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Die
Erfindung betrifft eine Schrittmotor-Steuervorrichtung und insbesondere
eine Steuervorrichtung für
einen Schrittmotor, der ein Steuerventil in einer Brennkraftmaschine
wie etwa ein Leerlaufdrehzahl-Steuerventil antreibt.
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Gewöhnlich sind
an verschiedenen Positionen in einer Brennkraftmaschine Fluiddurchflußmengen-Steuerventile
wie etwa eine Drosselklappe, ein in einem Drosselklappen-Nebenleitungsweg
vorgesehenes Leerlaufdrehzahl-Steuerventil, ein Abgasrückführung-Steuerventil
und dergleichen vorgesehen, wobei das Öffnen/Schließen jedes
Fluiddurchflußmengen-Steuerventils durch
einen durch eine Motorsteuereinheit gesteuerten Schrittmotor ausgeführt wird.
Wenn in dem Schrittmotor, der das Fluiddurchflußmengen-Steuerventil antreibt,
eine Fehlfunktion auftritt, beeinflußt diese Fehlfunktion die Steuerung
der Brennkraftmaschine.
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Beispielsweise
tritt im Betrieb des Schrittmotors gelegentlich ein Problem auf,
das Schrittverlust-Zustand genannt wird. Da in einem typischen Schrittmotor
kein Sensor zur Erfassung der Schrittposition des Motors vorgesehen
ist, wird die Motorwinkelsteuerung (Schrittsteuerung) für den Schrittmotor
durch ein Steuersignal ausgeführt,
das von der Steuereinheit der Brennkraftmaschine geschickt wird,
wobei ein Steuerungsverfahren verwendet wird, bei dem die Änderung
der Motorschrittzahl durch Berechnen der Differenz zwischen der Soll-Schrittposition
und der vorhergehenden Schrittposition erhalten wird.
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In
dem obenerwähnten
Steuerungsverfahren wird jedoch die Motorschrittzahl wegen einer
Fehlfunktion, wie etwa eines Festsitzens des Schrittmotors, nicht
wie erforderlich geändert,
was den Schrittverlust-Zustand zur Folge hat, in dem sich die Ist-Schrittposition
von der Schrittposition unterscheidet, die der Motor einnehmen sollte.
Da somit die korrekte Schrittposition im Fall eines Schrittverlust-Zustandes
nicht erhalten werden kann, ist die Erfassung oder die Verhinderung
des Schrittverlust-Zustandes sehr wichtig geworden. Aus JP 63-95895-A
ist eine Technik bekannt, in der die Ist-Schrittposition dann, wenn ein Anforderungssignal
zum Bewegen des Motors in die maximale oder in die minimale Position
für eine
vorgegebene Periode andauert, mit der erhaltenen und gespeicherten
Schrittposition in Übereinstimmung
gebracht wird, indem der Motor in die maximale bzw. in die minimale
Position bewegt wird.
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Wenn
der Schrittmotor oder das Fluidventil durch Fremdstoffe, die in
die Nähe
des Schrittmotor-Rotors oder eines Fluiddurchflußmengen-Steuerventilstopfens
gelangt sind, festsitzt oder wenn der Rotor oder der Ventilstopfen
direkt durch viskoses Material, das in den Motor oder das Ventil
eingedrungen ist, oder durch Gefrieren des viskosen Materials festsitzt,
ist die Wiederherstellung der Motorfunktion aus dem Schrittverlust-Zustand
schwierig, bis sich der Motor wieder dreht, selbst wenn die Schrittposition
korrigiert worden ist. Wenn in diesem Zustand ein Antrieb des Motors
mit der üblichen
hohen Impulsrate versucht wird, ist es aufgrund der langen Zeit,
die der Strom benötigt,
um in den Motor zu fließen,
schwierig, daß eine
ausreichende Strommenge in den Motor fließt. Daher kann der Motor kein
hohes Drehmoment erzeugen, so daß die Wiederherstellung des
Funktionszustandes aus dem Schrittverlust-Zustand sehr schwierig
ist. Falls das Festsitzen oder Gefrieren in einem durch einen Schrittmotor
angetriebenen Leerlaufdrehzahl-Steuerventil (ISC/V) auftritt, hat
dies einen Schrittverlust-Zustand zur Folge, da sich die Ist-Schrittposition
des Schrittmotors nicht ändert. Wenn
eine Brennkraftmaschine warmläuft,
wird die Drehzahl der Maschine allmählich erhöht und übersteigt. die Solldrehzahl.
Wenn eine Drehzahlregelung ausgeführt wird, wird der Stellwert
für die
Drehzahl auf den Minimalwert reduziert, so daß der Schrittmotor nicht länger gesteuert
werden kann. Obwohl sich die Ist-Schrittposition nicht ändert, nähert sich
die geschätzte
Schrittposition der Sollschrittposition an, um diese schließlich zu
erreichen. Gleichzeitig wird die Steuerung erreicht und bewegt sich
der Schrittmotor nicht länger.
Selbst wenn der Motor oder das Ventil aus dem Festsitz-Zustand oder
dem gefrorenen Zustand freigegeben wird, wird der Schrittmotor nicht
in die Soll-Schrittposition bewegt. Daher dauert ein Zustand mit
hoher Leerlaufdrehzahl oder ein instabiler Leerlaufzustand an.
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Aus
der JP 63-95895 A ist bekannt, den Schrittmotor bei Auftreten eines
Schrittfehlers in eine Anschlagposition zu fahren. Auch wird ein
Schrittverlust dadurch festgestellt, daß die Ziel-Schrittposition des
Schrittmotors über
eine längere
Zeit eine obere oder untere Begrenzungsposition einnimmt.
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Die
DE 37 50 462 T2 als
nächstliegender Stand
der Technik zeigt eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Schrittmotors,
der ein Drosselventil betätigt.
Eine Einstelleinrichtung ermittelt die gewünschte Position des Drosselventils,
anhand dessen eine Befehlssignal-Ausgabeeinrichtung den Schrittmotor
ansteuert.
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Aufgrund
wechselnder, am Schrittmotor anliegender Lastmomente wird der Ansteuerstrom
des Schrittmotors in bestimmten Situationen vergrößert. Bedingt
durch den erhöhten
Schrittmotoransteuerstrom wird das Drehmoment des Schrittmotors
vergrößert, was
zu einer Beschleunigung des Schrittmotors und der Drosselklappe
führt.
Weiterhin sollen so Schrittfehler des Schrittmotors verhindert werden.
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Zur
Bestimmung eines Fehlers im Betriebszustand des Drosselventils wird
die tatsächliche Drosselposition
des Drosselventils mittels eines Drosselpositionssensors erfaßt und mit
einer Steuergröße verglichen.
Durch Integration des Absolutwerts der Abweichung zwischen der Steuergröße und der tatsächlichen
Drosselposition kann ein Fehlerzustand des Drosselventils ermittelt
werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine robuste Steuerung
für einen
Schrittmotor zu schaffen, bei der Probleme beim Betrieb des Schrittmotors,
beispielsweise Schrittverluste, frühzeitig erfaßt und durch
Umschalten des Steuermodus für
den Schrittmotor behoben werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Schrittmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Schrittmotor-Steuervorrichtung,
mit der ein Schrittmotor gesteuert wird, der ein Fluiddurchflußmengen-Steuerventil
in einer Brennkraftmaschine antreibt, enthält eine Betriebszustand-Überwachungseinrichtung
zum Überwachen
des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine und eine Antriebssteuereinrichtung
zum Bestimmen eines Antriebsverfahrens des Schrittmotors und zum Antreiben
des Schrittmotors anhand der Ausgangssignale von der Betriebszustand-Überwachungseinrichtung.
Wenn von der Betriebszustand-Überwachungseinrichtung
ein anormaler Betrieb des Schrittmotors erfaßt wird, schaltet die Antriebssteuereinrichtung
den Drehmomentsteuermodus des Schrittmotors von einem Steuermodus
für normalen
Zustand in einen Steuermodus für
anormalen Zustand.
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In
der obigen Schrittmotor-Steuervorrichtung steuert die Antriebssteuereinrichtung
den Schrittmotor in der Weise, daß das Drehmoment des Schrittmotors
in einem anormalen Zustand erhöht
wird.
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Die
Schrittmotor-Steuervorrichtung kann enthalten eine Betriebszustand-Überwachungseinrichtung
zum Überwachen
des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, eine Schrittposition-Überwachungseinrichtung
zum Überwachen
der Schrittposition des Schrittmotors, eine erste Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung
zum Bestimmen der Motorantriebsrichtung während des Normalbetriebs des
Schrittmotors anhand der Soll-Schrittposition und der Ist-Schrittposition
des Schrittmotors, eine zweite Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung
zum Bestimmen einer Motorantriebsrichtung während eines anomalen Betriebs
des Schrittmotors, eine Antriebsimpulsraten-Bestimmungseinrichtung zum
Bestimmen einer Impulserzeugungsrate für den Antrieb des Schrittmotors
und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Schrittmotors mit
der Impulserzeugungsrate, die durch die Antriebsimpulsraten-Bestimmungseinrichtung
erzeugt wird.
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In
dieser Schrittmotor-Steuervorrichtung bestimmt die Schrittposition-Überwachungseinrichtung, daß die Ist-Schrittposition anormal
ist, wenn die Ist-Schrittposition gleich der Soll-Schrittposition
ist und die Differenz zwischen der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl
der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt.
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Weiterhin
kann die Antriebsimpulserzeugungsraten-Bestimmungseinrichtung in der obigen Schrittmotor-Steuervorrichtung
dann, wenn festgestellt wird, daß die Ist-Schrittposition anormal ist, an die
Motorantrieb-Steuereinrichtung ein Anforderungssignal schicken,
um den Schrittmotor mit einer vorgegebenen Impulsrate anzutreiben,
bis die Differenz auf einen Pegel gesunken ist, der unterhalb des vorgegebenen
Referenzwerts liegt.
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In
der obigen Schrittmotor-Steuervorrichtung kann die vorgegebene Impulsrate
eine Impulsratenfrequenz besitzen, derart, daß das Ausgangsdrehmoment des
Schrittmotors ansteigt.
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Ferner
kann in der obigen Schrittmotor-Steuervorrichtung die vorgegebene
Impulsrate eine Impulsratenfrequenz besitzen, die niedriger als
jene ist, mit der der Schrittmotor im Normalbetrieb des Motors angetrieben
worden ist.
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In
der Schrittmotor-Steuervorrichtung kann eine der Antriebsrichtung-Bestimmungseinrichtungen
für normalen
bzw. für
anormalen Betrieb an die Motorantriebs-Steuereinrichtung ein Befehlssignal schicken,
um den Schrittmotor so anzutreiben, daß das Fluiddurchflußmengen-Steuerventil
geöffnet wird,
falls die Ist-Drehzahl niedriger als die Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine
ist.
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Darüber hinaus
kann in der Schrittmotor-Steuervorrichtung eine der Antriebsrichtung-Bestimmungseinrichtungen
für normalen
bzw. für
anormalen Betrieb an die Motorantriebs-Steuereinrichtung ein Befehlssignal
zum Antreiben des Schrittmotors schicken, um das Fluiddurchflußmengen-Steuerventil
zu schließen,
falls die Ist-Drehzahl höher
als die Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.
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Außerdem kann
die Schrittmotor-Steuervorrichtung eine Lerneinrichtung zum Lernen
einer korrekten Schrittposition enthalten, wobei die Ausführung des
Lernvorgangs angehalten wird, wenn von der zweiten Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung
ein Anforderungssignal zum Antreiben des Schrittmotors ausgegeben
wird.
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Weiterhin
löscht
die Lerneinrichtung in der obigen Schrittmotor-Steuervorrichtung
dann, wenn die Ist-Schrittposition und die Soll-Schrittposition
geändert
und in Schrittpositionen, die einem anomalen Betrieb entsprechen,
aktualisiert werden, die Schrittposition, die gelernt worden war,
oder sie ändert
die gelernte Schrittposition in die aktualisierte Schrittposition.
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Selbst
wenn im Schrittmotor ein Festsitzen oder ein Gefrieren auftritt,
kann mit der obigen Schrittmotor-Steuervorrichtung eine Verschlechterung
der Steuerung aufgrund des Schrittverlust-Zustandes durch schnelles
Wiederherstellen des normalen Steuerungszustandes aus einem Hochdrehzahl-Leerlaufzustand
oder einem instabilen Brennkraftmaschinen-Steuerzustand beseitigt
werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen,
die auf die beigefügte
Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht zur Erläuterung
des Gesamtaufbaus einer Brennkraftmaschine mit einer Schrittmotor-Steuervorrichtung
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Leerlaufdrehzahl-Steuerventils, das durch den Schrittmotor
nach 1 angetrieben wird;
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3 einen
schematischen Blockschaltplan des Aufbaus der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit nach 1;
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4 einen
Blockschaltplan zur Erläuterung des
Aufbaus der Schrittmotor-Steuereinheit, die in der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit
nach 1 enthalten ist;
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5 eine
Antriebsschaltung für
den Schrittmotor nach 2;
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6 die
Beziehung zwischen der Ventilöffnungs-/Ventilschließrichtung
und den Spulenerregungsstrommustern;
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7 die
Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Impulsrate (Antriebsfrequenz)
des Schrittmotors nach 2;
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8 einen
Zeitablaufplan zur Erläuterung des
Betriebs des Schrittmotors nach 2; und
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9 einen
Ablaufplan zur Erläuterung
der Steuerung des Schrittmotors nach 2.
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1 zeigt
den Gesamtaufbau einer Brennkraftmaschine mit einer Schrittmotor-Steuervorrichtung
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung. In dieser Figur sind mit einem Zylinder 1' einer Brennkraftmaschine 1 ein
Luftansaugweg 2 (Luftansaugrohr) und ein Abgasweg (Abgasrohr)
verbunden, wobei der Luftansaugweg 2 eine Drosselklappe 4 für die Einstellung
der Durchflußmenge
der in den Zylinder 1' der
Brennkraftmaschine 1 gelieferten Ansaugluft, einen Drosselklappensensor 5,
der den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 4 erfaßt, einen Drucksensor 3,
der den Druck im Luftansaugrohr hinter der Drosselklappe 4 erfaßt, ein
von einem Schrittmotor angetriebenes Leerlaufdrehzahl-Steuerventil
(ISC/V) 6, das die Öffnungsfläche eines
Nebenleitungsweges 17 einstellt, der die Eingangsseite
der Drosselklappe mit ihrer Ausgangsseite verbindet, einen Ansauglufttemperatursensor 7 sowie
ein Einspritzventil 8 für
die Zuführung
von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine 1 enthält.
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Außerdem enthält die Brennkraftmaschine 1 einen
Kurbelwinkelsensor 11, der den Kurbelwinkel erfaßt, einen
Wassertemperatursensor 12, der die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine
erfaßt,
eine Zündeinrichtung
und eine Zündspule 9,
die eine Hochspannung erzeugen, einen Verteiler 10, der
die erzeugte Hochspannung an die einzelnen Zylinder 1' verteilt, und
eine Zündkerze 15.
Ferner ist im Abgasweg 18 ein Sauerstoffsensor 13 vorgesehen, der
die Sauerstoffkonzentration im Abgas erfaßt.
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Weiterhin
ist mit der Brennkraftmaschine 1 eine Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 14 (ECU) verbunden,
die die Brennkraftmaschine 1 steuert und in die zustandsabhängige Signale,
die von den verschiedenen Sensoren erfaßt werden, eingegeben werden,
anhand derer die Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 14 ihrerseits
ein Steuersignal an die Schrittmotor-Steuervorrichtung ausgibt.
Ferner wird an die Brennkraftmaschinen-Steuereinheit von einer Batterie 16 elektrischer
Strom geliefert.
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Leerlaufdrehzahl-Steuerventils 6, das durch
den Schrittmotor angetrieben wird. Dieses durch den Schrittmotor
angetriebene Leerlaufdrehzahl-Steuerventil 6, das in dem
Nebenleitungsweg 17 vorgesehen ist, enthält einen
Ventilkörper 6A und
einen Schrittmotor 6B, wobei die Ansaugluft-Durchflußmenge durch Ändern der
Fläche
eines Spalts zwischen einem Ventilstopfen 50 und einem
Ventilsitz 51 eingestellt wird. An eine Spule des Schrittmotors 6B werden
von der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 14 über eine
Erregungselektrode 53 Erregungsimpulse geliefert. Ein Rotor 54 wird
durch Liefern der Erregungsimpulse gedreht, wodurch ein Ventilschaft 55 in
Längsrichtung
bewegt wird. Die Fläche
des Spalts zwischen einem Ventilstopfen 50 und einem Ventilsitz 51 wird durch
die Bewegung des Ventilschafts 55 geändert, wodurch die Ansaugluft-Durchflußmenge eingestellt wird.
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3 ist
ein schematischer Blockschaltplan, der den Aufbau der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 14 nach 1 zeigt.
Die ECU 14 enthält
eine Eingangsschaltung 191, einen A/D-Umsetzer 192, eine
Zentraleinheit (CPU) 193, einen ROM 194, einen
RAM 195 und eine Ausgangsschal tung 196. Die Eingangsschaltung 191 empfängt Eingangssignale wie
etwa Signale, die vom Kühlwassertemperatursensor 12,
vom Ansaugluftrohr-Drucksensor 3, vom Drosselklappenöffnungsgradsensor 5,
vom Sauerstoffkonzentrationssensor (Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor)
und dergleichen geliefert werden und gibt die Eingangssignale in
den A/D-Umsetzer 192 ein, wobei Rauschkomponenten aus den
Eingangssignalen entfernt werden. Der A/D-Umsetzer 192 setzt die
analogen Eingangssignale in digitale Datensignale um und gibt die
umgesetzten Datensignale in die Zentraleinheit 193 ein.
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Die
Zentraleinheit 193 empfängt
die vom A/D-Umsetzer 192 ausgegebenen Signale und führt die
erforderlichen Steuerfunktionen und Diagnosen anhand von im ROM 194 gespeicherten
Programmen für
die Ausführung
der Steuerungsfunktionen und der Diagnosen aus. Die von der Zentraleinheit 193 berechneten
Ergebnisse und die Ausgangssignale des A/D-Umsetzers 192 werden
vorübergehend im
RAM 195 gespeichert, wobei die berechneten Ergebnisse als
Steuersignale 197 wie etwa als Steuersignal für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 8,
als Treibersignal für
den Schrittmotor 6B zum Antreiben des Leerlaufdrehzahl-Steuerventils 6 und
dergleichen ausgegeben werden.
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4 ist
ein Blockschaltplan, der den Aufbau der Schrittmotor-Steuervorrichtung 20 zeigt,
die in der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 14 enthalten
ist. Die Steuervorrichtung 20 für den Schrittmotor 6B enthält eine
Brennkraftmaschinenbetriebszustand-Überwachungseinrichtung 21,
eine Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 für normalen
Betrieb, die die Antriebsrichtung des Schrittmotors 6B im
normalen Betriebszustand anhand der Soll-Schrittposition und der
aktuellen Ist-Schrittposition bestimmt, eine Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 24 für anomalen
Betrieb, die die Antriebsrichtung des Schrittmotors 6B in
einem anomalen Betriebszustand bestimmt, eine Motor-Schrittposition-Überwachungseinrichtung 22,
die bestimmt, ob die Schrittposition des Schrittmotors 6B normal ist,
eine Antriebsimpulserzeugungsraten-Bestimmungseinrichtung 25,
die die an den Schrittmotor 6B geschickte Antriebsimpulsrate
bestimmt, und eine Motorantrieb-Steuereinrichtung 29, die
den Schrittmotor 6B mit der durch die Antriebsimpulserzeugungsraten-Bestimmungseinrichtung 25 bestimmten Impulsrate
antreibt.
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Die
Betriebszustand-Überwachungseinrichtung 21 empfängt die
von den obenerwähnten
Sensoren geschickten Eingangssignale wie etwa ein Brennkraftmaschinen-Drehzahlsignal
Ne, ein Luftansaugrohr-Drucksignal PM, ein Drosselklappen-Positionssignal
TVO, ein Zünd-Schaltsignal,
ein Batteriespannungssignal, ein Wassertemperatur-Signal TW usw.
und gibt die Überwachungsergebnisse
an die obigen Einrichtungen 22, 23, 24 und 25 aus.
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Die
Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 für normalen
Betrieb steuert die Durchflußmenge
der Ansaugluft anhand eines Drehzahlregelungsverfahrens auf der
Grundlage der Soll-Drehzahl und der erfaßten Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 im
Leerlaufzustand. Darüber
hinaus wird die Antriebsrichtung des Schrittmotors 6B auf
der Grundlage der Soll-Schrittposition und der Ist-Schrittposition,
die in einem Bereich zwischen der maximalen und der minimalen Schrittposition
liegen, bestimmt. Wenn jedoch der Schrittmotor 6B durch
die Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 gesteuert wird,
stimmt die gespeicherte Ist-Schrittposition mit der Soll-Schrittposition überein.
Falls die Brennkraftmaschine 1 sich in einem Hochdrehzahl-Leerlaufzustand
befindet, der als Zustand definiert ist, in dem die Ist-Drehzahl
der Brennkraftmaschine 1 höher als die Soll-Drehzahl ist
(der entgegengesetzte Zustand wird Niederdrehzahl-Leerlaufzustand
genannt) und falls die Ist-Schrittposition die voreingestellte Minimalposition
ist, wird das Steuersignal nicht ausgesendet.
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Die
Unterbrechung des Steuersignals bedeutet, daß die Ist-Schrittposition nicht
bestimmt werden kann. Mit anderen Worten, es kann nicht bestimmt
werden, ob im Motor 6B ein Festsitzen oder ein Schrittverlust
aufgrund des Festsitzens aufgetreten ist.
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Andererseits
führt die
Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 24 für anormalen
Betrieb ein Verfahren zum Steuern des Schrittmotors 6B während eines
anormalen Betriebs aus, wobei die Antriebsrichtung des Motors 6B auf
der Grundlage der Soll-Drehzahl Nref und der Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 bestimmt
wird. Ferner sendet die Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 24 für anormalen
Betrieb an die Schrittmotorantrieb-Steuereinrichtung 29 ein
Steuersignal, damit sie den Schrittmotor 6B in Ventilöffnungs-
oder Ventilschließrichtung
antreibt, wenn die Ist-Schrittposition mit der Soll-Schrittposition übereinstimmt,
selbst wenn die Ist-Schrittposition
die maximale oder minimale Grenzposition ist.
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Die
Schrittposition-Überwachungseinrichtung 22 bestimmt,
ob der Betrieb des Schrittmotors 6B normal ist, anhand
der von der Betriebszustand-Überwachungseinrichtung 21 ausgegebenen Informationen,
der Soll-Drehzahl Nref, der Soll-Schrittposition, die durch die
Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 für normalen
Betrieb bestimmt wird, der Ist-Schrittposition des Schrittmotors 6B usw.
und gibt das Bestimmungsergebnis an die Antriebsimpulserzeugungsraten-Bestimmungseinrichtung 25 aus.
Obwohl in dieser Ausführung
die Motorschrittposition-Überwachungseinrichtung 22 getrennt
von der Betriebszustand-Überwachungseinrichtung 21 vorgesehen
ist, können
die Motorschrittposition-Überwachungseinrichtung 22 und
die Betriebszustand-Überwachungseinrichtung 21 selbstverständlich in
eine einzige Baueinheit integriert sein.
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Die
Antriebsimpulserzeugungsraten-Bestimmungseinrichtung 25 bestimmt
die Impulsrate für
den Motor 6B anhand des durch die Schrittposition-Überwachungseinrichtung 22 bestimmten
Ergebnisses und der von der Betriebszustand-Überwachungseinrichtung 21 ausgegebenen
Informationen, wobei auch die Schalteinrichtung 26, die
zwischen einer Motorsteuerung für
normalen Betrieb und einer Motorsteuerung für anormalen Betrieb schaltet,
die Impulsraten-Bestimmungseinrichtung 27 für normalen Betrieb
und die Impulsraten-Bestimmungseinrichtung 28 für anormalen
Betrieb verwendet werden.
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Die
Schalteinrichtung 26 wählt
ein Ausgangssignal von der Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 für Normalbetrieb
oder von der Motorantriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 24 für anomalen
Betrieb und veranlaßt
eine der Impulsratenbestimmungseinrichtungen 27 oder 28 für normalen
Betrieb bzw. für
anormalen Betrieb, die Impulsrate zum Antreiben des Schrittmotors 6B zu
bestimmen. Ferner wird die von der Antriebsimpulserzeugungsraten-Bestimmungseinrichtung 25 bestimmte
Impulsrate (Motorantriebsfrequenz) durch die Motorantrieb-Steuereinrichtung 29 in
ein Motorantriebssignal umgesetzt, mit dem der Schrittmotor 6B angetrieben
wird.
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5 zeigt
eine Antriebsschaltung für
den Schrittmotor nach 2, die eine vierphasige, unipolare
Antriebsschaltung ist, in der der unidirektionale Strom i wahlweise
in jede der vier Spulen 31 bis 34 fließt, die
in den Schrittmotor 6B integriert sind, ferner sind in
den Schrittmotor 6B die Transistoren Tr 41 bis 44 integriert,
die den vier Spulen 31 bis 34 entsprechen. Wenn
die jeweiligen Transistoren durchschalten, fließt in die zugeordnete Spule
ein Strom, so daß diese
Spule erregt wird. Die Spulen, an die ein Strom geliefert wird,
und das Zeitintervall, in dem der Strom geliefert wird, werden durch
die Antriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 oder 24 und
durch die Antriebsimpulserzeugungsraten-Bestimmungseinrichtung 25 bestimmt,
wobei die Ströme
in die jeweiligen Spulen 31 bis 34 in Übereinstimmung
mit einem Spulenerregungsstrom-Muster, das in 6 gezeigt
ist, geliefert werden. In dieser Figur entsprechen die Phasen A, A, B und B den in 5 gezeigten
Spulen 31, 32, 33 bzw. 34. Der
Schrittmotor 6B ist mit der Schrittmotor-Steuereinheit
in der ECU 14 über
einen Kabelbaum verbunden. Anstelle der unipolaren Antriebsschaltung
kann auch eine bipolare Antriebsschaltung verwendet werden.
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7 zeigt
die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Impulsrate (Antriebsfrequenz) des
Schrittmotors 6B.
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Um
den Schrittmotor 6B anzutreiben, sollte sich dieser Schrittmotor 6B unterhalb
der Start-Kennlinie (automatischer Startbereich) befinden und in dem
Bereich unterhalb der Dreh-Kennlinie (Drehbereich) betrieben werden.
Falls die Impulsrate für
normalen Betrieb des Schrittmotors 6B die Frequenz a [pps
= Impulse/s] besitzt, ist das Antriebsdrehmoment des Schrittmotors 6B mit
Bezug auf die Start-Kennlinie durch das Drehmoment a' (Nm) gegeben, wobei
dieser Punkt sowohl im Startbereich als auch im Drehbereich liegt.
Falls daher für
den Schrittmotor 6B eine Impulsrate, die kleiner als a
Impulses ist, festgelegt wird, kann der Motor 6B so gesteuert werden,
daß kein
Schrittverlust-Zustand auftritt.
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Wenn
andererseits das für
die Aufhebung des Festsitzens des Rotors des Schrittmotors 6B oder
des Ventilschafts erforderliche Drehmoment durch das Drehmoment
c' gegeben ist,
muß die
Antriebsfrequenz des Schrittmotors 6B auf einen Wert, der
kleiner als c ist, gesetzt werden, um den Motor 6B ohne
Erzeugung eines Schrittverlust-Zustands zu steuern. Falls daher
ein Festsitzen auftritt, muß das Festsitzen
frühzeitig
erfaßt
werden und muß die
Antriebsfrequenz b niedriger als die Frequenz c gesetzt werden,
damit der Motor 6B das Drehmoment b' erzeugt, das größer als das Drehmoment c' ist.
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Da
es jedoch in Wirklichkeit schwierig ist, das notwendige Drehmoment
c' zu kennen, besteht
eine wirksame Gegenmaßnahme
darin, den Schrittmotor 6B mit der niedrigstmöglichen
Frequenz anzutreiben. Das heißt,
wenn ein Festsitzen des Schrittmotors 6B erfaßt wird,
ist es ratsam, die Antriebsfrequenz des Motors 6B auf eine
Frequenz zu setzen, die niedriger als jene ist, die im normalen
Betrieb verwendet wird; zweckmäßig wird
die Frequenz auf die niedrigstmögliche
Frequenz gesetzt.
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8 zeigt
einen Zeitablaufplan zur Erläuterung
der Steuerung des Schrittmotors 6B, wenn ein Schrittverlust-Zustand auftritt,
wobei diese Steuerung von der Schrittmotor-Steuervorrichtung gemäß dieser
Ausführung
ausgeführt
wird.
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In 8 hat
die Brennkraftmaschinen-Drehzahl Ne die Soll-Leerlaufdrehzahl (Nref)
(Hochdrehzahl-Leerlaufzustand) überschritten,
die durch das Festsitzen des Schrittmotors 6B hervorgerufen
wird, wobei am Punkt A ein Schrittverlust-Zustand des Motors 6B aufgrund
des Festsitzens erfaßt
wird. Ferner ist der Punkt B derjenige Punkt, an dem das Festsitzen
des Motors 6B beseitigt wird.
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Falls
das Festsitzen nicht erfaßt
wird, wird die Schrittposition aufgrund der Tatsache, daß der normale
Betrieb fortgesetzt wird, durch die Antriebsfrequenz a in Ventilschließrichtung
gesteuert. Trotz der Antriebsfrequenz a, die von der Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 14 angefordert
wird, ändert sich
die Ist-Schrittposition nicht und bleibt bei der Position c. Das
heißt,
daß der
Schrittmotor 6B Schritte verliert, wodurch eine Schrittzahldifferenz
D zwischen den Punkten A und B verursacht wird.
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Falls
andererseits gemäß dieser
Ausführung das
Festsitzen am Punkt A in 8 erfaßt wird und die Antriebsfrequenz
von der Antriebsfrequenz für Normalbetrieb
zu der Antriebsfrequenz für
anomalen Betrieb geändert
wird, wie mit Bezug auf 7 erläutert worden ist, wird der Schrittmotor
zwischen den Punkten A und B um den der Schrittzahldifferenz D' entsprechenden Betrag
in Ventilschließrichtung
mit der niedrigeren Antriebsfrequenz b bewegt. Daher wird die Schrittzahldifferenz
relativ zur Ist-Schrittposition um (D – D') erniedrigt, so daß die Wirkungen der vom Motor 6B verlorenen
Schritte verringert werden kann.
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Daher
kann durch Antreiben des Schrittmotors 6B mit der niedrigeren
Antriebsfrequenz b die Verschlechterung der Steuerung, die durch
die vom Motor 6B verlorenen Schritte bedingt ist, auf ein
begrenztes Ausmaß verringert
werden.
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Falls
darüber
hinaus in der Schrittmotor-Steuervorrichtung 20 eine Lernfunktion
vorgesehen ist und die Lernfunktion zwischen den Punkten A und B
ausgeführt
wird, wird die Schrittposition nur geringfügig geändert, obwohl die Ist-Schrittposition
an der Position c bleibt (die Ist-Schrittposition ändert sich
nicht), wobei die Lernfunktion für
die Schrittzahldifferenz D ausgeführt wird. Das heißt, daß eine fehlerhafte
Lernoperation ausgeführt
wird. Falls daher das von der Antriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 24 für anormalen
Betrieb ausgegebene Steuersignal gewählt wird, muß die Ausführung der
Lernfunktion verhindert werden.
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Selbst
wenn der Schrittmotor 6B durch das Steuersignal angetrieben
wird, das von der Antriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 24 ausgegeben wird,
und die Schrittzahldifferenz relativ zur Position c von D auf D' abgesenkt wird,
kann die Ist-Schrittposition nicht bestimmt werden. Nachdem daher
festgestellt worden ist, daß der
festsitzende Teil freigegeben worden ist, wird die Ist-Schritt position
wieder in der Nähe
der Position c angesiedelt, indem die Soll-Schrittposition (z. B.
die vorgegebene Schrittposition, die der Referenz-Brennkraftmaschinen-Drehzahl Nref entspricht)
korrigiert wird. Somit wird nach dem Punkt B eine normale Steuerung
des Motors 6B möglich.
Da hierbei die Ist-Schrittposition nicht vollständig mit der korrigierten Soll-Position übereinstimmt
und der Lernvorgang bereits ausgeführt worden sein könnte, müssen die
gelernten Werte gelöscht
werden.
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9 zeigt
einen Ablaufplan zur Erläuterung der
Steuerung des Schrittmotors gemäß dieser
Ausführung.
Im Schritt 100 wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 anhand
der Betriebszustandsinformationen, die von den verschiedenen in
der Brennkraftmaschine 1 vorgesehenen Sensoren erfaßt werden,
bestimmt, woraufhin der Prozeß weitergeht
zum Schritt 101. Im Schritt 101 wird anhand der erfaßten Betriebszustandsinformationen
die Soll-Schrittpositon berechnet, die für den Schrittmotor 6B als
Soll-Schrittpositon, die dem Betriebszustand entspricht, gesetzt
wird. Ferner wird im Schritt 102 die Ist-Schrittposition
des Motors 6B gespeichert.
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Im
Schritt 103 wird anhand der Soll-Drehzahl Nref, der Soll-Schrittposition
und der Ist-Schrittposition des Motors 6B, die von der
Antriebsrichtung-Bestimmungseinrichtung 23 für Normalbetrieb
usw. bestimmt werden, festgestellt, ob der. Schrittmotor 6B normal
arbeitet. Wenn festgestellt wird, daß der Motor 6B anormal
arbeitet, geht der Prozeß weiter
zum Schritt 104, andernfalls zum Schritt 110.
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Wenn
angenommen wird, daß die
Brennkraftmaschinen-Drehzahl nicht mit der Soll-Drehzahl übereinstimmt,
weil der Schrittmotor 6B anormal arbeitet, wird im Schritt 104 festgestellt,
ob die Brennkraftmaschinen-Drehzahl einem Hochdrehzahl-Leerlaufzustand
entspricht. Falls festgestellt wird, daß die Brennkraftmaschinen-Drehzahl
einem Hochdrehzahl-Leerlaufzustand entspricht, wird der Schrittmotor 6B im
Schritt 105 in Ventilschließrichtung bewegt.
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Falls
hingegen bestimmt wird, daß die Brennkraftmaschinen-Drehzahl
keinem Hochdrehzahl-Leerlaufzustand entspricht, wird im Schritt 106 weiter
festgestellt, ob die Brennkraftmaschinen-Drehzahl einem Niederdrehzahl-Leerlaufzustand
entspricht. Falls festgestellt wird, daß die Brennkraftmaschinen-Drehzahl
einem Niederdrehzahl-Leerlaufzustand entspricht, wird der Schrittmotor 6B im
Schritt 107 in Ventilöffnungsrichtung
bewegt. Da andernfalls angenommen wird, daß sich die Brennkraftmaschinen-Drehzahl in der Nähe der Soll-Drehzahl
befindet, wird der Schrittmotors 6B im Schritt 108 angehalten.
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Im
Hochdrehzahl- oder Niederdrehzahl-Leerlaufzustand wird die Impulsrate
im Schritt 109 bestimmt. Andererseits wird im normalen
Leerlaufzustand die Antriebsrichtung im Schritt 110 anhand
der Soll- und Ist-Schrittpositionen bestimmt, woraufhin die Impulsrate
im Schritt 111 bestimmt wird.
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Im
Schritt 112 wird das Spulenerregungsstrommuster anhand
der bestimmten Antriebsrichtung und der Impulsrate bestimmt. Genauer
wird eine Zweiphasenerregung, eine Halbschritterregung oder keine
Erregung gewählt,
wobei be stimmt wird, welcher der Transistoren für die jeweiligen Fälle durchschalten
sollen. Somit wird der Schrittmotor 6B mit dem bestimmten
Spulenerregungsstrommuster angetrieben.
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Wie
oben erwähnt
worden ist, kann in der erfindungsgemäßen Schrittmotor-Steuervorrichtung bei
einer Anomalie wie etwa einem Festsitzen des Schrittmotors diese
Anomalie frühzeitig
erfaßt
werden, wobei die Verschlechterung der Steuerung, die durch den
Schrittverlust des Schrittmotors aufgrund der Anomalie verursacht
wird, auf ein begrenztes Maß reduziert
werden kann, so daß ein
Hochdrehzahl-Leerlaufzustand oder ein Anhalten der Brennkraftmaschine
verhindert werden können.