JP3846383B2 - 電磁アクチュエータの駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対をなす各コイルへの通電に基づいて電磁アクチュエータを駆動する電磁アクチュエータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の駆動装置によって駆動される電磁アクチュエータとしては、たとえば内燃機関の吸排気を行う機関バルブの開閉駆動に用いられる電磁バルブがある（たとえば特開平８−２８４６２６号公報参照）。これら電磁バルブは、弁体と一体に変位するアーマチャと、これを変位端となる相対する位置に向けて付勢すべく配設される１対のコイルとを備えている。そして、上記電磁バルブは、この１対のコイルへの通電制御を行う駆動回路を備えて構成される駆動装置によって開閉駆動される。
【０００３】
ここで、こうした内燃機関の機関バルブとして用いられる電磁バルブの構成およびその動作について、図１０〜図１４を使って簡単に説明する。
図１０は、上記電磁バルブが機関バルブとして適用された内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）１０２およびその制御系の概略構成を表すブロック図である。図１１はエンジン１０２の縦断面図（図１２におけるＸ−Ｘ断面）、図１２は図１１におけるＹ−Ｙ断面図を示している。
【０００４】
エンジン１０２は、自動車の原動機として同車両に搭載されているものである。このエンジン１０２は４つの気筒１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄを有している。各気筒１０２ａ〜１０２ｄには、図１１に示されるように、シリンダブロック１０４、シリンダブロック１０４内で往復動するピストン１０６、シリンダブロック１０４上に取り付けられたシリンダヘッド１０８、およびこれらによって囲まれた内部空間である燃焼室１１０がそれぞれ形成されている。
【０００５】
そして各燃焼室１１０には、図１０または図１２に示されるように、それぞれ第１吸気バルブ１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｅ，１１２ｇ、第２吸気バルブ１１２ｂ，１１２ｄ，１１２ｆ，１１２ｈ、第１排気バルブ１１６ａ，１１６ｃ，１１６ｅ，１１６ｇ、および第２排気バルブ１１６ｂ，１１６ｄ，１１６ｆ，１１６ｈが設けられている。これらの各弁１１２ａ〜１１２ｈ，１１６ａ〜１１６ｈが上記電磁バルブとして構成されている。このうち、第１吸気バルブ１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｅ，１１２ｇは第１吸気ポート１１４ａを開閉し、第２吸気バルブ１１２ｂ，１１２ｄ，１１２ｆ，１１２ｈは第２吸気ポート１１４ｂを開閉し、第１排気バルブ１１６ａ，１１６ｃ，１１６ｅ，１１６ｇは第１排気ポート１１８ａを開閉し、第２排気バルブ１１６ｂ，１１６ｄ，１１６ｆ，１１６ｈは第２排気ポート１１８ｂを開閉するように配設されている。
【０００６】
また、同図１０に示されるように、各気筒１０２ａ〜１０２ｄの第１吸気ポート１１４ａおよび第２吸気ポート１１４ｂは吸気マニホールド１３０内に形成された吸気通路１３０ａを介してサージタンク１３２に接続されている。各吸気通路１３０ａにはそれぞれ燃料噴射バルブ１３４が配置されて、第１吸気ポート１１４ａおよび第２吸気ポート１１４ｂに対して必要な量の燃料を噴射可能としている。
【０００７】
また、サージタンク１３２は吸気ダクト１４０を介してエアクリーナ１４２に連結され、吸気ダクト１４０内にはモータ１４４（ＤＣモータまたはステップモータ）によって駆動されるスロットル弁１４６が配置されている。このスロットル弁１４６の開度（スロットル開度ＴＡ）はスロットル開度センサ１４６ａにより検出され、スロットル弁１４６はエンジン１０２の運転状態やアクセルペダル１７４の操作に応じてその開度が制御される。
【０００８】
また、各気筒１０２ａ〜１０２ｄの第１排気ポート１１８ａおよび第２排気ポート１１８ｂは排気マニホールド１４８に連結されている。そして、この排気マニホールド１４８に排出された排気は、触媒コンバータ１５０を介して外部に排出される。
【０００９】
一方、上記エンジン１０２の運転状態は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）１６０により制御されている。このＥＣＵ１６０は、双方向性バス１６２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１６４、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１６６、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１６８、入力ポート１７０、および出力ポート１７２を備えて構成されている。
【００１０】
このような構成のＥＣＵ１６０に対して、エンジン１０２を運転するための各種信号が入力されている。
まず、スロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ１４６ａからは、スロットル弁１４６の開度に対応した出力がＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１７０に入力されている。また、アクセルペダル１７４にはアクセル開度センサ１７６が取り付けられ、このアクセル開度センサ１７６からは、アクセルペダル１７４の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）に対応した出力がＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１７０に入力されている。また、上死点センサ１８０からは、気筒１０２ａ〜１０２ｄにあって往復運動する各ピストン１０６が上死点に達したときに出力パルスが発生され、この出力パルスが入力ポート１７０に入力されている。また、クランク角センサ１８２からは、クランクシャフトが３０°回転する毎に出力パルスが発生され、この出力パルスが入力ポート１７０に入力されている。そしてＭＰＵ１６８は、これら上死点センサ１８０の出力パルスとクランク角センサ１８２の出力パルスとに基づいて、現在のクランク角を計算し、またクランク角センサ１８２から出力される出力パルスの頻度に基づいてエンジン１０２の回転速度を計算する。
【００１１】
さらに、吸気ダクト１４０には、吸入空気量センサ１８４が設けられ、この吸入空気量センサ１８４からは、吸気ダクト１４０を流れる吸入空気量ＧＡに対応した出力がＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１７０に入力されている。また、エンジン１０２のシリンダブロック１０４には水温センサ１８６が設けられ、この水温センサ１８６からは、エンジン１０２の冷却水温度ＴＨＷが検出されて冷却水温度ＴＨＷに対応した出力がＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１７０に入力されている。また、排気マニホールド１４８には空燃比センサ１８８が設けられ、この空燃比センサ１８８からは、空燃比に対応した出力がＡＤ変換器１７３を介して入力ポート１７０に入力されている。
【００１２】
なお、上記以外にも入力ポート１７０には、各種の信号が入力されているが、図１０においてはその図示を割愛している。
一方、ＥＣＵ１６０からは、エンジン１０２を運転するために必要な各種信号が出力されている。
【００１３】
まず、出力ポート１７２からは、気筒１０２ａ〜１０２ｄに各々対応して設けられた燃料噴射バルブ１３４に対し、駆動部１９０を介して各燃料噴射バルブ１３４の開弁制御を行う指令が出力される。また、出力ポート１７２からは、吸気バルブ１１２ａ〜１１２ｈおよび各排気バルブ１１６ａ〜１１６ｈとして設けられた電磁バルブについて、その各々に対応して設けられた駆動用コイルに通電を行うために、駆動部１９２を介してそれら各バルブの開閉制御を行う指令が出力される。さらに、出力ポート１７２からは、モータ１４４に対し駆動部１９３を介してスロットル弁１４６の開度制御を行う指令が出力される。
【００１４】
なお、上記以外にも出力ポート１７２からは、各種の信号が出力されているが、図１０においてはその図示を割愛している。
ここで、上記吸気バルブ１１２ａ〜１１２ｈおよび排気バルブ１１６ａ〜１１６ｈとして設けられている電磁バルブの構成について説明する。これらの電磁バルブは基本的構成が同じであるため、第１吸気バルブ１１２ａを例にその構成を例示する図１３を使って説明する。
【００１５】
第１吸気バルブ１１２ａは、弁体２００、この弁体２００と一体化して形成されている弁軸２００ａ、および電磁駆動部２０２を備えている。弁軸２００ａは、弁体２００とは反対側の端に固定されているロアリテーナ２０４を備えている。そして、シリンダヘッド１０８に形成されたスプリング保持面１０８ａとロアリテーナ２０４との間には、圧縮状態のロアスプリング２０６が配設され、弁体２００および弁軸２００ａを燃焼室１１０から離す方向に、すなわち第１吸気ポート１１４ａを弁体２００が閉じる方向に付勢している。
【００１６】
電磁駆動部２０２は、その中心部分に弁軸２００ａと同軸に配置されたアーマチャシャフト２０８を備えている。そして、このアーマチャシャフト２０８はその一端にて弁軸２００ａと連結されるとともに、そのほぼ中央部分に高透磁率材料からなるアーマチャ２１０が、また弁軸２００ａとの連結部とは反対側の端部にアッパリテーナ２１２が固定されている。そして、このアッパリテーナ２１２とケーシング２１４（図１１参照）に設けられたアッパキャップ２１４ａとの間には、圧縮状態のアッパスプリング２２０が配設され、アーマチャシャフト２０８を弁軸２００ａ側へ付勢している。
【００１７】
上記電磁駆動部２０２の周辺には、アーマチャ２１０を変位させるためのコアおよびこれを例示するコイルが配設されている。
このうち、リング状に形成されたアッパコア２１６は、アッパリテーナ２１２とアーマチャ２１０との間にて、アーマチャシャフト２０８に貫通された態様で電磁駆動部２０２のケーシング２１４内に固定されている。また、同じくリング状に形成されたロアコア２１８は、アーマチャ２１０に対してアッパコア２１６とは反対側においてアーマチャシャフト２０８に貫通された態様で電磁駆動部２０２のケーシング２１４内に固定されている。なお、ケーシング２１４はシリンダヘッド１０８に固定されている。また、アッパコア２１６とロアコア２１８とは、それら各中心部の貫通孔にそれぞれ設けられたブッシュ２１６ａ，２１８ａにより、アーマチャシャフト２０８を摺動可能に保持している。そして、アッパコア２１６を励磁するアッパコイル２２２ａへの通電にともなってアッパコア２１６とアーマチャ２１０との間に吸引力が発生し、この吸引力に基づくに基づくアーマチャ２１０のアッパコア２１６側への変位により弁体２００が弁座２２６に着座して第１吸気バルブ１１２ａの閉弁動作がなされる。
【００１８】
一方、ロアコア２１８は高透磁率材料からなり、摺動可能にこれを貫通しているアーマチャシャフト２０８を中心に、アーマチャ２１０側に開口するリング状の溝２１８ｂが形成され、同溝２１８ｂ内には励磁用のロアコイル２２４ａが配設されている。そして、ロアコア２１８を励磁するロアコイル２２４ａへの通電にともなってロアコア２１８とアーマチャ２１０との間に吸引力が発生し、この吸引力に基づくアーマチャ２１０のロアコア２１８側への変位により弁体２００が弁座２２６から離間方向に摺動して第１吸気バルブ１１２ａの開弁動作がなされる。
【００１９】
なお、図１３には、アッパコイル２２２ａにもロアコイル２２４ａにも励磁電流が供給されていない状態が示されている。この状態では、アーマチャ２１０はアッパコア２１６側にもロアコア２１８側にも当接せず、アーマチャシャフト２０８および弁軸２００ａはアッパスプリング２２０とロアスプリング２０６との付勢の釣り合う中立位置に存在する。このため、弁体２００は弁座２２６から少し離れて、第１吸気ポート１１４ａは半開状態となっている。
【００２０】
このような構成を有する電磁バルブを、図１０に示した吸気バルブ１１２ａ〜１１２ｈおよび排気バルブ１１６ａ〜１１６ｈとして機能させるために、ＥＣＵ１６０は各バルブに対応して設けられたアッパコイルおよびロアコイルに対して駆動部１９２（図１０参照）等を介して通電制御を行う。これにより、それらバルブが、たとえば図１４に示すタイミングチャートのように開閉駆動される。すなわち、図１４に示されるように、このエンジン１０２においては、クランク角センサ１８２により検出されるクランク角に応じて吸気バルブの開閉動作およびそれに続く排気バルブの開閉動作が「＃１→＃３→＃４→＃２」の順に行われてエンジン１０２が運転される。ここで、「＃ｎ」は、エンジン１０２を構成するｎ番気筒を表している。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように、上記吸気バルブ１１２ａ〜１１２ｈおよび排気バルブ１１６ａ〜１１６ｈの開閉駆動は、ＥＣＵ１６０から出力ポート１７２を介して制御信号を出力する駆動部１９２が上述のアッパコイル２２２ａおよびロアコイル２２４ａに接続されて構成される駆動装置により行われる。
【００２２】
上記駆動装置は通常、１つの電磁バルブに対応して設けられる１対のアッパコイル２２２ａおよびロアコイル２２４ａに対して、その通電状態の切り替え制御を行うためのスイッチング素子を有して構成される。そして従来、この種の電磁バルブの駆動装置としては、たとえば特開平１１−１６６６５７号公報に記載されているものが知られている。同公報に記載の電磁バルブの駆動装置にあっては、互いに同期して開閉動作を行う２つの電磁バルブが、最少でも８個のスイッチング素子によって開閉駆動される。すなわちこの場合、たとえば各気筒毎に２つの吸気バルブと２つの排気バルブとが設けられた４気筒エンジンについて、これら機関バルブをすべて電磁バルブにて開閉駆動するためには、合計６４個のスイッチング素子を用いてその駆動回路が構成されることになる。
【００２３】
ところが、上記スイッチング素子として用いられるＦＥＴ（Field Effect Transistor ）やＩＧＢＴ（Isolated Gate Bipolar Transistor）は一般に高価であり、上記駆動装置にあってそれらスイッチング素子が多数用いられることは、駆動装置としての経済性を悪化させる要因となっている。また、こうしたスイッチング素子が数多く使用されればされるほど、駆動装置としての信頼性も低下するようになる。さらに、上記スイッチング素子に対する制御信号であるゲート信号は、高電圧が印加されるスイッチング素子の端子や配線等から確実にその各々を絶縁する必要があるために、その配線に際しては絶縁距離の確保等、格別の配慮が要求される。すなわち、使用するスイッチング素子の数が多いことは、駆動装置としての実装性においてもこれを阻害する要因となる。そして、このことによっても駆動装置としての経済性の悪化が懸念される。
【００２４】
こうしたことから、上記駆動装置をより少ないスイッチング素子により構成することが切望されている。
なお、上記内燃機関の機関バルブとして構成される電磁バルブの駆動装置に限らず、対をなす各コイルへの通電に基づいて複数の電磁アクチュエータを駆動する装置にあっては、こうした実情もおおむね共通したものとなっている。
【００２５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡素でかつ信頼性の高い回路を用いて、対をなす各コイルへの通電に基づく複数の電磁アクチュエータの駆動を行うことのできる電磁アクチュエータの駆動装置を提供することにある。
【００２６】
【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およびその作用効果について記載する。請求項１に記載の発明は、対をなす各コイルへの通電にともなって発生する電磁力により動作する電磁アクチュエータの互いに同期動作させるべき２つを駆動対象として、それら２つの電磁アクチュエータに対応して設けられた２対のコイルへの通電を制御する駆動回路を備えて構成される電磁アクチュエータの駆動装置であって、前記２対のコイルはそれぞれ対向して接続されるブリッジ回路として構成され、前記駆動回路は該ブリッジ回路の互いに対向する２対のノードのうちの一方のノード対が各々スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続され、他方のノード対が各々スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されてなることをその要旨とする。
【００２７】
上記構成によれば、上記それぞれ対向して接続されるブリッジ回路として構成される２対のコイルの、互いに対向する２対のノードのうちの一方のノード対が各々スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続され、他方のノード対が各々スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されて上記駆動回路が構成される。すなわち、互いに同期動作をさせるべき２つの電磁アクチュエータを駆動するために、最少で４個のスイッチング素子を用いて上記駆動回路を構成することができるようになる。これにより、駆動対象の電磁アクチュエータ毎に必要となるスイッチング素子の個数が削減され、上記電磁アクチュエータの駆動装置がより簡素でかつ信頼性の高い回路を用いた駆動回路により構成されるようになる。また、その結果、上記駆動装置の経済性や実装性の向上が図られるようになる。なお、上記高電位側給電端および上記低電位側給電端の一方または両方は、同じノードであってもよいし異なるノードであってもよい。また、同じ電位のノードであってもよいし異なる電位のノードであってもよい。
【００２８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁アクチュエータの駆動装置において、前記駆動回路は、前記コイルのいずれかに電流が流れている間に該当する電流経路にあるスイッチング素子がオフとなったとき、当該コイルに流れている電流の継続的な流通を許容する整流素子をさらに備えることをその要旨とする。
【００２９】
上記構成によれば、上記スイッチング素子の動作に基づく各コイルでの電流の流通態様の変化が、より円滑に行われるようになる。また、上記駆動回路でのエネルギー損失が低減され、効率の向上が図られるようになる。
【００３０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電磁アクチュエータの駆動装置において、前記スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続されるノード対が、低電位側給電端にアノード端子が接続されたダイオードを介して同低電位側給電端に接続され、前記スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されるノード対が、高電位側給電端にカソード端子が接続されたダイオードを介して同高電位側給電端に接続されてなることをその要旨とする。
【００３１】
上記構成によれば、上記高電位側給電端に接続されるノード対において、低電位側給電端からの電流の流入が上記低電位側給電端にアノード端子が接続されたダイオードを介して許容される。また、上記低電位側給電端に接続されるノード対において、高電位側給電端への電流の流出が上記高電位側給電端にカソード端子が接続されたダイオードを介して許容される。これにより、上記スイッチング素子の動作に基づく各コイルでの電流の流通態様の変化が、より円滑に行われるようになる。また、上記駆動回路でのエネルギー損失が低減され、効率の向上が図られるようになる。
【００３２】
また、請求項４に記載の発明は、対をなす各コイルへの通電にともなって発生する電磁力により動作する電磁アクチュエータの互いに同期動作させるべき２つを駆動対象として、それら２つの電磁アクチュエータに対応して設けられた２対のコイルへの通電を制御する駆動回路を備えて構成される電磁アクチュエータの駆動装置であって、前記２対のコイルは、それぞれ対応する電磁アクチュエータを第１の方向に動作させる第１のコイルと第２の方向に動作させる第２のコイルとの対からなるとともに、それら２対のコイルのうちの一方の対の第１のコイルと他方の対の第２のコイルとがそれぞれ直列接続された直列回路が互いに並列に接続されてなり、前記駆動回路は、前記並列に接続された回路の各共通接続端が各々スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続されるとともに、前記直列接続された第１および第２のコイルの各接続部が各々スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されてなることをその要旨とする。
【００３３】
上記構成によれば、上記直列接続された直列回路が並列に接続された回路における各共通接続端が各々スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続され、同回路における直列接続された第１および第２のコイルの各接続部が各々スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されて上記駆動回路が構成される。すなわち、互いに同期動作をさせるべき２つの電磁アクチュエータを駆動するために、最少で４個のスイッチング素子を用いて上記駆動回路を構成することができるようになる。これにより、駆動対象の電磁アクチュエータ毎に必要となるスイッチング素子の個数が削減され、上記電磁アクチュエータの駆動装置がより簡素でより信頼性の高い回路を用いた駆動回路を備えて構成されるようになる。また、その結果、上記駆動装置の経済性や実装性の向上が図られるようになる。なお、上記高電位側給電端および上記低電位側給電端の一方または両方は、同じノードであってもよいし異なるノードであってもよい。また、同じ電位のノードであってもよいし異なる電位のノードであってもよい。
【００３４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電磁アクチュエータの駆動装置において、前記駆動回路は、前記コイルのいずれかに電流が流れている間に該当する電流経路にあるスイッチング素子がオフとなったとき、当該コイルに流れている電流の継続的な流通を許容する整流素子をさらに備えることをその要旨とする。
【００３５】
上記構成によれば、上記スイッチング素子の動作に基づく各コイルでの電流の流通態様の変化が、より円滑に行われるようになる。また、上記駆動回路でのエネルギー損失が低減され、効率の向上が図られるようになる。
【００３６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の電磁アクチュエータの駆動装置において、前記スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続された前記各共通接続端が、低電位側給電端にアノード端子が接続されたダイオードを介して同低電位側給電端に接続され、前記スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続された前記第１および第２のコイルの各接続部が、高電位側給電端にカソード端子が接続されたダイオードを介して同高電位側給電端に接続されてなることをその要旨とする。
【００３７】
上記構成によれば、上記高電位側給電端に接続された各共通接続端において、低電位側給電端からの電流の流入が上記低電位側給電端にアノード端子が接続されたダイオードを介して許容される。また、上記低電位側給電端に接続された第１および第２のコイルの各接続部において、高電位側給電端への電流の流出が上記高電位側給電端にカソード端子が接続されたダイオードを介して許容される。これにより、上記スイッチング素子の動作に基づく各コイルでの電流の流通態様の変化が、より円滑に行われるようになる。また、上記駆動回路でのエネルギー損失が低減され、効率の向上が図られるようになる。
【００３８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の電磁アクチュエータの駆動装置において、前記駆動回路は、前記各スイッチング素子の開閉制御端子に対し、前記２つの電磁アクチュエータのうちの一方を能動とするとともに他方を非能動とする制御指令の入力が可能に構成されてなることをその要旨とする。
【００３９】
上記構成によれば、上記２つの電磁アクチュエータのうちの一方のみを動作させることが可能となる。これにより、駆動装置として、同電磁アクチュエータの駆動をより自由度高く制御することができるようになる。
【００４０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の電磁アクチュエータの駆動装置において、前記電磁アクチュエータが内燃機関の機関バルブとして機能する電磁バルブであり、前記対をなす各コイルは、その一方が前記電磁バルブを閉弁させるとともに他方が同電磁バルブを開弁させるものであることをその要旨とする。
【００４１】
上記構成によれば、上記電磁アクチュエータが内燃機関の機関バルブとして機能する電磁バルブに適用されて、それら電磁バルブの開閉駆動が上記駆動装置により適切に行われるようになる。
【００４２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の電磁アクチュエータの駆動装置において、前記２つの電磁アクチュエータが、前記内燃機関の同一気筒の２つの吸気バルブもしくは２つの排気バルブとして機能する電磁バルブであることをその要旨とする。
【００４３】
上記構成によれば、上記電磁アクチュエータが、内燃機関の同一気筒の２つの吸気バルブもしくは２つの排気バルブとして機能する電磁バルブに適用される。このため、同一気筒に設けられた上記各機関バルブが、上記駆動装置による確実な同期動作のもと開閉駆動されるようになる。なお、上記電磁アクチュエータのいずれかが、その１つによって同期動作させるべき複数の機関バルブを開閉駆動可能なように設けられている場合、上記２つの吸気バルブもしくは２つの排気バルブに限らず、同期動作させるべき３以上の機関バルブの開閉駆動に対して上記駆動装置を適用してもよい。
【００４４】
そして、請求項１０に記載の発明は、内燃機関の同一気筒に設けられた複数の吸気バルブまたは排気バルブを電磁駆動する電磁バルブとして、第１の弁体を閉弁するための第１のコイルと同第１の弁体を開弁するための第２のコイルと第２の弁体を閉弁するための第３のコイルと同第２の弁体を開弁する第４のコイルとを備える電磁アクチュエータに対して、前記第１乃至第４のコイルへの通電態様をスイッチング素子が設けられた駆動回路を通じて制御する電磁アクチュエータの駆動装置において、前記駆動回路は、高電位側給電端と低電位側給電端との間に第１乃至第４の直列回路が並列接続されて構成されるものであって、前記第１の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、第１のスイッチング素子と前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第１のダイオードとが直列接続されてなり、前記第２の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、第２のスイッチング素子と前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第２のダイオードとが直列接続されてなり、前記第３の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第３のダイオードと第３のスイッチング素子とが直接接続されてなり、前記第４の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第４のダイオードと第４のスイッチング素子とが直接接続されてなり、前記第１のコイルの一端は前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第１のコイルの他端は前記第３のダイオードと前記第３のスイッチング素子との直接接続部に接続され、前記第２のコイルの一端は前記第２のスイッチング素子と前記第２のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第２のコイルの他端は前記第４のダイオードと前記第４のスイッチング素子との直接接続部に接続され、前記第３のコイルの一端は前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第３のコイルの他端は前記第４のダイオードと前記第４のスイッチング素子との直接接続部に接続され、前記第４のコイルの一端は前記第２のスイッチング素子と前記第２のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第４のコイルの他端は前記第３のダイオードと前記第３のスイッチング素子との直接接続部に接続されてなることをその要旨とする。
【００４５】
上記構成によれば、上記電磁アクチュエータが内燃機関の同一気筒に設けられた吸気バルブまたは排気バルブを電磁駆動する電磁バルブとして構成されるとともに、それら電磁バルブの開閉駆動を行う駆動装置の駆動回路が第１乃至第４のスイッチング素子を用いて構成される。すなわち、互いに同期動作をさせるべき内燃機関の同一気筒に設けられた２つの吸気バルブまたは２つの排気バルブを駆動するために必要なスイッチング素子を個数を４個とすることができる。これにより、駆動される電磁アクチュエータ毎のスイッチング素子の必要数が削減され、上記電磁アクチュエータの駆動装置がより簡素でより信頼性の高い回路を用いた駆動回路を備えて構成されるようになる。また、その結果、上記駆動装置の経済性や実装性の向上が図られるようになる。さらに、上記駆動回路は、上記低電位側給電端側から高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第１乃至第４のダイオードを備えて構成される。これにより、上記第１乃至第４のスイッチング素子の動作に基づく第１乃至第４のコイルでの電流の流通態様の変化が、より円滑に行われるようになる。また、上記駆動回路でのエネルギー損失が低減され、効率の向上が図られるようになる。なお、上記高電位側給電端および上記低電位側給電端の一方または両方は、同じノードであってもよいし異なるノードであってもよい。また、同じ電位のノードであってもよいし異なる電位のノードであってもよい。また、上記電磁アクチュエータのいずれかが、その１つによって同期動作させるべき複数の機関バルブを開閉駆動可能なように設けられている場合、上記２つの吸気バルブもしくは２つの排気バルブに限らず、同期動作させる３以上の機関バルブの開閉駆動に対して上記駆動装置を適用してもよい。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる電磁アクチュエータの駆動装置を車載内燃機関の機関バルブを駆動する電磁バルブに適用した一実施の形態について図１〜図７を使って説明する。
【００４７】
なお、本実施の形態に例示する電磁バルブは、先に図１０〜図１４を使って説明した上述の４気筒ガソリンエンジンに設けられるものであり、ここではその駆動回路を含む駆動装置について説明する。
【００４８】
図１は、本実施の形態のエンジンの気筒、およびそれら各気筒に設けられた機関バルブの配置を模式的に示す説明図である。図１に示されるように、このエンジンは、同図１において左から＃１、＃２、＃３、および＃４の番号が付された４つの気筒が１列に配置されている。各気筒はエンジンを運転するための機関バルブとして、吸気バルブおよび排気バルブを各２つ備えている。そして、これら合計８個の吸気バルブ１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，および４２と、合計８個の排気バルブ１６，１７，２６，２７，３６，３７，４６，および４７とが、図１３に示した電磁バルブとして構成されている。
【００４９】
ところで、本実施の形態の上記各電磁バルブは、同期動作を行う２つ毎に共通の駆動回路をもつ駆動装置により開閉駆動される。この場合、＃１気筒の吸気バルブ１１，１２と排気バルブ１６，１７とがそれぞれ同期した開閉駆動を行うように、吸気バルブ１１，１２に対して１つの駆動回路が設けられ、排気バルブ１６，１７に対して１つの駆動回路が設けられている。同様に、＃２気筒の吸気バルブ２１，２２と排気バルブ２６，２７、＃３気筒の吸気バルブ３１，３２と排気バルブ３６，３７、および＃４気筒の吸気バルブ４１，４２と排気バルブ４６，４７に対してもそれぞれ２つのバルブ毎に１つの駆動回路が設けられている。すなわち、このエンジンは、図２にその対応関係を示す回路１〜回路８の駆動回路を備える駆動装置によって各機関バルブの開閉駆動がなされて動作する構成となっている。
【００５０】
上記回路１〜回路８はそれぞれ構成の同じ回路を有し、それら各々に対して異なるタイミングの制御指令が出力されて、図１４に示した機関バルブの開閉駆動が行われる。これら回路１〜回路８の構成を、回路１の構成を例として以下に説明する。
【００５１】
図３は、上記回路１、すなわち＃１気筒の吸気バルブ１１，１２を開閉駆動する駆動装置を構成する駆動回路を示している。このうち吸気バルブ１１は、弁体の閉弁動作を駆動するアッパコイル１１Ｕ、および同開弁動作を駆動するロアコイル１１Ｌの１対のコイルを有する。また吸気バルブ１２は、弁体の閉弁動作を駆動するアッパコイル１２Ｕおよび同開弁動作を駆動するロアコイル１２Ｌの１対のコイルを有する。なおここで、吸気バルブ１１，１２における弁体の閉弁方向および開弁方向は、請求項４にあって「第１の方向」および「第２の方向」にそれぞれ相当する。また、アッパコイル１１Ｕは、請求項４にあっては「第１のコイル」、請求項１０にあっては「第１のコイル」に相当し、ロアコイル１１Ｌは、請求項４にあっては「第２のコイル」、請求項１０にあっては「第２のコイル」に相当する。また、アッパコイル１２Ｕは、請求項４にあっては「第１のコイル」、請求項１０にあっては「第３のコイル」に相当し、ロアコイル１２Ｌは、請求項４にあっては「第２のコイル」、請求項１０にあっては「第４のコイル」に相当する。さらに、これら２対のアッパコイル１１Ｕ，１２Ｕおよびロアコイル１１Ｌ，１２Ｌは、先の図１３に示したアッパコイル２２２ａおよびロアコイル２２４ａにそれぞれ相当する。また、吸気バルブ１１，１２の弁体は、請求項１０にあって「第１の弁体」および「第２の弁体」に相当する。
【００５２】
上記２対のコイルは、吸気バルブ１１を閉弁するアッパコイル１１Ｕの一方の端子と吸気バルブ１２を開弁するロアコイル１２Ｌの一方の端子とがノードｎ３にて互いに接続されている（請求項４の「直列回路」を形成）。また、吸気バルブ１２を閉弁するアッパコイル１２Ｕの一方の端子と吸気バルブ１１を開弁するロアコイル１１Ｌの一方の端子とがノードｎ４にて互いに接続されている（請求項４の「直列回路」を形成）。さらに、アッパコイル１１Ｕの他方の端子とアッパコイル１２Ｕの他方の端子、およびロアコイル１１Ｌの他方の端子とロアコイル１２Ｌの他方の端子はそれぞれノードｎ１およびノードｎ２にて互いに接続されている。すなわち、これら２対４つのコイルは、各々対をなすコイルがそれぞれ対向して接続されるように４辺をなすブリッジ回路を構成している。
【００５３】
そして、上記ブリッジ回路において、互いに対向して接続される２対のノードのうちの一方のノード対であるノードｎ１およびノードｎ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１およびＱ２を介して高電位給電端である高電位ノードｎＨに接続されている。また、互いに対向して接続される２対のノードのうちのもう一方のノード対であるノードｎ３およびノードｎ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ３およびＱ４を介して低電位側給電端である低電位ノードｎＬに接続されている。なお、上記スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４としては、ゲート端子を開閉制御端子とするＦＥＴが用いられており、各ＦＥＴのゲート−ソース端子間に所定電圧を制御信号として入力することにより各々ドレイン端子とソース端子とが導通状態、すなわち「オン」となる。また、低電位ノードｎＬは車両の基準電位である接地電位に共通接続されたノードであるとともに、高電位ノードｎＨは車両に搭載されているバッテリの電圧を適宜変換して安定化された電圧の高圧側の対接地電位をもつノードである。また、ノードｎ１およびｎ２は、請求項４にあって「各共通接続端」に、ノードｎ３およびｎ４は、請求項４にあっては「直列接続された第１および第２のコイルの各接続部」にまた請求項１０にあっては「直接接続部」に相当する。
【００５４】
さらに、吸気バルブ１１，１２の駆動制御を行うこの回路１には、上記コイルのいずれかに電流が流れている間に、該当する電流経路にあるスイッチング素子が「オフ」となったとき、当該コイルに流れている電流の継続的な流通を許容する整流素子としてダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されている。これらダイオードＤ１〜Ｄ４は、上記「各共通接続端」に相当するノードｎ１およびｎ２には、これらに低電位ノードｎＬからの電流の流入を許容するように、すなわち低電位ノードｎＬ側がアノード端子となるように、それぞれダイオードＤ１およびＤ２が接続されている。また、上記「各接続部」等に相当するノードｎ３およびｎ４には、これらに高電位ノードｎＨへの電流の流出を許容するように、すなわち高電位ノードｎＨ側がカソード端子となるように、それぞれダイオードＤ３およびＤ４が接続されている。
【００５５】
なお、こうして構成される回路は、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１との直列回路が請求項１０における「第１の直列回路」に相当し、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２との直列回路が請求項１０における「第２の直列回路」に相当し、ダイオードＤ３とスイッチング素子Ｑ３との直列回路が請求項１０における「第３の直列回路」に相当し、ダイオードＤ４とスイッチング素子Ｑ４との直列回路が請求項１０における「第４の直列回路」に相当する。
【００５６】
このような構成の回路１において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート端子に対する適宜の制御信号が入力されると、上記２対のコイルへの通電がなされ、吸気バルブ１１あるいは吸気バルブ１２の開閉駆動が行われる。本構成の回路では、それら制御信号のスイッチングパターンにより、吸気バルブ１１および１２を同期して同時に開閉させる両弁動作と、そのうちの吸気バルブ１２を開閉させる片弁動作とが可能となる。
【００５７】
図４は、上記両弁動作が行われる際のスイッチングパターンを示している。なお、この図４、および後述の図６ならびに図８においては、「オン」状態にあるスイッチング素子を円で囲むことによってそれら素子の「オン」状態を示している。
【００５８】
まず、図４（ａ）に示すスイッチングパターンＤＰ１においては、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４が「オン」とされる。この状態にあっては、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ２、ノードｎ２、ロアコイル１２Ｌ、ノードｎ３、およびスイッチング素子Ｑ３を経由する経路Ｋ１にて、ロアコイル１２Ｌに対する通電がなされる。また、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ２、ノードｎ２、ロアコイル１１Ｌ、ノードｎ４、およびスイッチング素子Ｑ４を経由する経路Ｋ２にて、ロアコイル１１Ｌに対する通電がなされる。すなわち、このスイッチングパターンＤＰ１においては、ロアコイル１１Ｌおよび１２Ｌに対する通電により、吸気バルブ１１および１２はともに開弁状態となる。
【００５９】
つづいて、このロアコイル１１Ｌおよび１２Ｌに通電がなされているスイッチングパターンＤＰ１において、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４がいずれも「オフ」となる図４（ｂ）に示すスイッチングパターンＤＰ２の状態にされる。これにより、ロアコイル１２Ｌを流れている電流は、低電位ノードｎＬからダイオードＤ２、ノードｎ２、ロアコイル１２Ｌ、ノードｎ３、およびダイオードＤ３を経由する経路Ｋ３を通って高電位ノードｎＨに到るように流れ、ロアコイル１２Ｌに蓄えられていたエネルギーの回生がなされる。また、ロアコイル１１Ｌを流れている電流は、低電位ノードｎＬからダイオードＤ２、ノードｎ２、ロアコイル１１Ｌ、ノードｎ４、およびダイオードＤ４を経由する経路Ｋ４を通って高電位ノードｎＨに到るように流れ、ロアコイル１１Ｌに蓄えられていたエネルギーの回生がなされる。こうして、このスイッチングパターンＤＰ２においては、ロアコイル１１Ｌおよび１２Ｌに流れる電流が徐々に減少するため、電磁バルブを構成するアーマチャ（図１３のアーマチャ２１０）に作用する電磁力も徐々に小さくなる。そして、その電磁力がロアスプリング（図１３のロアスプリング２０６）の付勢力に抗しきれなくなると、アーマチャが中立方向に変位して閉弁動作が開始される。
【００６０】
つぎに、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、およびＱ４が「オン」となる図４（ｃ）に示すスイッチングパターンＤＰ３の状態にされる。この状態にあっては、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ１、ノードｎ１、アッパコイル１１Ｕ、ノードｎ３、およびスイッチング素子Ｑ３を経由する経路Ｋ５にて、アッパコイル１１Ｕに対する通電がなされる。また、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ１、ノードｎ１、アッパコイル１２Ｕ、ノードｎ４、およびスイッチング素子Ｑ４を経由する経路Ｋ６にて、アッパコイル１２Ｕに対する通電がなされる。すなわち、このスイッチングパターンＤＰ３においては、アッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに対する通電により、吸気バルブ１１および１２はともに閉弁状態となる。
【００６１】
つづいて、このアッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに通電がなされているスイッチングパターンＤＰ３において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ３、Ｑ４がいずれも「オフ」となる図４（ｄ）に示すスイッチングパターンＤＰ４の状態にされる。これにより、アッパコイル１１Ｕを流れている電流は、低電位ノードｎＬからダイオードＤ１、ノードｎ１、アッパコイル１１Ｕ、ノードｎ３、およびダイオードＤ３を経由する経路Ｋ７を通って高電位ノードｎＨに到るように流れ、アッパコイル１１Ｕに蓄えられていたエネルギーの回生がなされる。また、アッパコイル１２Ｕを流れている電流は、低電位ノードｎＬからダイオードＤ１、ノードｎ１、アッパコイル１２Ｕ、ノードｎ４、およびダイオードＤ４を経由する経路Ｋ８を通って高電位ノードｎＨに到るように流れ、アッパコイル１２Ｕに蓄えられていたエネルギーの回生がなされる。こうして、このスイッチングパターンＤＰ４においては、アッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに流れる電流が徐々に減少するため、電磁バルブを構成する上述のアーマチャに作用する電磁力も徐々に小さくなる。そして、その電磁力がアッパスプリング（図１３のアッパスプリング２２０）の付勢力に抗しきれなくなると、アーマチャが中立方向に変位して開弁動作が開始される。
【００６２】
図５は、上記回路１のスイッチングパターンＤＰ１〜ＤＰ４によって実現される吸気バルブ１１および１２の動作を、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各ゲート端子に対する制御信号およびそれにより上記２対のコイルに流れる電流とともに模式的に示すタイミングチャートである。ここで、図５に示される各期間Ｔｄ１とＴｄ５、Ｔｄ２、Ｔｄ３、およびＴｄ４は、スイッチングパターンＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３、およびＤＰ４の状態にある期間にそれぞれ対応している。
【００６３】
図５に示されるように、回路１がスイッチングパターンＤＰ１の状態にある時刻ｔ１１に到る期間Ｔｄ１にあっては、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４が「オン」とされている（図５（ａ）〜（ｄ））。したがって、この期間Ｔｄ１においては、ロアコイル１１Ｌおよび１２Ｌに対する通電がなされるとともにアッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに対する通電はなされず（図５（ｅ）および（ｇ））、吸気バルブ１１および１２はともに開弁状態にある（図５（ｆ）および（ｈ））。
【００６４】
ここで、時刻ｔ１１において、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４がいずれも「オフ」とされると（図５（ａ）〜（ｄ））、回路１はスイッチングパターンＤＰ２の状態に移行され、ロアコイル１１Ｌおよび１２Ｌに流れている電流は徐々に減少する（図５（ｅ）および（ｇ））。これにより、上記時刻ｔ１１を起点とするこの期間Ｔｄ２においては上述のように、吸気バルブ１１および１２の閉弁動作がともに開始される（図５（ｆ）および（ｈ））。
【００６５】
つづいて、吸気バルブ１１および１２がその中立位置付近に変位する時刻ｔ１２において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ３、Ｑ４が「オン」とされると（図５（ａ）〜（ｄ））、回路１はスイッチングパターンＤＰ３の状態に移行される。このとき、アッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに流される電流の値は、はじめ大きめに（図５（ｅ）および（ｇ）の期間Ｔ１）、そしてそののちに所定値となるように（同期間Ｔ２）設定されている。これは、アーマチャを中立位置からアッパコア（図１３のアッパコア２１６）に向けて吸引するために必要な電流値が、アーマチャがアッパコアに吸引されている状態を維持するために必要な電流値よりも大きいからである。こうして、上記時刻ｔ１２を起点とするこの期間Ｔｄ３においては、そのうちの期間Ｔ１において吸気バルブ１１および１２の閉弁動作が完了され、そののちの期間Ｔ２においてその閉弁状態が維持される（図５（ｆ）および（ｈ））。
【００６６】
さらに、時刻ｔ１３において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ３、Ｑ４が「オフ」とされると（図５（ａ）〜（ｄ））、回路１はスイッチングパターンＤＰ４の状態に移行され、アッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに流れている電流は徐々に減少する（図５（ｅ）および（ｇ））。これにより、上記時刻ｔ１３を起点とするこの期間Ｔｄ４においては上述のように、吸気バルブ１１および１２の開弁動作がともに開始される（図５（ｆ）および（ｈ））。
【００６７】
そして、吸気バルブ１１および１２がその中立位置付近に変位する時刻ｔ１４において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ３、Ｑ４が「オン」とされる（図５（ａ）〜（ｄ））。これにより、回路１はスイッチングパターンＤＰ１の状態にふたたび移行されて、先の期間Ｔｄ４に開始された開弁動作が完了される（図５（ｅ）および（ｇ）の期間Ｔ３）とともに、その開弁状態が維持される（同期間Ｔ４）。この場合、期間Ｔｄ３においてアッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに流される電流と同様の立ち上がり波形をもつ電流をロアコイル１１Ｌおよび１２Ｌに流すように設定するのは、アーマチャの吸引およびその維持のために必要な電流値が異なる上述の理由によるものである。
【００６８】
このように、２つの電磁バルブに対応して設けられた２対のアッパコイル１１Ｕ，１２Ｕおよびロアコイル１１Ｌ，１２Ｌに対する通電が、図５に示されるタイミングにて行われることで、吸気バルブ１１および１２の一連の開閉動作がなされる。
【００６９】
同様に、他の機関バルブの開閉駆動を行う他の回路２〜７（図１および図２参照）についても、上記図５に示したタイミングでのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対する制御と同様の制御を行う。このとき、クランク角センサ（図１０のクランク角センサ１８２）から検出されるクランク角やその他の条件に基づいて、これら回路１〜回路８が備えるスイッチング素子に対する制御信号が相互に適切なタイミングとなるように制御装置（図１０のＥＣＵ１６０）から出力される。これにより、上記各吸気バルブおよび排気バルブに対して、先の図１４に示したタイミングで開閉駆動が行われ、４つの気筒に設けられた各２つの吸気バルブおよび各２つの排気バルブがエンジンの機関バルブとして機能する。
【００７０】
一方、図６は、回路１において、上記吸気バルブ１２による片弁動作が行われる際のスイッチングパターンを示している。なお、この図６において、「オン」状態にあるスイッチング素子を円で囲むことによってそれら素子の「オン」状態を示しているのは、先の図４と同様である。
【００７１】
まず、図６（ａ）に示すスイッチングパターンＳＰ１においては、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、およびＱ３が「オン」とされる。この状態にあっては、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ１、ノードｎ１、アッパコイル１１Ｕ、ノードｎ３、およびスイッチング素子Ｑ３を経由する経路Ｋ１１にて、アッパコイル１１Ｕに対する通電がなされる。また、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ２、ノードｎ２、ロアコイル１２Ｌ、ノードｎ３、およびスイッチング素子Ｑ３を経由する経路Ｋ１２にて、ロアコイル１２Ｌに対する通電がなされる。すなわち、このスイッチングパターンＳＰ１においては、アッパコイル１１Ｕに対する通電により吸気バルブ１１が閉弁状態となるとともに、ロアコイル１２Ｌに対する通電により吸気バルブ１２が開弁状態となる。
【００７２】
つづいて、このアッパコイル１１Ｕおよびロアコイル１２Ｌに通電がなされているスイッチングパターンＳＰ１において、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３が「オフ」となる図６（ｂ）に示すスイッチングパターンＳＰ２の状態にされる。これにより、ロアコイル１２Ｌを流れている電流は、低電位ノードｎＬからダイオードＤ２、ノードｎ２、ロアコイル１２Ｌ、ノードｎ３、およびダイオードＤ３を経由する経路Ｋ１３を通って高電位ノードｎＨに到るように流れ、ロアコイル１２Ｌに蓄えられていたエネルギーの回生がなされる。その一方、アッパコイル１１Ｕを流れる電流は、ノードｎ１からアッパコイル１１Ｕ、ノードｎ３、ダイオードＤ３、高電位ノードｎＨ、およびスイッチング素子Ｑ１を経由してノードｎ１に到るループ経路Ｋ１４を通って減衰することなく還流する。こうして、このスイッチングパターンＳＰ２においては、ロアコイル１２Ｌに流れる電流が徐々に減少して上述のごとく吸気バルブ１２の閉弁動作が開始される一方、アッパコイル１１Ｕに対しては継続的な通電が行われてその閉弁状態が維持される。
【００７３】
つぎに、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、およびＱ４が「オン」となる図６（ｃ）に示すスイッチングパターンＳＰ３の状態にされる。この状態にあっては、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ１、ノードｎ１、アッパコイル１１Ｕ、ノードｎ３、およびスイッチング素子Ｑ３を経由する経路Ｋ１５にて、アッパコイル１１Ｕに対する通電がなされる。また、高電位ノードｎＨからスイッチング素子Ｑ１、ノードｎ１、アッパコイル１２Ｕ、ノードｎ４、およびスイッチング素子Ｑ４を経由する経路Ｋ１６にて、アッパコイル１２Ｕに対する通電がなされる。すなわち、このスイッチングパターンＳＰ３においては、アッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに対する通電により、吸気バルブ１１および１２はともに閉弁状態となる。ちなみに、これは上述の両弁動作におけるスイッチングパターンＤＰ３と同じ状態である。
【００７４】
つづいて、このアッパコイル１１Ｕおよび１２Ｕに通電がなされているスイッチングパターンＳＰ３において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４が「オフ」となる図６（ｄ）に示すスイッチングパターンＳＰ４の状態にされる。これにより、アッパコイル１２Ｕを流れている電流は、低電位ノードｎＬからダイオードＤ１、ノードｎ１、アッパコイル１２Ｕ、ノードｎ４、およびダイオードＤ４を経由する経路Ｋ１７を通って高電位ノードｎＨに到るように流れ、アッパコイル１２Ｕに蓄えられていたエネルギーの回生がなされる。その一方、アッパコイル１１Ｕを流れる電流は、ノードｎ１から、アッパコイル１１Ｕ、ノードｎ３、スイッチング素子Ｑ３、低電位ノードｎＬ、およびダイオードＤ１を経由してノードｎ１に到るループ経路Ｋ１８を通って減衰することなく還流する。こうして、このスイッチングパターンＳＰ４においては、アッパコイル１２Ｕに流れる電流が徐々に減少して上述のごとく吸気バルブ１２の開弁動作が開始される一方、アッパコイル１１Ｕに対しては継続的な通電が行われてその閉弁状態が維持される。
【００７５】
図７は、上記回路１のスイッチングパターンＳＰ１〜ＳＰ４によって実現される吸気バルブ１１および１２の動作を、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各ゲート端子に対する制御信号およびそれにより上記２対のコイルに流れる電流とともに模式的に示すタイミングチャートである。ここで、図７に示される各期間Ｔｓ１とＴｓ５、Ｔｓ２、Ｔｓ３、およびＴｓ４は、それぞれスイッチングパターンＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、およびＳＰ４の状態にある期間に対応している。
【００７６】
図７に示されるように、回路１がスイッチングパターンＳＰ１の状態にある時刻ｔ２１に到る期間Ｔｓ１にあっては、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３が「オン」とされている（図７（ａ）〜（ｄ））。したがって、この期間Ｔｓ１においては、アッパコイル１１Ｕおよびロアコイル１２Ｌに対する通電がなされるとともにロアコイル１１Ｌおよびアッパコイル１２Ｕに対する通電はなされず（図７（ｅ）および（ｇ））、吸気バルブ１１が閉弁状態にある一方、吸気バルブ１２は開弁状態にある（図７（ｆ）および（ｈ））。
【００７７】
ここで、時刻ｔ２１において、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３が「オフ」とされると（図７（ａ）〜（ｄ））、回路１はスイッチングパターンＳＰ２の状態に移行され、ロアコイル１２Ｌに流れている電流が徐々に減少する一方、アッパコイル１１Ｕに流れる電流は維持される（図７（ｅ）および（ｇ））。これにより、上記時刻ｔ２１を起点とするこの期間Ｔｓ２においては上述のごとく、吸気バルブ１１の閉弁状態が維持される一方、吸気バルブ１２の閉弁動作が開始される（図７（ｆ）および（ｈ））。
【００７８】
つづいて、吸気バルブ１２がその中立位置付近に変位する時刻ｔ２２において、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４が「オン」とされると（図７（ａ）〜（ｄ））、回路１はスイッチングパターンＳＰ３の状態に移行される。このとき、アッパコイル１２Ｕに流される電流の値は、はじめ大きめに（図７（ｇ）の期間Ｔ５）、そしてそののちに所定値となるように（同期間Ｔ６）設定されている。これも、上述のように、アーマチャを中立位置からアッパコア（図１３のアッパコア２１６）に向けて吸引する際には、それらの吸引状態を維持するときよりも大きな電流が必要となることに対応したものである。こうして、上記時刻ｔ２２を起点とするこの期間Ｔｓ３においては、そのうちの期間Ｔ５において吸気バルブ１２の閉弁動作が完了され、そののちの期間Ｔ６においてその閉弁状態が維持される（図７（ｈ））。なお、この期間Ｔｓ３においても、吸気バルブ１１はその閉弁状態が維持されている（図７（ｆ））。
【００７９】
さらに、時刻ｔ２３において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４が「オフ」とされると（図７（ａ）〜（ｄ））、回路１はスイッチングパターンＳＰ４の状態に移行され、アッパコイル１２Ｕに流れている電流が徐々に減少する（図７（ｇ））。これにより、上記時刻ｔ２３を起点とするこの期間Ｔｓ４においては上述のように、吸気バルブ１２の開弁動作が開始される一方、吸気バルブ１１の閉弁状態が維持される（図７（ｆ）および（ｈ））。
【００８０】
そして、吸気バルブ１２がその中立位置付近に変位する時刻ｔ２４において、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２が「オン」とされる（図７（ａ）〜（ｄ））。これにより、回路１はスイッチングパターンＳＰ１の状態にふたたび移行されて、先の期間Ｔｓ４に開始された吸気バルブ１２の開弁動作が完了される（図７（ｇ）の期間Ｔ７）とともに、その開弁状態が維持される（同期間Ｔ８）。この場合、期間Ｔｓ３においてアッパコイル１２Ｕに流される電流と同様の立ち上がり波形をもつ電流をロアコイル１２Ｌに流すように設定するのは、アーマチャの吸引およびその維持のために必要な電流値が異なる上述の理由による。なお、この期間Ｔｓ５においても、吸気バルブ１１はその閉弁状態が維持されている（図７（ｆ））。
【００８１】
このように、２つの電磁バルブに対応して設けられた２対のアッパコイル１１Ｕ，１２Ｕおよびロアコイル１１Ｌ，１２Ｌに対する通電が、図７に示されるタイミングにて行われることで、吸気バルブ１２の一連の開閉動作がなされる。そして、この期間にわたって吸気バルブ１１の閉弁状態が維持される。
【００８２】
同様に、他の機関バルブの開閉駆動を行う他の回路２〜７（図１および図２参照）についても、上記図７に示したタイミングでのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対する制御と同様の制御を行う。このとき、クランク角センサ（図１０のクランク角センサ１８２）から検出されるクランク角やその他の条件に基づいて、これら回路１〜回路８が備えるスイッチング素子に対する制御信号が相互に適切なタイミングとなるように制御装置（図１０のＥＣＵ１６０）から出力される。これにより、上記各吸気バルブおよび排気バルブに対して、先の図１４に示したタイミングで開閉駆動が行われ、４つの気筒に設けられた各２つの吸気バルブおよび各２つの排気バルブのうちのそれぞれ各１つがエンジンの機関バルブとして機能する。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態にかかる電磁バルブの駆動装置によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）同期動作させる２対の電磁バルブである吸気バルブ１１および１２が、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を用いた駆動回路（回路１）を有して構成される駆動装置により開閉駆動される。これにより、各２つの吸気バルブおよび各２つの排気バルブがそれぞれ設けられた４つの気筒を備えるエンジンにあって、その機関バルブを電磁バルブにて構成する場合に、それらを開閉駆動する駆動装置を合計３２個のスイッチング素子を用いて構成することができるようになる。
【００８４】
（２）電磁バルブを用いて構成される同じ気筒およびバルブ構成のエンジンにあって、機関バルブを開閉駆動させる駆動装置を構成するためのスイッチング素子の必要数の合計が従来、少なくとも６４個必要であったものが３２個に削減されるようになる。これにより、より簡素でより信頼性の高い回路を用いて構成された駆動装置により機関バルブを開閉駆動させることができるようになる。すなわち、上記スイッチング素子の必要数が削減されることで、それらスイッチング素子やその駆動回路、あるいはその配線等に起因する故障率が低減され、電磁バルブの駆動装置としての信頼性、ひいてはエンジンとしての信頼性を向上させることができるようになる。
【００８５】
（３）また、上記スイッチング素子の必要数が削減されることで、スイッチング素子毎に必要とされる絶縁をより容易に行うことができるようになる。これにより、電磁バルブの駆動装置として、回路基板や配線等、その実装性が向上される。
【００８６】
（４）また、上記スイッチング素子の必要数が削減されることで、エンジンを運転するための機関バルブの駆動装置をより経済的に具現化することができるようになる。
【００８７】
（５）また、上記スイッチング素子の必要数が削減されることで、制御信号の数も削減され、機関バルブの開閉駆動を行う制御がより容易なものとなる。
（６）また、上記スイッチング素子の必要数が削減されることで、駆動回路、そして駆動装置としての消費電力が削減され、エンジンの燃費を向上させることができるようになる。
【００８８】
（７）上記駆動回路として、電磁バルブを駆動する各コイルに流れる電流を還流あるいは回生させる整流素子としてダイオードＤ１〜Ｄ４を備えている。このため、コイルに蓄えられるエネルギーを損失することのない、また回路各部に不要な高電圧を発生させることのない低損失で円滑動作が可能な駆動装置を構成することができるようになる。
【００８９】
（８）気筒毎に各２つの吸気バルブおよび各２つの排気バルブを有して、これら各２つ設けられた機関バルブを同時に動作させる両弁動作と、それら２つのうちの１つを動作させる片弁動作とを行うことができる。これにより、機関バルブの２つの動作をエンジンの運転状況に応じて自由度高く制御することができるようになり、同エンジンに対する出力特性および燃費特性の向上に資するようになる。
【００９０】
なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態においては、＃１気筒の吸気動作に際して吸気バルブ１２による片弁動作を行う場合について例示したが、吸気バルブ１１による片弁動作も可能である。参考までに、その際のスイッチングパターンＳＰ５〜ＳＰ８およびその動作の時間的推移を示すタイミングチャートを図８および図９にそれぞれ示しておく。ここで、図９における各期間Ｔｓ６とＴｓ１０、Ｔｓ７、Ｔｓ８、およびＴｓ９が、それぞれスイッチングパターンＳＰ５、ＳＰ６、ＳＰ７、およびＳＰ８とされる期間にそれぞれ対応する。この場合、図８および図９に示されるように、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４のスイッチングパターンを互いに入れ替えることで、上記吸気バルブ１１による片弁動作を行うことができる。なお、こうして２つの吸気バルブ１１および１２のいずれによっても上記片弁動作を可能に構成している場合には、それら片弁動作時に用いるバルブを適宜切り替えることにより、電磁バルブとしての耐用年数を延ばすことができるようになる。また、上記吸気バルブ１１および１２のいずれかの動作性能が仮に低下してきた場合にあっても、その対応をより適切に行うことができるようになる。
【００９１】
・上記実施の形態においては、機関バルブが各気筒上方のシリンダヘッドに上下方向に往復動作するように配設されて、アーマチャを動作させるためのコイルおよびコアがアーマチャの中立位置に対して上下に配置される場合について説明したが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。上記構成に限らず、機関バルブの往復動作が水平方向に行われる構成であっても、また斜めに傾斜した方向に行われる構成であっても、また機関バルブの動作が直線的に行われるものでない構成であっても、それら各構成の機関バルブを開閉駆動する駆動装置に本発明を適用することができる。
【００９２】
・上記実施の形態においては、駆動回路として、回路１に含まれる各コイルに流れている電流を還流または回生させるためのダイオードＤ１〜Ｄ４が設けられている場合について説明したが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。上記回路１として、各コイルに流れている電流を還流または回生させる必要がない場合には、上記ダイオードＤ１〜Ｄ４の一部または全部を削除した回路構成としてもよい。
【００９３】
・上記実施の形態においては、低電位給電端および高電位給電端として、車両の接地電位およびバッテリ電圧に基づく安定化電位をそれぞれ用いて場合について説明したが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。上記低電位給電端は車両の接地電位でなくてもよいし、上記高電位給電端はバッテリ電圧に基づく安定化電位でなくてもよい。また、それら低電位給電端または高電位給電端として接続されるノードがそれぞれ同じである必要は必ずしもなく、それらのうちのいくつかが異なるノードであってもよい。また、それら各ノードの電位が同じである必要は必ずしもない。
【００９４】
・上記実施の形態においては、スイッチング素子としてＦＥＴを、整流素子としてダイオードを用いて駆動回路を構成した場合について説明したが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。上記ＦＥＴあるいはダイオードに限らず、たとえばスイッチング素子としてＩＧＢＴを、また整流素子としてショットキーバリアダイオード等、他の素子を用いて駆動回路を構成してもよい。
【００９５】
・上記実施の形態においては、電磁バルブが、各２つの吸気バルブおよび各２つの排気バルブの設けられた４つの気筒を備えたエンジンを例に説明したが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。上記構成に限らず、たとえば電磁バルブの設けられる気筒毎に２つの吸気バルブと１つの排気バルブが設けられている構成にあっても、それら各２つの吸気バルブについて上記駆動回路を備えた駆動装置を用いてもよい。またたとえば、気筒毎に各３つの吸気バルブが設けられている構成にあっても、それら３つの吸気バルブを、同じ動作をさせる２つとそれに対して同期動作をさせる１つとに区分して、これら２つに区分された３つの吸気バルブを上記駆動回路を備えた駆動装置を用いて開閉駆動してもよい。もちろん、上記いずれの場合においても、４つの気筒を備えた４気筒エンジンに限らず、たとえば３気筒や５気筒、あるいは６気筒エンジン等にあっても、上記駆動回路を備えた駆動装置を適用してそれら機関バルブの開閉駆動を行ってもよい。
【００９６】
・上記実施の形態においては、電磁バルブがガソリンエンジンに設けられている構成について説明したが、ガソリンエンジンに限らず、たとえばディーゼルエンジン等他の内燃機関に機関バルブとして上記電磁バルブが設けられる構成にあっても本発明の駆動装置を用いることができる。
【００９７】
・上記実施の形態においては、上記電磁バルブが車載内燃機関の機関バルブとして設けられている場合について説明したが、これら電磁バルブの適用対象は車載の内燃機関に限定されるものではない。
【００９８】
・上記実施の形態においては、内燃機関の機関バルブとして設けられた電磁バルブの駆動装置として、本発明の電磁アクチュエータの駆動装置が適用される場合について説明したが、必ずしもこの構成に限定されない。上記内燃機関の機関バルブとして設けられた電磁バルブに限らず、対をなす各コイルへの通電により動作する電磁アクチュエータについて、互いに同期動作させるべき２つを含む複数の電磁アクチュエータを動作させる他の駆動装置に対して、本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電磁アクチュエータの駆動装置を車載内燃機関の機関バルブの駆動装置に適用した一実施の形態について、同内燃機関の気筒およびそれら各気筒に設けられる機関バルブの配置を例示する説明図。
【図２】同実施の形態の上記機関バルブとこれを駆動する駆動回路の対応関係を例示する説明図。
【図３】上記駆動回路の構成を例示する回路図。
【図４】上記駆動回路による吸気バルブの両弁動作について、これを実現するスイッチングパターンを示す動作説明図。
【図５】上記吸気バルブの両弁動作について、その時間的推移を例示するタイミングチャート。
【図６】上記駆動回路による吸気バルブの片弁動作について、これを実現するスイッチングパターンを示す動作説明図。
【図７】上記吸気バルブの片弁動作について、その時間的推移を例示するタイミングチャート。
【図８】上記駆動回路による吸気バルブの片弁動作の変形例について、これを実現するスイッチングパターンを示す動作説明図。
【図９】上記吸気バルブの片弁動作の変形例について、その時間的推移を例示するタイミングチャート。
【図１０】電磁バルブを機関バルブとして採用した一般の内燃機関およびその制御装置について、その構成を模式的に例示する説明図。
【図１１】上記内燃機関の機関バルブについて、その構成を周辺部の概略構成とともに例示する説明図。
【図１２】上記内燃機関について、吸排気ポートおよび機関バルブの構成を例示する説明図。
【図１３】上記電磁バルブについて、その構成を模式的に例示する説明図。
【図１４】上記内燃機関について、各気筒に設けられた吸気バルブおよび排気バルブの動作推移を例示するタイミングチャート。
【符号の説明】
Ｑ１〜Ｑ４…スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２…吸気バルブ、１６，１７，２６，２７，３６，３７，４６，４７…排気バルブ、１１Ｌ，１２Ｌ…ロアコイル、１１Ｕ，１２Ｕ…アッパコイル。

Claims (10)

1. 対をなす各コイルへの通電にともなって発生する電磁力により動作する電磁アクチュエータの互いに同期動作させるべき２つを駆動対象として、それら２つの電磁アクチュエータに対応して設けられた２対のコイルへの通電を制御する駆動回路を備えて構成される電磁アクチュエータの駆動装置であって、
   前記２対のコイルはそれぞれ対向して接続されるブリッジ回路として構成され、前記駆動回路は該ブリッジ回路の互いに対向する２対のノードのうちの一方のノード対が各々スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続され、他方のノード対が各々スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されてなる
   ことを特徴とする電磁アクチュエータの駆動装置。
2. 前記駆動回路は、前記コイルのいずれかに電流が流れている間に該当する電流経路にあるスイッチング素子がオフとなったとき、当該コイルに流れている電流の継続的な流通を許容する整流素子をさらに備える
   請求項１に記載の電磁アクチュエータの駆動装置。
3. 前記スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続されるノード対が、低電位側給電端にアノード端子が接続されたダイオードを介して同低電位側給電端に接続され、前記スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されるノード対が、高電位側給電端にカソード端子が接続されたダイオードを介して同高電位側給電端に接続されてなる
   請求項１に記載の電磁アクチュエータの駆動装置。
4. 対をなす各コイルへの通電にともなって発生する電磁力により動作する電磁アクチュエータの互いに同期動作させるべき２つを駆動対象として、それら２つの電磁アクチュエータに対応して設けられた２対のコイルへの通電を制御する駆動回路を備えて構成される電磁アクチュエータの駆動装置であって、
   前記２対のコイルは、それぞれ対応する電磁アクチュエータを第１の方向に動作させる第１のコイルと第２の方向に動作させる第２のコイルとの対からなるとともに、それら２対のコイルのうちの一方の対の第１のコイルと他方の対の第２のコイルとがそれぞれ直列接続された直列回路が互いに並列に接続されてなり、前記駆動回路は、前記並列に接続された回路の各共通接続端が各々スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続されるとともに、前記直列接続された第１および第２のコイルの各接続部が各々スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続されてなる
   ことを特徴とする電磁アクチュエータの駆動装置。
5. 前記駆動回路は、前記コイルのいずれかに電流が流れている間に該当する電流経路にあるスイッチング素子がオフとなったとき、当該コイルに流れている電流の継続的な流通を許容する整流素子をさらに備える
   請求項４に記載の電磁アクチュエータの駆動装置。
6. 前記スイッチング素子を介して高電位側給電端に接続された前記各共通接続端が、低電位側給電端にアノード端子が接続されたダイオードを介して同低電位側給電端に接続され、前記スイッチング素子を介して低電位側給電端に接続された前記第１および第２のコイルの各接続部が、高電位側給電端にカソード端子が接続されたダイオードを介して同高電位側給電端に接続されてなる
   請求項４に記載の電磁アクチュエータの駆動装置。
7. 前記駆動回路は、前記各スイッチング素子の開閉制御端子に対し、前記２つの電磁アクチュエータのうちの一方を能動とするとともに他方を非能動とする制御指令の入力が可能に構成されてなる
   請求項１〜６のいずれかに記載の電磁アクチュエータの駆動装置。
8. 前記電磁アクチュエータが内燃機関の機関バルブとして機能する電磁バルブであり、前記対をなす各コイルは、その一方が前記電磁バルブを閉弁させるとともに他方が同電磁バルブを開弁させるものである
   請求項１〜７のいずれかに記載の電磁アクチュエータの駆動装置。
9. 前記２つの電磁アクチュエータが、前記内燃機関の同一気筒の２つの吸気バルブもしくは２つの排気バルブとして機能する電磁バルブである
   請求項８に記載の電磁アクチュエータの駆動装置。
10. 内燃機関の同一気筒に設けられた複数の吸気バルブまたは排気バルブを電磁駆動する電磁バルブとして、第１の弁体を閉弁するための第１のコイルと同第１の弁体を開弁するための第２のコイルと第２の弁体を閉弁するための第３のコイルと同第２の弁体を開弁する第４のコイルとを備える電磁アクチュエータに対して、前記第１乃至第４のコイルへの通電態様をスイッチング素子が設けられた駆動回路を通じて制御する電磁アクチュエータの駆動装置において、
    前記駆動回路は、高電位側給電端と低電位側給電端との間に第１乃至第４の直列回路が並列接続されて構成されるものであって、前記第１の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、第１のスイッチング素子と前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第１のダイオードとが直列接続されてなり、前記第２の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、第２のスイッチング素子と前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第２のダイオードとが直列接続されてなり、前記第３の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第３のダイオードと第３のスイッチング素子とが直接接続されてなり、前記第４の直列回路は、前記高電位側給電端側から順に、前記低電位側給電端側から前記高電位側給電端側への電流の流通を許容する方向に設けられた第４のダイオードと第４のスイッチング素子とが直接接続されてなり、
    前記第１のコイルの一端は前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第１のコイルの他端は前記第３のダイオードと前記第３のスイッチング素子との直接接続部に接続され、前記第２のコイルの一端は前記第２のスイッチング素子と前記第２のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第２のコイルの他端は前記第４のダイオードと前記第４のスイッチング素子との直接接続部に接続され、前記第３のコイルの一端は前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第３のコイルの他端は前記第４のダイオードと前記第４のスイッチング素子との直接接続部に接続され、前記第４のコイルの一端は前記第２のスイッチング素子と前記第２のダイオードとの直接接続部に接続されるとともに、同第４のコイルの他端は前記第３のダイオードと前記第３のスイッチング素子との直接接続部に接続されてなる
    ことを特徴とする電磁アクチュエータの駆動装置。

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