JP4179250B2 - 電磁駆動弁の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁駆動弁の制御装置に関し、特に、内燃機関の電磁駆動弁を所望の位置に移動するように制御する制御装置に関する。

従来の電磁駆動弁に関して、たとえば、米国特許第６４６７４４１号明細書（特許文献１）には、電磁力とスプリングとの協働によって内燃機関のバルブが作動する電磁アクチュエータは、回転駆動式と呼ばれており、ステムを有するバルブと、そのステムの先端に当接された第２端部およびサポートフレームに揺動自在に支持された第１端部を有する揺動アームとを備える。

揺動アームの両側には、鉄芯とその鉄芯の周りに巻かれたコイルとから構成される電磁石が１つずつ配置されている。電磁アクチュエータは、さらに、揺動アームの第１端部に設けられ、バルブを開状態に向けて付勢するトーションバーと、ステムの外周に配置され、バルブを閉状態に向けて付勢する渦巻きばねとを備える。電磁石で発生する電磁力と、トーションバーおよび渦巻きばねの弾性力とによって、揺動アームが第１端部を支点に揺動する。その揺動アームの動きは、第２端部を介してステムへと伝わり、これによってバルブが開状態と閉状態との間を往復運動する。

一方、電磁駆動弁の作動方法に関して、たとえば、特開平９−１９５７２６号公報（特許文献２）は、作動応答性の向上、省電力化及び供給電圧に適した作動を図った、電磁式弁の作動方法を開示する。この作動方法は、弁と連結したプランジャの両側に設けられたバネの力が釣り合う中立位置からプランジャを電磁力により一方向又は他方向に移動させる電磁式弁の作動方法である。作動方法は、第１の電流値によって形成される電磁力によりプランジャを自励振動させる始動区間と、自励振動により振幅の大きくなったプランジャを一方向に吸着した後、第１の電流値よりも小さい第２の電流値によって形成される電磁力により一方向に吸着保持する保持区間と、一方向から他方向へ又は他方向から一方向へ第３の電流値によって形成される電磁力によりプランジャを移動させる過程、第３の電流値から第３の電流値よりも小さい第４の電流値へと減少する間にプランジャを他方向又は一方向に吸着する過程、及び、第４の電流値によって形成される電磁力によりプランジャを他方向又は一方向に吸着保持する過程、からなる実動区間と、から構成される。

特許文献１に開示される作動方法によると、始動区間から実動区間に移行する際、プランジャの移動が応答性良く行なわれる。さらに、実動区間においては、プランジャの吸着が緩やかに行なわれるとともに省電力化が図られる。
米国特許第６４６７４４１号明細書 特開平９−１９５７３６号公報

特許文献２に開示された電磁式弁は、並進駆動式であって、２つの電磁石が弁軸の軸方向に並ぶように設けられている。このため、電磁駆動弁の高さが高くなり、車両等のエンジンの吸排気バルブとして用いた場合に、要求されるエンジン搭載高さの制約をクリアすることが難しい。一方、特許文献１に開示された回転駆動式の電磁アクチュエータでは、トーションバーを揺動アームの第２端部に配することで、アクチュエータの高さを有る程度低くしている。しかし、特許文献２に開示された電磁駆動弁と同様に、渦巻きばねがステムに沿って配置されているため、アクチュエータの高さを十分に低くすることができない。

また、特許文献１に開示された電磁アクチュエータでは、ステムの軸方向に並んで２つの電磁石が設けられており、特許文献２に開示された電磁式弁では、弁軸の軸方向に並んで同様に２つの電磁石が設けられている。このように開弁用および閉弁用と分けて設けられた電磁石も、同様に、電磁アクチュエータや電磁駆動弁の高さを高くする一因となっている。

そこで、たとえば、電磁駆動弁の高さを低減するために、２つの電磁石のうち１つを省くことも考えられるが、この場合、特許文献２において開示された電磁駆動弁の作動方法を電磁石が１つの場合に適用しても、駆動弁を所望の位置に制御することができない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電磁駆動弁の構造に応じて、効率よく制御する電磁駆動弁の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る電磁駆動弁の制御装置は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁の制御装置である。電磁駆動弁は、弁軸を含み、弁軸が延びる方向に沿って、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する駆動弁と、弁軸に連結された揺動部材と、第１の位置と前記第２の位置との間の予め定められた位置に駆動弁を保持するように揺動部材に弾性力を作用させる弾性部材と、電力の供給に応じて、揺動部材に電磁力を作用させる磁力発生手段とを含む。磁力発生手段は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力を揺動部材に対して作用し、予め定められた位置は、中間位置よりも第１の位置側および第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置である。制御装置は、磁力発生手段に電力を供給するための供給手段と、駆動弁の移動量を検知するための手段と、弾性力に基づく振動周期に応じて、電力の供給時間と停止時間とを制御するための制御手段と、移動量が予め定められた移動量になると、供給される電力が予め定められた電力量になるように制御するための手段とを含む。

第１の発明によると、駆動弁は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する。駆動弁は、弾性部材により、第１の位置と第２の位置との間の予め定められた位置に保持される。磁力発生手段（たとえば、電磁石）は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力が揺動部材に対して作用する。このように構成された電磁駆動弁を制御する制御装置において、供給手段が電磁石に電力を供給し、制御手段は、弾性力に基づく振動周期Ｔに応じて、電力の供給時間と停止時間を制御する。たとえば、駆動弁が振動する際に、中間位置から、駆動弁が最も離れる位置（極値）まで移動する時間に対応するＴ／４の時間を磁力発生手段に電力を供給する供給時間とする。そして、駆動弁の移動量が中間位置から最も離れる位置（極値）から中間位置まで移動する時間に対応するＴ／４の時間を磁力発生手段への電力の供給を停止する停止時間とする。

このようにすると、駆動弁は、中間位置よりも第１の位置側と第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置（たとえば、中間位置よりも下方）に保持されているため、最初のＴ／４の供給時間において、駆動弁は、発生する電磁力に吸引されて、中間位置から下方に移動する。そして、Ｔ／４の停止時間において、駆動弁には電磁力が作用しないため、弾性部材に基づく弾性力により、駆動弁を中間位置に戻そうとする力が加わる。そして、電力の供給を停止してから駆動弁が中間位置に戻るＴ／４の時間の経過後に再び電力を供給することにより、慣性力と電磁力の作用により駆動弁は上方に移動する。このように、Ｔ／４の時間の電力供給と、Ｔ／４の時間の電力供給の停止を繰り返すと、駆動弁の移動量の極値を大きくすることができる。そのため、駆動弁を第１の位置および第２の位置（たとえば、開弁位置および閉弁位置）のいずれか所望する位置に移動させることができる。電力は、Ｔ／４時間毎に供給と停止が繰り返されるため、省電力化が図れる。

そして、移動量が予め定められた移動量になると、供給される電力が予め定められた電力量になるように制御する。駆動弁が開弁位置あるいは閉弁位置で吸引された（停止された）状態を維持するための電力量は、駆動弁の移動を制御する際に供給する電力量よりも少ない。そのため、たとえば、移動量が開弁位置あるいは閉弁位置に対応する予め定められた移動量になると、磁力発生手段に供給する電力量を、駆動弁が吸引された状態を維持するのに必要な電力量にすることにより、省電力化が可能となる。したがって、電磁駆動弁の構造に応じて、効率よく制御する電磁駆動弁の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る電磁駆動弁の制御装置は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁の制御装置である。電磁駆動弁は、弁軸を含み、弁軸が延びる方向に沿って、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する駆動弁と、弁軸に連結された揺動部材と、第１の位置と第２の位置との間の予め定められた位置に駆動弁を保持するように揺動部材に弾性力を作用させる弾性部材と、電力の供給に応じて、揺動部材に電磁力を作用させる磁力発生手段とを含む。磁力発生手段は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力を揺動部材に対して作用する。予め定められた位置は、中間位置よりも第１の位置側および第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置である。制御装置は、磁力発生手段に電力を供給するための供給手段と、駆動弁の移動量を検知するための手段と、弾性力に基づく振動周期に応じて、電力の供給時間と停止時間とを制御するための制御手段とを含む。制御手段は、移動量が予め定められた範囲内であるか否かを判定するための手段と、範囲内にある状態からない状態に変化したと判定されると、電力を供給するように制御するための手段と、移動量の時間変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定するための手段と、時間変化率が範囲内にない状態からある状態に変化したと判定されると、電力の供給を停止するように制御するための手段とを含む。

第２の発明によると、駆動弁は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する。駆動弁は、弾性部材により、第１の位置と第２の位置との間の予め定められた位置に保持される。磁力発生手段（たとえば、電磁石）は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力が揺動部材に対して作用する。このように構成された電磁駆動弁を制御する制御装置において、供給手段が電磁石に電力を供給し、制御手段は、弾性力に基づく振動周期Ｔに応じて、電力の供給時間と停止時間を制御する。駆動弁は、中間位置よりも第１の位置側と第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置（たとえば、中間位置よりも下方）に保持されている。そのため、振動周期に基づいて供給時間と停止時間とを制御することにより、駆動弁を自励振動させることができる。

そして、駆動弁の移動量が予め定められた範囲内にある状態からない状態に変化したと判定されると、電力を供給するように制御する。たとえば、予め定められた範囲を中間位置を基準として設定すると、移動量が予め定められた範囲内にある状態からない状態に変化したとき、駆動弁の位置は中間位置付近でありかつ第１の位置あるいは第２の位置（たとえば、開弁位置あるいは閉弁位置）に向けて移動中である。このとき、磁力発生手段に電力を供給して電磁力を発生させることにより、駆動弁には、駆動弁の移動方向と同じ方向に対して電磁力の合力が作用する。そのため、駆動弁の移動量の極値は増加する。その一方で、駆動弁の移動量の時間変化率が予め定められた範囲内でない状態からある状態に変化したと判定されると、電力の供給を停止するように制御する。たとえば、予め定められた範囲を低速度域の範囲に設定すると、予め定められた範囲内でない状態からある状態に変化したときは、駆動弁の移動量の時間変化率が小さくなる位置である。時間変化率が小さくなる位置とは、駆動弁の移動量が極値になる位置である。そのため、電力の供給を停止するため、駆動弁には、電磁力は作用せず、駆動弁を中間位置に保持しようとする弾性部材による弾性力のみが駆動弁に加えられる。そのため、駆動弁の移動量の時間変化率は、駆動弁が中間位置に近づくほど増加する。このように電磁駆動弁を制御すると、駆動弁の移動量の極値が増加して、駆動弁を開弁位置および閉弁位置のいずれか所望の位置に移動させることができる。電力は、供給と停止が繰り返されるため、省電力化が図れる。したがって、電磁駆動弁の構造に応じて、効率よく制御する電磁駆動弁の制御装置を提供することができる。

第３の発明に係る電磁駆動弁の制御装置は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁の制御装置である。電磁駆動弁は、弁軸を含み、弁軸が延びる方向に沿って、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する駆動弁と、弁軸に連結され、互いに間隔を隔てて設けられた第１および第２の揺動部材と、第１の位置と第２の位置との間の予め定められた位置に駆動弁を保持するように第１および第２の揺動部材のうちの少なくともいずれか一方に弾性力を作用させる弾性部材と、電力の供給に応じて、第１および第２の揺動部材に電磁力を作用させる磁力発生手段とを含む。磁力発生手段は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力を第１および第２の揺動部材に対して作用し、予め定められた位置は、中間位置よりも第１の位置側および第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置である。制御装置は、磁力発生手段に電力を供給するための供給手段と、駆動弁の移動量を検知するための手段と、弾性力に基づく振動周期に応じて、電力の供給時間と停止時間とを制御するための制御手段とを含む。制御手段は、移動量に基づいて、第１の揺動部材と予め定められた基準位置との間の第１の距離を算出するための手段と、移動量に基づいて、第２の揺動部材と基準位置との間の第２の距離を算出するための手段と、第１の距離と第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以上であると、電力を供給するように制御するための手段と、第１の距離と第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以下であると、電力の供給を停止するように制御するための手段とを含む。

第３の発明によると、駆動弁は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する。駆動弁は、弾性部材により、第１の位置と第２の位置との間の予め定められた位置に保持される。磁力発生手段（たとえば、電磁石）は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力を第１および第２の揺動部材に対して作用する。このように構成された電磁駆動弁を制御する制御装置において、供給手段が電磁石に電力を供給し、制御手段は、弾性力に基づく振動周期Ｔに応じて、電力の供給時間と停止時間を制御する。駆動弁は、中間位置よりも第１の位置側と第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置（たとえば、中間位置よりも下方）に保持されている。そのため、振動周期に基づいて供給時間と停止時間とを制御することにより、駆動弁を自励振動させることができる。

そして、駆動弁の移動量に基づいて、第１の揺動部材と予め定められた基準位置（たとえば、電磁石のコア）との間の第１の距離を算出する。また、移動量に基づいて、第２の揺動部材と基準位置との間の第２の距離を算出する。第１の距離と第２の距離との差の絶対値が小さくなると、駆動弁の位置は中間位置付近である。駆動弁の位置が中間位置付近であるときに、磁力発生手段に電力を供給して、電磁力を発生させても、駆動弁に作用する電磁力の合力は小さく、消費電力が大きくなる。そのため、第１の距離と第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以上であるときに電磁石に電力を供給することにより、駆動弁に作用する電磁力の合力が大きくなり、駆動弁の移動量の極値を増加させることができる。そのため、駆動弁を閉弁位置および開弁位置のいずれか所望する位置に移動させることができる。また、第１の距離と第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以下であるときに電磁石に電力を供給を停止することにより、消費電力を低減させることができる。したがって、電磁駆動弁の構造に応じて、効率よく制御する電磁駆動弁の制御装置を提供することができる。

第４の発明に係る電磁駆動弁の制御装置は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁の制御装置である。電磁駆動弁は、弁軸を含み、弁軸が延びる方向に沿って、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する駆動弁と、弁軸に連結された揺動部材と、第１の位置と第２の位置との間の予め定められた位置に駆動弁を保持するように揺動部材に弾性力を作用させる弾性部材と、電力の供給に応じて、揺動部材に電磁力を作用させる磁力発生手段とを含む。磁力発生手段は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力を揺動部材に対して作用する。予め定められた位置は、中間位置よりも第１の位置側および第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置である。制御装置は、磁力発生手段に電力を供給するための供給手段と、駆動弁の移動量を検知するための手段と、移動量が予め定められた距離になるまで、電力を供給するように制御するための制御手段とを含む。制御手段は、移動量が前記予め定められた距離になると、電力の供給を停止するように制御するための手段と、移動量に基づく駆動弁の位置が中間位置になると、電力を供給するように制御するための手段とを含む。

第４の発明によると、駆動弁は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する。駆動弁は、弾性部材により、第１の位置と第２の位置との間の予め定められた位置に保持される。磁力発生手段（たとえば、電磁石）は、駆動弁が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるときに、電力が供給されると、第１の位置側と第２の位置側とに同一の電磁力を揺動部材に対して作用する。このように構成された電磁駆動弁を制御する制御装置において、供給手段が電磁石に電力を供給し、制御手段は、駆動弁の移動量が予め定められた距離になるまで、電力を供給するように制御する。駆動弁は、中間位置よりも第１の位置側と第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置（たとえば、中間位置よりも下方）に保持されているため、電磁石により発生する電磁力の作用を受けると、下方向に移動する。制御手段は、移動量が予め定められた距離（たとえば、中間位置から開弁位置までの距離）になると、電力の供給を停止するように制御する。これにより、駆動弁は、駆動弁を中間位置に保持しようとする弾性部材の弾性力により、中間位置の方向に移動する。制御手段は、移動量に基づく駆動弁の位置が中間位置になると、電力を供給するように制御する。これにより、駆動弁には、中間位置を通過した後、磁力発生手段により発生した電磁力と慣性が作用する。このとき、発生する電磁力の合力は、駆動弁の移動方向と同方向に作用する。そのため、駆動弁を第１の位置および第２の位置のいずれか（たとえば、閉弁位置）に移動させるように制御することができる。したがって、電磁駆動弁の構造に応じて、効率よく制御する電磁駆動弁の制御装置を提供することができる。

第５の発明に係る電磁駆動弁の制御装置においては、第２〜４のいずれかの発明の構成に加えて、制御装置は、移動量が予め定められた移動量になると、供給される電力が予め定められた電力量になるように制御するための手段をさらに含む。

第５の発明によると、移動量が予め定められた移動量になると、供給される電力が予め定められた電力量になるように制御する。駆動弁が開弁位置あるいは閉弁位置で吸引された（停止された）状態を維持するための電力量は、駆動弁の移動を制御する際に供給する電力量よりも少ない。そのため、たとえば、移動量が開弁位置あるいは閉弁位置に対応する予め定められた移動量になると、磁力発生手段（たとえば、電磁石）に供給する電力量を、駆動弁が吸引された状態を維持するのに必要な電力量にすることにより、省電力化が可能となる。

第６の発明に係る電磁駆動弁の制御装置においては、第１または５の発明の構成に加えて、予め定められた電力量は、往復運動を停止させる電磁力を駆動弁に作用させる量である。

第６の発明によると、予め定められた電力量は、往復運動を停止させる電磁力を駆動弁に作用させる量である。駆動弁の往復運動を停止させるために、駆動弁が吸引された（停止された）状態を維持するのに必要な電力量を供給することにより、省電力化が可能となる。

第７の発明に係る電磁駆動弁の制御装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、磁力発生手段は、１つのコイルにより構成される電磁石である。

第７の発明によると、磁力発生手段は、１つのコイル、すなわち、モノコイルにより構成される電磁石である。このような構成の電磁石を用いた電磁駆動弁に本発明を適用することにより、その構造に応じて、効率よく制御することができる。

第８の発明に係る電磁駆動弁の制御装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、電磁駆動弁は、並行リンク式の電磁駆動弁である。

第８の発明によると、揺動部材の揺動運動を介して駆動弁を往復運動させる回転駆動式に、その揺動部材を複数設けた並行リンク機構を有する電磁駆動弁に本発明を適用することにより、その構造に応じて、効率よく制御することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態における電磁駆動弁１００は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の機関バルブ（吸気弁または排気弁）を構成している。

図１に示すように、本実施の形態における電磁駆動弁１００は、回転駆動式の電磁駆動弁であり、その運動機構に、並行リンク機構が適用されている。電磁駆動弁１００は、一方向に延びるステム１２０を有する駆動弁と、ステム１２０の異なる位置に連結され、作用された電磁力および弾性力によって揺動するロアディスク２１０およびアッパディスク３１０と、その電磁力を発生する開閉兼用電磁石６００（以下、単に電磁石６００と記載する。）と、その弾性力を有するロアスプリング２６０およびアッパスプリング３６０とを含む。駆動弁１４０は、ロアディスク２１０およびアッパディスク３１０の揺動運動を受けて、ステム１２０が延びる方向（矢印１０２の方向）に往復運動する。

駆動弁１４０は、吸気ポート１７０が形成されたシリンダヘッド４１０に搭載されている。駆動弁１４０は、さらにステム１２０の先端に形成された傘部１３０を有する。駆動弁１４０の往復運動に伴なって、傘部１３０が吸気ポート１７０に密着したり、離脱することによって、吸気ポート１７０の開閉が行なわれる。つまり、ステム１２０が上昇することによって、駆動弁１４０が閉弁位置へと位置決めされ、ステム１２０が下降することによって、駆動弁１４０が開弁位置へと位置決めされる。

ステム１２０は、傘部１３０から連続する下部ステム１２６と、ラッシュアジャスタ１２４を介して下部ステム１２６に接続された上部ステム１２２とから構成されている。ラッシュアジャスタ１２４は、上部ステム１２２と下部ステム１２６との間で緩衝部材として機能し、伸びやすく縮みにくい特性を有する。上部ステム１２２には、その外周面から突出する連結ピン１３２が形成されている。また、上部ステム１２２には、その外周面から突出する連結ピン１３４が、連結ピン１３２から離れた位置で形成されている。

シリンダヘッド４１０には、下部ステム１２６を軸方向に摺動可能なように案内するバルブガイド１３２が設けられており、バルブガイド１３２から離れた位置には、上部ステム１２２を軸方向に摺動可能なように案内するステムガイド４５０が設けられている。バルブガイド１３２およびステムガイド４５０は、ステム１２０の高速摺動に耐えられるように、たとえば、ステンレスなどの金属材料から形成されている。

また、ディスクベース５１０には、上部ステム１２２に対向するように、リフト量検知センサ２５０が設けられる。リフト量検知センサ２５０は、上部ステム１２２の上下の移動量を検知する。リフト量検知センサ２５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００に接続され、検知された検知信号は、ＥＣＵ２００に送信される。リフト量検知センサ２５０は、上部ステム１２２の上下方向の移動量が検知できれば特に限定されるものではないが、たとえば、光学的に上部ステム１２２の移動量を検知するセンサを用いてもよい。

図２に示すように、ロアディスク２１０は、一方端２２０と他方端２３０とを有し、一方端２２０から他方端２３０に向けて、ステム１２０に交差する方向に延びている。ロアディスク２１０は、一方端２２０を含む位置において、矩形形状の表面２１０Ａおよび２１０Ｂを有する平板状に形成されている。ロアディスク２１０は、他方端２３０に位置して、孔２７０が形成された中空円筒状に形成されている。ロアディスク２１０には、一方端２２０側に位置して、切欠き部２８０が形成されており、その切欠き部２８０の互いに向い合う壁面には、長孔２４０が形成されている。

アッパディスク３１０は、ロアディスク２１０と同様の形状を備え、ロアディスク２１０の一方端２２０、他方端２３０、表面２１０Ａ、表面２１０Ｂ、孔２７０、切欠き部２８０および長孔２４０に対応して、一方端３２０、他方端３３０、表面３１０Ｂ、表面３１０Ａ、孔３７０、切欠き部３８０および長孔３４０が形成されている。ロアディスク２１０およびアッパディスク３１０は、軟磁性材料から構成されている。

ロアディスク２１０の一方端２２０は、孔２４０に連結ピン１３２が挿通されることによって、下部ステム１２６に対して揺動自在に連結されている。アッパディスク３１０の一方端３２０は、孔３４０に連結ピン１３４が挿通されることによって、上部ステム１２２に対して揺動自在に連結されている。シリンダヘッド４１０の頂面上には、ステム１２０と平行に延びるディスクベース５１０が設けられている。ロアディスク２１０の他方端２３０は、ディスクベース５１０の支点２５０を中心に揺動自在に支持されており、アッパディスク３１０の他方端３３０は、ディスクベース５１０の支点３５０を中心に揺動自在に支持されている。このような構成により、ロアディスク２１０およびアッパディスク３１０を支点２５０および３５０をそれぞれ中心に揺動させることによって、駆動弁１４０を往復運動させることができる。

他方端２３０および３３０には、ロアスプリング２６０およびアッパスプリング３６０がそれぞれ設けられている。ロアスプリング２６０により、ロアディスク２１０には、支点２５０を中心に時計周りの方向に付勢する弾性力が加えられている。アッパスプリング３６０により、アッパディスク３１０には、支点３５０を中心に反時計周りの方向に付勢する弾性力が加えられている。後に説明する電磁石６００による電磁力が加わっていない状態で、ロアディスク２１０およびアッパディスク３１０は、ロアスプリング２６０およびアッパスプリング３６０によって、開弁側の変位端と閉弁側の変位端との中間位置に位置決めされる。

図１および図３に示すように、ディスクベース５１０には、ロアディスク２１０とアッパディスク３１０との間に位置するように電磁石６００が設けられている。電磁石６００は、開閉兼用コイル６２０と、磁性材料から形成され、アッパディスク３１０の表面３１０Ａおよびロアディスク２１０の表面２１０Ａにそれぞれ向い合う吸着面６１０Ａおよび６１０Ｂを有する開閉兼用コア６１０とから構成されている。開閉兼用コア６１０は、ロアディスク２１０またはアッパディスク３１０の一方端から他方端に向かう方向に延びる軸部６１２を有する。開閉兼用コイル６２０は、軸部６１２の周りを旋回するように設けられており、モノコイルから構成されている。

ディスクベース５１０には、さらに、開弁用永久磁石５５０と、電磁石６００を挟んで開弁用永久磁石５５０の反対側に位置する閉弁用永久磁石５６０とが設けられている。開弁用永久磁石５５０は、ロアディスク２１０の表面２１０Ｂに向い合う吸着面５５０Ａを有する。吸着面５５０Ａと電磁石６００の吸着面６１０Ｂとの間には、ロアディスク２１０が揺動する空間７２０が規定されている。また、閉弁用永久磁石５６０は、アッパディスク３１０の表面３１０Ｂに向い合う吸着面５６０Ａを有する。吸着面５６０Ａと電磁石６００の吸着面６１０Ａとの間には、アッパディスク３１０が揺動する空間７１０が規定されている。

図４に示すように、駆動弁１４０が開弁位置にある場合、開閉兼用コイル６２０には、開閉兼用コア６１０の軸部６１２の周りで矢印１１１０に示す方向に流れる電流が供給されている。このとき、アッパディスク３１０が位置する側では、電流が図４を示す紙面の奥から手前方向へと流れている。これにより、開閉兼用コア６１０に、矢印１１２０に示す方向に磁束が流れ、アッパディスク３１０を電磁石６００の吸着面６１０Ａに引き寄せる電磁力が発生する。一方、ロアディスク２１０は、開弁用永久磁石５５０によって、吸着面５５０Ａに引き寄せられている。結果、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０は、支点２５０周りに配置されたロアスプリング２６０の弾性力に抗して、図４中に示す開弁側の変位端に保持されている。

次に、開閉兼用コイル６２０への電流供給を停止すると、電磁石６００に発生していた電磁力が消滅する。これにより、図５に示すように、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０は、ロアスプリング２６０の弾性力によって、吸着面６１０Ａおよび５５０Ａからそれぞれ離脱し、中間位置に向けて揺動し始める。ロアスプリング２６０およびアッパスプリング３６０による弾性力は、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０を中間位置に保持しようとする。このため、中間位置を越えた位置では、アッパスプリング３６０によって、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０に揺動方向と逆方向の力が作用する。しかし、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０には、揺動する方向に沿って慣性力が作用しているため、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０は、中間位置を越えた位置まで揺動する。

次に、その中間位置を越えた位置において、再び、開閉兼用コイル６２０に矢印１１１０に示す方向に電流を流す。このとき、図６に示すように、ロアディスク２１０が位置する側では、電流が図６を示す紙面の手前から奥方向へと流れる。これにより、開閉兼用コア６１０に、矢印１３２０に示す方向に磁束が流れ、ロアディスク２１０を電磁石６００の吸着面６１０Ｂに引き寄せる電磁力が発生する。一方、アッパディスク３１０は、閉弁用永久磁石５６０によって、吸着面５６０Ａに引き寄せられる。

このとき、電磁石６００で発生する電磁力によって、アッパディスク３１０も電磁石６００の吸着面６１０Ａに引き寄せられる。しかし、電磁力は、互いの間隔が狭いロアディスク２１０と電磁石６００との間でより大きく作用するため、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０は、中間位置を越えた位置から図６中に示す閉弁側の変位端へと揺動する。

以降、開閉兼用コイル６２０への電流供給の開始と停止とを、以上に説明したタイミングで繰り返す。これにより、アッパディスク３１０およびロアディスク２１０を開弁側および閉弁側の変位端の間で揺動させ、この揺動運動を介して駆動弁１４０を往復運動させることができる。なお、開閉兼用コイル６２０への電流供給の開始と停止および供給される電力量は、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００により制御される。

ここで、駆動弁１４０において、中間位置からの初期駆動について想定する。アッパディスク３１０およびロアディスク２１０は、アッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０によりほぼ中間位置になるように保持される。そのため、エンジンを始動する際には、駆動弁１４０の位置を開弁位置および閉弁位置のいずれかの位置に移動させることが必要となる。たとえば、吸気弁においては、閉弁位置の状態でエンジン始動を行なう。一方、排気弁においては、開弁位置の状態でエンジンの始動を行なう。

本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置は、駆動弁１４０を初期駆動時に開弁位置よび閉弁位置のいずれかに移動するよう制御することを特徴とする。すなわち、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００は、アッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０による弾性力に基づく振動周期Ｔに応じて、電力の供給時間と停止時間とを制御する。

アッパディスク３１０およびロアディスク２１０およびステム１２０により構成される可動部は、アッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０からの弾性力により予め定められた位置になるように保持される。「予め定められた位置」は、本実施の形態において、たとえば、開弁位置と閉弁位置との中間位置よりもわずかに下方にオフセットした位置である。そして、可動部は単振動するため、その固有振動周期Ｔは、可動部の質量とアッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０の合成ばね定数とにより算出することができる。

開閉兼用コイル６２０は、可動部が中間位置にあるときに、通電されると、可動部には、開弁側と閉弁側とで同一の電磁力が作用する。すなわち、可動部に作用する電磁力の合力がゼロとなる。初期駆動前の状態では、ラッシュアジャスタ１２４がボトム位置まで縮んでいるため、可動部は中間位置よりもわずかに下方で釣り合うように保持される。そのため、開閉兼用コイル６２０に通電すると、ステム１２０には、図１において紙面の下方向すなわち、開弁方向への力が加わる。

アッパスプリング３６０とロアスプリング２６０と可動部の単振動を利用して、自励振動を起こすために、Ｔ／４の時間だけ、開閉兼用コイル６２０に電流を通電する。そして、アッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０の復元力を利用するため、続くＴ／４の時間は、電流の供給を停止する。

図７を参照して、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する。）１０００にて、ＥＣＵ２００は、初期駆動の要求があるか否かを検知する。初期駆動の要求は、たとえば、運転者がＩＧスイッチを操作して、エンジンを始動可能状態にしたような場合等であるが特に限定されるものではない。 初期駆動の要求があると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０１０に移される。もしそうでないと（Ｓ１０００にてＮＯ）、ＥＣＵ２００は初期駆動の要求があるまで待機する。

Ｓ１０１０にて、ＥＣＵ２００は、Ｋの値を０に置き換える。すなわち、タイマによる時間計測を開始する。Ｓ１０２０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に電流Ｉ（０）を供給するように制御する。電流Ｉ（０）は、特に限定されるものではないが、たとえば、可動部に自励振動を生じさせるために必要な電磁力を発生させる電流である。Ｓ１０３０にて、ＥＣＵ２００は、Ｋの値に１を加算した値をＫの値とする。

Ｓ１０４０にて、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０が開弁位置に接近しているか否かを判断する。駆動弁１４０が閉弁位置に接近しているか否かの判断は、たとえば、リフト量検知センサにより検知された駆動弁１４０の移動量に基づいて行なわれる。すなわち、検知された駆動弁１４０が開弁位置に近い予め定められた移動量−Ｘ（０）より小さいと、駆動弁１４０が開弁位置に接近していると判断する。駆動弁１４０が開弁位置に接近していると（Ｓ１０４０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１００に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４０にてＮＯ）、処理はＳ１０５０に移される。

Ｓ１０５０にて、ＥＣＵ２００は、Ｋの値がＴ／４よりも大きいか否かを判断する。Ｋの値がＴ／４よりも大きいと（Ｓ１０５０にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６０に移される。もしそうでないと（Ｓ１０５０にてＮＯ）、処理はＳ１０２０に移される。

Ｓ１０６０にて、ＥＣＵ２００は、Ｋの値を０に置き換える。すなわち、タイマによる時間計測を開始する。Ｓ１０７０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０への電流の供給を停止するように制御する。Ｓ１０８０にて、ＥＣＵ２００は、Ｋの値に１を加算した値をＫの値とする。Ｓ１０９０にて、ＥＣＵ２００は、Ｋの値がＴ／４よりも大きいか否かを判断する。Ｋの値がＴ／４よりも大きいと（Ｓ１０９０にてＹＥＳ）、処理はＳ１０１０に移される。もしそうでないと（Ｓ１０９０にてＮＯ）、処理はＳ１０７０に移される。Ｓ１１００にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に電流Ｉ（ｈ）を供給するように制御する。電流Ｉ（ｈ）は、駆動弁１４０駆動弁の往復運動を停止させて、駆動弁１４０が吸引された（停止された）状態を維持するために必要な電力量が供給される電流値であれば特に限定されるものではない。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００の動作について図８を参照して説明する。本実施の形態において、電磁駆動弁は、排気弁として説明する。すなわち、初期駆動の要求があると、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０を開弁位置に移動するように制御する。なお、吸気弁であれば、初期駆動の要求があると、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０を閉弁位置に移動するように制御する。

図８（Ａ）に示すように、ｔ＝０において、初期駆動の要求を検知すると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、タイマによる時間計測が開始されて（Ｓ１０１０）、吸引電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ１０２０）。駆動弁１４０が閉弁位置に接近していなければ（Ｓ１０４０にてＮＯ）、Ｔ／４の時間を経過するまで（Ｓ１０３０，Ｓ１０５０にてＮＯ）、吸引電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ１０２０）。このとき、駆動弁１４０は、わずかに下方で釣り合っているため、開弁位置の方向に電磁力が作用する。そして、Ｔ／４の時間が経過すると（Ｓ１０５０にてＹＥＳ）、再び時間計測が開始され（Ｓ１０６０）、開閉兼用コイル６２０への電流の供給は停止される（Ｓ１０７０）。開閉兼用コイル６２０への電流の供給の停止は、Ｔ／４の時間が経過するまで継続される（Ｓ１０８０，Ｓ１０９０にてＮＯ）。電流の供給が停止されるとき（時間ｔ＝Ｔ（０））、図８（Ｂ）に示すように、駆動弁１４０の位置は極値付近である。そのため、開閉兼用コイル６２０への電流の供給が停止されると、駆動弁１４０に電磁力は作用せず、駆動弁１４０を中間位置に保持しようとするアッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０による弾性力のみが駆動弁１４０に加わる。駆動弁１４０の時間変化率（移動速度）は、駆動弁１４０が中間位置に向けて移動することに伴なって増加する。Ｔ／４の時間を経過すると（Ｓ１０９０にてＹＥＳ）、再び電流が供給される。駆動弁１４０の位置は中間位置の付近であり、駆動弁１４０の位置が中間位置よりも開弁側にあれば（時間ｔ＝Ｔ（１））、駆動弁１４０には、慣性力と弾性力により中間位置に戻ろうとする力と駆動弁１４０の移動方向に電磁力の合力が作用する。このように、Ｔ／４の時間毎に電流の供給と停止を繰り返されることにより、駆動弁１４０の移動量の極値は、徐々に増加していく。そして、駆動弁１４０の移動量が予め定められた距離−Ｘ（０）よりも小さくなると（Ｓ１０４０にてＹＥＳ）、時間ｔ＝Ｔ（ｈ）において、電流Ｉ（ｈ）が開閉兼用コイル６２０に供給される。これにより、駆動弁１４０は、往復運動を停止させる電磁力が駆動弁１４０に作用する
以上のようにして、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置によると、開閉兼用コイルに電流を供給し、ＥＣＵは、弾性力に基づく振動周期Ｔに応じて、電流の供給時間と停止時間を制御する。駆動弁が振動する際に、中間位置から、駆動弁の移動量の極値まで移動する時間に対応するＴ／４の時間を電磁石に電力を供給する供給時間とする。そして、駆動弁の移動量が駆動弁の移動量の極値から中間位置まで移動する時間に対応するＴ／４の時間を磁力発生手段への電力の供給を停止する停止時間とする。このようにすると、駆動弁はわずかに下方で釣り合っているため、最初のＴ／４の供給時間において、駆動弁は、発生する電磁力に吸引されて、中間位置から下方に移動する。そして、Ｔ／４の停止時間において、駆動弁には電磁力が作用しないため、第１および第２の弾性部材に基づく弾性力により、駆動弁を中間位置に戻そうとする力が加わる。そして、電力の供給を停止してから駆動弁が中間位置に戻るＴ／４の時間の経過後に再び電力を供給することにより、慣性力と電磁力の作用により駆動弁は上方に移動する。このように、Ｔ／４の時間の電力供給と、Ｔ／４の時間の電力供給の停止を繰り返すと、駆動弁の移動量の極値を大きくすることができる。そのため、駆動弁を開弁位置および閉弁位置のいずれか所望する位置に移動させることができる。電力は、Ｔ／４時間毎に供給と停止が繰り返されるため、省電力化が図れる。したがって、電磁駆動弁の構造に応じて、効率よく制御する電磁駆動弁の制御装置を提供することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置について説明する。本実施の形態における電磁駆動弁は、上述の第１の実施の形態における電磁駆動弁の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置は、上述の第１の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置と比較して、実行されるプログラムの制御構造が異なる。

本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００は、最初の可動部の振動周期Ｔの時間は、上述の第１の実施の形態と同様に、Ｔ／４毎に供給時間と停止時間とを繰り返すように開閉兼用コイル６２０に電流を供給するように制御して、可動部に自励振動を発生させる。その後、リフト量検知センサ２５０により検知された駆動弁１４０に移動量ｘが予め定められた範囲（たとえば、−ΔｘからΔｘの範囲）内であるか否かを判定する。ＥＣＵ２００は、移動量ｘが予め定められた範囲内にある状態からない状態に変化したと判定されると、開閉兼用コイル６２０に電流を供給するように制御する。そして、ＥＣＵ２００は、検知された移動量ｘに基づく移動量の時間変化率（移動速度）ｖが予め定められた範囲（たとえば、−ΔｖからΔｖの範囲）内であるか否かを判定する。ＥＣＵ２００は、時間変化率ｖが予め定められた範囲内でない状態からある状態に変化したと判定されると、開閉兼用コイル６２０への電流の供給を停止するように制御する。なお、予め定められた範囲は、中間位置に対して非対称の範囲であってもよい。

以下、図９を参照して、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図９に示したフローチャートの中で、前述の図７に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ２０００にて、ＥＣＵ２００は、Ｎの値を０に置き換える。すなわち、カウンタによるカウントを開始する。Ｓ２０１０にて、ＥＣＵ２００は、Ｎの値に１を加算した値をＮの値にする。Ｓ２０２０にて、ＥＣＵ２００は、Ｎの値が２以上であるか否かを判定する。Ｎの値が２以上であると（Ｓ２０２０にてＹＥＳ）、処理はＳ２０３０に移される。もしそうでないと（Ｓ２０２０にてＮＯ）、処理はＳ１０１０に移される。

Ｓ２０３０にて、ＥＣＵ２００は、ＥＣＵ２００のメモリに記憶されている移動量ｘをｘ＿ｏｌｄに置き換える。同様に、ＥＣＵ２００は、ＥＣＵ２００のメモリに記憶されている移動量の時間変化率（移動速度）ｖをｖ＿ｏｌｄに置き換える。

Ｓ２０４０にて、ＥＣＵ２００は、リフト量検知センサ２５０から送信される検知信号に基づいて、駆動弁１４０の移動量ｘを取得する。ＥＣＵ２００は、移動量ｘに基づいて、移動量の時間変化率ｖを算出する。

Ｓ２０５０にて、ＥＣＵ２００は、ｘ＿ｏｌｄがΔｘよりも小さくかつｘがΔｘよりも大きいか否かを判断する。または、ＥＣＵ２００は、ｘ＿ｏｌｄが−Δｘよりも大きくかつｘが−Δｘよりも小さいか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０の移動量が予め定められた範囲（−ΔｘからΔｘまでの範囲）内にある状態からない状態に変化したか否かを判定する。ｘ＿ｏｌｄがΔｘよりも小さくかつｘがΔｘよりも大きい、または、ｘ＿ｏｌｄが−Δｘよりも大きくかつｘが−Δｘよりも小さいと（Ｓ２０５０にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６０に移される。もしそうでないと（Ｓ２０５０にてＮＯ）、処理はＳ２０３０に移される。

Ｓ２０６０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に電流Ｉ（０）を供給するように制御する。Ｓ２０７０にて、ｘをｘ＿ｏｌｄに置き換える。同様に、ＥＣＵ２００は、ｖをｖ＿ｏｌｄに置き換える。Ｓ２０８０にて、ＥＣＵ２００は、リフト量検知センサ２５０から送信される検知信号に基づいて、駆動弁１４０の移動量ｘを取得する。ＥＣＵ２００は、移動量ｘに基づいて、速度ｖを算出する。

Ｓ２０９０にて、ＥＣＵ２００は、ｖ＿ｏｌｄがΔｖよりも大きくかつｖがΔｖよりも小さいか否かを判断する。または、ＥＣＵ２００は、ｖ＿ｏｌｄが−Δｖよりも小さくかつｖが−Δｖよりも大きいか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０の移動量の時間変化率が予め定められた範囲（−ΔｖからΔｖまでの範囲）内にない状態からある状態に変化したか否かを判定する。ｖ＿ｏｌｄがΔｖよりも大きくかつｖがΔｖよりも小さい、または、ｖ＿ｏｌｄが−Δｖよりも小さくかつｖが−Δｖよりも大きいと（Ｓ２０９０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１００に移される。もしそうでないと（Ｓ２０９０にてＮＯ）、処理はＳ２０７０に移される。

Ｓ２１００にて、ＥＣＵ２００は開閉兼用コイル６２０への電流の供給を停止するように制御する。Ｓ２１１０にて、ＥＣＵ２００は、リフト量検知センサ２５０により検知された移動量ｘが−Ｘ（０）よりも小さいか否かを判断する。移動量ｘが−Ｘ（０）よりも小さいと（Ｓ２１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２０に移される。もしそうでないと（Ｓ２１１０にてＮＯ）、処理はＳ２０３０に移される。Ｓ２１２０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に保持電流Ｉ（ｈ）を供給するように制御する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置の動作について図１０を参照して説明する。本実施の形態において、電磁駆動弁は、排気弁として説明する。すなわち、初期駆動の要求があると、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０を開弁位置に移動するように制御する。

図１０（Ａ）に示すように、ｔ＝０において、初期駆動の要求を検知すると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、カウンタによるカウントが開始され（Ｓ２０００）、タイマによる時間計測が開始されると（Ｓ１０１０）、吸引電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ１０２０）。Ｔ／４の時間が経過するまで（Ｓ１０３０，Ｓ１０５０にてＮＯ）、吸引電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ１０２０）。このとき、駆動弁１４０は、わずかに下方で釣り合っているため、開弁位置の方向に電磁力の合力が作用する。そして、Ｔ／４の時間が経過すると（Ｓ１０５０にてＹＥＳ）、再び時間計測が開始され（Ｓ１０６０）、開閉兼用コイル６２０への電流の供給は停止される（Ｓ１０７０）。Ｔ／４の時間が経過するまで（Ｓ１０９０にてＮＯ）、開閉兼用コイル６２０への電流の供給が停止され、以上のような電流の供給と停止とが２回繰り返される（Ｓ２０２０にてＹＥＳ）。このようにすると、駆動弁１４０において自励振動が発生する。

自励振動が発生した状態で、図１０（Ｂ）に示すように、時間ｔ＝Ｔ（０）において、リフト量検知センサ２５０により検知された駆動弁１４０の移動量ｘが−ΔｘからΔｘまでの範囲内にある状態からない状態に変化したと判定されると（Ｓ２０３０，２０４０，２０５０にてＹＥＳ）、電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ２０６０）。このとき、開閉兼用コイル６２０より駆動弁１４０に作用する電磁力の合力は、開弁位置の方向に向けて作用する。

そして、図１０（Ｃ）に示すように、時間ｔ＝Ｔ（１）において、駆動弁１４０の移動量ｘに基づく時間変化率ｖが−ΔｖからΔｖまでの範囲内にない状態からある状態に変化すると（Ｓ２０７０，Ｓ２０８０，Ｓ２０９０にてＹＥＳ）、開閉兼用コイル６２０への電流の供給が停止される。このとき、駆動弁１４０には、アッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０の中間位置に戻ろうとする弾性力が作用する。そして、時間ｔ＝Ｔ（ｈ）において、駆動弁１４０の移動量ｘが−Ｘ（０）よりも小さいと保持電流Ｉ（ｈ）が供給される。

以上のようにして、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置によると、検知された駆動弁の移動量ｘが予め定められた範囲（−ΔｘからΔｘまでの範囲）内にある状態からない状態に変化したと判定されると、電流Ｉ（０）が供給するように制御される。検知された移動量が予め定められた範囲内にある状態からない状態に変化したとき、駆動弁の位置は中間位置付近でありかつ開弁位置に向けて移動している。このとき、開閉兼用コイルに電力を供給して電磁力を発生させることにより、駆動弁には、駆動弁の移動方向に対して電磁力の合力が作用する。そのため、駆動弁の移動量の極値は増加する。その一方で、駆動弁の移動量の時間変化率ｖが予め定められた範囲（−ΔｖからΔｖまでの範囲）内でない状態からある状態に変化したと判定されると、電流の供給を停止するように制御する。予め定められた範囲内でない状態からある状態に変化したときは、駆動弁の移動量の時間変化率が小さくなる位置である。時間変化率が小さくなる位置とは、駆動弁の移動量が極値になる位置である。そのため、電流の供給を停止するため、駆動弁には、電磁力は作用せず、駆動弁を中間位置に保持しようとするアッパスプリングおよびロアスプリングによる弾性力のみが駆動弁に加えられる。そのため、駆動弁の移動量の時間変化率ｖは、駆動弁が中間位置に近づくほど増加する。このように電磁駆動弁を制御すると、駆動弁の移動量の極値が増加して、駆動弁を開弁位置および閉弁位置のいずれかの位置に移動させることができる。

また、低温時の可動部のフリクションが大きいときや、経時変化などでアッパスプリングおよびロアスプリングのばね定数が変化して実際の振動周期Ｔがずれたような場合であっても、常に最適な振動周期で作動させることが可能なので、自励振動が間延びすることがないため、消費電力が大きくなることを抑制することができる。また、確実に初期駆動させることができるため、信頼性を向上させることができる。

＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置について説明する。本実施の形態における電磁駆動弁は、上述の第２の実施の形態における電磁駆動弁の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置は、上述の第２の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置と比較して、実行されるプログラムの制御構造が異なる。

本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００は、最初の可動部の振動周期Ｔの時間は、上述の第１の実施の形態と同様に、Ｔ／４毎に供給時間と停止時間とを繰り返すように開閉兼用コイル６２０に電流を供給するように制御して、可動部に自励振動を発生させる。その後、リフト量検知センサ２５０により検知された駆動弁１４０に移動量ｘに基づいて、ＥＣＵ２００は、アッパディスク３１０とアッパコア６１０Ａとの第１の距離を算出する。そして、ＥＣＵ２００は、検知された移動量ｘに基づいて、ロアディスク２１０とロアコア６１０Ｂとの第２の距離を算出する。ＥＣＵ２００は、第１の距離と第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以上であると、開閉兼用コイル６２０に電流を供給するように制御する。ＥＣＵ２００は、第１の距離と第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以下であると、開閉兼用コイル６２０への電流の供給を停止するように制御する。

以下、図１１を参照して、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図１１に示したフローチャートの中で、前述の図９に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについて処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ３０００にて、ＥＣＵ２００は、リフト量検知センサ２５０により検知された駆動弁１４０の移動量に基づいて、アッパエアギャップおよびロアエアギャップを計算する。ここで「アッパエアギャップ」とは、アッパディスク３１０とアッパコア６１０Ａとの距離である。「ロアエアギャップ」とは、ロアディスク２１０とロアコア６１０Ｂとの距離である。アッパエアギャップおよびロアエアギャップを算出するために基準とする位置は、駆動弁の移動方向と同方向であって、同一直線上となる位置であれば、特に限定されるものではない。本実施の形態において、たとえば、アッパエアギャップは、アッパコア６１０Ａの端部６３０Ｂとアッパディスクとの鉛直距離である。ロアエアギャップは、ロアコア６１０Ｂの端部６３０Ｂとロアディスク２１０との鉛直距離である。

Ｓ３０１０にて、ＥＣＵ２００は、アッパエアギャップとロアエアギャップとの差の絶対値が予め定められた値ΔＡ／Ｇよりも大きいか否かを判断する。アッパエアギャップとロアエアギャップとの差の絶対値が予め定められた値ΔＡ／Ｇよりも大きいと（Ｓ３０１０にてＹＥＳ）、処理はＳ３０２０に移される。もしそうでないと（Ｓ３０１０にてＮＯ）、処理はＳ３０３０に移される。

Ｓ３０３０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０への電流の供給を停止するように制御する。Ｓ３０４０にて、ＥＣＵ２００は、リフト量検知センサ２５０により検知された移動量が−Ｘ（０）よりも小さいか否かを判断する。駆動弁１４０の移動量が−Ｘ（０）よりも小さいと（Ｓ３０４０にてＹＥＳ）、処理はＳ３０５０に移される。もしそうでないと（Ｓ３０４０にてＮＯ）、処理はＳ３０００に移される。Ｓ３０５０にて、ＥＣＵ２００は、電磁石に保持電流Ｉ（ｈ）を供給するように制御する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００の動作について図１２を参照して説明する。本実施の形態において、電磁駆動弁は、排気弁として説明する。すなわち、初期駆動の要求があると、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０を開弁位置に移動するように制御する。

図１２（Ａ）に示すように、ｔ＝０において、初期駆動の要求を検知すると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、カウンタによるカウントが開始され（Ｓ２０００）、タイマによる時間計測が開始されると（Ｓ１０１０）、吸引電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ１０２０）。Ｔ／４の時間が経過するまで（Ｓ１０３０，Ｓ１０５０にてＮＯ）、吸引電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ１０２０）。このとき、駆動弁１４０は、わずかに下方で釣り合っているため、開弁位置の方向に電磁力の合力が作用する。そして、Ｔ／４の時間が経過すると（Ｓ１０５０にてＹＥＳ）、再び時間計測が開始され（Ｓ１０６０）、開閉兼用コイル６２０への電流の供給は停止される（Ｓ１０７０）。Ｔ／４の時間が経過するまで（Ｓ１０９０にてＮＯ）、開閉兼用コイル６２０への電流の供給が停止され、以上のような電流の供給と停止とが２回繰り返される（Ｓ２０２０にてＹＥＳ）。このようにすると、駆動弁１４０において自励振動が発生する。

自励振動が発生した状態で、図１２（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、時間ｔ＝Ｔ（０）において、リフト量検知センサにより検知された駆動弁１４０に移動量に基づく、アッパエアギャップとロアエアギャップとの差の絶対値がΔＡ／Ｇよりも大きくなると（Ｓ３０００，Ｓ３０１０にてＹＥＳ）、電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ３０２０）。

そして、時間ｔ＝Ｔ（１）において、算出されたアッパエアギャップとロアエアギャップの差がΔＡ／Ｇよりも小さくなると（Ｓ３０１０にてＮＯ）、開閉兼用コイル６２０への電流の供給が停止される。そして、時間ｔ＝Ｔ（ｈ）において、駆動弁１４０の移動量が−Ｘ（０）よりも小さいと保持電流Ｉ（ｈ）が供給される。

以上のようにして、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置によると、検知された移動量に基づいて、アッパディスクとアッパコアとの間のアッパエアギャップを算出する。また、検知された移動量に基づいて、ロアディスクとロアコアとの間のロアエアギャップを算出する。ここで、アッパエアギャップとロアエアギャップとの差の絶対値ΔＡ／Ｇが小さいと、駆動弁の位置は中間位置付近である。駆動弁の位置が中間位置付近であるときに、開閉兼用コイルに電流を供給して、電磁力を発生させても、駆動弁に作用する電磁力の合力は小さく、消費電力が大きくなる。そのため、アッパエアギャップとロアエアギャップとの差の絶対値がΔＡ／Ｇよりも大きいときに電流を供給することにより、駆動弁に作用する電磁力の合力が大きくなり、駆動弁の移動量の極値を増加させることができる。そのため、駆動弁を閉弁位置および開弁位置のいずれか所望する位置に移動させることができる。また、アッパエアギャップとロアエアギャップとの差の絶対値がΔＡ／Ｇよりも小さいときに、開閉兼用コイルに電流の供給を停止することにより、消費電力を低減させることができる。

＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置について説明する。本実施の形態における電磁駆動弁は、上述の第１の実施の形態における電磁駆動弁の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置は、上述の第１の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置と比較して、実行されるプログラムの制御構造が異なる。

本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００は、リフト量検知センサ２５０により検知された駆動弁１４０の移動量が予め定められた距離になるまで、開閉兼用コイル６２０に電流を供給するように制御する。そして、検知された移動量が予め定められた距離（開弁位置）になると、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０への電流の供給を停止するように制御する。そして、検知された移動量に基づく駆動弁１４０の中間位置になると、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に電流を供給するように制御する。

以下、図１３を参照して、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

Ｓ４０００にて、ＥＣＵ２００は、初期駆動の要求があるか否かを検知する。初期駆動要求があると（Ｓ４０００にてＹＥＳ）、処理はＳ４０１０に移される。もしそうでないと（Ｓ４０００にてＮＯ）、ＥＣＵ２００は初期駆動の要求があるまで待機する。

Ｓ４０１０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に電流Ｉ（０）を供給するように制御する。Ｓ４０２０にて、ＥＣＵ２００は、リフト量検知センサ２５０により検知された駆動弁１４０の移動量に基づいて、駆動弁１４０が開弁位置に近づくか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ２００は、検知された駆動弁１４０の移動量が開弁位置に対応する予め定められた移動量−Ｘ（０）であるか否かを判断する。駆動弁１４０が開弁位置に近づくと（Ｓ４０２０にてＹＥＳ）、処理はＳ４０３０に移される、もしそうでないと（Ｓ４０２０にてＮＯ）、処理はＳ４０１０に移される。

Ｓ４０３０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０への電流の供給を停止するように制御する。Ｓ４０４０にて、ＥＣＵ２００は、検知された駆動弁１４０の移動量に基づいて、駆動弁１４０の位置が中間位置にあるか否かを判断する。駆動弁１４０の位置が中間位置にあると（Ｓ４０４０にてＹＥＳ）、処理はＳ４０５０に移される。もしそうでないと（Ｓ４０４０にてＮＯ）、ＥＣＵ２００は駆動弁１４０の位置が中間位置になるまで待機する。

Ｓ４０５０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に電流Ｉ（０）を供給するように制御する。Ｓ４０６０にて、ＥＣＵ２００は、検知された駆動弁１４０の移動量に基づいて、駆動弁１４０が閉弁位置に近づくか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ２００は、検知された駆動弁１４０の移動量が閉弁位置に対応する予め定められた移動量Ｘ（０）であるか否かを判断する。駆動弁１４０が閉弁位置に近づくと（Ｓ４０６０にてＹＥＳ）、処理はＳ４０７０に移される。もしそうでないと（Ｓ４０６０にてＮＯ）、処理はＳ４０５０に移される。

Ｓ４０７０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に供給する通電量を減少させるように制御する。Ｓ４０８０にて、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０が閉弁位置に移動したか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ２００は、検知された駆動弁１４０の移動量が閉弁位置に対応する移動量Ｘ（１）であるか否かを判断する。駆動弁１４０が閉弁位置に移動すると（Ｓ４０８０にてＹＥＳ）、処理はＳ４０９０に移される。もしそうでないと（Ｓ４０８０にてＮＯ）、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０が閉弁位置に移動するまで待機する。Ｓ４０９０にて、ＥＣＵ２００は、開閉兼用コイル６２０に対して保持電流Ｉ（ｈ）を供給するように制御する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵ２００の動作について、図１４を参照して説明する。本実施の形態において、電磁駆動弁は、吸気弁として説明する。すなわち、初期駆動の要求があると、ＥＣＵ２００は、駆動弁１４０を閉弁位置に移動するように制御する。

図１４（Ａ）に示すように、時間ｔ＝０において、初期駆動の要求があると（Ｓ４０００にてＹＥＳ）、電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される（Ｓ４０１０）。駆動弁１４０は、中間位置に対してわずかに下方で釣り合っているため、開閉兼用コイル６２０により発生する電磁力により、開弁位置の方向に移動する。

図１４（Ｂ）に示すように、時間ｔ＝Ｔ（０）において、駆動弁１４０の位置が開弁位置に近づくと（駆動弁１４０の移動量が−Ｘ（０）になると）（Ｓ４０２０にてＹＥＳ）、電流の供給が停止される（Ｓ４０３０）。このとき、駆動弁１４０は、アッパスプリング３６０およびロアスプリング２６０の弾性力により中間位置に戻ろうとする力が加わる。そして、時間ｔ＝Ｔ（１）において、駆動弁１４０の位置が中間位置を通過すると（Ｓ４０４０にてＹＥＳ）、電流Ｉ（０）が開閉兼用コイル６２０に供給される。駆動弁１４０の位置が中間位置を通過すると、駆動弁１４０には、慣性力とアッパスプリング３６０とロアスプリング２６０による弾性力と移動方向と同じ方向の電磁力の合力とが作用する。

そして、時間ｔ＝Ｔ（２）において、駆動弁１４０が閉弁位置に近づくと（駆動弁の移動量がＸ（０）になると）（Ｓ４０６０にてＹＥＳ）、コイル通電量を減少させる（Ｓ４０７０）。時間ｔ＝Ｔ（ｈ）において、閉弁位置になると（駆動弁の移動量がＸ（１）になると）（Ｓ４０８０にてＹＥＳ）、保持電流Ｉ（ｈ）が開閉兼用コイル６２０に供給される。

以上のようにして、本実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置によると、ＥＣＵは、検知された駆動弁の移動量が予め定められた距離になるまで、電力を供給するように制御する。駆動弁は、中間位置よりもわずかに下方で釣り合っているため、電磁石により発生する電磁力の作用を受けると、下方向に移動する。ＥＣＵは、検知された移動量に基づく位置が開弁位置になると、電力の供給を停止するように制御する。これにより、駆動弁は、駆動弁を中間位置に保持しようとするアッパスプリングおよびロアスプリングの弾性力により、中間位置の方向に移動する。ＥＣＵは、検知された移動量に基づく駆動弁の位置が中間位置になると、電力を供給するように制御する。これにより、駆動弁が中間位置を通過した後、駆動弁の移動方向と同方向の電磁力が作用する。そのため、駆動弁を閉弁位置に移動させるように制御することができる。

また、一旦、駆動弁を開弁位置まで移動させるため、安定した制御が行なうことができる。さらに、閉弁位置に駆動弁を移動させることができるため、たとえば、高温始動時に吸気弁が全開スタートしたときに新気が吸気系から排気系へ吹き抜けて触媒反応を促進させ触媒の異常過熱による破損を防止することができる。

なお、本実施の形態において、電磁駆動弁は、１つのコイル、すなわち、モノコイルにより構成される電磁石と、揺動部材の揺動運動を介して駆動弁を往復運動させる回転駆動式に、その揺動部材を複数設けた並行リンク機構とを有するが、中立位置において、コイルに電流が流れた時、揺動部材に対して開弁側と閉弁側に同一の電磁力が作用し、さらに、駆動弁の中立位置が中間位置よりもオフセットした位置とする電磁駆動弁であれば、特にこれに限定されるものではない。たとえば、電磁駆動弁は、複数のコイルを有していていもよいし、並進駆動式の電磁駆動弁であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施の形態における電磁駆動弁の断面を示す図である。 図１中のロアディスク（アッパディスク）を示す斜視図である。 図１中の電磁石を示す図である。 開弁側の変位端にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。 中間位置にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。 閉弁側の変位端にあるアッパディスクおよびロアディスクを示す模式図である。 第１の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 第１の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵにより制御される電磁駆動弁の動作を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵにより制御される電磁駆動弁の動作を示すタイミングチャートである。 第３の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵにより制御される電磁駆動弁の動作を示すタイミングチャートである。 第４の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 第４の実施の形態に係る電磁駆動弁の制御装置であるＥＣＵにより制御される電磁駆動弁の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１００ 電磁駆動弁、１２０ ステム、１２４ ラッシュアジャスタ、１４０ 駆動弁、２００ ＥＣＵ、２１０ ロアディスク、２６０ ロアスプリング、３１０ アッパディスク、３６０ アッパスプリング、５１０ ディスクベース、６００ 開閉兼用電磁石、６２０ 開閉兼用コイル。

Claims (7)

1. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁の制御装置であって、前記電磁駆動弁は、弁軸を含み、前記弁軸が延びる方向に沿って、第１の位置と第２の位置との間を往復運動する駆動弁と、前記弁軸に連結された揺動部材と、前記第１の位置と前記第２の位置との間の予め定められた位置に前記駆動弁を保持するように前記揺動部材に弾性力を作用させる弾性部材と、電力の供給に応じて、前記揺動部材に電磁力を作用させる磁力発生手段とを含み、前記磁力発生手段は、前記駆動弁が前記第１の位置と前記第２の位置との間の中間位置にあるときに、前記電力が供給されると、前記第１の位置側と前記第２の位置側とに同一の電磁力を前記揺動部材に対して作用し、前記予め定められた位置は、前記中間位置よりも前記第１の位置側および前記第２の位置側のいずれかにオフセットされた位置であって、
   前記制御装置は、
   前記磁力発生手段に電力を供給するための供給手段と、
   前記駆動弁の移動量を検知するための手段と、
   弾性力に基づく振動周期と駆動弁の移動量とのうちのいずれかに応じて磁力発生手段への電力の供給を制御するための制御手段とを含み、
   前記磁力発生手段は、１つのコイルにより構成される電磁石であって、
   前記制御手段は、
   前記弾性力に基づく振動周期に応じて、前記電力の供給時間と停止時間とを制御するための手段と、
   前記移動量が予め定められた移動量になると、前記供給される電力が予め定められた電力量になるように制御するための手段とを含む、電磁駆動弁の制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記弾性力に基づく振動周期に応じて、前記電力の供給時間と停止時間とを制御するための手段と、
   前記移動量が予め定められた範囲内であるか否かを判定するための手段と、
   前記範囲内にある状態からない状態に変化したと判定されると、前記電力を供給するように制御するための手段と、
   前記移動量の時間変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定するための手段と、
   前記時間変化率が前記範囲内にない状態からある状態に変化したと判定されると、前記電力の供給を停止するように制御するための手段とを含む、請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置。
3. 前記揺動部材は、互いに間隔を隔てて設けられた第１および第２の揺動部材とから構成され、
   前記制御手段は、
   前記弾性力に基づく振動周期に応じて、前記電力の供給時間と停止時間とを制御するための手段と、
   前記移動量に基づいて、前記第１の揺動部材と予め定められた基準位置との間の第１の距離を算出するための手段と、
   前記移動量に基づいて、前記第２の揺動部材と前記基準位置との間の第２の距離を算出するための手段と、
   前記第１の距離と前記第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以上であると、前記電力を供給するように制御するための手段と、
   前記第１の距離と前記第２の距離との差の絶対値が予め定められた距離以下であると、前記電力の供給を停止するように制御するための手段とを含む、請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記移動量が予め定められた距離になるまで、前記電力を供給するように制御するための手段と、
   前記移動量が前記予め定められた距離になると、前記電力の供給を停止するように制御するための手段と、
   前記移動量に基づく前記駆動弁の位置が前記中間位置になると、前記電力を供給するように制御するための手段とを含む、請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記移動量が予め定められた移動量になると、前記供給される電力が予め定められた電力量になるように制御するための手段をさらに含む、請求項２〜４のいずれかに記載の電磁駆動弁の制御装置。
6. 前記予め定められた電力量は、前記往復運動を停止させる電磁力を前記駆動弁に作用させる量である、請求項１〜５のいずれかに記載の電磁駆動弁の制御装置。
7. 前記電磁駆動弁は、並行リンク式の電磁駆動弁である、請求項１〜６のいずれかに記載の電磁駆動弁の制御装置。

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