DE60200460T2

DE60200460T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle eines elektromagnetisch betätigten Ventils

Info

Publication number: DE60200460T2
Application number: DE60200460T
Authority: DE
Inventors: Toshio Toyota-shi Aichi-ken Fuwa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP4244526B2; CN100402805C; KR20020073277A; EP1241325B1; CN1396374A; CN101280699B; US7014167B2; EP1241325A1; US20020158218A1; JP2002266667A; KR100456901B1; DE60200460D1; CN101280699A

Description

Diese Erfindung betrifft generell eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Betätigen eines elektromagnetischen Ventils gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 10. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Öffnen und Schließen eines elektromagnetischen Ventilkörpers, der als Einlassventil und Auslassventil eines Verbrennungsmotors auf der Basis einer elektromagnetischen Kraft eines Elektromagneten wirkt.
Es sind Steuervorrichtungen für ein elektromagnetisches Ventil zum Steuern von Ventilkörpern, die als Einlassventile und Auslassventile von Verbrennungsmotoren auf der Basis der elektromagnetischen Kraft eines Elektromagneten wirken, bekannt. Da bei den bekannten Steuervorrichtungen von elektromagnetischen Ventilen eine externe Kraft auf der Basis des Innendrucks einer Verbrennungskammer (d.h. der Zylinderdruck) und der Ansaugdruck oder Auslassdruck den Ventilkörper zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft des Elektromagneten beeinflussen, ist es erforderlich, den Einfluss dieser externen Kraft zu berücksichtigen, wenn der Ventilkörper betätigt wird. Wenn beispielsweise der Ventil körper geöffnet und ein großer Unterdruck in der Verbrennungskammer erzeugt wird, wird der Ventilkörper in einer Richtung zum Öffnen des Ventils durch den Unterdruck angezogen. Daher kann die Verschiebungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers übermäßig groß werden, wenn dieser die vollständig geöffnete Position erreicht. In diesem Fall kann der Ventilkörper, der die vollständig geöffnete Position erreicht hat, zur Schließseite zurückprallen, wodurch die Funktionsbeständigkeit negativ beeinflusst wird. Des weiteren kann der Ventilkörper in einer Richtung zum Schließen des Ventils infolge der externen Kraft auf der Basis des Zylinderdrucks und des Ansaug- und Auslassdrucks angezogen werden, wenn der Ventilkörper geschlossen wird. Auch in diesem Fall wird die Funktionsbeständigkeit infolge des Zurückprallens des Ventilkörpers negativ beeinflusst.
Eine bekannte Vorrichtung, die in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung 2000–130198 beschrieben ist, erzeugt die elektromagnetische Kraft zum Anziehen des Ventilkörpers in Richtung auf die Ventilschließseite, wenn angenommen wird, dass der in der Verbrennungskammer erzeugte Unterdruck ansteigt, beispielsweise beim Stoppen der Kraftstoffeinspritzung, so dass die elektromagnetische Kraft der externen Kraft zum Anziehen des Ventilkörpers in einer Richtung zum Öffnen des Ventils entgegenwirkt.
Die den Ventilkörper beeinflussende externe Kraft ist jedoch nicht konstant, sondern variiert in Abhängigkeit vom Zustand des Zylinderdrucks und des Ansaug- und Auslassdrucks, d.h. in Abhängigkeit vom Betrieb des Motors. Daher wird bei der vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtung die Zeitdauer zur Erzeugung der elektromagnetischen Kraft zum Anziehen des Ventilkörpers in Schließrichtung des Ventils in Abhängigkeit vom Motorbetrieb vorgegeben, um die geeignete elektromagnetische Kraft für den Motorbetriebszustand im Elektromagneten zu erzeugen.
Um diese elektromagnetische Kraft, die für den Motorbetriebszustand geeignet ist, im Elektromagneten zu erzeugen, ist es jedoch erforderlich, eine solche Gegenmaßnahme zu treffen, dass die vorstehend erwähnte Zeitdauer zur Erzeugung der elektromagnetischen Kraft entsprechend dem Motorbetriebszustand vorgegeben wird. Mit anderen Worten, es ist erforderlich, die Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der geeigneten elektromagnetischen Kraft im voraus durch Experimente zu bestimmen und die Ergebnisse als Steuerkarte zu speichern. Hierzu benötigt man jedoch eine lange Zeitdauer, um die erforderlichen Steuerkonstanten zu ermitteln und einzustellen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Nachteile konzipiert. Sie stellt eine Steuervorrichtung und ein Verfahren für ein elektromagnetisches Ventil zum Betätigen des Ventilkörpers mit einer geeigneten elektromagnetischen Kraft in Abhängigkeit vom Motorbetrieb und zur Vereinfachung der Festlegung der Steuerkonstanten, die zur Steuerung des elektromagnetischen Ventils verwendet werden, zur Verfügung.
Die US-A-6 152 094 beschreibt eine Steuervorrichtung der angegebenen Art eines elektromagnetischen Ventils, das einen Ventilkörper, der als Einlassventil oder Auslass ventil eines Verbrennungsmotors wirkt, und zwei Elektromagneten aufweist, die einen am Ventilkörper vorgesehenen Anker mit einer elektromagnetischen Kraft beaufschlagen, um den Ventilkörper zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu verschieben, wobei der Ventilkörper in die erste Position gegen die elastische Kraft einer ersten Feder und in die zweite Position gegen die elastische Kraft einer zweiten Feder zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft bewegt wird. Die Steuervorrichtung umfasst eine Feststelleinrichtung zum Feststellen einer den Ventilkörper beeinflussenden Kraft, wenn dieser aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, und einer Zustandsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der den Ventilkörper beeinflussenden Kraft verändert, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der elektromagnetischen Kraft der Elektromagneten zum Drücken des Ankers in die erste Position, wobei die Feststelleinrichtung einen Sollwert der den Ventilkörper beeinflussenden Kraft und/oder einer Zustandsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der den Ventilkörper beeinflussenden Kraft verändert, feststellt.
Eine entsprechende Steuervorrichtung ist in der EP-1 167 725 A2 offenbart, die Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ darstellt.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils und ein Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils zu schaffen, bei denen die Bestimmung der Steuerkonstanten, die für die Steuerung des elektromagnetischen Ventils verwendet werden, vereinfacht ist.
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung und einem Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 erreicht.
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart.
Wenn bei der vorstehend erwähnten Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils und dem Steuerverfahren hierfür die den Ventilkörper beeinflussende Kraft oder die Zustandsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der Kraft verändert, infolge einer externen Kraft, die den Ventilkörper beeinflusst und aus dem Zylinderdruck resultiert, wenn der Ventilkörper aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, vom Sollwert abweicht, wird die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten zum Anziehen des Ankers in die erste Position in Abhängigkeit von dieser Abweichung so gesteuert, dass die Abweichung minimiert wird. Selbst wenn daher die externe Kraft, die den Ventilkörper auf der Basis des Zylinderdrucks und des Ansaug- und Auslassdrucks beeinflusst, sich in Abhängigkeit vom Motorbetrieb verändert, kann die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der externen Kraft jedes Mal korrigiert werden, so dass die Verschlechterung der Funktionsbeständigkeit infolge eines Zurückprallens des Ventilkörpers gemildert werden kann. Da des weiteren die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten auf der Basis der vorstehend erwähnten Abweichung gesteuert und die elektromagnetische Kraft so korrigiert wird, dass sie zu jeder Zeit für den Motorbetriebszustand geeignet ist, ist es nicht länger erforderlich, die Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der entsprechenden geeigneten elektromagnetischen Kraft im voraus zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Bestimmung der Steuerkonstanten vereinfacht werden.
Vorzugsweise wird bei der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils der Ventilkörper zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft durch die elastische Kraft einer Feder betätigt und stellt die Feststelleinrichtung eine den Ventilkörper beeinflussende Kraft oder eine Zustandsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der Kraft ändert, wenn der Ventilkörper von der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, auf der Basis der elastischen Kraft der Feder als Sollwert fest.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann der Ventilkörper aus der ersten Position in die zweite Position verschoben werden, während die Größe der den Ventilkörper beeinflussenden elektromagnetischen Kraft auf ein Minimum eingeschränkt wird. Auf diese Weise kann ein Anstieg des Energieverbrauches bei Betätigung des Ventilkörpers eingeschränkt werden.
Vorzugsweise führt bei der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils und dem Steuerverfahren hierfür die Steuereinrichtung eine Feedback-Steuerung der elektromagnetischen Kraft auf der Basis der Abweichung durch.
Wenn die Feedback-Steuerung der elektromagnetischen Kraft durchgeführt wird, wird es ferner bevorzugt, eine FeedbackZunahme zu ermitteln, wenn die Feedback-Steuerung der elektromagnetischen Kraft auf der Basis der Länge eines Luftspaltes zwischen dem Anker und dem Elektromagneten durchgeführt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung und dem Steuerverfahren hierfür kann der Ventilkörper von einer elektromagnetischen Kraft beeinflusst werden, die für die Distanz des Luftspaltes zwischen dem Anker und dem Elektromagneten geeignet ist.
Vorzugsweise berechnet bei der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils und dem Steuerverfahren hierfür die Steuereinrichtung einen Wert der elektromagnetischen Kraft, der zum Minimieren der Abweichung erforderlich ist, auf der Basis eines physikalischen Bewegungsmodells des Solenoidventils, das die festgestellte Kraft und/oder die Zustandsgröße als Modellvariable aufweist, und steuert die elektromagnetische Kraft auf der Basis des erforderlichen elektromagnetischen Wertes.
Vorzugsweise wird bei der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils und dem Steuerverfahren hierfür der Sollwert relativ zur Verschiebungsgröße und Verschiebungsgeschwindigkeit des Ventils festgestellt, werden die tatsächliche Verschiebungsgröße und Verschiebungsgeschwindigkeit detektiert und wird die elektromagnetische Kraft auf der Basis der Abweichung zwischen der detektierten Verschiebungsgröße und dem Sollwert hiervon und zwischen der Verschiebungsgeschwindigkeit und dem Sollwert hiervon gesteuert.
Vorzugsweise wird bei der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils und dem Steuerverfahren hierfür die Größe der mechanischen Energie des Ventilkörpers als Sollwert festgestellt, die tatsächliche Größe der mechanischen Energie detektiert und die elektromagnetische Kraft auf der Basis der Abweichung zwischen der detektierten Größe der mechanischen Energie und dem Sollwert gesteuert.
Vorzugsweise wird bei der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils und dem Steuerverfahren hierfür der Sollwert der Kraft, die den Ventilkörper beeinflusst, festgestellt, eine den Ventilkörper tatsächlich beeinflussende Kraft geschätzt und die elektromagnetische Kraft auf der Basis der Abweichung zwischen der geschätzten Kraft und dem Sollwert hiervon gesteuert.
Die vorstehend genannten Ziele, Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Signifikanz der Erfindung werden durch das Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Von den Zeichnungen zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Anwendung bei einem Auslassventil eines Verbrennungsmotors;
2 ein Zeitdiagramm, das die Verschiebungsgröße eines Ventilkörpers des elektromagnetischen Ventils in Abhängigkeit von der Zeit zeigt;
3 ein Zeitdiagramm, das die Verschiebungsgröße, einen elektrischen Feedforward-Strom, einen elektrischen Feedback-Strom und einen elektrischen Antriebsstrom des elektromagnetischen Ventils in Abhängigkeit von der Zeit zeigt;
4 ein Ablaufdiagramm, das ein Erregungssteuerverfahren eines Elektromagneten einer ersten Ausführungsform zeigt;
5 eine Teilansicht eines Verbrennungsmotors, der mit einer Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform versehen ist;
6 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der zweiten Ausführungsform und der Sollverschiebungsgröße sowie der tatsächlichen Verschiebungsgröße in Abhängigkeit von der Zeit, wenn die Verschiebung des Ventilkörpers in der vollständig geschlossenen Position in Öffnungsrichtung des Ventils von einer Öffnungsbetätigungsstartperiode aus beginnt;
7 ein Ablaufdiagramm, das das Erregungs steuerverfahren des Elektromagneten gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
8 ein Ablaufdiagramm, das das Erregungssteuerverfahren des Elektromagneten in Fortsetzung des Ablaufdiagramms der 7 zeigt;
9 eine Berechnungskarte, die die Beziehung zwischen dem erforderlichen Wert der elektromagnetischen Kraft, dem Luftspalt und dem elektrischen Feedback-Strom zeigt;
10 ein Ablaufdiagramm, das ein Erregungssteuerverfahren des Elektromagneten gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
11 ein Zeitdiagramm zur Darstellung einer fünften Ausführungsform und der Verschiebungsgröße des Ventilkörpers sowie der tatsächlichen Verschiebungsgröße in Abhängigkeit von der Zeit in einem Zustand, in dem der Ventilkörper nur durch Reibungswiderstand beeinflusst wird, wenn die Verschiebung des Ventilkörpers in der vollständig geschlossenen Position in Öffnungsrichtung des Ventils von der Öffnungsbetätigungsstartzeit aus beginnt;
12 ein Ablaufdiagramm, das ein Erregungssteuerverfahren des Elektromagneten gemäß der fünften Ausführungsform zeigt; und
13 ein Zeitdiagramm zur Darstellung einer sechsten Ausführungsform und eines Haltestromes sowie einer Restmagnetkraft nach dem Halten in Abhängigkeit von der Zeit, wenn eine Verschiebung von einer Halteperiode zu einer Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode erfolgt.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung in größeren Einzelheiten anhand von bevorzugten Ausführungsformen erläutert.
Erste Ausführungsform:
Hiernach wird eine erste Ausführungsform einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung zum Öffnen und Schließen eines Einlassventils und eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors (hiernach einfach als Motor bezeichnet) erläutert.
Gemäß der ersten Ausführungsform sind das Einlassventil und das Auslassventil als elektromagnetisches Ventil ausgebildet, das auf der Basis der elektromagnetischen Kraft eines Elektromagneten betätigt (d.h. geöffnet und geschlossen) wird. Da der Aufbau und das Antriebssteuerverfahren des Einlassventils und Auslassventils gleich sind, werden der Aufbau und das Antriebssteuerverfahren der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils nur in Verbindung mit dem Auslassventil beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, besitzt ein Auslassventil 10 einen Ventilkörper 19 und einen elektromagnetischen Antriebsabschnitt 21 zum Hin- und Herbewegen des Ventilkörpers 19. Der Ventilkörper 19 umfasst einen Ventilschaft 20 zum Hin- und Herbewegen eines Ankerschaftes 26, der koaxial zum Ventilschaft 20 angeordnet ist und sich mit dem Ventilschaft 20 hin- und herbewegt, und einen Schirmabschnitt 16, der an einem Ende des Ventilschaftes 20 vorgesehen ist. Der Ventilschaft 20 wird von einem Zylinderkopf 18 gelagert.
Der Zylinderkopf 18 ist mit einer Auslassöffnung 14 versehen, die in Verbindung mit einer Verbrennungskammer 12 steht. Ein Ventilsitz 15 ist am Öffnungsumfang der Auslassöffnung 14 ausgebildet. Die Auslassöffnung 14 wird vom Schirmabschnitt 16, der am Ventilsitz 15 sitzt und diesen verlässt, in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung des Ventilschaftes 20 geöffnet und geschlossen.
Ein unterer Halter 22 ist am anderen Ende des Ventilschaftes 20 gegenüber dem mit dem Schirmabschnitt 16 versehenen Endabschnitt fixiert. Eine untere Feder 24 ist in zusammengedrückter Weise zwischen dem unteren Halter 22 und dem Zylinderkopf 18 angeordnet. Der Ventilkörper 19 wird von der elastischen Kraft der unteren Feder 24 in der Richtung zum Schließen des Ventils (d.h. in Aufwärtsrichtung von 1) vorgespannt.
Ein scheibenförmiger Anker 28 aus Material mit hoher Permeabilität ist etwa am mittleren Abschnitt des Ankerschaftes 26 in Axialrichtung fixiert. Ein oberer Halter 30 ist an einem Ende des Ankerschaftes 26 fixiert. Der andere Endabschnitt des Ankerschaftes 26 gegenüber dem Endabschnitt, an dem der obere Halter 30 fixiert ist, kontaktiert einen Endabschnitt des Ventilschaftes 20 auf der Seite des unteren Halters 22.
In einem Gehäuse (nicht gezeigt) des elektromagnetischen Antriebsabschnittes 21 ist ein oberer Kern 32 fest zwischen dem oberen Halter 30 und dem Anker 28 angeordnet. Ein unterer Kern 34 ist zwischen dem Anker 28 und dem unteren Halter 22 im Gehäuse fest angeordnet. Der obere Kern 32 und der untere Kern 34, die aus einem Material mit hoher Permeabilität bestehen, sind ringförmig ausgebildet, und der Ankerschaft 26 ist in den Mittelabschnitt derselben eingesetzt, um eine Hin- und Herbewegung durchzuführen.
Eine obere Feder 38 ist in zusammengedrückter Weise zwischen einer oberen Kappe 36 und dem im Gehäuse vorgesehenen oberen Halter 30 angeordnet. Der Ventilkörper 19 wird durch die elastische Kraft der oberen Feder 38 in einer Richtung zum Öffnen des Ventils (d.h. in Abwärtsrichtung der 1) vorgespannt.
Ein Verschiebungsgrößensensor 52 ist an der oberen Kappe 36 vorgesehen. Dieser Verschiebungsgrößensensor 52 gibt ein Spannungssignal ab, das in Abhängigkeit von der Distanz zwischen dem Verschiebungsgrößensensor 52 und dem oberen Halter 30 veränderlich ist. Daher wird die Verschiebungsgröße des Ankerschaftes 26 und des Ventilschaftes 20, d.h. die Verschiebungsgröße des Ventilkörpers 19, auf der Basis des Spannungssignals detektiert.
Eine Ringnut 40, die den axialen Mittelpunkt des Ankerschaftes 26 als Mittelpunkt aufweist, ist auf einer Fläche des oberen Kernes 32 ausgebildet, die dem Anker 28 gegenüberliegt. Eine ringförmige obere Spule 42 ist in der Ringnut 40 angeordnet. Ein erster Elektromagnet 61 zum Schließen des Ventilkörpers 19 (d.h. ein Elektromagnet für die Schließbetätigung) umfasst die obere Spule 42 und den oberen Kern 32.
Eine Ringnut 44, die den axialen Mittelpunkt des Ankerschaftes 26 als Mittelpunkt aufweist, ist auf einer Fläche des unteren Kernes 34 ausgebildet, die dem Anker 28 gegenüberliegt. Eine ringförmige untere Spule 46 ist in der Ringnut 44 angeordnet. Ein zweiter Elektromagnet 62 zum Öffnen des Ventils 19 (d.h. ein Elektromagnet für die Öffnungsbewegung) umfasst die untere Spule 46 und den unteren Kern 34.
Die Erregung der oberen Spule 42 und der unteren Spule 46 des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 wird von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 50 zur Durchführung der Gesamtsteuerung des Motors gesteuert. Diese ECU 50 ist mit einer CPU, einem Speicher, einer Betätigungsschaltung zur Beaufschlagung der oberen Spule 42 und der unteren Spule 46 des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 mit dem elektrischen Erregungsstrom, einer Eingangsschaltung zum Empfang des Detektionssignales des Verschiebungsgrößensensors 52 und einem A/D-Wandler (nicht gezeigt) zur Durchführung der Analog/Digital-Wandlung versehen.
In dem in 1 gezeigten Zustand wird kein Antriebsstrom dem ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 zugeführt. 1 zeigt den Zustand des Ventilkörpers 19, in dem im ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 keine elektromagnetische Kraft erzeugt wird. In diesem Zustand wird der Anker 28 von der elektromagnetischen Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 nicht angezogen und befindet sich im stationären Zustand in einer Zwischenposition zwischen dem oberen Kern 32 und dem unteren Kern 34, in dem die Vorspannkräfte der unteren und oberen Feder 24, 38 ausgeglichen sind. In diesem Fall ist der Schirmabschnitt 16 vom Ventilsitz 15 getrennt und ist das Auslassventil 10 halb offen. Die Position des Ventilkörpers 19 im vorstehend beschriebenen Zustand wird als neutrale Position festgestellt.
Die Funktionsweise des durch die Erregungssteuerung für den ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 betätigten Auslassventils 10 wird nachfolgend erläutert.
2 ist ein Zeitdiagramm, das die Verschiebungsgröße des Ventilkörpers 19 in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, wenn das Auslassventil 10 vom vollständig geöffneten Zustand zum vollständig geschlossenen Zustand durch die Schließbetätigung übergeht, nachdem das Auslassventil 10 aus dem vollständig geschlossenen Haltezustand durch die Öffnungsbetätigung in den vollständig geöffneten Zustand übergegangen ist.
Wie in 2 gezeigt, wird ein Haltestrom zum Aufrechterhalten des vollständig geschlossenen Zustandes des Aus lassventils 10 dem ersten Elektromagneten 61 zur Schließbetätigung während einer Zeitdauer von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 zugeführt. Durch Zuführung des Haltestromes wird der Anker 28 durch die elektromagnetische Kraft des ersten Elektromagneten 61 angezogen, um den oberen Kern 32 gegen die elastische Kraft der oberen Feder 38 zu kontaktieren, so dass der Zustand, in dem der Schirmabschnitt 16 auf dem Ventilsitz 15 sitzt, aufrechterhalten wird.
Die Erregungssteuerung für den ersten Elektromagneten 61 wird zu einem Öffnungsbetätigungszeitpunkt (d.h. Zeitpunkt t1) des Auslassventils 10 begonnen, um während einer Zeitdauer (d.h. Zeitdauer t1–t2) durchgeführt zu werden, in der der Ventilkörper 19 eine Position auf der Schließseite in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position erreicht. Während dieser Zeitdauer wird der Anker 28 vom oberen Kern 32 getrennt, um den Ventilkörper 19 in der Richtung zum Öffnen des Auslassventils 10 zu verschieben. Ferner wird die elektromagnetische Kraft zum Anziehen des Ventilkörpers 19 (Ankers 28) in Schließrichtung des Ventils gesteuert, indem der Antriebsstrom für den Elektromagneten 61 so eingestellt wird, dass die Verschiebungsgeschwindigkeit zum Öffnen des Ventils durch die externe Kraft auf der Basis des Zylinderdrucks und des Auslassdrucks nicht übermäßig hoch wird.
Wenn der Ventilkörper 19 um eine vorgegebene Größe aus der vollständig geschlossenen Position verschoben worden ist (d.h. Zeitpunkt t2), wird die Zufuhr des Antriebsstromes für den ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 gestoppt, bis der Ventilkörper 19 eine Position auf der Ventilöffnungsseite in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position erreicht (d.h. Zeitdauer t2–t3).
Der Ventilkörper 19 wird durch die elastische Kraft der oberen Feder 38 weiter verschoben. Wenn der Ventilkörper 19 die auf der Ventilöffnungsseite angeordnete Position in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position erreicht (d.h. Zeitpunkt t3), wird die Erregungssteuerung für den zweiten Elektromagneten 62 durchgeführt, bis der Ventilkörper 19 die vollständig geöffnete Position erreicht (d.h. Zeitdauer t3–t4). Während dieser Zeitdauer wird die elektromagnetische Kraft zum Anziehen des Ventilkörpers 19 in Öffnungsrichtung des Ventils durch Einstellung des Antriebsstromes für den zweiten Elektromagneten 62 so gesteuert, dass der Ventilkörper 19 auf sichere Weise die vollständig geöffnete Position mit einer vorgegebenen Verschiebungsgeschwindigkeit erreicht.
Wenn der Ventilkörper 19 die vollständig geöffnete Position erreicht (d.h. Zeitpunkt t4), wird der Haltestrom zur Aufrechterhaltung des vollständig geöffneten Zustandes des Auslassventils 10 dem zweiten Elektromagneten 62 zugeführt, bis eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist (d.h. Zeitdauer t4–t5). Durch die Versorgung mit dem Haltestrom wird der Anker 28 von der elektromagnetischen Kraft des zweiten Elektromagneten 62 gegen die elastische Kraft der unteren Feder 24 angezogen, um mit dem unteren Kern 34 in Kontakt zu treten, und wird der Zustand, in dem der Schirmabschnitt 16 in der am weitesten vom Ventilsitz 15 entfernt angeordneten Position gehalten wird, aufrechterhalten.
Wenn die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, nachdem der Ventilkörper 19 die vollständig geöffnete Position erreicht hat, wird die Erregungssteuerung für den zweiten Elektromagneten 62 während einer Zeitdauer durchgeführt, bis der Ventilkörper 19 eine Position auf der Ventilöffnungsseite erreicht, die einen vorgegebenen Abstand von der neutralen Position besitzt (d.h. Zeitdauer t5–t6). Während dieser Zeitdauer wird der Anker 28 vom unteren Kern 34 getrennt, so dass der Ventilkörper 19 in Schließrichtung des Ventils verschoben wird, und die elektromagnetische Kraft zum Anziehen des Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventils wird durch Einstellung des Antriebsstromes für den zweiten Elektromagneten 62 so gesteuert, dass die Verschiebungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 19 durch die externe Kraft auf der Basis des Zylinderdrucks und des Auslassdrucks nicht übermäßig hoch wird.
Wenn der Ventilkörper 19 um eine vorgegebene Strecke aus der vollständig geöffneten Position verschoben worden ist (d.h. Zeitpunkt t6), wird die Zufuhr des Antriebsstromes für den ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 gestoppt, bis der Ventilkörper 19 eine Position auf der Ventilschließseite erreicht, die in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position angeordnet ist (d.h. Zeitdauer t6–t7).
Dann wird der Ventilkörper 19 durch die elastische Kraft der unteren Feder 24 weiter verschoben. Wenn der Ventilkörper 19 eine Position auf der Ventilschließseite erreicht, die in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position angeordnet ist (d.h. Zeitpunkt t7), wird die Erregungssteuerung für den ersten Elektromagneten 61 durchgeführt, bis der Ventilkörper 19 die vollständig geschlossene Position erreicht (d.h. Zeitspanne t7–t8). Während dieser Zeitspanne wird die elektromagnetische Kraft zum Anziehen des Ventilkörpers 19 in Öffnungsrichtung des Ventils durch Einstellung des Antriebsstromes für den ersten Elektromagneten 61 so gesteuert, dass der Ventilkörper 19 auf sichere Weise die vollständig geschlossene Position mit einer vorgegebenen Verschiebungsgeschwindigkeit erreicht.
Wenn der Ventilkörper 19 die vollständig geschlossene Position erreicht hat (Zeitpunkt t8), wird der Haltestrom zum Halten des Auslassventils 10 im vollständig geschlossenen Zustand bis zur nächsten Öffnungsbetätigungszeitdauer wieder dem ersten Elektromagneten 61 zugeführt (d.h. nach dem Zeitpunkt t8).
Somit wird bei der ersten Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung die elektromagnetische Kraft des ersten Elektromagneten 61 zum Anziehen des Ventilkörpers 19 in Schließrichtung des Ventils so gesteuert, dass der Ventilkörper 19 in Ventilöffnungsrichtung nicht mit einer übermäßig hohen Geschwindigkeit verschoben wird, wie mit der gestrichelten Linie in 2 gezeigt, wenn der Ventilkörper 19 geöffnet wird.
In entsprechender Weise wird die elektromagnetische Kraft des zweiten Elektromagneten 62 zum Anziehen des Ventil körpers 19 in Öffnungsrichtung des Ventils so gesteuert, dass der Ventilkörper 19 nicht in Schließrichtung mit einer übermäßig hohen Geschwindigkeit verschoben wird, wenn der Ventilkörper 19 geschlossen wird. Durch Steuern der elektromagnetischen Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in der vorstehend beschriebenen Weise wird die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 jederzeit so korrigiert, dass sie der externen Kraft selbst dann gerecht wird, wenn die den Ventilkörper 19 beeinflussende externe Kraft auf Basis des Zylinderdrucks und des Auslassdrucks sich in Abhängigkeit vom Motorbetrieb verändert, so dass eine Verschlechterung der Betriebsbeständidgkeit infolge eine Rückpralls beim Öffnungs-Schließ-Vorgang des elektromagnetischen Ventils eingeschränkt wird.
Die Zeitspannen vom Beginn der Öffnungsbetätigung des Auslassventils 10 bis zum Erreichen des Ventilkörpers 19 der Position auf der Ventilschließseite, die in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position angeordnet ist (d.h. die Zeitspanne t1–t2 in 2), und die Zeitspanne vom Beginn der Schließbetätigung des Auslassventils 10 bis zum Erreichen des Ventilkörpers 19 der Position auf der Ventilöffnungsseite, die in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position angeordnet ist (d.h. die Zeitspanne t5–t6 in 2), werden als Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspannen bezeichnet. Die Zeitspanne, nachdem der Ventilkörper 19 die vollständig geschlossene Position erreicht hat, bis die Öffnungsbetätigung begonnen wird (d.h. die Zeitspanne t0–t1 und nach dem Zeitpunkt t8 in 2), und die Zeitspanne, nachdem der Ventilkörper 19 die vollständig geöffnete Position erreicht hat, bis die Schließbetätigung begonnen wird (d.h. die Zeitspanne t4–t5 in 2), werden als Haltezeitspannen bezeichnet.
Die Erregungssteuerung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 während der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne wird anhand eines Falles zum Öffnen des Ventilkörpers 19 des Auslassventils 10 in der vollständig geschlossenen Position gemäß den 3–4 erläutert.
In 3 zeigen Zeitdiagramme (a)–(d) die Zeitverschiebung der Verschiebungsgröße des Ventilkörpers 19, einen elektrischen Feedforward-Strom (d.h. FF-Strom) If, der dem ersten Elektromagneten 61 zugeführt wird, einen elektrischen Feedback-Strom (Fb-Strom) Ib, der dem ersten Elektromagneten 61 zugeführt wird, und die Summe des FF-Stromes If und des FB-Stromes Ib (hiernach als Antriebsstrom I bezeichnet).
4 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren der Erregungssteuerung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 zeigt. Eine Reihe von in diesem Ablaufdiagramm gezeigten Schritten wird unter Einhaltung eines vorgegebenen Zeitintervalls Δt von der ECU 50 wiederholt durchgeführt.
Gemäß dieser Reihe von Schritten wird zuerst festgestellt, ob der vorliegende Steuerzyklus innerhalb der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne liegt (d.h. Schritt 110). Wenn der vorliegende Steuerzyklus nicht innerhalb der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne liegt (d.h. Schritt 110: Nein), wird die Reihe der Schritte beendet.
Wenn andererseits der vorliegende Steuerzyklus innerhalb der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne liegt (d.h. Schritt 110: Ja, Zeitspanne t1–t2 in 3), wird eine tatsächliche Verschiebungsgröße (d.h. tatsächliche Verschiebungsgröße x) des Ventilkörpers 19 auf der Basis des Detektionssignales des Verschiebungsgrößensensors 52 eingegeben (d.h. Schritt 120). Die tatsächliche Verschiebungsgröße x wird so festgelegt, dass sie einen Referenzwert (d.h. tatsächliche Verschiebungsgröße x = 0) besitzt, wenn sich der Ventilkörper 19 in der neutralen Position befindet, und den Abstand zwischen der neutralen Position und der vorliegenden Position des Ventilkörpers 19 wiedergibt.
Nach Eingabe der tatsächlichen Verschiebungsgröße x wird eine Sollverschiebungsgröße xt, bei der es sich um einen Sollwert der tatsächlichen Verschiebungsgröße x handelt, eingelesen (Schritt 130). Diese Sollverschiebungsgröße xt entspricht der Verschiebungsgröße, wenn der Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventils durch die elastische Kraft der oberen Feder 38 aus der vollständig geschlossenen Position heraus vibriert, unter der Bedingung, dass der Ventilkörper 19 nur durch den Reibungswiderstand am Gleitabschnitt und nicht durch die externe Kraft, deren Größe in Abhängigkeit vom Motorbetrieb variiert, beispielsweise dem Zylinderdruck und dem Auslassdruck, beeinflusst wird (d.h. die Verschiebungsgröße, wenn der Ventilkörper 19 in Schließrichtung des Ventils durch die elastische Kraft der unteren Feder 24 aus der vollständig geöffneten Position heraus vibriert, wenn das Auslassventil 10 geschlossen wird, unter der Bedingung, dass der Ventilkörper 19 nur durch den Reibungswiderstand beeinflusst wird). Diese Sollverschiebungsgröße xt wird in der ECU 50 in der Form von Funktionsdaten mit der abgelaufenen Zeit vom Beginn der Öffnungs- oder Schließbetätigung des Auslassventils 10 als Parameter gespeichert.
Gemäß der folgenden Formel (1) wird die Abweichung Δx zwischen der Sollverschiebungsgröße xt und der tatsächlichen Verschiebungsgröße x berechnet (Schritt 140). Δx = xt – x (1)
Nach Berechnung der Abweichung Δx wir festgestellt, ob die Abweichung Δx größer ist als Null (Schritt 150). Wenn die Abweichung Δx Null entspricht oder kleiner als Null ist (Schritt 150: Nein), wird die Abweichung Δx auf Null gesetzt (Schritt 160), um den FB-Strom Ib in einer nachfolgenden Transaktion auf Null zu setzen, da sich der Ventilkörper 19 im Vergleich mit der Sollposition auf der Ventilschließseite befindet und es nicht erforderlich ist, den Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventils durch die elektromagnetische Kraft des ersten Elektromagneten 61 anzuziehen.
Wenn im Gegensatz dazu die Abweichung Δx größer ist als Null (Schritt 150: Ja), ist es erforderlich, die Verschiebungsgeschwindigkeit zu verringern, indem der Ventilkörper 19 in Schließrichtung des Ventils vom ersten Elektromagneten 61 angezogen wird, um eine Schließbetätigung durchzuführen, da die tatsächliche Verschiebungsgröße x um die externe Kraft auf Basis des Zylinderdrucks und des Auslassdrucks geringer ist als die Sollverschiebungsgröße xt.
Als nächstes wird der FF-Strom If (siehe 3(b)) wie folgt berechnet (Schritt 170). Der FF-Strom If wird über eine andere Transaktion gegenüber der Reihe von Transaktionen während der Halteperiode, die der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne vorhergeht, so festgelegt, dass er einen Wert zum Halten des Auslassventils 10 im vollständig geschlossenen Zustand besitzt (d.h. Haltestrom).
Wie in 3(b) gezeigt, wird der FF-Strom If auf einen konstanten Wert eingestellt, der eine entgegengesetzte Richtungskraft relativ zum Haltestrom besitzt, bis eine vorgegebene Zeitspanne nach der Öffnungs- oder Schließbetätigung des Auslassventils 10 abgelaufen ist (d.h. Zeitspanne t1–t11 in 3). Daher werden die restlichen elektromagnetischen Kräfte, die auf den oberen Kern 32 und den Anker 28 einwirken, beseitigt und wird der Anker 28 durch die elastische Kraft der oberen Feder 38 vom oberen Kern 32 getrennt, um den Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventils zu verschieben. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne wird der FF-Strom If auf Null gesetzt (d.h. nach dem Zeitpunkt t11).
Nach Berechnung des FF-Stromes If wird der Fb-Stromm Ib (siehe 3(c)) auf Basis der folgenden Formel (2) berechnet (Schritt 180). Ib = Kp · Δx (2)
Gemäß Formel (2) bedeutet Kp ein Feedback-Zuwachs. Je größer der Luftspalt G ist, d.h. je größer der Abstand zwischen dem oberen Kern 32 und dem Anker 28 des ersten Elektromagneten 61 ist, desto größer ist der Feedback-Zuwachs, da, je größer der Luftspalt G wird, desto mehr wird der Anteil des den Anker 28 durchdringenden Flusses vom im ersten Elektromagneten 61 erzeugten Fluss, so dass daher ein entsprechend großer Antriebsstrom dem ersten Elektromagneten 61 zugeführt werden muss, um eine elektromagnetische Kraft mit der gleichen Größe dem Anker 28 zuzuführen als wenn der Luftspalt G groß ist. Wenn der Ventilkörper 19 in der vollständig geöffneten Position geschlossen wird, entspricht der Luftspalt G dem Abstand zwischen dem unteren Kern 34 und dem Anker 28 des zweiten Elektromagneten 62.
Nach Berechnung des FF-Stromes If und des FB-Stromes Ib wird die Summe des elektrischen FF-Stromes If und des FB-Stromes Ib als Antriebsstrom I ermittelt (siehe 3(d)) (Schritt 190). Dann wird der Antriebsstrom I dem ersten Elektromagneten 61 zugeführt (Schritt 200).
Wie in Formel (2) gezeigt, wird der Fb-Strom Ib in Abhängigkeit von der Abweichung Δx ermittelt. Unter den tatsächlichen Bedingungen, bei denen der Ventilkörper 19 mit der externen Kraft auf Basis des Zylinderdrucks und des Auslassdrucks beaufschlagt wird, wird er zusätzlich zur externen Kraft von seiner eigenen Trägheitskraft, der elastischen Kraft der oberen Feder 38, dem Reibungswiderstand und der Dämpfungskraft auf jedem Gleitabschnitt etc. beein flusst. Da die Zustandsgröße des Ventilkörpers 19, d.h. die tatsächliche Verschiebungsgröße x, in diesem Fall in Abhängigkeit von der vorstehend erwähnten Kraft variiert, weicht die tatsächliche Verschiebungsgröße x von der Sollverschiebungsgröße xt ab, wenn nur der FF-Strom If dem ersten Elektromagneten 61 zugeführt wird.
Um somit bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die abweichende tatsächliche Verschiebungsgröße x an die Sollverschiebungsgröße xt anzupassen, wird die Größe des FB-Stromes Ib gemäß Formel (2) eingestellt, um den Antriebsstrom I dem ersten Elektromagneten 61 zuzuführen, bei dem es sich um die Summe aus dem FB-Strom Ib und dem FF-Strom If handelt.
Nach dem Steuern der elektromagnetischen Kraft des ersten Elektromagneten 61 in der vorstehend beschriebenen Weise wird die Reihe der Transaktionen beendet. Nach Beendigung der Reihe dieser Transaktionen wird der Ventilkörper 19 durch die elastische Kraft der oberen Feder 38 weiter verschoben und erreicht die Position auf der Ventilöffnungsseite, die in einem vorgegebenen Abstand von der neutralen Position angeordnet ist. Dann wird die Erregungssteuerung für den zweiten Elektromagneten 62 über eine andere Transaktion durchgeführt, um auf sichere Weise den Ventilkörper 19 durch die elektromagnetische Kraft des zweiten Elektromagneten 62 in die vollständig geöffnete Position zu ziehen.
Obwohl vorstehend der Fall zum Öffnen des Ventilkörper 19 des Auslassventils 10 aus der vollständig geschlossenen Position erläutert wurde, wird die elektromagnetische Kraft des zweiten Elektromagneten 62 in der gleichen Weise gesteuert, wenn der Ventilkörper 19 aus der vollständig geöffneten Position geschlossen wird. Beim Schließen des Ventilkörpers aus der vollständig geöffneten Position und beim Öffnen des Ventilkörpers aus der vollständig geschlossenen Position eines Einlassventils 11 wird die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in der gleichen Weise gesteuert.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die elektromagnetische Kraft zur Betätigung des Ventilkörpers 19 in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert wird, können die folgenden Effekte erhalten werden.

(1) Wenn bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Ventilkörper 19 betätigt wird und die tatsächliche Verschiebungsgröße x des Ventilkörpers 19 von der Sollverschiebungsgröße xt um den Effekt der externen Kraft des Zylinderdrucks und des Ansaug- und Auslassdrucks in bezug auf den Ventilkörper 19 abweicht, wird die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in Abhängigkeit von der Abweichung Δx zwischen der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der Sollverschiebungsgröße xt gesteuert. Selbst wenn sich daher die externe Kraft in Abhängigkeit vom Motorbetrieb verändert, kann die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 jederzeit so korrigiert werden, dass sie in Abhän gigkeit von der Veränderung der externen Kraft eine geeignete Größe besitzt, so dass auf diese Weise eine Verschlechterung der Betriebsbeständigkeit infolge eines Zurückprallens beim Öffnungs-Schließ-Vorgang eingeschränkt werden kann. Da die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis der Abweichung Δx gesteuert und die elektromagnetische Kraft so korrigiert wird, dass sie jederzeit für den Motorbetriebszustand geeignet ist, ist es nicht erforderlich, im voraus durch Experimente die Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der entsprechenden elektromagnetischen Kraft zu ermitteln. Die Festlegung der Steuerkonstanten kann somit vereinfacht werden.
(2) Selbst wenn der Motorbetriebszustand der gleiche ist, sind der Zylinderdruck beim Öffnen und Schließen des Einlassventils und der Zylinderdruck beim Öffnen und Schließen des Auslassventils verschieden und der Ansaugdruck und Auslassdruck verschieden. Wenn daher die Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der entsprechenden geeigneten elektromagnetischen Kraft zum Steuern der elektromagnetischen Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf Basis der erhaltenen Beziehung ermittelt wird, ist es erforderlich, die entsprechenden Beziehungen zwischen dem Motorbetriebszustand und der elektromagnetischen Kraft in bezug auf den Fall zum Öffnen und Schließen des Einlassventils und in bezug auf den Fall zum Öffnen und Schließen des Auslassventils 10 getrennt zu ermitteln, wodurch die Bestimmung der Konstanten extrem kompliziert wird. Da andererseits bei der ersten Ausführungsform die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis der Abweichung Δx zwischen der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der Sollverschiebungsgröße xt des Ventilkörpers 19 feedback-gesteuert wird, ist diese komplizierte Bestimmung nicht erforderlich. Darüber hinaus können die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 unter Verwendung der gleichen Logik selbst dann in geeigneter Weise gesteuert werden, wenn das Einlassventil und das Auslassventil geöffnet und geschlossen werden.
(3) Da gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung die Verschiebungsgröße, wenn der Ventilkörper 19 auf Basis der elastischen Kraft der unteren Feder 24 und der oberen Feder 38 frei vibriert, unter der Bedingung, dass der Ventilkörper 19 nur durch den Reibungswiderstand beeinflusst wird, als Sollverschiebungsgröße xt ermittelt wird, kann der Ventilkörper 19 von einem Verschiebungsende zum anderen Verschiebungsende verschoben werden, während die Größe der auf den Ventilkörper 19 vom ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 aufgebrachten elektromagnetischen Kraft auf ein Minimum eingeschränkt wird. Somit kann der Stromverbrauch beim Betätigen des Ventilkörpers 19 minimiert werden.
(4) Da der geeignete Antriebsstrom I jederzeit in Abhängigkeit von der Größe der externen Kraft, die tatsächlich den Ventilkörper 19 beeinflusst, bestimmt wird, kann der Stromverbrauch bei Betätigung des Ventilkörpers 19 im Vergleich zur Feedforward-Erregungssteuerung reduziert werden, die das Ermitteln der Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der entsprechenden elektromagnetischen Kraft im voraus durch Experimente erforderlich macht, um die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 zu steuern.
(5) Da ferner der Feedback-Zuwachs zur Berechnung des FB-Stromes Ib auf der Basis der Distanz der Luftspalte G zwischen dem Anker 28 und dem oberen und unteren Kern 32, 34 des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 variabel bestimmt wird, kann der FB-Strom Ib als ein Wert berechnet werden, der der Distanz der Luftspalte G gerecht wird, so dass eine geeignete Größe der elektromagnetischen Kraft auf der Basis des FB-Stromes Ib dem Ventilkörper 19 zugeführt werden kann. Somit kann die Konvergenz der tatsächlichen Verschiebungsgröße x relativ zur Sollverschiebungsgröße xt verbessert werden.

Zweite Ausführungsform:
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei insbesondere die Unter schiede gegenüber der ersten Ausführungsform erläutert werden.
Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein physikalisches Modell erstellt, das die Verschiebungsgröße des Ventilkörpers 19, die Verschiebungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 19 und die den Ventilkörper 19 beeinflussende Kraft als Modellvariable umfasst. Ein Wert der elektromagnetischen Kraft, der zur Anpassung der tatsächlichen Verschiebungsgröße x an die Sollverschiebungsgröße xt erforderlich ist, wird über dieses physikalische Modell berechnet. In der Praxis wird eine Bewegungsgleichung zur Simulation des Verhaltens des betätigten Ventilkörpers 19 erhalten, wird der Sollwert der elektromagnetischen Kraft berechnet, indem eine Ansprechanalyse des Ventilkörpers 19 auf der Basis dieser Bewegungsgleichung durchgeführt wird, und wird der FB-Strom Ib auf der Basis des Sollwertes der elektromagnetischen Kraft berechnet.
Wie in 5 gezeigt, umfasst der Motor mit der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der zweiten Ausführungsform einen Zylinderdrucksensor 54 zum Detektieren des Zylinderdrucks, einen Ansaugdrucksensor 56 zum Detektieren des Innendrucks (Ansaugdrucks) eines Ansaugkanals 13 und einen Auslassdrucksensor 58 zum Detektieren des Innendrucks (Auslassdrucks) eines Auslasskanals 17. Der Ansaugdrucksensor 56 dient als Sensor zum Detektieren des Ansaugluftvolumens in einer Steuerung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis etc. Obwohl der Zylinderdrucksensor 54 zum Schätzen der den Ventilkörper 19 beeinflussenden externen Kraft im Verbrennungsmotor, der einen Verbrennungsdrucksensor zum Detektieren des maximalen Zylinderdrucks während des Verbrennungsprozesses, d.h. zum Detektieren des Verbrennungsdrucks, aufweist, vorgesehen ist, dient der Verbrennungsdrucksensor auch als Zylinderdrucksensor 54.
Das Verfahren zum Steuern der Erregung der Elektromagneten 61, 62 während der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne wird in Verbindung mit den 6–8 für den Fall des Öffnens des Ventilkörpers 19 des Auslassventils 10 in der vollständig geschlossenen Position erläutert. 6 ist ein Zeitdiagramm, das die Zeitverschiebung der Sollverschiebungsgröße xt (mit einer durchgezogenen Linie gezeigt) und der tatsächlichen Verschiebungsgröße x (mit einer gestrichelten Linie gezeigt) für den Fall zeigt, bei dem die Verschiebung des Ventilkörpers 19 in der vollständig geschlossenen Position in Öffnungsrichtung des Ventils von einem Öffnungsbetätigungsstartzeitpunkt (Zeitpunkt T(0)) beginnt. Die 7–8 sind Ablaufdiagramme, die das Verfahren zur Steuerung der Erregung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 zeigen. Eine in den Ablaufdiagrammen gezeigte Reihe von Schritten wird wiederholt von der ECT durchgeführt, wobei ein vorgegebenes Zeitintervall Δt eingehalten wird.
Wenn bei der Reihe von Schritten festgestellt wird, dass ein vorliegender Steuerzyklus t(i) innerhalb der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne liegt (Schritt 210: Ja), wird die tatsächliche Verschiebungsgröße x(i) eingegeben (Schritt 220) und eine Sollverschiebungsgröße xt(i) eingegeben (Schritt 230). Dann wird die tatsächliche Ver schiebungsgeschwindigkeit v(i) beim vorliegenden Steuerzyklus t(i) auf Basis der folgenden Formel (3) berechnet (Schritt 240). v(i) = (x(i) – x(i – 1))/Δt (3)
Gemäß der vorstehenden Formel (3) entspricht "x(i – 1)" der tatsächlichen Verschiebungsgröße eines vorhergehenden Steuerzyklus t(i – 1) (entsprechend t(i) – Δt) (wie in 6 gezeigt).
Um den Einfluss des Rauschanteiles im Detektionssignal des Verschiebungssensors 52 zu verringern, wird bevorzugt, einen Filterschritt zum Entfernen des Hochfrequenzanteiles des Rauschens vom Verschiebungsgrößensignal vor dem Berechnen der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) unter Verwendung der Formel (3) vorzussehen.
Im nächsten Schritt wird eine nächste Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i + 1) beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1)(d.h. entsprechend t(i) + Δt) gemäß der folgenden Formel (4) berechnet (Schritt 250). vt(i + 1) = (xt(i + 1) – xt(i))/Δt (4)
Gemäß Formel (4) entspricht „xt(i + 1)" der Sollverschiebungsgröße beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1)(in 6 gezeigt). Als Sollverschiebungsgröße xt(i + 1) beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1) wird der Wert, der der abgelaufenen Zeit (entsprechend t(i + 1) – t(0)) vom Öffnungsbetätigungsstartzeitpunkt t(0) bis zum nächsten Steuerzyklus t(i + 1) entspricht, von der ECU 50 eingelesen. Da die Sollverschiebungsgröße xt, die der abgelaufenen Zeit entspricht, bereits bekannt ist, kann eine Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i + 1) beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1) durch geeignetes Differenzieren der Funktionsdaten in bezug auf die Sollverschiebungsgröße x, die in der ECU 50 gespeichert sind, und der Sollverschiebungsgröße xt berechnet werden.
Nach Berechnen der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) beim vorliegenden Zyklus t(i) und der Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i + 1) beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1) wird ein Beschleunigungssollwert „a" des Ventilkörpers 19, der zur Anpassung der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) an die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i + 1) durch den nächsten Steuerzyklus t(i + 1) erforderlich ist, berechnet (Schritt 260). a = (vt(i + 1) – v(i))/Δt (5)
Aus der vorstehenden Formel (5) wird bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Beschleunigungssollwert „a" auf der Basis der Abweichung zwischen der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" und der Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt, d.h. auf der Basis der Abweichung (vt –v), in diesem Fall berechnet.
Gemäß der folgenden Formel (6) wird eine externe Kraft F, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, geschätzt (Schritt 270). F = Fp + Ff (6)
Gemäß der vorstehenden Formel (6) entspricht "Fp" der den Ventilkörper 19, insbesondere den Schirmabschnitt 16, beeinflussenden Kraft auf der Basis des Zylinderdrucks und des Auslassdrucks, die gemäß der folgenden Formel (7) berechnet wird. Beim Schätzen der den Ventilkörper des Einlassventils 11 beeinflussenden Kraft wird der vom Ansaugdrucksensor 56 detektierte Ansaugdruck anstelle des Auslassdrucks verwendet. Fp = K1 · (Pc – Pe) (7)

K₁: Konstante
Pc: Zylinderdruck
Pe: Auslassdruck

Gemäß der vorstehenden Formel (6) entspricht „Ff" dem Reibungswiderstand an jedem Gleitabschnitt des Auslassventils 10, bei dem es sich um einen konstanten Wert handelt, der vorher experimentell bestimmt wird. Die Größe des Reibungswiderstandes ist in Abhängigkeit vom Schmierzustand der Gleitabschnitte, insbesondere der Temperatur des Schmieröls, veränderlich. Somit kann beispielsweise der Reibungswiderstand Ff erhalten werden, indem der Reibungswiderstand Ff in Abhängigkeit von der Motortemperatur bestimmt wird, wobei gilt, dass der Reibungswiderstand Ff um so größer ist, je niedriger die Motortemperatur (geschätzt durch die Motorkühlwassertemperatur) ist.
Durch Modellierung des Auslassventils 10 als Feder/Massenvibrationssystem kann die folgende Bewegungsgleichung (8) erhalten werden. m · a + c · v(i) + k · x(i) = F + Fem (8)
Gemäß der dynamischen Gleichung (8) entspricht "m" der Masse des Feder/Massenvibrationssystemmodells, die auf der Basis der Masse des beweglichen Abschnittes des Ventilkörpers 19 und des Auslassventils 10 ermittelt wird. „c" entspricht der Dämpfungskonstante des Feder/Massenvibrationssystemmodells, die auf der Basis der Widerstandskraft bestimmt wird, welche in Abhängigkeit von der Gleitgeschwindigkeit am Gleitabschnitt des Auslassventils 10 erzeugt wird. Ferner entspricht „k" einer Federkonstanten des Feder/Massenvibrationssystemmodells, die auf der Basis der Eigenschaften der elastischen Kraft der oberen Feder 38 und der unteren Feder 24 bestimmt wird. „Fem" entspricht dem Sollwert der elektromagnetischen Kraft des ersten Elektromagneten 61, der zur Anpassung der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) des Ventilkörpers 19 an die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i + 1) erforderlich ist.
Die folgende Formel (9) wird aus der dynamischen Gleichung (8) erhalten. Auf der Basis von Formel (9) wird der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft berechnet (Schritt 280). Fem = m · a + c · v(i) + k · x(i) – F (9)
Es wird festgestellt, ob der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft größer ist als Null (Schritt 290). Wenn der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft Null entspricht oder geringer ist (Schritt 290: Nein), wird der FB-Strom Ib auf Null gesetzt (Schritt 310), da es nicht erforderlich ist, den Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 19 durch die elektromagnetische Kraft des ersten Elektromagneten 61 anzuziehen.
Wenn andererseits der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft größer ist als Null (Schritt 290: Ja), wird der FB-Strom Ib auf der Basis des Sollwertes Fem der elektromagnetischen Kraft berechnet (Schritt 300). 9 ist eine Karte, die die Beziehung zwischen dem Sollwert (Fem) der elektromagnetischen Kraft, dem Luftspalt G und dem FB-Strom Ib zeigt und für die Berechnung des FB-Stromes Ib verwendet wird. Die in der Karte gezeigte Beziehung wird vorher in der ECU 50 in der Form von Funktionsdaten gespeichert.
Wie in 9 gezeigt, wird der FB-Strom Ib um so größer festgelegt, je größer der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft und je länger der Luftspalt G sind. Aufgrund der nachfolgenden Beziehung zwischen dem Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft, dem Luftspalt G und dem FB-Strom Ib, die in der folgenden Formel (10) gezeigt ist, wird der FB-Strom in der folgenden Weise ermittelt. Fem ∝ (Ib/G)2 (10)
Wie in dem in 4 gezeigten Schritt 170 wird der FF-Storm If berechnet (Schritt 320). Die Summe des FF-Stromes If und des FB-Stromes Ib (d.h. If + Ib) wird dann als Antriebsstrom I ermittelt (Schritt 330), und dieser Antriebsstrom I wird dem ersten Elektromagneten 61 zugeführt (Schritt 340). Nach dem Steuern der elektromagnetischen Kraft des ersten Elektromagneten 61 oder wenn festgestellt wird, dass der vorliegende Steuerzyklus t(i) nicht innerhalb der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellzeitspanne in Schritt 210 liegt (d.h. Schritt 201: Nein), wird die Reihe der Schritte beendet.
Obwohl vorstehend der Fall zum Öffnen des Ventilkörpers 19 des Auslassventils 10 aus der vollständig geschlossenen Position erläutert wurde, wird die elektromagnetische Kraft des zweiten Elektromagneten 62 in der gleichen Weise gesteuert, wenn der Ventilkörper 19 aus der vollständig geöffneten Position geschlossen wird. Im Fall des Schließens des Ventilkörpers aus der vollständig geöffneten Position und des Öffnens des Ventilkörpers aus der vollständig geschlossenen Position des Einlassventils 11 wird die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in der gleichen Weise gesteuert. Obwohl die Bewegungsgleichung des Auslassventils 10 auch Anwendung finden kann, wenn die Bewegungsgleichung des Einlassventils 11 erstellt wird, wird bevorzugt, jede Modellkonstante m, c, k in Abhängigkeit von der Spezifikation des Einlassventils 11 zu ermitteln, um die Steuerung mit höherer Genauigkeit durchzuführen.
Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die elektromagnetische Kraft zur Betätigung des Ventilkörpers 19 in der vorstehend beschriebenen Weise ge steuert wird, können zusätzlich zu den bei der ersten Ausführungsform erwähnten Effekten (2)–(4) die folgenden Effekte erzielt werden.

(6) Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Beschleunigungssollwert „a" in Abhängigkeit von der Zustandsgröße des Ventilkörpers 19, die in Abhängigkeit von den diversen Kräften, die den Ventilkörper 19 beeinflussen, variiert, d.h. in Abhängigkeit von der Abweichung (vt – v) zwischen der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19 und dem Sollwert (Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt), bestimmt. Der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 wird auf der Basis einer Bewegungsgleichung einschließlich des Beschleunigungssollwertes „a" als Parameter berechnet. Daher wird in dem Fall, in dem die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19 von der Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt um den Effekt der externen Kraft auf den Ventilkörper 19 infolge des Zylinderdrucks und des Einlassdrucks sowie des Auslassdrucks bei Betätigung des Ventilkörpers 19 abweicht, die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in Abhängigkeit von dem Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft so gesteuert, dass die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit „v" an die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt angepasst wird. Selbst wenn sich daher die externe Kraft in Abhängigkeit vom Motorbetrieb verändert, kann die elektromagnetische Kraft der Elektromagneten 61, 62 jederzeit auf die geeignete Stärke korrigiert werden, so dass auf diese Weise die Verschlechterung der Betriebsbeständigkeit infolge eines Rückpralls beim Öffnungs-Schließ-Vorgang verringert werden kann. Da die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis des Sollwertes Fem der elektromagnetischen Kraft so gesteuert wird, dass die elektromagnetische Kraft jederzeit für den jeweiligen Motorbetriebszustand geeignet ist, ist es nicht länger erforderlich, die Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der entsprechenden geeigneten elektromagnetischen Kraft im voraus durch Experimente zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Bestimmung der Steuerkonstanten vereinfacht werden.
(7) Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft aus einem Modell (Bewegungsgleichung) berechnet, bei dem das Auslassventil 10 oder Einlassventil 11 als Feder/Massenvibrationssystem modelliert wird. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Fb-Strom Ib auf der Basis der Abweichung Δx zwischen der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der Sollverschiebungsgröße xt berechnet wird, kann somit die Stärke des FB-Stromes Ib unter Bestätigung des dynamischen Verhaltens des Ventilkörpers 19 bestimmt werden. Daher kann die Verschiebungsgeschwindigkeit durch Beaufschlagung des Ventilkörpers 19 mit der geeigneten elektromagnetischen Kraft auf der Basis des FB-Stromes Ib verringert werden. Als Folge davon kann die Konvergenz der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19 relativ zur Sollverschiebungsgröße xt und Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt verbessert werden.
(8) Da gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der FB-Strom Ib auf der Basis der Distanz des Luftspaltes G selbst dann variabel bestimmt wird, wenn der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft der gleiche ist, wenn der FB-Strom Ib aus dem Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft berechnet wird, kann der FB-Strom Ib als der Wert berechnet werden, der der Distanz des Luftspaltes G entspricht, und kann die geeignete Stärke der elektromagnetischen Kraft auf der Basis des FB-Stromes Ib dem Ventilkörper 19 zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Konvergenz der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19 in bezug auf die Sollverschiebungsgröße xt und die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt weiter verbessert werden.

Dritte Ausführungsform:
Es wird nunmehr eine dritte Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der vorlie genden Erfindung beschrieben, wobei insbesondere die Unterschiede gegenüber der zweiten Ausführungsform erläutert werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit „v" auf der Basis der Formel (3) berechnet (Schritt 240 in 7). Die Kraft, die den Ventilkörper 19 in Abhängigkeit vom Motorbetrieb beeinflusst, d.h. die Kraft, die den Ventilkörper 19 in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen dem Zylinderdruck und dem Auslassdruck in bezug auf das Auslassventil 10 beeinflusst, oder die Kraft, die den Ventilkörper 19 in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen dem Zylinderdruck und dem Einlassdruck in bezug auf das Einlassventil 11 beeinflusst, wird auf der Basis des Zylinderdrucks, des Auslassdrucks und des Einlassdrucks, die von den Drucksensoren 54, 56, 58 detektiert wurden, geschätzt. Die den Ventilkörper 19 beeinflussende externe Kraft F wird geschätzt, indem die den Ventilkörper 19 beeinflussende Kraft und der Reibungswiderstand am Gleitabschnitt addiert werden (Schritt 270 in 7).
Andererseits wird bei der dritten Ausführungsform der Erfindung ein Beobachter zum Beobachten des internen Zustandes des Ventilkörpers 19 auf der Basis eines Feder/Massenvibrationssystemmodells zum Simulieren des Öffnungs- und Schließverhaltens des Ventilkörpers 19 bestimmt. Durch Einsatz eines derartigen Beobachters wird die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19 geschätzt, und die resultierende Kraft (d.h. die externe Kraft F) der den Ventilkörper 19 beeinflussenden Kraft Fp in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen dem Zylinderdruck und dem Auslassdruck oder zwischen dem Zylinderdruck und dem Einlassdruck und dem Reibungswiderstand Ff am Gleitabschnitt des Ventilkörpers 19 wird geschätzt. Somit werden bei der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Zylinderdrucksensor 54 und der Auslassdrucksensor 58 ausgeschlossen. Der Einlassdrucksensor 56 wird für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung verwendet.
Nunmehr wird das Verfahren zum Schätzen der externen Kraft durch den Beobachter in Verbindung mit dem Fall erläutert, bei dem die den Ventilkörper 19 des Auslassventils 10 beeinflussende externe Kraft geschätzt wird.
Die folgende Bewegungsgleichung (11) kann erhalten werden, indem das Auslassventil 10 als Feder/Massenvibrationssystem modelliert wird. Bei der Bewegungsgleichung (11) sind die Modellkonstanten „m", „c", „k" die gleichen wie die der Gleichung (8). „x" entspricht der Verschiebungsgröße des Ventilkörpers 19. „u" entspricht einem Steuereingangssignal des Feder/Massenvibrationssystemmodells, d.h. der elektromagnetischen Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62. „w" entspricht der den Ventilkörper 19 beeinflussenden externen Kraft, bei der es sich um die resultierende Kraft der Kraft, die den Ventilkörper 19 in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen dem Zylinderdruck und dem Auslassdruck beeinflusst, und dem Reibungswiderstand am Gleitabschnitt des Ventilkörpers 19 handelt. m · x .. + c · x . + k · x = w + u (11)
Eine Zustandsvariable X wird gemäß der folgenden Formel (12) definiert.
Gemäß den Formeln (11), (12) wird die folgende Formel (13) betreffend das Feder/Massenvibrationssystemmodell des Auslassventils 10 erhalten.
Die Ausgangsgleichung des Feder/Massenvibrationssystemmodells des Auslassventils 10 wird nach der folgenden Formel (14) bestimmt.
Wenn ein Schätzwert der Zustandsvariablen X mit Z ermittelt wird, entspricht ein Beobachter zum Erhalten des Schätzwertes Z der nachfolgenden Formel (15). Gemäß Formel (15) entspricht L einem Beobachterzuwachs.
(x -,
, w -)entsprechen den Schätzwerten von x, x ., w).
Ein Schätzfehler „e" zwischen der Zustandvariablen X und dem Schätzwert (d.h. X – Z) wird gemäß der nachfolgenden Formel (16) erhalten, die aus den Formeln (13)–(15) gewonnen wurde. e . = (A – L · C) e (16)
Somit kann durch richtiges Festlegen des Beobachterzuwachses L, so dass der gemäß Formel (16) erhaltene Schätzwert „e" gegen Null konvergiert, der Schätzwert Z aus der Formel (15) berechnet werden. Mit anderen Worten, die Verschiebungsgeschwindigkeit (d.h. die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit „v") des Ventilkörpers 19 kann geschätzt werden. Wenn somit beispielsweise das Steuereingangssignal „u" in den Formeln (13), (15) mit Null ermittelt wurde, wird die externe Kraft „w" geschätzt. Die geschätzte externe Kraft „w" entspricht der Summe aus der Kraft Fp, die den Ventilkörper in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen dem Zylinderdruck und dem Auslassdruck beeinflusst, dem Reibungswiderstand Ff und der elektromagnetischen Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62. Durch Subtrahieren der elektromagnetischen Kraft, die momentan im ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 erzeugt wird, von der geschätzten externen Kraft „w" kann daher die externe Kraft F, bei der es sich um die resultierende Kraft aus der Kraft Fp, die den Ventilkörper in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen dem Zylinderdruck und dem Auslassdruck beeinflusst, und dem Reibungswiderstand Ff handelt, geschätzt werden.
Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Beschleunigungssollwert „a" auf der Basis der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19, die über den Beobachter geschätzt wurde, und der Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt, die aus der Formel (4) berechnet wurde, berechnet (Schritt 260 in 7). Der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft wird auf der Basis des Beschleunigungssollwertes „a" und der über den Beobachter geschätzten externen Kraft F berechnet (d.h. Schritt 280). Der Fb-Strom Ib wird aus dem Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft berechnet, wonach die Erregung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 wahlweise auf der Basis des vom Fb-Strom Ib und vom FF-Strom If erhalte nen Antriebsstromes I gesteuert wird (d.h. Schritt 290-340).
Obwohl die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand des Falles zum Schätzen der externen Kraft, die auf den Ventilkörper 19 des Auslassventils 10 einwirkt, erläutert wurde, kann auch die den Ventilkörper des Einlassventils 11 beeinflussende externe Kraft über das gleiche Verfahren ermittelt werden. Obwohl die Bewegungsgleichung des Auslassventils 10 angewendet werden kann, wenn eine Bewegungsgleichung des Einlassventils 11 strukturiert wird, wird bevorzugt, jede Modellkonstante m, c, k in Abhängigkeit von der Spezifikation des Einlassventils 11 zu bestimmen, um die Steuerung mit höherer Präzision durchzuführen.
Bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die elektromagnetische Kraft zum Betätigen des Ventilkörpers 19 in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert wird, können zusätzlich zu den bei der ersten und zweiten Ausführungsform erwähnten Funktionseffekten die folgenden Funktionseffekte erzielt werden.

(9) Da ein Beobachter zum Beobachten des internen Zustandes des Ventilkörpers 19 auf der Basis eines Feder/Massenvibrationssystemmodells zum Simulieren des Öffnungs- und Schließverhaltens des Ventilkörpers 19 eingesetzt und die den Ventilkörper 19 beeinflussende externe Kraft unter Verwendung dieses Beobachters geschätzt wird, ist es nicht erforderlich, zusätzlich Sensoren zum Schätzen der externen Kraft, beispielsweise des Zylinderdrucks und des Auslassdrucks, vorzusehen. Somit kann der Aufbau der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils vereinfacht werden.
(10) Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die externe Kraft F genau geschätzt werden, und zwar nicht nur in Abhängigkeit von der Kraft, die in Abhängigkeit vom Motorbetrieb variiert, sondern auch in Abhängigkeit von der Schwankung des Reibungswiderstandes am Gleitabschnitt des Ventilkörpers 19, selbst wenn sich der Reibungswiderstand am Gleitabschnitt des Ventilkörpers 19 verändert, beispielsweise in Abhängigkeit von der Motortemperatur. Daher kann eine höhere Genauigkeit beim Schätzen der externen Kraft F erzielt werden, und die Konvergenz der tatsächlichen Verschiebungs-, größe x und der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" relativ zur Sollverschiebungsgröße xt und zur Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt kann verbessert werden.
(11) Wenn die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19 berechnet wird, indem das Detektionssignal des Verschiebungsgrößensensors 52 differenziert wird, wie in Formel (3) gezeigt, und wenn das Rauschsignal in das Detektionssignal des Verschiebungsgrößensensors 52 eingemischt wird, kann die Berechnungsgenauigkeit abfallen, da der Einfluss des Rauschanteiles durch die Differenzierung vergrößert wird. Da jedoch bei der dritten Ausführungsform die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit „v" des Ventilkörpers 19 auch durch Verwendung des Beobachters geschätzt werden kann, kann der Rauscheinfluss eingeschränkt werden. Somit kann die Konvergenz der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" relativ zur Sollverschiebungsgröße xt und zur Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt weiter verbessert werden.

Vierte Ausführungsform:
Es wird nunmehr eine vierte Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei insbesondere die Unterschiede gegenüber der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung herausgestellt werden.
Der Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform besteht darin, dass bei der vierten Ausführungsform das physikalische Modell des Ventilkörpers 19 nicht auf der Basis der Bewegungsgleichung, sondern auf der Basis des Prinzips der Energiebewahrung geformt wird.
In der Praxis wird die tatsächliche Größe der mechanischen Energie (d.h. die Summe aus der Größe der dynamischen Energie und der Größe der elastischen Energie) des Ventilkörpers 19 als Zustandsgröße des Ventilkörpers 19 berechnet, die in Abhängigkeit von den diversen Kräften, die den Ventilkörper 19 beeinflussen, variiert. Ferner wird eine Sollgröße der mechanischen Energie, bei der es sich um den Sollwert der tatsächlichen Größe der mechanischen Energie handelt, ermittelt, um die Abweichung zwischen der Sollgröße der mechanischen Energie und der tatsächlichen Größe der mechanischen Energie zu berechnen. Des weiteren wird der Sollwert der elektromagnetischen Kraft auf der Basis der Energiegrößenabweichung und des Prinzips der Energiebewahrung in bezug auf den Ventilkörper 19 berechnet. Da es nicht erforderlich ist, die externe Kraft F auf der Basis des Detektionsergebnisses der Drucksensoren 54, 56, 58 zu schätzen, werden der Zylinderdrucksensor 54 und der Auslassdrucksensor 58 ausgeschlossen. Der Ansaugdrucksensor 56 findet zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Verwendung.
Das Verfahren zum Steuern der Erregung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 während der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode wird nunmehr anhand des Zeitdiagramms der 6 und des Ablaufdiagramms der 10 in bezug auf den Fall zum Öffnen des Ventilkörpers 19 des Auslassventils 10 in der vollständig geschlossenen Position erläutert. In der Steuereinheit des elektromagnetischen Ventils gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Teil des in den Ablaufdiagrammen der 7–8 gezeigten Prozesses auf unterschiedliche Weise durchgeführt. 10 zeigt die veränderten Schritte.
Gemäß dem in 7 gezeigten Prozess wird nach jeder Durchführung der Schritte 210–240 eine Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i) beim vorliegenden Steuerzyklus t(i) berechnet (d.h. Schritt 252), und zwar beispielsweise auf Basis der folgenden Formel (17). vt(i) = (xt(i) – xt(i – 1))/Δt (17)
In Formel (17) entspricht xt(i – 1) der Sollverschiebungsgröße eines vorhergehenden Steuerzyklus t(i – 1)(siehe 6). Da die Sollverschiebungsgröße xt, die der abgelaufenen Zeit entspricht, bereits bekannt ist, kann die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i) beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) berechnet werden, indem die Funktionsdaten in bezug auf die Sollverschiebungsgröße xt, die im Speicher der ECT 50 gespeichert sind, auf korrekte Weise differenziert werden. Die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i + 1) beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1)(d.h. Schritt 250 in 7) kann in entsprechender Weise berechnet werden.
Die tatsächliche Größe E der mechanischen Energie des Ventilkörpers 19 beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) wird auf Basis der folgenden Formel (18) berechnet (d.h. Schritt 262).
Der erste Term der rechten Seite der vorstehenden Formel (18) entspricht der Größe der dynamischen Energie. „m" entspricht einer Konstanten, die auf der Basis der Masse des beweglichen Abschnittes des Auslassventils 10, bei spielsweise des Ventilkörpers 19, ermittelt wird. Der zweite Term der rechten Seite der Formel (18) entspricht der Größe der elastischen Energie. „k" entspricht einer Konstanten, die auf der Basis der elastischen Eigenschaften der oberen Feder 38 und der unteren Feder 24 ermittelt wird.
Nach der folgenden Formel (19) wird eine Sollgröße Et der mechanischen Energie beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) berechnet (d.h. Schritt 264).
Nachdem somit die tatsächliche Größe E der mechanischen Energie und die Sollgröße Et der mechanischen Energie berechnet worden sind, wird eine Energiegrößenabweichung ΔE zwischen der tatsächlichen Größe E der mechanischen Energie und der Sollgröße Et der mechanischen Energie auf der Basis von Formel (20) berechnet (d.h. Schritt 272). ΔE = E – Et (20)
Die Energiegrößenabweichung ΔE variiert in Abhängigkeit von der externen Kraft, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, wie beispielsweise der Kraft, die den Ventilkörper in Abhängigkeit vom Motorbetrieb und vom Reibungswiderstand am Gleitabschnitt beeinflusst. Je größer die Arbeitsbelastung ist, wenn der Ventilkörper 19 in der Richtung zum Öffnen des Ventils durch die externe Kraft auf der Basis des Zylinderdrucks etc. angezogen wird, desto größer ist die Energiegrößenabweichung ΔE. Wenn beispielsweise keine externe Kraft den Ventilkörper 19. beeinflusst, ist die Größe der mechanischen Energie des Ventilkörpers 19 immer konstant und ändert sich niemals. In der Praxis wird jedoch die Größe der mechanischen Energie des Ventilkörpers 19 durch den Einfluss der externen Kraft verändert, und es wird eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Größe E der mechanischen Energie und der Sollgröße Et der mechanischen Energie erzeugt. Durch Ermittlung der Energiegrößenabweichung ΔE zwischen der tatsächlichen Größe E der mechanischen Energie und der Sollgröße Et der mechanischen Energie, um den Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft auf der Basis der Energiegrößenabweichung ΔE zu bestimmen, kann daher die elektromagnetische Kraft gesteuert werden, ohne dass direkt die externe Kraft erhalten und der Einfluss der externen Kraft reflektiert wird.
In diesem Fall ist die tatsächliche Art und Weise der Steuerung wie folgt. Um die tatsächliche Größe E der mechanischen Energie an die Sollgröße Et der mechanischen Energie im gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) anzupassen, ist es erforderlich, die Energiegrößenabweichung ΔE durch die Arbeit (d.h. die Arbeitsbelastung Fem (xt(i) – x(i)), die über die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 erhalten wurde, zu streichen. Mit anderen Worten, es ist erforderlich, die in der folgenden Formel (21) dargestellte Beziehung zwischen der Energiegrößenabweichung ΔE und der Arbeitsbelastung Fem (xt(i) – (x(i)) zu verwirklichen. ΔE = Fem (xt(i) – x(i)) (21)
Daher wird der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft auf der Basis der folgenden Formel (22) berechnet, die aus Formel (21) erhalten wurde (d.h. Schritt 282). Fem = ΔE/(xt(i) – x(i)) (22)
Nachdem der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft berechnet worden ist, wird festgestellt, ob die Energiegrößenabweichung ΔE größer ist als Null (d.h. Schritt 292). Wenn die Energiegrößenabweichung ΔE gleich Null oder geringer als Null ist (d.h. Schritt 292: Nein), ist die vom Ventilkörper 19 durch die externe Kraft auf der Basis des Zylinderdrucks erhaltene Arbeitsbelastung gering und wird der Ventilkörper 19 nicht in der Richtung zum Öffnen des Ventils mit einer übermäßig hohen Geschwindigkeit verschoben. Da es somit in diesem Fall nicht erforderlich ist, den Ventilkörper 19 in der Richtung zum Schließen des Ventils durch die elektromagnetische Kraft des ersten Elektromagneten 61 (des Elektromagneten für die Schließbetätigung) anzuziehen, wird der FB-Strom Ib auf Null gesetzt (d.h. Schritt 310).
Wenn andererseits die Energiegrößenabweichung ΔE größer ist als Null (d.h. Schritt 292: Ja), ist es erforderlich, die Verschiebungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 19 durch Anziehen des Ventilkörpers 19 in Richtung zum Öffnen des Ventils zu verringern. Somit wird in diesem Fall der FB- Strom Ib auf der Basis des Sollwertes Fem der elektromagnetischen Kraft berechnet (d.h. Schritt 300).
Dann wird der Antriebsstrom I über die Schritte 320–340 berechnet, wie in 8 gezeigt, und die Erregung des ersten Elektromagneten 61 wird auf Basis des Antriebsstromes I gesteuert.
Obwohl vorstehend der Fall zum Öffnen des Ventilkörpers 19 des Auslassventils 10 aus der vollständig geschlossenen Position erläutert wurde, wird die elektromagnetische Kraft des zweiten Elektromagneten 62 in der gleichen Weise gesteuert, wenn der Ventilkörper 19 aus der vollständig geöffneten Position geschlossen wird. Wenn der Ventilkörper des Einlassventils 11 geschlossen und der Ventilkörper des Einlassventils 11 aus der vollständig geschlossenen Position geöffnet wird, wird die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in der gleichen Weise gesteuert.
Obwohl die Bewegungsgleichung des Auslassventils 10 auch Anwendung finden kann, wenn eine Bewegungsgleichung des Einlassventils 11 strukturiert wird, wird bevorzugt, jede Modellkonstante m, k in Abhängigkeit von der Spezifikation des Einlassventils 11 zu bestimmen, um die Steuerung mit höherer Genauigkeit durchzuführen.
Bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die elektromagnetische Kraft zur Betätigung des Ventilkörpers 19 in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert wird, können zusätzlich zu den bei der zweiten Aus führungsform erwähnten Funktionseffekten und dem in (9) der dritten Ausführungsform erwähnten Funktionseffekt die folgenden Funktionseffekte erzielt werden.

(12) Bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Sollwert der elektromagnetischen Kraft unter Anwendung des Prinzips der Energiebewahrung berechnet. Bei dieser Rechnung wird der Einfluss der externen Kraft, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, wie der Kraft, die den Ventilkörper in Abhängigkeit vom Motorbetrieb beeinflusst, und dem Reibungswiderstand des Gleitabschnittes, als Grad der Energiegrößenabweichung ΔE reflektiert. Es ist somit nicht erforderlich, die externe Kraft als solche direkt zu schätzen. Es ist ferner nicht erforderlich, zusätzlich die Sensoren zum Schätzen der externen Kraft vorzusehen, so dass der Aufbau der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils vereinfacht werden kann.

Fünfte Ausführungsform
Es wird nunmehr eine fünfte Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektrischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei insbesondere die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform erläutert werden.
Bei der ersten Ausführungsform wird die Verschiebungsgröße, wenn der Ventilkörper 19 aus der vollständig geschlossenen Position oder aus der vollständig geöffneten Position auf der Basis der elastischen Kraft einer jeden Feder 24, 38 unter der Bedingung frei vibriert, dass der Ventilkörper 19 nur vom Reibungswiderstand am Gleitabschnitt und nicht von der externen Kraft beeinflusst wird, die in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand variiert, als Sollverschiebungsgröße xt ermittelt. Wenn bei der ersten Ausführungsform die tatsächliche Verschiebungsgröße x von der Sollverschiebungsgröße abweicht, wird der FB-Strom Ib mit geeigneter Größe bestimmt, um die Abweichung Δx dazwischen zu beseitigen. Die Auswirkungen der externen Kraft auf Basis des Zylinderdrucks und des Einlasses und Auslasses stellen einen Hauptgrund für die Abweichung der tatsächlichen Verschiebungsgröße x von der Sollverschiebungsgröße dar.
Angesichts des Vorstehenden wird gemäß der fünften Ausführungsform die externe Kraft auf der Basis des Feder/Massenvibrationssystemmodells zum Simulieren des Öffnungs- und Schließverhaltens des Ventilkörpers 19 geschätzt, indem die elektromagnetische Kraft mit einer gerichteten Kraft entgegengesetzt zum ersten oder zweiten Elektromagneten 61, 62 erzeugt wird. Der Ventilkörper 19 wird unter der Bedingung betätigt (d.h. geöffnet/geschlossen), gemäß der der Ventilkörper 19 nur durch den Reibungswiderstand an jedem Gleitabschnitt beeinflusst wird. Mit anderen Worten, bei der fünften Ausführungsform wird die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 während der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode so gesteuert, dass die externe Kraft, die den Ventilkörper tatsächlich beeinflusst, an einen Sollwert angepasst wird, indem der Reibungswiderstand als Sollwert der externen Kraft, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, ermittelt wird. Obwohl die Summe aus dem FF-Strom If und dem FB-Strom Ib als Antriebsstrom I nach der unabhängigen Berechnung des FF-Stromes If und FB-Stromes Ib bei der ersten Ausführungsform bestimmt wird, wird bei der fünften Ausführungsform der Antriebsstrom I direkt auf Basis der Abweichung zwischen dem Sollwert und der den Ventilkörper 19 tatsächlich beeinflussenden externen Kraft berechnet.
Das Verfahren der Erregungssteuerung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 gemäß der fünften Ausführungsform wird in Verbindung mit den 11–12 erläutert, wobei der Fall zum Öffnen des Ventilkörpers 19 des Auslassventils 10 in der vollständig geschlossenen Position betrachtet wird. 11 ist ein Zeitdiagramm, das die zeitliche Verschiebung der Verschiebungsgröße (gezeigt mit einer durchgezogenen Linie) und die tatsächliche Verschiebungsgröße x (gezeigt mit einer gestrichelten Linie) des Ventilkörpers 19 zeigt, wenn eine Beeinflussung nur durch den Reibungswiderstand erfolgt, und zwar in dem Fall, in dem die Verschiebung des Ventilkörpers 19 in der vollständig geschlossenen Position in Öffnungsrichtung des Ventils vom Öffnungsbetätigungsstartzeitpunkt (d.h. Zeit t(0)) beginnt. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren zeigt, wenn die Erregung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 gesteuert wird. Eine Reihe von Schritten, die im Ablaufdiagramm gezeigt ist, wird von der ECU 50 auf wiederholte Weise durchgeführt, wobei ein vorgegebenes Zeitintervall Δt eingehalten wird.
Bei der Reihe von Schritten wird zuerst bestimmt, ob der gegenwärtige Steuerzyklus t(i) innerhalb der Verschie bungsgeschwindigkeitseinstellperiode liegt (d.h. Schritt 410). Wenn festgestellt wird, dass der gegenwärtige Steuerzyklus nicht innerhalb der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode liegt (d.h. Schritt 410: Nein), wird die Reihe der Schritte beendet. Während der Halteperiode vor der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode wird der Antriebsstrom I auf einen Wert (Haltestrom) zum Halten des Auslassventils 10 im vollständig geschlossenen Zustand über eine andere Transaktion, die sich von der Reihe der Transaktionen unterscheidet, festgelegt.
Wenn andererseits der gegenwärtige Steuerzyklus t(i) innerhalb der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode liegt (d.h. Schritt 410: Ja), wird die tatsächliche Verschiebungsgröße x(i) eingegeben (d.h. Schritt 420), wonach die tatsächliche Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) gemäß Formel (3) berechnet wird (d.h. Schritt 430).
Mit der folgenden Formel (23) wird die tatsächliche Beschleunigung a(i) des Ventilkörpers 19 im gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) berechnet (d.h. Schritt 430). a(i) = (v(i) – v(i – 1))/Δt (23)
In Formel (23) entspricht v(i – 1) der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit, die in einem vorhergehenden Steuerzyklus t(i – 1) berechnet wurde (d.h. entsprechend t(i – Δt) (siehe 11).
Nach Berechnung der tatsächlichen Beschleunigung a(i) und der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) in der vorstehend beschriebenen Weise wird die tatsächliche elektromagnetische Kraft f(i), die den Ventilkörper 19 im gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) beeinflusst, nach der folgenden Formel (24) berechnet (d.h. Schritt 450). f(i) = K2 · (I/G)2 + K3 (24)K₂, K₃: Konstante
Gemäß Formel (24) entspricht I einem Antriebsstrom (d.h. Befehlswert), der im vorhergehenden Steuerzyklus t(i – 1) berechnet wurde. G entspricht der Distanz des Luftspaltes im gegenwärtigen Zyklus t(i). Wenn die Größe des Antriebsstromes, der relativ zum ersten Elektromagneten 61 im gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) abgegeben wurde, von der ECU 50 beobachtet werden kann, kann der Wert des tatsächlichen Antriebsstromes anstelle des Befehlswertes des Antriebsstromes für die vorstehend erwähnte Formel (24) substituiert werden.
Durch Modellierung des Auslassventils 10 als Feder/Massenvibrationssystem kann die folgende Bewegungsgleichung (25) erhalten werden. m · a(i) + c · v(i) + k · x(i) = F + f(i) (25)
Gemäß der Bewegungsgleichung (25) entspricht jede Modellkonstante m, c, k der in der vorstehenden Formel (8) de finierten Konstanten. F entspricht der externen Kraft F, d.h. der resultierenden Kraft der den Ventilkörper 19 beeinflussenden Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks und des Reibungswiderstandes Ff.
Gemäß der nachfolgenden Formel (26), die aus der Bewegungsgleichung (25) erhalten wird, wird die externe Kraft F berechnet (d.h. Schritt 460). F = m · a(i) + c · v(i) + k · x(i) – f(i) (26)
Nach dem Berechnen der externen Kraft F wird die Abweichung ΔF zwischen der externen Kraft F und dem Sollwert Ft (d.h. Sollwert der externen Kraft) auf der Basis der folgenden Formel (27) berechnet (d.h. Schritt 470). ΔF = Ft – F (27)(Ft = Ff)
Wie vorstehend beschrieben, wird bei der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Sollwert Ft der externen Kraft als Reibungswiderstand Ff an jedem Gleitabschnitt des Ventilkörpers 19 bestimmt. Wenn daher keine Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks den Ventilkörper 19 beeinflusst, wird die Abweichung ΔF der externen Kraft als Null berechnet. Wenn andererseits die Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks den Ventilkörper 19 in der Richtung zum Verschieben des Ventilkörpers 19 zum Öffnen des Ventils (der Richtung zum Verschieben des Ventilkörpers 19 zum Schließen des Ventils bei der Schließbetätigung) be einflusst, wird die Abweichung ΔF der externen Kraft größer als Null. Je größer Fp (|Fp|) ist, desto größer wird die Abweichung ΔF der externen Kraft. Durch Erzeugung der elektromagnetischen Kraft mit der gleichen Größe wie die Abweichung ΔF der externen Kraft im ersten Elektromagneten 61 (d.h. dem zweiten Elektromagneten 62 beim Schließvorgang) wird daher die Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, durch die elektromagnetische Kraft neutralisiert. Somit wird der Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventils unter der Bedingung verschoben, dass nur der Reibungswiderstand Ff den Ventilkörper 19 beeinflusst.
Dann wird festgestellt, ob die Abweichung ΔF der externen Kraft größer als Null ist (d.h. Schritt 480). Wenn die Abweichung ΔF der externen Kraft gleich Null oder geringer als Null ist (d.h. Schritt 480: Nein), wird der Antriebsstrom I (d.h. der Befehlswert) mit Null ermittelt, da die Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks den Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventils nicht beeinflusst und es somit nicht erforderlich ist, die Verschiebungsgeschwindigkeit durch Anziehen des Ventilkörpers 19 in Öffnungsrichtung des Ventils herabzusetzen (d.h. Schritt 500).
Wenn andererseits die Abweichung ΔF der externen Kraft größer ist als Null, wird der Antriebsstrom I auf der Basis der folgenden Formel (28) berechnet, um die Kraft Fp durch die elektromagnetische Kraft des ersten Elektromagneten 61 zu neutralisieren, da die Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks etc. den Ventilkörper 19 in Öffnungsrichtung des Ventils beeinflusst (d.h. Schritt 490). I = K4 · G · √ΔF + K5 (28)K₄, K₅: Konstante
Der Antriebsstrom I wird dem ersten Elektromagneten 61 vom gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) unmittelbar vor dem nächsten Steuerzyklus t(i + 1) zugeführt (d.h. Schritt 510). Nach dem Steuern der elektromagnetischen Kraft des ersten Elektromagneten 61 in der vorstehend beschriebenen Weise wird die Reihe der Schritte beendet.
Obwohl vorstehend der Fall des Öffnens des Ventilkörpers 19 des Auslassventils 10 aus der vollständig geschlossenen Position erläutert wurde, wird auch die elektromagnetische Kraft des zweiten Elektromagneten 62 in der gleichen Weise gesteuert, wenn der Ventilkörper 19 aus der vollständig geöffneten Position geschlossen wird. Wenn der Ventilkörper des Einlassventils 11 aus der vollständig geöffneten Position geschlossen und der Ventilkörper des Einlassventils 11 aus der vollständig geschlossenen Position geöffnet wird, werden die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in der gleichen Weise gesteuert.
Obwohl die Bewegungsgleichung des Auslassventils 10 Anwendung finden kann, wenn eine Bewegungsgleichung des Einlassventils 11 strukturiert wird, wird bevorzugt, jede Modellkonstante m, c, k in Abhängigkeit von der Spezifikation des Einlassventils 11 zu ermitteln, um die Steuerung mit höherer Genauigkeit durchzuführen.
Bei der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Ventilkörper 19 in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert wird, können zusätzlich zu den in (4) der ersten Ausführungsform erwähnten Funktionseffekten die folgenden Funktionseffekte erreicht werden.

(13) Bei der fünften Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils der vorliegenden Erfindung wird die externe Kraft F, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, unter Verwendung eines Modells (d.h. der Bewegungsgleichung) geschätzt, das das Auslassventil 10 oder das Einlassventil 11 als Feder/Massenvibrationssystem modelliert. Dann werden die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis der Abweichung ΔF zwischen der geschätzten externen Kraft F und dem Sollwert Ft der externen Kraft (d.h. dem Reibungswiderstand Ff) gesteuert. Wenn daher die Größe der externen Kraft F, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, vom Sollwert Ft der externen Kraft um die Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks und des Einlass- und Auslassdrucks, die den Ventilkörper 19 bei dessen Betätigung beeinflussen (d.h. beim Öffnen und Schließen), abweicht, werden die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis der Abweichung ΔF der externen Kraft so gesteuert, dass die externe Kraft F an den Sollwert Ft der externen Kraft angepasst wird. Selbst wenn daher die Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks und des Einlass- und Auslassdrucks in Abhängigkeit vom Motorbetrieb variiert, kann die elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 jederzeit in geeigneter Weise korrigiert und somit ein Abfall der Funktionsbeständigkeit infolge eines Aufpralls beim Öffnungs-Schließvorgang vermindert werden. Da darüber hinaus die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in Abhängigkeit von der Abweichung der externen Kraft in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert werden und die elektromagnetische Kraft jederzeit auf einen geeigneten Wert für den Motorbetriebszustand gesteuert wird, ist es nicht länger erforderlich, die Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der entsprechenden geeigneten elektromagnetischen Kraft zu ermitteln. Somit kann die Bestimmung der Steuerkonstanten vereinfacht werden.
(14) Bei der fünften Ausführungsform wird die externe Kraft F aus einem Modell (d.h. einer Bewegungsgleichung) berechnet, das das Auslassventil 10 und das Einlassventil 11 als Feder/Massenvibrationssystem modelliert, und wird der Antriebsstrom I auf der Basis der Abweichung ΔF zwischen der externen Kraft und dem Sollwert Ft der externen Kraft berechnet. Somit kann die Größe des Antriebsstromes I ermittelt werden, während das dynamische Verhalten des Ventilkörpers 19 bestätigt wird, und die Verschiebungsgeschwindigkeit herabgesetzt werden, indem der Ventilkörper 19 mit der geeigneten elektromagneti schen Kraft auf der Basis des Antriebsstromes I beaufschlagt wird. Infolgedessen kann die Konvergenz der externen Kraft F relativ zum Sollwert Ft der externen Kraft verbessert werden.
(15) Da die den Ventilkörper 19 beeinflussende externe Kraft F auf der Basis des Feder/Massenvibrationssystemmodells zum Simulieren des Öffnungs- und Schließverhaltens des Ventilkörpers 19 geschätzt wird, ist es nicht erforderlich, zusätzlich Sensoren zum Schätzen der externen Kraft F, wie beispielsweise den Zylinderdrucksensor und den Auslassdrucksensor, vorzusehen. Somit kann der Aufbau der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils vereinfacht werden.
(16) Da die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis der Abweichung ΔF zwischen der den Ventilkörper 19 beeinflussenden externen Kraft F und dem Sollwert Ft der externen Kraft gesteuert werden, werden nicht länger komplizierte Abweichungen, wie die Ermittlung der Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der entsprechenden geeigneten elektromagnetischen Kraft hierfür in bezug auf das Auslassventil 10 und das Einlassventil 11 benötigt. Somit können die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 unter Verwendung der gleichen Steuerlogik sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Einlassventils 11 und beim Öffnen und Schließen des Auslassventils 10 in geeigneter Weise gesteuert werden.
(17) Da der Sollwert Ft der externen Kraft relativ zur externen Kraft F, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, als Reibungswiderstand Ff an jedem Gleitabschnitt des Ventilkörpers 19 vorgegeben wird, kann der Ventilkörper 19 von einem Verschiebungsende zum anderen Verschiebungsende verschoben werden, während die Größe der elektromagnetischen Kräfte, mit denen der erste und zweite Elektromagnet 61, 62 den Ventilkörper 19 beaufschlagen, während Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperioden minimiert werden kann. Auf diese Weise kann der Stromverbrauch bei Betätigung des Ventilkörpers 19 reduziert werden.
(18) Da der Antriebsstrom I selbst dann auf der Basis der Distanz des Luftspaltes G variabel ermittelt wird, wenn die Abweichung ΔF der externen Kraft die gleiche ist, wenn der Antriebsstrom I aus der Abweichung ΔF der externen Kraft berechnet wird, kann der Antriebsstrom I als der der Distanz des Luftspaltes G entsprechende Wert berechnet werden und kann der Ventilkörper 19 mit einer elektromagnetischen Kraft einer geeigneten Größe beaufschlagt werden. Infolgedessen kann die Konvergenz der externen Kraft F relativ zum Sollwert Ft der externen Kraft verbessert werden.

Sechste Ausführungsform
Es wird nunmehr eine sechste Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei insbesondere die Unterschiede gegenüber der fünften Ausführungsform herausgehoben werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird während der Halteperiode, die der Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode vorausgeht, der Haltestrom dem ersten Elektromagneten 61 oder dem zweiten Elektromagneten 62 zugeführt, um den Ventilkörper 19 in der vollständig geschlossenen Position oder der vollständig geöffneten Position zu halten. Der Ventilkörper 19 (der Anker 28) wird durch die vorgegebene elektromagnetische Kraft angezogen, um mit dem oberen Kern 32 des ersten Elektromagneten 61 oder dem unteren Kern 34 des zweiten Elektromagneten 62 in Kontakt zu treten. Wenn die Halteperiode endet und die Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode beginnt, wird die Zufuhr des Haltestromes gestoppt, wodurch die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62, die den Ventilkörper 19 angezogen haben, beseitigt werden.
In der Praxis wird jedoch selbst nach dem Stoppen der Zufuhr des Haltestromes eine restliche elektromagnetische Kraft im Anker 28 und dem oberen und unteren Kern 32, 34 erzeugt. Ferner ist beim Steuern der Antriebsschaltung des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 zum Stoppen der Zufuhr des Haltestromes eine vorgegebene Ansprechverzöge rung vorhanden, bis der Haltestrom tatsächlich einen Nullwert erreicht. Wenn daher, wie in 13 gezeigt, der Ventilkörper 19 nach dem Übergang von der Halteperiode zur Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode betätigt wird, beeinflussen vom Beginn des Öffnungs- oder Schließvorganges bis zum Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer (d.h. Zeitdauer t0–t1) die im ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 erzeugten elektromagnetischen Kräfte infolge der restlichen elektromagnetischen Kraft und der Anspruchsverzögerung des Haltestromes (d.h. hiernach als restliche elektromagnetische Kraft Fr nach dem Halten bezeichnet) den Ventilkörper 19. Somit wird der Ventilkörper 19 in Schließrichtung des Ventils (d.h. beim Öffnungsvorgang) oder in Öffnungsrichtung des Ventils (d.h. beim Schließvorgang) durch die restliche elektromagnetische Kraft Fr nach dem Halten angezogen.
Wenn daher der Antriebsstrom I ermittelt wird, ohne den Einfluss der restlichen elektromagnetischen Kraft Fr nach dem Halten zu berücksichtigen, beeinflusst daher eine übermäßig große elektromagnetische Kraft den Ventilkörper 19 unmittelbar nach dem Übergang von der Halteperiode zur Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode, da jede elektromagnetische Kraft des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 zum Anziehen des Ventilkörpers 19 in Schließrichtung des Ventils (d.h. beim Öffnungsvorgang) oder in Öffnungsrichtung des Ventils (d.h. beim Schließvorgang) um einen Wert größer wird, der der restlichen elektromagnetischen Kraft Fr nach dem Halten entspricht.
Wenn die tatsächliche elektromagnetische Kraft f(i) auf der Basis des tatsächlichen Antriebsstromes (d.h. Schritt 450 in 12) berechnet wird, indem die Größe des Antriebsstromes beobachtet wird, der tatsächlich dem ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 zugeführt wird, wie bei der fünften Ausführungsform gezeigt, kann der Antriebsstrom I (d.h. Befehlswert) unter Berücksichtigung der im ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 erzeugten elektromagnetischen Kraft selbst nach dem Übergang auf die Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode infolge der Ansprechverzögerung des Haltestromes berechnet werden. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, zusätzliche Mechanismen zur Beobachtung des tatsächlichen Antriebsstromes in der ECU 50 vorzusehen, wodurch die Komplexität der Einheit erhöht wird. Darüber hinaus kann selbst in diesem Fall die restliche elektromagnetische Kraft Fr nach dem Halten, die im Anker 28 und dem oberen und unteren Kern 32, 34 erzeugt wird, nicht berücksichtigt werden.
Angesichts des Vorhergehenden wird bei der sechsten Ausführungsform der Steuervorrichtung des elektromagnetischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung die den Ventilkörper 19 beeinflussende Kraft, wenn der Ventilkörper unter der Bedingung betätigt (d.h. geöffnet und geschlossen) wird, dass er nicht durch die Kraft Fp auf der Basis des Zylinderdrucks und des Einlass- und Auslassdrucks beeinflusst wird, d.h. eine resultierende Kraft der restlichen elektromagnetischen Kraft Fr nach dem Halten und des Reibungswiderstandes Ff, die vorher durch Versuche ermittelt wurde, als Sollwert Ft der externen Kraft bestimmt, wie in der nachfolgenden Formel (29) angegeben. Ft = Fr + Ff (29)
Durch die Reihe der in 12 gezeigten Schritte wird die Abweichung ΔF zwischen der externen Sollkraft Ft und der externen Kraft F, die tatsächlich den Ventilkörper 19 beeinflusst, berechnet. Dann werden die Erregungen des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis des aus der Abweichung ΔF berechneten Antriebsstromes I gesteuert.
Bei der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die elektromagnetische Kraft zur Betätigung des Ventilkörpers 19 in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert wird, können zusätzlich zu den bei der fünften Ausführungsform erläuterten Operationseffekten die folgenden Operationseffekte erreicht werden.

(19) Da die externe Sollkraft Ft als resultierende Kraft der restlichen elektromagnetischen Kraft Fr nach dem Halten und des Reibungswiderstandes Ff vorgegeben wird und die elektromagnetischen Kräfte des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 auf der Basis der Abweichung ΔF dazwischen so gesteuert werden, dass die tatsächliche externe Kraft F an die externe Sollkraft Ft angepasst wird, kann die geeignete elektromagnetische Kraft, die der restlichen elektromagnetischen Kraft Fr nach dem Halten entspricht, im ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 erzeugt werden, ohne dass die Komplexität der Einheit vergrößert wird, so dass auf diese Weise ein geeigneter Mechanismus zum Beobachten des tatsächlichen Antriebsstromes zur Verfügung gestellt wird. Ein Abfall der Operationsstabilität infolge eines Aufpralles beim Öffnungs-Schließ-Vorgang kann daher weiter auf geeignete Weise gesteuert werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert wurde, kann sie wie folgt verändert werden.
Obwohl bei den vorstehenden Ausführungsformen der Haltestrom dem ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 während der Halteperiode zum Halten des Ventilkörpers 19 in der vollständig geschlossenen Position oder in der vollständig geöffneten Position durch die elektromagnetische Kraft, die durch die Zufuhr des Haltestromes erzeugt wird, zugeführt wird, kann der Ventilkörper 19 auch in der vollständig geschlossenen Position oder der vollständig geöffneten Position durch die elektromagnetische Kraft eines Permanentmagneten gehalten werden, indem der obere und untere Kern 32, 34 des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 mit den Permanentmagneten versehen werden. In diesem Fall wird durch Erzeugung des Magnetflusses im ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 in entgegengesetzter Richtung zum Magnetfluss, der vom Permanentmagneten erzeugt wurde, der Magnetfluss des Permanentmagneten beseitigt.
Obwohl bei der ersten bis vierten Ausführungsform die Sollverschiebungsgröße xt relativ zur tatsächlichen Verschiebungsgröße x bestimmt und die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt aus der Sollverschiebungsgröße xt berechnet wird, falls erforderlich, kann die Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt relativ zur tatsächlichen Verschiebungsgröße x des Ventilkörpers 19 durch vorheriges Speichern in der ECU 50 vorgegeben sein.
Obwohl gemäß der ersten Ausführungsform nur eine proportionale Größe (P) der PID-Steuerung (d.h. gleich Kp · Δx) berechnet wird, wenn der FB-Strom Ib berechnet wird, kann zusätzlich eine Integralgröße (I)(d.h. gleich ∫Ki · Δx · dt) und eine Differentialgröße (D)(d.h. gleich Kd · d (Δx)/dt) berechnet werden. In entsprechender Weise kann beim Berechnen des Antriebsstromes I aus dem Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft, der auf Basis der Energiegrößenabweichung ΔE berechnet wurde, zusätzlich zur proportionalen Größe eine Integralgröße und eine Differentialgröße berechnet werden. Hierdurch kann die Konvergenz der externen Kraft F, die den Ventilkörper 19 beeinflusst, und der Zustandsgröße (d.h. Verschiebungsgröße und Verschiebungsgeschwindigkeit), die in Abhängigkeit von der externen Kraft F relativ zum Sollwert variiert, verbessert werden.
Obwohl bei der ersten Ausführungsform die Abweichung Δx als Parameter berechnet wird, der die Abweichung zwischen der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der Sollverschiebungsgröße xt zeigt, kann beispielsweise die Abweichung auch durch das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der Sollverschiebungsgröße xt (d.h. x/xt) ausgewertet werden. In entsprechender Weise kann in der fünften und sechsten Ausführungsform die Abweichung zwischen der externen Kraft F, die den Ventilkörper 19 tatsächlich beeinflusst, und der externen Sollkraft Ft durch das Verhältnis dazwischen (d.h. F/Ft) ausgewertet werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Kraft, die eine Beeinflussung in Abhängigkeit von der Motorlast relativ zum Auslassventil 10 bewirkt, auf der Basis des Differenzdrucks zwischen dem Zylinderdruck und dem Auslassdruck geschätzt. Da die Schwankungen des Auslassdrucks generell im Vergleich zu den Schwankungen des Zylinderdrucks, der in Abhängigkeit vom Motorbetrieb stark variiert, relativ gering sind, kann die das Auslassventil 10 beeinflussende Kraft nur auf der Basis des Zylinderdrucks geschätzt werden, indem der Auslassdruck als konstant angenommen wird. Der Auslassdruck kann auch auf der Basis des Zylinderdrucks geschätzt werden, da der Zylinderdruck und der Auslassdruck zueinander korreliert sind. Auf diese Weise kann der Auslassdrucksensor 58 vermieden werden, wodurch der Aufbau der Steuereinheit vereinfacht wird.
Obwohl der zum Schätzen der externen Kraft verwendete Ansaugdruck bei der zweiten Ausführungsform direkt vom Ansaugdrucksensor detektiert wird, kann der Ansaugdruck auch auf der Basis der Ansaugluftmenge und der Motordrehzahl, die beispielsweise von einem Durchflussmesser detektiert wird, geschätzt werden.
Obwohl der Sollwert „a" der Beschleunigung des Ventilkörpers 19 bei der zweiten Ausführungsform auf der Basis der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) und der Sollverschie bungsgeschwindigkeit vt(i + 1) beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1) berechnet wird, kann der Beschleunigungssollwert „a" auch auf der Basis der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit v(i) beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) und der Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt(i) berechnet werden.
Obwohl der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft bei der vierten Ausführungsform auf der Basis der Energiemengenabweichung ΔE zwischen der tatsächlichen Menge E der mechanischen Energie des Ventilkörpers 19 beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) und der Sollmenge Et der mechanischen Energie berechnet wird, kann der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft auch auf der Basis der Energiemengenabweichung ΔE zwischen der tatsächlichen Menge E der mechanischen Energie beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) und der Sollmenge Et der mechanischen Energie beim nächsten Steuerzyklus t(i + 1) berechnet werden.
Obwohl der Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft bei der vierten Ausführungsform auf Basis der Formel (22) berechnet wird, kann auch die Summe der externen Kraft, die den Ventilkörper 19 beim gegenwärtigen Steuerzyklus t(i) beeinflusst, und des Wertes zum Beseitigen der geschätzten externen Kraft, d.h. der aus Formel (23) erhaltenen Kraft in entgegengesetzter Richtung, als Sollwert Fem der elektromagnetischen Kraft eingestellt werden. Da hierbei die durch die externe Kraft erzeugte Energiemengenabweichung ΔE in vorwärts gerichteter Weise beseitigt wird, kann die Konvergenz der tatsächlichen Verschiebungsgröße x und der tatsächlichen Verschiebungsgeschwindigkeit „v" relativ zur Sollverschiebungsgröße xt und Sollverschiebungsgeschwindigkeit vt weiter erhöht werden. Wie bei der zweiten Ausführungsform erwähnt, kann die externe Kraft auf Basis des Detektionssignals der Drucksensoren 54, 56, 58 oder unter Verwendung des Beobachters wie bei der dritten Ausführungsform geschätzt werden.
Obwohl der am Gleitabschnitt des Ventilkörpers 19 erzeugte Reibungswiderstand Ff oder die resultierende Kraft aus dem Reibungswiderstand Ff und der restlichen elektromagnetischen Kraft Fr nach dem Halten bei der fünften und sechsten Ausführungsform als externe Sollkraft Ft bestimmt wird, kann die externe Sollkraft Ft auch mit Null oder nur als restliche elektromagnetische Kraft Fr nach dem Halten festgelegt werden.
Obwohl der Antriebsstrom I des ersten und zweiten Elektromagneten 61, 62 bei der fünften und sechsten Ausführungsform direkt auf Basis der Abweichung ΔF der externen Kraft berechnet wird, kann der Antriebsstrom I auch als Summe des FB-Stromes Ib, berechnet als Produkt aus der Abweichung ΔF der externen Kraft und des Feedback-Zuwachses in Abhängigkeit vom Luftspalt G, und des FF-Stromes If, bestimmt als konstanter Wert in entgegengesetzter Richtung zum Haltestrom nach dem Übergang von der Halteperiode zur Verschiebungsgeschwindigkeitseinstellperiode bis zum Ablauf einer vorgegebenen Zeit, berechnet werden. Des weiteren kann in diesem Fall der FB-Strom Ib auch als Summe der Integralgröße und Differentialgröße zusätzlich zur proportionalen Größe berechnet werden.
Obwohl bei der fünften und sechsten Ausführungsform die externe Kraft F auf Basis der Formel (26) geschätzt wird, die aus der Bewegungsgleichung (25) in bezug auf das Feder/Massenvibrationssystemmodell zum Simulieren des Öffnungs- und Schließverhaltens des Ventilkörpers 19 erhalten wurde, kann die externe Kraft F auch unter Verwendung des Beobachters zum Beobachten des internen Zustandes des Ventilkörpers auf Basis des Feder/Massenvibrationssystemmodells geschätzt werden, wie bei der dritten Ausführungsform erwähnt.
Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen derselben beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist. Sie soll vielmehr auch diverse Modifikationen und äquivalente Ausführungsformen abdecken. Während die verschiedenen Elemente der bevorzugten Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, sind diese nur beispielhaft. Andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr oder weniger Elemente oder nur ein einziges Element betreffen, liegen ebenfalls im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
Eine Sollwertverschiebungsgröße (xt) in bezug auf eine Verschiebungsgröße (x) bei Verschiebung eines Ventilkörpers (19) von einer vollständig geschlossenen Position in eine vollständig geöffnete Position oder von der vollständig geöffneten Position in die vollständig geschlossene Position wird in einem Speicher einer ECU (50) gespeichert. Die Sollverschiebungsgröße xt wird als Verschiebungsgröße beim Öffnen und Schließen des Ventilkörpers unter der Bedingung ermittelt, dass der Ventilkörper nur vom Reibungswiderstand (Ff) und nicht von einer externen Kraft (Fp), die in Abhängigkeit von einem Motorbetriebszustand variiert, beeinflusst wird. Die ECU berechnet einen elektrischen Feedback-Strom Ib auf der Basis einer Abweichung (Δx) zwischen der Verschiebungsgröße (x) und der Sollverschiebungsgröße (xt)(d.h. Schritte S110–S180) und steuert die Erregung des Elektromagneten auf der Basis eines Antriebsstromes I, der als Summe des FB-Stromes (Ib) und eines elektrischen Vorwärtsbewegungsstromes (If) zum Beseitigen der restlichen elektromagnetischen Kraft des Elektromagneten zum Betätigen des Ventils berechnet wird (d.h. Schritt S190, S200).

Claims

Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils mit einem Ventilkörper (19), der als Einlassventil (11) oder Auslassventil (10) eines Verbrennungsmotors wirkt, und zwei Elektromagneten (61, 62), die einen am Ventilkörper (19) vorgesehenen Anker (28) mit einer elektromagnetischen Kraft beaufschlagen, um den Ventilkörper (19) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu verschieben, wobei der Ventilkörper (19) in die erste Position gegen die elastische Kraft einer ersten Feder (24, 38) und in die zweite Position gegen die elastische Kraft einer zweiten Feder (24, 38) zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft bewegt wird, wobei die Steuervorrichtung umfasst eine Feststelleinrichtung (50) zum Feststellen einer auf den Ventilkörper einwirkenden Kraft, wenn der Ventilkörper (19) aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, und einer Zu standsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der auf den Ventilkörper (19) einwirkenden Kraft verändert, und eine Steuereinrichtung (50) zum Steuern der elektromagnetischen Kraft der Elektromagneten (61, 62), um den Anker (28) in die erste Position zu drücken, wobei die Feststelleinrichtung (50) einen Sollwert (Ft) der den Ventilkörper beaufschlagenden Kraft oder der Zustandsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der den Ventilkörper (19) beaufschlagenden Kraft verändert, feststellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) die elektromagnetische Kraft der Elektromagneten (61, 62) zum Drücken des Anker (28) in die erste Position auf der Basis einer Abweichung zwischen der festgestellten Kraft und dem Sollwert der Kraft oder der festgestellten Zustandsgröße und dem Sollwert der Zustandsgröße so steuert, dass die Abweichung minimiert wird, wenn der Ventilkörper aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststelleinrichtung (50) die Zustandsgröße des Ventilkörpers (19), die in Abhängigkeit von der Summe der auf den Ventilkörper (19) einwirkenden Kräfte, wenn der Ventilkörper von der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, variiert, auf Basis der elastischen Kraft der Feder als Sollwert feststellt.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) eine Feedback-Steuerung der elektromagnetischen Kraft auf der Basis einer Abweichung durchführt.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) eine Feedback-Zunahme, wenn sie die Feedback-Steuerung der elektromagnetischen Kraft durchführt, auf Basis der Distanz eines Luftspaltes (G) zwischen dem Anker (28) und den Elektromagneten (61, 62) feststellt.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) einen Wert der elektromagnetischen Kraft, der zum Minimieren der Abweichung erforderlich ist, auf Basis eines physikalischen Bewegungsmodells des elektromagnetischen Ventils, das die festgestellte Kraft und/oder die Zustandsgröße als Modellvariable aufweist, berechnet und die elektromagnetische Kraft auf Basis des erforderlichen Wertes der elektromagnetischen Kraft steuert.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße eine Verschiebungsgröße des Ventilkörpers (19) ist und die Steuereinrichtung (50) die elektromagnetische Kraft auf Basis der Abweichung zwischen der detektierten Verschiebungsgröße (x) und dem Sollwert (Xt) der Verschiebungsgröße steuert.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße eine Verschiebungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers (19) ist und die Steuereinrichtung (50) die elektromagnetische Kraft auf Basis der Abweichung zwischen der Verschiebungsgeschwindigkeit (v) und dem Sollwert (vt) der Verschiebungsgeschwindigkeit steuert.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße die Größe der mechanischen Energie des Ventilkörpers (19) ist und die Steuereinrichtung (50) die elektromagnetische Kraft auf Basis der Abweichung zwischen der detektierten Größe (E) der mechanischen Energie und dem Sollwert (Et) der Größe der mechanischen Energie steuert.
Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststelleinrichtung (50) die den Ventilkörper (19) beaufschlagende Kraft feststellt, indem sie die den Ventilkörper beaufschlagende Kraft schätzt, und die Steuereinrichtung (50) die elektromagnetische Kraft auf Basis der Abweichung zwischen der geschätzten Kraft (F), die den Ventilkörper beaufschlagt, und dem Sollwert (Ft) der den Ventilkörper beaufschlagenden Kraft steuert.
Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils mit einem Ventilkörper (19), der als Einlassventil (11) oder Auslassventil (10) eines Verbrennungsmotors wirkt, und zwei Elektromagneten (61, 62), die einen Anker (28), der am Ventilkörper (19) vorgesehen ist, mit einer elektromagnetischen Kraft beaufschlagen, um den Ventilkörper (19) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu verschieben, wobei der Ventilkörper (19) in die erste Position gegen eine elastische Kraft einer ersten Feder (24, 38) und in die zweite Position gegen eine elastische Kraft einer zweiten Feder (24, 38) zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft bewegt wird, mit den folgenden Schritten: Feststellen einer den Ventilkörper (19) beaufschlagenden Kraft, wenn der Ventilkörper (19) aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, und einer Zustandsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der den Ventilkörper beaufschlagenden Kraft verändert, und Feststellen eines Sollwertes (Ft) der den Ventilkörper (19) beaufschlagenden Kraft, wenn dieser aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, oder der Zustandsgröße des Ventilkörpers, die sich in Abhängigkeit von der den Ventilkörper (19) beaufschlagenden Kraft verändert, gekennzeichnet durch das Steuern der elektromagnetischen Kraft der Elektromagneten (61, 62) zum Drücken des Ankers (28) in die erste Position auf Basis einer Abweichung zwischen der festgestellten Kraft und dem Sollwert dieser Kraft oder der festgestellten Zustandsgröße und dem Sollwert dieser Zustandsgröße derart, dass die Abweichung minimiert wird, wenn der Ventilkörper (19) aus der ersten Position in die zweite Position verschoben wird.
Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Kraft durch Durchführung einer Feedback-Steuerung auf Basis der Abweichung gesteuert wird.
Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Durchführung der Feedback-Steuerung der elektromagnetischen Kraft eine Feedback-Zunahme auf Basis einer Distanz eines Luftspaltes (G) zwischen dem Anker (28) und den Elektromagneten (61, 62) festgestellt wird.
Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert der elektromagnetischen Kraft, der zum Minimieren der Abweichung erforderlich ist, auf Basis eines physikalischen Bewegungsmodells des elektromagnetischen Ventils, das die Kraft und/oder die Zustandsgröße als Modellvariable aufweist, berechnet wird und die elektromagnetische Kraft auf Basis des erforderlichen Wertes der elektromagnetischen Kraft gesteuert wird.
Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße eine Verschiebungsgröße (x) des Ventilkörpers ist und der Steuerschritt des weiteren das Steuern der elektromagnetischen Kraft auf Basis einer Abweichung zwischen der detektierten Verschiebungsgröße (x) und dem Sollwert (xt) der Verschiebungsgröße umfasst.
Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße eine Verschiebungsgeschwindigkeit (v) des Ventilkörpers ist und der Steuerschritt des weiteren das Steuern der elektromagnetischen Kraft auf Basis einer Abweichung zwischen der detektierten Verschiebungsgeschwindigkeit (v) und dem Sollwert (vt) der Verschiebungsgeschwindigkeit umfasst.
Verfahren zum Steuern einer Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße die Größe (E) der mechanischen Energie des Ventilkörpers ist und der Steuerschritt des weiteren das Steuern der elektromagnetischen Kraft auf Basis einer Abweichung zwischen der Größe (E) der mechanischen Energie und dem Sollwert (Et) der Größe der mechanischen Energie umfasst.
Verfahren zum Steuern der Steuervorrichtung eines elektromagnetischen Ventils nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren die folgenden Schritte umfasst: Schätzen einer Kraft (F), die den Ventilkörper (19) beaufschlagt; und Steuern der elektromagnetischen Kraft auf Basis einer Abweichung zwischen der geschätzten Kraft (F), die den Ventilkörper (19) beaufschlagt, und dem Sollwert (Ft) der den Ventilkörper beaufschlagenden Kraft.