CN107509394A - 致动器的控制装置、致动器、阀驱动装置以及致动器的异常检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的WG致动器的控制装置具备：反馈控制部，该反馈控制部对WG致动器进行反馈控制以使得位置传感器所检测出的杆的位置接近目标位置；以及异常检测部，该异常检测部将使杆在轴向上移动的指示提供给反馈控制部，基于反馈控制部执行该指示的期间内由位置传感器所检测出的杆的移动结果来检测WG致动器的异常。

Description

致动器的控制装置、致动器、阀驱动装置以及致动器的异常检 测方法

技术领域

本发明涉及驱动阀门等驱动对象物的致动器的控制装置、致动器、阀驱动装置以及致动器的异常检测方法。

背景技术

使杆在轴向上往返运动的致动器中，由于附着异物或构成构件发生变形可能造成该杆无法在整个往返运动范围区域内使用的异常情况，而致动器本身则不具有杆的异常检测功能。因此，例如，在用于涡轮增压装置等车载设备的致动器(例如参照专利文献1)发生异常情况时，可能在车辆行驶过程中车载设备发生了故障才怀疑是该致动器发生异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1

国际公开第2012/137345号

发明内容

发明所要解决的技术问题

如上所述，由于现有的致动器不具有杆的异常检测功能，因此存在使用前无法检测杆的异常的问题。

本发明为了解决上述问题而得以完成，其目的在于，检测致动器的杆的异常。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的致动器的控制装置具备：反馈控制部，该反馈控制部对致动器进行反馈控制以使得位置传感器所检测出的杆的位置接近目标位置；以及异常检测部，该异常检测部将使杆在轴向上移动的指示提供给反馈控制部，基于在反馈控制部执行该指示的期间内由位置传感器所检测出的杆的移动结果来检测致动器的异常。

发明效果

根据本发明，由于基于执行使杆在轴向上移动的指示的期间内由位置传感器所检测出的杆的移动结果来检测致动器的异常，因此能检测致动器的杆的异常。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的排气泄压阀致动器的结构例的剖视图。

图2是表示实施方式1所涉及的排气泄压阀致动器的控制装置的结构例的框图。

图3是表示实施方式1的整流子的结构例的俯视图。

图4是表示实施方式1所涉及的排气泄压阀致动器的控制装置中异常检测部所进行的动作的流程图。

图5是表示实施方式1所涉及的排气泄压阀致动器的控制装置的硬件结构例的图。

具体实施方式

下面，为了对本发明进行更加详细的说明，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1

以将本发明所涉及的致动器用作为对搭载于车辆的涡轮增压装置的排气泄压(以下称作WG)阀进行驱动的WG致动器的情况为例进行说明。

图1是表示实施方式1所涉及的WG致动器1的结构例的剖视图。涡轮增压装置构成为利用来自发动机的废气来使涡轮旋转，从而对与该涡轮同轴连接的压缩机进行驱动来压缩进气并提供至发动机。排气通路100的涡轮上游侧设有使废气从排气通路100流至旁通通路101的WG阀2，WG致动器1对WG阀2进行开闭，对从排气通路100流向旁通通路101的废气流入量进行调整，从而控制涡轮的转速。此外，图1中用实线表示WG阀2的全闭状态，用双点划线表示全开状态。WG致动器1在全闭位置到全开位置之间的范围内(以下称作可动范围A)对WG阀2的开度任意调整。

WG致动器1具备：作为驱动源的直流电机4、对WG阀2进行开闭的杆13、将直流电机4的旋转运动转换成杆13的直线运动的螺钉机构12。直流电机4包含：具有多个被极化成N极及S极的磁体5的转子6、以及卷绕有线圈7的定子8。线圈7的端部连接有电刷11b。转子6的一端侧可自由转动地由轴承部14支撑，而另一端侧固定有整流子9。

在电压被施加至外部端子10的情况下，电流经由与该外部端子10相连的电刷11a，流至构成整流子9的多个整流子片中与电刷11a相接触的整流子片，电流经由与该整流子片电连接的电刷11b流至线圈7。由于线圈7通电使得定子8被磁化成N极与S极，该定子8与磁体5的N极及S极相互排斥或吸引，从而使得转子6旋转。伴随着转子6的旋转，通电的线圈7进行切换，从而定子8的磁极也切换，转子6持续旋转。若电流的方向相反，则转子6的旋转方向也相反。

此外，图1中，将带电刷的DC电机用作为直流电机4，但也可以使用无电刷DC电机。

转子6的内部开设有用于配置杆13的孔，孔的内周面形成有内螺纹部12a，在杆13的外周面形成有外螺纹部12b。该外螺纹部12b被拧入内螺纹部12a与其结合，将转子6的旋转运动转换成杆13的直线运动。利用上述内螺纹部12a及外螺纹部12b来构成螺钉机构12。杆13的一端侧贯通外壳15，经由连杆结构3与WG阀2连结。杆13的另一端侧设置有用于检测该杆13在轴向上的位置的位置传感器16等。

连杆机构3具有两块板部3a、3b。板部3a的一端侧安装有杆13，另一端侧的支点3c上可自由旋转地安装着板部3b的一端侧。WG阀2被安装于该板部3b的另一端侧。由于转子6向一个方向旋转而使得杆13向被压出至外壳15之外的方向移动的情况下，板部3a也往相同方向移动，从而板部3b与WG阀2以支点3c为中心进行转动，使得WG阀2向开阀方向移动。由于转子6向反方向旋转而使得杆13向被引入外壳15内的方向移动的情况下，板部3a也往相同方向移动，从而板部3b与WG阀2以支点3c为中心进行转动，使得WG阀2向闭阀方向移动。

杆13上形成双平面等，起到旋转限制部13a的作用。另外，在供杆13贯通的外壳15的孔的内周面形成有与该旋转限制部13a的形状相匹配的双平面等的引导部15a。通过旋转限制部13a与引导部15a之间滑动，从而限制杆13配合转子6的旋转进行的旋转运动，使得杆13作直线移动。引导部15a的端部形成有向杆13一侧突出的止动部15b，具有从杆13突出的形状的抵接部13b与该止动部15b相抵接，从而限制杆13进一步向开阀方向直线移动。同样，在螺钉机构12的端部设有起到止动部15c的作用的板部，起到抵接部13c的作用的杆13的端面与止动部15c相抵接，从而限制杆13进一步向闭阀方向移动。

起到杆13的止动部15c的作用的板部上贯通有外径小于杆13的孔，传感器用杆17贯通该孔，传感器用杆17的端面与杆13的端面相抵接。由此，传感器用杆17也配合杆13在轴向上的往返运动而进行往返运动。该传感器用杆17上固定有传感器用磁体18，伴随着杆13的往返运动，传感器用磁体18相对于位置传感器16的位置发生变化，从而通过位置传感器16的磁通密度也发生变化。位置传感器16是霍尔元件或磁阻元件等，对伴随着杆13的往返运动而变化的磁通密度进行检测，将其转换成表示杆13的实际行程位置的模拟信号并输出。

图2是表示控制装置20的结构例的框图。控制装置20主要具备控制WG制动器1来调整WG阀2的开度的功能、检测WG致动器1的异常的功能。此外，在图示例中构成为，将控制装置20的功能作为发动机控制单元的一个功能来实现，但也可以将控制装置20构成为独立的电子控制单元，或者作为电路基板装入WG致动器1的内部。

发动机控制单元具备发动机控制部21及控制装置20，除此以外的结构省略图示及说明。控制装置20具备反馈控制部22、电机驱动器23、A/D转换器24以及异常检测部30。异常检测部30具备异常检测开始判断部31、异常检测控制部32以及异常判断部33。

发动机控制部21将杆13的目标行程位置输出至反馈控制部22。另外，发动机控制部21将表示车辆状态的车辆信息输出至异常检测开始判断部31。车辆信息是表示例如发动机启动或停止的点火(IG)钥匙的开启关闭状态的信息。

另外，发动机控制部21从异常判断部33接收在异常检测部30中检测到WG致动器1的异常时表示该意思的通知。发动机控制部21在从异常判断部33接收到异常检测通知的情况下，例如点亮仪表板的警告灯。

A/D转换器24接收位置传感器16所输出的杆13的实际行程位置的模拟信号，将其转换成实际行程位置的数字信号，并输出至反馈控制部22及异常判断部33。

反馈控制部22对杆13的行程位置进行反馈控制，使得从A/D转换器24接收到的实际行程位置接近从发动机控制部21接收到的目标行程位置。通过对杆13的行程位置进行反馈控制，从而对与杆13相连结的WG阀2的开度进行调整。例如在进行PID控制的情况下，反馈控制部22计算目标行程位置与实际行程位置的偏差，求出与偏差相对应的比例项、积分项及微分项的各操作量，计算出驱动占空比，生成与驱动占空比对应的PWM(Pulse Wi dthModulation：脉冲宽度调制)控制信号，并输出至电机驱动器23。

另外，反馈控制部22在为了进行异常检测处理而从异常检测控制部32接收到使杆13向轴向移动的指示的情况下，中断上述通常时的反馈控制，根据来自异常检测控制部32的指示生成使杆13移动的PWM控制信号，并输出至电机驱动器23。

为进行异常检测处理而使杆13移动的范围例如设为WG阀2伴随通常的杆13的运动而从全闭位置移动到全开位置为止的范围、即图1所示的可动范围A。另外，为进行异常检测处理，也可以在WG阀2的可动范围A内使杆13往开阀方向或闭阀方向的一个方向移动，也可以使其进行往返运动。

电机驱动器23根据从反馈控制部22接收到的PWM控制信号对施加至直流电机4的电压进行通断控制，对通电至直流电机4的电流进行调整。

异常检测开始判断部31基于从发动机控制部21接收到的车辆信息来判断是否开始WG致动器1的异常检测处理，在判断为开始异常检测处理的情况下，将该意思通知给异常检测控制部32。例如，在车辆信息是表示IG钥匙的开关状态的信息的情况下，异常检测开始判断部31在IG钥匙变为开启状态时或关闭状态时，判断为开始异常检测处理。

异常检测控制部32在从异常检测开始判断部31接收到异常检测处理的开始通知时，将使杆13移动的指示输出至反馈控制部22。另外，异常检测控制部32将执行杆13的移动作为异常检测处理这一情况通知给异常判断部33。

异常判断部33在从异常检测控制部32接收到异常检测处理的实施通知的情况下，从A/D转换器24接收因该异常检测处理而移动的杆13的实际行程位置，求出杆13的实际行程范围。异常判断部33将该实际行程范围与预定的判断用范围进行比较，判断杆13的往返运动中是否发生异常，在判断为发生异常的情况下，向发动机控制部21通知异常检测。异常判断部33在例如实际行程范围小于判断用范围的情况下、或实际行程范围偏离了判断用范围等情况下，判断为WG致动器1中发生异常。判断用范围是用于判断杆13的实际行程范围是正常还是异常的范围，例如将在异常检测处理中使杆13在WG阀2的可动范围A内往返运动时相当于该可动范围A的杆13的移动范围等设为判断用范围。

异常判断部33不仅进行异常检测的通知，还判断能正常使用的往返运动范围，将该判断结果通知给发动机控制部21。

接着，对异常检测处理中杆13的移动范围进行说明。上述说明中作为异常检测处理中的移动范围示例出了可动范围A，但并不局限于此。

例如，在杆13的最大往返运动范围为从止动部15b与抵接部13b相抵接的位置到止动部15c与抵接部13c相抵接的位置为止的范围，该最大往返运动范围设定为与WG阀2的可动范围A大致相等的情况下，如上所说明的那样，也可以将可动范围A用作为异常检测处理中的移动范围。

另一方面，在将杆13的最大往返运动范围设定为比可动范围A要大的情况下，可以将可动范围A用作为异常检测处理中的移动范围，也可以使用最大往返运动范围。

另外，例如在作为直流电机4使用图1所示那样的带电刷DC电机的情况下，若整流子9与电刷11a、11b不接触的时间变长，则会在整流子9上形成氧化膜，可能引起通电不良的情况。WG阀2并不会在车辆行驶过程中用足整个可动范围A，而是可动范围A中的某个部分使用频率较高，而某个部分使用频率较低。因此，转子6也在狭窄角度内小间隔地进行正反旋转，整流子9中存在与电刷11a、11b接触时间较长的部分以及接触时间较短的部分，接触时间短的部分容易形成氧化膜。

因此，将直流电机4的转子6旋转一周以上的范围用作异常检测处理中的杆13的移动范围，使整流子9与转子6一起旋转，利用电刷11a、11b除去附着于整流子9的氧化膜。

图3示出用于WG致动器1的直流电机4的整流子9的结构例，是在图1中从位置传感器16一侧观察整流子9的俯视图。直流电机4是带电刷DC电机，在整流子9的端面呈同心圆状地形成有四条导体路径，最外侧的导体路径是整流子片9a，内侧三条导体路径是U相、V相及W相的滑环9b。上述四条导体路径被配置于绝缘构件9c。正极侧的电刷11a与负极侧的电刷11a受到未图示的弹簧构件的作用，而被按压至整流子片9a。与各相的线圈7相连的各相的电刷11b受到板簧的作用，被按压至对应的各相的滑环9b。整流子片9a在周向上被分割成多个部分以用于根据转子6的旋转角度而切换流过各滑环9b的电流，各分割片在对应的各相的滑环9b与绝缘构件9c的内部相连。根据转子6的旋转角度由整流子片9a进行切换的电流从各相的滑环9b经由电刷11b流向线圈7。

图3的结构例中，在通过异常检测处理使杆13向轴向移动时，若转子6旋转一圈以上，则电刷11a、11b在整流子片9a上及滑环9b上滑动整一周，从而能将氧化膜剥离，以确保良好的通电状态。

进而，通过在异常检测处理中重复多次使杆13向轴向移动，从而转子6也旋转若干圈，电刷11a、11b也在整流子片9a上及滑环9b上滑动若干周，因此能更可靠地将氧化膜剥离，进一步确保良好的通电状态。

图4是表示异常检测部30的动作的流程图。

异常检测开始判断部31基于从发动机控制部21接收到的车辆信息来判断IG钥匙是否处于开启状态(步骤ST1)，在判断为处于开启状态的情况下，通知异常检测控制部32开始异常检测处理(步骤ST1为“是”)，除此以外的情况下，重复步骤ST1的处理(步骤ST1为“否”)。

异常检测控制部32在从异常检测开始判断部31接收到异常检测处理的开始通知时(步骤ST1为“是”)，将使杆13移动的指示输出至反馈控制部22(步骤ST2)。反馈控制部22根据该指示来控制WG致动器1，并使杆13移动。异常判断部33在杆13移动的期间经由A/D转换器24接收位置传感器16所检测出的杆13的实际行程位置，求出杆13的实际行程范围。接着，异常判断部33通过比较该实际行程范围与判断用范围，来判断WG致动器1的异常(步骤ST3)。异常判断部33在判断为WG致动器1发生异常的情况下(步骤ST3为“是”)，向发动机控制部21通知异常检测(步骤ST4)，除此以外的情况下，跳过步骤ST4的处理。异常检测控制部32在异常检测处理结束的情况下，对反馈控制部22指示恢复到通常的反馈控制(步骤ST5)。

由此，在IG钥匙变为开启状态之后立刻实施异常检测处理，因此能够在车辆行驶前，即、WG致动器1使用前，检测杆13的往返运动的异常。另外，在WG致动器1的直流电机4为带电刷DC电机的情况下，能够与异常检测处理同时去除整流子9的氧化膜，因此能在使用前确保良好的通电状态。由此，能够事先检测到因有异物附着或构成构件变形而导致杆13无法正常往返运动的异常情况。

步骤ST5中反馈控制部22进行通常的反馈控制时，从发动机控制部21向异常检测开始判断部31输出表示IG钥匙处于关闭状态这一情况的车辆信息时，异常检测开始判断部31判断为开始异常检测处理，向异常检测控制部32通知异常检测处理的开始(步骤ST6为“是”)。除此以外的情况下(步骤ST6为“否”)，反馈控制部22持续通常的反馈控制。

步骤ST7～ST9的处理与上述步骤ST2～ST4的处理相同，因此省略说明。由于在IG钥匙变为关闭状态之后立刻实施异常检测处理，因此能够在车辆下一次行驶前，即、下一次使用WG致动器1前，检测杆13的往返运动的异常。

此外，图4的流程图中，在IG钥匙变为开启状态时、以及IG钥匙变为关闭状态时分别实施异常检测处理(步骤ST2、ST7)，但也可以仅实施其中一项。另外，在步骤ST2、ST7中均实施异常检测处理的情况下，也可以改变使杆13移动的范围。若在IG钥匙变为开启状态或关闭状态之后马上执行异常检测处理，则即使为进行异常检测处理而反复使WG阀2全闭或全开，也不会影响涡轮增压装置。此外，实施异常检测处理的时刻并不限定于IG钥匙的开关时，只要是不影响涡轮增压装置的动作的时刻即可。

接着，利用图5对控制装置20的硬件构成例进行说明。

电机驱动器23由对施加至直流电机4的电压进行导通、截止的开关元件等构成。反馈控制部22、A/D转换器24以及异常检测部30通过执行存储在存储器40中的程序的处理器41来实现。处理器41是CPU或系统LSI等处理电路。存储器40存储有上述程序之外，还存储有在异常检测处理中使用的杆13的移动范围及判断用范围等。此外，也可以由多个处理器及多个存储器协同执行上述功能。

如上所述，根据实施方式1，WG致动器1的控制装置20具备：反馈控制部22，该反馈控制部22对WG致动器1进行反馈控制以使得位置传感器16所检测出的杆13的位置接近目标位置；以及异常检测部30，该异常检测部30将使杆13向轴向移动的指示提供至反馈控制部22，基于反馈控制部22执行该指示的期间内位置传感器16所检测出的杆13的移动结果来检测WG致动器1的异常，因此能够检测出杆13的异常。

另外，根据实施方式1，WG致动器1通过杆13的轴向的往返运动来驱动作为驱动对象物的WG阀2，异常检测部30将使杆13在轴向上移动的范围设为WG阀2的可动范围A，从而能判断出能正常使用的杆13的往返运动范围。

另外，根据实施方式1，直流电机4具有与转子6一并旋转的导体路径即整流子片9a及滑环9b以及被按压至该导体路径上的电刷11a、11b，异常检测部30将使杆13在轴向上移动的范围设为转子6旋转一圈以上的范围，从而能够在异常检测处理的同时，将附着在导体路径上的氧化膜剥离，以确保良好的通电状态。

进而，异常检测部30通过重复多次使杆13向轴向的移动，从而能更可靠地确保良好的通电状态。

另外，根据实施方式1，异常检测部30将WG致动器1的异常检测设为在车辆的发动机启动时或停止时执行，从而不会影响涡轮增压装置的动作而执行异常检测处理。

此外，本发明可以在该发明的范围内对实施方式的任意结构要素进行变形、或在实施方式中省略任意的结构要素。

上述说明中，以WG阀作为本发明所涉及的致动器所驱动的驱动对象物的示例，但并不局限于此，也可以是安装于发动机的废气再循环(EGR)阀、或可变容量(VG、VariableGeometry)式涡轮增压装置上安装的可动叶轮片等。

另外，示出了利用连杆机构来将本发明所涉及的致动器的杆与驱动对象物进行连结的结构，但也可以不使用连杆机构而采用直接将杆与驱动对象物连结的结构。

另外，也可以构成为具备本发明所涉及的致动器、作为驱动对象物的阀以及控制装置的阀驱动装置。

工业上的实用性

由于本发明所涉及的致动器的控制装置在使用前检测致动器的异常，因此能够适用于对车辆上搭载的WG阀、EGR阀及VG叶轮片等进行驱动的致动器的控制装置。

标号说明

1WG致动器、2WG阀(驱动对象物)、3连杆机构、3a，3b板部、3c支点、4直流电机、5磁体、6转子、7线圈、8定子、9整流子、9a整流子片(导体路径)、9b滑环(导体路径)、9c绝缘构件、10外部端子、11a，11b电刷、12螺钉机构、12a内螺纹部、12b外螺纹部、13杆、13a旋转限制部、13b，13c抵接部、14轴承部、15外壳、15a引导部、15b，15c止动部、16位置传感器、17传感器用杆、18传感器用磁体、20控制装置、21发动机控制部、22反馈控制部、23电机驱动器、24A/D转换器、30异常检测部、31异常检测开始判断部、32异常检测控制部、33异常判断部、40存储器、41处理器、100排气通路、101旁通通路、A可动范围。

Claims (8)

1.一种致动器的控制装置，该致动器具有杆、使所述杆在轴向上进行往返运动的电机以及检测所述杆的位置的位置传感器，该致动器的控制装置的特征在于，包括：

反馈控制部，该反馈控制部对所述致动器进行反馈控制以使得所述位置传感器所检测出的所述杆的位置接近目标位置；以及

异常检测部，该异常检测部将使所述杆在轴向上移动的指示提供给所述反馈控制部，基于在所述反馈控制部执行该指示的期间内由所述位置传感器所检测出的所述杆的移动结果来检测所述致动器的异常。

2.如权利要求1所述的致动器的控制装置，其特征在于，

所述致动器是通过所述杆在轴向上的往返运动来驱动驱动对象物的致动器，

所述异常检测部将使所述杆在轴向上移动的范围设为所述驱动对象物的可动范围。

3.如权利要求1所述的致动器的控制装置，其特征在于，

所述电机具有与转子一并旋转的导体路径以及被按压在该导体路径上的电刷，

所述异常检测部将使所述杆在轴向上移动的范围设为所述转子旋转一圈以上的范围。

4.如权利要求3所述的致动器的控制装置，其特征在于，

所述异常检测部使所述杆在轴向上的移动重复多次。

5.如权利要求1所述的致动器的控制装置，其特征在于，

所述致动器搭载于车辆，

所述异常检测部在所述车辆的发动机启动时或停止时执行所述致动器的异常检测。

6.一种致动器，其特征在于，包括：

杆；

使所述杆在轴向上往返运动的电机；

检测所述杆的位置的位置传感器；以及

权利要求1所述的控制装置。

7.一种阀驱动装置，其特征在于，包括：

致动器，该致动器具有杆、使所述杆在轴向上进行往返运动的电机以及检测所述杆的位置的位置传感器；

通过所述杆在轴向上的往返运动来驱动的阀；以及

权利要求1所述的控制装置。

8.一种致动器的异常检测方法，其是控制装置对致动器的异常检测方法，该致动器具有杆、使所述杆在轴向上进行往返运动的电机以及检测所述杆的位置的位置传感器，所述控制装置对所述致动器进行反馈控制，以使得所述位置传感器所检测出的所述杆的位置接近目标位置，该致动器的异常检测方法的特征在于，

所述控制装置使所述杆在轴向上移动，基于在此期间由所述位置传感器检测出的所述杆的移动结果来检测所述致动器的异常。