JPH09320841A

JPH09320841A - 電磁アクチュエータ制御装置

Info

Publication number: JPH09320841A
Application number: JP8133662A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Iida; 達雄飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の大型化、コストの上昇等を招くことな
く、簡易な構成による可動子位置検出手段を設け、着座
制御を始めとする電磁力制御の精度向上、ロバスト性の
向上、及び電磁アクチュエータの故障検出精度の向上を
図る。【解決手段】ＥＣＵ４０は、駆動回路４２を介してア
ッパコイル２３に通電しプランジャ（可動子）１６をア
ッパコア２２側に吸引するとき、すなわちアッパコイル
２３を駆動コイルとして使用するときは、ロアコイル２
７には通電していないため、永久磁石１９が移動するこ
とにより生ずる磁束変化を検出する検出コイルとしてロ
アコイル２７を使用し、ロアコイル２７に誘導される電
流を、検出回路４６を介して検出し、その電流より弁体
１０の速度及び位置を求める。一方、ロアコイル２７を
駆動コイルとして使用するときは、アッパコイル２３を
検出コイルとして使用し同様の処理をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力により機械
的仕事をする電磁アクチュエータの制御装置に関し、特
に、内燃機関の吸排気弁用として好適な電磁アクチュエ
ータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の吸排気弁としては、ク
ランクシャフトの回転に基づいて駆動されるカムシャフ
トにより開閉操作されるものが一般的である。そして、
内燃機関の高性能化を図るという観点から、運転状態に
応じて最適な弁開閉時期を達成するために動弁系の可変
機構が種々実用化されつつあり、２段切り替え式（ＯＮ
／ＯＦＦ制御式）のものを始めとして連続可変式のもの
も開発されている。これら可変機構には、カムシャフト
の回転位相をずらすものや、カムシャフトに複数のカム
プロファイルを備えるもの等がある。

【０００３】しかしながら、上述のようなカムシャフト
により駆動される吸排気弁では、弁リフト（弁揚程）、
開弁期間及び開閉時期の全てを独立かつ任意に設定する
ことは不可能である。そこで、近年においては、内燃機
関に対する更なる高性能化の要求に応えるべく、運転状
態に応じてそれらのパラメータを理想的な値に設定可能
な電磁駆動式動弁系に関する研究が活発化してきてい
る。例えば、特開昭57-44716号公報は、両側から挟む形
で設けられたバネにより中立位置へと付勢される可動子
の両側においてさらにコイルを設けて電磁石をそれぞれ
形成し、一方のコイルへ通電して電磁力を発生させ、可
動子を中立位置からその電磁石の方向へと吸引する電磁
アクチュエータ（電磁弁）制御装置を開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる電磁力は、可動
子と電磁石との間の距離が小さくなるにつれて急激に増
大する。従って、可動子が電磁石に吸着されるまで同じ
大きさの電流を流し続けると、可動子が電磁石に激しく
衝突してしまう。さらに、閉弁時には、弁体（可動子と
一体となって動く）と弁座との衝突も問題となる。そこ
で、可動子が電磁石に接近した時点から、コイルに供給
する電流を徐々に減少せしめ、電磁力を弱めていき、吸
着時の衝撃を抑える制御（着座制御）を行う必要があ
る。

【０００５】ところが、弁体の熱膨張や弁座の磨耗等に
より可動子の位置は変化するとともに、電磁弁の固体差
もあり、電流供給時間に基づく特定の時点から電流値を
下げることにより一定の安定した着座制御を達成するこ
とは極めて困難な問題となっている。そのため、可動子
の位置を検出しつつ着座制御を行うことが考えられる。
しかし、可動子の位置を直接的に検出するセンサを設け
ることは、装置が大型化するとともにコストの上昇を招
く。また、特開昭 60-122253号公報に開示されるよう
に、可動子の位置を検出するために可動子位置の変化に
起因するコイル電流の変化をみることも考えられるが、
コイルには駆動電流が印加されているため、電流変化を
検出することは困難であり、正確さに欠けるという問題
がある。

【０００６】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、装置
の大型化、コストの上昇等を招くことなく、簡易な構成
により正確な可動子の位置を検出することができる電磁
アクチュエータ制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、可動子の移動
すなわち電磁力の発生に携わっているコイルは、一方の
コイルのみであり、必ず他方のコイルには電流が流され
ていないため、その他方のコイルは、誘導起電力（鎖交
磁束変化）より移動速度を介して位置を検出するための
検出コイルとして利用することができる、という基本的
着想に基づき、以下に記載されるような技術構成を採用
することにより、上記目的を達成するものである。

【０００８】すなわち、本願第１の発明に係る電磁アク
チュエータ制御装置は、両側から挟む形で設けられたバ
ネにより中立位置へと付勢される可動子の両側に電磁石
形成用のコイルを設け、一方又は他方のコイルへ通電し
て電磁力を発生させ、前記可動子を前記中立位置から前
記一方又は他方のコイルの方向へと吸引する電磁アクチ
ュエータ制御装置において、前記可動子と連動して前記
コイルの近傍を移動する磁性体と、前記可動子を移動さ
せるべく通電されている一方のコイルに対する他方のコ
イルにおいて前記磁性体の移動により誘導される電流を
検出する誘導電流検出手段と、を具備することを特徴と
する。

【０００９】また、第２の発明によれば、前記第１の発
明に係る電磁アクチュエータ制御装置において、さら
に、一方のコイルに通電しているときに前記誘導電流検
出手段が電流を検出しないことに基づいて電磁アクチュ
エータの故障を判定する故障判定手段が具備される。

【００１０】上述の如く構成された、第１の発明に係る
電磁アクチュエータ制御装置においては、可動子の移動
に携わっていないコイルには、駆動電流が流れていない
ため、磁性体の移動による鎖交磁束の変化に基づいて誘
導される電流をそのコイルにより精度良く検出すること
が可能になる。また、第２の発明によれば、電流が誘導
されないことにより磁性体が移動していないことを検出
し、これをもって故障と判定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１２】図１は、本発明の電磁アクチュエータ制御
装置を内燃機関用吸排気弁駆動装置として構成した場合
の一実施形態を示す縦断面図である。同図に示される弁
体１０は、弁頭（バルブヘッド：valve head、又は「弁
がさ」ともいう）１２及び弁軸１４からなり、弁頭１２
の弁フェース(valve face)１２ａが、内燃機関の吸排気
用ポート３０に設けられた弁座（バルブシート：valve
seat）３２に着座し又は弁座３２から離座することによ
り、吸排気用ポート３０を開閉する。弁体１０の弁軸１
４は、バルブガイド３４により軸方向に摺動可能な状態
で保持される。また、弁軸１４には、可動接極子として
のプランジャ(plunger) １６が固定されている。

【００１３】プランジャ１６は、軟磁性材料で構成され
た円板状の部材である。プランジャ１６の上方には、所
定距離だけ離隔してアッパコア(upper core)２２が、一
方、プランジャ１６の下方には、同様に所定距離だけ離
隔してロアコア(lower core)２６がそれぞれ配設されて
いる。アッパコア２２及びロアコア２６は、軟磁性材料
で構成されており、非磁性材料で構成されるケース２１
により所定の位置関係に保持されている。また、アッパ
コア２２にはアッパコイル(upper coil)２３が把持され
るとともに、ロアコア２６にはロアコイル(lower coil)
２７が把持されている。

【００１４】また、弁軸１４は、アッパスプリング(upp
er spring)２４及びロアスプリング(lower spring)２８
により、軸方向に弾性的に支持されている。そして、ア
ッパコイル２３及びロアコイル２７に通電がなされない
場合におけるプランジャ１６の位置（中立位置）が、ア
ッパコア２２とロアコア２６との中間位置となるよう
に、アッパスプリング２４とロアスプリング２８との釣
り合いが図られている。なお、プランジャ１６が中立位
置にあるときには、弁体１０は、全開側変位端と全閉側
変位端との中間位置をとるようになっている。

【００１５】かかる構成によれば、アッパコイル２３の
周囲には、アッパコア２２とプランジャ１６とそれらの
間に形成されるエアギャップとからなる磁気回路が形成
される。従って、アッパコイル２３に電流が流される
と、上記磁気回路中を磁束が還流し、エアギャップを小
さくする方向すなわちプランジャ１６を上方へ変位させ
る方向の電磁力が発生する。一方、ロアコイル２７の周
囲には、ロアコア２６とプランジャ１６とそれらの間に
形成されるエアギャップとからなる磁気回路が形成され
る。従って、ロアコイル２７に電流が流されると、同様
の原理から、プランジャ１６を下方へ変位させる方向の
電磁力が発生する。

【００１６】かくして、アッパコイル２３及びロアコイ
ル２７に交互に電流を流すことにより、プランジャ１６
を上下に往復運動せしめること、すなわち弁体１０を開
閉方向に交互に駆動することが可能となる。電子制御ユ
ニット（ＥＣＵ）４０は、各種センサ（図示せず）から
の信号に基づいて電磁弁の開閉タイミングを決定し、駆
動回路４２を介して、電源４４からアッパコイル２３及
びロアコイル２７への通電（電力供給）を制御すること
により、電磁弁を駆動する。

【００１７】さて、プランジャに作用する電磁力（吸引
力）は、プランジャ１６がアッパコア２２又はロアコア
２６に近接するにつれて急増する。一方、アッパスプリ
ング２４及びロアスプリング２８がプランジャ１６に及
ぼす付勢力は、プランジャ１６がアッパコア２２又はロ
アコア２６に近接するにつれて直線的に増加するだけで
ある。そこで、前述したように、プランジャ１６がアッ
パコア２２又はロアコア２６に接近した時点から、コイ
ルに供給する電流を徐々に減少せしめ、電磁力を弱めて
いき、吸着時の衝撃を抑える制御（着座制御）を行う必
要があり、さらに安定した着座制御を実施するために
は、プランジャ１６の位置を検出しつつ着座制御を行う
必要がある。

【００１８】そのため、本発明に従って、磁性体として
の永久磁石１８及び１９が、図１に示されるように、弁
軸１４のコイル付近位置に配設されているとともに、ア
ッパコイル２３及びロアコイル２７に誘導される電流を
検出する検出回路４６が設けられている。そして、ＥＣ
Ｕ４０は、駆動回路４２を介してアッパコイル２３に通
電してプランジャ１６をアッパコア２２側に吸引すると
き、すなわちアッパコイル２３を駆動コイルとして使用
するときは、ロアコイル２７には通電していないため、
永久磁石１９が移動することにより生ずる磁束の変化を
検出する検出コイルとしてロアコイル２７を使用し、ロ
アコイル２７に誘導される電流を、検出回路４６を介し
て検出する。

【００１９】一方、ＥＣＵ４０は、駆動回路４２を介し
てロアコイル２７に通電してプランジャ１６をロアコア
２６側に吸引するとき、すなわちロアコイル２７を駆動
コイルとして使用するときは、アッパコイル２３には通
電していないため、永久磁石１８が移動することにより
生ずる磁束の変化を検出する検出コイルとしてアッパコ
イル２３を使用し、アッパコイル２３に誘導される電流
を、検出回路４６を介して検出する。すなわち、アッパ
コイル２３とロアコイル２７とは、駆動コイルとしての
役割と検出コイルとしての役割とを相互に交替しながら
担っている。

【００２０】図２は、ＥＣＵ４０が実行するプランジャ
位置検出ルーチンの処理手順を示すフローチャートであ
る。本ルーチンは、所定時間周期で実行されるように構
成されている。まず、ステップ１０２では、現在検出コ
イルとして働いているコイル（すなわち、駆動コイルと
して働いていない方のコイル）に誘導されている電流を
測定する。なお、誘導電流を測定することは、誘導電圧
を測定することと等価である。

【００２１】検出コイルには、プランジャの弁軸に配設
された磁石の移動により誘導電流が流れ、駆動のための
電流（プランジャがコアに接近していれば、時間ととも
に減少される電流）は流れない。

【００２２】電磁誘導の法則によれば、測定された誘導
電流（誘導電圧）は、検出コイルに鎖交している磁束
（永久磁石１８又は１９により生ずる）の時間的減少割
合に応じた量を表しており、従って、永久磁石の移動速
度すなわちプランジャ１６の移動速度に応じた量であ
る。そこで、次のステップ１０４では、この誘導電流測
定値に基づいてプランジャ１６の移動速度を算出する。
さらに、最後のステップ１０６では、現在までに算出さ
れてきた移動速度の各値を積分することにより、現在の
プランジャ位置を算出する。

【００２３】算出されるプランジャ位置は、プランジャ
を駆動するために流される電流の影響を受けないため精
度が良い。

【００２４】こうして求められたプランジャ位置は、駆
動コイル側に供給すべき電流を制御するために使用され
ので、電磁力制御の向上、即ち、安定した着座制御の実
行、ロバスト性（実際の制御対象が設計の際に想定され
たモデルと隔たっていても制御性能が大きく劣化しない
ようにすること、すなわちモデルに含まれる不確かさを
許容すること）の向上が可能となる。また、ＥＣＵ４０
は、弁体１０を移動させるべく駆動コイルに通電してい
る場合において、検出コイルにおいてしかるべき誘導電
流が流れないときは、電磁アクチュエータにおいて故障
が発生し、停止していると判定することができる。

【００２５】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
く、様々な実施形態を案出することは当業者にとって容
易なことであろう。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、電磁石形成用コイ
ルは、駆動コイルとして作動していない期間において、
可動子に固定された磁性体の移動に基づく鎖交磁束変化
に応じた誘導起電力（これより移動速度及び位置を算出
可能）の検出コイルとして有効利用される。すなわち、
本発明によれば、電磁アクチュエータ制御装置におい
て、装置の大型化、コストの上昇等を招くことなく、簡
易な構成の可動子位置検出手段が設けられることによ
り、電磁力制御精度の向上、ロバスト性の向上及び故障
検出精度の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁アクチュエータ制御装置を内燃機
関用吸排気弁駆動装置として構成した場合の一実施形態
を示す縦断面図である。

【図２】電子制御ユニットが実行するプランジャ位置検
出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…弁体１２…弁頭１２ａ…弁フェース１４…弁軸１６…プランジャ１８，１９…永久磁石２１…ケース２２…アッパコア２３…アッパコイル２４…アッパスプリング２６…ロアコア２７…ロアコイル２８…ロアスプリング３０…内燃機関の吸排気用ポート３２…弁座３４…バルブガイド４０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）４２…駆動回路４４…電源４６…誘導電流検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両側から挟む形で設けられたバネにより
中立位置へと付勢される可動子の両側に電磁石形成用の
コイルを設け、一方又は他方のコイルへ通電して電磁力
を発生させ、前記可動子を前記中立位置から前記一方又
は他方のコイルの方向へと吸引する電磁アクチュエータ
制御装置において、前記可動子と連動して前記コイルの近傍を移動する磁性
体と、前記可動子を移動させるべく通電されている一方のコイ
ルに対する他方のコイルにおいて前記磁性体の移動によ
り誘導される電流を検出する誘導電流検出手段と、を具備することを特徴とする電磁アクチュエータ制御装
置。
【請求項２】一方のコイルに通電しているときに前記
誘導電流検出手段が電流を検出しないことに基づいて電
磁アクチュエータの故障を判定する故障判定手段をさら
に具備する、請求項１に記載の電磁アクチュエータ制御
装置。