JP3453497B2 - 電磁駆動弁制御装置 - 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、電磁駆動弁制御装
置に係り、特に、内燃機関の吸気弁または排気弁を構成
する機構として好適な電磁駆動弁制御装置。 【０００２】 【従来の技術】従来より、例えば特開平８−２８４６２
６号に開示される如く、内燃機関の吸気弁または排気弁
を電磁力を用いて開閉動作させる電磁駆動弁制御装置が
知られている。上記従来の装置は、弁体と一体に変位す
るアーマチャ、アーマチャの上下に配設されるアッパコ
イルおよびロアコイル、および、アーマチャを中立位置
に向けて付勢するスプリングを備えている。 【０００３】アーマチャおよび弁体は、アッパコイルお
よびロアコイルに励磁電流が供給されていない場合は中
立位置に保持される。また、アーマチャおよび弁体は、
アッパコイルに励磁電流が供給されている場合は中立位
置からアッパコイル側に吸引され、一方、ロアコイルに
励磁電流が供給されている場合は中立位置からロアコイ
ル側に吸引される。従って、上記従来の装置によれば、
アッパコイルおよびロアコイルに交互に適当な励磁電流
を供給することで、弁体を開閉動作させることができ
る。 【０００４】ところで、アッパコイルまたはロアコイル
に励磁電流が供給されている場合に、アッパコイルとア
ーマチャとの間、または、ロアコイルとアーマチャとの
間に作用する電磁力は、それら両者の間隔が短くなるに
つれて急激に大きくなる。このため、アーマチャをアッ
パコイルまたはロアコイルに密着した状態に保持するた
めに必要な励磁電流は、アーマチャをアッパコイルまた
はロアコイルまで吸引するために必要な励磁電流に比し
て小さくなる。以下、アーマチャがアッパコイルまたは
ロアコイルに密着した状態に保持される期間を保持期
間、また、アーマチャがアッパコイルまたはロアコイル
に向けて吸引される期間を吸引期間と称す。 【０００５】上記従来の装置は、アッパコイルおよびロ
アコイルに流れる励磁電流を保持期間と吸引期間とで変
更する機能、より具体的には、上記の励磁電流を吸引期
間で大きく、また、保持期間で小さく変更する機能を備
えている。このため、上記従来の装置によれば、少ない
消費電力で確実に弁体を開閉動作させることができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置におい
て、アッパコイルおよびロアコイルに供給される励磁電
流は、スイッチング素子をデューティ駆動することによ
り制御される。この場合、励磁電流の制御精度を高める
うえでは、デューティ駆動の制御周波数が高周波である
ほど望ましい。 【０００７】上記従来の装置において、吸引期間におけ
る励磁電流を精度良く制御すると、弁体およびアーマチ
ャが変位端に到達するタイミングを正確に制御するこ
と、および、弁体およびアーマチャが変位端に到達する
際に生ずる着座音を低減すること、等が可能となる。こ
のため、デューティ駆動の制御周波数は、吸引期間にお
ける励磁電流に、十分な制御精度を付与し得る値である
ことが望ましい。 【０００８】しかし、スイッチング素子のオン・オフ状
態が切り換えられる際には、スイッチングロスにより電
気エネルギの一部が熱エネルギとして消費される。この
ため、スイッチング素子の環境を低温に維持し、また、
スイッチングロスによるエネルギ消費を抑制するために
は、スイッチング素子のオン・オフ状態が切り換わる周
波数が長いほど有利である。この点、デューティ駆動に
用いられる制御周波数は低いほど好ましい。 【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、吸引期間の励磁電流に高い制御精度を付与しつ
つ、スイッチングロスによるエネルギ消費量を少量に抑
制する電磁駆動弁制御装置を提供することを目的とす
る。 【００１０】 【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
体を開閉動作させる電磁駆動弁制御装置において、前記
電磁コイルをデューティ駆動するデューティ駆動手段
と、前記デューティ駆動の制御周波数を変更する制御周
波数変更手段と、を備え、前記制御周波数変更手段が、
前記弁体が変位中である場合に前記制御周波数を第１の
周波数とする第１周波数設定手段と、前記弁体が非変位
中である場合に前記制御周波数を、前記第１の周波数に
比して低い第２の周波数とする第２周波数設定手段と、
を備えることを特徴とする電磁駆動弁制御装置により達
成される。 【００１１】本発明において、電磁コイルは、その内部
に適当な励磁電流が流通し、その結果適当な電磁力が発
生するようにデューティ駆動される。励磁電流の制御精
度は、デューティ駆動の制御周波数が高いほど良好とな
る。一方、電磁コイルのデューティ駆動に伴うスイッチ
ングロスは、その制御周波数が高いほど多量となる。本
発明において、デューティ駆動の制御周波数は、励磁電
流に高い制御精度が要求される場合は高く、また、励磁
電流に高い制御精度が要求されない場合は低く設定され
る。この場合、励磁電流に十分な制御精度が確保される
と共に、スイッチングロスが少量に抑制される。 【００１２】 【００１３】また、電磁コイルのデューティ駆動の制御
周波数は、弁体が変位中である場合に第１の周波数に設
定される。弁体の変位中は励磁電流に高い制御精度が要
求される。第１の周波数は、かかる制御精度を満たすこ
とのできる高い周波数である。デューティ駆動の制御周
波数は、弁体が非変位中である場合は第２の周波数に設
定される。弁体が非変位中である場合は励磁電流に高い
制御精度は要求されない。第２の周波数は、このような
状況下で必要十分な制御精度を確保するための低い周波
数である。デューティ駆動の制御周波数が上記の如く変
更されると、弁体の変位中および非変位中において励磁
電流に十分な制御精度が確保されると共に、デューティ
駆動に伴うスイッチングロスが少量に抑制される。 【００１４】 【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
電磁駆動弁制御装置のシステム構成図を示す。電磁駆動
弁制御装置は電子制御ユニット１０（以下、ＥＣＵ１０
と称す）および電磁駆動弁１２を備えている。ＥＣＵ１
０には、クランクポジションセンサ１４（以下、ＣＰセ
ンサ１４と称す）が接続されている。 【００１５】ＣＰセンサ１４は、基準信号とクランク角
信号とを出力するセンサである。基準信号は、内燃機関
のクランク角が所定の基準角に一致する毎に出力され
る。また、クランク角信号はクランク角が所定角変化す
る毎に出力される。ＥＣＵ１０は、ＣＰセンサ１４の出
力信号に基づいて内燃機関のクランク角を検出し、その
検出結果を用いて電磁駆動弁１２を制御する。 【００１６】電磁駆動弁１２は弁体１６を備えている。
弁体１６は、内燃機関の吸気弁を構成している。弁体１
６は、内燃機関の燃焼室内に露出するようにシリンダヘ
ッド１８に配設されている。内燃機関のシリンダヘッド
１８には、吸気ポート２０が設けられている。吸気ポー
ト２０には、弁体１６に対する弁座２２が形成されてい
る。吸気ポート２０は、弁体１６が弁座２２から離座す
ることにより導通状態となり、また、弁体１６が弁座２
２に着座することにより遮断状態となる。 【００１７】弁体１６には、弁軸２４が固定されてい
る。弁軸２４は、バルブガイド２６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２６は、シリンダ
ヘッド１８に支持されている。また、バルブガイド２６
には、電磁駆動弁１２のロアキャップ２８が固定されて
いる。弁軸２４の上部には、非磁性材料で構成されたア
ーマチャ軸３０が配設されている。また、弁軸２４の上
端部には、ロアリテーナ３２が固定されている。ロアリ
テーナ３２とロアキャップ２８との間にはロアスプリン
グ３４が配設されている。ロアスプリング３４は、ロア
リテーナ３２を、すなわち、アーマチャ軸３０および弁
体１６を、図１における上方へ向けて付勢している。 【００１８】アーマチャ軸３０の上端部には、アッパー
リテーナ３６が固定されている。アッパーリテーナ３６
の上部には、アッパースプリング３８が配設されてい
る。アッパースプリング３８は、アッパーリテーナ３６
を、すなわち、アーマチャ軸３０および弁体１６を、図
１における下方へ向けて付勢している。アッパースプリ
ング３８の周囲には、円筒状のアッパーキャップ４０が
配設されている。アッパーキャップ４０の上端部には、
アジャストボルト４２が配設されている。アッパスプリ
ング３８の上端は、アジャスタボルト４２に当接してい
る。 【００１９】アーマチャ軸３０には、アーマチャ４４が
接合されている。アーマチャ４４は、磁性材料で構成さ
れた環状の部材である。アーマチャ４４の上方には、第
１電磁石４６が配設されている。第１電磁石４６は、ア
ッパコイル４８およびアッパコア５０を備えている。ま
た、アーマチャ４４の下方には、第２電磁石５２が配設
されている。第２電磁石５２は、ロアコイル５４および
ロアコア５６を備えている。 【００２０】アッパコイル４８およびロアコイル５４
は、ＥＣＵ１０に接続されている。アッパコイル４８お
よびロアコイル５４には、ＥＣＵ１０から励磁電流が供
給される。アッパコア５０およびロアコア５６は磁性材
料で構成された部材であり、それらの中央部においてア
ーマチャ軸３０を摺動可能に保持している。第１電磁石
４６および第２電磁石５２は、それらの間に所定の間隔
が確保されるように外筒５８によって保持されている。
アーマチャ４４の中立位置は、アジャスタボルト４２に
より、第１電磁石４６と第２電磁石５２との中間点に調
整されている。 【００２１】次に、図２を参照してＥＣＵ１０の内部構
造について説明する。図２は、ＥＣＵ１０の内部構造を
表す回路図を示す。図２に示す如く、ＥＣＵ１０は、Ｃ
ＰＵ６０を備えている。ＣＰＵ６０には、バスライン６
２を介してＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６、出力ポート６８お
よび入力ポート７０が接続されている。 【００２２】ＥＣＵ１０は、また、駆動回路７２〜７８
および制御回路８０を備えている。駆動回路７２〜７８
および制御回路８０は、アッパコイル４８に対して励磁
電流を供給するための回路である。ＥＣＵ１０は、駆動
回路７２〜７８および制御回路８０と同様の回路をロア
コイル５４に対応して備えている。アッパコイル４８に
対応する回路とロアコイル５４に対応する回路とは、構
成および動作において異なるところがない。このため、
以下に記載においては、アッパコイル４８に対応する回
路の構成および動作のみを説明する。 【００２３】制御回路８０は、電源端子８２および接地
端子８４を備えている。電源端子８２および接地端子８
４には、それぞれ、ＥＣＵ１０の電源電圧ラインおよび
接地電圧ラインが接続されている。制御回路８０は、ま
た、♯１トランジスタ８６、♯２トランジスタ８８、♯
３トランジスタ９０および♯４トランジスタ９２を備え
ている。 【００２４】♯１トランジスタ８６のコレクタ端子およ
び♯２トランジスタ８８のコレクタ端子は、共に電源端
子８２に接続されている。また、♯１トランジスタ８６
のエミッタ端子および♯２トランジスタ８８のエミッタ
端子は、それぞれアッパコイル４８の両端に接続されて
いる。一方、♯３トランジスタ９０のコレクタ端子およ
び♯４トランジスタ９２のコレクタ端子は、それぞれア
ッパコイル４８の両端に接続されている。また、♯３ト
ランジスタ９０のエミッタ端子および♯４トランジスタ
９２のエミッタ端子は、共に接地端子８４に接続されて
いる。 【００２５】上述した駆動回路７２〜７８は、それぞれ
♯１トランジスタ８６〜♯４トランジスタ９２のベース
端子に接続されている。♯１トランジスタ８６〜♯４ト
ランジスタ９２は、駆動回路７２〜７８からハイ信号が
供給されることによりオン状態となる。また、♯１トラ
ンジスタ８６〜♯４トランジスタ９２は、駆動回路７２
〜７８からロー信号が供給されることによりオフ状態と
なる。 【００２６】制御回路８０において、♯１トランジスタ
８６および♯２トランジスタ８８はデューティ制御の対
象とされる。一方、♯３トランジスタ９０および♯４ト
ランジスタ９２はオン・オフ制御の対象とされる。更
に、♯１トランジスタ８６および♯４トランジスタ９２
は、アッパコイル４８に正方向（図２中に実線で示す方
向）の励磁電流を流通させるために、また、♯２トラン
ジスタ８８および♯３トランジスタ９０は、アッパコイ
ル４８に逆方向（図２中に破線で示す方向）の励磁電流
を流通させるためにそれぞれ用いられる。 【００２７】すなわち、ＥＣＵ１０は、アッパコイル４
８に正方向の励磁電流を流通させることが要求される場
合は、♯４トランジスタ９２をオン状態としたうえで♯
１トランジスタ８６を所定のデューティ比Dutyでオン状
態とする。この場合、アッパコイル４８には、図２中に
実線で示す正方向に励磁電流が流通する。また、この場
合、デューティ比Dutyを制御することで励磁電流の大き
さを制御することができる。 【００２８】ＥＣＵ１０は、アッパコイル４８に逆方向
の励磁電流を流通させることが要求される場合は、♯３
トランジスタ９０をオン状態としたうえで♯２トランジ
スタ８８を所定のデューティ比Dutyでオン状態とする。
この場合、アッパコイル４８には、図２中に破線で示す
逆方向に励磁電流が流通する。また、この場合、デュー
ティ比Dutyを制御することで励磁電流の大きさを制御す
ることができる。 【００２９】従って、ＥＣＵ１０は、アッパコイル４８
に対して、双方向に任意の大きさの励磁電流を流通させ
ることができる。上述の如く、ＥＣＵ１０は、アッパコ
イル４８に対応して設けられた回路と同様の回路を、ロ
アコイル５４に対応して備えている。従って、ＥＣＵ１
０は、アッパコイル４８およびロアコイル５４に対し
て、双方向に任意の大きさを有する励磁電流を流通させ
ることができる。 【００３０】次に、電磁駆動弁１２の動作について説明
する。電磁駆動弁１２においては、アッパコイル４８に
励磁電流を供給することで、アッパコイル４８の内外を
還流する磁束を発生させることができる。アッパコイル
４８の内外を還流する磁束は、アッパコア５０およびア
ーマチャ４４を含む経路を通って流通する。この際、ア
ーマチャ４４と第１電磁石４６との間には、アーマチャ
４４を第１電磁石４６側へ引き寄せる電磁力が発生す
る。 【００３１】このため、電磁駆動弁１２によれば、アッ
パコイル４８に適当な励磁電流を供給することで、アー
マチャ４４、アーマチャ軸３０、および、弁体１６等を
第１電磁石４６側へ変位させることができる。アーマチ
ャ軸３０は、アーマチャ４４がアッパコア５０と当接す
るまで第１電磁石４６側へ変位することができる。弁体
１６は、アーマチャ４４がアッパコア５０と当接する状
況下では吸気ポート２０を閉塞する。従って、電磁駆動
弁１２によれば、アッパコイル４８に適当な励磁電流を
供給することで、弁体１６を全閉状態とすることができ
る。 【００３２】弁体１６が全閉状態に維持されている場
合、アッパスプリング３８およびロアスプリング３４
は、アーマチャ軸３０を中立位置に向けて付勢する。こ
のような状況下でアッパコイル４８への励磁電流の供給
が停止されると、アーマチャ軸３０は、以後、アッパス
プリング３８とロアスプリング３４のバネ力に従って単
振動の動作を開始する。 【００３３】電磁駆動弁１２によれば、ロアコイル５４
に励磁電流を供給することで、ロアコイル５４の内外を
還流する磁束を発生させることができる。ロアコイル５
４の内外を還流する磁束は、ロアコア５６およびアーマ
チャ４４を含む経路を通って流通する。この際、アーマ
チャ４４と第２電磁石５２との間に、アーマチャ４４を
第２電磁石５２側へ引き寄せる電磁力が発生する。この
ため、電磁駆動弁１２によれば、ロアコイル５４に適当
な励磁電流を供給することで、アーマチャ軸３０の摺動
に伴うエネルギの損失を補って、アーマチャ４４が第２
電磁石５２に当接するまでアーマチャ軸３０を変位させ
ることができる。 【００３４】弁体１６は、アーマチャ４４が第２電磁石
５２と当接する際に全開状態となる。従って、電磁駆動
弁２０によれば、アッパコイル４８への励磁電流の供給
を停止した後、所定のタイミングでロアコイル５４への
励磁電流の供給を開始することで、少ない消費電力で弁
体１６を全閉状態から全開状態に変化させることができ
る。 【００３５】弁体１６が全開状態に変化した後、ロアコ
イル５４への励磁電流の供給が停止されると、弁体１６
は、単振動の動作に従って全閉位置に向けて変位し始め
る。以後、適当なタイミングで、アッパコイル４８およ
びロアコイル５４に繰り返し励磁電流を供給すると、少
ない消費電力で弁体１６を開閉動作させることができ
る。 【００３６】ところで、アッパコイル４８への励磁電流
の供給を停止した後ある程度の期間は、第１電磁石４６
には残留磁気が残存する。同様に、ロアコイル５４への
励磁電流の供給を停止した後ある程度の期間は、第２電
磁石５２に残留磁気が残存する。電磁駆動弁１２におい
て優れた応答性を確保するためには、励磁電流の供給を
停止した後、それらの残留磁気が速やかに消滅すること
が望ましい。 【００３７】第１電磁石４６に残存する残留磁気を速や
かに消滅させるためには、アッパコイル４８への励磁電
流の供給を停止した後、アッパコイル４８に、所定期間
だけ励磁電流を逆向きに流通させることが有効である。
同様に、第２電磁石５２に残存する残留磁気を速やかに
消滅させるためには、ロアコイル５４への励磁電流の供
給を停止した後、ロアコイル５４に、所定期間だけ励磁
電流を逆向きに流通させることが有効である。 【００３８】図３は、上記の観点より電磁駆動弁１２に
おいて用いられている励磁電流の流通パターン（図３
（Ａ），（Ｂ））、および、その流通パターンにより得
られる弁体１６の変位パターン（図３（Ｃ））を示す。
図３（Ａ）に示す如く、アッパコイル４８に供給される
励磁電流は、弁体１６が全閉位置に維持されるべき保持
期間においては所定の保持電流Ｉ_H （＞０）に制御され
る。保持電流Ｉ_H は、♯４トランジスタ９２をオン状態
とし、かつ、♯１トランジスタ８６を、保持電流Ｉ_H に
対応するデューティ比Dutyでデューティ駆動することに
より生成される。 【００３９】アッパコイル４８に供給される励磁電流
は、弁体１６を全閉位置から開弁させる要求が生じた時
点で、保持電流Ｉ_H と逆向きの消磁電流Ｉ_R （＜０）に
制御される。消磁電流Ｉ_R は、♯３トランジスタ９０を
オン状態とし、かつ、♯２トランジスタ８８を、消磁電
流Ｉ_R に対応するデューティ比Dutyでデューティ駆動す
ることにより生成される。 【００４０】また、アッパコイル４８を流れる励磁電流
は、弁体１６が全開位置から全閉位置に向けて変位する
吸引期間（図３（Ａ）中に矢線で示す期間）において、
所定期間だけ所定値Ｉ_MAX に制御される。そして、その
励磁電流は、弁体１６が全閉位置に到達する時期とほぼ
同期して上記の保持電流Ｉ_H と一致するように制御され
る。上記の制御は、♯４トランジスタ９２をオン状態と
し、かつ、♯１トランジスタ８６を、所定値Ｉ_MAX に対
応するデューティ比Dutyで、または、励磁電流をＩ_MAX
からＩ_H に減少させる過程で発生させるべき電流値に応
じたデューティ比Dutyで駆動することにより実現され
る。 【００４１】図３（Ｂ）に示す如く、ロアコイル５４に
供給される励磁電流は、弁体１６が全閉位置から全開位
置に向けて変位する吸引期間（図３（Ｂ）中に矢線で示
す期間）において、所定期間だけ所定値Ｉ_MAX に維持さ
れた後、所定の保持電流Ｉ_Hに向けて低下するように制
御される。また、その励磁電流は、弁体１６を全開位置
に維持すべき保持期間において保持電流Ｉ_H に維持さ
れ、弁体１６を全開位置から閉弁させる要求が生じた際
に逆方向に向かう消磁電流Ｉ_R に制御される。上記の励
磁電流は、ロアコイル５４に対応する制御回路を、アッ
パコイル４８に対応する制御回路８０と同様に駆動する
ことで実現される。 【００４２】アッパコイル４８を流れる励磁電流、およ
び、ロアコイル５４を流れる励磁電流が、図３（Ａ）お
よび図３（Ｂ）に示す如く制御されると、大きな消費電
力を伴うことなく、優れた応答性をもって弁体１６を開
閉動作させることができる。従って、本実施例のシステ
ムによれば、電磁駆動弁１２に、優れた省電力特性と優
れた応答性とを付与することができる。 【００４３】電磁駆動弁１２において、弁体１６が全開
位置または全開位置に向かって変位する際の作動特性
は、吸引期間中にアッパコイル４８またはロアコイル５
４に供給される励磁電流に大きく影響される。このた
め、弁体１６が全閉位置または全開位置に到達するタイ
ミングのバラツキを抑制し、また、弁体１６が全閉位置
または全開位置に到達する際に発生する着座音を抑制す
るうえでは、吸引期間中にアッパコイル４８またはロア
コイル５４に供給される励磁電流を精度良く制御するこ
とが重要である。 【００４４】本実施例のシステムにおいて、アッパコイ
ル４８に供給される励磁電流の制御精度は、♯１トラン
ジスタ８６がデューティ駆動される際の制御周波数が高
いほど向上する。同様に、ロアコイル５４に供給される
励磁電流の制御精度は、♯２トランジスタ８８がデュー
ティ駆動される際の制御周波数が高いほど向上する。従
って、電磁駆動弁１２の作動を高精度に制御するうえで
は、吸引期間中に用いられる制御周波数が高周波数であ
ることが望ましい。 【００４５】これに対して、弁体１６が全開位置または
全閉位置に保持されている場合は、アッパコイル４８ま
たはロアコイル５４に供給される励磁電流が多少変化し
ても、弁体１６の保持状態を維持することが可能であ
る。このため、電磁駆動弁１２においては、必ずしも保
持期間中における励磁電流を精度良く制御する必要はな
い。従って、保持期間中は、電磁駆動弁１２の制御性を
確保するために高い制御周波数を用いることは要求され
ない。 【００４６】ＥＣＵ１０に内蔵される♯１〜♯４トラン
ジスタ８６〜９２は、そのオン・オフ状態が切り換えら
れる際に、スイッチングロスにより熱を発生する。すな
わち、♯１〜♯４トランジスタ８６〜９２は、そのオン
・オフ状態が切り換えられる際に、外部から供給されて
いる電気エネルギの一部を熱エネルギに変換して消費す
る。従って、♯１〜第４トランジスタ８６〜９２の発熱
量を抑制し、また、電磁駆動弁１２の省電力特性を高め
るためには、♯１〜♯４トランジスタ８６〜９２のオン
・オフ状態の切り換え頻度を低く抑えることが有効であ
る。 【００４７】本実施例のシステムにおいて、♯３トラン
ジスタ９０および♯４トランジスタ９２のオン・オフ状
態が切り換えられる頻度は、弁体１６を開閉動作させる
周波数により、すなわち、内燃機関の機関回転数により
決定される。一方、♯１トランジスタ８６および♯２ト
ランジスタ８８がのオン・オフ状態が切り換えられる頻
度は、それらがデューティ駆動される際の制御周波数に
より決定される。従って、電磁駆動弁１２の作動に伴う
発熱量を抑制し、かつ、電磁駆動弁１２の省電力特性の
向上を図るうえでは、♯１トランジスタ８６および♯２
トランジスタ８８を低い制御周波数でデューティ駆動す
ることが有効である。 【００４８】上述の如く、電磁駆動弁１２においては、
吸引期間中に高い制御周波数が要求されると共に、保持
期間中は高い制御周波数が要求されない。このため、吸
引期間中に高い制御周波数を用い、かつ、吸引期間を除
く他の期間中に低い制御周波数を用いることとすれば、
電磁駆動弁１２の制御性を何ら損なうことなく、電磁駆
動弁１２の作動に伴う発熱量を抑制し、かつ、電磁駆動
弁１２の省電力特性を高めることができる。 【００４９】本実施例のシステムは、上記の観点より、
吸引期間中とその他の期間中とで、励磁電流のデューテ
ィ制御に用いられる制御周波数を変更する点に特徴を有
している。以下、図４を参照して、上記の特徴部につい
て説明する。図４は、上記の機能を実現すべくＥＣＵ１
０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４に示すルーチンは、内燃機関のクランク角が所
定角だけ変化する毎に起動されるルーチンである。図４
に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１００の
処理が実行される。 【００５０】ステップ１００では、電磁駆動弁１２が吸
引期間中か否かが判別される。本ステップ１００では、
具体的には、今回の処理サイクル以前にアッパコイル４
８またはロアコイル５４に所定値Ｉ_MAX の励磁電流を供
給することが要求されており、かつ、未だ弁体１６が全
閉位置または全開位置に到達していない場合に電磁駆動
弁１２が吸引期間中であると判別される。本ステップ１
００で電磁駆動弁１２が吸引期間中であると判別される
場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。一
方、電磁駆動弁１２が吸引期間中でないと判別される場
合は、次にステップ１０４の処理が実行される。 【００５１】ステップ１０２では、デューティ駆動の制
御周波数Ｆが高周波数ＦＨに設定される。高周波数ＦＨ
は、吸引期間において励磁電流に十分な精度を付与し得
る周波数である。ステップ１０４では、デューティ駆動
の制御周波数Ｆが低周波数ＦＬに設定される。低周波数
ＦＬは、弁体１６を全開位置または全閉位置に安定に保
持するうえで最低限必要な精度を励磁電流に付与するた
めの周波数である。 【００５２】ステップ１０６では、励磁電流のデューテ
ィ制御に用いるべきデューティ比Dutyが読み込まれる。
デューティ比Dutyは、内燃機関のクランク角に基づいて
他のルーチンにおいて演算された値である。ステップ１
０８では、スイッチング素子を駆動する処理が実行され
る。具体的には、アッパコイル４８またはロアコイル５
４に対応する制御回路が備える♯１〜♯４トランジスタ
８６〜９２を、発生させるべき励磁電流の向きおよび大
きさに基づいてデューティ駆動またはオン・オフ駆動す
る処理が実行される。本ステップ１０８の処理が終了す
ると、今回のルーチンが終了される。 【００５３】上記ステップ１０８において、スイッチン
グ素子のデューティ駆動（♯１トランジスタ８６または
♯２トランジスタ８８のデューティ駆動）は、上記ステ
ップ１０２または１０４で定められた制御周波数で、か
つ、上記ステップ１０６で定められたデューティ比Duty
で行われる。上記の処理によれば、吸引期間中は励磁電
流を高精度に制御するうえで有利な状況を形成し、か
つ、その他の期間中はスイッチングロスを抑制するうえ
で有利な状況を形成することができる。従って、本実施
例のシステムによれば、弁体１６の開閉動作に関する制
御精度を何ら損なうことなく、電磁駆動弁１２の作動に
伴うスイッチングロスを抑制して、電磁駆動弁１２に優
れた省電力特性を付与することができる。 【００５４】尚、上記の実施例においては、アッパコイ
ル４８およびロアコイル５４が前記請求項１記載の「電
磁コイル」に相当すると共に、ＥＣＵ１０が上記ステッ
プ１０８において♯１トランジスタ８６または♯２トラ
ンジスタ８８をデューティ駆動することにより前記請求
項１記載の「デューティ駆動手段」が、ＥＣＵ１０が上
記ステップ１００〜１０４の処理を実行することにより
前記請求項１記載の「制御周波数変更手段」が、それぞ
れ実現されている。 【００５５】また、上記の実施例においては高周波数Ｆ
Ｈが前記請求項１記載の「第１の周波数」に、低周波数
ＦＬが前記請求項１記載の「第２の周波数」にそれぞれ
相当していると共に、ＥＣＵ１０が上記ステップ１００
および１０２の処理を実行することにより前記請求項１
記載の「第１周波数設定手段」が、ＥＣＵ１０が上記ス
テップ１００および１０４の処理を実行することにより
前記請求項１記載の「第２周波数設定手段」が、それぞ
れ実現されている。 【００５６】次に、図５および図６を参照して、本発明
の第２実施例について説明する。図５は、本実施例のシ
ステムが備える電子制御ユニット１１０（以下、ＥＣＵ
１１０と称す）の回路図を示す。本実施例のシステム
は、上記図１に示すシステム構成において、ＥＣＵ１０
に代えてＥＣＵ１１０を用いることにより実現される。
尚、図５において上記図２に示す構成部分と同一の部分
には同一の符号を付してその説明を省略する。 【００５７】ＥＣＵ１１０はファンクションジェネレー
タ１１２，１１４（以下、ＦＧ１１２，１１４と称す）
を備えている。ＦＧ１１２およびＦＧ１１４は、出力ポ
ート６８に接続されている。出力ポート６８は、ＦＧ１
１２およびＦＧ１１４に対してスイッチ切り換え信号Ｖ
ｓを出力する。ＦＧ１１２とＦＧ１１４とは、構成およ
び動作において異なるとことがない。このため、以下の
記載においては、ＦＧ１１２の構成および動作のみを説
明する。 【００５８】ＦＧ１１２は、出力電圧Ｅｏを繰り返し三
角波形状に変化させる回路である。ＦＧ１１２は、スイ
ッチ切り換え信号Ｖｓの電圧値に応じて、出力信号Ｅｏ
を三角波形状に変化させる周波数を、高周波数ＦＨまた
は低周波数ＦＬの一方に設定する。ＦＧ１１２は、第１
オペアンプ１１６を備えている。第１オペアンプ１１６
の反転入力端子はＥＣＵ１１０内部で接地されている。
また、第１オペアンプ１１６の出力端子は、スイッチ回
路１１８に接続されている。スイッチ回路１１８には、
第１スイッチ１２０および第２スイッチ１２２が内蔵さ
れている。第１スイッチ１２０および第２スイッチ１２
２は、ハイレベルの信号が供給されることによりオン状
態となるスイッチである。第１スイッチ１２０には出力
ポート６８が接続されている。一方、第２スイッチ１２
２には、インバータ１２４を介して出力ポート１２２が
接続さている。従って、出力ポート６８からハイレベル
のスイッチ切り換え信号Ｖｓが出力される場合は第１ス
イッチ１２０がオン状態となり、一方、出力ポート６８
からローレベルのスイッチ切り換え信号Ｖｓが出力され
る場合は、第２スイッチ１２２がオン状態となる。 【００５９】第１スイッチ１２０には、第１抵抗器１２
６が接続されている。一方、第２スイッチ１２２には、
第２抵抗器１２８が接続されている。第１抵抗器１２６
は所定の抵抗値Ｒ₁ を有している。一方、第２抵抗器１
２８は抵抗値Ｒ₁ に比して大きな所定の抵抗値Ｒ₂ を有
している。第１抵抗器１２６および第２抵抗器１２８
は、共に第２オペアンプ１３０の反転入力端子に接続さ
れている。 【００６０】第２オペアンプの非反転入力端子はＥＣＵ
１１０内部で接地されている。第２オペアンプ１３０の
反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ１３２
が配設されている。また、第２オペアンプ１３０の出力
端子は、抵抗器１３４を介して第１オペアンプ１１６の
非反転入力端子に接続されている。更に、第１オペアン
プ１１６の非反転入力端子と出力端子との間には抵抗器
１３６が配設されている。以下、第１オペアンプ１１６
の出力端子に現れる電圧を出力電圧Ｅｓと称す。 【００６１】ＥＣＵ１０は、コンパレータ１３８，１４
０を備えている。コンパレータ１３８，１４０の負極端
子には、それぞれ、ＦＧ１１２の出力電圧ＥｏおよびＦ
Ｇ１１４の出力電圧Ｅｏが供給されている。また、コン
パレータ１３８，１４０の正極端子には、出力ポート６
８から比較電圧Ｖｒｅｆが供給されている。コンパレー
タ１３８，１４０は、出力電圧Ｅｏが比較電圧Ｖｒｅｆ
に比して高い場合に、その出力端子にローレベルの電圧
を出力する。また、コンパレータ１３８，１４０は、出
力電圧Ｅｏが比較電圧Ｖｒｅｆに比して低い場合に、そ
の出力端子にハイレベルの電圧を出力する。コンパレー
タ１３８の出力端子は、制御回路８０が備える♯２トラ
ンジスタ８８のベース端子に接続されている。一方、コ
ンパレータ１４０の出力端子は、♯１トランジスタ８６
のベース端子に接続されている。 【００６２】ＦＧ１１２，１１４、コンパレータ１３
８，１４０、駆動回路７６，７８および制御回路８０
は、アッパコイル４８に励磁電流を供給するための回路
である。ＥＣＵ１０は、これらと同様の回路をロアコイ
ル５４に対応して備えている。アッパコイル４８に対応
する回路とロアコイル５４に対応する回路とは、構成お
よび動作において異なるところがない。このため、ロア
コイル５４に対応する回路についてはその説明を省略す
る。 【００６３】次に、ＥＣＵ１１０の動作について説明す
る。ＥＣＵ１１０において、第１オペアンプ１１６はシ
ュミット回路として機能する。このため、その出力端子
には、＋側の飽和出力電圧（以下、＋Ｅｓと称す）また
は−側の飽和出力電圧（以下、−Ｅｓと称す）の何れか
が現れる。上述の如く、ＥＣＵ１１０の出力ポート６８
がハイレベルのスイッチ切り換え信号Ｖｓを出力してい
る場合は、第１スイッチ１２０がオン状態となる。従っ
て、スイッチ切り換え信号Ｖｓがハイレベルである場合
は、第１抵抗器１２６に＋Ｅｓまたは−Ｅｓの電圧が印
加される。 【００６４】第２オペアンプ１３０の反転入力端子の電
位と非反転入力端子の電位とはイマジナリショートによ
りほぼ等電位に維持される。このため、第２オペアンプ
１３０の反転入力端子の電位は常に接地電位に維持され
る。この際、第１抵抗器１２６には、次式で表される電
流ｉがを流通する。尚、電流ｉの向きは、第２オペアン
プ１３０に流れ込む方向を正とする。 【００６５】 ｉ＝Ｅｓ／Ｒ₁ ・・・（１） ＥＣＵ１１０において、第２オペアンプ１３０およびコ
ンデンサ１３２は、積分器として機能する。すなわち、
上記の如く第１抵抗器１２６に電流ｉが流通する場合、
第２オペアンプ１３０およびコンデンサ１３２は、第２
オペアンプ１３０の出力電圧Ｅｏに、次式で表される変
化ΔＥｏ、すなわち、電流ｉの積分値に相当する変化が
現れるように機能する。 【００６６】 ΔＥｏ＝−∫ｉdt ＝−∫（Ｅｓ／Ｒ₁ ）dt ・・・（２） 従って、第２オペアンプ１３０の出力電圧Ｅｏは、第１
抵抗器１２６に電圧＋Ｅｓが印加されている間は時間の
経過と共に一定の勾配で減少し続ける。また、その出力
電圧Ｅｏは、第１抵抗器１２６に電圧−Ｅｓが印加され
ている間は時間の経過と共に一定の勾配で増加し続け
る。 【００６７】第１オペアンプ１１６は、非反転入力端子
に印加される電圧が接地電位に比して高い場合に出力電
圧＋Ｅｓを発生する。ところで、第１オペアンプ１１６
の非反転入力端子には、第２オペアンプ１３０の出力電
圧Ｅｏと第１オペアンプ１１６の出力電圧Ｅｓとの差圧
を、２つの抵抗器１３４，で分圧して得られる電圧（以
下、分圧電圧と称す）が印加される。 【００６８】第１オペアンプ１１６が出力電圧＋Ｅｓを
出力している間は、上述の如く、第２オペアンプ１３０
の出力電圧Ｅｏが時間の経過と共に減少する。分圧電圧
は、第２オペアンプ１３０の出力電圧Ｅｏが減少するに
連れて減少する。このため、第１オペアンプ１１６が出
力電圧＋Ｅｓを出力する状態が継続すると、分圧電圧は
やがて接地電位に比して低い電位に到達する。 【００６９】分圧電圧が接地電位に比して低い電位に到
達すると、第１オペアンプ１１６は、その出力電圧Ｅｓ
を＋Ｅｓから−Ｅｓに反転させる。第１オペアンプ１１
６の出力電圧Ｅｓが＋Ｅｓから−Ｅｓに反転すると、分
圧電圧は、所定値だけステップ状に低下する。このた
め、第１オペアンプ１１６は、以後、安定して出力電圧
−Ｅｓを出力し続ける。 【００７０】第１オペアンプ１１６が出力電圧−Ｅｓを
出力する間は、第２オペアンプ１３０の出力電圧Ｅｏが
一定の勾配で増加し続ける。分圧電圧は、第２オペアン
プ１３０の出力電圧Ｅｏが増加するに連れて増加する。
このため、第１オペアンプ１１６が出力電圧−Ｅｓを出
力する状態が継続すると、分圧電圧は、再び接地電位を
超える電位に復帰する。以後、上述した状態が繰り返さ
れることにより、所定の周期で繰り返し増減する三角波
形状の出力信号Ｅｏが生成される。 【００７１】ＦＧ１１２において、出力信号Ｅｏの増減
が繰り返される周波数は、第１オペアンプ１１６側から
第２オペアンプ１３０側へ流れ込む電流ｉの値に応じて
変化する。従って、その周波数は、第１オペアンプ１１
６の出力電圧Ｅｓが第１抵抗器１２６に印加される場合
と第２抵抗器１２８に印加される場合とで、すなわち、
第１スイッチ１２０がオン状態である場合と第２スイッ
チ１２２がオン状態である場合とで異なる値となる。 【００７２】第１スイッチ１２０がオン状態である場合
に得られる周波数ＦＨおよび第２スイッチ１２２がオン
状態である場合に得られる周波数ＦＬは、それぞれ次式
の如く表すことができる。尚、次式においてＫは、コン
デンサ１３２の容量および抵抗器１３４，１３６の抵抗
値によって定まる定数である。 ＦＨ＝Ｋ／Ｒ₁ ・・・（３） ＦＬ＝Ｋ／Ｒ₂ ・・・（４） 本実施例において、第１抵抗器１２６の抵抗値Ｒ₁ は第
２抵抗器１２８の抵抗値Ｒ₂ に比して小さな値に設定さ
れている。このため、周波数ＦＨは、周波数ＦＬに比し
て高周波である。従って、ＥＣＵ１１０によれば、第１
スイッチ１２０をオン状態とすることで出力電圧Ｅｏを
高い周波数ＦＨで変化させることができ、また、第２ス
イッチ１２２をオン状態とすることで出力信号Ｅｏを低
い周波数ＦＬで変化させることができる。 【００７３】上述の如く、ＦＧ１１４は、ＦＧ１１２と
同様に機能する。従って、ＥＣＵ１１０によれば、ＦＧ
１１２およびＦＧ１１４にハイレベルのスイッチ切り換
え信号Ｖｓを供給することで、ＦＧ１１２，１１４の出
力信号Ｅｏを高い周波数ＦＨで変動させることができ
る。また、ＦＧ１１２およびＦＧ１１４にローレベルの
スイッチ切り換え信号Ｖｓを供給することで、ＦＧ１１
２，１１４の出力信号Ｅｏを低い周波数ＦＨで変動させ
ることができる。 【００７４】コンパレータ１３８，１４０には、それぞ
れ、アッパコイル４８に逆方向に流通させるべき励磁電
流の値、または、正方向に流通させるべき励磁電流の値
に応じた比較電圧Ｖｒｅｆが供給される。コンパレータ
１３８，１４０は、それらの比較電圧ＶｒｅｆとＦＧ１
１２，１１４から供給される出力電圧Ｅｏとを比較して
デューティ信号を発生する。 【００７５】コンパレータ１３８，１４０から出力され
るデューティ信号は、出力電圧Ｅｏの変動周波数と同じ
周波数で繰り返される。従って、ＥＣＵ１１０によれ
ば、ＦＧ１１２およびＦＧ１１４にハイレベルのスイッ
チ切り換え信号Ｖｓを供給することで、高周波数ＦＨを
制御周波数とするデューティ信号を生成し、また、ＦＧ
１１２およびＦＧ１１４にローレベルのスイッチ切り換
え信号Ｖｓを供給することで、低周波数ＦＬを制御周波
数とするデューティ信号を生成することができる。 【００７６】図６は、本実施例のシステムにおいてＥＣ
Ｕ１１０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６に示すルーチンは、図６に示すルーチン
は、内燃機関のクランク角が所定角だけ変化する毎に起
動されるルーチンである。図４に示すルーチンが起動さ
れると、先ずステップ１５０の処理が実行される。ステ
ップ１５０では、電磁駆動弁１２が吸引期間中か否かが
判別される。その結果、電磁駆動弁１２が吸引期間中で
あると判別される場合は次にステップ１５２の処理が実
行される。一方、電磁駆動弁１２が吸引期間中でないと
判別される場合は次にステップ１５４の処理が実行され
る。 【００７７】ステップ１５２では、ＦＧ１１２，１１４
に対してハイレベルのスイッチ切り換え信号Ｖｓが供給
される。本ステップ１５２の処理が実行されると、第１
スイッチ１２０がオン状態となり、高周波数ＦＨを制御
周波数とするデューティ信号を発生し得る状態が形成さ
れる。ステップ１５４では、ＦＧ１１２，１１４に対し
てローレベルのスイッチ切り換え信号Ｖｓが供給され
る。本ステップ１５４の処理が実行されると、第２スイ
ッチ１２２がオン状態となり、低周波数ＦＬを制御周波
数とするデューティ信号を発生し得る状態が形成され
る。 【００７８】ステップ１５６では、励磁電流のデューテ
ィ制御に用いるべきデューティ比Dutyが読み込まれる。
デューティ比Dutyは、内燃機関のクランク角に基づいて
他のルーチンにおいて演算された値である。ステップ１
５８では、デューティ比Dutyに応じた比較電圧Ｖｒｅｆ
がコンパレータ１３８，１４０に供給される。本ステッ
プ１５８では、具体的には、例えばアッパコイル４８に
正方向の励磁電流を流通させるべき状況下ではコンパレ
ータ１４０に比較電圧Ｖｒｅｆが供給される。また、例
えば、アッパコイル４８に逆方向の励磁電流を流通させ
るべき状況下ではコンパレータ１３８に比較電圧Ｖｒｅ
ｆが供給される。 【００７９】上記の処理によれば、例えば、アッパコイ
ル４８に正方向の励磁電流を流通させるべき状況下では
♯１トランジスタ８６にデューティ比Dutyを有するディ
ーティ信号を供給することができる。また、例えば、ア
ッパコイル４８に逆方向の励磁電流を流通させるべき状
況下では♯２トランジスタ８８にデューティ比Dutyを有
するディーティ信号を供給することができる。 【００８０】ステップ１６０では、♯３トランジスタ９
０または♯４トランジスタ９２をオン状態に駆動する処
理が実行される。本ステップ１６０では、具体的には、
例えば、アッパコイル４８に正方向の励磁電流を流通さ
せるべき状況下では♯４トランジスタ９２がオン状態に
駆動される。また、例えば、アッパコイル４８に逆方向
の励磁電流を流通させるべき状況下では♯３トランジス
タ９０がオン状態に駆動される。本ステップ１６０の処
理が終了すると、今回のルーチンが終了される。 【００８１】上記の処理によれば、アッパコイル４８お
よびロアコイル５４に対して、適正に正方向および逆方
向の励磁電流を流通させ、かつ、その励磁電流の値を適
正値に制御することができる。また、上記の処理によれ
ば、吸引期間中は励磁電流を高精度に制御するうえで有
利な状況を形成し、かつ、その他の期間中はスイッチン
グロスを抑制するうえで有利な状況を形成することがで
きる。従って、本実施例のシステムによれば、第１実施
例の場合と同様に、弁体１６の開閉動作に関する制御精
度を何ら損なうことなく、電磁駆動弁１２の作動に伴う
スイッチングロスを抑制して、電磁駆動弁１２に優れた
省電力特性を付与することができる。 【００８２】尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ１１
０がコンパレータ１３８，１４０からデューティ信号を
出力させることにより前記請求項１記載の「デューティ
駆動手段」が、ＥＣＵ１１０が上記ステップ１５０〜１
５４の処理を実行して第１スイッチ１２０と第２スイッ
チ１２２のオン・オフ状態を制御することにより前記請
求項１記載の「制御周波数変更手段」が、それぞれ実現
されている。 【００８３】また、上記の実施例においては高周波数Ｆ
Ｈが前記請求項１記載の「第１の周波数」に、低周波数
ＦＬが前記請求項２記載の「第２の周波数」にそれぞれ
相当していると共に、ＥＣＵ１０が上記ステップ１５０
および１５２の処理を実行することにより前記請求項１
記載の「第１周波数設定手段」が、ＥＣＵ１０が上記ス
テップ１５０および１５４の処理を実行することにより
前記請求項１記載の「第２周波数設定手段」が、それぞ
れ実現されている。 【００８４】 【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、電磁コイルのデューティ駆動の制御周波数を変更す
ることにより、励磁電流に要求される制御精度を満足し
つつ、スイッチングロスを少量に抑制することができ
る。また、弁体の変位中および非変位中において励磁電
流に十分な制御精度を確保しつつ、電磁コイルのデュー
ティ駆動に伴うスイッチングロスを少量に抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１実施例の電磁駆動弁制御装置のシ
ステム構成図である。 【図２】図１に示す電子制御ユニット（ＥＣＵ）の内部
構造を表す回路図である。 【図３】図１に示す電磁駆動弁の動作を説明するための
タイムチャートである。 【図４】本発明の第１実施例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。 【図５】本発明の第２実施例の電磁駆動弁制御装置が備
える電子制御ユニット（ＥＣＵ）の内部構造を表す回路
図である。 【図６】本発明の第２実施例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；１１０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） １２ 電磁駆動弁 １６ 弁体 ４８ アッパコイル ５４ ロアコイル ８０ 制御回路 ８６ ♯１トランジスタ ８８ ♯２トランジスタ ９０ ♯３トランジスタ ９２ ♯４トランジスタ １１２，１１４ ファンクションジェネレータ（ＦＧ） １３８，１４０ コンパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−284626（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−248296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−65048（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 9/04 F16K 31/06 385 F16K 31/06 310 F02D 11/10 F02D 13/02 F02D 41/20

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 電磁コイルの発する電磁力を用いて弁体
   を開閉動作させる電磁駆動弁制御装置において、 前記電磁コイルをデューティ駆動するデューティ駆動手
   段と、 前記デューティ駆動の制御周波数を変更する制御周波数
   変更手段と、を備え、 前記制御周波数変更手段が、 前記弁体が変位中である場合に前記制御周波数を第１の
   周波数とする第１周波数設定手段と、 前記弁体が非変位中である場合に前記制御周波数を、前
   記第１の周波数に比して低い第２の周波数とする第２周
   波数設定手段と、を備える ことを特徴とする電磁駆動弁
   制御装置。