CN1308581C - 阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种阀的控制方法，它是对设在回流管内的阀进行控制的阀的控制方法，该回流管连通向发动机供给混合气的进气管和将所述发动机废气予以排出的排气管，其特征在于，在发动机起动时，初始设定阀的开度，然后根据阀的驱动指令，对驱动阀的电动机的绕组进行励磁并调整阀的开度。本发明的控制方法可对旋转停止时的绕组的发热量和消耗电流予以抑制。

Description

阀的控制方法

本发明是申请号为98813748.8(国际申请号为PCT/JP98/05971、国际申请日为1998年12月25日)、发明名称为“阀装置及阀的控制方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及搭载在发动机系统中的阀装置及阀的控制方法，以将发动机的废气再次回到发动机的燃烧室，降低废气浓度。

背景技术

图1是表示搭载现有阀装置的发动机系统的结构图，图中，1是去除大气所包含的灰尘等、将空气送入进气管3的空气滤清器，2是将燃料(例如汽油)喷射到进气管3内的喷射器，3是将燃料与空气的混合气供给于发动机5的进气管，4是对供给于发动机5的混合气的供给量予以调整的节流阀，5是使混合气燃烧而将驱动力传递给驱动系统的汽车发动机，5a是发动机5的燃烧室，5b是将进气管3与燃烧室5a的连通予以封住的进气阀，5c是将燃烧室5a与排气管6的连通予以封住的排气阀，5d是在燃烧室5a内作上下移动的活塞。

另外，6是将在发动机5中燃烧后的混合气(废气)排出的排气管，7是对废气进行净化而向大气放出的净化装置，8是将从发动机5排出的废气一部分回流到发动机5的燃烧室5a的回流管，9是设在回流管8中、对废气的回流量进行调整的作为阀装置的EGR阀，10是根据汽车的行驶状态而对EGR阀9的开度进行控制的控制单元。

图2是表示现有的阀装置(EGR阀)的剖视图，图中，11是EGR阀9的壳体，12是与排气管6侧的回流管8连接的贯通道，13是与进气管3侧的回流管8连接的贯通道，14是设在贯通道12与贯通道13之间的阀，14a是与阀14抵接的抵接构件，15是支承阀14的阀杆，16是弹簧支承构件，17是向上方上推阀杆15的弹簧，18是在调整阀14的开度时、使驱动杆19向上下方向移动的步进电动机，19是随着步进电动机18的旋转而使阀杆15向上下移动的驱动杆。

下面说明工作原理。

当发动机5从进气管3接受燃料与空气的混合气时，通过使该混合气燃烧，而使活塞5d作往复运动并使驱动力传递给驱动系统，而废气随着该混合气的燃烧而从燃烧室5a排向排气管6。

该废气的大部分被净化装置7净化而向大气放出，为了降低该废气浓度，而使该废气的一部分通过回流管8而回流到发动机5的燃烧室5a。

回流到发动机5的燃烧室5a的废气的回流量，是根据汽车的行驶状态而调整设在回流管8中的EGR阀9。

下面说明使用EGR阀9控制废气的回流量。

首先，在发动机5停止的状态下，驱动杆19与阀杆15处于背离的状态，阀杆15未受到由驱动杆19向下方压下的力，而由于受到弹簧17向上方上推的力，故它与抵接构件14a抵接，阻止废气回流。

另一方面，当发动机5起动时，由于以与汽车行驶状态相平衡的量使发动机5的废气回流，故控制单元10考虑到发动机的冷却水温度、发动机转速、喷射泵开度等，而将阀升程控制信号(要求阀14开阀或闭阀的脉冲信号)向EGR阀9输出，控制EGR阀9中的阀14的开度。

例如，当EGR阀9受到要求阀14开阀的脉冲信号时，就对步进电动机18的绕组进行励磁，并使其向使驱动杆19向下方移动的方向旋转。另外，由于步进电动机18可确保较大的驱动转矩，故步进电动机18的励磁方式可采用双相励磁。

由此，当驱动杆19向下方移动而与阀杆15抵接时，阀杆15被下推到下方，EGR阀9中的阀14打开，废气开始回流。

并且，当废气的回流量成为与汽车的行驶状态相平衡的量时，即，阀14的开度与目标值一致时，从控制单元10接受的阀升程控制信号(要求阀14开阀的脉冲信号)被停止，当重复受到要求阀14闭阀的脉冲信号时，阀14的开度到达目标值，从而步进电动机18停止旋转。

另外，步进电动机18即使停止旋转，由于要克服弹簧17的上推力而将阀14的开度保持成一定，故绕组仍然被励磁(双相励磁)，成为连续通电(由于驱动电动机时受到脉冲信号而成为间歇通电)。

由于现有的阀装置如上述那样构成，故在步进电动机18停止旋转期间，也要对步进电动机18的绕组励磁，而旋转停止时，因绕组的励磁成为连续通电，故绕组的发热量和消耗电流比驱动时大。因此，要与发热量较大的旋转停止时一致来决定耐热规格，从而有导致高成本的问题(尤其，在要求高速驱动的情况下，存在着绕组的阻抗设计得较小的情况，且有驱动时与旋转停止时的温度差变大的倾向)。

发明内容

本发明的目的在于，解决上述那样的问题，提供一种可对旋转停止时的绕组的发热量与消费电流予以抑制的阀的控制方法。

本发明的阀的控制方法是对设在回流管内的阀进行控制的阀的控制方法，该回流管连通向发动机供给混合气的进气管和将所述发动机废气予以排出的排气管，其特征在于，在发动机起动时，初始设定阀的开度，然后根据阀的驱动指令，对驱动阀的电动机的绕组进行励磁并调整阀的开度。

由此，可难以听到随着初始设定所产生的初始声，并具有可抑制初始误差的发生的效果。

附图说明

图1是表示搭载有现有阀装置的发动机系统的结构图，

图2是表示现有阀装置(EGR阀)的剖视图，

图3是表示本发明实施形态1的阀装置的结构图，

图4是表示本发明实施例1的阀控制方法的程序方框图，

图5是表示双相励磁的励磁模式的表图，

图6是表示单-双相励磁的励磁模式的表图，

图7是说明励磁方式的切换的说明图，

图8是表示本发明实施形态2的阀的控制方法的程序方框图，

图9是表示转子的周期与脉冲宽度的周期的关系的说明图，

图10是表示本发明实施形态5的阀的控制方法的程序方框图，

图11是说明步进电动机18旋转速度的说明图。

具体实施方式

下面，为更详细说明本发明，现根据附图来说明实施本发明的最佳形态。

实施形态1

图3是表示本发明实施形态1的阀装置的结构图，图中，10是根据汽车的行驶状态而对EGR阀9中的阀14的开度进行控制的控制单元，18是使驱动杆19向上下方向移动的步进电动机，18a、18b、18c、18d是步进电动机18的绕组，21是对绕组18a～18d进行励磁的电源，22a、22b、22c、22d是晶体管，23是从控制单元10受到阀升程控制信号(要求阀14开阀或闭阀的脉冲信号)时、对步进电动机18的绕组18a～18d中2个绕组进行励磁并调整阀14的开度的开度调整装置，24是当用开度调整装置23结束开度调整并经过一定时间时、将步进电动机18的励磁方式从双相励磁切换到单相励磁的切换装置。

图4是表示本发明实施形态1的阀的控制方法的程序方框图。

下面说明工作原理。

首先，在发动机5停止的状态下，如上所述，驱动杆19与阀杆15处于背离的状态，由于阀杆15不受到驱动杆19的向下方的下推力，但受到弹簧17的向上方的上推力，故与抵接构件14a抵接，阻止废气的回流。

另一方面，当发动机5起动时，由于仅以与汽车的行驶状态相平衡的量使发动机5的废气回流，故考虑到发动机的冷却水温度、发动机转速、喷射泵开度等，控制单元10将阀升程控制信号(要求阀14开阀或闭阀的脉冲信号)向EGR阀9输出，对EGR阀9中的阀14的开度进行控制。

具体地说，当EGR阀9的开度调整装置23从控制单元10受到阀升程控制信号(要求阀14开阀的脉冲信号)时，对步进电动机18的绕组18a～18d中2个绕组进行励磁，并使其向使驱动杆19向下方移动的方向旋转(步骤ST1)。

即，接通晶体管22a～22d中的2个晶体管(剩余的晶体管断开)，从而对2个绕组进行励磁(双相励磁的励磁模式参照图5)。

这里，开度调整装置23采用双相励磁方式的理由是，因为步进电动机18可确保较大的驱动转矩。

由此，当驱动杆19向下方移动、与阀杆15抵接时，阀杆15被下推到下方，EGR阀9中的阀14被打开，废气开始回流。

并且，当废气的回流量成为与汽车的行驶状态相平衡的量时，即，当阀14的开度与目标值一致时(步骤ST2)，开度调整装置23就停止接受控制单元10的阀升程控制信号(要求阀14开阀的脉冲信号)，阀14的开度到达目标值而使步进电动机18停止旋转。

并且，由于即使停止步进电动机18旋转，开度调整装置23也要将阀14的开度保持成一定，故继续对2个绕组励磁，但由于旋转停止时如上述那样成为连续通电，故绕组的发热量与消耗电流比驱动时大。

因此，由于抑制绕组的发热量与消耗电流，故当用开度调整装置23结束开度调整并经过一定时间时(步骤ST3)，切换装置24就进行将步进电动机18的励磁方式从双相励磁切换到单相励磁的处理(步骤ST4)。

由此，开度调整装置23以后对步进电动机18的绕组18a～18d中的1个绕组进行励磁，并将阀14的开度保持成一定(单相励磁的励磁模式参照图6)。

这里，在用开度调整装置23结束开度调整并经过一定时间后，将励磁方式切换到单相励磁的理由如下。

当在结束开度调整之前和旋转停止之后切换到单相励磁时，步进电动机18的保持力下降，上冲过调变大，在最坏的情况下，步进电动机18具有下冲失调的可能性。

因此，步进电动机18停止旋转，并进行保持力较大的双相励磁直到转子运动稳定为止，当转子的运动稳定时，切换到单相励磁(参照图7)。

另外，在将励磁方式切换到单相励磁时，在负荷较轻一侧(在将阀下推的方式的阀装置场合(参照图2)，是处于与弹簧17的负荷同一方向的闭阀一侧)切换到旋转0.5步(step)的单相励磁(使阀杆15向上方移动)。

从上得知，采用本实施形态1，当受到来自控制单元10的阀升程控制信号时，对步进电动机18的绕组18a～18d中的2个绕组进行励磁，调整阀14的开度，而当该阀14结束开度调整并经过一定时间时，将步进电动机18的励磁方式从双相励磁切换到单相励磁，从而可抑制旋转停止时的绕组发热量和消耗电流，结果，获得可抑制耐热规格严格化所产生的成本上升的效果。

实施形态2

在上述实施形态1中，揭示了阀14结束开度调整并经过一定时间后、将励磁方式从双相励磁切换到单相励磁的结构，但也可根据阀14的目前开度和下一目标值的偏差而设定步进电动机18的驱动条件。

即如图8所示，将阀14的开度(目前值)与目标值进行比较，从而判定该偏差是否是步进电动机18的1步、2步、3步、还是4步。

阀14的开度和目标值的偏差在4步以上时，进行通常的加减速控制(例如，代替阀升程控制信号的脉冲宽度而进行加减速控制)，当阀14的目前开度和下一目标值的偏差为3步以下时，根据该偏差而设定步进电动机18的驱动条件。

要进行通常的加减速控制，偏差就要4步以上，由于偏差在3步以下通常的加减速控制不成立，且在最坏情况下发生下冲失调，故该偏差若是3步，就对3步控制设定最佳驱动条件，该偏差若是2步，就对2步控制设定最佳驱动条件，该偏差若是1步，就对1步控制设定最佳驱动条件(例如，设定最佳的脉冲宽度和脉冲数等)。

另外，在进行1步控制的情况下，由于不能将阀升程控制信号的脉冲宽度等全部变更，故进行1步控制后，设定成在不跟从步进电动机18的极短时间给予反转的脉冲。由此，可控制步进电动机18的上冲过调。

从上得知，采用本实施形态2，由于根据阀14的目前开度和下一目标值的偏差而设定步进电动机18的驱动条件，故可获得能使阀14的开度与目标值迅速一致的效果。

实施形态3

在上述实施形态1中，揭示了对步进电动机18的负荷量不特别考虑进行控制的结构，但也可是：在调整阀14的开度时，将步进电动机18的负荷与基准负荷比较，在步进电动机18的负荷小于基准负荷的情况下，将步进电动机18的驱动方式从双相励磁驱动切换到单-双相励磁驱动。

也就是说，当将驱动方式设成双相励磁驱动时，步进电动机18可获得较大的转矩，但存在着转子运动变大、且停止时的上冲过调变大等问题。

另一方面，当将励磁方式设成单-双相励磁驱动时，与双相励磁驱动相比，转子运动变小，停止时的上冲过调也变小，但存在着步进电动机18的转矩变小的问题。

因此，在步进电动机18的负荷大于基准负荷的情况下，由于要较大的转矩，故将励磁方式设成双相励磁驱动来驱动步进电动机18，在步进电动机18的负荷小于基准负荷的情况下，由于重视转子运动的稳定性，故将驱动方式设成单-双相励磁驱动来驱动步进电动机18。

由此，由于根据步进电动机18的负荷来选择适当的驱动方式，故可获得能发挥各驱动方式的优点。

实施形态4

在上述实施形态1中，揭示了阀14结束开度调整并经过一定时间后将励磁方式从双相励磁切换到单相励磁的结构，但也可以在使步进电动机18恒速旋转的情况下，对步进电动机18进行双相励磁驱动，在使步进电动机18加减速旋转的情况下，对步进电动机18进行单-双相励磁驱动。

如上述实施形态1那样，在调整阀14的开度时，当始终以双相励磁驱动方式驱动步进电动机18时，由于停止时的上冲过调和下冲失调变大，故当转子的周期与阀升程控制信号中的脉冲宽度周期一致时，下冲失调的发生概率上升。

因此，在确认每个产品运动后，要设定脉冲时间，停止时的上冲过调和下冲失调若被抑制，则即使转子的周期与脉冲升程控制信号中的脉冲宽度的周期一致，但由于下冲失调的发生概率不上升，故步进电动机18的驱动条件的设定自由度提高。

因此，在本实施形态4中，由于抑制停止时的上冲过调和下冲失调，故在使步进电动机18恒速旋转的情况下，对步进电动机18进行双相励磁驱动(参照图9(a))，在使步进电动机18加减速旋转的情况下，对步进电动机18进行单-双相励磁驱动(参照图9(b))。

实施形态5

在上述实施形态1中，揭示了对阀14的开度进行调整、直到阀14的开度与目标值一致的结构，如图10所示，对目标值的变化设置不灵敏区域，在目前的目标值与下一目标值的偏差较小的情况下，当进入不再设定目标值的不灵敏区域内时，步进电动机18也可不旋转。

即，由于阀14的开度目标值小级别变化而防止阀的自激振动现象，故可对目标值的变化设置不灵敏区域，但当不灵敏区域较大时，则产生不能进行精密控制的不良情况，当不灵敏区域较小时，则产生导致磨损比通常较大的不良情况。

因此，在本实施形态5中，由于不会导致异常的磨损，可使阀14的开度精度良好地与目标值一致，故在步进电动机18的旋转方向与前一次控制时相一致的情况下，即使阀14的开度的下一目标值进入不灵敏区域内，步进电动机18的驱动也不停止，按通常对步进电动机18进行控制。

另一方面，在步进电动机18的旋转方向与前一次控制时不同的情况下，若阀14的开度的下一目标值进入不灵敏区域内，则步进电动机18不旋转。

采用本实施形态5，不灵敏区域可抑制到最小限度的1步。

实施形态6

在上述实施形态1中，对步进电动机18的旋转速度未特别说明，但如图11所示，在阀14的开度小于基准开度时，与大于基准开度相比，也可使步进电动机18的旋转速度较慢。

即，在阀14的开度较小场合或闭阀时，因在阀14上作用负压力，故步进电动机18的负荷变大。

另一方面，当开阀量增加时，负压力变小，步进电动机18的负荷也变小。

因此，开阀时的步进电动机18的速度要在开阀开始的前后考虑所作用的较大的负压力来决定。

因此，在阀14的开度从小于基准开度的状态进行开阀的情况下，由于确保较大转矩，故当以低速来驱动步进电动机18，阀14的开度大于基准开度而使负压力变小时，就以高速来驱动步进电动机18。

另一方面，在阀从大于基准开度的状态进行闭阀的情况下，起初以高速来驱动步进电动机18，当阀14的开度小于基准开度而负压力变大时，以低速来驱动步进电动机18。

由此，由于可根据步进电动机18的负荷而切换转矩，故即使阀14的开度处于小于基准开度的状态，也能可靠地驱动步进电动机18。另外，即使阀14在全闭时轴与转子的挡块部抵接，也具有可抑制轴回跳的效果。

实施形态7

在上述实施形态1中，步进电动机18的旋转速度未特别说明，但与将阀14全闭的情况、将阀14停止在中间开度的情况相比，也可加速步进电动机18的旋转速度。

也就是说，当加速步进电动机18的旋转速度时，停止时的上冲过调变大，在最坏的情况下发生下冲失调。

因此，在将阀14停止在中间开度的情况下，将步进电动机18的旋转速度设在通常的速度，而在需全闭的急速闭阀的情况下，以比通常速度快的速度来驱动步进电动机18。

由此，在阀14全闭时，还有轴与转子的挡块部抵接、轴的回跳变大、产生下冲失调的情况，但在该情况下，通过驱动步进电动机18直到负步(マイナスstep)为止来进行减速控制，从而避免下冲失调的影响。

实施形态8

在上述实施形态1等中，初始设定阀14开度的定时未特别说明，但也可在发动机5起动时初始设定阀14的开度。

也就是说，在发动机5停止的状态下，阀14通常处于全闭状态，由于精度良好地初始设定阀14的开度，故在起动发动机5时，需可靠地将阀14设成全闭状态。

因此，在发动机5起动时，由于轴随着阀14的全闭动作而与转子的挡块部抵接，故会产生动作声(下面称作初始声)。

但是，当接通开关进行初始设定时，发动机还未起动时，因周围是安静的，故产生在车内会听到初始声的不良情况。

因此，在本实施形态8中，由于随着初始设定所产生的初始声较难听，故在发动机5起动时，要初始设定阀14的开度。

在发动机5起动时，发动机室内的噪声较大，初始声在车内变得难听。

另外，在发动机5起动时，由于蓄电池的电压下降，故步进电动机18的转矩变小，初始声自身变小。

再有，由于步进电动机18的转矩变小，故全闭时的轴的回跳也变小，可抑制初始声的发生。

工业上利用的可能性

如上所述，本发明的阀装置和阀的控制方法，可搭载在发动机系统中，以将发动机的废气再次返回到发动机的燃烧室中降低废气浓度，适于抑制因耐热规格严格化所产生的成本上升。

Claims (1)

1.一种阀的控制方法，它是对设在回流管内的阀进行控制的阀的控制方法，该回流管连通向发动机供给混合气的进气管和将所述发动机废气予以排出的排气管，其特征在于，在发动机起动时，初始设定阀的开度，然后根据阀的驱动指令，对驱动阀的电动机的绕组进行励磁并调整阀的开度。

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