JP2001207875A

JP2001207875A - 電磁駆動弁の制御装置

Info

Publication number: JP2001207875A
Application number: JP2000013222A
Authority: JP
Inventors: Maki Chokai; 真樹鳥海
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-08-03
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: JP3671793B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの電磁駆動弁（吸・排気弁）の可動子
着座時の衝突音の問題と運転性能確保の問題とを両立す
る。【解決手段】低速・低負荷領域では、可動子の電磁石へ
の着座による衝突音が耳障りとなるので、可動子を電磁
石に衝突する直前の位置で停止する宙吊り制御を行な
い、中高速・中高負荷領域では、それ以外のエンジン燃
焼騒音などが大きくなって着座音が気にならなくなる一
方、宙吊り制御による消費電力増大による出力低下の影
響が大きくなるので可動子を電磁石に着座させる制御に
切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動弁の制御
装置に関し、特に、可動子の位置に応じた通電制御を行
う電磁駆動弁の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用エンジンの吸排気弁の駆動方式に
おいて、従来のカムにより弁体を駆動するカム駆動方式
に代えて、電磁力により弁体を駆動する電磁駆動弁が提
案されている。この電磁駆動弁によれば、弁体駆動用の
カム機構が不要となることに加えて、エンジンの動作状
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、エンジンの出力向上及び燃費の向上を図ること
ができる。

【０００３】このような電磁駆動弁の従来技術として
は、特開平１０−２０５３１４号公報記載の「ガス交換
弁の電磁弁駆動部を制御する方法」（以下、第１従来技
術）、特開平１０−２２０６２２号公報記載の「幅の狭
い構造の電磁式アクチュエータ」（以下、第２従来技
術）が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に電磁駆動弁で
は、弁体もしくは可動子（可動部）の一部が閉弁時およ
び最大開弁時に電磁石と着座する。そのため着座時の衝
突音が発生する。

【０００５】このため第１従来技術、第２従来技術では
電磁石の形状を変え、可動部と電磁石とが接触しない位
置で磁力が最大となり、可動部が電磁石に着座する前に
停止保持される電磁駆動弁が開示されている。

【０００６】しかしながら、可動部を電磁石に着座する
前に停止保持するには、着座させる場合と比較して、大
きな磁力を発生させることが必要であり、消費電力が増
大するという問題点がある。本願出願人は、前記第１従
来技術、第２従来技術に比較して、可動部を電磁石に着
座する前に停止保持する方式で、消費電力を節減できる
構成としたものを先に提案したが（特願平１０−３５９
５９１号）、それでも、電磁石に着座させる場合と比較
すると消費電力が増大する。

【０００７】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたもので、衝突音による影響を回避しつつ可及的に
消費電力を節減できるようにした電磁駆動弁の制御装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため請求項１に係る
発明は、エンジンの吸・排気弁に用いられ、電磁石と、
該電磁石によりスプリングの反力に抗して駆動される可
動子及び該可動子に連係して駆動される弁体を備え、前
記可動子の位置を検出しつつ前記電磁石を通電制御する
電磁駆動弁の制御装置であって、前記可動子を前記電磁
石に着座する直前の位置で停止させる制御と、前記可動
子を前記電磁石に着座させる制御とを、エンジン運転状
態に応じて切り換えることを特徴とする。

【０００９】請求項１に係る発明によると、エンジン運
転状態に応じて、可動子を電磁石に着座する直前の位置
で停止させる制御と、前記可動子を前記電磁石に着座さ
せる制御とが、切り換えられる。

【００１０】これにより、可動子の電磁石に着座する際
の衝突音が問題となる運転状態では、可動子を電磁石に
着座する直前の位置で停止させる制御が実行され、消費
電力の節減が重視される運転状態では、可動子を前記電
磁石に着座させる制御が実行されて、エンジンの静粛性
と運転性能とを両立できる。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、前記可動子
を前記電磁石に着座する直前の位置で停止させる制御
は、前記可動子を前記電磁石に相対的に離れた位置で一
旦停止させた後、最終的に前記電磁石に相対的に近い位
置に停止させる２段制御と、１つの最終位置のみで停止
させる制御とを、エンジン運転状態に応じて切り換える
ことを特徴とする。

【００１２】請求項２に係る発明によると、可動子を電
磁石に着座する直前の位置で停止させる制御を行なうエ
ンジン運転状態において、さらに、可動子の停止位置を
２段階とする制御と、１つの最終位置のみで停止させる
制御とが、エンジン運転状態に応じて切り換えられる。

【００１３】これにより、エンジン運転状態に応じて、
静粛性、応答性などから最も重視すべき条件を満たすよ
うに制御を切り換えることができる。また、請求項３に
係る発明は、エンジンの吸・排気弁に用いられ、電磁石
と、該電磁石によりスプリングの反力に抗して駆動され
る可動子及び該可動子に連係して駆動される弁体を備
え、前記可動子の位置を検出しつつ前記電磁石に着座す
る直前の位置で停止させるように通電制御する電磁駆動
弁の制御装置であって、前記可動子を前記電磁石に相対
的に離れた位置で一旦停止させた後、最終的に前記電磁
石に相対的に近い位置に停止させる２段制御と、１つの
最終位置のみで停止させる制御とを、エンジン運転状態
に応じて切り換えることを特徴とする。

【００１４】請求項３に係る発明によると、エンジン運
転状態に応じて、可動子の停止位置を２段階とする制御
と、１つの最終位置のみで停止させる制御とが、切り換
えられる。

【００１５】これにより、可動子を電磁石に着座する直
前の位置で停止させる制御を行なうことで、静粛性を確
保しつつ、さらにエンジン運転状態に応じて、静粛性、
応答性などから最も重視すべき条件を、より高めること
ができるように制御を切り換えることができる。

【００１６】また、請求項４に係る発明は、前記弁体と
前記可動子とは、別体で構成され、閉弁時には、弁体が
閉弁位置に着座した後、可動子が弁体から切り離されて
さらに電磁石に近づけられるように制御されることを特
徴とする。

【００１７】請求項４に係る発明によると、閉弁時に、
始めは弁体と可動子とが一体に連動し、弁体が閉弁位置
に着座した後は、可動子が弁体から切り離されてさらに
電磁石に近づけられるように制御される。

【００１８】これにより、吸・排気弁の閉弁シール性を
確保できると共に、可動子がさらに電磁石に近づけられ
るように制御されることで、消費電力を節減できる。ま
た、請求項５に係る発明は、前記各制御は、エンジンの
回転速度、負荷の少なくとも一方に基づいて切り換えら
れることを特徴とする。

【００１９】請求項５に係る発明によると、前記可動子
を電磁石に着座する直前の位置で停止させる制御と前記
可動子を前記電磁石に着座させる制御、また、可動子の
停止位置を２段階とする制御と１つの最終位置のみで停
止させる制御などが、エンジンの回転速度、負荷の少な
くとも一方に基づいて切り換えられる。

【００２０】これにより、エンジンの回転速度や負荷に
より、例えば、アイドル運転時は、可動子の着座音が問
題になるので静粛性を重視した可動子を電磁石に着座す
る直前の位置で停止させる制御、さらには可動子の停止
位置を２段階とする制御を選択し、高出力領域では他の
音に隠れて着座音があまり問題にならず、一方消費電力
の増大による出力低下、開弁時はバルブリフト量に低下
による出力低下や応答性低下なども問題となるので、可
動子を着座させる制御を選択するなど、最適な制御に切
り換えることができる。

【００２１】

【発明の実施形態】次に図面を参照して、本発明の実施
形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る電磁駆動
弁の制御装置を車両用エンジンに適用した全体構成を示
す図である。

【００２２】同図に示すように、エンジンのシリンダ５
１の上部に固定されたシリンダヘッド５２には、吸気弁
または排気弁となる弁体５４（図２では単一の弁のみを
示す）が設けられている。弁体５４の上方に伸延する弁
軸５４ａの上部には、スプリングリテーナ５５が固定さ
れ、該スプリングリテーナ５５とシリンダヘッド５２と
の間には弁体５４を閉弁側に付勢するコイルスプリング
５６が設けられている。

【００２３】またシリンダヘッド５２の上部には電磁駆
動弁のケースとなるハウジング６０が立設されている。
該ハウジング６０の内部には、閉弁側電磁石１１と、開
弁側電磁石１２とが所定の間隔をあけて上下に対向する
位置に固定されている。これら閉弁側電磁石１１と開弁
側電磁石１２との間には、軟磁性体の可動子（アーマチ
ュア）５７が可動子軸部材５７ａにより上下に滑動可能
に支持されている。

【００２４】閉弁側電磁石１１より上方の位置には、可
動子軸部材５７ａにスプリングリテーナ５８が固定さ
れ、ハウジング６０の頂壁内面とスプリングリテーナ５
８との間には、可動子５７を開弁側に付勢するコイルス
プリング５９が設けられている。

【００２５】またハウジング６０の頂壁には、前記弁体
５４と可動子５７とで構成される可動部の速度を検出し
速度信号を出力する可動部速度センサ２、可動部の位置
を検出し位置信号を出力する可動部位置センサ３が設け
られ、これら速度信号及び位置信号は、電磁駆動弁の制
御装置１に出力される。

【００２６】さらに制御装置１は、エンジン制御ＥＣＵ
８から開弁指令／閉弁指令が伝達され、制御装置１は閉
弁側電磁石電流制御部９及び開弁側電磁石電流制御部１
０に対して電流目標値を出力するようになっている。

【００２７】閉弁側電磁石電流制御部９及び開弁側電磁
石電流制御部１０は、それぞれ入力された電流目標値に
応じたＰＷＭ制御により電源部１３から各電磁石１１，
１２へ電流を供給することにより電磁力を制御できるよ
うになっている。

【００２８】次に、電磁駆動弁および電磁駆動弁の制御
装置の動作の概要を説明する。可動子５７はコイルスプ
リング５６，５９に懸吊されており、閉弁側電磁石１１
および開弁側電磁石１２が通電していないとき、閉弁側
電磁石１１と開弁側電磁石１２の概略中央に位置するよ
うに、それぞれのコイルスプリング５６，５９の寸法及
びバネ定数が設定されている。

【００２９】ここで、コイルスプリング５６，５９と、
弁５４双び可動子５７を含む可動部とで構成されるバネ
・マス系の固有振動数ｆｏは、合成バネ定数をＫ、合計
慣性質量をｍとすると、ｆｏ＝２π√（Ｋ／ｍ）である
ことが知られている。

【００３０】さてエンジン始動前の初期動作において、
上記固有振動数ｆｏに対応する周期で閉弁側電磁石１１
と開弁側電磁石１２に交互に通電する。そして、可動部
を共振させることにより徐々に可動部の振幅を増大さ
せ、初期動作の最終段階で、閉弁又は開弁状態に維持さ
れる。

【００３１】次に、エンジンの始動時または通常の稼働
時には、例えば開弁時はまず閉弁側電磁石１１の電流が
切られ、可動部はコイルスプリングのバネ力により下方
に移動を開始する。摩擦力などによるエネルギー損失の
ため、バネ力だけで弁全開位置まで可動子５７を移動さ
せることはできない。そこで、可動子５７が開弁側電磁
石１２に十分近づき、電磁力が有効となる位置で開弁側
電磁石１２が通電され、可動子５７の運動を助勢する。

【００３２】このとき制御装置１は可動部位置センサ３
及び可動部速度センサ２から、可動子５７の位置及び速
度を入力し、可動部の速度が速度目標値を追従するよう
に開弁側電磁石電流制御部１０に指令値を発する。制御
装置の指令値に応じて開弁側電磁石１２の電流が制御さ
れた結果（開弁側電磁石１２の電磁力が制御された結
果）、可動子５７と開弁側電磁石１２は所定の速度以下
（例えば０．１［ｍ／ｓ］以下）で当接し、そこで可動
部が停止する。もしくは、開弁側電磁石１２と可動子５
７とのギャップが例えば数百ミクロンになる位置で可動
部の速度が０となって停止するように制御される。後
に、詳述するように、上記可動子が電磁石に着座する制
御と電磁石に着座する直前で停止する制御が、エンジン
の運転状態に基づいて切り換えられる。

【００３３】閉弁時は開弁側電磁石１２の電流は切られ
る。可動子５７と弁５４はコイルスプリング５９および
コイルスプリング５６の力により上方へ移動するが、摩
擦力などによるエネルギー損失のため、バネ力だけで閉
弁位置まで可動子５７を移動させることはできない。そ
こで、可動子５７が閉弁側電磁石１１に十分近づき、電
磁力が有効となる位置で閉弁側電磁石１１が通電され、
可動子５７の運動を助勢する。まず、弁が閉位置とな
り、一体化して移動していた弁と可動子５７が分離す
る。可動子５７は電磁力に助勢されてそのまま閉弁側電
磁石１１に接近する。制御装置は弁５４と弁座５２ａと
が激突（大きな速度での衝突）することがないよう可動
部位置センサ３もしくは可動部速度センサ２が可動部の
運動を検出し、閉弁側電磁石電流制御部９により閉弁側
電磁石１１の電流を調節する。

【００３４】このとき弁体と弁座５２ａとが当接する速
度は、例えば０．１［ｍ／ｓ］以下になるよう可動部の
速度が制御される。また、可動子５７と閉弁側電磁石１
１は所定の速度以下（例えば０．１［ｍ／ｓ］以下）で
当接して停止し、もしくは、閉弁側電磁石１１と可動子
５７のギャップが例えば数百ミクロンになる位置で可動
子５７の速度が０となって停止するように制御される。
そして、後に詳述するように、上記可動子が電磁石に着
座する制御と電磁石に着座する直前で停止する制御、さ
らには、可動子の停止位置を２段階とする制御と１つの
最終位置のみで停止させる制御とが、エンジンの運転状
態に基づいて切り換えられる。

【００３５】図２は、本発明に係る電磁駆動弁の制御装
置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。同図
において、制御装置１は、前記可動部位置センサ３が出
力する位置信号に基づいて可動部の速度目標値を生成す
る速度目標値生成部４と、前記可動部速度センサ２が出
力する速度信号と速度目標値とを比較する比較部５と、
該比較部５の比較結果に応じて前記閉弁側電磁石１１ま
たは開弁側電磁石１２に通電すべき電流目標値を生成す
る電流目標値生成部６と、該生成された電流目標値を前
記閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制
御部１０のいずれに供給するかを切り換える切替器７と
を備えている。

【００３６】以下、各部の機能を詳細に説明する。速度
目標値生成部４は、速度目標値ｒを、

【００３７】

【数１】

【００３８】に示すように生成する（図３参照）。ここ
でｚは可動部位置センサ３の出力から演算される可動子
５７と可動子５７を引きつけている電磁石との距離（ギ
ャップ）、ｔは時刻、ｖ(t)は可動部速度センサ２が検
出した可動部の速度、または可動部位置センサ３が検出
した位置信号の出力から演算されるｚの時間微分値であ
る。ｒ₁(z)，ｒ₂(z)はギャップｚの関数として与えられ
る速度目標関数であり、これら速度目標関数が、本発明
における可動部の複数の運動特性目標値に相当する。そ
して、第１の速度目標関数ｒ ₁(z)は、ギャップｚが次第
に小さくなり第１の所定値ｚ_s0になった時点ｔ_s0つまり
電磁石への通電制御が開始される時点で選択され、ギャ
ップｚが更に減少して第２の所定値ｚ_sになった時点で
第２の速度目標関数ｒ₂(z)が選択されて切り換えられ
る。前記第１の所定値ｚ_s0はギャップｚが小さくなり電
磁力が有効になるギャップ長を基準に選ばれ、実際には
１〜３［ｍｍ］程度である。

【００３９】これら第１の速度目標関数ｒ₁(z)及び第２
の速度目標関数ｒ₂(z)は次の条件を満たすように決定さ
れる。以下では、ｚ，ｔの関数における(z)，(t)を省略
する。

【００４０】

【数２】

【００４１】と選ぶと、速度目標関数の切り換え点にお
いて、速度目標値を連続にすることができる。ここで、
ｓはラプラス演算子、ｚ_sは速度目標値を切り換える位
置（設計者が与える所定値）、ｚ_eは可動子の制御目標
位置（設計者が与える所定値）、ｒ_sは速度目標値を切
り換える直前の速度目標値、ζ,ωは、設計者が適当に
選ぶ定数である。

【００４２】第１の速度目標関数ｒ₁は、着座までの時
間を短くすることを主眼に設定された、応答の速い２次
振動系の応答に基づいて設定された速度目標値であり、
ζは、0.7付近、ωは［（ｍ₁＋ｍ₂）／（ｋ₁＋ｋ₂）］
^1/2程度の値に選ぶ。ここで、ｍ₁，ｍ₂はそれぞれ可動
子と弁の質量、ｋ₁,ｋ₂はそれぞれコイルスプリング５
９およびコイルスプリング５６のバネ定数である。

【００４３】一方、第２の速度目標関数ｒ₂は、着座の
速度を小さくすることを主眼に選ばれる。既述のよう
に、式(3),(4)のように選ぶと、速度目標値はｚ_sの位置
で滑らかに接続される。式(3)を用いると、ｒ₂は１次応
答を元に設定されるので、可動部位置はオーバーシュー
トせず、漸近的に目標位置に収束するので、着座の衝撃
を小さくすることができる。

【００４４】また、第２の速度目標関数ｒ₂は、

【００４５】

【数３】

【００４６】とし、振動の減衰度を決定する定数ζ₂を
１より大きくした非振動的な２次応答特性を有した関数
を用いてもよい。以上のようにして設定された速度目標
値ｒは、可動部速度センサ２によって検出された実際の
可動部速度ｖ（＝ｄｚ／ｄｔ) と比較部４により比較さ
れ、比較信号（ｖ−ｒ）が電流目標値生成部６に出力さ
れる。電流目標値生成部６では、電流目標値ｉ(t)を、
次に示す式(6)のように生成する。

【００４７】

【数４】

【００４８】ここで、ｋは適当に決める正の定数（フィ
ードバックゲイン）である。なお、ｚ＞ｚ_s0 の区間で
はｒ＝ｖ（＝ｄｚ／ｄｔ)であるから通電による速度制
御は発生しない。

【００４９】この電流目標値を電磁石の通電電流とし
て、切替器７を介して閉弁側電磁石電流制御部９または
開弁側電磁石電流制御部１０に伝達される。ここで、切
替器７は、エンジン制御ＥＣＵ８より開弁指令または閉
弁指令を入力し、開弁指令であれば開弁側電磁石電流制
御部１０、閉弁指令であれば閉弁側電磁石電流制御部９
をそれぞれ選択し、選択された側に電流目標値生成部６
が生成する電流目標値を出力する。そして、閉弁側電磁
石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御部１０がＰ
ＷＭ制御により電源部１３から供給される電流のＯＮ／
ＯＦＦ比を制御することにより通電電流の大きさが制御
され、結果として可動子に作用する電磁力が制御され、
可動部の速度が制御される。

【００５０】ここで、本発明では、前記第２の速度目標
関数ｒ₂における制御目標位置ｚeをエンジン運転状態に
基づいて切り換えることで、可動子が電磁石に着座する
制御（以下着座制御という）と電磁石に着座する直前で
停止する制御（以下宙吊り制御という）、さらには、可
動子の停止位置を２段階とする制御（以下２段宙吊り制
御という）と１つの最終位置のみで停止させる制御（以
下１段宙吊り制御という）とを切り換える。

【００５１】図４は、前記切換制御の第１の実施例のフ
ローチャートを示す。ステップ（図ではＳと記す。以下
同様）１では、エンジン回転速度を検出する。

【００５２】ステップ２では、検出されたエンジン回転
速度Ｎｅが所定回転速度Ｎ０未満の低速域であるか否か
を判定し、該低速域と判定されたときは、ステップ３へ
進んで宙吊り制御（１段宙吊り制御）を選択する。

【００５３】ステップ４では、前記可動子５７の制御目
標位置ｚe（宙吊り目標位置Ｈ０）を、電磁石(開弁時は
開弁側電磁石１２、閉弁時は閉弁側電磁石１１）に着座
する直前の位置に設定する。

【００５４】ステップ５では、前記設定された制御目標
位置ｚeとなるように、宙吊り制御（１段宙吊り制御）
を開始する。一方、ステップ２で、エンジン回転速度Ｎ
ｅが所定回転速度Ｎ０以上の中高速域と判定された場合
は、ステップ６へ進んで可動子５７を電磁石(開弁時は
開弁側電磁石１２、閉弁時は閉弁側電磁石１１）に着座
する着座制御を選択し、ステップ７で該着座制御を開始
する。該着座制御は、前記可動子５７の制御目標位置ｚ
eを電磁石に着座停止する位置つまりｚe＝０に設定し、
該着座停止位置での速度目標値ｖを正の所定値（例えば
０．１［ｍ／ｓ］以下）に設定することで制御する。

【００５５】このようにすれば、エンジンの低速域で
は、エンジンの燃焼騒音などが小さいため、着座制御を
行なうと可動子の着座音が騒音に占める比率が大きくな
って耳障りとなるが、該低速域で宙吊り制御を行なうこ
とによって、該着座音の発生を防止することができ、快
適な乗車環境が得られる。

【００５６】また、エンジンの中高速域では、エンジン
の燃焼騒音が増大するため、可動子の着座音が騒音に占
める比率が小さくなって気にならなくなる一方、宙吊り
制御を行なうと消費電力が増大して出力低下により運転
性能に影響してくるが、該中高速域で、着座制御を行な
うことによって、運転性能を確保することができる。

【００５７】図５は、前記低速域で実行される１段宙吊
り制御時の可動子位置の変化を示し、図６は、前記中高
速域で実行される着座制御時の可動子位置の変化の様子
を示す。

【００５８】図７は、前記切換制御の第２の実施例のフ
ローチャートを示し、エンジン回転速度Ｎｅの代わりに
エンジンの負荷Ｌ(燃料噴射量、吸入空気量、スロット
ル弁開度など）に基づいて切換制御を行なうものであ
り、所定の負荷Ｌ０未満の低負荷域で１段宙吊り制御を
行ない（ステップ１１〜ステップ１５）、Ｌ０以上の中
高負荷域で着座制御を行なう（ステップ１６,ステップ
１７）。負荷についても回転速度と同様に負荷が小さい
時は可動子の着座音が耳障りとなり、負荷が大きくなる
ほど可動子の着座音の影響が小さくなる一方、消費電力
による出力低下の影響が大きくなるので、作用・効果は
第１の実施例と略同様である。

【００５９】図８は、前記切換制御の第３の実施例のフ
ローチャートを示し、エンジンの回転速度Ｎｅと負荷Ｌ
とからマップ（図９参照）により検索される運転領域に
基づいて切換制御を行なうものであり、低速・低負荷領
域で宙吊り制御（１段宙吊り制御）を行ない（ステップ
２１〜ステップ２６）、中高速・中高負荷領域で着座制
御を行なう（ステップ２７，ステップ２８）。作用・効
果は第１、第２の実施例と略同様である。

【００６０】次に、前記１段宙吊り制御と２段宙吊り制
御とをエンジン運転状態に応じて切換制御する発明につ
いて説明する。但し、本実施の形態では、本発明を閉弁
時の制御についてのみ適用し、開弁時については、前記
第１の発明における各実施例のいずれか、又は、全運転
領域にわたって１段宙吊り制御か、２段宙吊り制御のい
ずれかを実行する。

【００６１】図１０は、同上発明の第１の実施例のフロ
ーチャートを示し、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速
度Ｎ０未満の低速域で２段宙吊り制御を行ない（ステッ
プ３１〜ステップ３６）、所定回転速度Ｎ０以上の中高
速域で１段宙吊り制御を行なうようにしたものである
（ステップ３７〜ステップ３９）。１段宙吊り制御の制
御内容については、前記図４,図５で説明した通りであ
る。２段宙吊り制御について説明すると、前記第２の速
度目標関数ｒ₂における制御目標位置ｚeを、第１の停止
位置ｚ_e1（ステップ３４の第１目標宙吊り位置Ｈ１）第
２の停止位置ｚ_e2（ステップ３５の第２目標宙吊り位置
Ｈ２）とに切り換える。例えば、第１の停止位置ｚ_e1の
ときの速度目標値をｒ_e1、第２の制御目標位置をｚ_e2の
ときの速度目標値をｒ_e2とし、ｚ_e1＝0.3[mm] ｒ_e1＝
０[m/s]、ｚ_e2＝0.1[mm] ｒ_e2＝０[m/s]と設定する。

【００６２】なお、制御目標位置の切り換えについて
は、センサで検出された可動子の位置及び速度から、略
ｚ＝ｚ_e1、ｖ＝ｒ_e1となったときに、制御目標位置をｚ
＝ｚ_e2に切り換えて設定する。

【００６３】ここで、第1の制御目標位置ｚ_e1は、弁体
が閉弁着座した時点の可動子位置近傍（閉弁着座時の位
置よりやや電磁石寄り）に設定され、これにより、弁体
の閉弁着座時の速度を十分小さくできるので、着座の衝
撃を小さくでき、衝突音を軽減できる。また、第２の制
御目標位置をｚ_e2を、第1の制御目標位置ｚ_e1より小さ
く設定することで、閉弁着座後に弁体から切り離された
可動子は、さらに閉弁用電磁石に近づけられた位置で電
磁石と非接触に宙吊り状態で停止するように制御される
（以下かかる制御を宙吊り制御という）。この場合、電
磁吸引力は、電磁石に接近するほど急激に増大する特性
を有するので、可動子を電磁石に接近した位置で停止さ
せるほど、通電電流は小さくて済み、消費電力を節減で
きる。図１１は、前記低速域で実行される２段宙吊り制
御時の可動子位置の変化を示す。

【００６４】このようにすれば、低速域で前記２段宙吊
り制御を行えば、可動子の着座音の発生を防止できると
共に、弁体の着座音も極力小さくできるので、１段宙吊
り制御を行なう場合に比較して、静粛性をより高めるこ
とができる。

【００６５】一方、中高速域では、１段宙吊り制御とす
ることで、閉弁に要する時間を短縮して応答性を確保す
ることができる。図１２は、同上発明の第２の実施例の
フローチャートを示し、低負荷域で２段宙吊り制御を行
ない（ステップ４１〜ステップ４６）、中高負荷域で１
段宙吊り制御を行なう（ステップ４７〜ステップ４
９）。作用・効果は図１０に示した第１の実施例と略同
様である。

【００６６】図１３は、同上発明の第３の実施例のフロ
ーチャートを示し、エンジンの回転速度Ｎｅと負荷Ｌと
からマップ（図１４参照）により検索される運転領域に
基づいて切換制御を行なうものであり、低速・低負荷領
域で２段宙吊り制御を行ない（ステップ５１〜ステップ
５７）、中高速・中高負荷領域で１段宙吊り制御を行な
う（ステップ５８〜ステップ６０）。作用・効果は図１
０,図１２に示した第１,第２の実施例と略同様である。

【００６７】次に、前記宙吊り制御と着座制御とをエン
ジン運転状態に基づいて切り換え、さらに、該宙吊り制
御をエンジン運転状態に基づいて１段宙吊り制御と２段
宙吊り制御とに切り換える発明について説明する。個々
の制御については、既述したとおりである。

【００６８】図１５は、同上発明の第１の実施例のフロ
ーチャートを示し、エンジン回転速度Ｎｅのみに基づい
て各制御の切り換えを行うようにしたものである。すな
わち、ステップ７１でエンジン回転速度Ｎｅを検出し、
ステップ７２でエンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１未満
か否かを判定し、所定値Ｎ１未満のときは、ステップ７
３でエンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ２（＜Ｎ１）未満
か否かを判定し、所定値Ｎ２未満の極低速域（アイドル
時など）と判定されたときは、ステップ７４〜ステップ
７７へ進んで２段宙吊り制御を行なう。

【００６９】また、ステップ７３でエンジン回転速度Ｎ
ｅが所定値Ｎ２以上つまりＮ２≦Ｎｅ＜Ｎ１の低速域と
判定された場合は、ステップ７８〜ステップ８０へ進ん
で宙吊り制御（１段宙吊り制御）を行なう。

【００７０】また、ステップ７２でエンジン回転速度Ｎ
ｅが所定値Ｎ１以上の中高速域と判定されたときは、ス
テップ８１、ステップ８２へ進んで着座制御を行なう。
このようにすれば、静粛性を厳しく要求されるアイドル
運転などの極低速域では、２段宙吊り制御を行なって弁
体の着座音も極力小さくし、回転速度が増大するにした
がって、応答性及び出力を確保するべく１段宙吊り制
御、着座制御へと段階的に切り換えることにより、各速
度域により適した制御を行なうことができる。

【００７１】図１６は、同上発明の第２の実施例のフロ
ーチャートを示し、エンジン負荷Ｌが所定値Ｌ２未満の
極低負荷域で２段宙吊り制御を行ない（ステップ９１〜
ステップ９７）、Ｌ２≦Ｌ＜Ｌ１の低負荷域で１段宙吊
り制御を行ない（ステップ９８〜ステップ１００）、Ｌ
≧Ｌ１の中高負荷域で着座制御を行う（ステップ１０
１，ステップ１０２）。作用・効果は図１５に示した第
１の実施例と略同様である。

【００７２】図１７は、同上発明の第３の実施例のフロ
ーチャートを示し、エンジンの回転速度Ｎｅと負荷Ｌと
からマップ（図１８参照）により検索される運転領域に
基づいて切換制御を行なうものであり、アイドル運転な
どの極低速・極負荷領域で２段宙吊り制御を行ない（ス
テップ１１０〜ステップ１１７）、低速・低負荷域で１
段宙吊り制御を行ない（ステップ１１８〜ステップ１２
０）、中高速・中高負荷領域で着座制御を行う（ステッ
プ１２１，ステップ１２２）。作用・効果は図１５,図
１６に示した第１,第２の実施例と略同様である。

【００７３】なお、本発明の制御は、速度目標関数ｒを
上記のように２段階に切り換えることをせず、１つの速
度目標関数ｒのみを持つものにおいても適用できる。
尚、本実施形態の変形例として、可動部速度センサ２に
代えて可動部位置センサ３の出力信号を時間微分して速
度信号を得る微分手段を用いても良いことは、明らかで
ある。

【００７４】図１９は、本発明に係る電磁駆動弁の制御
装置の第２実施形態の構成を説明するブロック図であ
る。本実施形態においては、第１実施形態の可動部速度
センサ２に代えて、閉弁側電磁石１１または開弁側電磁
石１２に通電される電流値を検出する電磁石電流センサ
１６と、可動子速度推定部（オブザーバ）１７とを備え
た制御装置１５が用いられている。その他の構成は第１
実施形態と同様である。この電磁石電流センサ１６は、
閉弁側電磁石電流制御部９または開弁側電磁石電流制御
部１０の出力電流を直列低抵抗により検出してもよい
し、電磁石１１，１２の磁束を検出して電流に換算する
形式でもよい。

【００７５】本実施形態の特徴は、可動部の速度を直接
検出する代わりに、電磁石電流センサ１６が検出した電
磁石１１，１２の通電電流と、可動部位置センサ３が検
出した可動部の位置とに基づいて、可動子速度推定部１
７が可動子の速度を推定することである。

【００７６】可動部の質量ｍ、可動部に関わるバネ定数
ｋ、可動部に関わる粘性定数ｃ、電磁力をＦとすると、
可動部の運動は、

【００７７】

【数５】

【００７８】と表される。ここでｆ（ｘ，ｉ）は磁気回
路の形状や材質などにより決まる関数であり、磁場解析
などの手段によりあらかじめ知ることができる。γはバ
ネ力のうち、オフセット荷重成分である。これらの式を
元に、可動部の速度は直接可動部速度センサ２で検出す
る代わりに、位置ｘと電流ｉから以下の式を用いる可動
子速度推定部１７で推定することができる。

【００７９】

【数６】

【００８０】ここでは速度ｖ（＝) の推定値である。推
定された可動子の速度は、第１実施形態と同様に比較部
５へ入力され、以下の処理内容は第１実施形態と同様で
あり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される電磁駆動弁の構成を示す概
念図。

【図２】本発明に係る電磁駆動弁の制御装置の第1の実
施形態の構成を示すブロック図。

【図３】同上実施形態における速度目標関数の生成法を
説明する位置／速度位相面における可動部の軌跡を示す
グラフ。

【図４】第１の発明における第1実施例を示すフローチ
ャート。

【図５】可動子の着座制御時における可動子位置の変化
を示す図。

【図６】可動子の宙吊り制御（１段宙吊り制御）時にお
ける可動子位置の変化を示す図。

【図７】第１の発明における第２実施例を示すフローチ
ャート。

【図８】第１の発明における第３実施例を示すフローチ
ャート。

【図９】同上第３実施例に使用されるマップ。

【図10】第２の発明における第1実施例を示すフローチ
ャート。

【図11】可動子の２段宙吊り制御時における可動子位置
の変化を示す図。

【図12】第２の発明における第２実施例を示すフローチ
ャート。

【図13】第２の発明における第３実施例を示すフローチ
ャート。

【図14】同上第３実施例に使用されるマップ。

【図15】第３の発明における第1実施例を示すフローチ
ャート。

【図16】第３の発明における第２実施例を示すフローチ
ャート。

【図17】第３の発明における第３実施例を示すフローチ
ャート。

【図18】同上第３実施例に使用されるマップ。同上実施
形態における閉弁時の可動子位置の変化の第２の例を示
す図。

【図19】本発明に係る電磁駆動弁の制御装置の第２の実
施形態の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１制御装置２可動部速度センサ３可動部位置センサ４比較部５速度目標値生成部６電流目標値生成部７切替器９閉弁側電磁石制御部 10 開弁側電磁石制御部 11 閉弁側電磁石 12 開弁側電磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの吸・排気弁に用いられ、電磁石
と、該電磁石によりスプリングの反力に抗して駆動され
る可動子及び該可動子に連係して駆動される弁体を備
え、前記可動子の位置を検出しつつ前記電磁石を通電制
御する電磁駆動弁の制御装置であって、前記可動子を前記電磁石に着座する直前の位置で停止さ
せる制御と、前記可動子を前記電磁石に着座させる制御
とを、エンジン運転状態に応じて切り換えることを特徴
とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項２】前記可動子を前記電磁石に着座する直前の
位置で停止させる制御は、前記可動子を前記電磁石に相
対的に離れた位置で一旦停止させた後、最終的に前記電
磁石に相対的に近い位置に停止させる２段制御と、１つ
の最終位置のみで停止させる制御とを、エンジン運転状
態に応じて切り換えることを特徴とする請求項１に記載
の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項３】エンジンの吸・排気弁に用いられ、電磁石
と、該電磁石によりスプリングの反力に抗して駆動され
る可動子及び該可動子に連係して駆動される弁体を備
え、前記可動子の位置を検出しつつ前記電磁石に着座す
る直前の位置で停止させるように通電制御する電磁駆動
弁の制御装置であって、前記可動子を前記電磁石に相対的に離れた位置で一旦停
止させた後、最終的に前記電磁石に相対的に近い位置に
停止させる２段制御と、１つの最終位置のみで停止させ
る制御とを、エンジン運転状態に応じて切り換えること
を特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
【請求項４】前記弁体と前記可動子とは、別体で構成さ
れ、閉弁時には、弁体が閉弁位置に着座した後、可動子
が弁体から切り離されてさらに電磁石に近づけられるよ
うに制御されることを特徴とする請求項１〜請求項３の
いずれか一つに記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項５】前記各制御は、エンジンの回転速度、負荷
の少なくとも一方に基づいて切り換えられることを特徴
とする請求項１〜請求項４のいずれか一つに電磁駆動弁
の制御装置。