JP3614092B2 - 電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び制御装置 - Google Patents
電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3614092B2 JP3614092B2 JP2000246396A JP2000246396A JP3614092B2 JP 3614092 B2 JP3614092 B2 JP 3614092B2 JP 2000246396 A JP2000246396 A JP 2000246396A JP 2000246396 A JP2000246396 A JP 2000246396A JP 3614092 B2 JP3614092 B2 JP 3614092B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- fluctuation
- movable part
- valve clearance
- mover
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁力と弾性力により駆動される電磁駆動弁のバルブクリアランスを推定する電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置に係り、特に内燃機関の吸排気弁に好適な電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び同装置を備えた電磁駆動弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気弁の駆動方式において、従来のカムにより弁を駆動するカム駆動方式に代えて、電磁力により弁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、弁駆動用のカム機構が不要となることに加えて、内燃機関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、内燃機関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は、通常、軟磁性体の可動子と、可動子を電磁力で吸引する一対の対向する電磁石と、可動子を両電磁石の中立位置へ付勢するバネとを備え、一対の電磁石に可動子を交互に吸引することにより、可動子と連動する弁体を開閉駆動している。
【０００４】
この様な電磁駆動弁において、可動子に弁を固定して一体として駆動させると、弁軸の熱膨張や弁と弁座との接触による摩耗等により、閉弁時の可動子の位置が変動するので、弁を確実に閉弁させることが困難となる。
【０００５】
この問題に対して可動子と弁とを別体として形成し、閉弁側変位端に位置する可動子と完全に閉弁した弁との間に所定の隙間（以下、バルブクリアランスと呼ぶ）を設けることで、弁を確実に閉弁させる方法が提唱されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、弁を確実に閉弁させるとともに、弁を弁座に着座させる速度を小さくして着座音を低減するような高精度の制御を行うためには、弁の位置を正確に把握する必要や、弁が弁座に着座したことを判定する必要がある。しかし、このために弁に対して位置センサを設けることは、実装スペース上の制約の点からも、燃焼室からの熱的な影響を遮断する点からも実現困難であるという問題点があった。
【０００７】
一方、可動子に対して位置センサを設けることは可能であるが、可動子の位置を検出してもバルブクリアランスが変化してしまえば、弁の正確な位置を把握することはできない。そのため、弁が弁座に着座する速度が大きくなり着座音が大きくなるという問題点があった。さらに、弁の閉弁が確実に行えないことがあるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、弁の位置を検出する位置センサを用いることなく弁の位置を把握可能とするために、正確にバルブクリアランスを推定する電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、動的に推定されたバルブクリアランスを用いて電磁駆動弁の制御を最適に行うことができる電磁駆動弁の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、上記課題を解決するため、電磁石と、弾性体と、該電磁石の発生する電磁力と該弾性体の発生する弾性力とにより駆動される可動子と、該可動子により駆動される弁とを備えた電磁駆動弁における該可動子と該弁との間隙であるバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定装置であって、前記可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段と、前記可動子と一体となって運動する可動部の質量変動を検出もしくは推定する質量変動推定手段と、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子の位置からバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定手段と、を備えたことを要旨とする電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置である。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動速度から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１４】
請求項５記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動速度値から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１５】
請求項６記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項３または請求項５に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段の演算に用いる既知成分は、電磁力もしくは弾性力もしくは摩擦力もしくは粘性力とすることを要旨とする。
【００１６】
請求項７記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記バルブクリアランス推定手段は、前記可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときに、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子位置からバルブクリアランスを推定することを要旨とする。
【００１７】
請求項８記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置を備えた電磁駆動弁の制御装置であって、該バルブクリアランス推定装置により推定されたバルブクリアランスと該バルブクリアランス推定装置が備える可動子位置検出手段により検出された可動子位置とに応じて、電磁駆動弁の制御パラメータを切り替える制御切替手段を備えたことを要旨とする電磁駆動弁の制御装置である。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段と、前記可動子と一体となって運動する可動部の質量変動を検出もしくは推定する質量変動推定手段と、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子の位置からバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定手段と、を備えたことにより、可動子と弁とが一体となって運動する状態から、弁が弁座に着座して可動子のみが運動する状態に切り換わる時点の可動部の質量変動を検出もしくは推定し、この時点から可動子が閉弁側変位端に達するまでに移動した距離をバルブクリアランスの長さとして推定することができる。
【００１９】
また、本発明では、閉弁動作毎にバルブクリアランスの長さを推定してもよい。この場合、弁等の熱膨張、弁座の摩耗等によりバルブクリアランスの長さが変動しても、随時正確にバルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００２０】
請求項２記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、可動部の質量変動に基づく可動部に作用する力の推定値の変動を弁の着座点として、バルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００２１】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、可動部の質量変動に無関係で、電磁石の電流、電磁石−可動子間のギャップに対して変動する電磁力を既知成分として除外した力の推定値の変動を使うことによって、弁が弁座に着座したことを正確に判定することができ、バルブクリアランスの長さを正確に推定することができる。
【００２２】
請求項４記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動速度から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、弁の開閉動作毎に違ってくる可能性を有する可動部質量変動直前の可動部に作用する力Ｆａを直接用いずに、Ｆａが変動する前の値がいくつであっても、概略零であるその速度成分の変動分から容易に検出することができ、バルブクリアランスの長さ推定処理を簡略化することができる。
【００２３】
請求項５記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、
前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動速度値から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、可動部に作用する力Ｆａの推定値から既知成分を差し引いた値Ｆｂの変動速度の値から、可動部の質量変動を推定することができる。
【００２４】
従って、弁の開閉動作毎に違ってくる可能性を有する可動部質量変動直前の可動部に作用する力Ｆａの推定値から既知成分を差し引いた値Ｆｂを直接用いずに、Ｆｂが変動する前の値がいくつであっても、概略零であるその速度成分の変動分から容易に検出することができ、バルブクリアランスの長さ推定処理を簡略化することができる。
【００２５】
請求項６記載の本発明によれば、請求項３または請求項５に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段の演算に用いる既知成分は、電磁力もしくは弾性力もしくは摩擦力もしくは粘性力とするようにしたので、可動部の質量変動に無関係の成分は除外した力の推定値の変動を使うことによって、弁が弁座に着座したことを正確に判定することができ、バルブクリアランスの長さを正確に推定することができる。
【００２６】
請求項７記載の本発明によれば、請求項１ないし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記バルブクリアランス推定手段は、前記可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときに、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子位置からバルブクリアランスを推定するようにしたので、可動子に残留するうず電流の影響による質量変動誤検出がなくなり、バルブクリアランスの長さの誤推定を避けることができる。
【００２７】
請求項８記載の本発明によれば、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置により推定されたバルブクリアランスと該バルブクリアランス推定装置が備える可動子位置検出手段により検出された可動子位置とに応じて、電磁駆動弁の制御パラメータを切り替える制御切替手段を備えたので、バルブクリアランスに変動が生じても電磁駆動弁を正確に制御することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
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バルブクリアランス推定装置を車両用内燃機関に適用した全体構成を示す図である。
【００２９】
同図に示すように、エンジンのシリンダ２１の上部に固定されたシリンダヘッド２０には、吸気弁または排気弁となる弁２３（図１では単一の弁のみを示す）が設けられている。弁２３から上方に伸延する弁軸１９の上部には、リテーナ１７が固定され、リテーナ１７とシリンダヘッド２０との間には弁２３を閉弁側に付勢するバネ１５が設けられている。
【００３０】
またシリンダヘッド２０の上部には電磁駆動弁のケースとなるハウジング２５が立設されている。ハウジング２５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、可動子１３が可動子軸部材１８により上下に滑動可能に支持されている。
【００３１】
閉弁側電磁石１１より上部の位置には、可動子軸部材１８にリテーナ１６が固定され、ハウジング２５の天井内面とリテーナ１６との間には、可動子１３を開弁側に付勢するバネ１４が設けられている。
【００３２】
電磁駆動弁が作動中に、弁２３の熱膨張や弁座２４の摩耗等によって弁が閉まらなくなるのを防止するため、可動子１３と弁２３とを別体として形成し、可動子軸部材１８と弁軸１９の間にバルブクリアランス２６が設けられている。
【００３３】
弁２３が弁座２４に接触し、可動子が閉弁側変位端である閉弁側電磁石１１の下面に接触しているときの可動子軸部材１８と弁軸１９の間隔をバルブクリアランスの長さと定義する。
【００３４】
またハウジング２５の天井部には、可動部の位置を検出し、位置信号を出力するレーザ変位計等を用いた可動部位置センサ１が設けられ、この位置信号は、電磁駆動弁の制御装置である制御装置５に伝えられるようになっている。
【００３５】
バルブクリアランス推定装置５０は制御装置５の一部であり、バルブクリアランス推定装置５０が出力するバルブクリアランス推定値が電磁駆動弁の制御に用いられる。さらに制御装置５は、エンジン制御ＥＣＵ６から開弁指令／閉弁指令が伝達され、制御装置５は閉弁側電磁石電流制御部２及び開弁側電磁石電流制御部３に対して電流目標値を出力するようになっている。制御装置５はマイクロプロセッサ等により構成する。
【００３６】
閉弁側電磁石電流制御部２及び開弁側電磁石電流制御部３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４から各電磁石１１，１２へ電流を供給することにより電磁石を制御できるようになっている。
【００３７】
図２は本発明に係る電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置５０の構成図である。同図においてバルブクリアランス推定装置５０は、可動子１３と一体となって運動する可動部の質量の変動を推定する質量変動推定部５５と、可動部位置センサ１が出力する位置信号と質量変動推定部５５が推定する可動部の質量変動に基づいてバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定部５４とを備えている。
【００３８】
可動部位置センサ１は図１で説明した構成要素と同じ構成要素である。
請求項１から請求項７の構成要素と図２の構成要素との対応は、以下の通りである。可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段は可動部位置センサ１に相当する。可動部の質量変動を検出もしくは推定する質量変動推定手段は質量変動推定部５５に相当する。可動部の質量変動時の可動子の位置からバルブクリアランスの長さを推定するバルブクリアランス推定手段はバルブクリアランス推定部５４に相当する。
【００３９】
次に図３を使って、バルブクリアランス推定装置５０の実施形態の構成を説明する。
図３においてバルブクリアランス推定装置５０は、可動部位置センサ１が出力する位置信号と電磁石電流制御部２，３が出力する電流信号とエンジン制御ＥＣＵ６が出力する開弁指令、閉弁指令に基づいて電磁石１１，１２が発生する電磁力を推定する発生電磁力推定部５１と、可動部位置センサ１が出力する位置信号と発生電磁力推定部５１が出力する電磁力信号とに基づいて可動部に作用する外乱を推定する外乱推定部５２と、外乱推定部５２が出力する外乱・状態信号と可動部位置センサ１が出力する位置信号に基づいて外乱変動速度を推定する外乱変動速度推定部５３と、外乱変動速度推定部５３が出力する外乱変動速度信号と可動部位置センサ１が出力する位置信号に基づいてバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定部５４を備えている。
【００４０】
可動部位置センサ１、閉弁側電磁石電流制御部２、開弁側電磁石電流制御部３、エンジン制御ＥＣＵ６は図１で説明した構成要素と同じ構成要素である。
【００４１】
請求項７の構成要素と図３の構成要素との対応は、以下の通りである。可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段は可動部位置センサ１に相当する。可動部に作用する力の推定値から既知成分（電磁力、弾性力、摩擦力、粘性力）を引いた値（外乱）から可動部の質量変動を推定する質量変動推定手段は、発生電磁力推定部５１、外乱推定部５２、外乱変動速度推定部５３に相当する。可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときの、外乱推定値の変動発生時の可動子の位置からバルブクリアランスの長さを推定するバルブクリアランス推定手段はバルブクリアランス推定部５４に相当する。
【００４２】
次に電磁駆動弁および制御装置の動作を説明する。
図１において、可動子１３はバネ１４，１５に懸吊されており、閉弁側電磁石１１及び開弁側電磁石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、それぞれのバネ１４，１５の寸法が設定されている。また、閉弁及び開弁に要する時間が所望の時間となるように、それぞれのバネ１４，１５のバネ係数が設定されている。
【００４３】
ここで、バネ１４，１５と、弁２３及び可動子１３を含む可動部とで構成されるバネ・マス系の固有振動数ｆ０は、合成バネ係数をｋ、合計慣性質量をｍとすると、ｆ０＝√（ｋ／ｍ）であることが知られている。
【００４４】
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ｆ０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、例えば開弁側電磁石１２に可動子１３が吸着され、この吸着状態が保持される。
【００４５】
次に、エンジンの始動時または通常の稼働時には、例えば弁２３を閉じる時はまず開弁側電磁石１２の電流が切られ、可動部はバネの力により下方に移動を開始する。可動部に生じる動摩擦などによるエネルギ損失のため、バネの力だけで弁全閉位置まで可動子１３を移動させることはできない。そこで、可動子１３が閉弁側電磁石１１に近づき、電磁力が有効となる位置で、閉弁側電磁石１１に通電され、可動子１３の運動を助勢する。
【００４６】
次に、可動子１３が閉弁側電磁石１１に接触する付近からは、可動子１３が閉弁側電磁石１１に衝突する衝撃および弁２３が弁座２４に衝突する衝撃を緩和させる必要がある。これらの衝撃を小さくするためには、弁２３の位置を把握しながら可動子１３を制御しなければならない。バルブクリアランスの長さがわかれば、可動子１３の位置検出値から弁２３の位置がわかり、弁２３を弁座２４に着座させる衝撃を緩和することが可能となる。また、全閉状態で可動子１３と電磁石との間に所定のギャップを保持し、これらの衝突による騒音を抑制することも可能となる。
【００４７】
次に本発明に係るバルブクリアランス推定装置の動作について説明する。
全体の流れを説明するために、図４に閉部時の可動子の位置、弁の位置、外乱推定値、外乱変動速度推定値のタイムチャートを示す。開弁状態で可動子が開弁側電磁石に接触している時は、弁と可動子は合体している。閉弁時には、可動子と弁が合体して移動し、弁が閉じた時点Ｔ０に可動子と弁が分離する。弁が閉じたときには、可動部の質量には弁の質量が含まれなくなる。外乱推定オブザーバ設計時の可動部の質量と、実際に可動している部分の質量に差異が生じるため、外乱推定値が変動する。外乱推定値の変動は、外乱変動速度推定値からよみとれる。よって、外乱変動速度推定値が所定値になった時点Ｔ１の可動子の位置をバルブクリアランスの長さの推定値ＶＣとする。
【００４８】
ところが、可動子が開弁側電磁石に接触している時から動き始めたときにも、可動子に残留するうず電流の影響などによって、外乱推定値が変動することがある。そのため、外乱変動速度推定値が所定値以上になる可能性があり（図４の時間Ｔ２のところ）、バルブクリアランスの長さを間違って推定する可能性がある。したがって、可動子の位置が所定値以内である場合（該所定値は、可動子が概略閉弁側電磁石に近づいたときの可動子位置とする）にのみ、外乱変動速度推定値が所定値になった時点の可動子の位置をバルブクリアランスの長さの推定値ＶＣとする。
【００４９】
以下、図３におけるバルブクリアランス推定装置の発生電磁力推定部５１、外乱推定部５２、外乱変動速度推定部５３、バルブクリアランス推定部５４の動作について詳しく説明する。
【００５０】
〔発生電磁力推定部５１〕
発生電磁力推定部５１は、図７に示すフローチャートのステップＳ２０に相当する。可動子の位置を検出した（ステップＳ１０）のち、ステップＳ２０でコイル電流から電磁石が発生する電磁力を推定する。
【００５１】
発生電磁力推定部５１は、図５に示すように可動部位置センサ１が出力する可動子位置信号、電磁石電流制御部が出力する電流信号、エンジン制御ＥＣＵが出力する開弁指令、閉弁指令を入力し、電磁力を推定して電磁力信号を出力する。このため、発生電磁力推定部５１は、閉弁指令／開弁指令に応じて閉弁側電磁石電流制御部２からの電流信号と開弁側電磁石電流制御部３からの電流信号とを切り替える電流信号切替ＳＷ１０１と、閉弁指令／開弁指令に応じてギャップ信号を切り替えるギャップ信号切替ＳＷ１０３と、電流信号に電磁石コイル巻数を乗じるｎｔ乗算器１１１と、電磁力マップ１１３とを備えている。
【００５２】
電磁力マップ１１３は、アンペアターン値（電流×コイル巻数ｎｔ）と可動子−電磁石の間のギャップに応じて電磁力を出力する。
【００５３】
電磁力マップ１１３は、電磁石と可動子の形状や性質などにより決まるマップであり、電磁力を実測して作成する。電磁力マップは磁場解析などの手段により作成することもできる。
【００５４】
可動子の位置座標は、可動子が閉弁側電磁石に接触する位置を原点として開弁側電磁石方向が正となるようにとってあるため、可動子−電磁石間のギャップは、開弁時には可動子の開弁側電磁石から閉弁側電磁石までのストロークＳ１から可動子の位置信号ｚを差し引いた値（Ｓ１−ｚ）となる。また、閉弁時には、可動子−で磁石間のギャップは可動部の位置（ｚ）となる。このため、ギャップ信号切替ＳＷ１０３でギャップ信号を切り替えている。
【００５５】
アンペアターン値は電流値にコイル巻数ｎｔをかけることによって求められる。この電流値には、開弁時には開弁側電磁石の電流制御部の電流信号が、閉弁時には閉弁側電磁石の電流制御部の電流信号が用いられる。開弁、閉弁の判断はエンジン制御ＥＣＵ６が出力する開弁指令、閉弁指令によってなされる。
【００５６】
〔外乱推定部５２〕
外乱推定部５２は、図７に示すフローチャートのステップＳ３０に相当する。ステップＳ３０では可動子の位置と電磁力推定値から外乱を推定する。
【００５７】
外乱推定部５２は可動部位置センサ１が出力する可動子位置と、発生電磁力推定部５１が出力する電磁力推定値から可動子や弁の可動部に作用する外乱を推定する。外乱推定部５２には外乱推定オブザーバを用いる。可動部の運動方程式は
【数１】
（１）式で表せる。ここで、ｚは可動子の位置であり、可動子が閉弁側電磁石に接触する位置を原点として開弁側電磁石方向が正となるようにとってある。ｍは弁と可動子を含む可動部の合計慣性質量、ｋは合成バネ係数、ｃは粘性係数、ｄは外乱である。ｆは電磁力であり、電磁力推定値を用いる。（１）式を状態方程式に変換すると、
【数２】
【数３】
外乱推定オブザーバは図６に示すように
【数４】
〔外乱変動速度推定部５３〕
外乱変動速度推定部５３は、図７に示すフローチャートのステップＳ４０に相当する。ステップＳ４０では外乱推定値から外乱変動速度を推定する。
【００５８】
【数５】
〔バルブクリアランス推定部５４〕
次に、図７のフローチャートを使ってバルブクリアランス推定部５４の動作を説明する。まず、可動子の位置が所定値以内であるか（可動子が閉弁側電磁石に接近しているか）を判定する（ステップＳ５０）。可動子の位置が所定値以内である場合には、外乱変動速度推定値が所定値であるかを判定する（ステップＳ６０）。外乱変動速度推定値が所定値であると判定されたときに、バルブクリアランス長さ推定値を可動子の位置検出値とする（ステップＳ７０）。
【００５９】
このように、バルブクリアランス推定部５４は、閉弁時に外乱変動速度推定部５３が出力する外乱変動速度推定値が所定値であると判定されたときの可動子の位置からバルブクリアランスの長さを推定する。
【００６０】
次に実施形態の効果について説明する。
本発明の実施形態によれば、内燃機関の吸排気のための弁を、弾性力と電磁力で駆動する電磁駆動弁において、可動子の位置と前記電磁石の発生する電磁力から外乱推定オブザーバにより可動部に作用する外乱を推定し、前記推定された外乱推定値の変動からバルブクリアランスを推定する構成としたため、以下の効果が得られる。
【００６１】
（１）弁が弁座に着座した時点で、弁と可動子が分離するので、可動部の質量は弁の分だけ減る。外乱推定オブザーバ設定時の可動部の質量は、弁と可動子を含む可動部の質量であるが、実際に可動している可動部の質量と一致しなくなる。その結果、外乱推定値が変動する。この外乱推定値の変動から弁が弁座に着座したことを判定できるため、弁が弁座に着座した時点の可動子位置からバルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００６２】
（２）外乱推定値の変動は、その速度成分から容易に検出することができるので、バルブクリアランスの長さを正確に推定することができる。
【００６３】
（３）可動子が電磁石から離れて動き始めるときには、可動子に残留するうず電流の影響などによって、外乱推定値が変動することがある。本発明で検出したいのは、弁が弁座に着座した時点で生じる外乱推定値の変動である。本実施形態によれば、可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときの外乱推定値の変動を検出することによって、バルブクリアランスの長さの誤推定を防止することができる。
【００６４】
（４）閉弁毎にバルブクリアランスの長さを推定するため、弁等の熱膨張、弁座の摩耗等によりバルブクリアランスの長さが変動しても、随時正確にバルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００６５】
（５）バルブクリアランスの長さがわかれば、着座制御に役立てられる。例えば、弁の着座時、すなわち弁と可動子の分離時に、可動子位置に基づく電磁石電流制御の制御ゲインを切り替えることによって、可動子を電磁石に接触させる速度や時間を精度よく制御することが可能となり、着座音を低減することや消費電力を低減することができる。
【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である。
【図２】請求項１から請求項７に対応する構成図である。
【図３】実施形態の構成図である。
【図４】実施形態のバルブクリアランスの推定方法を説明する図である。
【図５】実施形態の発生電磁力推定部のブロック図である。
【図６】実施形態の外乱推定部のブロック図である。
【図７】実施形態の全体の動作を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 可動部位置センサ
５０ バルブクリアランス推定装置
５４ バルブクリアランス推定部
５５ 質量変動推定部
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁力と弾性力により駆動される電磁駆動弁のバルブクリアランスを推定する電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置に係り、特に内燃機関の吸排気弁に好適な電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び同装置を備えた電磁駆動弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気弁の駆動方式において、従来のカムにより弁を駆動するカム駆動方式に代えて、電磁力により弁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、弁駆動用のカム機構が不要となることに加えて、内燃機関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、内燃機関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は、通常、軟磁性体の可動子と、可動子を電磁力で吸引する一対の対向する電磁石と、可動子を両電磁石の中立位置へ付勢するバネとを備え、一対の電磁石に可動子を交互に吸引することにより、可動子と連動する弁体を開閉駆動している。
【０００４】
この様な電磁駆動弁において、可動子に弁を固定して一体として駆動させると、弁軸の熱膨張や弁と弁座との接触による摩耗等により、閉弁時の可動子の位置が変動するので、弁を確実に閉弁させることが困難となる。
【０００５】
この問題に対して可動子と弁とを別体として形成し、閉弁側変位端に位置する可動子と完全に閉弁した弁との間に所定の隙間（以下、バルブクリアランスと呼ぶ）を設けることで、弁を確実に閉弁させる方法が提唱されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、弁を確実に閉弁させるとともに、弁を弁座に着座させる速度を小さくして着座音を低減するような高精度の制御を行うためには、弁の位置を正確に把握する必要や、弁が弁座に着座したことを判定する必要がある。しかし、このために弁に対して位置センサを設けることは、実装スペース上の制約の点からも、燃焼室からの熱的な影響を遮断する点からも実現困難であるという問題点があった。
【０００７】
一方、可動子に対して位置センサを設けることは可能であるが、可動子の位置を検出してもバルブクリアランスが変化してしまえば、弁の正確な位置を把握することはできない。そのため、弁が弁座に着座する速度が大きくなり着座音が大きくなるという問題点があった。さらに、弁の閉弁が確実に行えないことがあるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、弁の位置を検出する位置センサを用いることなく弁の位置を把握可能とするために、正確にバルブクリアランスを推定する電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、動的に推定されたバルブクリアランスを用いて電磁駆動弁の制御を最適に行うことができる電磁駆動弁の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、上記課題を解決するため、電磁石と、弾性体と、該電磁石の発生する電磁力と該弾性体の発生する弾性力とにより駆動される可動子と、該可動子により駆動される弁とを備えた電磁駆動弁における該可動子と該弁との間隙であるバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定装置であって、前記可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段と、前記可動子と一体となって運動する可動部の質量変動を検出もしくは推定する質量変動推定手段と、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子の位置からバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定手段と、を備えたことを要旨とする電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置である。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動速度から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１４】
請求項５記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動速度値から、前記可動部の質量変動を推定することを要旨とする。
【００１５】
請求項６記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項３または請求項５に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記質量変動推定手段の演算に用いる既知成分は、電磁力もしくは弾性力もしくは摩擦力もしくは粘性力とすることを要旨とする。
【００１６】
請求項７記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置において、前記バルブクリアランス推定手段は、前記可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときに、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子位置からバルブクリアランスを推定することを要旨とする。
【００１７】
請求項８記載の本発明は、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置を備えた電磁駆動弁の制御装置であって、該バルブクリアランス推定装置により推定されたバルブクリアランスと該バルブクリアランス推定装置が備える可動子位置検出手段により検出された可動子位置とに応じて、電磁駆動弁の制御パラメータを切り替える制御切替手段を備えたことを要旨とする電磁駆動弁の制御装置である。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段と、前記可動子と一体となって運動する可動部の質量変動を検出もしくは推定する質量変動推定手段と、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子の位置からバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定手段と、を備えたことにより、可動子と弁とが一体となって運動する状態から、弁が弁座に着座して可動子のみが運動する状態に切り換わる時点の可動部の質量変動を検出もしくは推定し、この時点から可動子が閉弁側変位端に達するまでに移動した距離をバルブクリアランスの長さとして推定することができる。
【００１９】
また、本発明では、閉弁動作毎にバルブクリアランスの長さを推定してもよい。この場合、弁等の熱膨張、弁座の摩耗等によりバルブクリアランスの長さが変動しても、随時正確にバルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００２０】
請求項２記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、可動部の質量変動に基づく可動部に作用する力の推定値の変動を弁の着座点として、バルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００２１】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、可動部の質量変動に無関係で、電磁石の電流、電磁石−可動子間のギャップに対して変動する電磁力を既知成分として除外した力の推定値の変動を使うことによって、弁が弁座に着座したことを正確に判定することができ、バルブクリアランスの長さを正確に推定することができる。
【００２２】
請求項４記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動速度から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、弁の開閉動作毎に違ってくる可能性を有する可動部質量変動直前の可動部に作用する力Ｆａを直接用いずに、Ｆａが変動する前の値がいくつであっても、概略零であるその速度成分の変動分から容易に検出することができ、バルブクリアランスの長さ推定処理を簡略化することができる。
【００２３】
請求項５記載の本発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、
前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動速度値から、前記可動部の質量変動を推定するようにしたので、可動部に作用する力Ｆａの推定値から既知成分を差し引いた値Ｆｂの変動速度の値から、可動部の質量変動を推定することができる。
【００２４】
従って、弁の開閉動作毎に違ってくる可能性を有する可動部質量変動直前の可動部に作用する力Ｆａの推定値から既知成分を差し引いた値Ｆｂを直接用いずに、Ｆｂが変動する前の値がいくつであっても、概略零であるその速度成分の変動分から容易に検出することができ、バルブクリアランスの長さ推定処理を簡略化することができる。
【００２５】
請求項６記載の本発明によれば、請求項３または請求項５に記載の発明の効果に加えて、前記質量変動推定手段の演算に用いる既知成分は、電磁力もしくは弾性力もしくは摩擦力もしくは粘性力とするようにしたので、可動部の質量変動に無関係の成分は除外した力の推定値の変動を使うことによって、弁が弁座に着座したことを正確に判定することができ、バルブクリアランスの長さを正確に推定することができる。
【００２６】
請求項７記載の本発明によれば、請求項１ないし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記バルブクリアランス推定手段は、前記可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときに、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子位置からバルブクリアランスを推定するようにしたので、可動子に残留するうず電流の影響による質量変動誤検出がなくなり、バルブクリアランスの長さの誤推定を避けることができる。
【００２７】
請求項８記載の本発明によれば、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置により推定されたバルブクリアランスと該バルブクリアランス推定装置が備える可動子位置検出手段により検出された可動子位置とに応じて、電磁駆動弁の制御パラメータを切り替える制御切替手段を備えたので、バルブクリアランスに変動が生じても電磁駆動弁を正確に制御することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
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バルブクリアランス推定装置を車両用内燃機関に適用した全体構成を示す図である。
【００２９】
同図に示すように、エンジンのシリンダ２１の上部に固定されたシリンダヘッド２０には、吸気弁または排気弁となる弁２３（図１では単一の弁のみを示す）が設けられている。弁２３から上方に伸延する弁軸１９の上部には、リテーナ１７が固定され、リテーナ１７とシリンダヘッド２０との間には弁２３を閉弁側に付勢するバネ１５が設けられている。
【００３０】
またシリンダヘッド２０の上部には電磁駆動弁のケースとなるハウジング２５が立設されている。ハウジング２５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、可動子１３が可動子軸部材１８により上下に滑動可能に支持されている。
【００３１】
閉弁側電磁石１１より上部の位置には、可動子軸部材１８にリテーナ１６が固定され、ハウジング２５の天井内面とリテーナ１６との間には、可動子１３を開弁側に付勢するバネ１４が設けられている。
【００３２】
電磁駆動弁が作動中に、弁２３の熱膨張や弁座２４の摩耗等によって弁が閉まらなくなるのを防止するため、可動子１３と弁２３とを別体として形成し、可動子軸部材１８と弁軸１９の間にバルブクリアランス２６が設けられている。
【００３３】
弁２３が弁座２４に接触し、可動子が閉弁側変位端である閉弁側電磁石１１の下面に接触しているときの可動子軸部材１８と弁軸１９の間隔をバルブクリアランスの長さと定義する。
【００３４】
またハウジング２５の天井部には、可動部の位置を検出し、位置信号を出力するレーザ変位計等を用いた可動部位置センサ１が設けられ、この位置信号は、電磁駆動弁の制御装置である制御装置５に伝えられるようになっている。
【００３５】
バルブクリアランス推定装置５０は制御装置５の一部であり、バルブクリアランス推定装置５０が出力するバルブクリアランス推定値が電磁駆動弁の制御に用いられる。さらに制御装置５は、エンジン制御ＥＣＵ６から開弁指令／閉弁指令が伝達され、制御装置５は閉弁側電磁石電流制御部２及び開弁側電磁石電流制御部３に対して電流目標値を出力するようになっている。制御装置５はマイクロプロセッサ等により構成する。
【００３６】
閉弁側電磁石電流制御部２及び開弁側電磁石電流制御部３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４から各電磁石１１，１２へ電流を供給することにより電磁石を制御できるようになっている。
【００３７】
図２は本発明に係る電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置５０の構成図である。同図においてバルブクリアランス推定装置５０は、可動子１３と一体となって運動する可動部の質量の変動を推定する質量変動推定部５５と、可動部位置センサ１が出力する位置信号と質量変動推定部５５が推定する可動部の質量変動に基づいてバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定部５４とを備えている。
【００３８】
可動部位置センサ１は図１で説明した構成要素と同じ構成要素である。
請求項１から請求項７の構成要素と図２の構成要素との対応は、以下の通りである。可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段は可動部位置センサ１に相当する。可動部の質量変動を検出もしくは推定する質量変動推定手段は質量変動推定部５５に相当する。可動部の質量変動時の可動子の位置からバルブクリアランスの長さを推定するバルブクリアランス推定手段はバルブクリアランス推定部５４に相当する。
【００３９】
次に図３を使って、バルブクリアランス推定装置５０の実施形態の構成を説明する。
図３においてバルブクリアランス推定装置５０は、可動部位置センサ１が出力する位置信号と電磁石電流制御部２，３が出力する電流信号とエンジン制御ＥＣＵ６が出力する開弁指令、閉弁指令に基づいて電磁石１１，１２が発生する電磁力を推定する発生電磁力推定部５１と、可動部位置センサ１が出力する位置信号と発生電磁力推定部５１が出力する電磁力信号とに基づいて可動部に作用する外乱を推定する外乱推定部５２と、外乱推定部５２が出力する外乱・状態信号と可動部位置センサ１が出力する位置信号に基づいて外乱変動速度を推定する外乱変動速度推定部５３と、外乱変動速度推定部５３が出力する外乱変動速度信号と可動部位置センサ１が出力する位置信号に基づいてバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定部５４を備えている。
【００４０】
可動部位置センサ１、閉弁側電磁石電流制御部２、開弁側電磁石電流制御部３、エンジン制御ＥＣＵ６は図１で説明した構成要素と同じ構成要素である。
【００４１】
請求項７の構成要素と図３の構成要素との対応は、以下の通りである。可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段は可動部位置センサ１に相当する。可動部に作用する力の推定値から既知成分（電磁力、弾性力、摩擦力、粘性力）を引いた値（外乱）から可動部の質量変動を推定する質量変動推定手段は、発生電磁力推定部５１、外乱推定部５２、外乱変動速度推定部５３に相当する。可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときの、外乱推定値の変動発生時の可動子の位置からバルブクリアランスの長さを推定するバルブクリアランス推定手段はバルブクリアランス推定部５４に相当する。
【００４２】
次に電磁駆動弁および制御装置の動作を説明する。
図１において、可動子１３はバネ１４，１５に懸吊されており、閉弁側電磁石１１及び開弁側電磁石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、それぞれのバネ１４，１５の寸法が設定されている。また、閉弁及び開弁に要する時間が所望の時間となるように、それぞれのバネ１４，１５のバネ係数が設定されている。
【００４３】
ここで、バネ１４，１５と、弁２３及び可動子１３を含む可動部とで構成されるバネ・マス系の固有振動数ｆ０は、合成バネ係数をｋ、合計慣性質量をｍとすると、ｆ０＝√（ｋ／ｍ）であることが知られている。
【００４４】
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ｆ０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、例えば開弁側電磁石１２に可動子１３が吸着され、この吸着状態が保持される。
【００４５】
次に、エンジンの始動時または通常の稼働時には、例えば弁２３を閉じる時はまず開弁側電磁石１２の電流が切られ、可動部はバネの力により下方に移動を開始する。可動部に生じる動摩擦などによるエネルギ損失のため、バネの力だけで弁全閉位置まで可動子１３を移動させることはできない。そこで、可動子１３が閉弁側電磁石１１に近づき、電磁力が有効となる位置で、閉弁側電磁石１１に通電され、可動子１３の運動を助勢する。
【００４６】
次に、可動子１３が閉弁側電磁石１１に接触する付近からは、可動子１３が閉弁側電磁石１１に衝突する衝撃および弁２３が弁座２４に衝突する衝撃を緩和させる必要がある。これらの衝撃を小さくするためには、弁２３の位置を把握しながら可動子１３を制御しなければならない。バルブクリアランスの長さがわかれば、可動子１３の位置検出値から弁２３の位置がわかり、弁２３を弁座２４に着座させる衝撃を緩和することが可能となる。また、全閉状態で可動子１３と電磁石との間に所定のギャップを保持し、これらの衝突による騒音を抑制することも可能となる。
【００４７】
次に本発明に係るバルブクリアランス推定装置の動作について説明する。
全体の流れを説明するために、図４に閉部時の可動子の位置、弁の位置、外乱推定値、外乱変動速度推定値のタイムチャートを示す。開弁状態で可動子が開弁側電磁石に接触している時は、弁と可動子は合体している。閉弁時には、可動子と弁が合体して移動し、弁が閉じた時点Ｔ０に可動子と弁が分離する。弁が閉じたときには、可動部の質量には弁の質量が含まれなくなる。外乱推定オブザーバ設計時の可動部の質量と、実際に可動している部分の質量に差異が生じるため、外乱推定値が変動する。外乱推定値の変動は、外乱変動速度推定値からよみとれる。よって、外乱変動速度推定値が所定値になった時点Ｔ１の可動子の位置をバルブクリアランスの長さの推定値ＶＣとする。
【００４８】
ところが、可動子が開弁側電磁石に接触している時から動き始めたときにも、可動子に残留するうず電流の影響などによって、外乱推定値が変動することがある。そのため、外乱変動速度推定値が所定値以上になる可能性があり（図４の時間Ｔ２のところ）、バルブクリアランスの長さを間違って推定する可能性がある。したがって、可動子の位置が所定値以内である場合（該所定値は、可動子が概略閉弁側電磁石に近づいたときの可動子位置とする）にのみ、外乱変動速度推定値が所定値になった時点の可動子の位置をバルブクリアランスの長さの推定値ＶＣとする。
【００４９】
以下、図３におけるバルブクリアランス推定装置の発生電磁力推定部５１、外乱推定部５２、外乱変動速度推定部５３、バルブクリアランス推定部５４の動作について詳しく説明する。
【００５０】
〔発生電磁力推定部５１〕
発生電磁力推定部５１は、図７に示すフローチャートのステップＳ２０に相当する。可動子の位置を検出した（ステップＳ１０）のち、ステップＳ２０でコイル電流から電磁石が発生する電磁力を推定する。
【００５１】
発生電磁力推定部５１は、図５に示すように可動部位置センサ１が出力する可動子位置信号、電磁石電流制御部が出力する電流信号、エンジン制御ＥＣＵが出力する開弁指令、閉弁指令を入力し、電磁力を推定して電磁力信号を出力する。このため、発生電磁力推定部５１は、閉弁指令／開弁指令に応じて閉弁側電磁石電流制御部２からの電流信号と開弁側電磁石電流制御部３からの電流信号とを切り替える電流信号切替ＳＷ１０１と、閉弁指令／開弁指令に応じてギャップ信号を切り替えるギャップ信号切替ＳＷ１０３と、電流信号に電磁石コイル巻数を乗じるｎｔ乗算器１１１と、電磁力マップ１１３とを備えている。
【００５２】
電磁力マップ１１３は、アンペアターン値（電流×コイル巻数ｎｔ）と可動子−電磁石の間のギャップに応じて電磁力を出力する。
【００５３】
電磁力マップ１１３は、電磁石と可動子の形状や性質などにより決まるマップであり、電磁力を実測して作成する。電磁力マップは磁場解析などの手段により作成することもできる。
【００５４】
可動子の位置座標は、可動子が閉弁側電磁石に接触する位置を原点として開弁側電磁石方向が正となるようにとってあるため、可動子−電磁石間のギャップは、開弁時には可動子の開弁側電磁石から閉弁側電磁石までのストロークＳ１から可動子の位置信号ｚを差し引いた値（Ｓ１−ｚ）となる。また、閉弁時には、可動子−で磁石間のギャップは可動部の位置（ｚ）となる。このため、ギャップ信号切替ＳＷ１０３でギャップ信号を切り替えている。
【００５５】
アンペアターン値は電流値にコイル巻数ｎｔをかけることによって求められる。この電流値には、開弁時には開弁側電磁石の電流制御部の電流信号が、閉弁時には閉弁側電磁石の電流制御部の電流信号が用いられる。開弁、閉弁の判断はエンジン制御ＥＣＵ６が出力する開弁指令、閉弁指令によってなされる。
【００５６】
〔外乱推定部５２〕
外乱推定部５２は、図７に示すフローチャートのステップＳ３０に相当する。ステップＳ３０では可動子の位置と電磁力推定値から外乱を推定する。
【００５７】
外乱推定部５２は可動部位置センサ１が出力する可動子位置と、発生電磁力推定部５１が出力する電磁力推定値から可動子や弁の可動部に作用する外乱を推定する。外乱推定部５２には外乱推定オブザーバを用いる。可動部の運動方程式は
【数１】
【数２】
【数４】
外乱変動速度推定部５３は、図７に示すフローチャートのステップＳ４０に相当する。ステップＳ４０では外乱推定値から外乱変動速度を推定する。
【００５８】
【数５】
次に、図７のフローチャートを使ってバルブクリアランス推定部５４の動作を説明する。まず、可動子の位置が所定値以内であるか（可動子が閉弁側電磁石に接近しているか）を判定する（ステップＳ５０）。可動子の位置が所定値以内である場合には、外乱変動速度推定値が所定値であるかを判定する（ステップＳ６０）。外乱変動速度推定値が所定値であると判定されたときに、バルブクリアランス長さ推定値を可動子の位置検出値とする（ステップＳ７０）。
【００５９】
このように、バルブクリアランス推定部５４は、閉弁時に外乱変動速度推定部５３が出力する外乱変動速度推定値が所定値であると判定されたときの可動子の位置からバルブクリアランスの長さを推定する。
【００６０】
次に実施形態の効果について説明する。
本発明の実施形態によれば、内燃機関の吸排気のための弁を、弾性力と電磁力で駆動する電磁駆動弁において、可動子の位置と前記電磁石の発生する電磁力から外乱推定オブザーバにより可動部に作用する外乱を推定し、前記推定された外乱推定値の変動からバルブクリアランスを推定する構成としたため、以下の効果が得られる。
【００６１】
（１）弁が弁座に着座した時点で、弁と可動子が分離するので、可動部の質量は弁の分だけ減る。外乱推定オブザーバ設定時の可動部の質量は、弁と可動子を含む可動部の質量であるが、実際に可動している可動部の質量と一致しなくなる。その結果、外乱推定値が変動する。この外乱推定値の変動から弁が弁座に着座したことを判定できるため、弁が弁座に着座した時点の可動子位置からバルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００６２】
（２）外乱推定値の変動は、その速度成分から容易に検出することができるので、バルブクリアランスの長さを正確に推定することができる。
【００６３】
（３）可動子が電磁石から離れて動き始めるときには、可動子に残留するうず電流の影響などによって、外乱推定値が変動することがある。本発明で検出したいのは、弁が弁座に着座した時点で生じる外乱推定値の変動である。本実施形態によれば、可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときの外乱推定値の変動を検出することによって、バルブクリアランスの長さの誤推定を防止することができる。
【００６４】
（４）閉弁毎にバルブクリアランスの長さを推定するため、弁等の熱膨張、弁座の摩耗等によりバルブクリアランスの長さが変動しても、随時正確にバルブクリアランスの長さを推定することができる。
【００６５】
（５）バルブクリアランスの長さがわかれば、着座制御に役立てられる。例えば、弁の着座時、すなわち弁と可動子の分離時に、可動子位置に基づく電磁石電流制御の制御ゲインを切り替えることによって、可動子を電磁石に接触させる速度や時間を精度よく制御することが可能となり、着座音を低減することや消費電力を低減することができる。
【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である。
【図２】請求項１から請求項７に対応する構成図である。
【図３】実施形態の構成図である。
【図４】実施形態のバルブクリアランスの推定方法を説明する図である。
【図５】実施形態の発生電磁力推定部のブロック図である。
【図６】実施形態の外乱推定部のブロック図である。
【図７】実施形態の全体の動作を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 可動部位置センサ
５０ バルブクリアランス推定装置
５４ バルブクリアランス推定部
５５ 質量変動推定部
Claims (8)
- 電磁石と、弾性体と、該電磁石の発生する電磁力と該弾性体の発生する弾性力とにより駆動される可動子と、該可動子により駆動される弁とを備えた電磁駆動弁における該可動子と該弁との間隙であるバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定装置であって、
前記可動子の位置を検出もしくは推定する位置検出手段と、
前記可動子と一体となって運動する可動部の質量変動を検出もしくは推定する質量変動推定手段と、
前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子の位置からバルブクリアランスを推定するバルブクリアランス推定手段と、
を備えたことを特徴とする電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置。 - 前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動から、前記可動部の質量変動を推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バルブクリアランス推定装置。
- 前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動から、前記可動部の質量変動を推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バルブクリアランス推定装置。
- 前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値の変動速度から、前記可動部の質量変動を推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バルブクリアランス推定装置。
- 前記質量変動推定手段は、前記可動部に作用する力の推定値から既知成分を差し引いた値の変動速度値から、前記可動部の質量変動を推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バルブクリアランス推定装置。
- 前記質量変動推定手段の演算に用いる既知成分は、電磁力もしくは弾性力もしくは摩擦力もしくは粘性力とすることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置。
- 前記バルブクリアランス推定手段は、前記可動子が概略閉弁側電磁石に接近したときに、前記可動部の質量変動が推定された時点の前記検出された可動子位置からバルブクリアランスを推定することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置。
- 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置を備えた電磁駆動弁の制御装置であって、
該バルブクリアランス推定装置により推定されたバルブクリアランスと該バルブクリアランス推定装置が備える可動子位置検出手段により検出された可動子位置とに応じて、電磁駆動弁の制御パラメータを切り替える制御切替手段を備えたことを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000246396A JP3614092B2 (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | 電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び制御装置 |
| US09/929,059 US6554248B2 (en) | 2000-08-15 | 2001-08-15 | Apparatus for estimating valve-clearance of an electro-magnetically operated valve and valve-operation controller for the electro-magnetically operated valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000246396A JP3614092B2 (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | 電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002061768A JP2002061768A (ja) | 2002-02-28 |
| JP3614092B2 true JP3614092B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=18736719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000246396A Expired - Fee Related JP3614092B2 (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | 電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6554248B2 (ja) |
| JP (1) | JP3614092B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4244526B2 (ja) * | 2001-03-13 | 2009-03-25 | トヨタ自動車株式会社 | 電磁駆動弁の制御装置及び制御方法 |
| US6764059B2 (en) * | 2002-09-27 | 2004-07-20 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Valve isolation system |
| JP2004211669A (ja) * | 2003-01-09 | 2004-07-29 | Toshiba Corp | サーボ弁制御装置およびサーボ弁制御システムの異常検出装置 |
| US7139067B2 (en) * | 2003-09-12 | 2006-11-21 | Textron Systems Corporation | Three-dimensional imaging with multiframe blind deconvolution |
| DE102007045194B3 (de) * | 2007-09-21 | 2009-02-19 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine |
| US8084726B2 (en) * | 2008-08-28 | 2011-12-27 | Honeywell International, Inc. | Control system for an exoatmospheric kill vehicle |
| US8321059B2 (en) | 2009-08-28 | 2012-11-27 | Fisher Controls International, Llc | Apparatus, methods and articles of manufacture to calibrate valve-mounted instruments |
| US9316147B2 (en) * | 2013-08-29 | 2016-04-19 | Ford Global Technologies, Llc | Determination of wastegate valve position |
| US20230127691A1 (en) * | 2021-10-21 | 2023-04-27 | Kenneth Schulz | Electronic Valve Train Assembly |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5261610A (en) * | 1990-09-18 | 1993-11-16 | Nordson Corporation | Coating dispenser with hydraulic-assisted valve closure |
| CA2087392C (en) * | 1992-04-27 | 1998-10-27 | Russell J. Vanrens | Double solenoid valve actuator |
| DE19511880A1 (de) * | 1994-04-08 | 1995-10-12 | Audi Ag | Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechsel-Ventilen |
| DE19607019A1 (de) * | 1996-02-24 | 1997-08-28 | Daimler Benz Ag | Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventiles für Verbrennungsmotoren |
| DE29604946U1 (de) * | 1996-03-16 | 1997-07-17 | FEV Motorentechnik GmbH & Co. KG, 52078 Aachen | Elektromagnetischer Aktuator für ein Gaswechselventil mit Ventilspielausgleich |
| DE19615435A1 (de) * | 1996-04-19 | 1997-10-23 | Daimler Benz Ag | Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventiles für Verbrennungsmotoren |
| DE19624296A1 (de) * | 1996-06-18 | 1998-01-02 | Bayerische Motoren Werke Ag | Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen-Hubventile |
| JP3605476B2 (ja) * | 1996-08-08 | 2004-12-22 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の動弁装置 |
| DE19650865A1 (de) * | 1996-12-07 | 1998-06-10 | Bosch Gmbh Robert | Magnetventil |
| US5961097A (en) * | 1996-12-17 | 1999-10-05 | Caterpillar Inc. | Electromagnetically actuated valve with thermal compensation |
| DE29703584U1 (de) * | 1997-02-28 | 1998-06-25 | FEV Motorentechnik GmbH & Co. KG, 52078 Aachen | Elektromagnetischer Aktuator mit Fluid-Auftreffdämpfung |
| JPH10274016A (ja) * | 1997-03-28 | 1998-10-13 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電磁式動弁制御装置 |
| JP3438532B2 (ja) | 1997-06-04 | 2003-08-18 | トヨタ自動車株式会社 | 電磁駆動弁 |
| JPH1113435A (ja) | 1997-06-25 | 1999-01-19 | Toyota Motor Corp | 電磁駆動弁 |
| JP3518294B2 (ja) * | 1997-08-08 | 2004-04-12 | トヨタ自動車株式会社 | 電磁駆動弁 |
| US5967413A (en) * | 1998-02-11 | 1999-10-19 | Caterpillar Inc. | Damped solenoid actuated valve and fuel injector using same |
| DE19947848A1 (de) * | 1998-10-28 | 2000-05-04 | Fev Motorentech Gmbh | Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes, insbesondere eines Gaswechselventils mit einseitiger Federanordnung |
-
2000
- 2000-08-15 JP JP2000246396A patent/JP3614092B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-08-15 US US09/929,059 patent/US6554248B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020056821A1 (en) | 2002-05-16 |
| JP2002061768A (ja) | 2002-02-28 |
| US6554248B2 (en) | 2003-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4244526B2 (ja) | 電磁駆動弁の制御装置及び制御方法 | |
| JP3508636B2 (ja) | 電磁駆動吸排気弁の制御装置 | |
| EP1167725B1 (en) | Engine valve drive control apparatus and method | |
| JP2000049012A (ja) | 電磁アクチュエ―タのア―マチュアの運動制御方法 | |
| EP1211389B1 (en) | An electromagnetic valve controller | |
| JP3614092B2 (ja) | 電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置及び制御装置 | |
| JP3881094B2 (ja) | 電磁式弁駆動装置 | |
| JP4803882B2 (ja) | 電磁アクチュエータ制御装置 | |
| JPH09320841A (ja) | 電磁アクチュエータ制御装置 | |
| JP3707354B2 (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| KR100482528B1 (ko) | 전자구동밸브 제어장치 | |
| JP4320885B2 (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP3877851B2 (ja) | 電磁式弁駆動装置 | |
| JP2002054759A (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP2001221360A (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP2001221022A (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP2002004896A (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP2003284369A (ja) | Ｅｍｖａアマチュアの位置および速度を推定する方法 | |
| JP2001015329A (ja) | 電磁駆動弁のバルブクリアランス推定装置 | |
| JP2001207875A (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP2001159332A (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP2002256907A (ja) | 内燃機関の電磁式弁駆動装置 | |
| JP2002081569A (ja) | 電磁駆動弁の制御装置 | |
| JP2003134782A (ja) | 電磁駆動弁の脱調防止通電制御方法 | |
| JP2007303418A (ja) | 電磁駆動弁 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040916 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041012 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041025 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081112 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091112 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101112 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111112 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121112 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121112 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131112 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |