| 【発明の名称】 |
電磁駆動弁の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】勝間田 正司
【氏名】松本 功
【氏名】田中 正明
【氏名】四重田 啓二
|
| 【要約】 |
【課題】本発明は、電磁駆動弁の制御装置に関し、初期駆動における通電の周期を可動部の振動特性に応じて補正することで、初期駆動において弁体を効率的に駆動することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の始動時に、所定周期Ｔ0 および所定パルス幅τ0 の指令電流をアッパコイル３８およびロアコイル４２に供給することにより、可動部の振動特性を利用して弁体１４を全閉位置まで変位させる初期駆動を行う。距離センサ６４を用いて弁体１４の位置を検出する。初期駆動中に、弁体１４が中立位置から可動部の振動振幅の閉弁側のピークまで変位するのに要する時間ｔ1 を計時する。その計時時間ｔ1 が所望の値でない場合、アッパコイル３８およびロアコイル４２への指令電流の周期およびパルス幅を、その計時時間ｔ1 に応じて補正する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 弁体と連動するアーマチャと、通電されることにより前記アーマチャに電磁力を付与する電磁石とを備え、電磁力とバネ力とを協働させて前記弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置において、前記電磁石に所定周期で通電し、バネ−質量系の固有振動を励起することにより、前記弁体を変位端まで変位させる初期駆動手段と、前記アーマチャの振動特性に応じたパラメータを検出する振動特性検出手段と、前記パラメータに応じて前記所定周期を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項２】 弁体と連動するアーマチャと、通電されることにより前記アーマチャに開弁方向および閉弁方向の電磁力をそれぞれ付与する第１および第２の電磁石とを備え、電磁力とバネ力とを協働させて前記弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置において、前記第１および第２の電磁石に交互に所定周期で通電し、バネ−質量系の固有振動を励起することにより、前記弁体を変位端まで変位させる初期駆動手段と、前記弁体が開弁方向に変位する場合の前記アーマチャの振動特性に応じた第１のパラメータ、および、前記弁体が閉弁方向に変位する場合の前記アーマチャの振動特性に応じた第２のパラメータをそれぞれ検出する振動特性検出手段と、前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータに応じて、前記初期駆動手段による前記第１および第２の電磁石への１周期当たりの通電時間長をそれぞれ補正する補正手段と、を備えることを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項３】 請求項１または２記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記振動特性に応じたパラメータは、前記アーマチャの振動周期であることを特徴とする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係り、特に、弁体を電磁力とバネ力とを用いて開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば特公平４−６７００５号に開示される如く、例えば内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する弁体を開閉駆動する電磁駆動弁が知られている。この電磁駆動弁は、弁体と連動するアーマチャと、アーマチャを付勢する一対のバネと、アーマチャに弁体の開弁方向および閉弁方向の電磁力をそれぞれ付与する開弁用電磁石および閉弁用電磁石とを備えている。従って、上記従来の電磁駆動弁によれば、各電磁石を交互に通電することにより、弁体を全閉位置と全開位置との間で往復運動させることができる。以下、弁体、および、弁体と連動する部位を可動部と称す。
【０００３】上記従来の電磁駆動弁において、中立位置に停止している弁体を全閉位置または全開位置まで変位させる手法として、開弁用電磁石および閉弁用電磁石の両者を交互に適当な周期で通電することとしている。このように電磁石への通電が行われると、可動部の質量とバネのバネ定数とから定まる固有振動が励起され、弁体は、その振動振幅が徐々に増加しながら全閉位置または全開位置に達するまで変位することができる。従って、上記従来の電磁駆動弁によれば、比較的少ない消費電力で、中立位置に停止している弁体を全閉位置または全開位置まで変位させることができる。以下、中立位置に停止している弁体を全閉位置または全開位置まで変位させる制御を初期駆動と称す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】電磁駆動弁の始動時には、バネの劣化や、弁体へのデポジットの付着等による可動部の質量増加等により、バネ−質量系の固有振動特性が変化している場合がある。また、弁軸とバルブガイドとの間およびアーマチャ軸と軸受けとの間に供給される潤滑油の粘性抵抗等により可動部にフリクションが生じ、可動部に作用する外力が変化している場合もある。このような場合、それらの変化に応じて可動部の振動特性は変化する。かかる状況下で予め設定されている周期で電磁石への通電が行われると、実際の可動部の振動特性に応じた周期に従って通電が行われないことで、弁体の振動振幅が速やかに増幅されない事態が生ずる。この場合、電磁駆動弁の初期駆動が効率的に行われなくなり、電磁駆動弁の始動性が低下してしまう。
【０００５】本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、初期駆動における通電の周期を可動部の振動特性に応じて補正することで、初期駆動において弁体を効率的に駆動することが可能な電磁駆動弁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】上記の目的は、請求項１に記載する如く、弁体と連動するアーマチャと、通電されることにより前記アーマチャに電磁力を付与する電磁石とを備え、電磁力とバネ力とを協働させて前記弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置において、前記電磁石に所定周期で通電し、バネ−質量系の固有振動を励起することにより、前記弁体を変位端まで変位させる初期駆動手段と、前記アーマチャの振動特性に応じたパラメータを検出する振動特性検出手段と、前記パラメータに応じて前記所定周期を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする電磁駆動弁の制御装置により達成される。
【０００７】本発明において、弁体は、電磁石が所定周期で通電されることでバネ−質量系の固有振動が励起されることにより、所定の変位端まで駆動される。また、アーマチャの振動特性に応じたパラメータが検出される。電磁石への通電がアーマチャの実際の振動特性に応じた周期に従って行われていない場合は、上記の固有振動が効率よく励起されず、弁体の振動振幅を速やかに増加させることができない。本発明において、かかる場合に電磁石への通電の周期がアーマチャの実際の振動特性に応じた周期に補正される。従って、本発明によれば、初期駆動において弁体の振動振幅を速やかに増加させることができる。
【０００８】上記の目的は、請求項２に記載する如く、弁体と連動するアーマチャと、通電されることにより前記アーマチャに開弁方向および閉弁方向の電磁力をそれぞれ付与する第１および第２の電磁石とを備え、電磁力とバネ力とを協働させて前記弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置において、前記第１および第２の電磁石に交互に所定周期で通電し、バネ−質量系の固有振動を励起することにより、前記弁体を変位端まで変位させる初期駆動手段と、前記弁体が開弁方向に変位する場合の前記アーマチャの振動特性に応じた第１のパラメータ、および、前記弁体が閉弁方向に変位する場合の前記アーマチャの振動特性に応じた第２のパラメータをそれぞれ検出する振動特性検出手段と、前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータに応じて、前記初期駆動手段による前記第１および第２の電磁石への１周期当たりの通電時間長をそれぞれ補正する補正手段と、を備えることを特徴とする電磁駆動弁の制御装置により達成される。
【０００９】本発明において、弁体は、第１および第２の電磁石が所定周期で交互に通電されることでバネ−質量系の固有振動が励起されることにより、所定の変位端まで駆動される。弁体の開弁時と閉弁時とではアーマチャの振動特性が異なっている場合がある。本発明において、弁体が開弁方向に変位する場合のアーマチャの振動特性に応じた第１のパラメータ、および、弁体が閉弁方向に変位する場合のアーマチャの振動特性に応じた第２のパラメータが、それぞれ検出される。第１および第２電磁石への通電が、弁体の開弁時の振動特性に応じた時間、および、弁体の閉弁時の振動特性に応じた時間に従って行われていない場合は、第１および第２電磁石への１周期当たりの通電時間長がそれらの時間に応じて補正される。従って、本発明によれば、初期駆動において弁体の振動振幅を速やかに増加させることができる。
【００１０】また、上記の目的は、請求項３に記載する如く、請求項１または２記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記振動特性に応じたパラメータは、前記アーマチャの振動周期であることとしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施例の電磁駆動弁１０の全体構成図を示す。電磁駆動弁１０は、内燃機関の各吸気弁および排気弁に対応して設けられている。電磁駆動弁１０は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１２により制御される。図１に示す如く、電磁駆動弁１０は、吸気弁または排気弁として機能する弁体１４を備えている。弁体１４は、先端が内燃機関の燃焼室内に露出するようにシリンダヘッド１６に配設されている。シリンダヘッド１６には、ポート１８が形成されている。ポート１８の、燃焼室への開口部には、弁座２０が形成されている。ポート１８は、弁体１４が弁座２０に着座することにより遮断状態となり、また、弁体１４が弁座２０から離座することにより導通状態となる。
【００１２】弁体１４には、上方に延在する弁軸２２が一体に設けられている。シリンダヘッド１６の内部には、バルブガイド２４が配設されている。バルブガイド２４は、弁軸２２を軸方向に摺動可能に保持している。弁軸２２がバルブガイド２４内を摺動する際、バルブガイド２４と弁軸２２との間には潤滑油が供給される。シリンダヘッド１２の、弁軸２２の略上半分を囲む部位には、円筒状に形成されたロアスプリング保持空間２６が形成されている。バルブガイド２４の上部は、ロアスプリング保持空間２６の内部に露出している。
【００１３】弁軸２２の上端部には、ロアリテーナ２８が固定されている。ロアリテーナ２８とロアスプリング保持空間２６の底面との間には、両者を離間させる向きの付勢力を発生するロアスプリング３０が配設されている。ロアスプリング３０は、ロアリテーナ２８を介して弁軸２２および弁体１４を、図１において上方、すなわち、弁体１４が弁座２０に向かう方向に付勢している。以下、弁体１４が弁座２０に向かう方向を閉弁方向と、弁体１４が弁座２０から離間する方向を開弁方向と、それぞれ称す。
【００１４】弁軸２２の上端面には、アーマチャ軸３２の下端面が当接している。アーマチャ軸３２は、弁軸２２と同軸に配設されている。アーマチャ軸３２の軸方向中央部の外周には、アーマチャ３４が接合されている。アーマチャ３４は、軟磁性材料で構成された環状の部材である。アーマチャ３４の上方には、アッパコア３６およびアッパコイル３８が配設されている。また、アーマチャ３４の下方には、ロアコア４０およびロアコイル４２が配設されている。アッパコイル３８およびロアコイル４２は、それぞれ、アッパコア３６およびロアコア４０に形成された環状溝３６ａおよび４０ａに収納されている。アッパコイル３８およびロアコイル４２は、ＥＣＵ１２に電気的に接続されている。ＥＣＵ１２は、弁体１４が適正に開閉駆動されるようにアッパコイル３８およびロアコイル４２に指令電流を供給する。
【００１５】シリンダヘッド１６には、円筒状のコア保持空間４４が形成されている。コア保持空間４４は、ロアスプリング保持空間２６の上部に連通すると共に、シリンダヘッド１６の上方に開口している。アッパコア３６およびロアコア４０は、所定の間隔を隔ててコア保持空間４４内に固定されている。アッパコア３６およびロアコア４０は、それぞれ、その中央部を貫通する貫通穴３６ｂおよび４０ｂを備えている。貫通穴３６ｂ，４０ｂには、軸受け４６，４８が配設されている。アーマチャ軸３２は、貫通穴３６ｂ，４０ｂを貫通すると共に、軸受け４６，４８により軸方向に摺動可能に保持されている。アーマチャ軸３２が軸受け４６，４８内を摺動する際、アーマチャ軸３２と軸受け４６，４８との間には潤滑油が供給される。
【００１６】アーマチャ軸３２の上端部には、アッパリテーナ５０が固定されている。アッパリテーナ５０の上面には、アッパスプリング５２の下端面が当接している。アッパスプリング５２の周囲には、円筒状のアッパキャップ５４が配設されている。アッパキャップ５４は、図示しないボルトによりシリンダヘッド１６の上面に固定されている。
【００１７】アッパキャップ５４の上端部には、アジャスタボルト５６が螺着されている。アッパスプリング５２の上端面は、アジャスタボルト５６に当接している。アッパスプリング５２は、アッパリテーナ５０を介してアーマチャ軸３２を図１において下向きに付勢している。アジャスタボルト５６は、アーマチャ３２の中立位置がアッパコア３６とロアコア４０との中間点となるように調整されている。
【００１８】アーマチャ軸３２の上端面には、軸部材６０がアーマチャ軸３２と同軸に連結されている。アジャスタボルト５６の中央には、貫通穴５６ａが設けられている。軸部材６０は、アッパスプリング５２内の中空部およびアジャスタボルト５６の貫通穴５６ａを貫通して上方に延在している。アッパキャップ５４の上部には、ハウジング６２が固定されている。ハウジング６２には、距離センサ６４が配設されている。距離センサ６４は、半導体レーザが発したレーザ光を軸部材６０の先端面に照射し、その反射光を検出することにより軸部材６０までの距離を検出する。そして、その距離に応じた信号をＥＣＵ１２に向けて出力する。ＥＣＵ１２は、距離センサ６４の出力信号に基づいて、距離センサ６４と軸部材６０との間の距離を検出し、その距離に基づいてアーマチャ３４の位置Ｘを検出する。
【００１９】ＥＣＵ１２には、車両のキースイッチ６８が接続されている。キースイッチ６８には、アクセサリスイッチ、イグニションスイッチ、および、スタータスイッチが内蔵されている。電磁駆動弁１０は、スタータスイッチがオン状態になった時点で後述の初期駆動を開始する。次に、電磁駆動弁１０の動作について説明する。アッパコイル３８およびロアコイル４２に励磁電流が供給されていない場合は、図１に示す如く、アーマチャ３４がその中立位置、すなわち、アッパコア３６とロアコア４０との中央に維持される。
【００２０】かかる状態でアッパコイル３８に励磁電流が供給されると、アッパコイル３８が発生する磁束によってアーマチャ３４には閉弁方向の電磁力が作用する。このため、アーマチャ３４は、アッパスプリング５２の付勢力に抗してアッパコア３６に当接するまで変位する。アーマチャ３４がアッパコア３６に当接した状態では、弁体１４は弁座２０に着座することにより全閉状態となる。以下、アーマチャ３４がアッパコア３６と当接する位置を、アーマチャ３４または弁体１４の全閉位置と称す。
【００２１】弁体１４が閉弁された状態でアッパコイル３８への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャ３４に作用していた閉弁方向への電磁力が消滅する。このため、上記の状態でアッパコイル３８への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャ３４は、弁体１４と共に、アッパスプリング５２の発する付勢力により開弁方向に向けて単振動の動作を開始する。
【００２２】アーマチャ３４が単振動の動作に従って変位する過程では、弁軸２２とバルブガイド２４との間、および、アーマチャ軸３２と軸受け４６，４８との間に摺動摩擦が生ずる。アーマチャ３４の開弁方向への変位量が所定値に達した時点でロアコイル４２に励磁電流が供給されると、アーマチャ３４をロアコア４０に向けて付勢する電磁力が発生する。アーマチャ３４にかかる電磁力が作用すると、上記の摺動摩擦により失われたエネルギを補って、アーマチャ３４は、ロアスプリング３０の発する付勢力に抗してロアコア４０に当接するまで変位する。アーマチャ３４がロアコア４０に当接した状態では、弁体１４は全開状態となる。以下、アーマチャ３４がロアコア４０に当接する位置を、アーマチャ３４または弁体１４の全開位置と称す。
【００２３】弁体１４が開弁された状態でロアコイル４２への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャ３４に作用していた開弁方向への電磁力が消滅する。この場合、アーマチャ３４および弁体１４は、ロアスプリング３０の発する付勢力により閉弁方向に向けて単振動の動作を開始する。これらの変位量が所定値に達した時点でアッパコイル３８に励磁電流の供給が開始されると、アッパコイル３８の発する電磁力により、摺動摩擦により失われたエネルギを補って、アーマチャ３４は、アッパコア３６に当接するまで変位する。アーマチャ３４がアッパコア３６に当接した状態では、弁体１４は、再び全閉状態となる。
【００２４】このように、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル３８に励磁電流を供給することにより弁体１４を全閉位置まで変位させることができると共に、ロアコイル４２に励磁電流を供給することにより弁体１４を全開位置まで変位させることができる。従って、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル３８とロアコイル４２とに交互に適当なタイミングで励磁電流を供給することにより弁体１４を全開位置と全閉位置との間で繰り返し往復運動させることができる。以下、電磁駆動弁１０において弁体１４、および、弁体１４と連動する部位を可動部と称す。
【００２５】ところで、電磁駆動弁１０において、内燃機関の停止中、弁体１４は、アッパスプリング５２およびロアスプリング３０により、全開位置と全閉位置との中立位置に維持されている。このため、内燃機関の始動が要求された後に電磁駆動弁１０を定常の作動状態に移行させるためには、中立位置に維持されている弁体１４を、全開位置または全閉位置まで変位させる必要がある。
【００２６】図２（Ａ）および（Ｂ）は、内燃機関の始動時に弁体１４を全閉位置まで変位させるべく、アッパコイル３８およびロアコイル４２にそれぞれ供給される指令電流のタイムチャートを示す。また、図２（Ｃ）は、各コイルに図２（Ａ）および（Ｂ）に示す指令電流が供給された場合の弁体１４のリフト波形を示す。内燃機関の始動が要求された後、図２（Ａ）および（Ｂ）に示す如く、アッパコイル３８には、パルス幅τ0 を有する指令値ＩU が所定周期Ｔ0 で現われるように指令電流ＩU が供給される。また、ロアコイル４２には、アッパコイル３８に供給される電流に対して位相を１８０゜反転させて、パルス幅τ0 を有する指令値ＩL が所定周期Ｔ0 で現われるように指令電流ＩL が供給される。尚、所定周期Ｔ0 は、アッパスプリング５２およびロアスプリング３０のバネ定数と可動部の質量とで定まるバネ−質量系の固有振動の周期に等しい値として予めＥＣＵ１２に記憶されている周期である。
【００２７】このようにアッパコイル３８およびロアコイル４２に電流が供給されると、アーマチャ３４に閉弁方向への電磁力と開弁方向への電磁力とが交互に周期Ｔ0 で作用することで、可動部に固有振動が励起される。その結果、図２（Ｃ）に示す如く、中立位置に維持されていた弁体１４は、その振動振幅が徐々に増幅しながら所定周期Ｔ0 で単振動を行い、最終的には、弁体１４は全閉位置に到達する。以下、内燃機関の始動が要求された後、可動部の固有振動を利用して、弁体１４を中立位置から全閉位置まで変位させるための処理を初期駆動と称す。
【００２８】ところで、電磁駆動弁１０の可動部については、次式（１）に示す運動方程式が成立する。
ｍ・（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋ・ｘ＋ｃ・（ｄｘ／ｄｔ）＋ｆ ＝ ｆｅｍ ・・・（１）
但し、ｆｅｍはアーマチャ３４に作用する電磁力、ｍは可動部の質量、ｘはアーマチャ３４の中立位置からの変位量、ｋはアッパスプリング５２およびロアスプリング３０のバネ定数、ｃは弁軸２２とバルブガイド２４との間およびアーマチャ軸３２と軸受け４６，４８との間に供給される潤滑油による粘性係数、ｆはそれらの摺動部における摺動抵抗、および、内燃機関の筒内圧による抵抗を含む外力項である。
【００２９】電磁駆動弁１０において、アッパスプリング５２およびロアスプリング３０の劣化や、弁体１４へのデポジットの付着等による可動部の質量増加等が生じると、バネ力ｋ・ｘが変化することになる。また、上記の摺動部における潤滑油の量が増減すると潤滑油による粘性抵抗等が変化することになる。このような場合、可動部の振動特性は変化することになる。
【００３０】かかる状態で予めＥＣＵ１２に記憶されている所定周期でアッパコイル３８およびロアコイル４２に交互に励磁電流の供給が行われると、可動部の実際の振動特性に応じた周期に従って通電が行われず、弁体１４の振動振幅が速やかに増幅されない事態が生ずる。この場合、電磁駆動弁１０の初期駆動が効率的に行われなくなり、電磁駆動弁１０の始動性が低下してしまう。
【００３１】そこで、本実施例の電磁駆動弁１０では、初期駆動時において可動部の実際の振動特性に応じた周期でアッパコイル３８およびロアコイル４２への励磁電流の供給が行われていない場合にその周期を適正な周期に補正することとしている。以下、図３乃至図５を参照して、本実施例の特徴部について説明する。図３（Ａ）は、初期駆動が要求された場合にアッパコイル３８に供給される指令電流のタイムチャートを示す。図３（Ｂ）は、初期駆動が要求された場合にロアコイル４２に供給される指令電流のタイムチャートを示す。また、図３（Ｃ）は、各コイルに図３（Ａ）および（Ｂ）に示す指令電流が供給された場合の弁体１４のリフト波形を示す。尚、図３において、可動部の振動特性が初期状態から変化している場合を実線で、また、可動部の振動特性が初期状態に維持されている場合を破線で、それぞれ示している。
【００３２】図３に示す如く、本実施例において、内燃機関の始動が要求される（時刻ｔ＝０）と、まずアッパコイル３８にパルス幅τ0 の指令電流ＩU が供給される。アッパコイル３８に指令電流ＩU が供給されると、中立位置に維持されていた弁体１４は、可動部の振動特性に応じた周期に従って運動を開始する。可動部が弁体１４の中立位置から最初に振動振幅のピークに達するまでの経過時間ｔが、始動要求後に最初にアッパコイル３８に供給される指令電流ＩU のパルス幅τ0 に一致する場合（図３において時刻ｔ＝ｔ0 ）は、図３に破線で示す如く、その後も、パルス幅τ0 の指令電流がロアコイル４２およびアッパコイル３８に交互に供給される。尚、本実施例において、各コイルに供給する指令電流のパルス幅は同一の値に設定されている。従って、本実施例では、パルス幅の２倍が各コイルに供給する指令電流の周期に一致している。
【００３３】一方、可動部の振動特性の変化に起因して、上記の経過時間ｔがパルス幅τ0に一致しない場合（図３において時刻ｔ＝ｔ1 ）は、図３に実線で示す如く、その後に、アッパコイル３８に供給される指令電流ＩU およびロアコイル４２に供給される指令電流ＩL のパルス幅は共に、可動部における実際の振動特性に応じたパルス幅τ1 に変更される。この場合、可動部における実際の振動特性に応じた周期と、アッパコイル３８およびロアコイル４２への通電の周期とが一致することで、弁体１４の振動振幅は速やかに増幅することとなる。このため、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、初期駆動を効率的に行うことができ、その結果、始動性の向上を図ることができる。
【００３４】図４は、上記の機能を実現すべく、本実施例においてＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図４に示すルーチンは、その処理が終了する毎に繰り返しに起動されるルーチンである。図４に示すルーチンが起動されると、まずステップ１００の処理が実行される。ステップ１００では、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルにかけて初期駆動の要求が行われたか否かが判別される。具体的には、キースイッチ６８に内蔵されるスタータスイッチがオフ状態からオン状態に切り替わったか否かが判別される。その結果、上記の条件が成立しないと判別された場合、すなわち、スタータスイッチがオフ状態のまま、或いは、オン状態のままであると判別された場合は、以後、何ら処理が進められることなく、今回のルーチンが終了される。一方、上記の条件が成立すると判別された場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００３５】ステップ１０２では、所定パルス幅τ0 の指令電流をアッパコイル３８およびロアコイル４２に交互に供給する処理が実行される。本ステップ１０２の処理が実行されると、中立位置に維持されていた弁体１４が、まず閉弁方向への変位を開始する。ステップ１０４では、弁体１４の変位がピークに達したか否か、具体的には、アーマチャ３４の位置Ｘの変化勾配がゼロであるか、或いは、前回の処理時から今回の処理時にかけて変化勾配の符号が反転したか否かが判別される。本ステップ１０４の処理は、上記の条件が成立すると判別されるまで繰り返し実行される。その結果、弁体１４の変位がピークに到達したと判別された場合は、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００３６】ステップ１０６では、上記ステップ１０２の処理が開始された後、本ステップ１０６の処理が開始されるまでに要した時間ｔ1 が算出される。ステップ１０８では、上記ステップ１０６で算出された変位時間ｔ1 と、所定値ｔ0 との差が遅れ時間ｔx として算出される。尚、所定値ｔ0 は、コイルに指令電流が供給された後、弁体１４が可動部の振動特性に従って振動振幅のピークに達すると予想される時間であり、予めＥＣＵ１２に記憶されている。
【００３７】ステップ１１０では、上記ステップ１０８で算出された遅れ時間ｔx に基づいて、アッパコイル３８およびロアコイル４２に供給する指令電流のパルス幅補正量Δτx が決定される。図５は、遅れ時間ｔx とパルス幅補正量Δτx との最適な関係を、予め実験的に求めることにより得られたマップを示す。上記ステップ１１０では、図５に示すマップを参照することによりパルス幅補正量Δτx が決定される。
【００３８】ステップ１１２では、パルス幅補正量Δτx に所定パルス幅τ0 を加算して得られた値を、アッパコイル３８およびロアコイル４２に供給する指令電流のパルス幅τ1 にする処理が実行されると共に、そのパルス幅の２倍を指令電流の周期Ｔ1 にする処理が実行される。ステップ１１４では、上記ステップ１１２で演算されたパルス幅τ1 および周期Ｔ1 に従って、アッパコイル３８およびロアコイル４２に指令電流を供給する処理が実行される。本ステップ１１４の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【００３９】上記の処理によれば、初期駆動が要求された後に最初に可動部が振動振幅のピークに達するのに要した経過時間ｔが所望の時間ｔ0 でない場合に、アッパコイル３８およびロアコイル４２への指令電流を、その経過時間ｔに応じたパルス幅および周期に変更することができる。このため、本実施例によれば、初期駆動時に、可動部における実際の振動特性に応じた周期でアッパコイル３８およびロアコイル４２への通電を行うことができ、弁体１４の振動振幅を速やかに増幅させることができる。従って、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、可動部の振動特性を有効に利用できるので初期駆動を効率的に行うことができ、始動性の向上を図ることができる。これにより、内燃機関の始動性の向上を図ることが可能となっている。
【００４０】本実施例においては、初期駆動が要求された直後に弁体１４が中立位置から閉弁側に向けて変位する過程において可動部の振動特性を検出し、その振動特性に基づいて各コイルへの指令電流のパルス幅および周期を補正することとしている。このため、本実施例によれば、初期駆動の早い段階から弁体１４の振動振幅を速やかに増幅させることができる。従って、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、更に効率的な初期駆動を実現することができる。
【００４１】尚、上記の実施例においては、アッパコア３６およびアッパコイル３８、および、ロアコア４０およびロアコイル４２が請求項１記載の「電磁石」に、可動部が弁体１４の中立位置から閉弁側のピークに到達するのに要した時間ｔ1 が請求項１記載の「パラメータ」に相当していると共に、ＥＣＵ１２が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより請求項１記載の「初期駆動手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより請求項１記載の「振動特性検出手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより請求項１記載の「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００４２】次に、上記図１と共に図６および図７を参照して、本発明の第２実施例について説明する。本実施例のシステムは、上記図１に示す電磁駆動弁１０において、ＥＣＵ１２が図７に示すルーチンを実行することにより実現される。弁体１４が閉弁側から開弁側へ変位する場合と、開弁側から閉弁側へ変位する場合とでは、可動部の振動特性が異なる場合がある。以下、弁体１４が閉弁側から開弁側へ変位する場合の可動部の振動特性を開弁側振動特性と、弁体１４が開弁側から閉弁側へ変位する場合の可動部の振動特性を閉弁側振動特性と、それぞれ称す。かかる状況下で弁体１４の振動振幅を速やかに増幅させるためには、開弁側振動特性に応じたパルス幅の指令電流をロアコイル４２に供給し、閉弁側振動特性に応じたパルス幅の指令電流をアッパコアイル３８に供給すると共に、それらの振動特性から定まる周期で各指令電流の供給を行うことが有効である。
【００４３】そこで、本実施例においては、初期駆動が要求された後に、可動部が閉弁側のピークに達した後開弁側のピークまで変位するのに要した経過時間に基づいてロアコイル４２への指令電流のパルス幅を変更すると共に、可動部が開弁側のピークに達した後閉弁側のピークまで変位するのに要した経過時間に基づいてアッパコイル３８への指令電流のパルス幅を変更することとしている。
【００４４】図６（Ａ）は、本実施例において、初期駆動が要求された場合にアッパコイル３８に供給される指令電流のタイムチャートを示す。図６（Ｂ）は、初期駆動が要求された場合にロアコイル４２に供給される指令電流のタイムチャートを示す。また、図６（Ｃ）は、各コイルに図６（Ａ）および（Ｂ）に示す指令電流が供給された場合の弁体１４のリフト波形を示す。
【００４５】図６に示す如く、本実施例において、内燃機関の始動が要求される（時刻ｔ＝０）と、上記第１実施例と同様に、まずアッパコイル３８にパルス幅τ0 の指令電流ＩU が供給される。アッパコイル３８に指令電流ＩU が供給されると、中立位置に維持されていた弁体１４は、可動部の閉弁側振動特性に応じた周期で運動を開始する。また、弁体１４が閉弁側のピークに達した後に開弁方向に向けて変位する場合は、弁体１４は、可動部の開弁側振動特性に応じた周期で運動を開始する。
【００４６】本実施例においては、弁体１４が可動部の振動振幅の閉弁側のピークに達した後開弁側のピークまで変位するのに要する時間Ｔ2 （図６においてＴ2 ＝ｔ3 −ｔ2 ）、および、開弁側のピークに達した後閉弁側のピークまで変位するのに要する時間Ｔ3 （図６においてＴ3 ＝ｔ4 −ｔ3 ）が、それぞれ、ロアコイル４２およびアッパコイル３８への指令電流のパルス幅τL , τU として用いられると共に、それらの和（Ｔ2 ＋Ｔ3 ）がアッパコイル３８およびロアコイル４２への指令電流の周期Ｔ1 として用いられる（Ｔ1 ＝Ｔ2 ＋Ｔ3 ）。そして、時間Ｔ2と時間Ｔ3 とに基づいて、アッパコイル３８およびロアコイル４２に供給する指令電流ＩU ，ＩL のパルス幅が、それぞれ、可動部における実際の振動特性に応じたパルス幅τU （＝Ｔ3 ），τL （＝Ｔ2 ）に変更されると共に、それらの周期が周期Ｔ1 （＝τU ＋τL ）に変更される。
【００４７】この場合、弁体１４が可動部の閉弁側振動特性に従って開弁側のピークから閉弁側のピークまで変位するのに要する時間と、アッパコイル３８への通電のパルス幅とが一致し、弁体１４が可動部の開弁側振動特性に従って閉弁側のピークから開弁側のピークまで変位するのに要する時間と、ロアコイル４２への通電のパルス幅とが一致し、また、可動部がその振動振幅の一方のピークから再び一方のピークまで変位するのに要する周期とアッパコイル３８およびロアコイル４２への通電の周期とが一致することで、弁体１４の振動振幅は速やかに増幅することとなる。このため、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、上記第１実施例の場合に比して更に効率的に初期駆動を行うことができ、その結果、始動性の向上を図ることができる。
【００４８】図７は、上記の機能を実現すべく、本実施例においてＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図７に示すルーチンは、その処理が終了する毎に繰り返し起動されるルーチンである。尚、図７において、上記図４に示すステップと同一の処理を実行するステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。すなわち、図７に示すルーチンにおいては、上記ステップ１０４の処理が終了した後、ステップ１２０の処理が実行される。
【００４９】ステップ１２０では、弁体１４が可動部の振動振幅の閉弁側のピークに達した後開弁側のピークまで変位するのに要する時間Ｔ2 の計時が開始される（図６において時刻ｔ＝ｔ2 ）。ステップ１２２では、上記ステップ１０４と同様の手法により、弁体１４の変位がピークに達したか否かが判別される。その結果、否定判別がされた場合は、再び本ステップ１２２の処理が実行される。一方、本ステップ１２２において肯定判別がされた場合は、弁体１４の変位が開弁側のピークに到達したと判断できる。かかる判別がなされた場合は、次にステップ１２４の処理が実行される。
【００５０】ステップ１２４では、時間Ｔ2 の計時が終了されると共に、弁体１４が可動部の振動振幅の開弁側のピークに達した後閉弁側のピークまで変位するのに要する時間Ｔ3 の計時が開始される（図６において時刻ｔ＝ｔ3 ）。ステップ１２６では、上記ステップ１０４および１２２と同様の手法により、弁体１４の変位がピークに達したか否かが判別される。その結果、否定判別がされた場合は、再び本ステップ１２６の処理が実行される。一方、本ステップ１２６において肯定判別がされた場合は、弁体１４の変位が閉弁側のピークに到達したと判断できる。かかる判別がなされると、次にステップ１２８の処理が実行される。
【００５１】ステップ１２８では、時間Ｔ3 の計時が終了される（図６において時刻ｔ＝ｔ4 ）。ステップ１３０では、時間Ｔ2 をロアコイル４２に供給する指令電流ＩL のパルス幅τL に、時間Ｔ3 をアッパコイル３８に供給する指令電流ＩU のパルス幅τU にする処理が実行されると共に、時間Ｔ2 とＴ3 との和（Ｔ2 ＋Ｔ3 ）を、アッパコイル３８およびロアコイル４２に供給する指令電流ＩU ，ＩL の周期Ｔ1 にする処理が実行される。
【００５２】ステップ１３２では、上記ステップ１３０で演算されたパルス幅τU ，τL および周期Ｔ1 に従って、アッパコイル３８およびロアコイル４２に指令電流を供給する処理が実行される。本ステップ１１４の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。上記の処理によれば、初期駆動が要求された後に、弁体１４が可動部の振動振幅の閉弁側のピークに達した後開弁側のピークまで変位するのに要した時間Ｔ2、および、開弁側のピークに達した後閉弁側のピークまで変位するのに要した時間Ｔ3 に基づいて、アッパコイル３８およびロアコイル４２に供給する指令電流のパルス幅および周期を変更することができる。このため、本実施例によれば、初期駆動時に、可動部の開弁側振動特性および閉弁側振動特性に応じた周期でアッパコイル３８およびロアコイル４２への通電を行うことができ、弁体１４の振動振幅を更に速やかに増幅させることができる。従って、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、可動部の開弁側振動特性および閉弁側振動特性に従って初期駆動を効率的に行うことができ、その結果、始動性の更なる向上を図ることができる。
【００５３】尚、上記の第２実施例においては、アッパコア３６およびアッパコイル３８、および、ロアコア４０およびロアコイル４２が請求項２記載の「第１および第２の電磁石」に、可動部が閉弁側のピークに達した後開弁側のピークまで変位するのに要した時間Ｔ2 が請求項２記載の「第１のパラメータ」に、可動部が開弁側のピークに達した後閉弁側のピークまで変位するのに要する時間Ｔ3 が請求項２記載の「第２のパラメータ」に、それぞれ相当している。
【００５４】また、上記の第２実施例においては、ＥＣＵ１２が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより請求項２記載の「初期駆動手段」が、上記の時間Ｔ2 およびＴ3 を検出することにより請求項２記載の「振動特性検出手段」が、上記ステップ１３０においてアッパコイル３８およびロアコイル４２に供給する指令電流のパルス幅を変更することにより請求項２記載の「補正手段」が、上記ステップ１３０においてアッパコイル３８およびロアコイル４２に供給する指令電流の周期を変更することにより請求項１記載の「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５５】ところで、上記の第２実施例においては、アッパコイル３８およびロアコイル４２への指令電流のパルス幅を、それぞれ、可動部が振動振幅の開弁側のピークから閉弁側のピークまで変位するのに要した時間Ｔ2 、および、可動部が振動振幅の閉弁側のピークから開弁側のピークまで変位するのに要した時間Ｔ3 に変更することとしているが、それらの時間Ｔ2 とＴ3 との平均値（Ｔ2 ＋Ｔ3 ）／２を算出して、アッパコイル３８への指令電流およびロアコイル４２への指令電流のパルス幅を、その平均値に変更することとしてもよい。
【００５６】また、上記の第１および２実施例においては、可動部の振動周期を可動部の振動特性を表す値として用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、可動部の振動振幅のピーク値の増加率を可動部の振動特性を表す値として用いることとしてもよい。図８は、可動部の振動特性を表す値として用いられる振動振幅のピーク値Ｐの変化を説明するための図である。可動部の振動振幅のピーク値Ｐの増加率（図８において（Ｐ4 −Ｐ2 ）／Ｐ2 および（Ｐ3 −Ｐ1 ）／Ｐ1 ）は、その振動特性に応じて変動する。すなわち、可動部の振動特性に応じた周期でアッパコイル３８およびロアコイル４２に指令電流が供給されている場合（図８に実線で示す）に比して、指令電流の供給が可動部の振動特性に応じた周期で行われていない場合（図８に破線で示す）には、上記したピーク値の増加率は小さな値となる。従って、可動部の振動振幅のピーク値の増加率を可動部の振動特性を表す値として用い、この値に応じて指令電流の周期を補正させることとすればよい。
【００５７】
【発明の効果】上述の如く、請求項１乃至３記載の発明によれば、初期駆動における通電の周期を可動部の振動特性に応じて補正することで、初期駆動時において弁体の振動振幅を速やかに増加させることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年４月２１日（１９９９．４．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７０１５０
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４１５４（Ｐ２０００−３０４１５４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１４１６４ |
|