JP2002364434A - 機関バルブの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】適合作業を簡略化しつつも、機関バルブの機関
負荷等によらない適切な駆動制御を可能とする機関バル
ブの駆動制御装置を提供する。 【解決手段】排気弁の閉弁状態から開弁状態への変位過
程において、排気弁が所定以上開弁した後（ステップ１
００）、同排気弁を全開位置まで変位させるために必要
なエネルギＣが算出される（ステップ１２０）。そし
て、排気弁の変位に対して排気弁に作用する電磁力であ
る電磁力波形Ｆ（Ｘ）を、このエネルギＣに基づき決定
する（ステップ１４０）。次に、この電磁力波形Ｆ
（Ｘ）を発生するために電磁石に通電するフィードフォ
ワード電流ＩＦＦを物理モデル又はマップに基づき算出
する（ステップ１４０）。この算出された電流ＩＦＦに
基づき電磁石への通電制御が行なわれる（ステップ１５
０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気弁
又は排気弁として機能する機関バルブを電磁力によって
駆動制御する機関バルブの駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の機関バルブの駆動制御
装置にあっては、上記機関バルブの駆動制御に際し、そ
の作動安定性を確保することはもとより、消費電力を極
力抑えることや、同機関バルブの開閉に伴う騒音の発生
を抑えることも、その性能を問う上で重要な要素となっ
ている。ただし、内燃機関としての性質上、上記機関バ
ルブには通常、燃焼室の内圧（筒内圧）や吸気圧あるい
は排気圧等、機関負荷に応じて変化する外力が作用して
いる。このため、作動安定性の確保をはじめ、消費電力
や騒音に対する上記要求を満たすためには、それら外力
が機関バルブに及ぼす影響も併せて考慮する必要があ
る。

【０００３】そこで従来は、例えば特開平１１−２５７
０３６号公報にみられるように、機関バルブの駆動に際
し、機関負荷に応じて電磁石に通電する電流波形（指令
電流波形）を設定し、この設定した指令電流波形に基づ
いて電磁石に対する通電制御を行なうようにした駆動制
御装置なども提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、機関負荷
に応じて指令電流波形を設定し、機関バルブの駆動に際
しては、この設定した指令電流波形に基づいて電磁石へ
の通電を制御することで機関負荷によらない適切な機関
バルブの駆動が可能となる。

【０００５】しかし、機関負荷に応じて上記指令電流波
形を設定するためには、機関バルブの位置情報に加え、
機関負荷とその機関負荷に適した電磁力との関係を実験
等を通じて予め求める必要があり、その適合作業には多
くの時間を要することとなっていた。

【０００６】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、適合作業を簡略化しつつも、機
関バルブの機関負荷等によらない適切な駆動制御を可能
とする機関バルブの駆動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、内燃機関の機関バルブを電磁石の電
磁力に基づいて駆動制御する機関バルブの駆動制御装置
において、前記機関バルブの変位を検出する検出手段
と、前記機関バルブの一方の変位端から他方の変位端へ
の変位過程において前記検出手段による検出結果に基づ
き前記機関バルブを前記他方の変位端へ変位させるため
に必要とされるエネルギを算出する算出手段と、前記算
出されるエネルギに応じて前記電磁力が前記変位過程に
ある機関バルブになす仕事を定める電磁力波形に対応す
るかたちで前記電磁石に要求される指令電流を算出し、
この算出された指令電流に応じて同電磁石への通電制御
を行なう制御手段とを備えることをその要旨とする。

【０００８】上記構成では、算出されるエネルギに応じ
て前記電磁力が前記変位過程にある機関バルブになす仕
事を定める電磁力波形を生成する態様にて、機関バルブ
の変位に応じた電磁石の通電制御を行なう。このため、
適合作業を簡略化しつつも機関負荷等によらずに機関バ
ルブを適切に駆動制御することができる。

【０００９】すなわち、機関負荷等に応じて機関バルブ
に作用する外力が変化すると、機関バルブの一方の変位
端から他方の変位端への変位過程におけるその変位態様
が変化する。したがって、機関バルブの変位を検出する
ことで、上記外力の変化を反映して上記エネルギを算出
することができる。一方、電磁石の電磁力が機関バルブ
になす仕事量、換言すれば同電磁力によって機関バルブ
に供給されるエネルギは、機関バルブに作用する電磁力
を機関バルブの変位について積分したものである。した
がって、この積分値を上記算出されるエネルギに応じた
ものとする電磁力波形を用いることで、電磁石に要求さ
れる指令電流を同エネルギに応じて簡易に可変設定する
ことができる。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記電磁力波形は、前記機関バルブの変位
と同機関バルブに作用する電磁力との関係を定めた曲線
から前記機関バルブの全変位領域のうちの前記算出され
るエネルギに対応した変位領域によって定まる部分曲線
であることをその要旨とする。

【００１１】上記構成によれば、機関バルブの変位と前
記機関バルブに作用する電磁力との関係を定めた曲線を
用いて、その部分曲線を前記電磁力波形とするために、
電磁力波形を簡易に得ることができるようになる。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記算出されるエネルギに対応した変位領
域は、前記他方の変位端側に予め設定された一つの変位
点と該変位点よりも前記一方の変位端側の前記算出され
るエネルギに基づいて設定されるもう一つの変位点との
２点間の変位領域として定められることをその要旨とす
る。

【００１３】機関バルブを電磁力により他方の変位端側
へ吸引する際には、他方の変位端側で通電制御する方
が、同一の通電量でも大きな電磁力が得られる。この
点、上記構成では、他方の変位端側に予め設定された一
つの変位点と該変位点よりも前記一方の変位端側の前記
算出されるエネルギに基づいて設定されるもう一つの変
位点との２点間の変位領域として定めることで、通電制
御を行なう領域として他方の変位端側の領域が優先的に
利用されるようになる。したがって、上記構成によれば
消費電力を低減することができるようになる。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記
載の発明において、前記機関バルブの変位と同機関バル
ブに作用する電磁力との関係を定めた曲線は、前記機関
バルブの全変位領域のうちの少なくとも一部の変位領域
において前記電磁石に一定の電流を供給したときに前記
機関バルブの変位に応じて同機関バルブに作用する電磁
力の推移として定義されることをその要旨とする。

【００１５】上記構成によれば、機関バルブの変位と前
記機関バルブに作用する電磁力の関係を定めた曲線を、
前記機関バルブの全変位領域のうちの少なくとも一部の
変位領域において前記電磁石に一定の電流を供給したと
きに同機関バルブの変位に応じて前記機関バルブに作用
する電磁力として定義することで、この曲線の設定や電
磁石の通電制御を簡易に行なうことができるようにな
る。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項３又は４記
載の発明において、前記一つの変位点が前記他方の変位
端であり、前記機関バルブの変位と同機関バルブに作用
する電磁力との関係を定めた曲線の前記他方の変位端近
傍は、前記機関バルブを保持制御する際に用いる一定の
電磁力として定義されることをその要旨とする。

【００１７】上記構成によれば、機関バルブの変位と前
記機関バルブに作用する電磁力との関係を定めた曲線の
前記他方の変位端近傍を、前記機関バルブを保持制御す
る際に用いる一定の電磁力として定義することで、機関
バルブの他方の変位端への変位制御から同変位端での保
持制御への移行を円滑に行なうことができる。

【００１８】なお、上記請求項３及び４記載の発明は、
更に、請求項６記載の発明によるように、前記一つの変
位点が前記他方の変位端であり、前記機関バルブの変位
と同機関バルブに作用する電磁力との関係を定めた曲線
の前記他方の変位端近傍は、前記機関バルブを保持制御
する際に用いる一定の電磁力として定義される構成とし
てもよい。

【００１９】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、前記電磁力波形は、その
立ち上がり部分が徐々に増大する形状にて定義されるこ
とをその要旨とする。

【００２０】一般に、電磁石への通電制御開始時には、
電磁力の応答遅れが生じる。この点、上記構成によれ
ば、電磁力波形の立ち上がり部分を徐々に増大する形状
とすることで、上記応答遅れを考慮することができ、ひ
いては制御精度を向上させることができるようになる。

【００２１】請求項８記載の発明は、請求項１〜７のい
ずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記算
出されたエネルギから前記電磁力波形を設定する波形設
定部と、該波形設定部によって設定された電磁力波形に
基づいて前記指令電流を算出する指令電流設定部とを備
えることをその要旨とする。

【００２２】上記構成では、制御手段において、まず、
算出されたエネルギから前記電磁力波形が設定され、次
に、この電磁力波形に基づいて指令電流が設定される。
これにより、請求項１〜７記載の構成を的確に実施する
ことができる。

【００２３】なお、この波形設定部の構成は、 ・算出されたエネルギと電磁力波形との関係を定めたマ
ップを備える構成 ・機関バルブの変位と機関バルブに作用する電磁力との
関係を定めた曲線を保持するとともに、該曲線から算出
されたエネルギに基づいて電磁力波形を算出する構成
（請求項２〜６記載の発明に適用されることが望まし
い）などとすればよく、また指令電流設定部の構成は、 ・電磁力波形と対応する指令電流（指令電流波形）との
関係を定めたマップを備える構成 ・電磁力波形と電磁石を通電する電流との関係を定めた
物理モデルに基づいて指令電流（指令電流波形）を算出
する構成などとすればよい。

【００２４】請求項９記載の発明は、請求項１〜７のい
ずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記算
出されたエネルギと前記機関バルブの変位に応じて前記
電磁石に要求される指令電流との関係を定めたマップを
備えることをその要旨とする。

【００２５】上記構成によれば、算出されたエネルギと
前記機関バルブの変位に応じて前記電磁石に要求される
指令電流との関係を定めたマップを備えるために、制御
手段において、電磁力波形を決定するなどの計算処理を
省略することができ、演算量を低減させることができる
ようになる。

【００２６】請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の
いずれかに記載の発明において、前記算出手段は、前記
エネルギの算出を逐次行い、前記制御手段は、前記指令
電流の算出を前記算出手段によって逐次算出されるエネ
ルギに基づき逐次更新することをその要旨とする。

【００２７】上記構成によれば、指令電流が逐次算出さ
れるエネルギに基づいて逐次更新されるために、通電制
御開始後の外力変動に起因して他方の変位端へ変位させ
るために必要なエネルギが変化した場合であれ、これに
対処することができるようになる。

【００２８】請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０
のいずれかに記載の発明において、前記制御手段を通じ
て算出される指令電流を前記検出手段の検出結果に基づ
いて補正する補正手段を更に備えることをその要旨とす
る。

【００２９】上記構成によれば、制御手段による前記電
磁石の通電制御時に、前記検出手段の検出結果に基づい
て指令電流が補正されるために、通電制御開始後に外力
変動が生じた場合であれ、これに対処することができる
ようになる。しかも、基本的には、請求項１〜１０のい
ずれかに記載の発明による通電制御を行ない、検出手段
による検出結果に基づいてこれをフィードバック補正す
る構成であるため、フィードバック制御のみを行なう構
成と比較してフィードバックゲインを小さく設定するこ
とができる。

【００３０】なお、この請求項１１記載の発明は、請求
項１２記載の発明によるように、前記補正手段は、前記
検出手段を通じて検出される前記機関バルブの変位及び
変位速度の少なくとも一方が、前記電磁力波形に応じて
定まるそれら変位及び変位速度の目標値となるように前
記算出される指令電流を補正する構成としてもよい。

【００３１】請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２
のいずれかに記載の発明において、前記算出されたエネ
ルギが所定値以上であるとき、前記機関バルブを前記他
方の変位端に変位させることができないとして前記機関
バルブを強制的に往復動させるべく前記電磁石を駆動制
御する手段を更に備えることをその要旨とする。

【００３２】上記構成によれば、機関バルブを強制的に
往復動させるべく前記電磁石を駆動制御する手段によっ
て、算出されたエネルギが所定値以上となったとき、機
関バルブの駆動制御を正常な状態に戻すことを試みるこ
とができるようになる。

【００３３】請求項１４記載の発明は、請求項１〜１２
のいずれかに記載の発明において、前記算出されたエネ
ルギが所定値以上であるとき、前記機関バルブを前記他
方の変位端に変位させることができないとして適宜のフ
ェール処理を行う手段を更に備えることをその要旨とす
る。

【００３４】上記構成によれば、フェール処理を行なう
手段を備えることで、算出されたエネルギが所定値以上
となった場合に、同事態に対処することができるように
なる。

【００３５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
にかかる機関バルブの駆動制御装置の第１の実施形態に
ついて図面を参照しつつ説明する。なお、機関バルブと
しての吸気弁及び排気弁は、いずれもその構成及び駆動
制御態様が基本的に同じであるため、本実施形態では、
機関バルブとして排気弁を駆動制御する装置を例にとっ
て説明する。

【００３６】本実施形態の装置において駆動制御対象と
なる排気弁はアーマチャを備えており、このアーマチャ
に電磁力が作用することで電磁的に駆動される。また、
この排気弁は、付勢部材を併せ備えており、上記電磁力
に加え、この付勢部材の弾性力を併せ利用して開閉駆動
される。すなわち、同排気弁は、弁体を一方の変位端側
へ付勢する第１の付勢部材と、同弁体を他方の変位端側
へ付勢する第２の付勢部材とを備える。そして、これら
付勢部材の付勢力は、弁体が両変位端の間の略中央に位
置するときに互いに相殺するように設定されている。

【００３７】具体的には、図１に示されるように、排気
弁１は、弁軸４と、同弁軸４の一端に設けられた弁体２
と、弁軸４をシリンダヘッド２０において往復動させる
電磁駆動部１０と、上記第１及び第２の付勢部材に相当
するスプリング２４及び３４とを備えている。

【００３８】ここで、シリンダヘッド２０には、燃焼室
２７に通じる排気ポート２８が形成されており、また同
排気ポート２８の開口周縁には上記弁体２が着座される
弁座２６が形成されている。すなわち、弁軸４の往復動
に伴い、弁体２が弁座２６に対し離着座されることによ
り排気ポート２８が開閉される。

【００３９】一方、電磁駆動部１０は、上記弁軸４に固
定されたアーマチャ１４と、このアーマチャ１４を挟む
ように配設されたロアコア１６及びアッパコア１８とを
備えている。ここで、アーマチャ１４は、円板状に形成
された高透磁率材料からなる。また、ロアコア１６及び
アッパコア１８は、いずれも環状に形成された高透磁率
材料を有しており、それらの中央部に、弁軸４が往復動
可能に挿通されている。

【００４０】そして、ロアコア１６においてアーマチャ
１４と対向する面には、弁軸４の軸心を中心とする環状
の溝１６ｈが形成され、同溝１６ｈ内には環状をなすロ
アコイル１６ｃが配設されている。このロアコイル１６
ｃとロアコア１６とによって、弁体２を開弁方向に駆動
する電磁石（開駆動用電磁石）１６ｅが構成される。

【００４１】一方、アッパコア１８においてアーマチャ
１４と対向する面には、弁軸４の軸心を中心とする環状
の溝１８ｈが形成され、同溝１８ｈ内には環状をなすア
ッパコイル１８ｃが配設されている。このアッパコイル
１８ｃとアッパコア１８とによって、弁体２を閉弁方向
に駆動するの電磁石（閉駆動用電磁石）１８ｅが構成さ
れる。

【００４２】更に、この電磁駆動部１０による弁体２の
開閉動作を円滑に行うべく、弁体２をその開方向及び閉
方向に付勢するスプリングが設けられている。すなわ
ち、弁軸４の、ロアコア１６とシリンダヘッド２０との
間に位置する部分にはロアリテーナ２２が設けられてお
り、このロアリテーナ２２とシリンダヘッド２０間に、
上記第１の付勢部材に相当するロアスプリング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（付勢力）によって、弁体２は閉弁方向に付勢され
ている。一方、弁軸４の、弁体２と反対側の端部、すな
わちアッパコア１８の上方に位置する部分にはアッパリ
テーナ３２が設けられており、このアッパリテーナ３２
と上記電磁駆動部１０の図示しないケーシング内に設け
られたアッパキャップ３０との間に、上記第２の付勢部
材に相当するアッパスプリング３４が圧縮状態で配設さ
れている。このアッパスプリング３４の弾性力（付勢
力）により弁体２は開弁方向に付勢されている。

【００４３】なお、図１は、電磁石１６ｅ、１８ｅのい
ずれにも電磁力が発生していないときの弁体２の状態を
示している。この状態では、アーマチャ１４は、各電磁
石１６ｅ、１８ｅの電磁力によって吸引されることな
く、各スプリング２４及び３４の弾性力が釣り合う位
置、すなわちロアコア１６及びアッパコア１８間の略中
間の位置にて静止する。

【００４４】そして、アーマチャ１４に電磁石１６ｅや
電磁石１８ｅの電磁力が及ぼされると、同アーマチャ１
４はロアコア１６側やアッパコア１８側に吸引される。
この電磁力は、これら電磁石１６ｅ、１８ｅの各コイル
１６ｃ、１８ｃへの通電によって発生する。

【００４５】本実施形態では、こうした電磁石１６ｅ、
１８ｅの各コイル１６ｃ、１８ｃへの通電制御を、排気
弁１（弁体２、弁軸４）の変位に基づいて行うようにし
ている。具体的には、本実施形態にかかる機関バルブの
駆動制御装置は、アッパキャップ３０に変位量センサ４
２を備える。この変位量センサ４２は、同センサ４２と
アッパリテーナ３２との間の距離に応じて変化する電圧
（検出信号）を出力するものであり、この電圧に基づい
てアッパリテーナ３２の変位量、換言すれば、弁体２の
変位量を検出することができる。そして、この変位量セ
ンサ４２の検出結果を用いることで、排気弁１の変位に
基づいて上記通電制御を行うことができるようになる。

【００４６】この通電制御は、内燃機関の各種制御を総
括して行う電子制御装置４０によって行われる。この電
子制御装置４０は、ＣＰＵやメモリ、電磁石１６ｅ、１
８ｅの各コイル１６ｃ、１８ｃに励磁電流を供給する駆
動回路の他、変位量センサ４２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）等を備えている。

【００４７】ここで、この電子制御装置４０の通電制御
を通じて開閉駆動される排気弁１の動作態様について説
明する。この排気弁１の閉弁状態においては、同排気弁
１を全閉位置に保持するために、換言すれば弁体２を弁
座２６に着座した位置にて保持するために、保持電流が
閉駆動用電磁石１８ｅに供給される。この保持電流の供
給により、アーマチャ１４が閉駆動用電磁石１８ｅの電
磁力によりアッパコア１８側に吸引される。この吸引力
により、アッパスプリング３４の弾性力に抗して弁体２
が弁座２６に着座した状態が保持されるようになる。

【００４８】次に、排気弁１の開駆動時期が到来する
と、保持電流の供給が中断される。これにより、アッパ
スプリング３４の弾性力により、排気弁１が開弁する。
換言すれば、アーマチャ１４がロアコア１６側に移動す
ることで、弁体２が弁座２６から離れ、燃焼室２７側に
向けて移動するようになる。

【００４９】そして、この排気弁１の全閉位置から全開
位置への変位過程において、開駆動用電磁石１６ｅの通
電制御が行われる。そして、例えばアーマチャ１４がロ
アコア１６に接する等、排気弁１が全開位置に達する
と、その状態を保持すべく開駆動用電磁石１６ｅに保持
電流が供給される。この保持電流の供給により、アーマ
チャ１４が開駆動用電磁石１６ｅの電磁力によりロアコ
ア１６側に吸引される。この吸引力により、ロアスプリ
ング２４による弾性力に抗して弁体２が全開位置にて保
持されるようになる。

【００５０】これに対し、排気弁１の閉駆動時期が到来
すると、排気弁１を全開位置にて保持するための保持電
流の供給が中断される。これにより、排気弁１は、ロア
スプリング２４の弾性力により、閉弁方向に向けて、換
言すれば、弁体２が弁座２６へ向けて変位する。

【００５１】そして、この排気弁１の全開位置から全閉
位置への変位過程において、閉駆動用電磁石１８ｅの通
電制御が行われる。そして、弁体２が弁座２６に着座す
る全閉位置となると、その状態を保持すべく閉駆動用電
磁石１８ｅに保持電流が供給される。

【００５２】このように、排気弁１の一方の変位端から
他方の変位端への変位過程において、同他方の変位端へ
吸引すべく本実施形態においては、各電磁石１６ｅ、１
８ｅの通電制御を以下のようにして行う。なお、全閉位
置から全開位置への変位過程と、全開位置から全閉位置
への変位過程とにおいては、各電磁石１６ｅ、１８ｅの
制御態様は同様であるため、以下では、全閉位置から全
開位置への変位過程を例にとって説明する。

【００５３】本実施形態では、排気弁１を全閉位置にて
保持する保持電流の供給が中断され、排気弁１が全閉位
置から全開位置へと変位する過程において、 （イ）排気弁１の変位を検出し、同排気弁１を全開位置
に変位させるために必要なエネルギを算出する （ロ）同算出されるエネルギに応じてアーマチャ１４に
作用する電磁力が排気弁１になす仕事を定める電磁力波
形（排気弁１の変位−電磁力）に対応するかたちで電磁
石１６ｅに要求される指令電流を算出し、この指令電流
に応じて同電磁石１６ｅへの通電制御を行うという、大
きくは２つの処理を行う。

【００５４】このように、算出されるエネルギに応じて
アーマチャ１４に作用する電磁力が排気弁１になす仕事
を定める電磁力波形を生成するように、電磁石１６ｅへ
の通電制御を行うことで、適合作業を簡略化しつつも機
関負荷等によらずに排気弁１を適切に駆動制御すること
ができる。

【００５５】すなわち、機関負荷等に応じて排気弁１
（特にその弁体２）に作用する外力が変化すると、排気
弁１の変位過程におけるその変位態様が変化する。した
がって、排気弁１の変位を検出することで、上記外力の
変化を反映して上記必要なエネルギを算出することがで
きる。一方、電磁石１６ｅの電磁力が排気弁１になす仕
事量、換言すれば同電磁力によって排気弁１に供給され
るエネルギは、アーマチャ１４に作用する電磁力を排気
弁１の変位について積分したものである。したがって、
この積分値が上記算出されるエネルギに応じたものとな
るような電磁力波形（排気弁１の変位に対する電磁力の
波形）を用いることで、電磁石１６ｅに要求される指令
電流を同エネルギに応じて簡易に可変設定することがで
きる。

【００５６】詳しくは、通電制御によってアーマチャ１
４に作用させることのできる電磁力の範囲で排気弁１の
変位とアーマチャ１４に作用する電磁力との関係を定め
た曲線から、排気弁１の変位領域のうち上記算出される
エネルギに対応した変位領域によって定まる部分曲線を
上記電磁力波形として設定する。このように、排気弁１
の変位とアーマチャ１４に作用する電磁力との関係を定
めた曲線を用いることで、上記電磁力波形を容易に設定
することができる。

【００５７】更に、この算出されるエネルギに対応した
変位領域の設定を、全開位置側において予め設定された
一つの変位点と該変位点よりも閉弁側にあるもう１つの
変位点との２点間の変位領域として設定することで行な
うとともに、このもう１つの変位点を上記算出されたエ
ネルギに基づいて可変設定する。これにより、アーマチ
ャ１４が開駆動用電磁石１６ｅに近接した領域を優先的
に利用して排気弁１にエネルギを供給することができる
ようになり、ひいては、消費エネルギを低減することが
できる。すなわち、アーマチャ１４及び開駆動用電磁石
１６ｅ間が近接するほど、これらの間のもれ磁束量が少
なくなる。したがって、開駆動用電磁石１６ｅに同一の
電流を通電する場合、アーマチャ１４に作用する電磁力
はアーマチャ１４及び開駆動用電磁石１６ｅ間が近接す
るほど大きくなる。このため、アーマチャ１４が開駆動
用電磁石１６ｅに近接した領域を優先的に利用して排気
弁１に電磁エネルギを供給することで、消費エネルギを
低減することができる。

【００５８】また、この排気弁１の変位とアーマチャ１
４に作用する電磁力との関係を定めた曲線としては、基
本的には、電磁石１６ｅに一定電流を供給したときに排
気弁１の変位に応じて電磁力の推移として定義される曲
線を用いる。これにより、電磁石１６ｅへの通電制御を
簡易に行うことができる。

【００５９】具体的には、本実施形態においては、図２
に示す態様の排気弁１の変位と電磁力との関係を定めた
曲線を用いる。同図２において、バルブ変位が正の値は
排気弁１の閉弁側を、またバルブ変位が負の値は排気弁
１の開弁側をそれぞれ示す。この図２に示すように、基
本的には、上記曲線は、電磁石１６ｅに通電可能な最大
電流を供給したときに排気弁１の変位に応じてアーマチ
ャ１４に作用する電磁力として定義される。ただし、排
気弁１の全開位置近傍においては、同曲線の定義する電
磁力を、排気弁１を全開位置にて保持する保持力Ｆ１と
等しく設定する。このように、全開位置近傍において上
記曲線の電磁力を保持力Ｆ１と等しく設定することで、
排気弁１の全開位置への変位制御から同全開位置での保
持制御への移行を円滑に行なうことができるようにな
る。

【００６０】図２（ａ）〜図２（ｃ）に、排気弁１の変
位（バルブ変位）とアーマチャ１４に作用する電磁力と
の関係を定めた上記曲線を用いた上記電磁力波形の設定
態様を例示する。同図２に示されるように、本実施形態
においては、全開位置を予め電磁力波形の一つの変位点
として定め、排気弁１が全開位置に到達するために要求
されるエネルギに基づいて、もう１つの変位点を設定す
ることで、これら２点間の変位領域によって定まる部分
曲線を上記電磁力波形として定める。

【００６１】図２（ａ）では、算出されたエネルギＣ＝
Ｃ１を排気弁１に供給するための電磁力波形の設定態様
を示す。ここでは、バルブ変位とアーマチャ１４に作用
する電磁力との関係を定めた上記曲線のうち、全開位置
から変位Ｘａの位置間での部分曲線を上記電磁力波形と
して設定する。すなわち、図２（ａ）に示すように、同
電磁力波形とバルブ変位の軸との囲う面積は「Ｃ１」と
なるため、この電磁力波形を生成するように通電制御を
行うことで、全開位置に到達させるために必要なエネル
ギを排気弁１に供給することができる。

【００６２】これに対し、図２（ｂ）は算出されたエネ
ルギＣ＝Ｃ２を、また図２（ｃ）は算出されたエネルギ
Ｃ＝Ｃ３を、排気弁１に供給するための電磁力波形の設
定態様をそれぞれ示す。すなわち、図２（ｂ）、図２
（ｃ）に示すように、バルブ変位とアーマチャ１４に作
用する電磁力との関係を定めた上記曲線のうち、全開位
置から変位Ｘｂ、又は全開位置から変位Ｘｃの位置まで
の部分曲線を上記電磁力波形として設定することで、全
開位置に到達するために必要なエネルギＣ２、Ｃ３を排
気弁１にそれぞれ供給することができる。

【００６３】なお、こうした全開位置に到達するために
必要なエネルギＣの算出は、本実施形態では、ロアスプ
リング２４及びアッパスプリング３４からなる弾性体及
びこれに連結された排気弁１の可動部を物理系とする物
理モデルを用いて行う。具体的には、可動部の重量Ｍ、
ロアスプリング２４及びアッパスプリング３４からなる
弾性体の弾性定数Ｋを用いて、同弾性体の釣り合いの位
置を基準とした排気弁１の変位Ｘ（検出値）、可動部の
速度Ｖ（検出値）のときの上記物理系のエネルギＥ２を

【００６４】

【数１】 と設定する。また、排気弁１の全開位置到達時における
変位Ｘｍ及び目標速度Ｖｍを用いて、同到達時の物理系
の所望のエネルギＥ１を、

【００６５】

【数２】 とする。

【００６６】これらＥ１、Ｅ２を用いて、全開位置に到
達するために必要なエネルギＣは、 Ｃ＝Ｅ１−Ｅ２ にて定義される。なお、本実施形態における電子制御装
置４０で、上記Ｅ１を予め記憶保持していれば、変位Ｘ
ｍや目標速度Ｖｍを保持しなくてもよい。また、上記可
動部の速度Ｖは、本実施形態においては、変位量センサ
４２によって検出される変位Ｘに基づいて、その微分演
算（正確には差分演算）によって算出される。

【００６７】ここで、本実施形態にかかる排気弁１の開
弁制御について、図３を用いて説明する。図３は、同制
御の処理手順を示すフローチャートである。この処理
は、所定周期毎に繰り返し実行される。

【００６８】この一連の処理において、まず排気弁１が
所定以上開弁したか否かを判断する（ステップ１００：
バルブ変位（Ｘ）＜閾値？）。この処理は、上記エネル
ギＣの算出を的確に行うために設けられた処理である。
すなわち、上記アーマチャ１４への保持電流の供給が中
断され、アッパスプリング３４の弾性力によって排気弁
１が開弁し始めた直後においては、内燃機関の運転状態
に応じて排気弁１の弁体２等に加わる外力に差が生じて
いるとはいえ、排気弁１の変位に基づき算出されるエネ
ルギＣにこの差が反映されにくい。したがって、内燃機
関の運転状態によって排気弁１の弁体２等に加わる力に
生じる差を的確に反映させるために、本実施形態では、
排気弁１が所定以上開弁した後にエネルギＣの算出を行
う。

【００６９】こうして、排気弁１が所定以上開弁する
と、変位量センサ４２によって検出されるバルブ変位Ｘ
に基づき、アーマチャ１４及びロアコア１６間のギャッ
プΔＸを算出する（ステップ１１０）。このギャップΔ
Ｘは、上記電磁力波形を発生する指令電流を算出する際
に用いられる。

【００７０】次に、ステップ１２０において、排気弁１
が全開位置に到達するために必要な電磁エネルギＣを算
出する。ここでは、上記態様にて、予め設定されたエネ
ルギＥ１と、変位量センサ４２の検出結果に基づいて算
出された上記物理系のエネルギＥ２とに基づいて上記エ
ネルギＣを算出する。

【００７１】そして、エネルギＣが算出されると、同エ
ネルギＣを排気弁１に供給することができる電磁力波形
Ｆ（Ｘ）を決定する（ステップ１３０）。この決定は、
図４及び図５のいずれかに示す態様にて行う。

【００７２】図４では、排気弁１の変位とアーマチャ１
４に作用する電磁力との関係を定めた上記曲線を上記電
子制御装置４０のメモリに記憶しておくとともに、算出
されたエネルギＣ及び同曲線から電磁力波形Ｆ（Ｘ）を
算出する。すなわち、全開位置（図中、−|Ｘ０｜）か
ら変位Ｘ１までは電磁力Ｆ１で、またそれ以外では最大
電流時の電磁力ｇ（Ｘ）で定められる曲線を用いて、全
開位置よりも全閉側の一点（図中、Ｘ２）を設定するこ
とで、これら変位Ｘ２及び全開位置間における上記曲線
（部分曲線）とバルブ変位軸との囲う面積がエネルギＣ
となるようにする。こうして定められた部分曲線を電磁
力波形Ｆ（Ｘ）と設定することができる。

【００７３】これに対し、図５では、予め各エネルギＣ
（ｊ）（ｊ＝１，２，３，…）を満たす電磁力波形をマ
ップとして上記電子制御装置４０のメモリに記憶してお
く。例えば、エネルギＣ（Ｎ）を満たす電磁力波形は、
変位Ｘ１から全開位置（図中、バルブ変位「−｜Ｘ０
｜」）までは電磁力Ｆ１で、またそれ以外では最大電流
時の電磁力で定められる曲線のうち、同エネルギＣ
（Ｎ）を満たす部分曲線として設定される。このように
各エネルギＣ（ｊ）を満たす電磁力波形を予めマップと
して記憶しておくことで、算出されたエネルギＣに基づ
き、これと対応する（エネルギＣ（ｊ）と対応する）電
磁力波形Ｆ（Ｘ）を得ることができる。

【００７４】なお、上記各場合において変位Ｘ１から全
開位置までの電磁力を上記一定値Ｆ１に設定していたの
では、エネルギＣが不足する場合には、変位Ｘ１移行に
おいても引き続き電磁力を最大電流時の値に設定する。

【００７５】こうして電磁力波形Ｆ（Ｘ）が決定される
と、同電磁力波形Ｆ（Ｘ）を発生する為のフィードフォ
ワード電流ＩＦＦ（Ｘ、ΔＸ）が算出される（ステップ
１４０）。この算出も、先のステップ１３０の処理同
様、物理モデル若しくはマップ演算に基づいて行われ
る。

【００７６】すなわち、上記アーマチャ１４及びロアコ
ア１６間のギャップΔＸと電磁石１６ｅに通電される電
流量によってアーマチャ１４に作用する電磁力が決定さ
れる。したがって、このギャップΔＸ及び電磁石１６ｅ
に通電される電流量からアーマチャ１４に作用する電磁
力を決定する物理モデル式を定義することができる。そ
してこれから、ギャップΔＸ及び電磁力から電磁石１６
ｅに通電される電流量を定める物理モデル式を得ること
ができる。このギャップΔＸ及び電磁力から電磁石１６
ｅに通電される電流量を定める物理モデル式を電子制御
装置４０のメモリに記憶しておくことにより、ステップ
１３０にて決定された電磁力波形Ｆ（Ｘ）とこの物理モ
デルとから電流ＩＦＦを算出することができる。

【００７７】また、このように、ギャップΔＸ及び電磁
力と電磁石１６ｅに通電される電流量との関係に基づい
て、電磁力波形Ｆ（Ｘ）（電磁力とギャップΔＸ）と電
流との関係を定めたマップを得ることもできる。このマ
ップを用いても電流ＩＦＦを算出することができる。

【００７８】こうしてフィードフォワード電流ＩＦＦが
算出されると、同電流ＩＦＦに基づく電磁石１６ｅの通
電制御が行われる（ステップ１５０）。ところで、算出
されたエネルギＣが、排気弁１に供給可能な電磁エネル
ギの最大値、換言すれば図２、４、５における最大電流
時の電磁力曲線の積分値よりも大きいときには、排気弁
１を全開位置に引き付けることができない。そこで、本
実施形態では、上記エネルギＣが排気弁１に供給可能な
電磁エネルギの最大値よりも大きいときには、排気弁１
を強制的に往復動させるべく電磁石１６ｅ及び１８ｅを
駆動制御する再引き付け制御を行う。具体的には、開駆
動用電磁石１６ｅ及び閉駆動用電磁石１８ｅを交互に最
大電流にて通電する。これにより、開駆動用電磁石１６
ｅ及び閉駆動用電磁石１８ｅからアーマチャ１４に交互
に電磁力が作用させることで、排気弁１の変位量を徐々
に増加させ、全閉位置若しくは全開位置側に吸引する。
なお、このような再引き付け制御を所定時間行っても、
排気弁１を全閉位置若しくは全開位置側へ引き付けるこ
とができないときには、フェール処理を行う。

【００７９】図６に、こうした一連の処理手順を示す。
この処理は、所定周期で繰り替えし実行される。この一
連の処理においては、まず算出されたエネルギＣが排気
弁１に供給可能なエネルギの最大値ＣＭＡＸ（バルブ変
位が全開位置（−｜Ｘ０｜）に達するまで常に最大電流
を供給したときの電磁エネルギ）を超えているか否かが
判断され（ステップ２００）、超えているときには、再
引き付け制御を行う（ステップ２１０）。なお、この場
合再引き付け制御が行なわれる気筒での燃料噴射は一時
的に中止される。そして、この再引き付け制御を所定時
間に渡って行っても排気弁１に供給可能な電磁エネルギ
の最大値によって全開位置若しくは全閉位置への引き付
けが不可能（復帰不能）である場合（ステップ２２０，
２３０）、フェール処理を実行する（ステップ２４
０）。ここでは、開駆動用電磁石１６ｅ及び閉駆動用電
磁石１８ｅへの通電の中止（バルブ電流オフ）及びフェ
ール履歴の記憶、同フェールした旨図示しない警告灯へ
の表示の少なくとも一つを行う。

【００８０】なお、ステップ２００においてエネルギＣ
が最大値ＣＭＡＸ以下であると判断されたときや、ステ
ップ２３０において排気弁１に供給可能な電磁エネルギ
の最大値によって全開位置若しくは全閉位置への引き付
けが可能と判断されたときには、この処理を一旦終了す
る。

【００８１】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）排気弁１を全開位置に変位させるために必要なエ
ネルギＣに応じてアーマチャ１４に作用する電磁力が変
位過程にある排気弁１になす仕事を定める電磁力波形を
生成する態様にて、排気弁１の変位に応じた電磁石１６
ｅの通電制御を行った。このため、適合作業を簡略化し
つつも、機関負荷等によらない適切な駆動制御を行なう
ことができる。更に、フィードフォワード制御のため、
機関負荷等、外力による影響を見越した制御を行なうこ
とができ、機関負荷等に応じた電磁石１６ｅの通電制御
の応答性を向上させることができる。

【００８２】（２）排気弁１の変位とアーマチャ１４に
作用する電磁力との関係を定めた曲線を用いて上記電磁
力波形を設定するようにした。これにより、電磁力波形
を簡易に設定することができるようになる。

【００８３】（３）排気弁１の変位とアーマチャ１４に
作用する電磁力との関係を定めた上記曲線を、基本的に
は、電磁石１６ｅに定電流を供給したときにアーマチャ
１４に作用する電磁力として定義した。これにより、排
気弁１の変位とアーマチャ１４に作用する電磁力との関
係を定めた上記曲線の設定や、同曲線から設定される電
磁力波形に基づく通電制御を簡易に行うことができる。

【００８４】（４）排気弁１の変位とアーマチャ１４に
作用する電磁力との関係を定めた上記曲線を、排気弁１
の全開位置近傍において排気弁１を全開状態に保持する
保持力Ｆ１に設定した。これにより、排気弁１の全開位
置への変位制御から同位置での保持制御への移行を円滑
に行なうことができる。

【００８５】（５）排気弁１が所定以上開弁した状態で
エネルギＣの算出を行うことで、運転状態による影響を
的確に反映して排気弁１を全開位置に到達させるために
必要なエネルギＣを算出することができる。

【００８６】（６）フィードフォワード電流ＩＦＦの算
出を、所定周期で繰り返すようにしたために、一旦同電
流ＩＦＦを算出した後に、外力変動等が生じた場合であ
れ、これを反映した制御を行うことができる。

【００８７】（７）排気弁１を全開位置に到達させる為
に必要なエネルギＣが排気弁１に供給可能な最大エネル
ギを超えるときに再引き付け制御を行うことで、排気弁
１の正常な駆動制御状態への回復を試みることができ
る。

【００８８】（８）再引き付け制御を所定時間行って
も、排気弁１を全開位置又は全閉位置に吸引不可能なと
きにフェール処理を行うことで、この事態に対応するこ
とができる。

【００８９】（第２の実施形態）以下、本発明にかかる
機関バルブの駆動制御装置の第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として図面を参照し
つつ説明する。

【００９０】上記第１の実施形態では、排気弁１の変位
とアーマチャ１４に作用する電磁力との関係を定めた曲
線から、必要なエネルギＣに応じた部分曲線を取り出す
ことで、これを電磁力波形として用いた。ただし、先の
図２及び図４及び図５に示す最大電流時の曲線は定常時
のものであるため、実際には、電磁石１６ｅの最大電流
による制御を試みても、同制御開始時には定常時の最大
電流による制御を行うことができない。このため、図７
に示すように、エネルギＣを確保すべく、変位Ｘ２にお
いて電磁石１６ｅへの通電制御を開始した場合、実線で
示すような電磁力の立ち上がり遅れが生じ、排気弁１に
供給されるエネルギに不足が生じる。

【００９１】そこで、本実施形態では、電磁石１６ｅへ
の通電開始時の電磁力の立ち上がり遅れを考慮して、電
磁力波形Ｆ（Ｘ）を設定する。具体的には、通電開始時
の電磁力波形の立ち上がり部分を、通電開始時に得られ
る最大の電磁力（図７（ｂ）中、一点鎖線で表記）以下
に設定する。このように、通電開始時に得られる最大の
電磁力以下の電磁力にて電磁力波形の立ち上がり部分を
設定することで、必要なエネルギＣを確保することので
きる通電制御を行うことができる。

【００９２】具体的には、本実施形態では、この電磁力
波形の立ち上がり部分を図７（ｂ）に実線で示すよう
に、電磁力が徐々に増大する態様にて設定する。更に、
電磁力の立ち上がり開始時のバルブ変位位置が電磁石１
６ｅに近接するほど、この立ち上がり部分の電磁力の増
大度合いを低減させるように可変設定する。これによ
り、電磁石１６ｅに近接するほど電磁力の立ち上がり遅
れが増大することを反映して、より適切な電磁力波形の
設定が可能となる。

【００９３】以上説明した上記第２の実施形態によれ
ば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（８）の効果に
加えて、以下のような効果が得られるようになる。 （９）通電開始時に得られる最大の電磁力以下の電磁力
にて電磁力波形の立ち上がり部分を設定することで、必
要なエネルギＣを確保することのできる通電制御を行う
ことができる。

【００９４】（１０）立ち上がり部分を電磁力が徐々に
増大する態様にて設定するとともに、電磁力の立ち上が
り開始時のバルブ変位位置が電磁石１６ｅに近接するほ
ど同立ち上がり部分の増大度合いを低減する態様にて可
変設定したため、通電開始時の変位位置に応じて適切な
電磁力波形を設定することができる。

【００９５】なお、上記第２の実施形態は、以下のよう
に変更して実施することもできる。 ・電磁力波形の立ち上がり部分の設定態様については、
上記のものに限らない。例えば、立ち上がり開始時のバ
ルブ変位位置によらず、一定の増大度合いで立ち上がる
ものとして、電磁力波形を設定するようにしてもよい。
これにより、電磁力波形の設定を簡易に行うことができ
る。また、通電時に得られる最大の電磁力以下の電磁力
としなくても、電磁力波形の立ち上がり部分を徐々に増
大する態様にて設定することで、電磁力の応答遅れによ
る影響を緩和することはできる。

【００９６】・更に、電磁石への通電開始時の電磁力の
応答遅れを、上記実施形態やその変形例に例示した手法
以外の手法によって補償してもよい。例えば、エネルギ
Ｃの算出に用いる上記Ｅ１の値をこの応答遅れを考慮し
て算出するようにしてもよい。これにより、電磁力波形
Ｆ（Ｘ）や電流ＩＦＦの算出を簡易に行うことができ
る。更に、先の第１の実施形態同様、応答遅れを考慮す
ることなくエネルギＣに基づく電磁力波形Ｆ（Ｘ）を算
出し、同電磁力波形Ｆ（Ｘ）に基づく電流ＩＦＦを算出
した後、例えば変位Ｘ１及び全開位置間において応答遅
れを補償すべく電流の増大補正を行なうようにしてもよ
い。この増大補正量は、通電開始位置に応じて可変設定
することが望ましい。

【００９７】（第３の実施形態）以下、本発明にかかる
機関バルブの駆動制御装置の第３の実施形態について上
記第１及び第２の実施形態及びその変形例との相違点を
中心として図面を参照しつつ説明する。

【００９８】上記第１及び第２の実施形態及びその変形
例では、排気弁１が全開位置に到達するために供給すべ
き電磁エネルギＣに基づくフィードフォワード電流ＩＦ
Ｆの算出を所定周期毎に繰り返し行った。これに対し、
本実施形態では、同フィードフォワード電流ＩＦＦの算
出を一度行った後は、排気弁１の変位態様の検出結果に
基づいて同電流ＩＦＦを補正する制御を行う。

【００９９】すなわち、同電流ＩＦＦによる制御によっ
て想定される排気弁１の物理的状態を推定するととも
に、検出される排気弁１の変位態様に基づいて算出され
る実際の物理的状態と上記推定結果との差に基づいて電
流ＩＦＦの補正（フィードバック制御）を行う。このよ
うに、一旦フィードフォワード電流ＩＦＦを算出しこれ
による電磁石１６ｅの通電制御を開始した後には、同電
流ＩＦＦを補正するフィードバック制御を行うことで、
同電流ＩＦＦ算出後に外力変動等が生じた場合にこれに
対処することができる。しかも、本実施形態のフィード
バック制御は、フィードフォワード電流ＩＦＦを補正す
るものであるため、排気弁１の開弁制御にフィードバッ
ク制御のみを用いた場合と比べてフィードバックゲイン
を下げることができる。

【０１００】詳しくは、本実施形態では、フィードフォ
ワード電流ＩＦＦによる制御時において、同制御によっ
て設定される目標変位Ｘｍを算出し、検出される変位Ｘ
が目標変位Ｘｍとなるようにフィードバック制御を行
う。具体的には、フィードバックゲインＫｐを用いてフ
ィードバック電流ＩＦＢを下式にて算出する。

【０１０１】ＩＦＢ＝Ｋｐ×（Ｘｍ−Ｘ） そして、フィードバック制御によって実際に電磁石１６
ｅに通電制御される指令電流を、フィードフォワード電
流ＩＦＦにこのフィードバック電流ＩＦＢを加算したも
のとする。

【０１０２】なお、本実施形態では、こうした目標変位
Ｘｍの算出を、設定された電磁力波形Ｆ（Ｘ）に基づい
て算出する。詳しくは、上記ロアスプリング２４及びア
ッパスプリング３４からなる弾性体とこれに連結された
排気弁１の可動部とからなる物理系に、外場としての上
記電磁力Ｆ（Ｘ）と外力Ｙとが作用する物理モデルを用
いる。この物理モデルの記述として、本実施形態では、
可動部の運動方程式を一例として用いる。

【０１０３】すなわち、先の第１の実施形態同様、可動
部の重量Ｍ、弾性体の弾性定数Ｋ、可動部の変位Ｘとす
ると、可動部の運動方程式は、下式（ｃ１）

【０１０４】

【数３】 となる。

【０１０５】ここで、状態変数Ｗを、下式（ｃ２）に示
されるように定義する。

【０１０６】

【数４】 これら各式（ｃ１）、（ｃ２）から排気弁１の振動モデ
ルについて以下の状態方程式（ｃ３）が得られる。

【０１０７】

【数５】 ここで、Ｗを離散化すると、時刻ＴｎのときのＦ（Ｘ）
をＵ（ｎ）として、以下の式（ｃ４）が得られる。

【０１０８】

【数６】 上式（ｃ４）に基づいて算出されるＷ（ｎ）から目標変
位Ｘｍ（ｎ）が算出される。

【０１０９】ここで、本実施形態の排気弁１の開弁制御
について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の
開弁制御手順を示すフローチャートである。この手順
は、所定周期で繰り返し実行される。

【０１１０】この一連の処理においては、先の図３のス
テップ１００同様、フィードフォワード電流ＩＦＦの算
出に用いるエネルギＣに内燃機関の運転状態を的確に反
映させるべく、排気弁１が所定以上開弁したか否かを判
断する（ステップ３００）。そして、所定以上開弁して
いると判断されると、先の図３のステップ１１０と同
様、ギャップΔＸを算出する（ステップ３１０）。

【０１１１】更にステップ３２０において、本実施形態
では、バルブ変位が閾値であるか否かを判断する。この
判断は、内燃機関の運転状態による排気弁１の弁体２等
に加わる力の差を的確に反映して排気弁１に供給する電
磁エネルギＣを算出することのできる時点を判断するも
のである。この閾値には、当該処理の周期に依存した幅
を持たせるなどして、これ以降のフィードフォワード電
流ＩＦＦを算出する一連の処理（ステップ３３０〜３５
０）を排気弁１の各開弁動作において必ず一度だけ行う
ように設定する。

【０１１２】そして、ステップ３２０においてバルブ変
位が閾値であると判断されると、先の図３のステップ１
２０〜１４０に準じたステップ３３０〜３５０の一連の
処理により、バルブ変位に対応したフィードフォワード
電流ＩＦＦの算出が行われる。

【０１１３】こうしてフィードフォワード電流ＩＦＦが
算出され、これに基づく制御がなされると、指令電流の
フィードバック制御が開始される。すなわち、上記式
（ｃ４）を用いて目標変位Ｘｍが算出され（ステップ３
６０）、これに基づいて偏差Ｘｈが算出される（ステッ
プ３７０）。こうして算出された偏差Ｘｈに基づいてフ
ィードバック電流ＩＦＢが算出され（ステップ３８
０）、このフィードバック電流ＩＦＢがフィードフォワ
ード電流ＩＦＦに加算されることで電磁石１６ｅに通電
する指令電流が決定される（ステップ３９０）。

【０１１４】上記処理に基づくバルブ変位や指令電流の
推移の一例を、図９のタイムチャートに示す。すなわ
ち、フィードフォワード電流ＩＦＦに基づく制御（図９
（ｂ））がなされると、同制御によって設定される目標
変位Ｘｍ（図９（ａ）中、破線で表記）と検出されるバ
ルブ変位Ｘ（図９（ａ）中、実線で表記）との偏差Ｘｈ
がモニタされる。そして、この偏差Ｘｈに基づいてフィ
ードバック電流ＩＦＢが算出され（図９（ｂ））、同電
流ＩＦＢとフィードフォワード電流ＩＦＦとの加算値と
しての指令電流（図９（ｄ））が電磁石１６ｅに供給さ
れる。これにより、目標変位Ｘｍとバルブ変位Ｘとの偏
差が低減される。ちなみに、同フィードバック制御を行
わない場合のバルブ変位の推移の一例を図９（ａ）に一
点鎖線で示す。

【０１１５】以上説明した本実施形態によれば、先の第
１の実施形態の上記（１）〜（５）及び（７）及び
（８）の効果や先の第２の実施形態の上記効果（９）及
び（１０）の効果に加えて、更に以下の効果が得られる
ようになる。

【０１１６】（１１）フィードフォワード電流ＩＦＦの
算出及び同電流ＩＦＦによる制御後においては、同電流
ＩＦＦに対応した電磁力波形Ｆ（Ｘ）よって設定される
目標変位に基づく同電流ＩＦＦのフィードバック補正を
行った。これにより、電流ＩＦＦ算出後に外力変動が生
じた場合であれ、これに的確に対処することができる。
また、このフィードバック制御は、運転状態を反映した
フィードフォワード電流ＩＦＦを補正するかたちで行な
われるために、フィードバックゲインＫｐを小さくする
ことができ、ノイズ耐性の向上を図ることができる。

【０１１７】なお、上記第３の実施形態は、以下のよう
に変更して実施してもよい。 ・実変位Ｘが目標変位Ｘｍとなるようにフィードバック
電流を設定する代わりに、実速度が目標速度となるよう
にフィードバック電流を設定してもよい。更に、実変位
Ｘが目標変位Ｘｍとなり、且つ実速度が目標速度となる
ように、換言すれば、実変位Ｘ及び目標変位の偏差と実
速度及び目標速度の偏差の両方を低減するようにフィー
ドバック電流を設定してもよい。この際、目標速度の算
出には、上式（ｃ４）を用いることができる。

【０１１８】・目標変位Ｘｍや目標速度の算出は、上述
した状態方程式（ｃ４）を用いるものにも限らない。例
えば、外力ＹをエネルギＣに基づいて可変設定する等、
適宜変更してよい。更に、上式（ｃ１）を基本とする状
態方程式を用いるものにも限らず、例えば、次のように
してもよい。

【０１１９】まず、時刻Ｔｎでの速度Ｖｎから時刻Ｔ
（ｎ＋１）（＝ΔＴ＋Ｔｎ）での変位Ｘ（ｎ＋１）をＸ
ｎ＋１＝Ｘｎ＋Ｖｎ×ΔＴとして設定する。次に、時刻
Ｔ（ｎ＋１）でのエネルギの式Ｅ（ｎ＋１）（先の第１
の実施形態で示したＥ１及びＥ２の式に準ずる）を、時
刻Ｔｎでのエネルギの式Ｅｎから次の式にて求める。 Ｅ（ｎ＋１）＝Ｆ（Ｘｎ）×ΔＸ＋Ｅｎ そして、エネルギの式Ｅ（ｎ＋１）から時刻Ｔ（ｎ＋
１）の速度Ｖ（ｎ＋１）を算出する。

【０１２０】・更に、速度偏差及び変位偏差の少なくと
も一方を低減するフィードバック電流を算出する代わり
に、速度偏差及び変位偏差の少なくとも一方を低減する
ために必要な電磁力を算出し、同電磁力を得るために必
要な電流量を物理モデル等を用いて算出してもよい。

【０１２１】・排気弁１が所定の開度に開弁したときに
フィードフォワード電流ＩＦＦの算出をする代わりに、
所定周期で逐次算出するフィードフォワード電流ＩＦＦ
の通電制御開始後にフィードバック制御への切り替えを
行なってもよい。

【０１２２】・フィードフォワード電流ＩＦＦの算出や
同電流ＩＦＦによる制御を、先の第１及び第２の実施形
態やその変形例におけるように、逐次更新しつつ、これ
とフィードバック制御とを併せて行なってもよい。

【０１２３】（第４の実施形態）以下、本発明にかかる
機関バルブの駆動制御装置の第４の実施形態について上
記第１及び第２の実施形態及びその変形例との相違点を
中心として図面を参照しつつ説明する。

【０１２４】上記第１及び第２の実施形態では、排気弁
１を全開位置に到達させるために必要なエネルギＣに基
づいて電磁力波形Ｆ（Ｘ）を設定し、同電磁力波形Ｆ
（Ｘ）に基づいてフィードフォワード電流ＩＦＦ（Ｘ）
を算出した。これに対して、本実施形態では、上記電磁
力波形Ｆ（Ｘ）を生成するフィードフォード電流ＩＦＦ
（排気弁１の変位に対する指令電流の関係を定めた指令
電流波形）を、必要なエネルギＣに基づいて直接算出す
る。

【０１２５】すなわち、先の図２（ａ）において、エネ
ルギＣ＝Ｃ１を得ることのできる電磁力波形を発生する
ためには、（電磁力波形の立ち上がり遅れを考慮しない
なら）変位Ｘａにおいて電磁石１６ｅに最大電流の供給
を開始し、変位Ｘ１以降において電磁力Ｆ１を得ること
のできる電流量にて電磁石１６ｅの通電制御を行えばよ
い。また、図２（ｂ）において、エネルギＣ＝Ｃ２を得
ることのできる電磁力波形を発生するためには、（電磁
力波形の立ち上がり遅れを考慮しないなら）変位Ｘｂに
おいて最大電流による電磁石１６ｅの通電制御を開始
し、変位Ｘ１以降において電磁力Ｆ１を得ることのでき
る電流量にて電磁石１６ｅの通電制御を行えばよい。

【０１２６】このように、先の第１及び第２の実施形態
で示した電磁力波形に基づく指令電流を用いるなら、次
のことが可能となる。すなわち、電磁力波形の設定を電
子制御装置４０内で行うことなく、予めエネルギＣと同
エネルギＣに対応した電磁力波形を得ることのできるフ
ィードフォワード電流ＩＦＦとの関係を定めたマップを
用意することで、上記通電制御を行うことが可能とな
る。この場合であれ、エネルギＣに基づいて排気弁１の
適切な駆動制御を行なうことができる。

【０１２７】以下、本実施形態にかかる排気弁１の開弁
制御について、図１０に基づいて説明する。図１０は、
同制御の処理手順を示すフローチャートである。この処
理は、所定周期毎に繰り返し実行される。

【０１２８】この一連の処理においては、先の図３のス
テップ１００と同様、ステップ４００において、排気弁
１が所定以上開弁したか否かを判断する。そして、排気
弁１が所定以上開弁した後に、先の図３のステップ１２
０と同様、排気弁１が全開位置に到達するために供給す
べき電磁エネルギＣを算出する（ステップ４１０）。そ
して、このエネルギＣに基づいて、エネルギＣと同エネ
ルギＣに対応した電磁力波形を生成するフィードフォワ
ード電流ＩＦＦとの関係を定めたマップ（Ｃ−ＩＦＦマ
ップ）に基づいて電流ＩＦＦを算出する（ステップ４２
０）。こうして電流ＩＦＦが算出されると、同電流ＩＦ
Ｆに基づく電磁石１６ｅの通電制御が行われる（ステッ
プ４３０）。

【０１２９】以上説明した本実施形態によれば、先の第
１の実施形態の上記（１）〜（８）の効果や先の第２の
実施形態の上記（９）及び（１０）の効果に加えて、更
に以下の効果が得られるようになる。

【０１３０】（１２）排気弁１が全開位置に到達するた
めに供給すべき電磁エネルギＣと、同エネルギＣに対応
した電磁力波形を生成するフィードフォワード電流ＩＦ
Ｆとの関係を定めたマップに基づいて、エネルギＣから
直接電流ＩＦＦを算出した。これにより、電流ＩＦＦの
算出に際し、電子制御装置４０の演算負荷量を低減させ
ることができる。

【０１３１】（その他の実施形態）なお、上記各実施形
態は、以下のように変更して実施することもできる。 ・上記第３の実施形態及びその変形例では、上記第１及
び第２の実施形態及びその変形例と同様の態様にて電流
ＩＦＦを算出したが、これについては、上記第４の実施
形態におけるように、エネルギＣと電流ＩＦＦとの関係
を定めたＣ−ＩＦＦマップを用いてもよい。

【０１３２】・上記各実施形態及びそれらの変形例にお
いて、排気弁１の変位とアーマチャ１４に作用する電磁
力との関係を定めた曲線については、上記各実施形態で
例示したものに限らない。例えば、最大電流時の電磁力
の代わりに電磁石に一定の電流を供給したときに機関バ
ルブの変位に応じて同機関バルブに作用する電磁力の推
移として同電流を定義してもよい。また、この際、全開
位置近傍においても、一定電流時の電磁力に設定しても
よい。更に、全開位置近傍において排気弁１を全開位置
に保持するための保持力Ｆ１に設定し、それ以外の部分
の電磁力についてはこれに連続的につながる態様で（可
能な範囲での）任意の電磁力として上記曲線を定義して
もよい。

【０１３３】また、機関バルブの全変位領域のうちの少
なくとも一部の変位領域において、電磁石に一定の電流
を供給したときに機関バルブの変位に応じて同機関バル
ブに作用する電磁力の推移として定義するようにしても
よい。この際、全開位置近傍において排気弁１を全開位
置に保持するための保持力Ｆ１に設定し、上記一定電流
時の電磁力の推移とされる領域と連続的につながる態様
の曲線を定義すれば、上記各実施形態に準じた作用効果
を奏することができる。

【０１３４】・上記各実施形態及びそれらの変形例にお
いて、排気弁１の変位とアーマチャ１４に作用する電磁
力との関係を定めた曲線から電磁力波形を設定する手法
については、全開位置を予め設定された変位点とする代
わりに全開位置側の適宜の一点を同変位点とし、同変位
点よりも閉弁側のもう一点を算出されるエネルギに基づ
いて設定することで電磁力波形を設定するようにしても
よい。

【０１３５】・上記各実施形態及びそれらの変形例にお
いて、全開位置近傍の予め設定された適宜の一点よりも
閉弁側の一点を定めることで電磁力波形を設定する手法
以外の手法で電磁力波形を設定する場合であれ、排気弁
１の変位とアーマチャ１４に作用する電磁力との関係を
定めた曲線を用いることで電磁力波形を簡易に設定する
ことはできる。

【０１３６】・必ずしも排気弁１の変位とアーマチャ１
４に作用する電磁力との関係を定めた１つの曲線から電
磁力波形を設定する手法にも限らない。例えば同関係を
定めた複数の曲線からエネルギＣに応じて任意の１つの
曲線を選択し、同選択した曲線に基づいて電磁力波形を
設定してもよい。これは、先の図５に示すエネルギと電
磁力波形との関係を定めたマップを用いる場合や、上記
第４の実施形態のようにエネルギと電流との関係を定め
たＣ−ＩＦＦマップを用いる場合には実施しやすい。

【０１３７】・上記第１及び第２及び第４の実施形態に
おいて、フィードフォワード電流ＩＦＦの逐次の算出及
び同電流ＩＦＦの逐次の更新を行なわず、各排気弁１の
開弁制御時に一度フィードフォワード電流ＩＦＦを算出
するのみでも、先の第１の実施形態の上記（１）〜
（５）及び（７）及び（８）の効果や先の第２の実施形
態の上記（９）及び（１０）の効果、先の第４の実施形
態の上記（１２）の効果を得ることはできる。

【０１３８】・算出されるエネルギＣがアーマチャ１４
に供給可能な最大の電磁エネルギＣＭＡＸよりも大きい
ときの処理は、図６に示すものに限らない。例えば、再
引き付け制御のみを行ってもよく、また、フェール制御
のみを行ってもよい。

【０１３９】・排気弁１の構成は、図１に例示されるも
のに限らない。例えば、ロアスプリング２４やアッパス
プリング３４については、これを適宜の弾性部材として
もよく、また単にこれを除いてもよい。更に、排気弁１
の両変位端のうち、一方の変位端に変位させる場合には
弾性部材の弾性力を、また、他方の変位端に変位させる
ときには電磁石の電磁力をそれぞれ用いる構成でもよ
い。更に、アーマチャと電磁石との間に吸引力を働かせ
る代わりに、同アーマチャと電磁石との間に斥力を働か
せることで、排気弁１を駆動制御してもよい。この場合
には、一方の変位端から他方の変位端に変位させる際
に、一方の変位端側を優先的に利用して通電制御をする
方がエネルギ消費率を低減することができる。

【０１４０】・排気弁１の変位を検出する手段として
は、上記変位量センサに限らない。例えば、弁体２や弁
軸４、アーマチャ１４等の動作速度を検出するセンサを
用いてもよい。この場合、バルブ変位は検出される速度
の積分によって把握することができる。

【０１４１】・本発明にかかる機関バルブの駆動制御
は、全閉位置を弁体２が弁座２６に着座した状態とする
とともに、全開位置をアーマチャ１４がロアコア１６に
接した状態として、これら全閉位置から全開位置へ、又
は全開位置から全閉位置への変位制御としたがこれに限
らない。要は、機関バルブの一方の変位端から他方の変
位端への変位過程において、同他方の変位端へ機関バル
ブを変位させる制御を行う際に本発明の適用は有効であ
る。

【０１４２】なお、上記各実施形態及びその変形例から
把握できる技術思想としては、以下のものがある。 （１）請求項１〜６のいずれかに記載の機関バルブの駆
動制御装置において、前記電磁力波形は、その立ち上が
り部分が、前記通電開始時に得られる最大の電磁力以下
とされる機関バルブの駆動制御装置。 （２）請求項１〜６のいずれか又は（１）記載の機関バ
ルブの駆動制御装置において、前記電磁力波形の立ち上
がり部分の増大度合いは、該立ち上がり部分が前記他方
の変位端側へ近づくほどより小さくなるよう可変とされ
る機関バルブの駆動制御装置。 （３）請求項１〜７のいずれかに記載の機関バルブの駆
動制御装置において、前記電磁石への通電開始時におけ
る前記電磁力の応答遅れを補償すべく、前記算出される
指令電流を増大補正する手段を更に備える機関バルブの
駆動制御装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる機関バルブの駆動制御装置の第
１の実施形態について、その構成を示す断面図。

【図２】同第１の実施形態における電磁力波形の設定態
様を例示する図。

【図３】同第１の実施形態における排気弁の開弁制御の
処理手順を示すフローチャート。

【図４】同第１の実施形態の電磁力波形の設定態様を示
す図。

【図５】同第１の実施形態の電磁力波形の設定態様を示
す図。

【図６】同第１の実施形態におけるフェール処理手順等
を示すフローチャート。

【図７】本発明にかかる機関バルブの駆動制御装置の第
２の実施形態における電磁力波形の設定態様を示す図。

【図８】本発明にかかる機関バルブの駆動制御装置の第
３の実施形態における排気弁の開弁制御の処理手順を示
すフローチャート。

【図９】同実施形態のフィードバック制御態様を示すタ
イムチャート。

【図１０】本発明にかかる機関バルブの駆動制御装置の
第４の実施形態における排気弁の開弁制御の処理手順を
示すフローチャート。

【符号の説明】

１…排気弁、２…弁体、４…弁軸、１０…電磁駆動部、
１４…アーマチャ、１６…ロアコア、１６ｃ…ロアコイ
ル、１６ｅ…開駆動用電磁石、１６ｈ…溝、１８…アッ
パコア、１８ｃ…アッパコイル、１８ｅ…閉駆動用電磁
石、１８ｈ…溝、２０…シリンダヘッド、２２…ロアリ
テーナ、２４…ロアスプリング、２６…弁座、２７…燃
焼室、２８…排気ポート、３０…アッパキャップ、３２
…アッパリテーナ、３４…アッパスプリング、４０…電
子制御装置、４２…変位量センサ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ１６Ｋ 31/06 ３１０ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３２０Ａ ３２０ Ｈ０１Ｆ 7/16 Ｒ Ｆターム(参考） 3G018 AB09 AB16 BA38 CA11 CA16 DA36 DA38 DA40 DA45 DA70 EA35 FA01 FA06 FA07 FA08 FA09 GA02 GA03 GA14 GA36 GA37 3G092 AA01 AA11 AB02 DA01 DA02 DA03 DA07 DA08 DF05 DG07 DG09 EA09 EA11 EC07 EC10 FA03 FA06 FA07 FA11 FA50 GA03 GA05 GA06 HA13Z HF08Z HF09Z 3G301 HA01 HA19 JA01 JA02 KA06 KA08 KA09 LA07 LC01 LC10 NA08 NB12 NB14 NB18 NC02 NC04 ND42 NE01 NE06 NE17 PA17Z PE03Z PE10Z PG01Z 3H106 DA07 DA25 DB03 DB14 DB26 DB32 DC02 DC17 DD09 EE01 KK17 5E048 AB02 AD07

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の機関バルブを電磁石の電磁力に
   基づいて駆動制御する機関バルブの駆動制御装置におい
   て、 前記機関バルブの変位を検出する検出手段と、 前記機関バルブの一方の変位端から他方の変位端への変
   位過程において前記検出手段による検出結果に基づき前
   記機関バルブを前記他方の変位端へ変位させるために必
   要とされるエネルギを算出する算出手段と、 前記算出されるエネルギに応じて前記電磁力が前記変位
   過程にある機関バルブになす仕事を定める電磁力波形に
   対応するかたちで前記電磁石に要求される指令電流を算
   出し、この算出された指令電流に応じて同電磁石への通
   電制御を行なう制御手段と、 を備えることを特徴とする機関バルブの駆動制御装置。
2. 【請求項２】前記電磁力波形は、前記機関バルブの変位
   と同機関バルブに作用する電磁力との関係を定めた曲線
   から前記機関バルブの全変位領域のうちの前記算出され
   るエネルギに対応した変位領域によって定まる部分曲線
   である請求項１記載の機関バルブの駆動制御装置。
3. 【請求項３】前記算出されるエネルギに対応した変位領
   域は、前記他方の変位端側に予め設定された一つの変位
   点と該変位点よりも前記一方の変位端側の前記算出され
   るエネルギに基づいて設定されるもう一つの変位点との
   ２点間の変位領域として定められる請求項２記載の機関
   バルブの駆動制御装置。
4. 【請求項４】前記機関バルブの変位と同機関バルブに作
   用する電磁力との関係を定めた曲線は、前記機関バルブ
   の全変位領域のうちの少なくとも一部の変位領域におい
   て前記電磁石に一定の電流を供給したときに前記機関バ
   ルブの変位に応じて同機関バルブに作用する電磁力の推
   移として定義される請求項２又は３記載の機関バルブの
   駆動制御装置。
5. 【請求項５】前記一つの変位点が前記他方の変位端であ
   り、前記機関バルブの変位と同機関バルブに作用する電
   磁力との関係を定めた曲線の前記他方の変位端近傍は、
   前記機関バルブを保持制御する際に用いる一定の電磁力
   として定義される請求項３又は４記載の機関バルブの駆
   動制御装置。
6. 【請求項６】前記一つの変位点が前記他方の変位端であ
   り、前記機関バルブの変位と同機関バルブに作用する電
   磁力との関係を定めた曲線は、前記他方の変位端近傍で
   は前記機関バルブを保持制御する際に用いる一定の電磁
   力として、且つそれ以外の変位領域では前記電磁石に一
   定の電流を供給したときに前記機関バルブの変位に応じ
   て同機関バルブに作用する電磁力の推移としてそれぞれ
   定義される請求項３又は４記載の機関バルブの駆動制御
   装置。
7. 【請求項７】前記電磁力波形は、その立ち上がり部分が
   徐々に増大する形状にて定義される請求項１〜６のいず
   れかに記載の機関バルブの駆動制御装置。
8. 【請求項８】前記制御手段は、前記算出されたエネルギ
   から前記電磁力波形を設定する波形設定部と、該波形設
   定部によって設定された電磁力波形に基づいて前記指令
   電流を算出する指令電流設定部とを備える請求項１〜７
   のいずれかに記載の機関バルブの駆動制御装置。
9. 【請求項９】前記制御手段は、前記算出されたエネルギ
   と前記機関バルブの変位に応じて前記電磁石に要求され
   る指令電流との関係を定めたマップを備える請求項１〜
   ７のいずれかに記載の機関バルブの駆動制御装置。
10. 【請求項１０】前記算出手段は、前記エネルギの算出を
    逐次行い、前記制御手段は、前記指令電流の算出を前記
    算出手段によって逐次算出されるエネルギに基づき逐次
    更新する請求項１〜９のいずれかに記載の機関バルブの
    駆動制御装置。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の機関
    バルブの駆動制御装置において、 前記制御手段を通じて算出される指令電流を前記検出手
    段の検出結果に基づいて補正する補正手段を更に備える
    ことを特徴とする機関バルブの駆動制御装置。
12. 【請求項１２】前記補正手段は、前記検出手段を通じて
    検出される前記機関バルブの変位及び変位速度の少なく
    とも一方が、前記電磁力波形に応じて定まるそれら変位
    及び変位速度の目標値となるように前記算出される指令
    電流を補正するものである請求項１１記載の機関バルブ
    の駆動制御装置。
13. 【請求項１３】請求項１〜１２のいずれかに記載の機関
    バルブの駆動制御装置において、 前記算出されたエネルギが所定値以上であるとき、前記
    機関バルブを前記他方の変位端に変位させることができ
    ないとして前記機関バルブを強制的に往復動させるべく
    前記電磁石を駆動制御する手段を更に備えることを特徴
    とする機関バルブの駆動制御装置。
14. 【請求項１４】請求項１〜１２のいずれかに記載の機関
    バルブの駆動制御装置において、 前記算出されたエネルギが所定値以上であるとき、前記
    機関バルブを前記他方の変位端に変位させることができ
    ないとして適宜のフェール処理を行う手段を更に備える
    ことを特徴とする機関バルブの駆動制御装置。