JP2007002671A - 電磁弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁弁のコイルに供給する電流値を確実に上限値以下に制御し、コイルの温度が低下したときでも、過電流を防止することができる電磁弁の制御装置を提供する。
【解決手段】 リミッタ３２は、冷却水温ＴＷを電磁弁８のコイル温度と相関のあるパラメータとして使用し、冷却水温ＴＷに応じて上限値ＤＵＴＬＨを設定する。制御部３１から入力されるデューティ比ＤＵＴが上限値ＤＵＴＬＨを超えるときは、デューティ比ＤＵＴは上限値ＤＵＴＬＨに設定される。補正部３３は、バッテリ出力電圧ＶＢに応じてリミッタ３２から入力されるデューティ比ＤＵＴを補正する。補正されたデューティ比ＤＵＴを有する制御信号が電磁弁８に供給される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、バッテリの出力電圧により駆動される電磁弁の制御装置に関する。

特許文献１には、バッテリの出力電圧により駆動される、油圧制御用の電磁弁の制御装置が示されている。この制御装置では、電磁弁のコイルを流れる電流値が目標電流値となるように、電磁弁の制御量であるデューティ比が決定され、さらにバッテリの実際の出力電圧と基準電圧との比に応じて前記デューティ比が補正される。これにより、バッテリ出力電圧が変動しても、電磁弁のコイルを流れる電流値が変動しないように、前記デューティ比が補正される。

特開平８−３１２８３０号公報

電磁弁のコイルの温度が低下するとコイルの抵抗が減少するため、電圧が同一であれば、コイルを流れる電流は増加する。特にコイルに供給する電流値を、上限電流値の近傍に設定せざるを得ない場合には、コイルに過電流が流れ、コイルの断線やショートが発生する可能性がある。

特許文献１に示された制御装置では、コイルを流れる電流を検出し、検出電流値が目標電流値となるように制御量を決定するフィードバック制御を行っているが、コイルの温度が低下しコイルの抵抗が下がった場合に、実電流値の立ち上り時、すなわち電磁弁の使用開始（電源オン）直後においては、このフィードバック制御が迅速に追従できないため、過電流が発生するおそれがある。特に上述したように目標電流値を上限電流値の近傍に設定せざるを得ない場合、低温時の電源オン直後に過電流が流れる可能性が高い。

本発明は、電磁弁のコイルに供給する電流値を確実に上限値以下に制御し、コイルの温度が低下したときでも、過電流を防止することができる電磁弁の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、バッテリ（１５）の出力電圧により駆動される電磁弁（８）の制御装置において、前記バッテリ（１５）の基準出力電圧（ＶＢＲＥＦ）に基づいて、前記電磁弁（８）の制御量（ＤＵＴ）を算出する制御部（３１）と、前記電磁弁（８）のコイル温度と相関のあるパラメータ（ＴＷ）に応じて、前記基準出力電圧（ＶＢＲＥＦ）が前記電磁弁のコイル（４２）に印加された場合における前記制御量（ＤＵＴ）の上限値（ＤＵＴＬＨ）を算出し、前記制御量（ＤＵＴ）を前記上限値（ＤＵＴＬＨ）以下に制限するリミッタ（３２）と、前記バッテリ（１５）の実際の出力電圧（ＶＢ）に応じて、前記リミッタ（３２）から出力される前記制御量（ＤＵＴ）を補正する補正部（３３とを備え、該補正部（３３）から出力される前記制御量（ＤＵＴ）に応じて前記電磁弁（８）を駆動することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁の制御装置において、前記電磁弁（８）は内燃機関（１）に取り付けられるものであり、前記コイル温度と相関のあるパラメータは、前記機関の冷却水温（ＴＷ）であり、前記リミッタ（３２）は、前記冷却水温（ＴＷ）が低下するほど、前記上限値（ＤＵＴＬＨ）を低く設定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、バッテリの基準出力電圧に基づいて、電磁弁の制御量が算出され、電磁弁のコイル温度と相関のあるパラメータに応じて、基準出力電圧が電磁弁のコイルに印加された場合における制御量の上限値が算出され、電磁弁の制御量が上限値以下に制限される。電磁弁の制御量は、さらにバッテリの実際の出力電圧に応じて補正され、補正後の制御量に応じて電磁弁が駆動される。コイル温度と相関のあるパラメータに応じて算出される上限値以下に制御量を制限することにより、低温時に過電流が流れることを防止することができる。さらに、バッテリの実際の出力電圧に応じて制御量を補正することにより、バッテリ出力電圧の変動に応じた適切な制御量を出力することができ、電磁弁開度の制御性を向上させることができる。コイル温度の変化に対しては、コイル温度と相関のあるパラメータに応じて、制御量自体を補正するのではなく上限値を設定することにより、電磁弁開度の目標開度に対する追従性能を低下させることなく、コイルの過電流を確実に防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、電磁弁は内燃機関に取り付けられ、コイル温度と相関のあるパラメータとして内燃機関の冷却水温が用いられる。そして、冷却水温が低下するほど上限値が低く設定される。内燃機関の冷却水温を検出するセンサは常に設けられるので、コイル温度監視のための特別なセンサを設けることなく、上限値の適切な設定が可能となる。また、コイル温度を推定するための複雑な演算を行う必要がなく、演算装置の負荷を軽減することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気管２及び排気管４を備えている。排気管４と吸気管２の間には、排気の一部を吸気管２に還流する排気還流通路６が設けられている。排気還流通路６には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）７が設けられている。

ＥＧＲ弁７は、弁体が取り付けられたダイヤフラム（図示せず）と、該ダイヤフラムにより画成された負圧室（図示せず）とを備えている。ＥＧＲ弁７の負圧室は、通路９を介して電磁弁８に接続されている。電磁弁８は、通路１１を介して負圧ポンプ１０に接続されている。電磁弁８は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、ＥＣＵ２０から供給されるデューティ制御信号により、その開度が制御される。電磁弁８の開度を変化させることにより、ＥＧＲ弁７の負圧室に供給される負圧が変化し、ＥＧＲ弁７の開度が制御される。

ＥＣＵ２０及び電磁弁８は、バッテリ１５に接続されており、バッテリ１５の出力電圧ＶＢがＥＣＵ２０及び電磁弁８に供給される。電磁弁８は、エンジン１の本体近傍、すなわちエンジン１の温度の影響を受けやすい位置に配置されている。

排気管４には、排気を浄化する触媒コンバータ１２が設けられている。触媒コンバータ１２は、排気中に含まれるＮＯｘ、炭化水素及び一酸化炭素の浄化を行う。
吸気管２には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ２２が設けられており、またエンジン１の本体には、冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２１が設けられている。これらのセンサの検出信号はＥＣＵ２０に供給される。さらに図示しない他のセンサ、例えばエンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ、エンジン１の吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量ＡＰを検出するアクセルセンサ、大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ、当該車両の車速ＶＰを検出する車速センサなどが設けられており、これらのセンサの検出信号が、ＥＣＵ２０に供給される。エンジン１の回転数（回転速度）ＮＥは、クランク角度位置センサの出力から算出される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、電磁弁８などに制御信号を供給する出力回路から構成される。

図２は、電磁弁８の制御装置の構成を示すブロック図である。この制御装置は、制御部３１と、リミッタ３２と、補正部３３と、最終リミッタ３４とを備えている。これらの構成要素の機能は、実際にはＥＣＵ２０のＣＰＵによる演算処理により実現される。電磁弁８は、電磁弁スイッチ部４１と、コイル４２とを備えている。電磁弁スイッチ部４１は、ＥＣＵ２０から供給されるデューティ制御信号に応じて、コイル４２に供給する電流の制御を行う。デューティ制御信号のデューティ比ＤＵＴが大きくなるほど、コイル４２に供給される電流ＩＣＯＩＬが増加する。また電流ＩＣＯＩＬはバッテリ出力電圧ＶＢに比例して変化する。

制御部３１は、エンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、アクセルペダル踏み込み量ＡＰなど）に応じて目標吸入空気流量を算出し、検出される吸入空気流量ＧＡを目標吸入空気流量に近づけるように、デューティ比ＤＵＴを算出する。デューティ比ＤＵＴは、バッテリ出力電圧ＶＢが基準出力電圧ＶＢＲＥＦ（例えば１２Ｖ）である場合に対応して算出される。

リミッタ３２は、検出される冷却水温ＴＷに応じて図３に示すＤＵＴＬＨテーブルを検索し、デューティ比ＤＵＴの上限値ＤＵＴＬＨを算出する。ＤＵＴＬＨテーブルは、冷却水温ＴＷが低下するほど、上限値ＤＵＴＬＨが減少するように設定されている。本実施形態では、電磁弁８がエンジン１の温度の影響を受けやすい位置に配置されているため、コイル４２の温度に相関のあるパラメータとして、エンジン１の冷却水温ＴＷが使用される。コイル４２の温度が低下するほど、コイル４２の抵抗は減少し、過電流が流れやすくなるので、上限値ＤＵＴＬＨは冷却水温ＴＷが低下するほどより小さな値に設定される。これにより、コイル４２に過電流が流れることが確実に防止される。なお、ＤＵＴＬＨテーブルは、バッテリ出力電圧ＶＢが、基準出力電圧ＶＢＲＥＦである場合に対応して設定されている。

リミッタ３２は、制御部３１から入力されるデューティ比ＤＵＴが、上限値ＤＵＴＬＨ以下であるときは、そのままデューティ比ＤＵＴを出力する一方、デューティ比ＤＵＴが上限値ＤＵＴＬＨを超えているときは、デューティ比ＤＵＴを上限値ＤＵＴＬＨに設定して出力する。

補正部３３は、リミッタ３２から入力されるデューティ比ＤＵＴを、バッテリ出力電圧ＶＢに応じて補正する。すなわち、バッテリ電圧ＶＢ及び基準出力電圧ＶＢＲＥＦを下記式（１）に適用し、デューティ比ＤＵＴを補正する。下記式（１）の右辺のＤＵＴは、補正部３３に入力されるデューティ比である。
ＤＵＴ＝ＤＵＴ×ＶＢＲＥＦ／ＶＢ （１）

最終リミッタ３４は、補正部３３から出力されるデューティ比ＤＵＴに最終的なリミット処理を施し、リミット処理後のデューティ比ＤＵＴを有するデューティ制御信号を電磁弁８の電磁弁スイッチ部４１に供給する。具体的には、補正部３３から入力されるデューティ比ＤＵＴが所定下限値ＤＵＴＰＬより小さいときは、デューティ比ＤＵＴをその所定下限値ＤＵＴＰＬに設定し、デューティ比ＤＵＴが所定上限値ＤＵＴＰＨより大きいときは、デューティ比ＤＵＴをその所定上限値ＤＵＴＰＨに設定して出力する一方、デューティ比ＤＵＴが所定上下限値ＤＵＴＰＨ，ＤＵＴＰＬの間にあるときは、入力されたデューティ比ＤＵＴをそのままそのまま出力する。このリミット処理は、デューティ制御信号のオン時間とオフ時間を所定時間以上確保して、出力回路の故障検知を可能とするために行われる。したがって、故障検知を行わないときは、最終リミッタ３４は設けなくてもよい。

以上のように本実施形態では、コイル４２の温度と相関のある、エンジン１の冷却水温ＴＷが低下するほど、上限値ＤＵＴＬＨをより小さな値に設定するようにしたので、ＥＧＲ弁７の弁開度指令値に対する追従性能を低下させることなく、コイル４２の過電流を確実に防止することができる。その結果、コイル温度の過度の上昇による断線やショート、あるいはＥＧＲ弁７に供給する負圧が過大となってダイヤフラムなどを故障させることを防止できる。なお、冷却水温ＴＷはステップ状に変化することはないので、冷却水温ＴＷに応じて上限値ＤＵＴＬＨを設定しても、電磁弁８の制御性に悪影響を与えることはない。

またリミッタ３２のリミット処理後に、バッテリ出力電圧ＶＢに応じた補正を行うようにしたので、バッテリ出力電圧ＶＢの変動に応じた適切な制御量を出力することができ、電磁弁開度の制御性を向上させることができる。バッテリ１５を充電するために使用される、エンジン１により駆動される発電機は、エンジン１の運転状態に応じて発電モードと、非発電モードとに切り換えられる。そのモード切換時においては、バッテリ出力電圧ＶＢがステップ状に変化するが、補正部３３の補正により、そのようなモード切換があった場合でも制御性が低下することを防止できる。

また冷却水温センサはエンジンの制御装置に常に設けられるので、コイル温度監視のための特別なセンサを設けることなく、上限値ＤＵＴＬＨの適切な設定が可能となる。また、コイル温度を推定するための複雑な演算を行う必要がなく、ＥＣＵ２０のＣＰＵの負荷を軽減することができる。

本実施形態おいて、制御部３１は、コイルに印加される電圧が一定でかつコイルの抵抗が一定であることを前提としてデューティ比ＤＵＴを算出している。リミッタ３２によりデューティ比ＤＵＴのリミット処理を行うことにより、コイルへの過電流流入は防ぐことができるが、抵抗変化を補償する補正を行っているわけではないので、コイルの抵抗変化により制御側で予定した電流値とは異なる電流値が流れる可能性はある。しかし、本実施形態では、検出される吸入空気流量ＧＡが目標吸入空気流量と一致するようにフィードバック制御を行っているので、電磁弁８の弁体の作動量自体は、制御目標値に到達するものに（吸入空気流量ＧＡを目標吸入空気流量と一致させるように）追従させることができる。コイルの抵抗変化は、温度変化に起因し、時定数の長い変化であるため、十分フィードバック制御が追従する。なお、コイルの温度は直接測定できないため、抵抗変化の正確な補正は困難でもある。一方、ステップ状の電圧変化に対しては、当該電圧変化を補償する補正をかけることで制御目標値への追従性を高めている。
以上のように本実施形態によれば、吸入空気流量ＧＡの目標吸入空気流量に対する追従性能を低下させることなく、コイルの過電流を確実に防止することができる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態ではコイル温度と相関のあるパラメータとして、エンジン１の冷却水温ＴＷを使用したが、例えばエンジン１の潤滑油温度、排気温度、あるいはＥＧＲ弁７の温度を検出し、コイル温度と相関のあるパラメータとして使用してもよい。なお、排気温度やＥＧＲ弁温度は、エンジン１の運転状態による変動が大きい（例えばフュエルカット運転時ではこれらの温度は低下する）ので、これらの温度をコイル温度と相関のあるパラメータとして使用する場合には、エンジン１の運転履歴も考慮することが望ましい。

また上述した実施形態では、電磁弁が内燃機関の近傍に設けられている例を示したが、電磁弁の周辺の温度を検出し、検出した温度をコイル温度と相関のあるパラメータとして使用することにより、どのような電磁弁の制御にも適用することができる。

また上述した実施形態では、検出される吸入空気流量ＧＡが目標吸入空気流量に近づくように、ＥＧＲ弁７の開度のフィードバック制御を行っているが、吸入空気流量ＧＡと相関のあるパラメータ、例えばＥＧＲ弁７のリフト量（開度）ＬＡＣＴを検出し、検出されるリフト量ＬＡＣＴが目標吸入空気流量に応じたリフト量指令値ＬＣＭＤと一致するように、デューティ比ＤＵＴのフィードバック制御を行うようにしてもよい。

さらに本発明は、特許文献１に示されるように、コイルを流れる電流値を検出し、この検出電流値が目標電流値となるようにデューティ比ＤＵＴのフィードバック制御を行う場合にも適用可能である。ただし、検出される吸入空気流量ＧＡに応じたフィードバック制御を行う方が、コイルの電流値を検出するセンサが不要となり、装置の複雑化を回避することができる。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどに使用される電磁弁の制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 電磁弁の制御装置の構成を示すブロック図である。 上限値（ＤＵＴＬＨ）を算出するためのテーブルを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
８ 電磁弁
２０ 電子制御ユニット
２１ 冷却水温センサ
３１ 制御部
３２ リミッタ
３３ 補正部
４２ コイル

Claims (2)

1. バッテリの出力電圧により駆動される電磁弁の制御装置において、
   前記バッテリの基準出力電圧に基づいて、前記電磁弁の制御量を算出する制御部と、
   前記電磁弁のコイル温度と相関のあるパラメータに応じて、前記基準出力電圧が前記電磁弁のコイルに印加された場合における前記制御量の上限値を算出し、前記制御量を前記上限値以下に制限するリミッタと、
   前記バッテリの実際の出力電圧に応じて、前記リミッタから出力される前記制御量を補正する補正部とを備え、
   該補正部から出力される前記制御量に応じて前記電磁弁を駆動することを特徴とする電磁弁の制御装置。
2. 前記電磁弁は内燃機関に取り付けられるものであり、前記コイル温度と相関のあるパラメータは、前記機関の冷却水温であり、前記リミッタは、前記冷却水温が低下するほど、前記上限値を低く設定することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁の制御装置。

Images