(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石と、該電磁石によりスプリングの反力に抗して駆動される可動子及び該可動子に連係して駆動される弁体を備え、前記可動子の位置を検出しつつ前記電磁石を通電制御すると共に、可動子の少なくとも１方向の移動時において、弁体の着座停止後、該弁体から離脱して可動子のみが所定量移動後停止する電磁駆動弁の制御装置であって、
前記方向の移動時には、前記可動子の先に設定される制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より前記電磁石から離れた位置に設定することを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項２】
前記先に設定される制御目標位置は、前記弁体の着座停止位置における可動子位置近傍に設定され、後で設定される制御目標位置は前記電磁石に衝突する直前の位置に設定されることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項３】
電磁駆動弁は、エンジンにおける吸・排気弁であり、前記方向の弁体の移動時は、閉弁時であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項４】
電磁石と、該電磁石によりスプリングの反力に抗して駆動される可動子及び該可動子に連係して駆動される弁体を備え、前記可動子の位置を検出しつつ前記電磁石を通電制御すると共に、可動部の少なくとも１方向の移動時において、可動子が前記電磁石に衝突する直前の位置で停止することにより、弁体が停止する電磁駆動弁の制御装置であって、
前記方向の移動時には、前記可動子の先に設定される制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より電磁石に接近した位置に設定することを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項５】
電磁駆動弁は、エンジンにおける吸・排気弁であり、前記方向の弁体の移動時は、開弁時であることを特徴とする請求項４に記載の電磁駆動弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動弁の制御装置に関し、特に、可動子の位置に応じた通電制御を行う電磁駆動弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンの吸排気弁の駆動方式において、従来のカムにより弁体を駆動するカム駆動方式に代えて、電磁力により弁体を駆動する電磁駆動弁が提案されている。この電磁駆動弁によれば、弁体駆動用のカム機構が不要となることに加えて、エンジンの動作状態に応じて吸排気弁の開閉時期を容易に最適化することができ、エンジンの出力向上及び燃費の向上を図ることができる。
【０００３】
このような電磁駆動弁の従来技術としては、特開平１０−２０５３１４号公報記載の「ガス交換弁の電磁弁駆動部を制御する方法」（以下、第１従来技術）、特開平１０−２２０６２２号公報記載の「幅の狭い構造の電磁式アクチュエータ」（以下、第２従来技術）が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に電磁駆動弁では、弁体もしくは可動子（可動部）の一部が閉弁時および最大開弁時に電磁石と衝突する。そのため衝突時に騒音が発生する。また可動部や電磁石部分の強度を衝突に耐えるものとすると、電磁駆動弁として重量が増加したり、大きな駆動電力を必要としたりする。
【０００５】
このため第１従来技術、第２従来技術では電磁石の形状を変え、可動部と電磁石とが接触しない位置で磁力が最大となり、可動部が電磁石と衝突する前に停止保持される電磁駆動弁が開示されている。
【０００６】
しかしながら、第１従来技術、第２従来技術の方法で、可動部を電磁石と衝突する前に停止保持するには大きな磁力を発生させることが必要であり、電磁石磁気回路の大型化や駆動電力の大電力化を招きやすいという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので、消費電力を節減しつつ可動子や弁体の衝突音や摩耗を低減できるようにした電磁駆動弁の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明は、
電磁石と、該電磁石によりスプリングの反力に抗して駆動される可動子及び該可動子に連係して駆動される弁体を備え、前記可動子の位置を検出しつつ前記電磁石を通電制御すると共に、可動子の少なくとも１方向の移動時において、弁体の着座停止後、該弁体から離脱して可動子のみが所定量移動後停止する電磁駆動弁の制御装置であって、
前記方向の移動時には、前記可動子の先に設定される制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より前記電磁石から離れた位置に設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項1に係る発明によると、
可動子の駆動中に、制御目標位置を複数段階に切り換えつつ該制御目標位置に応じて前記電磁石を通電制御することにより、最適な状態に制御することができ、以って、可動子や弁体の衝突音低減、摩耗抑制、応答性などを向上することができる。
【００１０】
また、前記弁体の着座停止後、可動子のみがさらに移動してから停止するときに、先に設定される制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より前記電磁石から離れた位置に設定することにより、弁体の着座直前の速度を小さくして着座時の衝撃を低減しつつ、弁体着座後新たに設定される制御目標位置に向かって可動子を駆動する。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、
前記先に設定される制御目標位置は、前記弁体の着座停止位置における可動子位置近傍に設定され、後で設定される制御目標位置は前記電磁石に衝突する直前の位置に設定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明によると、
弁体の着座時の速度を十分小さくして着座させつつ、可動子を電磁石に吸着される直前の位置で停止するように制御される。これにより、弁体の着座時の衝撃を極力低減できるとともに、可動子の衝突を抑制して衝突音、摩耗を防止することができ、弁体を電磁石により接近させることで消費電力も節減できる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、
電磁駆動弁は、エンジンにおける吸・排気弁であり、前記方向の弁体の移動時は、閉弁時であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明によると、
吸・排気弁の閉弁時の衝突音を軽減でき、摩耗を抑制できる。
また、請求項４に係る発明は、
可動部の少なくとも１方向の移動時において、可動子が前記電磁石に衝突する直前の位置で停止することにより、弁体が停止するものにおいて、前記方向の移動時には、前記可動子の先に設定される制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より電磁石に接近した位置に設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明によると、
先に設定される制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より前記電磁石に接近した位置に設定することにより、弁体及び可動子の駆動初期の速度を大きくして応答性を高めつつ、可動子を電磁石から離れた位置で停止させるようにして、衝突音，摩耗を防止することができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、
電磁駆動弁は、エンジンにおける吸・排気弁であり、前記方向の弁体の移動時は、開弁時であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明によると、
吸・排気弁の開弁時の応答性を確保しつつ衝突音、摩耗を防止できる。
【００１８】
【発明の実施形態】
次に図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電磁駆動弁の制御装置を車両用エンジンに適用した全体構成を示す図である。
【００１９】
同図に示すように、エンジンのシリンダ５１の上部に固定されたシリンダヘッド５２には、吸気弁または排気弁となる弁体５４（図２では単一の弁のみを示す）が設けられている。弁体５４の上方に伸延する弁軸５４ａの上部には、スプリングリテーナ５５が固定され、該スプリングリテーナ５５とシリンダヘッド５２との間には弁体５４を閉弁側に付勢するコイルスプリング５６が設けられている。
【００２０】
またシリンダヘッド５２の上部には電磁駆動弁のケースとなるハウジング６０が立設されている。該ハウジング６０の内部には、閉弁側電磁石１１と、開弁側電磁石１２とが所定の間隔をあけて上下に対向する位置に固定されている。これら閉弁側電磁石１１と開弁側電磁石１２との間には、軟磁性体の可動子（アーマチュア）５７が可動子軸部材５７ａにより上下に滑動可能に支持されている。
【００２１】
閉弁側電磁石１１より上方の位置には、可動子軸部材５７ａにスプリングリテーナ５８が固定され、ハウジング６０の頂壁内面とスプリングリテーナ５８との間には、可動子５７を開弁側に付勢するコイルスプリング５９が設けられている。
【００２２】
またハウジング６０の頂壁には、前記弁体５４と可動子５７とで構成される可動部の速度を検出し速度信号を出力する可動部速度センサ２、可動部の位置を検出し位置信号を出力する可動部位置センサ３が設けられ、これら速度信号及び位置信号は、電磁駆動弁の制御装置１に出力される。
【００２３】
さらに制御装置１は、エンジン制御ＥＣＵ８から開弁指令／閉弁指令が伝達され、制御装置１は閉弁側電磁石電流制御部９及び開弁側電磁石電流制御部１０に対して電流目標値を出力するようになっている。
【００２４】
閉弁側電磁石電流制御部９及び開弁側電磁石電流制御部１０は、それぞれ入力された電流目標値に応じたＰＷＭ制御により電源部１３から各電磁石１１，１２へ電流を供給することにより電磁力を制御できるようになっている。
【００２５】
次に、電磁駆動弁および電磁駆動弁の制御装置の動作の概要を説明する。
可動子５７はコイルスプリング５６，５９に懸吊されており、閉弁側電磁石１１および開弁側電磁石１２が通電していないとき、閉弁側電磁石１１と開弁側電磁石１２の概略中央に位置するように、それぞれのコイルスプリング５６，５９の寸法及びバネ定数が設定されている。
【００２６】
ここで、コイルスプリング５６，５９と、弁５４双び可動子５７を含む可動部とで構成されるバネ・マス系の固有振動数ｆｏは、合成バネ定数をＫ、合計慣性質量をｍとすると、ｆｏ＝２π√（Ｋ／ｍ）であることが知られている。
【００２７】
さてエンジン始動前の初期動作において、上記固有振動数ｆｏに対応する周期で閉弁側電磁石１１と開弁側電磁石１２に交互に通電する。そして、可動部を共振させることにより徐々に可動部の振幅を増大させ、初期動作の最終段階で、閉弁又は開弁状態に維持される。
【００２８】
次に、エンジンの始動時または通常の稼働時には、例えば開弁時はまず閉弁側電磁石１１の電流が切られ、可動部はコイルスプリングのバネ力により下方に移動を開始する。摩擦力などによるエネルギー損失のため、バネ力だけで弁全開位置まで可動子５７を移動させることはできない。そこで、可動子５７が開弁側電磁石１２に十分近づき、電磁力が有効となる位置で開弁側電磁石１２が通電され、可動子５７の運動を助勢する。
【００２９】
このとき制御装置１は可動部位置センサ３及び可動部速度センサ２から、可動子５７の位置及び速度を入力し、可動部の速度が速度目標値を追従するように開弁側電磁石電流制御部１０に指令値を発する。制御装置の指令値に応じて開弁側電磁石１２の電流が制御された結果（開弁側電磁石１２の電磁力が制御された結果）、可動部は開弁側電磁石１２と可動子５７とのギャップが例えば数百ミクロンになる位置で停止する。
【００３０】
閉弁時は開弁側電磁石１２の電流は切られる。可動子５７と弁５４はコイルスプリング５９およびコイルスプリング５６の力により上方へ移動するが、摩擦力などによるエネルギー損失のため、バネ力だけで閉弁位置まで可動子５７を移動させることはできない。そこで、可動子５７が閉弁側電磁石１１に十分近づき、電磁力が有効となる位置で閉弁側電磁石１１が通電され、可動子５７の運動を助勢する。まず、弁が閉位置となり、一体化して移動していた弁と可動子５７が分離する。可動子５７は電磁力に助勢されてそのまま閉弁側電磁石１１に接近する。制御装置は弁５４と弁座５２ａとが激突（大きな速度での衝突）することがないよう可動部位置センサ３もしくは可動部速度センサ２が可動部の運動を検出し、閉弁側電磁石電流制御部９により閉弁側電磁石１１の電流を調節する。このとき弁体と弁座５２ａとが当接する速度は、例えば０．１［ｍ／ｓ］以下になるよう可動部の速度が制御される。
【００３１】
また、可動子５７と閉弁側電磁石１１とのギャップが数百ミクロン以下となったとき、可動子５７の目標速度がゼロとなり、可動子５７は閉弁側電磁石１１とのギャップが数百ミクロンの位置で停止するように制御されるので、衝突することがなくなり、騒音発生が防止され、摩耗が防止される。
【００３２】
図２は、本発明に係る電磁駆動弁の制御装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
同図において、制御装置１は、前記可動部位置センサ３が出力する位置信号に基づいて可動部の速度目標値を生成する速度目標値生成部４と、前記可動部速度センサ２が出力する速度信号と速度目標値とを比較する比較部５と、該比較部５の比較結果に応じて前記閉弁側電磁石１１または開弁側電磁石１２に通電すべき電流目標値を生成する電流目標値生成部６と、該生成された電流目標値を前記閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０のいずれに供給するかを切り換える切替器７とを備えている。
【００３３】
以下、各部の機能を詳細に説明する。速度目標値生成部４は、速度目標値ｒを、
【００３４】
【数１】
0003692888.tif 000002
に示すように生成する（図３参照）。
【００３５】
ここでｚは可動部位置センサ３の出力から演算される可動子５７と可動子５７を引きつけている電磁石との距離（ギャップ）、ｔは時刻、ｖ(t)は可動部速度センサ２が検出した可動部の速度、または可動部位置センサ３が検出した位置信号の出力から演算されるｚの時間微分値である。ｒ1(z)，ｒ2(z)はギャップｚの関数として与えられる速度目標関数であり、これら速度目標関数が、本発明における可動部の複数の運動特性目標値に相当する。そして、第１の速度目標関数ｒ1(z)は、ギャップｚが次第に小さくなり第１の所定値ｚs0になった時点ｔs0つまり電磁石への通電制御が開始される時点で選択され、ギャップｚが更に減少して第２の所定値ｚs0になった時点で第２の速度目標関数ｒ2(z)が選択されて切り換えられる。前記第１の所定値ｚs0はギャップｚが小さくなり電磁力が有効になるギャップ長を基準に選ばれ、実際には１〜３［ｍｍ］程度である。
【００３６】
これら第１の速度目標関数ｒ1(z)及び第２の速度目標関数ｒ2(z)は次の条件を満たすように決定される。以下では、ｚ，ｔの関数における(z)，(t)を省略する。
【００３７】
【数２】
0003692888.tif 000003
と選ぶと、速度目標関数の切り換え点において、速度目標値を連続にすることができる。ここで、ｓはラプラス演算子、ｚsは速度目標値を切り換える位置（設計者が与える所定値）、ｚeは可動子の制御目標位置（設計者が与える所定値）、ｒsは速度目標値を切り換える直前の速度目標値、ζ,ωは、設計者が適当に選ぶ定数である。
【００３８】
第１の速度目標関数ｒ1は、着座までの時間を短くすることを主眼に設定された、応答の速い２次振動系の応答に基づいて設定された速度目標値であり、ζは、0.7付近、ωは［（ｍ1＋ｍ2）／（ｋ1＋ｋ2）］1/2程度の値に選ぶ。ここで、ｍ1，ｍ2はそれぞれ可動子と弁の質量、ｋ1,ｋ2はそれぞれコイルスプリング５９およびコイルスプリング５６のバネ定数である。
【００３９】
一方、第２の速度目標関数ｒ2は、着座の速度を小さくすることを主眼に選ばれる。既述のように、式(3),(4)のように選ぶと、速度目標値はｚeの位置で滑らかに接続される。式(3)を用いると、ｒ2は１次応答を元に設定されるので、可動部位置はオーバーシュートせず、漸近的に目標位置に収束するので、着座の衝撃を小さくすることができる。
【００４０】
前記速度目標値生成部４の構成を図４に示す。
また、第２の速度目標関数ｒ2は、
【００４１】
【数３】
0003692888.tif 000004
とし、振動の減衰度を決定する定数ζ2を１より大きくした非振動的な２次応答特性を有した関数を用いてもよい。
【００４２】
以上のようにして設定された速度目標値ｒは、可動部速度センサ２によって検出された実際の可動部速度ｖ（＝ｄｚ／ｄｔ) と比較部４により比較され、比較信号（ｖ−ｒ）が電流目標値生成部６に出力される。電流目標値生成部６では、電流目標値ｉ(t)を、次に示す式(6)のように生成する。
【００４３】
【数４】
0003692888.tif 000005
ここで、ｋは適当に決める正の定数（フィードバックゲイン）である。なお、ｚ＞ｚs0 の区間ではｒ＝ｖ（＝ｄｚ／ｄｔ)であるから通電による速度制御は発生しない。
【００４４】
この電流目標値を電磁石の通電電流として、切替器７を介して閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０に伝達される。ここで、切替器７は、エンジン制御ＥＣＵ８より開弁指令または閉弁指令を入力し、開弁指令であれば開弁側電磁石電流制御部１０、閉弁指令であれば閉弁側電磁石電流制御部９をそれぞれ選択し、選択された側に電流目標値生成部６が生成する電流目標値を出力する。そして、閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０がＰＷＭ制御により電源部１３から供給される電流のＯＮ／ＯＦＦ比を制御することにより通電電流の大きさが制御され、結果として可動子に作用する電磁力が制御され、可動部の速度が制御される。
【００４５】
ここで、第1の制御目標位置をｚe1、そのときの速度目標値をｒe1、第２の制御目標位置をｚe2、そのときの速度目標値をｒe2とし、２段階の制御目標位置を設定する。例えば、閉弁時には、
ｚe1＝0.3[mm]  ｒe1＝０[m/s]、ｚe2＝0.1[mm]  ｒe2＝０[m/s]と設定する。
【００４６】
なお、制御目標位置の切り換えについては、センサで検出された可動子の位置及び速度から、略ｚ＝ｚe1、ｖ＝ｒe1となったときに、制御目標位置をｚ＝ｚe2に切り換えて設定する。
【００４７】
ここで、第1の制御目標位置ｚe1は、弁体が閉弁着座した時点の可動子位置近傍（閉弁着座時の位置よりやや電磁石より）に設定され、これにより、弁体の閉弁着座時の速度を十分小さくできるので、着座の衝撃を小さくでき、衝突音を軽減できる。また、第２の制御目標位置をｚe2を、第1の制御目標位置ｚe1より小さく設定することで、閉弁着座後に弁体から切り離された可動子は、さらに閉弁用電磁石に近づけられた位置で電磁石と非接触に宙吊り状態で停止するように制御される（以下かかる制御を宙吊り制御という）。この場合、電磁吸引力は、電磁石に接近するほど急激に増大する特性を有するので、可動子を電磁石に接近した位置で停止させるほど、通電電流は小さくて済み、消費電力を節減できる。
【００４８】
しかし、上記可動子の宙吊り制御は、電磁吸引力が増大して可動子を電磁石に接近させる方向に作用コイルスプリングのバネ力と電磁石に電磁吸引力とが釣り合って可動子が停止している状態から、外乱により可動子が電磁石に接近すると、電磁吸引力が増大して可動子をさらに電磁石に接近させる方向に作用し、逆に可動子が電磁石から遠ざかると電磁吸引力が減少して可動子をさらに電磁石から遠ざけるに方向に作用するという不安定系であり、宙吊り状態を維持するためには、速やかなフィードバック応答性が要求される。前記のように、電磁吸引力は、電磁石に接近するほど急激に増大するので、ある程度以上接近すると宙吊り制御が難しくなり、電磁石へ吸着されやすくなる（電磁石から離れる方向は、通電電流を最大限にすることで阻止することが可能であるが、接近する方向は可動子と電磁石との距離が短いこともあって通電電流を弱めても間に合わず、一旦電磁石に吸着されると、再度宙吊り制御を行なうことは不可能となる）。
【００４９】
そこで、より安定した宙吊り制御を行なって可動子の衝突抑止効果を高め、少しでも静粛性を重視するならば、図５のように、第２の制御目標位置をｚe2を、大きめの値に設定すればよいが、消費電力をより節減することを重視するならば、図６のように、第２の制御目標位置をｚe2を、小さめの値に設定すればよい。後者の場合、宙吊り制御に失敗して電磁石に吸着される場合もありうることになるが、例えば、１０回につき１回の割合で失敗して電磁石に吸着し、衝突音が発生したとしても、最初から着座制御する場合に比較して、１／１０で済むことになる。また、閉弁時は、弁体着座時の衝突音が避けられず、該衝突音発生後瞬時の後に連続的に音を生じても、可動子のみの衝突音は弁体着座時（弁体と可動子の合計の質量が衝突する）の衝突音と比較して小さいこともあって、それほど音が増大した感じがしなくて済む。
【００５０】
更に消費電力の節減を重視するならば、図７に示すように、第２の制御目標位置をｚe2を、電磁石との吸着位置として可動子を着座制御するようにしてもよく、その場合でも、速度目標値を０に近づけることで、衝突音を可及的に低減することが可能である。
【００５１】
次に、開弁時の制御の実施の形態について説明する。開弁時は、閉弁時と異なり弁体を着座制御する必要がない。したがって、極力安定した宙吊り制御を行なって、衝突音の発生を確実に防止することを図る。閉弁時から時間をおいた開弁時に、衝突音が発生するのとしないのとでは、感覚的に大きな差があるからである。一方、開弁時は、吸・排気弁の応答性を高めるため、初期の開弁速度を大きくすることが要求される。可動子の制御目標位置を１個設定しただけでは、これら両方の要求を満たすことはできない。
【００５２】
そこで、開弁時も可動子の制御目標位置を２段階に切り換えて設定する。すなわち、先に設定される可動子の第1の制御目標位置ｚe1は、開弁用電磁石に接近した小さ目の値に設定し、後で設定される第2の制御目標位置ｚe2は、開弁用電磁石からの距離を大きくするように大き目の値に設定する。
【００５３】
このようにすれば、図８に示すように、開弁初期は可動子の第1の制御目標位置ｚe1が小さめに設定されることで、可動子及び可動子と一体の弁体の移動速度を大きくして応答性を高めることができ、開弁後期は可動子の第1の制御目標位置ｚe2が大きめに設定されることで、安定した宙吊り制御を行なって衝突音の発生を確実に防止することができる。
【００５４】
また、制御としては、図８に示すように、可動子が第1の制御目標位置ｚe1に移動して安定してから第2の制御目標位置ｚe2に切り換えるのが、容易かつ高精度に行なえるが、図９に示すように、可動子が第1の制御目標位置ｚe1に移動すると同時若しくはその前に第2の制御目標位置ｚe2に切り換えて、安定した宙吊り制御に早めに移行させるようにしてもよい。
【００５５】
図１０、図１１は、前記制御装置１の動作のフローチャートである。図１０は、所定時間毎に可動部の位置と速度とを読み込んで、速度目標関数の算出、電流目標値の算出及び出力を行う第１のフローを示し、図１１は、エンジン制御ＥＣＵからの弁開閉指令により閉弁側電磁石電流制御部９と開弁側電磁石電流制御部１０とを選択切換する第２のフローを示す。いずれのフローも制御装置１に内蔵される図示されないタイマーにより計測される所定時間を周期として実行される。
【００５６】
まず、図１０を参照して第１のフローについて説明する。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、可動部位置センサ３及び可動部速度センサ２から位置信号ｚ及び速度信号ｖを読み込む。
【００５７】
ステップ２では、前記速度目標値生成部５で速度目標関数ｒを算出する。
ステップ３では、前記比較部４及び電流目標値生成部６の協動により電磁石に通電すべき電流目標値ｉを算出する。
【００５８】
ステップ４では、前記算出された電流目標値ｉを切替器７により選択された閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０のいずれか一方に供給する。
【００５９】
次に、図１１を参照して第２のフローについて説明する。
ステップ１１では、エンジン制御ＥＣＵ８から弁開閉指令を読み込む。
ステップ１２では、開弁指令か否かを判定し、開弁指令であれば、ステップ１３で開弁側電磁石電流制御部１０を電流目標値生成部６に接続するよう切替器７を切り替える。
【００６０】
ステップ１２の判定で開弁指令でなければ、ステップ１４で閉弁指令か否かを判定し、閉弁指令であれば、ステップ１５で閉弁側電磁石電流制御部９を電流目標値生成部６に接続するよう切替器７を切り替える。
【００６１】
以上のように、第１のフローと、第２のフローとは並列に実行可能であるが、直列に実行することもでき、その場合は、時間待ちを含まない第２のフローを先に実行するのが好ましい。
【００６２】
図１２は、前記第１のフローにおけるステップ２での速度目標関数ｒを算出するサブルーチンを示す。
ステップ２１では、可動子５７と可動子５７を引きつけている電磁石とのギャップｚが、前記第２の所定値ｚsより大きいかを判定し、大きいと判定された場合は、ステップ２２で前記式(2)に示した第１の速度目標関数ｒ1を算出する。ここで、前記ギャップｚが前記第１の所定値ｚs0より大きいときには、可動子の実際の速度ｖがｒ1より大きいので、前記式(8)に従って通電は開始されず、ギャップｚがｚs0以下となってから該第１の速度目標関数ｒ1に応じた通電による速度制御が開始される。
【００６３】
また、ステップ２１の判定がＮＯである場合には、ステップ２３でギャップｚが略第２の所定値ｚs以下となったかを判定し、略第２の所定値ｚs以下となった場合は、ステップ２４で前記式(3)で示される第２の速度目標関数ｒ2における定数ｃ1を前記式(4)に従って算出した後、ステップ２５で該式(3)又は(5)で示される第２の速度目標関数ｒ2を算出する。
【００６４】
ステップ２３の判定がＮＯである場合、つまりギャップｚが第２の所定値ｚsより小さくなった後は、ステップ２６で前記算出された定数ｃ1を用いて式(3) 又は(5)で示される第２の速度目標関数ｒ2を算出する。
【００６５】
次に、本発明にかかる可動子の制御目標位置を複数段階に切り換える制御を、図１３に基づいて説明する。
該制御は、前記図１２のステップ２５において、前記式(3) 又は(5)により第２の速度目標関数ｒ2を算出する際に、可動子の制御目標位置ｚeを切り換える制御である。
【００６６】
ステップ３１では、可動部位置センサ３及び可動部速度センサ２から位置信号ｚ及び速度信号ｖを読み込む。
ステップ３２では、前記信号から可動子の位置ｚと速度ｖが、それぞれ略第1の制御目標位置ｚe1及び第1の速度目標値ｒe1になったかを判定する。
【００６７】
ｚe1及びｒe1になっていないと判定されたときは、ステップ３３へ進み、制御目標位置ｚeを第1の制御目標位置ｚe1、速度目標値ｒeを第1の速度目標値ｒe1に設定する。これにより、前記図１２のステップ２５において、該第1の制御目標位置ｚe1及び第1の速度目標値ｒe1を用いて、前記式(3) 又は(5)により第２の速度目標関数ｒ2が算出される。そして、該算出された第２の速度目標関数ｒ2によって、図１０のステップ３，４により、電流目標値ｉが算出され、該算出された電流目標値ｉが閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０のいずれか一方に供給されて通電制御が行なわれる。
【００６８】
また、ステップ３２で、可動子の位置ｚと速度ｖが略ｚe1及びｒe1になったと判定されたときは、ステップ３４へ進み、制御目標位置ｚeを第２の制御目標位置ｚe2、速度目標値ｒeを第２の速度目標値ｒe2に設定する。これにより、前記図１２のステップ２５において、該第２の制御目標位置ｚe2及び第２の速度目標値ｒe2を用いて、前記式(3) 又は(5)により第２の速度目標関数ｒ2が算出され、前記同様に該算出された第２の速度目標関数ｒ2によって、図１０のステップ３，４により、電流目標値ｉが算出され、該算出された電流目標値ｉが閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０のいずれか一方に供給されて通電制御が行なわれる。
【００６９】
なお、可動子の制御目標位置ｚeを切り換える本発明の制御は、速度目標関数ｒを、上記のように２段階に切り換えることをせず、１つの速度目標関数ｒのみを持つものにおいて制御目標位置ｚe複数段階に切り換えることでも適用できる。
【００７０】
尚、本実施形態の変形例として、可動部速度センサ２に代えて可動部位置センサ３の出力信号を時間微分して速度信号を得る微分手段を用いても良いことは、明らかである。
【００７１】
図１４は、本発明に係る電磁駆動弁の制御装置の第２実施形態の構成を説明するブロック図である。本実施形態においては、第１実施形態の可動部速度センサ２に代えて、閉弁側電磁石１１または開弁側電磁石１２に通電される電流値を検出する電磁石電流センサ１６と、可動子速度推定部（オブザーバ）１７とを備えた制御装置１５が用いられている。その他の構成は第１実施形態と同様である。この電磁石電流センサ１６は、閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０の出力電流を直列低抵抗により検出してもよいし、電磁石１１，１２の磁束を検出して電流に換算する形式でもよい。
【００７２】
本実施形態の特徴は、可動部の速度を直接検出する代わりに、電磁石電流センサ１６が検出した電磁石１１，１２の通電電流と、可動部位置センサ３が検出した可動部の位置とに基づいて、可動子速度推定部１７が可動子の速度を推定することである。
【００７３】
可動部の質量ｍ、可動部に関わるバネ定数ｋ、可動部に関わる粘性定数ｃ、電磁力をＦとすると、可動部の運動は、
【００７４】
【数５】
0003692888.tif 000006
と表される。
【００７５】
ここでｆ（ｘ，ｉ）は磁気回路の形状や材質などにより決まる関数であり、磁場解析などの手段によりあらかじめ知ることができる。γはバネ力のうち、オフセット荷重成分である。これらの式を元に、可動部の速度は直接可動部速度センサ２で検出する代わりに、位置ｘと電流ｉから以下の式を用いる可動子速度推定部１７で推定することができる。
【００７６】
【数６】
0003692888.tif 000007
推定された可動子の速度は、第１実施形態と同様に比較部５へ入力され、以下の処理内容は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電磁駆動弁の構成を示す概念図。
【図２】本発明に係る電磁駆動弁の制御装置の第1の実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】同上実施形態における速度目標関数の生成法を説明する位置／速度位相面における可動部の軌跡を示すグラフ。
【図４】同上実施形態における速度目標値生成部の構成を示すブロック図。
【図５】同上実施形態における閉弁時の可動子位置の変化の第１の例を示す図。
【図６】同上実施形態における閉弁時の可動子位置の変化の第２の例を示す図。
【図７】同上実施形態における閉弁時の可動子位置の変化の第３の例を示す図。
【図８】同上実施形態における開弁時の可動子位置の変化の第１の例を示す図。
【図９】同上実施形態における開弁時の可動子位置の変化の第２の例を示す図。
【図１０】同上実施形態における速度目標関数の算出、電流目標値の算出及び出力を行う第１のフローを示すフローチャート。
【図１１】同上実施形態における閉弁側電磁石電流制御部と開弁側電磁石電流制御部とを選択切換する第２のフローを示すフローチャート。
【図１２】前記第1のフローの速度目標関数算出のサブルーチン示すフローチャート。
【図１３】同上実施形態における本発明にかかる可動子の制御目標位置の切り換え制御のフローを示すフローチャート。
【図１４】本発明に係る電磁駆動弁の制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１  制御装置
２  可動部速度センサ
３  可動部位置センサ
４  比較部
５  速度目標値生成部
６  電流目標値生成部
７  切替器
９  閉弁側電磁石制御部
10  開弁側電磁石制御部
11  閉弁側電磁石
12  開弁側電磁石
【図１】
0003692888.tif 000008
【図２】
0003692888.tif 000009
【図３】
0003692888.tif 000010
【図４】
0003692888.tif 000011
【図５】
0003692888.tif 000012
【図６】
0003692888.tif 000013
【図７】
0003692888.tif 000014
【図８】
0003692888.tif 000015
【図９】
0003692888.tif 000016
【図１０】
0003692888.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
0003692888.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
0003692888.tif 000021