JP3421319B2 - パルス作動の電気機械式装置の制御精度の改良 - Google Patents
パルス作動の電気機械式装置の制御精度の改良Info
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Description
の一般的な原理は各種のそのような装置に適用可能であ
るが、例えば電磁作動の流体弁のようなある種の流体制
御装置に本原理を適用することにより流体制御方法に対
して重要な新規の可能性を提供する。
式アクチュエータに対して電気パルスを制御して伝送す
ることを含む。そのような制御方法の一例は当該装置に
パルス幅を変調した(PWM)波形を伝送することを含
む。これまで、そのような制御方法は内燃機関によって
駆動される自動車で使用されるある電磁作動装置の制御
に対して提案されてきた。そのような装置の例では電気
式排気ガス循環(EEGR)弁およびキャニスタ式パー
ジ電磁弁(CPS)のような排気ガス制御弁を含む。本
発明の原理の以下の開示は自動車の搭載燃料蒸発ガス発
散防止装置におけるCPS弁の制御に関連して提供され
る。
料タンクにける液状燃料の揮発によって燃料タンクの天
井空間で発生する揮発性燃料の蒸気を集める蒸気収集キ
ャニスタと集められた蒸気をエンジンの吸気マニホルド
に周期的にパージするCPS弁とを含む。CPS弁はマ
イクロプロセッサに基づくエンジンマネージメント装置
によって制御される電磁アクチュエータを含む。
ト装置によって決定されるパージングに順応する状態で
ある間、タンクの天井空間とキャニスタとの協働によっ
て画成される蒸発ガス空間は、キャニスタとエンジンの
吸気マニホルドとの間で流体接続されたCPS弁を介し
てエンジンの吸気マニホルドにパージされる。CPS弁
は、車両の許容される運転性と排気ガスの許容レベルと
の双方を提供するためにエンジンの作動と調和した速度
でエンジンの燃焼室内へ入る燃焼性混合物と共に運ばれ
るようにキャニスタから揮発性燃料の蒸気を吸気マニホ
ルドが吸引しうる量のエンジンのマネージメントコンピ
ュータからの信号によって開放する。
送られていない時流れに対して弁を閉鎖するように弁座
に対して圧縮ばねによって弾力的に弾圧される可動の弁
要素を含む。電流がソレノイドに増大して供給され始め
ると、増大する電磁力が弁要素を離坐させ、それにより
弁を開放して流体を流すように作用する。この電磁力は
弁要素と弁座との間に存在する静的摩擦(ステイックシ
ョン)並びに対抗するばねの弾圧力の双方を克服するこ
とを含み、弁が離坐し始め得る前に機械的機構に作用す
る各種の力を克服するはずである。一端弁要素が離坐す
ると、弁要素/弁座構造体も電磁コイルに供給される電
流に対する弁を通しての流体流量の関数的関係を規定す
る役目を果たす。更に、所定の弁がヒステリシスを保有
する程度もまた関数的関係に反映される。
オリフィス内で選択的に軸線方向に位置しているテーパ
付きのピントルを含む場合、良好に画定された流量対ピ
ントルの位置の特性を得ることが可能である。しかしな
がら、弁要素/弁座の境界に存在するある幾何学的な要
素が弁要素が弁座からある最小の距離だけ離坐してしま
うまでこの特性が有効にならないように阻止する可能性
がある。従って、弁を通る流体流量対電磁コイルに供給
される電流のグラフの各プロットは明確なスパン、すな
わち弁の閉鎖位置と弁のある最小の開度との間で発生す
る短い初期スパンおよびある最小の弁の開度を超えると
発生するその後のより広いスパンとを含むものと見なす
ことが出来る。
ドと、弁の開度が増すにつれて徐々に圧縮されるリニア
圧縮ばねとを含む。それはときにはリニア電磁パージ弁
とも称される。そのような弁は流量制御のためにある望
ましい特性を提供しうる。リニアソレノイド自体はある
範囲の電流に亘って基本的に直線的である力対電流特性
を保有する。リニアソレノイドが電気機械式装置に組み
込まれる場合、電気機械式機構全体は単にソレノイドの
みならずソレノイドの力が加えられる機械的機構との関
数である出力対電流特性を保有する。その結果、全体装
置の出力対電流特性は若干リニアソレノイドのみのそれ
から修正され、同じことがPPS弁の場合にもいえる。
れる円形オリフィス内で選択的に軸線方向に位置可能な
テーパ付きピントル弁要素との双方を組み込んでいるC
PS弁は望ましい流体流量対ピントル位置特性を示しう
るが、そのような特性は前述のようにピントル/弁座の
境界における幾何学的要素のためある最小の量だけピン
トルが開放してしまうまでは有効にはなりえない。従っ
て、弁を通る流体流量対電磁コイルの供給される電流の
グラフの各プロットは前述したスパン、すなわち弁の閉
鎖位置と弁のある最小の開度との間で発生する短い初期
スパンと、弁のある最小の開度を越えたその後のより広
いスパンとを含むものと見なしうる。
ージ弁はグラフ的には流体流量対電流の一連のグラフで
のプロットであることが特徴で、各々のプロットが弁に
亘っての特定の差圧に相関している。グラフの各プロッ
トは前述の短い初期のスパンとその後のより広いスパン
とによって特徴づけることが出来る。グラフの各プロッ
トの後者のスパン内で、1個の特に望ましい特性はソレ
ノイドに加えられる電気制御電流の増分変化と弁を通る
流体流量の増分変化との間の概ね一定の関係である。前
者のスパン内で、弁を通る流体流量の増分変化は、これ
も弁要素/弁座の境界の幾何学的要因によりソレノイド
に加えられる制御電流の増分変化に対して顕著に相違す
る関係を有しうる。
て、弁が開き始める前にある最小量の電流が必要とされ
る。弁が開放し始めるにつれて、各流体流量対電流のグ
ラフでのプロットは弁がある最小の量を越えて開放した
場合のスパン内で作動しているとすれば発生するであろ
う増分変化よりはるかに大きい流量の増分変化を電流の
小さい増分変化がもたらすような相対的に短い初期スパ
ンを追従し、弁を流れる流体流量の増分変化は電流の増
分変化に対して概ね一定の関係を有する。
とが出来る。周知の一方法は電磁コイルに亘ってパルス
幅を変調した直流電圧を供給することである。供給され
る電圧のパルス周波数を選択する上で、ソレノイドと弁
機構との組み合わせの周波数応答特性を検討する必要が
ある。ソレノイドと弁機構との組み合わせの周波数応答
範囲内に十分入るパルス周波数が使用される場合、該機
構はパルス幅信号に忠実に追従する。他方、ソレノイド
と弁機構との組み合わせの周波数応答範囲を十分越えた
パルス周波数が使用された場合、該機構は供給された電
圧パルスの時間平均に従って位置決めされる。弁機構は
より高い周波数のパルス幅を変調した波形においては往
復運動するのではなく、むしろ電磁コイルにおける時間
平均した電流の流量に対応する位置をとるので、後者の
技術の方が前者の技術よりも好ましいかもしれない。前
者の技術においては、前記機構はより低い周波数の波形
に追従するにつれて対照的に顕著な往復運動を行なうで
あろう。
分変化の平均したソレノイド電流の増分変化に対する比
は概ね一定である範囲に亘って電磁作動の弁を制御する
望ましい技術でありうるが、そのような特性が存在しな
い範囲に亘って正確な制御を達成することはより困難で
ありうる。
の電気機械式装置の制御方法のある局面における別な装
置に対する必要性が存在している。自動車の排ガス制御
弁は種々の自動車の作動状態で機能を発揮する必要があ
るのでそのような制御弁に対する装置は特に顕著であ
る。CPS弁に対して、エンジンがアイドリングしてい
るとき吸気マニホルドへ揮発性の燃料蒸気をパージする
ことは正確に制御することが極めて困難である。日本特
許第01 015 564号は、弁の位置を検出する位置
センサと弁の位置を制御する制御手段とを含む流量制御
弁のための電子制御装置を開示している。前記制御手段
は弁の所望の位置と実際の位置との間のずれを示す第1
の演算量と前記ずれに対応する三角波の振幅からなる第
2の演算量との和からなる演算量を提供する。第2の演
算量の値は流量制御弁のデッドゾーンを低減するように
調整される。ドイツ国特許第43 29 917号は瞬間
的な信号の値(実際の値)と負荷時の所定の基準信号(呼
称値)との間の差に応じてパルス変調した制御信号を提
供する調整装置を開示している。制御信号は電流が負荷
に供給されるようにパワースイッチを駆動するために使
用される。また負荷に存在する電流を指示するパワース
イッチでの瞬間的な電流を検出する検出装置も開示され
ている。米国特許第4 766 921号は弁が開放して
いる時間のパーセントが弁に供給された指令電流パルス
の幅と概ね比例するようにパルス幅を変調した電磁弁を
作動させる方法を開示している。本方法は弁の応答性に
おけるデッドゾーンを補正するために指令パルスに加え
られる一連の交互の正と負のプリパルスを提供すること
を含む。プリパルスは指令パルスの直前に現れるように
調時される。
ス作動電気装置を正確に制御する可能性を向上する方法
を指向する。本明細書で詳細に説明する例のPPC弁の
場合、制御の達成をより困難にするある電気機械的特性
が存在するものの弁を通る流量の制御を向上させる上で
本発明の原理が特に有利である。本発明の一局面によれ
ば、電圧パルスの波形を含む電気制御信号に従ってある
機構の位置を制御する電気機械式アクチュエータを含む
電気作動装置を作動する方法であって、一次制御信号を
発生させる段階と、二次制御信号を発生させる段階と、
一次および二次制御信号から電気制御信号を形成する段
階とを含み、c)の段階が前記機構が第1の位置範囲内
に位置決めされると電気制御信号が一次制御信号のみを
含み、前記機構が第2の位置範囲内に位置決めされると
電気制御信号は一次および二次制御信号間の相互作用を
含むように電気制御信号を形成するために二次制御信号
が一次制御信号と選択的に相互作用するようにさせるこ
とを含むことを特徴とする電気作動の装置を作動する方
法が提供される。本発明の別な局面によれば、電圧パル
スの波形を含む電気制御信号に従ってある機構を選択的
に位置させる電気機械式アクチュエータと、電気制御信
号を形成する一次制御信号と二次制御信号とを発生させ
る制御手段とを含む電気作動装置であって、前記機構が
第1の位置範囲内に位置すると制御手段は電気制御信号
として一次制御手段のみを提供し、前記機構が第2の位
置範囲内に位置すると制御手段が電気制御信号として一
次および二次制御信号の間の相互作用を提供することを
特徴とする電気作動装置が提供される。本発明の別な局
面によれば、前述のような装置を含む自動車用の装置が
提供される。
規でかつ、独特の方法で高周波数および低周波数の制御
信号を選択的に利用するパルス作動の電気制御装置を制
御する装置に関する。
のより特定の局面は、弁が第1の流体流量範囲で作動す
る時はいつでも一次制御信号のみから電気制御信号が発
生し、弁が第2の流体流量範囲で作動する時はいつでも
二次制御信号の一次制御信号との相互作用により電気制
御信号が発生するように弁を作動させる電気制御信号を
発生させる上でプロセッサが二次制御信号を一次制御信
号と選択的に相互作用させるような制御装置と制御方法
とに関する。
御信号に対して相対的に低い周波数のパルス波形を、一
次制御信号に対しては相対的に高い周波数パルス波形を
使用することを含み、相対的に高い周波数の一次パルス
波形は相対的に低い周波数の二次パルス波形によって選
択的にゲートされる。相対的に高い周波数の一次パルス
波形自体は弁の制御を実行するために変調されたデユー
テイサイクルである。
電磁パージ弁に適用されると、本発明は弁を通る流体流
量の増減変化がコイルを通る平均電流の所定の増減変化
に対して概ね一定の関係を有する全体的にリニアなスパ
ン内で該弁を作動させるように電磁コイルに亘って高周
波数のパルス幅変調電圧波形を供給する。コイルを通し
ての平均電流は波形の変調が流体流量を制御するように
PWM電圧波形の変調度と相関する。作動のこのモード
の間、二次制御信号は一次制御信号とは相互作用しな
い。
結果の流体流量の増分変化との間の関係が前述の全体的
にリニアのスパンにおけるものと同じ直線性を示さない
もののような異なるスパンにおける弁を制御するため
に、高周波数のPWM電圧波形は更に低周波数信号によ
って変調される。作動のこのモードの間、二次制御信号
は例えば実際に一次制御信号を変調するように、一次制
御信号と相関作用しない。そのような別の変調されたP
WM波形が電磁コイルに供給されると、高周波数PWM
波形自体によって設定される限度を有するある位置のあ
る範囲内で低周波数信号の関数である位置まで弁を作動
させる。低周波数制御信号の変調の範囲は、弁がそのよ
うな異なるスパンで作動すると弁を通る流体流量をより
正確に制御しうる能力を制御装置に付与する。
その他の利点や利益は添付図面を伴った以下の説明や請
求の範囲から明らかになる。図面は本発明を実施するた
めの現在最良と考えられている態様に従った本発明の好
適実施例を開示している。
周知の仕方で燃料タンク16と内燃機関20の吸気マニ
ホルド18との間で直列で接続されたキャニスタパージ
電磁弁(CPS)14とを含む自動車の燃料蒸発ガス発
散防止装置10を示す。エンジンマネージメントコンピ
ュータ22は入力として弁制御信号をパルス幅変調(P
WM)回路24に供給し駆動回路26によって増幅され
弁14の電気端子に供給されるパルス幅を変調した信号
を発生させる。
のパージポート12pと流体結合された入り口ポート1
4iと導管32を介して吸気マニホルド18に流体結合
された出口ポート140とを有するハウジング28を含
む。導管34はキャニスタタンクポート12tを燃料タ
ンク16の天井空間に連通させる。電磁アクチュエータ
14saを含む作動機構がハウジング28内に配置されポ
ート14iと14oとの間で延びている内部通路を開閉
する。前記機構は内部通路を流れに対して閉鎖するよう
に弁座14vsに対して弁要素14veを閉鎖するよう
に弾圧するべく作動する弾圧ばねを含む。電磁アクチュ
エータがエンジンマネージメントコンピュータ22によ
って徐々に付勢されると、弾圧ばねの力に対抗して電機
子14aに供給され弁要素14veを弁座14vsから
離坐させ、ポート14iと14oとの間で流れが発生し
うるように内部通路を開放する。
れている蒸発ガス空間がそこを介して大気に通気される
通気ポート12vを含むことが判る。そのような通気は
例えばOBDII検査の間のようなある時に閉鎖状態で
作動する大気通気弁(図示せず)を介して行なえばよい。
て供給されるパルス幅変調した電圧のデユーテイサイク
ルに関連している弁14のための代表的な制御特性を示
す。本例では約10%であるある最小のデユーテイサイ
クルが弁が開放し始める前に必要とされる。デユーテイ
サイクルが10%を越えて増加するにつれて流量はデユ
ーテイサイクルに対して全体的に直線関係を有する。1
00%デユーテイサイクルにおいて、電気端子に亘って
一定の直流電圧が供給される。この種の作動を達成する
パルス波形の周波数は比較的に低く、代表的な周波数は
約5Hzから約20Hzまでの範囲内である。その周波
数応答性がそのような範囲を超える弁機構については、
該機構はパルス波形に追従するにつれて顕著な往復運動
を行なう。
のポートに亘っての差圧の関数となる。温度と電圧との
変動もその関係に影響を与えうる。
向上させることが可能であり、図3は、ある部分は既に
述べた弁14の部分に対応しており、それらは対応する
参照番号にプライム符号を付したもので指示されている
リニア電磁パージ弁14′の一例を示している。
口ポート14o′を有する2分割の本体B1,B2から
なる。弁14′は長手方向の軸線AXを有し、本体片B
1は、前記軸線Axと共軸線関係にあり、本体片B2と
組み立てられている上側軸線方向端部において開放して
いる円筒形の側壁40を含む。側壁40は肩部42によ
って接合されている上側および下側側壁部分40a,4
0bを含む。前者の側壁部分は完全な円筒形であり、後
者の側壁はポート14o′によって半径方向に遮られて
いる領域を除いて円筒形である。ポート14i′は側壁
40の下側軸線方向端部から延びているエルボの形態で
ある。本体片B1自体は開放した軸線方向上端および2
個のポート14o′および14i′以外は密閉されてい
る。
片B1の上側の開放端を通して導入されて該本体片B1
に配置されている。ソレノイドはボビン44と、ボビン
に装着した電磁コイル46を形成するように該ボビン4
4に巻かれた磁性ワイヤと、ボビン−コイルに関連した
ステータ構造体とを含む。このステータ構造体はボビン
に装着したコイルの上端に配置された上側のステータエ
ンドピース48と、ボビンに装着したコイルの外側の周
りに周方向に配置された円筒形のステータのサイドピー
ス50と、ボビンに装着したコイルの下端に配置された
下側のステータエンドピース52とを含む。
円形のデイスク部分を含み、該デイスク部分の外周はサ
イドピース50の上端に嵌合し、軸線AXと共軸関係と
なるようにブッシュ54がその中へ圧入される孔を含
む。デイスク部分は、また磁性ワイヤ46の端が接合さ
れている一対のボビンに装着した電気端子56が上方へ
通過しうるようにする別な孔を含む。エンドピース48
は、更に軸線AXと共軸関係であるボビン44の中央の
貫通孔内へある距離をおいてデイスク部分から下方へ延
びる円筒形の首部58を含む。首部58の内面は円筒形
であり、一方その外面は首部がボビンの貫通孔内へ延び
るにつれて徐々に小さくなるテーパを有する半径方向の
厚さを提供するように切頭円錐形である。
サイドピース50の下端に嵌合し、ブッシュ60が軸線
AXと共軸関係となるようにその内へ押し込まれる孔を
含む平坦な円形のデイスク部分を含む。エンドピース5
2は更に、ボビン44の中央の貫通孔内へある距離をお
いてデイスク部分から上方に延び、軸線AXと共軸関係
である上側の円筒形の首部62を含む。首部62は均一
な半径方向の厚さを有する。エンドピース52は、更に
最下端が下側側壁部分40b内の緊密に嵌まるようにデ
イスク部分からある距離だけ下方に延びている下側の円
筒形の首部64を含む。弁座要素66は首部64の開放
した下端内へ圧入されるように首部が設けられ、O−リ
ング67によって壁部分40bの内側に密封されてい
る。側壁40に嵌合している最下端の上方において、首
部64はポート14o′と弁座要素66の上方に配置さ
れ、首部64によって画成されている空間との間を連通
させる数個の貫通孔68を含む。側壁40は貫通孔68
を抑制しないようにしてこの連通を可能とする。
直線走行運動するように弁軸70を案内するように作用
する。前記軸70の中央領域はチューブ状の電機子72
を圧入するように僅かに大きくされている。前記軸70
の下端は弁座要素66と協働する弁74を含む。弁74
は前記軸70と一体形成され、全体的にテーパの付いた
ピントルの形状であり、丸みを付けた先端74aと、該
先端74aから延びている切頭円錐形のテーパ付き部分
74bと、前記部分74bから延びている溝付きの円筒
形の部分74cと前記部分74cの溝の軸線方向上端を
部分的に画成する一端の支持フランジ74dとを含む頭
部を含む。適当な耐燃料性で弾性の材料かる作られたO
−リングタイプのシール76が前記部分74cの溝に配
置されている。
通する貫通孔の一部を含む内方に向いた肩部66aを含
む。貫通孔のこの部分は真直な円筒形部分78と、該円
筒形部分78の上端から延び、首部64によって画成さ
れている内側空間に開放している切頭円筒形の弁座面8
0とを含む。前記部分78の軸線方向下方の貫通孔の残
りの部分は参照番号81によって指示されている。
離を突出しており、ばね座79を装着する形状にされて
いる。ピースB2がその間でシール84を挟むように直
面し、相合するフランジを把持するクリンチリング82
によってピースB1に取り付けられた状態で、螺旋コイ
ル状の直線圧縮ばね86はばね座79とピースB2の適
当な形状のポケットに受け入れられている別なばね座8
7との間に保持されている。較正ねじ88が軸線AXと
共軸関係のこのポケットの端壁の孔内へねじ込まれ、ば
ね座87がポケットに対して軸線方向に位置決めされる
程度を設定するために適当な回転工具(図示せず)によっ
て外から取り扱うことが可能である。ねじ88を孔によ
り多くねじ込むことにより座87をばね座79に向って
より多く運動させ、ばね86を工程中ますます圧縮させ
る。また、端子56がピースB2に装着された端子90
と接合され、駆動回路26と接続される別なコネクタ
(図示せず)と適合係合する電気コネクタ92を形成す
る。
ート14o′と14i′との間の流路を閉鎖するよう
に、シール76の丸くされた面部分は弁座面80と連続
的に密封接触を行なう。この位置において、電機子72
の上部分は首部62の上端と首部58の下端との間に存
在する空隙と軸線方向に重なるが、半径方向の僅かな空
隙が残り電機子72は前記首部と実際には接触せず、そ
のため磁気短絡を阻止する。
る電流の大きさによって決まり、そのため弁を通るパー
ジの流れはコイルを流れる電流を制御することにより効
果的に制御される。電流の大きさが徐々に零から増すに
つれて、着座したO−リング76と座の面80との間に
存在する何らかのステイックションをも破壊するのに十
分な値に達する。その時点において、弁機構はばね86
の対抗する力に抗して開放し始める。弁の開放はO−リ
ングシール76が座の面80との接触を喪失するや否や
開始する。
よび弁座面の角度の間に存在する特定の幾何学的関係に
応じて、O−リングシール76を座の面80から離坐さ
せるピントルの初期のある軸線方向移動はテーパ付き部
分74bが弁座要素の貫通孔を通る有効流れ面積をセッ
トするようにそれ自体が有効となりうる前に発生させる
必要がありうる。換言すれば、テーパ付き部分が流れに
対して開放した面積を制御するのにそれ自体有効となり
うるのは弁が初期のある最小の距離以上に移動した後の
みである。この初期の最小距離を超えると、開放面積
は、テーパ付き部分74bと丸みの付いた先端74aの
輪郭がピントルが弁座要素66から益々離れる方向に動
くにつれて開放面積の大きさを順次設定するようにし
て、ピントルが弁座要素から益々離れるように位置する
につれて徐々に増加する。
トは3個の明確なスパンを明らかにしている。すなわ
ち、弁が何ら開放しなくとも電流が増加する第1のスパ
ンと、弁が開放し始めるが、テーパ付き部分74bがま
だそれ自体で流れを制御するのに完全に有効でない第2
のスパンと、弁が前記部分74bと、そして最終的に先
端74aとが流れを制御しうるようにするのに十分開放
している第3のスパンとである。第2のスパンは、ソレ
ノイドSにおける平均電流の小さい増分変化が弁が第3
のスパン内で代わりに作動すると発生する増分変化と顕
著に相違する流体流量の増分変化させる関係として特徴
づけることができる。本発明の一局面は弁がこの第2の
スパン内で作動するときの流量の制御性を向上させるこ
とに関する。
動するための代表的な電気回路100を示す。該回路1
00はソレノイドSのコイルを通して流れる電流を検出
する抵抗102と、前記抵抗102に関連した信号調整
および増幅回路104と、前記回路104のアナログ信
号出力を均等なデジタル信号に変換するアナログ−デジ
タル変換回路106と、一次制御信号110および二次
制御信号112の双方に作用するプロセッサ108とを
含む。プロセッサ108は一次および二次制御信号を処
理して、カップリング抵抗26aと例えばFET26b
のようなソリッドステートの素子とを含むものとして示
されている駆動回路26への入力として供給される制御
出力信号を発生させる。図4に示す特定の実施例は、更
にアナログ−デジタル変換回路106と、プロセッサ1
08と、一次および二次制御信号110、112の供給
源とがマイクロコントローラ113に内蔵されているこ
とを示している。
と、ソリッドステート素子26Bの主要な制御された伝
導通路とは自動車の利用可能な直流電源、好ましくはそ
の電圧が十分調整されている電源に亘って直列の回路で
接続されている。この直列の回路を通して流れる電流は
抵抗26Aを介してソリッドステート素子26Bの制御
入力側にプロセッサ108から結合されている制御出力
信号に従って該素子26Bによって制御される。電流が
抵抗102および素子26Bの制御された伝導通路とを
通過するにつれて、該抵抗102に亘っての電圧低下が
信号調整および増幅回路104への入力として供給さ
れ、前記回路104においてアナログ−デジタル変換回
路106へ入力する均なアナログ信号に形成される。後
者の回路はアナログ信号を均等なデジタル信号に変換
し、該デジタル信号はコイル46を通る実際の電流の流
れを表示する三次制御信号としてプロセッサ108に供
給される。
次制御信号を供給する目的は前記回路100に、さもな
ければ制御精度を損なう可能性のあるある種の環境によ
って誘発された変化を補正するように作用するフィード
バックループを付与することである。例えば、フィード
バックループは、直流供給電圧、コイルの自動加熱、周
囲温度のような変数の変化の影響を基本的に無効にする
ことによって弁がそのような影響が実質的に無い状態で
回路100によって指令される所望の位置まで作動しう
るようにするためにコイル46を通して流れる電流を自
動的に調整する。
ロコントローラ113はエンジンの作動に関連した各種
の変数を表示する入力を受け取ることが判る。例えば、
そのような入力は吸気マニホルドの真空、エンジンの速
度、およびエンジンの排気における酸素センサによって
測定された正規組成からのエンジンの燃焼工程の偏向を
含みうる。マイクロコントローラ113はプロセッサ1
03で処理するのに適正な一次および二次制御信号を発
生させるのにいずれかの入力変数の何が適当かを評価す
るために適当なアルゴリズムによってプログラム化可能
である。
信号の供給源がマイクロコントローラ113に内蔵され
ていることを示す。そのような形態において、一次およ
び二次信号はプロセッサ108が適正な一次および二次
制御信号を発生させるのに適した入力変数を利用するあ
るアルゴリズムを実行するにつれて発生する。一次およ
び二次制御信号は、次にプロセッサ108のその他のあ
るアルゴリズムが作用して最終的に弁14′を作動させ
る電気制御信号を発生させる。
例の一次制御信号がパルス幅を変調した電圧波形信号P
Rとして現れ、二次制御信号SEが、プロセッサから駆
動回路26に供給された出力制御信号がパルス幅を変調
した一次制御信号を復元するようにさせるようにプロセ
ッサ108によって認識される状態にある作動状態を示
している。このため、対応する平均直流電流が素子26
Bの主要な制御された伝導通路を、従って電磁コイル4
6を貫流するようにさせる。復元された信号はソレノイ
ドと弁機構との組み合わせの周波数応答性に対して十分
高く、そのため弁がパルス幅を変調した波形を追跡不可
能であるように選択された周波数(例えば200hz)を
有する。その結果、一旦ステイックションが克服される
と、弁は電磁コイルにおける時間平均した電流に対応す
る位置まで作動する。復元されたPWM波形のデユーテ
イサイクルが一次制御信号の変化に従って変化するにつ
れて、電磁コイルにおける時間平均した直流電流が対応
して変化し、それが弁機構を、従って弁のピントルの位
置を対応して変化させる。
ける時間平均した直流電流の3種類の代表的なグラフの
プロットを示す。各グラフのプロットは図5に示す吸気
マニホルドの真空の種々の値に対応する。しかしなが
ら、全てのプロットは全体的に類似の形状を有する。各
プロットは弁が開放し始める前に電磁コイルをある最小
の電流が流れる必要のあることを示している。弁が閉鎖
状態に留まっているこのスパンは前述した第1のスパン
に対応する。図5は吸気マニホルドの真空が440mm
Hgであるとき弁を開放させるには約100ミリアンペ
アの電流が必要であり、吸気マニホルドの真空が348
mmHGである時約115ミリアンペア、吸気マニホル
ドの真空が254mmHgである時約140ミリアンペ
アの電流が流れる必要があることを示している。
の増加に伴って増加し始める。弁開放の初期スパンは前
述した第2のスパンに対応する。440mmHgの吸気
マニホルドの真空に対して、弁開放の前記初期スパンは
約127ミリアンペアの平均ソレノイド電流において終
了し、348mmHgの吸気マニホルドの真空に対し
て、スパンは約143ミリアンペアの平均ソレノイド電
流において終了し、254mmHgの吸気マニホルドの
真空に対して、スパンは約162ミリアンペアの平均ソ
レノイド電流において終了する。更に、テーパ付きの部
分74bが有効な流路面積を完全に制御するようにさせ
るように座部材から十分移動した弁ピントルに対応する
流量である約5SLPMに流体流量が達するとこれらの
スパンの各々が終了することが認められる。約5SLP
Mの流量を越えた各グラフのプロットのスパンは前述し
た第3のスパンに対応する。
のスパンを超えると、グラフのプロットの各々は流体流
量においてある増分変化を発生させる平均電流における
ある増分変化を特徴とする概ね類似の形状を有する。約
5SLPM以上の流量に対して、グラフのプロットの各
々は平均電流の所定の増分変化に対して、流体流量が5
SLPM以下である時の平均電流の所定の同じ増分変化
に応答して発生する流体流量の増分変化以下の流体流量
の増分変化を示している。図5に示す例において、約5
SLPMから約15SLPMまでの流体流量は平均電流
における所定の増分変化に対して流量の全体的に同一の
増分変化を示している。約15SLPMから約70.5
SLPMまでの流体流量は平均電流における所定の増分
変化に対して流量の全体的に同一の増分変化を示してい
るが、平均電流の所定の増分変化に対しては、流体流量
のこれらの全体的に同一の増分変化は5SLPMから1
5SLPMの範囲に亘る流体流量の増分変化よりも僅か
に大きい。しかしながら、平均電流の所定の増分変化に
対して、5SLPM以下の流体流量の増分変化は5SL
PM以上の流体流量の増分変化よりも著しく大きい。ピ
ントルの外形は特定のグラフのプロット形状を画定する
上での要素であること認識すべきである。
のスパンにおけるよりも0SLPMから5SLPMまで
の流体流量のスパンよりも目立って大きいので、そのよ
うに遅い流れに対して制御精度を達成することはより困
難である。本発明の一局面は流れの遅いこれらのスパン
における制御精度を向上させることに関する。制御方法
は図6の代表的な信号波形によって示されており、図6
においては、二次制御信号がプロセッサ108を介して
一次制御信号と相互作用してプロセッサにより駆動回路
26に供給される信号波形を発生させる。
112とからの波形を備えた回路100を示す。一次制
御回路110からの波形は比較的高周波数のPWM波形
(図示例では200hz)からなり、一方二次制御回路11
2からの波形は比較的低周波数の波形(例えば8hz)
であって、それ自体パルス幅変調すら可能である波形か
らなる。このように、二次制御信号は基本的に一次制御
信号を変調するために使用される。言い換えれば、回路
100は二次制御信号波形の状態に従って一次制御信号
波形を駆動回路26までゲートするように効果的に機能
する。図示例においては、一次制御信号波形は二次制御
信号波形の「オン」の時の間のみ、すなわち二次制御信号
波形が高度であるときのみ回路26までゲートされる。
更に言い換えれば、一次制御信号波形は二次制御回路の
出力波形が「オフ」の時の間、すなわち二次制御回路の出
力波形が低い時はいつでも一次制御信号波形がブランク
される。
の流体流量範囲で作動する時はいつでも一次制御信号の
みから電気制御信号は発生し、弁が第2の流体流量範囲
で作動する時はいつでも一次制御信号に対する二次制御
信号の相互作用によって電気制御信号が発生するように
弁を作動させる電気制御信号を発生させる上でプロセッ
サは二次制御信号が一次制御信号と選択的に相互作用す
るようにさせることを企図していることを認識すべきで
ある。
示す波形が示す仕方で相互作用するように要求される
と、弁14′は低周波数のデユーテイサイクルCPS弁
と同様に応答するが、最大の流量は一次制御回路の出力
波形によって決まる。このことは図7と図8に示す一連
のプロットによってグラフ表示されている。
は、所定の吸気マニホルドの真空(例では440mmH
g)において、一次制御回路の出力波形のみによってあ
るSLPM流体流量がある平均直流電流で発生する場
合、これは100%のデユーテイサイクルを有する二次
制御回路の出力波形に対応することを示している。図7
は6種類の異なる平均ソレノイド電流に対して6種類の
プロットを示している。各プロットに対して、二次制御
回路の出力波形のデユーテイサイクルが100%から徐
々に減少し、一方一次制御回路の出力波形が不変のまま
であるとすれば、弁を通る流量は対応して減少する。図
8は二次制御回路の出力波形の特定のデユーテイサイク
ルに各々対応する6種類のプロットを示している。各プ
ロットに対して、一次制御回路の出力波形のデユーテイ
サイクルが徐々に減少するにつれて、弁を通る流量は対
応して減少する。
尺度から、一次制御回路の出力の波形のみによって弁を
制御しようとするよりも、二次制御回路の出力の波形の
デユーテイサイクルを100%から0%まで変調するこ
とによって提供される分解能のためにより正確な制御が
達成可能であることが認識出来る。
た一次制御信号に対する二次制御信号の相互作用の特定
の態様に必ずしも限定されるものではない。本発明の原
理は、更に二次信号の波形が「低い」時の一次制御信号と
は相違する電気信号を駆動回路26に伝送可能であるこ
とを企図している。このことの一例は図9に提供されて
おり、図9は二次制御信号波形が「低い」場合パルス幅を
変調した信号波形120が駆動回路26に伝送されてい
ることを示している。
ロットは図10で示すそれぞれの平均ソレノイド電流を
発生させる3種類の二次パルス波形のための、3種類の
流量対二次制御出力波形のデユーテイサイクルを示して
いる。第4のプロットは二次パルス波形のためのもので
なく、図7および図8とによって示すゼロの二次電流に
対応する。二次制御信号波形のオフ時間の間パルス波形
を使用するとプロットにヒステリシスを導入する傾向が
ありうるが、それでも依然として一次制御信号のみを使
用して得ることが可能な精度よりも優れた精度を提供す
る。
様で構築可能である。自動車の電子技術は一般に種々形
態の電子マイクロコントローラおよび(または)プロセ
ッサを採用しているので、いずれかの特定のハードウエ
ア形態に組み込むべき本発明の原理を実施したいずれか
の特定の制御手法に対して所望の波形を発生させるため
に従来のソフトウエアプログラミング技術を利用するこ
とにょり電子制御信号を発生させることが可能である。
本発明はハードウエアのその他の形態を本来通り構築す
るかおよび(または)ハードウエアのその他の形態のソ
フトウエアプログラミングによってハードウエアのその
他の形態で実施することが可能である。ハードウエアの
別な形態の一例は特定の適用の集積回路(ASIC)で
ある。
照して説明してきたが、本発明はそのような実施例に限
定される意図でないことを理解すべきである。従って、
本発明は請求の範囲に入る各種の修正や配置も網羅する
意図である。 [図面の簡単な説明]
図を含む、搭載の蒸発性排気ガス制御装置の概略線図で
ある。
る。
である。
3に示す弁に関連した電気制御回路の概略線図である。
用な一連のグラフのプロットである。
手法の別な局面を示す概略線図である。
用な別な一連のグラフのプロットを示す。
用な別な一連のグラフのプロットである。
の線図である。
明する上で有利な別な一連のグラフのプロットである。
Claims (18)
- 【請求項1】 電圧パルスの波形からなる電気制御信号
に従って機構(70,72,74,74a,74b,7
4c,74d)の位置を制御する電気機械式アクチュエ
ータ(S;44,46,48,50,52)を含む電気
作動の装置(14′)を作動させる方法であって、 a)一次制御信号(PR)を発生させる段階と、 b)二次制御信号(SE)を発生させる段階と、 c)一次および二次制御信号(PR,SE)から前記電
気制御信号を形成する段階とを含む方法において、前記機構(70,72,74,74a,74b,74
c,74d)が、第1位置と第2位置との間で可動であ
り、 段階c)において、前記機構(70,72,74,74
a,74b,74c,74d)が、前記第1位置と、前
記第1および第2位置の間にある所定位置との間に位置
する時には、前記一次制御信号(PR)のみに基づいて
前記電気制御信号を形成し、前記機構(70,72,7
4,74a,74b,74c,74d)が前記所定位置
と前記第2位置との間に位置する時には、前記二次制御
信号(SE)を前記一次制御信号(PR)と選択的に相
互作用させることによって前記電気制御信号を形成する
ことを特徴とする電気作動装置(14′)の作動方法。 - 【請求項2】 一次および二次制御信号(PR,SE)
間の相互作用が二次制御信号(SE)によって一次制御
信号(PR)を変調することからなることを特徴とする
請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 一次制御信号(PR)がパルス幅変調の
電圧波形からなることを特徴とする請求項1または2に
記載の方法。 - 【請求項4】 電気制御信号が、前記機構(70,7
2,74,74a,74b,74c,74d)が第1位
置範囲内に位置決めすべき時パルス幅変調の電圧波形か
らなることを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 二次制御信号(SE)がパルス幅変調の
電圧波形からなることを特徴とする請求項1から4まで
のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 前記機構(70,72,74,74a,
74b,74c,74d)が第2位置範囲内に位置すべ
き時、電気制御信号は第1の間隔が一次制御信号(P
R)に対応するパルス幅変調の波形を含み、第2の間隔
が前記パルス幅変調の波形を含まない順次交互の間隔の
波形からなることを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記第2の間隔が前記第1の間隔のパル
ス幅変調の電圧波形とは相違する電圧パルス波形からな
ることを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 電気制御信号が前記第2の間隔の間何ら
電圧波形を含まないことを特徴とする請求項6に記載の
方法。 - 【請求項9】 前記第1と第2の間隔が概ね同じ持続時
間であることを特徴とする請求項6から8までのいずれ
か1項に記載に記載の方法。 - 【請求項10】 電圧パルスの波形からなる電気制御信
号に従って機構(70,72,74,74a,74b,
74c,74d)を選択的に位置決めする電気機械式ア
クチュエータ(S;44,46,48,50,52)
と、前記 電気制御信号を形成する一次制御信号(PR)と二
次制御信号(SE)を発生させる制御手段(102,1
04,106,108,110,112,113)とを
含む電気作動の装置(14′)において、前記機構(70,72,74,74a,74b,74
c,74d)が、第1位置と第2位置との間で可動であ
り、 前記機構(70,72,74,74a,74b,74
c,74d)が、前記第1位置と、前記第1および第2
位置の間にある所定位置との間に位置する時には、前記
制御手段(102,104,106,108,110,
112,113)が前記電気制御信号として前記一次制
御信号(PR)のみを提供し、前記機構(70,72,
74,74a,74b,74c,74d)が前記所定位
置と前記第2位置との間に位置する時には、前記制御手
段(102,104,106,108,110,11
2,113)が前記電気制御信号として前記一次および
二次制御信号(PR,SE)の間の相互作用を提供する
ことを特徴とする電気作動装置(14′)。 - 【請求項11】 前記制御手段(102,104,10
6,108,110,112,113)が一次制御信号
(PR)を提供する一次制御信号手段(110)と、二
次制御信号(SE)を提供する二次制御信号手段(11
2)と、一次および二次制御信号(PR,SE)を処理
して電気制御信号を発生させるプロセッサ手段(10
8)とを含むことを特徴とする請求項10に記載の装
置。 - 【請求項12】 前記制御手段(102,104,10
6,108,110,112,113)がアクチュエー
タ(S;44,46,48,50,52)への電気制御
信号の供給に応答して流れる電流の環境誘発変動を補償
するために電気制御信号を調整する三次制御信号を提供
するフィードバック補償ループ(102,104,10
6)を更に含むことを特徴とする請求項11に記載の装
置。 - 【請求項13】 前記アクチュエータ(S;44,4
6,48,50,52)が電気制御信号を適用されるリ
ニア電磁アクチュエータからなることを特徴とする請求
項10から12までのいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項14】 前記機構(70,72,74,74
a,74b,74c,74d)は、電気制御信号の基本
周波数が第1の周波数より小さい時は電気制御信号の基
本周波数を忠実に追従可能であり、前記電気制御信号の
基本周波数が第2の周波数より大きい時は電気制御信号
の基本周波数を追従不能である周波数応答特性を有し、
前記第2の周波数は第1の周波数より大きく、前記機構
(70,72,74,74a,74b,74c,74
d)に適用される時、該機構(70,72,74,74
a,74b,74c,74d)を電気制御信号の最新の
時間平均に対応する位置に位置決めし、前記機構(7
0,72,74,74a,74b,74c,74d)
は、時間平均した直流電流の所定の増分変化が第1の範
囲の増分出力変化内で出力を増分変化させる第1の範囲
と、時間平均した直流電流の同じ所定の増分変化が第2
の増分出力変化範囲内で出力を増分変化させる第2の範
囲とを含む時間平均した直流電流からなる電気制御信号
の関数として前記装置(14′)の出力を電気制御信号
に関連させ、第2の範囲の増分変化が第1の範囲の出力増
分変化から実質的に増分された出力の増分変化からな
り、前記装置が第2の範囲の出力の増分変化を有効に減
衰させることを特徴とする請求項10から13までのい
ずれか1項に記載の装置。 - 【請求項15】 前記装置(14′)が電気作動の流体
流量制御弁を含み、前記機構(70,72,74,74
a,74b,74c,74d)が前記流体流量制御弁
(14′)を通る流体流量を制御する弁機構を含むこと
を特徴とする請求項10から14までのいずれか1項に
記載の装置。 - 【請求項16】 前記弁機構(70,72,74,74
a,74b,74c,74d)が、電気制御信号を適用
されない時流体流量制御弁(14′)を閉鎖し、前記第
2の範囲が閉鎖位置から延びる前記弁機構(70,7
2,74,74a,74b,74c,74d)の位置決
めの第1のスパンの間に発生し、前記第1の範囲が第1の
スパンから延びる前記弁機構(70,72,74,74
a,74b,74c,74d)の位置決めの第2のスパ
ンの間に発生することを特徴とする請求項15に記載の
装置。 - 【請求項17】 請求項10から16までのいずれか1
項に記載の装置を含むことを特徴とする自動車用の装
置。 - 【請求項18】 前記装置が燃料蒸発ガス発散防止装置
(10)を含むことを特徴とする請求項17に記載の装
置。
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