JP2000205442A - 電磁バルブ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置センサによる可動子あるいはバルブの検
出位置のオフセットを補正して、正確な検出位置に基づ
いて可動部と変位端との衝突を回避する。 【解決手段】 位置センサ１３が検出した可動子９の位
置の差分から可動子速度検出部２１は可動子の速度を検
出する。可動子位置推定部２２は電流制御部２５が電磁
石６、７に通電する電流値に基づいて、可動子の速度が
０になったときの可動子の正確な位置を推定する。可動
子検出位置補正部２３は位置センサ１３の検出値を補正
する。電流制御量演算部２４は、電磁石６、７に通電す
る電流値を演算する。電流制御部２５は電磁石６、７に
通電する電流を電流制御量演算部２４で算出した目標電
流に制御することにより、可動子９の速度及び位置を制
御し、この結果としてバルブ２が開閉される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力を利用して
吸気弁、排気弁等のバルブを駆動する電磁バルブ駆動制
御装置に係り、特に、電磁力発生手段の電流を制御して
可動子またはバルブの変位端の直前で可動子またはバル
ブを一時停止させる電磁バルブ駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸排気弁の駆動方式におい
て、従来のカムによりバルブを駆動するカム駆動方式に
代えて、電磁力によりバルブを駆動する電磁バルブ駆動
装置が提案されている。

【０００３】この電磁バルブ駆動装置によれば、バルブ
駆動用のカム機構が不要となることに加えて、内燃機関
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、内燃機関の出力向上及び燃費の向上を
図ることができる。

【０００４】このよう従来の電磁バルブ駆動装置では、
バルブもしくは可動部の一部が閉弁時および最大開弁時
にバルブシート又は電磁石と衝突する。そのため衝突時
に騒音、振動が発生する。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、電磁バルブ駆動装置と
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】電磁バルブ駆動装置において、可動部の変
位端への衝突を避けるためには、可動部の位置を連続的
に検出しながら、この検出位置に応じて電磁石のコイル
に通電する電流を制御し、可動部が変位端の直前で停止
するように制御する技術が本願出願人により出願されて
いる（特願平１０−３５９５９１号）。

【０００６】このような電磁バルブ駆動制御装置におけ
る可動子又はバルブの位置検出手段としては、バルブ動
作に寄与しない方の電磁石のコイルに高周波電流を印加
し、このコイルと可動子との電磁誘導を利用した渦電流
式変位センサにより、バルブ位置を検出する技術が、例
えば特開平１０−１１５２０５号公報記載の「電磁動弁
駆動システム」に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電磁バルブ駆動制御装置にあっては、位置センサの精
度、組み付け精度のバラツキが原因でバルブの検出位置
にオフセットを生じるため、電磁石の電流を制御し変位
端の直前で可動部を停止させることにより、可動部と変
位端との衝突を回避するという制御が正確に行えないと
いう問題点があった。

【０００８】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、位
置センサによる可動子あるいはバルブの検出位置あるい
制御目標位置のオフセットを補正して、正確な検出位置
に基づいて可動部と変位端との衝突を回避する制御を行
える電磁バルブ駆動制御装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、電流を通電することにより電
磁力を発生する電磁力発生手段と、前記電磁力発生手段
の電磁力により吸引移動されることによりバルブを開閉
する可動子と、前記可動子を中立点方向に付勢する付勢
手段と、前記可動子または前記バルブの位置を検出する
位置検出手段と、前記可動子または前記バルブの速度を
検出する速度検出手段と、前記位置検出手段により検出
された可動子の位置に応じて前記電磁力発生手段に通電
する電流を制御する電流制御手段と、前記電磁力発生手
段に通電する電流値に対応して前記可動子に作用する電
磁力と付勢力とが釣り合う前記可動子の位置を予め記憶
する記憶手段と、前記電流制御手段により前記電磁力発
生手段に通電する電流を制御することにより、前記可動
子を前記位置検出手段が検出する所定位置に静止させた
ときの電流値に基づいて前記可動子の位置の正確な値を
前記記憶手段より求め、この値に基づいて前記位置検出
手段の検出値または前記可動子の制御目標値を補正する
補正手段と、を備えたことを要旨とする電磁バルブ駆動
制御装置である。

【００１０】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、電流を通電することにより電磁力を発生する電
磁力発生手段と、前記電磁力発生手段の電磁力により吸
引移動されることによりバルブを開閉する可動子と、前
記可動子を中立点方向に付勢する付勢手段と、前記可動
子または前記バルブの位置を検出する位置検出手段と、
前記可動子または前記バルブの速度を検出する速度検出
手段と、前記位置検出手段により検出された可動子の位
置に応じて前記電磁力発生手段に通電する電流を制御す
る電流制御手段と、前記可動子または前記バルブの速度
が正負反転したときの前記位置検出手段の検出値に基づ
いて前記位置検出手段の検出値または前記可動子の制御
目標値を補正する補正手段と、を備えたことを要旨とす
る電磁バルブ駆動制御装置である。

【００１１】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項１または請求項２記載の電磁バルブ駆動
制御装置において、前記補正手段は、釣り合い位置また
は速度の正負反転位置における前記位置検出手段の校正
を複数回行って、この複数回の校正の代表値に基づい
て、前記位置検出手段の検出値または前記可動子の制御
目標値を補正することを要旨とする。

【００１２】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、可動子
に及ぶ電磁力と付勢手段の付勢力とが釣り合い可動子が
所定の位置で静止するように電磁力発生手段の通電電流
を制御し、このときの位置検出手段の可動子位置の検出
値と、通電電流から推定した可動子の推定位置とに基づ
いて、位置検出手段の検出値または可動子の制御目標値
とを補正するようにしているので、位置検出手段の取付
誤差や、特性の偏倚等によって生じるオフセットを除去
し、正確な位置検出ができるとともに、この正確な位置
検出に基づいて正確な可動子及びバルブの運動制御を行
うことができるという効果がある。

【００１３】請求項２記載の本発明によれば、可動子ま
たはバルブの速度が正負反転したときの位置検出手段の
検出値に基づいて位置検出手段の検出値または可動子の
制御目標値を補正するようにしているので、予め通電電
流に対する電磁力と付勢力との釣り合い位置を記憶する
ことなく、位置検出手段の取付誤差や、特性の偏倚等に
よって生じるオフセットを除去し、正確な位置検出がで
きるとともに、この正確な位置検出に基づいて正確な可
動子及びバルブの運動制御を行うことができるという効
果がある。

【００１４】請求項３記載の本発明によれば、請求項１
または請求項２記載の発明の効果に加えて、釣り合い位
置または速度の正負反転位置における位置検出手段の校
正を複数回行って、この複数回の校正の代表値に基づい
て、位置検出手段の検出値または可動子の制御目標値を
補正するようにしているので、内燃機関や車両走行に伴
って発生する振動やノイズがあっても位置検出手段の正
確な補正を行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る電磁
バルブ駆動制御装置の第１実施形態を適用した電磁バル
ブ装置を示す構成図である。図１において、電磁バルブ
装置１は、バルブ（バルブ傘部）２と、バルブ２から上
方に伸延するバルブステム２ａと、バルブステム２ａの
上部に固定されたスプリングリテーナ３と、バルブ２を
閉弁側に付勢するためにシリンダヘッド４及びスプリン
グリテーナ３の間に設けられたコイルスプリング５と、
所定の間隔をおいて対向するように固定された開弁側電
磁石６及び閉弁側電磁石７と、両電磁石６、７間を上下
に滑動できるように可動子軸８に固定された軟磁性体の
可動子（アーマチュア）９と、可動子軸８の上部に固定
されたスプリングリテーナ１０と、可動子軸８を開弁側
に付勢するためにスプリングリテーナ１０とハウジング
１２の天井部との間に設けられたコイルスプリング１１
と、可動子の位置を検出する位置センサ１３と、これら
電磁バルブ装置の機構部分の外装となるハウジング１２
と、コントローラ２０とを備えている。

【００１６】開弁側電磁石６および閉弁側電磁石７は、
電磁力発生手段であり、コントローラ２０から供給され
る電流により、可動子９を吸引する電磁力を発生させ
る。コイルスプリング５及び１１は、電磁石６、７が共
に電磁力を発生しないとき、可動子９を中立位置に付勢
するようにバネ形状及びバネ定数が設定されている。そ
して、電磁石６、７と、コイルスプリング５、１１とが
協動して可動子９及びバルブステム２ａを駆動して、バ
ルブ２を開閉するようになっている。

【００１７】位置センサ１３は、レーザ、ホール素子あ
るいはポテンショメータ等を用いた位置検出手段であ
り、これにより可動子９の位置を検出し、コントローラ
２０に伝える。

【００１８】コントローラ２０は、例えば図外のエンジ
ン制御ＥＣＵ（ Electronic Control Unit）からバルブ
開閉指示を受けて、開弁側電磁石６、閉弁側電磁石７に
通電し、可動子の速度及び位置を制御することによりバ
ルブを開閉する。コントローラ２０は、可動子速度検出
部２１と、可動子位置推定部２２と、可動子検出位置補
正部２３と、電流制御量演算部２４と、電流制御部２５
とを備えている。

【００１９】可動子速度検出部２１は位置センサ１３で
検出した可動子位置を差分演算することにより可動子速
度を検出する。可動子位置推定部２２は可動子速度が０
のときの通電電流から可動子位置を推定する。このた
め、可動子位置推定部２２は、可動子９に作用する電磁
力とバネ力とが釣り合って可動子が停止し可動子速度が
０となったときの電磁石６、７の通電電流に対する可動
子位置を予めＲＯＭ等の不揮発性記憶素子に記憶させた
電流／可動子位置対応記憶部２２ａを備えている。

【００２０】可動子検出位置補正部２３は位置センサ１
３による検出値を推定値に基づいて補正する。電流制御
量演算部２４は可動子の速度及び位置を制御するための
電流制御量を演算する。電流制御部２５は開弁側電磁石
６、閉弁側電磁石７に通電する電流を電流制御量演算部
２４で演算した目標電流となるように例えばＰＷＭ制御
を用いて制御する。可動子速度検出部２１〜電流制御量
演算部２４は、マイクロコンピュータ等により構成す
る。電流制御部２５は、例えばＰＷＭ制御回路とトラン
ジスタ、ＦＥＴ等の半導体スイッチ素子により構成す
る。

【００２１】次に、請求項１と図１の各構成要素との対
応を説明する。電流を通電することにより電磁力を発生
する電磁力発生手段は開弁側電磁石６及び閉弁側電磁石
７、電磁力発生手段の電磁力により吸引移動されること
によりバルブを開閉する可動子は可動子９、可動子を中
立点方向に付勢する付勢手段はコイルスプリング５及び
１１、可動子またはバルブの位置を検出する位置検出手
段は位置センサ１３、可動子またはバルブの速度を検出
する速度検出手段は可動子速度検出部２１、位置検出手
段により検出された可動子の位置に応じて電磁力発生手
段に通電する電流を制御する電流制御手段は電流制御量
演算部２４及び電流制御部２５、電磁力発生手段に通電
する電流値に対応して可動子に作用する電磁力と付勢力
とが釣り合う可動子の位置を予め記憶する記憶手段は電
流／可動子位置対応記憶部２２ａにそれぞれ対応し、さ
らに、電流制御手段により電磁力発生手段に通電する電
流を制御することにより、可動子を位置検出手段が検出
する所定位置に静止させたときの電流値に基づいて可動
子の位置の正確な値を記憶手段より求め、この値に基づ
いて位置検出手段の検出値または可動子の制御目標値を
補正する補正手段は可動子検出位置補正部２３、に対応
する。

【００２２】次に、第１実施形態の動作を説明する。 ［全体の動作概要］まず、本実施形態の全体の動作の流
れを説明する。図１において、位置センサ１３により可
動子９の位置を検出する。可動子速度検出部２１は、位
置センサ１３が検出した可動子９の位置を差分演算して
可動子９の速度を求める。そして可動子速度検出部２１
が検出した可動子速度が０になったときに、電流制御部
２５が電磁石に通電する通電量に基づいて、可動子位置
推定部２２は電流／可動子位置対応記憶部２２ａを検索
し、可動子位置の推定値を得る。

【００２３】可動子検出位置補正部２３は位置センサ１
３の検出値を前記可動子位置の推定値により補正する。
電流制御量演算部２４は、可動子検出位置補正部２３に
より補正された可動子位置に応じて電磁石６、７に通電
する電流値を演算する。この電流値は、可動子９が変位
端の直前で停止し、変位端に衝突しないように制御され
るものである。電流制御部２５は電磁石６または７に通
電する電流を電流制御量演算部２４で算出した目標電流
に制御することにより、可動子９の速度及び位置を制御
し、この結果としてバルブ２が開閉される。

【００２４】［各部の動作］次に、各部の詳細動作を説
明する。 ・可動子速度検出部 可動子速度検出部２１は、位置センサ１３で検出した可
動子９の位置ｚを

【数１】ｖ_z ＝（ｚ−ｚ_1）／Ｔ （１） 式（１）により差分演算することにより可動子速度ｖ_z
を検出する。ただし、Ｔはサンプリング時間、ｚ_1は１
ステップ前の位置検出値である。

【００２５】・可動子位置推定部 可動子位置推定部２２は、可動子速度検出部２１で検出
した可動子の速度が０又は０と見なせる所定値以下にな
ったときの電流制御部２５の通電量を求め、この通電量
から内蔵するマップ（テーブル）である電流／可動子位
置対応記憶部２２ａを参照して可動子９の確からしい位
置を推定する。

【００２６】図２に可動子と電磁石とのギャップに対す
る電磁力及びバネ力の関係を示す。バネ力５１、５２
は、ギャップが０に近づくに従って直線的に増加する。
これに対して、可動子を吸引する電磁力５３（電流２
Ａ）、５４（電流１０Ａ）は、ギャップが０に近づくに
従って急激に増加する。

【００２７】このため、バネ定数がｋ１からｋ２に変化
し、バネ力が５１から５２に変化しても、可動子と電磁
石のギャップが０付近では電磁力５３、５４の変化の方
がバネ力の変化より大きいため、バネと電磁力の釣合位
置の変動（ｘ１）が小さくなり、位置検出精度に及ぼす
影響は少ない。

【００２８】可動子を一定の位置に静止させるように電
磁石に通電する電流を制御し、可動子が停止したときの
電磁力とバネ力の釣合式は、

【数２】ｋｚ＝ｆ（ｚ，ｉ） （２） 式（２）となる。ただし、ｋ：合成バネ係数、ｚ：可動
子のギャップ（可動子と電磁石との距離）、ｉ：電磁石
に流れる電流、ｆ：電磁石及び可動子の物理形状及び電
磁的特性により定まる電磁力である。

【００２９】通電量ｉで釣り合う可動子の位置ｚを式
（２）より

【数３】ｆ（ｚ，ｉ）−ｋｚ＝０ （３） とするｚをｉに対して求めて、図３のようにマップし、
このマップを例えばマイクロコンピュータに内蔵される
ＲＯＭに電流／可動子位置対応記憶部２２ａとして記憶
しておく。そして、通電量ｉからこのマップを参照して
可動子の位置ｚを算出する。

【００３０】・検出位置補正部 可動子検出位置補正部２３は位置センサ１３による可動
子位置検出値を可動子位置推定部２２による可動子位置
推定値に基づいて補正する。

【００３１】電磁石６または７の通電量ｉより算出した
可動子の位置ｚから位置センサによる可動子位置検出値
ｚ_senを差し引いて、補正値ｚ_addを求める。

【００３２】

【数４】ｚ_add＝ｚ−ｚ_sen （４） 位置センサ検出値ｚ_senに式（２）の補正値ｚ_addを加
えて可動子位置を推定する。

【００３３】

【数５】ｚ_est＝ｚ_sen＋ｚ_add （５） ただし、ｚ_est：可動子位置推定位置、ｚ_sen：位置セ
ンサ検出値、ｚ_add：補正値である。

【００３４】可動子位置の補正値ｚ_addを所定の回数求
めて、これら複数の補正値の代表値をセンサ検出値の補
正値とすれば、可動子位置の推定精度が向上する。この
代表値のとり方には、平均値、最小値から最大値まで大
きさの順に並べたときの中央に位置する中央値（メディ
アン）、頻度分布において最も度数が多い区間の代表的
な値である最頻値（モード）等がある。また平均値を採
用する場合でも、単純に平均値をとってもよいし、最大
値と最小値とを除去して残りの平均値を求める方法を利
用することもできる。

【００３５】・電流制御量演算部 電流制御量演算部２４は可動子検出位置補正部２３の推
定値ｚ_estから電磁石６または７に通電する電流値を演
算して、バルブを開閉するために、可動子の速度及び位
置を制御する。可動子速度ｖ_zが目標速度ｒへ収束する
速度制御系を構成する。

【００３６】

【数６】ｉｒ＝−ｋ（ｖ_z−ｒ） （６） 式（６）より速度制御に必要な電磁石６または７に通電
する目標電流ｉｒを算出する。ただし、ｋは制御ゲイン
である。電流制御部２５は電磁石６または７に通電する
電流ｉを目標電流ｉｒに制御する。

【００３７】図４に制御系の構成図を示す。可動子の目
標速度の軌道は可動子の位置ｚに応じて生成させる。図
５に目標軌道の生成を示す。バネに粘性摩擦量ｃｖ_zが
なければ目標軌道はｍα_z＋ｋｚ＝０の軌道で与えると
可動子を電磁石に速度０で着座させられるが、実際には
バネに粘性摩擦力ｃｖ_zが存在するために着座しない。

【００３８】したがって図中の点ｏから点ａまでは、

【数７】ｍα_z＋ｃｖ_z＋ｋｚ＝０ （７） 式（７）の軌道を、点ａから点ｂまでは線分ａｂの軌道
を目標軌道として電流ｉを調整することにより、可動子
を電磁石に速度０で着座させる。特に開弁時は可動時は
可動子が電磁石と衝突する数１０μｍ手前で可動子目標
速度ｒを０とすると、可動子は電磁石の手前で停止し、
両者の衝突を回避し衝突音や振動の発生を防止できるこ
とに加えて、可動子の強度を小さくすることができる。

【００３９】・電流制御部 電流制御部２５は電磁石６または７に通電する電流を電
流制御量演算部２４で式（６）により算出した目標電流
ｉｒに制御する。

【００４０】図６は、電流制御部の構成例を示す回路図
である。電流制御部は、図外の発電機より充電され電磁
バルブ装置に直流電流を供給するバッテリ１０１と、逆
流防止ダイオード１０２と、上流側トランジスタ１０３
と、電磁石コイル１０４と、下流側トランジスタ１０５
と、ダイオード１０６と、エネルギー回生コンデンサ１
０７と、ダイオード１０８と、ＰＷＭ制御部１０９とを
備えている。

【００４１】電流制御量演算部２４からの電流目標値は
ＰＷＭ制御部１０９に入力され、上流側トランジスタ１
０３及び下流側トランジスタ１０５のベース駆動電流が
生成される。電磁石コイル１０４に通電を開始すると
き、トランジスタ１０３、１０５が共にＯＮとなるベー
ス電流が供給され、バッテリの電圧Ｅｏまたはコンデン
サ１０７の電圧Ｅｃのいずれか高い方から電磁石コイル
１０４に電流ｉが供給される。そして電流ｉが目標電流
ｉｒを超えると、下流側トランジスタ１０５がＯＦＦさ
れ、電磁石コイル１０４に流れていた電流は、ダイオー
ド１０６、コンデンサ１０７、ダイオード１０８の経路
でコンデンサ１０７を充電する。

【００４２】電磁石コイル１０４の電流ｉが目標電流ｉ
ｒ以下になると、再び下流側トランジスタ１０５がＯＮ
し、バッテリの電圧Ｅｏまたはコンデンサ１０７の電圧
Ｅｃのいずれか高い方から電磁石コイル１０４に電流が
供給される。こうして目標電流ｉｒが電磁石コイルに通
電される。この回路のさらなる詳細な動作は、本願出願
人による特願平１０−２８２９７４号に説明されてい
る。

【００４３】図７は、以上の第１実施形態の動作を説明
するフローチャートである。同図において、まず、可動
子の位置検出を行い（ステップＳ１０）、次いで可動子
の速度検出を行い（ステップＳ２０）、可動子の速度が
０か否かを判定する（ステップＳ３０）。可動子の速度
が０でなければ、まだ可動子が静止してないので、何も
処理を行わずにメインルーチンへ戻る。

【００４４】可動子の速度が０であれば、通電量から可
動子の位置を推定し（ステップＳ４０）、可動子位置の
補正値ｚ_addを算出し（ステップＳ５０）、補正値の累
計ｚ_add2 およびループ回数count を更新する（ステッ
プＳ６０）。次いで、ループ回数count が所定回数Ｎに
等しくなったかどうかを判定し（ステップＳ７０）、等
しくなければメインルーチンへ戻る。

【００４５】ループ回数count がＮに等しければ、可動
子位置の補正値の平均値を算出し（ステップＳ８０）、
この平均値を用いて以後の可動子の検出位置を補正し
（ステップＳ９０）、補正された可動子検出位置を用い
て可動子を制御するための電流制御量を演算し（ステッ
プＳ１００）、この電流制御量を電流制御部へ出力し
（ステップＳ１１０）、平均値計算用のｚ_add2 および
ループ回数count をリセットして（ステップＳ１２０）
処理を終了する。

【００４６】次に、第１実施形態の効果について説明す
る。本発明の第１実施形態によれば、エンジンの吸排気
のためのバルブを電磁力により駆動する電磁バルブ駆動
装置において、電磁力とバネ反力の釣合より、電磁力発
生部の通電量から可動子あるいはバルブ位置を推定する
ことにより、位置センサによる可動子（あるいはバル
ブ）の検出位置を補正する構成としたため、以下の
（１）から（５）に示す効果がある。

【００４７】（１）位置センサの組み付け誤差等による
オフセットを補正できる。 （２）バネ定数が変化しても、位置検出精度に及ぼす影
響を少なくできる。

【００４８】図２に示すようにバネ定数が変化しても
（ｋ１がｋ２に変化）可動子と電磁石のギャップが０付
近では電磁力の変化が大きいため、バネと電磁力の釣合
位置の変動（ｘ１）が小さくなり、位置検出精度に及ぼ
す影響は少ない。

【００４９】（３）位置検出精度が向上する。図２に示
すように可動子と電磁石のギャップが０付近では電流に
対する電磁力の変化量が増加する。実際には例えば図中
のｚ１とｚ２の差は数十μｍであるが、ｚ１で釣り合う
ときの電流とｚ２で釣り合うときの電流の差は数Ａとな
る。よって電磁石の通電電流から可動子の位置を検出す
ると、位置検出値の分解能が細かくなり、位置検出精度
が向上する。

【００５０】（４）開弁時に可動子を電磁石から離した
状態（ギャップをもたせる）に制御する場合は、位置セ
ンサのオフセットを補正することでその間隔が目標値に
概略一致する。位置センサがオフセットし、可動子が目
標値より手前で止まって釣り合うと、釣り合う電流は目
標値どうりに止まったときより大きくなるが、むだな電
力を消費せずにすむ。

【００５１】（５）可動子を電磁石に着座させる場合
は、位置センサのオフセットを補正することで着座速度
と目標値の偏差が減り、着座音を小さく抑えられる。

【００５２】図８は、本発明の第２実施形態を示す構成
図である。図８において、第１実施形態の構成を示す図
１との相違は、コントローラ３０の構成が異なることで
あり、制御対象の構成は第１実施形態と同様である。コ
ントローラ３０は、可動子速度検出部２１と、可動子位
置推定部２２と、可動子目標制御位置補正部２６と、電
流制御量演算部２４と、電流制御部２５とを備えてい
る。

【００５３】本実施形態と第１の実施形態とのコントロ
ーラの相違は、第１実施形態のコントローラ２０が位置
センサ１３の位置検出値を可動子検出位置補正部２３で
補正していたのに対して、本実施形態のコントローラ３
０は、位置センサの位置検出値を補正する代わりに、可
動子目標制御位置補正部２６により目標制御位置をオフ
セット分だけ補正することにより正確な位置制御を行う
ものである。

【００５４】可動子速度検出部２１は位置センサ１３で
検出した可動子位置を差分演算することにより可動子速
度を検出する。可動子位置推定部２２は可動子速度が０
のときの通電電流から可動子位置を推定する。このた
め、可動子位置推定部２２は、可動子９に作用する電磁
力とバネ力とが釣り合って可動子が停止し可動子速度が
０となったときの電磁石６、７の通電電流に対する可動
子位置を予めＲＯＭ等の不揮発性記憶素子に記憶させた
電流／可動子位置対応記憶部２２ａを備えている。

【００５５】可動子目標制御位置補正部２６は、可動子
の目標制御位置を可動子位置推定部２２の推定値に基づ
いて補正する。電流制御量演算部２４は可動子の速度及
び位置を制御するための電流制御量を演算する。電流制
御部２５は開弁側電磁石６、閉弁側電磁石７に通電する
電流を電流制御量演算部２４で演算した目標電流となる
ように例えばＰＷＭ制御を用いて制御する。

【００５６】可動子速度検出部２１〜電流制御量演算部
２４及び可動子目標制御位置補正部２６は、マイクロコ
ンピュータ等により構成する。電流制御部２５は、例え
ばＰＷＭ制御回路とトランジスタ、ＦＥＴ等の半導体ス
イッチ素子により構成する。

【００５７】次に第２実施形態の動作を説明する。 ・可動子目標制御位置補正部 可動子目標制御位置補正部２６は、可動子位置推定部２
２の式（４）により算出した補正値ｚ_addを用いて、図
９に示すように可動子目標制御軌道を点ｏから点ａまで
は、

【数８】ｍα_z＋ｃｖ_z＋ｋｚ＝０ （８） 式（８）の軌道を、点ａから点ｂ’までは線分ａｂ’の
軌道を目標軌道とすれば可動子を着座点に速度０で着座
させることができる。

【００５８】すなわち、可動子の制御目標位置を位置セ
ンサのオフセット分ｚ_addだけ補正することにより、位
置センサのオフセット分だけ制御する位置をずらすこと
でオフセットを消去して、可動子を目標位置に着座させ
る。

【００５９】図１０は、第２実施形態の全体の動作を説
明するフローチャートである。同図において、まず、可
動子の位置検出を行い（ステップＳ１０）、次いで可動
子の速度検出を行い（ステップＳ２０）、可動子の速度
が０か否かを判定する（ステップＳ３０）。可動子の速
度が０でなければ、まだ可動子が静止してないので、何
も処理を行わずにメインルーチンへ戻る。

【００６０】可動子の速度が０であれば、通電量から可
動子の位置を推定し（ステップＳ４０）、可動子位置の
補正値ｚ_addを算出し（ステップＳ５０）、補正値の累
計ｚ_add2 およびループ回数count を更新する（ステッ
プＳ６０）。

【００６１】次いで、ループ回数count が所定回数Ｎに
等しくなったかどうかを判定し（ステップＳ７０）、等
しくなければメインルーチンへ戻る。

【００６２】ループ回数count がＮに等しければ、可動
子位置の補正値の平均値を算出し（ステップＳ８０）、
この平均値を用いて可動子の目標制御位置を補正し（ス
テップＳ９５）、補正された目標制御位置を用いて可動
子を制御するための電流制御量を演算し（ステップＳ１
００）、この電流制御量を電流制御部へ出力し（ステッ
プＳ１１０）、平均値計算用のｚ_add2 およびループ回
数count をリセットして（ステップＳ１２０）処理を終
了する。

【００６３】次に第２実施形態の効果について説明す
る。本発明の第２実施形態によれば、エンジンの吸排気
のためのバルブを電磁力により駆動する電磁バルブ駆動
装置において、電磁力とバネ反力の釣合より、電磁力発
生部の通電量から可動子あるいはバルブ位置を推定する
ことにより、可動子（あるいはバルブ）の制御目標位置
を補正する、すなわち位置センサのオフセット分だけ制
御目標位置をずらすことでオフセットを消去する構成と
したため、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【００６４】図１１は、本発明の第３実施形態を示す構
成図である。図１１において、第１実施形態の構成を示
す図１との相違は、コントローラ３１の構成が異なるこ
とであり、制御対象の構成は第１実施形態と同様であ
る。

【００６５】本実施形態と第１の実施形態とのコントロ
ーラの相違は、第１実施形態のコントローラ２０が可動
子を静止させたときの電磁石に通電する電流値に基づい
て可動子の位置を推定していたのに対して、本実施形態
のコントローラ３１は、可動子の速度が反転したときの
可動子の位置を推定するものである。

【００６６】可動子速度検出部２１は位置センサ１３で
検出した可動子位置を差分演算することにより可動子速
度を検出する。可動子位置推定部２２は可動子速度が正
負反転したときの可動子位置を推定する。可動子検出位
置補正部２３は位置センサ１３の検出値を補正する。

【００６７】電流制御量演算部２４は可動子の速度及び
位置を制御するための電流制御量を演算する。電流制御
部２５は開弁側電磁石６、閉弁側電磁石７に通電する電
流を電流制御量演算部２４で演算した目標電流となるよ
うに例えばＰＷＭ制御を用いて制御する。

【００６８】可動子速度検出部２１〜電流制御量演算部
２４は、マイクロコンピュータ等により構成する。電流
制御部２５は、例えばＰＷＭ制御回路とトランジスタ、
ＦＥＴ等の半導体スイッチ素子により構成する。

【００６９】請求項２と図１１の構成要素との対応関係
は、次の通りである。電流を通電することにより電磁力
を発生する電磁力発生手段には開弁側電磁石６及び閉弁
側電磁石７、電磁力発生手段の電磁力により吸引移動さ
れることによりバルブを開閉する可動子には可動子９、
可動子を中立点方向に付勢する付勢手段にはコイルスプ
リング５及び１１、可動子またはバルブの位置を検出す
る位置検出手段には位置センサ１３、可動子またはバル
ブの速度を検出する速度検出手段には可動子速度検出部
２１、位置検出手段により検出された可動子の位置に応
じて電磁力発生手段に通電する電流を制御する電流制御
手段には電流制御量演算部２４及び電流制御部２５、可
動子またはバルブの速度が正負反転したときの位置検出
手段の検出値に基づいて位置検出手段の検出値または可
動子の制御目標値を補正する補正手段には可動子位置推
定部２２及び可動子検出位置補正部２３がそれぞれ対応
する。

【００７０】次に第３実施形態の動作を説明する。 ・可動子位置推定部 可動子位置推定部２２は、可動子の速度ｖ_zが正負逆転
した時点で推定位置を

【数９】ｚ_est＝０ （９） 式（９）によりリセットする。

【００７１】図１２は、第３実施形態の動作を説明する
フローチャートである。同図において、まず、可動子の
位置検出を行い（ステップＳ１０）、次いで可動子の速
度検出を行い（ステップＳ２０）、可動子の速度が前回
の検出値に比べて正負反転したか否かを判定する（ステ
ップＳ３５）。可動子の速度が前回の検出値に比べて正
負反転していなければ、何も処理を行わずにメインルー
チンへ戻る。

【００７２】可動子の速度が正負反転していれば、可動
子の位置を推定し（ステップＳ４５）、可動子位置の補
正値ｚ_addを算出し（ステップＳ５０）、補正値の累計
ｚ_add2 およびループ回数count を更新する（ステップ
Ｓ６０）。

【００７３】次いで、ループ回数count が所定回数Ｎに
等しくなったかどうかを判定し（ステップＳ７０）、等
しくなければメインルーチンへ戻る。

【００７４】ループ回数count がＮに等しければ、可動
子位置の補正値の平均値を算出し（ステップＳ８０）、
この平均値を用いて以後の可動子の検出位置を補正し
（ステップＳ９０）、補正された可動子検出位置を用い
て可動子を制御するための電流制御量を演算し（ステッ
プＳ１００）、この電流制御量を電流制御部へ出力し
（ステップＳ１１０）、平均値計算用のｚ_add2 および
ループ回数count をリセットして（ステップＳ１２０）
処理を終了する。

【００７５】次に第３実施形態の効果について説明す
る。

【００７６】本発明の第３実施形態によれば、エンジン
の吸排気のためのバルブを電磁力により駆動する電磁バ
ルブ駆動装置において、可動子あるいはバルブの速度が
正負逆転したところで、可動子あるいはバルブ位置を推
定することにより、位置センサによる可動子（あるいは
バルブ）の検出位置を補正する構成としたため、以下の
（１）から（３）に示す効果がある。

【００７７】（１）位置センサの組み付け誤差等による
オフセットを補正できる。 （２）開弁時に可動子を電磁石から離した状態（ギャッ
プをもたせる）に制御する場合は、その間隔が安定し、
むだな電力を消費せずにすむ。 （３）可動子を電磁石に着座させる場合は、着座速度が
安定し、着座音を小さく抑えられる。

【００７８】図１３は、本発明の第４実施形態を示す構
成図である。図１３において、第３実施形態の構成を示
す図１１との相違は、コントローラ３２の構成が異なる
ことであり、制御対象の構成は第３実施形態と同様であ
る。

【００７９】コントローラ３２は、可動子速度検出部２
１と、可動子位置推定部２２と、可動子目標制御位置補
正部２６と、電流制御量演算部２４と、電流制御部２５
とを備えている。

【００８０】本実施形態と第３の実施形態とのコントロ
ーラの相違は、第３実施形態のコントローラ３１が位置
センサ１３の位置検出値を可動子検出位置補正部２３で
補正していたのに対して、本実施形態のコントローラ３
０は、位置センサの位置検出値を補正する代わりに、可
動子目標制御位置補正部２６により目標制御位置をオフ
セット分だけ補正することにより正確な位置制御を行う
ものである。

【００８１】可動子速度検出部２１は位置センサ１３で
検出した可動子位置を差分演算することにより可動子速
度を検出する。可動子位置推定部２２は可動子速度が正
負反転したときの可動子位置を推定する。可動子目標制
御位置補正部２６は、可動子の目標制御位置を可動子位
置推定部２２の推定値に基づいて補正する。

【００８２】電流制御量演算部２４は可動子の速度及び
位置を制御するための電流制御量を演算する。電流制御
部２５は開弁側電磁石６、閉弁側電磁石７に通電する電
流を電流制御量演算部２４で演算した目標電流となるよ
うに例えばＰＷＭ制御を用いて制御する。

【００８３】可動子速度検出部２１〜電流制御量演算部
２４は、マイクロコンピュータ等により構成する。電流
制御部２５は、例えばＰＷＭ制御回路とトランジスタ、
ＦＥＴ等の半導体スイッチ素子により構成する。

【００８４】次に、第４実施形態の動作を説明する。可
動子の速度ｖ_zが正負逆転した時点で位置補正値を

【数１０】ｚ_add＝０−ｚ_sen （１０） 式（１０）により修正する。次に目標軌道を図９のよう
にｏａｂ’と修正する。

【００８５】図１４は、第４実施形態の全体の動作を説
明するフローチャートである。同図において、まず、可
動子の位置検出を行い（ステップＳ１０）、次いで可動
子の速度検出を行い（ステップＳ２０）、可動子の速度
が前回の検出値に比べて正負反転したか否かを判定する
（ステップＳ３５）。可動子の速度が前回の検出値に比
べて正負反転していなければ、何も処理を行わずにメイ
ンルーチンへ戻る。

【００８６】可動子の速度が正負反転していれば、可動
子の位置を推定し（ステップＳ４５）、可動子位置の補
正値ｚ_addを算出し（ステップＳ５０）、補正値の累計
ｚ_add2 およびループ回数count を更新する（ステップ
Ｓ６０）。次いで、ループ回数count が所定回数Ｎに等
しくなったかどうかを判定し（ステップＳ７０）、等し
くなければメインルーチンへ戻る。

【００８７】ループ回数count がＮに等しければ、可動
子位置の補正値の平均値を算出し（ステップＳ８０）、
この平均値を用いて可動子の目標制御位置を補正し（ス
テップＳ９５）、補正された目標制御位置を用いて可動
子を制御するための電流制御量を演算し（ステップＳ１
００）、この電流制御量を電流制御部へ出力し（ステッ
プＳ１１０）、平均値計算用のｚ_add2 およびループ回
数count をリセットして（ステップＳ１２０）処理を終
了する。

【００８８】次に、第４実施形態の効果について説明す
る。本発明の第４実施形態によれば、エンジンの吸排気
のためのバルブを電磁力により駆動する電磁バルブ駆動
装置において、可動子あるいはバルブの速度が正負逆転
したところで、可動子あるいはバルブ位置を推定するこ
とにより、可動子（あるいはバルブ）の制御目標位置を
補正する、すなわち位置センサのオフセット分だけ制御
する位置をずらすことでオフセットを消去する構成とし
たため、第３実施形態と同様の効果が得られる。

【００８９】次に、本発明の第５実施形態を説明する。
構成図は第１実施形態の図１、あるいは第２実施形態の
図８と同様である。

【００９０】次に第５実施形態の動作を説明する。 ・電流制御量演算部 電流制御量演算部２４は電磁力とバネ反力が釣り合うと
きの電流を所定値ｉｃにするための可動子の停止目標ギ
ャップｇｃを式（３）の関係で求め、そのギャップｇｃ
に制御する。図１５に釣り合いの関係図を示す。

【００９１】・可動子位置推定部 可動子位置推定部２２は可動子速度検出部２１で検出し
た可動子の速度が０になったときに、電流制御部２５の
通電量ｉと前記所定電流ｉｃの差から図１６に示すよう
なマップにもとづいて可動子の位置を推定する。図１６
において、電流制御部２５の通電量をｉｍとすると可動
子釣り合い位置の推定値はｇｃｍとなり補正値を

【数１１】ｚ_add＝ｇｃ−ｇｃｍ （１１） 式（１１）から算出する。次いで、この補正値にもとづ
いて可動子の位置検出値あるいは制御目標値を補正す
る。

【００９２】図１７に可動子の位置検出値を補正する場
合の第５実施形態全体のフローチャートを示す。図１７
において、まず電流制御量を所定値ｉｃにするための可
動子の目標制御位置を算出する（ステップＳ５）。以下
の処理は、図７のフローチャートのステップＳ１０〜ス
テップＳ１２０と同様であるので、説明は省略する。図
１８に可動子の制御目標値を補正する場合の第５実施形
態全体のフローチャートを示す。図１８において、まず
電流制御量を所定値ｉｃにするための可動子の目標制御
位置を算出する（ステップＳ５）。以下の処理は、図１
０のフローチャートのステップＳ１０〜ステップＳ１２
０と同様であるので、説明は省略する。

【００９３】次に第５実施形態の効果について説明す
る。本発明の第５実施形態によれば、エンジンの吸排気
のためのバルブを電磁力により駆動する電磁バルブ駆動
装置において、電磁力とバネ反力が釣り合うときの電流
を所定値にするための可動子の停止目標ギャップを電磁
力とバネ反力の釣り合い関係から求め、可動子をそのギ
ャップに制御するとともに、電磁力とバネ反力の釣合よ
り、電磁力発生部の通電量から可動子あるいはバルブ位
置を推定することにより、可動子（あるいはバルブ）の
センサ検出値もしくは制御目標位置を補正する構成とし
たため、第１実施形態の効果に加えて、いつも所定の電
流で電磁力とバネ反力が釣り合うようにするため、むだ
な電力を消費せずにすむという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁バルブ駆動制御装置の第１実
施形態を示す構成図である。

【図２】可動子と電磁石とのギャップに対する電磁力及
びバネ力の関係を示すグラフである。

【図３】可動子と電磁石とギャップを一定の値に保持す
る場合の電磁石駆動電流に対する可動子釣り合い位置を
示すグラフである。

【図４】本発明の実施形態の制御系構成図である。

【図５】可動子の位置・速度空間における可動子目標速
度生成図である。

【図６】本発明の実施形態における電磁石の電流制御部
の詳細を示す回路図である。

【図７】本発明の第１実施形態の動作を説明するすフロ
ーチャート。

【図８】本発明の第２実施形態を示す構成図である。

【図９】本発明の第２，第４実施形態の可動子目標速度
修正図である。

【図１０】本発明の第２実施形態の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１１】本発明の第３実施形態を示す構成図である。

【図１２】本発明の第３実施形態の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１３】本発明の第４実施形態を示す構成図である。

【図１４】本発明の第４実施形態の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１５】本発明の第５実施形態における可動子位置推
定方法を説明するための電磁力とバネ力の釣り合い点を
示すグラフである。

【図１６】本発明の第５実施形態における可動子位置推
定方法を説明するための電磁石電流に対する釣合位置を
示すグラフである。

【図１７】本発明の第５実施形態の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１８】本発明の第５実施形態の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 電磁バルブ装置 ２ バルブ ３ スプリングリテーナ ４ シリンダヘッド ５ コイルスプリング ６ 開弁側電磁石 ７ 閉弁側電磁石 ８ 可動子軸 ９ 可動子 １０ スプリングリテーナ １１ コイルスプリング １２ ハウジング １３ 位置センサ ２０ コントローラ ２１ 可動子速度検出部 ２２ 可動子位置推定部 ２２ａ 電流／可動子位置対応記憶部 ２３ 可動子検出位置補正部 ２４ 電流制御量演算部 ２５ 電流制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H106 DA07 DA25 DB02 DB12 DB26 DB32 DC02 DD04 EE20 EE48 FA07 FA10 FB02 FB07 FB27 FB28 FB45 KK17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流を通電することにより電磁力を発生
   する電磁力発生手段と、 前記電磁力発生手段の電磁力により吸引移動されること
   によりバルブを開閉する可動子と、 前記可動子を中立点方向に付勢する付勢手段と、 前記可動子または前記バルブの位置を検出する位置検出
   手段と、 前記可動子または前記バルブの速度を検出する速度検出
   手段と、 前記位置検出手段により検出された可動子の位置に応じ
   て前記電磁力発生手段に通電する電流を制御する電流制
   御手段と、 前記電磁力発生手段に通電する電流値に対応して前記可
   動子に作用する電磁力と付勢力とが釣り合う前記可動子
   の位置を予め記憶する記憶手段と、 前記電流制御手段により前記電磁力発生手段に通電する
   電流を制御することにより、前記可動子を前記位置検出
   手段が検出する所定位置に静止させたときの電流値に基
   づいて前記可動子の位置の正確な値を前記記憶手段より
   求め、この値に基づいて前記位置検出手段の検出値また
   は前記可動子の制御目標値を補正する補正手段と、 を備えたことを特徴とする電磁バルブ駆動制御装置。
2. 【請求項２】 電流を通電することにより電磁力を発生
   する電磁力発生手段と、 前記電磁力発生手段の電磁力により吸引移動されること
   によりバルブを開閉する可動子と、 前記可動子を中立点方向に付勢する付勢手段と、 前記可動子または前記バルブの位置を検出する位置検出
   手段と、 前記可動子または前記バルブの速度を検出する速度検出
   手段と、 前記位置検出手段により検出された可動子の位置に応じ
   て前記電磁力発生手段に通電する電流を制御する電流制
   御手段と、 前記可動子または前記バルブの速度が正負反転したとき
   の前記位置検出手段の検出値に基づいて前記位置検出手
   段の検出値または前記可動子の制御目標値を補正する補
   正手段と、 を備えたことを特徴とする電磁バルブ駆動制御装置。
3. 【請求項３】 前記補正手段は、釣り合い位置または速
   度の正負反転位置における前記位置検出手段の誤差検出
   を複数回行って、この複数回の誤差検出の代表値に基づ
   いて、前記位置検出手段の検出値または前記可動子の制
   御目標値を補正することを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の電磁バルブ駆動制御装置。