KR20010032844A - 솔레노이드 밸브 구동 장치 - Google Patents

솔레노이드 밸브 구동 장치 Download PDF

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후와도시오
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가토 신이치
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Abstract

본 발명에 의해, 엔진 밸브를 개방 및 폐쇄하기 위해 다수의 엔진 밸브를 구동하기 위한 전자석으로의 여자전류를 제어하기 위한 구동 회로가 적은 수의 스위칭 수단으로 형성될 수 있는 솔레노이드 밸브 구동 장치가 제공된다. 두 개의 엔진 밸브는 하나의 엔진 밸브 그룹을 형성하고, 구동회로는 각각의 엔진 밸브 그룹에 대해 제공된다. 구동회로는 고전압측의 제 1 전원단자와 저전압측의 제 2 전원단자 사이에 직렬로 접속된 3개의 스위칭 수단을 각각 갖는 3개의 직렬 회로를 포함한다. 각각의 엔진 밸브에 각각 대응하는 네 개의 전자석은 스위칭 수단 사이의 직렬 접속부분을 상이한 직렬 회로 사이에 접속한다.

Description

솔레노이드 밸브 구동 장치{Device for driving solenoid valve}
종래에, 예를 들어 일본 특개평 8-284626호에 내연기관의 흡입 또는 배기 밸브로 사용되는 솔레노이드 밸브가 개시되어 있다. 이 전자 밸브는 엔진 밸브와 일체로 이동하는 아마츄어와, 이 아마츄어의 상하에 배치되는 한 쌍의 솔레노이드 코일, 및 엔진 밸브를 중립 위치를 향해 가압하는 스프링을 구비한다.
이 솔레노이드 코일 중 어느 하나에도 여자(exciting) 전류가 공급되지 않으면, 엔진 밸브와 아마츄어는 중립위치에 유지된다. 또한, 상부 솔레노이드 코일에 여자 전류가 공급되면, 엔진 밸브와 아마츄어는 상부 솔레노이드 코일로 당겨지는 반면, 하부 솔레노이드 코일에 여자 전류가 공급되면 이 엔진 밸브와 아마츄어는 하부 솔레노이드 코일로 당겨진다. 그러므로, 상술한 종래의 솔레노이드 밸브에 따르면, 엔진 밸브는 솔레노이드 코일에 적절한 여자 전류를 다르게 공급하여 개폐되도록 작동될 수 있다. 이러한 경우, 엔진 밸브의 개방 및 폐쇄측으로의 이동단(end of moving)은 아마츄어가 솔레노이드 코일에 흡착되어 제어된다. 따라서, 엔진 밸브의 이동단 근방의 위치에서, 솔레노이드 코일이 발하는 전자기력은 적절하게 사라질 수 있어서, 이 솔레노이드 밸브는 우수한 작동 응답성을 가질 수 있게 되고, 아마츄어와 솔레노이드 코일 사이에 작용하는 충격력이 감소하므로 충돌시의 소음이 제어되고 내구성이 개선된다.
이러한 목적을 위해, 솔레노이드 코일에 공급되는 여자 전류는 상술한 종래의 솔레노이드 밸브에서 H형 브리지 회로에 의해 제어된다. 이러한 H형 브리지 회로는 솔레노이드 코일의 단자와, 전원의 음극 및 양극측 사이에 각각 배치되는 모두 네 개의 스위칭 수단을 포함한다. 상기 H형 브리지 회로에 따라 솔레노이드 코일을 가로질러 대각방향에 위치하는 한 쌍의 스위칭 수단을 스위칭 온 상태로 하고, 다른 쪽의 한 쌍을 오프 상태로 하여, 솔레노이드 코일에 소정 방향의 전압을 인가하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 온·오프상태를 반전시켜, 솔레노이드 코일에 상기 소정방향과 역방향의 전압을 인가할 수 있다. 따라서, 엔진 밸브가 이동단에 근접한 시점에서, H형 브리지 회로의 각각의 스위칭 수단의 온·오프 상태를, 솔레노이드 코일에 여자전류와 역방향의 전압을 인가하는 것에 의해, 솔레노이드 코일이 발하는 전자기력을 적절히 소멸시킬 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 상술한 종래의 솔레노이드 밸브는 각각의 솔레노이드 코일에 대해 네 개의 스위칭 수단을 필요로 한다. 이는 하나의 솔레노이드 밸브가 두 개의 솔레노이드 코일을 구비하므로 여덟 개의 스위칭 수단이 필요함을 의미한다. 그러므로, 상술한 종래의 솔레노이드 밸브가 4 실린더 4 밸브 타입의 엔진에 적용되는 경우, 예를 들어 128개의 스위칭 수단이 요구되므로 이 솔레노이드 밸브를 구동하기 위한 구동 기구의 비용이 상승한다.
본 발명은 솔레노이드 밸브 구동 장치에 대한 것이고 더 상세하게는, 예를 들어, 내연기관의 각각의 실린더에 구비되는 배기 밸브 또는 다수의 흡입 밸브 등과 동기화되어 작동하는 다수의 밸브를 작동하기에 적합한 솔레노이드 밸브 구동 장치에 대한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동 기구의 시스템 구조도.
도 2는 본 발명의 실시예에서 두 개의 솔레노이드 밸브 모두가 개방 및 폐쇄되도록 구동될 때 상부 코일 및 하부 코일에 공급되는 여자 전류의 파형과 이 파형에 상응하는 솔레노이드 밸브의 작동을 도시하는 도면.
도 3은 본 실시예의 솔레노이드 밸브 기구를 위해 구비되는 ECU의 내부 구조도.
도 4는 #1 상부 코일 및 #2 상부 코일 모두가 전원공급되도록 설정된 구동회로의 작동상태를 도시하는 회로도.
도 5는 #1 상부 코일 및 #2 상부 코일 모두가 플라이휠 상태로 설정된 구동회로의 작동상태를 도시하는 회로도.
도 6은 #1 상부 코일 및 #2 상부 코일 모두가 플라이휠 상태로 설정된 구동회로의 작동상태를 도시하는 회로도.
도 7은 #1 상부 코일 및 #2 상부 코일 모두가 재생/역전류 상태로 설정된 구동회로의 작동상태를 도시하는 회로도.
도 8은 본 실시예에서 #1 솔레노이드 밸브가 개방 및 폐쇄되도록 작동되고 #2 솔레노이드 밸브가 폐쇄된 상태로 유지될 때, #1 상부 코일, #1 하부 코일, #2 상부 코일, #2 하부 코일로 공급되는 여자 전류의 파형을 도시하는 도표.
도 9는 #1 상부 코일이 전원 공급된 상태로 설정되고 #2 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 10은 #1 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정되고 #2 상부 코일이 전원공급된 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 11은 #1 상부 코일이 재생/역전류 상태로 설정되고 #2 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 12는 #1 하부 코일과 #2 상부 코일이 전원공급된 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 13은 #1 하부 코일이 전원 공급된 상태로 설정되고 #2 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 14는 #1 하부 코일이 플라이휠 상태로 설정되고 #2 상부 코일이 전원공급된 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 15는 #1 하부 코일과 #2 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 16은 #1 하부 코일이 재생/역전류 상태로 설정되고 #2 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정된 구동회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 17은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 기구를 위해 구비되는 ECU의 내부 구조도.
도 18은 #1 상부 코일 및 #2 상부 코일 모두가 재생 상태로 설정되는 구동 회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 19는 #1 상부 코일이 재생 상태로 설정되고 #2 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정되는 구동 회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 20은 #1 하부 코일이 재생 상태로설정되고 #2 상부 코일이 플라이휠 상태로 설정되는 구동 회로의 작동 상태를 도시하는 회로도.
도 21은 두 개의 솔레노이드 밸브 모두가 본 실시예에서 개방 및 폐쇄되도록 구동될 때 상부 코일 및 하부 코일에 공급되는 여자 전류의 파형을 도시하는 도표.
도 22는 #1 솔레노이드 밸브가 개방 및 폐쇄되도록 구동되고 #2 솔레노이드 밸브가 닫힌 상태로 유지될 때 #1 상부 코일, #1 하부 코일, #2 상부 코일 및 #2 하부 코일에 공급되는 여자 전류의 파형을 도시하는 도표.
본 발명의 목적은 엔진 밸브를 구동하기 위한 솔레노이드 코일의 여자 전류를 제어하기 위해 요구되는 스위칭 수단의 수를 감소시키는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 그 각각이 소정의 제 1 방향으로 엔진 밸브를 구동하기 위한 제 1 전자석과 소정의 제 2 방향으로 엔진 밸브를 구동하기 위한 제 2 전자석을 구비하는 다수의 엔진 밸브를 구동하기 위한 솔레노이드 밸브 구동 기구에 의하여 달성되는데, 상기 제 1 및 제 2 전자석을 사용하여 다수의 엔진 밸브가 개폐되고, 이 솔레노이드 밸브 구동 기구는 다음을 포함한다.
엔진 밸브 중 두 개는 하나의 엔진 밸브 그룹을 형성하고 각각의 엔진 밸브 그룹에 대해 구동 회로가 구비된다.
상기 구동 회로는 고전압 측의 제 1 전원 단자와 저전압측의 제 2 전원 단자 사이에 직렬로 접속된 3 개의 스위칭 수단을 각각 갖는 3개의 직렬 회로를 포함한다.
각각의 엔진 밸브에 상응하는 네 개의 전자석은 스위칭 수단 사이의 직렬 접속부분을 상이한 직렬 회로 사이에 접속하도록 된다.
본 발명에서는, 각각의 엔진 밸브가 소정의 제 1 및 제 2 방향으로 각각 제 1 및 제 2 전자석에 의해 구동된다. 두 개의 엔진 밸브는 하나의 엔진 밸브 그룹을 형성하고 구동 회로는 각각의 엔진 밸브 그룹에 대해 구비된다. 구동 회로는 직렬로 연결된 상기 3개의 스위칭 수단을 각각 갖는 3 개의 직렬 회로를 포함한다. 그러므로, 상기 두 개의 엔진 밸브에 상응하는 네 개의 전자석으로의 여자 전류는 9 개의 스위칭 수단에 의해 제어될 수 있다. 상기 네 개의 전자석은 상이한 직렬 회로 사이에서 접속된다. 그러므로, 각각의 전자석은 각각의 직렬 회로의 스위칭 수단의 온·오프 상태의 조합에 의해 양방향으로 여자 전류가 공급될 수 있고, 엔진 밸브에 작용하는 전자기력은 전자석을 통해 흐르는 전류를 제 1 전원단자로 흐르게 하여 적절히 소멸시킬 수 있다.
이러한 경우에, 구동 회로는 제 1 전원 단자와 제 2 전원단자 사이의 제 1 전원 단자 측으로부터 순서대로 일렬로 접속되는 제 1 내지 제 3 스위칭 수단을 갖는 제 1 내지 제 3 직렬 회로를 포함할 수 있고, 네 개의 전자석이 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부와 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부 사이와, 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부와 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부 사이와, 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부와 제 3 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부 사이와, 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부와 제 3 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부 사이에, 각각 접속될 수 있다.
본 발명에서는, 구동 회로는 제 1 내지 제 3 스위칭 수단이 제 1 전원 단자와 제 3 전원 단자 사이에서 직렬로 접속되는 제 1 내지 제 3 직렬 회로를 포함한다. 상기 네 개의 전자석은 상기 직렬회로들 사이에 접속된다. 예를 들어, 여자 전류가 제 2 직렬 회로로부터 제 1 직렬 회로측을 향한 방향(이후 제 1 방향으로 언급함)으로 공급되는 상태가 제 2 직렬 회로의 제 1 스위칭 수단과 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단을 온 상태로 설정하여, 전자석이 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부와 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부 사이에 접속되게 한다. 또한, 제 1 방향으로 흐르는 여자 전류가 제 1 전원 단자로 흐르거나 여자 전류가 제 1 방향에 대하여 역방향으로 공급되는 상태가 제 1 직렬 회로의 제 1 스위칭 수단과 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단을 온 상태로 설정하여 형성된다. 스위칭 수단을 온 및 오프 상태의 조합으로 하여 다른 전자석으로 동일한 상태가 형성된다.
또한, 각각의 엔진 밸브 그룹의 하나의 엔진 밸브에 상응하는 제 1 전자석이 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부와 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부 사이에서 접속될 수 있고, 하나의 엔진 밸브에 상응하는 제 2 전자석이 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부와 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부 사이에서 접속될 수 있고, 다른 엔진 밸브에 상응하는 상기 제 1 전자석은 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부와 제 3 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부 사이에서 접속될 수 있고, 다른 엔진 밸브에 상응하는 상기 제 2 전자석은 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부와 제 3 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부 사이에서 접속될 수 있다.
본 발명에서, 각각의 엔진 밸브 그룹의 하나의 엔진 밸브(이후 제 1 엔진 밸브로 언급함)에 상응하는 제 1 전자석이 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부와 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부 사이에 접속될 수 있다. 또한, 상기 제 1 엔진 밸브에 상응하는 제 2 전자석은 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부와 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부 사이에 접속될 수 있다. 또한, 다른 엔진 밸브에 상응하는 제 1 전자석(이후 제 2 엔진 밸브로 언급함)은 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부와 제 3 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부 사이에서 접속된다. 또한, 제 2 엔진 밸브에 상응하는 제 2 전자석은 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부와 제 3 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부 사이에서 접속된다.
제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과, 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 3 스위칭 수단과, 제 3 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석에 제 1 직렬 회로측으로부터 제 2 직렬 회로측을 향한 방향의 여자 전류가 공급되고, 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석은 제 2 직렬 회로측으로부터 제 3 직렬 회로측을 향한 방향으로의 여자 전류가 공급되는 상태가 형성된다. 또한, 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과, 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 3 스위칭 수단과, 제 3 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석에 제 2 직렬회로측으로부터 제 1 직렬회로측을 향한 방향으로의 여자전류가 공급되고, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석에 제 3 직렬회로측으로부터 제 2 직렬회로측을 향한 방향으로의 여자전류가 공급되는 상태가 형성된다. 이하, 이들 두 상태에서 전자석에 공급되는 여자전류의 방향은 정방향으로 언급되고 이에 대한 역방향은 역방향으로 언급된다. 또한, 전자석에 정방향으로 여자전류가 공급되는 상태는 전원공급상태로 언급된다.
한편, 제 1 직렬회로의 제 3 스위칭 수단과, 제 2 직렬회로의 제 2 스위칭 수단과, 제 3 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석과 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석을 정방향으로 흐르는 여자전류가 제 1 전원단자측으로 흐르거나 또는, 이들 두 전자석에 역방향의 여자전류가 공급되는 상태가 형성된다. 이하, 전자석을 통해 흐르는 정방향의 여자전류가 제 1 전원단자로 흐르거나 또는 전자석에 역방향의 여자전류가 공급되는 상태를 전자석의 재생/역전류(regenerative/reverse current) 상태로 언급한다. 또한, 제 1 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과, 제 2 직렬회로의 제 2 스위칭 수단과, 제 3 직렬회로의 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석과 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석이 재생/역전류 상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과 제 2 직렬 회로의 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 2 직렬 회로의 제 1 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다.
제 2 직렬회로의 제 3 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과 제 2 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬회로의 제 3 스위칭 수단과 제 2 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석이 재생/역전류 상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 2 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과, 제 3 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석이 재생/역전류 상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과, 제 2 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과, 제 3 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석 및 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 1 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과 제 2 직렬회로의 제 3 스위칭 수단과, 제 3 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석과 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과 제 2 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석이 재생/역전류 상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 2 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석이 재생/역전류 상태로 되는 상태가 형성된다.
그러므로, 본 발명에 따라, 9개의 스위칭 수단을 사용하여, 제 1 및 제 2 엔진 밸브의 어느 한쪽 또는 모두의 제 1 또는 제 2 전자석이 9개의 스위칭 수단 각각의 온·오프 상태의 조합에 따라 전원공급상태 또는 재생/역전류 상태로 설정될 수 있다. 재생/역전류 상태에서, 전자석을 통해 흐르는 여자전류가 신속히 감소되고, 여자전류가 역방향으로 공급되므로, 전자석에 의해 생성되는 전자기력은 신속하게 소멸된다. 그러므로, 엔진 밸브의 작동에 따라 전자석 각각의 전원공급상태와 재생/역전류 상태를 적절하게 실현하여, 엔진 밸브에 작용하는 전자기력이 엔진 밸브가 구동된 후 소정의 타이밍에서 신속하게 소멸될 수 있다.
상술한 목적은 엔진 밸브 각각에 소정의 제 1 방향으로 엔진 밸브를 구동하기 위한 제 1 전자석과, 소정의 제 2 방향으로 엔진 밸브를 구동하기 위한 제 2 전자석이 구비되고, 다수의 엔진 밸브가 개방 및 폐쇄되도록 제 1 및 제 2 전자석을 사용하는, 다수의 엔진 밸브를 구동하기 위한 솔레노이드 밸브 구동장치에 의해 이루어지고, 이 솔레노이드 밸브 구동장치에는,
두 개의 엔진 밸브가 하나의 엔진 밸브 그룹을 형성하고 구동 회로가 엔진 밸브 그룹 각각에 제공되고,
이 구동회로는,
고전압측의 제 1 전원단자와 저전압측의 제 2 전원단자 사이에 직렬로 접속되는 3개의 스위칭 수단을 각각 제 1 및 제 2 직렬회로와,
제 2 전원단자측으로부터 제 1 전원단자측으로 전류가 흐르도록 배치되는 하나의 다이오드와 두 개의 스위칭 수단이 다이오드가 중심에 배치되도록 제 1 전원단자와 제 2 전원단자 사이에 직렬 접속되는 제 3 직렬 회로와,
제 3 직렬 회로의 다이오드와 스위칭 수단의 접속 부분과 제 1 또는 제 2 직렬 회로의 스위칭 수단 사이의 접속 부분 사이에 접속되는 엔진 밸브 그룹 각각에 대응하는 네 개의 전자석을 포함한다.
본 발명에서, 엔진 밸브 그룹 각각에 속하는 두 개의 엔진 밸브가 모두 네 개의 전자석에 의해 구동된다. 구동 회로는 직렬로 연결된 3 개의 스위칭 수단을 갖는 제 1 및 제 2 직렬회로와, 두 스위칭 수단 사이에 직렬로 접속된 저전압측으로부터 고전압측으로 전류가 흐르도록 하는 다이오드를 갖는 제 3 직렬 회로를 구비한다. 그러므로, 네 개의 전자석으로의 여자전류는 8개의 스위칭 수단과 하나의 다이오드에 의해 제어될 수 있다. 네 개의 전자석 각각은 제 3 직렬회로와 제 1 또는 제 2 직렬회로 사이에 접속된다. 그러므로, 전자석에는 직렬 회로의 스위칭 수단의 온·오프 상태의 조합에 의해 소정의 방향으로 여자전류를 공급할 수 있고, 엔진 밸브에 작용하는 전자기력은 전자석을 통해 흐르는 여자전류를 제 1 전원단자측으로 흐르게 하여 신속하게 소멸시킬 수 있다.
이 경우, 구동회로는 제 1 전원단자와 제 2 전원단자 사이에 제 1 전원단자측으로부터 순서대로 직렬접속되는 제 1 내지 제 3 스위칭 수단을 각각 갖는 제 1 내지 제 2 직렬회로와, 제 1 스위칭 수단과, 제 2 전원단자측으로부터 제 1 단자측으로 전류가 흐르도록 구비되는 다이오드와, 제 1 전원단자와 제 2 전원단자 사이에서 제 1 전원단자측으로부터 순서대로 직렬접속되는 제 2 스위칭 수단을 갖는 제 3 직렬 회로를 포함할 수 있고, 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속 부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속 부분 사이와, 제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 제 2 스위칭 수단과 다이오드의 접속부분 사이와, 제 2 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분과 제 2 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분과, 제 2 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 제 2 스위칭 수단과 다이오드의 접속부분 사이의 각각에 네 개의 전자석이 접속될 수 있다.
본 발명에서, 각각의 엔진 밸브 그룹에 속하는 두 개의 엔진 밸브는 모두 네 개의 전자석에 의해 구동된다. 구동회로는 제 1 전원단자와 제 2 전원단자 사이에 직렬 접속되는 제 1 내지 제 3 스위칭 수단을 갖는 제 1 내지 제 2 직렬 회로와, 제 2 전원단자측으로부터 제 1 단자측으로 전류가 흐르도록 구비되는 다이오드와 제 1 스위칭 수단과, 제 1 전원단자측으로부터 제 2 전원단자측에 직렬 접속되는 제 2 스위칭 수단을 갖는 제 3 직렬 회로를 구비한다. 즉, 8개의 스위칭 수단과 하나의 다이오드가 네 개의 전자석에 대해 구비된다. 네 개의 전자석은 제 1 또는 제 2 직렬회로와 제 3 직렬 회로 사이에 접속된다. 예를 들어, 여자전류가 제 3 직렬회로측으로부터 제 1 직렬회로측으로 향하는 제 1 방향으로 공급되는 상태가 제 3 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과 제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단을 온 상태로 설정하여 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분과 제 1 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속되는 전자석에 형성된다. 또한, 제 1 방향으로 흐르는 여자전류가 제 1 전원단자로 흐르는 상태가 제 1 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 2 스위칭 수단을 온 상태로 하여 형성된다. 스위칭 수단의온·오프 상태의 조합에 의해 다른 전자석에 동일한 상태가 형성된다.
또한, 각각의 엔진 밸브 그룹의 한 엔진 밸브에 대응하는 제 1 전자석이 제 1 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있고, 이 한 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석이 제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있고, 다른 엔진 밸브에 대응하는 제 1 전자석이 제 2 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있고, 이 다른 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석이 제 2 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있다.
본 발명에서, 각각의 엔진 밸브 그룹의 한 엔진 밸브(이하, 제 1 엔진 밸브로 언급함)에 대응하는 제 1 전자석이 제 1 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있다. 또한, 이 한 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석이 제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있다. 다른 엔진 밸브(이후, 제 2 엔진 밸브로 언급함)에 대응하는 제 1 전자석이 제 2 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있다. 또한, 이 다른 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석이 제 2 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분과 제 3 직렬회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속될 수 있다.
제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단, 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단, 제 3 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석에는 제 1 직렬회로측으로부터 제 3 직렬회로측을 향한 방향의 여자전류가 공급되고, 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석에 제 3 직렬회로측으로부터 제 2 직렬회로측을 향한 방향의 여자전류를 공급하는 상태가 형성된다. 또한, 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단, 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단, 제 3 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석에는 제 3 직렬회로측으로부터 제 1 직렬회로측을 향한 방향의 여자전류가 공급되고, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석에는 제 2 직렬회로측으로부터 제 3 직렬회로측을 향한 방향의 여자전류를 공급하는 상태가 형성된다. 이하, 이들 두 상태에서 전자석에 공급되는 여자전류의 방향을 정방향으로 언급하고, 이에 대해 역방향을 역방향으로 언급한다. 또한, 전자석에 정방향 여자전류가 공급되는 상태를 전원공급상태로 언급한다.
한편, 제 1 직렬 회로의 제 3 스위칭 수단, 제 2 직렬 회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석과 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석에 정방향으로 흐르는 여자전류가 제 1 전원단자측으로 흐르는 상태가 형성된다. 이하, 전자석을 통해 흐르는 정방향의 여자전류가 제 1 전원단자측으로 흐르는 상태는 전자석의 재생상태로 언급한다. 또한, 제 1 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과 제 2 직렬회로의 제 3 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석과 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석이 재생상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과 제 3 직렬 회로의 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 2 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다.
제 2 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과 제 3 직렬 회로의 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬회로의 제 3 스위칭 수단과 제 2 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 2 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 되면, 제 2 직렬회로의 제 2 전자석이 재생상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과, 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석과 제 2 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 1 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단과, 제 3 직렬회로의 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석과 제 1 엔진 밸브의 제 2 전자석이 전원공급상태로 되는 상태가 형성된다.
제 1 직렬회로의 제 1 스위칭 수단과, 제 3 직렬 회로의 제 2 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 1 엔진 밸브의 제 1 전자석이 재생 상태로 되는 상태가 형성된다. 또한, 제 2 직렬회로의 제 3 스위칭 수단과 제 3 직렬회로의 제 1 스위칭 수단이 온 상태로 설정되면, 제 2 엔진 밸브의 제 1 전자석이 재생/역전류 상태로 되는 상태가 형성된다.
그러므로, 본 발명에 따라, 8개의 스위칭 수단과 하나의 다이오드를 사용하여, 제 1 및 제 2 엔진 밸브 중의 하나 또는 모두의 제 1 또는 제 2 전자석이 스위칭 수단의 온·오프 상태의 조합에 따라 전원공급상태 또는 재생상태로 설정될 수 있다. 재생상태에서, 전자석에 의해 생성된 전자기력은 전자석을 통해 흐르는 여자전류를 신속하게 감소시켜 신속하게 소멸된다. 그러므로, 엔진 밸브의 작동에 따라 각각의 전자석의 전원공급상태 및 재생상태를 적절하게 실현하여, 엔진 밸브에 작용하는 전자기력이 엔진 밸브가 구동된 후 요구되는 타이밍에서 신속하게 소멸될 수 있다.
각각의 스위칭 수단은 온·오프로 되는 스위칭 요소와, 제 2 전원단자측으로부터 제 1 전원단자측으로 전류가 흐르도록 스위칭 요소와 병렬로 배치된 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 각각의 스위칭 수단은 온·오프로 되는 스위칭 요소와, 제 2 전원단자측으로부터 제 1 전원단자측으로 전류가 흐르도록 스위칭 요소와 병렬로 배치된 다이오드를 포함할 수 있다. 그러므로, 각각의 스위칭 수단이 오프상태이더라도 각각의 스위칭 수단은 전류가 제 2 전원단자측으로부터 제 1 전원단자측으로 흐르게 한다. 따라서, 전자석으로의 여자전류가 차단되면, 스위칭 수단이 갖는 다이오드 및 솔레노이드 코일을 포함하는 폐회로가 이루어지도록, 스위칭 수단의 온·오프 상태를 설정하여, 이 전자석에 플라이휠 전류를 흐르게 할 수 있다.
또한, 스위칭 수단의 온·오프 상태의 조합을 스위칭하여 소정의 파형을 갖는 여자전류를 각각의 전자석에 공급할 수 있다.
본 발명에서, 스위칭 수단의 온·오프 상태의 조합을 스위칭하여, 각 전자석에 소정의 파형의 여자전류가 공급된다. 따라서, 본 발명에 따라, 스위칭 수단의 수가 감소되면서 전자석에 공급되는 여자전류의 파형을 제어할 수 있다.
이 경우, 소정의 파형은 소정의 정방향에서 정전류의 파형부분과 정방향과 역방향의 역전류의 파형부분을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 전자석에 정방향의 여자전류가 공급되면, 엔진 밸브는 전자석에 의해 구동된다. 한편, 엔진 밸브가 구동된 후 전자석에 역방향의 여자전류가 공급되면, 전자석에 생성되는 전자기력은 신속하게 소멸된다. 그러므로, 전자석에 공급되는 여자 전류의 파형은 정전류의 파형부분과 역전류의 파형부분을 포함하고, 전자석에 의해 생성되는 전자기력은 전자기력이 엔진 밸브를 구동한 후 요구되는 타이밍에서 신속하게 소멸될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동 기구의 시스템 구조도이다. 본 실시예의 솔레노이드 밸브 구동 기구는 전자 제어 유닛(10; 이후 ECU로 언급함)과 솔레노이드 밸브(12)를 구비한다. 크랭크 위치 센서(이후 CP센서로 언급함)가 상기 ECU(10)에 접속된다.
상기 CP센서(14)는 기준 신호와 크랭크각도 신호를 출력하는 센서이다. 상기 기준 신호는 소정의 기준 각도와 대응하는 내연 기관의 크랭크 각도에서 매번 출력된다. ECU는 CP 센서의 출력 신호에 따라 내연기관의 크랭크 각도를 감지하고 이 감지 결과에 따라 솔레노이드 밸브(12)를 제어한다.
상기 솔레노이드 밸브(12)는 엔진 밸브(16)를 갖는다. 본 실시예에서, 솔레노이드 밸브(12)는 4실린더 4밸브형 내연기관에 적용된다. 즉, 내연기관의 각 실린더에 네 개의 솔레노이드 밸브(12)가 구비되고 네 개의 솔레노이드 밸브(12) 중 두 개의 엔진 밸브는 흡입 밸브를 형성하고 다른 두 개의 솔레노이드 밸브(12)의 엔진 밸브(16)는 배기 밸브를 형성한다.
엔진 밸브(16)는 내연기관의 연소실에 노출되도록 실린더 해드(18)에 배치된다. 흡입(또는 배기) 포트(20)는 실린더 헤드(18)에 형성된다. 흡입(또는 배기) 포트(20)는 엔진 밸브(16)를 위한 밸브 시트(22)를 구비한다. 흡입(또는 배기) 포트(20)는 엔진 밸브(16)가 밸브 시트(22)에 안착할 때 연소실로부터 차단된다.
엔진 밸브(16)에는 밸브 축(24)이 고정되어 있다. 이 밸브 축(24)은 축방향으로 슬라이딩할 수 있도록 밸브 가이드(26)에 의해 유지된다. 이 밸브 가이드(26)는 실린더 헤드(18)에 의해 지지되고 솔레노이드 밸브(12)의 하부 캡(28)은 밸브 가이드(26)에 고정되어 있다.
밸브 축(24)의 상부에는 비자성 부재로 이루어진 아마츄어 축(30)이 배치된다. 하부 리테이너(32)는 밸브 축(24)의 상단 부분에 고정된다. 하부 스프링(34)은 하부 리테이너(32)과 하부 캡(28) 사이에 배치된다. 하부 스프링(34)은 하부 리테이너(32)를 즉, 아마츄어 축(30) 및 엔진 밸브(16)를 도 1의 상향으로 가압하도록 탄성력을 작용시킨다.
상부 리테이너(36)는 아마츄어 축(30)의 상단 부분에 고정되어 있다. 상부 스프링(38)은 상부 리테이너(36)의 상부에 배치된다. 이 상부 스프링(38)은 상부 리테이너(36) 즉, 아마츄어 축(30) 및 엔진 밸브(16)를 도 1의 하향으로 가압하도록 탄성력을 작용시킨다.
원통형 상부 캡(40)이 상부 스프링(38) 주위에 배치된다. 조정용 볼트(42)는 상부 캡(40)의 상단 부분에 배치된다. 상부 스프링(38)의 상단 부분은 이 조정용 볼트(42)와 접촉을 유지한다.
아마츄어 축(30)에는 아마츄어(44)가 접합되어 있다. 이 아마츄어(44)는 자성 재료로 이루어진 환형 부재이다. 제 1 전자석(46)은 아마츄어(44) 위에 배치된다. 이 제 1 전자석(46)은 상부 코일(48)과 상부 코어(50)를 구비한다. 제 2 전자석(52)은 아마츄어(44) 아래에 배치된다. 제 2 전자석(52)은 하부 코일(54)과 하부 코어(56)를 구비한다.
상부 코일(48)과 하부 코일(54)은 ECU(10)에 접속된다. 이 ECU(10)으로부터 tdkqn 코일(48) 및 하부 코일(54)에 여자 전류가 공급된다. 상기 상부 코어(50)와 하부 코어(56)는 그 중간 부분에 아마츄어 축(30)이 슬라이딩 식으로 유지되는, 자성재료로 이루어진 부재이다. 제 1 전자석(46)과 제 2 전자석(52)은 외부 실린더(58)에 유지되어 제 1 전자석(46)과 제 2 전자석(52) 사이에 소정의 거리가 유지된다. 아마츄어(44)의 중립 위치는 상기 제 1 전자석(46)과 제 2 전자석(52) 사이의 중간점에 상응하도록 조정용 볼트(42)에 의해 조정된다.
이제 솔레노이드 밸브(12)의 작동에 대해 설명한다.
솔레노이드 밸브(12)에서는, 상부 코일(48)에 여자 전류를 공급하여 상부 코일(48)에 자속을 발생시킬 수 있다. 상부 코일(48)에 생성된 자속은 상부 코어(50)와 아마츄어(44)를 포함하는 경로를 통과한다. 이 때, 아마츄어(44)와 제 1 전자석(46) 사이에는 아마츄어(44)를 제 1 전자석(46)으로 흡인하는 방향의 전자기력이 생성된다.
그러므로, 이 솔레노이드 밸브(12)에 따르면, 상부 코일(48)에 적절한 여자 전류를 공급하여 아마츄어(44), 아마츄어 축(30), 엔진 밸브(16) 등이 제 1 전자석 측으로 이동할 수 있다. 아마츄어 축(30)은 아마츄어(44)가 상부 코어(50)와 접촉할 때까지 제 1 전자석(46) 측으로 이동할 수 있다. 엔진 밸브(16)는 아마츄어(44)가 상부 코어(50)와 접촉을 유지하는 조건하에서 흡입(또는 배기) 포트(20)를 닫는다. 그러므로, 솔레노이드 밸브(12)에 따라, 엔진 밸브(16)는 상부 코일(48)에 적절한 여자 전류를 공급하여 전폐(全閉)된 상태로 설정될 수 있다.
엔진 밸브(16)가 전폐 상태로 유지되면, 상부 스프링(38)과 하부 스프링(34)은 아마츄어 축(30)을 중립 위치를 향해 가압한다. 이러한 조건하에서 상부 코일(48)로의 여자 전류의 공급이 정지되면, 아마츄어 축(30)은 상부 스프링(38) 및 하부 스프링(34)의 탄성력에 따라 단진동(simple harmonic motion) 운동을 개시한다.
솔레노이드 밸브(12)에 따라, 하부 코일(54)에 여자 전류를 공급하여, 하부 코일(54)에 자속을 발생시킬 수 있다. 하부 코일(54)에 생성된 자속은 하부 코어(56)와 아마츄어(44)를 포함하는 경로를 통과한다. 이 때, 아마츄어(44)를 제 2 전자석(52)으로 흡인하는 방향의 전자기력이 아마츄어(44)와 제 2 전자석(52) 사이에 생성된다. 그러므로, 솔레노이드 밸브(12), 아마츄어 축(30)은 이 아마츄어 축(30)의 슬라이딩 운동에 의한 에너지 손실을 보상하기 위해 하부 코일(54)에 적절한 여자 전류를 공급하여 아마츄어(44)가 제 2 전자석(52)과 접촉할 때까지 이동할 수 있다.
엔진 밸브(16)는 아마츄어(44)가 제 2 전자석(52)과 접촉할 때 전개 상태로 설정된다. 그러므로, 솔레노이드 밸브(12)에 따라, 엔진 밸브(16)는 상부 코일(48)로의 여자 전류가 정지된 후 소정의 타이밍에서 하부 코일(54)에 여자 전류를 공급하기 시작하여 전폐 상태로부터 전개 상태로 이동할 수 있다.
엔진 밸브(16)가 전개 상태에 도달한 후 하부 코일(54)로의 여자 전류가 정지될 때, 엔진 밸브(16)는 단진동 운동에 따라 전폐위치로 이동하기 시작한다. 이후 상부 코일(48) 및 하부 코일(54)에 여자 전류를 적절히 공급하는 것을 반복하여 엔진 밸브(16)의 개폐 작동이 수행될 수 있다.
엔진 밸브(16)의 개폐 작동에서, 아마츄어(44)가 제 1 전자석(46) 또는 제 2 전자석(52)과 접촉할 때 아마츄어(44)와 제 2 전자석(46) 또는 제 2 전자석(52) 사이에 작용하는 전자기적 흡인력이 0이 될 수 있다면, 아마츄어(44)와 제 1 전자석(46) 또는 제 2 전자석(52) 사이에 작용하는 충격력이 충격음의 생성하는 것을 방지하도록 감소될 수 있고, 또한 솔레노이드 밸브(12)의 내구성이 개선될 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 아마츄어(44)가 제 1 전자석(44) 또는 제 2 전자석(52)으로부터 신속히 해제될 수 있으므로 솔레노이드 밸브(12)의 우수한 응답성이 실현될 수 있다. 또한, 이러한 관점에서, 아마츄어(44)와 제 1 전자석(46) 또는 제 2 전자석(52) 사이에 작용하는 전자기적 흡인력이 바람직한 타이밍에서 신속하게 소멸되게 하는 것이 바람직하다.
그러나, 예를 들어, 상부 코일(48)로의 여자 전류의 공급을 정지하여도 상부 코일(48)에서 발생하는 역기전력에 의해, 일정 정도의 기간은 상부 코일(48)에 공급되는 여자 전류와 동일한 방향의 전퓨가 흐르는 것을 계속한다. 또한, 상부 코일(48)에 흐르는 전류가 감소하여 0에 도달하여도, 아마츄어(44) 및 상부 코어(50)에 발생하는 과전류에 의해, 일정 정도의 기간은 아마츄어(44)와 제 1 전자석(46) 사이에 전자기적 흡인력이 작용한다. 그러므로, 아마츄어(44)와 제 1 전자석(46)의 사이에 작용하는 전자기적 흡인력을 신속하게 소멸시키기 위해 아마츄어(44)와 상부 코어(50)에 생성된 과전압을 신속하게 소멸시키는 것과 상부 코일(48)의 역기전력에 의해 생성된 전류를 신속하게 소멸시키는 것이 필요하다.
이러한 관점에서, 상부 코일(48)로의 여자 전류의 공급을 정지한 후, 상부 코일(48)에 소정기간만 여자전류를 역방향으로 흐르게 하는 것이 효과적이다. 유사하게, 아마츄어(44)와 제 2 전자석(52) 사이에 작용하는 전자기적 흡인력을 신속하게 소멸시키기 위해, 하부 코일(54)로의 여자전류의 공급을 정지한 후에, 하부 코일(54)에 소정 기간만 여자전류를 역방향으로 흐르게 하는 것이 유효하다. 즉, 코일에 역방향의 전류를 공급하여, 과전류를 상쇄할 수 있고, 이에 의해, 전자기적 흡인력을 신속하게 소멸시킬 수 있다.
도 2는 상술한 관점에서 솔레노이드 밸브(12)에 사용되는 여자 전류의 파형(도 2(a), 도 2(b)) 및, 그 전류 파형에 의해 얻는 엔진 밸브(16)의 변위 패턴(도 2(c))을 도시한다.
도 2(a)에 도시한 바와 같이, 상부 코일(48)에 공급되는 여자전류는, 엔진 밸브(16)가 전개위치로부터 전폐위치로 향하도록 변위하는 흡인 기간(도2(a)에 도시한 기간 a 및 b)에서, 소정의 기간(도 2(a)에 도시한 기간 a)만 최대여자전류IMAX로 제어된 후, 엔진 밸브(16)가 전폐위치에 도달하는 것과 거의 같은 시간에, 천이기간(도2(a)에 도시한 기간b)후에 상술한 유지전류IH와 일치하도록 제어된다(도2(a)에 도시한 기간c). 또한, 이 여자 전류는 전개위치에 있는 엔진 밸브(16)를 폐쇄시킬 필요가 있을 때, 최대 여자 전류IMAX와 역방향으로 흐르는 소자전류IR(demagnetizing current)로 제어된다(도 2(a)에 도시한 기간d).
상술한 것과 같은 방식으로, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 하부 코일(54)에 공급되는 여자전류는 엔진 밸브(16)가 전폐위치로부터 전개 위치로 향하도록 변위하는 흡인기간(도2(b)에 도시하는 기간 a 및 b)동안, 소정의 기간(도 2(b)에 도시하는 기간 a)만 소정의 값 IMAX로 유지된 후, 천이 기간(도 2(b)에 도시한 기간 b)후에 소정의 유지 전류IH를 향해 감소하도록 제어된다(도2(b)에 도시한 기간c). 또한, 이 여자 전류는, 엔진 밸브(16)를 전개위치로부터 폐쇄시킬 필요가 발생하는 시점에서 역방향으로 흐르는 소자 전류IR로 제어된다(도2(b)에 도시된 기간d).
또한, CP센서(14)의 출력신호에 따라, 상부 코일(48) 및 하부 코일(54)에 여자전류를 공급하는 타이밍을 설정하여 내연기관의 작동과 동기화된 솔레노이드 밸브(12)의 개폐 작동이 수행될 수 있다.
상술한 상부 코일(48) 및 하부 코일(54)에 공급되는 여자 전류의 파형은, 하기에 기술하는 바와 같이, ECU(10)가, 상부 코일(48) 및 하부 코일(54)에 대하여 정방향의 여자 전류가 공급되는 상태와, 상부 코일(48) 및 하부 코일(54)에 대하여 역방향의 여자 전류가 공급되는 상태를 적절하게 스위칭하여 실현된다.
본 실시예의 솔레노이드 밸브 구동 기구는 ECU(10)가 구비되는 스위칭 수단의 개수를 억제하면서, 상술한 바와 같은 소정의 파형이, 상부 코일(48)과 하부 코일(54)에 공급되는 여자 전류의 방향을 역전하여 실현될 수 있는 것을 특징으로 한다.
이제 도 3을 참조하여 ECU(10)의 내부 구조에 대해 설명한다. 도 3은 ECU(10)의 내부 구조를 도시하는 회로도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, ECU(10)는 CPU(60)를 구비한다. 출력포트(68)와 입력포트(70)가 버스 라인(62)을 통해 CPU(60)에 접속된다. CP센서(14)는 입력 포트(70)에 접속된다.
ECU는 버퍼 회로(72) 및 구동 회로(74)를 또한 구비한다. 상술한 바와 같이, 솔레노이드 밸브(12)는 4실린더4밸브 타입의 내연기관의 흡입 밸브 및 배기 밸브를 형성한다. 즉, 내연 기관의 각각의 실린더는 흡입 밸브로서 작동하는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(12)와 배기 밸브로서 작동하는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(12)를 구비한다. 본 실시예에서, 모두 8쌍의 버퍼 회로(72)와 구동회로(74)가 구비되고, 이 각각은 동일한 실린더에 구비되는 각각의 쌍의 흡입 밸브와 각각의 쌍의 배기 밸브에 대응한다. 그러나, 도 3은 각각의 쌍의 버퍼 회로(72)와 각각의 쌍의 구동 회로(74)가 각각 동등한 구조 및 작동을 가지므로 예로써 하나의 실린더에 구비되는 흡입 밸브를 형성하는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(12)에 상응하는 버퍼 회로(72) 및 구동 회로(74)만을 도시한다.
구동 회로(74)는 전원 단자(76)와 접지 단자(78)를 구비한다. 전원단자(76) 및 접지단자(78)에는, 각각, ECU(10)의 전원 전압라인 및 접지 전압라인이 접속되어 있다. 그러므로, 전원 단자(76)에는 ECU(10)의 전원전압 V가 공급된다. 또한, ECU(10)이외의 다른 전원을 새로이 구비할 수 있다. 구동 회로(74)는 스위칭 수단으로 기능하는 9개의 전계효과 트랜지스터(FET)를 또한 구비한다. 즉, #1 FET(80), #2 FET(82), #3 FET(84), #4 FET(86), #5 FET(88), #6 FET(90), #7 FET(92), #8 FET(94), #9 FET(96)이다.
#1 FET(80), #4 FET(86), #7 FET(92)의 드레인 단자 각각은 전원 단자(76)에 접속된다. 흡입 밸브를 형성하는 한 솔레노이드 밸브(12; 이후 #1 솔레노이드 밸브(12-1)로 언급함)의 하부 코일(54; 이후 #1 하부 코일(54-1)로 언급함)이 #1 FET(80)의 소스 단자와 #4 FET(86)의 소스 단자 사이에 접속된다. 또한, 흡입 밸브를 형성하는 다른 솔레노이드 밸브(12; 이후 #2 솔레노이드 밸브(12-2)로 언급함)의 상부 코일(48; 이후 #2 상부 코일(48-2)로 언급함)이 #4 FET(86)와 #7 FET(92)의 소스 단자 사이에 접속된다.
#1 FET(80), #4 FET(86), #7 FET(92)의 소스 단자는 #2 FET(82), #5 FET(88), #8 FET(94)의 드레인 단자에 각각 접속된다. #1 솔레노이드 밸브(12-1)의 상부 코일(48; 이후 #1 상부 코일(48-1)로 언급함)이 #2 FET(82)의 소스 단자와 #5 FET(88)의 소스 단자 사이에 접속된다. 또한, #2 솔레노이드 밸브(12-2)의 하부 코일(54; 이후 #2 하부 코일(54-2)로 언급함)이 #5 FET(88)의 소스 단자와 #8 FET(94)의 소스 단자 사이에 접속된다.
#2 FET(82), #5 FET(88), #8 FET(94)의 소스 단자는 #3 FET(84), #6 FET(90), #9 FET(96)의 드레인 단자에 각각 접속된다. 또한, #3 FET(84), #6 FET(90), #9 FET(96) 각각의 소스 단자는 접지 단자(78)에 접속된다.
#1 FET(80) 내지 #9 FET(96)의 각각의 게이트 단자는 상술한 버퍼 회로(72)에 접속된다. 버퍼 회로(72)는 CPU(60)로부터의 지령신호에 대응하여 #1 FET(80) 내지 #9 FET(96)의 각 게이트 단자에 하이 레벨 또는 로우 레벨의 구동 신호를 공급한다. #1 FET(80) 내지 #9 FET(96)는, 버퍼 회로(72)로부터 하이레벨의 신호가 각 게이트 단자에 공급되는 것에 의해 온 상태로 된다. #1 FET(80) 내지 #9 FET(96)는 버퍼 회로(72)로부터 로우레벨의 신호가 각 게이트 단자에 공급되는 것에 의해 오프 상태로 된다.
#1 FET(80) 내지 #9 FET(96) 각각은 그 내부에 소스 단자로부터 드레인 단자로 향하는 전류의 흐름을 허용하는 내부 다이오드를 포함한다. 그러므로, #1 FET(80) 내지 #9 FET(96) 각각은 오프 상태에서도 소스 단자측으로부터 게이트 단자측으로 흐르는 전류를 허용한다.
본 실시예의 솔레노이드 밸브용 구동장치에서, 각 실린더의 2개의 흡기 밸브 모두가 기본적으로는, 서로에 대해 동일한 타이밍으로 함께 개폐된다. 그러나, 내연기관이 저부하, 저회전수로 운전되는 경우에는, 연비향상 등의 관점에서 한쪽의 흡기밸브는 닫힌 상태로 유지되고, 다른 쪽의 흡기 밸브만이 개폐된다. 유사하게, 배기 밸브에 있어서도, 기본적으로는, 서로 동일한 타이밍으로 함께 개폐되지만, 내연기관의 운전상태에 따라, 한쪽의 배기 밸브가 닫힌 상태로 유지되고, 다른 WHr의 배기 밸브만이 개폐되는 경우가 있다.
이하, 먼저, 동일한 실린더 내의 흡기 밸브를 구성하는 #1 솔레노이드 밸브(12-1) 및 #2 솔레노이드 밸브(12-2)가 동기화되어 개방 및 폐쇄될 때, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 파형의 여자 전류를 #1 솔레노이드 밸브(12-1) 및 #2 솔레노이드 밸브(12-2)에 공급하도록 실현되는 ECU(10)의 작동 상태가 설명된다.
도 4 내지 도 7은 #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 도 2(a)에 도시한 전류 패턴의 여자 전류를 공급하도록 실현되는 ECU(10)의 3개의 동작상태를 도시한다. 도 4 내지 도 7 및 이하에 도시하는 유사한 도면에서, 온 상태로 설정된 FET에 원으로 표시한다.
도 4에 도시한 상태는, 구동회로(74)의 #1 FET(80), #2 FET(82), #4 FET(86), #6 FET(90), #8 FET(94), #9 FET(96)를 온 상태로 설정하고, 다른 FET를 오프 상태로 설정하도록 실시된다. 이 상태에는, 전원단자(76)로부터 #1 FET(80), #2 FET(82) 및, #1 상부 코일(48-1), #6 FET(90)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 상부 코일(48-1)에는, #2 FET(82)측으로부터 #6 FET(90)측으로 향하는 방향(도 4에서 우측방향; 이하, 이 방향을 #1 상부 코일(48-1)의 정방향으로 한다)의 여자 전류가 공급된다. 이하, 코일에 정방향의 여자 전류가 공급되는 상태를, 그 코일의 전원 공급상태라 한다. 또한, 도 4에 도시한 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2), #8 FET(94), 및 #9 FET(96)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)에는 #4 FET(86)측으로부터 #8 FET(94)측으로 향하는 방향(도 4에서 우측방향; 이하, 이 방향을 #2 상부 코일(48-2)의 정방향으로 한다)의 여자 전류가 공급된다. 즉, #2 상부 코일(48-2)도 전원공급상태로 된다. 전원공급상태에서 코일에 흐르는 전류의 크기는 상술한 최대여자전류IMAX와 일치한다.
도 4에 도시한 상태에서, #1 하부 코일(54-1)은 그 양단이, #1 FET(80) 및 #4 FET(86)가 온 상태로 하여 단락되므로, #1 하부 코일(54-1)에 흐르는 여자전류는 실질적으로 0이 된다. 유사하게, #2 하부 코일(54-2)의 양단이 #6 FET(90) 및 #9 FET(96)를 온 상태로 설정하여 단락되므로, #2 하부 코일(54-2)을 흐르는 여자전류는 실질적으로 0이다.
또한, 상술한 바와 같이, 도 4에 도시한 상태에서, #1 상부 코일(48-1)에 공급되는 최대여자전류IMAX는 #1 FET(80), #2 FET(82), #6 FET(90)를 경유하여 흐르는 반면, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 최대여자전류IMAX는 #4 FET(86), #8 FET(94), #9 FET(96)를 경유하여 흐른다. 즉, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 최대여자전류IMAX가 동일한 FET를 흐르지 않으므로 각 FET에서의 발열이 제어될 수 있다.
도 5에 도시된 상태는, 구동회로(74)의 #1 FET(80) 및 #2 FET(82)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프상태로 하여 실시된다. 이 상태에서는, #1 FET(80)로부터 #2 FET(82), #1 상부 코일(48-1), #5 FET(88)의 내부 다이오드, #2 상부 코일(48-2) 및 #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 #1 FET(80)에 복귀하는 닫힌 회로가 이루어진다. 상술한 #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)의 정방향전류의 방향은, 상기 닫힌 회로의 방향에 일치한다. 그러므로, 도 4에 도시한 전원공급 상태로부터 도 5에 도시한 상태로 스위칭하여, 전원단자(76)로부터 구동회로(74)에 전류를 공급함 없이, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)의 역기전력에 의해 생성되는 정방향의 전류, 즉, 플라이휠 전류를 #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 흐르게 할 수 있다. 이하, 플라이휠 전류가 코일을 통해 흐르는 상태는 코일의 플라이휠 상태로 언급한다. 플라이휠 상태에서 코일에 흐르는 전류의 크기는 회로저항에 의해 점차적으로 감소한다.
도 6에 도시된 상태는 #4 FET(86) 및 #6 FET(90)를 온 상태로 설정하고 다른 FET를 오프 상태로 설정하여 실시된다. 이 상태에서는, #6 FET(90)로부터 시작하여, #3 FET(84)의 내부 다이오드(84), 및 #1 상부 코일(48-1)을 경유하여 #6 FET(90)로 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 또한, 도 6에 도시한 상태는, #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2) 및, #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 #4 FET(86)로 복귀하는 폐회로를 이룬다. #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)의 정방향 전류의 방향은 이들 폐회로의 방향에 일치한다. 그러므로, 도 6에 도시한 상태에서도, 도 5에 도시한 상태와 유사하게, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2) 모두 플라이휠 상태로 된다.
도 7에 도시한 상태는 #3 FET(84), #5 FET(88) 및, #7 FET(92)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실시된다. 이 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #7 FET(92), #2 상부 코일(48-2), #5 FET(88), #1 상부 코일(48-1) 및 #3 FET(84)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 이 경우, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 발생하는 역기전력의 합이 전원단자(76)에 공급되는 전원전압 V보다도 큰 상태에서는, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)을 흐르는 정방향의 전류가 전원측에 재생에너지로서 전원측에 회수되어 신속하게 0으로 감소된다. 반면에, 상술한 역기전력의 합이 전원전압 V보다 작은 경우, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에는, 각각, #7 FET(92)로부터 #5 FET(88)측으로 향하는 방향(도 7에서 좌측), 및, #5 FET(88)측으로부터 #3 FET(84)측으로 향하는 방향(도 7에서 좌측)의 여자전류가 공급된다. #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 이들 여자전류는, 정방향 전류에 대하여 역방향이다. 즉, 도 7에 도시한 상태에서는, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 역방향의 소자전류 IR을 공급할 수 있다. 이하, 코일의 역기전력에 의해 생성되는 전류가 재생 에너지로서 전원측으로 회수되는 것 또는 역방향의 여자 전류가 공급되는 상태를 그 코일의 회생·역전류상태로 언급한다.
상술한 바와 같이, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)은, 도 4에 도시한 상태에서는 전원공급상태로 되고, 도 5 또는 도 6에 도시한 상태에서는 플라이휠 상태로 되고, 도 7에 도시한 상태에서는 재생/역전류 상태로 된다. 그러므로, ECU(10)는 도 2(a)에 도시한 기간 a에서, 도 4에 도시한 상태를 실현하여 #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 최대여자전류IMAX를 공급할 수 있고, 또한, 도 2(a)에 도시한 기간 b에서, 도 4 내지 도 7에 도시한 상태를 적절하게 실시 및 스위칭하여, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급하는 여자전류를 IMAX로부터 IH로 향하도록 감소시킬 수 있다. 또한, ECU(10)는, 도 2(a)에 도시한 기간c에서, 도 4에 도시한 상태와 도 5 또는 도 6에 도시한 상태를 적절하게 스위칭 및 실현하여, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급하는 여자전류를 유지전류 IH로 유지할 수 있고, 도 2(a)에 도시한 기간 d에서, 도 7에 도시한 상태를 실시하여, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 소자전류IR을 공급할 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류는 도 4 내지 도 7에 도시한 상술한 상태를 적절히 스위칭 및 실시하는 ECU에 의해 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시한 파형을 따라 제어될 수 있다.
이상, 상부 코일(48)에 공급되는 여자전류를 제어하는 경우에 대하여 설명하였지만, 도 4 내지 도 7에 도시한 상태로 온 상태로 된 FET에 대하여 도면 중 좌우방향에 대칭적으로 배치되어 있는 FET를 온 상태로 설정하여, 하부 코일(54)에 대해 도 4 내지 도 7에 각각 대응하는 상태를 형성할 수 있다.
즉, 도 4에 도시한 상태에 대응하여 #2 FET(82), #3 FET(84), #4 FET(86), #6 FET(90), #7 FET(92), #8 FET(94)를 온 상태로 하여, #1 하부 코일(54-1) 및 #2 하부 코일(54-2)을 전원공급상태로 할 수 있다. #1 하부 코일(54-1)의 정방향은 #4 FET(86)측으로부터 #2 FET(82)측을 향하는 방향(도면중 좌측방향)이고, #2 하부 코일(54-2)의 정방향은 #8 FET(94)측으로부터 #6 FET(90)측으로 향하는 방향(도면 중 좌측 방향)이다.
또한, 도 5에 대응하여 #7 FET(92) 및 #8 FET(94)를 온 상태로 설정하여 또는 도 6에 도시한 상태와 같이 #4 FET(86) 및 #6 FET를 온 상태로 설정하여 #1 하부 코일(54-1) 및 #2 하부 코일(54-2)을 플라이휠 상태로 설정할 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 상태에 대응하여 #1 FET(80), #5 FET(88), 및 #9 FET(96)를 온 상태로 하여, #1 하부 코일(54-1) 및 #2 하부 코일(54-2)을 재생·역전류 상태로 할 수 있다.
이제, 동일 실린더 내의 한쪽의 흡기 밸브(예를 들어, #2 솔레노이드 밸브(12-2))를 폐쇄 상태로 유지하고, 다른 쪽의 흡기 밸브(예를 들어, #1 솔레노이드 밸브(12-1))만을 개폐되도록 구동하는 경우의 ECU(10)의 동작에 대하여 설명한다.
도 8은 #2 솔레노이드 밸브(12-2)를 닫힌 상태로 유지하고, #1 솔레노이드 밸브(12-1)가 개폐되도록 #1 솔레노이드 밸브(12-1)를 구동하기 위해 #1 상부 코일(48-1), #1 하부 코일(54-1), #2 상부 코일(48-2), 및 #2 하부 코일(54-2) 각각에 공급되는 여자 전류의 파형을 도시한다. 도 8(a) 및 도 8(b)에 도시한 바와 같이, #1 상부 코일(48-1) 및 #1 하부 코일(54-1)에 도 2(a), 도2(b)에 도시한 파형과 동일한 파형의 여자전류가 공급되어 #1 솔레노이드 밸브(12-1)는 개방 및 폐쇄되도록 구동된다. 한편, 도 8(c), 도 8(d)에 도시한 바와 같이, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류가 유지전류IH만큼으로 유지되고, #2 하부 코일(54-2)에 공급되는 여자전류를 0으로 하여, #2 솔레노이드 밸브(12-2)는 닫힌 상태로 유지된다. 그러나, #1 상부 코일(48-1) 또는 #1 하부 코일(54-1)에 소자전류IR이 공급되기 직전에, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류는 일시적으로 증가된다. 이에 대한 이유는 하기에 논의한다.
도 8에 도시한 파형은 상술한 도 4 및 도 5 또는 도 6에 도시한 상태에 부가하여 도 9 내지 도 16에 도시한 상태를 적절하게 스위칭하여 실현될 수 있다. 먼저, #1 상부 코일(48-1)에 여자전류를 공급하는 경우(도 8(a)에 도시한 기간 a, b, c, d)에 대하여 설명한다. 도 8(a)에 도시한 기간 a, b, c, d의 파형은, 도4, 도 5 또는 도 6에 도시한 상태에 부가하여 도 9 내지 도 11에 도시한 상태를 적절하게 스위칭하여 실현된다.
도 9에 도시한 상태는, #1 FET(80), #2 FET(82), #4 FET(86), 및 #6 FET(90)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #1 FET(80), #2 FET(82), #1 상부 코일(48-1) 및 #6 FET(90)를 경유하여 접지단자(78)로 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 상부 코일(48-1)에는 전원단자(76)로부터 정방향의 최대여자전류IMAX가 공급된다. 즉, #1 상부 코일(48-1)은 전원공급상태로 된다. 또한, 도 9에 도시한 상태에서는, #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2) 및 #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 #4 FET(86)로 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)에 플라이휠 전류를 흐르게 할 수 있다. 즉, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태로 된다.
도 10에 도시된 상태는 #4 FET(86), #6 FET(90), #8 FET(94), #9 FET(96)를 온 상태로 하고 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, #6 FET(90)로부터 시작하여, #3 FET(84)의 내부 다이오드, 및 #1 상부 코일(48-1)을 경유하여 #6 FET(90)로 복귀하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 상부 코일(48-1)은 플라이휠 상태로 된다. 또한, 도 10에 도시한 상태에는, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2), #8 FET(94), #9 FET(96)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)은 전원공급상태로 된다.
도 11에 도시한 상태는, #3 FET(84), #4 FET(86), 및 #5 FET(88)를 온 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #5 FET(88), #1 상부 코일(48-1) 및 #3 FET(84)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 상부 코일은 재생·역전류상태로 된다. 또한, 도 11에 도시한 상태에서는, #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2) 및 #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 #4 FET(86)로 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태로 된다.
상술한 바와 같이, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2) 모두가 전원공급 상태로 된다. 한편, 도 9에 도시한 상태는 #1 상부 코일(48-1)이 전원공급상태로 되는 것에 대하여, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태로 된다. 그러므로, 도 4에 도시한 상태와 도 9에 도시한 상태를, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 전류가 유지전류IH와 일치하도록 스위칭하여 도 8(a)에 도시한 기간 a의 파형을 실현할 수 있다.
또한, 도 4, 도 5(또는 도 6), 도 9 및 도 10에 도시한 상태에서는, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 대해 전원공급상태 및 플라이휠 상태의 모든 조합이 실현된다. 더욱이, 도 11에 도시한 상태에서는, #2 상부 코일(48-2)에 플라이휠이 흐르고 역방향 전류가 #1 상부 코일(48-1)에 공급된다. 그러므로, #1 상부 코일(48-1)에 공급되는 여자전류는 원하는 기울기로 유지전류IH로 감소되고, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류는 유지전류IH로 유지되도록 상술한 5개의 상태를 스위칭하여, 도 8(a)에 도시한 기간 b의 파형이 실현될 수 있다.
또한, 도 8(a)에 도시한 기간 c는, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류가 유지전류IH로 유지된다. 그러므로, 도 4에 도시한 상태와 도 5에 도시한 상태를 스위칭하여 도 8(a)에 도시한 기간 c의 파형을 실현할 수 있다.
더욱이, 도 8(a)에 도시한 기간 d는, #1 상부 코일(48-1)에 역방향전류IR이 공급된다. 따라서, 도 11에 도시한 상태를 형성하여, 도 8(a)에 도시한 기간 d의 파형을 실현할 수 있다. 그러나, 도 11에 도시한 상태는, #2 상부 코일(48-2)이 플라이휠 상태로 설정되므로, 그 여자전류의 크기가 시간의 경과와 함께 감소한다. 그러므로, 본 실시예에서는, 도 8(a)에 도시한 기간 d동안 여자전류의 감소 기대치의 소정의 량만큼, 기간 d로 이행하는 직전(즉, 기간 c의 말기)에 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류의 크기가 증가된다. 도 8(a)에 도시한 기간 c에서의 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류의 증가는, 상술한 5개의 상태를 스위칭하여, 예를 들어 도 10에 도시한 상태(#2 상부 코일(48-2)이 전원공급상태로 된 상태)의 시간비를, 도 5 또는 도 6에 도시한 상태(#2 상부 코일(48-2)이 플라이휠 상태로 된 상태)의 시간비에 대하여 증가시켜 실현될 수 있다.
이제 #1 하부 코일(54-1)에 여자전류를 공급하는 경우(도 8(b)에 도시한 기간 a, b, c, d)에 대하여 설명한다. 도 8(b)에 도시한 기간 a, b, c, d의 파형은 도 12 내지 도 16에 도시한 상태를 적절하게 스위칭하여 실현된다.
도 12에 도시한 상태는 #2 FET(82), #3 FET(84), #4 FET(86), #8 FET(94) 및 #9 FET(96)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #1 하부 코일(54-1), #2 FET(82) 및 #3 FET(84)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어지는 동시에, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2), #8 FET(94) 및 #9 FET(96)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 하부 코일(54-1) 및 #2 상부 코일(48-2) 모두 전원공급상태로 된다.
도 13에 도시한 상태는, #2 FET(82), #3 FET(84) 및 #4 FET(86)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #1 하부 코일(54-1), #2 FET(82) 및 #3 FET(84)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 하부 코일(54-1)은 전원공급상태로 된다. 또한, 도 13에 도시한 상태는, #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2) 및 #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 #4 FET(86)에 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태로 된다.
도 14에 도시한 상태는 #4 FET(86), #8 FET(94) 및 #9 FET(96)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #1 하부 코일(54-1) 및 #1 FET(80)의 내부 다이오드를 경유하여 #4 FET(86)로 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 그러므로, #1 하부 코일(54-1)은 플라이휠 상태로 된다. 또한, 도 14에 도시한 상태는, 전원단자(76)로부터 #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2), #8 FET(94) 및 #9 FET(96)를 경유항 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)은 전원공급상태가 된다.
도 15에 도시한 상태는, #4 FET(86)만을 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, #4 FET(86), #1 하부 코일(54-1) 및 #1 FET(80)의 내부 다이오드를 경유하여 #4 FET(86)로 복귀하는 폐회로가 이루어지는 동시에, #4 FET(86), #2 상부 코일(48-2) 및 #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 #4 FET(86)에 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 그러므로, #1 하부 코일(54-1) 및 #2 상부 코일(48-2) 모두는 플라이휠 상태로 된다.
도 16에 도시한 상태는, #1 FET(80), #5 FET(88), #6 FET(90), #8 FET(94) 및 #9 FET(96)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, 전원단자(76)로부터 #1 FET(80), #1 하부 코일(54-1), #5 FET(88) 및 #6 FET(90)를 경유하여 접지단자(78)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 하부 코일(54-1)은 재생·역전류상태로 된다. 또한, 도 16에 도시한 상태는, #6 FET(90), #5 FET(88), #2 상부 코일(48-2), #8 FET(94) 및 #9 FET(96)를 경유하여 #6 FET(90)로 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태로 된다.
상술한 바와 같이, 도 12에 도시한 상태는 #1 하부 코일(54-1) 및 #2 상부 코일(48-2) 모두가 전원공급상태로 된다. 한편, 도 13에 도시한 상태에서는, #1 하부 코일(54-1)전원공급상태로 되는 반면, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태가 된다. 그러므로, 도 12에 도시한 상태와 도 13에 도시한 상태를, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류가 유지전류IH로 유지되도록 스위칭하여 도 8(b)에 도시한 기간 a의 파형을 실현할 수 있다.
또한, 도 12 내지 도 15에 도시한 상태에 따라, #1 하부 코일(54-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 대하여, 전원공급상태 및 플라이휠 상태의 모든 조합이 실현된다. 더욱이, 도 16에 도시한 상태에는, #2 상부 코일(48-2)이 플라이휠 상태로 되고, #1 하부 코일(54-1)이 재생·역전류 상태로 된다. 그러므로, #1 하부 코일(54-1)에 공급되는 여자전류가 바라는 기울기로 유지전류IH로 감소하고, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류가 유지전류IH로 유지되도록, 상술한 5개의 상태를 스위칭하여, 도 8(b)에 도시한 기간 b 의 파형을 실현할 수 있다. 또한, 도 8(b)에 도시한 기간 c는, #1 하부 코일(54-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 각각의 여자전류가 유지전류IH로 유지된다. 그러므로, 도 12 및 도 15에 도시한 상태를 스위칭하여 도 8(a)에 도시한 기간 c의 파형이 실현된다.
더욱이, 도 8(b)에 도시한 기간 d는, #1 하부 코일(54-1)에 역방향 전류IR이 공급된다. 따라서, 도 16에 도시한 상태를 실현하여 도 8(b)에 도시한 기간 d의 파형이 얻어질 수 있다. 그러나, 도 16에 도시한 상태에서는, #2 상부 코일(48-2)이 플라이휠 상태로 되므로, #2 상부 코일(48-2)을 흐르는 여자전류의 크기는 시간의 경과와 함께 감소한다. 그러므로, 본 실시예에서는, 기간 d동안 여자전류의 감소 기대치의 소정의 량만큼, 기간 d로 이행하는 직전(즉, 기간 c의 말기)에 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류의 크기가 증가된다. 도 8(b)에 도시한 기간 c에서의 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류의 증가는, 상술한 도 12 내지 도 16에 도시한 상태를 스위칭하여, 예를 들어 도 14에 도시한 상태(#2 상부 코일(48-2)이 전원공급상태로 된 상태)의 시간비를, 도 15에 도시한 상태(#2 상부 코일(48-2)이 플라이휠 상태로 된 상태)의 시간비에 대하여 증가시켜 실현될 수 있다.
지금까지 제 2 솔레노이드 밸브(12-2)가 닫힌 상태로 유지되고 제 1 솔레노이드 밸브(12-1)가 개방 및 폐쇄되도록 구동되는 경우에 대하여 설명한 반면, 제 1 솔레노이드 밸브(12-1)가 닫힌 상태로 유지되고 제 2 솔레노이드 밸브(12-2)가 개방 및 폐쇄되도록 구동되는 것도 가능하다. 즉, 도 9 내지 도 16에 도시된 상태에서 온 상태로 된 FET의 위치에 대하여 점대칭 위치로 배치된 FET를 온 상태로 하여, 도 9 내지 도 16에 도시한 상태 각각에 대응하는 상태를 실현할 수 있다.
예를 들어, 도9에 도시한 상태에서 온 상태로 된 #1 FET(80), #2 FET(82), #4 FET(86) 및 #6 FET(90)에 대하여, 각각, 점대칭위치에 있는 #9 FET(96), #8 FET(94), #6 FET(90) 및 #4 FET(86)를 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1)을 플라이휠 상태로 하고, #2 상부 코일(48-2)을 전원공급상태로 할 수 있다. 유사하게,
도 10에 도시한 상태에 대응하여, #6 FET(90), #4 FET(86), #2 FET(82) 및 #1 FET(80)를 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1)을 전원공급상태로 하고, #2 상부 코일(48-2)을 플라이휠 상태로 할 수 있고,
도 11에 도시한 상태에 대응하여, #7 FET(92), #6 FET(90) 및 #5 FET(88)를 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1)을 플라이휠 상태로 하고, #2 상부 코일(48-2)을 재생·역전류 상태로 할 수 있고,
도 12에 도시한 상태에 대응하여, #8 FET(94), #7 FET(92), #6 FET(90), #2 FET(82) 및 #1 FET(80)를 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 하부 코일(54-2)을 전원공급상태로 할 수 있고,
도 13에 도시한 상태에 대응하여, #8 FET(94), #7 FET(92) 및 #6 FET(90)를 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1)을 플라이휠 상태로 하고, #2 하부 코일(54-2)을 전원공급상태로 할 수 있고,
도 14에 도시한 상태에 대응하여, #6 FET(90), #2 FET(82) 및 #1 FET(80)를 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1)을 전원공급상태로 하고, #2 하부 코일(54-2)을 플라이휠 상태로 할 수 있고,
도 15에 도시한 상태에 대응하여, #6 FET(90)만을 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 하부 코일(54-2) 모두를 플라이휠 상태로 할 수 있고,
도 16에 도시한 상태에 대응하여, #9 FET(96), #5 FET(88), #4 FET(86), #2 FET(82) 및 #1 FET(80)를 온 상태로 하여, #1 상부 코일(48-1)을 플라이휠 상태로 하고, #2 하부 코일(54-2)을 재생·역전류 상태로 할 수 있다.
그리고, 상술한, 제 2 솔레노이드 밸브(12-2)를 닫힌 상태로 유지하고 제 1 솔레노이드 밸브(12-1)를 개폐구동하는 경우와 같이, 도 9 내지 도 16의 상태에 대응하는 상술한 각각의 상태를 적절하게 스위칭하여, #1 상부 코일(48-1)에 공급되는 여자전류가 유지전류IH로 유지되는 반면(즉, 제 1 솔레노이드 밸브(12-1)를 닫힌 상태로 유지하는 반면), #2 상부 코일(48-2) 및 #2 하부 코일(54-2)에 도 8(a), 도 8(b)와 유사한 파형의 여자전류를 공급하여 제 2 솔레노이드 밸브(12-2)를 개폐구동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따라, #1 상부 코일(48-1), #1 하부 코일(54-1), #2 상부 코일(48-2) 및 #2 하부 코일(54-2) 각각에 정역 양방향의 전류를 공급할 수 있다. 이로 인해, 도 3 또는 도 8에 도시한 전류 패턴에 따라 각 코일에 공급되는 여자전류를 제어할 수 있다. 그러므로, 본 실시예의 솔레노이드 밸브 제어 장치에 따라, 아마츄어(44)가 제 1 전자석(46) 또는 제 2 전자석(52)에 접촉할 때 아마츄어(44)와 제 1 전자석(46) 또는 제 2 전자석(52) 사이에 작용하는 전자기적 흡인력을 신속하게 소멸시킬 수 있다. 그러므로, 솔레노이드 밸브(12)의 개폐작동에 의해 생성되는 충격음을 제어할 수 있고 솔레노이드 밸브(12)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 솔레노이드 밸브(12)의 우수한 응답성을 실현할 수 있다.
본 실시예에서, 상술한 성능은 동일한 실린더에 구비되는 흡입 밸브 또는 배기 밸브를 형성하는 한 쌍의 솔레노이드 밸브에 구비되는 모두 네 개의 솔레노이드 코일에 대해 하나의 구동 회로(74)를 형성하여 실현된다. 즉, 이들 네 개의 솔레노이드 코일에 공급되는 여자전류는 9개의 스위칭 수단 즉, #1 FET(80) 내지 #9 FET(96)에 의해 제어될 수 있다. 다른 한편, 상술한 종래기술에서와 같이, 한 개의 솔레노이드 밸브를 H형 브리지 회로에 의해 제어하는 경우에는, 4개의 솔레노이드 밸브에 대해 16개의 스위칭 수단이 요구된다. 그러므로, 종래의 구성을 4실린더 4밸브형 내연기관에 적용하는 경우에는, 모두 128 개의 스위칭 수단이 요구되는 반면, 본 실시예에 따르면 72개의 스위칭 수단으로 충분하다.
그러므로, 본 실시예에 따라, 서로 동기화하여 개방 및 폐쇄되도록 구동되는 각각의 솔레노이드 밸브(12)에 대해 FET(80) 내지 FET(96)의 스위칭 수단을 구비하여 지금까지의 스위칭 수단의 갯수보다 훨씬 적게 요구하면서 상술한 성능을 실현할 수 있다.
이제 본 발명의 제 2 실시예에 대한 설명을 한다. 본 실시예의 솔레노이드 밸브 구동장치는 상술한 제 1 실시예의 솔레노이드 밸브 제어장치의 ECU(10) 대신에 ECU(110)를 채용하여 실현된다.
도 17은 본 실시예의 ECU(110)의 내부구조를 도시하는 회로도이다. 도 17에서, 도 3과 동일한 구성 성분에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되고 그 설명은 생략 또는 단순화한다. 도 17에 도시한 바와 같이, ECU(110)는 구동회로(174)를 구비한다. 구동회로(174)는 상술한 실시예의 구동 회로(74)에서 #5 FET(88) 대신에 다이오드(188)를 채용하여 실현된다. 다이오드(188)는 접지단자(78)측으로부터 전원단자(76)의 방향으로 흐르는 전류를 허용하도록 배치된다.
또한 본 실시예에서, 기본적으로는, 상술한 제 1 실시예의 도 4 내지 도 7 및 도 9 내지 도 16에 도시한 각 상태에서 온 상태로 설정된 FET와 동일한 FET를 온 상태로 하여, 이들 각 상태와 동일한 상태를 실현할 수 있다. 이들 상태 중에서, 도 4 내지 도 6, 도 9, 도 10, 도 12 내지 도 15에 도시한 상태에서 #5 FET(88)는 오프 상태로 설정된다. #5 FET(88)의 내부 다이오드와 동일한 기능을 이루는 본 실시예의 다이오드(188)에 의해 상기 상태와 동일한 상태가 실현될 수 있다. 한편, 도 7, 도 11, 도 16에 도시한 상태에서, #5 FET(88)는 온 상태로 설정되는 반면, 본 실시예에서는, 이 #5 FET(88) 대신 다이오드(188)가 구비되므로 도 7, 도 11, 도 16에 도시한 것과 동일한 상태가 실현될 수 없다. 이제 도 18 내지 도 20을 참조하여 상술한 제 1 실시예의 도 7, 도 11, 도 16에 상응하는 상태를 설명한다.
도 18은 본 실시예에서 상술한 도 7에 상응하는 상태를 도시한다. 도 18에 도시한 상태는 모든 FET를 오프 상태로 설정하여 실현된다. 이 상태에서는, 접지단자(78)로부터 #3 FET(84)의 내부 다이오드, #1 상부 코일(48-1), 다이오드(188), #2 상부 코일(48-2) 및 #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 전원단자(76)에 도달하는 회로가 이루어진다. 따라서, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 생성된 역기전력의 합이 전원전압 V보다도 큰 경우는, 도 7에 도시한 상태와 같이, 이들 코일에 흐르는 전류를 재생 에너지로서 전원측에 회수할 수 있다. 그러나, 도 7에 도시한 상태와 다르게, 다이오드(188)에 의해 #2 상부 코일(48-2)측으로부터 #1 상부 코일(48-1)측으로 향하는 전류의 흐름이 방지되므로 #3 FET(84) 및 #7 FET(92)를 온 상태로 설정하여도, #1 상부 코일(48-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 역방향의 소자전류IR이 공급될 수 없다. 그러므로, 도 18에 도시한 상태에서, #3 FET(84) 및 #7 FET(92)는 온 상태로 되어 있다. 이하, 코일에 흐르는 전류를 재생에너지로서 회수할 수 있지만, 역방향의 전류가 공급될 수 없는 상태를 코일의 재생 상태라 언급한다.
도 19는 본 실시예에서 상술한 도 11에 대응하는 상태를 도시한다. 도 19는 #4 FET(86)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프상태로 하여 실현된다. 이 상태는, 도 11에 도시한 상태와 같이, #4 FET(86)로부터 시작하여, #2 상부 코일(48-2), #7 FET(92)의 내부 다이오드를 경유하여 다시 #4 FET(86)로 복귀하는 폐회로가 이루어진다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태로 설정된다. 또한, 도 19에 도시한 상태에서, 접지단자(78)로부터 #3 FET(84), #1 상부 코일(48-1), 다이오드(188) 및 #4 FET(86)를 경유하여 전원단자(76)로 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 상부 코일(48-1)의 역기전력이 전원전압보다도 큰 경우는, 도 11에 도시한 상태와 같이, #1 상부 코일(48-1)에 흐르는 전류를 전원측에 재생에너지로서 회수할 수 있다. 그러나, 도 11에 도시한 상태와 달리, 다이오드(188)에 의해 #4 FET(86)측으로부터 #1 상부 코일(48-1)측으로 향해 흐르는 전류의 흐름이 방지되므로, #3 FET(84)를 온 상태로 하여도 #1 상부 코일(48-1)에 역방향전류를 공급할 수 없다. 즉, 도 19에 도시한 상태에서, #3 FET(84)의 온 상태로 설정되든지 오프 상태로 설정되든지 간에 #1 상부 코일(48-1)은 재생 상태로 된다.
도 20은 본 실시예에서 상술한 도 16에 상응하는 상태를 도시한다. 도 20에 도시한 상태는, #8 FET(94) 및 #9 FET(96)를 온 상태로 하고, 다른 FET를 오프 상태로 하여 실현된다. 이 상태에서는, 도 16에 도시한 상태와 같이, #8 FET(94), #9 FET(96), #6 FET(90)의 내부 다이오드, 다이오드(188) 및 #2 상부 코일(48-2)을 경유하여 #8 FET(94)로 다시 복귀하는 폐회로를 이룬다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)은 플라이휠 상태로 된다. 또한, 도 20에 도시한 상태는, 접지단자(78)로부터 #6 FET(90)의 내부 다이오드, 다이오드(188), #1 하부 코일(54-1) 및 #1 FET(80)의 내부 다이오드를 경유하여 전원단자(76)에 도달하는 회로가 이루어진다. 그러므로, #1 하부 코일(54-1)의 역기전력이 전원전압 V보다 큰 경우는, 도 16에 도시한 상태와 같이, #1 하부 코일(54-1)에 흐르는 전류를 전원측에 재생 에너지로서 회수할 수 있다. 그러나, 도 16에 도시한 상태와는 달리, 다이오드(188)에 의해 #1 하부 코일(54-1)측으로부터 #6 FET(90)측으로 흐르는 전류의 흐름이 방지되므로, #1 FET(80) 및 #6 FET(90)를 온 상태로 하여도, #1 하부 코일(54-1)에 역방향전류를 공급할 수 없다. 즉, 도 20에 도시한 상태에서는, #1 하부 코일(54-1)은 #1 FET(80) 및 #6 FET(90)의 온·오프 상태에 무관하게 재생상태로 설정된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서, #1 상부 코일(48-1), #1 하부 코일(54-1), #2 상부 코일(48-2) 및 #2 하부 코일(54-2)의 어떠한 솔레노이드 코일도 역방향으로 소자전류IR이 공급될 수 없다. 그러나, 상술한 도 18 내지 도 20에 도시한 상태에서, 이들 솔레노이드 코일에 역방향의 전압을 인가하여, 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 재생에너지로서 전원측에 회수할 수 있다. 따라서, 도 18 내지 도 20에 도시한 상태를 실현하여, 각 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 신속하게 감소시킬 수 있다.
도 21은 #1 솔레노이드 밸브(12-1) 및 #2 솔레노이드 밸브(12-2)가 서로에 대해 동기화하여 구동될 때 상부 코일(48) 및 하부 코일(54)에 공급되는 여자전류의 파형을 도시한다. 도 21에 도시한 기간 a, b, c 동안의 파형은, 상술한 제 1 실시예의 경우와 같이, 도 4 및 도 5 또는 도 6에 대응하는 상태 및 도 18에 도시한 상태를 적절하게 스위칭하여 실현될 수 있다. 또한, 도 21(b)에 도시한 파형은, 도 4 및 도 5 또는 도 6에 대응하는 상태 및 도 18에 도시한 상태로 된 FET와 상하 대칭위치에 있는 FET를 온 상태로 한 상태 및 도 18에 도시한 상태(도 18에 도시한 상태에서는, 모든 FET가 오프 상태로 되므로 상부 코일(48) 및 하부 코일(54)에 대해 공통적으로 사용된다)를 적절하게 스위칭하여 실현될 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 각 전자코일에 역방향전류를 공급할 수 없으므로, 도 21(a)에 도시한 바와 같이, 상부 코일(48)에 공급되는 여자전류가 소정값IH으로 유지되는 기간 c의 경과 후의 기간 d동안 여자전류가 음(negative)이 되지 않는다. 그러나, 이 기간 d에서, 상술한 도 18에 도시한 상태를 실현하여, 상부 코일(48)에 흐르는 전류를 재생에너지로서 전원측에 회수할 수 있고, 이에 의해 여자전류를 신속하게 0으로 감소시킬 수 있다. 또한, 도 21(b)에 도시한 하부 코일(54)에 대해 기간 d동안, 도 18에 도시한 상태를 실현하여 하부 코일(54)에 흐르는 여자전류가 신속하게 0으로 감소될 수 있다.
도 22는, #2 솔레노이드 밸브(12-2)를 닫힌 상태로 유지하고, #1 솔레노이드 밸브(12-1)만을 개폐시키는 경우에, #1 상부 코일(48-1), #1 하부 코일(54-1) 및 #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류의 파형을 도시한다. 이 파형은, 상술한 제 1 실시예의 경우와 같이, 상술한 도 4, 도 5 또는 도 6, 도 9, 도 10, 도 12 내지 도 15에 각각 대응하는 상태 및 도 11에 대응하는 도 19, 도 16에 대응하는 도 20에 도시하는 각 상태를 적절하게 스위칭하여 실현될 수 있다. 또한, 도 22에 도시한 파형에 대해, #1 상부 코일(48-1) 및 #1 하부 코일(54-1)에 흐르는 전류는, 기간 c 후에 이행되는 기간 d동안 도 19 또는 도 20에 도시한 상태를 실현하여 신속하게 0으로 감소될 수 있다. 이 경우, 도 19 및 도 20에 도시한 상태는, #2 상부 코일(48-2)이 플라이휠 상태로 되므로, 기간 d에서 #2 상부 코일(48-2)을 흐르는 여자전류는 감소한다. 그러므로, #2 상부 코일(48-2)에 공급되는 여자전류가 기간 d로 이행하기 직전의 감소에 기대하여 유지전류(IH)에 대해 소정량 만큼 증가한다.
도 22에 도시한 파형을 실현하기 위해 채용되는 상술한 상태에서 온 상태로 설정되는 FET와 점대칭 위치에 있는 FET를 온 상태로 한 상태를 스위칭하여, #2 솔레노이드 밸브(12-2)가 닫힌 상태로 유지될 수 있고 #1 솔레노이드 밸브(12-1)만이 개방 및 폐쇄될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따라, 솔레노이드 코일로의 여자전류의 공급종료 후에, 도 18 내지 도 20에 도시한 상태를 실현하여, 솔레노이드 코일을 흐르는 전류를 신속하게 0으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 상술한 제 1 실시예와 비교하여, 솔레노이드 코일에 역방향전류가 공급되지 않는 사실에 대해 비록 효과는 매우 적지만, 플런져(44)가 제 1 전자석(46) 또는 제 2 전자석(52)에 접촉한 후, 양자간에 작용하는 전자기적 흡인력을 신속하게 소멸될 수 있다.
본 실시예의 구동 회로(174)는, 상술한 제 1 실시예의 #5 FET(88) 대신에 비교적 염가의 다이오드(188)를 사용하도록 실현되어 있다. 그러므로, 본 실시예에서는, 장치의 비용을 추가적인 감소를 도모하면서, 상술한 성능을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치를 실현할 수 있다.
상술한 제 1 및 제 2 실시예에서, 내연 기관의 각 실린더에 흡기 밸브 및 배기 밸브가 각각 두 개씩 구비되는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 경우에 국한되지 않으며, 각각의 실린더에 두 개의 흡입 밸브와 하나의 배기 밸브를 구비하는 내연기관에도 적용될 수 있다. 이러한 경우에, 상술한 구조를 흡입 밸브에만 적용하여, 흡입 밸브를 구동하기 위한 스위칭 수단의 갯수가 감소될 수 있다.
또한, 상술한 제 1 및 제 2 실시예에서, 동일한 실린더에 구비되는 흡기 밸브 또는 배기 밸브에 대응하는 솔레노이드 밸브(12)는 동일한 구동 회로(74, 174)에 의해 구동된다. 그러나, 상술한 바와 같이, #1 솔레노이드 밸브(12-1)와 #2 솔레노이드 밸브(12-2) 중의 하나만이 개폐되도록 구동되지만, 다른 밸브는 동일한 구동 회로(74, 174)를 사용하여 닫힌 채로 유지될 수도 있다. 그러므로, 개방 기간이 서로 중첩하지 않는 두 개의 밸브, 예를 들어, 4실린더 내연기관에서 제 1 실린더의 한 흡기 밸브(또는 배기 밸브)와 제 4 실린더의 한 흡기 밸브(또는 배기 밸브), 또는 제 2 실린더의 한 흡기 밸브(또는 배기 밸브)와 제 3 실린더의 한 흡기 밸브(또는 배기 밸브)가 동일한 구동 회로(74, 174)에 의해 구동될 수 있다.
상술한 제 1 및 제 2 실시예에서, 스위칭 수단에 대응하는 #1 FET(80) 내지 #9 FET(96), 전원단자(76) 및 접지 단자(78)가 청구범위에 설명되고, 제 1 전원단자와 제 2 전원단자가 청구범위에 각각 설명된다.
본 발명은 세부적으로 밝힌 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어남없이 변형 및 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (11)

  1. 각각의 엔진 밸브가 소정의 제 1 방향으로 구동하기 위한 제 1 전자석과, 상기 엔진 밸브를 소정의 제 2 방향으로 구동하기 위한 제 2 전자석을 각각 구비하여 상기 제 1 및 제 2 전자석에 의해 다수의 엔진 밸브를 개방 및 폐쇄하도록, 다수의 엔진 밸브를 구동하기 위한 솔레노이드 밸브 구동 장치에 있어서,
    두 개의 상기 엔진 밸브는 하나의 엔진 밸브 그룹을 형성하고 각각의 상기 엔진 밸브 그룹에 대해 하나의 구동 회로가 제공되고,
    상기 구동 회로는 고전압측의 제 1 전원단자와 저전압측의 제 2 전원단자 사이에 직렬로 접속되는 3개의 스위칭 수단을 각각 포함하는 3개의 직렬 회로를 포함하고,
    각각의 엔진 밸브 그룹에 대응하는 네 개의 전자석이 상기 스위칭 수단 사이의 직렬 접속 부분을 상이한 직렬 회로사이에 접속하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 제 1 전원 단자 및 상기 제 2 전원단자 사이에서 상기 제 1 전원단자로부터 순서대로 직렬접속되는 제 1 내지 제 3 스위칭 수단을 갖는 제 1 내지 제 3 직렬 회로를 포함하고,
    상기 네 개의 전자석은 상기 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분과 상기 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이와, 상기 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 상기 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분 사이와, 상기 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분과 상기 제 3 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이와, 상기 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분과 상기 제 3 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분 사이에, 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 엔진 밸브 그룹의 한 엔진 밸브에 대응하는 제 1 전자석이 상기 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속 부분과 상기 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속 부분 사이에 접속되고, 상기 한 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석이 상기 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속 부분과 상기 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속 부분 사이에 접속되고,
    각각의 엔진 밸브 그룹의 다른 엔진 밸브에 대응하는 제 1 전자석이 상기 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속 부분과 상기 제 3 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속 부분 사이에 접속되고, 상기 다른 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석이 상기 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속 부분과 상기 제 3 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속 부분 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 각각 온·오프 동작하는 스위칭 요소와, 상기 제 2 전원단자측으로부터 상기 제 1 전원단자측으로 향하는 전류의 흐름을 허용하도록 상기 스위칭 요소와 병렬로 배치된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단의 온·오프 상태의 조합을 스위칭하여, 상기 전자석 각각에 소정의 파형을 갖는 여자전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소정의 파형은 소정의 정방향의 정(positive) 전류의 파형 부분과, 상기 정방향에 대해 역방향의 역전류의 파형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  7. 각각의 엔진 밸브가 소정의 제 1 방향으로 구동하기 위한 제 1 전자석과, 상기 엔진 밸브를 소정의 제 2 방향으로 구동하기 위한 제 2 전자석을 각각 구비하여 상기 제 1 및 제 2 전자석에 의해 다수의 엔진 밸브를 개방 및 폐쇄하도록, 다수의 엔진 밸브를 구동하기 위한 솔레노이드 밸브 구동 장치에 있어서,
    두 개의 상기 엔진 밸브는 하나의 엔진 밸브 그룹을 형성하고 구동 회로가 상기 엔진 밸브 그룹 각각에 대해 제공되고,
    상기 구동 회로는
    고전압측의 제 1 전원단자와 저전압측의 제 2 전원단자 사이에 직렬접속되는 3 개의 스위칭 수단을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 직렬 회로와,
    상기 제 2 전원단자로부터 상기 제 1 전원단자로 전류가 흐르도록 배치되는 두 개의 스위칭 수단과 하나의 다이오드가 상기 다이오드가 중심에 배치되도록 상기 제 1 전원단자와 상기 제 2 전원단자 사이에 직렬 접속되는 제 3 직렬 회로와,
    상기 제 3 직렬 회로의 다이오드와 스위칭 수단의 접속 부분과 상기 제 1 또는 제 2 직렬 회로의 스위칭 수단 사이의 접속 부분 사이에 접속되는 엔진 밸브 각각에 대응하는 네 개의 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 직렬 회로 각각은 상기 제 1 전원단자와 상기 제 2 전원단자 사이에서 상기 제 1 전원단자측으로부터 순서대로 직렬접속되는 제 1 내지 제 3 스위칭 수단을 포함하고, 상기 제 3 직렬 회로는 제 1 전원단자와 제 2 전원단자 사이에서 제 1 전원단자측으로부터 순서대로 직렬접속되는 제 2 스위칭 수단과 상기 제 2 전원단자측으로부터 상기 제 1 전원단자측으로 전류가 흐르도록 구비되는 다이오드와, 제 1 스위칭 수단을 포함하고,
    상기 네 개의 전자석은 상기 제 3 직렬 회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속 부분과 상기 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이와, 상기 제 3 직렬 회로의 제 2 스위칭 수단과 다이오드의 접속부분과 상기 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속 부분 사이와, 상기 제 3 직렬 회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분과 상기 제 2 직렬회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속 부분 사이와, 상기 제 3 직렬 회로의 제 2 스위칭 수단과 다이오드의 접속부분과 상기 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속 부분 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각각의 엔진 밸브 그룹의 한 엔진 밸브에 대응하는 제 1 전자석은 상기 제 3 직렬 회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분과, 상기 제 1 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속되고, 상기 한 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석은 상기 제 3 직렬 회로의 다이오드와 제 2 스위칭 수단의 접속부분과, 상기 제 1 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속되고;
    다른 엔진 밸브에 대응하는 제 1 전자석은 상기 제 3 직렬 회로의 다이오드와 제 2 스위칭 수단의 접속부분과, 상기 제 2 직렬 회로의 제 2 및 제 3 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속되고, 상기 다른 엔진 밸브에 대응하는 제 2 전자석은 상기 제 3 직렬 회로의 다이오드와 제 1 스위칭 수단의 접속부분과, 상기 제 2 직렬 회로의 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 접속부분 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단 각각은 온·오프로 전환되는 스위칭 요소와, 상기 제 2 전원단자측으로부터 상기 제 1 전원단자측으로 향하는 전류의 흐름을 허용하도록 상기 스위칭 요소와 병렬로 배치된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단의 온·오프 상태의 조합을 스위칭하여, 상기 전자석 각각에 소정의 파형을 갖는 여자전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동 장치.
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