JP2007016638A - Idling speed controller drive control device and idling speed controller drive control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アイドリング運転時のエンジンに必要な吸気量を供給するアイドリング・スピード・コントローラ(ISC)に関し、特に、ISCのバルブを駆動制御するステッピングモータの制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to an idling speed controller (ISC) that supplies an intake air amount necessary for an engine during idling operation, and more particularly to a control device and a control method for a stepping motor that drives and controls an ISC valve.
二輪車を含む自動車のエンジンの吸気経路には、多くの場合、アイドリング運転時にエンジンのシリンダに必要な空気を供給するISCが設置されている。このISCは、アイドリング運転以外のエンジンの通常運転時にエンジンに必要な吸気量を提供するスロットルバルブと共にエンジンへの吸気経路に設けられており、アイドリング時のエンジン回転数を一定の範囲内に維持する役割を担う。即ち、エンジンのアイドリング運転時では、アクセル操作が行われていなければスロットルバルブは全閉の状態となっていることから、ISCを経由してエンジンへ必要な吸気量を供給することにより、アイドリング時におけるエンジン回転数を適正値に制御するようにしている。そして、このISCからエンジンに供給される吸気量は、ISCのバルブ開度を制御することにより調整され、このISCバルブの開度調整は、多くの場合ステッピングモータの回転制御によって行われる。 In many cases, an ISC that supplies air necessary for a cylinder of an engine during idling operation is installed in an intake path of an engine of an automobile including a motorcycle. This ISC is provided in the intake path to the engine together with a throttle valve that provides the intake amount necessary for the engine during normal operation of the engine other than idling operation, and maintains the engine speed during idling within a certain range. Take a role. In other words, when the engine is idling, the throttle valve is fully closed if the accelerator is not operated. By supplying the necessary intake air amount to the engine via the ISC, The engine speed at is controlled to an appropriate value. The amount of intake air supplied from the ISC to the engine is adjusted by controlling the valve opening of the ISC, and the adjustment of the opening of the ISC valve is often performed by controlling the rotation of the stepping motor.
ISCのバルブ開度の調整を行うステッピングモータは、スロットル開度及び各種センサの出力信号に基づいてエンジンを統合的に制御するECU(Electronic Control Unit、以下、適宜「制御装置」という)から出力されるパルス信号の数によりその回転角が制御される。これにより、ISCを経由してエンジンのシリンダ内に吸引される吸気量の増減調整が可能となり、エンジンのアイドリング回転数を制御することができる。 A stepping motor that adjusts the valve opening of the ISC is output from an ECU (Electronic Control Unit, hereinafter referred to as “control device” as appropriate) that controls the engine in an integrated manner based on the throttle opening and output signals of various sensors. The rotation angle is controlled by the number of pulse signals. As a result, it is possible to adjust the amount of intake air sucked into the cylinder of the engine via the ISC, and the engine idling speed can be controlled.
ステッピングモータの回転制御においては、DCサーボモータのようにその回転量を検知しその検知出力を入力信号側にフィードバックさせるような閉ループ制御を必ずしも必要としない。しかし、それゆえに過大な負荷トルクやノイズ等の要因によりその回転角が制御装置からのパルス信号に追従できずに同期状態を外れてしまう脱調と呼ばれる事態が生じ得る。すなわち、制御装置が認識しているステッピングモータのステップ値とステッピングモータの実際のステップ値に換算するISCのバルブ開度との間に偏差値が生じてしまうことがあるために、これを是正するための処置をとる必要がある(例えば、特許文献1)。 In the rotation control of the stepping motor, the closed loop control for detecting the rotation amount and feeding back the detection output to the input signal side as in the case of the DC servo motor is not necessarily required. However, a situation called out-of-step, in which the rotation angle cannot follow the pulse signal from the control device due to factors such as excessive load torque and noise, can be caused. That is, a deviation value may be generated between the step value of the stepping motor recognized by the control device and the valve opening of the ISC converted into the actual step value of the stepping motor. It is necessary to take measures for this (for example, Patent Document 1).
そして、このようなISCのバルブの開閉駆動に用いるステッピングモータは、上記のような脱調を回避するために回転トルクを大きくするばかりでなく、所望の回転角を一定に維持するための保持トルクが大きい技術仕様のものを使用する必要があった。さらに、ISCとそのバルブ開度を調整するステッピングは、エンジンの近隣に装備されるために、その設置環境温度が高い。
このため、ISCのバルブの開閉駆動に用いるステッピングモータのステータを構成する界磁コイルには、常に大きな電流が流れるため、その設置環境温度が高いことと相俟って多大の熱が発生し所望の動作温度スペック内に収めることが困難な場合があった。 For this reason, since a large current always flows through the field coil constituting the stator of the stepping motor used to open / close the ISC valve, a great amount of heat is generated in combination with the high installation environment temperature. In some cases, it was difficult to keep within the operating temperature specifications.
しかし、ISCはエンジンのアイドリング運転時にエンジンに必要な吸気量を提供するものであって、エンジンへの吸気は、アイドリング運転時以外の時はスロットルバルブから提供される。このため、例えばスロットルバルブが開いている時などには、ISCの開度調整を行う必要はなく、このような時はISCのバルブの開閉駆動を行うステッピングモータには、大きな負荷は掛からない。また、アイドリング運転時であっても、例えば、エンジンのアイドル運転時の回転数が安定した後は、ISCからエンジンに供給される吸気量は一定に維持されればよく、ステッピングモータに掛かる負荷トルクは変動しない。特に、二輪車には、通常、アイドリング運転時にエンジンの回転数に影響を与える例えばエアコンディショナ等の大きな負荷トルクを生じさせる機器類が設置されていないために、エンジンのアイドル回転が安定した後に、ステッピングモータの負荷変動は極めて小さい。 However, the ISC provides an intake amount necessary for the engine during idling operation of the engine, and intake air to the engine is provided from the throttle valve at times other than idling operation. For this reason, for example, when the throttle valve is open, it is not necessary to adjust the opening of the ISC. In such a case, a large load is not applied to the stepping motor that drives the opening and closing of the ISC valve. Further, even during idling operation, for example, after the engine speed during idling operation is stabilized, the intake air amount supplied from the ISC to the engine may be maintained constant, and the load torque applied to the stepping motor Does not fluctuate. In particular, since motorcycles are usually not equipped with devices that generate a large load torque such as an air conditioner that affects the engine speed during idling, the engine idle speed is stabilized. The load fluctuation of the stepping motor is extremely small.
このため、本発明は、エンジンの運転状態が所定の場合には、ISCのバルブの開閉駆動に用いるステッピングモータに印加する電圧を可変的に制御することにより界磁コイルに流れる電流を抑制し、以ってステッピングモータの温度上昇を抑制するようにしたステッピングモータの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。 For this reason, the present invention suppresses the current flowing in the field coil by variably controlling the voltage applied to the stepping motor used for opening / closing the ISC valve when the engine operating state is predetermined, Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device and a control method for a stepping motor that suppresses the temperature increase of the stepping motor.
このため、本発明は、エンジンのアイドル運転時における吸入空気量を調整するISCの制御装置であって、前記ISCのバルブを開閉動作するステッピングモータと、前記ステッピングモータを定電流で駆動するドライバ手段と、前記ドライバ手段へ駆動信号を出力する制御手段と、から構成され、前記制御手段は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ステッピングモータの界磁コイルに直列に接続された電流検知抵抗の抵抗値を可変させることを特徴とするISC駆動制御装置を提供するものである。 Therefore, the present invention is an ISC control device that adjusts the amount of intake air during idling of an engine, a stepping motor that opens and closes the valve of the ISC, and driver means that drives the stepping motor with a constant current And a control means for outputting a drive signal to the driver means, wherein the control means includes a current detection resistor connected in series to the field coil of the stepping motor according to the operating state of the engine. It is an object of the present invention to provide an ISC drive control device characterized by varying a resistance value.
そして、前記制御手段は、前記電流検知抵抗の抵抗値を前記ISCのバルブの開閉状態を変動させる時よりも前記バルブの開閉状態を一定に維持する時に大きくするのである。これにより、本発明は、ISCのバルブの開閉駆動に用いるステッピングモータのステータを構成する界磁コイルに流れる電流を低下させることにより、ステッピングモータの温度上昇を抑制したのである。 The control means increases the resistance value of the current detection resistor when the valve open / close state is maintained constant rather than when the valve open / close state of the ISC is varied. Thus, the present invention suppresses the temperature increase of the stepping motor by reducing the current flowing in the field coil that constitutes the stator of the stepping motor used for opening / closing the ISC valve.
ここで、前記電流検知抵抗は、前記界磁コイルに接続された第1の抵抗と前記第1の抵抗の抵抗値よりも大きい第2の抵抗とにより構成される。そして、ステッピングモータのステータを構成する界磁コイルに流れる電流を低下させるときには、この電流検知抵抗の合成抵抗値が大きくなる切替え制御を行うのである。 Here, the current detection resistor includes a first resistor connected to the field coil and a second resistor larger than the resistance value of the first resistor. Then, when the current flowing through the field coil constituting the stator of the stepping motor is reduced, switching control is performed so that the combined resistance value of the current detection resistor is increased.
また、前記電流検知抵抗の抵抗値は、前記バルブの開閉状態を一定に維持する時には、前記ステッピングモータの前記界磁コイルに流れる電流値を、当該ステッピングモータの定格電流の下限値又は下限値未満になるように設定される。これにより、ステッピングモータの温度上昇を抑制すると共に、ステッピングモータの脱調の可能性を低減させているのである。 The resistance value of the current detection resistor is less than the lower limit value or lower limit value of the rated current of the stepping motor when the open / closed state of the valve is kept constant. Is set to be This suppresses the temperature rise of the stepping motor and reduces the possibility of stepping out of the stepping motor.
ところで、前記制御手段は、少なくとも、前記エンジンの吸気経路に設けられた吸気スロットルのバルブが所定の開度以上開いた時又は前記エンジンのアイドル回転が安定した時に、前記電流検知抵抗の抵抗値を大きくする切替えを行うのである。 By the way, the control means sets the resistance value of the current detection resistor at least when an intake throttle valve provided in the intake path of the engine opens more than a predetermined opening or when the engine idle rotation is stabilized. The switching to increase is performed.
そして、本発明に係るISC駆動制御回路は、前記エンジンの停止後直ちに、前記ステッピングモータに対して前記ISCのバルブを全閉させるステップ数に所定の無駄送りステップ数のパルス信号を出力することにより、前記ISCのイニシャライズ処理を行うことにより、ISCのバルブ開度とステッピングモータ間のいわゆるミスステップの累積を除去するのである。 The ISC drive control circuit according to the present invention outputs a pulse signal of a predetermined number of waste feed steps to the number of steps for fully closing the ISC valve to the stepping motor immediately after the engine is stopped. The accumulation of so-called missteps between the valve opening of the ISC and the stepping motor is removed by performing the ISC initialization process.
本発明は、その第2の形態として、さらに、エンジンのアイドル運転時における吸入空気量を調整するISCのバルブ開閉をステッピングモータで行うISCの駆動制御方法であって、(a)前記エンジンの運転状態を検出するステップと、(b)前記検出された前記運転状態が、予め設定されている所定の状態と一致するか否かを比較するステップと、(c)前記ステップ(b)において前記運転状態が前記所定の状態と一致した場合には、前記ステッピングモータの界磁コイルに直列に接続された電流検知抵抗の抵抗値を増大させるステップと、の各ステップを有することを特徴とするISC駆動制御方法を提供するものである。 The present invention, as its second form, further comprises an ISC drive control method in which a stepping motor opens and closes an ISC valve that adjusts the intake air amount during idle operation of the engine. (A) Operation of the engine Detecting a state; (b) comparing whether or not the detected operating state matches a predetermined state set in advance; and (c) comparing the operation in step (b). And increasing the resistance value of a current detection resistor connected in series to the field coil of the stepping motor when the state matches the predetermined state. A control method is provided.
ここで、前記ステップ(b)における予め設定されている所定の状態は、少なくとも、前記エンジンの吸気経路に設けられた吸気スロットルのバルブが所定の開度以上開いている状態と、前記エンジンのアイドル回転が安定した状態とを含み、前記ステップ(c)における前記電流検知抵抗の抵抗値の増大により、前記ステッピングモータの前記界磁コイルに流れる電流値が、当該ステッピングモータの定格電流の下限値又は下限値未満になるように制御するのである。 Here, the predetermined state set in advance in the step (b) includes at least a state in which an intake throttle valve provided in the intake path of the engine is opened more than a predetermined opening degree, and an idle state of the engine. A current value that flows through the field coil of the stepping motor due to an increase in the resistance value of the current detection resistor in the step (c), or a lower limit value of a rated current of the stepping motor, Control is performed so as to be less than the lower limit value.
そして、前記ステップ(c)の後、前記エンジンが停止された時には直ちに、前記ISCのバルブ開度のイニシャライズ処理を行うステップを有する。ここで、前記イニシャライズ処理は、前記ステッピングモータに対して前記ISCのバルブを全閉させるステップ数に所定の無駄送りステップ数のパルス信号を出力することにより行われる。 And after the said step (c), when the said engine is stopped, it has the step which performs the initialization process of the valve opening degree of the said ISC. Here, the initialization process is performed by outputting a pulse signal having a predetermined number of waste feed steps to the number of steps for fully closing the valve of the ISC to the stepping motor.
本発明に係るISC駆動制御装置及び制御方法においては、ISCのバルブの開閉駆動に用いるステッピングモータのステータを構成する界磁コイルに接続された電流検知抵抗の抵抗値を、エンジンの運転状態が所定の場合には、前記ISCのバルブの開閉状態を変動させる時よりも前記バルブの開閉状態を一定に維持する時に大きくすることにより、ステッピングモータの温度上昇を抑制したのである。また、これにより、エンジンのアイドリング運転時における電力の消費を抑制したのである。 In the ISC drive control device and control method according to the present invention, the resistance value of the current detection resistor connected to the field coil constituting the stator of the stepping motor used for opening / closing driving of the valve of the ISC is determined based on the engine operating state being predetermined In this case, the temperature increase of the stepping motor is suppressed by increasing the value when the valve open / close state is kept constant rather than when the valve open / close state of the ISC is changed. This also suppresses power consumption during engine idling.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の制御対象であるISCを備えたエンジン(ここでは二輪車用の単気筒4サイクルエンジン)の概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine (here, a single-cylinder four-cycle engine for a motorcycle) having an ISC that is a control target of the present invention.
図1に示すように、エンジン6は、電動式燃料ポンプ装置、燃料噴射装置、イグニッションプラグ点火装置、吸気スロットル及びアイドルスピード制御装置(以下、「ISC」という)を総合的に制御するエンジン制御装置(以下、「ECU:Electronic Control Unit」という)1によって制御される。
As shown in FIG. 1, an
この場合、上記した電動式燃料ポンプ装置は燃料タンク(以下、適宜「燃料ポンプ」という)2で構成され、燃料噴射装置はインジェクタ3で構成され、イグニッションプラグ点火装置はイグニッションコイル4及びスパークプラグ5で構成される。
In this case, the above-described electric fuel pump device is constituted by a fuel tank (hereinafter referred to as “fuel pump” as appropriate) 2, the fuel injection device is constituted by an
前記燃料タンク2は、エンジン6の燃焼室(シリンダ又は気筒)7に供給される燃料を貯蔵する。燃料タンク2に貯蔵された燃料は、燃料供給パイプ8を経由してインジェクタ3に供給される。エアフィルタ9は、エンジン6に供給される空気(外気中の空気)から塵や埃を除去する。吸気スロットル10及びISC11は、エアフィルタ9から吸気弁12に至る吸気管13を経由して燃焼室7内に吸引される空気量を制御する。吸気スロットル10はアイドル運転時以外の通常運転時における空気量を制御し、ISC11はアイドル運転時における空気量を制御する。なお、ISC11は、ステッピングモータで構成され、吸気スロットル10のバイパス経路を形成するように設置されている。
The
前記インジェクタ3は、燃焼室7への空気が引き込まれると同時に、燃焼室7に燃料を噴射する。これにより燃焼室7には、空気中に燃料が噴射された混合気が注入される。なお、前記インジェクタ3は、燃料供給パイプ8を経由して供給される燃料を加圧した後に噴射する。
The
前記吸気弁12は、後述する吸気行程において吸気管13から燃焼室7への経路を開閉する。排気弁14は、後述する排気行程において燃焼室7から排気管15への経路を開閉する。イグニッションコイル4は、ECU1からの点火指令を受けたタイミングで高電圧を発生させる。スパークプラグ5は、イグニッションコイル4に発生した高電圧の印加を受けて点火し、燃焼室7内で圧縮された燃料ガスを燃焼させる。排気管15は、燃料ガスの爆発により発生する排気ガスをエンジン6からマフラー16に導く。マフラー16は、爆発音や排気音等のノイズを低下させた後に排気ガスを外気に放出すると共に、マフラー16内には、触媒装置(以下、適宜「触媒」という)18が設置されており、触媒18は、外気に放出される前に排気ガスを浄化する。
The
エンジン6の表面には、エンジン6の表面温度を測定するエンジン温度センサ19が設置されている。また、エンジン6には、例えば、吸気スロットル10の周辺に設置されるスロットル開度を検出するための開度センサ20、マフラー16内の入口近傍に設置されて排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ21等(これらを各種センサ25と総称する)が設置されており、これらセンサは、後述するようにECU1に接続され、ECU1は、これらのセンサ(スイッチ等を含んでいても良い)からの信号に基づいて、エンジン6の最適な制御を行なう。
An
次に、上記した構成を有する単気筒4サイクルエンジンの各工程における動作について簡単に説明する。 Next, the operation in each process of the single cylinder four-cycle engine having the above-described configuration will be briefly described.
最初に、第1の行程である吸気行程において、エンジン6の燃焼室7には、エアフィルタ9により濾過されて塵や埃が除去された空気(外気中の空気)が、燃焼室7内のピストンの下降動作によって生じる負圧により供給される。このとき、吸気弁12は開いた状態となる。
First, in the intake stroke which is the first stroke, air (air in the outside air) filtered by the
一方、燃焼室7への空気の供給と同時に、インジェクタ3の注入口から燃料が注入される。なお、インジェクタ3から供給される燃料噴射量は、ECU1からの燃料供給指示パルス信号のパルス幅に応じて噴射動作するインジェクタ3の燃料噴射時間により調節される。
On the other hand, simultaneously with the supply of air to the
次に、第2の行程である圧縮行程において、燃焼室7内に供給される空気と燃料との混合体である燃料ガスが、ピストンの上昇動作により圧縮される。この際、吸気弁12と排気弁14は閉じた状態となる。
Next, in the compression stroke that is the second stroke, the fuel gas that is a mixture of air and fuel supplied into the
次に、第3の行程である燃焼行程において、ECU1からの所定のタイミングで点火指令を受けたイグニッションコイル4が高電圧を発生させる。そして、この高電圧をスパークプラグ5に印加しスパークプラグ5を点火することで、圧縮された燃料ガスを爆発させる。この爆発力によってピストンを急激に押し下げる。
Next, in the combustion stroke that is the third stroke, the
次に、第4の行程である排気行程において、燃焼行程において燃焼された燃料ガスが、排気ガスとして外気中に放出される。燃焼室7からの排気ガスの放出は、排気弁14を開いた状態で、燃焼行程において押し下げられたピストンが上昇することにより行われる。排気ガスは、排気管15を経由してマフラー16内へと導かれて、爆発音や排気音等のノイズを低下させた後に外気に放出される。
Next, in the exhaust stroke which is the fourth stroke, the fuel gas burned in the combustion stroke is released into the outside air as exhaust gas. The exhaust gas is released from the
図2は、エンジン6の動作を総合的に制御する上記した制御手段(ECU)1の概略構成例を示したブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of the above-described control means (ECU) 1 that comprehensively controls the operation of the
ECU1は、演算処理装置(CPU)30、ISCの制御を含めてエンジンの燃焼制御のためのプログラムや、制御プラグラムで使用される定数及び関係式、或いは対応マップ等を格納したROM31、エンジン温度センサ19等の各種センサで検出された検出値や変動データを一時的に格納するRAM(例えば、不揮発メモリ「EEPROM」など)32、エンジン温度センサ19、各種のセンサ25、ISC11のバルブを駆動するステッピングモータ等の各種のアクチュエータとの間で信号を送受信する入出力インターフェース(I/Oポート)35等を備えて構成されている。
The
これにより、ECU1は、例えばエンジン温度センサ19からの検出値に基づいてアイドリング時におけるISC11の吸気量制御を行ったり、その後にエンジンのアイドル暖機運転を終了させる等の制御を行うと共に、それ以外の制御、例えば、上記したような燃料ポンプ2の間欠的駆動制御、インジェクタ3の駆動制御(燃料噴射制御)、イグニッションコイル4の駆動制御(点火制御)等の各種の能動手段の動作制御を集中的に司る。
Thereby, for example, the
次に、本発明の制御対象であるステッピングモータによりそのバルブ開度が調整されるISC11の一構成例について簡単に説明する。
Next, one configuration example of the
図3は、ISC11の概略構成を示す図であり、(b)は内部構成を示す図、(a)は図(b)のA−A線に沿った断面図である。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the
ISC11は、本体を構成するハウジング50を備えており、このハウジング50は、ボルト100によって、図2に示した吸気管13に対して取り付けられている。ハウジング50の内部には、吸気管13を流れる空気を分岐するように流通路52が形成されており、この流通路52の下流側には、吸気管13に連通する空気流通孔52aが形成されている。また、ハウジング50には、前記空気流通孔52aの開口量を可変させるバルブ55が設置されている。このバルブ55は、スクリューシャフト56の先端部に設けられており、スクリューシャフト56が軸方向に移動することにより、空気流通孔52aの開口量を可変して、空気の流通量を制御する。なお、図においては、最も開口量を大きくしたバルブ55の位置(実線で示す)を符号P1で、最も開口量を小さくしたバルブ55の位置(点線で示す)を符号P2で示してある。すなわち、バルブ55は、スクリューシャフト56の回転駆動に伴い、位置P1と位置P2の間を往復駆動されるようになっている。
The
前記ハウジング50には、スクリューシャフト56を駆動するステッピングモータ60が設置されている。ステッピングモータ60は、公知のように、前記ハウジング50に装着されるステータ(界磁コイルを含む)60a、及び前記スクリューシャフト56を一体回転するロータ60bを備えている。すなわち、前記スクリューシャフト56の中間部はロータ60bに固定されており、ロータ60bの回転と共に一体回転するようになっている。
A stepping
前記スクリューシャフト56のバルブ55と反対側の端部には、送りねじ56aが形成されており、この送りねじ56aは、ストッパ65の内周面に形成された雌ねじ65aと螺合されている。前記ストッパ65には、径方向に突出する突部65bが形成されており、この突部65bは、ハウジング50の内面に装着されたストッパ回り止めリング62の凹所62aに係合されるようになっている。
A
これにより、スクリューシャフト56は、ステッピングモータ60によってロータ60bが正転/逆転駆動された際、軸方向に沿って螺進又は螺退され、空気流通孔52aの開口量を小さくしたり、空気流通孔52aの開口量を大きくする。すなわち、前記ステッピングモータ60(ISC11)は、図2に示したように、ECU1によって駆動状態が制御されるようになっており、上述したように、エンジンがアイドル運転時になった際(図2に示す吸気スロットル10が全閉した際)に、ステッピングモータ60の回転方向及び駆動量を制御することで、吸気量を制御しエンジンのアイドリングの回転量を制御するのである。
Thereby, when the
図4は、ISC11を構成するステッピングモータ60の駆動回路の例を説明するものである。
FIG. 4 illustrates an example of a drive circuit for the stepping
公知のとおり、ステッピングモータ60は、制御装置1(図2)側から出力される指令パルスの総数に比例してその回転角を変位するものである。ステッピングモータ60の回転変位角は、通常複数の界磁コイルが施されたステータと回転子の歯数との関係で設定されるものであり、制御装置1からの指令パルス毎に、使用するステッピングモータ60固有のステップ角だけ回転する。これにより、ISC11のバルブ55の開度を調整することが可能となる。また、ステッピングモータ60の回転速度、即ちISC11のバルブの開度調整速度は、指令パルスの頻度である単位時間当たりのパルス数であるPPS(Pulse Per Second)に比例する。また、ステッピングモータ60の回転制御(即ち、ISC11のバルブ開度制御)は、オープンループであって、出力(変位)の結果を入力側にフィードバックする必要がなく、簡易で低コストの制御系を構成可能である。
As is well known, the stepping
ところで、ステッピングモータ60の回転トルクは、ステッピングモータ60の界磁コイルC1、C2、C3、C4に流れる駆動電流Idの値と回転子の永久磁石の磁束密度Bが、それぞれ大きいほど増大する。また、ステッピングモータ60が所定の回転角度を一定に維持するには、界磁コイルC1、C2、C3、C4に一定の保持電流Ihを流し続ける必要がある。
Incidentally, the rotational torque of the stepping
ステッピングモータの界磁コイルC1、C2、C3、C4に流れる駆動電流Idと保持電流Ihは、共に、電源電圧Vccの値に比例するが、駆動電流Idは、界磁コイルC1、C2、C3、C4のインピーダンスと電源電圧Vccによって規定され、保持電流Ihは、界磁コイルC1、C2、C3、C4のインピーダンスにおける直流抵抗分と電源電圧Vccによって規定されるのである。 The drive current Id and the holding current Ih flowing through the field coils C1, C2, C3, and C4 of the stepping motor are both proportional to the value of the power supply voltage Vcc, but the drive current Id is determined by the field coils C1, C2, C3, The holding current Ih is defined by the DC resistance component and the power supply voltage Vcc in the impedances of the field coils C1, C2, C3, and C4.
図4(a)は、ステータの界磁コイルC1、C2、C3、C4が、4層ユニポーラ(単極励磁)で構成した場合の駆動回路(ドライバ回路)の例を示すものである。また、図4(b)は、ステータの界磁コイルC1、C2、C3が、3層バイポーラ(双極励磁)で構成した場合の駆動回路(ドライバ回路)の例を示すものである。 FIG. 4A shows an example of a drive circuit (driver circuit) in the case where the field coils C1, C2, C3, and C4 of the stator are configured by four-layer unipolar (single pole excitation). FIG. 4B shows an example of a drive circuit (driver circuit) when the field coils C1, C2, and C3 of the stator are configured by three-layer bipolar (bipolar excitation).
本発明に係るISC11の駆動は、図4に示す駆動回路を採用している。ここでは、高速回転時の回転トルクを改善すると共に、所定の場合回転角を一定に維持するために必要な保持電流を大きく減少させるべく、外部抵抗Rxを挿入するようにしている。即ち、本方式においては、印加電圧を高く設定したままで(バッテリ電圧をそのまま使用可能)、界磁コイルのドライブ回路に直列に、インダクタンス値Lが極めて小さい無誘導抵抗Rxを挿入して、電気的時定数を小さくしてステッピングモータ60の回転角を高速回転させる時の電流減少を抑制するとともに、後述するように、外部抵抗Rxの抵抗値を可変にすることにより保持電流Ihを抑制することを可能としているのである。
The driving of the
図4(a)において、ステッピングモータ60の界磁コイルC1、C2、C3、C4は、それぞれトランジスタT1、T2、T3及びT4によって個別にドライブされる。即ち、界磁コイルC1を励磁してステッピングモータ60を所定の回転角だけ回転させようとする場合には、指令パルス回路(図2の制御装置1)側からトランジスタT1のゲートに所定幅のパルス信号を出力する。
In FIG. 4A, the field coils C1, C2, C3, and C4 of the stepping
また、図4(b)においては、ステッピングモータ60の界磁コイルC1、C2、C3、は、トランジスタT1乃至T6のオン/オフ制御により双方向にドライブされる。即ち、界磁コイルC1及びC2の組を第1方向に励磁することによりステッピングモータ60を所定の回転角だけ回転させようとする場合には、トランジスタT1とトランジスタT2をオンさせる。そして、界磁コイルC1及びC2の組を前記第1方向と反対の第2方向に励磁することによりステッピングモータ60を所定の回転角だけ逆回転させようとする場合には、トランジスタT2とトランジスタT4をオンさせるのである。このため、指令パルス回路(図2の制御装置1)側からトランジスタT1乃至T6のゲート回路に選択的に所定幅のパルス信号を出力する。
In FIG. 4B, the field coils C1, C2, C3 of the stepping
そして、図4(a)及び図4(b)の何れの回路においても、本発明に係るISC11の駆動制御装置においては、外部抵抗Rxの抵抗値を、駆動時用の小さい抵抗値に設定することにより駆動電流Idが大きくなるようにして、大きな駆動トルクを発生させるようにする。そして、ISC11にバルブ55の開度を一定に維持する場合であって且つエンジンの運転状態が所定の場合は、この外部抵抗Rxの抵抗値を大きくすることにより保持電流Ihを減少させ、ステッピングモータ60の温度上昇の抑制と電力消費を抑制するのである。
4A and 4B, in the drive control device of the
本発明においては、ステッピングモータ60を駆動する時、すなわちその回転角を変位させる時には、大きな駆動トルクを発生させるために、外部抵抗Rxの値を小さく設定することにより界磁コイルCに大きな励磁電流を流すようにする。そして、ステッピングモータ60の回転角を維持する時にも、通常は、外部抵抗Rxの値を小さく設定したままにして界磁コイルCに比較的大きな保持用の励磁電流を流すことにより大きな保持トルクを維持する。しかし、ステッピングモータ60の回転角を維持する場合であるものの、ISC11に負荷変動が生じないような場合や、ISC11のバルブ55の開度調整が問題にならないような時には、外部抵抗Rxの抵抗値を大きくすることにより保持電流Ihを大きく減少させ、ステッピングモータ60の温度上昇の抑制と電力消費を抑制するのである。そのような場合の例としては、吸気スロットル10(図1)のバルブ10が所定開度以上開いた時又は前記エンジンのアイドル回転が安定した時が挙げられる。
In the present invention, when the stepping
このため、本発明においては、エンジンの停止後直ちに、ステッピングモータ60に対してISC11のバルブ55を全閉させるステップ数に所定の無駄送りステップ数のパルス信号を出力することにより、ISC11のイニシャライズ処理を行うことにより、制御装置1(図2)が認識しているステッピングモータ60のステップ値とステッピングモータ60の実際のステップ値に換算するISC11のバルブ55の開度間に生じ得る偏差を是正するための処置をとるのである。
Therefore, in the present invention, immediately after the engine is stopped, the
図5は、図4に記載したその抵抗値が切り替え可能に構成された外部抵抗Rxの具体例を示す。図5(a)及び図5(b)に示すように、外部抵抗Rxは、駆動電流規制抵抗R1及び保持電流検知抵抗R2から構成される。 FIG. 5 shows a specific example of the external resistor Rx configured so that the resistance value described in FIG. 4 can be switched. As shown in FIGS. 5A and 5B, the external resistor Rx includes a drive current regulating resistor R1 and a holding current detection resistor R2.
図5(a)及び図5(b)において、ステッピングモータ60を駆動してその回転角を変位させる時及びステッピングモータ60の回転角を一定に維持する時には、切替手段Sをオンにしておく。これにより、大きな回転トルク又は大きな保持トルクを維持する。そして、例えば、吸気スロットル10(図1)のバルブが所定開度以上開いた時又はエンジンのアイドル回転が安定した時などステッピングモータ60の温度上昇の抑制と電力消費を抑制する場合は、切替手段Sをオフにするのである。
5A and 5B, the switching means S is turned on when the stepping
図5(a)に示した第1の例の場合、R1=1Ω、R2=20Ωとすれば、切替手段Sオン時には、電流検知抵抗Rxは0.95Ωとなり、切替手段Sオフ時には電流検知抵抗Rxは20Ωとなる。また、図5(b)に示した第2の例の場合、R1=1Ω、R2=20Ωとすれば、切替手段Sオン時には、電流検知抵抗Rxは1Ωとなり、切替手段Sオフ時には電流検知抵抗Rxは21Ωとなる。 In the case of the first example shown in FIG. 5A, if R1 = 1Ω and R2 = 20Ω, the current detection resistor Rx is 0.95Ω when the switching means S is on, and the current detection resistance when the switching means S is off. Rx is 20Ω. In the case of the second example shown in FIG. 5B, if R1 = 1Ω and R2 = 20Ω, the current detection resistor Rx is 1Ω when the switching means S is on, and the current detection resistance when the switching means S is off. Rx is 21Ω.
駆動電流規制抵抗R1と保持電流検知抵抗R2の抵抗値は、使用するステッピングモータの定格電圧、定格電流、界磁コイルのインピーダンス及びその直流抵抗分等のスペック値に基づいて決定する必要がある。 The resistance values of the drive current regulating resistor R1 and the holding current detection resistor R2 need to be determined based on the specification values such as the rated voltage, rated current, field coil impedance, and DC resistance of the stepping motor to be used.
図6は、本発明の他の形態であるISCの駆動制御のフローチャートの例を示す。 FIG. 6 shows an example of a flowchart of ISC drive control according to another embodiment of the present invention.
エンジンが起動されると、制御装置1は、最初に、所定のイニシャル処理を行う(S1)。本発明に関しては、このイニシャル処理において、図5に示した切替スイッチSを初期設定としてオンにしておく動作制御が含まれる。これによって、電流検知抵抗Rxの抵抗値を小さくすることにより界磁コイルCに流れる電流を大きくし、以ってステッピングモータ60の回転トルクと保持トルクが大きくなるように設定している。
When the engine is started, the
次に、制御装置は、各種センサからの出力信号や吸気スロットル10(図1)のバルブ開度を示す信号に基づいてエンジンの運転状態を検出して、エンジンの最適制御を行う(S2)。そして、エンジンの運転状態の検出において(S2)、例えば、エンジン温度センサ19(図1、図2)からの検出値等の結果からエンジンのアイドル回転が安定したと判断した場合には(S3)、切替スイッチSをオフにすることにより、電流検知抵抗Rxの抵抗値を大きくして保持電流Ihを減少させるようにするのである(S4)。 Next, the control device detects the operating state of the engine based on output signals from various sensors and a signal indicating the valve opening of the intake throttle 10 (FIG. 1), and performs optimal control of the engine (S2). In the detection of the engine operating state (S2), for example, when it is determined that the engine idling has been stabilized from the result of the detected value from the engine temperature sensor 19 (FIGS. 1 and 2), for example (S3). By turning off the changeover switch S, the resistance value of the current detection resistor Rx is increased to decrease the holding current Ih (S4).
また、エンジンのアイドル回転が安定してなくとも、吸気スロットル(図1及び図2)10のバルブが所定の開度以上開いている場合は(S5)、同様に、切替スイッチSをオフにすることにより、電流検知抵抗Rxの抵抗値を大きくして保持電流Ihを減少させるようにする(S4)。 Even if the engine idling speed is not stable, if the valve of the intake throttle (FIGS. 1 and 2) 10 is opened more than a predetermined opening (S5), the changeover switch S is similarly turned off. As a result, the resistance value of the current detection resistor Rx is increased to decrease the holding current Ih (S4).
そして、上記制御はエンジンの停止操作が行われるまで継続され(S6)、エンジンの停止操作が行われた時点において、ISC11のバルブ開度のイニシャライズ処理を行うこととなる(S7)。このISCのイニシャライズ処理は、エンジンの停止後直ちにステッピングモータ60に対してISC11のバルブを全閉させるステップ数に所定の無駄送りステップ数のパルス信号を出力することにより行われるのである。これによって、制御装置1が認識しているステッピングモータ60のステップ値とステッピングモータ60の実際のステップ値に換算するISC11のバルブ開度との間に偏差値の累積を是正するのである。
The above control is continued until the engine stop operation is performed (S6), and when the engine stop operation is performed, the valve opening initialization process of the
以上詳しく記載したように、本発明のISC駆動制御装置においては、エンジンの運転状態が所定の場合には、ステッピングモータ60の界磁コイルCに直列に接続された電流検知抵抗の抵抗値を可変させることにより、ステッピングモータ60の回転トルクと保持トルクを維持しつつ、ステッピングモータの温度上昇と電力消費を抑制したのである。
As described above in detail, in the ISC drive control device of the present invention, when the engine operating state is predetermined, the resistance value of the current detection resistor connected in series to the field coil C of the stepping
本発明は、アイドリング運転時のエンジンに必要な吸気量を供給するISCの制御装置及び制御方法に関し、特に、ISCのバルブを駆動制御するステッピングモータの温度上昇を抑制するものであり、産業上の利用可能性を有する。 The present invention relates to an ISC control device and control method for supplying an intake air amount necessary for an engine during idling operation, and in particular, suppresses a temperature rise of a stepping motor that drives and controls an ISC valve. Has availability.
1:制御装置(ECU)
10:吸気スロットル
11:ISC
19:エンジン温度センサ
S:切替スイッチ
C:ステッピングモータの界磁コイル
Rx:電流検知抵抗(外部抵抗)
R1:駆動電流規制抵抗
R2:保持電流検知抵抗
1: Control unit (ECU)
10: Intake throttle 11: ISC
19: Engine temperature sensor S: Changeover switch C: Field coil Rx of stepping motor: Current detection resistance (external resistance)
R1: Driving current regulating resistor R2: Holding current detecting resistor
Claims (11)
前記ISCのバルブを開閉動作するステッピングモータと、
前記ステッピングモータを定電流で駆動するドライバ手段と、
前記ドライバ手段へ駆動信号を出力する制御手段と、から構成され、
前記制御手段は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ステッピングモータの界磁コイルに直列に接続された電流検知抵抗の抵抗値を可変させることを特徴とするISC駆動制御装置。 A control device for an idle speed controller (hereinafter referred to as “ISC”) that adjusts the amount of intake air when the engine is idling.
A stepping motor that opens and closes the ISC valve;
Driver means for driving the stepping motor with a constant current;
Control means for outputting a drive signal to the driver means,
The control means varies the resistance value of a current detection resistor connected in series with the field coil of the stepping motor in accordance with the operating state of the engine.
(a)前記エンジンの運転状態を検出するステップと、
(b)前記検出された前記運転状態が、予め設定されている所定の状態と一致するか否かを比較するステップと、
(c)前記ステップ(b)において前記運転状態が前記所定の状態と一致した場合には、前記ステッピングモータの界磁コイルに直列に接続された電流検知抵抗の抵抗値を増大させるステップと、
の各ステップを有することを特徴とするISC駆動制御方法。 An ISC drive control method that uses a stepping motor to open and close a valve of an idle speed controller (hereinafter referred to as “ISC”) that adjusts the amount of intake air when the engine is idling.
(A) detecting an operating state of the engine;
(B) comparing whether the detected operating state matches a predetermined state set in advance;
(C) when the operation state in step (b) coincides with the predetermined state, increasing a resistance value of a current detection resistor connected in series to the field coil of the stepping motor;
An ISC drive control method comprising the steps of:
前記エンジンの吸気経路に設けられた吸気スロットルのバルブが所定の開度以上開いている状態と、
前記エンジンのアイドル回転が安定した状態と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載のISC駆動制御方法。 The predetermined state set in advance in step (b) is at least:
A state in which the valve of the intake throttle provided in the intake path of the engine is opened more than a predetermined opening;
A state in which the engine idle rotation is stable;
The ISC drive control method according to claim 7, comprising:
Priority Applications (1)
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JP2005196996A JP2007016638A (en) | 2005-07-06 | 2005-07-06 | Idling speed controller drive control device and idling speed controller drive control method |
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Publications (1)
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- 2005-07-06 JP JP2005196996A patent/JP2007016638A/en active Pending
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