JP3134724B2 - 内燃機関の弁駆動装置 - Google Patents

内燃機関の弁駆動装置

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の弁駆動
装置に係り、特に、電磁コイルに所定電力を供給し、そ
の際に生ずる電磁力を用いて内燃機関の吸排気弁を駆動
する内燃機関の弁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば特開平２−１８１００
６号公報に開示される如く、内燃機関の吸排気弁を電磁
コイルの発する電磁力を用いて駆動する内燃機関の弁駆
動装置が知られている。かかる弁駆動装置を用いた場
合、カムシャフト等の回転機構を省略することができ、
また、内燃機関の運転状態に応じた理想的な開閉弁タイ
ミングの設定が容易となることから、内燃機関の出力特
性及び燃費特性を大幅に改善することが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
弁駆動装置は、電磁コイルに所定電流を流通させること
により電磁力を発生させ、その電磁力を利用して弁体を
全開方向、及び全閉方向に交互に吸引することで内燃機
関の吸排気弁としての動作を実現する装置である。この
際、単に弁体を変位させることだけを目的として電磁コ
イルへの供給電流を制御したのでは、弁体が全開方向の
変位端、及び全閉方向の変位端に向けて勢い良く変位
し、静粛性が阻害されると共に、弁体の耐久性を確保す
るうえでも不利な状況となる。
【０００４】しかしながら、上記従来の弁駆動装置は、
弁体の着座特性については何らの配慮もせずに電磁コイ
ルへの供給電流を制御する装置である。この意味で、上
記従来の装置は、内燃機関の静粛性、弁体の耐久性等を
確保するうえで、必ずしも理想的な装置ではなかった。
【０００５】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、弁体が全開方向、及び全閉方向の変位端に近接
した際に急激に電磁力を弱めることにより、着座時の衝
撃緩和を可能とした内燃機関の弁駆動装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、電磁コイルの発する電磁力を用いて弁
体を駆動する内燃機関の弁駆動装置において、電磁コイ
ルに供給する電力を制御する電力制御手段と、前記電磁
コイルを流通する電流の還流経路を構成するフライホイ
ル回路と、前記弁体が変位端に近接した際に前記フライ
ホイル回路の抵抗値を増大させる可変抵抗回路と、を備
える内燃機関の弁駆動装置により達成される。
【０００７】本発明において、弁体は電磁コイルの発す
る電磁力により開弁方向、及び閉弁方向に交互に吸引さ
れる。この際、電磁コイルに供給される電力は、電力制
御手段によって制御される。電力制御手段は、弁体が全
開方向、又は全閉方向の変位端付近に到達すると電磁コ
イルを流通する電流を減少させる制御を実行する。電磁
コイルへの電力の供給が停止されると、電磁コイルに
は、その内部を流通する電流の減少を阻止する方向に誘
導起電力が生ずる。電磁コイルには、その内部を流通す
る電流の還流を許容するフライホイル回路が接続されて
いる。このため、電磁コイルに誘導起電力が生ずると、
その起電力に応じた電流がフライホイル回路内を流通す
る。
【０００８】ところで、弁体を全開方向の変位端、又は
全閉方向の変位端まで、確実に変位させ、かつ大きな衝
撃を伴うことなく着座させるためには、弁体が変位端に
近接した時点で、電磁力を急激に消滅させ得ることが有
利である。従って、本発明においては、電力制御手段に
よって電磁コイルを流通する電流の減少が図られた後、
フライホイル回路を還流する電流を急激に消滅させ得る
ことが、確実に、かつ、緩やかに弁体を変位端まで変位
させるためには有利である。
【０００９】これに対して、フライホイル回路には、弁
体が変位端に近接した際に抵抗値を増大させる可変抵抗
回路が内蔵されている。従って、弁体が変位端に近接し
た以降フライホイル回路内を還流する電流は、即座に抵
抗損失として消費されることになり、弁体を、確実に、
かつ、緩やかに変位端まで変位させるために有利な状況
が形成される。
【００１０】上記の目的は、請求項２に記載する如く、
上記請求項１記載の内燃機関の弁駆動装置において、前
記電磁コイルを流通する電流値を検出する電流値検出手
段を備え、前記可変抵抗回路は、前記電力制御手段の発
する指令値と、前記電流値検出手段の検出値との差に基
づいて抵抗値を変更する内燃機関の弁駆動装置によって
も達成される。
【００１１】本発明において、電流値検出手段は、電磁
コイルを実際に流通する電流を検出する。一方、電力制
御手段は、弁体を確実に変位端まで変位させ、かつ、大
きな衝撃を伴うことなく変位端に着座させるために電磁
コイルに供給すべき理想の電流値を指令値として発す
る。この場合、現実の電流値がその指令値に比して小さ
ければ、より大きな電流を電磁コイルに流通させるべき
であり、一方、現実の電流値がその指令値に比して大き
ければ、電磁コイルを流通している電流を減少させるべ
きであることになる。
【００１２】これに対して、フライホイル回路に内蔵さ
れる可変抵抗回路は、電力制御手段の発する指令値と、
電流値検出手段の検出値との差に基づいてその抵抗値を
変更する。従って、弁体が変位端に近接し、電力制御手
段が発する電流の指令値が減少し、その結果、指令値に
比して現実の電流値が大きくなると、その後、フライホ
イル回路の抵抗値が増大されて電磁コイルを流通する電
流が即座に消滅される。
【００１３】上記の目的は、請求項３に記載する如く、
電磁コイルの発する電磁力を用いて弁体を駆動する内燃
機関の弁駆動装置において、前記電磁コイルが電磁力を
発するように、前記電磁コイルに対して電圧を印加する
第１の電圧印加手段と、前記弁体が変位端に近接した際
に、前記電磁コイルに対して、前記第１の電圧印加手段
と逆方向の電圧を印加する第２の電圧印加手段と、を備
える内燃機関の弁駆動装置によっても達成される。
【００１４】本発明において、第１の電圧印加手段は、
電磁コイルに所定方向の電圧を印加することにより電磁
力を発生させる。電磁コイルが電磁力を発生すると、弁
体がその電磁力に吸引されて、一方の変位端に向けて変
位を開始する。弁体が変位端の近傍に到達すると、第２
の電圧印加手段によって、第１の電圧印加手段と逆方向
の電圧が電磁コイルに印加される。第２の電圧印加手段
による電圧印加が行われると、電磁コイルを流通する電
流が急速に減少し、その結果、電磁コイルの発生する電
磁力が急速に減少する。弁体が変位端に近接した際に電
磁力が急速に減少すると、弁体は確実に、かつ、緩やか
に変位端まで変位する。
【００１５】上記の目的は、請求項４に記載する如く、
上記請求項３記載の内燃機関の弁駆動装置において、前
記第２の電圧印加手段は、電源電圧を昇圧する電圧昇圧
手段と、該電圧昇圧手段の出力電圧を充電するコンデン
サと、を備える内燃機関の弁駆動装置によっても達成さ
れる。
【００１６】本発明において、第２の電圧印加手段が備
えるコンデンサは、電圧昇圧手段によって昇圧された電
圧によって充電される。従って、コンデンサの両端電極
には、電源電圧に比して高い電圧が蓄えられる。コンデ
ンサの両端に高電圧が蓄えられると、弁体が変位端に近
接した際に、第２の電圧印加手段によって、瞬間的に高
い電圧を電磁コイルに印加することができる。電磁力を
発生している電磁コイルに瞬間的に高電圧が印加される
と、電磁コイルの電磁力は、その後急激に減衰する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
内燃機関の弁駆動装置の要部である駆動回路の回路図を
示す。また、図２は、本実施例の弁駆動装置が備える電
磁アクチュエータの構成を表す正面断面図を示す。以
下、図２に示す電磁アクチュータについて説明した後、
図１に示す駆動回路について説明する。
【００１８】図２に示す電磁アクチュエータ１０は、弁
体１２を駆動するアクチュエータである。弁体１２は、
電磁アクチュエータ１０に駆動されることにより、内燃
機関の吸排気用ポート（以下、単にポートと称す）１４
に設けられた弁座１６に着座し、又は弁座１４から離座
し、ポート１４を開閉する。
【００１９】弁体１２には、弁軸１８が固定されてい
る。この弁軸１８は、バルブガイド２０により軸方向に
摺動可能に保持されると共に、その上端においてプラン
ジャ２２に固定されている。プランジャ２２は、軟磁性
材料で構成された円板状の部材である。プランジャ２２
の上方には、所定距離離間して第１の電磁コイル２４
が、また、その下方には、同様に所定距離離間して第２
の電磁コイル２６が配設されている。更に、プランジャ
２２の上下には、これら第１及び第２の電磁コイル２
４，２６を把持する第１のコア２８、及び第２のコア３
０が配設されている。
【００２０】第１のコア２８及び第２のコア３０は、共
に軟磁性材料で構成された部材であり、非磁性材料で構
成されるハウジング３２により所定の位置関係に保持さ
れている。また、第１のコア２８及び第２のコア３０
は、その中心近傍に中空部を有する環状の部材であり、
その中空部に、それぞれプランジャ２２を上下方向より
弾性支持する第１のスプリング３４、又は第２のスプリ
ング３６を収納している。
【００２１】ここで、本実施例においては、プランジャ
２２の中立位置が、第１のコア２８及び第２のコア３０
の中間位置となるように第１のスプリング３４、及び第
２のスプリング３６の釣合いを図っている。尚、プラン
ジャ２２が中立位置にある場合、弁体１２は、全開側変
位端と全閉側変位端との中間位置（以下、中開位置と称
す）となっている。
【００２２】かかる構成の電磁アクチュエータ１０にお
いては、第１の電磁コイル２４の周囲に、第１のコア２
８、プランジャ２２、及び第１のコア２８とプランジャ
２２との間に形成されるエアギャップからなる磁気回路
が形成される。従って、第１の電磁コイル２４に電流を
流通させると、上記磁気回路中を磁束が還流し、エアギ
ャップを小さくする方向の、すなわちプランジャ２２を
図２中上方へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【００２３】一方、第２の電磁コイル２６周囲には、第
２のコア３０、プランジャ２２、及び第２のコア３０と
プランジャ２２との間に形成されるエアギャップからな
る磁気回路が形成される。従って、第２の電磁コイル２
６に電流を流通させると、同様の原理から、プランジャ
２２を図２中下方へ変位させる方向の電磁力が発生す
る。
【００２４】このため、電磁アクチュエータ１０におい
ては、第１の電磁コイル２４と、第２の電磁コイル２６
とに交互に電流を流通させることにより、プランジャ２
２を上下に往復運動させること、すなわち弁体１２を開
閉方向に交互に駆動することが可能である。
【００２５】ところで、図３中に破線で示す複数の右下
がり直線は、弁体１２が全閉側変位端に位置している場
合をストローク“０”として、弁体１２に生ずるストロ
ークと、第１のスプリング３４及び第２のスプリング３
６からプランジャ２２に付与される付勢力との関係を、
弁体１２の中開位置と全閉位置との距離をパラメータと
して表したものである。同図に示す如く、第１のスプリ
ング３４及び第２のスプリング３６からプランジャ２２
に付与される付勢力は、弁体１２のストロークに対して
比例的に変化する。
【００２６】また、図３中に実線で示す複数の曲線は、
第１の電磁コイル２４に一定の電流を流通させた際の、
弁体１２のストロークと、プランジャ２２に作用する電
磁力との関係を、第１の電磁コイル２４に流通させる電
流値をパラメータとして表したものである。同図に示す
如く、プランジャ２２に作用する電磁力は、弁体１２の
ストロークが“０”に近接するに連れて、すなわち、弁
体１２が全閉側変位端に近接するに連れて急増する傾向
を示す。
【００２７】従って、電磁アクチュエータ１０におい
て、弁体１２が中開位置から全開側変位端に至る間に第
１の電磁コイル２４に供給する電流を一定とすれば、弁
体１２が全閉側変位端に近接するに連れて、プランジャ
２２に作用する電磁力が、プランジャ２２に作用する付
勢力に比して著しく増大することになる。そして、かか
る現象を容認すれば、上述の如く、弁体１２が全閉側変
位端に衝突することになり、内燃機関の静粛性、弁体１
２の耐久性等が損なわれる。
【００２８】尚、上記図３は、弁体１２が中開位置から
全閉側変位端に向けて変位する際の特性を示したもので
あるが、弁体１２が中開位置から全開側変位端に向けて
変位する際にも同様の特性が発揮される。従って、電磁
アクチュエータ１０において、弁体１２が中開位置から
全開側変位端に至る間に第２の電磁コイル２６に供給さ
れる電流が一定であれば、全開側への変位動作によって
も内燃機関の静粛性、弁体１２の耐久性等が損なわれる
ことになる。
【００２９】これに対して、弁体１２が全閉側変位端、
あるいは全開側変位端に近接した際に、第１の電磁コイ
ル２４、又は第２の電磁コイル２６に供給する電流を急
激に消滅させることができれば、弁体１２を緩やかに全
閉側変位端、あるいは全開側変位端に到達させることが
でき、内燃機関の静粛性、及び弁体１２の耐久性の確保
等に有利である。
【００３０】しかしながら、第１の電磁コイル２４、及
び第２の電磁コイル２６は、インダクタンスとしての性
質を有している。従って、単にそれらに供給する電流を
スイッチングによって遮断する構成では、その後スイッ
チ部に高圧の誘導起電力が印加されることになり、耐圧
性等、種々の観点から好ましくない事態が生ずる。
【００３１】更に、上記図３に示す如く、プランジャ２
２に作用する電磁力は、第１の電磁コイル２４に供給さ
れる電流が小さいほど小さくなるが、ストローク“０”
の近傍では、供給される電流が僅かな場合であっても、
大きな電磁力が生ずる。従って、その電磁力を適切に消
滅させるためには、弁体１２が変位端近傍に到達した後
に、急激に、かつ、大幅に、第１の電磁コイル２４を流
通する電流を減少させる必要がある。
【００３２】図１に示す駆動回路は、かかる点を考慮し
て構成した回路の第１の例である。本実施例の回路によ
れば、弁体１２が変位端近傍に到達すると、速やかに第
１の電磁コイル２４への電流の供給が停止され、かつ、
その際に第１の電磁コイル２４に生ずる誘導起電力が速
やかに抵抗損失として消費される。その結果、弁体１２
は緩やかに全閉側変位端に着座し、弁体１２の耐久性、
内燃機関の静粛性が確保される。以下、図１を参照し
て、本実施例の駆動回路の構成、及び動作について説明
する。
【００３３】尚、図１は、第１の電磁コイル２４につい
ての駆動回路であり、電磁アクチュエータ１０を駆動す
るためには、第２の電磁コイル２６についての駆動回路
が必要であるが、それら２つの駆動回路は構成において
異なるところがないため、ここでは、第１の電磁コイル
２４用の駆動回路についてのみ説明を行う。
【００３４】図１に示す如く、第１の電磁コイル２４の
流入端子２４ａには、電源４０の電源電圧端子４０ａが
接続されている。また、第１の電磁コイル２４の流出端
子２４ｂには、ＮＰＮ型トランジスタで構成した主スイ
ッチング素子４２のコレクタ端子４２ｃが接続されてい
る。主スイッチング素子４２のエミッタ端子４２ｅは、
電源４０の接地端子４０ｂに接続されている。従って、
主スイッチング素子４２がオン状態となると、第１の電
磁コイル２４の流入端子２４ａと流出端子２４ｂとの間
に電源電圧Ｖｂが印加され、一方、主スイッチング素子
４２がオフ状態となると、電源電圧Ｖｂの印加が停止さ
れる。
【００３５】また、第１の電磁コイル２４には、ＮＰＮ
型トランジスタで構成した副スイッチング素子４４、副
スイッチング素子４４と並列に配設されるフライホイル
電力消費用抵抗（以下、単に抵抗と称す）４６、及びフ
ライホイルダイオード４７からなるフライホイル回路が
接続されている。
【００３６】第１の電磁コイル２４の流出端子２４ｂに
は、フライホイルダイオード４７のアノード端子４７ａ
が接続されている。また、フライホイルダイオード４７
のカソード端子４７ｂには、副スイッチング素子４４の
コレクタ端子４４ｃと抵抗４６の一端とが接続されてい
る。更に、副スイッチング素子４４のエミッタ端子４４
ｅ及び抵抗４６の他端は、第１の電磁コイル２４の流入
端子２４ａに接続されている。
【００３７】従って、第１の電磁コイル２４を流通する
電流が減少し、その結果、第１の電磁コイル２４に誘導
起電力が生じ、流入端子２４ａの電位に比して流出端子
２４ｂの電位が高くなると、流出端子２４ｂから流入端
子２４ａへ向けてフライホイル回路を還流する電流が発
生する。
【００３８】ところで、上述した主スイッチング素子４
２のベース端子４２ｂには、主スイッチング素子駆動回
路４８の出力端子が接続されている。また、主スイッチ
ング素子駆動回路４８の入力端子には、エンジン制御電
子制御ユニット（以下、エンジンコントロールＥＣＵと
称す）５０が接続されている。
【００３９】ここで、エンジンコントロールＥＣＵ５０
は、内燃機関の回転角を検出するクランク角センサ（図
示せず）等の出力に基づいて、第１の電磁コイル１４に
供給すべき電流値を演算し、その演算値に応じた電流指
令値Ｉｃを主スイッチング素子駆動回路４８に入力す
る。
【００４０】主スイッチング素子駆動回路４８は、その
内部に所定周期の三角波を発生する三角波発振回路と、
三角波と電流指令値Ｉｃとを比較する比較回路とを備え
ており、電流指令値Ｉｃの大きさに応じたデューティ比
に調整されたＰＷＭパルス信号を出力する。つまり、主
スイッチング素子４２のベース端子４２ｂには、エンジ
ンコントロールＥＣＵ５０の発する電流指令値Ｉｃの大
きさに応じたデューテュ比に調整されたＰＷＭパルス信
号が供給される。従って、エンジンコントロールＥＣＵ
５０から発せられる電流指令値Ｉｃが大きいほど、単位
時間あたりに主スイッチング素子４２がオンとなる時間
が増加することになる。
【００４１】ところで、主スイッチング素子４２がオン
状態となると、上述の如く第１の電磁コイル２４の流入
端子２４ａと流出端子２４ｂとの間には、電源電圧Ｖｂ
が印加される。この場合、第１の電磁コイル２４には、
第１の電磁コイル２４等のインピーダンスと電源電圧Ｖ
ｂとで決まる電流が流通する。
【００４２】一方、主スイッチング素子４２がオフ状態
となると、第１の電磁コイル２４には、流通電流の減少
を妨げる方向の誘導起電力が発生し、その後、第１の電
磁コイル２４には、誘導起電力の大きさとフライホイル
回路の抵抗値とによって決まる電流が流通する。
【００４３】この場合、ＰＷＭパルス信号のデューティ
比が１００％である場合を除き、第１の電磁コイル２４
を流通する電流の平均値は、ＰＷＭパルス信号のデュー
ティ比に加え、フライホイル回路の抵抗値にも影響を受
けることになり、ＰＷＭパルス信号のデューティ比が大
きいと共に、フライホイル回路の抵抗が小さいほど、第
１の電磁コイル２４には大きな電流が流通することにな
る。従って、電磁アクチュエータ１０を駆動するにあた
り、プランジャ２２に電磁力を付与する必要がある時点
では、効率よく第１の電磁コイル２４に大電流を流通さ
せ得るという意味で、フライホイル回路の抵抗値は小さ
いほど好ましいことになる。
【００４４】また、フライホイル回路の抵抗値が大きい
と、主スイッチング素子４２がオフ状態となった後に第
１の電磁コイル２４を流通する電流は、急速な減衰を示
す。従って、電磁アクチュエータ１０を駆動するにあた
り、第１の電磁コイル２４が発する電磁力を急激に消滅
させるという観点からすれば、フライホイル回路の抵抗
値は大きいほど好ましい。
【００４５】これに対して、本実施例においては、副ス
イッチング素子４４のベース端子４４ｂに、副スイッチ
ング素子駆動回路５２の出力端子が接続されている。ま
た、副スイッチング素子駆動回路５２の入力端子には、
エンジンコントロールＥＣＵ５０から副スイッチング素
子指令信号Ｖｃが入力されている。
【００４６】ここで、副スイッチング素子指令信号Ｖｃ
は、弁体１２が全閉側変位端に近接する所定のクランク
角において立ち下がる信号であり、副スイッチング素子
駆動回路５２は、その信号Ｖｃを２値化して出力する回
路である。従って、副スイッチング素子４４のベース端
子４４ｂには、弁体１２が全閉側変位端に近接するまで
はハイ出力が、弁体１２が全閉側変位端に近接した後は
ロー出力がそれぞれ供給される。
【００４７】このため、本実施例の駆動回路において
は、弁体１２が全閉側変位端に近接するまでは、副スイ
ッチング素子４４がオンとなり、フライホイル回路の抵
抗値が小さく抑制され、一方、弁体１２が全閉側変位端
に近接した後は、副スイッチング素子４４がオフとな
り、フライホイル回路の抵抗値が急激に増大されること
になる。この場合、フライホイル回路の抵抗値は、上述
した好ましい特性を実現していることになる。
【００４８】以下、図４に示すタイムチャートを参照し
て、本実施例の弁駆動装置の動作を、より具体的に説明
する。尚、図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）中に破線で示す
特性曲線は、副スイッチング素子４４をオンとしたまま
での特性曲線、すなわち、フライホイル回路の抵抗値が
常に小さい場合における特性曲線を表している。
【００４９】図４（Ａ）は弁体１２のリフト（以下、バ
ルブリフトと称す）を、同図（Ｂ）は第１の電磁コイル
２４に対する電流の指令値及び第１の電磁コイル２４を
流通する実電流を、また、同図（Ｃ）は第２の電磁コイ
ル２６に対する電流の指令値及び第２の電磁コイル２６
を流通する実電流を示している。更に、同図（Ｄ），
（Ｅ）は、それぞれ第１の電磁コイル２４用の副スイッ
チング素子４４への指令信号、及び第２の電磁コイル２
６用の副スイッチング素子４４への指令信号を示してい
る。
【００５０】同図（Ａ）に示す如く、時刻ｔ0 以前は、
弁体１２が全閉側変位端に保持されている。弁体１２を
変位端に保持するためには、さほど大きな電磁力が必要
ではないため、第１の電磁コイル２４に対しては、同図
（Ｂ）に示す如く比較的小さな値が指令値として供給さ
れている。また、この場合、第１の電磁コイル２４を流
通する実電流は安定しており、その値は指令値に収束し
ている。
【００５１】この際、省電力化の観点からすると、フラ
イホイル回路の抵抗値は小さいほど好ましいことは前記
した通りであり、かかる要請を満たすべく、同図（Ｄ）
に示すように、第１の電磁コイル２４用の副スイッチン
グ素子４４へはオン信号が供給されている。従って、本
実施例において、弁体１２は、優れた省電力性の下に全
閉側変位端に保持されている。
【００５２】尚、後に第２の電磁コイル２６が駆動され
る際の準備として、時刻ｔ0 においては、同図（Ｅ）に
示す如く第２の電磁コイル用の副スイッチング素子にも
オン信号が供給されている。内燃機関のクランク角が、
時刻ｔ0 において、弁体１２の開弁を開始すべきクラン
ク角に達すると、弁体１２の保持を解除すべく同図
（Ｂ）に示す如く、第１の電磁コイル２４への指令値が
“０”に変化する。また、本実施例の駆動回路において
は、かかる変化と共に、同図（Ｄ）に示す如く、第１の
電磁コイル２４用の副スイッチング素子４４への指令信
号もオンからオフへと切り換えられる。
【００５３】このため、第１の電磁コイル２４を流通す
る実電流は、同図（Ｂ）に示す如く、副スイッチング素
子４４が常時オンである場合（同図中に破線で示す曲
線）に比して早く減衰する。この結果、プランジャ２２
を全閉側変位端に向けて吸引する電磁力は時刻ｔ0 の後
急激に消滅し、同図（Ａ）に示す如く、弁体１２は、時
刻ｔ0 の後、優れた応答性の下に開弁方向に変位を開始
する。上述の如く、弁体１２が変位を開始する際に、そ
の変位方向と逆向きに作用する電磁力が急激に消滅した
場合、電磁力が消滅しない場合に比して少ない吸引力で
弁体１２を変位させことが可能となる。この意味で、本
実施例の装置は、弁体１２の変位開始時における消費電
力を低減することができるという効果を有していること
になる。
【００５４】同図（Ｃ）に示す如く、時刻ｔ0 の後、所
定時間が経過して時刻ｔ1 となると、第２の電磁コイル
２６への電流指令値が、所定の傾斜をもって立ち上が
る。そして、以後、時刻ｔ3 に至るまで、所定のプロフ
ァイルに従って電流指令値が第２の電磁コイル２６に供
給される。ここで、時刻ｔ0 から時刻ｔ1 までの間、第
２の電磁コイル２６に電流を流通させないのは、その時
点で電流を流通させても、プランジャ２２を全開方向へ
吸引するだけの電磁力が生じないからである。また、時
刻ｔ1 から時刻ｔ2 に至るまでの指令値のプロファイル
は、その指令値に対する実電流の変動、及びその実電流
に基づく弁体１２の変位特性等を考慮して定めたもので
ある。従って、上記の如く第２の電磁コイル２６に対す
る電流指令値を制御した場合、弁体１２は、同図（Ａ）
に示す如く、円滑に全閉側変位端から全開側変位端の近
傍まで変位する。
【００５５】弁体１２が全開側変位端に近接する時刻ｔ
2 に至ると、同図（Ｃ）に示す如く、第２の電磁コイル
２６に対する指令値が急減されると共に、同図（Ｅ）に
示す如く、第２の電磁コイル用の副スイッチング素子へ
の指令信号がオンからオフに切り換えられる。このた
め、第２の電磁コイル２６を流通する実電流は、同図
（Ｃ）に示す如く、副スイッチング素子が常時オンであ
る場合（同図中に破線で示す曲線）に比して早く減衰す
る。この結果、プランジャ２２を全開側変位端に向けて
吸引する電磁力が時刻ｔ2 の後急激に減少し、同図
（Ａ）に示す如く、弁体１２は、緩やかに全開側変位端
へと到達する。
【００５６】そして、同図（Ｃ）に示す如く、第２の電
磁コイル２６への電流指令値は、以後、弁体１２を全開
側変位端に保持するために必要な値まで徐々に増加せら
れ、かつ、同図（Ｅ）に示す如く、第２の電磁コイル２
６用の副スイッチング素子への指令電流が時刻ｔ3 にお
いてオフからオンへと切り換えられる。このため、上記
の如く開弁側変位端まで緩やかに変位した弁体１２は、
その後、同図（Ａ）に示す如く、適切に開弁側変位端に
保持される。
【００５７】尚、後に第１の電磁コイル２４が駆動され
る際の準備として、同図（Ｄ）に示す如く第１の電磁コ
イル２４用の副スイッチング素子４４への指令信号も、
時刻ｔ3 においてオフからオンへと切り換えられてい
る。以後同様に、第１の電磁コイル２４及び第２の電磁
コイル２６への電流指令値、及び第１の電磁コイル２４
用の副スイッチング素子４４、又は第２の電磁コイル２
６用の副スイッチング素子への指令信号を、適宜制御す
ることで、弁体１２を、確実に、かつ、円滑に、全開側
変位端から全閉側変位端に変位させることができる。
【００５８】このため、本実施例の弁駆動装置において
は、内燃機関の運転中に弁体１２が弁座１６に激しく衝
突することがなく、また、プランジャ２２が第１のコア
２８又は第２のコア３０に激しく衝突することがない。
従って、本実施例の弁駆動装置によれば、内燃機関の静
粛性が向上し、かつ、弁体１２やプランジャ２２等の耐
久性が向上するという利益を得ることができる。
【００５９】ところで、弁体１２の全開側変位端への衝
突、又は全閉側変位端への衝突を避けるという機能は、
例えば、弁体１２が全開側変位端に近接した際に、又は
弁体１２が全閉側変位端に近接した際に機能するダンパ
機構を設けることによっても実現できる。しかしなが
ら、かかる構成は、弁体１２等に付与したエネエルギを
ダンパで消費することにより衝突を回避するものであ
り、省電力化の観点からすれば必ずしも理想的なもので
はなく、また、構成も複雑である。
【００６０】これに対して、本実施例の弁駆動装置は、
第１の電磁コイル２４、及び第２の電磁コイル２６等に
供給したエネルギのほとんど全てが弁体１２を変位させ
るため、又は弁体１２を保持するために用いられてい
る。この意味で、本実施例の弁駆動装置は、理想的な省
電力化を図りつつ、上述した利益を実現しているという
効果を有していることになる。
【００６１】図５は、本実施例の第２実施例である弁駆
動装置の要部である駆動回路の回路図を示す。尚、同図
において、上記図１に示す駆動回路と同一の構成部分に
ついては、同一の符号を付してその説明を省略する。す
なわち、図５に示す駆動回路は、第１の電磁コイル２４
を流通する実電流Ｉｍを検出する電流検出回路５４を備
え、かつ、その実電流ＩｍとエンジンコントロールＥＣ
Ｕ５０から出力される電流指令値Ｉｃとの偏差Ｉｃ−Ｉ
ｍを演算し、その演算結果を主スイッチング素子駆動回
路５８に供給する減算回路５６を備えており、更に、主
スイッチング素子駆動回路５８が、Ｉｃ−Ｉｍに応じて
ＰＷＭパルス信号のデューティ比を増減して出力する点
に特徴を有している。
【００６２】かかる構成によれば、エンジンコントロー
ルＥＣＵ５０から、上記図４（Ｂ）中に示す電流指令値
Ｉｃが発せられると、主スイッチング素子駆動回路４８
からは、指令値Ｉｃと実電流Ｉｍとが一致するようにデ
ューティ比の調整されたＰＷＭパルス信号が発せられ
る。この場合、第１の電磁コイル２４を流通する実電流
Ｉｃがフィードバック制御されることになり、電源電圧
Ｖｂの変動や、回路特性の変動に対して安定した特性が
実現される。この意味で、本実施例の駆動回路は、上記
図１に示す駆動回路に比して、広い運転領域において、
安定して所望の特性を実現し得るという効果を有してい
ることになる。
【００６３】図６は、本実施例の第３実施例である弁駆
動装置の要部である駆動回路の回路図を示す。尚、同図
において、上記図１及び図５に示す駆動回路と同一の構
成部分については、同一の符号を付してその説明を省略
する。本実施例の駆動回路において、エンジンコントロ
ールＥＣＵ６０は、減算回路５６に対して電流指令値Ｉ
ｃを供給する。減算回路５６は、これの受けてＩｃ−Ｉ
ｍを演算し、その演算値を主スイッチング素子駆動回路
５８へ供給すると共に判断回路６２へ供給する。
【００６４】判断回路６２は、図７に示すように三角波
発振回路６２ａと、比較回路６２ｂとで構成される回路
である。三角波発振回路６２ａは、最小値を−Ｖ2 、最
大値を−Ｖ1 として周期的に変動する三角波を発する回
路である。また、比較回路６２ｂは、減算回路５６から
供給されるＩｃ−Ｉｍ（以下、その演算値をＡと称す）
と、三角波の値（以下、Ｂと称す）とを比較し、Ａ−Ｂ
≧０の場合には、副スイッチング素子駆動回路５２にハ
イ出力の指令信号Ｖｃを供給し、Ａ−Ｂ＜０の場合に
は、副スイッチング素子駆動回路５２にロー出力の指令
信号Ｖｃを供給する回路である。
【００６５】従って、Ｉｃ−Ｉｍ＝Ａが大きいほど、す
なわち、指令値Ｉｃに対する実電流Ｉｍが小さいほど、
大きなデューティ比のＰＷＭパルス信号が副スイッチン
グ素子駆動回路５２を介して副スイッチング素子４４に
供給され、一方、Ｉｃ−Ｉｍ＝Ａが小さいほど（負の値
を含む）、すなわち、指令値Ｉｃに対する実電流Ｉｍが
大きいほど、小さなデューティ比のＰＷＭパルス信号が
副スイッチング素子駆動回路５２を介して副スイッチン
グ素子４４に供給される。
【００６６】特に、Ｉｃ−Ｉｍ≧−Ｖ1 が成立する場合
には、デューティ比１００％のＰＷＭパルス信号が副ス
イッチング素子４４に供給され、一方、Ｉｃ−Ｉｍ＜−
Ｖ2が成立する場合には、デューティ比０％のＰＷＭパ
ルス信号が副スイッチング素子４４に供給される。
【００６７】つまり、本実施例の駆動回路においては、
指令値Ｉｃに対応する実電流Ｉｍを実現するために実電
流Ｉｍを増加させる必要があるほど、副スイッチング素
子４４がオンとなる単位時間当たりの時間が長くなるよ
うに、一方、実電流Ｉｍを減少させる必要があるほど、
副スイッチング素子４４がオンとなる単位時間当たりの
時間が短くなるように、副スイッチング素子４４がデュ
ーティ制御される。この場合、本実施例の駆動回路にお
けるフライホイル回路の抵抗は、指令値Ｉｃに対応する
実電流Ｉｍを実現するために、実電流Ｉｍを増加させる
必要があるほど小さく、実電流Ｉｍを減少させる必要が
あるほど大きく変化することになる。
【００６８】ところで、上記図４（Ｂ），（Ｃ）に示す
如く、本実施例における電流指令値Ｉｃは、全閉側変位
端、又は全開側変位端に保持されている弁体１２に変位
を付与すべきタイミングで立ち上がり（図４（Ｃ）中時
刻ｔ1 ）、弁体１２が他方の変位端に近接した時点（図
４（Ｃ）中時刻ｔ2 ）で急激に減少する。
【００６９】この際、かかる指令値Ｉｃに応答して第１
の電磁コイル２４、及び第２の電磁コイル２６を流通す
る実電流Ｉｍには、それぞれ第１の電磁コイル２４、及
び第２の電磁コイル２６が有するインピーダンスに起因
する位相遅れが生ずる。従って、電流指令値Ｉｃが増加
傾向にある期間は、常に電流指令値Ｉｃが実電流Ｉｍに
比して大きな値となり、一方、電流指令値Ｉｃが減少傾
向にある期間は、常に電流指令値Ｉｃが実電流Ｉｍに比
して小さな値となる。
【００７０】このため、本実施例においては、弁体１２
が他方の変位端に向けて移動を開始し、未だ他方の変位
端の近傍まで到達していない状況下では常にＩｃ−Ｉｍ
≧−Ｖ1 が成立し、また、弁体１２が他方の変位端の近
傍に到達した直後においてはＩｃ−Ｉｍ＜−Ｖ2 が成立
し、その後、弁体１２が安定保持状態に以降する過程
で、一時的に−Ｖ2 ≦Ｉｃ−Ｉｍ＜Ｖ1 が成立すること
になる。
【００７１】これに対して、本実施例の駆動回路によれ
ば、上述の如く、Ｉｃ−Ｉｍ≧−Ｖ1 が成立する場合
には副スイッチング素子４４が１００％デューティのＰ
ＷＭパルス信号により駆動されて常時オン状態となり、
Ｉｃ−Ｉｍ＜−Ｖ2 が成立する場合には副スイッチン
グ素子４４が０％デューティのＰＷＭパルス信号により
駆動されて常時オフ状態となり、更に、−Ｖ2 ≦Ｉｃ
−Ｉｍ＜Ｖ1 が成立する場合には副スイッチング素子４
４がＩｃ−Ｉｍの値に応じた適当なデューティ比のＰＷ
Ｍパルス信号で駆動される。
【００７２】従って、本実施例の駆動回路が備えるフラ
イホイル回路の抵抗は、弁体１２が他方の変位端に向け
て移動を開始し、未だ他方の変位端の近傍まで到達して
いない状況下では常に最小値となり、弁体１２が他方の
変位端の近傍に到達した直後において一時的に最大値と
なり、その後、弁体１２が安定保持状態に以降するに連
れて最小値に向けて徐変するという変化を示すことにな
る。
【００７３】この場合、弁体１２が一方の変位端から他
方の変位端に向けて移動する過程、及び、弁体１２が何
れかの変位端に保持される状況下においては、フライホ
イル回路の抵抗値が最小値となり、第１の電磁コイル２
４には所望の電流が効率良く供給されることになる。ま
た、弁体１２が何れかの変位端に近接した直後において
は、フライホイル回路の抵抗値が最大値となって第１の
電磁コイル２４を流通する電流が急速に減衰されるた
め、弁体１２の変位端への衝突を避けることができる。
この意味で、本実施例の駆動回路は、エンジンコントロ
ールＥＣＵ６０から副スイッチング素子駆動回路５２に
向けて制御信号Ｖｃを供給することなく、上記図１及び
図５に示す駆動回路と同様の機能を実現し得るという利
益を有していることになる。
【００７４】更に、本実施例の駆動回路においては、弁
体１２が何れかの変位端に近接した後、弁体１２が安定
保持状態に以降する過程において、フライホイル回路の
抵抗値を連続的に変化させることとしている。このた
め、本実施例の駆動回路によれば、弁体１２が変位端に
到達した時点で第１の電磁コイル２４を流通する電流を
微調整することができる。この意味で、本実施例の駆動
回路は、上記図１及び図５に示す駆動回路に比して、よ
り細かく弁体１２の駆動特性を調整することができると
いう利益を有していることになる。
【００７５】ところで、上記図６に示す駆動回路におい
ては、電磁アクチュエータ１０の特性に対応すべく、副
スイッチング素子４４の駆動パターンが上述の如く決定
されているが、副スイッチング素子４４の駆動パターン
は、上述したパターンに限定されるものではない。すな
わち、本実施例に駆動回路によれば、駆動回路が駆動す
べき電磁アクチュエータが変化し、その結果、フライホ
イル回路に要求される電流減衰特性が変化した場合に、
抵抗４６を変更することなく、異なる駆動パターンで副
スイッチング素子４４を駆動することによりその変化に
対処することも可能である。この意味で、本実施例の駆
動回路は、ハードウェア上の変更を伴うことなく、種々
の特性を有する電磁アクチュエータに適切に対応するこ
とができるという利益を有していることになる。
【００７６】尚、上記図１、図５、及び図７に示す駆動
回路においては、主スイッチング素子４２、および主ス
イッチング素子駆動回路４８，５８が前記した電力制御
手段に、また、抵抗４６、副スイッチング素子４４、お
よび副スイッチング素子駆動回路５２が前記した可変抵
抗回路に、それぞれ相当している。
【００７７】ところで、上述した実施例においては、主
スイッチング素子４２を用いて電磁コイルに供給する電
力を制御することとしているが、電磁コイルの供給する
電力を制御する機構はこれに限定されるものではなく、
応答性に優れたリレー等を用いることも可能である。更
に、上述した実施例においては、主スイッチング素子４
２をＰＷＭ制御することで電磁コイルの供給する電力を
制御することとしているが、その制御方法はこれに限定
されるものではなく、主スイッチング素子４２のリニア
領域を用いて電力制御を行うことも可能である。
【００７８】図８は、本発明の第４実施例である駆動回
路の回路図を示す。尚、図８は、第１の電磁コイル２４
についての駆動回路である。電磁アクチュエータ１０を
駆動するためには、第２の電磁コイル２６についての駆
動回路が必要であるが、上述した第１乃至第３実施例の
場合と同様に、説明の便宜上、ここでは第１の電磁コイ
ル２４用の駆動回路についてのみ、その構成及び動作を
説明する。尚、図８において、上記第１乃至第３実施例
の駆動回路と同様の構成部分については、同一の符号を
付してその説明を省略する。
【００７９】本実施例の駆動回路において、第１の電磁
コイル２４の流入端子２４ａには、ＮＰＮ型トランジス
タで構成された順方向スイッチング素子７０ａのエミッ
タ端子、及び逆方向スイッチング素子７０ｂのコレクタ
端子が接続されている。また、第１の電磁コイル２４の
流出端子２４ｂには、同様にＮＰＮ型トランジスタで構
成された順方向スイッチング素子７０ｃのコレクタ端
子、及び逆方向スイッチング素子７０ｄのエミッタ端子
が接続されている。
【００８０】順方向スイッチング素子７０ａのコレクタ
端子、及び逆方向スイッチング素子７０ｄのコレクタ端
子は、共に電源４０の正極端子に接続されている。ま
た、逆方向スイッチング素子７０ｂのエミッタ端子、及
び順方向スイッチング素子７０ｃのコレクタ端子は、共
に電源４０の負極端子に接続されている。更に、順方向
スイッチング素子７０ａ及び７０ｃのベース端子は、共
にスイッチング素子駆動回路７２の順方向出力端子７２
ｆに、逆方向スイッチング素子７０ｂ及び７０ｄのベー
ス端子は、共にスイッチング素子駆動回路７２の逆方向
出力端子７２ｒに接続されている。
【００８１】スイッチング素子駆動回路７２の入力端子
には、エンジンコントロールＥＣＵ７６が接続されてい
る。エンジンコントロールＥＣＵ７６は、第１の電磁コ
イル２４に供給すべき電流値を、内燃機関のクランク角
との関係で演算し、その演算値に応じた電流指令値Ｉｃ
をスイッチング素子駆動回路７２に供給する。
【００８２】スイッチング素子駆動回路７２は、その内
部に所定周期の三角波を発生する三角波発振回路と、三
角波と電流指令値Ｉｃとを比較する比較回路とを備えて
おり、電流指令値Ｉｃの大きさに応じたデューティ比に
調整されたＰＷＭパルス信号を発生する。スイッチング
素子駆動回路７６は、正の指令値Ｉｃが供給されている
場合は、Ｉｃの大きさに対応するデューティのＰＷＭパ
ルス信号を順方向出力端子７６ｆから出力する。一方、
エンジンコントロールＥＣＵ７６から負の指令値Ｉｃが
供給されている場合、スイッチング素子駆動回路７６
は、Ｉｃの大きさに対応するデューティ比のＰＷＭパル
ス信号を逆方向出力端子７６ｒから出力する。
【００８３】従って、エンジンコントロールＥＣＵ７６
から正の指令値Ｉｃが供給されている場合は、２つの順
方向スイッチング素子７０ａおよび７０ｃがＩｃに対応
したデューティ比でオン状態となり、また、エンジンコ
ントロールＥＣＵ７６から負の指令値Ｉｃが供給されて
いる場合は、２つの逆方向スイッチング素子７０ａおよ
び７０ｃがＩｃに対応したデューティ比でオン状態とな
る。この際、順方向スイッチング素子７０ａおよび７０
ｃと、逆方向スイッチング素子７０ｂおよび７０ｄが、
同時にオン状態とされることはない。
【００８４】以下、図９に示すタイムチャートを参照し
て、本実施例の駆動回路の動作を説明する。図９（Ａ）
は弁体１２が閉弁状態から開弁され、再度閉弁状態とさ
れる間のバルブリフトを示す。図９（Ｂ）は第１の電磁
コイル２４に対する電流の指令値（同図中に実線で示す
曲線）及び第１の電磁コイル２４を流通する実電流（同
図中に破線で示す曲線）を示す。また、図９（Ｃ）は第
２の電磁コイル２６に対する電流の指令値（同図中に実
線で示す曲線）及び第２の電磁コイル２６を流通する実
電流（同図中に破線で示す曲線）を示す。
【００８５】図９（Ａ）に示す如く、時刻ｔ0 以前は、
弁体１２が全閉側変位端に保持されている。弁体１２を
変位端に保持するためには、さほど大きな電磁力が必要
ではないため、第１の電磁コイル２４に対しては、図９
（Ｂ）に示す如く比較的小さな値が指令値Ｉｃとして供
給されている。このようにして出力された指令値Ｉｃ
は、上述の如く、スイッチング素子駆動回路７２によっ
てＰＷＭパルス信号に変換され、順方向出力端子７２ｆ
から順方向スイッチング素子７０ａおよび７０ｃのベー
ス端子に供給される。
【００８６】その結果、順方向スイッチング素子７０ａ
および７０ｃが、指令値Ｉｃに対応したデューティ比で
オン状態となり、第１の電磁コイル２４には、流入端子
２４ａから流出端子２４ｂへ向かう順方向の電流が流通
する。指令値Ｉｃが安定している場合、第１の電磁コイ
ル２４を流通する実電流は安定しており、その値は指令
値Ｉｃに収束している。
【００８７】内燃機関のクランク角が、時刻ｔ0 におい
て、弁体１２の開弁を開始すべきクランク角に達する
と、図９（Ｂ）に示す如く、指令値Ｉｃが正の値から負
の値に反転する。その結果、時刻ｔ0 から所定期間Ｔ1
の間は、スイッチング素子駆動回路の逆方向出力端子７
２ｒから、指令値Ｉｃの大きさに対応するＰＷＭパルス
信号が出力され、逆方向スイッチング素子７０ｂおよび
７０ｄが、指令値Ｉｃに対応したデューティ比でオン状
態となる。逆方向スイッチング素子７０ｂおよび７０ｄ
がオン状態となると、第１の電磁コイル２４には、流出
端子２４ｂから流入端子２４ａへ向かう逆方向の電圧が
印加される。
【００８８】本実施例においては、上述の如く印加され
る逆方向の電圧が、第１の電磁コイル２４に発生する逆
起電力を、速やかに打ち消すことができるように、負の
値として出力される際の指令値Ｉｃの大きさが決定され
ている。従って、時刻ｔ0 以降、負のＩｃが出力される
と、図９（Ｂ）中に破線で示す如く、速やかに第１の電
磁コイル２４を流通する実電流が消滅される。この結
果、プランジャ２２（図２参照）を全閉側変位端に向け
て吸引する電磁力が、時刻ｔ0 の後速やかに消滅し、弁
体１２は、時刻ｔ0 の後、優れた応答性の下に、かつ、
少ない消費電力で、開弁方向へ変位し始める。
【００８９】図９（Ｃ）に示す如く、時刻ｔ0 の後、所
定時間が経過して時刻ｔ1 となると、第２の電磁コイル
２６への電流指令値Ｉｃが立ち上がる。以後、時刻ｔ3
に至るまで、所定のプロファイルに従って電流指令値Ｉ
ｃが第２の電磁コイル２６に供給される。図９（Ｃ）に
示す如きプロファイルで電流指令値Ｉｃが変化される
と、弁体１２は、図９（Ａ）に示す如く、円滑に全閉側
変位端から全開側変位端の近傍まで変位する。
【００９０】エンジンコントロールＥＣＵ７６は、弁体
１２が全開側変位端に近接する所定のタイミングで（図
９における時刻ｔ3 ）、第２の電磁コイル２６に対する
指令値Ｉｃを正の値から負の値に反転させる。このよう
にしてＩｃの値が反転されると、第２の電磁コイル２６
を駆動する駆動回路によって、第２の電磁コイルの流出
端子から流入端子へ向かう逆方向の電圧が印加される。
【００９１】その結果、図９（Ｃ）中に破線で示す如
く、時刻ｔ3 以降速やかに第２の電磁コイル２６を流通
する実電流が消滅され、図９（Ａ）に示す如く、弁体１
２は、緩やかに全開側変位端へと到達する。そして、図
９（Ｃ）に示す如く、第２の電磁コイル２６への電流指
令値Ｉｃは、時刻ｔ3 の後、所定期間Ｔ2 の後に、弁体
１２を全開側変位端に保持するために必要な正の値に増
加せられ、弁体１２は、その後適切に開弁側変位端に保
持される。
【００９２】以後、内燃機関のクランク角が、弁体１２
を開弁側変位端から閉弁側変位端に向けて変位させるべ
きクランク角に到達すると（図９における時刻ｔ4 ）、
第２の電磁コイル２６の駆動回路に供給される電流指令
値Ｉｃが、所定期間Ｔ1 だけ負の値に反転される。そし
て、その後、第１の電磁コイル２４の駆動回路に供給さ
れる電流指令値Ｉｃが、所定のプロファイルに従って制
御され（図９における時刻ｔ5 〜ｔ6 ）、弁体１２が全
閉側変位端の近傍に到達すると、第１の電磁コイル２４
の駆動回路に供給される電流指令値Ｉｃが、所定機関Ｔ
2 だけ負の値に反転される。この結果、本実施例の駆動
回路によれば、弁体１２が、全開又は全閉側変位端から
他方の変位端に向けて変位を開始する際の応答性を高
め、かつ、消費電力を低減することができると共に、弁
体１２が、全開又は全閉側変位端に到達する際の静粛性
を確保することができる。
【００９３】ところで、本実施例の駆動回路によれば、
フライホイル回路に電流を流通させることなく電磁コイ
ルの逆起電力を処理することができる。上述した第１乃
至第３実施例の駆動回路の如く、フライホイル回路に電
流を流通させて電磁コイルの逆起電力を処理する回路に
おいては、逆起電力を瞬時に処理することが困難である
と共に、逆起電力の処理に伴って抵抗発熱が生ずる。こ
れに対して、本実施例の駆動回路によれば、電磁コイル
に逆方向電圧を印加することで、抵抗発熱を生ずること
なく、瞬時に電磁コイルの逆起電力を消滅させることが
できる。この意味で、本実施例の駆動回路は、回路の耐
久性、および弁駆動装置自身の静粛性等において、上述
した第１乃至第３実施例の駆動回路に比して優れた効果
を有していることになる。
【００９４】図１０は、本実施例の第５実施例である駆
動回路の回路図を示す。尚、図１０において、上記図８
に示す駆動回路と同一の構成部分については、同一の符
号を付してその説明を省略する。本実施例の駆動回路
は、第１の電磁コイル２４を流通する実電流Ｉｍを検出
する電流検出回路７８を備えている。電流検出回路７８
の出力信号は、電流フィードバック回路８０に供給され
ている。電流フィードバック回路８０は、第１の電磁コ
イル２４を流通する実電流Ｉｍの値を、スイッチング素
子駆動回路７２の出力信号にフィードバックさせるため
の回路である。具体的には、本実施例においては、スイ
ッチング素子駆動回路７２には、エンジンコントロール
ＥＣＵ７６の発する電流指令値Ｉｃと、実電流Ｉｍとの
偏差Ｉｃ−Ｉｍが、指令信号として供給される。スイッ
チング素子駆動回路７２は、Ｉｃの正負に応じてＰＷＭ
パルス信号を出力する端子を決定すると共に、Ｉｃ−Ｉ
ｍが“０”となるように、ＰＷＭパルス信号のデューテ
ィ比を補正して出力する。
【００９５】かかる構成によれば、第１の電磁コイル２
４を流通する実電流Ｉｍを、精度良く電流指令値Ｉｃに
一致させることができ、電源電圧Ｖｂの変動や、回路特
性の変動に対して安定した特性を得ることができる。こ
の意味で、本実施例の駆動回路は、上記図８に示す駆動
回路に比して、広い運転領域において、安定して所望の
特性を実現し得るという効果を有していることになる。
【００９６】図１１は、本実施例の第６実施例である駆
動回路の回路図を示す。尚、図１１において、上記図８
に示す駆動回路と同一の構成部分については、同一の符
号を付してその説明を省略する。本実施例の駆動回路
は、第１の電磁コイル２４の流出端子２４ｂ側に、２つ
の電源８２および８４を備えている。電源８２は、その
正極側が順方向スイッチング素子７０ａのコレクタ端子
に接続され、その負極側が第１の電磁コイル２４の流出
端子２４ｂに接続されている。また、電源８４は、その
正極側が第１の電磁コイル２４の流出端子２４ｂに、そ
の負極側が順方向スイッチング素子７０ａのコレクタ端
子に接続されている。
【００９７】かかる構成によれば、スイッチング素子駆
動回路７２の順方向端子７２ｆからＰＷＭパルス信号が
出力される場合には、順方向スイッチング素子７０ａが
所定のデューティ比でオン状態となり、電源８２によっ
て、第１の電磁コイル２４ａに順方向の電流が流通され
る。一方、スイッチング素子駆動回路７２の逆方向端子
７２ｒからＰＷＭパルス信号が出力される場合には、逆
方向スイッチング素子７０ｂが所定のデューティ比でオ
ン状態となり、電源８４によって、第１の電磁コイル２
４ａに逆方向の電流が流通される。従って、本実施例の
駆動回路によれば、上記図８に示す駆動回路と同様に、
弁体１２が開弁側又は閉弁側変位端から変位し始めるタ
イミング、及び、開弁側又は閉弁側変位端の近傍に到達
したタイミングにおいて、第１の電磁コイル２４に発生
する逆起電力を、抵抗損失を発生させることなく、速や
かに消滅させることができる。
【００９８】図１２は、本実施例の第７実施例である駆
動回路の回路図を示す。尚、図１２において、上記図１
０、及び図１１に示す駆動回路と同一の構成部分につい
ては、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施
例の駆動回路は、上記図１１に示す駆動回路に、第１の
電磁コイル２４を流通する実電流Ｉｍの大きさをフィー
ドバックする機能を組み込んだ回路例である。すなわ
ち、本実施例の駆動回路においては、第１の電磁コイル
２４の流入端子２４ａ側に、電流検出回路７８が設けら
れており、また、スイッチング素子駆動回路７２には、
エンジンコントロールＥＣＵ７６の発する電流指令値Ｉ
ｃと、実電流Ｉｍとの偏差Ｉｃ−Ｉｍが、指令信号とし
て供給される。
【００９９】かかる構成によれば、上記図１０に示す駆
動回路と同様に、所定のタイミングにおいて、第１の電
磁コイル２４に発生する逆起電力を抵抗損失を発生させ
ることなく速やかに消滅させることができると共に、第
１の電磁コイル２４を流通する実電流Ｉｍを、精度良く
電流指令値Ｉｃに一致させることができる。
【０１００】図１３は、本実施例の第８実施例である駆
動回路の回路図を示す。本実施例の駆動回路は、上記図
８に示す駆動回路に、逆起電力を消滅させる速度を高め
るべく更なる改良を加えた回路である。尚、図１３にお
いて、上記図８に示す駆動回路と同一の構成部分につい
ては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０１】図１３に示す如く、本実施例の駆動回路
は、電源４０の正極端子と負極端子とに接続されたＤＣ
／ＤＤコンバータ８６を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ８６は、その出力端子８６ａと接地端子８６ｂとの
間に、電源電圧に比して高い所定の電圧を発生する。
【０１０２】ＤＣ／ＤＣコンバータ８６の出力端子８６
ａには、ＮＰＮ型トランジスタで構成された充電用スイ
ッチング素子８８のコレクタ端子が接続されている。充
電用スイッチング素子８８のエミッタ端子は、コンデン
サ９０、およびＮＰＮ型トランジスタで構成される放電
用スイッチング素子９２のコレクタ端子に接続されてい
る。また、充電用スイッチング素子８８のベース端子
は、スイッチング素子駆動回路７２の順方向出力端子７
２ｆに接続されている。
【０１０３】コンデンサ９０は、上述の如く、その一方
の電極において充電用スイッチング素子８８のエミッタ
端子に接続されていると共に、他方の電極において、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ８６の接地端子８６ｂに接続されて
いる。従って、充電用スイッチング素子８８がオン状態
となると、コンデンサ９０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８
６の出力電圧により充電される。
【０１０４】放電用スイッチング素子９２のベース端子
は、スイッチング素子駆動回路７２の逆方向出力端子７
２ｒに接続されている。また、放電用スイッチング素子
９２のエミッタ端子は、第１の電磁コイル２４の流出端
子２４ｂに接続されている。更に、本実施例において
は、第１の電磁コイル２４の流入端子２４ａが、コンデ
ンサ９０の接地側電極に接続されている。従って、放電
用スイッチング素子９２がオン状態となると、コンデン
サ９０に充電されていた電荷が、第１の電磁コイル２４
を、流出端子２４ｂ側から流入端子２４ａ側へ向けて、
逆方向に流通することになる。
【０１０５】かかる構成によれば、スイッチング素子駆
動回路７２の順方向端子７２ｆからＰＷＭパルス信号が
出力される場合には、順方向スイッチング素子７０ａ及
び７０ｃが所定のデューティ比でオン状態となると共
に、充電用スイッチング素子８８が所定のデューティ比
でオン状態となる。従って、スイッチング素子駆動回路
７２の順方向端子７２ｆからＰＷＭパルス信号が出力さ
れる間は、第１の電磁コイル２４ａに順方向の電流が流
通すると共に、コンデンサ９０がＤＣ／ＤＣコンバータ
８６によって充電される。
【０１０６】一方、スイッチング素子駆動回路７２の逆
方向端子７２ｒからＰＷＭパルス信号が出力される場合
には、逆方向スイッチング素子７０ｂ及び７０ｄが所定
のデューティ比でオン状態となると共に、放電用スイッ
チング素子９２が所定のデューティ比でオン状態とな
る。コンデンサ９０に電荷が蓄えられている状況下で放
電用スイッチング素子９２がオンとなると、その電荷
は、上述の如く第１の電磁コイル２４を逆方向に流通す
る。従って、ＰＷＭパルス信号の出力端子が順方向端子
７２ｆから逆方向端子７２ｒに切り替わると、第１の電
磁コイル２４の両端には、コンデンサ９０の放電に伴っ
て、瞬間的に流出端子２４ｂから流入端子２４ａへ向か
う高圧の逆方向電圧が印加される。そして、その後コン
デンサ９０の放電が終了すると、電源４０の電圧が流出
端子２４ｂから流入端子２４ａへ向けて、逆方向に印加
される。
【０１０７】上述の如く、本実施例の駆動回路によれ
ば、ＰＷＭパスル信号出力端子が出力される端子が、ス
イッチング素子駆動回路７２の順方向出力端子７２ｆか
ら逆方向出力端子７２ｒに切り替わった直後に、第１の
電磁コイル２４に対して、瞬間的に高圧の逆方向電圧を
印加することができる。第１の電磁コイル２４に順方向
の電流が流通している状況下で、第１の電磁コイル２４
に逆方向の電圧を印加すると、上述の如く、第１の電磁
コイル２４に発生する逆起電力を相殺することができ、
速やかに流通電流を消滅させる、すなわち、速やかに第
１の電磁コイル２４の発する電磁力を消滅させることが
できる。この際、第１の電磁コイル２４が発する電磁力
は、印加する逆方向電圧が高圧であるほど短時間で消滅
させることができる。
【０１０８】従って、本実施例の駆動回路の如く、ＤＣ
／ＤＣコンバータ９０によって昇圧された電圧で充電さ
れたコンデンサ９０を用いて第１の電磁コイル２４に逆
方向電圧を印加することによれば、上記図８、図１０乃
至図１２に示す各駆動回路に比して、優れた応答性の下
に第１の電磁コイル２４の電磁力を消滅させることがで
きる。この意味で、本実施例の駆動回路は、弁駆動装置
の静粛性および耐久性の向上を図るうえで、著しく優れ
た効果を有していることになる。
【０１０９】図１４は、本実施例の第９実施例である駆
動回路の回路図を示す。本実施例の駆動回路は、上記図
１３に示す駆動回路に、第１の電磁コイル２４を流通す
る実電流Ｉｍの大きさをフィードバックする機能を組み
込んだ回路例である。尚、図１４において、上記図１
０、及び図１３に示す駆動回路と同一の構成部分につい
ては、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略す
る。
【０１１０】すなわち、本実施例の駆動回路は、第１の
電磁コイル２４の流入端子２４ａ側に、第１の電磁コイ
ル２４を流通する実電流Ｉｍを計測するための電流検出
回路７８を備えていると共に、実電流Ｉｍの値を、スイ
ッチング素子駆動回路７２の出力信号にフィードバック
させる電流フィードバック回路８０を備えている。
【０１１１】かかる構成によれば、上記図１３に示す駆
動回路と同様に、所定のタイミングにおいて、第１の電
磁コイル２４が発する電磁力を速やかに消滅させること
ができると共に、第１の電磁コイル２４を流通する実電
流Ｉｍを、精度良く電流指令値Ｉｃに一致させることが
できる。
【０１１２】図１５は、本実施例の第１０実施例である
駆動回路の回路図を示す。本実施例の駆動回路は、上記
図１１に示す駆動回路に、第１の電磁コイル２４に高圧
の逆電圧を印加するための機構を組み込んだ回路例であ
る。尚、図１５において、上記図１１、及び図１３に示
す駆動回路と同一の構成部分については、同一の符号を
付してその説明を省略又は簡略する。
【０１１３】すなわち、本実施例の駆動回路は、電源８
２の正極端子と、電源８４の負極端子との間に発生する
電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ８６によって昇圧され、コ
ンデンサ９０の充電電圧とされる。コンデンサ９０の充
放電は、上記図１４に示す駆動回路の場合と同様に、充
電用スイッチング素子８８および放電用スイッチング素
子９２により制御される。このため、スイッチング素子
駆動回路７２の順方向出力端子７２ｆからＰＷＭパルス
信号が出力されている場合にコンデンサ９０が充電さ
れ、ＰＷＭパルス信号の出力端子が逆方向出力端子７２
ｒに切り替わった直後にコンデンサの放電が行われる。
【０１１４】かかる構成によれば、上記図１１に示す駆
動回路と同様に、弁体１２が開弁側又は閉弁側変位端か
ら変位し始めるタイミング、及び、開弁側又は閉弁側変
位端の近傍に到達したタイミングにおいて、第１の電磁
コイル２４に逆方向電圧を印加することができると共
に、その逆方向電圧の印加開始時における電圧を、上記
図１３に示す駆動回路と同様に電源電圧に比して高圧と
することができる。従って、本実施例の駆動回路によれ
ば、上記図１３に示す駆動回路と同様の機能を実現する
ことができる。
【０１１５】図１６は、本実施例の第１１実施例である
駆動回路の回路図を示す。尚、図１６において、上記図
１０、及び図１５に示す駆動回路と同一の構成部分につ
いては、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略す
る。本実施例の駆動回路は、上記図１５に示す駆動回路
に、第１の電磁コイル２４を流通する実電流Ｉｍの大き
さをフィードバックするための機能を組み込んだ回路例
であり、電流検出回路７８と電流フィードバック回路８
０とを備えている。
【０１１６】かかる構成によれば、上記図１５に示す駆
動回路と同様に、所定のタイミングにおいて、第１の電
磁コイル２４が発する電磁力を速やかに消滅させること
ができると共に、第１の電磁コイル２４を流通する実電
流Ｉｍを、精度良く電流指令値Ｉｃに一致させることが
できる。
【０１１７】ところで、上述した実施例においては、順
方向スイッチング素子７０ａ，７０ｃおよび逆方向スイ
ッチング素子７０ｂ，７０ｄを用いて電磁コイルに供給
する電力を制御しているが、供給電力を制御する機構は
これに限定されるものではなく、応答性に優れたリレー
等を用いることも可能である。更に、上述した実施例に
おいては、順方向スイッチング素子７０ａ，７０ｃおよ
び逆方向スイッチング素子７０ｂ，７０ｄをＰＷＭ制御
することで供給電力の制御を行っているが、その制御方
法はこれに限定されるものではなく、各スイッチング素
子のリニア領域を用いて電力制御を行うことも可能であ
る。
【０１１８】尚、上記図１、図５、及び図７に示す駆動
回路においては、主スイッチング素子４２、および主ス
イッチング素子駆動回路４８，５８が前記した電力制御
手段に、また、抵抗４６、副スイッチング素子４４、お
よび副スイッチング素子駆動回路５２が前記した可変抵
抗回路に、それぞれ相当している。
【０１１９】尚、上記図８、図１０〜図１２に示す実施
例においては、順方向スイッチング素子７０ａ，７０
ｃ、及び電源４０が前記した第１の電圧印加手段に、逆
方向スイッチング素子７０ｂ，７０ｄ、及び電源４０が
前記した第２の電圧印加手段に、それぞれ相当する。
【０１２０】更に、上記図１３〜図１６に示す実施例に
おいては、順方向スイッチング素子７０ａ，７０ｃが前
記した第１の電圧印加手段に、逆方向スイッチング素子
７０ｂ，７０ｄ、ＤＣ／ＤＣコンバータ８６、充電用ス
イッチング素子８８、コンデンサ９０、及び放電用スイ
ッチング素子９２が、前記した第２の電圧印加手段に、
特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８６が前記した電圧昇圧手
段に、それぞれ相当している。
【０１２１】
【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、弁体が全開側変位端、又は全閉側変位端に近接する
以前においては、電磁コイルに適当な電力が供給される
と共に、フライホイル回路の抵抗値が小さく抑制され
る。従って、弁体を少ない消費電力で、確実に駆動する
ことができる。そして、弁体が全開側変位端、又は全閉
側変位端に近接すると、フライホイル回路の抵抗値が大
きくなり、電磁コイルに流通する電流を速やかに消滅さ
せることができる。このため、本発明によれば、全開側
変位端、及び全閉側変位端への弁体の衝突を確実に防止
することができ、静粛性に富み、かつ、耐久性に富んだ
内燃機関の弁駆動装置を実現することができる。
【０１２２】また、請求項２記載の発明によれば、可変
抵抗回路の抵抗値を、電力制御駆動手段の発する指令値
と、電磁コイルを現実に流通する電流値とに基づいて制
御することにより、適切に所望の機能を実現すること、
すなわち、可変抵抗の抵抗値を、弁体が全開方向の変位
端又は全閉方向の変位端に近接した後に増大させること
ができる。従って、本発明によれば、複雑な制御内容を
必要とすることなく、簡易な構成で所望の機能を実現す
る内燃機関の弁駆動装置を実現することができる。
【０１２３】請求項３記載の発明によれば、第１の電圧
印加手段が電磁コイルに電圧を印加することにより、弁
体を変位端に向けて変位させることができると共に、弁
体が変位端の近傍に到達した時点で、第２の電圧印加手
段が電磁コイルに電圧を印加することにより、急激に電
磁コイルを消滅させることができる。本発明の如く、電
磁コイルに電圧を印加して電磁力を消滅させる構成によ
れば、フライホイル回路に電流を流通させて逆起電力を
処理する場合に比して高い応答性の下に電磁力の減衰を
図ることができると共に、フライホイル回路に電流を流
通させて逆起電力を処理する際に生ずる抵抗発熱の問題
も解消される。このため、本発明によれば、請求項１及
び２記載の発明に比して、簡単な構成で、より静粛性お
よび耐久性の優れた内燃機関の弁駆動装置を実現するこ
とができる。
【０１２４】請求項４記載の発明によれば、弁体が変位
端に近接した際に、瞬間的に高い電圧を電磁コイルに印
加することで、電磁コイルの発している電磁力を瞬間的
に減衰させることができる。従って、本発明に係る内燃
機関の弁駆動装置によれば、弁体が変位端の直近に到達
した後に、急激に電磁力を減衰させることができ、静粛
性および耐久性の大幅な向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である内燃機関の弁駆動装置
の要部である駆動回路の回路図である。
【図２】本発明の弁駆動装置が用いる電磁アクチュエー
タの正面断面図である。
【図３】本発明の弁駆動装置が用いる電磁アクチュエー
タの特性図である。
【図４】本発明の第１実施例の駆動回路の動作を説明す
るためのタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図６】本発明の第３実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図７】本発明の第３実施例の駆動回路が用いる判断回
路の詳細図である。
【図８】本発明の第４実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図９】本発明の第３実施例の駆動回路の動作を説明す
るためのタイムチャートである。
【図１０】本発明の第５実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図１１】本発明の第６実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図１２】本発明の第７実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図１３】本発明の第８実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図１４】本発明の第９実施例の駆動回路の回路図であ
る。
【図１５】本発明の第１０実施例の駆動回路の回路図で
ある。
【図１６】本発明の第１１実施例の駆動回路の回路図で
ある。
【符号の説明】
１０ 電磁アクチュエータ １２ 弁体１２ ２２ プランジャ ２４ 第１の電磁コイル ２６ 第２の電磁コイル ４０，８２，８４ 電源 ４２ 主スイッチング素子 ４４ 副スイッチング素子 ４６ フライホイル電力消費用抵抗（抵抗） ４７ フライホイルダイオード ４８，５８ 主スイッチング素子駆動回路 ５０，６０，７６ エンジン制御電子制御ユニット（エ
ンジンコントロールＥＣＵ） ５２ 副スイッチング素子駆動回路 ５４，７８ 電流検出回路 ５６ 減算回路 ６２ 判断回路 ７０ａ，７０ｃ 順方向スイッチング素子 ７０ｂ，７０ｄ 逆方向スイッチング素子 ７２ スイッチング素子駆動回路 ７２ｆ 順方向出力端子 ７２ｒ 逆方向出力端子 ８０ 電流フィードバック回路 ８６ ＤＣ／ＤＣコンバータ ８８ 充電用スイッチング素子 ９０ コンデンサ ９２ 放電用スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 達雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 7/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁コイルの発する電磁力を用いて弁体
    を駆動する内燃機関の弁駆動装置において、 内燃機関の運転状態と同期して前記電磁コイルに供給す
    る電力を制御する電力制御手段と、 前記電磁コイルを流通する電流の還流経路を構成するフ
    ライホイル回路と、 前記弁体が変位端に近接した際に前記フライホイル回路
    の抵抗値を増大させる可変抵抗回路と、 を備えることを特徴とする内燃機関の弁駆動装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の内燃機関の弁駆動装置に
    おいて、 前記電磁コイルを流通する電流値を検出する電流値検出
    手段を備え、 前記可変抵抗回路は、前記電力制御手段の発する指令値
    と、前記電流値検出手段の検出値との差に基づいて抵抗
    値を変更することを特徴とする内燃機関の弁駆動装置。
  3. 【請求項３】 電磁コイルの発する電磁力を用いて弁体
    を駆動する内燃機関の弁駆動装置において、 前記電磁コイルが電磁力を発するように、前記電磁コイ
    ルに対して電圧を印加する第１の電圧印加手段と、 前記弁体が変位端に近接した際に、前記電磁コイルに対
    して、前記第１の電圧印加手段と逆方向の電圧を印加す
    る第２の電圧印加手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の弁駆動装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の内燃機関の弁駆動装置に
    おいて、 前記第２の電圧印加手段は、電源電圧を昇圧する電圧昇
    圧手段と、該電圧昇圧手段の出力電圧を充電するコンデ
    ンサと、を備えることを特徴とする内燃機関の弁駆動装
    置。
JP07213281A 1995-02-15 1995-08-22 内燃機関の弁駆動装置 Expired - Fee Related JP3134724B2 (ja)

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