JP2004285962A

JP2004285962A - 電磁駆動バルブの制御装置

Info

Publication number: JP2004285962A
Application number: JP2003081661A
Authority: JP
Inventors: Toshio Fuwa; 稔夫不破
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14
Also published as: DE102004013425A1; US7107945B2; FR2853002B1; DE102004013425B4; US20040187814A1; FR2853002A1

Abstract

【課題】電磁駆動バルブ２００を駆動する際に、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を抑制することが求められている。
【解決手段】ＥＣＵは、電磁駆動バルブが、吸引期間にあるか否かを判定する（Ｓ１０）。電磁駆動バルブが吸引期間にあると判定された場合（Ｓ１０のＹ）、ＥＣＵは、弁体の位置を基に、吸引期間が第１吸引期間であるか否かを判定する（Ｓ１２）。弁体が中立位置付近にある第１吸引期間であると判定された場合（Ｓ１２のＹ）、ＥＣＵは、アッパ制御周波数ｆ_４２またはロア制御周波数ｆ_４６を低い周波数に設定し（Ｓ１６）。弁体が全開状位置または全閉位置に近い第２吸引期間にあると判定された場合（Ｓ１２のＮ）、ＥＣＵは、アッパ制御周波数ｆ_４２またはロア制御周波数ｆ_４６を高い周波数に設定する（Ｓ１４）。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けられる電磁駆動バルブの制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
内燃機関の電磁駆動バルブに係わり、電磁コイルに流れる電流の大きさを制御するに際してのスイッチング素子の制御周波数に関する技術が提案されている（特許文献１参照）。上記提案では、電磁駆動バルブの可動部材が変位端に到達したときに生じる作動音を低減するために、可動部材を変位させるときにはスイッチング素子の制御周波数を高い周波数としている。また、可動部材を変位端に保持しているときには、スイッチング素子の制御周波数を低い周波数に変更して、以て、スイッチングロスによるエネルギ消費量および発熱を少量に抑制している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６２５２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電磁駆動バルブの可動部材を変位させるからといって必ずしもスイッチング素子の制御周波数に高い駆動周波数が要求されているわけではなく、特許文献１に記載の電磁駆動バルブは、可動部材を変位させるときには常にスイッチング素子の制御周波数を高い周波数としているため、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱に対する改善の余地が残るものであった。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の電磁駆動バルブのスイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を効果的に抑制する技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、内燃機関の電磁駆動バルブの制御装置に関する。この電磁駆動バルブの制御装置は、内燃機関に設けられ、電磁力を発生するための電磁コイルと、電磁力によって可動される可動部材とを備えた電磁駆動バルブに用いられ、電磁コイルに流れる電流の大きさをスイッチング素子のオン・オフ制御を通じて制御する。
【０００７】
この電磁駆動バルブの制御装置は、以上の構成を前提として、前記の可動部材を変位端に向けて吸引する吸引期間でのスイッチング素子の制御周波数を所定条件に基づいて変更する変更手段を備える。ここで、所定条件とは、例えば、電磁コイルに流れる電流の大きさを制御するに際してその電流制御に精度が要求されるか否かを判断するための条件である。このように可動部材を変位端に向けて吸引する吸引期間であってもスイッチング素子の制御周波数を所定条件に基づいて変更できるので電流制御の精度を確保しつつもスイッチングロスによるエネルギ消費量および発熱を好適に制御することができる。
【０００８】
また、前記の変更手段は、吸引期間でのスイッチング素子の制御周波数を可動部材の位置に応じて変更してもよい。電磁駆動バルブの作動音の低減や安定した動作の確保の上では、一般には、可動部材が変位端近傍にあるときに電流制御の精度が要求される。従って、電流制御に精度が要求されるか否かを判断するための条件として、例えば、可動部材の位置が変位端近傍にあるか否かを条件とし、スイッチング素子の制御周波数を可動部材の位置に応じて変更することにより、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を好適に制御することができる。
【０００９】
また、前記の変更手段は、吸引期間でのスイッチング素子の制御周波数を内燃機関の負荷に応じて変更してもよい。ここで、内燃機関の負荷とは、アクセル開度や吸入空気量等がある。作動音の低減を観点とすれば、内燃機関の高負荷運転時にはもともと騒音が大きく、電磁駆動バルブの作動音を低減する要求は少ない。従って、電流制御に精度が要求されるか否かの判断条件として、例えば、内燃機関の負荷が低負荷領域にあるか否かを条件として、スイッチング素子の制御周波数を内燃機関の負荷に応じて変更することにより、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を好適に制御することができる。また、スイッチング素子の制御周波数を可動部材の位置と内燃機関の負荷との双方に基づき変更すれば、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を一層好適に制御することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態に係る、ひとつの電磁駆動バルブ２００、およびその制御装置であるＥＣＵ５０およびバルブドライバ７０の構成図である。吸気バルブおよび排気バルブはともにこの構成を採り、電磁石の電磁力によって開閉駆動される。これら吸気バルブおよび排気バルブは、制御原理が同じであり、以下排気バルブについて説明する。
【００１１】
電磁駆動バルブ２００は、シリンダヘッド１８において往復動可能に支持された弁軸２０、弁軸２０の本図では下方の端部に設けられた弁体１６、および弁軸２０と連動する電磁駆動部２１を備える。シリンダヘッド１８には、燃焼室に通じる排気ポート１４が形成されており、この排気ポート１４の開口近傍には弁座１５が形成されている。弁軸２０の往復動に伴って弁体１６が弁座１５に離着座することにより排気ポート１４が開閉される。
【００１２】
弁軸２０において、弁体１６とは反対側の端部に、ロアリテーナ２２が設けられている。ロアリテーナ２２とシリンダヘッド１８との間には、ロアスプリング２４が圧縮状態で配設されている。弁体１６および弁軸２０は、このロアスプリング２４の弾性力によって閉弁方向、つまり本図の上方向に付勢されている。
【００１３】
電磁駆動部２１は、弁軸２０と同軸上に配設されたアーマチャシャフト２６、およびアーマチャ２８を備える。アーマチャシャフト２６の略中央部分には高透磁率材料からなる円板状のアーマチャ２８が固定され、その一端にはアッパリテーナ３０が固定されている。アーマチャシャフト２６においてこのアッパリテーナ３０が固定された端部と反対側の端部は、弁軸２０のロアリテーナ２２側の端部に当接する。
【００１４】
シリンダヘッド１８上に設けられたケーシング３６内には、アッパコア３２がアッパリテーナ３０とアーマチャ２８との間に固定されている。同じくこのケーシング３６内には、ロアコア３４がアーマチャ２８とロアリテーナ２２との間に固定されている。これらアッパコア３２およびロアコア３４はいずれも高透磁率材料によって環状に形成されており、それらの各中央部にはアーマチャシャフト２６が往復動可能に貫通されている。
【００１５】
ケーシング３６の上面内側とアッパリテーナ３０との間には、アッパスプリング３８が圧縮状態で配設されている。アーマチャシャフト２６は、このアッパスプリング３８の弾性力により弁軸２０側、つまり本図の下方に付勢されている。更に、弁軸２０および弁体１６は、このアーマチャシャフト２６により開弁方向、つまり本図の下方に付勢されている。なお、アーマチャ２８、アーマチャシャフト２６、弁軸２０、および弁体１６は、一体として可動部材を構成する。
【００１６】
ケーシング３６の頂部には変位センサ５２が取り付けられている。この変位センサ５２は、自身とアッパリテーナ３０との間の距離に応じて変化する電圧信号を出力する。この電圧信号に基づいて、可動部材の位置が特定される。
【００１７】
アッパコア３２においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の第１溝４０が形成され、第１溝４０内にはアッパコイル４２が配置されている。アッパコイル４２とアッパコア３２とによって弁体１６を閉弁方向、つまり本図上方に駆動するための上部電磁石６１が構成される。
【００１８】
一方、ロアコア３４においてアーマチャ２８と対向する面には、アーマチャシャフト２６の軸心を中心とする環状の第２溝４４が形成され、第２溝４４内にはロアコイル４６が配置されている。ロアコイル４６とロアコア３４とによって吸気バルブを開弁方向、つまり本図下方に駆動するための下部電磁石６２が構成される。上部電磁石６１のアッパコイル４２および下部電磁石６２のロアコイル４６は、内燃機関の各種制御を統括して行うＥＣＵ５０によって通電制御される。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵやメモリ（図示せず）を備え、変位センサ５２、クランク角センサ７２、アクセルポジションセンサ７４等の各種センサの検出信号を取り込む。バルブドライバ７０は、ＥＣＵ５０の指示に基づいてアッパコイル４２に流れる励磁電流を制御するアッパコイル用ドライバ７６と、同じくＥＣＵ５０の指示に基づいてロアコイル４６に流れる励磁電流を制御するロアコイル用ドライバ７８を備える。
【００２０】
図２は、ＥＣＵ５０と、アッパコイル用ドライバ７６の構成を示す。なお、ロアコイル用ドライバ７８の構成および動作は、アッパコイル用ドライバ７６の構成および動作と同一なので、以下、アッパコイル用ドライバ７６の構成および動作について説明する。
【００２１】
アッパコイル用ドライバ７６は、スイッチング素子として機能する第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を含み一般的なＨブリッジ回路を構成している駆動回路８０と、第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対してそれらトランジスタを駆動するための制御信号を供給する制御回路８２と、駆動回路８０に電力を供給する電源端子８４と接地端子８６と、を備える。
【００２２】
駆動回路８０において、第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２のコレクタ端子は、ともに電源端子８４に接続される。第１トランジスタＴｒ１のエミッタ端子と、第３トランジスタＴｒ３のコレクタ端子は、アッパコイル４２の本図左側の端子に接続される。同様に、第２トランジスタＴｒ２のエミッタ端子と、第４トランジスタＴｒ４のコレクタ端子は、アッパコイル４２の本図右側の端子に接続される。また、第３トランジスタＴｒ３および第４トランジスタＴｒ４のエミッタ端子は、ともに接地端子８６に接続される。第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のベース端子はそれぞれ制御回路８２に接続され、制御回路８２は、ＥＣＵ５０の指示を受けて、それらベース端子に適宜所望の電圧を印加することで、第１〜第４トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を駆動させ、オン・オフ制御する。
【００２３】
制御回路８２は、アッパコイル４２に対して正方向、本図では右方向へ向かう励磁電流を流すときは、第４トランジスタＴｒ４のベース端子に対して所定レベルの電圧を印加して第４トランジスタＴｒ４をオンさせるとともに、第１トランジスタＴｒ１のベース端子に対しては、要求されている励磁電流の値に対応したデューティ比で所定のレベルの電圧を印加し、第１トランジスタＴｒ１をオンさせる。このとき、制御回路８２は、第２トランジスタＴｒ２および第３トランジスタＴｒ３のベース端子には電圧を印加せず、第２トランジスタＴｒ２および第３トランジスタＴｒ３をオフとする。従って、制御回路８２によって、第１トランジスタＴｒ１および第４トランジスタＴｒ４がオンとなると、励磁電流は、電源端子８４、第１トランジスタＴｒ１、アッパコイル４２、第４トランジスタＴｒ４、および接地端子８６の順に直列に形成される電流経路を流れる。
【００２４】
更に、制御回路８２は、アッパコイル４２に対して逆方向、本図では左方向へ向かう励磁電流を流すときには、第３トランジスタＴｒ３のベース端子に対しては所定レベルの電圧を印加して第３トランジスタＴｒ３をオン状態とするとともに、第２トランジスタＴｒ２のベース端子に対しては、要求されている励磁電流の値に対応したデューティ比で所定のレベルの電圧を印加し、第２トランジスタＴｒ２をオンさせる。このとき、制御回路８２は、第１トランジスタＴｒ１および第４トランジスタＴｒ４のベース端子には電圧を印加せず、第１トランジスタＴｒ１および第４トランジスタＴｒ４をオフとする。従って、制御回路８２によって、第２トランジスタＴｒ２および第３トランジスタＴｒ３がオンとなると、励磁電流は、電源端子８４、第２トランジスタＴｒ２、アッパコイル４２、第３トランジスタＴｒ３、および接地端子８６の順に直列に形成される電流経路を流れる。
【００２５】
なお、第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２のオン・オフ制御は、所定の制御周波数で行われる。従って、アッパコイル４２およびロアコイル４６に流れる励磁電流の制御周波数は、それぞれ第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２を駆動する際の制御周波数と同一となる。なお、第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２を駆動する信号のデューティ比は、ＥＣＵ５０により、上記の制御周波数とは異なる、更に高い周波数の基準信号を用いて設定される。また、制御回路８２の機能は、ＥＣＵ５０に含まれてもよい。
【００２６】
次に、図１に戻り、電磁駆動バルブ２００の動作を説明する。アッパコイル４２に励磁電流が流れると、アッパコア３２およびアーマチャ２８を含む経路を環流する磁束が発生する。この際、アッパコア３２とアーマチャ２８の間には、互いを吸引する性質の電磁力が発生する。
【００２７】
アッパコア３２とアーマチャ２８の間に発生する電磁力によって、可動部材は、本図では上方向である、アッパコア３２の方向へ変位される。アーマチャシャフト２６は、アーマチャ２８がアッパコア３２に当接するまで変位可能に構成されている。アーマチャ２８がアッパコア３２に当接するとき、それと略同じタイミングで、弁体１６は弁座１５に着座することにより、排気ポート１４を全閉状態とする。このとき、弁体１６が弁座１５に着座するに伴い、およびアーマチャ２８がアッパコア３２に当接するに伴い、作動音が発生する。
【００２８】
弁体１６が全閉位置に維持されている場合、アッパスプリング３８は、アーマチャシャフト２６を中立位置方向、すなわち吸気ポート１４が開く方向へ付勢する。この状態において、アッパコイル４２に対する通電が停止されると、アーマチャシャフト２６は、アッパスプリング３８およびロアスプリング２４の弾性力によって全開位置に向けて移動を開始する。
【００２９】
一方、ロアコイル４６に励磁電流が流れると、ロアコア３４およびアーマチャ２８を含む経路を環流する磁束が発生する。この際、ロアコア３４とアーマチャ２８の間には、互いを吸引する性質の電磁力が発生する。ロアコア３４とアーマチャ２８の間に発生する電磁力によって、可動部材は、本図では下方向である、ロアコア３４の方向へ変位される。アーマチャシャフト２６は、アーマチャ２８がロアコア３４に当接するまで変位可能に構成されている。アーマチャ２８がロアコア３４に当接するとき、弁体１６は、排気ポート１４を全開状態とする。従って、アッパコイル４２に対する通電を停止した後、所定のタイミングで、ロアコイル４６への通電を開始することで、弁体１６を全閉位置から全開位置へ円滑に移行させることができる。なお、アーマチャ２８がロアコア３４に当接するに伴い作動音が発生する。
【００３０】
弁体１６が全開位置に維持された後、ロアコイル４６に対する通電が停止されると、弁体１６は、全閉位置に向けて移動を開始する。以後、適当なタイミングで、アッパコイル４２およびロアコイル４６に対して繰り返し通電を行うことで、弁体１６を円滑に開閉動作することができる。
【００３１】
一般に、アッパコイル４２又はロアコイル４６に流れる励磁電流が、指令電流となるよう制御される。励磁電流を制御する際の精度が低いと、例えば、弁体１６が全閉位置または全開位置に到達する直前に励磁電流が大きすぎる状態になると、弁体１６が弁座１５に着座する際に発生する作動音や、アーマチャ２８がアッパコア３２またはロアコア３４に当接する際に発生する作動音が大きくなることがあり、あるいは、バウンスが生じることがある。従って、弁体１６が全閉位置または全開位置に到達する際の作動音を低減するには、あるいは、安定した動作を確保するには、励磁電流に対して精度のよい制御を行うことが必要となる。
【００３２】
すなわち、作動音の低減や安定した動作の確保という観点では、励磁電流に対して精度よい制御が求められるのは、弁体１６が全開位置または全閉位置に到達する直前であり、弁体１６が中立付近に位置するときは、励磁電流に対して精度のよい制御は不要である。また、例えば高回転運転時や高負荷運転時は、もともとある程度騒音を伴う運転状態であることから、作動音の低減という観点では、励磁電流に対して精度よい制御は要求されないことがある。
【００３３】
以下、実施の形態１および実施の形態２をもとに、アッパコイル４２又はロアコイル４６に対する電流制御について説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
実施の形態１では、作動音の低減や安定した動作の確保という観点から可動部材の位置に応じてスイッチング素子を駆動する際の制御周波数を変更する。
【００３５】
以下の説明において、電磁駆動バルブ２００の可動部材が変位端に向けて移動するために、アッパコイル４２又はロアコイル４６に吸引電流を流す期間を吸引期間と呼ぶ。この吸引期間において、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱の低減と、作動音の低減および安定した動作の確保との両立を実現するために、可動部材の位置に応じてアッパコイル用ドライバ７６およびロアコイル用ドライバ７８のスイッチング素子の制御周波数を変更することで励磁電流の制御周波数を変更する。以下、可動部材の位置として、弁体１６の位置に着目する。
【００３６】
図３（ａ）は、弁体１６の変位パターンを、図３（ｂ）は、アッパコイル４２に対する電流制御を実現すべくＥＣＵ５０が制御回路８２に対して指示する指令電流Ｉ_Ｃ（以下、単に「アッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２」ともいう）の推移を、図３（ｃ）は、ロアコイル４６に対する電流制御を実現すべくＥＣＵ５０が制御回路８２に対して指示する指令電流Ｉ_Ｃ（以下、単に「ロア指令電流Ｉ_Ｃ４６」ともいう）の推移を、それぞれ模式的に示す。また、図３（ｄ）は、アッパコイル用ドライバ７６のスイッチング素子制御周波数ｆ_４２（以下、単に、「アッパ制御周波数ｆ_４２」とよぶ）の推移を、図３（ｅ）は、ロアコイル用ドライバ７８のスイッチング素子制御周波数ｆ_４６（以下、単に、「ロア制御周波数ｆ_４６」とよぶ）の推移をそれぞれ示す。
【００３７】
なお、図３（ａ）において、弁体１６が全閉位置から全開位置に変位する期間において、点線で示すパターンが、弁体１６の目標変位を、実線が低負荷時の実変位を、一点鎖線が高負荷時の実変位を示す。同様に、図３（ｃ）において、実線が低負荷時のロア指令電流Ｉ_Ｃ４６を、一点鎖線が高負荷時のロア指令電流Ｉ_Ｃ４６を示し、図３（ｅ）において、実線が低負荷時のロア制御周波数ｆ_４６を、一点鎖線が高負荷時のロア制御周波数ｆ_４６を示す。
【００３８】
ここで、吸引期間のアッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２およびロア指令電流Ｉ_Ｃ４６は、可動部材の変位パターンが目標変位パターンとなるよう、ＥＣＵ５０によるフィードバック制御によって設定され、予め設定された目標状態量、例えば、可動部材の位置や変位速度、可動部材に作用する外力等と、実際もしくは推定された状態量との偏差に応じて設定される。なお、目標状態量は、図３（ａ）に示すように、無負荷時の変位パターンを目標変位パターンとして設定してもよいし、外力が実測もしくは推定可能であれば、外力の大きさに応じて設定してもよい。従って、高負荷時には燃焼により筒内圧力が高くなり、弁体１６が全閉位置から全開位置に変位する際に、弁体１６に作用する外力が大きくなるため、図３（ａ）に示すよう、目標変位に対して実変位が大きく乖離し、図３（ｃ）に示すよう、ロア指令電流Ｉ_Ｃ４６は、低負荷時に比べて相対的に大きな値に設定される。以下、弁体１６の一開閉周期での電流制御を、第１期間Ｔ_１〜第１０期間Ｔ_１０に分けて説明する。なお、高負荷時の第４期間Ｔ_４、第５期間Ｔ_５、第６期間Ｔ_６は、図中ではそれぞれ「（Ｔ_４）」、「（Ｔ_５）」、「（Ｔ_６）」と示す。
【００３９】
弁体１６が全閉状態に保持される第１期間Ｔ_１においては、アッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２が、所定の値の保持電流Ｉ_Ｈ（＞０）に制御される。保持電流Ｉ_Ｈは、一定値の場合もあれば、一定値に対してフィードバック電流が付加された場合もある。このとき、ロア指令電流Ｉ_Ｃ４６は、ゼロである。第１期間Ｔ_１では、アッパ制御周波数ｆ_４２は、後述する第４期間Ｔ_４や第９期間Ｔ_９に設定される制御周波数より更に低い周波数Ｆ_０に設定される。なお、この第１期間Ｔ_１は、弁体１６の一開閉周期において、後述の第１１期間Ｔ_１１と同じ期間に相当する。従って、例えば、第１期間Ｔ_１から第１０期間Ｔ_１０で弁体１６の一開閉周期となる。
【００４０】
弁体１６を全閉状態とする第１期間Ｔ_１が終了し、弁体１６を全閉状態から開弁させる必要が生じると、第２期間Ｔ_２として、アッパコア３２に残留する磁気を速やかに消磁し、弁体１６を円滑に移動開始させるために、アッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２は、保持電流Ｉ_Ｈとは逆向きの所定値の消磁電流Ｉ_Ｅ（＜０）に制御される。
【００４１】
アッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２が、消磁電流Ｉ_Ｅに制御される第２期間Ｔ_２が終了し、第３期間Ｔ_３になると、アッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２とロア指令電流Ｉ_Ｃ４６はゼロに設定され、弁体１６はアッパスプリング３８の弾性力によって、全開位置へ向けて変位していく。
【００４２】
弁体１６の位置が全閉位置から全開位置へ向かう途上で、第４期間Ｔ_４となり、上述のように、ＥＣＵ５０によるフィードバック制御によって、予め設定された目標状態量と実際もしくは推定された状態量との偏差が計算され、その偏差の大きさに応じてロア指令電流Ｉ_Ｃ４６が所望とする吸引電流Ｉａに制御される。なお、このとき、励磁電流は、精度のよい制御は要求されない。従って、ロア制御周波数ｆ_４６は、低い周波数Ｆ_Ｌに設定される。なお、第４期間Ｔ_４の開始は、弁体１６の位置や、変位速度、機関負荷等によって決定される。
【００４３】
弁体１６の位置が、全閉位置から全開位置へ移動する途上にある周波数切替点Ｐ_２に到達し、第５期間Ｔ_５になる。この第５期間Ｔ_５では弁体１６が全開位置に近づいているため、作動音の低減や安定した動作の確保を考慮して、ロア制御周波数ｆ_４６は高い周波数Ｆ_Ｈに設定される。
【００４４】
アーマチャ２８がロアコア３４に当接し、弁体１６が全開状態になったことが確認されると、第５期間Ｔ_５が終了し、フィードバック制御が停止され、ロア指令電流Ｉ_Ｃ４６は所定値の保持電流Ｉ_Ｈとなるように制御される。なお、アーマチャ２８がロアコア３４に当接し、弁体１６が全開状態になった後、弁体１６の挙動が安定するまでのしばらくの間、第５期間Ｔ_５として、フィードバック制御を継続するとともにロア制御周波数ｆ_４６は高い周波数Ｆ_Ｈに設定されてもよい。ロア指令電流Ｉ_Ｃ４６が保持電流Ｉ_Ｈに制御される期間を第６期間Ｔ_６と呼ぶ。
【００４５】
第６期間Ｔ_６では、ロア指令電流Ｉ_Ｃ４６は、保持電流Ｉ_Ｈに制御される。また、ロア制御周波数ｆ_４６は、第１期間Ｔ_１のアッパ制御周波数ｆ_４２と同じ、周波数Ｆ_０に設定される。
【００４６】
以降、第７期間Ｔ_７〜第１１期間Ｔ_１１において設定される指令電流および制御周波数は、第２期間Ｔ_２〜第６期間Ｔ_６において設定された、指令電流および制御周波数と同様のパターンとなる。ただし、弁体１６の移動方向が、第７期間Ｔ_７〜第１０期間Ｔ_１０では、全閉位置へ移動する方向であり、第２期間Ｔ_２〜第５期間Ｔ_５の全開位置へ向かう方向とは逆である。同様に、第６期間Ｔ_６は、弁体１６が全開状態に保持され、第１１期間Ｔ_１１は、弁体１６が全閉状態が保持される期間である。従って、励磁電流が流れるコイルが、アッパコイル４２とロアコイル４６とで逆となるため、アッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２とロア指令電流Ｉ_Ｃ４６の推移、および、それに伴い、アッパ制御周波数ｆ_４２とロア制御周波数ｆ_４６の推移が入れ替わる。また、周波数切替点Ｐ_１は、弁体１６が中立位置から全閉位置へ移動する途上の第９期間Ｔ_９と第１０期間Ｔ_１０の境界位置となる。
【００４７】
図４は、弁体１６の位置に応じて吸引期間における制御周波数を変更する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンでは、励磁電流の制御周波数を変更するために、図３で説明した通り、ロア制御周波数ｆ_４６が低い周波数Ｆ_Ｌに設定される第４期間Ｔ_４およびアッパ制御周波数ｆ_４２が低い周波数Ｆ_Ｌに設定される第９期間Ｔ_９の第１吸引期間と、ロア制御周波数ｆ_４６が高い周波数Ｆ_Ｈに設定される第５期間Ｔ_５およびアッパ制御周波数ｆ_４２が高い周波数Ｆ_Ｈに設定される第１０期間Ｔ_１０の第２吸引期間とで、上述したスイッチング素子を駆動する際の制御周波数が変更される。
【００４８】
図４の制御ルーチンは、クランク角センサ７２の出力に基づいて内燃機関のクランク角が所定角だけ変化するたびに起動する。この制御ルーチンが起動すると、まず、ＥＣＵ５０は、変位センサ５２の出力から得られる弁体１６の位置、変位速度、機関負荷等をもとに、電磁駆動バルブ２００が吸引期間にあるか否かを判定する（Ｓ１０）。
【００４９】
ＥＣＵ５０によって、電磁駆動バルブ２００が吸引期間にあると判定された場合（Ｓ１０のＹ）、ＥＣＵ５０は、取得した弁体１６の位置をもとに吸引期間が、第１吸引期間（第４期間Ｔ_４又は第９期間Ｔ_９）であるか、それとも第２吸引期間（第５期間Ｔ_５又は第１０期間Ｔ_１０）であるかを判定する（Ｓ１２）。ＥＣＵ５０によって、第１吸引期間であると判定された場合（Ｓ１２のＹ）、ＥＣＵ５０は、制御周波数を低い周波数Ｆ_Ｌに設定する（Ｓ１６）。ＥＣＵ５０によって、第２吸引期間であると判定された場合（Ｓ１２のＮ）、ＥＣＵ５０は、制御周波数を高い周波数Ｆ_Ｈに設定する（Ｓ１４）。Ｓ１４又はＳ１６のステップで、制御周波数の設定が終了、又は、Ｓ１０のステップでＥＣＵ５０によって、電磁駆動バルブ２００が吸引期間にないと判定された場合（Ｓ１０のＮ）、この制御ルーチンは終了する。
【００５０】
上記の制御ルーチンが終了すると、ＥＣＵ５０は、要求される励磁電流に対応したデューティ比を決定し、そのデューティ比および上記の制御ルーチンにおいて設定された制御周波数で、励磁電流の向きに応じて第１トランジスタＴｒ１又は第２トランジスタＴｒ２をデューティ駆動するとともに、それらにそれぞれ対応して第４トランジスタＴｒ４又は第３トランジスタＴｒ３をオン駆動する。
【００５１】
なお、弁体１６が全閉状態または全開状態に保持される期間中に、弁体１６が本来の位置である変位端から離れる、いわゆる脱調が生じることがある。このとき弁体１６は、変位端に向けて速やかに再吸引される必要がある。この弁体１６の再吸引時においても、上記の形態に準じた形態で弁体１６の位置に応じてスイッチング素子の制御周波数を変更するようにしてもよい。一般には、脱調が生じたときには、弁体１６の位置が変位端の近傍にあることから、この場合、スイッチング素子の制御周波数、つまり指令電流の制御周波数は高い周波数Ｆ_Ｈに設定される。
【００５２】
（実施の形態２）
実施の形態２は、作動音の低減という観点から内燃機関の負荷に応じてスイッチング素子を駆動する際の制御周波数を変更する。なお、実施の形態２では、実施の形態１における電流制御に対してアッパ制御周波数ｆ_４２およびロア制御周波数ｆ_４６の設定のみが異なる。図５は、内燃機関の運転状態に応じて吸引期間の制御周波数を変更する制御ルーチンを示すフローチャートであり、図４に示した制御ルーチンに替わるものである。図５の制御ルーチンも、クランク角センサ７２の出力に基づいて内燃機関のクランク角が所定角だけ変化するたびに起動する。この制御ルーチンが起動すると、まず、ＥＣＵ５０は、変位センサ５２の出力から得られる弁体１６の位置、変位速度、機関負荷等をもとに、電磁駆動バルブ２００が、吸引期間にあるか否かを判定する（Ｓ３０）。
【００５３】
電磁駆動バルブ２００が吸引期間にあると判定された場合（Ｓ３０のＹ）、ＥＣＵ５０は、機関運転状態として、図示しない別の処理プロセスで算出された、エンジン回転速度および負荷率を取得する（Ｓ３２）。つづいて、ＥＣＵ５０は、取得した機関運転状態が、低作動音が要求される低負荷運転状態であるか否かを判定する（Ｓ３４）。ＥＣＵ５０は、この判定の際に、予め保持する図示しない所定の制御マップを参照する。この制御マップには、例えば、エンジン回転速度が１５００ｒｐｍ以下かつ負荷率が４０％以下となる範囲の機関運転状態のとき、制御周波数を高い周波数Ｆ_Ｈに設定する旨が記述されており、上記の範囲以外の機関運転状態では、制御周波数を低い周波数Ｆ_Ｌに設定する旨が記述されている。
【００５４】
機関運転状態が、ＥＣＵ５０によって、制御周波数として高い周波数Ｆ_Ｈが要求されない高負荷運転状態であると判定された場合（Ｓ３４のＮ）、ＥＣＵ５０は、制御周波数を低い周波数Ｆ_Ｌに設定する（Ｓ３８）。機関運転状態が、ＥＣＵ５０によって、制御周波数として高い周波数Ｆ_Ｈが要求される低負荷運転状態であると判定された場合（Ｓ３４のＹ）、ＥＣＵ５０は、制御周波数を高い周波数Ｆ_Ｈに設定する（Ｓ３６）。Ｓ３６又はＳ３８のステップで、制御周波数の設定が終了、又は、Ｓ３０のステップでＥＣＵ５０によって、電磁駆動バルブ２００が吸引期間にないと判定された場合（Ｓ３０のＮ）、この制御ルーチンは終了する。
【００５５】
なお、作動音の低減を観点として、上記の制御ルーチンは次のように変更することもできる。図６は、内燃機関の運転状態および弁体１６の位置に応じて吸引期間の制御周波数を変更する制御ルーチンを示すフローチャートであり、図５に示した制御ルーチンに替わるものである。図６の制御ルーチンが起動すると、まず、ＥＣＵ５０は、変位センサ５２の出力から得られる弁体１６の位置、変位速度、機関負荷等をもとに、電磁駆動バルブ２００が、吸引期間にあるか否かを判定する（Ｓ５０）。電磁駆動バルブ２００が、ＥＣＵ５０によって、吸引期間にあると判定された場合（Ｓ５０のＹ）、ＥＣＵ５０は、図示しない別の処理プロセスで算出された機関運転状態を取得する（Ｓ５２）。
【００５６】
つづいて、ＥＣＵ５０は、取得した機関運転状態が低負荷運転状態であるか否かを判定する（Ｓ５４）。機関運転状態が、ＥＣＵ５０によって、低負荷運転状態であると判定された場合（Ｓ５４のＹ）、ＥＣＵ５０は、Ｓ５０のステップにおいて吸引期間の判定のために取得した弁体１６の位置をもとに、実施の形態１で述べたごとく、吸引期間が第１吸引期間であるか否かを判定する（Ｓ５６）。ＥＣＵ５０によって、第１吸引期間でない、つまり第２吸引期間であると判定された場合（Ｓ５６のＮ）、ＥＣＵ５０は、制御周波数を高い周波数Ｆ_Ｈに設定する（Ｓ５８）。Ｓ５４のステップで、ＥＣＵ５０によって、高負荷運転状態であると判断された場合（Ｓ５４のＮ）、およびＳ５６のステップで、ＥＣＵ５０によって、第１吸引期間であると判定された場合（Ｓ５６のＹ）、ＥＣＵ５０は、制御周波数を低い周波数Ｆ_Ｌに設定する（Ｓ６０）。Ｓ５８又はＳ６０のステップで、制御周波数の設定が終了、又は、Ｓ５０のステップで、ＥＣＵ５０によって、吸引期間でないと判定された場合（Ｓ５０のＮ）、この制御ルーチンは終了する。
【００５７】
以上、本実施の形態によれば、アッパコイル４２又はロアコイル４６に流す励磁電流の制御に精度が要求されるか否かを判断するための条件として弁体１６の位置を条件とし、スイッチング素子である第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２を駆動する際の制御周波数を変更するので、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を好適に制御することができる。また、アッパコイル４２又はロアコイル４６に流す励磁電流の制御に精度が要求されるか否かを判断するための条件として機関運転状態、つまり内燃機関の負荷が、低負荷領域にあるか否かを条件として、第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２を駆動する際の制御周波数を変更するので、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を好適に制御することができる。また、第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２を駆動する際の制御周波数を弁体１６の位置と機関運転状態との双方に基づき変更すれば、スイッチングロスによるエネルギ消費および発熱を一層好適に制御することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の電磁駆動バルブのスイッチングロスによるエネルギ消費および発熱が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る、電磁駆動バルブ、電磁駆動バルブの制御装置であるＥＣＵおよびバルブドライバの構成図である。
【図２】実施の形態に係るアッパコイル用ドライバの構成図である。
【図３】実施の形態において、図３（ａ）は、弁体の変位パターンを、図３（ｂ）は、アッパコイルに対する電流制御を実現すべくＥＣＵが制御回路に対して指示するアッパ指令電流Ｉ_Ｃ４２の推移を、図３（ｃ）は、ロアコイルに対する電流制御を実現すべくＥＣＵが制御回路に対して指示するロア指令電流Ｉ_Ｃ４６の推移を、図３（ｄ）は、アッパコイル用ドライバのスイッチング素子制御周波数ｆ_４２の推移を、図３（ｅ）は、ロアコイル用ドライバのスイッチング素子制御周波数ｆ_４６の推移を、模式的に示す図である。
【図４】実施の形態１において、弁体の位置に応じて吸引期間における制御周波数を変更する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２において、内燃機関の運転状態に応じて吸引期間における制御周波数を変更する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２において、内燃機関の運転状態および弁体の位置に応じて吸引期間における制御周波数を変更する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１６弁体、２０弁軸、２１電磁駆動部、２６アーマチャシャフト、２８アーマチャ、３２アッパコア、３４ロアコア、４２アッパコイル、４６ロアコイル、５０ＥＣＵ、５２変位センサ、６１上部電磁石、６２下部電磁石、７０バルブドライバ、７２クランク角センサ、７４アクセルポジションセンサ、７６アッパコイル用ドライバ、７８ロアコイル用ドライバ、８０駆動回路、８２制御回路、２００電磁駆動バルブ、Ｔｒ１第１トランジスタ、Ｔｒ２第２トランジスタ、Ｔｒ３第３トランジスタ、Ｔｒ４第４トランジスタ。

Claims

内燃機関に設けられ、電磁力を発生するための電磁コイルと、電磁力によって可動される可動部材とを備えた電磁駆動バルブに用いられ、前記電磁コイルに流れる電流の大きさをスイッチング素子のオン・オフ制御を通じて制御する電磁駆動バルブの制御装置において、
前記可動部材を変位端に向けて吸引する吸引期間での前記スイッチング素子の制御周波数を所定条件に基づいて変更する変更手段を備えたことを特徴とする電磁駆動バルブの制御装置。
前記変更手段は、前記吸引期間での前記スイッチング素子の制御周波数を前記可動部材の位置に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動バルブの制御装置。
前記変更手段は、前記吸引期間での前記スイッチング素子の制御周波数を前記内燃機関の負荷に応じて変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁駆動バルブの制御装置。