JPH09222005A

JPH09222005A - 内燃機関の電磁弁駆動装置

Info

Publication number: JPH09222005A
Application number: JP8028048A
Authority: JP
Inventors: Takashi Deo; 隆志出尾; Masaji Katsumata; 正司勝間田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-08-26
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: JP3424426B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱膨張、摩耗等により多少の形状変化があっ
ても、プランジャとコアとの干渉防止、弁シール不良の
防止（確実な閉弁動作）及び省電力化を図った内燃機関
用電磁弁駆動装置を提供する。【解決手段】冷間時において閉弁した場合におけるプ
ランジャ１６とアッパコア２２との間の距離が弁体１０
の機関使用域における弁軸方向の熱膨張量の最大値以上
に設定される。又は、該距離が、熱膨張量の最大値と弁
フェース及び弁座摩耗量との和以上に設定される。さら
に、弁体の熱膨張量を演算する手段を設け、熱膨張量に
応じて電磁弁への供給電力を補正する。また、熱膨張量
の演算は、機関温度を代表する値と排気温度を代表する
値とに基づいて行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（エンジ
ン）の吸排気弁に関し、より詳細には、電磁力を用いて
その駆動を制御する電磁弁の駆動装置に関する。

【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 61-248402号公報は、そのような電
磁駆動式の吸排気弁の一例を開示するものである。その
電磁弁では、弁体と連結したプランジャ(plunger) を電
磁力によりコア(core)に吸引することにより、閉弁動作
がなされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
おいては、プランジャ表面に磁気抵抗層を形成する旨の
記載があり、この従来技術では、弁頭（バルブヘッド：
valve head、又は「弁がさ」ともいう）の弁フェース(v
alve face)と弁座（バルブシート：valve seat）との接
触及びプランジャとコアとの接触が同時になされるもの
と考えられる。しかしながら、内燃機関が稼働している
と、弁体の熱膨張や弁フェース及び弁座間の摩耗によ
り、弁フェースと弁座とが接触する時期よりも前にプラ
ンジャとコアとが接触して、閉弁が妨げられるおそれが
ある。一方、このような不都合を防止すべく、プランジ
ャとコアとの間のクリアランスを大きくすると、閉弁状
態を維持するために必要な電力が増大するという問題が
発生する。

【０００５】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、熱膨
張、摩耗等により多少の形状変化があっても、プランジ
ャとコアとの干渉防止、弁のシール(seal)不良の防止
（確実な閉弁動作）を図った内燃機関用電磁弁駆動装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に案出された、本願第１の発明に係る、内燃機関の電磁
弁駆動装置は、可動接極子を有する弁体と、前記可動接
極子を吸引することにより閉弁せしめる電磁力を発生さ
せる駆動コイルと、前記駆動コイルに電力を供給する電
力供給手段と、前記可動接極子の閉弁方向の動きを規制
するストッパと、前記ストッパに対向して前記弁体に形
成された対向部と、を有する内燃機関の電磁弁駆動装置
において、冷間時において閉弁した場合における前記対
向部と前記ストッパとの間の距離が前記弁体の機関使用
域における弁軸方向の熱膨張量の最大値以上に設定され
ていることを特徴とする。

【０００７】第１の発明に係る電磁弁駆動装置によれ
ば、弁体の熱膨張により弁体と弁座とが接触する時期よ
りも前に対向部とストッパとが干渉して閉弁が妨げられ
るという事態が確実に回避される。

【０００８】また、第２の発明に係る、内燃機関の電磁
弁駆動装置は、可動接極子を有する弁体と、前記可動接
極子を吸引することにより閉弁せしめる電磁力を発生さ
せる駆動コイルと、前記駆動コイルに電力を供給する電
力供給手段と、前記可動接極子の閉弁方向の動きを規制
するストッパと、前記ストッパに対向して前記弁体に形
成された対向部と、を有する内燃機関の電磁弁駆動装置
において、冷間時において閉弁した場合における前記対
向部と前記ストッパとの間の距離が前記弁体の機関使用
域における弁軸方向の熱膨張量の最大値と弁フェース及
び弁座摩耗量との和以上に設定されていることを特徴と
する。

【０００９】第２の発明に係る電磁弁駆動装置によれ
ば、弁体の熱膨張に加えて弁フェース及び弁座の摩耗も
考慮されているため、対向部とストッパとの干渉による
閉弁不良がより確実に回避される。

【００１０】また、第３の発明によれば、第１又は第２
の発明に係る電磁弁駆動装置において、前記可動接極子
は、可動方向の両側にてそれぞれ弾性部材によって支持
される。

【００１１】第３の発明においては、バネ質量系の自由
振動が利用可能となるため、省電力化が図られる。

【００１２】また、第４の発明によれば、第３の発明に
係る電磁弁駆動装置において、前記弁体の熱膨張量を演
算する熱膨張量演算手段と、前記熱膨張量演算手段によ
って演算された熱膨張量に応じて前記電力供給手段から
供給されるべき電力を補正する電力供給補正手段と、を
さらに具備する。

【００１３】第４の発明においては、弁体の熱膨張量が
求められ、その熱膨張量に応じて電力が補正されること
により、弁体の熱膨張量に応じた適切な電力を供給する
ことが可能となる。

【００１４】また、第５の発明によれば、第４の発明に
係る電磁弁駆動装置において、前記熱膨張量演算手段
は、機関温度を代表する値と排気温度を代表する値とか
ら前記熱膨張量を演算するものである。

【００１５】第５の発明においては、特に対向部とスト
ッパとの距離を測定する部品を特別に設けることなく、
弁体の熱膨張量が間接的に求めることが可能となる。

【００１６】また、第６の発明によれば、第４の発明に
係る電磁弁駆動装置において、前記電力供給補正手段
は、前記熱膨張量演算手段によって演算された熱膨張量
が大きいほど、前記電力供給手段から供給されるべき電
力量を減少補正するものである。

【００１７】弁体が熱膨張すると、可動接極子と駆動コ
イルとの間の距離が非膨張時と比較して短くなり、吸引
時及び閉弁（吸引保持）中に必要となる電力を小さくす
ることができる。第６の発明においては、かかる場合に
電力供給手段から供給される電力量が減少補正されるた
め、省電力化が図られる。

【００１８】また、第７の発明によれば、第６の発明に
係る電磁弁駆動装置において、前記電力量の減少補正
は、電力の供給開始時期を遅延せしめ電力の供給時間を
短縮することによって達成される。

【００１９】第７の発明においては、電力供給開始時期
を遅延させ、電力供給時間を短縮させることによって、
吸引時における省電力化が図られる。

【００２０】また、第８の発明によれば、第４の発明に
係る電磁弁駆動装置において、前記電力供給手段は、前
記可動接極子を吸引するための第１の電流値と、前記可
動接極子を閉弁位置に保持するための第２の電流値と、
前記第１の電流値から前記第２の電流値へと時間の経過
とともに減少する遷移電流と、を供給するものであり、
前記電力供給補正手段は、前記熱膨張量演算手段によっ
て演算された熱膨張量が大きいほど前記第２の電流値を
減少補正するものである。

【００２１】第８の発明においては、閉弁（吸引保持）
中の供給電流を減少させることによって省電力化が図ら
れる。

【００２２】また、第９の発明によれば、第８の発明に
係る電磁弁駆動装置において、前記電力供給補正手段
は、前記第２の電流値を減少補正するときの該減少補正
量が大きいほど、前記遷移電流を供給する際に前記電力
供給手段から前記駆動コイルに与えられる電圧を高くす
る。

【００２３】第８の発明により第２の電流値が減少せし
められるのは、熱膨張量が大きいときであるが、熱膨張
量が大きいほど、対向部とストッパとの間の距離は小さ
くなる。そして、その距離が小さいほど着座（寸前）領
域のインダクタンスが大きくなることに起因して逆起電
力が大きくなり、その結果、着座（寸前）時の電流制御
性が悪化する。第９の発明においては、供給電圧が高め
られることにより逆起電力の増大が相殺されるため、か
かる制御性の悪化が防止される。

【００２４】また、第１０の発明によれば、第９の発明
に係る電磁弁駆動装置において、前記電力供給補正手段
は、前記第２の電流値を減少補正するときの該減少補正
量が大きいほど、さらに、前記遷移電流の時間的減少割
合を減少初期において大きくする。

【００２５】第８の発明により第２の電流値が減少せし
められるのは、熱膨張量が大きいときであるが、熱膨張
量が大きいほど、対向部とストッパとの間の距離は小さ
くなる。遷移電流への切り替え時においては、その距離
が小さいほどインダクタンスが大きくなっているため、
電流制御性が悪くなり、従って電流変化要求量が大きく
なる。第１０の発明においては、遷移電流の時間的減少
割合が減少初期において大きくされることにより、かか
る電流制御性の悪化に起因する着座制御の悪化が防止さ
れる。

【００２６】また、第１１の発明によれば、第３の発明
に係る電磁弁駆動装置において、前記電磁弁を潤滑する
潤滑剤の粘度を推定する粘度推定手段と、前記粘度推定
手段によって推定された粘度が高いほど、前記可動接極
子の吸引時に、前記電力供給手段による電流の供給開始
時期を早めるとともに該電流値を増大せしめる補正をす
る粘度補正手段と、を具備する。

【００２７】粘度が大きいほど潤滑剤の抵抗が大きくな
り、弾性部材の付勢力によって可動接極子が駆動コイル
側に到達する度合いが小さくなる。第１１の発明におい
ては、かかる場合に電力供給手段から供給される電力量
が増大補正されるため、かかる付勢力の減少が電磁力の
増大により相殺されて、確実な閉弁動作が達成される。

【００２８】

【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。

【００２９】図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機
関用電磁弁の縦断面図である。同図に示される電磁弁
は、シリンダヘッド３６に支持されている。かかる電磁
弁の弁体１０は、弁頭（弁がさ）１２及び弁軸１４から
なり、弁頭１２の弁フェース１２ａが、内燃機関の吸排
気用ポート３０に設けられた弁座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１４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１
４には、可動接極子としてのプランジャ１６が固定され
ている。

【００３０】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。なお、アッパコア２２の下面は、プランジャ１６
の閉弁方向の動きを規制するストッパとして作用し、プ
ランジャ１６の上面は、そのストッパに対向して弁体１
０に形成された対向部として作用する。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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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、各種のセンサ４６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。

【００３４】図２において実線で示される複数の曲線
は、プランジャ１６の位置（アッパコア２２と接する位
置を零とする）とアッパコア２２に係る電磁石がプラン
ジャ１６に及ぼす電磁力（吸引力）との関係を、アッパ
コイル２３に流れる電流値をパラメータとして表したも
のである。これらの曲線に示されるように、プランジャ
に作用する電磁力（吸引力）は、弁体１０が全閉側変位
端に近接するにつれて急増する。

【００３５】一方、図２において破線で示される直線
は、同じくプランジャ１６の位置とアッパスプリング２
４及びロアスプリング２８が弁体１０に及ぼす付勢力
（ロアコア２６側）との関係を表したものである。この
直線からわかるように、付勢力は、弁体１０が全閉側変
位端に近接するにつれて直線的に増加するだけである。
以上に説明した電磁力及び付勢力の特性を考慮した電磁
弁駆動方法について、以下、説明する。

【００３６】図３は、開弁状態から閉弁状態への移行時
における弁リフト（Ａ）及び制御電流パターン（ロアコ
イル２７（Ｂ）及びアッパコイル２３（Ｃ）に供給すべ
き電流としてＥＣＵ４０が与える指令値）を示すタイム
チャートである。開弁状態においては、同図（Ｂ）に示
されるように、ロアコア２６にプランジャ１６を吸着保
持するために最低限必要な電流（以下、保持電流とい
う）がロアコイル２７に流されている。

【００３７】そして、閉弁しようとするときには、ま
ず、その保持電流の供給が停止される。すると、弁体１
０は、バネ質量系の単振動（自由振動）により閉弁側へ
と移動していくが、弁体１０とバルブガイド３４との間
の摩擦損失やスプリング自体の内部摩擦損失等により、
弁体１０の振幅は、理想状態に対して減衰するため、あ
るタイミングでアッパコイル２３に電流が供給される。
その電流波形は、同図（Ｃ）に示されるように、吸引電
流、着座制御電流（遷移電流）及び保持電流の３部分に
大きく分けることができる。

【００３８】すなわち、まず、プランジャ１６を移動さ
せるための吸引電流が流される。次いで、前述した図３
の特性を考慮し、電磁力（吸引力）が弱められた状態に
て弁体１０の着座（プランジャ１６の吸着）が行われ
る、即ち、着座時における弁体の着座方向への速度が小
さくなるように、ある時間的変化割合をもって減少する
着座制御電流が流される。そして、弁体１０の着座（プ
ランジャ１６の吸着）後には、弁体１０の吸着保持に最
低限必要な電流すなわち保持電流が供給される。このよ
うに、着座の静粛性及び省電力化を考慮したきめ細かい
電力供給制御が行われる。

【００３９】さて、内燃機関の弁体１０は、高温の燃焼
ガスにさらされて熱膨張する。その場合、プランジャ１
６とアッパコア２２との間の距離が非膨張時に比較して
短くなり、弁頭１２の弁フェース１２ａと弁座３２とが
接触する時期よりも前にプランジャ１６とアッパコア２
２とが衝突して打音を生ずるとともに、弁のシール(sea
l)不良が発生するおそれがある。このような弁体の熱膨
張量は、正確には、燃焼ガス温度に基づく弁体自体の熱
膨張量として把握されるだけでなく、機関運転状態（例
えば、油温、水温）や外気温によるシリンダヘッド側の
熱膨張量をも考慮に入れた相対的な熱膨張量として把握
されなければならない。

【００４０】そこで、本発明では、冷間時の弁全閉状態
（弁フェース部が弁座に接触し、弁シール機能が達成さ
れている状態）におけるエアギャップ（すなわち、対抗
部とストッパとの間の距離）を次に示されるように設定
することにより、かかる不具合の発生を完全に回避して
いる。図４は、弁全閉状態におけるプランジャ１６及び
アッパコア２２の部分の拡大図である。同図に示される
ように、プランジャ１６の上面は、それぞれ勾配θ₁及
びθ₂を有する外周側面と内周側面とから構成されてい
る。それに対応して、アッパコア２２の底面も勾配がつ
けられている。このような勾配が設けられている理由
は、次のとおりである。

【００４１】すなわち、閉弁側では、弁体の熱膨張等を
見込んで、弁全閉状態である程度のエアギャップを設け
なければならない。この場合、プランジャ面とコア面に
勾配をもたせることで、図５に示されるように、吸引力
に対する見かけ上のストロークを減少させ、ある程度離
れた状態でも高い電磁力を得ることができるとともに、
省電力化を図ることができる。なお、図６は、ストロー
クと電磁力の関係を平面の場合及び勾配付きの面の場合
について示す特性図である。かかる勾配θ₁及びθ
₂は、電磁石の電磁力を最大限引き出すために磁場解析
等によって決定される。

【００４２】さて、図４に戻り、本発明では、冷間時弁
全閉状態における外周側エアギャップｔ_AG1及び内周側
エアギャップｔ_AG2を、ｔ_AG1／ cosθ₁≒ｔ_AG2／ cosθ₂＞Δｘ_max−Δｌ
_min となるように設定する。ここで、“ｔ_AG1／ cosθ₁”
及び“ｔ_AG2／ cosθ₂”は、図７に示されるように、
プランジャ１６とアッパコア２２との弁軸方向離隔距離
をそれぞれ外周側及び内周側について表している。ま
た、Δｘ_maxは、弁体１０の弁軸方向熱膨張量Δｘの機
関使用域における最大値を表し、また、Δｌ _minは、コ
アを固定するシリンダヘッドの弁軸方向熱膨張量Δｌの
機関使用域における最小値を表している。従って、“Δ
ｘ_max−Δｌ_min”は、弁体１０の相対的な熱膨張量
“Δｘ−Δｌ”の最大値を表すこととなる。このように
冷間時のエアギャップ（対抗部とストッパとの間の距
離）を設定しておけば、プランジャ１６とアッパコア２
２とが干渉するという不具合は皆無である。

【００４３】ところで、弁体の熱膨張ばかりではなく、
経年車では、使用条件により相違はあるものの、弁体１
０（詳細には弁頭１２の弁フェース１２ａ）及び弁座３
２の摩耗が進行するため、弁体１０の熱膨張と同様にプ
ランジャ１６とアッパコア２２との間の距離が正常時に
比較して短くなるという問題が生ずる。そこで、本発明
の他の実施態様においては、外周側エアギャップｔ_AG1
及び内周側エアギャップｔ_AG2を、上式に代えて、ｔ_AG1／ cosθ₁≒ｔ_AG2／ cosθ₂＞Δｘ_max−Δｌ
_min−Δｍとなるように設定する。ここで、Δｍは、弁フェース１
２ａ及び弁座３２の弁軸方向摩耗量の合計であって、市
場回収品等から推定されたエンジンライフサイクルでの
値である。このような実施態様によれば、弁体の熱膨張
に加えて弁座等の摩耗も考慮されるため、プランジャ１
６とアッパコア２２との干渉による閉弁不良がより確実
に回避される。

【００４４】以上の実施態様は、バネ質量系の自由振動
を利用すべく、プランジャ１６が可動方向の両側からア
ッパスプリング２４及びロアスプリング２８により支持
される構造の電磁弁であったが、上述したエアギャップ
の設定は、かかるスプリングを具備しない電磁弁にも当
然に適用可能である。

【００４５】さて、弁体１０の相対的な熱膨張量“Δｘ
−Δｌ”がある場合、図８の破線で示されるように、プ
ランジャ１６の位置が相対的に動いたことになる。その
ときには、弁体１０が全開側変位端（弁リフト最大）か
ら全閉側変位端（弁リフト最小）に向けてバネ質量系の
単振動により到達する距離は、大きくなる。すなわち、
図９（Ａ）に示されるように、熱膨張がないとした場合
における到達地点ｂ₁から“Δｘ−Δｌ”だけ全閉側変
位端に近い到達地点ｂ₂にまで、バネ質量系の単振動に
より移動可能となる。従って、同図（Ｂ）に示されるよ
うに、通常、吸引電流の供給を開始している時期ａ₁よ
りもΔｔだけ遅れた時期ａ₂から供給を開始しても、し
かるべき電磁力が確保されることとなる。この遅延時間
Δｔは、相対的熱膨張量“Δｘ−Δｌ”によって決定さ
れる。

【００４６】この相対的熱膨張量“Δｘ−Δｌ”を求め
るために、プランジャ１６とアッパコア２２との距離を
直接的に測定する部品を設けることは、コストの上昇を
招く。そこで、本発明では、弁体１０の弁軸方向熱膨張
量Δｘを排気温度Ｔ_exに基づき、かつ、シリンダヘッド
の弁軸方向熱膨張量Δｌを、機関温度を代表するもので
あるエンジン冷却水温度Ｔ_wtに基づいて、それぞれ間接
的に求めるようにしている。なお、Ｔ_ex及びＴ_wtは、そ
れぞれ排気温センサ及び水温センサ（図１の符号４６）
により検出される。

【００４７】図１０は、熱膨張量演算の処理手順を示す
フローチャートである。まず、ステップ１０２では、エ
ンジン水温Ｔ_wtを測定する。次いで、ステップ１０４で
は、エンジン排気温度Ｔ_exを測定する。次いで、ステッ
プ１０６では、 Δｘ＝ｋ₁・Ｔ_ex なる演算により、弁体１０の弁軸方向熱膨張量Δｘを算
出する。ここで、係数ｋ ₁は、弁体を構成する部材の熱
膨張係数、排気温度Ｔ_exのとき弁体に実際に加わる温度
を導くための係数、弁の長さ、等から決定されたもので
ある。次いで、ステップ１０８では、 Δｌ＝ｋ₂・Ｔ_wt なる演算により、シリンダヘッドの弁軸方向熱膨張量Δ
ｌを算出する。ここで、係数ｋ₂は、シリンダヘッドを
構成する部材の熱膨張係数、アッパコアの固定部から弁
座までの距離、エンジン水温測定部とアッパコアを固定
するシリンダヘッド部の温度係数、等を考慮して決定さ
れたものである。そして、最後に、弁体の相対的熱膨張
量“Δｘ−Δｌ”を算出する。こうして求められた“Δ
ｘ−Δｌ”は、吸引電流供給開始時期の遅延補正量Δｔ
を求めるべく、図１１に示される如きマップを参照する
ために使用される。なお、基本となる吸引電流供給開始
時期は、エンジン回転速度、エンジン負荷等に基づいて
別途求められる。

【００４８】さて、通常走行時は、前述したように図３
（Ｃ）に示されるような電流パターンで動作するが、冷
間始動から急に高速高負荷運転状態になると、シリンダ
ヘッドやエンジンオイルが暖まるまで時間がかかり、か
つ、その間、排気温度は非常に高くなるため、弁体１０
（特に排気弁側）が熱膨張し、前述したように、プラン
ジャ１６とアッパコア２２との間の閉弁時エアギャップ
が小さくなる（なお、前述のように、エアギャップ量
は、その熱膨張分を吸収できるように設定されているた
め、プランジャ１６とアッパコア２２とが干渉すること
はない）。

【００４９】エアギャップ量が小さくなれば、図２に関
して既に説明したように、保持電流を小さくすることで
きる。そこで、本発明では、かかる場合に、図１２に示
されるように、保持電流値をΔＡ₁だけ低減させて、省
電力化を図っている。なお、弁体１０の相対的熱膨張量
は、図１０で示した方法を利用すればよい。

【００５０】さて、弁体の熱膨張によりアッパコア２２
とプランジャ１６との間のエアギャップが小さくなるに
つれて、着座領域（特に着座寸前）におけるアッパコイ
ル２３のインダクタンス（ある閉回路に単位定常電流を
流したときにその閉回路に生ずる鎖交磁束数）が急激に
大きくなり、着座制御用の指令電流を与えても、電磁誘
導の法則に基づく逆起電力の増大によって通電が妨げら
れ、制御性が悪化、つまり、着座時における弁体の速度
が設定された速度からずれるおそれがある。そこで、本
発明では、熱膨張量が大きく、エアギャップが小さくな
る場合には、着座制御電流を供給するときのコイル供給
電圧を高めて逆起電力の増大が弁の着座速度に与える影
響を相殺するようにすることにより、着座速度制御の精
度の低下を防止している。

【００５１】上記の制御をすることで、着座制御電流部
では、それに見合った制御が必要となる。すなわち、エ
アギャップ大のときには、インダクタンス変化量が小さ
く、そのため電流制御性がよく、かつ、図２の電磁力
（吸引力）特性からわかるように、ギャップに対する電
流変化量は小さくても制御可能である。一方、エアギャ
ップ小のときには、インダクタンス変化量が大きく、そ
のため電流制御性が悪く、かつ、図２の電磁力（吸引
力）特性からわかるように、吸引力が急激に変化する領
域となっているため、大きな電流変化が要求される。従
って、保持電流の補正に応じて着座制御電流（遷移電
流）を補正する必要がある。すなわち、エアギャップ大
のときには、図１３（Ａ）に示されるように、ある程度
立ち下がりを緩やかにし、一方、エアギャップ小のとき
には、同図（Ｂ）に示されるように、立ち下がりを急に
する（θ_b＜θ_a）ことで、着座時の速度を略一定の速
度として安定させることができる。なお、着座制御電流
供給時間は、ほぼ同一である（Δｔ_a≒Δｔ_b）。

【００５２】また、電磁弁においてバルブガイド３４と
弁体１４との摺動、あるいは更にアッパコア２２、ロア
コア２６と弁体１４との摺動に潤滑油を使用する場合が
あるが、図１４に示されるように、潤滑油の粘度の温度
依存性は非常に高い。そして、粘度は粘性抵抗となるた
め、バネ質量系の自由振動を利用するタイプの電磁弁で
は、自由振動による到達距離が粘度に応じて変化する。
すなわち、粘性抵抗が大きければ、到達距離は小さくな
る。従って、潤滑油の粘度を油温センサにより推定し、
そのときの粘性抵抗に打ち勝つべく、図１５に示される
ように、吸引電流の立ち上がり時期をΔｔ₂だけ早める
とともに吸引電流値をΔＡ₂だけ増大させるような補正
をする必要がある。例えば、図１６に示されるようなマ
ップを準備しておき、油温に応じた吸引電流値を記憶し
ておけばよい。

【００５３】図１７は、以上において指摘した各種の観
点に立って電磁弁を制御する場合のＥＣＵ４０の制御フ
ローの概略を示すものである。まず、ステップ２０２で
は、エンジン回転速度センサ、吸入空気量センサ、スロ
ットル開度センサ、水温センサ、吸気温センサ、排気温
センサ、油温センサ等の各種センサ４６（図１）より各
種のパラメータを読み取る。次いで、ステップ２０４で
は、それらのパラメータに基づいて、各種のマップにお
ける該当領域を特定する。次いで、ステップ２０６で
は、特定されたマップ領域より、最適な吸引電流供給開
始時期、吸引電流値、保持電流値等を読み取る。最後の
ステップ２０８では、駆動回路４２へ制御信号を出力す
る。

【００５４】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。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱膨張により多少の形状変化があっても、プランジャと
コアとの干渉防止、弁シール不良の防止（確実な閉弁動
作）が図られた内燃機関用電磁弁駆動装置が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る駆動装置を備えた内
燃機関用電磁弁の構成を示す図である。

【図２】プランジャ位置とアッパ側電磁石がプランジャ
に及ぼす電磁力（吸引力）との関係を、アッパコイル電
流をパラメータとして表す特性図（実線）、及びプラン
ジャ位置とスプリングがプランジャに及ぼす付勢力との
関係を表す特性図（破線）である。

【図３】弁リフト（Ａ）、ロアコイル電流（指令値）
（Ｂ）及びアッパコイル電流（指令値）のタイムチャー
トである。

【図４】弁全閉状態におけるプランジャ及びアッパコア
の部分の拡大図である。

【図５】勾配を有するプランジャ面及びアッパコア面に
ついて説明するための図である。

【図６】ストロークと電磁力の関係を平面の場合及び勾
配付きの面の場合について示す特性図である。

【図７】プランジャとアッパコアとの間の弁軸方向離隔
距離及びエアギャップを示す図である。

【図８】熱膨張によるプランジャ位置の変化を説明する
ための図である。

【図９】熱膨張による吸引電流供給開始時期の遅延補正
を説明するための図である。

【図１０】熱膨張量演算の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１１】弁体の熱膨張量に応じた吸引電流供給開始時
期の遅延時間を定めるマップを示す図である。

【図１２】熱膨張による保持電流値の減少補正を説明す
るための図である。

【図１３】熱膨張による着座制御電流（遷移電流）の立
ち下がり角度の補正を説明するための図である。

【図１４】潤滑油の粘度・温度特性を示す図である。

【図１５】潤滑油の粘度による吸引電流の補正を説明す
るための図である。

【図１６】油温に応じた吸引電流値を定めるためのマッ
プを示す図である。

【図１７】電子制御ユニットの制御フローを示す図であ
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３６…シリンダヘッド４０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）４２…駆動回路４４…電源４６…各種センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可動接極子を有する弁体と、前記可動接
極子を吸引することにより閉弁せしめる電磁力を発生さ
せる駆動コイルと、前記駆動コイルに電力を供給する電
力供給手段と、前記可動接極子の閉弁方向の動きを規制
するストッパと、前記ストッパに対向して前記弁体に形
成された対向部と、を有する内燃機関の電磁弁駆動装置
において、冷間時において閉弁した場合における前記対
向部と前記ストッパとの間の距離が前記弁体の機関使用
域における弁軸方向の熱膨張量の最大値以上に設定され
ていることを特徴とする内燃機関の電磁弁駆動装置。
【請求項２】可動接極子を有する弁体と、前記可動接
極子を吸引することにより閉弁せしめる電磁力を発生さ
せる駆動コイルと、前記駆動コイルに電力を供給する電
力供給手段と、前記可動接極子の閉弁方向の動きを規制
するストッパと、前記ストッパに対向して前記弁体に形
成された対向部と、を有する内燃機関の電磁弁駆動装置
において、冷間時において閉弁した場合における前記対
向部と前記ストッパとの間の距離が前記弁体の機関使用
域における弁軸方向の熱膨張量の最大値と弁フェース及
び弁座摩耗量との和以上に設定されていることを特徴と
する内燃機関の電磁弁駆動装置。
【請求項３】前記可動接極子は、可動方向の両側にて
それぞれ弾性部材によって支持されている、請求項１又
は請求項２に記載の内燃機関の電磁弁駆動装置。
【請求項４】前記弁体の熱膨張量を演算する熱膨張量
演算手段と、前記熱膨張量演算手段によって演算された
熱膨張量に応じて前記電力供給手段から供給されるべき
電力を補正する電力供給補正手段と、をさらに具備す
る、請求項３に記載の内燃機関の電磁弁駆動装置。
【請求項５】前記熱膨張量演算手段は、機関温度を代
表する値と排気温度を代表する値とから前記熱膨張量を
演算するものである、請求項４に記載の内燃機関の電磁
弁駆動装置。
【請求項６】前記電力供給補正手段は、前記熱膨張量
演算手段によって演算された熱膨張量が大きいほど、前
記電力供給手段から供給されるべき電力量を減少補正す
るものである、請求項４に記載の内燃機関の電磁弁駆動
装置。
【請求項７】前記電力量の減少補正は、電力の供給開
始時期を遅延せしめ電力の供給時間を短縮することによ
って達成される、請求項６に記載の内燃機関の電磁弁駆
動装置。
【請求項８】前記電力供給手段は、前記可動接極子を
吸引するための第１の電流値と、前記可動接極子を閉弁
位置に保持するための第２の電流値と、前記第１の電流
値から前記第２の電流値へと時間の経過とともに減少す
る遷移電流と、を供給するものであり、前記電力供給補
正手段は、前記熱膨張量演算手段によって演算された熱
膨張量が大きいほど前記第２の電流値を減少補正するも
のである、請求項４に記載の内燃機関の電磁弁駆動装
置。
【請求項９】前記電力供給補正手段は、前記第２の電
流値を減少補正するときの該減少補正量が大きいほど、
前記遷移電流を供給する際に前記電力供給手段から前記
駆動コイルに与えられる電圧を高くする、請求項８に記
載の内燃機関の電磁弁駆動装置。
【請求項１０】前記電力供給補正手段は、前記第２の
電流値を減少補正するときの該減少補正量が大きいほ
ど、さらに、前記遷移電流の時間的減少割合を減少初期
において大きくする、請求項９に記載の内燃機関の電磁
弁駆動装置。
【請求項１１】前記電磁弁を潤滑する潤滑剤の粘度を
推定する粘度推定手段と、前記粘度推定手段によって推
定された粘度が高いほど、前記可動接極子の吸引時に、
前記電力供給手段による電流の供給開始時期を早めると
ともに該電流値を増大せしめる補正をする粘度補正手段
と、を具備する、請求項３に記載の内燃機関の電磁弁駆
動装置。