JP5257290B2 - 可変動弁制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁アクチュエータによって連結ピンを移動させ、当該連結ピンの位置に応じて内燃機関の複数のロッカアームの連結状態を切り替える可変動弁制御装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の動弁装置が知られている。この動弁装置では、プロフィールの異なる複数のカムと、そのカムのうち互いに別のカムに当接して往復運動するメインロッカアーム及びサブロッカアームと、メインロッカアームの往復運動によって開閉される弁を備えている。そして、この動弁装置には、メインロッカアームとサブロッカアームとの連結或いは非連結を切り替えるための連結切替機構が設けられている。当該連結切替機構は、電磁アクチュエータ及びリターンスプリングにより係合ピンを移動させて、両ロッカアームの連結状態を切り替える。

特開２００７−０３２５５６号公報

この種の動弁装置では、例えば、ロッカアームが連結又は非連結の何れかの連結状態で電磁アクチュエータの状態を保持するときに、電磁アクチュエータにおいてはプランジャの位置を保持するための保持電流が必要である。このようにロッカアームの連結状態の保持に必要とされる保持電流は、可能な限り低減されることが望まれる。そこで、本発明は、ロッカアームの連結状態を保持するときの電磁アクチュエータの保持電流を低減することができる可変動弁制御装置を提供することを目的とする。

本発明の可変動弁制御装置は、電磁アクチュエータによって連結ピンを移動させ、当該連結ピンの位置に応じて内燃機関の複数のロッカアームの連結状態を切り替える可変動弁制御装置であって、電磁アクチュエータは、固定子に対して往復運動可能な移動子としてのプランジャと、当該プランジャを固定子に対する所定位置で保持するための永久磁石と、を有しており、電磁アクチュエータへの通電によってプランジャを所定位置に移動させるときには、電磁アクチュエータへの通電を開始した後、通電電流波形が下向きにピークとなる時点の近傍で当該通電を終了する通電制御手段を備えることを特徴とする。

この可変動弁制御装置によれば、電磁アクチュエータのプランジャは、永久磁石によって所定位置で保持される。従って、当該所定位置でプランジャを保持するための保持電流を低減することができる。また、当該所定位置にプランジャを移動させるときには、通電制御手段が電磁アクチュエータへの通電を行う。この通電開始直後には、プランジャに作用する電磁力が増加し、この電磁力がプランジャの静止摩擦力を超えるまで通電電流が増加する。その後、電磁力が静止摩擦力を超えると、プランジャが動き始めて瞬間的に抵抗が小さくなり、また、永久磁石の作用でプランジャが上記の所定位置に引っ張られ、通電電流が減少する。更にその後、プランジャが上記所定位置まで到達すると、プランジャは永久磁石により保持され停止する。

ここで、その後も更に通電を継続するとすれば、プランジャは既に停止していることから、通電電流値は増加して一定の値となる。すなわち、プランジャを所定位置に移動させるにあたっては、プランジャが所定位置にちょうど到達したときに、通電電流波形が下向きのピークを示すことになる。これに対応して、この可変動弁制御装置の通電制御手段は、通電電流波形が下向きにピークとなる時点近傍で通電を終了させるので、プランジャの所定位置到達に合わせて通電終了することになる。従って、プランジャの移動完了後の無駄な通電を省略することができ、消費電力の低減を図ることができる。また、通電制御手段は、通電電流波形が下向きのピークになるまで通電を継続させることから、プランジャを所定位置まで確実に移動させることができ、ロッカアーム間の連結状態切替えを確実に行うことができる。

また、通電制御手段は、通電電流波形に基づいて、電磁アクチュエータの劣化状態を推定し、推定された電磁アクチュエータの劣化状態に基づいて、電磁アクチュエータへの通電のタイミングを設定することとしてもよい。

一般に、電磁アクチュエータは、経年劣化によって、新品状態のときよりもプランジャ動作の応答が遅れたりする場合が多い。これに対して、この可変動弁制御装置の通電制御手段は、推定した電磁アクチュエータの劣化状態に基づいて通電のタイミングを設定するので、経年劣化によるプランジャ動作の遅れをキャンセルすることが可能になる。その結果、電磁アクチュエータの経年劣化があったとしても、ロッカアーム間の連結状態切替えを適切なタイミングで行うことができる。

また、通電制御手段は、通電電流波形に基づいて、電磁アクチュエータの永久磁石の磁力及び電磁アクチュエータの雰囲気温度を推定し、推定された電磁アクチュエータの永久磁石の磁力及び電磁アクチュエータの雰囲気温度に基づいて、プランジャを所定位置へ移動させるための電磁アクチュエータへの通電を行うか否かを選択することとしてもよい。

電磁アクチュエータの雰囲気温度が極端な高温又は低温になると、永久磁石が高温又は低温に晒されて消磁してしまうおそれがある。永久磁石が消磁すれば、プランジャを所定位置で保持するための保持電力を増加させる必要があり、消費電力の増加の原因となる。これに対して、この可変動弁制御装置の通電制御手段は、電磁アクチュエータの雰囲気温度を推定し、推定した電磁アクチュエータの雰囲気温度に基づいて、当該電磁アクチュエータの通電を行うか否かを選択する。従って、電磁アクチュエータの雰囲気温度が極端な高温又は低温に晒されている場合には、プランジャの所定位置への移動を行わないとすることが可能になり、当該所定位置におけるプランジャの保持電力の大きな消費を避けることができる。また、電磁アクチュエータの雰囲気温度を監視するための温度センサ等も不要であるので、温度センサ等の追加により装置を複雑化してしまうことも避けられる。

本発明の可変動弁制御装置によれば、ロッカアームの連結状態を保持するときの電磁アクチュエータの保持電流を低減することができる。

本発明の可変動弁制御装置の第１実施形態を示す図である。 図１の可変動弁制御装置の電磁アクチュエータによって連結／非連結が切り替えられるロッカアームを示す図である。 電磁アクチュエータの断面図である。 電磁アクチュエータに一定電圧印加による通電を行ったときの通電電流波形を示すグラフである。 可変動弁制御装置における電磁アクチュエータへの通電の処理を示すフローチャートである。 本発明の可変動弁制御装置の第２実施形態を示す図である。 電磁アクチュエータの新品状態における通電電流波形と、劣化状態における通電電流波形を示すグラフである。 可変動弁制御装置における電磁アクチュエータへの通電のタイミング補正の処理を示すフローチャートである。 電磁アクチュエータにおいて、通常の通電電流波形と、可逆消磁又は不可逆消磁が発生した場合の通電電流波形とを示すグラフである。 電磁アクチュエータの通電電流波形において、電流減少傾きを示すグラフである。 本発明の可変動弁制御装置の第３実施形態を示す図である。 可変動弁制御装置における電磁アクチュエータへの雰囲気温度に対応する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る可変動弁制御装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示す可変動弁制御装置１は、電磁アクチュエータ１０１を用いて、自動車のエンジンの吸気弁及び排気弁の開閉動作を制御する装置である。可変動弁制御装置１は、エンジンのフューエルカットが行われる所定条件下で、エンジンの吸排気弁の開閉動作を停止させる。また、フューエルカットが必要ない所定条件下では、エンジンの吸排気弁の通常の開閉動作を行わせる。

図１に示すように、可変動弁制御装置１は、エンジンの各シリンダの吸気弁、排気弁ごとに対応して設置された複数の電磁アクチュエータ１０１を備えている。図３にも示されるように、電磁アクチュエータ１０１は、本体部分１０２から突出するシャフト１１３を、当該シャフト１１３の延在方向（図３中の軸Ｚ方向）に往復運動させるタイプのアクチュエータであり、「ソレノイド」などと呼ばれる場合もある。

まず、この可変動弁制御装置１の電磁アクチュエータ１０１によって、２つのロッカアームの連結／非連結を切り替える切替機構の一例を説明する。図２は、このような切替機構２０１を、カムシャフト２０３に直交する方向から見た図である。図２（ａ）に示すように、カムシャフト２０３に平行に延びるロッカシャフト２０５には、第１ロッカアーム２０７と第２のロッカアーム２０９とが、互いに隣接して取り付けられている。カムシャフト２０３に設けられたカム２１１は、第１ロッカアーム２０７に当接しながら回転するる。第１ロッカアーム２０７は、カム２１１の回転により、ロッカシャフト２０５を中心に上下方向に揺動する。また、第２ロッカアームは、その下方に位置する吸排気弁２１５の上端に当接している。吸排気弁２１５は、吸排気弁スプリング２１７により、第２ロッカアームに向けて付勢されている。

第１ロッカアーム２０７に設けられたピン孔２０７ａと、第２ロッカアーム２０９に設けられたピン孔２０９ａと、に跨って延在するように連結ピン２１３が挿入されている。この連結ピン２１３によって、第１ロッカアーム２０７と第２ロッカアーム２０９とが連結された状態である。この状態では、カム２１１の回転に伴って第１ロッカアーム２０７が揺動すれば、第２ロッカアーム２０９も揺動する。そして、揺動する第２ロッカアーム２０９が、吸排気弁２１５の上端を繰り返し押し下げることにより、吸排気弁２１５の上下往復運動による開閉動作が繰り返される。

電磁アクチュエータ１０１のシャフト１１３は、ピン孔２０９ａに挿入されている。そして、図２（ｂ）に示すように、電磁アクチュエータ１０１のシャフト１１３が、本体部分１０２から突出する方向に駆動されれば、シャフト１１３の先端で、連結ピン２１３が第１ロッカアーム２０７のピン孔２０７ａに完全に押し込まれる。この場合、第１ロッカアーム２０７と第２ロッカアーム２０９とが非連結とされる。この状態でカム２１１が回転しても、第１ロッカアーム２０７が揺動するのみで、第２ロッカアーム２０９は揺動せず、吸排気弁２１５の上下運動（すなわち開閉動作）は停止した状態となる。このように、吸排気弁２１５の開閉動作が停止した状態で、エンジンのフューエルカットが行われる。なお、連結ピン２１３を図２（ｂ）の状態から図２（ａ）の状態に円滑に移行させるため、ピン孔２０７ａ内には、連結ピン２１３を図中右方向に付勢する付勢手段（例えばスプリング）を設けてもよい。但し、当該付勢手段の付勢力は、シャフト１１３を押し戻さない程度の強さに調整される。以上のように、可変動弁制御装置１は、電磁アクチュエータ１０１により連結ピン２１３を移動させて、エンジンのロッカアーム２０７，２０９同士の連結状態（連結か非連結か）を切り替えることにより、吸排気弁の動作状態（開閉動作を行う状態か停止状態か）を切り替える。

このような切替機構２０１の構成に基づき、電磁アクチュエータ１０１は、シャフト１１３を本体部分１０２に最も引き込んだ状態において、連結ピン２１３を手前に引き込んで第１及び第２ロッカアーム２０７，２０９を連結させ、その結果、吸排気弁２１５の通常の開閉動作を行わせる。また、電磁アクチュエータ１０１は、シャフト１１３を本体部分１０２から最も突出させた状態において、連結ピン２１３を前方に押し込んで第１及び第２ロッカアーム２０７，２０９を非連結とし、その結果、吸排気弁２１５の開閉動作を停止させる。以下、電磁アクチュエータ１０１がシャフト１１３を本体部分１０２から最も突出させた状態を「弁停止状態」と称し、電磁アクチュエータ１０１がシャフト１１３を本体部分１０２に最も引き込んだ状態を「弁復帰状態」と称する。

続いて、可変動弁制御装置１の構成について説明する。図１に示すように、可変動弁制御装置１は、更に、エンジン制御ＥＣＵ１１、ＮＥセンサ（回転数センサ）１３、アクセル開度センサ１５、及びアクチュエータ電流センサ１７を備えている。ＮＥセンサ１３は、エンジン回転数を検出し、その検出信号（回転数信号）をエンジン制御ＥＣＵ１１に送信する。アクセル開度センサ１５は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出し、その検出信号（開度信号）をエンジン制御ＥＣＵ１１に送信する。アクチュエータ電流センサ１７は、電磁アクチュエータ１０１の通電電流を検出し、その検出信号（電流値信号）をエンジン制御ＥＣＵ１１に送信する。

エンジン制御ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read OnlyMemory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットであり、装置１を統括制御する。エンジン制御ＥＣＵ１１は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより、電磁アクチュエータ１０１の駆動に係るアクチュエータ駆動制御等を行う。

アクチュエータ駆動制御において、エンジン制御ＥＣＵ１１は、フューエルカット要求処理部２１と、弁停止／弁復帰要求処理部２３と、アクチュエータ通電開始／終了処理部２５と、を備える。なお、これらのフューエルカット要求処理部２１と、弁停止／弁復帰要求処理部２３と、アクチュエータ通電開始／終了処理部２５と、は、アクチュエータ駆動制御プログラムの実行によって、エンジン制御ＥＣＵ１１のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウエアが協働して動作することにより、ソフトウエア的に実現される構成要素である。

フューエルカット要求処理部２１は、ＮＥセンサ１３からの回転数信号と、アクセル開度センサ１５からの開度信号に基づいて、フューエルカット要求、又はフューエル復帰要求を発生させる。例えば、フューエルカット要求処理部２１は、アクセル開度がゼロになり、かつ、そのときのエンジン回転数が規定の回転数以上といった条件で、フューエルカット要求を発生させる。また、フューエルカット要求処理部２１は、フューエルカットの必要がなくなったときに、フューエル復帰要求を発生させる。

弁停止／弁復帰要求処理部２３は、上記フューエルカット要求に応じて弁停止要求を発生させ、フューエル復帰要求に応じて弁復帰要求を発生させる。アクチュエータ通電開始／終了処理部２５は、上記弁停止要求に応じて弁停止駆動信号を発生させ各電磁アクチュエータ１０１に送信する。また、アクチュエータ通電開始／終了処理部２５は、弁復帰要求に応じて弁復帰駆動信号を発生させ各電磁アクチュエータ１０１に送信する。そして、電磁アクチュエータ１０１は、弁停止駆動信号に応じて、シャフト１１３を移動させ弁停止状態に移行する。また、電磁アクチュエータ１０１は、弁復帰駆動信号に応じて、シャフト１１３を移動させ弁復帰状態に移行する。

次に、電磁アクチュエータ１０１の構造について説明する。図３に示すように、電磁アクチュエータ１０１は、本体部分１０２において鋼鉄製の筐体をなすヨーク１０３を備えている。更に電磁アクチュエータ１０１は、当該ヨーク１０３に対して軸Ｚ方向に往復運動するプランジャ１０５を備えている。ヨーク１０３の内側には、ボビン１０７に巻き付けられてなるコイル１０９が、ヨーク１０３の内側壁に沿って固定されている。プランジャ１０５は、そのボビン１０７の内側に同心に配置されている。

更に、電磁アクチュエータ１０１は、軸Ｚの方向に延在するシャフト１１３を備えている。シャフト１１３の先端側はヨーク１０３の外側に突出しており、シャフト１１３は、含油軸受１２１を介して、ヨーク１０３に、軸Ｚ方向に摺動可能に支持されている。このシャフト１１３の基端側には、当該シャフト１１３を包囲するように上記プランジャ１０５が配置されている。プランジャ１０５はシャフト１１３の基端側に圧入されて固定されている。また、プランジャ１０５には、シャフト１１３を包囲するように配置されたネオジム磁石（永久磁石）１１５が取り付けられている。シャフト１１３の基端側の中心には、軸Ｚ方向に延びる穴１１３ａが形成されている。そして、ヨーク１０３の底面から軸Ｚ方向に立設されたコア１１９が、穴１１３ａの内側に挿入される。穴１１３ａの内壁面とコア１１９の外壁面とは、含油軸受１２３を介して軸Ｚ方向に摺動可能とされている。

ヨーク１０３及びボビン１０７に巻き付けられたコイル１０９は、電磁アクチュエータ１０１の固定子を構成し、一体となったシャフト１１３、ネオジム磁石１１５及びプランジャ１０５は、電磁アクチュエータ１０１の移動子を構成する。すなわち、電磁アクチュエータ１０１のコイル１０９に対して電流を供給すると、発生した電磁力によって、シャフト１１３、ネオジム磁石１１５及びプランジャ１０５が一体となって、ヨーク１０３に対して軸Ｚ方向に移動する。

図３のうち軸Ｚよりも上側には、弁停止状態にある電磁アクチュエータ１０１の断面図を示し、図３のうち軸Ｚよりも下側には、弁復帰状態にある電磁アクチュエータ１０１を示している。すなわち、電磁アクチュエータ１０１においては、プランジャ１０５がヨーク１０３内で図中右側に位置する状態が、弁停止状態に対応し、プランジャ１０５がヨーク１０３内で図中左側に位置する状態が、弁復帰状態に対応する。以下、「弁停止状態」におけるプランジャ１０５及びシャフト１１３の位置を「弁停止位置」と称し、「弁復帰状態」におけるプランジャ１０５及びシャフト１１３の位置を「弁復帰位置」と称する。

プランジャ１０５が弁停止位置に位置するときには、ネオジム磁石１１５とヨーク１０３との吸引力によって、プランジャ１０５は当該弁停止位置に安定的に保持される。同様に、プランジャ１０５が弁復帰位置に位置するときにも、ネオジム磁石１１５とヨーク１０３との吸引力によって、プランジャ１０５は当該弁復帰位置に安定的に保持される。

続いて、この電磁アクチュエータ１０１を駆動させるべく、エンジン制御ＥＣＵ１１が行う電磁アクチュエータ１０１への通電（駆動信号の送信）処理について説明する。なお、以下では、電磁アクチュエータ１０１が弁復帰状態から弁停止状態に移行する駆動制御、すなわち、プランジャ１０５を弁復帰位置から弁停止位置に移動させる駆動制御を例として主に説明する。

ここで、図４には、電磁アクチュエータ１０１を駆動させるべく通電を行った場合の通電電流波形を示している。すなわち、電磁アクチュエータ１０１に対して、一定の電圧を印加して通電を行った場合において、通電開始後の経過時間と電磁アクチュエータ１０１に供給される電流との関係を示している。グラフの横軸は、通電開始後の経過時間であり、縦軸は、電磁アクチュエータ１０１に流れる電流である。図４に示すように、弁復帰状態にある電磁アクチュエータ１０１に、例えば１０Ｖを印加して通電を行った場合、通電開始直後には、プランジャ１０５に作用する電磁力が増加し、この電磁力がプランジャ１０５の静止摩擦力を超えるまで通電電流が増加する。その後、電磁力がプランジャ１０５の静止摩擦力を超えると（図４中の点Ａ）、プランジャ１０５が動き始めて瞬間的に抵抗が小さくなる。更に加えて、ネオジム磁石１１５とヨーク１０３との吸引力によって、プランジャ１０５が弁停止位置の方に引っ張られることで、通電電流が減少する（図４の点Ａと点Ｂとの間）。

更にその後、プランジャ１０５が弁停止位置まで到達すると、プランジャ１０５はネオジム磁石１１５とヨーク１０３との吸引力により保持され停止する。ここで、その後も更に通電を継続するとすれば、プランジャ１０５が既に弁停止位置に到達していることから、通電電流値は増加し（図４中の点Ｂよりも右側）、その後一定の値となる。すなわち、プランジャ１０５を弁停止位置に移動させるにあたっては、プランジャ１０５が弁停止位置にちょうど到達したときに、通電電流波形が下向きのピーク（図４中の点Ｂ）を示すことになる。このようにプランジャ１０５の移動が完了した後、それ以降の通電を継続することは電力の無駄である。

そこで、この可変動弁制御装置１では、電磁アクチュエータ１０１の通電電流波形の上向きのピーク（点Ａ）を検出した後、下向きのピーク（点Ｂ）を検出した直後に、電磁アクチュエータ１０１の通電を終了することとしている（図４中の点Ｈ）。以下、エンジン制御ＥＣＵ１１による具体的な処理について、図５を参照し説明する。

図５に示すように、アクチュエータ通電開始／終了処理部２５は、弁停止／弁復帰要求処理部２３からの弁停止要求があった場合に（Ｓ１０１）、以下の処理を開始する。処理部２５は、弁停止要求に応じ、電磁アクチュエータ１０１に対する通電（弁停止駆動信号の送信）を開始する（Ｓ１０３）。この通電が継続される間、処理部２５は、アクチュエータ電流センサ１７からの電流値信号に基づいて、電磁アクチュエータ１０１の通電電流値をモニタする。そして、処理部２５は、電磁アクチュエータ１０１の通電電流が上向きのピーク（図４の点Ａ）を過ぎたことを、まず認識する（Ｓ１０５）。そして、通電電流値が上記点Ａを過ぎて減少した後、再び増加に転じたことを認識した場合に、処理部２５は、通電電流波形の下向きのピーク（図４の点Ｂ）を検出する（Ｓ１０７でＹｅｓ）。なお、この点Ａ，点Ｂを高分解能で検出できるように、アクチュエータ電流センサ１７による通電電流のサンプリング周期は短くすることが望ましい。通電電流の下向きのピーク（点Ｂ）が検出されると、前述のように、プランジャ１０５の弁停止位置への移動が完了したものと判断できるので、処理部２５は、電磁アクチュエータ１０１への通電を終了する（Ｓ１０９）。このように、アクチュエータ通電開始／終了処理部２５は、電磁アクチュエータ１０１への通電開始及び通電終了を制御する通電制御手段として機能する。

以上では、電磁アクチュエータ１０１を「弁復帰状態」から「弁停止状態」に移行させる弁停止制御の処理について説明したが、「弁停止状態」から「弁復帰状態」に移行させる弁復帰制御の場合もまったく同様の処理が行われるので、重複する説明を省略する。

続いて、このような可変動弁制御装置１による作用効果について説明する。従来のこの種の電磁アクチュエータでは、例えば、ばね等の付勢手段でプランジャが付勢されることにより、非通電状態でプランジャが弁復帰位置に保持される。そして、弁停止状態に移行するときに通電され、付勢力に抵抗する電磁力によってプランジャが弁停止位置に移動され保持される。従って、従来の電磁アクチュエータでは、弁停止状態を継続する間は、通電を継続する必要があり、保持電流が必要であった。これに対し、この可変動弁制御装置１によれば、電磁アクチュエータ１０１のネオジム磁石１１５とヨーク１０３との吸引力によって、プランジャ１０５が弁停止位置及び弁復帰位置で保持される。従って、弁停止位置又は弁復帰位置でプランジャ１０５を保持するための保持電流を低減することができる。ひいては、ロッカアーム同士が連結された弁停止状態、或いはロッカアーム同士が非連結の弁復帰状態を保持するための電力を低減することができる。

また、プランジャ１０５を弁停止位置（或いは弁復帰位置）に移動させるにあたっては、プランジャ１０５の移動を確実に完了させるために、余裕をもって通電時間をある程度長くすることも考えられる。ところがこの場合、プランジャ１０５の移動が完了した後にも、本来不要な通電をある程度の時間行うことになり、電力の無駄が発生する。これに対し、この可変動弁制御装置１のエンジン制御ＥＣＵ１１は、通電電流波形が下向きにピークとなる時点で電磁アクチュエータ１０１への通電を終了させる。従って、プランジャ１０５の弁停止位置（或いは弁復帰位置）への到達に合わせて通電終了することになる。従って、プランジャ１０５の移動完了後の無駄な通電を省略することができ、消費電力の低減を図ることができる。また、エンジン制御ＥＣＵ１１は、通電電流波形が下向きのピークになるまで電磁アクチュエータ１０１への通電を継続させることから、プランジャ１０５を弁停止位置（或いは弁復帰位置）まで確実に移動させることができる。その結果、ロッカアーム間の連結状態の切替えを確実に行うことができ、弁停止制御及び弁復帰制御を確実に行うことができる。

（第２実施形態）
電磁アクチュエータ１０１は、オイルシールやゴムパッキンの経年劣化によって、プランジャ１０５の動作の応答が遅れたり、応答性のバラツキが生じたりすることが考えられる。このような応答性の悪化が生じると、弁停止制御のタイミングや弁復帰制御のタイミングが遅れてしまう場合がある。そして、弁停止制御が意図したタイミングよりも遅れれば、弁が開いたままフューエルカットしてしまい、排ガス浄化用の触媒の劣化の原因になる。また、弁復帰制御が意図したタイミングよりも遅れれば、弁が閉じたまま燃料が燃焼してバックファイヤの原因になる。従って、弁停止制御及び弁復帰制御は、正しいタイミングで行われることが望まれる。

そこで、図６に示すように、可変動弁制御装置５１のエンジン制御ＥＣＵ６１は、上述の可変動弁制御装置１のエンジン制御ＥＣＵ１１に加えて、タイミング補正量算出処理部６３と、電流情報記憶部６５とを備えている。なお、可変動弁制御装置５１において、前述の可変動弁制御装置１と同一又は同等な構成部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。

電流情報記憶部６５は、図７に実線のグラフで示すように、電磁アクチュエータ１０１が新品状態である場合の通電電流波形Ｗ０を予め記憶している。特に、電流情報記憶部６５は、通電開始後の上向きのピーク（図７の点Ａ０）の時間及び電流値と、上記点Ａ０の後に現れる下向きのピーク（図７の点Ｂ０）の時間及び電流値と、を記憶している。

タイミング補正量算出処理部６３は、アクチュエータ電流センサ１７から、電磁アクチュエータ１０１における実際の通電電流波形Ｗ１（図７参照）を取得する。特に、タイミング補正量算出処理部６３は、通電電流波形Ｗ１において、通電開始後の上向きのピーク（図７の点Ａ１）の時間及び電流値と、上記点Ａ１の後に現れる下向きのピーク（図７の点Ｂ１）における時間及び電流値と、を取得する。そして、タイミング補正量算出処理部６３は、取得された通電電流波形Ｗ１と、電流情報記憶部６５から読み出される前述の通電電流波形Ｗ０と、を比較することで、電磁アクチュエータ１０１の劣化状態を推定する。すなわち、タイミング補正量算出処理部６３は、点Ａ１の時間と点Ａ０の時間との時間差分、及び点Ｂ１の時間と点Ｂ０の時間との時間差分により、電磁アクチュエータ１０１の応答遅れの発生を検知し、プランジャ１０５の移動完了のタイミングの遅れを検出する。そして、次回の電磁アクチュエータ１０１の駆動のときには、検出された上記遅れ分をキャンセルする分だけ、弁停止要求発生のタイミングや、通電開始のタイミングを早める。すなわち、タイミング補正量算出処理部６３は、上記遅れ分をキャンセルするためのタイミング補正要求を、弁停止／弁復帰要求処理部２３又はアクチュエータ通電開始／終了処理部２５に対して送出する。

なお、これらのタイミング補正量算出処理部６３及び電流情報記憶部６５は、アクチュエータ駆動制御プログラムの実行によって、エンジン制御ＥＣＵ６１のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウエアが協働して動作することにより、ソフトウエア的に実現される構成要素である。

続いて、エンジン制御ＥＣＵ６１が行う電磁アクチュエータ１０１への通電処理のタイミング補正処理について説明する。

タイミング補正量算出処理部６３は、図８に示すように、電磁アクチュエータ１０１への通電がなされている場合に（Ｓ２０１）、以下の処理を開始する。タイミング補正量算出処理部６３は、電磁アクチュエータ１０１に対する通電中において、アクチュエータ電流センサ１７からの電流値信号に基づいて、電磁アクチュエータ１０１の通電電流値をモニタする。そして、通電電流波形Ｗ１における点Ａ１，点Ｂ１（図７参照）を検出する（Ｓ２０３）。続いて、タイミング補正量算出処理部６３は、電流情報記憶部６５から点Ａ０，点Ｂ０の情報を読み出し、点Ａ１と点Ａ０との時間差分、及び点Ｂ１と点Ｂ０との時間差分を算出する（Ｓ２０５）。そして、タイミング補正量算出処理部６３は、算出された各時間差分を、予め定められた各規定値とそれぞれ大小比較する（Ｓ２０７）。ここで、これらの時間差分が両方とも規定値未満であれば（Ｓ２０７でＮｏ）、時間差分は誤差範囲内のものであり、電磁アクチュエータ１０１に経年劣化は発生していないものと推定される。従ってこの場合、タイミング補正量算出処理部６３は、何らの処理を行わず、再びＳ２０１からの処理を繰り返す。

一方、点Ａ１と点Ａ０との時間差分、又は点Ｂ１と点Ｂ０との時間差分の何れかが、規定値以上であれば（Ｓ２０７でＹｅｓ）、タイミング補正量算出処理部６３は、上記時間差分に対応する程度の経年劣化が電磁アクチュエータ１０１に発生していると推定する。そして、この場合、電磁アクチュエータ１０１の経年劣化の影響をキャンセルするために、タイミング補正量算出処理部６３は、点Ｂ１と点Ｂ０との時間差分をタイミング補正量として、タイミング補正要求を送出する（Ｓ２０９）。当該タイミング補正要求は、弁停止／弁復帰要求処理部２３又はアクチュエータ通電開始／終了処理部２５に対して送出される。弁停止／弁復帰要求処理部２３は、タイミング補正要求を受けた場合、タイミング補正要求に示されるタイミング補正量分だけ、次回の弁停止要求又は弁復帰要求の送出タイミングを早くする（Ｓ２１１）。アクチュエータ通電開始／終了処理部２５は、タイミング補正要求を受けた場合、タイミング補正要求に示されるタイミング補正量分だけ、次回の弁停止駆動信号又は弁復帰駆動信号の送出（通電開始）のタイミングを早くする（Ｓ２１１）。

この可変動弁制御装置５１によれば、エンジン制御ＥＣＵ６１は、電磁アクチュエータ１０１の経年劣化状態を推定し、推定された経年劣化状態に基づいて通電開始のタイミングを設定する。従って、電磁アクチュエータ１０１の経年劣化によるプランジャ１０５動作の応答の遅れをキャンセルすることが可能になる。その結果、電磁アクチュエータ１０１の経年劣化があったとしても、ロッカアーム間の連結状態切替えを適切なタイミングで行うことができ、弁停止制御及び弁復帰制御を適切なタイミングで行うことができる。

また、電磁アクチュエータ１０１の経年劣化の影響としては、プランジャ１０５の動作の応答性のバラツキが大きくなることもある。これに対応して、処理Ｓ２０７では、通電電流波形のモニタリングで得られた点Ｂ１の時間のバラツキを、確率分布でモデル化して取得してもよい。そして、分布の中心や分散が、新品状態の電磁アクチュエータ１０１に対してどの程度ずれたかを算出し、上記バラツキの影響を最小限とするように、タイミング補正量を決定してもよい。

（第３実施形態）
電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度が極端な高温又は低温になると、ネオジム磁石１１５が高温又は低温に晒されて消磁してしまうおそれがある。ネオジム磁石１１５が消磁すれば、プランジャ１０５が弁停止位置又は弁復帰位置で確実に保持されず、排ガス浄化用触媒の劣化や燃費悪化等の問題が生じる。従って、ネオジム磁石１１５が消磁した状態では、プランジャ１０５を弁停止位置又は弁復帰位置で保持するための保持電力を増加させる必要があり、消費電力の増加の原因となる。

なお、高温や低温による磁石の消磁は、温度が元に戻れば磁力が回復する「可逆消磁」と、温度が元に戻っても磁力が回復しない「不可逆消磁」とがある。ネオジム磁石１１５に可逆消磁が発生した場合、ネオジム磁石１１５とヨーク１０３との吸引力が弱くなることに起因して、プランジャ１０５が動き始めた後の通電電流の減少が緩やかになる。すなわち、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度を常温とした場合の通電電流波形を、図９に示す通電電流波形Ｙ０とすれば、ネオジム磁石１１５に可逆消磁が発生した場合の通電電流波形は、同図に示すＹ１となる。この通電電流波形Ｙ１は、上向きのピーク（図９の点Ｃ）に達した後、下向きのピーク（図９の点Ｄ１）まで減少する。そして、この点Ｄ１の電流値は、通電電流波形Ｙ０における下向きのピークの点Ｄ０の電流値よりも高い。

また、ネオジム磁石１１５に不可逆消磁が発生した場合、ネオジム磁石１１５とヨーク１０３との吸引力がゼロになるので、プランジャ１０５が動き始めた後も通電電流は減少しない。従って、ネオジム磁石１１５に不可逆消磁が発生した場合の通電電流波形は、図９に示すＹ２となる。この通電電流波形Ｙ２は、図９の点Ｃに達した後も、さらに増加し、点Ｄ０と同じ時刻においては、点Ｄ２に達する。そして、この点Ｄ２の電流値は、通電電流波形Ｙ１における点Ｄ１の電流値よりも更に高い。

以上の知見から、電磁アクチュエータ１０１における通電電流波形の上向きのピークに達した後の通電電流の減少の度合いによって、ネオジム磁石１１５の消磁の度合いを推定し、更には、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度を推定することが可能である。

以下の説明において、通電電流波形の上向きのピークに達した後の通電電流の減少の傾きを「電流減少傾き」と称する。すなわち、図１０に示すように、実際に得られた電磁アクチュエータ１０１の通電電流波形Ｙ３において、上向きのピーク点Ｃ３の後に現れる下向きのピークを点Ｄ３とした場合、点Ｃ３と点Ｄ３とを結ぶ直線Ｆの傾きが、電流減少傾きＳである。なお、例えば、図９に示す通電電流波形Ｙ２のように、上向き及び下向きのピークが現れない場合もあり得るが、その場合には、点Ｃ（図９参照）と同じ時刻における通電電流波形上の点Ｃ４を取り、また、点Ｄ０（図９参照）と同じ時刻における通電電流波形上の点Ｄ４を取り、点Ｃ４と点Ｄ４とを結ぶ直線の傾きを電流減少傾きＳとすればよい。

図１１に示すように、可変動弁制御装置７１のエンジン制御ＥＣＵ８１は、上述の可変動弁制御装置１のエンジン制御ＥＣＵ１１に加えて、傾き演算処理部８３と、磁石特性情報記憶部８５と、を備えている。なお、可変動弁制御装置７１において、前述の可変動弁制御装置１と同一又は同等な構成部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。

磁石特性情報記憶部８５は、ネオジム磁石１１５の雰囲気温度と磁力との相関関係を予め記憶している。また、磁石特性情報記憶部８５は、ネオジム磁石１１５の磁力と電磁アクチュエータ１０１の電流減少傾きとの相関関係を予め記憶している。また、磁石特性情報記憶部８５は、常温環境における電磁アクチュエータ１０１の電流減少傾きＴを予め記憶している。

傾き演算処理部８３は、アクチュエータ電流センサ１７から、通電電流波形Ｙ３（図１０参照）を取得する。そして、傾き演算処理部８３は、通電電流波形Ｙ３における電流減少傾きＳを算出する。次に、傾き演算処理部８３は、磁石特性情報記憶部８５に記憶された前述の相関関係を参照し、算出された電流減少傾きＳに基づいて、ネオジム磁石１１５の磁力を推定し、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度を推定する。そして、ネオジム磁石１１５が不可逆消磁していると判断される場合には、弁停止位置でのプランジャ１０５の保持が不可能であると判断し、傾き演算処理部８３は、弁停止／弁復帰要求処理部２３及びアクチュエータ通電開始／終了処理部２５に対し、弁停止制御を中止する旨の要求を送出する。また、ネオジム磁石１１５が可逆消磁していると判断される場合には、傾き演算処理部８３は、弁停止／弁復帰要求処理部２３及びアクチュエータ通電開始／終了処理部２５に対し、弁停止制御における電磁アクチュエータ１０１への通電率（通電ｄｕｔｙ）を低下させる旨の要求、又は弁停止制御の頻度を低下させる旨の要求を送出する。

なお、これらの傾き演算処理部８３及び磁石特性情報記憶部８５は、アクチュエータ駆動制御プログラムの実行によって、エンジン制御ＥＣＵ８１のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウエアが協働して動作することにより、ソフトウエア的に実現される構成要素である。

続いて、エンジン制御ＥＣＵ８１が行う電磁アクチュエータ１０１の駆動制御について説明する。

傾き演算処理部８３は、図１２に示すように、電磁アクチュエータ１０１への通電がなされている場合に（Ｓ３０１）、以下の処理を開始する。傾き演算処理部８３は、電磁アクチュエータ１０１に対する通電中において、アクチュエータ電流センサ１７からの電流値信号に基づいて、電磁アクチュエータ１０１の通電電流値をモニタする。そして、通電電流波形Ｙ３における点Ｃ３，点Ｄ３（図１０参照）を検出し、点Ｃ３と点Ｄ３とを結ぶ直線Ｆの傾きを電流減少傾きＳとして算出する（Ｓ３０３）。

続いて、傾き演算処理部８３は、常温環境における電流減少傾きＴを、磁石特性情報記憶部８５から読み出し、電流減少傾きＳと電流減少傾きＴとの差分Ｅを算出する（Ｓ３０５）。そして、傾き演算処理部８３は、算出された差分Ｅと、予め定められた規定値との大小比較を行う（Ｓ３０７）。ここで、差分Ｅが規定値以上であれば（Ｓ３０７でＹｅｓ）、ネオジム磁石１１５の磁力が完全に失われており、ネオジム磁石１１５に不可逆消磁が発生していることが推定され、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度は、ネオジム磁石１１５の不可逆消磁を発生しうるほどに極端に高温又は低温であると推定される。従ってこの場合、電磁アクチュエータ１０１が故障状態であり弁停止制御は不可能であると推定される。従って、傾き演算処理部８３は、弁停止／弁復帰要求処理部２３及びアクチュエータ通電開始／終了処理部２５に対し、弁停止制御を中止する旨の要求を送出する。このとき、弁停止／弁復帰要求処理部２３及びアクチュエータ通電開始／終了処理部２５は、傾き演算処理部８３からの要求に応じて、弁停止制御における電磁アクチュエータ１０１への通電を行わないこととして、弁停止制御を中止する（Ｓ３０９）。

一方、差分Ｅが規定値未満であれば（Ｓ３０７でＮｏ）、傾き演算処理部８３は、磁石特性情報記憶部８５に記憶された、ネオジム磁石１１５の雰囲気温度と磁力との相関関係、及びネオジム磁石１１５の磁力と電磁アクチュエータ１０１の電流減少傾きとの相関関係を読み出す。そして、傾き演算処理部８３は、読み出した相関関係を参照し、差分Ｅに基づいて、ネオジム磁石１１５の減磁度合いを推定し、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度を推定する（Ｓ３１１）。そして、推定された減磁力度合いが予め定められた規定量以上、又は推定された雰囲気温度が予め定められた規定値以上である場合には（Ｓ３１３でＹｅｓ）、傾き演算処理部８３は、弁停止／弁復帰要求処理部２３及びアクチュエータ通電開始／終了処理部２５に対し、弁停止制御における電磁アクチュエータ１０１への通電率（通電ｄｕｔｙ）を低下させる旨の要求、又は弁停止制御の頻度を低下させる旨の要求を送出する（Ｓ３１５）。

このとき、弁停止／弁復帰要求処理部２３及びアクチュエータ通電開始／終了処理部２５は、傾き演算処理部８３からの要求に応じて、電磁アクチュエータ１０１への通電率（通電ｄｕｔｙ）を低下させる処理、又は弁停止制御の頻度を低下させる処理を行う（Ｓ３１５）。または、電磁アクチュエータ１０１を冷却する冷却手段を設け、当該冷却手段に電磁アクチュエータ１０１を冷却させることとしてもよい。このような処理により、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度が常温に近づくので、ネオジム磁石１１５に不可逆消磁が発生してしまうことを、事前に防止することができる。また、このとき、ネオジム磁石１１５の減磁に起因して、プランジャ１０５が弁停止位置に到達する時間（点Ｄ３の時間）も遅くなると考えられる。従って、遅くなった分をキャンセルするように、電磁アクチュエータ１０１への通電開始のタイミングを早くしてもよい。このように通電開始のタイミングを早めるための具体的な処理は、前述の第２実施形態で説明した通りであるので、詳細な説明を省略する。

また、処理Ｓ３１３において、推定された減磁力度合いが規定量未満、かつ推定された雰囲気温度が規定値未満である場合には（Ｓ３１３でＮｏ）、何らの処理を行わず、再びＳ３０１からの処理を繰り返す。

この可変動弁制御装置７１によれば、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度を推定し、推定した雰囲気温度が、ネオジム磁石１１５の不可逆消磁を発生させる程の極端な高温又は低温の場合には、電磁アクチュエータ１０１への通電を行わず、弁停止制御を中止することとしている。従って、プランジャ１０５を弁停止位置に保持する場合における保持電力の大きな消費を避けることができる。また、電磁アクチュエータ１０１の雰囲気温度を監視するための温度センサ等も不要であるので、温度センサの追加によるコスト増加や、回路面積の増加、センサ搭載スペースの増加、装置の複雑化も避けられる。

なお、本発明は、上述の第１〜第３実施形態に限定されるものではない。上述の第１〜第３実施形態では、本発明を、ロッカアーム同士の連結／非連結を切り替えることにより吸排気弁の停止／弁復帰を切り替える装置に適用した例について説明した。このような装置に限られず、本発明は、例えば、ロッカアーム同士の連結／非連結の切替えにより、吸排気弁の開閉タイミングやバルブリフトを切り替える装置に適用することもできる。

１，５１，７１…可変動弁制御装置、３…ヨーク（固定子）、９…コイル（固定子）、１１，６１，８１…エンジン制御ＥＣＵ、２５…アクチュエータ通電開始／終了処理部（通電制御手段）、１０１…電磁アクチュエータ、１０２…本体部分（固定子）、１０５…プランジャ、１１５…ネオジム磁石（永久磁石）、２１３…連結ピン、２０７…第１ロッカアーム、２０９…第２ロッカアーム。

Claims (3)

1. 電磁アクチュエータによって連結ピンを移動させ、当該連結ピンの位置に応じて内燃機関の複数のロッカアームの連結状態を切り替える可変動弁制御装置であって、
   前記電磁アクチュエータは、固定子に対して往復運動可能な移動子としてのプランジャと、当該プランジャを前記固定子に対する所定位置で保持するための永久磁石と、を有しており、
   前記電磁アクチュエータへの通電によって前記プランジャを前記所定位置に移動させるときには、前記電磁アクチュエータへの通電を開始した後、通電電流波形が下向きにピークとなる時点の近傍で当該通電を終了する通電制御手段を備えることを特徴とする可変動弁制御装置。
2. 前記通電制御手段は、
   前記通電電流波形に基づいて、前記電磁アクチュエータの劣化状態を推定し、
   推定された前記電磁アクチュエータの前記劣化状態に基づいて、前記電磁アクチュエータへの通電のタイミングを設定することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁制御装置。
3. 前記通電制御手段は、
   前記通電電流波形に基づいて、前記電磁アクチュエータの前記永久磁石の磁力及び前記電磁アクチュエータの雰囲気温度を推定し、
   推定された前記電磁アクチュエータの前記永久磁石の磁力及び前記電磁アクチュエータの雰囲気温度に基づいて、前記プランジャを前記所定位置へ移動させるための前記電磁アクチュエータへの通電を行うか否かを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変動弁制御装置。
   

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