JP3548667B2 - 内燃機関の電磁駆動弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の電磁駆動弁に係り、特に、内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する内燃機関の電磁駆動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、特開昭５９−２１３９１３号に開示される如く、内燃機関の電磁駆動弁が知られている。上記従来の電磁駆動弁は、内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する弁体と、弁体に連結されたアーマチャとを備えている。弁体およびアーマチャは、弁体の軸方向に変位することができる。以下、弁体およびアーマチャを可動部と称す。
【０００３】
アーマチャの上方には第１電磁石およびアッパスプリングが配設されている。また、アーマチャの下方には第２電磁石およびロアスプリングが配設されている。アーマチャは、アッパスプリングおよびロアスプリングにより中立位置に保持されている。第１電磁石および第２電磁石は、それぞれ、励磁電流が供給されることによりアーマチャを引き寄せるための電磁力を発生する。
【０００４】
上記従来の電磁駆動弁によれば、第１電磁石に励磁電流を供給することで、アッパスプリングおよびロアスプリングに保持された可動部を第１電磁石側に変位させることができる。アーマチャが第１電磁石側に変位した後に第１電磁石への励磁電流の供給が停止されると、可動部は、アッパスプリングおよびロアスプリングのバネ力により単振動を開始する。
【０００５】
単振動の周期Ｔは、可動部の質量Ｍと、アッパスプリングおよびロアスプリングのバネ定数Ｋとで定まる固有振動周期Ｔ０ ＝２π√（Ｍ／Ｋ）に一致する。従って、上記従来の装置においては、第１電磁石への励磁電流の供給が停止された後、所定時間“Ｔ０ ／２”が経過した時点で、可動部が第２電磁石の近傍に到達すると判断できる。
【０００６】
可動部が第２電磁石の近傍に到達した時点で、第２電磁石に励磁電流を供給すると、アーマチャを第２電磁石側に引き寄せる電磁力を発生させることができる。上記の電磁力が発生すると、単振動時に生ずる摺動損失分を補って、アーマチャを第２電磁石に到達するまで変位させることができる。以後、繰り返し第１電磁石および第２電磁石に、適当なタイミングで励磁電流を供給することで、弁体を開閉させることができる。このように、上記従来の電磁駆動弁によれば、中立位置に保持されているアーマチャを一旦第１電磁石側に引き寄せた後は、可動部の単振動を利用して、少ない消費電力で弁体を開閉動作させることができる。
【０００７】
上記従来の電磁駆動弁において、中立位置に保持されているアーマチャは、第１電磁石に連続的に大きな励磁電流を供給することによっても、第１電磁石側に引き寄せることができる。しかし、かかる手法によれば、アーマチャを第１電磁石側へ引き寄せる際に大電力が消費される。このため、上記従来の電磁駆動弁は、中立位置に保持されているアーマチャを第１電磁石に引き寄せる際に、第１電磁石と第２電磁石とに、上述した固有振動周期Ｔ０ を一周期として、交互に励磁電流を供給する始動制御を実行する。
【０００８】
上述した始動制御によれば、第１電磁石および第２電磁石に対して、著しく大きな励磁電流を供給させることなく、可動部の振幅を徐々に増大させることにより、可動部を第１電磁石側に変位させることができる。このため、上記従来の電磁駆動弁によれば、中立位置に保持されている可動部を、少ない消費電力で第１電磁石側へ引き寄せることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した固有振動周期Ｔ０ は、可動部が、アッパスプリングおよびロアスプリングのバネ力のみを外力として単振動する場合に実現される周期である。これに対して、上記従来の電磁駆動弁では、始動制御中および定常動作中の双方において、可動部の駆動に電磁力が用いられている。
【００１０】
定常動作中における電磁力は、可動部の摺動に伴って発生する摺動損失分を補うために補助的に用いられるに過ぎない。この場合、可動部の振動周期Ｔは、ほぼ、固有振動周期Ｔ０ に一致する。従って、定常動作中は、可動部の振動周期Ｔを実質的に固有振動周期Ｔ０ と見做しても、何ら不都合は生じない。
一方、上述した始動制御の過程では、電磁力が、単振動によって可動部に生ずる振幅を強制的に増大させるために用いられる。この場合、可動部の振動周期Ｔは、固有振動周期Ｔ０ に比して長期化する傾向を示す。
【００１１】
可動部の振動周期Ｔに現れる長期化の傾向は、第１電磁石または第２電磁石とアーマチャとの間に作用する電磁力が強力であるほど小さくなる。第１電磁石または第２電磁石とアーマチャとの間に作用する電磁力は、両者間の距離が短くなるに連れて大きくなる。このため、始動制御の過程で振動周期Ｔに生ずる長期化の傾向は、第１電磁石とアーマチャとの距離、および、第２電磁石とアーマチャとの距離が大きいほど、すなわち、可動部の振幅が小さいほど顕著となる。
【００１２】
このように、電磁駆動弁においては、始動制御の実行中、特に可動部の振幅が小さい段階において、可動部が、固有振動周期Ｔ０ に比して長い周期Ｔで振動する現象が生ずる。中立位置に保持されているアーマチャを、効率良く第１電磁石側に変位させるためには、可動部の振動周期Ｔと、第１電磁石および第２電磁石が電磁力を発生する周期とが一致していることが望ましい。この点、上記従来の装置は、電磁駆動弁の省電力化を図るうえで、必ずしも最適なものではなかった。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、中立位置に保持されているアーマチャを初期駆動する際に、優れた省電力特性を発揮する内燃機関の電磁駆動弁を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、内燃機関の吸気弁または排気弁を構成する弁体と、前記弁体と共に作動するアーマチャと、前記弁体および前記アーマチャを中立位置に向けて付勢するバネ部材と、前記アーマチャを引き寄せる電磁力を発生する電磁石と、を備える内燃機関の電磁駆動弁において、
前記中立位置に保持されている前記アーマチャを前記電磁石側へ引き寄せる際に、前記電磁石に所定の周期で電磁力を発生させる始動制御を実行する始動制御手段と、
前記始動制御の過程で、前記アーマチャを前記電磁石側へ変位させる際に前記電磁石に供給される励磁電流を、前記アーマチャの振幅が充分に大きな値に到達した段階で、第１の電流から該第１の電流に比して小さな第２の電流に変化させる励磁電流変更手段と、
を備える内燃機関の電磁駆動弁により達成される。
【００１７】
本発明において、中立位置に保持されているアーマチャは、始動制御が実行されることにより電磁石側に変位する。始動制御の過程で、アーマチャの振幅が小さい間は電磁石に対して第１の電流が供給される。この場合、アーマチャと電磁石との距離が長距離であるにも関わらず、両者間に大きな電磁力が作用する。この場合、アーマチャの振動周期に現れる長期化の傾向が抑制される。一方、アーマチャの振幅が増大した後は、電磁石に対して第２の電流（＜第１の電流）が供給される。アーマチャの振幅が増大した後は、電磁石に供給される励磁電流が第２の電流に低下されても、アーマチャの振動周期に顕著な長期化傾向が生ずることがない。このため、始動制御中におけるアーマチャの振動周期は、ほぼ一定の周期に維持される。始動制御の実行中は、電磁石が、その一定の周期と一致する所定の周期で電磁力を発生する。このため、本発明によれば、少ない消費電力で、効率良くアーマチャを電磁石の近傍まで変位させることができる。
【００１８】
また、上記の目的は、請求項２に記載する如く、内燃機関の吸気弁または排気弁を構成する弁体と、前記弁体と共に作動するアーマチャと、前記弁体および前記アーマチャを中立位置に向けて付勢するバネ部材と、前記アーマチャを引き寄せる電磁力を発生する電磁石と、を備える内燃機関の電磁駆動弁において、
前記中立位置に保持されている前記アーマチャを前記電磁石側へ引き寄せる際に、前記電磁石に所定の周期で電磁力を発生させる始動制御を実行する始動制御手段と、
前記始動制御の過程で、前記所定の周期を、前記アーマチャの固有振動周期に比して大きな周期から前記固有振動周期に近づける周期変更手段と、
前記始動制御の過程で、前記アーマチャを前記電磁石側へ変位させる際に前記電磁石に供給される励磁電流を、前記アーマチャの振幅が充分に大きな値に到達した段階で、第１の電流から該第１の電流に比して小さな第２の電流に変化させる励磁電流変更手段と、
を備える内燃機関の電磁駆動弁によっても達成される。
【００１９】
本発明において、始動制御の実行中は、▲１▼電磁石に供給する励磁電流を変化させることによりアーマチャの振動周期の変動を抑制する制御、および、▲２▼電磁石に励磁電流を供給する周期を変化させることにより、電磁石が電磁力を発生する周期とアーマチャの振幅周期とを一致させる制御の双方が実行される。この場合、電力消費を必要最小限に抑制しつつ、始動制御によってアーマチャを効率良く電磁石の近傍まで変位させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である電磁駆動弁１０の全体構成図を示す。電磁駆動弁１０は、弁体１２を備えている。弁体１２は、内燃機関の吸気弁を構成する部材である。弁体１２は、内燃機関の燃焼室内に露出するようにシリンダヘッド１３に配設されている。内燃機関のシリンダヘッド１３には、吸気吸気ポート１４が表されている。吸気ポート１４には、弁体１２に対する弁座１１が形成されている。吸気ポート１４は、弁体１２が弁座１１から離座することにより導通状態となり、また、弁体１２が弁座１１に着座することにより遮断状態となる。
【００２１】
弁体１２には、弁軸１５が固定されている。弁軸１５は、バルブガイド１６により軸方向に摺動可能に保持されている。バルブガイド１６は、シリンダヘッド１３に支持されている。また、バルブガイド１６には、電磁駆動弁１０のロアキャップ１８が固定されている。弁軸１５の上部には、非磁性材料で構成されたプランジャ２０が固定されている。
【００２２】
弁軸１５の上端部には、ロアリテーナ２１が固定されている。ロアリテーナ２１とロアキャップ１８との間には、両者を離間させる方向の付勢力を発生するロアスプリング２２が配設されている。ロアスプリング２２は、ロアリテーナ２１を、すなわちプランジャ２０および弁体１２を、図１における上方へ向けて付勢している。
【００２３】
一方、プランジャ２０の上端部には、アッパーリテーナ２４が固定されている。アッパーリテーナ２４の上部には、アッパースプリング２６の下端部が当接している。アッパースプリング２６は、アッパーリテーナ２４を、すなわち、プランジャ２０および弁体１２を、図１における下方へ向けて付勢している。
アッパースプリング２６の周囲には、その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャップ２７が配設されている。更に、アッパーキャップ２７の上端部には、アジャストボルト２８が配設されている。アッパスプリング２６の上端は、アジャスタボルト２８に当接している。
【００２４】
プランジャ２０には、アーマチャ３０が接合されている。アーマチャ３０は、磁性材料で構成された環状の部材である。アーマチャ３０の上方には、第１電磁石３２が配設されている。第１電磁石３２は、アッパコイル３４およびアッパコア３６を備えている。また、アーマチャ３０の下方には、第２電磁石３８が配設されている。第２電磁石３８は、ロアコイル４０およびロアコア４２を備えている。アッパコア３６およびロアコア４２は磁性材料で構成された部材であり、その中央部にプランジャ２０を摺動可能に保持している。
【００２５】
第１電磁石３２および第２電磁石３８の外周には、外筒４４が配設されている。外筒４４は、第１電磁石３２と第２電磁石３８との間に所定の間隔が確保されるように、それら両者を保持している。上述したアッパーキャップ２７は、第１電磁石３２の上端面に当接するように、取り付けブラケット４６および取り付けボルト４８によってシリンダヘッド１３に固定されている。一方、上述したロアキャップ１８は、第２電磁石３８の下端部近傍に当接するように、シリンダヘッド１３内部に固定されている。そして、上述したアジャスタボルト２８は、アーマチャ３０の中立位置が、第１電磁石３２と第２電磁石３８との中間点となるように調整されている。
【００２６】
以下、電磁駆動弁１０の動作について説明する。アッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流が供給されていない場合は、アーマチャ３０がその中立位置、すなわち、第１電磁石３２と第２電磁石３８との中間に維持される。アーマチャ３０が中立位置に維持された状態で、アッパコイル３４への励磁電流の供給が開始されると、アーマチャ３０と第１電磁石３２との間に、アーマチャ３０を第１電磁石３２側へ引き寄せる電磁力が発生する。
【００２７】
このため、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル３４に適当な励磁電流を供給することで、アーマチャ３０、プランジャ２０、および、弁体１２等を第１電磁石３２側へ変位させることができる。以下、アーマチャ３０と共に変位する部分を可動部５０と称す。
電磁駆動弁１０において、可動部５０の変位は、アーマチャ３０がアッパコア３６と当接するまで継続させることができる。電磁駆動弁１０は、アーマチャ３０がアッパコア３６と当接するまで変位した際に、弁体１２が弁座１１に着座するように設計されている。従って、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル３４に適当な励磁電流を供給することで、弁体１２を閉弁位置まで変位させることができる。
【００２８】
弁体１２が閉弁位置に維持されている場合、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２は、可動部５０を中立位置に向けて付勢する付勢力を発生する。かかる状況下で、アッパコイル３４への励磁電流の供給が停止されると、可動部５０は、以後、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力により単振動を開始する。
【００２９】
単振動の周期Ｔは、可動部５０の質量Ｍと、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ定数Ｋとで定まる固有振動周期Ｔ０ ＝２π√（Ｍ／Ｋ）に一致する。従って、電磁駆動弁１０においては、アッパコイル３４への励磁電流の供給が停止された後、所定時間“Ｔ０ ／２”が経過した時点で、アーマチャ３０がロアコア４２の近傍に到達すると判断できる。
【００３０】
アーマチャ３０がロアコア４２の近傍に到達した時点で、ロアコイル４０に励磁電流を供給すると、アーマチャ３０を第２電磁石３８側に引き寄せる電磁力を発生させることができる。上記の電磁力が発生すると、単振動時に生ずる摺動損失分を補って、アーマチャ３０がロアコア４２に当接するまで可動部５０の変位を継続させることができる。
【００３１】
電磁駆動弁１０は、アーマチャ３０がロアコア４２に当接する際に、弁体１２が全開位置に到達するように設計されている。従って、アッパコイル３４への励磁電流の供給が停止された後、上記の如く所定のタイミングでロアコイル４０へ励磁電流を供給すれば、少ない消費電力で弁体１２を閉弁位置から全開位置まで変位させることができる。
【００３２】
アーマチャ３０がロアコア４２に当接した後、ロアコア４２への励磁電流の供給が停止されると、可動部５０は、以後、固有振動周期Ｔ０ の単振動期で単振動を開始する。その結果、アーマチャ３０は、図１における上方へ向かって変位する。以後、適当なタイミングで、繰り返しアッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流を供給すると、少ない消費電力で適切に弁体１２を開閉動作させることができる。
【００３３】
上述の如く、停止中の電磁駆動弁１０を作動させるためには、中立位置に保持されているアーマチャ３０を、一旦はアッパコア３６（またはロアコア４２）に当接するまで変位させる必要がある。上記の変位は、例えば、アッパコイル３４に対して、充分に大きな励磁電流を連続的に供給することによっても発生させることができる。しかしながら、上記の変位をかかる手法で発生させようとすると、電磁駆動弁１０の始動時に大電流が消費される。
【００３４】
電磁駆動弁１０の可動部５０は、中立位置から変位した位置でその拘束が解かれると、以後、上述した固有振動周期Ｔ０ を伴う単振動を開始する。また、可動部５０の単振動に伴う振幅は、可動部５０が第１電磁石３２に向かって変位している際に第１電磁石に電磁力を発生させ、かつ、可動部５０が第２電磁石３８に向かって変位している過程で第２電磁石３８に電磁力を発生させることにより成長させることができる。
【００３５】
従って、電磁駆動弁１０の始動を図る際に、上記の条件が満たされるように、第１電磁石３２および第２電磁石３８に電磁力を発生させれば、アッパコイル３４およびロアコイル４０に大きな励磁電流を供給することなく、可動部５０に対して大きな振幅を与えることができる。そして、アーマチャ３０がアッパコア３６（またはロアコア４２）と当接するまで、可動部５０の振幅を成長させれば、少ない消費電力で、電磁駆動弁１０の始動を図ることができる。
【００３６】
本実施例の電磁駆動弁１０は、その始動が要求される場合に、アッパコイル３４とロアコイル４０とに、所定の振動周期Ｔを一周期として、交互に励磁電流を供給することにより、中立位置に保持されているアーマチャ３０をアッパコア３６（またはロアコア４２）側へ引き寄せる。以下、この制御を始動制御と称す。電磁駆動弁１０は、始動制御の過程でアッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流を供給する周期Ｔを、可動部５０の振幅に応じて変化させる点に特徴を有している。以下、図２乃至図５を参照して、電磁駆動弁１０の特徴部について説明する。
【００３７】
図２（Ａ）は、電磁駆動弁１０において上記の始動制御が実行された場合に弁体１２に生ずる変位を示す。図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、励磁電流の供給周期Ｔを可動部５０の固有振動周期Ｔ０ に一致させた場合に、それぞれ、アッパコイル３４またはロアコイル４０に供給される励磁電流の波形を示す。また、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、本実施例において、始動制御が実行される際にアッパコイル３４およびロアコイル４０に供給される励磁電流の波形を示す。
【００３８】
上述した始動制御を実行するにあたっては、比較例の始動制御のように、励磁電流の供給周期Ｔを可動部５０の固有振動周期Ｔ０ に一致させることが考えられる。しかし、可動部５０の固有振動周期Ｔ０ は、可動部５０が、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力のみを外力として単振動する場合に実現される振動周期である。これに対して、始動制御の実行中は、可動部５０が、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力に加えて、第１電磁石３２および第２電磁石３８の電磁力を受けて動作する。このため、始動制御の実行中は、可動部５０が固有振動周期Ｔ０ と異なる周期で振動する。
【００３９】
始動制御の実行に伴って可動部５０の振幅が増幅される過程で、第１電磁石３２および第２電磁石３８が発する電磁力は、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力が可動部５０の変位速度を下げようとする際に、そのバネ力に抗って変位速度の低下を妨げるように作用する。第１電磁石３２および第２電磁石３８の発する電磁力がこのように作用すると、可動部５０が単振動している場合に比して、可動部５０が上死点または下死点に到達するタイミングが遅延する。このため、始動制御が実行されている場合、可動部５０の振動周期Ｔは、具体的には、図２（Ａ）に示す如く固有振動周期Ｔ０ に比して長期化する。
【００４０】
また、可動部５０の振動周期Ｔに現れる長期化の傾向は、第１電磁石３２または第２電磁石３８とアーマチャ３０との間に作用する電磁力が強力であるほど小さく、その電磁力が小さいほど顕著となる。第１電磁石３２または第２電磁石３８とアーマチャ３０との間に作用する電磁力は、両者間の距離が短くなるに連れて大きくなる。このため、始動制御の過程で振動周期Ｔに生ずる長期化の傾向は、可動部５０の振幅が小さい領域で顕著であり、可動部５０の振幅が増大するに連れて消滅する。
【００４１】
図３は、始動制御が開始された後、可動部５０に生じた振動の回数ｋと、可動部５０の振動周期Ｔとの関係を表す図を示す。可動部５０の振幅は、始動制御が開始された後、可動部５０の振動回数ｋが増すに連れて大きくなる。このため、可動部５０の振動周期Ｔは、始動制御が開始された後、振動回数ｋが増すに連れて、固有振動周期Ｔ０ に比して大きな値から固有振動周期Ｔ０ に近づく傾向を示す。
【００４２】
図２（Ｄ）および図２（Ｅ）に示す如く、本実施例の電磁駆動弁１０においては、始動制御の過程で可動部５０の振動周期Ｔが上記の如く変化することを考慮して、固有振動周期Ｔ０ に補正値δｋ を加算した周期“Ｔ０ ＋δｋ ”を一周期として、アッパコイル３４およびロアコイル４０に対して励磁電流を供給することとしている。
【００４３】
図４は、励磁電流の供給周期の補正に用いられる補正項δｋ を求める際に参照されるマップの一例を示す。図４に示す如く、補正項δｋ は、始動制御が開始された後、可動部５０に生じた振動の回数ｋが増すに連れて小さな値に変化する。図４に示すマップによれば、励磁電流の供給周期Ｔ０ ＋δｋ を、始動制御が開始された後、可動部５０の振動回数ｋが増すに連れて、可動部５０の振動周期Ｔと同様に固有振動周期Ｔ０ に近づけることができる。
【００４４】
また、始動制御の実行中に可動部５０の振動周期Ｔに現れる長期化の傾向は、上述の如く、第１電磁石３２および第２電磁石３８が発生する電磁力が大きいほど抑制される。従って、始動制御の実行中に、可動部５０の振動周期Ｔに生ずる変化幅を抑制するためには、可動部５０の振幅が小さい段階ではアッパコイル３４およびロアコイル４０に大きな励磁電流を供給し、かつ、可動部５０の振幅が増大した後はアッパコイル３４およびロアコイル４０に小さな励磁電流を供給することが適切である。更に、励磁電流を上記の如く変化させることは、始動制御の実行に伴う消費電力を削減するうえでも有効である。
【００４５】
図２（Ｄ）に示す如く、電磁駆動弁１０において、アッパコイル３４およびロアコイル４０に供給される励磁電流は、振動回数ｋが少なく、可動部５０の振幅が小さい段階では第１の電流ＩＬ に設定される。また、可動部５０の振幅が充分に大きな値に到達する段階では、その励磁電流が第１の電流ＩＬ に比して小さな第２の電流Ｉ２ に設定される。このため、電磁駆動弁１０によれば、始動制御の実行中に可動部５０の振動周期Ｔが大幅に変化するのを防止することができると共に、少ない消費電力で始動制御を完了させることができる。
【００４６】
図５は、上記の機能を実現すべく、電磁駆動弁１０において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図５に示すルーチンは、車両のイグニッションスイッチがオン状態とされた後、繰り返し起動されるルーチンである。本ルーチンが起動されると、先ずステップ１００の処理が実行される。
ステップ１００では、フラグＸＣＬＯＳＥがオン状態であるか否かが判別される。フラグＸＣＬＯＳＥは、イグニッションスイッチがオン状態とされた後、始動制御が実行されることにより弁体１２が閉弁位置まで変位したか否かを表すフラグである。本ステップ１００で、既にＸＣＬＯＳＥ＝ＯＮが成立すると判別される場合は、以後、何ら処理が進められることなく今回のルーチンが終了される。一方、未だＸＣＬＯＳＥ＝ＯＮが成立しないと判別される場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００４７】
ステップ１０２では、カウンタｋがインクリメントされる。カウンタｋは、アッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流を供給した繰り返し回数を係数するためのカウンタである。カウンタｋは、イグニッションスイッチがオンとされる毎に初期化処理により“０”とされる。本実施例において、カウンタｋの計数値は、始動制御が開始された後、可動部５０に生じた振動の回数と一致する。本ステップ１０２の処理が終了すると、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００４８】
ステップ１０４では、カウンタｋの計数値に基づいて、励磁電流の供給周期Ｔを設定する処理が実行される。本ステップ１０４では、具体的には、上記図４に示すマップを参照してカウンタｋの計数値に対応する補正項δｋ を求めると共に、固有振動周期ｔ０ にその補正項δｋ を加算した値を供給周期Ｔとして記憶する処理が実行される。本ステップ１０４の処理が終了すると、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００４９】
ステップ１０６では、アッパコイル３４に対して励磁電流Ｉを供給する処理が実行される。励磁電流Ｉは、イニシャル処理により、第１の電流ＩＬ に設定されている。本ステップ１０６の処理が終了すると、次にステップ１０８の処理が実行される。
ステップ１０８では、アッパコイル３４に励磁電流が供給され始めた後、供給周期Ｔの半分の時間“Ｔ／２”が経過したか否かが判別される。本ステップ１０８の処理は、Ｔ／２が経過したと判別されるまで繰り返し実行される。その結果、所定時間Ｔ／２が経過したと判別されると、次にステップ１１０の処理が実行される。
【００５０】
ステップ１１０では、アッパコイル３４への励磁電流の供給を停止する処理が実行される。本ステップ１１０の処理が実行されると、次にステップ１１２の処理が実行される。
ステップ１１２では、ロアコイル４０に対して励磁電流Ｉを供給する処理が実行される。本ステップ１１２の処理が終了すると、次にステップ１１４の処理が実行される。
【００５１】
ステップ１１４では、ロアコイル４０に励磁電流が供給され始めた後、供給周期Ｔの半分の時間“Ｔ／２”が経過したか否かが判別される。本ステップ１１４の処理は、Ｔ／２が経過したと判別されるまで繰り返し実行される。その結果、所定時間Ｔ／２が経過したと判別されると、次にステップ１１６の処理が実行される。
【００５２】
ステップ１１６では、ロアコイル４０への励磁電流の供給を停止する処理が実行される。本ステップ１１６の処理が実行されると、次にステップ１１８の処理が実行される。
ステップ１１８では、カウンタｋの計数値ｋ０ が所定値ｋ０ 以上であるか否かが判別される。上記の判別の結果、ｋ≧ｋ０ が成立しない場合は、始動制御が開始された後、可動部５０の振動回数が、未だ励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ から第２の電流ＩＳ に変更すべき回数に達していないと判断される。この場合、次にステップ１２０の処理が実行される。一方、既にｋ≧ｋ０ が成立すると判別される場合は、励磁電流Ｉを第２の電流ＩＳ とすべき時期が到来していると判断される。この場合、次にステップ１２２の処理が実行される。
【００５３】
ステップ１２０では、励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ とする処理が実行される。本ステップ１２０の処理が終了すると、次にステップ１２４の処理が実行される。
ステップ１２２では、励磁電流Ｉを第２の電流ＩＳ とする処理が実行される。本ステップ１２２の処理が終了すると、次にステップ１２４の処理が実行される。
【００５４】
ステップ１２４では、カウンタｋの計数値が所定回数Ｎ以上であるか否かが判別される。所定回数Ｎは、始動制御によって可動部５０を振動させるべき回数である。上記の判別の結果、ｋ≧Ｎが成立しない場合は、可動部５０の振動回数が未だ不十分であると判断することができる。この場合、以後、再び上記ステップ１０２以降の処理が実行される。一方、Ｋ≧Ｎが成立する場合は、既に可動部５０の振幅が充分に成長していると判断することができる。この場合、次にステップ１２６の処理が実行される。
【００５５】
ステップ１２６では、フラグＸＣＬＯＳＥがオン状態とされる。本ステップ１２６の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
上記の処理によれば、始動制御が開始された後、可動部５０に所定回数ｋ０ の振動が生ずるまでは励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ とし、可動部５０の振動回数が所定回数ｋ０ 以上となると、励磁電流Ｉを第２の電流ＩＳ （＜ＩＬ ）とすることができる。このため、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、始動制御の実行中に可動部５０の振動周期に生ずる変動の幅を小さく抑制することができる。
【００５６】
また、上記の処理によれば、始動制御の実行中、常に、励磁電流Ｉの供給周期Ｔを、可動部５０の振動周期と精度良く一致させることができる。このため、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、その始動が要求された後、少ない消費電力で、極めて効率的に電磁駆動弁１０を定常作動状態に移行させることができる。
ところで、上記の実施例においては、励磁電流の供給周期Ｔを、固有振動周期Ｔ０ に比して大きな周期から固有振動周期Ｔ０ に向けて低下させる制御と、励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ から第２の電流ＩＳ に低下させる制御とを、共に実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの制御を、互いに独立に実行することとしてもよい。
【００５７】
また、上記の実施例においては、始動制御の実行中に、励磁電流を２段階に変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、励磁電流を、第１の電流ＩＬから第２の電流ＩＳまで、段階的または連続的に変化させることとしてもよい。
尚、上記の実施例においては、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２が前記請求項１および前記請求項２記載の「バネ部材」に、第１電磁石３２および第２電磁石３８が前記請求項１および前記請求項２記載の「電磁石」に、それぞれ相当していると共に、電磁駆動弁１０が、上記ステップ１０６〜１１６の処理を実行することにより前記請求項１および前記請求項２記載の「始動制御手段」が、上記ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより前記請求項２記載の「周期変更手段」が、それぞれ実現されている。また、上記の実施例においては、電磁駆動弁１０が、上記ステップ１１８〜１２２の処理を実行することにより、前記請求項１および前記請求項２記載の「励磁電流変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００５８】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、始動制御中にアーマチャを電磁石側へ変位させる際に電磁石に供給される励磁電流を必要最小限に抑制しつつ、始動制御中に生ずるアーマチャの振動周期を、ほぼ一定に維持することができる。このため、本発明に係る内燃機関の電磁駆動弁によれば、優れた省電力特性を実現することができる。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、始動制御の過程でアーマチャの振動周期を一定に維持する制御と、電磁石が電磁力を発生する周期とアーマチャの振動周期とを一致させる制御との双方を実行することができる。このため、本発明に係る内燃機関の電磁駆動弁によれば、優れた省電力特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電磁駆動弁の全体構成図である。
【図２】図２（Ａ）は、本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される場合に弁体に生ずる変位を表す図である。
図２（Ｂ）は、励磁電流の供給周期を可動部の固有振動周期Ｔ０ に一致させた場合にアッパコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
図２（Ｃ）は、励磁電流の供給周期を可動部の固有振動周期Ｔ０ に一致させた場合にロアコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
図２（Ｄ）は、本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される際にアッパコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
図２（Ｅ）は、本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される際にロアコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
【図３】本実施例の電磁駆動弁において始動制御が開始された後に可動部に発生する振動回数ｋと、可動部の振動周期Ｔとの関係を表す図である。
【図４】本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される際に補正項δｋ を求めるために参照されるマップの一例である。
【図５】本実施例の電磁駆動弁において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 電磁駆動弁
１２ 弁体
２０ プランジャ
３０ アーマチャ
３２ 第１電磁石
３４ アッパコイル
３６ アッパコア
３８ 第２電磁石
４０ ロアコイル
４２ ロアコア
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の電磁駆動弁に係り、特に、内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する内燃機関の電磁駆動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、特開昭５９−２１３９１３号に開示される如く、内燃機関の電磁駆動弁が知られている。上記従来の電磁駆動弁は、内燃機関の吸気弁または排気弁として機能する弁体と、弁体に連結されたアーマチャとを備えている。弁体およびアーマチャは、弁体の軸方向に変位することができる。以下、弁体およびアーマチャを可動部と称す。
【０００３】
アーマチャの上方には第１電磁石およびアッパスプリングが配設されている。また、アーマチャの下方には第２電磁石およびロアスプリングが配設されている。アーマチャは、アッパスプリングおよびロアスプリングにより中立位置に保持されている。第１電磁石および第２電磁石は、それぞれ、励磁電流が供給されることによりアーマチャを引き寄せるための電磁力を発生する。
【０００４】
上記従来の電磁駆動弁によれば、第１電磁石に励磁電流を供給することで、アッパスプリングおよびロアスプリングに保持された可動部を第１電磁石側に変位させることができる。アーマチャが第１電磁石側に変位した後に第１電磁石への励磁電流の供給が停止されると、可動部は、アッパスプリングおよびロアスプリングのバネ力により単振動を開始する。
【０００５】
単振動の周期Ｔは、可動部の質量Ｍと、アッパスプリングおよびロアスプリングのバネ定数Ｋとで定まる固有振動周期Ｔ０ ＝２π√（Ｍ／Ｋ）に一致する。従って、上記従来の装置においては、第１電磁石への励磁電流の供給が停止された後、所定時間“Ｔ０ ／２”が経過した時点で、可動部が第２電磁石の近傍に到達すると判断できる。
【０００６】
可動部が第２電磁石の近傍に到達した時点で、第２電磁石に励磁電流を供給すると、アーマチャを第２電磁石側に引き寄せる電磁力を発生させることができる。上記の電磁力が発生すると、単振動時に生ずる摺動損失分を補って、アーマチャを第２電磁石に到達するまで変位させることができる。以後、繰り返し第１電磁石および第２電磁石に、適当なタイミングで励磁電流を供給することで、弁体を開閉させることができる。このように、上記従来の電磁駆動弁によれば、中立位置に保持されているアーマチャを一旦第１電磁石側に引き寄せた後は、可動部の単振動を利用して、少ない消費電力で弁体を開閉動作させることができる。
【０００７】
上記従来の電磁駆動弁において、中立位置に保持されているアーマチャは、第１電磁石に連続的に大きな励磁電流を供給することによっても、第１電磁石側に引き寄せることができる。しかし、かかる手法によれば、アーマチャを第１電磁石側へ引き寄せる際に大電力が消費される。このため、上記従来の電磁駆動弁は、中立位置に保持されているアーマチャを第１電磁石に引き寄せる際に、第１電磁石と第２電磁石とに、上述した固有振動周期Ｔ０ を一周期として、交互に励磁電流を供給する始動制御を実行する。
【０００８】
上述した始動制御によれば、第１電磁石および第２電磁石に対して、著しく大きな励磁電流を供給させることなく、可動部の振幅を徐々に増大させることにより、可動部を第１電磁石側に変位させることができる。このため、上記従来の電磁駆動弁によれば、中立位置に保持されている可動部を、少ない消費電力で第１電磁石側へ引き寄せることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した固有振動周期Ｔ０ は、可動部が、アッパスプリングおよびロアスプリングのバネ力のみを外力として単振動する場合に実現される周期である。これに対して、上記従来の電磁駆動弁では、始動制御中および定常動作中の双方において、可動部の駆動に電磁力が用いられている。
【００１０】
定常動作中における電磁力は、可動部の摺動に伴って発生する摺動損失分を補うために補助的に用いられるに過ぎない。この場合、可動部の振動周期Ｔは、ほぼ、固有振動周期Ｔ０ に一致する。従って、定常動作中は、可動部の振動周期Ｔを実質的に固有振動周期Ｔ０ と見做しても、何ら不都合は生じない。
一方、上述した始動制御の過程では、電磁力が、単振動によって可動部に生ずる振幅を強制的に増大させるために用いられる。この場合、可動部の振動周期Ｔは、固有振動周期Ｔ０ に比して長期化する傾向を示す。
【００１１】
可動部の振動周期Ｔに現れる長期化の傾向は、第１電磁石または第２電磁石とアーマチャとの間に作用する電磁力が強力であるほど小さくなる。第１電磁石または第２電磁石とアーマチャとの間に作用する電磁力は、両者間の距離が短くなるに連れて大きくなる。このため、始動制御の過程で振動周期Ｔに生ずる長期化の傾向は、第１電磁石とアーマチャとの距離、および、第２電磁石とアーマチャとの距離が大きいほど、すなわち、可動部の振幅が小さいほど顕著となる。
【００１２】
このように、電磁駆動弁においては、始動制御の実行中、特に可動部の振幅が小さい段階において、可動部が、固有振動周期Ｔ０ に比して長い周期Ｔで振動する現象が生ずる。中立位置に保持されているアーマチャを、効率良く第１電磁石側に変位させるためには、可動部の振動周期Ｔと、第１電磁石および第２電磁石が電磁力を発生する周期とが一致していることが望ましい。この点、上記従来の装置は、電磁駆動弁の省電力化を図るうえで、必ずしも最適なものではなかった。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、中立位置に保持されているアーマチャを初期駆動する際に、優れた省電力特性を発揮する内燃機関の電磁駆動弁を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、内燃機関の吸気弁または排気弁を構成する弁体と、前記弁体と共に作動するアーマチャと、前記弁体および前記アーマチャを中立位置に向けて付勢するバネ部材と、前記アーマチャを引き寄せる電磁力を発生する電磁石と、を備える内燃機関の電磁駆動弁において、
前記中立位置に保持されている前記アーマチャを前記電磁石側へ引き寄せる際に、前記電磁石に所定の周期で電磁力を発生させる始動制御を実行する始動制御手段と、
前記始動制御の過程で、前記アーマチャを前記電磁石側へ変位させる際に前記電磁石に供給される励磁電流を、前記アーマチャの振幅が充分に大きな値に到達した段階で、第１の電流から該第１の電流に比して小さな第２の電流に変化させる励磁電流変更手段と、
を備える内燃機関の電磁駆動弁により達成される。
【００１７】
本発明において、中立位置に保持されているアーマチャは、始動制御が実行されることにより電磁石側に変位する。始動制御の過程で、アーマチャの振幅が小さい間は電磁石に対して第１の電流が供給される。この場合、アーマチャと電磁石との距離が長距離であるにも関わらず、両者間に大きな電磁力が作用する。この場合、アーマチャの振動周期に現れる長期化の傾向が抑制される。一方、アーマチャの振幅が増大した後は、電磁石に対して第２の電流（＜第１の電流）が供給される。アーマチャの振幅が増大した後は、電磁石に供給される励磁電流が第２の電流に低下されても、アーマチャの振動周期に顕著な長期化傾向が生ずることがない。このため、始動制御中におけるアーマチャの振動周期は、ほぼ一定の周期に維持される。始動制御の実行中は、電磁石が、その一定の周期と一致する所定の周期で電磁力を発生する。このため、本発明によれば、少ない消費電力で、効率良くアーマチャを電磁石の近傍まで変位させることができる。
【００１８】
また、上記の目的は、請求項２に記載する如く、内燃機関の吸気弁または排気弁を構成する弁体と、前記弁体と共に作動するアーマチャと、前記弁体および前記アーマチャを中立位置に向けて付勢するバネ部材と、前記アーマチャを引き寄せる電磁力を発生する電磁石と、を備える内燃機関の電磁駆動弁において、
前記中立位置に保持されている前記アーマチャを前記電磁石側へ引き寄せる際に、前記電磁石に所定の周期で電磁力を発生させる始動制御を実行する始動制御手段と、
前記始動制御の過程で、前記所定の周期を、前記アーマチャの固有振動周期に比して大きな周期から前記固有振動周期に近づける周期変更手段と、
前記始動制御の過程で、前記アーマチャを前記電磁石側へ変位させる際に前記電磁石に供給される励磁電流を、前記アーマチャの振幅が充分に大きな値に到達した段階で、第１の電流から該第１の電流に比して小さな第２の電流に変化させる励磁電流変更手段と、
を備える内燃機関の電磁駆動弁によっても達成される。
【００１９】
本発明において、始動制御の実行中は、▲１▼電磁石に供給する励磁電流を変化させることによりアーマチャの振動周期の変動を抑制する制御、および、▲２▼電磁石に励磁電流を供給する周期を変化させることにより、電磁石が電磁力を発生する周期とアーマチャの振幅周期とを一致させる制御の双方が実行される。この場合、電力消費を必要最小限に抑制しつつ、始動制御によってアーマチャを効率良く電磁石の近傍まで変位させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である電磁駆動弁１０の全体構成図を示す。電磁駆動弁１０は、弁体１２を備えている。弁体１２は、内燃機関の吸気弁を構成する部材である。弁体１２は、内燃機関の燃焼室内に露出するようにシリンダヘッド１３に配設されている。内燃機関のシリンダヘッド１３には、吸気吸気ポート１４が表されている。吸気ポート１４には、弁体１２に対する弁座１１が形成されている。吸気ポート１４は、弁体１２が弁座１１から離座することにより導通状態となり、また、弁体１２が弁座１１に着座することにより遮断状態となる。
【００２１】
弁体１２には、弁軸１５が固定されている。弁軸１５は、バルブガイド１６により軸方向に摺動可能に保持されている。バルブガイド１６は、シリンダヘッド１３に支持されている。また、バルブガイド１６には、電磁駆動弁１０のロアキャップ１８が固定されている。弁軸１５の上部には、非磁性材料で構成されたプランジャ２０が固定されている。
【００２２】
弁軸１５の上端部には、ロアリテーナ２１が固定されている。ロアリテーナ２１とロアキャップ１８との間には、両者を離間させる方向の付勢力を発生するロアスプリング２２が配設されている。ロアスプリング２２は、ロアリテーナ２１を、すなわちプランジャ２０および弁体１２を、図１における上方へ向けて付勢している。
【００２３】
一方、プランジャ２０の上端部には、アッパーリテーナ２４が固定されている。アッパーリテーナ２４の上部には、アッパースプリング２６の下端部が当接している。アッパースプリング２６は、アッパーリテーナ２４を、すなわち、プランジャ２０および弁体１２を、図１における下方へ向けて付勢している。
アッパースプリング２６の周囲には、その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャップ２７が配設されている。更に、アッパーキャップ２７の上端部には、アジャストボルト２８が配設されている。アッパスプリング２６の上端は、アジャスタボルト２８に当接している。
【００２４】
プランジャ２０には、アーマチャ３０が接合されている。アーマチャ３０は、磁性材料で構成された環状の部材である。アーマチャ３０の上方には、第１電磁石３２が配設されている。第１電磁石３２は、アッパコイル３４およびアッパコア３６を備えている。また、アーマチャ３０の下方には、第２電磁石３８が配設されている。第２電磁石３８は、ロアコイル４０およびロアコア４２を備えている。アッパコア３６およびロアコア４２は磁性材料で構成された部材であり、その中央部にプランジャ２０を摺動可能に保持している。
【００２５】
第１電磁石３２および第２電磁石３８の外周には、外筒４４が配設されている。外筒４４は、第１電磁石３２と第２電磁石３８との間に所定の間隔が確保されるように、それら両者を保持している。上述したアッパーキャップ２７は、第１電磁石３２の上端面に当接するように、取り付けブラケット４６および取り付けボルト４８によってシリンダヘッド１３に固定されている。一方、上述したロアキャップ１８は、第２電磁石３８の下端部近傍に当接するように、シリンダヘッド１３内部に固定されている。そして、上述したアジャスタボルト２８は、アーマチャ３０の中立位置が、第１電磁石３２と第２電磁石３８との中間点となるように調整されている。
【００２６】
以下、電磁駆動弁１０の動作について説明する。アッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流が供給されていない場合は、アーマチャ３０がその中立位置、すなわち、第１電磁石３２と第２電磁石３８との中間に維持される。アーマチャ３０が中立位置に維持された状態で、アッパコイル３４への励磁電流の供給が開始されると、アーマチャ３０と第１電磁石３２との間に、アーマチャ３０を第１電磁石３２側へ引き寄せる電磁力が発生する。
【００２７】
このため、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル３４に適当な励磁電流を供給することで、アーマチャ３０、プランジャ２０、および、弁体１２等を第１電磁石３２側へ変位させることができる。以下、アーマチャ３０と共に変位する部分を可動部５０と称す。
電磁駆動弁１０において、可動部５０の変位は、アーマチャ３０がアッパコア３６と当接するまで継続させることができる。電磁駆動弁１０は、アーマチャ３０がアッパコア３６と当接するまで変位した際に、弁体１２が弁座１１に着座するように設計されている。従って、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル３４に適当な励磁電流を供給することで、弁体１２を閉弁位置まで変位させることができる。
【００２８】
弁体１２が閉弁位置に維持されている場合、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２は、可動部５０を中立位置に向けて付勢する付勢力を発生する。かかる状況下で、アッパコイル３４への励磁電流の供給が停止されると、可動部５０は、以後、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力により単振動を開始する。
【００２９】
単振動の周期Ｔは、可動部５０の質量Ｍと、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ定数Ｋとで定まる固有振動周期Ｔ０ ＝２π√（Ｍ／Ｋ）に一致する。従って、電磁駆動弁１０においては、アッパコイル３４への励磁電流の供給が停止された後、所定時間“Ｔ０ ／２”が経過した時点で、アーマチャ３０がロアコア４２の近傍に到達すると判断できる。
【００３０】
アーマチャ３０がロアコア４２の近傍に到達した時点で、ロアコイル４０に励磁電流を供給すると、アーマチャ３０を第２電磁石３８側に引き寄せる電磁力を発生させることができる。上記の電磁力が発生すると、単振動時に生ずる摺動損失分を補って、アーマチャ３０がロアコア４２に当接するまで可動部５０の変位を継続させることができる。
【００３１】
電磁駆動弁１０は、アーマチャ３０がロアコア４２に当接する際に、弁体１２が全開位置に到達するように設計されている。従って、アッパコイル３４への励磁電流の供給が停止された後、上記の如く所定のタイミングでロアコイル４０へ励磁電流を供給すれば、少ない消費電力で弁体１２を閉弁位置から全開位置まで変位させることができる。
【００３２】
アーマチャ３０がロアコア４２に当接した後、ロアコア４２への励磁電流の供給が停止されると、可動部５０は、以後、固有振動周期Ｔ０ の単振動期で単振動を開始する。その結果、アーマチャ３０は、図１における上方へ向かって変位する。以後、適当なタイミングで、繰り返しアッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流を供給すると、少ない消費電力で適切に弁体１２を開閉動作させることができる。
【００３３】
上述の如く、停止中の電磁駆動弁１０を作動させるためには、中立位置に保持されているアーマチャ３０を、一旦はアッパコア３６（またはロアコア４２）に当接するまで変位させる必要がある。上記の変位は、例えば、アッパコイル３４に対して、充分に大きな励磁電流を連続的に供給することによっても発生させることができる。しかしながら、上記の変位をかかる手法で発生させようとすると、電磁駆動弁１０の始動時に大電流が消費される。
【００３４】
電磁駆動弁１０の可動部５０は、中立位置から変位した位置でその拘束が解かれると、以後、上述した固有振動周期Ｔ０ を伴う単振動を開始する。また、可動部５０の単振動に伴う振幅は、可動部５０が第１電磁石３２に向かって変位している際に第１電磁石に電磁力を発生させ、かつ、可動部５０が第２電磁石３８に向かって変位している過程で第２電磁石３８に電磁力を発生させることにより成長させることができる。
【００３５】
従って、電磁駆動弁１０の始動を図る際に、上記の条件が満たされるように、第１電磁石３２および第２電磁石３８に電磁力を発生させれば、アッパコイル３４およびロアコイル４０に大きな励磁電流を供給することなく、可動部５０に対して大きな振幅を与えることができる。そして、アーマチャ３０がアッパコア３６（またはロアコア４２）と当接するまで、可動部５０の振幅を成長させれば、少ない消費電力で、電磁駆動弁１０の始動を図ることができる。
【００３６】
本実施例の電磁駆動弁１０は、その始動が要求される場合に、アッパコイル３４とロアコイル４０とに、所定の振動周期Ｔを一周期として、交互に励磁電流を供給することにより、中立位置に保持されているアーマチャ３０をアッパコア３６（またはロアコア４２）側へ引き寄せる。以下、この制御を始動制御と称す。電磁駆動弁１０は、始動制御の過程でアッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流を供給する周期Ｔを、可動部５０の振幅に応じて変化させる点に特徴を有している。以下、図２乃至図５を参照して、電磁駆動弁１０の特徴部について説明する。
【００３７】
図２（Ａ）は、電磁駆動弁１０において上記の始動制御が実行された場合に弁体１２に生ずる変位を示す。図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、励磁電流の供給周期Ｔを可動部５０の固有振動周期Ｔ０ に一致させた場合に、それぞれ、アッパコイル３４またはロアコイル４０に供給される励磁電流の波形を示す。また、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、本実施例において、始動制御が実行される際にアッパコイル３４およびロアコイル４０に供給される励磁電流の波形を示す。
【００３８】
上述した始動制御を実行するにあたっては、比較例の始動制御のように、励磁電流の供給周期Ｔを可動部５０の固有振動周期Ｔ０ に一致させることが考えられる。しかし、可動部５０の固有振動周期Ｔ０ は、可動部５０が、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力のみを外力として単振動する場合に実現される振動周期である。これに対して、始動制御の実行中は、可動部５０が、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力に加えて、第１電磁石３２および第２電磁石３８の電磁力を受けて動作する。このため、始動制御の実行中は、可動部５０が固有振動周期Ｔ０ と異なる周期で振動する。
【００３９】
始動制御の実行に伴って可動部５０の振幅が増幅される過程で、第１電磁石３２および第２電磁石３８が発する電磁力は、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２のバネ力が可動部５０の変位速度を下げようとする際に、そのバネ力に抗って変位速度の低下を妨げるように作用する。第１電磁石３２および第２電磁石３８の発する電磁力がこのように作用すると、可動部５０が単振動している場合に比して、可動部５０が上死点または下死点に到達するタイミングが遅延する。このため、始動制御が実行されている場合、可動部５０の振動周期Ｔは、具体的には、図２（Ａ）に示す如く固有振動周期Ｔ０ に比して長期化する。
【００４０】
また、可動部５０の振動周期Ｔに現れる長期化の傾向は、第１電磁石３２または第２電磁石３８とアーマチャ３０との間に作用する電磁力が強力であるほど小さく、その電磁力が小さいほど顕著となる。第１電磁石３２または第２電磁石３８とアーマチャ３０との間に作用する電磁力は、両者間の距離が短くなるに連れて大きくなる。このため、始動制御の過程で振動周期Ｔに生ずる長期化の傾向は、可動部５０の振幅が小さい領域で顕著であり、可動部５０の振幅が増大するに連れて消滅する。
【００４１】
図３は、始動制御が開始された後、可動部５０に生じた振動の回数ｋと、可動部５０の振動周期Ｔとの関係を表す図を示す。可動部５０の振幅は、始動制御が開始された後、可動部５０の振動回数ｋが増すに連れて大きくなる。このため、可動部５０の振動周期Ｔは、始動制御が開始された後、振動回数ｋが増すに連れて、固有振動周期Ｔ０ に比して大きな値から固有振動周期Ｔ０ に近づく傾向を示す。
【００４２】
図２（Ｄ）および図２（Ｅ）に示す如く、本実施例の電磁駆動弁１０においては、始動制御の過程で可動部５０の振動周期Ｔが上記の如く変化することを考慮して、固有振動周期Ｔ０ に補正値δｋ を加算した周期“Ｔ０ ＋δｋ ”を一周期として、アッパコイル３４およびロアコイル４０に対して励磁電流を供給することとしている。
【００４３】
図４は、励磁電流の供給周期の補正に用いられる補正項δｋ を求める際に参照されるマップの一例を示す。図４に示す如く、補正項δｋ は、始動制御が開始された後、可動部５０に生じた振動の回数ｋが増すに連れて小さな値に変化する。図４に示すマップによれば、励磁電流の供給周期Ｔ０ ＋δｋ を、始動制御が開始された後、可動部５０の振動回数ｋが増すに連れて、可動部５０の振動周期Ｔと同様に固有振動周期Ｔ０ に近づけることができる。
【００４４】
また、始動制御の実行中に可動部５０の振動周期Ｔに現れる長期化の傾向は、上述の如く、第１電磁石３２および第２電磁石３８が発生する電磁力が大きいほど抑制される。従って、始動制御の実行中に、可動部５０の振動周期Ｔに生ずる変化幅を抑制するためには、可動部５０の振幅が小さい段階ではアッパコイル３４およびロアコイル４０に大きな励磁電流を供給し、かつ、可動部５０の振幅が増大した後はアッパコイル３４およびロアコイル４０に小さな励磁電流を供給することが適切である。更に、励磁電流を上記の如く変化させることは、始動制御の実行に伴う消費電力を削減するうえでも有効である。
【００４５】
図２（Ｄ）に示す如く、電磁駆動弁１０において、アッパコイル３４およびロアコイル４０に供給される励磁電流は、振動回数ｋが少なく、可動部５０の振幅が小さい段階では第１の電流ＩＬ に設定される。また、可動部５０の振幅が充分に大きな値に到達する段階では、その励磁電流が第１の電流ＩＬ に比して小さな第２の電流Ｉ２ に設定される。このため、電磁駆動弁１０によれば、始動制御の実行中に可動部５０の振動周期Ｔが大幅に変化するのを防止することができると共に、少ない消費電力で始動制御を完了させることができる。
【００４６】
図５は、上記の機能を実現すべく、電磁駆動弁１０において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図５に示すルーチンは、車両のイグニッションスイッチがオン状態とされた後、繰り返し起動されるルーチンである。本ルーチンが起動されると、先ずステップ１００の処理が実行される。
ステップ１００では、フラグＸＣＬＯＳＥがオン状態であるか否かが判別される。フラグＸＣＬＯＳＥは、イグニッションスイッチがオン状態とされた後、始動制御が実行されることにより弁体１２が閉弁位置まで変位したか否かを表すフラグである。本ステップ１００で、既にＸＣＬＯＳＥ＝ＯＮが成立すると判別される場合は、以後、何ら処理が進められることなく今回のルーチンが終了される。一方、未だＸＣＬＯＳＥ＝ＯＮが成立しないと判別される場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００４７】
ステップ１０２では、カウンタｋがインクリメントされる。カウンタｋは、アッパコイル３４およびロアコイル４０に励磁電流を供給した繰り返し回数を係数するためのカウンタである。カウンタｋは、イグニッションスイッチがオンとされる毎に初期化処理により“０”とされる。本実施例において、カウンタｋの計数値は、始動制御が開始された後、可動部５０に生じた振動の回数と一致する。本ステップ１０２の処理が終了すると、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００４８】
ステップ１０４では、カウンタｋの計数値に基づいて、励磁電流の供給周期Ｔを設定する処理が実行される。本ステップ１０４では、具体的には、上記図４に示すマップを参照してカウンタｋの計数値に対応する補正項δｋ を求めると共に、固有振動周期ｔ０ にその補正項δｋ を加算した値を供給周期Ｔとして記憶する処理が実行される。本ステップ１０４の処理が終了すると、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００４９】
ステップ１０６では、アッパコイル３４に対して励磁電流Ｉを供給する処理が実行される。励磁電流Ｉは、イニシャル処理により、第１の電流ＩＬ に設定されている。本ステップ１０６の処理が終了すると、次にステップ１０８の処理が実行される。
ステップ１０８では、アッパコイル３４に励磁電流が供給され始めた後、供給周期Ｔの半分の時間“Ｔ／２”が経過したか否かが判別される。本ステップ１０８の処理は、Ｔ／２が経過したと判別されるまで繰り返し実行される。その結果、所定時間Ｔ／２が経過したと判別されると、次にステップ１１０の処理が実行される。
【００５０】
ステップ１１０では、アッパコイル３４への励磁電流の供給を停止する処理が実行される。本ステップ１１０の処理が実行されると、次にステップ１１２の処理が実行される。
ステップ１１２では、ロアコイル４０に対して励磁電流Ｉを供給する処理が実行される。本ステップ１１２の処理が終了すると、次にステップ１１４の処理が実行される。
【００５１】
ステップ１１４では、ロアコイル４０に励磁電流が供給され始めた後、供給周期Ｔの半分の時間“Ｔ／２”が経過したか否かが判別される。本ステップ１１４の処理は、Ｔ／２が経過したと判別されるまで繰り返し実行される。その結果、所定時間Ｔ／２が経過したと判別されると、次にステップ１１６の処理が実行される。
【００５２】
ステップ１１６では、ロアコイル４０への励磁電流の供給を停止する処理が実行される。本ステップ１１６の処理が実行されると、次にステップ１１８の処理が実行される。
ステップ１１８では、カウンタｋの計数値ｋ０ が所定値ｋ０ 以上であるか否かが判別される。上記の判別の結果、ｋ≧ｋ０ が成立しない場合は、始動制御が開始された後、可動部５０の振動回数が、未だ励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ から第２の電流ＩＳ に変更すべき回数に達していないと判断される。この場合、次にステップ１２０の処理が実行される。一方、既にｋ≧ｋ０ が成立すると判別される場合は、励磁電流Ｉを第２の電流ＩＳ とすべき時期が到来していると判断される。この場合、次にステップ１２２の処理が実行される。
【００５３】
ステップ１２０では、励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ とする処理が実行される。本ステップ１２０の処理が終了すると、次にステップ１２４の処理が実行される。
ステップ１２２では、励磁電流Ｉを第２の電流ＩＳ とする処理が実行される。本ステップ１２２の処理が終了すると、次にステップ１２４の処理が実行される。
【００５４】
ステップ１２４では、カウンタｋの計数値が所定回数Ｎ以上であるか否かが判別される。所定回数Ｎは、始動制御によって可動部５０を振動させるべき回数である。上記の判別の結果、ｋ≧Ｎが成立しない場合は、可動部５０の振動回数が未だ不十分であると判断することができる。この場合、以後、再び上記ステップ１０２以降の処理が実行される。一方、Ｋ≧Ｎが成立する場合は、既に可動部５０の振幅が充分に成長していると判断することができる。この場合、次にステップ１２６の処理が実行される。
【００５５】
ステップ１２６では、フラグＸＣＬＯＳＥがオン状態とされる。本ステップ１２６の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
上記の処理によれば、始動制御が開始された後、可動部５０に所定回数ｋ０ の振動が生ずるまでは励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ とし、可動部５０の振動回数が所定回数ｋ０ 以上となると、励磁電流Ｉを第２の電流ＩＳ （＜ＩＬ ）とすることができる。このため、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、始動制御の実行中に可動部５０の振動周期に生ずる変動の幅を小さく抑制することができる。
【００５６】
また、上記の処理によれば、始動制御の実行中、常に、励磁電流Ｉの供給周期Ｔを、可動部５０の振動周期と精度良く一致させることができる。このため、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、その始動が要求された後、少ない消費電力で、極めて効率的に電磁駆動弁１０を定常作動状態に移行させることができる。
ところで、上記の実施例においては、励磁電流の供給周期Ｔを、固有振動周期Ｔ０ に比して大きな周期から固有振動周期Ｔ０ に向けて低下させる制御と、励磁電流Ｉを第１の電流ＩＬ から第２の電流ＩＳ に低下させる制御とを、共に実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの制御を、互いに独立に実行することとしてもよい。
【００５７】
また、上記の実施例においては、始動制御の実行中に、励磁電流を２段階に変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、励磁電流を、第１の電流ＩＬから第２の電流ＩＳまで、段階的または連続的に変化させることとしてもよい。
尚、上記の実施例においては、アッパスプリング２６およびロアスプリング２２が前記請求項１および前記請求項２記載の「バネ部材」に、第１電磁石３２および第２電磁石３８が前記請求項１および前記請求項２記載の「電磁石」に、それぞれ相当していると共に、電磁駆動弁１０が、上記ステップ１０６〜１１６の処理を実行することにより前記請求項１および前記請求項２記載の「始動制御手段」が、上記ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより前記請求項２記載の「周期変更手段」が、それぞれ実現されている。また、上記の実施例においては、電磁駆動弁１０が、上記ステップ１１８〜１２２の処理を実行することにより、前記請求項１および前記請求項２記載の「励磁電流変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００５８】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、始動制御中にアーマチャを電磁石側へ変位させる際に電磁石に供給される励磁電流を必要最小限に抑制しつつ、始動制御中に生ずるアーマチャの振動周期を、ほぼ一定に維持することができる。このため、本発明に係る内燃機関の電磁駆動弁によれば、優れた省電力特性を実現することができる。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、始動制御の過程でアーマチャの振動周期を一定に維持する制御と、電磁石が電磁力を発生する周期とアーマチャの振動周期とを一致させる制御との双方を実行することができる。このため、本発明に係る内燃機関の電磁駆動弁によれば、優れた省電力特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電磁駆動弁の全体構成図である。
【図２】図２（Ａ）は、本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される場合に弁体に生ずる変位を表す図である。
図２（Ｂ）は、励磁電流の供給周期を可動部の固有振動周期Ｔ０ に一致させた場合にアッパコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
図２（Ｃ）は、励磁電流の供給周期を可動部の固有振動周期Ｔ０ に一致させた場合にロアコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
図２（Ｄ）は、本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される際にアッパコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
図２（Ｅ）は、本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される際にロアコイルに供給される励磁電流の波形を表す図である。
【図３】本実施例の電磁駆動弁において始動制御が開始された後に可動部に発生する振動回数ｋと、可動部の振動周期Ｔとの関係を表す図である。
【図４】本実施例の電磁駆動弁において始動制御が実行される際に補正項δｋ を求めるために参照されるマップの一例である。
【図５】本実施例の電磁駆動弁において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 電磁駆動弁
１２ 弁体
２０ プランジャ
３０ アーマチャ
３２ 第１電磁石
３４ アッパコイル
３６ アッパコア
３８ 第２電磁石
４０ ロアコイル
４２ ロアコア
Claims (2)
- 内燃機関の吸気弁または排気弁を構成する弁体と、前記弁体と共に作動するアーマチャと、前記弁体および前記アーマチャを中立位置に向けて付勢するバネ部材と、前記アーマチャを引き寄せる電磁力を発生する電磁石と、を備える内燃機関の電磁駆動弁において、
前記中立位置に保持されている前記アーマチャを前記電磁石側へ引き寄せる際に、前記電磁石に所定の周期で電磁力を発生させる始動制御を実行する始動制御手段と、
前記始動制御の過程で、前記アーマチャを前記電磁石側へ変位させる際に前記電磁石に供給される励磁電流を、前記アーマチャの振幅が充分に大きな値に到達した段階で、第１の電流から該第１の電流に比して小さな第２の電流に変化させる励磁電流変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の電磁駆動弁。 - 内燃機関の吸気弁または排気弁を構成する弁体と、前記弁体と共に作動するアーマチャと、前記弁体および前記アーマチャを中立位置に向けて付勢するバネ部材と、前記アーマチャを引き寄せる電磁力を発生する電磁石と、を備える内燃機関の電磁駆動弁において、
前記中立位置に保持されている前記アーマチャを前記電磁石側へ引き寄せる際に、前記電磁石に所定の周期で電磁力を発生させる始動制御を実行する始動制御手段と、
前記始動制御の過程で、前記所定の周期を、前記アーマチャの固有振動周期に比して大きな周期から前記固有振動周期に近づける周期変更手段と、
前記始動制御の過程で、前記アーマチャを前記電磁石側へ変位させる際に前記電磁石に供給される励磁電流を、前記アーマチャの振幅が充分に大きな値に到達した段階で、第１の電流から該第１の電流に比して小さな第２の電流に変化させる励磁電流変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の電磁駆動弁。
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