| 【発明の名称】 |
電磁弁の着座検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小林 浩
【氏名】井村 章夫
【氏名】八巻 利宏
【氏名】藤本 二朗
【氏名】鳥居 稔
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| 【要約】 |
【課題】電磁弁の電磁石コイルをスイッチング駆動する場合に、弁体の着座を確実に検出することができる電磁弁の着座検出装置を提供する。
【解決手段】電磁弁の電磁石コイル１５ａの駆動電流ＩＣＯＩＬがほぼ一定となるように駆動電圧ＶＣＯＩＬをスイッチング制御し、その駆動電圧ＶＣＯＩＬが高レベルとなる時間ＴＯＮに基づいて弁体１２の着座を検出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電磁弁の弁体が着座したことを検出する着座検出装置であって、前記電磁弁の電磁石コイルを流れる駆動電流がほぼ一定となるように駆動電圧をスイッチング制御し、前記駆動電圧のデューティ比に応じたパラメータに基づいて前記弁体が着座したことを検出することを特徴とする電磁弁の着座検出装置。
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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、電磁弁の弁体が着座したことを検出する着座検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁石により駆動される電磁弁においては、電磁石コイルへの通電制御に対応した作動が実際に行われているか否かを監視するため、弁体が着座したことを検出することが行われる。この着座検出を行う手法として、図８に示すように電磁石コイルを定電圧駆動し（時刻ｔ１１より電圧ＶＣＯＩＬを印加し）、このときのコイル電流ＩＣＯＩＬの不連続点（時刻ｔＳ）、すなわち弁体着座時の急激なインピーダンス変化によるコイル電流の急変を検出するものが知られている（特公平３−１２６６２号公報）。なお、図８（ａ）に示すＬＦＴは、弁体の変位であり、ＬＦＴ＝ＬＦＴＣが着座位置に相当する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関の吸気弁及び排気弁を電磁石により電磁駆動することは、従来より知られており、その場合には、図７に示すように電磁石コイルの駆動電流ＩＣＯＩＬを定電流となるようにコイル電圧ＶＣＯＩＬをスイッチング制御することが行われる。これは、以下の理由による。すなわち、内燃機関の吸気弁及び排気弁の場合、燃焼室内の電磁弁の動作と通電タイミングとが毎回変化し、弁体に加わる外力が変化して動作特性がばらつくことになる。そのため、そのばらつきを考慮してコイルの通電時間を長めに設定することが必要となり、駆動電流ＩＣＯＩＬを必要最小限に留めて消費電力を低減するために、上記したようなコイル電圧のスイッチング制御が行われる。
【０００４】このように電磁石コイルをスイッチング駆動する場合には、弁体が着座してもインピーダンス変化による電流の落ち込みが現れにくく、スイッチングによる電流変化と区別できないため、上記公報に示された手法により着座検出を行うことはできない。
【０００５】本発明は、この点に着目してなされたものであり、電磁弁の電磁石コイルをスイッチング駆動する場合に、弁体の着座を確実に検出することができる電磁弁の着座検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、電磁弁の弁体が着座したことを検出する着座検出装置であって、前記電磁弁の電磁石コイルを流れる駆動電流がほぼ一定となるように駆動電圧をスイッチング制御し、前記駆動電圧のデューティ比に応じたパラメータに基づいて前記弁体が着座したことを検出することを特徴とする。
【０００７】この構成によれば、電磁石コイルがスイッチング制御により定電流駆動され、駆動電圧のデューティ比に応じたパラメータに基づいて弁体の着座が検出される。電磁石コイルを定電流駆動する場合には、弁体の着座によるインピーダンス変化により、駆動電圧のスイッチング波形が変化するので、スイッチング駆動される電磁弁において弁体の着座を確実に検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる電磁弁としての、内燃機関の吸気弁とその駆動機構（アクチュエータ）の構成を示す断面図である。
【０００９】図１においてアクチュエータ１１は、対向する２つのソレノイド（電磁石）、すなわち弁体１２を閉弁方向に付勢する閉弁ソレノイド１５及び弁体１２を開弁方向に付勢する開弁ソレノイド１６と、スプリング１７とを主たる構成要素とする。閉弁ソレノイド１５は、コイル１５ａ及び磁性体１５ｂからなり、開弁ソレノイド１６は、コイル１６ａ及び磁性体１６ｂからなる。スプリング１７は、アーマチャ１４が中立位置（図示の位置）にあるとき、弁体１２に対する付勢力がゼロとなり、中立位置より上に位置するときは弁体１２を開弁方向に付勢し、中立位置より下に位置するときは弁体１２を閉弁方向に付勢するように構成されている。アクチュエータ１１のコイル１５ａ，１６ａは、電子コントロールユニット（図示せず）に接続されており、この電子コントロールユニットから供給される駆動信号により駆動される。
【００１０】この構成によれば、閉弁ソレノイド１５または開弁ソレノイド１６に通電することにより、弁体１２が、吸気口１８を閉塞する全閉位置と弁体のリフト量が最大となる全開位置との間を移動させ、吸気弁１を開閉作動させることができる。なお、ソレノイド１５，１６に通電していないときは、弁体１２は、全閉位置と全開位置の間の中立位置に位置する。また、通常は弁体が全閉位置（弁座）に達することを「着座」というが、本実施形態では、弁体１２が全開位置に達することも同様に「着座」といい、閉弁側及び開弁側ともに着座検出を行う。
【００１１】図２は、弁体１２の位置と閉弁ソレノイド１５のコイル電流ＩＣＯＩＬＣ及び開弁ソレノイド１６のコイル電流ＩＣＯＩＬＯとの関係を説明するためのタイムチャートである。弁体１２を全閉位置ＬＦＴＣから全開位置ＬＦＴＯへ移動させる、すなわち吸気弁１を開弁作動させるときは、先ず閉弁ソレノイド１５のコイル電流ＩＣＯＩＬＣを０とする（時刻ｔ１）。これにより、スプリング１７の作用により弁体１２は、開弁作動を開始するので、弁体が中立位置付近に達する時刻ｔ２から開弁ソレノイド１６のコイル１６ａの通電を開始する。そして弁体１２が全開位置ＬＦＴＯに達した後、少し遅れてコイル電流ＩＣＯＩＬＯを減少させて保持動作に移行する（時刻ｔ４）。このようにして開弁動作が行われる。弁体１２を全開位置ＬＦＴＯから全閉位置ＬＦＴＣへ移動させる、すなわち閉弁作動させる場合も同様の通電制御を行う（時刻ｔ５以後）。
【００１２】図３は、閉弁ソレノイド１５のコイル１５ａの駆動回路と、弁体１２の着座検出を行う回路とを示す回路図である。これらの回路は、前記電子コントロールユニット内に設けられ、コイル１５ａに駆動電流を供給する電磁弁駆動部２１と、コイル１５ａの駆動電流を制御する電流制御部２２と、コイル１５ａの両端の電圧ＶＣＯＩＬが入力され、このコイル電圧ＶＣＯＩＬが高レベルである時間、すなわちトランジスタＱ１がオン状態にある時間ＴＯＮを計測する時間計測部２３と、電磁弁駆動部２１及び時間計測部２３に制御信号を供給するとともに、時間計測部２３の出力信号から弁体１２が着座したこと、換言すれば全閉位置に達したことを検出するＣＰＵ（中央処理装置）２４とを備えている。
【００１３】電磁弁駆動部２１は、トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１とを備えている。トランジスタＱ１は、電流制御部２２の出力信号ＳＳＷにより、オンオフ制御される。トランジスタＱ２は、ＣＰＵ２５から供給される切換信号ＳＤＲＶによりオンオフ制御され、コイル１５ａへの電流供給のオンオフが切り換えられる。抵抗Ｒ１は、コイル電流ＩＣＯＩＬを検出するために設けられており、その両端の電圧が電流制御部２２に入力される。またトランジスタＱ１のコレクタにはバッテリ電圧ＶＢが供給されており、トランジスタＱ１のエミッタと、トランジスタＱ２のコレクタとの間に、コイル１５ａが接続されている。
【００１４】電流制御部２２は、演算増幅器３１と、比較器３２と、抵抗Ｒ２〜Ｒ５を備えており、電磁弁駆動部２１の抵抗Ｒ１の両端の電圧が、抵抗Ｒ４、Ｒ２を介して演算増幅器３１に入力される。なお、電圧ＶＳは電源電圧である。演算増幅器３１の出力は、比較器３２の非反転入力に接続され、比較器３２の反転入力には基準電圧ＶＲＥＦが供給されている。演算増幅器３１の出力電圧は、コイル電流ＩＣＯＩＬが増加すると減少し、基準電圧ＶＲＥＦを下回ると、比較器３２の出力が低レベルとなり、その結果トランジスタＱ１がオフされる。一方、コイル電流ＩＣＯＩＬが減少すると、演算増幅器３１の出力電圧が増加し、基準電圧ＶＲＥＦを越えると、比較器３２の出力が高レベルとなり、その結果トランジスタＱ１がオンされる。このようにしてトランジスタＱ２がオンしているときは、コイル電流ＩＣＯＩＬが、基準電圧ＶＲＥＦに応じた一定電流となるように、トランジスタＱ１がスイッチング制御される。またトランジスタＱ２がオフされると、コイル１５ａへの電流供給が遮断される。
【００１５】時間計測部２３は、ＣＰＵ２４から供給される着座判定許可信号ＳＤＥＴが高レベルであるときに、コイル電圧ＶＣＯＩＬが高レベルである期間を計測するタイマを有し、タイマの出力信号を高レベル期間ＴＯＮを示す信号としてＣＰＵ２４に入力する。タイマは、コイル電圧ＶＣＯＩＬが低レベルとなるとリセットされるように構成されている。
【００１６】図４は、図３の回路の動作を説明するためのタイムチャート図であり、同図（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ弁体１２の位置ＬＦＴ，コイル電圧ＶＣＯＩＬ，コイル電流ＩＣＯＩＬ，着座判定許可信号ＳＤＥＴ及び時間計測部２３の出力信号が示す高レベル時間ＴＯＮの推移を示す。なお、図４は、弁体１２を全閉位置ＬＦＴＣへ移動させる、すなわち閉弁作動させる場合の動作を示している。
【００１７】時刻ｔ１１にコイル１５ａの通電が開始されると、コイル電流ＩＣＯＩＬが徐々に増加し、目標とする定電流値まで増加すると（時刻ｔ１２）、スイッチング動作に移行する。着座判定許可信号ＳＤＥＴはこのタイミングで低レベルから高レベルへ変化し、着座判定が許可される。したがって、時間計測部２３による高レベル時間ＴＯＮの計測が実行され、時間計測部２３の出力は、同図（ｅ）に示すようにコイル電圧ＶＣＯＩＬが高レベルである期間中は、時間経過とともに増加し、コイル電圧ＶＣＯＩＬが低レベルである期間中は０となる。弁体１２が着座すると、コイル１５ａのインピーダンスが一時的に増加するため、トランジスタＱ１のオン時間、すなわちコイル電圧ＶＣＯＩＬが高レベルである時間ＴＯＮが長くなる。その結果、高レベル時間ＴＯＮが着座判定値ＴＲＥＦを越えた時刻ｔＳにおいてＣＰＵ２４は着座と判定する。このように本実施形態によれば、コイル電圧ＶＣＯＩＬの高レベル時間ＴＯＮに基づいて着座が検出されるので、ソレノイドのコイルをスイッチング駆動する場合でも、確実に弁体１２の着座を検出することができる。
【００１８】なお、着座判定値ＴＲＥＦは、弁体着座時の高レベル時間ＴＯＮＳの平均値ＴＯＮＳＡＶＥと、弁体着座時以外のときの高レベル時間ＴＯＮＨの平均値ＴＯＮＨＡＶＥと応じて設定することが望ましい。すなわち、弁体１２が着座したときの高レベル時間ＴＯＮＳと、弁体１２の移動中または着座後の保持動作中における高レベル時間ＴＯＮＨとを監視してその平均値ＴＯＮＳＡＶＥ及びＴＯＮＨＡＶＥを記憶しておき、例えばＴＲＥＦ＝（ＴＯＮＳＡＶＥ＋ＴＯＮＨＡＶＥ）／２とする。これにより、コイル温度や電磁弁の経年変化による高レベル時間ＴＯＮの変化に拘わらず常に正確な着座判定を行うことができる。
【００１９】なお、上述した説明は、吸気弁の閉弁ソレノイド１５について行ったが、開弁ソレノイド１６や排気弁のソレノイドも同様にして着座検出を行うことができる。本実施形態では、高レベル時間ＴＯＮが「駆動電圧のデューティ比に応じたパラメータ」に相当する。
【００２０】また本発明は上述した実施形態に限るものではなく、以下に述べるように種々の変形が可能である。
（変形例１）上述した実施形態では、コイル電圧ＶＣＯＩＬが高レベルである期間、すなわちトランジスタＱ１がオン状態にある時間ＴＯＮに基づいて着座検出を行ったが、時間計測部２３に代えてデューティ比計測部を設け、コイル電圧ＶＣＯＩＬが高レベルである時間的割合を示すデューティ比ＤＴＹ、換言すればトランジスタＱ１のオンデューティ比を計測し、図５（ｅ）に示すようにデューティ比ＤＴＹが、着座判別デューティ比ＤＲＥＦを越えたとき、着座と判定するようにしてもよい。同図に示す例では、実際の着座時点より若干遅れて着座判定が行われる。
【００２１】あるいは、時間計測部２３に代えて周波数計測部を設け、トランジスタＱ１のスイッチング周波数ｆＳＷを計測し、スイッチング周波数ｆＳＷが着座判別周波数ｆＲＥＦを下回ったとき、着座と判定するようにしてもよい。この変形例では、デューティ比ＤＴＹまたはスイッチング周波数ｆＳＷが、「駆動電圧のデューティ比に応じたパラメータ」に相当する。
【００２２】（変形例２）上述した実施形態では、タイマを含む時間計測部２３等を使用したが、コイル電圧ＶＣＯＩＬをＡ／Ｄ変換して直接ＣＰＵに供給し、上述した時間計測部等の機能をＣＰＵによる一定時間毎の演算処理で実現するようにしてもよい。
【００２３】図６は、そのような演算処理のフローチャートであり、ステップＳ１１では、コイルへの通電が開始されたか否かを判別し、通電が開始されると初回オンデューティが終了したか否か、すなわち図４，５の時刻ｔ１２に至ったか否かを判別する（ステップＳ１２）。そしてこの答が肯定（ＹＥＳ）となると、検出値、すなわち高レベル時間ＴＯＮまたはデューティ比ＤＴＹが、着座判別値を越えたか否かを判別し（ステップＳ１３）、この答が肯定（ＹＥＳ）となると、着座と判定する（ステップＳ１４）。このようにして、上述した実施形態と同様に弁体１２の着座判定を行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、電磁石コイルがスイッチング制御により定電流駆動され、駆動電圧のデューティ比に応じたパラメータに基づいて弁体の着座が検出される。電磁石コイルを定電流駆動する場合には、弁体の着座によるインピーダンス変化により、駆動電圧のスイッチング波形が変化するので、スイッチング駆動される電磁弁において弁体の着座を確実に検出することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月２６日（１９９９．３．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０５１１９
【弁理士】
【氏名又は名称】新井 孝治
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３３２７（Ｐ２０００−２８３３２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８４５６９ |
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