JP5421592B2 - 可動部材を有するアクチュエータを位置フィードバック制御により制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関、例えば自動車の内燃機関のバルブの電磁アクチュエータを制御する方法に関する。

弾性手段と、バルブ開位置に対応する最端位置とバルブ閉位置に対応する最端位置との間で、可動部材を作動させるための電磁手段とを含む電磁バルブアクチュエータが存在する。

前記弾性手段は、一般に、可動部材を最端開位置に弾性的に復帰させるための、可動部材に関連するスプリングと、バルブステムを閉位置に弾性的に復帰させ、可動部材を弾性的に最端閉位置に復帰させるためのバルブステムに関連するスプリングとを備えている。

電磁手段は、一般に、可動部材を最端開位置に移動させるか、または可動部材をこの位置に維持するための電磁石と、可動部材を最端閉位置に移動させるか、または可動部材をその位置に維持するための電磁石とを備えている。電磁石は、電磁石の電力消費量を制限するために、永久磁石と関連づけてあることが多い。可動部材が、電磁石のアーマチュアに接触する最端位閉位置に到達すると、ノイズが生じる。

可動部材が最端開位置にあるときに、バルブがバルブシートに正しく押圧されるように、可動部材とバルブとは、互いに接続されておらず、可動部材が最端閉位置にあり、バルブがこのバルブに関連するスプリングによりバルブシートに正しく押圧されるとき、可動部材とバルブとの間には、「バルブクリアランス」と称される間隙が存在する。

従って、バルブと閉じるときの可動部材と電磁石との接触ノイズを低減させるために、バルブがバルブシートに押圧される点に達したバルブのステムから、可動部材が離間するとすぐに、可動部材を停止させることが、従来提案されている。

しかし、このバルブの間隙は、内燃機関の作動中において、例えば温度に応じ、更に内燃機関の寿命によっても、また例えばバルブおよびバルブアクチュエータの種々の部品の摩耗に応じても変化する。このバルブ間隙は、アクチュエータの製造公差により、アクチュエータごとに変わっている。

従って、バルブの間隙寸法範囲内で、可動部材を停止させることは困難であり、可動部材がまだバルブのステムに接触している間、可動部材が停止することがあり、バルブが正しくバルブシートに押圧されることが阻害されるという危険性がある。

本発明の目的は、アクチュエータの作動を最適にする方法を提供することにある。

この目的のために、本発明は、バルブのステムと協働しうる可動部材と、前記可動部材を最端バルブ閉位置と最端バルブ開位置との間で移動させるよう、弾性手段に関連づけた永久磁石とを備える電磁手段とを有する、内燃機関のためのバルブアクチュエータを制御する方法であって、
−前記最端閉位置と最端開位置との間で前記可動部材を移動させたときの、前記可動部材とバルブステムとの間の間隙寸法の変化範囲を決定するステップと、
−前記間隙寸法の変化範囲内で、前記電磁手段の電気制御パラメータの異なる値に応じて、前記可動部材が到達する中間位置との対応関係を決定するステップと、
−前記中間位置のうちの１つを設定ポイントの位置として定め、該設定ポイントの位置に可動部材を移動させるために、この設定ポイントの位置に基いて、前記電磁手段をフィードバック制御するステップとを有し、
−前記中間位置のうちの１つは、アクチュエータに対し求められた性能に従って、前記間隙寸法内に位置し、前記バルブの閉位置に対応する設定ポイントの位置とすることを特徴とする、内燃機関のためのバルブアクチュエータを制御する方法を提供するものである。

あらかじめ決定した間隙寸法内に位置する設定ポイント位置に基づく電磁手段の位置フィードバック制御により、可動部材を所望する位置に正確に停止させることが可能となり、アクチュエータの作動を、例えば内燃機関の作動条件に適応させることも可能となる。

第１実施例では、前記設定ポイントの位置は、電気制御パラメータが最小値を有する中間位置である。

次に、永久磁石によって、可動部材を少なくとも部分的に所定位置に保持するので、電磁手段の電力消費量を制限できる。

第２実施例では、前記設定ポイントの位置は、前記可動部材とバルブステムとの間の最小距離に対応する中間位置である。

開位置に向かう可動部材の移動により、バルブを迅速に移動させるよう、可動部材とバルブステムとの間に残る最小距離にわたって、可動部材は急激に移動する。

本発明の範囲を限定しない特定の実施例の次の説明から、本発明の上記以外の特徴および利点が明らかとなると思う。作動デバイスに関連する内燃機関バルブを略図で示す単一の図面を参照する。
作動デバイスに関連する内燃機関のバルブを略図で示す、単一の添付図面を参照する。

符号２で示す内燃機関のバルブ１を作動させるようになっている例に基づき、本発明を説明する。

バルブ１は、ステム３を有し、このバルブは、内燃機関２のシリンダヘッド４に取り付けられ、バルブがシリンダヘッド４のシート５に押圧される閉位置と、バルブがシリンダヘッド４のシート５から離間する開位置との間でスライドするようになっている。

このバルブは、内燃機関２のシリンダヘッド４に取り付けられた、全体を符号６で示すアクチュエータにより、前記２つの位置の間で作動させられる。

アクチュエータ６は、本体７を備え、この本体７内には、全体を符号８で示す可動部材８が、スライドしうるようにして取り付けられている。この可動部材は、ロッド９を有し、ロッド９は、バルブ１のステム３の自由端に当接するように位置する第１端部１０と、ロッド９に対して平行にスライドできるよう、本体７のハウジング１３内に収容されたプレート１２に固定された第２端部１１とを有する。

本体７には、可動部材８を移動させるための電磁手段１４および１５が、公知の態様で内蔵されている。

電磁手段１４、１５は、プレート１２を最端バルブ閉位置と称される位置へ向けて引き寄せるための電磁石と、プレート１２を最端バルブ開位置と称される位置へ向けて引き寄せるための電磁石とを公知の態様で備え、これらの電磁手段は、本体７のハウジング１３の２つの対向する面で開口している。各電磁石は、アーマチュアに巻かれたコイルを備え、アーマチュアは、永久磁石と公知の態様で関連づけられている。永久磁石は、プレートを、対応する位置に完全に、または部分的に保持する。プレート１２は、最端位置にあるとき、電磁手段１４、１５のアーマチュアに接触する。

電磁手段１４、１５は、設定ポイントの電流および可動部材８の移動速度に基づき、フィードバック制御手段（図示せず）を使って、公知の態様で制御される。このようなフィードバック制御方法は公知である。

このフィードバック手段は、設定ポイント位置に応じて、フィードバック制御することも可能にしている。このフィードバック制御は、ロッド９の位置センサ１６によって供給される位置信号から誘導することによって得られるプレート１２の速度を示す信号をも使用する内燃機関制御ユニットによって行うことができる。この位置センサ１６を、例えば公知のタイプのホール効果センサとすることができる。

アクチュエータ６は、弾性運動手段を公知の態様で含んでいる。

この弾性運動手段は、プレート１２を最端開位置まで戻すよう、本体７の面１８とロッド９のショルダー１９との間に挿入されたスプリング１７と、バルブ１を閉位置に戻すよう、シリンダヘッド４の面２１とステム３のショルダー２２との間に挿入されたスプリング２０とを、公知の態様で含んでいる。

アクチュエータ６と、シリンダヘッド４と、バルブ１とは、プレート１２が最端閉位置にあり、バルブ１がシート５に押圧されたときに、ロッド９の第１端部１０とステム３の自由端との間に、間隙ｊ、すなわちバルブ間隙が生じるように配置されている。

本発明の方法は、内燃機関が作動している間に、間隙ｊを決定するステップと共に開始される。

本発明の方法は、最端閉位置から最端開位置に向けて、実質的に一定速度で可動部材８を移動させるよう、電磁手段１４、１５を作動させるステップを備えている。

この可動部材の運動速度は、最端開位置までまたはアクチュエータと、バルブと、シリンダヘッドの幾何学的特性に対して許容できる場合には、可能な最大間隙を越える距離にわたってでも一定に保持できる。

同時に、本方法は、最端閉位置から最端開位置までの可動部材８の移動中に、可動部材８の中間位置に対する設定ポイントの電流の値を得るステップと、設定ポイントの電流が急激な変動を受ける可動部材８の中間位置を検出するステップとを備えている。

設定ポイントの電流をフィードバック制御手段により供給するが、この電流は、測定または検出でき、位置センサ１６により、可動部材８の中間位置が定められる。

次に、設定ポイントの電流は、可動部材８の中間位置に関連している。

設定ポイントの電流が急激な変動を受ける中間位置の検出は、プレート１２の位置に対する設定ポイントの電流の微分に基づいて実行することが好ましい。この微分を曲線としてプロットすると、曲線は可動部材８が、バルブステム３に当接するポイントに対応する中間位置でピークとなる。

最端閉位置が分かると、これから、この最端閉位置と上記中間位置との間の距離を推定できる。この距離を間隙ｊとする。

次にこの方法は、アクチュエータの所望する働きに従って、間隙ｊ内に位置する中間位置のうちの１つを、設定ポイントとして選択するステップを含んでいる。

アクチュエータの電力消費量を最小にしたい場合、選択される設定ポイントは電磁手段１４の供給電流がゼロ（このとき、対応する永久磁石の引張力は、スプリング１７の力を補償する）となるか、またはできるだけ小さく（このとき永久磁石の引っ張り力は最大となる）なるような中間位置となっている。

例えば、内燃機関の高い作動速度に対する、アクチュエータの応答性が望まれる場合、選択される設定位置は、ロッド９とステム３との間の最小距離に対応する中間位置となる。

その後、プレートが移動する際に、設定ポイント位置は、プレートの閉位置となり、この位置では、ロッド９は、スプリング２０によりシート５に押圧され続けるバルブ１のステム３から離間する。

バルブ間隙が既知であるとき、電磁手段をより効率的に制御することが可能であることにも留意すべきである。従って、可動部材８が閉位置から最端開位置に移動するとき、電磁手段がまず可動部材８を、上記のように決定された中間位置までゆっくりと移動させ、可動部材８をバルブステム３に接触させ、次に可動部材８がバルブステムに当接するとすぐに、可動部材８を加速するように、電磁手段を制御できる。

最端開位置から最端閉位置まで、可動部材８が移動するとき、電磁手段は、まず可動部材８を急速に間隙ｊのスタート点に対応する中間位置まで移動させ、バルブを急激に閉じ、次に、可動部材を低速で閉位置まで移動させ、プレート１２と電磁石１４との接触によるノイズを制限するように、電磁手段を制御できる。

間隙ｊと中間位置の決定を周期的、例えば毎秒１回繰り返すことが好ましい。

本発明は、上記実施例だけに限定されるものではなく、特許請求の範囲が定める発明の範囲内のすべての変形例を含むものである。

特に内燃機関の作動モードおよび内燃機関の速度に従い、異なる作動モードによって、間隙ｊを決定することができる。

上記のような最端開位置に向かうか、または最端閉位置に向かう可動部材の移動に対して、間隙を決定することもできる。後者の場合、例えばプレートのメディアン中間位置から、可動部材の移動速度を、実質的に一定に保持する。

更に、設定ポイント電圧のような別の電気的特性に基づき、電磁手段をすることも制御できる。

作動デバイスに関連する内燃機関バルブを示す略図である。

符号の説明

１ バルブ
２ 内燃機関
３ ステム
４ シリンダヘッド
５ シート
６ アクチュエータ
７ 本体
８ 可動部材
９ ロッド
１０ 第１端部
１１ 第２端部
１２ プレート
１３ ハウジング
１４、１５ 電磁手段
１６ 位置センサ
１７ スプリング
１８ 面
１９ ショルダー
２０ スプリング
２１ 面
２２ ショルダー
ｊ 間隙

Claims (3)

1. バルブ（１）のステム（３）と協働しうる可動部材（８）と、前記可動部材を最端バルブ閉位置と最端バルブ開位置との間で移動させるよう、弾性手段（７）に関連づけた永久磁石とを備える電磁手段（１４、１５）とを有する、内燃機関（２）のためのバルブアクチュエータを制御する方法であって、
   −前記最端閉位置と最端開位置との間で前記可動部材を移動させたときの、前記可動部材とバルブステムとの間の間隙寸法の変化範囲を決定するステップと、
   −前記間隙寸法の変化範囲内で、前記電磁手段の電気制御パラメータの異なる値に応じて、前記可動部材が到達する中間位置との対応関係を決定するステップと、
   −前記中間位置のうちの１つを設定ポイントの位置として定め、該設定ポイントの位置に可動部材を移動させるために、この設定ポイントの位置に基いて、前記電磁手段をフィードバック制御するステップとを有し、
   −前記中間位置のうちの１つは、アクチュエータに対し求められた性能に従って、前記間隙寸法内に位置し、前記バルブの閉位置に対応する設定ポイントの位置とすることを特徴とする、内燃機関のためのバルブアクチュエータを制御する方法。
2. 前記設定ポイントの位置は、電気制御パラメータが最小値を有する中間位置である、請求項１記載の方法。
3. 前記設定ポイントの位置は、前記可動部材（８）と前記バルブステム（３）との間の最小距離に対応する中間位置である、請求項１記載の方法。

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