JP2003222011A - 電磁駆動弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関停止中のガス圧ばねのガス圧の低下に起
因する機関始動時間の遅延を抑制することのできる電磁
駆動弁の制御装置を提供する。 【解決手段】 電磁駆動弁２０は、エアポンプ６０によ
り加圧されたガスの供給される圧力室４５，４７を有す
る空気圧ばね４０，４１を備え、それら空気圧ばね４
０，４１によるばね力と電磁石３２，３３による電磁力
との協働により弁体２１を開閉駆動する。ポンプ制御部
６０は、ドア開きセンサ５５の検出結果に基づいて車両
への運転者の搭乗が検知されたときにエアポンプ６０を
作動させ、低下した空気圧ばね４０，４１の空気圧を、
機関始動の操作に先立って高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力とばねとの
協働によって弁体を開閉駆動する電磁駆動弁の制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クランクシャフトに駆動連結されたカム
シャフトの回転に基づいて開閉駆動を行う従来の動弁機
構に代えて、内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能す
る弁体を、電磁力を用いて開閉駆動する電磁駆動弁が知
られている。こうした電磁駆動弁は、弁体と共に変位す
るアーマチャ、通電に応じて発生する電磁力によって同
アーマチャを吸引する電磁石、及び弁体を付勢するばね
を有して構成されており、電磁石の電磁力とばねのばね
力との協働によって弁体を開閉駆動するようにしてい
る。

【０００３】そして従来、例えば特開２０００−３４９
１２公報にみられるように、弁体を開弁側又は閉弁側に
付勢するばねとして、ガス圧ばねを用いた電磁駆動弁も
提案されている。ガス圧ばねは、ポンプによって加圧さ
れたガスの供給される圧力室を有しており、その圧力室
内のガス圧により、弁体を付勢するばね力を発生してい
る。一般には、圧力室に供給するガスとして、空気が用
いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうしたガス圧ばねを
用いた電磁駆動弁では、長時間に亘って内燃機関を停止
状態に放置したときなどには、圧力室からガスが抜けて
ガス圧ばねのガス圧が低下してしまう。ガス圧の低下し
た状態では、十分なばね力が確保できないため、電磁駆
動弁を適正に駆動させることが困難となる。そのため、
ガス圧ばねのガス圧が低下した状態で機関始動を行うと
きには、ガス圧ばねのガス圧を十分に高くして電磁駆動
弁を適正に駆動可能とするのに時間がかかってしまい、
機関始動にかかる時間が長くなってしまう。

【０００５】本発明は、そうした実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、機関停止中のガス圧ばねのガ
ス圧の低下に起因する機関始動時間の遅延を抑制するこ
とのできる電磁駆動弁の制御装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果を記載する。請求項１に
記載の発明は、電磁石と、ポンプにより加圧されたガス
の供給される圧力室を有するガス圧ばねとを備え、車載
された内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体
を、前記電磁石による電磁力と前記ガス圧ばねによるば
ね力との協働によって開閉駆動する電磁駆動弁の制御装
置において、車両への運転者の搭乗を検知する搭乗検知
手段と、その搭乗検知手段によって前記車両への運転者
の搭乗が検知されたときに前記ポンプを作動させて、機
関始動の操作に先立って前記圧力室のガス圧を高めるポ
ンプ制御手段と、を備えるものである。

【０００７】上記構成では、搭乗検知手段により運転者
の搭乗が検知されると、その時点よりポンプの作動が開
始され、搭乗後に運転者により行われる機関始動の操作
に先立ってガス圧ばねのガス圧が高められるようにな
る。したがって、機関停止中におけるガス圧ばねのガス
圧の低下に起因する機関始動時間の遅延を抑制すること
ができる。

【０００８】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記車両の運転
席側のドアが開かれたことを検出することで、前記車両
への運転者の搭乗を検知するように前記搭乗検知手段を
構成したものである。

【０００９】上記構成では、車両の運転席側のドアが開
かれたことが検出されたことに応じて、車両への運転者
の搭乗が検知されるようになる。これにより、車両への
運転者の搭乗を的確に検知し、上記のような機関始動時
間の遅延の抑制を、より確実に行うことができる。

【００１０】また請求項３に記載の発明は、請求項１に
記載の電磁駆動弁の制御装置において、前記車両の運転
席のシートに荷重がかかったことを検出することで、前
記車両への運転者の搭乗を検知するように前記搭乗検知
手段を構成したものである。

【００１１】上記構成では、車両の運転席のシートに荷
重がかかったことの検出に応じて、車両への運転者の搭
乗が検知されるようになる。これにより、車両への運転
者の搭乗を的確に検知し、上記のような機関始動時間の
遅延の抑制を、より確実に行うことができる。

【００１２】なお、車両への運転者の搭乗の検知は、こ
こで挙げた２つの態様、すなわち車両の運転席側のドア
が開かれたことの検出、及び車両の運転席のシートに荷
重がかかったことの検出以外の態様で検知するようにす
ることもできる。例えば車両のドアロックが解除された
ことの検出に応じて、車両への運転者の搭乗を検知する
こともできる。いずれにせよ、車両への運転者の搭乗が
検知されたときにポンプを作動させて、機関始動の操作
に先立って圧力室のガス圧を高めるようにすれば、上記
機関始動時間の遅延を抑制することができる。

【００１３】また請求項４に記載の発明は、請求項１〜
３のいずれかに記載の電磁駆動弁の制御装置において、
前記ガス圧ばねのガス圧不足を検知するガス圧不足検知
手段を更に備え、前記車両への運転者の搭乗が検知され
たときに、更に前記ガス圧不足検知手段によりガス圧不
足が検知されていることを条件に前記ポンプを作動させ
るように前記ポンプ制御手段を構成したものである。

【００１４】上記構成では、車両への運転者の搭乗が検
知され、かつガス圧ばねのガス圧不足が検知されている
ときに、ポンプが作動されて、機関始動の操作に先立っ
てガス圧ばねのガス圧が高められるようになる。すなわ
ち、車両への運転者の搭乗が検出されても、ガス圧ばね
のガス圧が不足していなければ、機関始動の操作に先立
ったポンプの作動は行われなくなる。したがって、不必
要なポンプの作動を防止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、車載された多気
筒内燃機関の吸気弁及び排気弁として機能する弁体を開
閉駆動する電磁駆動弁の制御装置として具体化した一実
施形態について、図を参照して詳細に説明する。

【００１６】本実施形態において、内燃機関の吸気弁及
び排気弁はいずれも、電磁石による電磁力とばねによる
ばね力との協働によって開閉駆動される電磁駆動弁とし
て構成されている。これら吸気弁及び排気弁は、基本的
構成が同じであるため、以下での吸気弁を例としてその
内部構成を説明する。

【００１７】図１に示される内燃機関のシリンダヘッド
１０には、燃焼室１１に通じる吸気ポート１２が形成さ
れており、その吸気ポート１２を開閉する電磁駆動弁２
０が設けられている。

【００１８】この電磁駆動弁２０は大きくは、弁軸２２
の一端に設けられた弁体２１、弁体２１を開閉駆動する
ための電磁力を発生する電磁石３２，３３、及び弁体２
１を付勢する一対の空気圧ばね４０，４１を備えてい
る。そして電磁駆動弁２０は、電磁駆動部３０に設けら
れた電磁石３２，３３による電磁力と、空気圧ばね４
０，４１によるばね力との協働により、弁体２１を開閉
駆動させるようになっている。

【００１９】弁体２１は、吸気ポート１２の開口部にお
いて燃焼室１１内に露出するように配設されている。吸
気ポート１２の開口外縁には、バルブシート１３が設け
られている。そして、そのバルブシート１３に弁体２１
が離着座することで、吸気ポート１２が開閉されるよう
になっている。すなわち、弁体２１が図１の上方に変位
されてバルブシート１３に着座することで、燃焼室１１
に対して吸気ポート１２が閉じられ、バルブシート１３
に着座した弁体２１が図１の下方に変位されてバルブシ
ート１３より離間することで、燃焼室１１に対して吸気
ポート１２が開かれる。

【００２０】その弁体２１が一端に設けられた弁軸２２
は、シリンダヘッド１０に固定されたバルブガイド１４
によって軸方向に往復動可能に支持されている。弁軸２
２においてその弁体２１が設けられた側と反対側の端部
（図１の上側端部）は、アーマチャ軸２３の一端に当接
されている。アーマチャ軸２３は、シリンダヘッド１０
に固定されたアーマチャガイド１５によって弁軸２２と
同軸上を往復動可能に支持されている。弁軸２２とアー
マチャ軸２３とは、上記空気圧ばね４０，４１によって
互いに押し付け合うように付勢されており、一体となっ
て往復動されるようになっている。

【００２１】アーマチャ軸２３においてその弁軸２２と
当接する側と反対側の端部（図１の上側端部）には、高
透磁性材料により形成された略円板状のアーマチャ２４
が固定されている。そしてそのアーマチャ２４が固定さ
れたアーマチャ軸２３の上部は、電磁駆動部３０のケー
シング３１内に収容されている。

【００２２】ケーシング３１内において、アーマチャ２
４の上方及び下方にはそれぞれ電磁石３２，３３が固定
されている。このうち、アーマチャ２４の上方に配設さ
れる電磁石３２は、弁体２１を閉弁方向（図１の上方）
に駆動する閉弁用電磁石となっている。またアーマチャ
２４の下方に配設される電磁石３３は、弁体２１を開弁
方向に駆動する開弁用電磁石となっている。これらの閉
弁用電磁石３２及び開弁用電磁石３３はそれぞれ、高透
磁性材料によって形成されたコアと電磁コイルとを有し
て構成されており、電磁コイルへの通電に応じてアーマ
チャ２４を吸引する電磁力を発生する。閉弁用電磁石３
２と開弁用電磁石３３との間には、所定の間隔が設けら
れており、アーマチャ２４は、閉弁用電磁石３２と当接
する位置と開弁用電磁石３３と当接する位置との間を往
復動可能となっている。

【００２３】アーマチャ２４が閉弁用電磁石３２と当接
する状態では、弁体２１はバルブシート１３に着座し
て、電磁駆動弁２０は全閉状態となる。このときの弁体
２１のリフト位置を「全閉位置」という。

【００２４】またアーマチャ２４が開弁用電磁石３３と
当接する状態では、弁体２１はバルブシート１３から最
も離間された状態となって、電磁駆動弁２０は全開状態
となる。このときの弁体２１のリフト位置を「全開位
置」という。

【００２５】一方、シリンダヘッド１０において、バル
ブガイド１４とアーマチャガイド１５との間には、円筒
形状の空間となったシリンダ４２が形成されている。ま
た弁軸２２の上部には、略円板状のピストン４３が固定
されており、アーマチャ軸２３の下部には、同じく略円
板状のピストン４４が固定されている。これらピストン
４３及びピストン４４は、シリンダ４２の側壁に摺接し
つつ、弁軸２２及びアーマチャ軸２３の軸方向に往復動
可能に配設されている。

【００２６】シリンダ４２の内部は、それらピストン４
３及びピストン４４によって、３つの空間４５，４６，
４７に区画されている。このうち、ピストン４３とピス
トン４４との間に形成される中央の空間４６は、連通路
４８を通じて外気開放されている。

【００２７】またシリンダ４２内において、その下端に
設けられたバルブガイド１４と弁軸２２の上部に固定さ
れたピストン４３との間に形成される空間４５は、圧縮
空気が導入される圧力室となっている。弁体２１は、こ
の圧力室４５内の空気圧（より正確には圧力室４７内の
空気圧と大気圧との差圧）によって、ピストン４３及び
弁軸２２を介してその閉弁側（図１の上方）に向けて付
勢されている。したがって、この電磁駆動弁２０では、
ピストン４３、圧力室４５、及びシリンダ４２によっ
て、弁体２１を閉弁側変位端に向けて付勢する閉弁側空
気圧ばね４０が構成されている。

【００２８】更にシリンダ４２内において、その上端に
設けられたアーマチャガイド１５とアーマチャ軸２３の
下部に固定されたピストン４４との間に形成される空間
４７は、同様に、圧縮空気が導入される圧力室となって
いる。弁体２１は、この圧力室４７内の空気圧（より正
確には圧力室４７内の空気圧と大気圧との差圧）によっ
て、ピストン４４及びアーマチャ軸２３等を介してその
開弁側（図１の下方）に向けて付勢されている。したが
って、この電磁駆動弁２０では、ピストン４４、圧力室
４７、及びシリンダ４２によって、弁体２１を開弁側変
位端に向けて付勢する開弁側空気圧ばね４１が構成され
ている。

【００２９】さて、この電磁駆動弁２０では、通常の開
閉駆動時には、閉弁側空気圧ばね４０の圧力室４５及び
開弁側空気圧ばね４１の圧力室４７に同量の圧縮空気を
充填させることで、両空気圧ばね４０，４１のばね力の
バランスを保つようにしている。そのため、電磁石３
２，３３が電磁力を発生していなければ、図３（ｂ）に
示すように、弁軸２２及びアーマチャ軸２３と共に変位
する弁体２１は、両空気圧ばね４０，４１のばね力が釣
り合う位置に位置される。すなわち、両圧力室４５，４
７が同容積となり、それらの内部の空気圧が同じとなっ
て、閉弁側空気圧ばね４０のばね力と開弁側空気圧ばね
４１のばね力とが同じとなるリフト位置に、弁体２１が
位置される。

【００３０】なお、このように両空気圧ばね４０，４１
のばね力が釣り合う弁体２１のリフト位置を「中立位
置」という。また、その中立位置での各圧力室４５，４
７の空気圧の設定値Ｐｎを「設定中立圧」という。ちな
みに図１は、弁体２１がこの中立位置にあるときの電磁
駆動弁２０の状態が示されている。

【００３１】図３（ａ）は全開位置での両空気圧ばね４
０，４１の状態を、図３（ｃ）は全閉位置での両空気圧
ばね４０，４１の状態をそれぞれ示している。これらの
図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、中立位置から弁
体２１を変位させると、ピストン４３，ピストン４４が
シリンダ４２内で変位する。そしてそれに応じて各空気
圧ばね４０，４１の圧力室４５，４７の容積が変化し
て、その内部の空気圧が変化する。

【００３２】図４に、そうした弁体２１のリフト位置に
応じた圧力室４５，４７内の空気圧の変化態様を示す。
閉弁側空気圧ばね４０の圧力室４５の容積は、全開位置
で最小となり、全閉位置で最大となる。そのため、同図
４に示されるように、同圧力室４５内の空気圧は、全閉
位置での最小となり、リフト位置が開弁側に向かうにつ
れて増大し、全開位置で最大となる。一方、開弁側空気
圧ばね４１の圧力室４７の容積は、圧力室４５とは逆
に、全開位置で最大となり、全閉位置で最小となる。そ
のため、同圧力室４７内の空気圧は、全開位置での最小
となり、リフト位置が閉弁側に向かうにつれて増大し、
全閉位置で最大となる。

【００３３】したがって、中立位置よりも閉弁側のリフ
ト位置では、弁体２１は、両空気圧ばね４０，４１のば
ね力の合力により、開弁側に向けて付勢される。また、
中立位置よりも開弁側のリフト位置では、弁体２１は、
両空気圧ばね４０，４１のばね力の合力により、閉弁側
に向けて付勢される。

【００３４】なお、ここでは中立位置での各圧力室４
５，４７の空気圧が上記設定中立圧Ｐｎとなっていると
きの、弁体２１の変位に応じた各圧力室４５，４７の空
気圧変化の最小値Ｐ１を「設定圧最小値」という。また
そうした空気圧変化の最大値Ｐ２を「設定圧最大値」と
いう。設定圧最小値Ｐ１は、大気圧Ｐ０よりは十分に高
い圧力となっている。

【００３５】次に図２を参照して、閉弁側空気圧ばね４
０及び開弁側空気圧ばね４１の圧力室４５，４７内の空
気圧を調整するための空気圧回路の構成を説明する。同
図２に示されるエアポンプ６０は、車載バッテリからの
電力供給により駆動されて外部から取り込んだ空気を加
圧して吐出する電動式のエアポンプとして構成されてお
り、その動力源となるモータ６０ａを備えている。

【００３６】エアポンプ６０により加圧された圧縮空気
は、リザーバタンク６１に蓄えられるようになってい
る。リザーバタンク６１には、図示しないレギュレータ
が設けられ、その内部に蓄圧される圧縮空気の圧力が一
定の圧力以下に保持されるようになっている。また、リ
ザーバタンク６１に蓄えられた圧縮空気の圧力は、圧力
センサ５４により検出されるようになっている。

【００３７】リザーバタンク６１は、給気通路６２を通
じて、閉弁側空気圧ばね４０の圧力室４５に連結されて
いる。またリザーバタンク６１は、給気通路６３を通じ
て、開弁側空気圧ばね４１の圧力室４７に連結されてい
る。給気通路６２及び給気通路６３の途中には、そのリ
ザーバタンク６１側より、制御弁６４，６５、逆止弁６
６，６７がそれぞれ設けられている。

【００３８】制御弁６４，６５は、リザーバタンク６１
から圧力室４５，４７に送られる圧縮空気の流量を調整
する流量制御弁、あるいはその圧縮空気の圧力を調整す
る圧力制御弁として構成されている。また逆止弁６６，
６７は、圧力室４５，４７内の空気圧が、給気通路６
２，６３の同弁６６，６７より上流側の圧力よりも低く
なったときに開弁し、圧力室４５，４７内に圧縮空気を
補充させるように構成されている。

【００３９】更に閉弁側空気圧ばね４０の圧力室４５及
び開弁側空気圧ばね４１の圧力室４７には、途中にリリ
ーフ弁６８，６９の設けられた排気路７０，７１がそれ
ぞれ連結されている。それら排気路７０，７１の先端
は、外気開放されている。リリーフ弁６８，６９は、圧
力室４５，４７内の空気圧が所定圧以上となったときに
開弁し、圧力室４５，４７内から余分な圧縮空気を排出
させる常閉式の圧力作動弁として機能するように構成さ
れている。

【００４０】こうした本実施形態では、電磁駆動弁２０
の開閉駆動時には、以下の態様で空気圧ばね４０，４１
の空気圧が調整されるようになっている。本実施形態で
は、機関運転中、リザーバタンク６１内に蓄えられた圧
縮空気の圧力は、上記設定圧最小値Ｐ１に調圧されるよ
うになっている。そして、制御弁６４，６５を通じて、
その設定圧最小値Ｐ１の圧縮空気が、給気通路６２，６
３の圧力室４５，４７側に送られている。またリリーフ
弁６８，６９は、圧力室４５，４７の空気圧が上記設定
圧最大値Ｐ２を上回ったときに開弁するように設定され
ている。

【００４１】各圧力室４５，４７内の圧縮空気の充填量
が不足しているときには、容積が最大となったときの圧
力室４５，４７の空気圧が上記設定圧最小値Ｐ１を下回
るようになる。そのため、逆止弁６６，６７が開弁して
圧力室４５，４７内に圧縮空気が補充される。

【００４２】また各圧力室４５，４７内の過剰な圧縮空
気が充填されているときには、容積が最小となったとき
の圧力室４５，４７の空気圧は、上記設定圧最大値Ｐ２
を上回るようになる。このときにはリリーフ弁６８，６
９が開弁し、圧力室４５，４７から余分な圧縮空気が排
出される。

【００４３】こうして本実施形態では、各圧力室４５，
４７内に常に設定量の圧縮空気が充填されているよう
に、自律的に圧力調整が行われるようになっている。続
いて、電磁駆動弁２０の制御系の構成を、同図２を参照
して説明する。この電磁駆動弁２０の制御系は、内燃機
関の各種制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）５０を中心
として構成されている。

【００４４】ＥＣＵ５０には、例えばクランク角センサ
信号やアクセル開度センサ信号など、機関運転状況を検
出する各種センサ類の検出信号が入力されるようになっ
ている。本実施形態では、そうした検出信号として、ア
ーマチャ２４の変位量を検出する変位量センサ５３など
の検出信号も、ＥＣＵ５０の入力ポートに入力されてい
る。

【００４５】ＥＣＵ５０は、上記各センサ類の検出信号
に基づいて把握される機関運転状況に基づいて、電磁駆
動弁２０の両電磁石３２，３３への通電にかかる制御信
号を生成し、その制御信号を電磁石駆動回路５１に出力
する。電磁石駆動回路５１は、その制御信号を増幅して
電磁コイル駆動電流を生成し、各電磁石３２，３３への
通電を行う。

【００４６】またＥＣＵ５０は、各空気圧ばね４０，４
１の空気圧を調整するため、制御弁駆動回路５２を介し
て制御弁６４，６５の駆動制御を行っている。一方、こ
の電磁駆動弁２０の制御系には、エアポンプ６０の駆動
にかかるモータ６０ａへの通電制御を行うポンプ制御部
５６が設けられている。このポンプ制御部５６は、ＥＣ
Ｕ５０とは独立した制御ユニットとして構成されてい
る。ポンプ制御部５６には、上記圧力センサ５４、及び
運転席側ドアの開閉を検知するドア開きセンサ５５の検
出信号が入力されるようになっている。ポンプ制御部５
６は、機関運転中には、圧力センサ５４の検出結果等に
応じて、リザーバタンク６１内に十分な圧縮空気が蓄圧
された状態を保持するように、必要に応じてモータ６０
ａに通電して、エアポンプ６０を駆動させている。

【００４７】なお、本実施形態では、ポンプ制御部５６
には、機関停止中（イグニッションスイッチがオフ）に
も電力が供給されており、機関停止中にもエアポンプ６
０の駆動が可能となっている。

【００４８】以上のように構成された本実施形態では、
電磁駆動弁２０の開閉駆動は、次のようなＥＣＵ５０に
よる電磁石駆動回路５１を介した電磁石３２，３３への
通電制御を通じて行われている。

【００４９】弁体２１が全閉位置にあり、アーマチャ２
４が閉弁用電磁石３２に当接した状態では、上述のよう
に弁体２１は、両空気圧ばね４０，４１のばね力の合力
によって開弁側に付勢されている。こうした全閉位置で
の弁体２１の保持は、閉弁用電磁石３２に保持電流を供
給し、それにより発生する電磁力によってアーマチャ２
４を閉弁用電磁石３２に吸着保持することで行われる。
このとき閉弁用電磁石３２に供給される保持電流の大き
さは、上記両空気圧ばね４０，４１のばね力の合力に抗
して、アーマチャ２４を閉弁用電磁石３２に吸着された
状態が保持されるように設定されている。

【００５０】次に、全閉位置に保持された状態から弁体
２１を全開位置に向けて開駆動する際には、まず上記閉
弁用電磁石３２への保持電流の供給を停止する。これに
より、アーマチャ２４が閉弁用電磁石３２から開放され
て、開弁側に向けて作用する上記両空気圧ばね４０，４
１の合力により、弁体２１が全閉位置から開弁側に向か
って変位し始める。

【００５１】その後、弁体２１の開弁側への変位に応
じ、その弁体２１を開弁側に付勢する上記空気圧ばね４
０，４１のばね力の合力は小さくなっていき、弁体２１
が中立位置よりも開弁側に変位すると、そのばね力の合
力は弁体２１を閉弁側に引き戻す方向に作用するように
なる。ただし、弁体２１は、ある程度までは、自身の慣
性により、そうしたばね力の合力に抗して更に開弁側に
変位し続ける。

【００５２】そして、弁体２１が所定の位置に達する
と、開弁用電磁石３３に引付電流が供給される。この引
付電流の供給により生じた電磁力によって、アーマチャ
２４は開弁用電磁石３３に向けて吸引される。これによ
り、弁体２１は、自身の慣性及び開弁用電磁石３３の電
磁力によって、上記空気圧ばね４０，４１のばね力の合
力に抗して開弁側に変位し続ける。なお、このときの引
付電流の大きさは、アーマチャ２４を開弁用電磁石３３
に確実に吸着させられるように、例えば上記変位量セン
サ５３により検出される弁体２１のリフト位置等に応じ
て設定されている。

【００５３】こうしてアーマチャ２４が開弁用電磁石３
３と当接する位置まで変位して、弁体２１が全開位置に
達すると、同開弁用電磁石３３に保持電流を供給し、ア
ーマチャ２４を同電磁石３３に吸着保持させている。

【００５４】全開位置に保持された状態から弁体２１を
再び全閉位置に向けて閉駆動する場合も、上述の全閉位
置から全開位置まで弁体２１の開駆動と同様にして、閉
弁用電磁石３２及び開弁用電磁石３３の通電制御が行わ
れる。すなわち、開弁用電磁石３３への保持電流の供給
を停止することで、弁体２１の閉弁側への変位を開始
し、閉弁用電磁石３２に引付電流を供給することで、ア
ーマチャ２４を同閉弁用電磁石３２に吸着させている。

【００５５】このように本実施形態では、以上の通電制
御に応じて発生される電磁石３２，３３による電磁力
と、空気圧ばね４０，４１によるばね力との協働によ
り、弁体２１を開閉駆動させている。

【００５６】こうした電磁駆動弁２０では、内燃機関の
停止後には、電磁石３２，３３への通電も停止され、ア
ーマチャ２４に電磁力が作用されなくなることから、弁
体２１は、両空気圧ばね４０，４１によるばね力の釣り
合う中立位置に保持される。

【００５７】また内燃機関が停止されると、エアポンプ
６０の駆動が停止されてリザーバタンク６１への空気供
給が行われなくなる。一方、各空気圧ばね４０，４１の
圧力室４５，４７やリザーバタンク６１からは、常に少
しずつ空気が漏れだしている。そのため、内燃機関を停
止した状態で長時間放置しておけば、空気圧ばね４０，
４１の圧力室４５，４７やリザーバタンク６１から空気
が抜けて、電磁駆動弁２０の開閉駆動に必要な各空気圧
ばね４０，４１の空気圧が不足した状態となることがあ
る。

【００５８】このように各空気圧ばね４０，４１の空気
圧が低下した状態で機関始動する場合には、その機関始
動の操作と共に直ちにエアポンプ６０の駆動を開始した
としても、リザーバタンク６１や圧力室４５，４７内の
空気圧を十分に高めるには、ある程度の時間が必要とな
る。そのため、電磁駆動弁２０の開閉駆動を開始可能と
なるまでに時間がかかり、上述したような機関始動の遅
延が生じることとなる。

【００５９】そこで本実施形態では、ポンプ制御部５６
は、内燃機関の停止時、すなわちイグニッションスイッ
チのオフ時においても、次のような条件でエアポンプ６
０を駆動させるように制御を行うことで、そうした空気
圧不足に起因する機関始動の遅延を抑制するようにして
いる。

【００６０】すなわち、ポンプ制御部５６は、機関停止
中においても、図２に示されるように、運転席側ドアが
開かれたことが検知され、且つそのときに空気圧ばね４
０，４１の空気圧不足が検知されていることを条件に、
エアポンプ６１を作動させるようにしている。

【００６１】運転席側ドアが開かれたことは、上述した
ドア開きセンサ５５の検出結果より検知されている。そ
して、その検知に応じて、車両への運転者の搭乗が検知
されている。

【００６２】また、空気圧ばね４０，４１の空気圧不足
は、圧力センサ５４の検出結果に基づいて検知されてい
る。詳しくは、ポンプ制御部５６は、圧力センサ５４に
より検出されるリザーバタンク６１内の空気圧が予め設
定された判定値よりも低いことが検出されていること
で、空気圧ばね４０，４１の空気圧の不足を検知してい
る。この判定値は、電磁駆動弁２０を適正に駆動できな
い程度に空気圧が低下した状態となったときの中立位置
での各圧力室４５，４７の圧力がその値として設定され
ている。そのため、リザーバタンク６１内の空気圧がこ
の判定値よりも低い場合には、そのリザーバタンク６１
から圧力室４５，４７に空気供給を行っても、電磁駆動
弁２０を適正に駆動できるまでに、空気圧ばね４０，４
１の空気圧を高めることができない状態となっている。

【００６３】こうした本実施形態では、内燃機関を停止
した状態に長時間放置したときのように空気圧ばね４
０，４１の空気圧が不足した状態となっているときに
は、機関始動の操作に先立って、運転者の搭乗が検知さ
れた時点でエアポンプ６０が駆動され、リザーバタンク
６１への空気供給が開始される。これにより本実施形態
では、運転者が搭乗後に機関始動の操作を行うときまで
に、低下したリザーバタンク６１や各空気圧ばね４０，
４１の空気圧が予め高められるようになっている。

【００６４】一方、車両に搭乗した運転者が機関始動の
操作を行うと、スタータモータが駆動されて内燃機関の
クランクシャフトが回転される。これと共に電磁駆動弁
２０では、機関停止中に中立位置に保持されていた弁体
２１を全開位置、あるいは全閉位置に移動させるための
初期駆動が行われる。

【００６５】次に、電磁駆動弁２０の初期駆動にかかる
制御について、図５を参照して説明する。初期駆動が開
始されると、ＥＣＵ５０は、まず閉弁用電磁石３２及び
開弁用電磁石３３のいずれか一方に引付電流を供給さ
せ、弁体２１を開弁側又は閉弁側に変位させる。同図５
の例では、ここで閉弁用電磁石３２に引付電流を供給さ
せており、弁体２１を閉弁側に変位させている。ただ
し、このときのアーマチャ２４と閉弁用電磁石３２との
距離が大きく、引付電流の供給に応じてそれらの間に作
用する電磁力は小さい。そのため、このときの弁体２１
は、中立位置から閉弁側にある程度変位した時点で、両
空気圧ばね４０，４１のばね力に抗しきれずに停止して
しまう。

【００６６】そうした弁体２１の停止が上記変位量セン
サ５３の検出結果より確認されると、ＥＣＵ５０は、閉
弁用電磁石３２への引付電流の供給を停止させるととも
に、開弁用電磁石３３への引付電流の供給を開始させ
て、今度は弁体２１を開弁側に向けて変位させる。この
ときの開弁側への変位は、弁体２１が両空気圧ばね４
０，４１により開弁側に向けて付勢された状態より開始
されるため、先の閉弁側への変位時に比して、弁体２１
を中立位置からより大きく変位させることができる。

【００６７】そして、弁体２１の開弁側への変位の停止
が確認されれば、ＥＣＵ５０は、開弁用電磁石３３への
引付電流の供給を停止させるとともに、閉弁用電磁石３
２への引付電流の供給を開始させて、弁体２１を閉弁側
に変位させる。

【００６８】以後、ＥＣＵ５０は、閉弁用電磁石３２及
び開弁用電磁石３３に対して交互に引付電流を供給させ
て、中立位置を中心として弁体２１を揺動させる。こう
した揺動とともに、その揺動振幅を徐々に拡大させてい
き、最終的に弁体２１を全閉位置又は全開位置まで到達
させるようにしている。弁体２１が全開位置又は全閉位
置に到達すると、ＥＣＵ５０は、保持電流を供給させ
て、閉弁用電磁石３２又は開弁用電磁石３３にアーマチ
ャ２４を吸着保持させる。以上により、弁体２１が全閉
位置又は全開位置に保持されて、初期駆動の制御が完了
される。

【００６９】こうして初期駆動が完了し、電磁駆動弁２
０の通常の開閉駆動を開始する準備が整えられると、Ｅ
ＣＵ５０は、内燃機関の回転と同期した電磁駆動弁２０
の開閉駆動制御を開始する。そしてその後、ＥＣＵ５０
は、燃料供給及び燃料の点火を開始して、内燃機関を始
動させている。

【００７０】ところで、この電磁駆動弁２０では、上述
したように、弁体２１の変位に応じた各圧力室４５，４
７の容積の拡大に応じて、不足した圧縮空気が補充され
るようになっている。例えば、弁体２１を中立位置から
開弁側に変位させると、開弁側空気圧ばね４１の圧力室
４７の容積が拡大されて同圧力室４７に圧縮空気が補充
される。また、弁体２１を中立位置から閉弁側に変位さ
せると、閉弁側空気圧ばね４０の圧力室４５の容積が拡
大されて同圧力室４５に圧縮空気が補充される。そし
て、リザーバタンク６１からの空気供給が十分に行われ
ている状態で、弁体２１が全開位置及び全閉位置に少な
くとも各一度ずつ変位することで、始めて、両圧力室４
５，４７に、規定量の圧縮空気がそれぞれ充填されるよ
うになっている。

【００７１】そのため、空気圧ばね４０，４１の空気圧
が低下した状態からの機関始動時には、上記初期駆動等
における弁体２１の変位に応じて、各圧力室４５，４７
への圧縮空気の補充量に偏りが生じることがある。そし
て、その偏りによって、両空気圧ばね４０，４１のばね
力が不均衡となり、電磁駆動弁２０を正常に駆動するこ
とができなくなるおそれがある。

【００７２】そこで本実施形態では、機関始動時におい
て、各空気圧ばね４０，４１への空気供給を、次の態様
で制御することで、そうしたばね力の不均衡の発生を抑
制している。

【００７３】同図５に示されるように、本実施形態で
は、初期駆動が開始されるまでの期間には、各圧力室４
５，４７への空気供給を行っている。このとき、弁体２
１は中立位置に保持されており、各圧力室４５，４７の
容積が同じであるため、両圧力室４５，４７の空気圧は
均等に保たれる。

【００７４】その後、電磁駆動弁２０の初期駆動が開始
されると、ＥＣＵ５０は、制御弁６４，６５を閉弁さ
せ、各空気圧ばね４０，４１への空気供給を一旦停止さ
せている。そして、空気供給を停止した状態のまま、電
磁駆動弁２０の初期駆動が行われる。そのため、両空気
圧ばね４０，４１のばね力のバランスが良好に保持され
た状態で、初期駆動を行うことができる。

【００７５】そして初期駆動が完了し、電磁駆動弁２０
の通常の開閉駆動が開始された後、ＥＣＵ５０は、各空
気圧ばね４０，４１への空気供給を再開するようにして
いる。この空気供給の再開に際して、ＥＣＵ５０は、閉
弁された制御弁６４，６５を徐々に開弁させて、空気供
給圧を除増させながら設定圧Ｐ１に戻している。そのた
め、弁体２１の開閉に伴う各圧力室４５，４７の容積の
拡大に応じて一方の圧力室のみに多量の圧縮空気が充填
されることが回避され、上述のばね力の不均衡化が抑制
される。

【００７６】上記実施形態によれば、以下の効果を奏す
ることができる。 （１） 本実施形態では、ポンプ制御部５６は、車両へ
の運転者の搭乗が検知されたときに、機関始動の操作に
先立ってエアポンプ６０を作動させ、電磁駆動弁２０の
空気圧ばね４０，４１への空気供給を開始するようにし
ている。したがって、空気圧ばね４０，４１の空気圧不
足に起因する機関始動の遅延を抑えることができる。

【００７７】（２） 本実施形態では、ポンプ制御部５
６は、車両への運転者の搭乗が検知されたときに、更に
圧力センサ５４の検出結果によって空気圧ばね４０，４
１の空気圧不足が検知されたときに限り、上記エアポン
プ６０を作動させて機関始動の操作に先立った空気供給
を開始している。すなわち、車両への運転者の搭乗が検
知されたとしても、空気圧ばね４０，４１の空気圧不足
が生じていなければ、機関始動の操作に先立ったエアポ
ンプ６０の作動を行わないようにしている。そのため、
不必要なエアポンプ６０の作動を防止することができ
る。

【００７８】（３） 本実施形態では、ポンプ制御部５
６は、運転席側ドアが開かれたことがドア開きセンサ５
５によって検出されたことで、上記車両への運転者の搭
乗を検知するようにしている。そのため、車両への運転
者の搭乗を的確に検知することができる。

【００７９】（４） 本実施形態では、機関始動時の電
磁駆動弁２０の初期駆動に際し、空気圧ばね４０，４１
への空気供給を一旦停止し、その後、空気供給圧を零か
ら設定圧Ｐ１に徐々に高めながら空気供給を再開するよ
うにしている。そのため、空気圧ばね４０，４１のばね
力の不均衡化を抑制して、電磁駆動弁２０を好適に開閉
駆動させることができる。

【００８０】以上説明した実施形態は次のように変更す
ることもできる。 ・ 上記実施形態では、運転者の搭乗が検知されること
に応じて、エアポンプ６０を作動させるようにしてい
る。そしてそうした車両への運転者の搭乗を、車両の運
転席側ドアが開かれたことの検出に応じて、検知するよ
うにしている。そうした車両への運転者の搭乗を、車両
の運転席のシートに荷重がかかったことの検出により、
検知するようにしても良い。図６には、そうした車両の
運転席シートに荷重がかかったことの検出構成の一例が
示されている。同図６の構成例では、運転席シート内に
荷重センサを配設し、運転席シートへの運転者の着座を
検出するようにしている。

【００８１】・ また、そうした運転者搭乗の検知に関
して、ドアロックの解除の検出等、上記以外の手段によ
り検知するようにしても良い。いずれにせよ、運転者の
搭乗が検知されたときにエアポンプ６０を作動させ、機
関始動の操作に先立って空気圧ばね４０，４１の空気圧
を高めるようにすれば、機関始動時までに空気圧の不足
分を補充することが可能となる。そして、空気圧の不足
に起因する機関始動時間の遅延を好適に抑制することが
できる。

【００８２】・ 上記実施形態では、電磁駆動弁２０の
空気圧ばね４０，４１の空気圧不足を、リザーバタンク
６１内の空気圧に基づいて検出するようにしているが、
空気圧ばね４０，４１の圧力室４５，４７内の空気圧を
検出するセンサを設け、その検出結果に基づいて検出す
るようにしても良い。

【００８３】・ 上記実施形態では、車両への運転者の
搭乗が検知されたとき、更に空気圧ばね４０，４１の空
気圧不足が検出されていることを条件として、エアポン
プ６０を作動させている。これを、空気圧不足の検出結
果に依らず、車両への運転者の搭乗が検知されたときに
エアポンプ６０を作動させるようにしても良い。この場
合、空気圧不足の有無に関わらず、車両への運転者の搭
乗が検知されれば、エアポンプ６０が作動されるように
なるが、機関始動の操作に先立って各空気圧ばね４０，
４１に空気供給を行うことができるため、空気圧の不足
に起因する機関始動時間の遅延を好適に抑制することは
できる。

【００８４】・ 上記実施形態では、電磁駆動弁２０の
初期駆動の開始時に、各空気圧ばね４０，４１への空気
供給を一旦停止し、その後に供給空気圧を徐々に増加さ
せながら空気供給を再開する制御を行うことで、両空気
圧ばね４０，４１のばね力の不均衡を抑制している。そ
うした空気供給の制御を実施しなくても、上記車両への
運転者搭乗に応じてエアポンプ６０を作動させるポンプ
制御を行えば、空気圧の不足に起因する機関始動時間の
遅延を好適に抑制することができる。なお、こうした空
気供給の制御は、上記ポンプ制御を実施しない構成にお
いても適用することができ、その空気圧ばねの不均衡を
抑制して電磁駆動弁の作動性を向上することができる。
ちなみに、この空気供給の制御は、車載された内燃機関
の吸気弁又は排気弁として機能する弁体を開閉駆動する
電磁駆動弁に限らず、任意の電磁駆動弁について適用す
ることができる。

【００８５】・ 上記実施形態では、圧縮空気の圧力に
よりばね力を発生する空気圧ばねを採用する電磁駆動弁
を例に説明したが、ばね力の発生源として空気以外の任
意のガスを用いた構成においても、本発明にかかる制御
装置を適用してそのガス圧の不足に起因する機関始動時
間の遅延を抑えることができる。

【００８６】以上の各実施形態から把握される技術的思
想を以下に記載する。 （イ） 電磁石による電磁力とばねによるばね力との協
働によって弁体を開閉駆動するとともに、圧力室内に供
給されたガス圧によりピストンを介して前記弁体をその
開弁側及び閉弁側にそれぞれ付勢する一対のガス圧ばね
を前記ばねとして用いた電磁駆動弁の制御装置におい
て、前記弁体の駆動を開始するときに前記圧力室へのガ
ス圧の供給を停止するとともに、前記弁体の駆動開始後
にガス圧を徐々に高めながら前記圧力室へのガス圧の供
給を再開するガス圧供給制御手段を備えることを特徴と
する電磁駆動弁の制御装置。この構成によれば、両ガス
圧ばねのばね力の不均衡を抑制して電磁駆動弁の作動性
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態についてその電磁駆動弁
の断面図。

【図２】 同実施形態の全体構造示す模式図。

【図３】 開閉駆動時の空気圧ばねの動作態様を示す模
式図。

【図４】 リフト位置と空気圧ばねの空気圧との関係を
示すグラフ。

【図５】 機関始動時の制御態様例を示すタイムチャー
ト。

【図６】 本発明の他の実施形態での運転者搭乗の検出
態様を示す模式図。

【符号の説明】

２０…電磁駆動弁、２１…弁体、２２…弁軸、２３…ア
ーマチャ軸、２４…アーマチャ、３０…電磁駆動部、３
２…閉弁用電磁石、３３…開弁用電磁石、４０…閉弁側
空気圧ばね、４１…開弁側空気圧ばね、４２…シリン
ダ、４３，４４…ピストン、４６…圧力室、４７…圧力
室、５０…電子制御装置（ＥＣＵ）、５４…圧力センサ
（ガス圧不足検知手段）、５５…ドア開きセンサ（搭乗
検知手段）、５６…ポンプ制御部（ポンプ制御手段）、
６０…エアポンプ、６０ａ…モータ、６１…リザーバタ
ンク、６４，６５…制御弁。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 45/00 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１０Ｚ (72)発明者 中村 喜代治 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 櫻木 武 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G018 AB09 CA09 CA11 CA19 DA57 EA01 EA21 EA22 EA33 FA01 FA06 FA07 GA11 3G084 BA23 BA35 CA01 DA09 EC01 EC03 FA00 FA36 3G092 AA11 DA01 DA02 DA07 DF04 DF05 DG06 DG09 FA31 HF19Z HG00Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁石と、ポンプにより加圧されたガス
   の供給される圧力室を有するガス圧ばねとを備え、車載
   された内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体
   を、前記電磁石による電磁力と前記ガス圧ばねによるば
   ね力との協働によって開閉駆動する電磁駆動弁の制御装
   置において、 車両への運転者の搭乗を検知する搭乗検知手段と、 その搭乗検知手段によって前記車両への運転者の搭乗が
   検知されたときに前記ポンプを作動させて、機関始動の
   操作に先立って前記圧力室のガス圧を高めるポンプ制御
   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。
2. 【請求項２】 前記搭乗検知手段は、前記車両の運転席
   側のドアが開かれたことを検出することで、前記車両へ
   の運転者の搭乗を検知するものである請求項１に記載の
   電磁駆動弁の制御装置。
3. 【請求項３】 前記搭乗検知手段は、前記車両の運転席
   のシートに荷重がかかったことを検出することで、前記
   車両への運転者の搭乗を検知するものである請求項１に
   記載の電磁駆動弁の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の電磁駆
   動弁の制御装置において、 前記ガス圧ばねのガス圧不足を検知するガス圧不足検知
   手段を更に備え、 前記ポンプ制御手段は、前記車両への運転者の搭乗が検
   知されたときに、更に前記ガス圧不足検知手段によりガ
   ス圧不足が検知されていることを条件に前記ポンプを作
   動させることを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。