JP2010103351A - 電磁ソレノイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイド通電時における消費電力の低減化を図りつつ、通電から非通電への切り替え時に生じる応答の遅れを低減する。
【解決手段】固定部材とソレノイドとソレノイドの通電による励磁により軸方向に変位する可動部材とを有するソレノイド装置において、励磁下における可動部材と固定部材との対向面間の間隔を変化させる間隔調節手段を配置する。ここで、例えば、電磁ソレノイドの状態に応じて、間隔が基準間隔の状態でソレノイドを通電から非通電の状態に切り替えた際の、可動鉄心の変位動作の遅れを応答遅れとして算出する。この応答遅れが、制御において許容される遅れよりも大きい場合に、間隔調節手段によって調節される間隔を、基準間隔よりも大きくなるように制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電磁ソレノイド装置に関する。更に具体的には、ソレノイドへの通電による励磁により、可動部材の位置が軸方向に変位する電磁ソレノイド装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、可変動弁機構により吸・排気バルブの位相、作用角、リフト量といった開閉特性を変化させたり、吸・排気バルブを閉じた状態に固定することで気筒を停止させたりする技術が開示されている。具体的に、特許文献１においては、高速用カムと低速用カムとが設けられ、連係切替機構によって高速用カムによる開閉特性と低速用カムによる開閉特性とが切り替えられる。この切り替えは、連係切替機構に設けられた電磁駆動部への通電/非通電を制御して、この電磁駆動部に取り付けられた電磁石と共に切り替え用のレバーを移動させることで実行される。

特開２００５−９０２４１号公報 特開平１０−２８９８１９号公報

ところで、このような電磁駆動部として用いられる電磁ソレノイド装置において、電磁石のような可動部を通電状態で保持する場合の消費電力を低減するため、可動部とこの可動部が引き付けられる固定部とが接触した状態で保持されるような構造としているものがある。しかしながら、このような構造の場合、通電状態での保持電力は低くすることができるものの、通電状態から非通電状態に切り替える際、残留磁場や残留電荷の影響が大きくなるため、電流を遮断しても可動部が直ぐには移動しない場合がある。このような場合、切り替えの制御に遅れが生じることとなる。

この発明は、上記課題を解決することを目的として、通電時における消費電力の低減化を図りつつ、通電から非通電への切り替え時に生じる応答の遅れが低減されるよう改良した電磁ソレノイド装置を提供するものである。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、電磁ソレノイド装置であって、
固定部材と、
ソレノイドと、
前記ソレノイドの通電による励磁により軸方向に変位する可動部材と、
励磁下における前記可動部材と前記固定部材との対向面間の間隔を変化させる間隔調節手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記電磁ソレノイドの状態に応じて、前記間隔が基準間隔の状態で前記ソレノイドを通電から非通電の状態に切り替えた際の、前記可動鉄心の変位動作の遅れを応答遅れとして算出する応答遅れ算出手段と、
前記応答遅れが、制御において許容される遅れよりも大きいか否かを判別する応答性判別手段と、
前記応答遅れが、前記許容される遅れよりも大きいと判別された場合に、前記間隔調節手段によって調節される前記間隔が、前記基準間隔よりも大きくなるように制御する間隔制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、内燃機関の吸気バルブ及び/又は排気バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構に設置されて、前記ソレノイドへの通電、非通電の切り替えにより前記可動部材が軸方向に変位することで、該開弁特性の変更を制御し、
該内燃機関の運転状態に応じて、前記許容される遅れ量を算出する許容遅れ算出手段と、
を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、
前記間隔調節手段は、前記可動部材から突出した突出部と、
前記固定部材に形成され、前記突出部が挿入される係合穴と、
前記係合穴に油圧を供給する油圧供給経路と、
前記係合穴に供給される油圧を制御する油圧制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、可動部材と固定部材との、励磁下における間隔の大きさを変化させることができる。例えば、励磁状態で可動部材と固定部材とを保持する場合、可動部材と固定部材との間隔はゼロ（あるいはゼロに近い値）、即ち、両者は接触している状態（あるいはそれに近い状態）とすることにより消費電力を低減することができる。一方、このように両者を接触した状態で保持していると、通電から非通電に切り替えた際に、可動部材の移動が残留磁場や残留電荷等の影響で遅れる場合がある。この点、この発明の電磁ソレノイド装置によれば、可動部材と固定部材との間隔を変化させることができる。従って、例えば、この電磁ソレノイド装置が用いられる制御において、より早い応答性が要求される場合には、可動部材と固定部材との間隔を大きく取って早い応答性を確保し、一方、早い応答性が要求されない場合には、この間隔を小さくすることで消費電力の低減を図ることができる。

第２の発明によれば、可動部材と固定部材との間隔が基準間隔である状態で通電から非通電に切り替えた場合の応答遅れと、制御において許容される許容遅れとを比較して、許容遅れより大きくなると判断される場合に、可動部材と固定部材との間隔を大きく確保することができる。従って、必要な場合に、確実に早い応答性を担保することができる。

第３の発明によれば、電磁ソレノイド装置を、内燃機関の開弁特性を変化させる可変動弁機構に用いて、内燃機関の運転状態に応じて、可動部材と固定部材との間隔を制御することができる。従って、より早い応答性が要求される運転状態においては間隔を大きく取っておくことで、早い応答性を確保することができ、応答遅れが許容される運転状態では、間隔を小さく取ることで効果的に励磁下における保持電力を低減することができる。

第４の発明によれば、係合穴に供給される油圧を制御することで、突出部の係合穴への挿入量を調節することができる。従って、容易に可動部材と固定部材との間隔を調節することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態の電磁ソレノイドシステムの構成を説明するための図である。図１に示す電磁ソレノイド装置２は、内燃機関に設置された可変動弁機構（図示せず）に用いられている。この可変動弁機構は、低速用カムと高速用カムを有し、低速用カムに対して設置されたメインロッカーアームと、高速カム用に対して設置されたサブロッカーアームとの連結状態/非連結状態を切り替えることで、低速用カムに従ったバルブの駆動と、あるいは低速用カムに従ったバルブの駆動とに切り替える。この実施の形態において図１に示す電磁ソレノイド装置２は、この連結状態と非連結状態とを切り替える機構を作動させるアクチュエータとして用いられている。

図１に示す電磁ソレノイド装置２は、固定鉄心１０（固定部材）と、固定鉄心１０に対向して軸方向（図１のＡ―Ａ線方向）に移動可能に配置された可動鉄心１２（可動部材）とを有している。可動鉄心１２周囲には、ソレノイドコイル１４（ソレノイド）が設置されている。ソレノイドコイル１４には図示しない回路により外部からの電流が供給される。

可動鉄心１２には、ロックピン１６が接続している。ロックピン１６は固定鉄心１０の中心部付近を貫通する貫通穴１０ａにスライド可能に挿入されている。ロックピン１６は可動鉄心１２との接続側とは反対側の端面において、スライドピン１８に係合している。スライドピン１８は、上記のロッカーアームの連結を切り替える機構に連結している。

可動鉄心１２には、固定鉄心１０との対向面においてリング状プランジャ２０（突出部）が取り付けられている。一方、固定鉄心１０には、リング状プランジャ２０に対向する位置に係合穴２２が設けられている。ここで、リング状プランジャ２０は、係合穴２２に挿入された状態となっている。係合穴２２には、更に、外部から油圧を供給できる供給路２４（油圧供給経路）が連通されている。オイル供給路２４には、専用ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）２６（油圧制御手段）が取り付けられている。

また、この実施の形態において、内燃機関には制御装置が設置されている。制御装置は、内燃機関や電磁ソレノイド装置２に設置された各種センサに接続して、内燃機関の運転状態や電磁ソレノイド装置２に関する情報の入力を受けると共に、例えば、ソレノイドコイル１４に電流供給のＯＮ/ＯＦＦ（通電/非通電）、専用ＯＣＶ２６による油圧の供給等を制御する信号を発する。

このように形成された電磁ソレノイド装置２において、可動鉄心１２は、図示しない弾性部材により、固定鉄心と離れる方向（即ち、図１の左方向）に付勢されている。従って、ソレノイドコイル１４が通電していない非通電の状態においては、この付勢力により、可動鉄心１２は固定鉄心１０から離れた位置にある。一方、ソレノイドコイル１４が通電している励磁下においては、可動鉄心１２が吸引される力が付勢力より大きくなり、可動鉄心１２は固定鉄心１０側の位置にある。即ち、可動鉄心１２は、ソレノイドコイル１４への通電、非通電が切り替えられることにより、軸方向に変位して移動する。

上記のように可動鉄心１２には、ロックピン１６が連結している。可動鉄心１２の移動に伴ってロックピン１６が軸方向に移動すると、スライドピン１８が同時に変位する。このスライドピン１８の変位により、低速用カムと高速用カムとの連結を制御する機構が作動され連結状態と非連結状態とが切り替えられて、吸・排気バルブの開閉特性が変更される。

ところで、この電磁ソレノイド装置２においては、このような励磁下における固定鉄心１０と可動鉄心１２との対向面間の間隔であるクリアランスｄを調整することができる。具体的には、専用ＯＣＶ２６により係合穴２２に油圧が供給されている状態においては、リング状プランジャ２０が係合穴２２に完全には挿入されず、リング状プランジャ２０の係合穴２２に対する挿入量が小さくなる。従って、可動鉄心１２は固定鉄心１０とは反対側に押され、クリアランスｄは大きな状態となる。

一方、係合穴２２に油圧が供給されていない状態においては、リング状プランジャ２０は係合穴２２に完全に挿入される構造となっている。このような場合、励磁下では、可動鉄心１２と固定鉄心１０とが接触した状態で保持されることとなる。即ち、励磁下における可動鉄心１２と固定鉄心１０とのクリアランスｄは、ゼロ（基準間隔）となる。

例えば、油圧が供給されていない状態において、励磁下では、可動鉄心１２と固定鉄心１０とが接触している。このような励磁下から非通電の無励磁状態に切り替える場合、可動鉄心１２と固定鉄心１０との間に、残留磁場や残留電荷の影響で、可動鉄心１２の移動が遅れる場合がある。従って、油圧が供給されていない場合にはこのような通電から非通電の切り替えの制御において制御の応答遅れが大きく(例えば20〜30ms程度)なる。

一方、可動鉄心１２と固定鉄心１０との間のクリアランスｄが、油圧供給により大きく確保されている場合、励磁下から無励磁に切り替えた際の残留磁場等による影響が少ない。従って、励磁下から無励磁への切り替え時にも、直ちに可動鉄心１２を固定鉄心１０側に移動させることができ制御の応答遅れを小さく（例えば10ms以下）することができる。

しかしながら、励磁下で可動鉄心１２を保持する場合の電力は、可動鉄心１２と固定鉄心１０との間のクリアランスｄが大きい場合ほど、大きくなる。従って、応答性を確保するため、大きなクリアランスｄが確保されている状態では保持電力は大きなものとなる。これに対して、クリアランスをゼロとし可動鉄心１２と固定鉄心１０と接触した状態で保持する場合には、可動鉄心１２の保持のための電力消費を低く抑えることができる。

従って、この実施の形態においては、通電から非通電への切り替えの際に、早い応答性が要求されるか否かを予測し、早い応答性が要求される状況下では可動鉄心１２と固定鉄心１０との間のクリアランスｄを大きく（ここでは、例えば、約0.5mm）確保するべく、油圧を供給する。一方、切り替えの際、ある程度の制御遅れが許容されると予測される状況においては、油圧供給を停止してクリアランスをゼロとし、可動鉄心１２と固定鉄心１０とが接触された状態で保持するようにする。

上述したように、この電磁ソレノイド装置２は、可変動弁機構のロッカーアームの連結を切り替える機構に用いられ、ロックピン１６によりスライドピン１８が移動してロッカーアーム連結の切り替えが行なわれる。従って、この実施の形態では、クリアランスｄを大きくするか、ゼロとするかの判断は、内燃機関の吸・排気バルブの開閉特性を早い応答性で変化させる必要がある運転状態であるか、否かに従って行なわれる。

図２には、この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図２に示すルーチンは、一定期間ごとに繰り返し実行されるものである。図２のルーチンのステップＳ２において、まず現在、ソレノイドコイル１４が通電されている状態であるか否かが判別される。この処理は、励磁下から無励磁にする際の応答性を調整するために、クリアランスｄを調整するものであるため、ステップＳ２において通電状態であることが認められない場合には、今回の処理は終了する。

一方、ステップＳ２において通電状態であることが認められた場合、現在の電磁ソレノイド装置２の装置条件（温度や電圧等）が検出される（Ｓ４）。次に、電磁ソレノイド装置２の装置条件に基づいて、通電から非通電に切り替えた際に予測される制御の応答遅れ時間が、動作ディレイ（応答遅れ）として算出される（Ｓ６）。ここで検出される動作ディレイは、油圧供給なし（クリアランスがゼロ）とするの場合の動作ディレイである。

次に、現在の内燃機関の条件として、機関回転数が検出される（Ｓ８）。機関回転数は、クランクシャフト近傍に設置された回転数センサの出力に応じて検出される。次に、現在の機関回転数が、ステップＳ６の動作ディレイがあっても応答遅れなく切り替え可能な範囲内であるか否かが判別される（Ｓ１０）。即ち、機関回転数が低回転の領域であれば、バルブタイミング特性の変化には早い制御性は要求されない。機関回転数がその動作ディレイであれば応答遅れが生じない程度に低回転であると判別するための基準値は、例えば、動作ディレイに応じた値として予め実験等により定められ、マップとして制御装置に記憶しておく。この場合、ステップＳ１０の判別は、機関回転数が、動作ディレイに応じた基準値より小さいか否かに基づいて行なわれる。

ステップＳ１０において、現在の機関回転数から、クリアランスなしでの切り替え可能な範囲であることが認められない場合、次に、現在の内燃機関の運転条件が検出される（Ｓ１２）。ここでは、例えば、スロットル操作に基づく運転状態（例えば、スポーツ走行であるか否かなど）や、走行場所（例えば、山道や高速）等が検出される。

次に、アクセルがＯＮとされた場合の、初爆時の許容ディレイ（許容される遅れ）を算出する（Ｓ１４）。ここで、許容ディレイは、運転者に違和感を与えない範囲の遅れを意味し、アクセル変化量や、走行場所、回転数等に応じた値として予め定められて、制御装置に記憶されている。

次に、ステップＳ６で算出された動作ディレイが、ステップＳ１４で算出された許容ディレイより大きいか否かが判別される（Ｓ１６）。ここで、動作ディレイ＞許容ディレイであることが認められた場合、次に、係合穴２２への油圧供給がＯＮとされる（Ｓ１８）。ここでは、専用ＯＣＶ２６により、所定の油圧に供給されたオイルが係合穴２２に供給された状態となり、係合穴２２の油圧が制御される。これにより、リング状プランジャ２０の係合穴２２への挿入量は小さくなり可動鉄心１２と固定鉄心１０とのクリアランスｄが大きく確保される。

次に、ソレノイドコイル１４に供給される電流が、所定の高電流に設定される（Ｓ２０）。これにより、ステップＳ１８において油圧制御により調節された大きなクリアランスの位置において、可動鉄心１２を保持することが可能な電流がソレノイドコイル１４に供給される。

一方、ステップＳ１０において、現在の機関回転数からクリアランスなしでの切り替え可能な範囲内であると判別された場合、又は、ステップＳ１６において、動作ディレイ＞許容ディレイの成立が認められない場合には、クリアランスがゼロであっても、通電から非通電への切り替え時に生じる応答遅れによる違和感が無視できるものと判断させる。従って、これらの場合には、ステップＳ２２に進み、油圧供給は停止される（Ｓ２２）。これによりリング状プランジャ２０は係合穴２２内に完全に挿入されてクリアランスがゼロとなり、可動鉄心１２と固定鉄心１０とが接触した状態で保持される。

次に、ソレノイドコイル１４に供給される電流が、所定の低電流に制御される（Ｓ２４）。これにより、クリアランスゼロの位置において可動鉄心１２を保持するのに必要な最低限の電流量に制御され、消費電力の低減を図ることができる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、早い応答性が必要な場合にのみクリアランスを確保する構造とすることで、応答性を確保する一方、早い応答性が不要である場合には、クリアランスをゼロとすることで消費電力の低減を図ることができる。

なお、この実施の形態においては、内燃機関の吸・排気バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構の連係を切り替えるための機構に電磁ソレノイド装置２を用いる場合について説明した。しかしながら、この発明はこれに限るものではなく、要求される応答性の早さが異なる状況が生じるような他の機関における、バルブやアクチュエータとして用いることができる。

また、この実施の形態においては、基準間隔をゼロとし、即ち、クリアランスｄがゼロの場合と、ゼロより大きい場合の２つの間隔に調節する場合について説明した。しかしこの発明は、これに限るものではなく、クリアランスが小さい場合と大きい場合に調節できるものであれば、他のクリアランスに設定されるものであってもよい。また、このようなクリアランスは２通りに限るものではなく、３パターン以上のクリアランスに設定されるものであってもよい。

また、この実施の形態においては、油圧の供給と停止を切り替えることにより、可動鉄心１２と固定鉄心１０との間のクリアランスを調節する場合について説明した。しかし、この発明は、クリアランスを２パターン以上に変更することができるものであれば、油圧による調節機構に限るものではない。また、例えば、クリアランスを変更できないものであっても、通電時の保持状態において、両者のクリアランスをゼロより大きく構成したものであれば、少なくとも制御において、早い応答性を確保することができる。

また、この実施の形態においては、動作ディレイを検出した後、内燃機関の条件（機関回転数）から応答遅れなく復帰可能な範囲か否かを判断し、更に、運転条件から動作ディレイが許容ディレイより大きくなるか否かを判断することで、クリアランスを大きくするか否か（油圧供給するか否か）を判断する場合について説明した。しかし、この発明においてはこのような制御に限るものではなく、機関回転数に基づく判断のみを行なうものや、運転条件からのみ許容ディレイを算出し動作ディレイが許容ディレイ内となるかを判断するものなどであってもよく、また他の条件により、クリアランスを確保するか否かの判断を行なうものであってもよい。

なお、その他の部分においても、この実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

なお、この実施の形態において、ステップＳ１０又はＳ１６が実行されることで、この発明の「判別手段」が実現し、ステップＳ１８又はＳ２２が実行されることで、この発明の「間隔制御手段」が実現する。

この発明の実施の形態における電磁ソレノイド装置の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。

符号の説明

２ 電磁ソレノイド装置
１０ 固定鉄心
１２ 可動鉄心
１４ ソレノイドコイル
１６ ロックピン
１８ スライドピン
２０ リング状プランジャ
２２ 係合穴
２４ 供給路
２６ 専用ＯＣＶ

Claims (4)

1. 固定部材と、
   ソレノイドと、
   前記ソレノイドの通電による励磁により軸方向に変位する可動部材と、
   励磁下における前記可動部材と前記固定部材との対向面間の間隔を変化させる間隔調節手段と、
   を備えることを特徴とする電磁ソレノイド装置。
2. 前記電磁ソレノイドの状態に応じて、前記間隔が基準間隔の状態で前記ソレノイドを通電から非通電の状態に切り替えた際の、前記可動鉄心の変位動作の遅れを応答遅れとして算出する応答遅れ算出手段と、
   前記応答遅れが、制御において許容される遅れよりも大きいか否かを判別する応答性判別手段と、
   前記応答遅れが、前記許容される遅れよりも大きいと判別された場合に、前記間隔調節手段によって調節される前記間隔が、前記基準間隔よりも大きくなるように制御する間隔制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁ソレノイド装置。
3. 内燃機関の吸気バルブ及び/又は排気バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構に設置されて、前記可動部材が前記ソレノイドへの通電、非通電の切り替えにより軸方向に変位することで、該開弁特性の変更を制御し、
   該内燃機関の運転状態に応じて、前記許容される遅れ量を算出する許容遅れ算出手段と、
   を備えることを特徴とすることを特徴とする請求項２に記載の電磁ソレノイド装置。
4. 前記間隔調節手段は、前記可動部材から突出した突出部と、
   前記固定部材に形成され、前記突出部が挿入される係合穴と、
   前記係合穴に油圧を供給する油圧供給経路と、
   前記係合穴に供給される油圧を制御する油圧制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁ソレノイド装置。

Images