圧に基づいて弁体に作用する外力が機関運転状態に応じて変化する場合であっても、その外力に応じて電磁石の電磁気力を適切な大きさにその都度修正することができ、弁体の跳ね返り等に起因する作動安定性の低下を抑制することができるようになる。また、このように上記乖離度に基づいて電磁石の電磁気力が制御され、同電磁気力が機関運転状態に適したものにその都度修正されるため、機関運転状態とそれに適した電磁気力との間の関係を予め実験等を通じて求めておく必要がなくなり、制御定数の適合作業についてその簡略化を図ることができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明を内燃機関の吸気弁及び排気弁をそれぞれ開閉駆動する制御装置に適用するようにした第１の実施形態について説明する。
【００１６】
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。
【００１７】
図１に示されるように、排気弁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。
【００１８】
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に離着座することにより排気ポート１４が開閉される。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
図１は、各電磁石６１，６２のいずれにも駆動電流が供給されず、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。
【００２８】
次に、各電磁石６１，６２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。
図２は、排気弁１０を全閉状態に保持した状態から開駆動して全開状態に移行させた後、更にこれを閉駆動して全開状態から再び全閉状態に移行させた場合における弁体１９の変位量についてその時間的な推移を示すタイミングチャートである。
【００２９】
同図２において、タイミングｔ０からタイミングｔ１までの期間では、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に当接するとともに、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。
【００３０】
次に、排気弁１０の開駆動時期（タイミングｔ１）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（タイミングｔ１〜ｔ２）、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。
【００３１】
そして、弁体１９が全閉位置から所定量だけ変位すると（タイミングｔ２）、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（タイミングｔ２〜ｔ３）、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。
【００３２】
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（タイミングｔ３）、そのときから弁体１９が全開位置に達するまでの期間（タイミングｔ３〜ｔ４）、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に対する駆動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。
【００３３】
そして、弁体１９が全開位置に達すると（タイミングｔ４）、そのときから所定期間が経過するまで（タイミングｔ４〜ｔ５）、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に当接するとともに、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。
【００３４】
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（タイミングｔ５〜ｔ６）、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に対する駆動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。
【００３５】
そして、弁体１９が全開位置から所定量だけ変位すると（タイミングｔ６）、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（タイミングｔ６〜ｔ７）、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。
【００３６】
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（タイミングｔ７）、そのときから弁体１９が全閉位置に達するまでの期間（タイミングｔ７〜ｔ８）、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に対する駆動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。
【００３７】
そして、弁体１９が全閉位置に達すると（タイミングｔ８）、そのときから次の開駆動時期が到来するまでの期間（タイミングｔ８以降）、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。
【００３８】
このように本実施形態にかかる制御装置においては、弁体１９を開駆動する場合に、図２の一点鎖線にて示されるように弁体１９が過大な速度で開弁方向に変位しないように、同弁体１９を閉弁方向に吸引する閉駆動用電磁石６１の電磁力が制御される。
【００３９】
また、弁体１９を閉駆動する場合も同様に、同弁体１９が過大な速度で閉弁方向に変位しないように（同図の一点鎖線を参照）、同弁体１９を開弁方向に吸引する開駆動用電磁石６２の電磁力が制御される。そして、このように各電磁石６１，６２の電磁力が制御されることにより、筒内圧や排気圧に基づいて弁体１９に作用する外力が機関運転状態に応じて変化する場合であっても、その外力に見合うように各電磁石６１，６２の電磁力がその都度修正され、開閉駆動時の跳ね返り等に起因する作動安定性の低下が抑制されるようになる。
【００４０】
尚、排気弁１０の開駆動が開始されてから弁体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（図２のタイミングｔ１〜ｔ２）、並びに排気弁１０の閉駆動が開始されてから弁体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（同図２のタイミングｔ５〜ｔ６）を、以下ではそれぞれ「変位速度調整期間」と称する。また、弁体１９が全閉位置に達した後、その開駆動が開始されるまでの期間（図２のタイミングｔ０〜ｔ１、タイミングｔ８以降）、並びに弁体１９が全開位置に達した後、その閉駆動が開始されるまでの期間（図２のタイミングｔ４〜ｔ５）を、以下ではそれぞれ「保持期間」と称する。
【００４１】
次に、上記変位速度調整期間における各電磁石６１，６２の通電制御態様について、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に、図３及び図４を併せ参照して説明する。
【００４２】
図３（ａ）〜（ｄ）は、弁体１９の変位量、閉駆動用電磁石６１に供給されるフィードフォワード電流（ＦＦ電流）Ｉｆ、フィードバック電流（ＦＢ電流）Ｉｂ、並びにこれらＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂの和（以下、これを「駆動電流Ｉ」という）の時間的な推移をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【００４３】
また、図４は、各電磁石６１，６２を通電制御する際の手順についてその流れを示すフローチャートであり、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によって所定の時間間隔Δｔをもって繰り返し実行される。
【００４４】
この一連の処理では、まず、現在の制御周期が上記変位速度調整期間にあるか否かが判断される（ステップ１１０）。現制御周期が変位速度調整期間にない場合には（ステップ１１０：ＮＯ）、この一連の処理は終了される。
【００４５】
一方、現制御周期が変位速度調整期間にある場合（ステップ１１０：ＹＥＳ  図３のタイミングｔ１〜ｔ４）、変位量センサ５２の検出信号に基づいて弁体１９の実際の変位量（実変位量ｘ）が取り込まれる（ステップ１２０）。尚、この実変位量ｘは、弁体１９が中立位置にあるときをその基準（実変位量ｘ＝「０」）とし、同中立位置と弁体１９の現在位置との間の距離を示すものとする。
【００４６】
このように実変位量ｘが取り込まれると、次にこの実変位量ｘの目標値である目標変位量ｘｔが読み込まれる（ステップ１３０）。この目標変位量ｘｔは、各摺動部での摩擦抵抗のみが作用し、筒内圧や排気圧等、機関運転状態に応じてその大きさが変化する外力が弁体１９に作用しない状態のもとで、同弁体１９を全閉位置からアッパスプリング３８の弾性力により開弁方向に自由振動させたときの変位量（閉駆動時にあっては、上記摩擦抵抗のみが作用した状態のもとで、弁体１９を全開位置からロアスプリング２４の弾性力により閉弁方向に自由振動させたときの変位量）である。そして、この目標変位量ｘｔは、排気弁１０の開閉駆動開始時期からの経過時間をパラメータとする関数データとして電子制御装置５０のメモリに記憶されている。
【００４７】
次に、以下の式（１）に基づいて目標変位量ｘｔと実変位量ｘとの偏差Δｘが算出される（ステップ１４０）。
【００４８】
【数１】
0004244526.tif 000002
このようにして偏差Δｘが算出されると、次にこの偏差Δｘが「０」より大きいか否かが判断される（ステップ１５０）。ここで、偏差Δｘが「０」以下である場合には（ステップ１５０：ＮＯ）、弁体１９が目標とする位置よりも閉弁側にあり、閉駆動用電磁石６１の電磁力によって弁体１９を閉弁方向に吸引する必要がないため、その後の処理においてＦＢ電流Ｉｂを「０」に設定すべく同偏差Δｘが「０」に設定される（ステップ１６０）。
【００４９】
これに対して、偏差Δｘが「０」より大きい場合には（ステップ１５０：ＹＥＳ）、筒内圧や排気圧に基づく外力によって実変位量ｘが目標変位量ｘｔを下回っているため、閉駆動用電磁石６１により弁体１９を閉弁方向に吸引してその変位速度を低下させる必要があることになる。
【００５０】
次に、ＦＦ電流Ｉｆ（図３（ｂ）参照）が以下のような態様で算出される（ステップ１７０）。尚、このＦＦ電流Ｉｆは、変位速度調整期間に先立つ上記保持期間において、この一連の処理とは別の処理を通じて排気弁１０を全閉状態に保持し得る値（保持電流）に設定される。
【００５１】
図３（ｂ）に示されるように、このＦＦ電流Ｉｆは、排気弁１０の開閉駆動時期が到来すると、それ以降は所定時間が経過するまで上記保持電流と逆向きの一定値に設定される（図３のタイミングｔ１〜ｔ２）。その結果、アッパコア３２やアーマチャ２８に残留する磁力が打ち消され、アーマチャ２８はアッパスプリング３８の弾性力によってアッパコア３２から速やかに離間し、弁体１９が開弁方向に変位するようになる。そして、所定時間が経過すると、その後、ＦＦ電流Ｉｆは「０」に設定されるようになる（タイミングｔ２以降）。
【００５２】
このようにしてＦＦ電流Ｉｆが算出されると、次に以下の式（２）に基づいてＦＢ電流Ｉｂ（図３（ｃ）参照）が算出される（ステップ１８０）。
【００５３】
【数２】
0004244526.tif 000003
この式（２）において、「Ｋｐ」はフィードバックゲインであり、エアギャップＧ、即ち閉駆動用電磁石６１のアッパコア３２とアーマチャ２８との間の距離が大きいときほど大きな値に設定される。このようにフィードバックゲインＫｐを設定するようにしているのは、閉駆動用電磁石６１に発生する磁束のうちアーマチャ２８を通過する磁束の割合がエアギャップＧが大きくなるほど低下するようになるため、同エアギャップＧが大きい場合には、同じ大きさの電磁力をアーマチャ２８に作用させる場合であっても相対的に大きな駆動電流を閉駆動用電磁石６１に対して供給する必要があるからである。尚、全開位置にある弁体１９を閉駆動する場合にあっては、開駆動用電磁石６２のロアコア３４とアーマチャ２８との間の距離が上記エアギャップＧとなる。
【００５４】
このようにしてＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂがそれぞれ算出されると、次にこれらの和（＝Ｉｆ＋Ｉｂ）が駆動電流Ｉ（図３（ｄ）参照）として設定され（ステップ１９０）、この駆動電流Ｉが閉駆動用電磁石６１に対して供給される（ステップ２００）。
【００５５】
上式（２）から明らかなように、ＦＢ電流Ｉｂは偏差Δｘの大きさに応じて設定される。筒内圧や排気圧に基づく外力が弁体１９に作用する実際の状況下にあっては、弁体１９にはこうした外力に加え、自身の慣性力やアッパスプリング３８の弾性力、更には各摺動部での摩擦抵抗や減衰力等、種々の力が作用する。そして、こうした力に応じて弁体１９の状態量、即ちこの場合には実変位量ｘも変化するため、上記ＦＦ電流Ｉｆのみを閉駆動用電磁石６１に供給していたのでは、この実変位量ｘは目標変位量ｘｔから乖離するようになる。
【００５６】
このため、本実施形態では、このように乖離した実変位量ｘを目標変位量ｘｔに一致させるべく、上式（２）に基づいてＦＢ電流Ｉｂの大きさを調節し、これをＦＦ電流Ｉｆに合わせた駆動電流Ｉを閉駆動用電磁石６１に対して供給するようにしている。
【００５７】
このようにして閉駆動用電磁石６１の電磁力が制御された後、この一連の処理は終了される。この一連の処理が終了された後、アッパスプリング３８の弾性力等によって弁体１９が更に変位して中立位置よりも所定量だけ開弁側の位置に達すると、その後は別の処理を通じて開駆動用電磁石６２に対する通電制御が行われ、同開駆動用電磁石６２の電磁力によって弁体１９が全開位置にまで確実に引き付けられるようになる。
【００５８】
以上、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に説明したが、全開位置にある弁体１９を閉駆動する場合には、開駆動用電磁石６２の電磁力が同様の態様をもって制御される。また、吸気弁の弁体をその全開位置から閉駆動する場合や全閉位置から開駆動する場合についても同様である。
【００５９】
以上説明した態様をもって弁体１９を開閉駆動する際の電磁力を制御するようにした本実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）弁体１９を開閉駆動する際、筒内圧や吸・排気圧に基づく外力が弁体１９に作用することにより、同弁体の実変位量ｘがその目標変位量ｘｔから乖離した場合、これら各変位量ｘ，ｘｔが一致するように、各電磁石６１，６２の電磁力が実変位量ｘと目標変位量ｘｔとの乖離度、即ち上記偏差Δｘに応じて制御される。従って、上記外力が機関運転状態に応じて変化する場合であっても、その外力の変化に応じて各電磁石６１，６２の電磁力を適切な大きさにその都度修正することができ、開閉駆動時の跳ね返り等に起因する作動安定性の低下を抑制することができるようになる。また、このように各電磁石６１，６２の電磁力が上記偏差Δｘに基づいて制御され、同電磁力が機関運転状態に適したものにその都度修正されるため、機関運転状態とそれに適した電磁力との間の関係を予め実験等を通じて求めておく必要がなくなり、制御定数の適合作業についてその簡略化を図ることができるようになる。
【００６０】
（２）また、機関運転状態が同じであっても、吸気弁を開閉するときと排気弁を開閉するときとでは筒内圧は異なっており、また吸気圧及び排気圧についても同様に異なったものとなる。従って、機関運転状態とそれに適した電磁力との間の関係を予め実験等を通じて求め、この関係に基づいて各電磁石６１，６２の電磁力を制御するようにした場合には、こうした機関運転状態と電磁力との関係を吸気弁を開閉する場合と排気弁１０を開閉する場合とについて各別に求めておく必要があり、その適合作業が極めて煩雑なものとなる。一方、本実施形態では、弁体１９の実変位量ｘと目標変位量ｘｔとの偏差Δｘに基づいて各電磁石６１，６２の電磁力をフィードバック制御するようにしたため、こうした煩雑な適合作業は不要になり、また吸気弁を開閉する場合であれ、或いは排気弁１０を開閉する場合であれ、同じ制御ロジックを用いて各電磁石６１，６２の電磁力を適切に制御することが可能になる。
【００６１】
（３）弁体１９を上記摩擦抵抗のみが作用する状態のもとで各スプリング２４，３８の弾性力に基づいて自由振動させたときの変位量を上記目標変位量ｘｔとして設定するようにしたため、上記変位速度調整期間において各電磁石６１，６２から弁体１９に与える電磁力の大きさを必要最小限に抑えつつ、同弁体１９を一方の変位端から他方の変位端に向けて変位させることができ、弁体１９を開閉駆動する際の消費電力の増大を抑制することができるようになる。
【００６２】
（４）また、弁体１９に実際に作用する外力の大きさに合わせてその都度適切な大きさに駆動電流Ｉが設定されるため、例えば機関運転状態とそれに適した電磁力との間の関係を予め実験等を通じて求め、この関係に基づいて各電磁石６１，６２の電磁力を制御するといった、いわばフィードフォワード的な通電制御と比較して、弁体１９を開閉駆動する際の消費電力を小さく抑えることができるようになる。
【００６３】
（５）更に、ＦＢ電流Ｉｂを算出する際のフィードバックゲインをアーマチャ２８と各電磁石６１，６２の各コア３２，３４との間のエアギャップＧの大きさに基づいて可変設定するようにしたため、ＦＢ電流ＩｂをエアギャップＧの大きさに見合った値として算出することができ、このＦＢ電流Ｉｂに基づいて弁体１９に対して適切な大きさの電磁力を与えることができる。その結果、目標変位量ｘｔに対する弁体１９の実変位量ｘの追従性及び収束性を高めることができるようになる。
【００６４】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６５】
本実施形態では、弁体１９の変位量、変位速度、並びに同弁体１９に作用する力をそれぞれモデル変数として含む物理モデルを構築し、この物理モデルを通じて実変位量ｘを目標変位量ｘｔに一致させる上で必要となる電磁力の要求値を算出するようにしている。具体的には、弁体１９が開閉する際の挙動をシミュレートするための運動方程式を求め、この運動方程式に基づいて弁体１９の応答解析を行うことにより、上記電磁力要求値を算出し、この電磁力要求値に基づいて上記ＦＢ電流Ｉｂを算出するようにしている。
【００６６】
尚、図５に示されるように、本実施形態にかかる制御装置が適用される内燃機関は、筒内圧を検出する筒内圧センサ５４、吸気通路１３の内圧（吸気圧）を検出する吸気圧センサ５６、並びに排気通路１７の内圧（排気圧）を検出する排気圧センサ５８をそれぞれ備えている。因みに、上記吸気圧センサ５６は、空燃比制御等において吸入空気量を検出するためのセンサとしても利用される。また、筒内圧センサ５４は、弁体１９に作用する外力を推定するために設けられるセンサであるが、燃焼行程中の最大筒内圧、即ち燃焼圧を検出する燃焼圧センサを既に備える内燃機関にあっては、同センサと兼用することができる。
【００６７】
以下、変位速度調整期間において各電磁石６１，６２を通電制御する際の手順について、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に、図６並びに図７及び図８を参照して説明する。図６は、全閉位置にある弁体１９が開駆動開始時期（タイミングｔ(0) ）から開弁方向に変位する場合について、目標変位量ｘｔ（実線）及び実変位量ｘ（一点鎖線）の時間的な推移を示すタイミングチャートである。また、図７及び図８は、各電磁石６１，６２を通電制御する際の手順についてその流れを示すフローチャートであり、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により所定の時間間隔Δｔをもって繰り返し実行される。
【００６８】
この一連の処理において、現制御周期ｔ(i) が変位速度調整期間にある旨判断された場合（ステップ２１０：ＹＥＳ）、実変位量ｘ(i) が取り込まれ（ステップ２２０）、更に目標変位量ｘｔ(i) が読み込まれる（ステップ２３０）。
【００６９】
次に、以下の式（３）に基づいて現制御周期ｔ(i) における実変位速度ｖ(i) が算出される（ステップ２４０）。
【００７０】
【数３】
0004244526.tif 000004
上式（３）において、「ｘ(i-1) 」は前回の制御周期ｔ(i-1) （＝ ｔ(i) ーΔｔ）における実変位量である（図６参照）。
【００７１】
尚、変位量センサ５２の検出信号に混入するノイズの影響を抑えるためには、上式（３）により算出される実変位速度ｖ(i) に対して更に一次遅れ処理等、ノイズにより強調される高周波成分を除去するためのフィルタ処理を施すようにするのが望ましい。
【００７２】
次に、次回の制御周期ｔ(i+1) （＝ ｔ(i) ＋Δｔ）における目標変位速度ｖｔ(i+1) が例えば以下の式（４）に基づいて算出される（ステップ２５０）。
【００７３】
【数４】
0004244526.tif 000005
上式（４）において、「ｘｔ(i+1) 」は次回の制御周期ｔ(i+1) における目標変位量である（図６参照）。この次回の制御周期ｔ(i+1) における目標変位量ｘｔ(i+1) は、弁体１９の開駆動開始時期ｔ(0) から次回の制御周期ｔ(i+1) までの経過時間（＝ｔ(i+1) −ｔ(0) ）に対応する値が電子制御装置５０のメモリから読み込まれる。尚、上記経過時間に対応する目標変位量ｘｔは既知であるため、電子制御装置５０のメモリに記憶されている目標変位量ｘｔについての関数データを適宜微分演算することにより、次回の制御周期ｔ(i+1) における目標変位速度ｖｔ(i+1) を算出するようにしてもよい。
【００７４】
このようにして現制御周期ｔ(i) における実変位速度ｖ(i) 並びに次回の制御周期t(i+1) における目標変位速度ｖｔ(i+1) が算出されると、次に、以下の式（５）に基づいて、実変位速度ｖ(i) を次回の制御周期ｔ(i+1) までに目標変位速度ｖｔ(i+1) に一致させるのに必要となる弁体１９の加速度要求値ａが算出される（ステップ２６０）。
【００７５】
【数５】
0004244526.tif 000006
上式（５）から明らかなように、本実施形態においては、実変位速度ｖと目標変位速度ｖｔとの乖離度、即ちこの場合はそれらの偏差（ｖｔ−ｖ）に基づいて上記加速度要求値ａが算出される。
【００７６】
次に、以下の式（６）に基づいて弁体１９に作用する外力Ｆが推定される（ステップ２７０）。
【００７７】
【数６】
0004244526.tif 000007
上式（６）において、「Ｆｐ」は、筒内圧や排気圧に基づいて弁体１９、特にその傘部１６に作用する力であり、例えばこれは以下の式（７）に基づいて算出される。尚、吸気弁１１の弁体に作用する力を推定する場合には、吸気圧センサ５６により検出される吸気圧が以下の排気圧に換えて用いられる。
【００７８】
【数７】
0004244526.tif 000008
また、上式（６）において、「Ｆｆ」は、排気弁１０の各摺動部における摩擦抵抗であり、予め実験等に基づき求められる一定値である。尚、この摩擦抵抗の大きさは、各摺動部の潤滑状態、特に潤滑油の温度に応じて変化するため、例えば、機関温度（機関冷却水温度等により推定）が低いときほどこの摩擦抵抗Ｆｆを大きく設定するなど、同摩擦抵抗Ｆｆを機関温度の関数とし、これに基づいて推定するようにしてもよい。
【００７９】
ここで、排気弁１０をばね・質量振動系としてモデル化することにより以下の運動方程式（８）が得られる。
【００８０】
【数８】
0004244526.tif 000009
この運動方程式（８）において、「ｍ」は上記振動モデルの質量であり、弁体１９等、排気弁１０における可動部の質量に基づいて設定される。「ｃ」は振動モデルの減衰係数であり、排気弁１０の各摺動部においてその摺動速度に応じて発生する抵抗力等に基づいて設定される。更に、「ｋ」は振動モデルのばね係数であり、アッパスプリング３８及びロアスプリング２４等の弾性特性に基づいて設定される。また、「Ｆｅｍ」は弁体１９の実変位速度ｖ(i) を目標変位速度ｖｔ(i+1) に一致させるのに必要となる閉駆動用電磁石６１の電磁力要求値である。
【００８１】
この運動方程式（８）から更に以下の式（９）が導かれる。そして、この式（９）に基づいて、上記電磁力要求値Ｆｅｍが算出される（ステップ２８０）。
【００８２】
【数９】
0004244526.tif 000010
次に、この電磁力要求値Ｆｅｍが「０」より大きいか否かが判断される（ステップ２９０）。ここで、電磁力要求値Ｆｅｍが「０」以下である場合には（ステップ２９０：ＮＯ）、閉駆動用電磁石６１の電磁力によって弁体１９を閉弁方向に吸引する必要がないため、ＦＢ電流Ｉｂが「０」に設定される（ステップ３１０）。
【００８３】
一方、ここで、電磁力要求値Ｆｅｍが「０」より大きい場合には（ステップ２９０：ＹＥＳ）、この電磁力要求値Ｆｅｍに基づいてＦＢ電流Ｉｂが算出される（ステップ３００）。図９は、この算出に際して参照される電磁力要求値Ｆｅｍ及びエアギャップＧとＦＢ電流Ｉｂとの関係を示すマップであり、このマップに示される関係は関数データとして電子制御装置５０のメモリに予め記憶されている。
【００８４】
同図９に示されるように、電磁力要求値Ｆｅｍが大きいときほど、またエアギャップＧが大きいときほど、ＦＢ電流Ｉｂは大きな値に設定される。因みに、このようにＦＢ電流Ｉｂを設定するようにしているのは、これら電磁力要求値Ｆｅｍ、エアギャップＧ、並びにＦＢ電流Ｉｂについては一般に、以下の式（１０）に示される関係が成立することに基づいている。
【００８５】
【数１０】
0004244526.tif 000011
次に、図４に示されるステップ１７０の処理と同様にして、ＦＦ電流Ｉｆが算出される（ステップ３２０）。そして、ＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂの和（＝Ｉｆ＋Ｉｂ）が駆動電流Ｉとして設定され（ステップ３３０）、この駆動電流Ｉが閉駆動用電磁石６１に供給される（ステップ３４０）。このようにして閉駆動用電磁石６１の電磁力が制御された後、或いは先のステップ２１０において現制御周期ｔ(i) が変位速度調整期間にないと判断された場合（ステップ２１０：ＮＯ）、この一連の処理は終了される。
【００８６】
以上、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に説明したが、全開位置にある弁体１９を閉駆動する場合には開駆動用電磁石６２の電磁力が同様の態様をもって制御される。また、吸気弁１１の弁体をその全開位置から閉駆動する場合や全閉位置から開駆動する場合についても同様である。尚、吸気弁１１について運動方程式を構築する場合、排気弁１０についての同式をそのまま流用することも可能であるが、より精度の高い制御を行うためには、各モデル定数ｍ，ｃ，ｋを、その吸気弁１１の各諸元に合わせて設定するのが望ましい。
【００８７】
以上説明した態様をもって弁体１９を開閉駆動する際の電磁力を制御するようにした本実施形態によれば、第１の実施形態において記載した（２）〜（４）の作用効果に加えて、更に以下のような作用効果を奏することができる。
【００８８】
（６）本実施形態では、弁体１９に作用する種々の力に応じて変化する同弁体１９の状態量、即ち弁体１９の実変位速度ｖと、その目標値（目標変位速度ｖｔ）との偏差（ｖｔ−ｖ）に応じて加速度要求値ａを設定し、更にこの加速度要求値ａをパラメータとして含む運動方程式に基づいて各電磁石６１，６２の電磁力要求値Ｆｅｍを算出するようにしている。従って、弁体１９を開閉駆動する際、筒内圧や吸・排気圧に基づく外力が弁体１９に作用することにより、同弁体１９の実変位速度ｖがその目標変位速度ｖｔから乖離した場合、これら各変位速度ｖ，ｖｔが一致するように、各電磁石６１，６２の電磁力が上記電磁力要求値Ｆｅｍに応じて制御されるようになる。このため、上記外力が機関運転状態に応じて変化する場合であっても、その外力に応じて各電磁石６１，６２の電磁力を適切な大きさにその都度修正することができ、開閉駆動時の跳ね返り等に起因する作動安定性の低下を抑制することができるようになる。また、このように電磁力要求値Ｆｅｍに基づいて各電磁石６１，６２の電磁力が制御され、同電磁力が機関運転状態に適したものにその都度修正されるため、機関運転状態とそれに適した電磁力との間の関係を予め実験等を通じて求めておく必要がなくなり、制御定数の適合作業についてその簡略化を図ることができるようになる。
【００８９】
（７）また、排気弁１０や吸気弁１１をばね・質量振動系としてモデル化したモデル（運動方程式）から電磁力要求値Ｆｅｍを算出し、この電磁力要求値Ｆｅｍに基づいてＦＢ電流Ｉｂを算出するようにしている。このため、単に実変位量ｘと目標変位量ｘｔとの偏差Δｘに基づいてＦＢ電流Ｉｂを算出するようにした場合とは異なり、弁体１９の動的な挙動を把握しつつ、同ＦＢ電流Ｉｂの大きさを設定することができ、このＦＢ電流Ｉｂに基づく適切な大きさの電磁力を弁体１９に与えてその変位速度を低下させることができる。その結果、目標変位量ｘｔや目標変位速度ｖｔに対する弁体１９の実変位量ｘや実変位速度ｖの追従性及び収束性を高めることができるようになる。
【００９０】
（８）更に、電磁力要求値ＦｅｍからＦＢ電流Ｉｂを算出するに際し、電磁力要求値Ｆｅｍが同じであっても、エアギャップＧの大きさに基づいてＦＢ電流Ｉｂを可変設定するようにしたため、ＦＢ電流ＩｂをエアギャップＧの大きさに見合った値として算出することができ、このＦＢ電流Ｉｂに基づいて弁体１９に対して適切な大きさの電磁力を与えることができる。その結果、目標変位量ｘｔや目標変位速度ｖｔに対する弁体１９の実変位量ｘや実変位速度ｖの追従性及び収束性を一層高めることができるようになる。
【００９１】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について、上記第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００９２】
第２の実施形態では、先の式（３）に基づき実変位速度ｖを算出するとともに（図７のステップ２４０の処理）、機関運転状態に応じて弁体１９に作用する力、即ち排気弁１０にあっては筒内圧及び排気圧の差圧に応じて弁体１９に作用する力、吸気弁１１にあっては筒内圧及び吸気圧の差圧に応じてその弁体に作用する力を各圧力センサ５４，５６，５８によりそれぞれ検出される筒内圧、排気圧、吸気圧に基づいて推定し、これに摺動部における摩擦抵抗を合わせて弁体１９に作用する外力Ｆを推定するようにした（図７のステップ２７０の処理）。
【００９３】
これに対して、本実施形態では、弁体１９の開閉挙動をシミュレートするばね・質量系振動モデルに基づいてその内部状態を観測するオブザーバを設定し、このオブザーバを利用することにより、弁体１９の実変位速度ｖを推定するとともに、筒内圧と排気圧或いは吸気圧との差圧に応じて弁体１９に作用する力Ｆｐ及び弁体１９の摺動部における摩擦抵抗Ｆｆの合力（外力Ｆ）を推定するようにしている。従って、本実施形態にかかる装置の構成においては、各圧力センサ５４，５６，５８のうち、空燃比制御に用いられる吸気圧センサ５６を除く、筒内圧センサ５４及び排気圧センサ５８が省略されている。
【００９４】
以下、排気弁１０の弁体１９に作用する外力を推定する場合を例に、このオブザーバによる外力の推定手順について説明する。
排気弁１０をばね・質量振動系としてモデル化することにより以下の運動方程式（１１）が得られる。尚、この運動方程式（１１）において、「ｍ」、「ｃ」、「ｋ」の各モデル定数は先の式（８）において定義されるものと同じである。また、「ｘ」は弁体１９の変位量であり、「ｕ」は上記振動モデルにおける制御入力、即ち閉駆動用電磁石６１又は開駆動用電磁石６２の電磁力である。「ｗ」は弁体１９に作用する外力であり、これは筒内圧と排気圧との差圧に応じて弁体１９に作用する力と同弁体１９の摺動部における摩擦抵抗との合力である。
【００９５】
【数１１】
0004244526.tif 000012
ここで、状態変数Ｘを以下の式（１２）に示されるように定義する。
【００９６】
【数１２】
0004244526.tif 000013
これら各式（１１），（１２）から排気弁１０の振動モデルについて以下の状態方程式（１３）が得られる。
【００９７】
【数１３】
0004244526.tif 000014
一方、排気弁１０の振動モデルについてその出力方程式は以下の式（１４）のようになる。
【００９８】
【数１４】
0004244526.tif 000015
次に、状態変数Ｘの推定値を「Ｚ」とすると、この推定値Ｚを求めるためのオブザーバは以下の式（１５）のように記述される。尚、同式（１５）において「Ｌ」はオブザーバゲインである。
【００９９】
【数１５】
0004244526.tif 000016
そして、状態変数Ｘとその推定値Ｚとの間の推定誤差（＝Ｘ−Ｚ）を「ｅ」とすると、この推定誤差ｅは先の各式（１３）〜（１５）から得られる以下の式（１６）によって求められる。
【０１００】
【数１６】
0004244526.tif 000017
従って、この式（１６）によって求められる推定誤差ｅが「０」に収束するように上記オブザーバゲインＬを適宜設計することにより、先の式（１５）から推定値Ｚを算出することができる。換言すれば、弁体１９の変位速度（実変位速度ｖ）を推定することができるようになる。そして、例えば、式（１３），（１５）において制御入力ｕを「０」とすれば外力ｗが推定され、この推定される外力ｗは、筒内圧及び排気圧の差圧に応じて作用する力Ｆｐ並びに摩擦抵抗Ｆｆの他、更に各電磁石６１，６２の電磁力を加えたものになる。従って、この推定外力ｗから現在各電磁石６１，６２において発生している電磁力を減算することにより、筒内圧及び排気圧の差圧に応じて作用する力Ｆｐ及び摩擦抵抗Ｆｆの合力である外力Ｆを推定することができる。
【０１０１】
本実施形態では、このようにオブザーバを通じて推定される弁体１９の実変位速度ｖと、上式（４）から算出される目標変位速度ｖｔとに基づいて加速度要求値ａが算出されるとともに（図７のステップ２６０）、この加速度要求値ａと、同じくオブザーバを通じて推定される上記外力Ｆとに基づいて電磁力要求値Ｆｅｍが算出される（ステップ２８０）。そして、この電磁力要求値ＦｅｍからＦＢ電流Ｉｂが算出され、更にこのＦＢ電流Ｉｂ及びＦＦ電流Ｉｆから求められる駆動電流Ｉに基づいて各電磁石６１，６２が選択的に通電制御される（ステップ２９０〜３４０）。
【０１０２】
以上、排気弁１０の弁体１９に作用する外力を推定する場合を例に説明したが、吸気弁１１の弁体に作用する外力を推定する場合の同様の手順に従ってこれを求めることができる。尚、吸気弁１１について運動方程式を構築する場合、排気弁１０についての同式をそのまま流用することも可能であるが、より精度の高い制御を行うためには、各モデル定数ｍ，ｃ，ｋを、その吸気弁１１の各諸元に合わせて設定するのが望ましい。
【０１０３】
以上説明した態様をもって弁体１９を開閉駆動する際の電磁力を制御するようにした本実施形態によれば、第２の実施形態と同等の作用効果に加え、更に以下の作用効果を奏することができるようになる。
【０１０４】
（９）弁体１９の開閉挙動をシミュレートするばね・質量系振動モデルに基づいてその内部状態を観測するオブザーバを設定し、このオブザーバを利用することにより、弁体１９に作用する外力を推定するようにしたため、筒内圧センサや排気圧センサ等、この外力を推定するためのセンサを新たに別途設ける必要がなく、制御装置にかかる構成の簡略化を図ることができるようになる。
【０１０５】
（１０）機関運転状態に応じて変化する力はもとより、弁体１９の摺動部における摩擦抵抗が例えば機関温度等に応じて変化する場合であれ、こうした摩擦抵抗の変動にも応じて外力Ｆを正確に推定することができる。従って、外力Ｆを推定する際の推定精度を高めることができ、ひいては目標変位量ｘｔや目標変位速度ｖｔに対する実変位量ｘや実変位速度ｖの追従性及び収束性を向上させることができるようになる。
【０１０６】
（１１）先の式（３）に示されるように、変位量センサ５２の検出信号を微分処理することにより弁体１９の実変位速度ｖを算出するようにした場合、同変位量センサ５２の検出信号にノイズが混入すると、そのノイズの影響が微分処理を通じて強調されるために算出精度が低下する傾向がある。この点、本実施形態によれば、上記オブザーバを利用することにより、上記外力Ｆの他、弁体１９の実変位速度ｖも併せて推定できるため、こうしたノイズによる悪影響を抑えることができ、ひいては目標変位量ｘｔや目標変位速度ｖｔに対する実変位量ｘや実変位速度ｖの追従性及び収束性を一層向上させることができるようになる。
【０１０７】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について、上記第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０８】
本実施形態では、弁体１９の物理モデルを運動方程式ではなく、エネルギ保存式に基づいて記述するようにしている点が上記第２の実施形態と相違している。具体的には、弁体１９に作用する種々の力に応じて変化する同弁体１９の状態量として、弁体１９の実力学的エネルギ量（運動エネルギ量と弾性エネルギ量の和）を算出するとともに、実力学的エネルギ量の目標値である目標力学的エネルギ量を設定し、これらの乖離度、即ち各エネルギ量の偏差を算出するようにしている。そして更に、このエネルギ量偏差と、弁体１９についてのエネルギ保存式に基づいて電磁力要求値を算出するようにしている。尚、本実施形態にかかる制御装置の構成においても、各圧力センサ５４，５６，５８の検出結果に基づいて外力Ｆを推定する必要がないため、これら圧力センサ５４，５６，５８のうち、空燃比制御に用いられる吸気圧センサ５６を除く、筒内圧センサ５４及び排気圧センサ５８が省略されている。
【０１０９】
以下、変位速度調整期間において各電磁石６１，６２を通電制御する際の手順について、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に、先の図６のタイミングチャート並びに図１０のフローチャートを参照して説明する。尚、本実施形態にかかる制御装置では、先の図７及び図８のフローチャートに示される処理の一部を変更して行うようにしており、図１０はその変更された各処理を示している。
【０１１０】
この一連の処理では、図７に示されるステップ２１０〜２４０の各処理の後、例えば以下の式（１７）に基づいて、現制御周期ｔ(i) における目標変位速度ｖｔ(i) が算出される（ステップ２５２）。
【０１１１】
【数１７】
0004244526.tif 000018
上式（１７）において、「ｘｔ(iー1) 」は前回の制御周期ｔ(iー1) における目標変位量である（図６参照）。尚、上記経過時間に対応する目標変位量ｘｔは既知であるため、次回の制御周期ｔ(i+1) における目標変位速度ｖｔ(i+1) を算出する場合（図７のステップ２５０）と同様に、電子制御装置５０のメモリに記憶されている目標変位量ｘｔについての関数データを適宜微分演算することにより、現制御周期ｔ(i) における目標変位速度ｖｔ(i) を算出するようにしてもよい。
【０１１２】
次に、以下の式（１８）に基づいて現制御周期ｔ(i) における弁体１９の実力学的エネルギ量Ｅが算出される（ステップ２６２）。
【０１１３】
【数１８】
0004244526.tif 000019
ここで、上式（１８）の右辺第１項は運動エネルギ量であり、同項において「ｍ」は弁体１９等、排気弁１０における可動部の質量に基づいて設定される定数である。また、上式（１８）の右辺第２項は弾性エネルギ量であり、同項において「ｋ」はアッパスプリング３８及びロアスプリング２４等の弾性特性に基づいて設定される定数である。
【０１１４】
次に、以下の式（１９）に基づいて弁体１９の現制御周期ｔ(i) における目標力学的エネルギ量Ｅｔが算出される（ステップ２６４）。
【０１１５】
【数１９】
0004244526.tif 000020
このようにして実力学的エネルギ量Ｅ及び目標力学的エネルギ量Ｅｔがそれぞれ算出されると、次にこれら各エネルギ量Ｅ，Ｅｔの偏差ΔＥが以下の式（２０）に基づいて算出される（ステップ２７２）。
【０１１６】
【数２０】
0004244526.tif 000021
このエネルギ量偏差ΔＥは、機関運転状態に応じて作用する力や摺動部の摩擦抵抗等、弁体１９に作用する外力に応じて変化し、例えば筒内圧等に基づく外力によって弁体１９が開弁方向に吸引される際の仕事量が大きくなるほどそれに応じて大きくなる。例えば、仮に弁体１９に外力が全く作用しないのであれば、弁体１９の有する力学的エネルギ量は常に一定であり変化することはない。しかしながら実際には、こうした外力の影響により弁体１９の有する力学的エネルギ量は変化し、上記実力学的エネルギ量Ｅと目標力学的エネルギ量Ｅｔとの間に偏差が生じるようになる。従って、これら各力学的エネルギ量Ｅ，Ｅｔの偏差ΔＥを求め、このエネルギ量偏差ΔＥに基づいて電磁力要求値Ｆｅｍを設定することにより、外力を直接求めることなく、この外力による影響を反映させたかたちで電磁力を制御することができるようになる。
【０１１７】
この際の具体的な制御態様は以下のようになる。即ち、現制御周期ｔ(i) において実力学的エネルギ量Ｅと目標力学的エネルギ量Ｅｔとを一致させるためには、これらのエネルギ量偏差ΔＥを各電磁石６１，６２の電磁力を通じてなされる仕事（仕事量Ｆｅｍ（ｘｔ(i) −ｘ(i) ））によって打ち消す必要がある。即ち、エネルギ量偏差ΔＥと上記仕事量Ｆｅｍ（ｘｔ(i) −ｘ(i) ）との間において、以下の式（２１）に示される関係が成立する必要がある。
【０１１８】
【数２１】
0004244526.tif 000022
従って、最終的に電磁力要求値Ｆｅｍは、この式（２１）から得られる以下の式（２２）に基づいて算出される（ステップ２８２）。
【０１１９】
【数２２】
0004244526.tif 000023
このようにして電磁力要求値Ｆｅｍが算出された後、次に上記エネルギ量偏差ΔＥが「０」より大きいか否かが判断される（ステップ２９２）。ここで、エネルギ量偏差ΔＥが「０」より大きくない場合には（ステップ２９２：ＮＯ）、筒内圧等に基づく外力により弁体１９になされた仕事の量が小さく、弁体１９が過大な速度をもって開弁方向に変位していないことになる。従ってこの場合には、閉駆動用電磁石６１の電磁力によって弁体１９を閉弁方向に吸引する必要がないため、ＦＢ電流Ｉｂが「０」に設定される（ステップ３１０）。
【０１２０】
一方、ここで、エネルギ量偏差ΔＥが「０」より大きい場合には（ステップ２９２：ＹＥＳ）、弁体１９を閉弁方向に吸引してその変位速度を低下させる必要があるため、この電磁力要求値Ｆｅｍに基づいてＦＢ電流Ｉｂが算出される（ステップ３００）。
【０１２１】
その後、図８のフローチャートに示されるステップ３２０〜３４０の各処理を通じて、駆動電流Ｉが算出され、閉駆動用電磁石６１がこの駆動電流Ｉに基づいて通電制御される。
【０１２２】
以上、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に説明したが、全開位置にある弁体１９を閉駆動する場合には開駆動用電磁石６２の電磁力が同様の態様をもって制御される。また、吸気弁１１の弁体をその全開位置から閉駆動する場合や全閉位置から開駆動する場合についても同様である。尚、吸気弁１１についてエネルギ保存式を構築する場合、排気弁１０についての同式をそのまま流用することも可能であるが、より精度の高い制御を行うためには、各モデル定数ｍ，ｋを、その吸気弁１１の各諸元に合わせて設定するのが望ましい。
【０１２３】
以上説明した態様をもって弁体１９を駆動制御するようにした本実施形態によれば、第２の実施形態と同等の作用効果を奏することができるのに加え、上記第３の実施形態において（９）に示した作用効果と実質的に同様の作用効果を奏することができるようになる。
【０１２４】
（１２）即ち、本実施形態では、弁体１９についてのエネルギ保存式を用いて電磁力要求値を算出するようにしており、この算出においては、機関運転状態に応じて作用する力や摺動部の摩擦抵抗等、弁体１９に作用する外力の影響が上記エネルギ量偏差ΔＥの大きさとして反映されるようになる。このため、外力そのものを直接推定する必要がない。従って、筒内圧センサや排気圧センサ等、この外力を推定するためのセンサを新たに設ける必要がなく、制御装置にかかる構成の簡略化を図ることができるようになる。
【０１２５】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１２６】
上記第１の実施形態では、各摺動部での摩擦抵抗のみが弁体１９に作用し、筒内圧や排気圧等、機関運転状態に応じてその大きさが変化する外力が弁体１９に作用しない状態のもとで、同弁体１９を全閉位置或いは全開位置から各スプリング２４，３８の弾性力に基づいて自由振動させたときの変位量を目標変位量ｘｔとして設定し、実変位量ｘがこの目標変位量ｘｔから乖離した場合には、それらの偏差Δｘを打ち消すようにＦＢ電流Ｉｂの大きさを設定するようにしている。ここで、筒内圧や吸・排気に基づく外力が弁体１９に作用することが上記のように実変位量ｘが目標変位量ｘｔから乖離する主な要因である。
【０１２７】
そこで、本実施形態では、弁体１９の開閉挙動をシミュレートするばね・質量系振動モデルに基づいてこの外力を推定し、この外力と逆向きの電磁力を閉駆動用電磁石６１或いは開駆動用電磁石６２に発生させることにより、各摺動部での摩擦抵抗のみが作用する状態のもとで弁体１９を開閉させるようにしている。即ち、本実施形態では、上記摩擦抵抗を弁体１９に作用する外力の目標値として設定し、同弁体１９に実際に作用する外力がこの目標値（摩擦抵抗）と一致するように、上記変位速度調整期間における各電磁石６１，６２の電磁力を制御するようにしている。尚、第１の実施形態では、ＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂをそれぞれ算出し、その和を駆動電流Ｉとして設定するようにしたが、本実施形態では、弁体１９に実際に作用する外力と上記目標値との偏差に基づいて駆動電流Ｉを直接算出するようにしている。
【０１２８】
以下、本実施形態における各電磁石６１，６２の通電制御の手順について、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、全閉位置にある弁体１９が開駆動開始時期（タイミングｔ(0) ）から開弁方向に変位する場合について、上記摩擦抵抗のみが作用したときの弁体１９の変位量（実線）及び実変位量ｘ（一点鎖線）の時間的な推移を示すタイミングチャートである。また、図１２は、各電磁石６１，６２を通電制御する際の手順についてその流れを示すフローチャートであり、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により所定の時間間隔Δｔをもって繰り返し実行される。
【０１２９】
この一連の処理では、まず、現制御周期ｔ(i) が変位速度調整期間にあるか否かが判断される（ステップ４１０）。ここで、現制御周期ｔ(i) が変位速度調整期間にないと判断された場合（ステップ４１０：ＮＯ）、この一連の処理は終了される。尚、変位速度調整期間に先立つ上記保持期間において、駆動電流Ｉは、この一連の処理とは別の処理を通じて排気弁１０を全閉状態に保持し得る値（保持電流）に設定される。
【０１３０】
これに対して、現制御周期ｔ(i) が変位速度調整期間にある場合には（ステップ４１０：ＹＥＳ）、まず実変位量ｘ(i) が取り込まれ（ステップ４２０）、次に、上記式（３）に基づいて現制御周期ｔ(i) における実変位速度ｖ(i) が算出される（ステップ４３０）。
【０１３１】
そして次に、以下の式（２３）に基づいて、現制御周期ｔ(i) における弁体１９の実加速度ａ(i) が算出される（ステップ４４０）。
【０１３２】
【数２３】
0004244526.tif 000024
上式（２３）において、「ｖ(i-1) 」は前回の制御周期ｔ(i-1) （＝ ｔ(i) ーΔｔ）において算出された実変位速度である（図１１参照）。
【０１３３】
このようにして現制御周期ｔ(i) における実変位速度ｖ(i) 及び実加速度ａ(i) が算出された後、更に現制御周期ｔ(i) において弁体１９に作用している実電磁力ｆ(i) が、例えば以下の式（２４）に基づいて算出される（ステップ４５０）。
【０１３４】
【数２４】
0004244526.tif 000025
上式（２４）において、「Ｉ」は前回の制御周期ｔ(i-1) において算出された駆動電流（指令値）であり、「Ｇ」は現制御周期ｔ(i) でのエアギャップの大きさである。尚、現制御周期ｔ(i) において閉駆動用電磁石６１に対して出力されている駆動電流の大きさが電子制御装置５０により監視できる場合には、上記駆動電流の指令値に替えてこの実際の駆動電流の値を上式（２４）に代入するようにしてもよい。
【０１３５】
ここで、排気弁１０をばね・質量振動系としてモデル化することにより以下の運動方程式（２５）が得られる。
【０１３６】
【数２５】
0004244526.tif 000026
尚、この運動方程式（２５）において、「ｍ」、「ｃ」、「ｋ」の各モデル定数は先の式（８）において定義されるものと同じである。また、「Ｆ」は上記外力、即ち筒内圧等に基づいて弁体１９に作用する力Ｆｐと上記摩擦抵抗Ｆｆとの合力である。
【０１３７】
次に、この運動方程式（２５）から得られる以下の式（２６）に基づいて外力Ｆが算出される（ステップ４６０）。
【０１３８】
【数２６】
0004244526.tif 000027
このようにして外力Ｆが算出されると、次にこの外力Ｆとその目標値Ｆｔ（目標外力）との偏差ΔＦが以下の式（２７）に基づいて算出される（ステップ４７０）。
【０１３９】
【数２７】
0004244526.tif 000028
上述したように、本実施形態において、この目標外力Ｆｔは弁体１９の各摺動部における摩擦抵抗Ｆｆとして設定されている。従って、筒内圧等に基づく力Ｆｐが弁体１９に対して全く作用していなければ、上記外力偏差ΔＦは「０」として算出される。一方、筒内圧等に基づく力Ｆｐが弁体１９を開弁方向に変位させる向き（閉駆動時にあっては弁体１９を閉弁方向に変位させる向き）に作用すると、外力偏差ΔＦは「０」より大きくなり、更にこの力Ｆｐの大きさ（｜Ｆｐ｜）が大きくなるにつれて同外力偏差ΔＦも大きくなる。従って、この外力偏差ΔＦと同じ大きさの電磁力を閉駆動用電磁石６１（閉駆動時にあっては開駆動用電磁石６２）に発生させることにより、弁体１９に作用する筒内圧等に基づく力Ｆｐがこの電磁力によって打ち消されるようになり、見掛け上、同弁体１９は摩擦抵抗Ｆｆのみが作用した状態で開弁方向に変位するようになる。
【０１４０】
次に、この外力偏差ΔＦが「０」より大きいか否かが判断される（ステップ４８０）。ここで外力偏差ΔＦが「０」以下である場合には（ステップ４８０：ＮＯ）、筒内圧等に基づく力Ｆｐが弁体１９を開弁方向に変位させる向きに作用しておらず、従って弁体１９を閉弁方向に吸引してその変位速度を低下させる必要がないため、駆動電流Ｉ（指令値）が「０」に設定される（ステップ５００）。
【０１４１】
一方、外力偏差ΔＦが「０」より大きい場合には、筒内圧等に基づく力Ｆｐが弁体１９を開弁方向に変位させる向きに作用しているため、この力Ｆｐを閉駆動用電磁石６１の電磁力によって打ち消すべく、以下の式（２８）に基づいて駆動電流Ｉが算出される（ステップ４９０）。
【０１４２】
【数２８】
0004244526.tif 000029
そして、現制御周期ｔ(i) から次回の制御周期ｔ(i+1) の直前まで、この駆動電流Ｉが閉駆動用電磁石６１に対して供給される（ステップ５１０）。このようにして閉駆動用電磁石６１の電磁力が制御された後、この一連の処理は終了される。
【０１４３】
以上、全閉位置にある排気弁１０の弁体１９を開駆動する場合を例に説明したが、全開位置にある弁体１９を閉駆動する場合には開駆動用電磁石６２の電磁力が同様の態様をもって制御される。また、吸気弁の弁体をその全開位置から閉駆動する場合や全閉位置から開駆動する場合についても同様である。尚、吸気弁について運動方程式を構築する場合、排気弁１０についての同式をそのまま流用することも可能であるが、より精度の高い制御を行うためには、各モデル定数ｍ，ｃ，ｋを、その吸気弁の各諸元に合わせて設定するのが望ましい。
【０１４４】
以上説明した態様をもって弁体１９を駆動制御するようにした本実施形態によれば、第１の実施形態において記載した（４）の作用効果に加えて、更に以下に記載する作用効果を奏することができる。
【０１４５】
（１３）本実施形態では、ばね・質量振動系として排気弁１０或いは吸気弁をモデル化したモデル（運動方程式）を用いて弁体１９に作用する外力Ｆを推定し、この推定される外力Ｆとその目標外力Ｆｔ（＝摩擦抵抗Ｆｆ）との偏差ΔＦに基づいて各電磁石６１，６２の電磁力を制御するようにしている。従って、弁体１９を開閉駆動する際、筒内圧や吸・排気圧に基づく力Ｆｐが弁体１９に作用することにより、同弁体１９に作用する外力Ｆの大きさがその目標外力Ｆｔから乖離した場合、これらが一致するように、各電磁石６１，６２の電磁力が上記外力偏差ΔＦに基づいて制御される。このため、筒内圧や吸・排気圧に基づく力Ｆｐが機関運転状態に応じて変化する場合であっても、それに応じて各電磁石６１，６２の電磁力を適切な大きさにその都度修正することができ、開閉駆動時の跳ね返り等に起因する作動安定性の低下を抑制することができるようになる。また、このように上記外力偏差ΔＦに応じて各電磁石６１，６２の電磁力が制御され、同電磁力が機関運転状態に適したものにその都度修正されるため、機関運転状態とそれに適した電磁力との間の関係を予め実験等を通じて求めておく必要がなくなり、制御定数の適合作業についてその簡略化を図ることができるようになる。
【０１４６】
（１４）また、排気弁１０や吸気弁をばね・質量振動系としてモデル化したモデル（運動方程式）から外力Ｆを算出し、この外力Ｆとその目標外力Ｆｔとの偏差ΔＦに基づいて駆動電流Ｉを算出するようにしている。このため、弁体１９の動的な挙動を把握しつつ、駆動電流Ｉの大きさを設定することができ、この駆動電流Ｉに基づく適切な大きさの電磁力を弁体１９に与えてその変位速度を低下させることができる。その結果、目標外力Ｆｔに対する上記外力Ｆの追従性及び収束性を向上させることができるようになる。
【０１４７】
（１５）更に、弁体１９の開閉挙動をシミュレートするばね・質量系振動モデルに基づいて、同弁体１９に作用する外力Ｆを推定するようにしているため、筒内圧センサや排気圧センサ等、この外力Ｆを推定するためのセンサを新たに設ける必要がなく、制御装置にかかる構成の簡略化を図ることができるようになる。
【０１４８】
（１６）また、弁体１９に作用する外力Ｆとその目標外力Ｆｔとの偏差ΔＦに基づいて各電磁石６１，６２の電磁力を制御するようにしたため、機関運転状態とそれに適した電磁力との関係を求める作業を排気弁１０及び吸気弁について各別に行う等、煩雑な適合作業は不要になり、また吸気弁を開閉する場合であれ、或いは排気弁１０を開閉する場合であれ、同じ制御ロジックを用いて各電磁石６１，６２の電磁力を適切に制御することが可能になる。
【０１４９】
（１７）弁体１９に作用する外力Ｆについてその目標外力Ｆｔを弁体１９の各摺動部における摩擦抵抗Ｆｆとして設定するようにしたため、上記変位速度調整期間において各電磁石６１，６２から弁体１９に与える電磁力の大きさを必要最小限に抑えつつ、同弁体１９を一方の変位端から他方の変位端に向けて変位させることができ、弁体１９を開閉駆動する際の消費電力の増大を抑制することができるようになる。
【０１５０】
（１８）更に、上記外力偏差ΔＦから駆動電流Ｉを算出するに際し、外力偏差ΔＦが同じであっても、エアギャップＧの大きさに基づいて駆動電流Ｉを可変設定するようにしたため、駆動電流ＩをエアギャップＧの大きさに見合った値として算出することができ、この駆動電流Ｉに基づいて弁体１９に対して適切な大きさの電磁力を与えることができる。その結果、目標外力Ｆｔに対する上記外力Ｆの追従性及び収束性を向上させることができるようになる。
【０１５１】
［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態について、上記第５の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１５２】
上述したように、変位速度調整期間に先立つ保持期間では、弁体１９を全閉位置或いは全開位置に保持する必要があるため、閉駆動用電磁石６１或いは開駆動用電磁石６２に対して保持電流が供給されており、弁体１９は所定の大きさの電磁力をもってこれら電磁石６１，６２のコア３２，３４に吸着されている。そして、保持期間から変位速度調整期間に移行すると、この保持電流の供給は停止されるため、それまで弁体１９を吸引していた各電磁石６１，６２の電磁力は消失する。
【０１５３】
但し、実際には、このように保持電流の供給が停止された後も、アーマチャ２８や各コア３２，３４には残留磁力が発生しており、また保持電流の供給を停止すべく各電磁石６１，６２の駆動回路を制御しても、実際にこの保持電流が「０」になるまでには所定の応答遅れが存在する。従って、図１３に示されるように、保持期間から変位速度調整期間に移行して弁体１９が開閉駆動される際、その開閉駆動が開始されてから所定期間が経過するまでは（タイミングｔ０〜ｔ１）、こうした残留磁力や保持電流の応答遅れにより各電磁石６１，６２に発生する電磁力（以下、これらを合わせて「保持後残留磁力Ｆｒ」という）が弁体１９に作用するようになり、この保持後残留磁力Ｆｒによって同弁体１９は閉弁方向（開駆動時）或いは開弁方向（閉駆動時）に吸引されるようになる。
【０１５４】
従って、こうした保持後残留磁力Ｆｒの影響を何ら考慮しないまま駆動電流Ｉを設定するようにすると、保持期間から変位速度調整期間に移行した直後において、弁体１９を閉弁方向（開駆動時）或いは開弁方向（閉駆動時）に吸引する各電磁石６１，６２の電磁力がこの保持後残留磁力Ｆｒに相当する分だけ大きくなる結果、過大な電磁力が弁体１９に作用するようになる。
【０１５５】
この点、第５の実施形態において、各電磁石６１，６２に実際に供給される駆動電流の大きさを電子制御装置５０により監視し、この実駆動電流に基づいて実電磁力ｆ(i) を算出（図１２のステップ４５０）するようにした場合には、保持電流の応答遅れによって変位速度調整期間に移行した後も各電磁石６１，６２に発生する電磁力について、これを考慮したうえで駆動電流Ｉ（指令値）を算出することはできる。但し、この場合には電子制御装置５０に実駆動電流を監視する機構を別途設ける必要があり、構成の複雑化が避けられないものとなる。またこの場合であっても上記保持後残留磁力Ｆｒのうち、アーマチャ２８や各コア３２，３４に発生する残留磁力についてはこれを考慮することはできない。
【０１５６】
そこで、本実施形態では、筒内圧や吸・排気圧に基づく力Ｆｐが作用していない状態のもとで弁体１９を開閉駆動したときに同弁体１９に作用する力、即ち保持後残留磁力Ｆｒ及び上記摩擦抵抗Ｆｆの合力を予め実験等によって測定し、これを以下の式（２９）に示されるように上記目標外力Ｆｔとして設定するようにしている。
【０１５７】
【数２９】
0004244526.tif 000030
そして、先の図１２に示される一連の処理を通じて、この目標外力Ｆｔと、弁体１９に対して実際に作用する外力Ｆとの偏差ΔＦが算出され、更にこの偏差ΔＦから算出される駆動電流Ｉに基づいて各電磁石６１，６２が通電制御される。
【０１５８】
以上説明した態様をもって弁体１９を開閉駆動する際の電磁力を制御するようにした本実施形態によれば、第５の実施形態と同等の作用効果に加え、更に以下の作用効果を奏することができるようになる。
【０１５９】
（１９）目標外力Ｆｔを保持後残留磁力Ｆｒ及び摩擦抵抗Ｆｆの合力として設定し、実際の外力Ｆがこの目標外力Ｆｔと一致するように、各電磁石６１，６２の電磁力をこれらの偏差ΔＦに基づいて制御するようにしたため、実際の駆動電流を監視する機構を設ける等、構成の複雑化を招くことなく、保持後残留磁力Ｆｒに見合った適切な大きさの電磁力を各電磁石６１，６２に発生させることができ、開閉駆動時の跳ね返り等に起因する作動安定性の低下を一層好適に抑制することができるようになる。
【０１６０】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、これら各実施形態は以下のようにその構成を変更することもできる。
・上記各実施形態では、保持期間において各電磁石６１，６２に保持電流を供給し、この保持電流の供給により発生する電磁力によって弁体１９を全閉位置或いは全開位置に保持するようにしたが、例えば、これら各電磁石６１，６２のコア３２，３４に永久磁石をそれぞれ設けるようにし、これら永久磁石の磁力によって弁体１９を全閉位置或いは全開位置に保持するようにしてもよい。尚、このようにした場合には、変位速度調整期間において永久磁石により発生する磁束と反対向きの磁束を各電磁石６１，６２に発生させ、この永久磁石の磁束を打ち消すようにする。
【０１６１】
・第１〜４の各実施形態では、実変位量ｘについてその目標変位量ｘｔを設定し、必要に応じてこの目標変位量ｘｔから目標変位速度ｖｔを算出するようにしたが、例えば、弁体１９の実変位速度ｖｔについてその目標変位速度ｖｔを予め設定し、これを電子制御装置５０のメモリに記憶しておくようにしてもよい。
【０１６２】
・第１の実施形態においてＦＢ電流Ｉｂを算出する際、ＰＩＤ制御の比例（Ｐ）項（＝Ｋｐ・Δｘ）のみを算出するようにしたが、これに併せて積分（Ｉ）項（＝∫Ｋｉ・Δｘ・ｄｔ）や微分（Ｄ）項（＝Ｋｄ・ｄ（Δｘ）／ｄｔ）を算出するようにしてもよい。また、第４の実施形態において、エネルギ量偏差ΔＥに基づいて電磁力要求値Ｆｅｍを算出し、更にこの電磁力要求値Ｆｅｍから駆動電流Ｉを算出する際にも同様に、比例項の他、これら積分項や微分項を併せて算出するようにしてもよい。このように構成すれば、弁体１９に作用する外力Ｆやそれに応じて変化する状態量（変位量や変位速度）について、その目標値に対する追従性及び収束性を高めることができるようになる。
【０１６３】
・第１の実施形態では、実変位量ｘと目標変位量ｘｔとの間の乖離度を示すパラメータとしてこれらの偏差Δｘを算出するようにしたが、例えばこの乖離度を各変位量ｘ，ｘｔの比（ｘ／ｘｔ）によって評価するようにしてもよい。また、第５又は第６の実施形態においても同様に、実際に弁体１９に作用する外力Ｆとその目標外力Ｆｔとの比（Ｆ／Ｆｔ）によってこれらの間の乖離度を評価するようにしてもよい。
【０１６４】
・第２の実施形態では、排気弁１０に対して機関負荷に応じて作用する力を筒内圧及び排気圧の差圧に基づいて推定するようにした。ここで、筒内圧が機関運転状態に応じて大きく変化するのに対し、排気圧は筒内圧よりもその変動が一般に比較的小さいことに着目し、排気圧を一定とみなし、筒内圧のみによって排気弁１０に作用する力を推定するようにしてもよい。或いは、筒内圧と排気圧とが相関を有することから、筒内圧に基づいて排気圧を推定するようにしていもよい。このようにすれば、排気圧センサ５８を省略することができ、構成の簡略化を図ることができるようになる。
【０１６５】
・第２の実施形態において、外力の推定に際して用いられる吸気圧を吸気圧センサ５６により直接検出するようにしたが、例えばエアフローメータにより検出される吸入空気量及び機関回転速度に基づいて、この吸気圧を推定するようにしてもよい。
【０１６６】
・第２の実施形態では、現制御周期ｔ(i) における実変位速度ｖ(i) と次回の制御周期ｔ(i+1) における目標変位速度ｖｔ(i+1) とに基づいて弁体１９の加速度要求値ａを算出するようにしたが、現制御周期ｔ(i) における実変位速度ｖ(i) 及び目標変位速度ｖｔ(i) に基づいてこの加速度要求値ａを算出することもできる。
【０１６７】
・第４の実施形態では、現制御周期ｔ(i) における弁体１９の実力学的エネルギ量Ｅと目標力学的エネルギ量Ｅｔとのエネルギ量偏差ΔＥに基づいて電磁力要求値Ｆｅｍを算出するようにしたが、現制御周期ｔ(i) における実力学的エネルギ量Ｅと次回の制御周期ｔ(i+1) における目標力学的エネルギ量Ｅｔとのエネルギ量偏差ΔＥに基づいて電磁力要求値Ｆｅｍを算出することもできる。
【０１６８】
・第４の実施形態では、先の式（２２）に基づいて電磁力要求値Ｆｅｍを算出するようにしたが、例えば現制御周期ｔ(i) において弁体１９に作用する外力を推定し、この推定される外力を打ち消す力、即ちそれと逆向きの力を上式（２３）から得られる値に加算し、これを電磁力要求値Ｆｅｍとして設定するようにしてもよい。こうした構成によれば、上記打ち消し力によって外力により生じるエネルギ量偏差ΔＥがいわばフィードフォワード的に打ち消されるようになるため、目標変位量ｘｔ或いは目標変位速度ｖｔに対する実変位量ｘや実変位速度ｖの追従性及び収束性を更に高めることができるようになる。尚、上記外力についてはこれを、第２の実施形態にて示したように、各圧力センサ５４，５６，５８の検出信号に基づいて推定したり、或いは第３の実施形態にて示したように、オブザーバを利用して推定することができる。
【０１６９】
・第５又は第６の実施形態では、弁体１９の各摺動部に発生する摩擦抵抗Ｆｆや、この摩擦抵抗Ｆｆと保持後残留磁力Ｆｒとの合力を目標外力Ｆｔとして設定するようにしたが、例えばこの目標外力Ｆｔを「０」或いは保持後残留磁力Ｆｒのみとして設定するようにしてもよい。
【０１７０】
・第５又は第６の実施形態では、各電磁石６１，６２の駆動電流Ｉを外力偏差ΔＦに基づいて直接算出するようにしたが、例えばこの外力偏差ΔＦとエアギャップＧに応じたフィードバックゲインの積として算出されるＦＢ電流Ｉｂと、保持期間から変位速度調整期間に移行してから所定時間が経過するまで保持電流と逆向きの一定値に設定されるＦＦ電流Ｉｆとの和として、この駆動電流Ｉを算出するようにしてもよい。更にこの場合において、比例項の他、積分項や微分項の和として上記ＦＢ電流Ｉｂを算出することができる。
【０１７１】
・第５又は第６の実施形態では、弁体１９の開閉挙動をシミュレートするばね・質量系振動モデルについての運動方程式（２５）から得られる式（２６）に基づいて外力Ｆを推定するようにしたが、第３の実施形態において示したように、この振動モデルに基づいてその内部状態を観測するオブザーバを利用して、この外力Ｆを推定することもできる。
【０１７２】
以下、上記各実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
・内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体と、同弁体に設けられたアーマチャに電磁力を作用させる電磁石とを備え、同電磁石の電磁力に基づいて前記弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置において、
前記弁体をその一方の変位端から他方の変位端にまで変位させる際に前記弁体に作用する外力を電磁駆動弁の物理モデルから得られる運動方程式に基づいて推定する外力推定手段と、
前記弁体を前記一方の変位端から前記他方の変位端に変位させるに際し、前記アーマチャを前記一方の変位端側に吸引する前記電磁石に前記推定される外力と逆向きの力が電磁力が発生するように、該電磁石を通電制御する通電制御手段とを備える電磁駆動弁の制御装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気弁及びその制御装置を示す概略構成図。
【図２】弁体の変位量についてその時間的な推移を示すタイミングチャート。
【図３】弁体の変位量、フィードフォワード電流、フィードバック電流、並びに駆動電流の時間的な推移を示すタイミングチャートである。
【図４】第１の実施形態における電磁石の通電制御手順を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態において制御装置が適用される内燃機関の概略構成図。
【図６】全閉位置にある弁体が開駆動開始時期から開弁方向に変位する場合における目標変位量及び実際の変位量の時間的な推移を示すタイミングチャート。
【図７】第２の実施形態における電磁石の通電制御手順を示すフローチャート。
【図８】同じく電磁石の通電制御手順を示すフローチャート。
【図９】電磁力要求値及びエアギャップとフィードバック電流との関係を示す演算用マップ。
【図１０】第４の実施形態における電磁石の通電制御手順を示すフローチャート。
【図１１】全閉位置にある弁体が開駆動開始時期から開弁方向に変位する場合について、摩擦抵抗のみが作用したときの弁体の変位量及び実際の変位量の時間的な推移を示すタイミングチャート。
【図１２】第５の実施形態における電磁石の通電制御手順を示すフローチャート。
【図１３】保持期間から変位速度調整期間に移行する際における保持電流及び保持後残留磁力の時間的な推移を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０…排気弁、１１…吸気弁、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気ポート、１５…弁座、１６…傘部、１７…排気通路、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…溝、４２…アッパコイル、４４…溝、４６…ロアコイル、５０…電子制御装置、５２…変位量センサ、５４…筒内圧センサ、５６…吸気圧センサ、５８…排気圧センサ、６１…閉駆動用電磁石、６２…開駆動用電磁石。
【図１】
0004244526.tif 000031
【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】
0004244526.tif 000039
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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