| 【発明の名称】 |
弁体用電磁駆動装置の駆動方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】今西 敏博
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| 【要約】 |
【課題】ステップ状の駆動電圧を電磁コイルに印加すると、自己誘導起電力のために駆動電流が減少し、可動子の作動が遅れることがある。
【解決手段】鉄心１に巻回された電磁コイルＣＬに駆動電圧Ｖｄを印加した際に発生する電磁力を鉄心１内の空間に位置する可動子Ｐに作用させ、可動子Ｐを固定した駆動軸ＤＳを駆動して内燃機関の弁体を駆動するものであって、ステップ状に駆動電圧Ｖｄを電磁コイルＣＬに印加し、電磁コイルＣＬに自己誘導起電力が生じるタイミングで駆動電圧Ｖｄが高くなるように設定された電圧値の補正電圧Ｖｃを駆動電圧Ｖｄに重畳する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】鉄心に巻回された電磁コイルに駆動電圧を印加した際に発生する電磁力を鉄心内の空間に位置する可動子に作用させ、可動子を固定した駆動軸を駆動して内燃機関の弁体を駆動する内燃機関の弁体用電磁駆動装置の駆動方法であって、ステップ状に駆動電圧を電磁コイルに印加し、電磁コイルに自己誘導起電力が生じるタイミングで駆動電圧が高くなるように設定された電圧値の補正電圧を駆動電圧に重畳することを特徴とする弁体用電磁駆動装置の駆動方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁を駆動する弁体用電磁駆動装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関の弁体である吸気弁や排気弁を電磁コイルの発する電磁力を用いて駆動する弁体用電磁駆動装置が知られている。このような弁体電磁駆動装置は、例えば特開平９−２２２００５号公報に記載のもののように、上下に離間した状態で分割された鉄心にそれぞれ電磁コイルを巻回し、鉄心の中央部に弁体を駆動する駆動軸を往復動可能に支持し、駆動軸に固定された可動子に電磁コイルにより生じた電磁力を加えて、弁体を駆動するように構成されている。鉄心は、上側の鉄心が下側の鉄心に対して浮いた状態になるので、環状のケースにより、所定の位置関係に保持されている。
【０００３】このような弁体用電磁駆動装置は、電磁コイルにステップ状に駆動電圧を印加し、急激に可動子を作動させた後、弁体を所定の開成あるいは閉成位置に保持するために、駆動電圧より低い保持電圧に駆動電圧の電圧値を降下させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に、電磁コイルに電圧を印加すると、発生した磁束の変化により印加された電圧により流れる電流を妨げるように自己誘導起電力が電磁コイル内に発生する。このため、電磁コイルに流れる電流が自己誘導起電力の発生と同時に減衰し、可動子を作動させる電磁力が低下する。したがって、電磁力の低下により、自己誘導起電力が生じたタイミングで可動子の動きがそれまでの動きに比べて緩慢になる。この結果、弁体の駆動が遅れ、弁体が適切に開閉されないといった不具合を生じた。
【０００５】本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る電磁駆動装置の駆動方法は、電磁コイルに印加する駆動電圧は、自己誘導起電力が発生するタイミングで、自己誘導起電力を打ち消すに十分な電流が電磁コイルに流れるように設定された電圧値の補正電圧を駆動電圧に重畳する構成とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、鉄心に巻回された電磁コイルに駆動電圧を印加した際に発生する電磁力を鉄心内の空間に位置する可動子に作用させ、可動子を固定した駆動軸を駆動して内燃機関の弁体を駆動する内燃機関の弁体用電磁駆動装置の駆動方法であって、ステップ状に駆動電圧を電磁コイルに印加し、電磁コイルに自己誘導起電力が生じるタイミングで駆動電圧が高くなるように設定された電圧値の補正電圧を駆動電圧に重畳することを特徴とする弁体用電磁駆動装置の駆動方法である。
【０００８】このような構成のものであれば、補正電圧を重畳した駆動電圧を電磁コイルに印加することにより、自己誘導起電力により電磁コイルに流れる電流が減衰するのが防止される。すなわち、駆動電圧は、ステップ状に電磁コイルに印加された後、自己誘導起電力が生じるタイミングにおいて補正電圧の設定された電圧値だけ高くなるので、電磁コイルに流れる駆動電流はこの時点で増加し、自己誘導起電力で減少する電流を補償することになる。したがって、補正電圧を重畳した駆動電圧を電磁コイルに印加することにより、自己誘導起電力が発生しなかった状態と等価な電磁力が発生するため、可動子の作動は遅延しない。この結果、所期の性能で可動子を作動させることが可能になり、駆動軸及び弁体を的確に駆動することが可能になる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。図１に示す弁体用電磁駆動装置すなわち電磁アクチュエータ１００は、内燃機関たる自動車用のエンジンの弁体である吸気弁２及び排気弁（図示しない）を駆動するもので、シリンダヘッド４に取り付けられるものである。電磁アクチュエータ１００は、鉄心１と、その鉄心１に巻回される２個の電磁コイルＣＬと、鉄心１内の空間を往復作動する駆動軸ＤＳと、その駆動軸ＤＳに固定される可動子Ｐと、駆動軸ＤＳを吸気弁２あるいは排気弁が開成する方向に付勢するコイルスプリングＣＳと、駆動軸ＤＳを支持する支持部材Ｂと、コイルスプリングＣＳの付勢力を調整するネジ部材ＡＢとを具備している。
【００１０】鉄心１は、駆動軸ＤＳを引き上げるための電磁コイルＣＬが巻回され、かつコイルスプリングＣＳが内蔵される上鉄心部材１１と、駆動軸ＤＳを引き下げるための電磁コイルＣＬが巻回され、かつ支持部材Ｂが内蔵される下鉄心部材１２と、上鉄心部材１１と下鉄心部材１２との間に介在させる中間鉄心部材１１３とからなる。上鉄心部材１１と下鉄心部材１２とは、同一形状をしており、その中央部１０ａが貫通孔１０ｂを有して筒状に突出しているとともに、この中央部１０ａから電磁コイルＣＬの巻回厚みに略等しい寸法離れた位置に中央部１０ａと同一高さの脚部１０ｃが形成してある。中央部１０ａの上端部分は、テーパ形状をしており、後述する可動子Ｐとの空隙が最小限になるように形成してある。上鉄心部材１１の中央部１０ａの内部には、コイルスプリンングＣＳが内蔵される。上鉄心部材１１と中間鉄心部材１３と下鉄心部材１２とは、それぞれの四隅部分に設けられる結合ピン１６により一体となるように、電磁コイルＣＬ巻回後結合される。中間鉄心部材１３により、可動子Ｐの可動範囲となる鉄心１の内部空間が形成される。
【００１１】駆動軸ＤＳは、軽量化をはかるために、内部が空洞になっている。可動子Ｐは、駆動軸ＤＳの上端部にボルト・ナットにより固定されるもので、中央部１０ａの幅寸法と略同一の外形寸法に形成してある。すなわち、可動子Ｐは、平板の左右端部に断面台形状の板体を一体に設けた形状で、中央部１０ａの上端部分に合致するように形成してある。
【００１２】支持部材Ｂは、取付用のフランジＢａと、フランジＢａの中心に駆動軸ＤＳが貫通するブッシュＢｂを内蔵する筒体Ｂｃとが一体に設けられてなる。ブッシュＢｂの内径は、駆動軸ＤＳの外径と略同一である。ネジ部材ＡＢは、その中央部にコイルスプリングＣＳの上端位置を調整するためのオネジ部材ＡＢａと、このオネジ部材ＡＢａが螺合するメネジ部材ＡＢｂとからなる。このオネジ部材ＡＢａを締め込むことにより、コイルスプリングＣＳの上端が下方に移動し、逆に緩めることにより、コイルスプリングＣＳの上端が上方に移動し、コイルスプリングＣＳの弾性力を調整できるようになっている。
【００１３】このような構成において、この電磁アクチュエータ１００は、それぞれの電磁コイルＣＬに駆動電圧Ｖｄが印加されない場合は、可動子Ｐに電磁力が作用せず、鉄心１の内部空間の中央位置で釣り合って静止する。この状態では、吸気弁２及び排気弁は、全閉と全開との中間位置で開成しており、上側の電磁コイルＣＬに駆動電圧Ｖｄが印加されると、コイルスプリングＣＳの付勢力に抗し、かつ吸気弁２及び排気弁を全閉方向に付勢する弁体コイルスプリングＶＳに付勢されて可動子Ｐが上側に引き上げられ、駆動軸ＤＳが上側に移動して吸気弁２及び排気弁が全閉となる。一方、上側の電磁コイルＣＬを断電し、下側の電磁コイルＣＬに通電すると、コイルスプリングＣＳに付勢され、弁体コイルスプリングＶＳの付勢力に抗して可動子Ｐは下側に引き下げられ、駆動軸ＤＳが吸気弁２及び排気弁を押し下げて開成させる。
【００１４】駆動電圧Ｖｄは、基本的には、可動子Ｐが最大変位となるまで印加される第１電圧値と、最大変位した位置で可動子Ｐを保持しておく第１電圧値より低い第２電圧値とからなる。このような基本形に対して、駆動電圧Ｖｄは、図２に示すように、所定電圧値を有してステップ状に電磁コイルＣＬに印加するもので、自己誘導起電力が発生するタイミングで、自己誘導起電力を打ち消すように、時間の経過とともに一旦増加してその後減少する電圧値の補正電圧Ｖｃが非直線的に重畳されている。すなわち、例えば吸気弁２を閉成する場合には、上鉄心部材１１の電磁コイルＣＬに駆動電圧Ｖｄを印加する。これにより、図３に示すように、上鉄心部材１１の中央部１０ａ、脚部１０ｃ、中間鉄心部材１３及び可動子Ｐ内に、連続する磁界Ｇが生じる。駆動電圧Ｖｄは印加直後に瞬間的に所定電圧値まで上昇し、その後、自己誘導起電力が発生するタイミングまでその所定電圧値に保持する。つまり、駆動電圧Ｖｄを印加すると、磁束が変化することにより自己誘導起電力が生じるが、自己誘導起電力が発生するタイミングとなると、駆動電圧Ｖｄは、予測される自己誘導起電力に対応する補正電圧Ｖｃを重畳するために設定された電圧値だけ高くなる。自己誘導起電力の予測及びその発生タイミングは、電磁コイルＣＬの諸元、例えば自己インピーダンス等により行う。そして、予測した自己誘導起電力の値に基づいて、補正電圧Ｖｃの電圧値を設定する。図２において、点線で示すものは、自己誘導起電力により駆動電圧Ｖｄが低下した状態である。同様に、駆動電流Ｉｄの低下及び可動子Ｐの遅れをそれぞれ、図２中に点線で示す。
【００１５】このように、補正電圧Ｖｃが重畳した駆動電圧Ｖｄが電磁コイルＣＬに印加されると、それまでと同一速度で増加する補正電流Ｉｃが電磁コイルＣＬに流れる。すなわち、重畳された補正電圧Ｖｃが、所定電圧値より高い電圧値であるので、電磁コイルＣＬには、より多くの駆動電流Ｉｄが流れることになる。この一方で、自己誘導起電力により駆動電流Ｉｄが減少する方向に電流が流れるので、駆動電流Ｉｄは相殺される。このため、駆動電流Ｉｄは、補正電圧Ｖｃが重畳された状態の駆動電圧Ｖｄが印加された際に対応して流れる電流ほど多くは流れない。したがって、駆動電流Ｉｄが増加しすぎて、可動子Ｐの挙動が不安定になることがなく、駆動電流Ｉｄは、自己誘導起電力が発生する前と同じ状態で流れ続け、可動子Ｐは遅延なく引き上げられる。
【００１６】したがって、電磁コイルＣＬを流れる駆動電流Ｉｄが、自己誘導起電力発生時に投入される補正電圧Ｖｃにより適正に補正されるので、可動子Ｐが、遅延することなく、駆動開始から所期の速度で引き上げられる。したがって、駆動軸ＤＳは、自己誘導起電力の影響を受けることなく、駆動電圧Ｖｄの印加直後から完全に引き上げられるまで、その引き上げ途中において作動が遅延することなく円滑に作動するものである。
【００１７】なお、本発明は以上に説明した実施例に限定されるものではない。その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、駆動電圧は、ステップ状に電磁コイルに印加された後、自己誘導起電力が生じるタイミングにおいて補正電圧の設定された電圧値だけ高くなるので、電磁コイルに流れる駆動電流はこの時点で増加し、自己誘導起電力で減少する電流を補償することになり、したがって補正電圧を重畳した駆動電圧を電磁コイルに印加することにより、自己誘導起電力により電磁コイルに流れる電流が減衰するのを防止することができる。また、補正電圧を重畳した駆動電圧を電磁コイルに印加することにより、自己誘導起電力が発生しなかった状態と等価な電磁力が発生するため、可動子の作動は遅延せず、この結果、所期の性能で可動子を作動させることができ、駆動軸及び弁体を的確に駆動することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２９６７
【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月８日（１９９８．１２．８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５３３８
【弁理士】
【氏名又は名称】赤澤 一博
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７０９４９（Ｐ２０００−１７０９４９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４８５０７ |
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