JP3048038B2 - 流量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同期式モータにより駆
動される流量制御弁を用いた流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン制御に関する流体パラメータの
制御装置としては、アイドル回転数を一定に維持させる
ために補助吸入空気量を制御するＩＳＣ制御装置，排気
ガス中に含まれるＮＯｘ低減、或いは燃費向上の為に排
気ガス還流量を制御するＥＧＲ制御装置，燃料タンクか
らの蒸発燃料を大気へ放出させないために蒸発燃料量を
制御するエバポ制御装置等が有る。

【０００３】これら流量制御装置における流量制御弁が
脱調した場合、アイドル回転数の異常上昇，燃焼不安定
によるサージングの発生，空燃比異常（オーバーリッチ
またはオーバーリーン）等によるエンジン不調が発生す
る。

【０００４】特に近年、排気規制や燃費規制に対応する
ために、大量ＥＧＲや大量エバポパージが必要とされて
きており、流量制御弁の脱調は即エンジンストールにつ
ながる可能性が有り、運転者に不快感を与えるばかりで
なく非常に危険である。

【０００５】従来より一般に、上記のような脱調防止制
御を設け脱調を防止し、運転時の安全性を確保している
ことが知られている。

【０００６】同期式モータにより駆動される流量制御弁
を用いた場合の脱調防止従来技術は例えば、同期式モー
タへの出力信号が全く出力されなくなる等の故障時にお
けるフェイルセーフ機能への配慮がされておらず、単に
同期式モータの駆動方向切り替え時等に整定時間が設け
られていた。

【０００７】また、前記整定時間はモータトルク変動状
態に応じて異なる値を使い分けることにより応答性の悪
化を防いでいることが知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、脱調
防止制御を設け脱調を防止し運転時の安全性を確保する
と共に、脱調防止制御を必要最小限に留めることで応答
性の悪化を防ぐことは可能であったが、同期式モータへ
の出力信号が全く出力されなくなる等の制御装置故障時
においてのフェイルセーフ機能を合わせ持っていなかっ
た。

【０００９】本発明の目的は、脱調を防止することによ
り応答性の悪化を防ぐことができる流量制御装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、同期式モー
タで駆動される流量制御弁の弁構成部に片側応力が作用
する手段を備え、更に同期式モータのモータトルク変動
判定手段によりトルク変動状態に応じて駆動周期に整定
時間を設定し、前記整定時間は少なくとも２つ以上の値
を有するようにした。

【００１１】

【作用】同期式モータへの出力信号が全く出力されなく
なる等の制御装置故障時においても流量制御弁を閉弁さ
せることが可能で、ＥＧＲ，補助吸入空気，エバポパー
ジ等のかかり過ぎを回避でき、且つ、同期式モータのモ
ータトルク変動状態に応じて駆動周期に整定時間を設定
することで脱調を防止すると共に、整定時間は少なくと
も２つ以上の値を使い分けることで応答性の悪化を防ぐ
ことが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例となる排気ガス還流
装置、すなわちＥＧＲ制御装置について添付の図面を参
照しながら説明する。

【００１３】図１は本発明のＥＧＲ制御装置に関する全
体のブロック図の一例である。

【００１４】吸入空気量検出手段２０１により計量され
た吸入空気量とエンジン回転数から基本燃料量を基本燃
料量計算手段２０２により計算する。一方、運転条件に
応じた任意の空燃比を得るよう酸素濃度センサによって
排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出し空燃比の濃薄を
判定する。この判定結果とエンジン負荷条件から空燃比
補正係数を空燃比補正手段２０５により求め、前記基本
燃料量と空燃比補正係数から噴射燃料量は噴射燃料量計
算手段２０３によりDutyとして出力され燃料噴射手段２
０４により燃料が噴射される。

【００１５】排気ガス還流量、すなわちＥＧＲ量は図７
に示すように前記基本燃料量及びエンジン回転数からＥ
ＧＲ量検索手段２０６によりマップ検索された後、エン
ジンの負荷条件であるアイドル判定スイッチ，スロット
ル開度センサ，冷却水温センサ等の情報からＥＧＲ量補
正手段２１１によりＥＧＲ量に補正がかけられ、EGRバ
ルブ開口面積計算手段２０７によりＥＧＲバルブ開口面
積に変換される。更に変換されたＥＧＲバルブ開口面積
はＥＧＲバルブ駆動ステップ数変換手段２０８によって
図８に示すようにＥＧＲバルブ駆動ステップ数に置換さ
れた後、同期式モータにより駆動されるＥＧＲバルブ２
１０を制御するために同期式モータ駆動パルス出力手段
により所定の励磁パターンに沿って出力信号が出力され
る。

【００１６】ここで、モータトルク変動判定手段２０９
によりモータトルクの変動が確認されたときは前記出力
信号に対し整定時間が加算されＥＧＲバルブ２１０に入
力される。

【００１７】図２は本発明のアイドル回転制御装置、す
なわちＩＳＣ制御装置に関する全体のブロック図の一例
であるが制御内容は図１と同一の為説明は省略する。

【００１８】図３は本発明の蒸発燃料制御装置、すなわ
ちエバポ制御装置に関する全体のブロック図の一例であ
るが制御内容は図１と同一の為説明は省略する。

【００１９】図４は本発明のＥＧＲ制御装置を含む内燃
機関のシステム構成の一例を示す。空気はエアクリーナ
１６１を通り吸入空気量検出手段、すなわち空気流量計
１に導かれる。この空気流量計１には熱線式空気流量セ
ンサが用いられる。この空気は接続されたダクト１６
０、吸入空気量を制御する絞り弁を有するスロットルボ
ディ１５９及びスロットルボディをバイパスするように
設けられたアイドル回転制御装置における流量制御弁、
すなわちＩＳＣバルブ５４を通りコレクタ158に入る。
ここで空気は、エンジンと直結する各気筒の吸気管１６
４に分配されシリンダ内に吸入される。また、空気流量
計１ではなく圧力センサ１４を用いて吸気管圧力を測定
しエンジン負荷を検出しても良い。

【００２０】燃料は、燃料タンク１５５から燃料ポンプ
５２で吸引，加圧され燃料ダンパ１５３，燃料フィルタ
１５２を通りプレッシャレギュレータ１５４によりコレ
クタ１５８とインジェクタ５１上流の差圧を一定に調圧
し、吸気管に設けられたインジェクタから前記吸気管内
に噴射される。

【００２１】空気流量計１からは吸入空気量に相当する
信号が出力される。また、ディストリビュータ１５７に
内蔵されたクランク角センサ２からは所定のクランク角
毎にパルスが出力されこれらの出力は、コントロールユ
ニット１５１に入力されクランク角及びエンジン回転数
が演算される。

【００２２】スロットルボディ１５９には絞り弁の開度
を検出するスロットルセンサ４が取り付けられており、
このセンサ信号はコントロールユニット１５１に入力さ
れ絞り弁の全閉位置の検出や加速の検出などを行う。

【００２３】エンジン本体１６２には冷却水温を検出す
るための水温センサ６が取り付けられており、このセン
サ信号はコントロールユニット１５１に入力されエンジ
ン１６２の暖気状態を検出し、燃料噴射料の増量や点火
時期の補正及びラジエータファン５６のＯＮ／ＯＦＦや
アイドル時の目標回転数の設定を行う。

【００２４】シリンダ内で燃焼した燃料と空気の混合気
は排気ガスとなって排気管１９０より排出される。排出
された排気ガスの一部は排気管１９０と吸気管１６４を
連通する排気ガス還流通路２１１の途中に設けられた排
気ガス還流量制御手段、すなわちＥＧＲバルブ２１０に
よりエンジン１６２の運転状態に応じた排気ガス還流量
に調圧され吸気管１６４へ還流される。

【００２５】空燃比センサ５はエンジンの排気管１９０
に装着されており排気ガスの酸素濃度の応じた信号を出
力するものである。

【００２６】燃料タンク１５５から発生する蒸発燃料は
キャニスタ２０中の活性炭に吸着させ大気中への蒸発燃
料放出を防いでいる。キャニスタ２０に吸着された蒸発
燃料は、燃料タンク１５５と吸気管１６４の差圧により
ドレインカットバルブ２１上流に位置する１ウェイバル
ブから吸入される空気に吸いだされコレクタ１５８内に
流入しキャニスタ２０のオーバーフローを防いでいる。
また、キャニスタ２０下流に位置する蒸発燃料制御装置
における流量制御弁であるパージコントロールバルブ２
２により、吸入空気量に対し一定の蒸発燃料を含む空気
量がコレクタ１５８内へ供給されるようコントロールさ
れている。

【００２７】コントロールユニット１５１は、図３に示
すようにCPU170，ROM173，RAM171，バックアップRAM17
2，割込みコントローラ１７４，タイマ１７５，入力処
理回路１７８，出力処理回路１７６で構成され、それら
はバス１７７により結ばれている。CPU170は入力処理回
路１７８で処理された様々な情報をもとにROM173に記憶
されているプログラムに基づきRAM171及びイグニション
スイッチ９のＯＦＦ時も記憶内容を保持可能なバックア
ップRAM172を用いて処理を行う。この際、タイマ１７５
や入力処理回路１７８からの情報を基に割込みコントロ
ーラ１７４より発せられる割込み命令により割込み処理
も適時行う。

【００２８】また、電気負荷１６８ＯＮを検出する為の
電気負荷スイッチ１２やパワーステアリング１６５の負
荷検出の為のパワステスイッチ１３を用いたエンジンの
外部負荷検出や、燃料ポンプ５２やエアコン５５やラジ
エータファン５６のＯＮ／ＯＦＦ制御もコントロールユ
ニット１５１で行っている。

【００２９】図８から図１３は本発明を用いた場合の排
気ガス制御手段制御量、すなわちＥＧＲバルブのステッ
プ数とモータトルク変動パラメータの挙動を示すチャー
ト図である。

【００３０】図８はＥＧＲバルブのステップ数が大→小
→大へ変化したときの励磁状態と整定時間の関係につい
て一例を示す。

【００３１】排気ガス還流手段制御量、すなわちステッ
プ数目標値に対しステップ数目標値に応じてＥＧＲバル
ブを制御するために同期式モータ駆動パルス出力手段に
より所定の励磁パターンに沿って出力される出力信号を
基に算出されるステップ数モニタ値が同期していないと
き２相励磁で駆動され、ステップ数目標値がステップ数
モニタ値と同期しているときはモータ部の発熱量抑制等
の目的で１相励磁される。

【００３２】ここで、２相から１相励磁へ切り替わる
際、整定時間を設定することによりモータ回転子のオー
バーシュートのタイミングと２相から１相励磁の切り替
わりによる励磁パターンの移行があるタイミングで同期
することが防止でき、モータ回転子に着磁されている磁
場と固定子が励磁により発生する磁場が反発し合い、モ
ータトルクが著しく低下することがなくステップ数モニ
タ値に対し実際のＥＧＲバルブのバルブ位置が逸脱する
こと、すなわち脱調が防げる。

【００３３】図９はＥＧＲバルブのステップ数が小→大
→小へ変化したときの励磁状態と整定時間の関係につい
て一例を示す。

【００３４】ＥＧＲバルブ弁構成部に付勢する片側応力
は、ステップ数が大→小→大と変化したときにはモータ
回転子のオーバーシュートを増大させるが、ステップ数
が小→大→小と変化したときには前記オーバーシュート
を減衰させるため、整定時間はステップ数が大→小→大
に対し小→大→小と変化したときに短く設定しても脱調
はしない。

【００３５】図１０，図１１はＥＧＲバルブのステップ
数が変化したときのモータ回転方向と整定時間の関係に
ついて一例を示すが脱調防止のメカニズムは図８，図９
の内容と同一につき説明は割愛する。

【００３６】図１２，図１３はＥＧＲバルブのステップ
数が変化したときの駆動制御周期と整定時間の関係につ
いて一例を示すが脱調防止のメカニズムは図６，図７の
内容と同一につき説明は割愛する。

【００３７】図１４から図１７はモータトルク変動に応
じて整定時間を設定する方法についてのフローチャート
の一例である。

【００３８】図１４はエンジン負荷とエンジン回転数か
ら排気ガス還流量を計算し、整定時間が設定されるまで
の全体のフローチャートの一例を示す。

【００３９】ステップ３０１でエンジン負荷とエンジン
回転数からＥＧＲ量をマップ検索しステップ３０２でＥ
ＧＲ量にエンジン負荷条件であるアイドル判定スイッ
チ，スロットル開度センサ，冷却水温センサ等の情報か
ら求まるＥＧＲ量補正値が乗算されＥＧＲバルブ開口面
積を得る。更に、ステップ３０３でＥＧＲバルブ開口面
積からＥＧＲ駆動ステップ数へ変換が行われ、ステップ
３０４で同期式モータにより駆動されるＥＧＲバルブを
制御するために同期式モータ駆動パルス出力手段により
所定の励磁パターンに沿って出力信号が出力される。

【００４０】ここで、ステップ３０５でモータトルク変
動を判定しモータトルク変動が生じた場合にはモータト
ルク変動状態に応じた整定時間を前記出力信号に加算さ
れＥＧＲバルブに入力される。

【００４１】図１５はモータトルク変動をモータ回転方
向反転により判定する場合の整定時間設定方法について
のフローチャートの一例を示す。

【００４２】ステップ３１１は同期式モータ駆動パルス
出力手段により所定の励磁パターンに沿って出力される
出力信号の駆動方向が反転したか否か判定を行い、反転
したときにはステップ３１２へ進む。ステップ３１２で
は前記出力信号の駆動方向が開弁から閉弁方向に反転し
たか否か判定を行い開弁から閉弁方向に反転したときは
整定時間を短く、閉弁から開弁方向に反転したときは整
定時間を長く設定し駆動制御周期に加算する（ステップ
３１３，３１４）。

【００４３】図１６はモータトルク変動を駆動制御周期
切り替えにより判定する場合の整定時間設定方法につい
てのフローチャートの一例を示すが整定時間の設定方法
は図１５と同様にステップ３１５で駆動制御周期が変化
したか否か判定し、変化した場合にはステップ３１６に
進み、周期が長く変化した場合にはステップ３１７へ、
周期が短く変化した場合にはステップ３１８へ進む。

【００４４】図１７はモータトルク変動をモータ励磁方
式切り替えにより判定する場合の整定時間設定方法につ
いてのフローチャートの一例を示すが整定時間の設定方
法は図１５と同様にステップ３１９，３２０，３２１，
３２２の処理を行う。

【００４５】図１８，図１９，図２０はＥＧＲバルブの
構造の一例を示す。

【００４６】図１８はＥＧＲバルブのバルブに片側応力
を作用させる手段としてばねの応力を利用した場合のＥ
ＧＲバルブの構造の一例を示す。ばね４０１の一端はボ
ディ４０２に固定され、もう一端はバルブ４０３に接し
ておりばね４０１の応力はバルブ４０３閉弁方向のみに
作用する構造となっておりフェイルセーフ等におけるバ
ルブ４０３閉弁機能を有している。

【００４７】図１９はＥＧＲバルブのバルブに片側応力
を作用させる手段としてダイヤフラムの応力を利用した
場合のＥＧＲバルブの構造の一例を示す。ダイヤフラム
404の外周はボディ４０２に固定され、内周はバルブ４
０３に固定されており、吸気管負圧をダイヤフラム４０
４とボディ４０２で構成される負圧室４０５へ作用させ
ることによりダイヤフラム４０４の応力はバルブ４０３
閉弁方向のみに作用する構造となっておりフェイルセー
フ等におけるバルブ４０３閉弁機能を有している。

【００４８】図２０はＥＧＲバルブのバルブリフト量と
バルブに作用する吸気管負圧の関係の一例を示す。図２
０のようにバルブリフト量が小さいときにはバルブ４０
３前後差圧が大きく吸気管負圧はバルブ４０３開弁方向
のみに作用する。一方、図２１のようにＥＧＲバルブの
バルブリフト量が大きいときにはバルブ４０３前後差圧
がなくバルブ４０３には吸気管負圧作用しない。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、制御装置故障時におい
ても流量制御弁を閉弁させることが可能で、ＥＧＲ，補
助吸入空気，エバポパージ等のかかり過ぎを回避でき、
且つ、同期式モータのモータトルク変動状態に応じて駆
動周期に整定時間を設定することで脱調を防止すると共
に、整定時間は少なくとも２つ以上の値を使い分けるこ
とで応答性の悪化を防ぐことが可能となるために、運転
性，排気性能及び燃費が極めて良好であると共に、流量
制御装置の故障時においてもエンジンストール等、運転
性が極度に悪化することを防止できる内燃機関を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＥＧＲ制御装置に関する全体のブロッ
ク図の一例。

【図２】本発明のＩＳＣ制御装置に関する全体のブロッ
ク図の一例。

【図３】本発明のエバポ制御装置に関する全体のブロッ
ク図の一例。

【図４】本発明のＥＧＲ制御装置を含む内燃機関のシス
テム構成の一例。

【図５】コントロールユニット構成の一例。

【図６】ＥＧＲ量検索手段の一例。

【図７】ＥＧＲバルブ開口面積とＥＧＲバルブ目標ステ
ップ数の関係を示した図。

【図８】ＥＧＲバルブのステップ数が大→小→大へ変化
したときの励磁状態と整定時間の関係を示した図。

【図９】ＥＧＲバルブのステップ数が小→大→小へ変化
したときの励磁状態と整定時間の関係を示した図。

【図１０】ＥＧＲバルブのステップ数が変化したときの
モータ回転方向と整定時間の関係を示した図。

【図１１】ＥＧＲバルブのステップ数が変化したときの
モータ回転方向と整定時間の関係を示した図。

【図１２】ＥＧＲバルブのステップ数が変化したときの
駆動制御周期と整定時間の関係を示した図。

【図１３】ＥＧＲバルブのステップ数が変化したときの
駆動制御周期と整定時間の関係を示した図。

【図１４】排気ガス還流量を計算し、整定時間が設定さ
れるまでの全体のフローチャート図。

【図１５】モータトルク変動をモータ回転方向反転によ
り判定する場合の整定時間設定方法についてのフローチ
ャート図。

【図１６】モータトルク変動を駆動制御周期切り替えに
より判定する場合の整定時間設定方法についてのフロー
チャート図。

【図１７】モータトルク変動をモータ励磁方式切り替え
により判定する場合の整定時間設定方法についてのフロ
ーチャート図。

【図１８】ＥＧＲバルブのバルブに片側応力を作用させ
る手段としてばねの応力を利用した場合のＥＧＲバルブ
の構造図。

【図１９】ＥＧＲバルブのバルブに片側応力を作用させ
る手段としてダイヤフラムの応力を利用した場合のＥＧ
Ｒバルブの構造図。

【図２０】ＥＧＲバルブのバルブリフト量とバルブに作
用する吸気管負圧の関係の一例を示した図。

【図２１】ＥＧＲバルブのバルブリフト量とバルブに作
用する吸気管負圧の関係の一例を示した図。

【符号の説明】

１…空気流量計、６…冷却水温センサ、１４…圧力セン
サ、２０…キャニスタ、２２…パージコントロールバル
ブ、５１…インジェクタ、５４…ＩＳＣバルブ、１５１
…コントロールユニット、１５７…ディストリビュー
タ、１５９…スロットルボディ、１６２…エンジン、１
６４…吸気管、１９０…排気管、２１０…ＥＧＲバル
ブ、４０１…ばね、４０２…ボディ、４０３…バルブ、
４０４…ダイヤフラム、４０５…負圧室。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 正博 茨城県ひたちなか市大字高場字鹿島谷津 2477番地３日立オートモティブエンジニ アリング株式会社内 (72)発明者 浅野 誠二 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス流量の途中に設けられたガス流量制御
   手段を有する流量制御装置において、前記ガス流量制御
   手段は弁と，該弁を駆動する同期式モータと，前記弁に
   片側応力を作用させる手段とを備え、前記同期式モータ
   のモータトルクの変動を検出するモータトルク変動検出
   手段と，その変動検出手段によって検出されたモータト
   ルク変動に応じた整定時間を求める手段と，その求めら
   れた整定時間を駆動周期に加算して前記同期式モータを
   駆動する手段とを有することを特徴とする流量制御装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記整定時間はモータ
   トルクの変動に応じて２つの値を有することを特徴とす
   る流量制御装置。
3. 【請求項３】排気管と吸気管とを連通する排気ガス還流
   通路の途中に設けられた排気ガス還流量制御手段を備え
   た排ガス還流量制御装置において、前記排気ガス還流量
   制御手段は同期式モータで駆動されると共に排気ガス還
   流量制御手段の弁構成部に片側応力が作用する手段を備
   え、更に同期式モータのモータトルク変動判定手段を有
   し、モータトルク変動時には駆動周期に整定時間を加算
   し、前記整定時間はモータトルク変動状態に応じた少な
   くとも２つ以上の値を有することを特徴とする排気ガス
   還流量制御装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記流量制御手段の弁
   構成部に片側応力を作用させる手段としてばねの応力又
   はダイヤフラムの応力又は吸気管負圧のいずれかを利用
   することを特徴とする排気ガス還流量制御装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記変動判定手段は同
   期式モータのモータトルク変動を励磁方式切り替えによ
   り判定することを特徴とする排気ガス還流量制御装置。
6. 【請求項６】請求項１において、前記変動判定手段は同
   期式モータのモータトルク変動を回転方向反転により判
   定することを特徴とする排気ガス還流量制御装置。
7. 【請求項７】請求項１において、前記変動判定手段は同
   期式モータのモータトルク変動を駆動制御周期切り替え
   により判定することを特徴とする排気ガス還流量制御装
   置。
8. 【請求項８】空気流量計で計量された空気がスロットル
   を通過することなくエンジンに供給可能なバイパス通路
   を有し、前記バイパス通路の途中に流量制御弁を有する
   アイドル回転数制御装置において、前記流量制御弁は同
   期式モータで駆動されると共に流量制御弁の弁構成部に
   片側応力が作用する手段を備え、更に同期式モータのモ
   ータトルク変動判定手段を有しモータトルク変動時には
   駆動周期に整定時間を加算し、前記整定時間はモータト
   ルク変動状態に応じた少なくとも２つ以上の値を有する
   ことを特徴とするアイドル回転制御装置。
9. 【請求項９】燃料タンクと吸気管を連通させた通気路の
   途中に設定された流量制御弁を有する蒸発燃料量制御装
   置において、前記流量制御弁は同期式モータで駆動され
   ると共に流量制御弁の弁構成部に片側応力が作用する手
   段を備え、更に同期式モータのモータトルク変動判定手
   段を有しモータトルク変動時には駆動周期に整定時間を
   加算し、前記整定時間はモータトルク変動状態に応じた
   少なくとも２つ以上の値を有することを特徴とする蒸発
   燃料量制御装置。