JP3970532B2 - Ｅｇｒバルブ制御装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気ガス再循環システム、特にそのＥＧＲバルブ制御装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より自動車用エンジン等にあっては、排気ガス中の有害成分であるＮＯｘの発生を低減するために、排気ガスを内燃機関に吸入される混合気中に再循環させる排気ガス再循環システム、いわゆるＥＧＲ(エキゾースト・ガス・リサーキュレーション)装置が設けられている。
【０００３】
しかし、適正量でない排気ガス再循環を行うと、出力の低下や燃焼の不安定(エンジン回転落ち、もたつき)が生じるため、ドライバビリティの悪化を招く。これらの問題を低減すべく、運転状態に応じて排気ガス再循環量(ＥＧＲ量)を適正量に制御する必要がある。
【０００４】
ＥＧＲ量をエンジンの運転状態によって制御するため、エンジンの排気通路と吸気通路を連通する排気還流路に制御バルブ(ＥＧＲバルブ)を設けている。
【０００５】
このＥＧＲバルブを駆動するアクチュエータとしてステップモータを用いるＥＧＲ装置がある。ステップモータの駆動量は、出力性能と排気性能が適正に均衡するように運転条件に応じたＥＧＲ量の目標値をあらかじめ定めておき、この目標値のマップを参照することによって現在の運転条件に適合する目標ＥＧＲ量を求め、この目標ＥＧＲ量を制御指令値に変換し、ステップモータに出力し目標ＥＧＲ量(制御指令値)に即時に追従するようになっている。
【０００６】
目標ＥＧＲ量はエンジン回転数と充填効率から決定される。ステップモータは回転角がステップ的に変化するが、エンジン回転数等に常に追従する制御を行うと頻繁なＥＧＲバルブの開閉が生じることがあるので耐久性の面で不利である。この現象を抑制するために従来、ステップモータの目標位置と現在位置の差が２ステップ(１ステップのヒステリシス)以上なければステップモータの位置を変更しないヒステリシス付き制御を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来のＥＧＲバルブ制御装置による制御では、演算されたステップモータの目標位置と現在位置の差が２ステップ(１ステップのヒステリシス)以上ない場合、ヒステリシス制御によってステップモータの目標位置と現在位置がずれたままであるので、精密制御の面で問題があった。
【０００８】
また、従来のヒステリシス制御の１ステップのヒステリシスでは必ずしも十分なヒステリシスではなく、エンジン回転数変化等により頻繁なＥＧＲバルブの開閉が生じることがあるので耐久性の面で問題があった。
【０００９】
また、目標ステップモータ位置はエンジン回転と充填効率によって決定されるが、急加速時など、排気ガス再循環率(ＥＧＲ率)が高くなりすぎる場合があり、回転落ち、もたつきが生じる問題があった。
【００１０】
この発明は上記の問題を解消するためになされたもので、ステップモータを用いてＥＧＲ量を精密かつ適正に制御しバルブ耐久性の向上を図ることのできるＥＧＲバルブ制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、排気通路と吸気通路を連通する排気還流通路を開閉するＥＧＲバルブの開度をステップモータにより離散的に調整するＥＧＲバルブの制御装置であって、内燃機関の運転状態を検出する手段と、上記内燃機関運転状態検出手段による運転状態に応じてステップモータの目標位置を演算するステップモータ目標位置演算手段と、ステップモータの現在位置と上記目標位置の差を演算する差演算手段と、上記ステップモータの現在位置と目標位置の差が予め定められた２以上のステップ数分より大きい時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御すると共に、上記現在位置と目標位置の差が予め定められた２以上の上記ステップ数分以下の時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御することなくステップモータの位置を保持するヒステリシス付き制御を行うヒステリシス付き駆動制御手段と、上記ヒステリシス付き制御中に、上記ステップモータの現在位置と目標位置に予め定められた２以上の上記ステップ数分以下の差がある期間が、ＥＧＲバルブの開閉が頻繁になり過ぎないような所定時間を超えて継続した場合にステップモータを上記目標位置に従って駆動制御する強制駆動制御手段と、を備えたことを特徴とするＥＧＲバルブ制御装置にある。
【００１２】
また、低速運転であることを判定する低速時判定手段と、急加速状態にあることを判定する急加速判定手段と、を備え、上記ヒステリシス付き駆動制御手段が、低速時に急加速が検出された場合に、上記ステップモータの現在位置の上記運転状態に応じて演算された目標位置への追従速度を遅くすることを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、上記ヒステリシス付き駆動制御手段が、上記ステップモータの現在位置と目標位置の差が２ステップ分より大きい時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御すると共に、上記現在位置と目標位置の差が２ステップ分以下の時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御することなくステップモータの位置を保持するヒステリシス付き駆動制御を行うことを特徴とする。
また、上記ヒステリシス付き駆動制御手段が、上記ステップモータの現在位置と目標位置の差が２ステップから４ステップまでのいずれか１つのステップ数分より大きい時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御すると共に、上記現在位置と目標位置の差が上記ステップ数分以下の時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御することなくステップモータの位置を保持するヒステリシス付き駆動制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下この発明を実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明によるＥＧＲバルブ制御装置を設けた内燃機関の制御装置全体の構成を示す図である。図１において、エアクリーナ１は空気取り入れ口側に設けられ空気を浄化し、エアフローセンサ３は取り入れられる空気の量を検出する。スロットル駆動モータ５は取り入れる空気の量を調節するスロットルを駆動し、スロットル開度センサ７はスロットルの開度を検出する。
【００１５】
内燃機関９はエンジンであり、インジェクタ１３は燃料を噴射して内燃機関９に供給し、点火プラグ１５は内燃機関９内で圧縮された混合気に点火して爆発を起こさせる。ＥＧＲ駆動装置１７はこの発明に関連する排気通路４と吸気通路２を連通する排気還流通路６における排気還流量を制御するものである。
【００１６】
ＮＯx吸収剤２１はＮＯxを吸収することにより排気ガスを浄化する装置であり、通常これの上流側および下流側には空燃比センサや温度センサ(図示せず)が設けられている。
【００１７】
電子制御装置２７は内燃機関の運転制御を総合的に行う制御ユニットであり、一般的にＣＰＵ２７ａ、制御のためのプログラム等を格納したＲＯＭ２７ｂ、制御に必要なデータ等を格納するＲＡＭ２７ｃ、バックアップＲＡＭ２７ｄ、入力ポート２７ｅ、出力ポート２７ｆ等から構成される。そしてこの電子制御装置２７には上記各センサ、駆動装置の他にも、変速機２９、クランク角センサ３１、速度センサ３３および走行距離計３５等が接続されている。
【００１８】
図２は図１の内燃機関の制御装置のうちこの発明によるＥＧＲバルブ制御装置に係わる部分だけをブロック化して示したものである。ＥＧＲ駆動装置１７はＥＧＲバルブ１７ｂとこれの開度を制御するステップモータ１７ａから構成される。ＥＧＲ駆動装置１７は各センサからの検出結果に従って電子制御装置２７からの信号により制御される。電子制御装置２７は大まかな機能ブロックで示したもので、運転状態検出手段２７０１、ＥＧＲ制御量演算手段２７０２、ＥＧＲ制御手段２７０３で示される。
【００１９】
なお、運転状態検出手段２７０１が、内燃機関運転状態検出手段と、を含む。またＥＧＲ制御量演算手段２７０２が、ステップモータ目標位置演算手段と、差演算手段と、低速時判定手段と、急加速判定手段と、を含む。またＥＧＲ制御手段２７０３が、ヒステリシス付き駆動制御手段と、強制駆動制御手段と、追従速度遅延駆動制御手段とを含む。
【００２０】
図３には図２の運転状態検出手段２７０１、ＥＧＲ制御量演算手段２７０２、ＥＧＲ制御手段２７０３で行われる制御動作のフローチャートを示す。以下、この発明によるＥＧＲバルブ制御の処理動作について図３に従って説明する。
【００２１】
図３はＥＧＲバルブ制御のための制御動作フローチャートを示し、この制御動作のルーチンは所定時間毎に実行される。
【００２２】
処理がこのルーチンヘ移行すると、まずステップ１０１において、各種センサから運転状態が読み込まれる。次にステップ１０２において、ステップ１０１で読み込まれた運転状態に応じたステップモータの目標ＥＧＲ制御量が演算される。目標ＥＧＲ制御量は例えばクランク角センサ３１からのエンジン回転数およびエアフローセンサ３からの充填効率に基づいて、例えばバックアップＲＡＭ２７ｄに符号２７０で示すように予め格納されたマップに従って目標制御位置を求める。
【００２３】
続いて、ステップ１０３において、現在のステップモータ１７ａの位置とステップ１０２において求められた目標位置の差ＤＩＦが演算され、判定される。この判定結果が２ステップ(step)より大きい差がある時のみステップ１０４が実行され、バックアップＲＡＭ２７ｄ中のフラグＸＤＲＶが１に設定される。
【００２４】
ステップ１０３、１０４の次はいずれもステップ１０５が実行される。ここではステップモータ１７ａの目標位置と現在位置の差がある期間、すなわちヒステリシス期間が所定時間を超えているかどうかが判定される。この判定結果が所定時間を越えていた場合のみステップ１０６が実行され、バックアップＲＡＭ２７ｄ中のフラグＸＤＲＶが１に設定される。なお、時間測定のための時間計測手段としては、例えば電子制御装置２７内でプログラムで構成されるタイマ(特に図示)を使用すればよい。
【００２５】
ステップ１０５、１０６の次はいずれもステップ１０７が実行される。ここでステップ１０１で読み込まれた運転状態から低車速かつ急加速状態であるかどうかが判定される。判定結果が低車速かつ急加速状態である場合のみステップ１０８が実行され、バックアップＲＡＭ２７ｄ中のフラグＤｕｌｌが１に設定される。なお、例えば低車速は車速センサ３３、急加速はエアフローセンサ３又はスロットル角度センサ７からの信号とそれぞれの判定の基準となる値との比較により低車速、急加速の状態にあるか否かが判断できる。
【００２６】
ステップ１０７，１０８の次はいずれもステップ１０９が実行される。ここでフラグＸＤＲＶ＝１かつフラグＤｕ１１＝１であるか否かが判定される。この判定結果がフラグＸＤＲＶ＝１かつフラグＤｕｌｌ＝１である場合のみ、ステップ１１０が実行される。ステップ１１０ではステップ１０２で演算されたステップモータの目標制御位置へなまし制御をおこないつつステップモータ１７ａが駆動される。
【００２７】
ステップ１０９の次はステップ１１１が実行される。ここでフラグＸＤＲＶだけがフラグＸＤＲＶ＝１であるか否か判定される。この判定結果がフラグＸＤＲＶ＝１である場合のみ、ステップ１１２が実行される。ステップ１１２ではステップ１０２で演算されたステップモータの目標制御位置ヘステップモータ１７ａが駆動される。
【００２８】
ステップ１１１、１１２の次はいずれもステップ１１３が実行される。ここでフラグＸＤＲＶ＝０、フラグＤｕｌｌ＝０のように設定される。
【００２９】
以上でＥＧＲバルブ制御は一旦終了し、次の動作へ移行する。
【００３０】
なお上記実施の形態では、ステップ１０３において、ステップモータ１７ａの現在位置と目標位置の差ＤＩＦが２ステップ(step)より大きい差がある時にフラグＸＤＲＶ＝１とする２ステップのヒステリシスを設けた制御としているが、状況に応じて差ＤＩＦが３ステップ(step)より大きい差である時、あるいは４ステップ(step)以上より大きい差である時にフラグＸＤＲＶ＝１とする３ステップ以上のヒステリシスを設けた制御としてもよい。
【００３１】
また、上記処理動作における種各の検出等に関しては異なるセンサ、テーブル等を使った幾つかの検出方法がそれぞれあり、ここで示すのは一例に過ぎず、これに限定されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、排気通路と吸気通路を連通する排気還流通路を開閉するＥＧＲバルブの開度をステップモータにより離散的に調整するＥＧＲバルブの制御装置であって、内燃機関の運転状態を検出する手段と、上記内燃機関運転状態検出手段による運転状態に応じてステップモータの目標位置を演算するステップモータ目標位置演算手段と、ステップモータの現在位置と上記目標位置の差を演算する差演算手段と、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御すると共にステップモータの目標位置と現在位置の差が２以上の所定のｎステップ数分以下であればステップモータの位置を保持する２ステップ以上のヒステリシス付き制御を行うヒステリシス付き駆動制御手段と、ステップモータの目標位置と現在位置が所定時間の間ずれたままであれば上記ヒステリシス付き制御をやめてステップモータを上記目標位置に駆動させる強制駆動制御手段と、を備えたことを特徴とするＥＧＲバルブ制御装置としたので、ヒステリシスを２ステップ以上持つことにより従来に比べてエンジン回転数変動等に対する感度が緩和され、ＥＧＲバルブのばたつき動作が減少し、ＥＧＲバルブの耐久性が向上する。また、所定時間以上の間、目標位置と現在位置に差があれば強制的にステップモータの位置を目標位置へ設定することにより、より精密な制御が実現される。
【００３３】
また、低速運転であることを判定する低速時判定手段と、急加速状態にあることを判定する急加速判定手段と、低速時に急加速が検出された場合に上記運転状態に応じて演算されたステップモータの目標位置への追従速度を遅くする追従速度遅延駆動制御手段をさらに備えたので、低車速かつ急加速時にはＥＧＲバルブの目標位置への追従制御を遅くするなまし処理を行うことにより、回転数の回転数落ち、もたつき(応答遅れ)が抑えられ、ドライバビリティが向上する。
【００３４】
また、上記ヒステリシス付き駆動制御手段が、ステップモータの目標位置と現在位置の差が２ステップ分以下であればステップモータの位置を保持する２ステップのヒステリシス付き駆動制御を行うようにしたので、ＥＧＲバルブの耐久性が向上しつつ、特により精密な制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明によるＥＧＲバルブ制御装置を設けた内燃機関の制御装置全体の構成を示す図である。
【図２】 図１の内燃機関の制御装置のうちこの発明によるＥＧＲバルブ制御装置に係わる部分だけをブロック化して示した図である。
【図３】 この発明によるＥＧＲバルブ制御の制御動作フローチャートである。
【符号の説明】
２ 吸気通路、４ 排気通路、６ 排気環流通路、９ 内燃機関、１７ ＥＧＲ駆動装置、１７ａ ステップモータ、１７ｂ ＥＧＲバルブ、２７ 電子制御装置。

Claims (4)

  1. 排気通路と吸気通路を連通する排気還流通路を開閉するＥＧＲバルブの開度をステップモータにより離散的に調整するＥＧＲバルブの制御装置であって、
    内燃機関の運転状態を検出する手段と、
    上記内燃機関運転状態検出手段による運転状態に応じてステップモータの目標位置を演算するステップモータ目標位置演算手段と、
    ステップモータの現在位置と上記目標位置の差を演算する差演算手段と、
    上記ステップモータの現在位置と目標位置の差が予め定められた２以上のステップ数分より大きい時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御すると共に、上記現在位置と目標位置の差が予め定められた２以上の上記ステップ数分以下の時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御することなくステップモータの位置を保持するヒステリシス付き制御を行うヒステリシス付き駆動制御手段と、
    上記ヒステリシス付き制御中に、上記ステップモータの現在位置と目標位置に予め定められた２以上の上記ステップ数分以下の差がある期間が、ＥＧＲバルブの開閉が頻繁になり過ぎないような所定時間を超えて継続した場合にステップモータを上記目標位置に従って駆動制御する強制駆動制御手段と、
    を備えたことを特徴とするＥＧＲバルブ制御装置。
  2. 低速運転であることを判定する低速時判定手段と、急加速状態にあることを判定する急加速判定手段と、を備え、上記ヒステリシス付き駆動制御手段が、低速時に急加速が検出された場合に、上記ステップモータの現在位置の上記運転状態に応じて演算された目標位置への追従速度を遅くすることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲバルブ制御装置。
  3. 上記ヒステリシス付き駆動制御手段が、上記ステップモータの現在位置と目標位置の差が２ステップ分より大きい時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御すると共に、上記現在位置と目標位置の差が２ステップ分以下の時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御することなくステップモータの位置を保持するヒステリシス付き駆動制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲバルブ制御装置。
  4. 上記ヒステリシス付き駆動制御手段が、上記ステップモータの現在位置と目標位置の差が２ステップから４ステップまでのいずれか１つのステップ数分より大きい時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御すると共に、上記現在位置と目標位置の差が上記ステップ数分以下の時に、ステップモータを上記目標位置に従って駆動制御することなくステップモータの位置を保持するヒステリシス付き駆動制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲバルブ制御装置。
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