JP2001221022A

JP2001221022A - 電磁駆動弁の制御装置

Info

Publication number: JP2001221022A
Application number: JP2000027930A
Authority: JP
Inventors: Maki Chokai; 真樹鳥海; Taketoshi Kawabe; 武俊川邊; Yasuhiro Taniguchi; 育宏谷口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-08-17
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP3692888B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁駆動弁の可動部における着座時の衝突音，
摩耗の低減などを図る。【解決手段】スプリングの付勢力で移動する可動子と電
磁石とのギャップｚが、略第1の制御目標位置ｚe1、可
動子の速度ｖが略第1の速度目標値ｒe1になったか否か
を判定し、なる前は制御目標位置ｚを第1の制御目標位
置ｚe1、速度ｖを第1の速度目標値ｒe1に設定し、なっ
た後は制御目標位置ｚを第２の制御目標位置ｚe2、速度
ｖを第２の速度目標値ｒe2に設定する。

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衝突する。そのため衝突時に騒
音が発生する。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、電磁駆動弁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】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、可動部が電磁石と衝突する前に
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、第１従来技術、第２従来技
術の方法で、可動部を電磁石と衝突する前に停止保持す
るには大きな磁力を発生させることが必要であり、電磁
石磁気回路の大型化や駆動電力の大電力化を招きやすい
という問題点があった。

【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、消費電力を節減しつつ可動子や弁体の衝
突音や摩耗を低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、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
記可動子の駆動中に、該可動子の制御目標位置を複数段
階に切り換えて設定することを特徴とする。

【０００９】請求項1に係る発明によると、可動子の駆
動中に、制御目標位置を複数段階に切り換えつつ該制御
目標位置に応じて前記電磁石を通電制御することによ
り、最適な状態に制御することができ、以って、可動子
や弁体の衝突音低減、摩耗抑制、応答性などを向上する
ことができる。また、請求項2に係る発明は、可動子
の少なくとも１方向の移動時において、弁体の着座停止
後、該弁体から離脱して可動子のみが所定量移動後停止
するものにおいて、前記方向の移動時には、前記可動子
の先に設定される制御目標位置を、後で設定される制御
目標位置より前記電磁石から離れた位置に設定すること
を特徴とする。

【００１０】請求項２に係る発明によると、前記弁体の
着座停止後、可動子のみがさらに移動してから停止する
ときに、先に設定される制御目標位置を、後で設定され
る制御目標位置より前記電磁石から離れた位置に設定す
ることにより、弁体の着座直前の速度を小さくして着座
時の衝撃を低減しつつ、弁体着座後新たに設定される制
御目標位置に向かって可動子を駆動する。

【００１１】また、請求項３に係る発明は、前記先に設
定される制御目標位置は、前記弁体の着座停止位置にお
ける可動子位置近傍に設定され、後で設定される制御目
標位置は前記電磁石に衝突する直前の位置に設定される
ことを特徴とする。

【００１２】請求項３に係る発明によると、弁体の着座
時の速度を十分小さくして着座させつつ、可動子を電磁
石に吸着される直前の位置で停止するように制御され
る。これにより、弁体の着座時の衝撃を極力低減できる
とともに、可動子の衝突を抑制して衝突音、摩耗を防止
することができ、弁体を電磁石により接近させることで
消費電力も節減できる。

【００１３】また、請求項４に係る発明は、電磁駆動弁
は、エンジンにおける吸・排気弁であり、前記方向の弁
体の移動時は、閉弁時であることを特徴とする。

【００１４】請求項４に係る発明によると、吸・排気弁
の閉弁時の衝突音を軽減でき、摩耗を抑制できる。ま
た、請求項５に係る発明は、可動部の少なくとも１方向
の移動時において、可動子が前記電磁石に衝突する直前
の位置で停止することにより、弁体が停止するものにお
いて、前記方向の移動時には、前記可動子の先に設定さ
れる制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より
電磁石に接近した位置に設定することを特徴とする。

【００１５】請求項５に係る発明によると、先に設定さ
れる制御目標位置を、後で設定される制御目標位置より
前記電磁石に接近した位置に設定することにより、弁体
及び可動子の駆動初期の速度を大きくして応答性を高め
つつ、可動子を電磁石から離れた位置で停止させるよう
にして、衝突音，摩耗を防止することができる。

【００１６】請求項６に係る発明によると、電磁駆動弁
は、エンジンにおける吸・排気弁であり、前記方向の弁
体の移動時は、開弁時であることを特徴とする。

【００１７】請求項６に係る発明によると、吸・排気弁
の開弁時の応答性を確保しつつ衝突音、摩耗を防止でき
る。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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）、可動部は開弁側電磁石１２と可動子５７とのギャ
ップが例えば数百ミクロンになる位置で停止する。

【００３０】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。このとき弁体と弁座５２
ａ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。

【００３１】また、可動子５７と閉弁側電磁石１１との
ギャップが数百ミクロン以下となったとき、可動子５７
の目標速度がゼロとなり、可動子５７は閉弁側電磁石１
１とのギャップが数百ミクロンの位置で停止するように
制御されるので、衝突することがなくなり、騒音発生が
防止され、摩耗が防止される。

【００３２】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。

【００３３】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、

【００３４】

【数１】に示すように生成する（図３参照）。

【００３５】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
_s0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。

【００３６】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。

【００３７】

【数２】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。

【００３８】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。

【００３９】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_e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。

【００４０】前記速度目標値生成部４の構成を図４に示
す。また、第２の速度目標関数ｒ₂は、

【００４１】

【数３】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。

【００４２】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。

【００４３】

【数４】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。

【００４４】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。

【００４５】ここで、第1の制御目標位置をｚ_e1、その
ときの速度目標値をｒ_e1、第２の制御目標位置をｚ_e2、
そのときの速度目標値をｒ_e2とし、２段階の制御目標位
置を設定する。例えば、閉弁時には、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。

【００４６】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。

【００４７】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
置よりやや電磁石より）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。

【００４８】しかし、上記可動子の宙吊り制御は、電磁
吸引力が増大して可動子を電磁石に接近させる方向に作
用コイルスプリングのバネ力と電磁石に電磁吸引力とが
釣り合って可動子が停止している状態から、外乱により
可動子が電磁石に接近すると、電磁吸引力が増大して可
動子をさらに電磁石に接近させる方向に作用し、逆に可
動子が電磁石から遠ざかると電磁吸引力が減少して可動
子をさらに電磁石から遠ざけるに方向に作用するという
不安定系であり、宙吊り状態を維持するためには、速や
かなフィードバック応答性が要求される。前記のよう
に、電磁吸引力は、電磁石に接近するほど急激に増大す
るので、ある程度以上接近すると宙吊り制御が難しくな
り、電磁石へ吸着されやすくなる（電磁石から離れる方
向は、通電電流を最大限にすることで阻止することが可
能であるが、接近する方向は可動子と電磁石との距離が
短いこともあって通電電流を弱めても間に合わず、一旦
電磁石に吸着されると、再度宙吊り制御を行なうことは
不可能となる）。

【００４９】そこで、より安定した宙吊り制御を行なっ
て可動子の衝突抑止効果を高め、少しでも静粛性を重視
するならば、図５のように、第２の制御目標位置をｚ_e2
を、大きめの値に設定すればよいが、消費電力をより節
減することを重視するならば、図６のように、第２の制
御目標位置をｚ_e2を、小さめの値に設定すればよい。後
者の場合、宙吊り制御に失敗して電磁石に吸着される場
合もありうることになるが、例えば、１０回につき１回
の割合で失敗して電磁石に吸着し、衝突音が発生したと
しても、最初から着座制御する場合に比較して、１／１
０で済むことになる。また、閉弁時は、弁体着座時の衝
突音が避けられず、該衝突音発生後瞬時の後に連続的に
音を生じても、可動子のみの衝突音は弁体着座時（弁体
と可動子の合計の質量が衝突する）の衝突音と比較して
小さいこともあって、それほど音が増大した感じがしな
くて済む。

【００５０】更に消費電力の節減を重視するならば、図
７に示すように、第２の制御目標位置をｚ_e2を、電磁石
との吸着位置として可動子を着座制御するようにしても
よく、その場合でも、速度目標値を０に近づけること
で、衝突音を可及的に低減することが可能である。

【００５１】次に、開弁時の制御の実施の形態について
説明する。開弁時は、閉弁時と異なり弁体を着座制御す
る必要がない。したがって、極力安定した宙吊り制御を
行なって、衝突音の発生を確実に防止することを図る。
閉弁時から時間をおいた開弁時に、衝突音が発生するの
としないのとでは、感覚的に大きな差があるからであ
る。一方、開弁時は、吸・排気弁の応答性を高めるた
め、初期の開弁速度を大きくすることが要求される。可
動子の制御目標位置を１個設定しただけでは、これら両
方の要求を満たすことはできない。

【００５２】そこで、開弁時も可動子の制御目標位置を
２段階に切り換えて設定する。すなわち、先に設定され
る可動子の第1の制御目標位置ｚ_e1は、開弁用電磁石に
接近した小さ目の値に設定し、後で設定される第2の制
御目標位置ｚ_e2は、開弁用電磁石からの距離を大きくす
るように大き目の値に設定する。

【００５３】このようにすれば、図８に示すように、開
弁初期は可動子の第1の制御目標位置ｚ_e1が小さめに設
定されることで、可動子及び可動子と一体の弁体の移動
速度を大きくして応答性を高めることができ、開弁後期
は可動子の第1の制御目標位置ｚ_e2が大きめに設定され
ることで、安定した宙吊り制御を行なって衝突音の発生
を確実に防止することができる。

【００５４】また、制御としては、図８に示すように、
可動子が第1の制御目標位置ｚ_e1に移動して安定してか
ら第2の制御目標位置ｚ_e2に切り換えるのが、容易かつ
高精度に行なえるが、図９に示すように、可動子が第1
の制御目標位置ｚ_e1に移動すると同時若しくはその前に
第2の制御目標位置ｚ_e2に切り換えて、安定した宙吊り
制御に早めに移行させるようにしてもよい。

【００５５】図１０、図１１は、前記制御装置１の動作
のフローチャートである。図１０は、所定時間毎に可動
部の位置と速度とを読み込んで、速度目標関数の算出、
電流目標値の算出及び出力を行う第１のフローを示し、
図１１は、エンジン制御ＥＣＵからの弁開閉指令により
閉弁側電磁石電流制御部９と開弁側電磁石電流制御部１
０とを選択切換する第２のフローを示す。いずれのフロ
ーも制御装置１に内蔵される図示されないタイマーによ
り計測される所定時間を周期として実行される。

【００５６】まず、図１０を参照して第１のフローにつ
いて説明する。ステップ（図ではＳと記す。以下同様）
１では、可動部位置センサ３及び可動部速度センサ２か
ら位置信号ｚ及び速度信号ｖを読み込む。

【００５７】ステップ２では、前記速度目標値生成部５
で速度目標関数ｒを算出する。ステップ３では、前記比
較部４及び電流目標値生成部６の協動により電磁石に通
電すべき電流目標値ｉを算出する。

【００５８】ステップ４では、前記算出された電流目標
値ｉを切替器７により選択された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のいずれか一方
に供給する。

【００５９】次に、図１１を参照して第２のフローにつ
いて説明する。ステップ１１では、エンジン制御ＥＣＵ
８から弁開閉指令を読み込む。ステップ１２では、開弁
指令か否かを判定し、開弁指令であれば、ステップ１３
で開弁側電磁石電流制御部１０を電流目標値生成部６に
接続するよう切替器７を切り替える。

【００６０】ステップ１２の判定で開弁指令でなけれ
ば、ステップ１４で閉弁指令か否かを判定し、閉弁指令
であれば、ステップ１５で閉弁側電磁石電流制御部９を
電流目標値生成部６に接続するよう切替器７を切り替え
る。

【００６１】以上のように、第１のフローと、第２のフ
ローとは並列に実行可能であるが、直列に実行すること
もでき、その場合は、時間待ちを含まない第２のフロー
を先に実行するのが好ましい。

【００６２】図１２は、前記第１のフローにおけるステ
ップ２での速度目標関数ｒを算出するサブルーチンを示
す。ステップ２１では、可動子５７と可動子５７を引き
つけている電磁石とのギャップｚが、前記第２の所定値
ｚ_sより大きいかを判定し、大きいと判定された場合
は、ステップ２２で前記式(2)に示した第１の速度目標
関数ｒ₁を算出する。ここで、前記ギャップｚが前記第
１の所定値ｚ_s0より大きいときには、可動子の実際の速
度ｖがｒ₁より大きいので、前記式(8)に従って通電は開
始されず、ギャップｚがｚ_s0以下となってから該第１の
速度目標関数ｒ₁に応じた通電による速度制御が開始さ
れる。

【００６３】また、ステップ２１の判定がＮＯである場
合には、ステップ２３でギャップｚが略第２の所定値ｚ
_s以下となったかを判定し、略第２の所定値ｚ_s以下とな
った場合は、ステップ２４で前記式(3)で示される第２
の速度目標関数ｒ₂における定数ｃ₁を前記式(4)に従っ
て算出した後、ステップ２５で該式(3)又は(5)で示され
る第２の速度目標関数ｒ₂を算出する。

【００６４】ステップ２３の判定がＮＯである場合、つ
まりギャップｚが第２の所定値ｚ_sより小さくなった後
は、ステップ２６で前記算出された定数ｃ₁を用いて式
(3)又は(5)で示される第２の速度目標関数ｒ₂を算出す
る。

【００６５】次に、本発明にかかる可動子の制御目標位
置を複数段階に切り換える制御を、図１３に基づいて説
明する。該制御は、前記図１２のステップ２５におい
て、前記式(3) 又は(5)により第２の速度目標関数ｒ₂を
算出する際に、可動子の制御目標位置ｚeを切り換える
制御である。

【００６６】ステップ３１では、可動部位置センサ３及
び可動部速度センサ２から位置信号ｚ及び速度信号ｖを
読み込む。ステップ３２では、前記信号から可動子の位
置ｚと速度ｖが、それぞれ略第1の制御目標位置ｚe₁及
び第1の速度目標値ｒe₁になったかを判定する。

【００６７】ｚe₁及びｒe₁になっていないと判定された
ときは、ステップ３３へ進み、制御目標位置ｚeを第1の
制御目標位置ｚe₁、速度目標値ｒeを第1の速度目標値ｒ
e₁に設定する。これにより、前記図１２のステップ２５
において、該第1の制御目標位置ｚe₁及び第1の速度目標
値ｒe₁を用いて、前記式(3) 又は(5)により第２の速度
目標関数ｒ₂が算出される。そして、該算出された第２
の速度目標関数ｒ₂によって、図１０のステップ３，４
により、電流目標値ｉが算出され、該算出された電流目
標値ｉが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のいずれか一方に供給されて通電制御が
行なわれる。

【００６８】また、ステップ３２で、可動子の位置ｚと
速度ｖが略ｚe₁及びｒe₁になったと判定されたときは、
ステップ３４へ進み、制御目標位置ｚeを第２の制御目
標位置ｚe₂、速度目標値ｒeを第２の速度目標値ｒe₂に
設定する。これにより、前記図１２のステップ２５にお
いて、該第２の制御目標位置ｚe₂及び第２の速度目標値
ｒe₂を用いて、前記式(3) 又は(5)により第２の速度目
標関数ｒ₂が算出され、前記同様に該算出された第２の
速度目標関数ｒ₂によって、図１０のステップ３，４に
より、電流目標値ｉが算出され、該算出された電流目標
値ｉが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のいずれか一方に供給されて通電制御が行
なわれる。

【００６９】なお、可動子の制御目標位置ｚeを切り換
える本発明の制御は、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制御目標位置ｚe複数段階に切
り換えることでも適用できる。

【００７０】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。

【００７１】図１４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。

【００７２】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。

【００７３】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、

【００７４】

【数５】と表される。

【００７５】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。

【００７６】

【数６】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】同上実施形態における速度目標値生成部の構成
を示すブロック図。

【図5】同上実施形態における閉弁時の可動子位置の変
化の第１の例を示す図。

【図６】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７】同上実施形態における閉弁時の可動子位置の変
化の第３の例を示す図。

【図８】同上実施形態における開弁時の可動子位置の変
化の第１の例を示す図。

【図９】同上実施形態における開弁時の可動子位置の変
化の第２の例を示す図。

【図10】同上実施形態における速度目標関数の算出、電
流目標値の算出及び出力を行う第１のフローを示すフロ
ーチャート。

【図11】同上実施形態における閉弁側電磁石電流制御部
と開弁側電磁石電流制御部とを選択切換する第２のフロ
ーを示すフローチャート。

【図12】前記第1のフローの速度目標関数算出のサブル
ーチン示すフローチャート。

【図13】同上実施形態における本発明にかかる可動子の
制御目標位置の切り換え制御のフローを示すフローチャ
ート。

【図14】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口育宏神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G018 AB09 AB16 BA38 CA12 DA24 DA35 DA36 DA41 DA66 EA22 EA32 FA06 FA07 GA03 GA06 GA07 GA23 GA31 GA32 GA37 3G092 AA11 DA01 DA02 DA07 DG02 DG09 EA11 EA12 EB03 EC07 FA09 FA14 FA36 HA13X HA13Z 3H106 DA07 DA25 DB14 DB32 DC02 DC17 DD09 EE04 EE20 EE22 EE30 EE48 FB04 FB26 GC29 HH10 KK17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、前記可動子の駆動中に、該可動子の制御目標位置を複数
段階に切り換えて設定することを特徴とする電磁駆動弁
の制御装置。
【請求項２】可動子の少なくとも１方向の移動時におい
て、弁体の着座停止後、該弁体から離脱して可動子のみ
が所定量移動後停止するものにおいて、前記方向の移動
時には、前記可動子の先に設定される制御目標位置を、
後で設定される制御目標位置より前記電磁石から離れた
位置に設定す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】前記先に設定される制御目標位置は、前記
弁体の着座停止位置における可動子位置近傍に設定さ
れ、後で設定される制御目標位置は前記電磁石に衝突す
る直前の位置に設定されることを特徴とする請求項２に
記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項４】電磁駆動弁は、エンジンにおける吸・排気
弁であり、前記方向の弁体の移動時は、閉弁時であるこ
とを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電磁駆動
弁の制御装置。
【請求項５】可動部の少なくとも１方向の移動時におい
て、可動子が前記電磁石に衝突する直前の位置で停止す
ることにより、弁体が停止するものにおいて、前記方向
の移動時には、前記可動子の先に設定される制御目標位
置を、後で設定される制御目標位置より電磁石に接近し
た位置に設定することを特徴とする請求項１〜請求項４
のいずれか１つに記載の電磁駆動弁の制御装置。
【請求項６】電磁駆動弁は、エンジンにおける吸・排気
弁であり、前記方向の弁体の移動時は、開弁時であるこ
とを特徴とする請求項５に記載の電磁駆動弁の制御装
置。