JP2001349462A - バルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関のバルブを電磁的に駆動する駆動装置
のスイッチング手段およびハーネス数を、簡単な構造を
維持したまま削減する。 【解決手段】第１および第２の電磁石への励磁電流の通
電および非通電を切り換えることにより、バルブの開閉
動作を実行するバルブ駆動装置を提供する。第１および
第２の電磁石は直列に接続されており、第１の電磁石の
一方の端と接地端子との間に設けられた第１のスイッチ
ング手段と、第２の電磁石の一方の端と接地端子との間
に設けられた第２のスイッチング手段と、第１および第
２の電磁石の接続端子と電源との間に設けられた第３の
スイッチング手段とを備え、前記バルブを開弁すべきと
き、第１のスイッチング手段および第３のスイッチング
手段をオン状態にして、励時電流を第１の電磁石に通電
し、バルブを閉弁すべきとき、第２のスイッチング手段
および第３のスイッチング手段をオン状態にして、励時
電流を第２の電磁石に通電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、バルブを電磁力
で駆動するバルブ駆動装置に関し、より具体的には、バ
ルブを駆動する電磁石への通電状態を制御する構成要素
数が削減されたバルブ駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に機械要素を駆動するアクチュエー
タにおいて、カム、ロットなどの連結による機械的駆動
によって機械要素を駆動することの他に、電磁的に駆動
することが行われている。車両においてもエンジンのア
イドル制御弁、燃料噴射弁、ＥＧＲ制御弁等の開閉制御
をはじめとしてさまざまな箇所で電磁アクチュエータが
使用されている。とりわけ、今後の可能性として、内燃
機関の吸排気バルブに電磁アクチュエータを適用するこ
とが望まれている。電磁アクチュエータによって吸排気
バルブを駆動すれば、機械的駆動に比べてバルブタイミ
ングを多様に制御することが可能になり、内燃機関の出
力特性および燃費の改善が可能となる。

【０００３】電磁アクチュエータによる駆動は、電気信
号によって電磁石を励磁し、発生する電磁石の吸引力に
よって機械要素を駆動するものである。電磁アクチュエ
ータは、電気信号を制御することによって駆動のタイミ
ングおよび駆動力をきめ細かく制御することができるの
で、精密なタイミング制御および可変制御が望まれる分
野で多く利用されている。

【０００４】一般に、電磁アクチュエータにおいてバル
ブを駆動するために励磁される電磁石は、一対の開弁側
電磁石および閉弁側電磁石から構成される。開弁側電磁
石に励磁電流を通電することによりバルブは下方向に駆
動されて開き、閉弁側電磁石に励磁電流を通電すること
によりバルブは上方向に駆動されて閉じる。したがっ
て、バルブごとに、開弁側電磁石用の駆動装置および閉
弁側電磁石用の駆動装置の２つの駆動装置が設けられて
いる。

【０００５】図７の（ａ）および（ｂ）に、一般的な、
開弁側電磁石用および閉弁側電磁石用の駆動装置をそれ
ぞれ示す。図７から明らかなように、この２つの駆動装
置の構成は互いに同じであるので、図７の（ａ）の開弁
側電磁石用の駆動装置についてのみ説明する。

【０００６】図７の（ａ）に示される駆動装置８０は、
電磁石８１、電磁石８１への通電タイミングを制御する
ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）８２、電磁石８１に
供給される励磁電流を制御するＦＥＴ８３、ＦＥＴ８３
がオフ状態になった時に電磁石８１に生じる逆起電力を
フライホイール電流として放電させるフライホイール用
ダイオード８４、ＦＥＴ８２および８３が共にオフ状態
になった時に、電磁石８１に蓄えられた磁気エネルギー
を回生する回生用ダイオード８５を備える。端子８６に
は、電源電圧が供給される。

【０００７】通常、励磁電流は、定電流フィードバック
に基づく電流制御信号によって制御される。こうして、
ＦＥＴ８３は電流制御信号によりオン／オフ駆動され、
所定の励磁電流が電磁石８１に流れるようにする。な
お、ＦＥＴの代わりに、他のスイッチング手段（たとえ
ば、バイポーラトランジスタ）も使用される。また、上
記電流制御信号の代わりに、パルス幅変調（ＰＷＭ）さ
れた信号によって励磁電流を制御する場合もある。

【０００８】図７の（ａ）の回路の動作を簡単に説明す
る。バルブの開弁動作を実行するとき、ＦＥＴ８２をオ
ン状態にし、ＦＥＴ８３をオン／オフ駆動する。こうし
て励磁電流は、ＦＥＴ８３によって制御されつつ、電磁
石８１を通ってＦＥＴ８２へと通電する。バルブの開弁
動作を停止するときは、ＦＥＴ８２およびＦＥＴ８３を
共にオフ状態にする。電磁石８１には磁気エネルギーが
蓄えられているので、これを回生用ダイオード８５を介
して電源側に回生する。

【０００９】このように、従来の駆動装置には、１つの
電磁石につき２つのスイッチング手段および２つのダイ
オードが設けられており、したがって１つのバルブにつ
き４個のスイッチング手段および４個のダイオードを必
要とする（図７の（ａ）および（ｂ））。図７に示され
るダイオードの代わりにトランジスタのようなスイッチ
ング手段を使用することもできるが、その場合には１つ
のバルブにつき８個のスイッチング手段が必要となる。
また、図７に示される駆動装置では、ハーネス数は、１
つの電磁石につき２本必要なので１つのバルブにつき４
本必要となる特開平１１−６２５２８号公報には、上記
説明した駆動装置の他に、電磁石に励磁電流を通電させ
るための２つのトランジスタと、電磁石に残っている残
留磁気を消滅させるために電磁石に逆向きの電流を通電
させるための２つのトランジスタを備える駆動装置が記
載されている。また、特開平１１−２１０９１６号公報
には、電磁石に順方向に励磁電流を通電する２つのスイ
ッチング素子と、電磁石に逆方向の励磁電流を通電する
２つのスイッチング素子を備え、指令電流と励磁電流の
偏差に応じて、順方向スイッチング素子または逆方向ス
イッチング素子のいずれかをオン状態にする駆動装置が
記載されている。これらの駆動装置のいずれも、１つの
バルブにつき８個のスイッチング手段を必要とする。

【００１０】このように、１つのバルブにつき合計８個
のスイッチング手段が設けられていると、たとえば１気
筒４バルブを備える４気筒を持つ内燃機関の場合、バル
ブ駆動装置は合計１６個になるので、必要なスイッチン
グ手段の数は合計１２８個になる。さらに、必要なハー
ネス数は６４本になる。結果として、駆動装置を構成す
る構成要素数が多くなり、コスト高を招くこととなる。

【００１１】特開平１１−１６６６５７号公報には、４
つの電磁石につき９個のＦＥＴ（または、８個のＦＥＴ
と１個のダイオード）を設け、それぞれのスイッチング
手段のオン／オフ状態を随時切り換えることにより、ス
イッチング手段の数を削減したバルブ駆動装置が記載さ
れている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の特開平１１−１
６６６５７号公報に示される駆動装置はスイッチング手
段の数を削減するが、電磁石に対する励磁、フライホイ
ールおよび回生手段を実現するために、これらのスイッ
チング手段のオン／オフ状態を切り換える手段を新たに
設ける必要がある。また、スイッチング手段の数を削減
しても、ＦＥＴはダイオードに比べて比較的コストが高
い。

【００１３】駆動装置を構成する要素数を最小限にして
コストを抑え、かつ簡単な構造で組み立てることができ
るバルブ駆動装置を実現するのが望ましい。

【００１４】したがって、この発明は、図７に示される
従来の駆動装置の構成を利用し、スイッチング手段およ
びダイオードの一部をバルブの開弁動作および閉弁動作
で共用して使用することにより、簡単な構成を維持しつ
つ、構成要素数を削減することのできるバルブ駆動装置
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のバルブ駆動装置は、第１および第２の電
磁石への励磁電流の通電および非通電を切り換えること
により、バルブの開閉動作を実行するバルブ駆動装置で
あって、前記第１および第２の電磁石は直列に接続され
ており、前記第１の電磁石の一方の端と接地端子との間
に設けられた第１のスイッチング手段と、前記第２の電
磁石の一方の端と接地端子との間に設けられた第２のス
イッチング手段と、前記第１および第２の電磁石の接続
端子と電源との間に設けられた第３のスイッチング手段
とを備え、前記バルブを開弁すべきとき、前記第１のス
イッチング手段および第３のスイッチング手段をオン状
態にして、励時電流を前記第１の電磁石に通電し、前記
バルブを閉弁すべきとき、前記第２のスイッチング手段
および第３のスイッチング手段をオン状態にして、励時
電流を前記第２の電磁石に通電する、という構成をと
る。

【００１６】請求項１の発明によると、第３のスイッチ
ング手段をバルブの開弁動作および閉弁動作で共用して
使用するので、比較的簡単な回路構成を維持しつつ、ス
イッチング手段およびハーネス数を削減することができ
る。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の発明のバル
ブ駆動装置において、第１の電磁石の一方の端と電源と
の間に設けられた第１のダイオードと、第２の電磁石の
一方の端と電源との間に設けられた第２のダイオード
と、第１および第２の電磁石と接地端子との間に設けら
れた第３のダイオードとを備え、第１のスイッチング手
段および第３のスイッチング手段をオフ状態にしてバル
ブの開弁動作を停止したとき、前記第１の電磁石に誘起
される電圧を前記第１および第３のダイオードを介して
放電し、第２のスイッチング手段および第３のスイッチ
ング手段をオフ状態にして前記バルブの閉弁動作を停止
したとき、前記第２の電磁石に誘起される電圧を前記第
２および第３のダイオードを介して放電する、という構
成をとる。

【００１８】請求項２の発明によると、第３のダイオー
ドを、バルブの開弁動作および閉弁動作で共用して使用
するので、比較的簡単な回路構成を維持しつつ、ダイオ
ード数を削減することができる。

【００１９】請求項３の発明は、第１および第２の電磁
石への励磁電流の通電および非通電を切り換えることに
より、バルブの開閉動作を実行するバルブ駆動装置であ
って、前記第１および第２の電磁石は直列に接続されて
おり、前記第１の電磁石の一方の端と電源との間に設け
られた第１のスイッチング手段と、前記第２の電磁石の
一方の端と電源との間に設けられた第２のスイッチング
手段と、前記第１および第２の電磁石の接続端子と接地
端子との間に設けられた第３のスイッチング手段とを備
え、前記バルブを開弁すべきとき、前記第１のスイッチ
ング手段および第３のスイッチング手段をオン状態にし
て、励時電流を前記第１の電磁石に通電し、前記バルブ
を閉弁すべきとき、前記第２のスイッチング手段および
第３のスイッチング手段をオン状態にして、励時電流を
前記第２の電磁石に通電する、という構成をとる。

【００２０】請求項３の発明によると、第３のスイッチ
ング手段をバルブの開弁動作および閉弁動作で共用して
使用するので、比較的簡単な回路構成を維持しつつ、ス
イッチング手段およびハーネス数を削減することができ
る。

【００２１】請求項４の発明は、請求項３の発明のバル
ブ駆動装置において、第１の電磁石の一方の端と接地端
子との間に設けられた第１のダイオードと、第２の電磁
石の一方の端と接地端子との間に設けられた第２のダイ
オードと、第１および第２の電磁石の接続端子と電源と
の間に設けられた第３のダイオードとを備え、第１のス
イッチング手段および第３のスイッチング手段をオフ状
態にしてバルブの開弁動作を停止したとき、前記第１の
電磁石に誘起される電圧を前記第１および第３のダイオ
ードを介して放電し、第２のスイッチング手段および第
３のスイッチング手段をオフ状態にしてバルブの閉弁動
作を停止したとき、前記第２の電磁石に誘起される電圧
を前記第２および第３のダイオードを介して放電する、
という構成をとる。

【００２２】請求項４の発明によると、第３のダイオー
ドを、バルブの開弁動作および閉弁動作で共用して使用
するので、比較的簡単な回路構成を維持しつつ、ダイオ
ード数を削減することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に図面を参照してこの発明の実
施の形態を説明する。図１は、電磁アクチュエータ制御
装置の全体的な構成を示すブロック図である。制御装置
１は、マイクロコンピュータおよびこれに付随する回路
素子で構成される中央演算処理装置２（以下「ＣＰＵ」
という）、実行するプログラムおよびデータを格納する
ＲＯＭ３（読み取り専用メモリ）、実行時の作業領域を
提供し演算結果などを記憶するＲＡＭ４（ランダムアク
セスメモリ）、および入出力インターフェース５を備え
る。

【００２４】入出力インターフェース５には、エンジン
回転数（Ｎｅ）、エンジン水温（Ｔｗ）、吸気温（Ｔ
ａ）、バッテリ電圧（ＶＢ）、イグニションスイッチ
（IGSW）を表す各種センサ８からの信号が入力され、ま
た、要求負荷検出手段９によって検出された所望のトル
クが入力される。要求負荷検出手段９は、たとえばアク
セルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセン
サにより実現することができる。これらの入力に基づい
て、制御装置１は、電力供給のタイミング、供給する電
流または電圧の大きさ、電流または電圧を供給する時間
などのパラメータを、予めＲＯＭ３に格納されている制
御プログラムに従って決定し、電磁アクチュエータ１０
０を適切に制御する制御信号を入出力インターフェース
５を介して電流制御回路７に出力する。

【００２５】電流制御回路７は、制御装置１からの制御
信号に基づいて電流制御信号を生成し、該電流制御信号
を駆動回路８に供給する。駆動回路８は、受け取った電
流制御信号に従って、定電圧源６から供給される電流を
制御し、電磁アクチュエータ１００に設けられた第１の
電磁石１１および第２の電磁石１３に所定の励磁電流が
流れるようにする。

【００２６】駆動回路８には電流検出器１０が接続され
ており、該電流検出器１０は、第１および第２の電磁石
１１および１３に供給される電流の大きさを検出して制
御装置１にフィードバックする。制御装置１は、該フィ
ードバックされた信号に基づいて、電流制御信号を変更
するためのパラメータを電流制御回路７に供給する。結
果として、変更された電流制御信号が、電流制御回路７
によって駆動回路８に出力される。このように、内燃機
関の燃費向上、エミッション低減および馬力向上のた
め、電流制御回路７は、最適化された励磁電流を第１お
よび第２の電磁石１１および１３に通電させることがで
きる。

【００２７】図２は、図１の電磁アクチュエータ１００
の概略の構造を示す断面図である。バルブ２０は、内燃
機関の吸気ポートまたは排気ポート（以下、吸排気ポー
ト３０という）に設けられ、該吸排気ポート３０を開閉
する。バルブ２０は、電磁アクチュエータ１００によっ
て上方向に駆動されるとエンジンの吸排気ポート３０に
設けられたバルブシート３１に密着して停止し、吸排気
ポート３０を閉じる。また、バルブ２０は、電磁アクチ
ュエータ１００によって下方向に駆動されるとバルブシ
ート３１を離れ、バルブシート３１から所定の距離離れ
た位置まで下降して吸排気ポート３０を開く。

【００２８】バルブ２０には、その上方に向かってバル
ブシャフト２１が連設されている。バルブシャフト２１
は、バルブガイド２３によって軸方向に運動可能に保持
されており、その上端に軟磁性材料で作られた円板上の
アーマチャー２２が取り付けられている。アーマチャー
２２は、第１のばね１６および第２のばね１７により上
下から付勢されている。

【００２９】電磁アクチュエータ１００の非磁性材料の
ハウジング１８内には、アーマチャー２２の上方に位置
する第１のソレノイド型の電磁石１１、およびアーマチ
ャー２２の下方に位置する第２のソレノイド型の電磁石
１３が設けられている。第１の電磁石１１は第１の磁気
ヨーク１２で囲まれており、第２の電磁石１３は第２の
磁気ヨーク１４で囲まれている。第１のばね１６および
第２のばね１７は、第１の電磁石１１または第２の電磁
石１３のいずれにも励磁電流が通電されていない状態
で、アーマチャー２２が第１の電磁石１１と第２の電磁
石１３の間の中間に位置するようなバランスで設けられ
ている。

【００３０】駆動回路８によって第１の電磁石１１に励
磁電流が通電すると、第１の磁気ヨーク１２およびアー
マチャー２２が磁化されて互いに吸引しあい、アーマチ
ャー２２が上方向に引きつけられる。その結果、バルブ
シャフト２１によりバルブ２０が上方向に駆動され、バ
ルブシート３１に密着して停止し、閉状態になる。

【００３１】第１の電磁石１１への励磁電流の供給を停
止し、第２の電磁石１３に励磁電流を通電すると、第２
の磁気ヨーク１４およびアーマチャー２２が磁化されて
アーマチャー２２を下方向に吸引する力が働き、重力の
作用と相まってアーマチャー２２が下方向に駆動され、
第２の磁気ヨーク１４に接触した状態で停止する。その
結果、バルブシャフト２１によりバルブ２０が下方向に
駆動され、バルブ２０は開状態になる。

【００３２】前述したように、図７に示される従来の電
磁バルブ用の駆動装置は、開弁側電磁石８１（図２の第
２の電磁石１３に対応する）および閉弁側電磁石９１
（図２の第１の電磁石１１に対応する）のそれぞれに別
個に設けられている。しかしながら、上記説明したよう
に、開弁側および閉弁側の電磁石を同時に通電すること
はない。すなわち、バルブの開弁動作時には図７の
（ｂ）に示される駆動装置９０は使用されず、バルブの
閉弁動作時には図７の（ａ）に示される駆動装置８０は
使用されない。したがって、駆動装置を構成するスイッ
チング手段およびダイオードの一部をバルブの開弁動作
時と閉弁動作時とで共用して使用することにより、スイ
ッチング手段、ダイオードおよびハーネス数が削減され
た駆動装置を実現することができる。

【００３３】図３は、この発明による駆動装置５０を示
す。１つのバルブにつき、１つの駆動装置５０が設けら
れる。駆動装置５０は、第１および第２の電磁石１１お
よび１３、第１および第２のタイミング用ＦＥＴ５１Ａ
および５１Ｂ、電流制御用ＦＥＴ５３、フライホイール
用ダイオード５５、第１および第２の回生用ダイオード
５７Ａおよび５７Ｂを備える。第１および第２の電磁石
１１および１３は、図１および図２に示される第１およ
び第２の電磁石１１および１３にそれぞれ対応する。駆
動装置５０の第１および第２の電磁石を除く構成部分
は、図１の駆動回路８に対応する。

【００３４】第１のタイミング用ＦＥＴ５１Ａは、Ｎチ
ャネルＦＥＴによって実現されるスイッチング手段であ
り、ソース端子は接地端子６２に接続され、ドレイン端
子は第１の電磁石１１に接続され、ゲート端子は電流制
御回路７に接続される。第２のタイミング用ＦＥＴ５１
Ｂは、ソース端子が第２の電磁石１３に接続されること
をのぞき、第１のタイミング用ＦＥＴ５１Ａと同じ構成
を有する。ここでは、第１および第２のタイミング用Ｆ
ＥＴ５１Ａおよび５１ＢにＮチャネルＦＥＴを用いた
が、代わりにＰチャネルＦＥＴを用いてもよい。

【００３５】電流制御用ＦＥＴ５３は、ＰチャネルＦＥ
Ｔによって実現されるスイッチング手段であり、ドレイ
ン端子は第１および第２の電磁石１１および１３の両方
に接続され、ソース端子は電源端子６１に接続され、ゲ
ート端子は電流制御回路７に接続される。電源端子６１
は、図１の定電圧源６に接続される。ここでは、電流制
御用ＦＥＴ５３にＰチャネルＦＥＴを用いたが、代わり
にＮチャネルＦＥＴを用いてもよい。

【００３６】第１および第２のタイミング用ＦＥＴおよ
び電流制御用ＦＥＴを、代わりにパワートランジスタま
たはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）
など任意のスイッチング素子によって実現することがで
きる。

【００３７】フライホイール用ダイオード５５は、アノ
ード端子が接地端子６２に接続され、カソード端子が第
１および第２の電磁石１１および１３の両方に接続され
る。第１の回生用ダイオード５７Ａは、アノード端子が
第１の電磁石１１のＦＥＴ５１Ａ側の端子に接続され、
カソード端子が電源端子６１に接続される。第２の回生
用ダイオード５７Ｂは、アノード端子が第２の電磁石１
３のＦＥＴ５１Ｂ側の端子に接続されることをのぞき、
第１の回生用ダイオード５７Ａと同じ構成を有する。

【００３８】駆動装置５０は、バルブの開閉動作におい
て、電流制御用ＦＥＴ５３およびフライホイール用ダイ
オード５５を共用して使用する。以下に、バルブの開閉
動作における駆動装置５０の動作を説明する。

【００３９】図４は、駆動装置５０のＦＥＴ５１Ａ、５
１Ｂおよび５３のオン／オフ動作のタイミングを示す図
である。図４の（ａ）は、時間ｔ１〜ｔ３にわたってバ
ルブの開弁動作が実行される場合を示し、図４の（ｂ）
は、時間ｔ４〜ｔ６にわたってバルブの閉弁動作が実行
される場合を示す。

【００４０】最初に、バルブの開弁動作について説明す
る。制御装置１は、バルブの開弁動作に必要な制御信号
を電流制御回路７に出力し、電流制御回路７は、それに
応答して、所定の励磁電流を流すための電流制御信号を
生成する。

【００４１】図４の（ａ）の時間ｔ１において、タイミ
ング用ＦＥＴ５１Ａが制御装置１からの制御信号に応答
してオン状態になると同時に、電流制御用ＦＥＴ５３も
電流制御回路７から供給される電流制御信号に応答して
オン状態になる。バルブの開弁動作の間、ＦＥＴ５１Ａ
はオン状態に維持され、ＦＥＴ５３は電流制御信号に従
ってオン／オフ駆動される。第２のタイミング用ＦＥＴ
５１Ｂはオフ状態のままである。

【００４２】時間ｔ１〜ｔ２のように、ＦＥＴ５１Ａお
よびＦＥＴ５３が共にオン状態にあるとき、励磁電流
は、破線７１（図３）に示されるように、第１の電磁石
１１を通ってＦＥＴ５１Ａおよび接地端子６２へと流れ
る。こうして第１の電磁石１１は励磁され、前述したよ
うにバルブの開弁動作が実行される。

【００４３】時間ｔ２に示されるように、ＦＥＴ５１Ａ
がオン状態のままでＦＥＴ５３がオン状態からオフ状態
になると、第１の電磁石１１に逆起電力が誘起され、第
１の電磁石１１の負極側（ＦＥＴ５１Ａ側）に高電圧が
生じる。このとき、電磁石１１は、電圧が供給されてい
た時と同じ向きに電流を流し続けようとする。

【００４４】一方、ＦＥＴ５３がオフ状態になったの
で、第１の電磁石１１の負極側から、ＦＥＴ５１Ａおよ
びフライホイール用ダイオード５５を通り、第１の電磁
石１１の正極側（ＦＥＴ５３側）に至る閉回路が形成さ
れる。したがって、上記電磁石１１の負極側の高電圧
は、破線７２に示されるように、この閉回路を流れるフ
ライホイール電流として放電される。

【００４５】このように、フライホイール用ダイオード
５５は、電流制御回路７から供給される電流制御信号の
周波数に適合することができる高速なスイッチングを実
現するダイオードであるのが望ましい。

【００４６】次に、図４の（ａ）の時間ｔ３において、
バルブの開弁動作を停止する。第１のタイミング用ＦＥ
Ｔ５１Ａが、制御装置１からの制御信号に応答してオフ
状態になると同時に、電流制御用ＦＥＴ５３も電流制御
信号の供給が停止されるのでオフ状態になる。前述した
のと同様に、第１の電磁石１１には逆起電力が誘起され
て負極側に高電圧を生じ、電磁石１１は、電圧が供給さ
れていたときと同じ方向に引き続き電流を流そうとす
る。ＦＥＴ５１Ａおよび５３はオフ状態にあるので、破
線７３に示すように、フライホイール用ダイオード５
５、第１の電磁石１１および第１の回生用ダイオード５
７Ａを通る電流経路が形成される。したがって、上記負
極側に生じた高電圧は、回生用ダイオード５７Ａおよび
電源端子６１を通って電源側へと放電される。このよう
に、第１の電磁石１１に蓄えられた磁気エネルギーは電
源側に回生される。

【００４７】次に、バルブの閉弁動作について説明す
る。バルブの閉弁動作は、基本的にはバルブの開弁動作
と同じであるので簡単に説明するにとどめる。制御装置
１は、バルブの閉弁動作を実行するのに必要な制御信号
を電流制御回路７に出力し、電流制御回路７は、それに
応答して電流制御信号を生成する。

【００４８】図４の（ｂ）の時間ｔ４において、タイミ
ング用ＦＥＴ５１Ｂが制御信号に応答してオン状態にな
ると同時に、電流制御用ＦＥＴ５３も電流制御信号に応
答してオン状態になる。バルブの閉弁動作の間、ＦＥＴ
５１Ｂはオン状態に維持され、ＦＥＴ５３はオン／オフ
駆動される。第１のタイミング用ＦＥＴ５１Ａはオフ状
態のままである。

【００４９】ＦＥＴ５１ＢおよびＦＥＴ５３が共にオン
状態にあるとき、破線７５に示されるように、励磁電流
は、第２の電磁石１３を通ってＦＥＴ５１Ｂおよび接地
端子６２へと流れる。こうして第２の電磁石１３は励磁
され、バルブの閉弁動作が実行される。

【００５０】図４の（ｂ）の時間ｔ５に示されるよう
に、ＦＥＴ５１Ｂがオン状態のままでＦＥＴ５３がオン
状態からオフ状態になると、第２の電磁石１３に逆起電
力が誘起され、電磁石１３の負極側（タイミング用ＦＥ
Ｔ５１Ｂ側）に高電圧が生じる。一方、電磁石１３の負
極側から、タイミング用ＦＥＴ５１Ｂおよびフライホイ
ール用ダイオード５５を通り、第２の電磁石１３の正極
側（ＦＥＴ５３側）に至る閉回路が形成される。したが
って、上記高電圧は、破線７６に示されるようにこの閉
回路を流れるフライホイール電流として放電される。

【００５１】次に、図４の（ｂ）の時間ｔ６においてバ
ルブの閉弁動作を停止する。タイミング用ＦＥＴ５１Ｂ
が制御信号に応答してオフ状態になると同時に、電流制
御用ＦＥＴ５３も電流制御信号の供給が停止されるので
オフ状態になる。前述したように、第２の電磁石１３に
は逆起電力が誘起されて負極側に高電圧を生じる。一
方、破線７７に示すように、フライホイール用ダイオー
ド５５、第２の電磁石１３および第２の回生用ダイオー
ド５７Ｂを通る電流経路が形成される。したがって、上
記高電圧は、回生用ダイオード５７Ｂを通って電源側へ
と回生される。

【００５２】このように、バルブの開閉動作において、
電流制御用ＦＥＴ５３およびフライホイール用ダイオー
ド５５を共用して使用することにより、駆動回路を構成
する要素数を削減することができる。具体的には、１つ
のバルブにつき、スイッチング手段およびダイオードが
それぞれ３個になるので、１気筒４バルブで４気筒を持
つ内燃機関の場合、従来の電磁バルブ駆動装置（図７）
では６４個のスイッチング手段および６４個のダイオー
ドが必要だったのに対し、この発明によるバルブ駆動装
置では、４８個のスイッチング手段および４８個のダイ
オードに削減される。すなわち、スイッチング手段およ
びダイオードの数がそれぞれ２５％削減される。フライ
ホイール用ダイオードだけを考えると、従来の３２個か
ら１６個に削減され、これは５０％の削減に相当する。
また、ハーネス数は、従来の駆動装置（図７）では６４
本必要だったのに対し、この発明による駆動装置では４
８本に削減され、これは２５％の削減に相当する。

【００５３】このように、この発明によるバルブ駆動装
置によると、スイッチング手段、ダイオードおよびハー
ネス数の大幅な削減を図ることができる。また、従来の
駆動装置の構成を利用しており、複雑なスイッチング切
り換え手段を新たに設ける必要がないので、この発明に
よるバルブ駆動装置は、組み立てるのに比較的容易であ
る。

【００５４】図５は、この発明に従う駆動装置の他の実
施例を示す。駆動装置６０は、タイミング用ＦＥＴ５１
および回生用ダイオード５７を共用して使用する点で、
駆動装置５０と異なる。

【００５５】駆動装置６０は、第１および第２の電磁石
１１および１３、タイミング用ＦＥＴ５１、第１および
第２の電流制御用ＦＥＴ５３Ａおよび５３Ｂ、第１およ
び第２のフライホイール用ダイオード５５Ａおよび５５
Ｂ、回生用ダイオード５７を備える。第１の電磁石１１
および第２の電磁石１３は、図１および図２に示される
第１および第２の電磁石１１および１３にそれぞれ対応
する。駆動装置６０の第１および第２の電磁石を除く構
成部分は、図１の駆動回路８に対応する。

【００５６】タイミング用ＦＥＴ５１は、ＮチャネルＦ
ＥＴによって実現されるスイッチング手段であり、ソー
ス端子は接地端子６２に接続され、ドレイン端子は第１
および第２の電磁石１１および１３の両方に接続され、
ゲート端子は電流制御回路７に接続される。ここでは、
タイミング用ＦＥＴ５１にＮチャネルＦＥＴを用いた
が、代わりにＰチャネルＦＥＴを用いてもよい。

【００５７】第１の電流制御用ＦＥＴ５３Ａは、Ｐチャ
ネルＦＥＴによって実現されるスイッチング手段であ
り、ドレイン端子は第１の電磁石１１に接続され、ソー
ス端子は電源端子６１に接続され、ゲート端子は電流制
御回路７に接続される。電源端子６１は、図１の定電圧
源６に接続される。第２の電流制御用ＦＥＴ５３Ｂは、
ドレイン端子が第２の電磁石１３に接続されることを除
き、第１の電流制御用ＦＥＴ５３Ａと同じ構成を有す
る。ここでは、第１および第２の電流制御用ＦＥＴ５３
Ａおよび５３ＢにＰチャネルＦＥＴを用いたが、代わり
にＮチャネルＦＥＴを用いてもよい。

【００５８】第１のフライホイール用ダイオード５５Ａ
は、アノード端子が接地端子６２に接続され、カソード
端子が第１の電磁石１１に接続される。第２のフライホ
イール用ダイオード５５Ｂは、カソード端子が第２の電
磁石１３に接続されることを除き、第１のフライホイー
ル用ダイオード５５Ａと同じ構成を有する。回生用ダイ
オード５７は、アノード端子が第１および第２の電磁石
１１および１３のそれぞれのＦＥＴ５１側の端子に接続
され、カソード端子は電源端子６１に接続される。

【００５９】図６は、図５に示される駆動装置６０のＦ
ＥＴ５１、５３Ａおよび５３Ｂのオン／オフ動作のタイ
ミングを示す図である。図６の（ａ）は、時間ｔ１〜ｔ
３にわたってバルブの開弁動作が実行される場合を示
し、図６の（ｂ）は、時間ｔ４〜ｔ６にわたってバルブ
の閉弁動作が実行される場合を示す。

【００６０】バルブの開弁動作について説明する。制御
装置１は、バルブの開弁動作に必要な制御信号を電流制
御回路７に出力し、電流制御回路７は、それに応答して
電流制御信号を生成する。

【００６１】図６の（ａ）の時間ｔ１において、タイミ
ング用ＦＥＴ５１が、制御装置１からの制御信号に応答
してオン状態になると同時に、電流制御用ＦＥＴ５３Ａ
も電流制御回路７から供給される電流制御信号に応答し
てオン状態になる。バルブの開弁動作の間、ＦＥＴ５１
はオン状態に維持され、ＦＥＴ５３Ａはオン／オフ駆動
される。第２の電流制御用ＦＥＴ５３Ｂはオフ状態のま
まである。

【００６２】図６の（ａ）の時間ｔ１〜ｔ２のように、
ＦＥＴ５１およびＦＥＴ５３Ａが共にオン状態にあると
き、励磁電流は、破線８１に示されるように、第１の電
磁石１１を通ってＦＥＴ５１および接地端子６２へと流
れる。こうして第１の電磁石１１は励磁され、バルブの
開弁動作が実行される。

【００６３】図６の（ａ）の時間ｔ２に示されるよう
に、ＦＥＴ５１がオン状態のままでＦＥＴ５３Ａがオン
状態からオフ状態になると、第１の電磁石１１に逆起電
力が誘起され、電磁石１１の負極側（ＦＥＴ５１側）に
高電圧が生じる。このとき、電磁石１１は、電圧が供給
されていた時と同じ方向に電流を流し続けようとする。

【００６４】一方、ＦＥＴ５３Ａがオフ状態にあるの
で、電磁石１１の負極側から、タイミング用ＦＥＴ５１
および第１のフライホイール用ダイオード５５Ａを通
り、電磁石１１の正極側（ＦＥＴ５３Ａ側）に至る閉回
路が形成される。したがって、電磁石１１の負極側の高
電圧は、破線８２に示されるように、この閉回路を流れ
るフライホイール電流として放電される。

【００６５】次に、図６の（ａ）の時間ｔ３において、
バルブの開弁動作を停止する。ＦＥＴ５１が制御装置１
からの制御信号に応答してオフ状態になると同時に、電
流制御用ＦＥＴ５３Ａも電流制御信号の供給が停止され
るのでオフ状態になる。前述したように、電磁石１１に
逆起電力が誘起されて負極側に高電圧を生じ、電磁石１
１は、電圧が供給されていたときと同じ方向に引き続き
電流を流そうとする。ＦＥＴ５１および５３Ａが共にオ
フ状態にあるので、破線８３に示すように、フライホイ
ール用ダイオード５５Ａ、第１の電磁石１１および回生
用ダイオード５７を通る電流経路が形成される。したが
って、上記高電圧は、回生用ダイオード５７を通って電
源端子６１へと放電される。こうして第１の電磁石１１
に蓄えられた磁気エネルギーは電源側へ回生される。

【００６６】バルブの閉弁動作について説明する。バル
ブの閉弁動作は、基本的にはバルブの開弁動作と同じで
ある。制御装置１は、バルブの閉弁動作に必要な制御信
号を電流制御回路７に出力し、電流制御回路７は、それ
に応答して電流制御信号を生成する。

【００６７】図６の（ｂ）の時間ｔ４において、タイミ
ング用ＦＥＴ５１が制御信号に応答してオン状態になる
と同時に、電流制御用ＦＥＴ５３Ｂも電流制御信号に応
答してオン状態になる。バルブの閉弁動作の間、ＦＥＴ
５１はオン状態に維持され、ＦＥＴ５３Ｂはオン／オフ
駆動される。第１の電流制御用ＦＥＴ５３Ａはオフ状態
のままである。

【００６８】ＦＥＴ５１およびＦＥＴ５３が共にオン状
態にあるとき、励磁電流は、破線８５に示されるように
第２の電磁石１３を通ってＦＥＴ５１および接地端子６
２へと通電する。こうして第２の電磁石１３は励磁さ
れ、バルブの閉弁動作が実行される。

【００６９】図６の（ｂ）の時間ｔ５に示されるよう
に、タイミング用ＦＥＴ５１がオン状態のままでＦＥＴ
５３Ｂがオン状態からオフ状態になると、第２の電磁石
１３に逆起電力が誘起され、電磁石１３の負極側（ＦＥ
Ｔ５１Ｂ側）に高電圧が生じる。一方、第２の電磁石１
３の負極側から、タイミング用ＦＥＴ５１およびフライ
ホイール用ダイオード５５Ｂを通り、電磁石１３の正極
側（ＦＥＴ５３側）に至る閉回路が形成される。したが
って、上記高電圧は、破線８６に示されるようにこの閉
回路を流れるフライホイール電流として放電される。

【００７０】次に、図６の（ｂ）の時間ｔ６において、
バルブの閉弁動作を停止する。タイミング用ＦＥＴ５１
が制御信号に応答してオフ状態になると同時に、電流制
御用ＦＥＴ５３Ｂも電流制御信号の供給が停止されるの
でオフ状態になる。前述したように、第２の電磁石１３
には逆起電力が誘起されて負極側に高電圧が生じ、電磁
石１３は、この高電圧を放電しようとする。一方、破線
８７に示すように、フライホイール用ダイオード５５
Ｂ、第２の電磁石１３および回生用ダイオード５７を通
る電流経路が形成される。したがって、上記高電圧は、
回生用ダイオード５７を通って電源側へと回生される。

【００７１】このように、バルブの開閉動作において、
タイミング用ＦＥＴ５１および回生用ダイオード５７を
共用して使用することにより、、駆動装置６０は、図３
に示される駆動装置５０の場合と同じ数だけ、スイッチ
ング手段、ダイオードおよびハーネス数を削減すること
ができる。上記の駆動装置５０ではフライホイール用ダ
イオードが５０％削減されたが、この駆動装置６０では
回生用ダイオードが５０％削減される。また、駆動回路
５０の場合と同様に従来の駆動装置の構成を利用してい
るので、駆動装置６０も組み立てるのが比較的容易であ
る。

【００７２】

【発明の効果】請求項１の発明によると、請求項１の発
明によると、第３のスイッチング手段をバルブの開弁動
作および閉弁動作で共用して使用するので、比較的簡単
な回路構成を維持しつつ、スイッチング手段およびハー
ネス数を削減することができる。

【００７３】請求項２の発明によると、第３のダイオー
ドを、バルブの開弁動作および閉弁動作で共用して使用
するので、比較的簡単な回路構成を維持しつつ、ダイオ
ード数を削減することができる。

【００７４】請求項３の発明によると、第３のスイッチ
ング手段をバルブの開弁動作および閉弁動作で共用して
使用するので、比較的簡単な回路構成を維持しつつ、ス
イッチング手段およびハーネス数を削減することができ
る。

【００７５】請求項４の発明によると、第３のダイオー
ドを、バルブの開弁動作および閉弁動作で共用して使用
するので、比較的簡単な回路構成を維持しつつ、ダイオ
ード数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タおよびその制御装置の全体を示すブロック図。

【図２】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タの概略的な断面図を示す図。

【図３】この発明の一実施例におけるバルブ駆動装置を
示す図。

【図４】この発明の一実施例におけるバルブ駆動装置の
スイッチング手段の動作タイミングを示す図。

【図５】この発明の他の一実施例におけるバルブ駆動装
置を示す図。

【図６】この発明の他の一実施例におけるバルブ駆動装
置のスイッチング手段の動作タイミングを示す図。

【図７】従来のバルブ駆動装置の構成を示す図。

【符号の説明】 １ 制御装置 ６ 定電圧源 ７ 電流制御回路 ８ 駆動回路 １１ 第１の電磁石 １３ 第２の電磁
石 ２０ バルブ ５１、５３ スイ
ッチング手段 ５５、５７ ダイオード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１および第２の電磁石への励磁電流の通
   電および非通電を切り換えることにより、バルブの開閉
   動作を実行するバルブ駆動装置であって、前記第１およ
   び第２の電磁石は直列に接続されており、 前記第１の電磁石の一方の端と接地端子との間に設けら
   れた第１のスイッチング手段と、 前記第２の電磁石の一方の端と接地端子との間に設けら
   れた第２のスイッチング手段と、 前記第１および第２の電磁石の接続端子と電源との間に
   設けられた第３のスイッチング手段とを備え、 前記バルブを開弁すべきとき、前記第１のスイッチング
   手段および第３のスイッチング手段をオン状態にして、
   励時電流を前記第１の電磁石に通電し、 前記バルブを閉弁すべきとき、前記第２のスイッチング
   手段および第３のスイッチング手段をオン状態にして、
   励時電流を前記第２の電磁石に通電するよう構成したバ
   ルブ駆動装置。
2. 【請求項２】前記第１の電磁石の一方の端と電源との間
   に設けられた第１のダイオードと、 前記第２の電磁石の一方の端と電源との間に設けられた
   第２のダイオードと、前記第１および第２の電磁石と接
   地端子との間に設けられた第３のダイオードとを備え、 前記第１のスイッチング手段および第３のスイッチング
   手段をオフ状態にして前記バルブの開弁動作を停止した
   とき、前記第１の電磁石に誘起される電圧を前記第１お
   よび第３のダイオードを介して放電し、 前記第２のスイッチング手段および第３のスイッチング
   手段をオフ状態にして前記バルブの閉弁動作を停止した
   とき、前記第２の電磁石に誘起される電圧を前記第２お
   よび第３のダイオードを介して放電するよう構成した請
   求項１に記載のバルブ駆動装置。
3. 【請求項３】第１および第２の電磁石への励磁電流の通
   電および非通電を切り換えることにより、バルブの開閉
   動作を実行するバルブ駆動装置であって、前記第１およ
   び第２の電磁石は直列に接続されており、 前記第１の電磁石の一方の端と電源との間に設けられた
   第１のスイッチング手段と、 前記第２の電磁石の一方の端と電源との間に設けられた
   第２のスイッチング手段と、 前記第１および第２の電磁石の接続端子と接地端子との
   間に設けられた第３のスイッチング手段とを備え、 前記バルブを開弁すべきとき、前記第１のスイッチング
   手段および第３のスイッチング手段をオン状態にして、
   励時電流を前記第１の電磁石に通電し、 前記バルブを閉弁すべきとき、前記第２のスイッチング
   手段および第３のスイッチング手段をオン状態にして、
   励時電流を前記第２の電磁石に通電するよう構成したバ
   ルブ駆動装置。
4. 【請求項４】前記第１の電磁石の一方の端と接地端子と
   の間に設けられた第１のダイオードと、 前記第２の電磁石の一方の端と接地端子との間に設けら
   れた第２のダイオードと、 前記第１および第２の電磁石の接続端子と電源との間に
   設けられた第３のダイオードとを備え、 前記第１のスイッチング手段および第３のスイッチング
   手段をオフ状態にして前記バルブの開弁動作を停止した
   とき、前記第１の電磁石に誘起される電圧を前記第１お
   よび第３のダイオードを介して放電し、 前記第２のスイッチング手段および第３のスイッチング
   手段をオフ状態にして前記バルブの閉弁動作を停止した
   とき、前記第２の電磁石に誘起される電圧を前記第２お
   よび第３のダイオードを介して放電するよう構成した請
   求項３に記載のバルブ駆動装置。