(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開弁用電磁コイルと閉弁用電磁コイルとを有して、各電磁コイルに供給する電流を制御することにより、弁体の開閉動作を制御する電磁駆動弁の電流制御装置であって、
前記弁体の開閉動作のために、いずれか一方の電磁コイルヘの通電を停止した後、所定のディレイ時間経過後に、他方の電磁コイルに通電する開閉用通電切換手段と、
各電磁コイルへの通電時に、各電磁コイルに動作電流を供給した後、動作後の弁体の状態を保持するために前記動作電流と比して小さい値の保持電流に切り換える電流制御手段とを備えるものにおいて、
各電磁コイルへ電流を供給したときに、各電磁コイルに実際に流れる電流を測定する実電流測定手段と、
測定された実電流の一時的なくぼみを検出するくぼみ検出手段と、
いずれか一方の電磁コイルへの通電を停止してから、他方の電磁コイルの動作電流に前記くぼみが検出されるまでの時間を、実際の動作時間として測定する動作時間測定手段と、
測定された動作時間に基づいて、前記ディレイ時間を補正設定するディレイ時間補正手段と、
を設けたことを特徴とする電磁駆動弁の電流制御装置。
【請求項２】
前記ディレイ時間補正手段は、前記動作時間測定手段により、直前の複数のサイクルにおいて測定された動作時間の平均値に基づいて、前記ディレイ時間を補正設定することを特徴とする請求項１記載の電磁駆動弁の電流制御装置。
【請求項３】
前記ディレイ時間補正手段は、前記動作時間の平均値に所定の係数を乗じることによって、前記ディレイ時間を補正設定することを特徴とする請求項２記載の電磁駆動弁の電流制御装置。
【請求項４】
前記係数は、機関回転数及び負荷によって可変設定されることを特徴とする請求項３記載の電磁駆動弁の電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸排気弁の駆動などに用いられる電磁駆動弁の電流制御装置に関し、特に、開弁用電磁コイルと閉弁用電磁コイルとを有して、各電磁コイルに供給する電流を制御することにより、弁体の開閉動作を制御する電磁駆動弁の電流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の吸排気弁として電磁駆動弁の採用が検討されている。かかる電磁駆動弁の電流制御装置として、開弁用電磁コイルと閉弁用電磁コイルとを有して、弁体の開閉動作の切り換えに際し、いずれか一方の電磁コイルへの通電を停止した後、所定のディレイ時間経過後に他方の電磁コイルに通電すると共に、各電磁コイルへの通電に際し、弁体の開閉動作のための動作電流を供給した後、動作後の弁体の状態を保持するために前記動作電流と比して小さい値の保持電流に切り換えるものが開示されている（例えば、特開平９−１９５７３６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電磁駆動弁の電流制御装置では、前記ディレイ時間が運転の最中に補正されることはなかったため、各電磁コイルへの通電タイミングは、考え得る状況に対して、予め余裕を含めて設定されていた。
このため、前記通電タイミングが早めに設定された場合には、各電磁コイルに必要以上の電流が供給され、消費電流に無駄が生じていた。
【０００４】
さらに、前記通電タイミングの設定が適当でないと、弁体の開閉動作不良の生じる可能性があった。即ち、通電タイミングが遅いと、可動子が電磁コイルに到達する際の速度が低くなるため、吸着不良が発生しやすく、また、通電タイミングが早いと、前記速度が高くなるため、リバウンドによる吸着不良が発生しやすくなるのである。
【０００５】
そこで本発明は、このような状況に鑑み、ディレイ時間を補正設定して、通電タイミングを最適化することによって、弁体の開閉動作を確実化し、併せて消費電流を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明では、図１に示すように、開弁用電磁コイルと閉弁用電磁コイルとを有して、各電磁コイルに供給する電流を制御することにより、弁体の開閉動作を制御する電磁駆動弁の電流制御装置であって、前記弁体の開閉動作のために、いずれか一方の電磁コイルヘの通電を停止した後、所定のディレイ時間経過後に、他方の電磁コイルに通電する開閉用通電切換手段と、各電磁コイルへの通電時に、各電磁コイルに動作電流を供給した後、動作後の弁体の状態を保持するために前記動作電流と比して小さい値の保持電流に切り換える電流制御手段とを備えるものにおいて、各電磁コイルへ電流を供給したときに、各電磁コイルに実際に流れる電流を測定する実電流測定手段と、測定された実電流の一時的なくぼみを検出するくぼみ検出手段と、いずれか一方の電磁コイルへの通電を停止してから、他方の電磁コイルの動作電流に前記くぼみが検出されるまでの時間を、実際の動作時間として測定する動作時間測定手段と、測定された動作時間に基づいて、前記ディレイ時間を補正設定するディレイ時間補正手段とを設けて、電磁駆動弁の電流制御装置を構成する。
【０００７】
ここでの作用は、以下の通りである。
いずれか一方の電磁コイルに可動子が吸着している状態から該電磁コイルへの通電を停止すると、電磁力が消滅し、前記可動子は中立位置に向かって移動する。この後の好適なタイミングにおいて他方の電磁コイルに通電すれば、電磁力によって前記可動子は引き付けられて、吸着する。
【０００８】
可動子の電磁コイルへの接近に伴い、磁気回路における電流と電圧は、下式（１）に従って変化する。以下において、電圧をＶ、抵抗をＲ、電流をｉ、磁束鎖交数をΨ、時間をｔとする。
【０００９】
【数１】
0003541685.tif 000002
【００１０】
ここで、磁束鎖交数Ψは、時間ｔと、可動子の変位ｘとの関数なので、次式（２）のように変形が可能である。
【００１１】
【数２】
0003541685.tif 000003
【００１２】
上式（２）の第２項、即ち（∂Ψ／∂ｉ）（ｄｉ／ｄｔ）は、電流変化に対する逆起電力を示す項であり、また第３項、即ち（∂Ψ／∂ｘ）（ｄｘ／ｄｔ）は、可動子の変位に対する逆起電力を示す項である。
さらに、インダクタンスＬは、Ｌ＝Ψ／Ｉなので、式（２）は、下式（３）と表すこともできる。
【００１３】
【数３】
0003541685.tif 000004
【００１４】
可動子が電磁コイルへ接近するに伴い、磁気抵抗が急激に小さくなり、磁束が急激に大きくなるため、上式（２）の∂Ψ／∂ｘが増大する。即ち、可動子の変位に対する逆起電力を示す項である第３項が増大する。このことにより、同式（２）のＲｉ、即ち電流ｉが減少する。これが電磁コイルを実際に流れる実電流の一時的なくぼみとなって検出され、該くぼみの検出タイミングから、可動子の電磁コイルへの吸着タイミングを判定できる。
【００１５】
従って、いずれか一方の電磁コイルへの通電を停止してから、他方の電磁コイルに通電して前記くぼみが検出されるまでの時間を、動作時間として測定できるのである。
前記動作時間は、機関の運転状態や、バネの特性や、電磁コイルへの通電タイミングや、電磁コイルに発生する電磁力によって決定される。
【００１６】
従って、機関回転数や負荷等が変化したり、電磁駆動弁の内部抵抗の変化、バネのヘタリ、カーボンディポジットの堆積等により弁体の動作環境が劣化すると、前記動作時間は当然に変化するため、弁体の理想的な開閉動作のために要求される通電タイミングも変わってくる。
そこで、このような場合に、前記通電タイミングを最適化するため、前記動作時間の変化に応じて、ディレイ時間を補正設定するのである。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の電磁駆動弁の電流制御装置であって、前記ディレイ時間補正手段が、前記動作時間測定手段により直前の複数のサイクルにおいて測定された動作時間の平均値に基づいて、ディレイ時間を補正設定することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２記載の電磁駆動弁の電流制御装置であって、前記ディレイ時間補正手段が、前記動作時間の平均値に所定の係数を乗じることによって、ディレイ時間を補正設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の電磁駆動弁の電流制御装置であって、前記係数が、機関回転数及び負荷によって可変設定されることを特徴とする。
即ち、高回転側では、より迅速な吸排気作業が要求されるため、より早い時期から可動子を加速させて、動作時間を短縮する必要がある。一方、高負荷側では、燃焼室内圧力が増大するため、開弁時には電磁力を早い時期から発生させ、可動子の中立位置へ向かう移動を補助する必要がある。
【００１９】
このような場合に、前記係数を小さく設定して、ディレイ時間を短縮するのである。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、各電磁コイルへの通電に際し、動作時間測定手段によって測定された動作時間に基づいてディレイ時間を補正設定することで、機関回転数や負荷が変化したり、弁体の動作環境が劣化した場合にも、最適なタイミングでの通電が可能となる。
【００２１】
これによって、弁体の開閉動作を確実化でき、また、余計な動作電流の供給を省くことができるため、消費電流を低減することができる。
請求項２に係る発明によれば、前記ディレイ時間の補正設定を、直前の複数のサイクルにて測定された動作時間の平均値に基づいて行うことで、前記ディレイ時間の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、前記ディレイ時間の補正設定を、前記動作時間の平均値に所定の係数を乗じることによって行うことで、より簡易にディレイ時間を補正できる。
請求項４に係る発明によれば、前記係数を、機関回転数及び負荷に応じて可変設定することで、より最適にディレイ時間を補正設定できる。
【００２３】
従って、通電タイミングがさらに最適なものとなるため、弁体の開閉動作をさらに確実にし、消費電流をさらに低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る電磁駆動弁の電流制御装置のシステム慨略図であり、本電磁駆動弁は、内燃機関の吸排気弁として用いられる。
まず、電磁駆動弁の構造について説明する。
【００２５】
同図中に示す１は弁体であり、吸排気ポート２に設けられたバルブシート３に対して着座または離座することにより、前記吸排気ポート２を開閉する。前記弁体１の弁軸４には、可動子５が固定されている。該可動子５は、磁性材料を含んで構成されており、上側スプリング６と下側スプリング７とにより前記弁軸４を軸方向に弾性的に支持する。前記可動子５の上下には、開弁用電磁コイル８と閉弁用電磁コイル９とが設けられ、これらの中間位置は前記可動子５の中間リフト位置と等しくなっている。
【００２６】
次に、本電磁駆動弁の開閉動作の概略について図３を参照して説明する。
各電磁コイル８及び９への電流供給を遮断した状態から、開弁用電磁コイル８に通電すると、かかる電磁力の発生によって同図（Ａ）に示すように可動子５が開弁用電磁コイル８に引き寄せられて吸着して、吸排気ポート２を開放して、フルリフト状態となる。
【００２７】
続いて、前記開弁用電磁コイル８への通電を遮断すると、電磁力は消滅し、上側スプリング６及び下側スプリング７の弾性力によって可動子５は上昇する。
この後の所望なタイミングにおいて閉弁用電磁コイル９に通電すると、前述と同様にして、図３の（Ｂ）に示すように可動子５が閉弁用電磁コイル９に引き寄せられて吸着し、弁体１がバルブシート３に着座すると共に、吸排気ポート２を閉鎖して、ノーリフト状態となる。
【００２８】
さらに、前記閉弁用電磁コイル９への通電を遮断してから、所望のタイミングで開弁用電磁コイル８に通電すると、再び上述のフルリフト状態に戻る。
これらの動作の繰り返しにより、本電磁駆動弁はスムーズな吸排気作業を達成するのである。
このような電磁駆動弁の各電磁コイル８及び９への電流制御は、コントロールユニット１０によりなされる。
【００２９】
この電流制御のため、前記コントロールユニット１０には、アクセル開度を検出するアクセルペダルセンサ１１と、機関回転数の検出が可能なクランク角センサ１２とからの信号が入力される。
また、前記各電磁コイル８及び９に実際に流れている電流を検出すべく、それぞれに対して実電流検出手段としての電流センサ１３が設けられ、これらの電流センサ１３からの信号も前記コントロールユニット１０に入力される。
【００３０】
ここにおいて、前記コントロールユニット１０は、アクセル開度と機関回転数とに基づいて吸排気弁のバルブタイミングを定め、そのタイミングに同期させて、図４のフローチャートに従って電流制御を行う。
図４は、本発明の一実施形態に係る電磁駆動弁を開閉制御する電流供給ルーチンの一例を示すフローチャートである。また、図５は、前記電流供給ルーチンにおけるディレイ時間補正を示すフローチャートである。また、図６は、各電磁コイル８及び９に流れる実電流と、対応する弁リフト状態を示すタイムチャートである。
【００３１】
上述の図４から図６を参照して、本発明の一実施形態に係る電磁駆動弁の電流制御装置の電流供給ルーチンについて詳細に説明する。
図４の電流供給ルーチンが起動すると、まずステップＳ１において吸排気弁の開タイミングであるか否かを判定する。
開タイミングでない場合は、ステップＳ６に進み、開タイミングの場合はステップＳ２へ進む。
【００３２】
ステップＳ２では、閉弁用電磁コイル９に供給されていた電流が遮断される（図６のｔ１）。可動子５は、残留電磁力の影響で遮断の瞬間より遅れて下降し始め、中立位置に向かって移動する。
ステップ３では、前記電流遮断後の経過時間が、ディレイ時間Ｔdoに達したか否かを判定する。これに達していないうちは、同判定を繰り返す。一方、達した場合（図６のｔ２）は、ステップＳ４に進んで、開弁用電磁コイル８へ電流を通電開始して、可動子５をこれに吸着させ、弁体１をフルリフト状態にする。
【００３３】
ステップＳ２からステップＳ４までの工程が、開閉用通電切換手段に相当する。
また、前記電流は、図７に示すように制御される。即ち、弁体１を開閉動作させるための動作電流Ｉｃが供給され、これより所定の時間Ｔｅ後に、弁体１の動作後の状態を保持するための前記動作電流Ｉｃと比して小さい値の保持電流Ｉｈに切り換えられる。これが電流制御手段に相当する。
【００３４】
さらに、ステップＳ５で、後述する図５のフローチャートに従い、ディレイ時間Ｔdoを補正設定する。
ステップＳ６では、吸排気弁の閉タイミングであるか否かを判定する。
閉タイミングでない場合はリターンされ、一方、閉タイミングの場合はステップＳ７へ進む。
【００３５】
ステップＳ７では、開弁用電磁コイル８に供給されていた保持電流が遮断される（図６のｔ４）。可動子５は、残留電磁力の影響で遮断の瞬間より遅れて上昇し始め、中立位置に向かって移動する。
ステップ８では、前記電流遮断後の経過時間が、ディレイ時間Ｔdcに達したか否かを判定する。これに達していないうちは、同判定を繰り返す。一方、達した場合（図６のｔ５）は、ステップＳ９に進んで、閉弁用電磁コイル９へ、前述と同様に、図７のように制御される電流を通電開始して、可動子５を吸着させ、ノーリフト状態にする。
【００３６】
さらに、ステップＳ１０で、後述する図５のフローチャートに従い、ディレイ時間Ｔdcを補正設定する。
以上の工程によって、１回のサイクルが完了する。
次に、図６のフローチャートによるディレイ時間補正を、まず開弁時について説明する。
【００３７】
ステップＳ４の通電開始（図６のｔ２）と同時に、ステップＳ１１で、図２に示す電流センサ１３により開弁用電磁コイル８の実電流を測定開始する。この部分が実電流測定手段に相当する。
ステップＳ１２で、前記実電流に一時的なくぼみが検出されたか否かを判定する。この部分がくぼみ検出手段に相当する。くぼみが検出されない間は、同検出を繰り返す。一方、可動子５が、開弁用電磁コイル８に吸着すると、そのタイミングでくぼみが検出され（図６のｔ３）、ステップＳ１３で動作時間Ｔmoを測定する。この部分が、動作時間測定手段に相当する。
【００３８】
ステップＳ１４で、前記実電流の測定を終了する。
続いて、ステップＳ１５で、前記動作時間測定手段により直前の複数のサイクルにおいて測定された動作時間Ｔmoの平均値であるＴmoAve を算出する。
ステップＳ１６で、ディレイ時間補正に係る係数Ｋｏを設定する。該係数Ｋｏは、機関回転数及び負荷によって可変設定され、図８（Ａ）に示すようなマップを参照して高回転高負荷側で小さくする。
【００３９】
また、係数Ｋｏの設定に際し、吸気弁用の係数及び排気弁用の係数を、図８の（Ａ）及び（Ｂ）のごとく異なるマップを参照して設定してもよい。即ち、吸気時に比べて、排気時の方が、機関回転数及び負荷の変化に対する燃焼室内圧力の変化の割合が大きいため、理想的な排気作業を達成するために、ディレイ時間Ｔdoをより細かく補正設定するのである。
【００４０】
ステップＳ１７で、前ステップで設定された係数Ｋｏを用いて、次回よりステップＳ３で用いるディレイ時間Ｔdoを補正設定する。即ち、次式（４）に示すように、前記動作時間の平均値ＴmoAve に、前記係数Ｋｏを乗じることにより、ディレイ時間Ｔdoを更新するのである。
Ｔdo＝Ｋｏ×ＴmoAve         （４）
上述のステップＳ１５からステップＳ１７までの工程が、ディレイ時間補正手段に相当する。
【００４１】
以上は、開弁時についての説明であるが、閉弁時についても同様の手順により、動作時間Ｔmcを測定して平均動作時間ＴmcAve を算出し、ディレイ時間Ｔdcを次式（５）のごとく補正設定できる。
Ｔdc＝Ｋｃ×ＴmcAve         （５）
但し、閉弁時には、燃焼室内圧力と、吸排気ポート２との圧力レベルの差が小さいため、ディレイ時間補正に係る係数Ｋｃを、機関回転数及び負荷の変化によらず、一定とすることができる。
【００４２】
以上のような制御によって、機関の運転状態や、弁体の動作環境が変化した場合にも、ディレイ時間を動作時間に基づいて補正することで、常に最適なタイミングで電磁コイルに通電できるため、弁体の開閉動作を確実にし、また、余計な電流供給を削減することができる。
尚、以上の説明では、内燃機関の吸排気弁に適用した例を示したが、燃料噴射弁等に用いられる電磁駆動弁にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る電磁駆動弁の電流制御装置のシステム慨略図
【図３】電磁駆動弁の開閉動作を示す慨略図
【図４】電流供給ルーチンの一例を示すフローチャート
【図５】ディレイ時間補正のフローチャート
【図６】実電流、及び弁リフト状態を示すタイムチャート
【図７】供給電流パターン図
【図８】補正係数マップを示す図
【符号の説明】
１    弁体
２    吸排気ポート
３    バルブシート
４    弁軸
５    可動子
６    上側スプリング
７    下側スプリング
８    開弁用電磁コイル
９    閉弁用電磁コイル
１０  コントロールユニット
１１  アクセルペダルセンサ
１２  クランク角センサ
１３  電流センサ
【図１】
0003541685.tif 000005
【図２】
0003541685.tif 000006
【図３】
0003541685.tif 000007
【図４】
0003541685.tif 000008
【図５】
0003541685.tif 000009
【図６】
0003541685.tif 000010
【図７】
0003541685.tif 000011
【図８】
0003541685.tif 000012