JP2002231528A

JP2002231528A - 電磁アクチュエータ制御装置

Info

Publication number: JP2002231528A
Application number: JP2001029585A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakamura; 稔中村; Toshihiro Yamaki; 利宏八巻
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】バルブの開角を安定化させ、エンジン出力の安
定化を図る。【解決手段】それぞれが、対向する一対の電磁石により
駆動される複数の電磁バルブを有し、該対向する一対の
電磁石の一方に保持電流を通電することにより、それぞ
れの電磁バルブを開状態または閉状態に保持する電磁ア
クチュエータ制御装置であって、複数の電磁バルブの駆
動について無効時間を計測する無効時間計測手段と、該
複数の電磁バルブについて計測された無効時間のうち、
最大の無効時間を目標無効時間に設定する目標無効時間
学習手段と、該複数の電磁バルブについて、前記無効時
間計測手段によって計測される無効時間が前記設定され
た目標無効時間になるよう、該複数の電磁バルブに対応
する電磁石に通電する保持電流を制御する目標無効時間
制御手段とを備える電磁アクチュエータ制御装置が提供
される。バルブ間の無効時間が合わせられるので、バル
ブの挙動が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電磁バルブの駆
動についての無効時間を制御する電磁バルブ制御装置に
関し、より具体的には、電磁バルブの駆動について計測
された無効時間に基づいて、電磁バルブの電磁石への保
持電流の通電を制御する電磁バルブ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今後の可能性として、内燃機関の吸排気
バルブに電磁アクチュエータを適用することが望まれて
いる。電磁アクチュエータは、対向する一対の電磁石に
交互に電力を供給することにより、対向する一対のスプ
リングに挟まれたアマチャを、一方の終端位置と他方の
終端位置との間で駆動する。電磁アクチュエータによっ
て吸排気バルブを駆動すれば、機械的駆動に比べてバル
ブタイミングを多様に制御することが可能になり、よっ
て内燃機関の出力特性および燃費の改善が可能となる。

【０００３】一般的な電磁バルブにおいては、電磁石に
吸引され着座しているアマチャは、電磁石への保持電流
の通電が停止されることによって着座状態から開放さ
れ、対向する一対のスプリングの力がバランスする中立
位置に向かって変位を開始する。この変位に同期して、
あるタイミングで他方の電磁石に励磁電流を通電し、ア
マチャを吸引する力を発生させる。

【０００４】アマチャが他方の電磁石に近づくにつれ磁
束が急激に増し、該他方の電磁石の吸引力による仕事
が、一方の電磁石の残留磁束によるアマチャを引き戻そ
うとするわずかな仕事と機械的損失の和に打ち勝つ。こ
うしてアマチャは他方の電磁石に到達し、着座する。そ
の後、電磁石には、アマチャを着座位置に保持させるた
めの保持電流が供給される。

【０００５】実際のバルブ動作では、アマチャ保持時の
磁気吸引力の管理が難しく、アマチャを開放するときの
残留磁束にばらつきが生じる。その結果、電磁石への保
持電流の通電停止から実際にアマチャが着座位置から離
れるまでの時間が変動する（この通電停止から、アマチ
ャが所定量変位するのに要する時間を、「無効時間」と
呼ぶ）。したがって、実際にバルブの開弁／閉弁動作を
起動するバルブタイミング指令を実行する時点におい
て、すでに無効時間が経過しているのが望ましい。そう
でないと、実際にバルブタイミング指令を実行しても、
無効時間があるために、瞬時にバルブの開弁／閉弁動作
が開始されず、その結果バルブタイミングの精度が悪化
する。

【０００６】特開平１１−３２４７４２号公報には、バ
ルブの全閉または全開状態を維持する保持電流を、製品
のバラツキおよび経時変化などの影響をうけずに最適化
する方法が記載されている。この方法によると、バルブ
を最初に全閉または全開動作させた後、バルブの全閉ま
たは全開状態を維持する保持電流を徐々に低減し、この
ときのアマチャの変位を変位センサにより読み込む。変
位センサの出力値が急変したときの保持電流を、バルブ
の全閉または全開状態を維持する際の限界値として学習
し、以降、イグニションスイッチをオフにするまで、こ
の限界値の１０％増の電流を保持電流として供給する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アマチ
ャが着座する電磁石のヨーク接触面が積層構造であるた
め、ヨーク接触面の平面度は、それぞれのヨークごとに
異なる。この平面度のバラツキにより、アマチャを保持
するときのヨークおよびアマチャの間のギャップが変化
する。したがって、個々の電磁アクチュエータ間には、
保持吸引力のバラツキが生じる。

【０００８】図１３は、この保持吸引力のバラツキを示
すグラフである。３つのグラフ１０１〜１０３は、それ
ぞれ別個の電磁アクチュエータに関するグラフであり、
電磁石に保持電流を通電したときの、保持電流と発生す
る吸引力の関係を示す。同じ吸引力を発生させるのに通
電すべき保持電流の大きさが、電磁石ごとに異なってい
るのがわかる。

【０００９】図１４は、保持電流を一定にした場合に、
電磁アクチュエータごとに無効時間が異なることを示す
グラフである。グラフ１０５および１０６は、それぞれ
複数の線が示されているが、それぞれの線が、それぞれ
の電磁アクチュエータに対応する。グラフ１０５は、電
磁石に通電される保持電流の時間波形を示し、これは一
定になるよう制御されている。グラフ１０６は、アマチ
ャの変位を示す時間波形であり、それぞれの電磁アクチ
ュエータについて変位の立ち上がり方にバラツキが生じ
ているのがわかる。図１３に示したように、保持電流が
一定の場合、電磁アクチュエータごとに吸引力が異な
る。したがって、図１４に示されるように、それぞれの
電磁アクチュエータごとにアマチャの変位速度が異な
り、よって黒い矢印で示されるように無効時間にバラツ
キが生じる。このことは、内燃機関に設けられるバルブ
の開角にバラツキが生じることを示しており、その結果
気筒間において出力が異なることとなる。

【００１０】図１５は、上記の特開平１１−３２４７４
２号公報のように、電磁石に通電する保持電流を最適化
した場合に、電磁アクチュエータごとに無効時間が異な
ることを示すグラフである。アマチャの着座状態を保持
するのに必要最小限の値になるよう保持電流を最適化す
ることは、消費電力の軽減を図るためにしばしば採用さ
れる手法である。図におけるグラフ１０７および１０８
は、それぞれ複数の線が示されているが、それぞれの線
が、それぞれの電磁アクチュエータに対応する。グラフ
１０７は、電磁石に通電される保持電流の時間波形を示
し、これは最適化されている。グラフ１０８は、アマチ
ャの変位を示す時間波形であり、それぞれの電磁アクチ
ュエータについて変位の立ち上がり方にバラツキが生じ
ているのがわかる。このように、保持電流を最適化する
と、保持動作中の吸引力は一定に制御されるが、保持電
流の通電を停止した後の吸引力の低減時間に差が生じ
る。その結果、電磁アクチュエータごとに無効時間が異
なることとなる。

【００１１】図１６は、図１４および図１５に示される
ような保持電流の制御により、バルブの開角にどのよう
なバラツキが生じるかを示すグラフである。グラフ１０
９は、図１４に示されるような保持電流の一定制御を実
行した場合の開角のバラツキを示し、グラフ１１０は、
図１５に示されるような保持電流の最適化制御を実行し
た場合の開角のバラツキを示す。両者とも、エンジン回
転数が低い場合には開角のバラツキが低いが、回転数が
高くなるほど開角バラツキが大きくなる。電磁アクチュ
エータは、その機構特性に起因して、エンジン回転数に
関係なく一定の挙動を示すので、エンジン回転数が高く
なるほどエンジン性能に与える影響が大きくなる。

【００１２】このように、保持電流のみを制御すると、
電磁アクチュエータ間に無効時間のバラツキが生じ、結
果としてエンジン性能が大きく影響される。したがっ
て、消費電力の軽減を図りつつ、電磁アクチュエータ間
の無効時間が同じになるよう保持電流を制御し、安定し
たエンジン出力を実現することができる電磁バルブ制御
装置が必要とされている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の電磁アクチュエータ制御装置は、それぞ
れが、対向する一対の電磁石により駆動される複数の電
磁バルブを有し、該一対の電磁石の一方に保持電流を通
電することにより、電磁バルブを開状態または閉状態に
保持する電磁アクチュエータ制御装置であって、前記複
数の電磁バルブの駆動について、無効時間を計測する無
効時間計測手段と、該複数の電磁バルブについて計測さ
れた無効時間のうち、最大の無効時間を目標無効時間に
設定する目標無効時間学習手段と、前記複数の電磁バル
ブについて、前記無効時間計測手段によって計測される
無効時間が前記設定された目標無効時間になるよう、該
複数の電磁バルブに対応する電磁石に通電する保持電流
を制御する目標無効時間制御手段と、を備えるという構
成をとる。

【００１４】請求項１の発明によると、複数の電磁バル
ブについて計測された無効時間のうち最大のものが目標
無効時間に設定され、該目標無効時間になるようそれぞ
れの電磁バルブの電磁石に通電される保持電流が制御さ
れるので、電磁バルブ間のバルブ開角のバラツキが回避
され、安定したエンジン出力を実現することができる。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１の発明の電磁
アクチュエータ制御装置において、複数の電磁バルブの
それぞれの無効時間は、電磁バルブに対応する電磁石へ
の保持電流の通電停止から、該電磁バルブが所定量だけ
変位するのに要する時間である、という構成をとる。

【００１６】請求項２の発明によると、電磁バルブが保
持動作から開放されたとき所定量だけ変位するのに要す
る時間を無効時間として計測されることにより、電磁バ
ルブの挙動のバラツキを、計測された無効時間に基づい
て安定化させることができる。

【００１７】請求項３の発明は、請求項２の発明の電磁
アクチュエータ制御装置において、複数の電磁バルブの
それぞれは、アマチャに連結され、該アマチャを対向す
る一対の電磁石によって２つの終端位置の間で変位させ
ることによって駆動され、該電磁バルブを開状態に保持
するとき該アマチャは該終端位置の一方に保持され、該
電磁バルブを閉状態に保持するとき該アマチャは該終端
位置の他方に保持され、前記複数の電磁バルブのそれぞ
れの無効時間は、前記終端位置の一方に対応する電磁石
への保持電流の通電停止から、前記アマチャが所定量だ
け変位するのに要する時間、および前記終端位置の他方
に対応する電磁石への保持電流の通電停止から、前記ア
マチャが所定量だけ変位するのに要する時間を含む、と
いう構成をとる。

【００１８】請求項３の発明によると、電磁バルブが終
端位置の一方および他方から開放されたとき所定量だけ
変位するのに要する時間を無効時間として計測すること
により、電磁バルブの開弁動作および閉弁動作のバラツ
キを、計測された無効時間に基づいて安定化させること
ができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項３の発明の電磁
アクチュエータ制御装置において、無効時間計測手段
は、前記複数の電磁バルブについて、前記アマチャが前
記終端位置の一方から脱落することのない最小の保持電
流が通電停止されたときの無効時間を計測する、という
構成をとる。

【００２０】請求項４の発明によると、最小の保持電流
が通電停止されたときの無効時間が計測され、該計測さ
れた無効時間に基づいて目標無効時間が設定されるの
で、消費電力を軽減しつつ、バルブ間において開角の安
定化を図ることができる。

【００２１】請求項５の発明は、請求項２の発明の電磁
アクチュエータ制御装置において、目標無効時間になる
よう保持電流が設定されている間に前記アマチャが前記
終端位置の一方から脱落したとき、目標無効時間を所定
量増大し、該増大した目標無効時間になるよう保持電流
を制御する、という構成をとる。

【００２２】請求項５の発明によると、目標無効時間に
基づいて保持動作を実行している間にアマチャ脱落が発
生した場合には、目標無効時間が所定量大きく再設定さ
れるので、運転状況に応じて目標無効時間を適切に設定
し直すことができる。

【００２３】請求項６の発明は、請求項１の発明の電磁
アクチュエータ制御装置において、複数の電磁バルブ
が、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブを含む、と
いう構成をとる。

【００２４】請求項６の発明によると、内燃機関の吸気
バルブおよび排気バルブの動作についての無効時間が制
御されるので、エンジン出力を安定化させることができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に図面を参照してこの発明の実
施の形態を、エンジンのバルブを駆動する電磁アクチュ
エータを例にとって説明する。図１は、電磁アクチュエ
ータ６０、および該電磁アクチュエータ６０を制御する
制御装置５０の全体的な構成を示すブロック図である。
制御装置５０は、マイクロコンピュータおよびこれに付
随する回路素子で構成される。制御装置５０は、各種セ
ンサからの信号を受け取る入力インターフェース５１、
中央演算処理装置５３（以下「ＣＰＵ」という）、実行
するプログラムおよびデータを格納するＲＯＭ５４（読
み取り専用メモリ）、実行時の作業領域を提供し演算結
果などを記憶するＲＡＭ５５（ランダムアクセスメモ
リ）、およびエンジン各部に制御信号を送る出力インタ
ーフェース５２を備える。

【００２６】制御装置５０の入力インターフェース５１
には、変位センサ６５から出力された変位を表す信号が
入力される。また、エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン
水温（Ｔｗ）、吸気温（Ｔａ）、バッテリ電圧（Ｖ
Ｂ）、イグニションスイッチ（IGSW）などを表す各種セ
ンサからの信号７９が入力され、さらに要求負荷検出手
段７８によって検出された所望のトルクが入力される。
要求負荷検出手段７８は、たとえばアクセルペダルの踏
み込み量を検出するアクセルペダルセンサによって実現
することができる。

【００２７】電磁アクチュエータ６０は、バルブ２０、
アマチャ２２、電磁石６３および変位センサ６５を備え
る。電磁石６３に通電することによりアマチャ２２は駆
動され、変位を開始する。アマチャ２２の変位に従っ
て、バルブ２０は開いたり閉じたりされる。

【００２８】駆動回路７７は、制御装置５０からの制御
信号に従って、定電圧源７５から供給される電圧をパル
ス幅変調し、電磁アクチュエータ６０の電磁石６３に供
給する。駆動回路７７には電流検出器７１が接続されて
おり、電流検出器７１は、電磁石６３に供給される電流
の大きさを検出して制御装置５０にフィードバックす
る。また、駆動回路７７には電圧検出器７２が接続され
ており、電圧検出器７２は、電磁石６３の電圧の大きさ
を検出して制御装置５０にフィードバックする。

【００２９】制御装置５０は、変位センサ６５によって
検出されたアマチャの変位に基づいて、電磁石６３への
電力供給のタイミング、供給する電圧の大きさ、電圧を
供給する期間などのパラメータを、予めＲＯＭ５４に格
納されている制御プログラムに従って決定し、これを制
御信号として、出力インターフェース５２を介して出力
する。制御装置５０は、上記制御信号を決定するとき、
必要に応じて、上記各種センサ７９および要求負荷検出
手段７８からの検出信号、電流検出器７１および電圧検
出器７２からフィードバックされた電流および電圧値を
考慮に入れることができる。

【００３０】この発明の一実施例によると、変位センサ
６５は、アマチャ２２の変位に応じて連動する永久磁
石、および該永久磁石からの磁束密度を検出するホール
素子を備え、該ホール素子から検出されたホール電圧に
従って変位を検出する。しかしながら、他の実施例にお
いては、他の任意の方法で変位センサを実現することが
できる。たとえば、アマチャ２２の変位に従って連動す
る永久磁石、および変位によって生じた時間あたりの磁
束密度の変化に応じて誘起電圧を出力するサーチコイル
を備え、該出力された誘起電圧からアマチャ２２の変位
を検出するようにしてもよい。

【００３１】図２は、図１の電磁アクチュエータ６０の
概略の構造を示す断面図である。バルブ２０は、内燃機
関の吸気ポートまたは排気ポート（以下、吸排気ポート
３０という）に設けられ、該吸排気ポート３０を開閉す
る。バルブ２０は、電磁アクチュエータ６０によって上
方向に駆動されるとエンジンの吸排気ポート３０に設け
られたバルブシート３１に密着して停止し、吸排気ポー
ト３０を閉じる。また、バルブ２０は、電磁アクチュエ
ータ６０によって下方向に駆動されるとバルブシート３
１を離れ、バルブシート３１から所定の距離だけ離れた
位置まで下降し、吸排気ポート３０を開く。

【００３２】バルブ２０には、その上方に向かってバル
ブシャフト２１が連設されている。バルブシャフト２１
は、バルブガイド２３によって軸方向に運動可能に保持
されており、その上端には、軟磁性材料で作られた円板
上のアマチャ２２が取り付けられている。アマチャ２２
は、第１のスプリング１６および第２のスプリング１７
によって上下から付勢されている。

【００３３】電磁アクチュエータ６０の非磁性材料のハ
ウジング１８内には、アマチャ２２の上方に位置する閉
弁側電磁石１１、およびアマチャ２２の下方に位置する
開弁側電磁石１３が設けられている。閉弁側電磁石１１
は第１の磁気ヨーク１２で囲まれており、開弁側電磁石
１３は第２の磁気ヨーク１４で囲まれている。第１のス
プリング１６および第２のスプリング１７は、閉弁側電
磁石１１または開弁側電磁石１３のいずれにも電流が通
電されていない状態で、アマチャ２２が閉弁側電磁石１
１と開弁側電磁石１３の間の中間に位置するようなバラ
ンスで設けられている。

【００３４】駆動回路７７によって閉弁側電磁石１１に
励磁電流が通電すると、閉弁側電磁石のヨーク１２およ
びアマチャ２２が磁化されて互いに吸引しあい、アマチ
ャ２２は上方向に引きつけられる。その結果、バルブシ
ャフト２１によってバルブ２０は上方向に駆動され、バ
ルブシート３１に密着して停止し、閉状態になる。

【００３５】閉弁側電磁石１１への励磁電流の供給を停
止し、開弁側電磁石１３に励磁電流を通電すると、開弁
側電磁石のヨーク１４およびアマチャ２２が磁化されて
互いに吸引しあう。アマチャ２２は、ばねのポテンシャ
ルエネルギーと相まって下方向に駆動され、開弁側電磁
石のヨーク１４に接触した状態で停止する。その結果、
バルブシャフト２１によってバルブ２０が下方向に駆動
され、バルブ２０は開状態になる。

【００３６】図３を参照して、電磁アクチュエータ６０
の駆動制御を説明する。図３の波形１２１はアマチャ２
２の変位を示す。ここで、左の軸の０ｍｍの箇所は閉弁
側電磁石のヨーク１２（以下、閉弁側ヨークという）を
示し、開弁側電磁石のヨーク１４（以下、開弁側ヨーク
という）は、ここから７ｍｍ離れた位置にある。グラフ
１２２は開弁側電磁石１３に供給される電流を示し、波
形１２３は、開弁側電磁石１３に供給される電圧を示
し、波形１２４は、開弁側電磁石１３から発生する吸引
力を示す。

【００３７】アマチャ２２が閉弁側ヨーク１２に着座し
てバルブ２０が閉状態にあるとき、時刻０ｍｓにおい
て、閉弁側電磁石１１に供給されていた保持電流が停止
されたとする。アマチャ２２は閉弁側ヨーク１２から開
放され、第１のスプリング１６および第２のスプリング
１７の位置エネルギーによって開弁側電磁石１３に向け
て移動を開始する。

【００３８】時刻０ｍｓの時点で通電を停止してから、
実際にアマチャが１ｍｍだけ変位するまでには、ある程
度の時間がかかる。図３の例では、この時間が矢印１２
５で示されており、約１．４ｍｓ（ミリ秒）である。こ
の、アマチャが着座状態から開放されて所定量だけ変位
するのに要する時間を、以下「無効時間」と呼び、この
実施例では、この所定量を１ｍｍに設定する。したがっ
て、図３の例では、開弁動作における無効時間は約１．
４ｍｓであることがわかる。

【００３９】アマチャ２２が、第１のスプリング１６お
よび第２のスプリング１７の力がバランスする中立位置
に達した付近（移動を開始してから約３ｍｓ後）で、制
御装置５０は駆動回路７７に制御信号を送り、波形１２
３に示されるように開弁側電磁石１３に一定電圧を供給
する。

【００４０】電圧供給の開始当初は、アマチャとヨーク
との間の空隙が大きいため、電磁石に生じる逆起電力は
小さい。電磁石に供給される電圧は一定に保たれるよう
制御されるので、電気負荷が軽くなれば駆動回路７７か
ら供給される電流が波形１２２に見られるように大きく
なり、電源から電磁石への電力の流入が増大する。この
ため、電磁石が発生する磁束が増大し、波形１２４に示
されるように吸引力の成長が進む。

【００４１】アマチャ２２が開弁側ヨーク１４に着座し
たとき、定電圧の供給を停止し、１．５アンペア程度の
保持電流を供給する定電流制御に移行する。図３の例で
は、５．２ｍｓ付近で定電流制御に切り換えられてい
る。定電流制御は、８ｍｓまで続いている。

【００４２】次に、アマチャ２２を上方向に変位させて
バルブ２０の閉弁動作を開始するため、保持電流の通電
を停止する（時刻８ｍｓ）。アマチャ２２は、開弁側ヨ
ーク１４から開放され、第１のスプリング１６および第
２のスプリング１７の位置エネルギーによって閉弁側電
磁石１１に向けて移動を開始する。

【００４３】時刻８ｍｓの時点で通電を停止してから、
実際にアマチャが１ｍｍだけ変位するまでには、ある程
度の時間を要する。図３の例では、この時間が矢印１２
６で示されており、８ｍｓ〜約９．７ｍｓ、すなわち約
１．７ｍｓ（ミリ秒）である。したがって、図３の例で
は、閉弁動作における無効時間は約１．７ｍｓであるこ
とがわかる。

【００４４】図４は、吸気バルブおよび排気バルブのそ
れぞれの開閉動作における無効時間を示すグラフであ
る。波形１３１は、排気バルブにおけるアマチャ変位の
時間波形を示し、波形１３２は、吸気バルブにおけるア
マチャ変位の時間波形を示す。波形１４１は、排気バル
ブの閉弁側電磁石に通電される電流の時間波形を示し、
矢印１５１は、該排気バルブの開弁動作における無効時
間を示す。同様に、波形１４２は、排気バルブの開弁側
電磁石に通電される電流の時間波形を示し、矢印１５２
は、該排気バルブの閉弁動作における無効時間を示す。
波形１４３は、吸気バルブの閉弁側電磁石に通電される
電流の時間波形を示し、矢印１５３は、該吸気バルブの
開弁動作における無効時間を示す。波形１４４は、吸気
バルブの開弁側電磁石に通電される電流の時間波形を示
し、矢印１５４は、吸気バルブの閉弁動作における無効
時間を示す。このように、この実施例においては、一組
の吸排気バルブについて矢印１５１〜１５４で示される
４つの無効時間が計測される。

【００４５】図５は、保持電流と無効時間の関係を示す
グラフである。波形１６１〜１６４は保持電流の時間波
形を示し、波形１６１’〜１６４’は、波形１６１〜１
６４のそれぞれに対応したアマチャ変位の時間波形を示
す。図に示されるように、保持電流が低減されるにつ
れ、無効時間が減少する。これは、保持電流を低減させ
ると、該保持電流が通電される電磁石から発生する磁束
が減少するので吸引力が減少し、したがってアマチャが
該電磁石から開放されたときの変位速度が増加するから
である。

【００４６】図６は、この発明に従う電磁アクチュエー
タ制御装置の機能ブロック図である。この実施例におい
ては、図４を参照して説明したように、排気バルブの開
弁動作、排気バルブの閉弁動作、吸気バルブの開弁動
作、および吸気バルブの閉弁動作の４パターンについて
無効時間が計測される。この図において、機能ブロック
の右下に「×４」と表示されているのは、その機能ブロ
ックによって実現される機能が、上記４パターンのそれ
ぞれについて別個に実行されることを示す。

【００４７】保持電流設定部８１は、電磁石に通電する
保持電流の値を設定する。ここで、排気バルブの開弁側
電磁石、排気バルブの閉弁側電磁石、吸気バルブの開弁
側電磁石および吸気バルブの閉弁側電磁石に通電する保
持電流を、それぞれＩexo、Ｉexc、ＩinoおよびＩincと
表す。保持電流設定部８１は、イグニションスイッチが
オン状態にされた運転サイクル開始時においては、予め
決められた値である初期値をそれぞれの保持電流に設定
する。この予め決められた値は、アマチャを十分電磁石
のヨークに着座させることのできる値に設定される。す
べてのパターンについて同じ初期値を使用してもよい
し、それぞれのパターンに適合した初期値を使用しても
よい。

【００４８】運転サイクルの開始後、無効時間計測部８
２は、電磁石への保持電流の通電停止から、アマチャが
１ｍｍ変位するまでの無効時間を計測する。アマチャの
１ｍｍ変位は、変位センサ６５によって検出される。

【００４９】一方、保持電流設定部８１は、無効時間計
測部８１によって無効時間が計測されている間、それぞ
れの電磁石に通電される保持電流を、上記の初期値から
徐々に低減させる。これは、アマチャの着座状態を維持
するのに必要最小限の保持電流を求めるためである。保
持電流が徐々に低減されると、いずれアマチャは着座状
態から脱落する。

【００５０】アマチャ脱落判定部８３は、任意の方法で
アマチャの脱落判定を行う。たとえば、保持動作中にお
いてアマチャが着座状態から脱落すると、アマチャと電
磁石のヨークとの間の空隙が増大し、磁気抵抗が増加し
始める。そのため、磁路を流れる総磁束の変化を抑制し
ようとして、電磁石に流れる電流が急上昇する。したが
って、保持動作中、電磁石に流れる電流を監視し、該電
流が急激に増加した場合に脱落と判定することができ
る。

【００５１】無効時間計測部８２は、アマチャ脱落判定
部８３によってアマチャの脱落が判定されたとき、アマ
チャの脱落が発生する直前のサイクルにおいて計測され
た無効時間を目標無効時間候補に設定する。すなわち、
目標無効時間候補は、アマチャの脱落を引き起こすこと
なくアマチャの着座状態を保持するのに必要最小限の保
持電流の通電が停止されたときに計測された無効時間で
ある。こうして計測された無効時間は、エンジン回転数
Ｎｅおよび吸気管圧力Ｐｂのような運転状況を示すパラ
メータによって補正されることができ、該補正された値
を目標無効時間候補に設定してもよい。この実施例にお
いては、排気バルブの開弁側についての候補Ｔexo、排
気バルブの閉弁側についての候補Ｔexc、吸気バルブの
開弁側についての候補Ｔinoおよび吸気バルブの閉弁側
についての候補Ｔincの４つの目標無効時間候補が求め
られる。

【００５２】目標無効時間学習部８４は、無効時間計測
部８２から上記４つの目標無効時間候補を受け取り、該
目標無効時間候補のうち最大のものを選択し、これを目
標無効時間Ｔobjに設定する。このとき、選択した目標
無効時間候補に余裕分αを加算した値を目標無効時間と
してもよい。目標無効時間はメモリに記憶される。

【００５３】一方、保持電流設定部８１は、アマチャ脱
落判定部８３によってアマチャの脱落が判定されたなら
ば、復帰動作を実行する。具体的には、保持電流を所定
量増大させることにより、アマチャを着座状態に戻す。
その後、保持電流設定部８１は、保持電流を初期値に再
設定し、次のサイクルでは初期値の保持電流が電磁石に
通電されるようにする。ここで、１サイクルは、図４に
示されるように、閉弁側電磁石の保持電流の通電を停止
してから、アマチャが開弁側電磁石に吸引され、その後
再び閉弁側電磁石に着座して保持電流の通電を停止する
までの期間を示す。

【００５４】目標無効時間制御部８５は、目標無効時間
学習部８４から目標無効時間Ｔobjを受け取り、保持電
流を再び初期値から徐々に低減させるよう保持電流設定
部８１を制御する。目標無効時間制御部８５は、再び無
効時間を計測し、該計測された無効時間と目標無効時間
とを比較する。目標無効時間制御部８５は、前者が後者
より大きければ、さらに所定量だけ保持電流を低減させ
るよう保持電流設定部８１を制御する。こうして、計測
された無効時間が目標無効時間に等しくなったとき、保
持電流は固定される。以降のサイクルにおける保持動作
では、この固定された保持電流が電磁石に通電される。

【００５５】こうして保持電流が固定された後に、保持
動作中に何らかの原因によってアマチャが脱落すると、
アマチャ脱落判定部８３はこれを検出し、アマチャ脱落
を目標無効時間再学習部８６に通知する。目標無効時間
再学習部８６はこれに応答して、アマチャの復帰動作を
実行するよう保持電流設定部８１を制御すると共に、そ
れぞれの電磁石に通電される保持電流を初期値に再設定
し、さらに目標無効時間Ｔobjを所定量だけ大きくす
る。

【００５６】目標無効時間制御部８５は、目標無効時間
再学習部８６から新たに設定された目標無効時間Ｔobj
を受け取り、それぞれの電磁石に通電する保持電流を再
び初期値から徐々に低減させるよう保持電流設定部８１
を制御する。目標無効時間制御部８５は、再び無効時間
を計測し、該計測された無効時間と新たに設定された目
標無効時間Ｔobjとを比較する。目標無効時間制御部８
５は、前者が後者より大きければ、さらに所定量だけ保
持電流を低減させるよう保持電流設定部８１を制御す
る。こうして、再び計測された無効時間が目標無効時間
に等しくなったとき、保持電流は固定される。それ以降
のサイクルにおける保持動作では、この固定された保持
電流が電磁石に通電される。

【００５７】図７は、電磁アクチュエータ制御装置によ
って実行される、それぞれのバルブの開閉動作の無効時
間を制御する全体的なフローチャートである。図８〜図
１１に示される各種のフラグは、運転サイクル開始時に
はリセットされていると仮定する。

【００５８】ステップ２０１において、イグニションス
イッチがオン状態にされて運転サイクルが開始されたか
どうか判断する。運転サイクル開始時には、それぞれの
電磁石に通電する保持電流Ｉexo、Ｉexc、Ｉinoおよび
Ｉincに、予め決められた初期値Ｉiniを設定する（２０
２）。前述したように、Ｉiniは、アマチャが着座する
のに十分な大きさを有する。

【００５９】ステップ２０３において、前回の運転サイ
クルにおいて目標無効時間Ｔobjがすでに設定されてい
るかどうか判断する。すでに目標無効時間Ｔobjが設定
されていれば、メモリから該目標無効時間Ｔobjを読み
出し、ステップ２０６に進んで、読み出した目標無効時
間Ｔobjに基づく無効時間制御ルーチンを実行する。し
たがって、この場合、無効時間計測ルーチンおよび目標
無効時間学習ルーチンは実行されない。

【００６０】ステップ２０３において、まだ目標無効時
間Ｔobjが設定されていなければ、ステップ２０４に進
んで無効時間計測ルーチンを実行し、図４に示される４
つの無効時間を計測する。ステップ２０５において、目
標無効時間学習ルーチンを実行し、計測された４つの無
効時間に基づいて目標無効時間を求める。ステップ２０
６において、目標無効時間制御ルーチンを実行し、求め
た目標無効時間になるようそれぞれの保持電流を制御す
る。ステップ２０７は、ステップ２０６において目標無
効時間に基づいて保持電流が制御された後にアマチャの
脱落が発生した場合に再度目標無効時間を学習するルー
チンである。

【００６１】図７において、無効時間計測ルーチンおよ
び目標無効時間制御ルーチンは、図４に示される４つの
パターンのそれぞれについて個別にかつ並列に実行され
る。それに対し、目標無効時間学習ルーチンおよび目標
無効時間再学習ルーチンは、上記４つのパターンに対し
て１つだけ設けられるルーチンである。

【００６２】この実施例によると、前回の運転サイクル
において目標無効時間が学習されたならば、今回の運転
サイクルにおいては、再び目標無効時間を学習すること
なく、前回学習された目標無効時間に基づいて保持電流
が制御される。しかしながら、他の実施例では、運転サ
イクルごとに目標無効時間を学習して保持電流を制御す
るようにしてもよい。

【００６３】図８は、ステップ２０４において実行され
る無効時間計測ルーチンのフローチャートである。前述
したように、このルーチンは上記４つのパターンについ
てそれぞれ実行されるが、ここでは煩雑さを避けるた
め、排気バルブの開弁動作についての無効時間計測ルー
チンのみを示す。しかしながら、他の３つのパターンに
ついても同様の動作が実行される。

【００６４】ステップ２１１において、排気バルブの開
弁動作について無効時間の計測が完了したときに値１に
セットされる無効時間計測完了フラグＦexoを調べる。
初めてこのルーチンに入ったとき、無効時間計測完了フ
ラグＦexoにはまだ値１がセットされていないので、ス
テップ２１２に進み、排気バルブの開弁動作における無
効時間を計測する。ステップ２１３において、図７のス
テップ２０２で初期値Ｉiniに設定された、閉弁側電磁
石に通電する保持電流Ｉexcを所定量だけ低減する。こ
うして、次のサイクルにおける保持電流が設定される。

【００６５】ステップ２１４において、アマチャが排気
バルブの閉弁側ヨークに保持されている動作中に、アマ
チャの脱落が発生したかどうか判断する。アマチャの脱
落が発生しなければ、このままこのルーチンを抜け、再
びこのルーチンに入ったときに、ステップ２１３におい
て保持電流Ｉexcをさらに所定量だけ低減する。このよ
うに保持電流を徐々に低減すると、いずれアマチャは脱
落し、ステップ２１５に進む。

【００６６】ステップ２１５において、アマチャの脱落
直前にステップ２１２において計測された無効時間を、
エンジン回転数Ｎｅおよび吸気管圧力Ｐｂのような運転
状態に基づいて補正し、該補正した無効時間を目標無効
時間候補Ｔexoに設定する。設定された目標無効時間候
補Ｔexoは、メモリに記憶される。ステップ２１６に進
み、無効時間計測完了フラグＦexoに値１をセットし、
この排気バルブの開弁動作についての無効時間計測が完
了したことを示す。

【００６７】一方、アマチャの脱落が発生したので、ス
テップ２１７においてアマチャの復帰動作を実行し、以
降のサイクルにおいてアマチャを脱落させないよう保持
電流Ｉexcに初期値Ｉiniを設定する（２１８）。ここ
で、ステップ２１５および２１６と、ステップ２１７お
よび２１８は、並列に実行することができる。

【００６８】図９は、図７のステップ２０５で実行され
る目標無効時間学習ルーチンのフローチャートである。
ステップ２２１において、目標無効時間Ｔobjが設定さ
れたときに値１がセットされる無効時間学習完了フラグ
Ｆstuを調べる。初めてこのルーチンに入ったとき、無
効時間学習完了フラグＦstuにはまだ値１がセットされ
ていないので、ステップ２２２に進む。ステップ２２２
において、上記４パターンのそれぞれについて無効時間
計測が完了したかどうか判断する。すなわち、排気バル
ブの開弁動作、排気バルブの閉弁動作、吸気バルブの開
弁動作および吸気バルブの閉弁動作にそれぞれ設けられ
た無効時間計測完了フラグＦexo、Ｆexc、Ｆinoおよび
Ｆincのすべてに値「１」がセットされているかどうか
判断する。すべてに１がセットされていれば、上記４パ
ターンのそれぞれについて目標無効時間候補が算出され
ていることを示すので、ステップ２２３に進み、それぞ
れの目標無効時間候補をメモリから読み出す。ステップ
２２４に進み、読み出された４つの目標無効時間候補Ｔ
exo、Ｔec、ＴinoおよびＴincのうち最大のものを選択
し、これに余裕分αを加える。この［選択された目標無
効時間候補＋α］を、目標無効時間Ｔobjに設定する。
こうして求められた目標無効時間Ｔobjは、次回の運転
サイクルで使用することができるよう、たとえばフラッ
シュメモリやＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリに記憶
される。その後、ステップ２２５において、目標無効時
間学習完了フラグＦstuに値１をセットし、目標無効時
間の学習が完了したことを示す。

【００６９】図１０は、図７のステップ２０６で実行さ
れる目標無効時間制御ルーチンのフローチャートであ
る。このルーチンは、上記４パターンのそれぞれについ
て個別に実行される。ステップ２３１において、目標無
効時間制御が完了したときに値１がセットされる目標無
効時間制御完了フラグＦcexoを調べる。このフラグは、
上記４パターンのそれぞれについて設けられるフラグで
ある。初めてこのルーチンに入ったとき、目標無効時間
制御完了フラグＦcexoにはまだ値１がセットされていな
いので、ステップ２３２に進む。

【００７０】ステップ２３２において、無効時間計測ル
ーチンにおいてアマチャが脱落したためにステップ２１
８で初期値Ｉiniに設定された保持電流Ｉexcを、所定量
だけ低減する。ステップ２３３において、排気バルブの
開弁動作における無効時間を計測する。ステップ２３４
において、計測された無効時間と、目標無効時間学習ル
ーチンにおいて算出された目標無効時間Ｔobjとを比較
する。計測された無効時間が目標無効時間Ｔobjより大
きければ、このルーチンを抜け、再びこのルーチンに入
ったときにステップ２３２において保持電流Ｉexcをさ
らに所定量だけ低減する。こうして保持電流を低減する
につれ、無効時間は短くなっていく。

【００７１】計測された無効時間が目標無効時間Ｔobj
に等しくなったとき、保持電流Ｉexcを固定する（２３
５）。以降、排気バルブの閉弁側ヨークにアマチャを保
持するときには、この固定された保持電流Ｉexcが通電
される。その後、目標無効時間制御完了フラグＦcexoに
値１をセットし（２３６）、排気バルブの開弁動作にお
ける無効制御が完了したことを示す。

【００７２】図１１は、図７のステップ２０７において
実行される目標無効時間再学習ルーチンのフローチャー
トである。ステップ２４１において、目標無効時間制御
完了フラグＦcexo、Ｆcexi、ＦcinoおよびＦcincのう
ち、いずれかに値１がセットされているかどうか調べ
る。いずれかのフラグに値１がセットされていれば、値
１がセットされているフラグに対応するパターンについ
て無効時間制御が完了していることを示すので、ステッ
プ２４２に進み、値１がセットされているフラグに対応
するパターンの保持動作中にアマチャの脱落が発生した
かどうか判断する（２４２）。脱落が発生したならば、
それに対してアマチャの復帰動作を実行する（２４
３）。なお、代わりに、ステップ２４１において、すべ
ての目標無効時間制御完了フラグに値１がセットされた
場合にのみステップ２４２に進むようにしても良い。

【００７３】ステップ２４４において、それぞれの保持
電流Ｉexo、Ｉexc、ＩinoおよびＩincを初期値Ｉiniに
戻す。ステップ２４５に進み、現在設定されている目標
無効時間Ｔobjを所定量だけ増やす。こうすることによ
り、図５を参照して説明したように、アマチャを保持す
るのに必要な最小保持電流値を増やすことができる。ス
テップ２４６において、すべての目標無効時間制御完了
フラグＦcexo、Ｆcexc、ＦcinoおよびＦcincをゼロにリ
セットし、図１０に示される目標無効時間制御ルーチン
を、この増やされた目標無効時間Ｔobjに基づいて実行
する（２４７）。すなわち、それぞれのパターンについ
ての無効時間が、この増やされた目標無効時間Ｔobjに
等しくなるよう、それぞれのパターンにおける保持電流
が制御される。こうして、運転状況が変化して一旦設定
された目標無効時間によってはアマチャの着座状態を維
持することができなくなった場合は、目標無効時間が新
たに再設定される。

【００７４】図１２は、この発明に従う無効時間制御を
実行した場合の、個々の電磁アクチュエータ間の無効時
間のバラツキを示すグラフである。グラフ１７１および
１７２は、それぞれ複数の線が示されているが、それぞ
れの線が、それぞれの電磁アクチュエータに対応する。
グラフ１７１は、電磁石に通電される保持電流の時間波
形を示し、これは、前述したように目標無効時間になる
よう制御されている。グラフ１７２はアマチャの変位を
示す時間波形である。図１２に示される無効時間のバラ
ツキが、図１４の保持電流の一定制御および図１５の保
持電流最適化制御の場合と比較して減少していることが
わかる。

【００７５】このように、それぞれの電磁バルブの開閉
動作において無効時間が同じになるよう制御することに
より、バルブの開角が安定化され、結果としてエンジン
出力を安定化させることができる。また、着座状態を保
持するのに必要な最小の保持電流に対応する無効時間に
基づいて目標無効時間が設定されるので、消費電力を軽
減させることもできる。

【００７６】こうして、吸排気バルブの開閉動作につい
てバルブ挙動の安定化が図られる。たとえば１気筒４バ
ルブを備える４気筒を持つエンジンにこの発明を適用す
る場合、すべてのバルブについて同じ目標無効時間を設
定して保持電流を制御することにより、すべてのバルブ
の開角が安定し、よって気筒間の出力の安定化を図るこ
とができる。しかしながら、たとえば４バルブについて
１つの目標無効時間を設定して、気筒ごとに保持電流を
制御することも可能である。さらに、吸気バルブと排気
バルブとで、または開弁動作と閉弁動作とで、異なる目
標無効時間を設定するようにしてもよい。また、前述し
たように、エンジン回転数が高くなるほどバルブの開角
にバラツキが生じるので、エンジン回転数が高くなった
場合に、上記のような目標無効時間に基づく保持電流制
御を起動するようにしてもよい。

【００７７】

【発明の効果】この発明によると、複数の電磁バルブに
ついて計測された無効時間のうち最大のものが目標無効
時間に設定され、該目標無効時間になるようそれぞれの
電磁バルブの電磁石に通電される保持電流が制御される
ので、電磁バルブ間のバルブ開角のバラツキが回避さ
れ、安定したエンジン出力を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タおよびその制御装置の全体を示すブロック図。

【図２】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タの機械的構造を示す図。

【図３】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タ駆動時の特性および無効時間を示す図。

【図４】この発明の一実施例における排気バルブおよび
吸気バルブの無効時間を示す図。

【図５】この発明の一実施例における保持電流と無効時
間の関係を示すグラフ。

【図６】この発明の一実施例における電磁バルブ制御装
置の詳細な機能ブロック図。

【図７】この発明の一実施例における無効時間制御の全
体の動作を示すフローチャート。

【図８】この発明の一実施例における無効時間計測ルー
チンのフローチャート。

【図９】この発明の一実施例における目標無効時間学習
ルーチンのフローチャート。

【図１０】この発明の一実施例における目標無効時間制
御ルーチンのフローチャート。

【図１１】この発明の一実施例における目標無効時間再
学習ルーチンのフローチャート。

【図１２】この発明の一実施例における、電磁アクチュ
エータ間において無効時間のバラツキが低減されたこと
を示すグラフ。

【図１３】電磁アクチュエータにおける保持電流と吸引
力の関係を示すグラフ。

【図１４】保持電流の一定制御の場合、電磁アクチュエ
ータ間において無効時間にバラツキが生じることを示す
グラフ。

【図１５】保持電流の最適化制御の場合、電磁アクチュ
エータ間において無効時間にバラツキが生じることを示
すグラフ。

【図１６】保持電流の一定制御および最適化制御の場
合、電磁バルブの開角とエンジン回転数の関係を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

２０バルブ２２アマチャ５０制御装置６０電磁アクチュエータ６３電磁石８１保持電流設定部８２無効時間計測部８３アマチャ脱落判定部８４目標無効時間学習部８５目標無効時間制御部８６目標無効時間再学習
部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｋ 31/06 ３１０Ｆ１６Ｋ 31/06 ３１０Ａ５Ｅ０４８３２０３２０ＡＨ０１Ｆ 7/08 Ｈ０１Ｆ 7/08 Ａ 7/16 7/16 ＲＦターム(参考） 3G018 AB09 AB16 BA38 CA16 DA45 EA02 EA11 EA17 EA21 EA22 FA06 FA07 GA02 GA03 GA07 GA08 3G084 BA23 DA04 DA11 EB20 EC08 FA03 FA20 FA33 FA35 FA36 3G092 AA01 AA11 AB02 DA01 DA02 DA07 DF05 DG09 EA01 EA02 EA13 EA17 EA25 EC02 EC05 FA05 FA11 FA48 HA04Z HA12X HA12Z HA13X HA13Z HE01Z HE08Z HF02Z HF19Z 3G301 HA01 HA19 JA01 JA05 JA14 JA17 LA07 LC01 LC10 NA07 NB06 ND02 ND22 ND37 NE03 NE08 PA10Z PE00A PE00Z PE01Z PE08Z PF16Z PG01Z 3H106 DA08 DA13 DA25 DB02 DB26 DB32 DC02 DD07 EE03 EE04 EE10 EE16 FB08 FB32 FB34 FB45 FB46 KK18 5E048 AA10 AB01 AC06 AD07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが、対向する一対の電磁石により
駆動される複数の電磁バルブを有し、該対向する一対の
電磁石の一方に保持電流を通電することにより、それぞ
れの電磁バルブを開状態または閉状態に保持する電磁ア
クチュエータ制御装置であって、前記複数の電磁バルブの駆動について、無効時間を計測
する無効時間計測手段と、前記複数の電磁バルブについて計測された無効時間のう
ち、最大の無効時間を目標無効時間に設定する目標無効
時間学習手段と、前記複数の電磁バルブについて、前記無効時間計測手段
によって計測される無効時間が前記設定された目標無効
時間になるよう、該複数の電磁バルブに対応する電磁石
に通電する保持電流を制御する目標無効時間制御手段
と、を備える電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項２】前記複数の電磁バルブのそれぞれの無効時
間は、電磁バルブに対応する電磁石への保持電流の通電
停止から、該電磁バルブが所定量だけ変位するのに要す
る時間である請求項１に記載の電磁アクチュエータ制御
装置。
【請求項３】前記複数の電磁バルブのそれぞれは、対応
するアマチャに連結され、前記対向する一対の電磁石に
よって該アマチャを２つの終端位置の間で変位させるこ
とによって駆動され、該電磁バルブを開状態に保持する
とき該アマチャは該終端位置の一方に保持され、該電磁
バルブを閉状態に保持するとき該アマチャは該終端位置
の他方に保持され、前記複数の電磁バルブののそれぞれの無効時間は、前記
終端位置の一方に対応する電磁石への保持電流の通電停
止から、前記アマチャが所定量だけ変位するのに要する
時間、および前記終端位置の他方に対応する電磁石への
保持電流の通電停止から、前記アマチャが所定量だけ変
位するのに要する時間を含む請求項１に記載の電磁アク
チュエータ制御装置。
【請求項４】前記無効時間計測手段は、前記複数の電磁
バルブについて、前記アマチャが前記終端位置の一方か
ら脱落することのない最小の保持電流が通電停止された
ときの無効時間を計測する請求項３に記載の電磁バルブ
制御装置。
【請求項５】前記無効時間が前記目標無効時間になるよ
う保持電流が設定されている間に前記アマチャが前記終
端位置の一方から脱落したとき、該目標無効時間を所定
量増大し、該増大した目標無効時間になるよう保持電流
を制御する請求項３に記載の電磁アクチュエータ制御装
置。
【請求項６】前記複数の電磁バルブが、内燃機関の吸気
バルブおよび排気バルブを含む請求項１に記載の電磁ア
クチュエータ制御装置。