JP3405053B2 - 電磁駆動式ガス交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動式ガス交
換装置に係り、特に、内燃機関のガス交換弁を駆動する
装置として好適な電磁駆動式ガス交換装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、例えば特開昭６１−２４８５
０６号に開示される如く、内燃機関のガス交換弁を電磁
力により駆動する装置が知られている。かかる装置は、
内燃機関のガス交換弁に連結される磁性板と、磁性板を
中立位置に付勢する弾性体と、磁性板の両側に配設さ
れ、交互に磁性板を吸着する２つの電磁石とを備えてい
る。ガス交換弁は、磁性板が一方の電磁石に吸着される
ことにより閉弁状態となり、磁性板が他方の電磁石に吸
着されることにより開弁状態となる。従って、上記の装
置によれば、電磁石への通電電流を適切に制御すること
により、ガス交換弁を内燃機関の運転状態に合わせて開
閉させることができる。 【０００３】電磁石に対して一定の電流が供給されてい
る場合、電磁石と磁性板との間に作用する電磁力は、両
者が近接するに連れて増大される。従って、上記従来の
装置においては、中立位置近傍に位置するガス交換弁を
開弁位置または閉弁位置に引き寄せるためには比較的大
きな電流が要求されるが、ガス交換弁が開弁位置または
閉弁位置に到達した後は、より小さな電流によりガス交
換弁を開弁位置または閉弁位置に保持しておくことがで
きる。 【０００４】このため、上記従来の装置には、ガス交換
弁が開弁位置と閉弁位置との間を変位する際には電磁石
に対して大きな電流を供給し、かつ、ガス交換弁が開弁
位置または閉弁位置に到達した後は、電磁石に対して所
定時間毎にパルス状の電流を供給する電流制御回路が搭
載されている。かかる電流制御回路によれば、電磁石に
供給される電流が、必要最小限の値に制御される。この
ため、上記従来の装置によれば、優れた省エネルギ性を
確保しつつ、確実にガス交換弁を駆動することができ
る。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】電磁石に内蔵される電
磁コイルを流れる電流が変化すると、電磁コイルには、
その変化を抑制しようとする誘導起電力が生ずる。ま
た、電磁コイルを流れる電流が変化し、その結果、電磁
石において発生されていた磁界に変化が生ずると、電磁
石には、その内部を還流する磁束の変化を抑制しようと
する渦電流が生ずる。このため、上記従来の装置におい
て、電磁石に対する電流の供給が停止された後、磁性板
が電磁石から離間し始めるまでの間にはある程度の遅延
時間が生ずる。 【０００６】ガス交換弁の開閉時期の制御精度を高める
うえでは、かかる遅延時間が短いほど、すなわち、電磁
石への電流の供給が停止された後、磁性板が速やかに電
磁石から離間し始めるほど有利である。しかしながら、
上記従来の装置においては、電磁石から速やかに磁性板
を離間させることについては、何らの配慮もなされてい
なかった。この点、上記従来の装置は、ガス交換弁の開
閉時期を精度良く制御するうえで必ずしも最適な構成で
はなかった。 【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、ガス交換弁を移動終端に吸着保持している電磁
力の起因である励磁電流の遮断が図られた後、ガス交換
弁を速やかに移動終端から離間する方向に変位させ得る
電磁駆動式ガス交換装置を提供することを目的とする。 【０００８】 【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、弾性体により付勢されるプランジャに
電磁力を作用させることによりガス交換弁を駆動する電
磁駆動式ガス交換装置において、移動終端に保持される
プランジャに微小振動を付与する微小振動付与手段と、
前記プランジャが移動終端から離間する方向に微小変位
している際に、前記電磁力の起因となる励磁電流の供給
の停止を図る励磁電流停止手段と、を備え、前記微小振
動付与手段が、前記励磁電流を、前記弾性体および前記
プランジャを含むバネ質量系の固有振動周波数と実質的
に等しい周波数で振幅させる励磁電流制御手段を備える
と共に、前記励磁電流停止手段が、前記励磁電流の振幅
状態に基づいて前記励磁電流の停止を図る電磁駆動式ガ
ス交換装置により達成される。 【０００９】本発明において、前記微小振動付与手段
は、電磁力によって移動終端に保持されているプランジ
ャに微小振動を付与する。また、前記励磁電流停止手段
は、プランジャが離間方向に微小変位している際に励磁
電流の遮断を図る。プランジャが離間方向に微小変位し
ている場合、プランジャには、移動終端から離間しよう
とする慣性が作用している。このため、かかるタイミン
グで励磁電流の遮断が図られ、その結果電磁力が減衰し
始めると、プランジャは速やかに移動終端から離間する
方向に変位し始める。 【００１０】 【００１１】本発明において、前記励磁電流制御手段
は、電磁力の起因である励磁電流に、バネ質量系の固有
振動周波数と実質的に等しい振幅を付与する。励磁電流
に係る振幅が付与されると、その振幅は電磁力にも反映
される。電磁力に生ずる振幅は、プランジャを含むバネ
質量系に伝達される。振幅の周波数がバネ質量系の固有
振動周波数と実質的に一致しているため、バネ質量系に
は微小な振動が励起される。バネ質量系に生ずる微小振
動は励磁電流の振幅周期に応答する。前記励磁電流停止
手段は、励磁電流の振幅周期に基づいて、バネ質量系が
移動終端から離間する方向に微小変位しているときに励
磁電流の遮断を図る。その結果、バネ質量系は、励磁電
流の遮断が図られた後、速やかに移動終端から離間する
方向に変位し始める。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
電磁駆動式ガス交換装置１０（以下、単にガス交換装置
１０と称す）の全体構成を表す断面図を示す。ガス交換
装置１０は、弁体１２を備えている。弁体１２は、図中
下端部を内燃機関の燃焼室内に露出させた状態でシリン
ダヘッド内に配設される部材であり、内燃機関の吸気
弁、又は排気弁を構成する。内燃機関のシリンダヘッド
には、弁体１２に対する弁座を備えるポートが設けられ
ている。弁体１２が弁座から離座すること、又は弁座に
着座することによりポートの導通状態が制御される。 【００１３】弁体１２には、弁軸１４が固定されてい
る。弁軸１４は、バルブガイド１６により軸方向に摺動
可能に保持されている。バルブガイド１６は、弁駆動装
置１０のロアキャップ１７に支持されている。弁軸１４
の上部には、プランジャホルダ１８が固定されている。
プランジャホルダ１８は、例えばステンレス鋼やチタン
合金等の如く、硬度が高く、かつ、非磁性或いは低い磁
気特性を示す材料で構成されている。プランジャホルダ
１８は、弁軸１４の軸方向に延在する円筒部１８ａと、
円筒部１８ａのほぼ軸方向中央部に形成されたリング部
１８ｂとを備えている。 【００１４】プランジャホルダ１８の下端部には、ロア
リテーナ２０が固定されている。ロアリテーナ２０とロ
アキャップ１７との間には、両者を離間させる方向の付
勢力を発生するロアスプリング２２が配設されている。
ロアスプリング２２は、ロアリテーナ２０を、すなわち
プランジャホルダ１８を、図１における上方へ向けて付
勢する付勢力を発生する。 【００１５】一方、プランジャホルダ１８の上端部に
は、アッパーリテーナ２４が固定されている。アッパー
リテーナの上部には、アッパースプリング２６の下端部
が当接している。アッパースプリング２６の周囲には、
その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャップ２
７が配設されている。更に、アッパースプリング２６の
上端部は、アッパーキャップ２７に螺着されるアジャス
トボルト２８に当接している。アッパースプリング２６
は、アッパーリテーナ２４を、すなわち、プランジャホ
ルダ１８を、図１における下方へ向けて付勢する付勢力
を発生する。 【００１６】プランジャホルダ１８の、リング部１８ｂ
の外周には、プランジャ３０が接合されている。プラン
ジャ３０は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等をベース材料とする軟
磁性材料で構成されたドーナツ状の部材である。プラン
ジャ３０と、プランジャホルダ１８とは、電子ビーム溶
接、レーザ溶接、ろう付け、カシメ、接着等の手法で接
合されている。 【００１７】プランジャ３０の上方には、第１電磁コイ
ル３２及び第１コア３４が配設されている。また、プラ
ンジャ３０の下方には、第２電磁コイル３６及び第２コ
ア３８が配設されている。第１コア３４および第２コア
３８は、共に磁性材料で構成された部材であり、それぞ
れ第１電磁コイル３２または第２電磁コイル３６を収納
するための環状溝３４ａ，３８ａと、それらの中央部を
軸方向に貫通する貫通孔３４ｂ，３８ｂとを備えてい
る。 【００１８】第１コア３４の貫通孔３４ｂの一端（図１
に於ける上端）には第１ベアリング４０が配設されてい
る。また、第２コア３８の貫通孔３８ｂの一端（図１に
於ける下端）には第２ベアリング４２が配設されてい
る。貫通孔３４ｂ，３８ｂに挿入されるプランジャホル
ダ１８の円筒部１８ａは、これら第１ベアリング４０お
よび第２ベアリング４２によって摺動可能に保持されて
いる。 【００１９】第１コア３４および第２コア３８の外周に
は、外筒４４が配設されている。第１コア３４および第
２コア３８は、両者間に所定の間隔が確保されるよう
に、外筒４４により保持されている。また、上述したア
ッパーキャップ２７は、第１コア３４の上端面に固定さ
れている。一方、上述したロアキャップ１７は、第２コ
ア３８の下端面に固定されている。そして、上述したア
ジャスタボルト２８は、プランジャ３０の中立位置が、
第１コア３４と第２コア３８との中間点となるように調
整されている。 【００２０】ガス交換装置１０が備える第１電磁コイル
３２および第２電磁コイル３６は、電子制御ユニット４
６（以下、ＥＣＵと称す）に接続されている。ＥＣＵ４
６はには、内燃機関の機関回転数ＮＥに応じた周期でパ
ルス信号を発するＮＥセンサ４８が接続されている。Ｅ
ＣＵ４６は、ＮＥセンサ４８から出力されるパルス信号
に基づいて機関回転数ＮＥを検出し、また、内燃機関の
回転角が基準クランク角に達した時期（以下、基準時期
と称す）を検出する。ＥＣＵ４６は、機関回転数ＮＥお
よび基準時期に基づいて、適切なタイミングで弁体１２
が開閉されるように、第１電磁コイル３２および第２電
磁コイル３６に対して交互に電流を供給する。尚、以下
の記載においては、第１電磁コイル３２および第２電磁
コイル３６に供給される電流を励磁電流と称す。 【００２１】本実施例のガス交換装置１０において、第
１電磁コイル３２および第２電磁コイル３６に励磁電流
が供給されていない場合は、プランジャ３０がその中立
位置、すなわち、第１コア３４と第２コア３８との中間
部に維持される。プランジャ３０が中立位置に維持され
ている状況下で第１電磁コイル３２に励磁電流を流通さ
せると、第１電磁コイル３２の内外周を還流する磁界が
発生する。この磁界は、第１コア３４、プランジャ３
０、および第１コア３４とプランジャ３０との間のエア
ギャップからなる磁気回路を流通する磁束を発生させ
る。上記の如く発生される磁束は、プランジャ３０を第
１コア３４側へ吸引する吸引力、すなわち、弁体１２を
図１において上方へ変位させる吸引力を発生させる。 【００２２】プランジャ３０に対して上記の吸引力が作
用すると、プランジャ３０、プランジャホルダ１８、ア
ッパリテーナ２４、ロアリテーナ２０、弁軸１４および
弁体１２（以下、これらを総称して可動部５０と称す）
は、アッパスプリング２６の付勢力に抗って図１におけ
る上方へ向けて変位する。そして、その変位は、プラン
ジャ３０が第１コア３４と当接するまで継続される。以
下、プランジャ３０が第１コア３４と当接する位置を、
プランジャ３０または可動部５０の上方側移動終端と称
す。 【００２３】プランジャ３０が上方側移動終端に保持さ
れている状態から、第１電磁コイル３２に供給されてい
た励磁電流が遮断されると、プランジャ３０に作用して
いた電磁力が消滅する。その結果、アッパスプリング２
６の付勢力に起因して、可動部５０が図１における下方
へ向けて変位し始める。可動部５０の変位量が所定値に
達した時点で、第２電磁コイル３６に適当な励磁電流を
流通させると、今度はプランジャ３０を第２コア３８側
へ吸引する吸引力、すなわち、弁体１２を図１において
下方へ変位させる吸引力が発生する。 【００２４】プランジャ３０に対して上記の吸引力が作
用すると、可動部５０は、ロアスプリング２２の付勢力
に抗ってプランジャ３０が第２コア３８と当接するまで
変位する。以下、プランジャ３０が第２コア３８と当接
する位置を、プランジャ３０または可動部５０の下方側
移動終端と称す。従って、ＥＣＵ４６によって上記の如
く第１電磁コイル３２と第２電磁コイル３６とに交互に
励磁電流が供給されると、可動部５０は、上方側移動終
端と下方側移動終端との間を繰り返し往復運動する。ガ
ス交換装置１０の弁体１２は、可動部５０が上方側移動
終端に位置する場合に、ポートの一端に設けられた弁座
に着座する。このため、ガス交換装置１０によれば、内
燃機関の運動状態に応じた適当なタイミングで、ポート
を開閉させることができる。 【００２５】ところで、第１電磁コイル３２および第２
電磁コイル３４には、それらの内部を流通する電流に変
化が生じた場合に、その変化を抑制しようとする誘導起
電力が生ずる。従って、第１電磁コイル３２および第２
電磁コイル３４を流れる励磁電流は、ＥＣＵ４６により
その停止が図られた後即座には消滅しない。更に、第１
電磁コイル３２および第２電磁コイル３４を流通する励
磁電流が減少すると、第１コア３４および第２コア３８
には、それらの内部を流れる磁束の減少を抑制する方向
に渦電流が流通する。このため、第１コア３４とプラン
ジャ３０との間、および第２コア３８とプランジャ３０
との間には、ＥＣＵ４６により励磁電流の停止が図られ
た後、ある程度の期間は電磁力が残存する。 【００２６】ガス交換装置１０によって、弁体１２の開
閉タイミングを高精度に制御するうえでは、第１電磁コ
イル３２および第２電磁コイル３６に供給される励磁電
流の停止が図られた後、可動部５０が変位し始めるまで
に要する遅延時間が短いほど有利である。本実施例のガ
ス交換装置１０は、後述の処理に従って励磁電流を制御
することにより、かかる遅延時間の短縮化を実現してい
る点に特徴を有している。以下、図２および図３を参照
して、上記の機能を実現すべくＥＣＵ４６が実行する制
御の内容について説明する。 【００２７】図２は、弁体１２が開弁位置から閉弁位置
に変位する際のガス交換装置１０の動作を説明するため
のタイムチャートを示す。図２（Ａ）は、ＥＣＵ４６か
ら第１電磁コイル３２に向けて発せられる励磁電流の指
令値（同図中に実線で示す波形）、および、現実に第１
電磁コイル３２を流通する励磁電流の実測値（同図中に
一点鎖線で示す波形）を示す。図２（Ｂ）は、ＥＣＵ４
６から第２電磁コイル３６に向けて発せられる励磁電流
の指令値（同図中に実線で示す波形）、および、現実に
第２電磁コイル３６を流通する励磁電流の実測値（同図
中に一点鎖線で示す波形）を示す。また、図２（Ｃ）
は、弁体１２の変位位置を示す。尚、図２（Ａ）におけ
る横軸、図２（Ｂ）における横軸、および図２（Ｃ）に
おける横軸は、それぞれ第１電磁コイル３２の励磁電流
を制御するために設定される第１変換時間、第２電磁コ
イル３２の励磁電流を制御するために設定される第２変
換時間、および、基準時間Ｔに設定されている。 【００２８】図２（Ｃ）に示す如く、弁体１２は、基準
時間における時刻Ｔ₀ （以下、基準時刻Ｔ₀ と称す）以
前は開弁位置に保持されている。図２（Ｂ）に示す如
く、第２電磁コイル３６に供給される励磁電流の指令値
は、基準時刻Ｔ₀ 以前、すなわち、第２変換時間におけ
る時刻ｔ₂ ＋hold以前において、所定周期Δｔで振動す
るように制御される。以下、振幅中における指令値の中
心値を保持電流Ｉｈと、また、その振幅をδと表す。
尚、第２変換時間は、内燃機関の回転角が、第２電磁コ
イル３６に対して励磁電流の供給を開始すべき所定の回
転角に到達する毎にリセットされる時間である。 【００２９】ところで、ガス交換装置１０が備えるアッ
パスプリング２６、ロアスプリング２２、および可動部
５０は、所定の固有振動周波数Ｆを有するバネ質量系を
構成している。尚、かかる固有振動周波数Ｆは、バネ質
量系のバネ定数をＫ、可動部重量をＭとすると、Ｆ＝
（１／２π）・√（Ｋ／Ｍ）と表すことができる。本実
施例において、弁体１２が開弁位置に保持されている間
に第２電磁コイル３６に対する励磁電流の指令値に付与
される所定周波数ｆは、実質的にｆ＝Ｆが成立するよう
に、すなわち、ガス交換装置１０のバネ質量系が有する
固有振動周波数Ｆと実質的に一致するように設定されて
いる。 【００３０】第２電磁コイル３６に供給される励磁電流
の指令値が、上記の如く固有振動周波数Ｆで振幅される
と、第２コア３８とプランジャ３０との間に作用する電
磁力にも、その固有振動周波数Ｆによる振幅が生ずる。
そして、かかる電磁力の振幅は、プランジャ３０を介し
て可動部５０に伝達され、可動部５０に、固有振動数Ｆ
による微小な振動を発生させる。このため、図２（Ｃ）
に示す如く、弁体１２の変位位置は、基準時刻Ｔ₀ 以前
において所定周期Δｔで微小に振幅している。 【００３１】図２（Ｂ）に示す如く、第２電磁コイル３
６に供給される励磁電流の指令値が振幅状態から“０”
に切替えられる時期は、その指令値が振幅時における最
小値“Ｉｈ−δ”となる時刻に一致している。第２電磁
コイル３６への励磁電流の供給停止が図られた後、第２
電磁コイル３６とプランジャ３０との間に残存する電磁
力を速やかに消滅させるためには、励磁電流の供給停止
が図られる時点で第２電磁コイル３６を流通している励
磁電流が小さいほど有利である。従って、上記の如く励
磁電流の指令値が“Ｉｈ−δ”となる時刻において第２
電磁コイル３６の励磁電流の供給停止を図ることとすれ
ば、残存する電磁力を速やかに消滅させるうえで有利な
状況を形成することができる。 【００３２】また、ガス交換装置１０は、弁体１２を、
励磁電流の指令値とが同相で振幅させる特性を有してい
る。従って、第２電磁コイル３６に供給される励磁電流
の指令値が“Ｉｈ−δ”となる時刻において、弁体１２
は、振幅の過程で、開弁側位置から最も大きく閉弁側に
変位した位置に存在している。そして、かかる状況下で
は、弁体１２に対して閉弁側へ向かう慣性が作用してい
る。 【００３３】このため、上記の如く第２電磁コイル３６
への励磁電流の指令値の供給停止が、その指令値が“Ｉ
ｈ−δ”となった時点で図られた場合、その後、第２コ
ア３８とプランジャ３０との間に電磁力が残存するにも
関わらず、弁体１２を速やかに閉弁位置に向けて変位さ
せ始めることができる。従って、本実施例のガス交換装
置１０によれば、弁体１２を開弁位置から閉弁位置に向
けて変位させるにあたり、優れた制御性を得ることがで
きる。 【００３４】基準時刻Ｔ₀ の後、弁体１２が閉弁位置か
ら所定距離だけ開弁位置側に変位すると、図２（Ａ）に
示す如く、第１電磁コイル３２に対して励磁電流の指令
値が供給され始める。本実施例においては、このように
第１電磁コイル３２への指令値の供給が開始される時間
を第１変換時間における時刻ｔ₀ と称す。尚、第１変換
時間は、第１電磁コイル３２に対する指令値の供給が開
始される毎にｔ₀ にリセットされる時間である。 【００３５】第１電磁コイル３２に供給される励磁電流
の指令値は、時刻ｔ₀ の後所定時間最大値に保持された
後、第１変換時間における時刻ｔ₁ から時刻ｔ₂ にかけ
て所定の変化率で減少される。第１コア３４とプランジ
ャ３０との間に作用する電磁力は、第１電磁コイル３２
を流れる電流が一定であるとすれば、プランジャ３０が
第１コア３４から離れている間は小さく、プランジャ３
０が第１コア３４に近接するに従って増大される。この
ため、ガス交換装置１０を駆動するにあたり、第１電磁
コイル３４に常に最大の励磁電流を流通させることとす
れば、可動部５０が上方側移動終端に近づくに連れて可
動部５０の変位速度が増大されることになる。 【００３６】可動部５０が、高い変位速度を維持したま
ま上方側移動終端に到達するとすれば、可動部５０が上
方側移動終端に到達した時点で大きな衝突音が発生す
る。従って、可動部５０が移動終端に近づくに連れてそ
の変位速度が増大される上記の現象は、ガス交換装置１
０において優れた静粛性を得るうえで好ましくない現象
である。 【００３７】そこで、本実施例においては、第１電磁コ
イル３２に励磁電流を供給するにあたり、プランジャ３
０が第１コア３４から離れている時刻ｔ₀ 〜時刻₁ の間
は励磁電流の指令値を最大値に維持し、プランジャ３０
が第１コア３４の近傍に到達する時刻ｔ₂ 以降は、その
指令値を徐々に減少させることとした。かかる制御によ
れば、可動部５０が第１コア３４から離間している場合
に大きな電磁力を発生させ、かつ、可動部５０が第１コ
ア３４に近傍している場合に電磁力を小さく抑制するこ
とができる。従って、本実施例のガス交換装置１０によ
れば、可動部５０が上方側移動終端に到達する際に、優
れた静粛性を実現することができる。 【００３８】電磁コイルに供給する励磁電流を常に最大
値とした場合に生ずる衝突音の問題は、可動部５０を上
方側移動終端から下方側移動終端へ向けて変位させる場
合においても同様に生ずる。このため、ガス交換装置１
０においては、可動部５０を上方側移動終端から下方側
移動終端へ変位させる際にも、プランジャ３０が第２コ
ア３８から離れている間は励磁電流の指令値を最大値に
維持し、プランジャ３０が第２コア３８の近傍に到達し
た後は、その指令値を徐々に減少させることとしてい
る。このため、ガス交換装置１０によれば、可動部５０
が上方側移動終端から下方側移動終端へ変位する場合、
および、可動部５０が下方側移動終端から上方側移動終
端へ変位する場合の双方において、優れた静粛性を実現
することができる。 【００３９】図２（Ａ）に示す如く、第１電磁コイル３
２に供給される励磁電流の指令値は、第１変換時間にお
ける時刻ｔ₁ 〜時刻ｔ₂ にかけて減少された後、所定周
期Δｔで、Ｉｈ±δの範囲内で振幅するように制御され
る。そして、第１電磁コイル３２に供給される励磁電流
の指令値は、時刻ｔ₂ の後、その指令値が“Ｉｈ−δ”
となる時刻ｔ₂ ＋holdにおいて“０”に切替えられる。
尚、時間holdは、内燃機関の運転状態に応じて、弁体１
２を閉弁位置に保持しておくべき時間として設定された
時間である。 【００４０】上述した第２電磁コイル３６の場合と同様
に、第１電磁コイル３２に供給される励磁電流の指令値
が“Ｉｈ−δ”である場合にその供給が停止されると、
第１電磁コイル３２とプランジャ３０との間に残存する
電磁力を速やかに消滅させることができる。また、かか
るタイミングで励磁電流の停止を図ることとすると、励
磁電流の停止を図るに先立って、弁体１２に開弁位置側
へ向かう慣性を作用させることができる。 【００４１】このため、ガス交換装置１０によれば、第
１電磁コイル３２に供給される励磁電流の指令値が
“０”に切替えられた後に、第１コア３４とプランジャ
３０との間に電磁力が残存するにも関わらず、弁体１２
を速やかに開弁位置に向けて変位させ始めることができ
る。従って、本実施例のガス交換装置１０によれば、弁
体１２を閉弁位置から開弁位置に向けて変位させるにあ
たり、優れた制御性を得ることができる。 【００４２】図３は、第１電磁コイル３２および第２電
磁コイル３６に供給される励磁電流を制御するためにＥ
ＣＵ４６が実行する制御ルーチンの一例のフローチャー
トを示す。図３に示すルーチンは、内燃機関の回転角が
第１電磁コイル３２に対する励磁電流の供給を開始すべ
き角度ＣＡ₁ に到達した際、および、第２電磁コイル３
６に対する励磁電流の供給を開始すべき角度ＣＡ₂ に到
達した際に起動される。ＥＣＵ４６は、内燃機関の回転
角がＣＡ₁ に到達した後、図３に示す一連の処理を実行
することにより第１電磁コイル３２に供給される励磁電
流を制御する。また、内燃機関の回転角がＣＡ₂ に到達
した後、図３に示す一連の処理を実行することにより第
２電磁コイル３２に供給される励磁電流を制御する。以
下、図３に示す一連の処理の内容を、内燃機関の回転角
がＣＡ₁ に到達した場合を例に取って説明する。 【００４３】上述の如く、内燃機関の回転角が所定角Ｃ
Ａ₁ に到達すると、図３に示すルーチンが起動される。
図３に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１０
０においてタイマｔがｔ₀ がリセットされる。尚、上記
の如くリセットされたタイマの値ｔは、本ルーチンにお
いては、第１変換時間における時刻に相当している。 【００４４】上記の処理が終了すると、次にステップ１
０２において励磁電流をオンとする処理が実行される。
本ルーチンにおいては、かかる処理により、第１電磁コ
イル３２に供給される励磁電流の指令値が最大値に設定
される。ステップ１０２において励磁電流の指令値が最
大値とされると、次にステップ１０４において、変換時
刻ｔが、励磁電流の着座制御を開始すべき時刻ｔ₁ に到
達しているか否かが判別される。その結果、未だｔ≧ｔ
₁ が不成立であると判別される場合は、上記の条件が成
立するまで繰り返しステップ１０４の判別処理が実行さ
れる。そして、ｔ≧ｔ₁ が成立すると判別されると、次
いでステップ１０６の処理が実行される。 【００４５】ステップ１０６では、励磁電流の着座制御
を実現すべく、励磁電流を減少させるための処理が開始
される。そして、ステップ１０８では、変換時刻ｔが、
着座制御による励磁電流の減少処理を終了させるべき時
刻ｔ₂ に到達しているか否かが判別される。その結果、
未だｔ≧ｔ₂ が不成立であると判別される場合は、かか
る条件が成立するまで繰り返しステップ１０４の判別処
理が実行される。かかる処理が繰り返されている間に、
第１電磁コイル３２に供給される励磁電流の指令値は、
所定の減少率で、所定値Ｉｈに至るまで減少される。そ
して、ｔ≧ｔ₂が成立すると判別されると、次いでステ
ップ１１０の処理が実行される。 【００４６】ステップ１１０では、励磁電流の指令値
を、中心値Ｉｈ、振幅δ、かつ、周波数ｆで振幅させる
ためのディザ制御が開始される。尚、中央値Ｉｈは、上
述の如く、可動部５０を上方側移動終端に保持しておく
ために第１電磁コイル３２に供給すべき保持電流であ
る。また、振幅δは、閉弁時におけるポートのシール性
を損なわない程度に弁体１２を微小振動させるために設
定された振幅値である。更に、周波数ｆは、ガス交換装
置１０が備えるバネ質量系の固有振動周波数Ｆと実質的
に同一の値である。 【００４７】ステップ１１０の処理が終了すると、次
に、ステップ１１２において、弁体１２を閉弁位置に保
持しておく時間、すなわち、保持時間holdの基礎とされ
る基準保持時間hold₀ が演算される。弁体１２を閉弁位
置に保持しておくべき時間、すなわち、弁体１２によっ
て閉塞されるポートを閉弁状態に維持すべき時間は、内
燃機関の運転状態に応じて変化する。本ルーチンでは、
内燃機関の運転状態の代表値である機関回転数ＮＥに基
づいて、最も理想的な保持時間ｆ（ＮＥ）が演算され、
その値が基準保持時間hold₀ として記憶される。 【００４８】基準保持時間hold₀ の演算が終了すると、
次にステップ１１４において、保持時間holdが演算され
る。保持時間holdは、ディザ制御による振動周期Δｔを
整数倍した値ｎ・Δｔのうち、最も基準保持時間hold₀
に近い値とされる。保持時間holdが、かかる値とされて
いる場合、時刻ｔ₂ の後、保持時間holdが経過した時点
では、常に励磁電流の指令値が“Ｉｈ−δ”となる。 【００４９】上記ステップ１１４の処理が終了すると、
次にステップ１１６において、変換時刻ｔが、励磁電流
の指令値を“０”に切り換えるべき時刻、すなわち、第
１電磁コイル３２への励磁電流の供給停止を図るべき時
刻ｔ₂ ＋holdに達しているか否かが判別される。その結
果、未だｔ≧ｔ₂ ＋holdが不成立であると判別される場
合は、かかる条件が成立するまで繰り返しステップ１１
６の判別処理が実行される。そして、ｔ≧ｔ₂ ＋holdが
成立すると判別されると、以後、ステップ１１８におい
て励磁電流の指令値が“０”に切替えられた後、今回の
ルーチンが終了される。 【００５０】上記の処理によれば、可動部５０が一方の
移動終端に吸着保持されている場合に、第１または第２
電磁コイル３２，３６に供給される励磁電流の指令値が
“Ｉｈ−δ”となった時点でその指令値の供給停止を図
ることができると共に、指令値の供給停止を図るに先立
って、可動部５０に、他の移動終端に向かう慣性を付与
することができる。このため、本実施例のガス交換装置
１０によれば、ＥＣＵ４６に上記の処理を実行させるこ
とにより、優れた制御性を以て弁体１２を開閉弁させる
ことができる。 【００５１】ところで、上記の実施例においては、ガス
交換装置１０が、弁体１２を励磁電流の指令値と同相で
振幅させる特性を有していることから、励磁電流の指令
値が“Ｉｈ−δ”となる時点で、すなわち、励磁電流の
指令値が振幅時における最小値となった時点で励磁電流
の指令値を“０”に切り換えることとしているが、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、ガス交
換装置１０が、弁体１２を励磁電流の指令値と異なる位
相で振幅させる場合には、かかる位相差を考慮したうえ
で励磁電流の指令値を“０”に切り換えるタイミングを
設定することとしても良い。 【００５２】また、上記の実施例においては、一方の移
動終端に吸着保持されている可動部５０が、微小変位に
起因して、他方の移動終端に向けて最も大きく変位する
時点で励磁電流の供給停止を図ることとしているが、本
発明はこれに限定されるものではなく、可動部５０が、
他方の移動終端に向けて最も高速で変位する時点で励磁
電流の供給停止を図ることとしてもよい。 【００５３】更に、上記の実施例においては、第１およ
び第２電磁コイル３２，３６に供給する励磁電流の指令
値を振動させることにより可動部５０に微小振動を付与
することとしているが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えば機械的な機構によって可動部５０に微
小振動を付与することとしてもよい。 【００５４】尚、上記の実施例においては、アッパスプ
リング２６およびロアスプリング２２が前記請求項１記
載の弾性体に、弁体１２が前記請求項１記載のガス交換
弁にそれぞれ相当している。また、上記の実施例におい
ては、ＥＣＵ４６が上記ステップ１１０の処理を実行す
ることにより前記請求項１記載の微小振動付与手段、お
よび励磁電流制御手段が、上記ステップ１１２〜１１８
の処理を実行することにより前記請求項１記載の励磁電
流停止手段が、それぞれ実現されている。 【００５５】 【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、励磁電流にバネ質量系の固有振動周波数と実質的に
等しい振幅を付与することにより、バネ質量系を効率良
く微小振動させることができる。これにより、電磁力の
起因である励磁電流の停止を図るに先立って、プランジ
ャに移動終端から離間する方向の慣性を付与すること、
すなわち、プランジャを移動終端から離間し易い状況に
置くことができる。また、その振動に起因して、バネ質
量系が移動終端から離間する方向に微小変位していると
きに励磁電流の遮断を図ることができる。このため、本
発明に係る電磁駆動式ガス交換装置によれば、励磁電流
の停止を図った後、速やかにガス交換弁を移動終端から
離間させることができる。 【００５６】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例である電磁駆動式ガス交換装
置の全体構成を表す断面図である。 【図２】図２（Ａ）は第１電磁コイルに供給される励磁
電流の指令値のタイムチャートである。図２（Ｂ）は第
２電磁コイルに供給される励磁電流の指令値のタイムチ
ャートである。図２（Ｃ）は弁体の変位位置を示すタイ
ムチャートである。 【図３】図１に示す電磁駆動式ガス交換装置において実
行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。 【符号の説明】 １０ 電磁駆動式ガス交換装置 １２ 弁体 １８ プランジャホルダ ３０ プランジャ ３２ 第１電磁コイル ３４ 第１コア ３６ 第２電磁コイル ３８ 第２コア ４０ 第１ベアリング ４２ 第２ベアリング ４６ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 9/04 F16K 31/06 305 F16K 31/06 385

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 弾性体により付勢されるプランジャに電
   磁力を作用させることによりガス交換弁を駆動する電磁
   駆動式ガス交換装置において、 移動終端に保持されるプランジャに微小振動を付与する
   微小振動付与手段と、 前記プランジャが移動終端から離間する方向に微小変位
   している際に、前記電磁力の起因となる励磁電流の供給
   の停止を図る励磁電流停止手段と、を備え、 前記微小振動付与手段が、前記励磁電流を、前記弾性体
   および前記プランジャを含むバネ質量系の固有振動周波
   数と実質的に等しい周波数で振幅させる励磁電流制御手
   段を備えると共に、 前記励磁電流停止手段が、前記励磁電流の振幅状態に基
   づいて前記励磁電流の停止を図る ことを特徴とする電磁
   駆動式ガス交換装置。