JP4241035B2 - 排気ガス再循環バルブの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、排気ガスの再循環系中に備わる排気ガス再循環「以下、EGR(Exhaust Gas Recirculation)と称する」バルブの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1はエンジンEの排気通路aと吸気通路bを連通する排気還流通路cにEGRバルブの制御弁11を配置した構成図である。このEGRバルブの制御装置は、例えば、エンジンコントローラユニット(以下、ECUと称する)51によって、直流モータM(以下、モータMと称する)を駆動制御し、このモータMによって制御弁11を開閉制御するようになっており、そのモータMを制御することにより、制御弁11の開度が調整される。
ところで、従来のEGRバルブの制御装置は、付勢手段によって制御弁11の閉方向に所定のリターントルクを付与し、かつモータMの開方向の駆動によって、制御弁11を開方向に可変するモータトルクを付与し、それらのトルクバランスにより制御弁11を開閉するものである。
【0003】
そして、前記制御弁11の目標開閉位置に応じたモータトルクを発生させるように、前記モータMをオープンループ制御するオープンループ制御系と、前記制御弁11の目標開閉位置に対応する入力データと前記制御弁11の現開閉位置の検出データとの偏差に基づいて、前記モータMをフィードバック制御するフィードバック制御系とを備えたものが例えば、特開平11−159405号公報に記載されている。
【0004】
まず、このモータMを用いた駆動方法について説明する。制御弁11の開度をモータMによりフィードバック制御する場合、制御弁11の開度を摺動抵抗式のようなポジションセンサを用い、連続的に検知してフィードバックすることにより、モータMの発生トルクを連続的に制御して、制御弁11の調整開度の分解能を理論上無限に小さくすることができる。
【0005】
このようなモータMを用いたEGRバルブの制御装置は、いわゆるトルクバランス方式を採用し、付勢手段としてのスプリングによって閉方向に所定のリターントルクを付与し、かつモータMの開方向の駆動によって開方向に可変のモータMトルクを付与し、それらのトルクバランスにより開弁位置を決定する。
【0006】
このような制御装置の場合、EGRバルブには、常にリターントルクが付与されることになるため、図2のようなフリクションによるヒステリシスを持ったラインA,Bの傾きによって開閉位置(シフト量)が変化することになる。
【0007】
ここで、ラインAはモータトルクを増大させて制御弁11を開くときの作動特性、ラインBはモータトルクを減少させて制御弁11を閉じるときの作動特性であり、リターントルクを付与するスプリングのばね定数により作動特性A,Bの傾きが変化し、そのセットトルクの大きさにより作動特性A,Bが図2中の左右にシフトする。
【0008】
いま、このような作動特性の制御弁11を制御するために、単に、制御弁11の目標開閉位置に対応する入力データと該制御弁の現開閉位置の検出データとの偏差に基づいて、モータMをP(比例)I(積分)制御する方法を採用した場合を想定する。この場合には、図2のような作動特性A,Bとの関連から、制御弁11を目標開口位置に安定させることが難しくなる。
【0009】
すなわち、モータトルクを増大させて制御弁11を目標開口位置まで開かせるためには、図2の作動特性A上に沿った制御を実行すべくモータトルクを増加させる。このような制御下においてイナーシャーや外乱等の影響によって開弁位置が目標値を通過した場合には駆動方向を反転させる。しかしヒステリシスが存在するとただちに動作が反転せずに遅れを生じる。仮にヒステリシスによる遅れを考量せずにPゲインやIゲインを設定すると図3に示すように振動する。従ってヒステリシスの補正が行わない場合にはPゲインとIゲインが制限され応答性がそこなわれる。
【0010】
このような事態を考慮し、モータMを用いたいわゆるトルクバランスの駆動方式による制御弁11の制御装置の構成を図4、図5により説明する。図4において、1は排気ガスの再循環系中に介在する排気還流通路cの一部をなす通路が内部に形成されたバルブボディであり、制御弁11が図のように上動してシート12に接することによって排気還流通路cが閉じられ、制御弁11が下動してシート12から離れることによって排気還流通路cが開かれる。
【0011】
2はモータMを内蔵するモータケースである。このモータMにおいて、21はコイル22が巻回されたロータ、23はマグネット24を備えたヨークであり、ロータ21の下端部は、ベアリング27によってバルブボディ1に回転自在に支持されている。
【0012】
ロータ21の内部にはモータシャフト31が螺合されており、そのモータシャフト31は、ボディ1のガイドブッシュ13によって回り止めされている。したがって、ロータ21の回動量に応じてモータシャフト31が上下動することになる。モータシャフト31の下端には弁シャフト14が当接されており、その弁シャフト14の中間部は、ガイドシール15とガイドプレート16によってバルブボディ1に上下動自在にガイドされ、また弁シャフト14の下端には制御弁11が取り付けられている。
【0013】
17はガイドシールカバーである。弁シャフト14の上端に取り付けられたスプリングシート18とガイドプレート16との間には、弁シャフト14を上方、つまり、制御弁11を閉成方向に付勢するためのリターンスプリング19が介在されている。
【0014】
このように構成された制御弁11は、前述したようなトルクバランス方式により駆動される。すなわち、制御弁11は、付勢手段としてのリターンスプリング19によって制御弁11の閉弁方向に所定のリターントルクを付与され、かつモータMの駆動によって開弁方向に可変のモータトルクを付与され、それらのトルクバランスにより制御弁11を開閉制御する。
【0015】
図5は、モータMに駆動信号を供給するECU51を示す回路ブロック図であり、50はモータMの駆動力を決定するマイクロコンピュータ形態の制御部、52はバッテリ、53は制御部50の出力を変換してモータMに供給するモータ駆動力変換部であり、ツェナーダイオード53a、モータMに流れる電流を一方向のみとするダイオード53b、FET(電解効果形トランジスタ)53c、制御部50とFET53cとの間に設けたインタフェース53dにより構成されている。56は制御部50の駆動電圧(5V)を確保するためのレギュレータである。
【0016】
制御部50には、車両各部に設けられたセンサ、例えばクランク角センサ等の運転状態量センサ57からの検出信号と、ポジションセンサ40からの検出信号がそれぞれインタフェース58,59を介して入力される。本例のポジションセンサ40は、電圧供給部60から定電圧(5V)が印加される抵抗体41上にて移動する可動接点部42を備えており、その可動接点部42がロータ21の回動に伴って移動することにより、その可動接点部42から、モータシャフト31の移動位置に応じた電圧が検出信号として出力される。
【0017】
また、上記モータ駆動力変換部53は、モータMに加える電圧を一定周期でオン、オフさせ、その1周期当たりのオン時間とオフ時間の比(駆動デューティ)に応じたPWM信号によりFET53cをスイッチ動作させて、モータMに加える平均駆動電圧を制御するようになっている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排気ガス再循環バルブの制御装置は以上のように構成されているので、制御弁とシートなどの摩耗によって該制御弁の閉成位置が経時的に変化した場合に、制御弁の開成位置とモータのロータ原点とがずれてしまい、制御弁の開弁を開始する開弁開始位置が変化し、制御弁の正確な開閉制御ができなくなるという課題があった。
【0019】
この発明は上記の課題を解消するためになされたもので、開弁開始位置を正確に検出し、正確に開弁制御を行うことができる排気ガス再循環バルブの制御装置を得ることを目的とする。
また、閉弁時にモータシャフトがモータの作動範囲を規制するストッパに強く衝突することを防止することのできる排気ガス再循環バルブの制御装置を得ることを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る排気ガス再循環バルブの制御装置は、開閉弁を有する弁シャフトと、この弁シャフトを閉じ方向に付勢するリターンスプリングと、弁シャフトに当接したモータシャフトを開弁方向に駆動するモータと、モータシャフトの位置を検出する位置検出センサと、モータシャフトを開弁方向と閉弁方向とに往復移動させ、この移動時におけるモータシャフトと弁シャフトとの関連位置を検出した位置検出センサの検出信号によって開弁開始位置を演算する演算手段を備え、演算手段は、モータを駆動させ、モータシャフトで弁シャフトを押し動かして開弁させた後、このモータの駆動力を順次弱めてリターンスプリングの付勢力で弁シャフトを閉弁方向に移動させ、その閉弁時のモータシャフト位置を全閉位置として検出するとともに、さらにモータシャフトを弁シャフトから離れる方向に移動させた後、再びモータシャフトを弁シャフトに当接する方向に移動させて両者の当接位置を確認位置として検出し、この確認位置と全閉位置との偏差が許容偏差内であれば、全閉位置を開弁開始位置とするものである。
【0021】
この発明に係る排気ガス再循環バルブの制御装置における演算手段は、モータを駆動させ、モータシャフトが弁シャフトを押し動かして開弁させた後、このモータの駆動力を順次弱めてリターンスプリングの付勢力で弁シャフトを閉弁方向に移動させ、その閉弁時のモータシャフト位置を全閉位置として検出するとともに、さらにモータシャフトを弁シャフトから離れる方向に移動させた後、再びモータシャフトを弁シャフトに当接する方向に移動させて両者の当接位置を確認位置として検出し、この確認位置と全閉位置との偏差が許容偏差内でないときは、再度前記の動作を繰り返して確認位置と全閉位置との偏差が許容偏差内であるかを検出するものである。
【0022】
この発明に係る排気ガス再循環バルブの制御装置は、開閉弁を有する弁シャフトと、この弁シャフトを閉じ方向に付勢するリターンスプリングと、弁シャフトに当接したモータシャフトを開弁方向に駆動するモータと、モータシャフトの位置を検出する位置検出センサと、モータシャフトを開弁方向と閉弁方向とに往復移動させ、この移動時におけるモータシャフトと弁シャフトとの関連位置を検出した位置検出センサの検出信号によって開弁開始位置を演算する演算手段を備え、演算手段は、モータに供給する開弁方向の駆動力を順次増加させて、モータシャフトと弁シャフトが当接して駆動力の変化のあったデューティを検出し、さらにモータの駆動力を順次に増加させて開弁させた後、モータの駆動力を順次に減少させて閉弁させ、モータシャフトが弁シャフトから離脱して駆動力の変化のあったデューティを検出し、このデューティと先に検出したデューティとの偏差が許容範囲内であれば該先のデューティを検出したときのモータシャフト位置を開弁開始位置とするものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
この発明における開弁位置検出動作を説明する。まず、図6に示すように、モータMに開弁駆動力(デューティ)を供給して開弁し、直ちに駆動力を「0」にしてリターンスプリングの付勢力で閉弁させる動作を数回繰り返した後、図7に示すように、モータMを駆動させ、モータシャフト31で弁シャフト14を押し動かして開弁させた後、このモータMの駆動力を順次弱めてリターンスプリング19の付勢力で前記弁シャフト14を閉弁方向に移動させ、その閉弁時の前記モータシャフト位置を全閉位置(図7の領域A)として検出するとともに、さらにモータシャフト31を弁シャフト14から離れる方向に移動させた後、再びモータシャフト31を弁シャフト14に当接する方向に移動させて両者の当接位置を確認位置(図7の領域B)として検出し、この確認位置と前記全閉位置との偏差が許容偏差内であれば、前記全閉位置を開弁開始位置とする
【0024】
以下、この開弁開始位置検出動作を含む装置全体の動作を図8から図19について説明する。図8において、動作を開始すると、まず、制御デューティを「0」にセットするとともにリトライを「0」にセットする。ステータスを正常とし、シーケンスを「1」とした後、タイマ割り込みをセットし、割り込み許可、原点読み込み処理の終了を待つ(ステップST1〜ステップST7)。
【0025】
そして、図9に示す割り込み処理に移行し、シーケンス「1」であるかを判断し、YESであれば、図10に示す予備動作準備に移行し、この予備動作準備の実行過程でシーケンスを「2」にする。図11に示す予備動作実行を行ってシーケンスを「3」にし、以後シーケンスが「4」〜「10」に移行するに従って、図12に示す開弁準備、図13に示すヒステリシス検出のための開弁、図14に示すヒステリシス検出準備、図15に示すヒステリシス検出実行、図16に示す原点位置検出実行、図17に示す検出値確認準備、図18に示す検出値確認、図19に示す原点読み込み終了の各割り込み動作を行う。
【0026】
なお、上記各フローチャートの記号で、RETRY(リトライ)は動作回数を、STATUS(ステータス)は正常、異常等の状態表示を、SEQはシーケンスを、TIMEは各シーケンスに与えられた割り込み時間を、D(t),D1〜D4はモータに与えられる駆動力であるDUTY(デューティ)を、ΔSは現在のセンサ出力値S(t)と前回のセンサ出力値S(t-1)との偏差をそれぞれ示す。また、許容偏差、目標開弁位置は予め任意に決めておくものである。
【0027】
以上の割り込み動作が終了した後、タイマ割り込み解除(ステップST8)、ステータスが正常であるかを判定し(ステップST9)、YESであれば、原点電圧検出フラグを正常として(ステップST10)動作を終わる。
【0028】
一方、上記ステップST9の判断結果がNOの場合は、リトライを「1」とし(ステップST11)、リトライ回数が設定値を超えたかを判定し(ステップST12)、YESなら原点電圧検出フラグを異常として(ステップST13)動作を終わる。また、ステップST11の判断結果がNOの場合はステータスに従い検出パラメータ例えばモータMの駆動デューティを変更してステップST3に戻り、上記ステップST3以後の動作を繰り返す(ステップST14)。
【0029】
以上のように、この実施の形態1によれば、開弁時における開弁開始位置を正確に検出することができることにより、弁の開口量を正確に制御することができる。
【0030】
実施の形態2.
図20はこの発明の実施の形態2による開弁位置検出動作を説明する時間に対するモータシャフトのストローク変化とモータ駆動力(デューティ)との関係を示す図である。まず、モータMに開弁駆動力(デューティ)を供給して開弁し、直ちに駆動力を「0」にしてリターンスプリングの付勢力で開弁させる動作を数回繰り返した後、図20に示すように、モータMに供給する開弁方向の駆動力を順次増加させて、モータシャフト31と弁シャフト14が当接して駆動力の変化のあったデューティを検出した後、さらにモータの駆動力を順次に増加させて開弁させ、しかる後、モータMの駆動力を順次に減少させて閉弁させ、モータシャフト31が弁シャフト14に当接して駆動力の変化のあったデューティを検出し、このデューティと先に検出したデューティとの偏差が許容範囲内であれば該先のデューティ位置を開弁開始位置とする。図21はその開弁位置検出実行のフローチャートであり、前記図16と同様の動作を行うもので、詳細な説明は省略する。
【0031】
以上のように、この実施の形態2によれば、デューティとの偏差により、開弁時における開弁開始位置を正確に検出することができることにより、弁の開口量を正確に制御することができる。
【0032】
実施の形態3.
図22はこの発明の実施の形態3によるEGRバルブを示す一部を切り欠いた縦断面図であり、図中32は開弁力よりは弱い力でモータシャフト31を開弁方向に付勢するアシストスプリングである。他の構成は前記図4に示す構成と同じであるから同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0033】
次に動作について説明する。
閉弁時は、モータMの駆動力を順次低下させていくと、リターンスプリング19の付勢力がモータMの駆動力より強くなり、弁シャフト14はモータシャフト31を押しながら閉弁方向に押し動かされる。この時、アシストスプリング32がスプリングシート33で圧縮されて付勢力が強くなり、モータシャフト31の閉弁方向への移動量を抑制する。
【0034】
以上のように、この実施の形態3によれば、アシストスプリング32の付勢力がモータシャフト31の閉弁方向への移動を抑制するので、モータシャフト31の先端が作動範囲を規制するストッパに強く衝突することを確実に防止することができる。
【0035】
以上のように、この発明に係る排気ガス再循環バルブの制御装置は、排気通路aの排気の一部を吸気通路bに戻すことを、エンジンの作動状態の変化に迅速に応答して行うことに適している。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、開閉弁を有する弁シャフトと、この弁シャフトを閉じ方向に付勢するリターンスプリングと、弁シャフトに当接したモータシャフトを開弁方向に駆動するモータと、モータシャフトの位置を検出する位置検出センサと、モータシャフトを開弁方向と閉弁方向とに往復移動させ、この移動時におけるモータシャフトと弁シャフトとの関連位置を検出した位置検出センサの検出信号によって開弁開始位置を演算する演算手段を備え、演算手段は、モータを駆動させ、モータシャフトで弁シャフトを押し動かして開弁させた後、このモータの駆動力を順次弱めてリターンスプリングの付勢力で弁シャフトを閉弁方向に移動させ、その閉弁時のモータシャフト位置を全閉位置として検出するとともに、さらにモータシャフトを弁シャフトから離れる方向に移動させた後、再びモータシャフトを弁シャフトに当接する方向に移動させて両者の当接位置を確認位置として検出し、この確認位置と全閉位置との偏差が許容偏差内であれば、全閉位置を開弁開始位置とするように構成したので、複雑な装置構成を必要とすることなく、弁の開き始める開弁開始位置を正確に検出することができ、弁の開き量を正確に制御することができる。
【0037】
以上のように、この発明によれば、演算手段は、モータを駆動させ、モータシャフトが弁シャフトを押し動かして開弁させた後、このモータの駆動力を順次弱めてリターンスプ リングの付勢力で弁シャフトを閉弁方向に移動させ、その閉弁時のモータシャフト位置を全閉位置として検出するとともに、さらにモータシャフトを弁シャフトから離れる方向に移動させた後、再びモータシャフトを弁シャフトに当接する方向に移動させて両者の当接位置を確認位置として検出し、この確認位置と全閉位置との偏差が許容偏差内でないときは、再度前記の動作を繰り返して確認位置と全閉位置との偏差が許容偏差内であるかを検出するように構成したので、弁の開き始める開弁開始位置をより正確に検出することができ、弁の開き量をより正確に制御することができる。
【0038】
以上のように、この発明によれば、開閉弁を有する弁シャフトと、この弁シャフトを閉じ方向に付勢するリターンスプリングと、弁シャフトに当接したモータシャフトを開弁方向に駆動するモータと、モータシャフトの位置を検出する位置検出センサと、モータシャフトを開弁方向と閉弁方向とに往復移動させ、この移動時におけるモータシャフトと弁シャフトとの関連位置を検出した位置検出センサの検出信号によって開弁開始位置を演算する演算手段を備え、演算手段は、モータに供給する開弁方向の駆動力を順次増加させて、モータシャフトと弁シャフトが当接して駆動力の変化のあったデューティを検出し、さらにモータの駆動力を順次に増加させて開弁させた後、モータの駆動力を順次に減少させて閉弁させ、モータシャフトが弁シャフトから離脱して駆動力の変化のあったデューティを検出し、このデューティと先に検出したデューティとの偏差が許容範囲内であれば該先のデューティを検出したときのモータシャフト位置を開弁開始位置とするように構成したので、複雑な装置構成を必要とすることなく、弁の開き始める開弁開始位置を正確に検出することができ、弁の開き量を正確に制御することができる。
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】 エンジン排気系の概略説明図である。
【図2】 トルクバランス駆動方式のEGRバルブにおけるモータMトルク対制御弁の開閉位置の特性図である。
【図3】 時間とモータシャフトの動作位置との関係を示す特性図である。
【図4】 EGRバルブの縦断面図である。
【図5】 モータMを用いたいわゆるトルクバランスの駆動方式による制御装置の構成図である。
【図6】 この発明における開弁位置検出時の弁開閉動作説明図である。
【図7】 この発明における開弁位置検出時の時間に対するモータシャフトのストローク変化とモータ駆動力(デューティ)との関係を示す図である。
【図8】 この発明における制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図9】 この発明の割り込み処理を説明するフローチャートである。
【図10】 予備動作準備のフローチャートである。
【図11】 予備動作実行のフローチャートである。
【図12】 開弁準備のフローチャートである。
【図13】 ヒステリシス検出のための閉弁のフローチャートである。
【図14】 ヒステリシス検出準備のフローチャートである。
【図15】 ヒステリシス検出実行のフローチャートである。
【図16】 原点位置検出実行のフローチャートである。
【図17】 検出値確認準備のフローチャートである。
【図18】 検出値確認のフローチャートである。
【図19】 原点呼び込み終了のフローチャートである。
【図20】 この発明の実施の形態2による開弁位置検出動作を説明する時間に対するモータシャフトのストローク変化とモータ駆動力(デューティ)との関係を示す図である。
【図21】 その開弁位置検出実行のフローチャートである。
【図22】 この発明におけるEGRバルブの縦断面図である。
【0040】
【符号の説明】
1 バルブボディ、2 モータケース、11 制御弁、12 シート、13 ガイドブッシュ、14 弁シャフト、15 ガイドシール、16 ガイドプレート、17 ガイドシールカバー、18 スプリングシート、19 リターンスプリング、21 ロータ、22 コイル、23 ヨーク、24 マグネット、27 ベアリング、31 モータシャフト、40 ポジショニングセンサ、41 抵抗体、42 可動接点部、50 制御部、51 ECU、52 バッテリ、53 モータ駆動力変換部、53a ツェナーダイオード、53b ダイオード、53c FET、53d,59 インタフェース、56 レギュレータ、57 運転状態量センサ、60 電源供給部。
Claims (3)
- 開閉弁を有する弁シャフトと、この弁シャフトを閉じ方向に付勢するリターンスプリングと、前記弁シャフトに当接したモータシャフトを開弁方向に駆動するモータと、前記モータシャフトの位置を検出する位置検出センサと、前記モータシャフトを開弁方向と閉弁方向とに往復移動させ、この移動時における前記モータシャフトと前記弁シャフトとの関連位置を検出した前記位置検出センサの検出信号によって開弁開始位置を演算する演算手段を備え、
前記演算手段は、前記モータを駆動させ、前記モータシャフトで前記弁シャフトを押し動かして開弁させた後、このモータの駆動力を順次弱めて前記リターンスプリングの付勢力で前記弁シャフトを閉弁方向に移動させ、その閉弁時の前記モータシャフト位置を全閉位置として検出するとともに、さらに前記モータシャフトを前記弁シャフトから離れる方向に移動させた後、再び前記モータシャフトを前記弁シャフトに当接する方向に移動させて両者の当接位置を確認位置として検出し、この確認位置と前記全閉位置との偏差が許容偏差内であれば、前記全閉位置を開弁開始位置とすることを特徴とする排気ガス再循環バルブの制御装置。 - 演算手段は、モータを駆動させ、モータシャフトが弁シャフトを押し動かして開弁させた後、このモータの駆動力を順次弱めてリターンスプリングの付勢力で前記弁シャフトを閉弁方向に移動させ、その閉弁時の前記モータシャフト位置を全閉位置として検出するとともに、さらに前記モータシャフトを前記弁シャフトから離れる方向に移動させた後、再び前記モータシャフトを前記弁シャフトに当接する方向に移動させて両者の当接位置を確認位置として検出し、この確認位置と前記全閉位置との偏差が許容偏差内でないときは、再度前記の動作を繰り返して前記確認位置と前記全閉位置との偏差が許容偏差内であるかを検出することを特徴とする請求項1記載の排気ガス再循環バルブの制御装置。
- 開閉弁を有する弁シャフトと、この弁シャフトを閉じ方向に付勢するリターンスプリングと、前記弁シャフトに当接したモータシャフトを開弁方向に駆動するモータと、前記モータシャフトの位置を検出する位置検出センサと、前記モータシャフトを開弁方向と閉弁方向とに往復移動させ、この移動時における前記モータシャフトと前記弁シャフトとの関連位置を検出した前記位置検出センサの検出信号によって開弁開始位置を演算する演算手段を備え、
前記演算手段は、前記モータに供給する開弁方向の駆動力を順次増加させて、前記モータシャフトと前記弁シャフトが当接して駆動力の変化のあったデューティを検出し、さらに前記モータの駆動力を順次に増加させて開弁させた後、前記モータの駆動力を順次に減少させて閉弁させ、前記モータシャフトが前記弁シャフトから離脱して駆動力の変化のあったデューティを検出し、このデューティと先に検出したデューティとの偏差が許容範囲内であれば該先のデューティを検出したときのモータシャフト位置を開弁開始位置とすることを特徴とする排気ガス再循環バルブの制御装置。
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