JP2017057741A - Valve device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の吸排気系統に組み入れられるバルブ装置に関する。 The present invention relates to a valve device incorporated in an intake / exhaust system of an internal combustion engine.
従来から、上記のバルブ装置では、内燃機関の吸排気系統を構成する流路を開閉する弁体と、弁体を駆動する駆動力を発生する電動モータと、電動モータへの電圧印加を制御する制御部とを備えるものが周知である。そして、このようなバルブ装置は、例えば、吸入空気の流量を増減するスロットル装置や、排気ガスの吸気側への還流量を増減するEGR装置に採用されている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, in the above valve device, a valve body that opens and closes a flow path that constitutes an intake and exhaust system of an internal combustion engine, an electric motor that generates a driving force for driving the valve body, and voltage application to the electric motor are controlled. What is provided with a control part is known. Such a valve device is employed in, for example, a throttle device that increases or decreases the flow rate of intake air and an EGR device that increases or decreases the recirculation amount of exhaust gas to the intake side (see, for example, Patent Document 1). .
近年、公称電圧24Vのバッテリを搭載する車両では、バルブ装置に関し、電動モータの発熱抑制や体格低減のため、定格電圧24Vの電動モータに代えて、定格電圧12Vの電動モータを採用するものが公知となっている。そして、制御部は、公称電圧24Vのバッテリから定格電圧12Vの電動モータへの電圧印加を好適に制御するため、バッテリから電動モータへの電圧印加に関してデューティ比制御を行う。 In recent years, in vehicles equipped with a battery with a nominal voltage of 24V, a valve device that employs an electric motor with a rated voltage of 12V instead of the electric motor with a rated voltage of 24V is known in order to suppress heat generation and reduce the size of the electric motor. It has become. And a control part performs duty-ratio control regarding the voltage application from a battery to an electric motor in order to control suitably the voltage application from the battery of nominal voltage 24V to the electric motor of rated voltage 12V.
つまり、制御部は、バッテリから電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を上限50%として制御することで、公称電圧24Vのバッテリから定格電圧12Vの電動モータへの電圧印加を好適に制御する。
なお、定格電圧12Vの電動モータは、公称電圧12Vのバッテリからの給電により好適に動作するものである。
That is, the control unit controls the duty ratio indicating the ON / OFF period ratio of the voltage application from the battery to the electric motor as an upper limit of 50%, thereby applying the voltage from the battery having the nominal voltage of 24V to the electric motor having the rated voltage of 12V. It controls suitably.
Note that the electric motor having a rated voltage of 12V operates favorably by power supply from a battery having a nominal voltage of 12V.
しかし、バッテリから電動モータへの電圧印加においてデューティ比制御を行うと、電動モータに流れる電流に、いわゆるリプルが発生する(図6参照。)。この結果、定格電圧24Vの電動モータに代えて定格電圧12Vの電動モータを採用したことによる発熱抑制効果を、一部、減殺してしまう。 However, when duty ratio control is performed in the voltage application from the battery to the electric motor, a so-called ripple is generated in the current flowing through the electric motor (see FIG. 6). As a result, the heat generation suppression effect due to the adoption of the electric motor having the rated voltage of 12V instead of the electric motor having the rated voltage of 24V is partially reduced.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の吸排気系統に組み入れられ、かつ、バッテリの公称電圧よりも低い定格電圧を有する電動モータにより弁体を駆動するバルブ装置において、電動モータに流れる電流のリプルを抑制することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a valve by an electric motor incorporated in an intake / exhaust system of an internal combustion engine and having a rated voltage lower than a nominal voltage of a battery. In the valve device for driving the body, there is to suppress the ripple of the current flowing through the electric motor.
本願発明のバルブ装置は、内燃機関の吸排気系統を構成する流路を開閉する弁体と、弁体を駆動する駆動力を発生する電動モータと、電動モータへの電圧印加を制御する制御部とを備える。また、電動モータは、自身の定格電圧よりも高い公称電圧を有するバッテリから給電されて駆動力を発生し、制御部は、バッテリから電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比に基づき、電動モータへの電圧印加を制御する。 A valve device according to the present invention includes a valve body that opens and closes a flow path that constitutes an intake and exhaust system of an internal combustion engine, an electric motor that generates a driving force for driving the valve body, and a control unit that controls voltage application to the electric motor. With. In addition, the electric motor is supplied with power from a battery having a nominal voltage higher than its rated voltage to generate driving force, and the control unit has a duty ratio that indicates the on / off period ratio of voltage application from the battery to the electric motor. Based on this, voltage application to the electric motor is controlled.
また、制御部は、内燃機関の運転状態に基づきデューティ比を算出するとともに、デューティ比に基づきオンオフする信号を出力する。そして、電動モータへの電圧印加がオンになる周期は、制御部がデューティ比を算出する周期よりも短い。
これにより、ディーティ比を制御する処理を1回実行する間に、オンオフ信号のオンの部分を1回よりも多く出力することができる。このため、オンオフ信号の周波数を高めることができるので、電動モータに流れる電流のリプルを抑制することができる(図5参照。)。
The control unit calculates a duty ratio based on the operating state of the internal combustion engine and outputs a signal for turning on / off based on the duty ratio. The period when the voltage application to the electric motor is turned on is shorter than the period when the control unit calculates the duty ratio.
Thus, the ON portion of the ON / OFF signal can be output more than once while the process for controlling the duty ratio is executed once. For this reason, since the frequency of an on-off signal can be raised, the ripple of the electric current which flows into an electric motor can be suppressed (refer FIG. 5).
以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described based on examples. In addition, an Example discloses a specific example, and it cannot be overemphasized that this invention is not limited to an Example.
〔実施例の構成〕
実施例のバルブ装置1の構成を図1に基づき説明する。
バルブ装置1は、内燃機関(図示せず。)の吸排気系統を構成する流路を開閉するものであり、例えば、排気ガスを吸気側に還流するEGR装置に利用され、排気ガスの還流路(以下、EGR流路2)を開閉するために利用される。
そして、バルブ装置1は、以下に説明する弁体3、電動モータ5、および、制御部6を備える。
[Configuration of Example]
The configuration of the
The
And the
弁体3は、例えば、円板状のバタフライ弁であり、回動することでEGR流路2を開閉する。また、弁体3の周縁には、EGR流路2の閉鎖時に弁体3の周縁とEGR流路2の流路壁7との間を閉鎖するシールリング8が装着されている。
The
ここで、シールリング8は、例えば、C字状の円環として設けられて合口(図示せず。)を形成するものであり、弁体3の周縁に設けられた嵌合溝9に嵌まって弁体3とともに回動する。そして、シールリング8は、EGR流路2を閉鎖するときに、流路壁7に環状に摺接して弁体3の周縁と流路壁7との間を閉鎖する。このとき、シールリング8は、合口を狭めるように弾性変形した状態で流路壁7に摺接する。
Here, the seal ring 8 is provided as, for example, a C-shaped ring to form a joint (not shown), and fits into a
また、弁体3は、バルブ装置1のボディ10に圧入された円筒状のノズル11に回動自在に収容されている。ここで、ノズル11の内周面は、シールリング8の摺接を受ける流路壁7をなしている。
ここで、弁体3およびノズル11は耐熱性、耐腐食性の観点より、例えば、ステンレスにより設けられている。
また、ボディ10は軽量化、放熱性の観点より、例えば、アルミニウム合金により設けられている。
The
Here, the
Moreover, the
ここで、弁体3は、シャフト13を介してノズル11内に回動自在に支持されている。すなわち、弁体3はシャフト13と一体に回動することでEGR流路2の開度を調整している。
なお、シャフト13は、円柱状であり、その軸線を中心として回動している。
また、ボディ10は、電動モータ5を収容している。
Here, the
The
The
電動モータ5は、弁体3を回動駆動する駆動力を発生するものである。
より具体的には、弁体3は、複数のギアの組み合わせた減速機15により電動モータ5の回転を減速させ、減速により増幅された回転トルクを伝達され回動している。
すなわち、減速機15によって増幅された回転トルクがシャフト13に伝達され、シャフト13が回動することで弁体3は回動している。
The
More specifically, the
That is, the rotational torque amplified by the
また、バルブ装置1には、弁体3を閉弁方向に向けて付勢するリターンスプリング19が設けられている。
このリターンスプリング19は、コイルバネよりなり、シャフト13の周囲に同軸的に配置される。
そして、リターンスプリング19はボディ10と減速機15との間に組み付けられる。
The
The
The
制御部6は、内燃機関に対する制御の中枢を成すものであり、車両に搭載されて内燃機関の運転状態や制御状態を示すパラメータを検出する各種センサから信号が入力される。また、制御部6は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき、内燃機関6の制御に関する制御処理を行うCPU、内燃機関の制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、CPUの処理結果に基づき、内燃機関の制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えて構成される。
The
ここで、バルブ装置1には、制御部6に信号を出力する各種センサの一つとして、弁体3の回転角を検出する回転角センサ25が設けられている。
回転角センサ25は、樹脂製のセンサケース27に収容されている。
そして、ボディ10のフランジとセンサケース27のフランジとを突き合わせ螺子締結することによりボディ10とセンサケース27とが一体となることで、シャフト13の一端側に回転角センサ25は固定される。
Here, the
The
The
制御部6は、バッテリ29から電動モータ5への電圧印加を制御している。より具体的には、バッテリ29から電動モータ5への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比DRに基づいて電動モータ5への電圧印加を制御している。
The
ここで、制御部6は、CPUに対して設定された制御周期Tで、EGR流路2の開度制御の処理を1回実行し、この処理の過程でデューティ比DRを1回算出している。
この処理において、制御部6は、先ず、内燃機関の運転状態に応じて、EGR流路2の開度、すなわち、弁体3の回転角の指令値を算出する。次に、回転角センサ25による弁体3の回転角の検出値と回転角の指令値との差分をなくすように、バッテリ29から電動モータ5への電圧印加のデューティ比DRを算出する。これにより、制御部6は、内燃機関の運転状態に基づきデューティ比DRを算出する。
そして、制御部6は、算出されたデューティ比DRに基づき、電動モータ5への電圧印加をオンオフする信号を出力する。
Here, the
In this process, the
Then, the
〔実施例の特徴〕
次に、実施例の特徴的な構成について図2を用いて説明する。
ここで、電動モータ5の定格電圧は12Vである。そして、電動モータ5に給電するバッテリ29の公称電圧は、電動モータ5の定格電圧より高い24Vである。
[Features of Examples]
Next, a characteristic configuration of the embodiment will be described with reference to FIG.
Here, the rated voltage of the
制御部6は、算出されたデューティ比DRに基づき、電動モータ5への電圧印加をオンオフする信号を電圧印加部30に出力する。この信号は、例えば、矩形状の0V、5Vのオンオフ信号となっている(以下、5Vの信号をオン信号、0Vの信号をオフ信号と呼ぶことがある。)。
電圧印加部30は、電動モータ5にバッテリ29の電圧を印加するものであって、例えば、Hブリッジ回路30aと、制御回路30bとから構成されている。ここで、Hブリッジ回路30aの一端はバッテリ29の正極に接続され、他端は接地されている。
The
The
そして、制御回路30bは、制御部6からのオンオフ信号の入力に応じて、Hブリッジ回路30aの4つのスイッチング素子Tr1〜Tr4のオンオフを制御することで、バッテリ29から電動モータ5への電圧印加のオンオフを制御している。
なお、スイッチング素子Tr1〜Tr4は、例えば、ゲート端子への電圧印加によりソース端子とドレイン端子が導通するオン状態となるMOSFETである。
Then, the
Note that the switching elements Tr1 to Tr4 are, for example, MOSFETs that are turned on so that the source terminal and the drain terminal become conductive when a voltage is applied to the gate terminal.
より具体的には、制御回路30bは、5Vのオン信号が与えられている期間は電動モータ5にバッテリ29の電圧を印加させ続ける。すなわち、制御回路30bは、上記期間において、例えば、Tr1およびTr4をオン状態とし、Tr2およびTr3をオフ状態とする。これにより、上記期間において、電動モータ5の一方の端子には、バッテリ29の正極からの24Vが印加され、電動モータ5の他方の端子は接地され、電動モータ5への電圧印加がオンの状態となる。
More specifically, the
そして、0Vのオフ信号が与えられている期間は、電動モータ5に印加される電圧を0Vとする。すなわち、制御回路30bは、上記期間において、例えば、Tr3およびTr4をオン状態とし、Tr1およびTr2をオフ状態とする。これにより、上記期間において、電動モータ5の双方の端子は接地され、電動モータ5への電圧印加がオフの状態となる。
以上より、制御回路30bに入力されるオンオフ信号のデューティ比DRでバッテリ29から電動モータ5へ0V、24Vの電圧が交互に印加される。
And the voltage applied to the
As described above, voltages of 0V and 24V are alternately applied from the
ここで、電動モータ5への電圧印加がオンになる周期tは、制御部6がデューティ比DRを算出する制御周期T、つまりEGR流路2の開度制御の制御周期Tよりも短くなっている(図3参照)。すなわち、制御部6は、ディーティ比DRを算出する処理を1回実行する間に、オンオフ信号のオンの部分を複数回出力している。なお、図3では、制御周期Tの間に4回オンを出力する例を図示している。
Here, the cycle t when the voltage application to the
また、制御部6は、電動モータ5への電圧印加を制御するときに、デューティ比DRに対し、上限値ULを超えないように規制を加える上限規制制御を行っている。ここで、上限値ULは、バッテリ29の公称電圧24Vに対する電動モータ5の定格電圧12Vの比率である50%を超えない値となっており、例えば、40%となっている。
また、制御部6は、弁体3の固着の有無を判定し、弁体3が固着していると判定したときに、デューティ比DRの上限値ULを50%まで上昇させる。
Further, when controlling the voltage application to the
Further, the
[実施例の制御方法]
実施例の弁体3の固着発生時の制御方法を図4のフロー図を用いて説明する。
先ず、ステップS100において、制御部6は、算出されたデューティ比DRが上限値ULであるか否かが判定する。
デューティ比DRが上限値ULであると判定した場合(YES)、ステップS110に移行する。また、デューティ比DRが上限値ULでないと判定した場合、ステップS100の判定が繰り返される。
[Control method of embodiment]
A control method at the time of occurrence of sticking of the
First, in step S100, the
When it is determined that the duty ratio DR is the upper limit value UL (YES), the process proceeds to step S110. When it is determined that the duty ratio DR is not the upper limit value UL, the determination in step S100 is repeated.
次に、ステップS110において、制御部6は、上限値ULである期間TSが200msを超えているか否かで弁体3の固着の有無を判定する。
上限値ULである期間TSが200msを超えると判定した場合(YES)、弁体3に固着が発生したと判断し、S120に移行する。
そして、S120において、デューティ比DRの上限値ULを50%とし、処理を終了する。
Next, in step S110, the
When it is determined that the period TS that is the upper limit value UL exceeds 200 ms (YES), it is determined that the
In S120, the upper limit value UL of the duty ratio DR is set to 50%, and the process ends.
上限値ULである期間TSが200msを超えないと判定した場合(NO)、弁体3に固着が発生していないと判断し、S130に移行する。
そして、S130において、デューティ比DRの上限値ULを40%とし、処理を終了する。
なお、デューティ比DRの上限値ULを50%とした後の、弁体3の固着解除は別の制御フローにて実行される。
When it is determined that the period TS that is the upper limit value UL does not exceed 200 ms (NO), it is determined that the
In S130, the upper limit UL of the duty ratio DR is set to 40%, and the process is terminated.
Note that the release of the sticking of the
〔実施例の効果〕
実施例のバルブ装置1によれば、電動モータ5への電圧印加がオンになる周期tは、制御部6がデューティ比DRを算出する制御周期T、つまり、EGR流路2の開度制御の制御周期Tよりも短い。
これにより、EGR流路2の開度を制御する処理を1回実行する間に、オンオフ信号のオンの部分を1回よりも多く出力することができる。このため、オンオフ信号の周波数を高めることができるので、電動モータ5に流れる電流のリプルを抑制することができる(図5参照。)。
[Effects of Examples]
According to the
Thereby, while the process which controls the opening degree of the
また、実施例のバルブ装置1によれば、制御部6は、電動モータ5への電圧印加を制御するときに、デューティ比DRに対し、上限値ULを超えないように規制を加える上限規制制御を行っている。ここで、上限値ULは、バッテリ29の公称電圧24Vに対する電動モータ5の定格電圧12Vの比率である50%を超えない値となっている。
Further, according to the
これにより、バッテリ29の公称電圧24Vが電動モータ5の定格電圧12Vより高いことに起因する電動モータ5への過電流供給を抑制し、電動モータ5の発熱、消耗を抑制することができる。
Thereby, the overcurrent supply to the
また、実施例のバルブ装置1によれば、制御部6は、弁体3の固着の有無を判定し、弁体3が固着していると判定したときに、デューティ比DRの上限値を50%まで上昇させる。
これにより、電動モータ5のトルクを高めることができ、弁体3の固着を解除させやすくなる。
Further, according to the
Thereby, the torque of the
〔変形例〕
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例のバルブ装置1は、EGR装置に利用されていたが、内燃機関の吸入空気の流量を増減するスロットル装置にバルブ装置1を利用してもよい。
[Modification]
Various modifications can be considered for the present invention without departing from the gist thereof.
For example, the
また、実施例において、弁体3が固着していると判定したときに、デューティ比DRの上限値を50%まで上昇させたが、デューティ比DRの上限値ULを公称電圧24Vに対する定格電圧12Vの比率である50%を超える値、例えば、60%としてもよい。
これにより、電動モータ5のトルクをさらに高めることができ、弁体3の固着をより解除させやすくなる。
In the embodiment, when it is determined that the
Thereby, the torque of the
また、実施例において、デューティ比DRが上限値ULとなっている期間に基づき弁体3の固着を判定していたが、回転角センサ25の検出値の変動幅が小さくなったことに基づき弁体3の固着を判定してもよい。
また、実施例においては、バッテリ29の公称電圧は24Vであったが、この値に限定されるものではない。同様に、実施例において、電動モータ5の定格電圧は、12Vであったが、この値に限定されるものではない。
Further, in the embodiment, the sticking of the
In the embodiment, the nominal voltage of the
1 バルブ装置 2 EGR流路(流路) 3 弁体 5電動モータ 6 制御部
29 バッテリ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電動モータは、自身の定格電圧よりも高い公称電圧を有するバッテリ(29)から給電されて前記駆動力を発生し、
前記制御部は、前記バッテリから前記電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比に基づき、前記電動モータへの電圧印加を制御するバルブ装置(1)において、
前記制御部は、前記内燃機関の運転状態に基づき前記デューティ比を算出するとともに、前記デューティ比に基づき、前記電動モータへの電圧印加をオンオフする信号を出力し、
前記電動モータへの電圧印加がオンになる周期は、前記制御部が前記デューティ比を算出する周期よりも短いことを特徴とするバルブ装置。 A valve body (3) that opens and closes a flow path (2) constituting an intake / exhaust system of an internal combustion engine, an electric motor (5) that generates a driving force for driving the valve body, and voltage application to the electric motor A control unit (6) for controlling,
The electric motor is powered by a battery (29) having a nominal voltage higher than its rated voltage to generate the driving force,
In the valve device (1) for controlling the voltage application to the electric motor based on a duty ratio indicating a period ratio of ON / OFF of voltage application from the battery to the electric motor,
The control unit calculates the duty ratio based on the operating state of the internal combustion engine, and outputs a signal for turning on and off the voltage application to the electric motor based on the duty ratio,
The valve device according to claim 1, wherein a cycle in which voltage application to the electric motor is turned on is shorter than a cycle in which the control unit calculates the duty ratio.
前記制御部は、前記電動モータへの電圧印加を制御するときに、前記デューティ比に対し、上限値を超えないように規制を加える上限規制制御を行っており、
前記上限値は、前記公称電圧に対する前記定格電圧の比率を超えない値であることを特徴とするバルブ装置。 The valve device according to claim 1,
The control unit, when controlling the voltage application to the electric motor, is performing an upper limit restriction control for restricting the duty ratio so as not to exceed an upper limit value,
The upper limit value is a value that does not exceed a ratio of the rated voltage to the nominal voltage.
前記制御部は、前記弁体の固着の有無を判定し、前記弁体が固着していると判定したときに、前記上限値を上昇させることを特徴とするバルブ装置。
The valve device according to claim 2,
The said control part determines the presence or absence of the adhering of the said valve body, and when it determines with the said valve body adhering, the said upper limit is raised, The valve apparatus characterized by the above-mentioned.
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