JP4281257B2 - 機関バルブの駆動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の機関バルブを電磁石の電磁力に基づいて駆動制御する機関バルブの駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の吸気弁や排気弁といった機関バルブを電磁石の電磁力に基づいて駆動制御するようにした装置が知られている。この種の駆動装置にあっては、機関バルブの駆動に際して、良好な作動安定性を確保することに加え、その駆動に伴う電力消費を極力抑えること、機関バルブがその変位端に達するとき、即ち全閉或いは全開状態になるときの駆動速度を小さくして同バルブの開閉に伴う騒音の発生を抑えること等が望まれる。
【０００３】
そこで、特開平９−２１７８５９号公報に記載される装置にあっては、機関バルブの実作動状態を検出するとともに、その実作動状態が目標作動状態と一致するように電磁石の電磁力を制御するようにしている。こうした制御により、電磁石の電磁力は上述したような各種の要求に見合った大きさに制御されるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の装置によるように、電磁石の電磁力を制御する際には、例えば機関バルブの実位置と目標位置（全開位置或いは全閉位置）との間の位置偏差が求められ、この位置偏差に基づいて、電磁力が機関バルブを目標位置まで変位させる上で適切な大きさになるように電磁石が通電制御される。例えば、この位置偏差が大きい場合には、より大きな電磁力によって機関バルブが開閉駆動されるように、電磁石の励磁電流が増大される。
【０００５】
但し、機関バルブには、燃焼室内の内圧（筒内圧）や吸気圧、或いは排気圧に応じた力等の機関負荷に応じて変化する外力が作用している。このため、単に位置偏差等、機関バルブの位置情報のみに基づいて電磁石の電磁力を制御するようにすると、例えば、機関バルブを駆動するのに必要な駆動力がこの外力の影響によって増大しているときに電磁力が不足するようになり、機関バルブの作動安定性を確保できなくなるおそれがある。一方、こうした電磁力の不足を回避するために、予めこれを十分に大きく設定しておくと、機関負荷の状態によっては過剰な電磁力で機関バルブが駆動されてしまうことがあり、電力消費量の増大やその開閉に伴う騒音や振動の発生を招くこととなる。このため、機関バルブを駆動する際の電磁力を適切に制御する上では、こうした外力の影響を考慮すべく機関負荷に応じて電磁石の通電制御を行う必要がある。
【０００６】
ところが、このように機関負荷に応じて電磁石の通電制御するためには、機関バルブの位置情報に加え、機関負荷とその機関負荷に適した電磁力との間の関係を実験等を通じて求め、これを制御用マップとして予め設定しておく等、制御定数の適合作業に多くの時間を要することとなる。
【０００７】
この発明はこうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関負荷に応じた適切な電磁力をもって機関バルブを駆動制御することができ、しかもその制御に用いられる制御定数の適合作業を大幅に簡略化することのできる機関バルブの駆動制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、内燃機関の機関バルブを電磁石の電磁力に基づいて駆動制御する機関バルブの駆動制御装置において、機関無負荷時に対応する前記機関バルブの目標駆動速度を同機関バルブの変位に応じて設定する設定手段と、前記機関バルブの実駆動速度を前記設定される目標駆動速度に一致させるべく、これら実駆動速度及び目標駆動速度の間の乖離度に応じて前記電磁石を通電制御し前記電磁力の大きさを制御する制御手段とを備えるようにしている。
【０００９】
機関バルブを安定して駆動するのに必要な駆動力が機関負荷に基づく外力に応じて変化した場合、その外力の影響により実駆動速度は、機関無負荷時に対応する機関バルブの目標駆動速度から乖離するようになる。
【００１０】
請求項１に記載の発明の上記構成によれば、こうした機関負荷の影響によって実駆動速度が機関無負荷時に対応する目標駆動速度から乖離すると、その乖離度に応じて電磁石が通電制御され、実駆動速度が機関無負荷時の目標駆動速度と一致するように電磁石の電磁力が制御される。従って、機関負荷に応じて作用する外力が変化した場合であっても、機関無負荷時と同等の開閉特性が確保されるように、機関バルブはその機関負荷に応じた適切な電磁力をもって駆動されるようになる。しかも、上記のように機関負荷に応じて電磁石の電磁力を制御するに際しては、機関負荷とその機関負荷に適した電磁力との間の関係を実験等を通じて求めるなどの適合作業は不要であり、単に機関無負荷時の目標駆動速度を機関バルブの変位に応じて設定しておけばよい。このため、制御定数の適合作業を大幅に簡略化することができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の機関バルブの駆動制御装置において、前記制御手段は、機関無負荷時において前記実駆動速度を前記目標駆動速度に一致させて前記機関バルブを駆動するためのフィードフォワード電流を算出するフィードフォワード電流算出手段と、前記実駆動速度及び前記目標駆動速度の間の乖離度に応じてフィードバック電流を算出するフィードバック電流算出手段とを備え、これら算出されるフィードフォワード電流及びフィードバック電流に基づいて前記電磁石を通電制御するものであるとしている。
【００１２】
上記構成によれば、フィードフォワード電流に基づくフィードフォワード制御により、機関無負荷時であれば実駆動速度が目標駆動速度と一致するように電磁石の電磁力が制御される。また、機関負荷の影響によって実駆動速度と目標駆動速度との間に乖離が生じた場合でも、フィードバック電流に基づくフィードバック制御を通じて実駆動速度が目標駆動速度と一致するように電磁石の電磁力が制御される。従って、機関負荷に応じて作用する外力が変化した場合であっても、機関無負荷時と同等の開閉特性が確保されるように、機関バルブはその機関負荷に応じた適切な電磁力をもって駆動されるようになる。
【００１３】
また、フィードバック制御を通じて機関負荷の影響が補償されるため、フィードフォワード制御におけるフィードフォワード電流は、機関負荷の状態によらず、機関無負荷時において実駆動速度を目標駆動速度に一致させ得る値として設定すればよいことになる。従って、上記構成にあっては、フィードフォワード電流の設定が必要になるとはいえ、その設定に際して機関負荷の影響を敢えて考慮する必要はない。このため、制御定数の適合作業を大幅に簡略化することができるようになる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の機関バルブの駆動制御装置において、前記フィードバック電流算出手段は、前記機関バルブと前記電磁石との間のエアギャップが大きいときほど前記フィードバック電流を算出する際のフィードバックゲインを大きく設定するものであるとしている。
【００１５】
機関バルブに作用する電磁力は同機関バルブと電磁石との間のエアギャップの大きさに応じて変化する。即ち、電磁石の励磁電流が同じ大きさであっても、エアギャップが大きくなるほど機関バルブに作用する電磁力は小さくなる。
【００１６】
請求項３に記載の発明の上記構成によれば、エアギャップが大きいときほどフィードバックゲインを大きく設定するようにしているため、同エアギャップに応じた適切な大きさの電磁力を電磁石に発生させることができ、より高い追従性並びに収束性をもって実駆動速度を目標駆動速度に一致させることができるようになる。
【００１７】
ここで、機関バルブに作用する電磁力の大きさとエアギャップとの関係において非線形性が強いような場合には、エアギャップを複数の領域に区分するとともに、これら各領域毎に電磁力とエアギャップとの関係を線形化し、この線形化された関係に基づいて各領域における最適なフィードバックゲインを予め設定しておくことが望ましい。
【００１８】
但し、このようにエアギャップの各領域毎に最適なフィードバックゲインを予め設定しておくようにすると、追従性並びに収束性を高める上で最適な電磁力を算出することができるようになる反面、それに伴う適合作業の増大が避けきれないものとなる。
【００１９】
そこで、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の機関バルブの駆動制御装置において、前記制御手段は、前記機関バルブの駆動速度をモデル変数として含む同機関バルブの物理モデル並びに前記実駆動速度及び前記目標駆動速度に基づいて、前記実駆動速度を前記目標駆動速度に一致させるために必要となる前記電磁力の要求値を算出する電磁力要求値算出手段を備え、該電磁力要求値算出手段により算出される電磁力要求値に基づいて前記電磁石を通電制御するものであるとしている。
【００２０】
上記構成によれば、機関バルブが開閉する際の挙動を上記物理モデルを通じてシミュレートすることにより、上記電磁力の要求値を、実駆動速度を目標駆動速度に一致させる上で最適なものとして算出することができるようになる。従って、上述したようなフィードバックゲインの設定が不要となり、制御定数の適合作業を簡略化することができるようになる。
【００２１】
また、このように機関バルブの物理モデルを通じて電磁力の要求値を算出する電磁力要求値算出手段は、例えば、請求項５に記載の発明によるように、前記実駆動速度を前記目標速度に一致させるために必要な前記機関バルブの加速度にかかる要求値を算出する加速度要求値算出手段と、機関運転状態に応じて前記機関バルブに作用する外力を推定する外力推定手段とを備え、前記加速度要求値算出手段により算出される加速度要求値及び前記外力推定手段により推定される外力並びに前記物理モデルを記述する前記機関バルブの運動方程式に基づいて前記電磁力要求値を算出するもの、或いは請求項６に記載の発明によるように、前記実駆動速度に基づく前記機関バルブの実エネルギ量と前記目標駆動速度に基づく前記機関バルブの目標エネルギ量との偏差を算出するエネルギ量偏差算出手段を備え、該エネルギ量偏差並びに前記物理モデルを記述する前記機関バルブのエネルギ保存式に基づいて前記電磁力要求値を算出するものとしてこれを構成をすることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、請求項１乃至６のいずれかに記載の機関バルブの駆動制御装置において、前記目標駆動速度の大きさは前記機関バルブがその変位端に位置するときに最小値となるように設定される。
【００２３】
機関バルブがその変位端に達し、その駆動方向が開弁方向から閉弁方向に、或いは閉弁方向から開弁方向に切り替わるとき、電磁石に当接することにより機関バルブの駆動速度が瞬間的に「０」になる。従って、このように機関バルブが電磁石に当接して駆動速度が「０」になる直前の駆動速度（絶対値）が大きいと、機関バルブと電磁石との衝突によって騒音が発生したり、同機関バルブの急停止に伴う振動が発生したりするようになる。
【００２４】
上記構成によれば、機関バルブがその変位端に達して同バルブが全閉或いは全開状態に移行するときの駆動速度の大きさが最も小さくなるように目標駆動速度が設定されているため、こうした機関バルブの開閉に伴う騒音や振動を低減させることができ、ひいてはその駆動に要する電力消費量の低減を図ることができるようになる。
【００２５】
請求項８に記載の発明では、請求項１乃至７のいずれかに記載の機関バルブの駆動制御装置において、前記機関バルブは前記電磁石の電磁力に加えてスプリングの弾性力によって駆動されるものであり、前記目標駆動速度は前記機関バルブを前記スプリングの弾性力によってその両変位端の間で自由振動させたときの変位速度と一致するように設定される。
【００２６】
上記構成によれば、最もエネルギ損失の少ない態様で機関バルブを駆動することができ、電力消費量の低減を図ることができるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明を内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの駆動制御装置に適用するようにした第１の実施形態について説明する。
【００２８】
本実施形態において、吸気バルブ及び排気バルブはいずれも電磁石の電磁力によって開閉駆動される電磁駆動バルブとして構成されている。これら吸気バルブ及び排気バルブは構成並びにその駆動制御態様が同じであるため、以下では排気バルブを例にその構成等について説明する。
【００２９】
図１に示されるように、排気バルブ１０は、シリンダヘッド１８において往復動可能に支持された弁軸２０、この弁軸２０の一端に設けられた弁体１６、並びに弁軸２０を往復駆動する電磁駆動部２１を備えている。シリンダヘッド１８には、燃焼室１２に通じる排気ポート１４が形成されており、また同排気ポート１４の開口近傍には弁座１５が形成されている。弁軸２０の往復動に伴って弁体１６が弁座１５に離着座することにより排気ポート１４が開閉される。
【００３０】
弁軸２０において、弁体１６が設けられた端部と反対側の端部には、ロアリテーナ２２が設けられている。このロアリテーナ２２とシリンダヘッド１８との間には、ロアスプリング２４が圧縮状態で配設されている。弁体１６及び弁軸２０は、このロアスプリング２４の弾性力によって閉弁方向（図１の上方向）に付勢されている。
【００３１】
電磁駆動部２１は、弁軸２０と同軸上に配設されたアーマチャシャフト２６を備えている。このアーマチャシャフト２６の略中央部分には高透磁率材料からなる円板状のアーマチャ２８が固定され、またその一端にはアッパリテーナ３０が固定されている。アーマチャシャフト２６においてこのアッパリテーナ３０が固定された端部と反対側の端部は、弁軸２０のロアリテーナ２２側の端部に当接されている。
【００３２】
電磁駆動部２１のケーシング（図示略）内には、アッパコア３２がアッパリテーナ３０とアーマチャ２８との間に位置して固定されている。同じくこのケーシング内には、ロアコア３４がアーマチャ２８とロアリテーナ２２との間に位置して固定されている。これらアッパコア３２及びロアコア３４はいずれも高透磁率材料によって環状に形成されており、それらの各中央部にはアーマチャシャフト２６が往復動可能に貫通されている。
【００３３】
上記ケーシングに設けられたアッパキャップ３６とアッパリテーナ３０との間には、アッパスプリング３８が圧縮状態で配設されている。アーマチャシャフト２６は、このアッパスプリング３８の弾性力により弁軸２０側に付勢されている。更に、弁軸２０及び弁体１６は、このアーマチャシャフト２６により開弁方向（図１の下方向）に付勢されている。
【００３４】
また、アッパキャップ３６には変位センサ５２が取り付けられている。この変位センサ５２は、同センサ５２とアッパリテーナ３０との間の距離に応じて変化する電圧信号を出力する。従って、この電圧信号に基づいてアーマチャシャフト２６や弁軸２０の変位、換言すれば、排気バルブ１０の変位を検出することができる。
【００３５】
アッパコア３２においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の溝４０が形成され、同溝４０内にはアッパコイル４２が配置されている。このアッパコイル４２とアッパコア３２とによって排気バルブ１０を閉弁方向に駆動するための電磁石６１が構成されている。
【００３６】
一方、ロアコア３４においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の溝４４が形成され、同溝４４内にはロアコイル４６が配置されている。このロアコイル４６とロアコア３４とによって排気バルブ１０を開弁方向に駆動するための電磁石６２が構成されている。
【００３７】
これら各電磁石６１，６２のコイル４２，４６は、内燃機関の各種制御を統括して行う電子制御装置５０によって通電制御される。この電子制御装置５０は、ＣＰＵやメモリ、電磁石６１，６２の各コイル４２，４６に励磁電流を供給する駆動回路の他、変位センサ５２の検出信号が取り込まれる入力回路、この検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（いずれも図示略）等を備えて構成されている。
【００３８】
図１は、アッパコイル４２及びロアコイル４６のいずれにも励磁電流が供給されず、各電磁石６１，６２に電磁力が発生していないときの排気バルブ１０の状態を示している。この状態では、アーマチャ２８は、各電磁石６１，６２の電磁力によって吸引されることはなく、各スプリング２４，３８の付勢力が釣り合う、各コア３２，３４の間の中間位置で静止する。また、この状態では、弁体１６は弁座１５から離間しており、排気ポート１４は半開状態となっている。以下、この状態にあるときの排気バルブ１０の位置を中立位置という。
【００３９】
次に、各コイル４２，４６の通電制御を通じて駆動される排気バルブ１０の動作態様について説明する。
排気バルブ１０を開閉駆動する際には、その開閉駆動に先立ち、中立位置にある排気バルブ１０をその変位端である全閉位置にまで変位させ、同位置で静止させるための処理（以下、「初期駆動処理」という）が実行される。この初期駆動処理においては、各コイル４２，４６に、電子制御装置５０の駆動回路から励磁電流が所定周期をもって交互に供給される。こうした通電制御を通じてアーマチャ２８、アーマチャシャフト２６、及び弁軸２０等は、各スプリング２４，３８の付勢力と各電磁石６１，６２において交互に発生する電磁力との協働によって強制振動するようになる。そして、このアーマチャ２８の振動振幅が徐々に増大し、同アーマチャ２８がアッパコア３２に当接するようになると、その当接のタイミングに合わせてロアコイル４６の通電が停止されるとともに、アッパコイル４２には一定の励磁電流が連続的に供給されるようになる。その結果、アーマチャ２８は、電磁石６１に発生する電磁力によって吸引され、アッパコア３２に吸着された状態で静止するようになる。従って、排気バルブ１０は全閉位置に保持され、その後に開閉駆動が可能な初期状態となる。
【００４０】
そして、こうした全閉位置にある排気バルブ１０を内燃機関の運転に同期させて開閉駆動する際には、フィードフォワード電流成分（以下、「ＦＦ電流Ｉｆ」という）とフィードバック電流成分（以下、「ＦＢ電流Ｉｂ」という）との和として設定される励磁電流が電子制御装置５０の駆動回路から各電磁石６１，６２のコイル４２，４６に選択的に供給される。
【００４１】
ここで、排気バルブ１０を開閉駆動する際の駆動力は、基本的には、各スプリング２４，３８の付勢力や、弁体１６、弁軸２０、アーマチャ２８、アーマチャシャフト２６等々の質量によって決定されるが、その他に、アーマチャシャフト２６と各コア３２，３４との間や弁軸２０とシリンダヘッド１８との間等、各摺動部における摩擦抵抗の大きさによっても変化する。また、弁体１６には、燃焼室１２や排気ポート１４の排気圧（吸気バルブにあっては吸気圧）に基づく外力が作用するため、排気バルブ１０の駆動力はこの外力の影響を受けて変化する。
【００４２】
従って、排気バルブ１０の作動安定性を確保するためには、こうした各摺動部の摩擦抵抗の大きさや、筒内圧等に基づく外力の大きさが反映されたかたちで各電磁石６１，６２の電磁力、換言すれば各コイル４２，４６に供給される励磁電流の大きさを設定する必要がある。
【００４３】
特に、各摺動部の摩擦抵抗の大きさは、機関負荷によらず略一定とみなすことができるのに対し、筒内圧等に基づく外力の大きさは、同機関負荷に応じて大きく変化する。例えば、機関負荷が大きくなると、燃焼圧が高圧になるため、排気バルブ１０が開弁するときの筒内圧や排気圧もそれに応じて高くなり、それら圧力に基づく外力の大きさも大きくなる傾向がある。従って、この外力の大きさを考慮することなく上記励磁電流を設定するようにすると、排気バルブ１０を駆動するための電磁力が不足してその作動安定性を確保できなくなったり、過剰な電磁力で排気バルブ１０が駆動されることで、電力消費量の増大や、その開閉に伴う騒音（アーマチャ２８と各コア３２，３４との当接音や、弁体１６と弁座１５との衝突音等）及び振動の発生を招くこととなる。
【００４４】
そこで、本実施形態では、こうした摩擦抵抗や筒内圧等に基づく外力の大きさを反映させたかたちで上記ＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂを適切に設定することにより、排気バルブ１０の作動安定性を確保しつつ、電力消費量の増大やその開閉に伴う騒音及び振動の発生を抑えるようにしている。
【００４５】
次に、これらＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂの設定手順について詳細に説明する。まず、ＦＦ電流Ｉｆ及びＦＢ電流Ｉｂの設定に際して参照される排気バルブ１０の目標駆動速度Ｖｔについて説明する。
【００４６】
上記初期駆動処理を通じて排気バルブ１０を全閉位置に静止させている状態でアッパコイル４２に対する励磁電流の供給を停止させると、アーマチャ２８はアッパコア３２から離間し、同アーマチャ２８、アーマチャシャフト２６、各リテーナ２２，３０、弁軸２０、並びに弁体１６（以下、これらを総称して「可動部」という）が各スプリング２４，３８の付勢力によって振動するようになる。
【００４７】
ここで仮に、内燃機関の運転が停止されており筒内圧等に基づく外力が弁体１６に作用せず、また各摺動部の摩擦抵抗等も存在していないものとすると、上記可動部は各スプリング２４，３８の弾性力によって自由振動するようになる。
【００４８】
本実施形態では、このように排気バルブ１０の可動部を自由振動させたときの変位速度を排気バルブ１０を駆動する際の目標駆動速度Ｖｔとし、これを排気バルブ１０の変位（以下、「バルブ変位」という）Ｘに応じて設定するようにしている。このように目標駆動速度Ｖｔを設定することにより、各スプリング２４，３８に蓄えられる弾性エネルギを上記可動部の運動エネルギへと効率的に変換することができ、排気バルブ１０を駆動する際のエネルギ損失を極力少なくすることができるようになる。
【００４９】
図３は、この目標駆動速度Ｖｔとバルブ変位Ｘとの関係を示すマップであり、このマップに示される関係は関数データとして電子制御装置５０のメモリに予め記憶されている。
【００５０】
このマップに示されるように、排気バルブ１０が全閉位置から全開位置まで変位する場合（同図に示す実線に沿って点Ａ→点Ｃ→点Ｂと推移する場合）において、目標駆動速度Ｖｔの大きさ（＝｜Ｖｔ｜）は、排気バルブ１０が全閉位置（点Ａ）或いは全開位置（点Ｂ）にあるときに最小値「０」をとり、同排気バルブ１０が中立位置（点Ｃ）にあるときに最大値（｜−Ｖｔｍａｘ｜）をとる。一方、排気バルブ１０が全開位置から全閉位置まで変位する場合（同図に示す実線に沿って点Ｂ→点Ｄ→点Ａと推移する場合）においても同様に、目標駆動速度Ｖｔの大きさは、排気バルブ１０が全開位置（点Ｂ）或いは全閉位置（点Ａ）にあるときに最小値「０」をとり、同排気バルブ１０が中立位置（点Ｄ）にあるときに最大値（｜Ｖｔｍａｘ｜）をとる。
【００５１】
次に、図２、図４、及び図５を併せ参照して、上記ＦＦ電流Ｉｆの設定手順について説明する。図２は、バルブ変位Ｘ（同図（ａ））、各電磁石６１，６２の各コイル４２，４６に供給されるＦＦ電流Ｉｆ（同図（ｂ），（ｃ））、並びに排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａ（同図（ｄ））の各々について、それらの機関無負荷時における時間的推移の例を示すタイミングチャートである。尚、同図２において、（ｂ）はアッパコイル４２に供給されるＦＦ電流Ｉｆの時間的推移を、（ｃ）はロアコイル４６に供給されるＦＦ電流Ｉｆの時間的推移をそれぞれ示している。
【００５２】
同図に示されるタイミングｔ０〜ｔ１の期間において、アッパコイル４２に対して供給されるＦＦ電流Ｉｆの大きさは、アーマチャ２８をアッパコア３２に吸着したまま静止させ得る値（保持電流値）Ｉｆ２に設定されている。従って、排気バルブ１０は全閉位置に保持された状態となる。
【００５３】
こうした状態から排気バルブ１０を開弁させる際には、まずアッパコイル４２に対するＦＦ電流Ｉｆの供給が停止される（タイミングｔ１）。その結果、排気バルブ１０の可動部は、アッパスプリング３８の付勢力によって開弁方向に移動し始める。その後、実駆動速度Ｖａの大きさ（絶対値）は徐々に増大し、排気バルブ１０が中立位置に達する時点（タイミングｔ２）で最大となる。そして、排気バルブ１０が中立位置を越えて更に変位すると、ロアコイル４６に対してＦＦ電流Ｉｆが供給されるようになる。
【００５４】
図４は、このロアコイル４６に供給されるＦＦ電流Ｉｆの大きさとバルブ変位Ｘとの関係を示すマップであり、このマップに示されるＦＦ電流Ｉｆとバルブ変位Ｘとの関係は関数データとして電子制御装置５０のメモリに予め記憶されている。
【００５５】
このマップに示されるように、排気バルブ１０が中立位置よりも所定量だけ全開側にある位置Ｘ１から更に全開側の位置Ｘ２に達するまでの間（図２においてタイミングｔ３〜ｔ４）は、ＦＦ電流Ｉｆが一定の値Ｉｆ１に設定される。そして、このＦＦ電流Ｉｆがロアコイル４６に供給されることにより、アーマチャ２８は電磁石６２の電磁力によってロアコア３４側に吸引されるようになる。
【００５６】
そして、排気バルブ１０が上記位置Ｘ２から全開位置に達するまでの間（タイミングｔ４〜ｔ５）は、同バルブ１０が全開位置に近づくのに伴ってＦＦ電流Ｉｆは徐々に小さい値に設定される。従って、電磁石６２に発生する電磁力は徐々に減少するようになる。また、排気バルブ１０の可動部は、同バルブ１０が全開位置に近づくほど、より大きな付勢力をもってロアスプリング２４により閉弁方向に付勢されるようになる。このように電磁石６２の電磁力が減少する一方でロアスプリング２４の付勢力が増大する結果、実駆動速度Ｖａの大きさは徐々に減少するようになる。
【００５７】
そして、排気バルブ１０が全開位置に達すると、その後、ＦＦ電流Ｉｆの大きさは、アーマチャ２８をロアコア３４に吸着したまま静止させ得る値（保持電流値）Ｉｆ２に設定される。その結果、排気バルブ１０は全開位置に保持されるようになる。
【００５８】
一方、こうした状態から排気バルブ１０を再び閉弁させる際には、まずロアコイル４６に対するＦＦ電流Ｉｆの供給が停止される（タイミングｔ６）。その結果、排気バルブ１０の可動部は、ロアスプリング２４の付勢力によって閉弁方向に移動し始める。その後、実駆動速度Ｖａの大きさは徐々に増大し、排気バルブ１０が中立位置に達する時点（タイミングｔ７）で最大となる。そして、排気バルブ１０が中立位置を越えて更に変位すると、アッパコイル４２に対してＦＦ電流Ｉｆが供給されるようになる。
【００５９】
図５は、このアッパコイル４２に供給されるＦＦ電流Ｉｆの大きさとバルブ変位Ｘとの関係を示すマップであり、このマップに示されるＦＦ電流Ｉｆとバルブ変位Ｘとの関係は関数データとして電子制御装置５０のメモリに予め記憶されている。
【００６０】
このマップに示されるように、排気バルブ１０が中立位置よりも所定量だけ全閉側にある位置Ｘ３から更に全閉側の位置Ｘ４に達するまでの間（図２においてタイミングｔ８〜ｔ９）は、ＦＦ電流Ｉｆが一定の値Ｉｆ１に設定される。そして、このＦＦ電流Ｉｆがアッパコイル４２に供給されることにより、アーマチャ２８は電磁石６１の電磁力によってアッパコア３２側に吸引されるようになる。
【００６１】
そして、排気バルブ１０が上記位置Ｘ４から全閉位置に達するまでの間（タイミングｔ９〜ｔ１０）は、同バルブ１０が全閉位置に近づくのに伴ってＦＦ電流Ｉｆは徐々に小さい値に設定される。従って、電磁石６１に発生する電磁力は徐々に減少するようになる。また、排気バルブ１０の可動部は、同バルブ１０が全閉位置に近づくほど、より大きな付勢力をもってアッパスプリング３８により開弁方向に付勢されるようになる。このように電磁石６１の電磁力が減少する一方でアッパスプリング３８の付勢力が増大する結果、実駆動速度Ｖａの大きさは徐々に減少するようになる。
【００６２】
そして、排気バルブ１０が全閉位置に達すると、その後、ＦＦ電流Ｉｆの大きさは、上記保持電流値Ｉｆ２に設定される。その結果、排気バルブ１０は全閉位置に保持されるようになる。
【００６３】
ここで、各コイル４２，４６に供給される上記ＦＦ電流Ｉｆの大きさは、排気バルブ１０の各摺動部における摩擦抵抗等を考慮した上で、機関無負荷時において実駆動速度Ｖａを上記目標駆動速度Ｖｔに一致させるのに必要最小限の大きさに設定されている。
【００６４】
例えば、排気バルブ１０を開弁させる際に、ロアコイル４６に供給されるＦＦ電流Ｉｆの大きさが十分でないと、排気バルブ１０を安定駆動させる上で必要な電磁力が電磁石６２に発生せず、アーマチャ２８をロアコア３４に当接させることができなくなる。その結果、図２（ａ）に一点鎖線で示されるように、排気バルブ１０が全開位置に達することなく中立位置に収束する、いわゆる脱調が発生するようになる。こうした脱調が発生すると、上記初期駆動処理を再び行う必要が生じ、排気バルブ１０の作動安定性はもはや確保できなくなる。
【００６５】
一方、図２（ａ），（ｃ），（ｄ）に二点鎖線で示されるように、ロアコイル４６に供給されるＦＦ電流Ｉｆの大きさを過度に大きく設定しておくと、排気バルブ１０が全閉位置に達する直前（タイミングｔ４’）の実駆動速度Ｖａが大きくなる。その結果、アーマチャ２８がロアコア３４に当接する際のエネルギ損失が大きくなり、電力消費量の増大を招くとともに、その当接に伴う騒音及び振動も増大するようになる。また、アーマチャ２８がロアコア３４に衝突して跳ね返ることもあり、その跳ね返り量が大きくなると脱調の発生を招くおそれもある。
【００６６】
本実施形態では、機関無負荷時において実駆動速度Ｖａを目標駆動速度Ｖｔに一致させる上で必要最小限の大きさのＦＦ電流Ｉｆを各コイル４２，４６に供給するようにしているため、排気バルブ１０の作動安定性が確保されるとともに、その開閉駆動に伴う電力消費量の増大や騒音及び振動の発生が抑えられるようになる。
【００６７】
次に、図６〜８を参照してＦＢ電流Ｉｂの設定手順について説明する。
機関無負荷時においては、排気バルブ１０を開閉駆動する際に各コイル４２，４６に対して上記のように設定されるＦＦ電流Ｉｆを供給することにより、実駆動速度Ｖａを目標駆動速度Ｖｔに一致させることができるようになる。一方、実際の機関運転時、即ち機関有負荷時においては、筒内圧や排気圧に基づく外力が排気バルブ１０の弁体１６に作用するため、この外力の影響によって実駆動速度Ｖａが目標駆動速度Ｖｔから乖離する傾向がある。
【００６８】
図６は、こうした傾向にある実駆動速度Ｖａ及び目標駆動速度Ｖｔをバルブ変位Ｘに対応させて示している。同図に示されるように、排気バルブ１０を開弁させる際、目標駆動速度Ｖｔは同図に示す実線に沿って点Ａから点Ｂにまで変化するが、実駆動速度Ｖａは、上記外力の影響を受けるために、この目標駆動速度Ｖｔの変化に追従しきれず、同目標駆動速度Ｖｔよりもその大きさが小さくなる（｜Ｖａ｜≦｜Ｖｔ｜）。本実施形態においては、この実駆動速度Ｖａと目標駆動速度Ｖｔとの間の乖離度としてこれら両速度の速度偏差ΔＶを検出し、この検出される速度偏差ΔＶに基づいてＦＢ電流Ｉｂを設定するようにしている。
【００６９】
以下、排気バルブ１０を開閉駆動する場合を例に、このＦＢ電流ＩｂとＦＦ電流Ｉｆとに基づいて機関バルブを駆動制御する際の手順について図７に示すフローチャートを参照して説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、排気バルブ１０の開閉駆動に際して各コイル４２，４６に対する上記保持電流値Ｉｆ２の供給が停止された後に行われる処理であり、電子制御装置５０により所定の時間周期Δｔをもって繰り返し実行される。
【００７０】
この一連の処理では、まず、変位センサ５２の検出信号に基づいてバルブ変位Ｘが読み込まれる（ステップ１００）。そして、次式（１）に従って排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａが算出される（ステップ１１０）。尚、このステップの処理を実行する電子制御装置５０及び変位センサ５２により排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａを検出する実駆動速度検出手段が構成される。
【００７１】
【数１】

尚、添え字「(i) 」は今回の制御周期における値、「(i-1) 」は前回の制御周期における値、「(i+1) 」は次回の制御周期における推定値をそれぞれ示す。
【００７２】
このようにして実駆動速度Ｖａが算出された後、先の図４或いは図５に示すマップが参照され、ＦＦ電流Ｉｆがバルブ変位Ｘに基づいて算出される（ステップ１２０）。
【００７３】
次に、アーマチャ２８と各電磁石６１，６２との間のエアギャップＧが所定値Ｇ１以下であるか否かが判断される（ステップ１３０）。
このエアギャップＧは、アッパコア３２及びロアコア３４のうちアーマチャ２８の移動方向側にあるコアと同アーマチャ２８との間の距離である。即ち、このエアギャップＧは、排気バルブ１０を開弁させる際にあっては、アーマチャ２８とロアコア３４との間の距離に相当し、同排気バルブ１０を閉弁させる際にあっては、アーマチャ２８とアッパコア３２との間の距離に相当する。
【００７４】
また、このステップ１３０においては、エアギャップＧの大きさに応じて上記ＦＢ電流Ｉｂに基づくフィードバック制御を開始するか否かが判断される。ここで、このようにフィードバック制御の開始をエアギャップＧの大きさに基づいて判断するようにしているのは次の理由による。
【００７５】
即ち、各電磁石６１，６２に供給される励磁電流が同じ場合でも、エアギャップＧが大きくなるほど、アーマチャ２８に作用する電磁力の大きさは小さくなる。換言すれば、エアギャップＧが大きくなるほど、各電磁石６１，６２に供給される電気的エネルギのうち、アーマチャ２８の吸引駆動に寄与せず無駄に消費されるものの割合が多くなる傾向がある。そこで、この一連の処理においては、エアギャップＧが所定値Ｇ１以下であると判断される場合にのみ、上記速度偏差ΔＶに基づくフィードバック制御を実行する一方、エアギャップＧが所定値Ｇ１よりも大きく、各電磁石６１，６２によりアーマチャ２８を吸引駆動する際の電気的効率が低いと判断される場合には、ＦＢ電流Ｉｂを「０」に設定することでフィードバック制御を実質的に停止し、電力消費量の増大を極力抑えるようにしている。
【００７６】
このステップ１３０において、エアギャップＧが所定値Ｇ１以下であると判断された場合には（ステップ１３０：ＹＥＳ）、先の図３に示すマップが参照され、目標駆動速度Ｖｔがバルブ変位Ｘに基づいて算出される（ステップ１４０）。そして、以下の式（２）に従って上記速度偏差ΔＶが算出される（ステップ１５０）。
【００７７】
【数２】

上式（２）において、「｜Ｖｔ｜」、「｜Ｖａ｜」は、それぞれ目標駆動速度Ｖｔ、実駆動速度Ｖａの大きさ（絶対値）である。
【００７８】
そして、この速度偏差ΔＶに基づき以下の式（３）からＦＢ電流Ｉｂが算出される（ステップ１６０）。
【００７９】
【数３】

上記式（３）において、「Ｋ」はフィードバックゲインであり、本実施形態では一定の値に設定されている。
【００８０】
ここで、速度偏差ΔＶは、機関負荷に応じて排気バルブ１０の弁体１６に作用する外力の大きさが変化し、実駆動速度Ｖａが目標駆動速度Ｖｔから乖離した場合には、その乖離度が大きくなるほど大きな値として算出される。従って、この速度偏差ΔＶとフィードバックゲインＫとの積として算出されるＦＢ電流Ｉｂは、こうした機関負荷の影響を補償し得る大きさに設定されるようになる。
【００８１】
一方、先のステップ１３０において、エアギャップＧが所定値Ｇ１より大きいと判断された場合には（ステップ１３０：ＮＯ）、ＦＢ電流Ｉｂが「０」に設定される（ステップ１６５）。
【００８２】
このようにしてステップ１６０、或いはステップ１６５においてＦＢ電流Ｉｂが求められた後、次式（４）に基づいて各電磁石６１，６２を通電制御するための最終的な指令電流Ｉが算出される（ステップ１７０）。
【００８３】
【数４】

尚、実駆動速度Ｖａの大きさ｜Ｖａ｜が目標駆動速度Ｖｔの大きさ｜Ｖｔ｜を上回っており、ＦＢ電流Ｉｂが負の値として算出される結果、上式（４）に基づき算出される上記指令電流Ｉが負の値になる場合には、同指令電流Ｉは「０」に設定される。
【００８４】
そして、この指令電流Ｉに基づいて各電磁石６１，６２が選択的に通電制御される（ステップ１８０）。即ち、排気バルブ１０を開弁駆動する際には、ロアコイル４６に対して指令電流Ｉが供給され、同バルブ１０を閉弁駆動する際には、アッパコイル４２に対して指令電流Ｉが供給される。こうした各電磁石６１，６２の通電制御を通じて、これら各電磁石６１，６２の電磁力の大きさが制御された後、この一連の処理は一旦終了される。
【００８５】
図８は、この一連の処理に基づいて排気バルブ１０が開弁駆動される場合を例に、バルブ変位Ｘ（同図（ａ））、ＦＢ電流Ｉｂ（同図（ｂ））、ＦＦ電流Ｉｆ（同図（ｃ））、並びにこれらＦＢ電流Ｉｂ及びＦＦ電流Ｉｆの加算値（指令電流Ｉ）（同図（ｄ））について、それらの時間的推移をそれぞれ示している。また、同図（ａ）において、実線は実際のバルブ変位Ｘを示し、一点鎖線は実駆動速度Ｖａが目標駆動速度Ｖｔに一致した状態で排気バルブ１０が変位した場合でのバルブ変位Ｘを示している。
【００８６】
同図に示されるように、アッパコイル４２へのＦＦ電流Ｉｆの供給が停止されて排気バルブ１０の開弁駆動が開始された後、上記エアギャップＧが所定値Ｇ１に達するまでの期間（タイミングｔ１〜ｔ２）においては、ＦＦ電流Ｉｆ、ＦＢ電流Ｉｂ、並びに指令電流Ｉがいずれも「０」であるため、排気バルブ１０の可動部は、アッパスプリング３８の付勢力に基づいて全開側に変位するようになる。
【００８７】
そして、エアギャップＧが減少して所定値Ｇ１に達すると（タイミングｔ２）、それ以降はＦＢ電流Ｉｂが上記速度偏差ΔＶに応じた値として算出されるようになる。従って、指令電流ＩはこのＦＢ電流Ｉｂと等しく算出され、フィードバック制御のみが実行されるようになる（タイミングｔ２〜ｔ３）。
【００８８】
更に、バルブ変位Ｘが上記所定値Ｘ１に達すると（タイミングｔ３）、ＦＦ電流Ｉｆがバルブ変位Ｘに応じた値として算出されるようになる。従って、指令電流ＩはこのＦＦ電流ＩｆとＦＢ電流Ｉｂとの和として算出され、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の双方が併せて実行されるようになる（タイミングｔ３〜ｔ４）。
【００８９】
その後、排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａが目標駆動速度Ｖｔに収束し、これら各速度Ｖａ，Ｖｔが一致するようになると、上記速度偏差ΔＶが「０」になるため、ＦＢ電流Ｉｂも「０」として算出されるようになる。従って、この条件（Ｖａ＝Ｖｔ）が満たされている間は、指令電流ＩがＦＦ電流Ｉｆと等しく設定されるため、実質的にフィードフォワード制御のみが実行されるようになる（タイミングｔ４〜ｔ５）。そして、バルブ変位Ｘが全開位置に達すると（タイミングｔ５）、それ以降はＦＦ電流Ｉｆが上記保持電流値Ｉｆ２と等しく設定され、排気バルブ１０が全開位置に保持されるようになる。
【００９０】
以上説明した態様をもって機関バルブ（吸気バルブ及び排気バルブ１０）を駆動制御するようにした本実施形態によれば、以下に記載するような作用効果を奏することができる。
【００９１】
（１）機関負荷に応じて機関バルブに作用する外力が変化する場合であっても、機関無負荷時と同等の開閉特性が確保されるように、機関バルブはその機関負荷に応じた適切な電磁力をもって駆動されるようになる。
【００９２】
また、フィードバック制御を通じて機関負荷の影響が補償されるため、フィードフォワード制御におけるＦＦ電流は、機関無負荷時において実駆動速度を目標駆動速度に一致させ得る値として機関負荷の状態によらず設定することができる。従って、ＦＦ電流の設定に際して機関負荷の影響を考慮する必要はなく、機関負荷とその機関負荷に適した電磁力との関係を実験等を通じて求めるなどの適合作業は不要になる。このため、制御定数の適合作業を大幅に簡略化することができるようになる。
【００９３】
（２）また、機関バルブがその変位端に達して同バルブが全閉或いは全開位置に達する直前の駆動速度の大きさが最も小さくなるように、目標駆動速度を設定するようにしたため、機関バルブの開閉に伴う騒音や振動を低減させることができ、ひいてはその駆動に要する電力消費量の低減を図ることができるようになる。
【００９４】
（３）機関バルブを各スプリングの弾性力によってその両変位端の間で自由振動させたときの変位速度と一致するように、目標駆動速度を設定するようにしているため、最もエネルギ損失の少ない態様で機関バルブを駆動することができ、電力消費量の低減を図ることができるようになる。
【００９５】
（４）エアギャップＧが所定値Ｇ１よりも大きく、各電磁石６１，６２によりアーマチャ２８を吸引駆動する際の電気的効率が低いと判断される場合には、ＦＢ電流を「０」に設定してフィードバック制御を実質的に停止するようにしているため、電力消費量の増大を極力抑えることができるようになる。
【００９６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００９７】
第１の実施形態では、上記速度偏差ΔＶに基づきＦＢ電流Ｉｂを算出する際のフィードバックゲインＫを一定値に設定するようにしたが、本実施形態では、このフィードバックゲインＫを上記エアギャップＧ及び速度偏差ΔＶのそれぞれの大きさに応じて可変設定するようにしている。
【００９８】
以下、このフィードバックゲインＫの設定手順について図９を参照して説明する。
図９は、これらエアギャップＧ及び速度偏差ΔＶとフィードバックゲインＫとの関係を示すマップであり、このマップに示される関係は関数データとして電子制御装置５０のメモリに予め記憶されている。
【００９９】
このマップに示されるように、フィードバックゲインＫは、エアギャップＧ及び速度偏差ΔＶに応じて定まる各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに対応して各所定値Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５のいずれかに設定される。尚、これら各所定値Ｋ１〜Ｋ５については、以下の式（５）に基づく大小関係が予め設定されている。
【０１００】
【数５】

（領域Ａ）
速度偏差ΔＶが所定値ΔＶ１（＞０）以上である場合、フィードバックゲインＫは、エアギャップＧの大きさによらず、所定値Ｋ１に設定される。この領域Ａでは、実駆動速度Ｖａの大きさ｜Ｖａ｜が目標駆動速度Ｖｔの大きさ｜Ｖｔ｜を大きく下回っており、脱調の発生が懸念される。
【０１０１】
この領域Ａでは、フィードバックゲインＫを最も大きく設定して各電磁石６１，６２の電磁力を大きくすることにより、実駆動速度Ｖａを目標駆動速度Ｖｔに対して速やかに収束させるようにしている。
【０１０２】
（領域Ｂ）
速度偏差ΔＶが「０」より小さい場合、フィードバックゲインＫは、エアギャップＧの大きさによらず、所定値Ｋ５に設定される。この領域Ｂでは、実駆動速度Ｖａの大きさ｜Ｖａ｜が目標駆動速度Ｖｔの大きさ｜Ｖｔ｜を上回っており、排気バルブ１０が全開位置或いは全閉位置に達する際の可動部の速度が大きくなる可能性がある。また、この領域Ｂでは、ＦＢ電流Ｉｂが負の値として算出されるため、フィードバックゲインＫが大きいと、このＦＢ電流ＩｂによりＦＦ電流Ｉｆが実質的に減少する結果、指令電流Ｉが過剰に小さくなり脱調の発生を招くおそれがある。
【０１０３】
この領域Ｂでは、フィードバックゲインＫを例えば「０」に設定する等、各領域Ａ〜Ｅのなかで最も小さく設定することにより、指令電流Ｉのフィードバック制御項（ＦＢ電流Ｉｂ）を小さくして実駆動速度Ｖａの増大を抑えるとともに、同指令電流Ｉのフィードフォワード制御項（ＦＦ電流Ｉｆ）を確保して指令電流Ｉが過剰に小さくなることによる脱調の発生を極力回避するようにしている。
【０１０４】
（領域Ｃ，Ｄ，Ｅ）
速度偏差ΔＶが「０」以上で且つ所定値ΔＶ１未満である場合、フィードバックゲインＫは、エアギャップＧの大きさに応じた各領域Ｃ〜Ｅに対応してそれぞれ各所定値Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４に設定される。即ち、これら各領域Ｃ〜Ｅでは、エアギャップＧが大きくなるほどフィードバックゲインＫが大きく設定される。各電磁石６１，６２に供給される励磁電流が同じ場合であっても、エアギャップＧが大きくなるほど、アーマチャ２８に作用する電磁力の大きさは小さくなり、一般には、この電磁力の大きさはエアギャップＧの大きさに反比例する特性がある。
【０１０５】
これら各領域Ｃ〜Ｅでは、エアギャップＧが大きくなるほどフィードバックゲインＫを大きく設定することにより、同エアギャップＧに応じた適切な大きさの電磁力を電磁石６１，６２に発生させ、実駆動速度Ｖａを目標駆動速度Ｖｔに一致させる際の追従性並びに収束性を向上させるようにしている。
【０１０６】
先の図７のフローチャートに示すステップ１６０では、上述したように、エアギャップＧ及び速度偏差ΔＶに基づいてフィードバックゲインＫが上記各所定値Ｋ１〜Ｋ５のいずれかに設定された後、上記式（３）に基づいてＦＢ電流Ｉｂが算出される。
【０１０７】
以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態において記載した（１）〜（４）の作用効果に加えて更に以下の作用効果を奏することができる。
（５）エアギャップが大きいときほどフィードバックゲインを大きく設定するようにしているため、同エアギャップに応じた適切な大きさの電磁力を各電磁石６１，６２に発生させることができ、より高い追従性並びに収束性をもって実駆動速度を目標駆動速度に一致させることができるようになる。
【０１０８】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０９】
上記第２の実施形態では、フィードバックゲインＫをエアギャップＧ及び速度偏差ΔＶに応じて区分された各領域Ａ〜Ｅに対応させて設定するようにしている。このため、機関バルブに作用する電磁力の大きさとエアギャップＧとの関係において非線形性が強いような場合であっても、電磁力とエアギャップＧとの関係を各領域Ａ〜Ｅ毎に近似的に線形化することができ、フィードバックゲインＫをそれら各領域Ａ〜Ｅにおいて最適な値に設定することができるようになる。
【０１１０】
但し、こうしたゲインスケジューリングは、目標駆動速度Ｖｔに対する実駆動速度Ｖａの追従性並びに収束性を高める上では有効ではある反面、フィードバックゲインＫを各領域に最適なものとして予め設定するための適合作業が必要となる。
【０１１１】
そこで、この第３の実施形態では、機関バルブの駆動速度をモデル変数として含む物理モデルを構築し、この物理モデルを通じて実駆動速度Ｖａを目標駆動速度Ｖｔに一致させる上で必要となる電磁力の要求値を算出するようにしている。具体的には、機関バルブが開閉する際の挙動をシミュレートするための運動方程式を求め、この運動方程式に基づいて機関バルブの応答解析を行うことにより、上記電磁力要求値を算出するようにしている。
【０１１２】
尚、図１０に示されるように、本実施形態にかかる機関バルブ（吸気バルブ１１及び排気バルブ１０）の駆動制御装置が適用される内燃機関は、筒内圧を検出する筒内圧センサ５４、吸気通路１３の内圧（吸気圧）を検出する吸気圧センサ５６、並びに排気通路１７の内圧（排気圧）を検出する排気圧センサ５８をそれぞれ備えている。上記吸気圧センサ５６は、空燃比制御等において吸気圧及び機関回転速度に基づき吸入空気量を検出するためのセンサとしても利用される。また、筒内圧センサ５４は、機関バルブに作用する外力を推定するためのセンサであるが、燃焼行程中の最大筒内圧、即ち燃焼圧を検出する燃焼圧センサを既に備える内燃機関にあっては、同センサと兼用することができる。
【０１１３】
以下、排気バルブ１０を開閉駆動する場合を例に、上記電磁力要求値を算出する際の手順について図１１に示すフローチャート並びに図１２のグラフを参照して説明する。
【０１１４】
尚、このフローチャートに示される一連の処理は、排気バルブ１０の開閉駆動に際して各コイル４２，４６に対する保持電流の供給が停止された後（例えば図２のタイミングｔ１以降或いはタイミングｔ６以降）に行われる処理であり、電子制御装置５０により所定の時間周期Δｔをもって繰り返し実行される。また、図１２は、図６と同様に、実駆動速度Ｖａ及び目標駆動速度Ｖｔをバルブ変位Ｘに対応させて示すものであり、以下では、排気バルブ１０の開弁に伴って目標駆動速度Ｖｔが同図に示す実線に沿って点Ａから点Ｄを経て点Ｂにまで変化する場合について説明する。
【０１１５】
この一連の処理では、まず、変位センサ５２の検出信号に基づいて現制御周期のバルブ変位Ｘ(i) （図１２の点Ｃ参照）が読み込まれる（ステップ２００）。そして、先の式（１）に従って現制御周期の実駆動速度Ｖａ(i) （図１２の点Ｃ参照）が算出される（ステップ２１０）。ここで、変位センサ５２の検出信号に混入するノイズの影響を抑えるためには、このようにして算出される実駆動速度Ｖａに対して一次遅れ処理等、ノイズにより強調される高周波成分を除去するためのフィルタ処理を施すようにするのが望ましい。
【０１１６】
次に、以下の式（６）に基づいて次制御周期におけるバルブ変位Ｘ(i+1) （図１２の点Ｄ参照）が推定されるとともに、図１２に示されるバルブ変位Ｘと目標駆動速度Ｖｔとの関係に基づいて、このバルブ変位Ｘ(i+1) に対応する目標駆動速度Ｖｔ(i+1) （図１２の点Ｄ参照）が読み込まれる（ステップ２２０）。
【０１１７】
【数６】

次に、以下の式（７）に基づいて排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａ（＝Ｖａ(i) ）を目標駆動速度Ｖｔ（＝Ｖｔ(i+1) ）に一致させるのに必要となる排気バルブ１０の加速度にかかる要求値（加速度要求値ａ）が算出される（ステップ２３０）。
【０１１８】
【数７】

このようにして加速度要求値ａが算出されると、次に、以下の式（８）に基づいて排気バルブ１０に作用する外力Ｆが推定される（ステップ２４０）。
【０１１９】
【数８】

上式（８）において、「ｆａ」は、筒内圧及び排気圧の差圧に応じて排気バルブ１０、特にその弁体１６に作用する力であり、例えばこれは以下の式（９）に基づいて算出される。尚、機関バルブとして吸気バルブ１１に作用する力を推定する場合には、吸気圧センサ５６により検出される吸気圧が以下の排気圧に換えて用いられる。
【０１２０】
【数９】

また、上式（８）において、「ｆｂ」は、排気バルブ１０の各摺動部における摩擦抵抗であり、予め実験等に基づき求められる一定値である。尚、この摩擦抵抗の大きさは、各摺動部の潤滑状態、特に潤滑油の温度に応じて変化するため、例えば、機関温度（機関冷却水温度等により推定）が低いときほどこの摩擦抵抗ｆｂを大きく設定するなど、同摩擦抵抗ｆｂを機関温度の関数とし、これに基づいて推定するようにしてもよい。
【０１２１】
ここで、排気バルブ１０をばね・質量振動系としてモデル化することにより以下の運動方程式（１０）が得られる。尚、同式（１０）では、上記中立位置をバルブ変位Ｘ(i) の基準位置（Ｘ(i) ＝０となる位置）としている。
【０１２２】
【数１０】

上式（１０）において、「ｍ」は上記振動モデルの質量であり、排気バルブ１０における可動部の質量等に基づいて設定される。「ｃ」は振動モデルの減衰係数であり、排気バルブ１０の各摺動部においてその摺動速度に応じて発生する抵抗力等に基づいて設定される。更に、「ｋ」は振動モデルのばね係数であり、アッパスプリング３８及びロアスプリング２４等の弾性特性に基づいて設定される。また、「Ｆｅｍ」は排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａを目標駆動速度Ｖｔに一致させるのに必要とされる電磁石６１，６２の電磁力にかかる要求値である。
【０１２３】
この運動方程式（１０）から以下の式（１１）が導かれる。そして、この式（１１）に基づいて、上記電磁力要求値Ｆｅｍが算出される（ステップ２５０）。
【０１２４】
【数１１】

次に、この電磁力要求値Ｆｅｍに基づいて各電磁石６１，６２のコイル４２，４６に供給される指令電流Ｉが算出される（ステップ２６０）。図１３は、この算出に際して参照される電磁力要求値Ｆｅｍ及びエアギャップＧと指令電流Ｉとの関係を示すマップであり、このマップに示される関係は関数データとして電子制御装置５０のメモリに予め記憶されている。
【０１２５】
同図１３に示されるように、電磁力要求値Ｆｅｍが大きいときほど、またエアギャップＧが大きいときほど、指令電流Ｉは大きな値に設定される。因みに、このように指令電流Ｉを設定するようにしているのは、これら電磁力要求値Ｆｅｍ、エアギャップＧ、並びに指令電流Ｉについて、以下の式（１２）に示される関係が成立することに基づいている。
【０１２６】
【数１２】

このようにして指令電流Ｉが算出された後、この指令電流Ｉに基づいて各電磁石６１，６２が選択的に通電制御される（ステップ２７０）。即ち、排気バルブ１０を開弁駆動する際には、ロアコイル４６に対して指令電流Ｉが供給され、同バルブ１０を閉弁駆動する際には、アッパコイル４２に対して指令電流Ｉが供給される。こうした各電磁石６１，６２の通電制御を通じて、これら各電磁石６１，６２の電磁力の大きさが制御された後、この一連の処理は一旦終了される。
【０１２７】
以上説明した態様をもって機関バルブを駆動制御するようにした本実施形態によれば、第１の実施形態において記載した（２）〜（４）の作用効果に加えて更に以下の作用効果を奏することができる。
【０１２８】
（６）機関負荷に応じて機関バルブに作用する外力が変化する場合であっても、機関無負荷時と同等の開閉特性が確保されるように、機関バルブはその機関負荷に応じた適切な電磁力をもって駆動されるようになる。
【０１２９】
また、機関バルブをばね・質量振動系としてモデル化したモデルを通じてその開閉挙動をシミュレートし、電磁力の要求値を算出するようにしたため、機関負荷とその機関負荷に適した電磁力との関係を予め実験等を通じて求めるなどの適合作業は不要になる。従って、制御定数の適合作業を大幅に簡略化することができるようになる。また併せて、こうしたモデル化を行うことにより、上述したようなエアギャップに応じた最適なフィードバックゲインを設定する作業等も不要になるため、こうした点で更なる適合作業の簡略化を図ることができるようになる。
【０１３０】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について、上記第３の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１３１】
第３の実施形態では、先の式（１）に基づき機関バルブの実駆動速度Ｖａを算出するとともに（図１１のステップ２１０の処理）、機関負荷に応じて機関バルブに作用する力、即ち排気バルブ１０にあっては筒内圧及び排気圧の差圧に応じて作用する力、吸気バルブ１１にあっては筒内圧及び吸気圧の差圧に応じて作用する力を各圧力センサ５４，５６，５８によりそれぞれ検出される筒内圧、排気圧、吸気圧に基づいて推定するようにした（図１１のステップ２４０の処理）。
【０１３２】
これに対して、本実施形態では、機関バルブの開閉挙動をシミュレートするばね・質量系振動モデルに基づいてその内部状態を観測するオブザーバを設定し、このオブザーバを利用することにより、機関バルブの実駆動速度を推定するとともに、筒内圧と排気圧或いは吸気圧との差圧に応じて機関バルブに作用する力及び機関バルブの摺動部における摩擦抵抗の合力を推定するようにしている。従って、本実施形態にかかる機関バルブの駆動制御装置の構成においては、各圧力センサ５４，５６，５８のうち、筒内圧センサ５４及び排気圧センサ５８は省略されている。
【０１３３】
以下、排気バルブ１０に作用する外力を推定する場合を例に、このオブザーバによる外力の推定手順について説明する。
排気バルブ１０をばね・質量振動系としてモデル化することにより以下の運動方程式（１３）が得られる。尚、この運動方程式（１３）において、「ｍ」、「ｃ」、「ｋ」の各パラメータは先の式（１０）において定義されるものと同じである。また、「ｘ」は排気バルブ１０のバルブ変位である。「ｕ」は上記振動モデルにおける制御入力、即ち各電磁石６１，６２の電磁力であり、また、「ｗ」は排気バルブ１０に作用する外力であり、これは筒内圧と排気圧との差圧に応じて排気バルブ１０に作用する力ｆａと同排気バルブ１０の摺動部における摩擦抵抗ｆｂとの合力である。
【０１３４】
【数１３】

ここで、状態変数Ｘを以下の式（１４）に示されるように定義する。
【０１３５】
【数１４】

これら各式（１３），（１４）から排気バルブ１０の振動モデルについて以下の状態方程式（１５）が得られる。
【０１３６】
【数１５】

一方、排気バルブ１０の振動モデルについてその出力方程式は以下の式（１６）のようになる。
【０１３７】
【数１６】

次に、状態変数Ｘの推定値を「Ｚ」とすると、この推定値Ｚを求めるためのオブザーバは以下の式（１７）のように記述される。尚、同式（１７）において「Ｌ」はオブザーバゲインである。
【０１３８】
【数１７】

そして、状態変数Ｘとその推定値Ｚとの間の推定誤差（＝Ｘ−Ｚ）を「ｅ」とすると、この推定誤差ｅは先の各式（１５）〜（１７）から得られる以下の式（１８）によって求められる。
【０１３９】
【数１８】

従って、この式（１８）によって求められる推定誤差ｅが「０」に収束するように上記オブザーバゲインＬを適宜設計することにより、先の式（１７）から推定値Ｚを算出することができる。換言すれば、排気バルブ１０の駆動速度（実駆動速度Ｖａ）を推定することができるようになる。そして、例えば、式（１５），（１７）において制御入力ｕを「０」とすれば外力ｗが推定され、この推定される外力ｗは、筒内圧及び排気圧の差圧に応じて作用する力ｆａ並びに摩擦抵抗ｆｂの他、更に各電磁石６１，６２の電磁力を加えたものになる。従って、この推定外力ｗから現在各電磁石６１，６２において発生している電磁力を減算することにより、筒内圧及び排気圧の差圧に応じて作用する力ｆａ及び摩擦抵抗ｆｂの合力Ｆを推定することができる。
【０１４０】
本実施形態では、このようにオブザーバを通じて推定される排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａと図３に示されるマップに基づき設定される目標駆動速度Ｖｔとに基づいて加速度要求値ａが算出されるとともに（図１１のステップ２３０）、この加速度要求値ａと、同じくオブザーバを通じて推定される上記外力Ｆとに基づいて電磁力要求値Ｆｅｍが算出される（ステップ２５０）。そして、この電磁力要求値Ｆｅｍから指令電流Ｉが算出され（ステップ２６０）、更にこの指令電流Ｉに基づいて各電磁石６１，６２が選択的に通電制御される（ステップ２７０）。
【０１４１】
以上説明した態様をもって機関バルブを駆動制御するようにした本実施形態によれば、上記第３の実施形態と同様の作用効果に加え、更に以下の作用効果を奏することができるようになる。
【０１４２】
（７）機関バルブの開閉挙動をシミュレートするばね・質量系振動モデルに基づいてその内部状態を観測するオブザーバを設定し、このオブザーバを利用することにより、機関バルブに作用する外力を推定するようにしたため、筒内圧センサや排気圧センサ等、この外力を推定するためのセンサを新たに設ける必要がなく、機関バルブの駆動制御装置にかかる構成の簡略化を図ることができるようになる。
【０１４３】
（８）機関負荷に応じて変化する力はもとより、機関バルブの摺動部における摩擦抵抗が例えば機関温度等に応じて変化する場合であれ、こうした摩擦抵抗の変動にも応じて外力を正確に推定することができる。従って、外力を推定する際の推定精度を高めることができ、ひいては目標駆動速度に対する実駆動速度の追従性及び収束性を一層向上させることができるようになる。
【０１４４】
（９）先の式（１）に示されるように、変位センサ５２の検出信号を微分処理することにより機関バルブの実駆動速度を算出するようにした場合、同変位センサ５２の検出信号にノイズが混入すると、そのノイズの影響が強調されるために実駆動速度の算出精度が低下する傾向がある。この点、本実施形態によれば、上記オブザーバを利用することにより、上記外力の他、機関バルブの実駆動速度も併せて推定するようにしているため、こうしたノイズによる悪影響を抑制することができ、ひいては目標駆動速度に対する実駆動速度の追従性及び収束性を一層向上させることができるようになる。
【０１４５】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について、上記第３の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１４６】
本実施形態では、機関バルブの物理モデルを運動方程式ではなく、エネルギ保存式に基づいて記述するようにしている点が上記第３の実施形態と相違している。具体的には、機関バルブの実駆動速度に基づいて同機関バルブの実力学的エネルギ量を算出するとともに、目標駆動速度に基づいて同機関バルブの目標力学的エネルギ量を算出し、これら偏差を算出するようにしている。そして更に、このエネルギ量偏差と、機関バルブについてのエネルギ保存式に基づいて電磁力要求値を算出するようにしている。尚、本実施形態にかかる機関バルブの駆動制御装置の構成においては、各圧力センサ５４，５６，５８のうち、筒内圧センサ５４及び排気圧センサ５８は省略されている。
【０１４７】
以下、排気バルブ１０を開閉駆動する場合を例に、上記電磁力要求値を算出する際の手順について図１４に示すフローチャートを参照して説明する。
尚、このフローチャートに示される一連の処理は、排気バルブ１０の開閉駆動に際して各コイル４２，４６に対する保持電流の供給が停止された後（例えば図２のタイミングｔ１以降或いはタイミングｔ６以降）に行われる処理であり、電子制御装置５０により所定の時間周期Δｔをもって繰り返し実行される。
【０１４８】
この一連の処理では、まず、ステップ３００〜３２０の各処理を通じて現制御周期における排気バルブ１０の実駆動速度Ｖａ(i) が算出されるとともに、次制御周期の目標駆動速度Ｖｔ(i+1) が読み込まれる。尚、これら各ステップ３００〜３２０の処理内容は、図１１のステップ２００〜２２０と同様であるため、その説明は割愛する。
【０１４９】
次に、以下の式（１９）に基づいて排気バルブ１０の現制御周期における実力学的エネルギ量Ｅａが算出される（ステップ３３０）。
【０１５０】
【数１９】

ここで、上式（１９）の右辺第１項は、モデル化された排気バルブ１０の運動エネルギ量であり、同項において「ｍ」は排気バルブ１０における可動部の質量等に基づいて設定される係数である。また、上式（１９）の右辺第２項は、モデル化された排気バルブ１０の弾性エネルギ量であり、同項において「ｋ」はアッパスプリング３８及びロアスプリング２４等の弾性特性に基づいて設定される係数である。
【０１５１】
次に、以下の式（２０）に基づいて排気バルブ１０の次制御周期における目標力学的エネルギ量Ｅｔが算出される（ステップ３４０）。
【０１５２】
【数２０】

このようにして実力学的エネルギ量Ｅａ及び目標力学的エネルギ量Ｅｔがそれぞれ算出されると、次にこれら各エネルギ量Ｅａ，Ｅｔの偏差ΔＥが以下の式（２１）に基づいて算出される（ステップ３５０）。
【０１５３】
【数２１】

このエネルギ量偏差ΔＥは、機関負荷に応じて作用する力や摺動部の摩擦抵抗等、排気バルブ１０に作用する外力に応じて変化するようになる。即ち、仮に排気バルブ１０にこうした外力が全く作用しないのであれば、排気バルブ１０の有する力学的エネルギ量は常に一定であり変化することはない。しかしながら実際には、外力の影響により排気バルブ１０の有する力学的エネルギ量は変化し、上記実力学的エネルギ量Ｅａと目標力学的エネルギ量Ｅｔとの間に偏差が生じるようになる。従って、これら各力学的エネルギ量Ｅａ，Ｅｔの偏差ΔＥを求め、このエネルギ量偏差ΔＥに基づいて電磁力要求値を設定することにより、外力を直接求めることなく、同外力による影響を反映させたかたちで電磁力を制御することができるようになる。
【０１５４】
この際の具体的な制御態様は以下のようになる。即ち、次制御周期において実力学的エネルギ量Ｅａが目標力学的エネルギ量Ｅｔに一致するようになるためには、現制御周期から次制御周期までの期間に各電磁石６１，６２の電磁力を通じてなされる仕事量Ｆｅｍ（Ｘ(i+1) −Ｘ(i) ）、換言すれば排気バルブ１０に与えられるエネルギ量が、排気バルブ１０に外力が作用することによって生じる上記エネルギ量偏差ΔＥと一致している必要がある。即ち、このエネルギ量偏差ΔＥと上記仕事量Ｆｅｍ（Ｘ(i+1) −Ｘ(i) ）との間において、以下の式（２２）に示される関係が成立する必要がある。
【０１５５】
【数２２】

従って、最終的に電磁力要求値Ｆｅｍは、この式（２２）から得られる以下の式（２３）に基づいて算出される（ステップ３６０）。
【０１５６】
【数２３】

このようにして電磁力要求値Ｆｅｍが算出された後、次のステップ３７０，３８０の各処理を通じて各電磁石６１，６２のコイル４２，４６に供給される指令電流Ｉが算出されるとともに、この指令電流Ｉに基づいて各電磁石６１，６２が選択的に通電制御される。尚、これら各ステップ３７０，３８０の処理内容は、図１１のステップ２６０，２７０と同様であるため、その説明は割愛する。
【０１５７】
以上説明した態様をもって機関バルブを駆動制御するようにした本実施形態によれば、第３の実施形態と同等の作用効果を奏することができるのに加え、上記第４の実施形態において（７）に示した作用効果と実質的に同様の作用効果を奏することができるようになる。
【０１５８】
（１０）即ち、本実施形態では、機関バルブについてのエネルギ保存式を用いて電磁力要求値を算出するようにしており、この算出においては、機関負荷に応じて作用する力や摺動部の摩擦抵抗等、機関バルブに作用する外力の影響が上記エネルギ量偏差の大きさとして反映されるようになる。このため、外力そのものを直接算出する必要がない。従って、筒内圧センサや排気圧センサ等、この外力を推定するためのセンサを新たに設ける必要がなく、機関バルブの駆動制御装置にかかる構成の簡略化を図ることができるようになる。
【０１５９】
上記各実施形態は以下のようにその構成を変更して実施することもできる。
・上記第２の実施形態では、フィードバックゲインＫをエアギャップＧ及び速度偏差ΔＶに応じた各領域Ａ〜Ｅに対応して各所定値Ｋ１〜Ｋ５のいずれかに可変設定するようにしたが、このフィードバックゲインＫの設定態様は任意に選択することができる。例えば、エアギャップＧのみに基づいて、このフィードバックゲインＫを同エアギャップＧが大きくなるほど段階的に大きく設定するようにしてもよい。また、マップ演算によらず、例えば次のような関係式（２４）を用いて、フィードバックゲインＫをエアギャップＧに応じて連続的に変化するように設定することもできる。
【０１６０】
【数２４】

・上記第２の実施形態では、フィードバックゲインＫの設定に際し、上記領域Ａでは、同フィードバックゲインＫを所定値Ｋ１に設定するようにしたが、この領域Ａにおいて、エアギャップＧが小さいとき、即ち排気バルブ１０が全開位置或いは全閉位置に近づいたときに、フィードバックゲインＫをこの所定値Ｋ１よりも更に大きく設定するようにしてもよい。即ち、排気バルブ１０が全開位置或いは全閉位置に近づいたときに、速度偏差ΔＶが所定値ΔＶ１より大きい場合には、同排気バルブ１０が全開位置或いは全閉位置に達する前に実駆動速度Ｖａが「０」になって脱調に至るおそれがある。上記のように構成すれば、こうした脱調の発生を極力回避することができるようになる。
【０１６１】
・上記第１及び第２の実施形態では、各電磁石６１，６２を通電制御する際の指令電流ＩをＦＢ電流Ｉｂ及びＦＦ電流Ｉｆに基づき設定することで、フィードバック制御及びフィードフォワード制御の双方を実行するようにしたが、例えばＦＢ電流Ｉｂのみに基づいて各電磁石６１，６２を通電制御する等、フィードバック制御のみを実行するようにしてもよい。
【０１６２】
・上記第１及び第２の実施形態では、速度偏差ΔＶに基づいてＦＢ電流Ｉｂを算出する際、ＰＩＤ制御のＰ項（比例項）のみを算出するようにしたが、これに併せてＩ項（積分項）やＤ項（微分項）を算出するようにしてもよい。
【０１６３】
・上記各実施形態では、エアギャップＧが減少して所定値Ｇ１以下になったときにフィードバック制御を開始するようにしたが、同エアギャップＧの大きさによらず常にフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【０１６４】
・上記第１及び第２の実施形態では、実駆動速度Ｖａと目標駆動速度Ｖｔとの間の乖離度を示すパラメータとしてこれら速度偏差ΔＶを算出するようにしたが、例えばこの乖離度を各速度Ｖａ，Ｖｔの比（Ｖａ／Ｖｔ）によって評価するようにしてもよい。
【０１６５】
・上記第３の実施形態では、現制御周期における実駆動速度Ｖａ(i) と次制御周期のバルブ変位Ｘ(i+1) （推定値）に対応する目標駆動速度Ｖｔ(i+1) （同じく推定値）とに基づいて加速度要求値ａを算出するようにしたが現制御周期における実駆動速度Ｖａ(i) と、同じく現制御周期のバルブ変位Ｘ(i) （実測値）に対応する目標駆動速度Ｖｔ(i) とに基づいてこの加速度要求値ａを算出するようにしてもよい。
【０１６６】
・上記第３の実施形態では、排気バルブ１０に対して機関負荷に応じて作用する力を筒内圧及び排気圧の差圧に基づいて推定するようにした。ここで、筒内圧が機関運転状態に応じて大きく変化するのに対し、排気圧は筒内圧よりもその変化量が比較的小さいことに着目し、排気圧を一定とみなし、筒内圧のみによって排気バルブ１０に作用する力を推定するようにしてもよい。或いは、筒内圧と排気圧とが相関を有することから、筒内圧に基づいて排気圧を推定するようにしていもよい。このようにすれば、排気圧センサ５８を省略することができ、構成の簡略化を図ることができるようになる。
【０１６７】
・上記第３の実施形態では、外力の推定に際して用いられる吸気圧を吸気圧センサ５６により直接検出するようにしたが、例えばエアフローメータにより検出される吸入空気量及び機関回転速度に基づいて、この吸気圧を推定するようにしてもよい。
【０１６８】
・上記第５の実施形態では、先の式（２３）に基づいて電磁力要求値Ｆｅｍを算出するようにしたが、例えば現制御周期において機関バルブに作用する外力を推定し、この推定外力を打ち消す力、即ち推定外力と逆向きの力を上式（２３）から得られる値に加算し、これを電磁力要求値Ｆｅｍとして設定するようにしてもよい。こうした構成によれば、上記打ち消し力によって外力により生じるエネルギ量偏差がいわばフィードフォワード的に打ち消されるようになるため、実駆動速度Ｖａの目標駆動速度Ｖｔに対する追従性及び収束性を更に高めることができるようになる。尚、外力についてはこれを、第３の実施形態にて示したように、各圧力センサ５４，５６，５８の検出信号に基づいて推定したり、或いは第４の実施形態にて示したように、オブザーバを利用して推定することができる。
【０１６９】
・上記第３〜５の実施形態では、先の図１３に基づいて指令電流Ｉを算出するようにしたが、電磁力要求値Ｆｅｍが大きいときほど、またエアギャップＧが大きいときほど、大きな値に設定されるのであれば、この指令電流Ｉは任意の方法でこれを算出することができる。例えば、以下の式（２５）に示されるような関数式に基づいて指令電流Ｉを算出することもできる。
【０１７０】
【数２５】

【図面の簡単な説明】
【図１】排気バルブ及びその駆動制御装置を示す概略構成図。
【図２】バルブ変位等の機関無負荷時における時間的推移を示すタイミングチャート。
【図３】目標駆動速度とバルブ変位との関係を示す演算用マップ。
【図４】ロアコイルに供給されるフィードフォワード電流の大きさとバルブ変位との関係を示す演算用マップ。
【図５】アッパコイルに供給されるフィードフォワード電流の大きさとバルブ変位との関係を示す演算用マップ。
【図６】実駆動速度及び目標駆動速度の各推移態様をバルブ変位と対応させて示すグラフ。
【図７】第１の実施形態におけるバルブ駆動制御の手順を示すフローチャート。
【図８】バルブ変位、フィードバック電流、フィードフォワード電流等の時間的推移を示すタイミングチャート。
【図９】フィードバックゲインを設定する際に参照される演算用マップ。
【図１０】第３の実施形態においてバルブ駆動制御装置が適用される内燃機関の概略構成図。
【図１１】第３の実施形態におけるバルブ駆動制御の手順を示すフローチャート。
【図１２】実駆動速度及び目標駆動速度の各推移態様をバルブ変位と対応させて示すグラフ。
【図１３】電磁力要求値及びエアギャップと指令電流Ｉとの関係を示す演算用マップ。
【図１４】第５の実施形態におけるバルブ駆動制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…排気バルブ、１１…吸気バルブ、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気ポート、１５…弁座、１６…弁体、１７…排気通路、１８…シリンダヘッド、２０…弁軸、２１…電磁駆動部、２２…ロアリテーナ、２４…ロアスプリング、２６…アーマチャシャフト、２８…アーマチャ、３０…アッパリテーナ、３２…アッパコア、３４…ロアコア、３６…アッパキャップ、３８…アッパスプリング、４０，４４…溝、４２…アッパコイル、４６…ロアコイル、５０…電子制御装置、５２…変位センサ、５４…筒内圧センサ、５６…吸気圧センサ、５８…排気圧センサ、６１，６２…電磁石、Ｘ…バルブ変位、ΔＶ…速度偏差、Ｖａ…実駆動速度、Ｖｔ…目標駆動速度、Ｋ…フィードバックゲイン、Ｇ…エアギャップ。

Claims (8)

1. 内燃機関の機関バルブを電磁石の電磁力に基づいて駆動制御する機関バルブの駆動制御装置において、
   機関無負荷時に対応する前記機関バルブの目標駆動速度を同機関バルブの変位に応じて設定する設定手段と、
   前記機関バルブの実駆動速度を前記設定される目標駆動速度に一致させるべく、これら実駆動速度及び目標駆動速度の間の乖離度に応じて前記電磁石を通電制御し前記電磁力の大きさを制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする機関バルブの駆動制御装置。
2. 前記制御手段は、機関無負荷時において前記実駆動速度を前記目標駆動速度に一致させて前記機関バルブを駆動するためのフィードフォワード電流を算出するフィードフォワード電流算出手段と、前記実駆動速度及び前記目標駆動速度の間の乖離度に応じてフィードバック電流を算出するフィードバック電流算出手段とを備え、これら算出されるフィードフォワード電流及びフィードバック電流に基づいて前記電磁石を通電制御する
   請求項１に記載の機関バルブの駆動制御装置。
3. 前記フィードバック電流算出手段は、前記機関バルブと前記電磁石との間のエアギャップが大きいときほど前記フィードバック電流を算出する際のフィードバックゲインを大きく設定する
   請求項２に記載の機関バルブの駆動制御装置。
4. 前記制御手段は、前記機関バルブの駆動速度をモデル変数として含む同機関バルブの物理モデル並びに前記実駆動速度及び前記目標駆動速度に基づいて、前記実駆動速度を前記目標駆動速度に一致させるために必要となる前記電磁力の要求値を算出する電磁力要求値算出手段を備え、該電磁力要求値算出手段により算出される電磁力要求値に基づいて前記電磁石を通電制御する
   請求項１に記載の機関バルブの駆動制御装置。
5. 前記電磁力要求値算出手段は、前記実駆動速度を前記目標速度に一致させるために必要な前記機関バルブの加速度にかかる要求値を算出する加速度要求値算出手段と、機関運転状態に応じて前記機関バルブに作用する外力を推定する外力推定手段とを備え、前記加速度要求値算出手段により算出される加速度要求値及び前記外力推定手段により推定される外力並びに前記物理モデルを記述する前記機関バルブの運動方程式に基づいて前記電磁力要求値を算出する
   請求項４に記載の機関バルブの駆動制御装置。
6. 前記電磁力要求値算出手段は、前記実駆動速度に基づく前記機関バルブの実エネルギ量と前記目標駆動速度に基づく前記機関バルブの目標エネルギ量との偏差を算出するエネルギ量偏差算出手段を備え、該エネルギ量偏差並びに前記物理モデルを記述する前記機関バルブのエネルギ保存式に基づいて前記電磁力要求値を算出する
   請求項４に記載の機関バルブの駆動制御装置。
7. 前記目標駆動速度の大きさは前記機関バルブがその変位端に位置するときに最小値となるように設定される
   請求項１乃至６のいずれかに記載の機関バルブの駆動制御装置。
8. 前記機関バルブは前記電磁石の電磁力に加えてスプリングの弾性力によって駆動されるものであり、前記目標駆動速度は前記機関バルブを前記スプリングの弾性力によってその両変位端の間で自由振動させたときの変位速度と一致するように設定される
   請求項１乃至７のいずれかに記載の機関バルブの駆動制御装置。

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