JP4534950B2 - 排気ガス還流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンから排気される排気ガスをエンジンの吸気側に還流する排気ガス還流路の開度を調節して、排気ガスのエミッションを低減する排気ガス還流制御装置に関する。

〔従来の技術〕
従来から、排気ガス還流制御装置は、排気ガス還流路に配置され回動することで排気ガス還流路の開度を調節する弁体と、弁体に力を与えて回動させるアクチュエータと、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、弁体の外周に配置され、弁体が全閉位置近傍にあるときに排気ガスがエンジンの吸気側に漏れるのを防止するシールリングと、アクチュエータに指令を与えて弁体の回動を制御する制御装置とを備える。

ここで、アクチュエータは、例えば、通電を受けてトルクを発生することで、弁体に力を与える電動モータである（以下、アクチュエータが弁体に与える力を付与力と呼ぶ）。そして、この電動モータは、制御装置からの指令に応じて、付与力の方向を開弁方向および閉弁方向の間で自在に切り替えることができる。

また、制御装置は、エンジンの運転状態に応じて排気ガス還流路の開度、つまり、弁体の弁位置について、その指令値を求めるとともに、この指令値と弁位置の検出値との偏差に応じて電動モータへの通電量の指令値を算出する（以下、弁位置の指令値を目標弁位置と呼び、弁位置の検出値を実弁位置と呼ぶ）。そして、この通電量の指令値に基づく制御信号が所定の駆動回路に出力されて、電動モータへの通電状態が変更される。この結果、実弁位置が目標弁位置に略一致し、エンジンの運転状態に応じた排気ガスの還流が行われる。

ところで、弁体が電動モータから付与力を与えられて目標弁位置に向けて回動する際、弁体には、付与力に抗する抵抗力が作用する。この抵抗力は、スプリングによる閉弁方向への付勢力（スプリング力）、シールリングの流路壁に対する摺動摩擦力、軸受けにおける摺動摩擦力等の合力である。そして、抵抗力を形成する分力の内、摺動摩擦力は、各部に堆積するオイルミスト、黒煙等の付着物（デポジット）の影響を受けて強くなる。

そして、デポジットの堆積により摺動摩擦力が強くなると付与力も強くする必要があるので、電動モータへの通電量が大きくなってしまい、電動モータの安定作動が確保できなくなる虞がある。このため、従来の排気ガス還流制御装置では、通電量に関し、電動モータの安定作動の面から定められる上限値が記憶され、通電量が上限値を超えたら電動モータへの通電が停止される。

しかし、電動モータへの通電が停止されると弁体には開弁方向に力が作用しなくなる。このため、弁体は、スプリング力により閉弁方向に付勢され、弁位置は全閉位置になる。この結果、排気ガスは、全量、排気側に送られてしまい、エミッションが大幅に悪化してしまう。
そこで、電動モータへの通電量が上限値を超える前に、デポジットの除去を行って摺動摩擦力を低下させ、電動モータへの通電が停止されるのを未然に防止する技術が考えられている（例えば、特許文献１、２参照）。

〔従来技術の不具合〕
しかし、デポジットの除去操作は、何らかの方法によりデポジット除去が必要と判断されてから実行される。このため、デポジット除去が必要な状態、つまり、摺動摩擦力が大きく電動モータへの通電量が上限値に近い状態に至った時点と、デポジット除去操作が行われる時点との間に時間差が生じる。この結果、急加速時のようにデポジットが短時間に多く発生しやすい時には、この時間差の間に、電動モータへの通電量が上限値に達してしまい、デポジット除去操作が実行される前に電動モータへの通電が停止される虞がある。
特開２００１−１７３４６４号公報 特開２００３−３１４３７７号公報

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、排気ガス還流制御装置において、アクチュエータに与えられる通電量等が限界に達しても、排気ガスのエミッションを大幅に悪化させることなく、アクチュエータの安定作動を確保することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の排気ガス還流制御装置は、エンジンからの排気ガスをエンジンの吸気側に還流する排気ガス還流路に配置され、回動することで排気ガス還流路の開度を調節する弁体と、弁体に力を与えて回動させるアクチュエータと、弁体の目標弁位置を算出するとともに、目標弁位置と実弁位置との偏差（以下、弁位置偏差と呼ぶ）に基づきアクチュエータに与える指令を変更して実弁位置を制御する制御装置とを備える。

そして、制御装置は、アクチュエータが弁体に与える力を示す付与力指数に関し、付与力指数が取り得る数値範囲を、アクチュエータの安定作動の面から定められる許容範囲と非許容範囲とに区分するとともに、許容範囲と非許容範囲とを区画する第１の閾値を記憶し、弁位置偏差が所定値以下であり、かつ、付与力指数が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、エンジンの吸気側に排気ガスが実質的に還流している状態を維持しながら、アクチュエータに与える指令を変更して付与力指数を許容範囲に移行させる。

ここで、「付与力指数」とは、例えば、アクチュエータが電動モータである場合、この電動モータへの通電量や、通電量に相当するもの（例えば、制御装置から駆動回路に出力される制御信号のデューティ比）であり、付与力と何らかの相関を有する変数である。
また、「アクチュエータの安定作動」とは、例えば、アクチュエータが電動モータである場合、通電に伴う発熱等により運転性能の変動が生じても、この変動が所定の予測範囲内に収まっている作動状態である。

そして、上記構成を採用することにより、付与力指数は、弁位置偏差が所定値以下になった場合（つまり、実弁位置が目標弁位置近傍に略一致した場合）、一時的に非許容範囲に移行することがあっても、ほとんど許容範囲内で推移する。すなわち、アクチュエータに与えられる通電量等が上限値等の限界に達したり、限界を超えたりすることがあっても、この現象は一時的なものに限定される。このため、アクチュエータの安定作動を確保することができる。さらに、排気ガスの還流が実質的に行われている状態が維持されるので、排気ガスが、全量、排気側に送られる事態が発生しない。このため、排気ガスのエミッションの大幅悪化を避けることができる。

以上により、排気ガス還流制御装置において、アクチュエータに与えられる通電量等が上限値等の限界に達しても、排気ガスのエミッションを大幅に悪化させることなく、アクチュエータの安定作動を確保することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の排気ガス還流制御装置によれば、制御装置は、第１の閾値よりも安定側の数値であって、許容範囲に含まれる第２の閾値を記憶し、付与力指数を第２の閾値に略一致させることで、付与力指数を許容範囲に移行させる。
第２の閾値は、第１の閾値よりも安定側の範囲で自在に設定することができる。このため、アクチュエータの安定作動に関して、確保したい安定レベルに応じて弁位置の制御を行うことができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の排気ガス還流制御装置によれば、制御装置は、第１の閾値よりも安定側の数値であって、許容範囲に含まれる第２の閾値を記憶し、弁位置偏差が所定値以下であり、かつ、付与力指数が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、付与力指数が第１の閾値に達した時の実弁位置を目標維持弁位置として検出するとともに、付与力指数を許容範囲の方に移行させることで、実弁位置を目標維持弁位置に維持できる付与力指数の数値の中で最も安定側の数値を維持限界値として検出し、第２の閾値および維持限界値の中で安定側の数値に付与力指数を略一致させることで、付与力指数を許容範囲に移行させる。

摺動摩擦力は、弁体の回動に対しては抵抗力をなすが、弁体が所定の弁位置を維持することに対しては積極的に作用しない。このため、弁体を抵抗力に抗して回動させる際には、スプリング力と摺動摩擦力との合力よりも大きい付与力を必要とするが、所定の弁位置に弁体を留める際には、スプリング力に相当する付与力のみが必要となる。

よって、弁位置を目標弁位置に略一致させる際に付与力指数が第１の閾値に達したり、非許容範囲に移行したりしても、付与力指数が第１の閾値に達した時の弁位置を目標維持弁位置として維持しながら、付与力指数を安定側に移行させることができる。このため、排気ガスの還流量をほとんど減らすことなく、付与力指数を安定側に移行することができる。

また、アクチュエータには、通常、第１の閾値に相当する付与力がスプリング力よりも十分に強いものが採用される。つまり、アクチュエータには、スプリング力よりも十分に強い付与力を与えることができるものが採用される。このため、付与力指数を上記の維持限界値まで、つまりスプリング付与力に相当する付与力指数まで変化させれば、弁位置を閉弁側に変化させることなく、確実に付与力指数を許容範囲に移行させることができる。

さらに、アクチュエータに、第１の閾値に相当する付与力がスプリング力よりも十分に強くないものが採用されていても、つまり、スプリング力よりも十分に強い付与力を与えることができないものが採用されていても、第２の閾値を十分に安定側の数値に設定しておけば、付与力指数は、第２の閾値に略一致するように移行する。このため、弁位置が目標維持弁位置よりも閉弁側に変わり排気ガスの還流量が減るものの、排気ガスのエミッションの大幅悪化を避けることができる。

最良の形態１の排気ガス還流制御装置は、エンジンからの排気ガスをエンジンの吸気側に還流する排気ガス還流路に配置され、回動することで排気ガス還流路の開度を調節する弁体と、弁体に力を与えて回動させるアクチュエータと、弁体の目標弁位置を算出するとともに、弁位置偏差に基づきアクチュエータに与える指令を変更して実弁位置を制御する制御装置とを備える。

そして、制御装置は、アクチュエータが弁体に与える力を示す付与力指数に関し、付与力指数が取り得る数値範囲を、アクチュエータの安定作動の面から定められる許容範囲と非許容範囲とに区分するとともに、許容範囲と非許容範囲とを区画する第１の閾値を記憶し、弁位置偏差が所定値以下であり、かつ、付与力指数が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、エンジンの吸気側に排気ガスが実質的に還流している状態を維持しながら、アクチュエータに与える指令を変更して付与力指数を許容範囲に移行させる。

また、制御装置は、第１の閾値よりも安定側の数値であって、許容範囲に含まれる第２の閾値を記憶し、付与力指数を第２の閾値に略一致させることで、付与力指数を許容範囲に移行させる。

最良の形態２の排気ガス還流制御装置によれば、制御装置は、第１の閾値よりも安定側の数値であって、許容範囲に含まれる第２の閾値を記憶し、弁位置偏差が所定値以下であり、かつ、付与力指数が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、付与力指数が第１の閾値に達した時の実弁位置を目標維持弁位置として検出するとともに、付与力指数を許容範囲の方に移行させることで、実弁位置を目標維持弁位置に維持できる付与力指数の数値の中で最も安定側の数値を維持限界値として検出し、第２の閾値および維持限界値の中で安定側の数値に付与力指数を略一致させることで、付与力指数を許容範囲に移行させる。

〔実施例１の構成〕
実施例１の排気ガス還流制御装置１の構成を、図１を用いて説明する。
排気ガス還流制御装置１は、エンジン（図示せず）から排気される排気ガスをエンジンの吸気側に還流する排気ガス還流路２の開度を調節して、排気ガスのエミッションを低減するものである。

この排気ガス還流制御装置１は、図１に示すように、排気ガス還流路２に配置され回動することで排気ガス還流路２の開度を調節するバタフライ弁３と、バタフライ弁３に力を与えて回動させるアクチュエータ４と、バタフライ弁３を閉弁方向に付勢するスプリング（図示せず）と、アクチュエータ４に指令を与えてバタフライ弁３の弁位置を制御する制御装置（ＥＣＵ）５とを備える。

バタフライ弁３は、アクチュエータ４から図示しないリンク機構を介して力を付与される回動軸７と、回動軸７を中心軸とする対称的な円板状に形成された弁体８とを有する。そして、バタフライ弁３は、アクチュエータ４から付与される力（付与力）により開弁方向または閉弁方向に回動して弁位置を変え、排気ガス還流路２の開度を可変する。また、弁体８の外周には、シールリング９が装着され、バタフライ弁３が全閉位置近傍にあるときに、排気ガスのエンジンの吸気側への漏出が防止される。

ところで、バタフライ弁３がアクチュエータ４から付与力を与えられて開弁方向に回動する際、バタフライ弁３には、付与力に抗する抵抗力が作用する。この抵抗力は、スプリングによる閉弁方向への付勢力（スプリング力）、シールリング９の流路壁に対する摺動摩擦力、回動軸７の軸受けにおける摺動摩擦力等の合力である。そして、抵抗力を形成する分力の内、摺動摩擦力は、各部に堆積するオイルミスト、黒煙等の付着物（デポジット）の影響を受けて変動する。

アクチュエータ４は、例えば、通電を受けてトルクを発生することで、バタフライ弁３に付与力を与える周知の電動モータである（以下、アクチュエータ４を、電動モータ４に置き換える）。なお、電動モータ４への通電は、ＥＣＵ５から出力される制御信号が所定の駆動回路１１に入力されることで実行される。

また、電動モータ４は、ＥＣＵ５からの指令に応じて、付与力の方向を開弁方向および閉弁方向の間で自在に切り替えることができる。すなわち、電動モータ４は、通電を受けるコイルに関し、開弁方向に付与力を与える際に通電を受けるコイル、および閉弁方向に付与力を与える際に通電を受けるコイルの２つのコイルを有し、ＥＣＵ５からの指令に応じて、これらの２つのコイルの内のいずれか一方に通電を受けることができる。なお、付与力の方向の切替は、１つのコイルへの通電極性を入れ替えることでも可能である。この場合、電動モータ４は、開弁、閉弁方向それぞれに応じたコイルを個別に有する必要はなく、１つのコイルで開弁、閉弁方向の両方向に対応することができる。

ＥＣＵ５は、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種のプログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路、入力回路、出力回路等により構成される周知構造のコンピュータである。

そして、ＥＣＵ５は、バタフライ弁３の弁位置を検出する弁位置センサ１２やその他の各種センサ（例えば、クランク角センサ、アクセル開度センサ、冷却水温センサ、吸気量センサ、吸気温センサ、吸気圧センサ、排気酸素濃度センサ等）から検出信号の入力を受けて、弁位置等の各種の検出値を求め、エンジンの運転状態を把握する。

そして、ＥＣＵ５は、これらの検出値に基づき、エンジンの運転状態に応じたバタフライ弁３の弁位置の指令値（目標弁位置）を算出するとともに、目標弁位置と弁位置の検出値（実弁位置）との偏差（弁位置偏差と呼ぶ）に基づき、電動モータ４への通電量の指令値を算出する。そして、ＥＣＵ５は、この通電量の指令値に基づき、駆動回路１１に出力する制御信号のデューティ比の指令値（以下、デューティ値と呼ぶ）を算出するとともに、このデューティ値に基づく制御信号を合成して駆動回路１１に出力する。

このように、ＥＣＵ５は、弁位置偏差に基づきデューティ値をフィードバック制御するとともに、このデューティ値に基づく制御信号を駆動回路１１に出力することで、駆動回路１１を介して電動モータ４に指令を与え、バタフライ弁３の回動を制御する。

〔実施例１の特徴〕
排気ガス還流制御装置１のＥＣＵ５は、バタフライ弁３の弁位置の制御に関し、以下に述べる特徴を有する。

まず、ＥＣＵ５は、付与力を示す付与力指数に関し、付与力指数が取り得る数値範囲を、電動モータ４の安定作動の面から定められる許容範囲と非許容範囲とに区分するとともに、許容範囲と非許容範囲とを区画する第１の閾値を記憶する。

ここで、「付与力指数」とは、電動モータ４への通電量や、通電量に相当するもの（例えば、制御信号のデューティ比）であり、付与力と何らかの相関を有する変数である。そして、ＥＣＵ５は、付与力指数としてデューティ値を採用し、バタフライ弁３の弁位置の制御に用いる。

また、「電動モータ４の安定作動」とは、通電に伴う発熱等により電動モータ４に運転性能の変動が生じても、この変動が所定の予測範囲内に収まっている作動状態である。第１の閾値は、この変動の予測範囲に応じて定められる。そして、この第１の閾値により、デューティ値の取り得る数値範囲が許容範囲と非許容範囲とに区画されているので、デューティ値が許容範囲内にあれば電動モータ４の運転性能の変動が予測範囲内に収まっていると推定できる。

また、第１の閾値は、図２に示すように、最大デューティ値を示す線と、デポジットの堆積量がゼロの場合の理想操作線との間に設定される。ここで、操作線とは、バタフライ弁３を所定の弁位置で開弁方向に回動させるのに必要とされるデューティ値を、弁位置に対して連続的に示したものであり、デポジットの堆積量ごとに示されるものである。そして、理想操作線とは、デポジットの堆積量がゼロの場合の理想的な操作線である。

デューティ値は、主に、スプリング力に相当する部分（スプリング力相当分）と、シールリング９の流路壁に対する摺動摩擦力に相当する部分（弁外周摩擦力相当分）と、回動軸７の軸受けにおける摺動摩擦力に相当する部分（軸受け摩擦力相当分）とに分けることができる。

ここで、スプリング力は、弁位置が全閉位置から遠ざかるほど強くなるため、スプリング力相当分は、弁位置が全閉位置から全開位置の方に、またはオーバーターン側全開位置の方に変化するのに従って漸増する。また、スプリング力はデポジットによる影響を受けないので、スプリング力相当分の弁位置に対する相関線は、デポジットの堆積量にかかわらず同一線になる。

また、シールリング９の流路壁に対する摺動摩擦力は、シールリング９と流路壁とが接触している弁位置の範囲（実質的に、全閉状態が保たれ、バタフライ弁３を通過するガスの流量がゼロになる範囲：以下、「ガス流量ゼロ領域」と呼ぶ）においてのみ作用する（図１参照）。そして、弁位置が全閉位置に近づくほどシールリング９と流路壁との間に作用する押圧力が強くなるので、シールリング９の流路壁に対する摺動摩擦力は、全閉位置に近づくほど強くなる。このため、弁外周摩擦力相当分は、ガス流量ゼロ領域においてのみ発生し、弁位置が全閉位置の方に変化するのに従って増加する。

また、回動軸７の軸受けにおける摺動摩擦力は、弁位置にかかわらずほぼ一定である。このため、軸受け摩擦力相当分は、弁位置にかかわらず一定値となる。

以上により、理想操作線は、ガス流量ゼロ領域内において、全閉位置を頂点とする対称的な形状となり、ガス流量ゼロ領域外において、両端（つまり、全開位置およびオーバーターン側全開位置）に向けて漸増する形状となる。そして、デポジットの堆積量の増大とともに摺動摩擦力が強くなるので、各種の操作線は、デポジットの堆積量に応じて理想操作線を嵩上げしたものになる。

そして、ＥＣＵ５は、デポジットの堆積量に応じて、いずれかの操作線に沿って、または複数の操作線の間を移行しながら、実弁位置が目標弁位置に略一致するようにデューティ値をフィードバック制御する。

そして、ＥＣＵ５は、このフィードバック制御により弁位置偏差が所定値以下になり、かつ、デューティ値が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、エンジンの吸気側に排気ガスが実質的に還流している状態を維持しながら、電動モータ４に与える指令を変更してデューティ値を許容範囲に移行させる。

すなわち、ＥＣＵ５は、デューティ値が許容範囲の上限値（つまり、第１の閾値）に達したり、上限値を超えたりした場合、弁位置がガス流量ゼロ領域に達しないようにデューティ値を低減する。つまり、ＥＣＵ５は、デューティ値を低減することにより、電動モータ４への通電を持続してスプリング力により弁位置がガス流量ゼロ領域に移行するのを阻止している。

ここで、ＥＣＵ５は、第１の閾値よりも安定側の数値であって、許容範囲に含まれる第２の閾値を記憶し、デューティ値を第２の閾値に略一致させることで、デューティ値を許容範囲に移行させる。この第２の閾値は、全弁位置においてスプリング力相当分よりも大きくなるように設定されている。

例えば、１つの操作線Ｆと第１の閾値とが交差する弁位置をθＦとし、目標弁位置をθＦとして、操作線Ｆに沿うようなデューティ値のフィードバック制御が行われた場合を考える。そして、弁位置偏差が所定値以下になり、デューティ値が第１の閾値に到達したとする。この場合、ＥＣＵ５は、弁位置＝θＦの線に沿って第１の閾値から第２の閾値までデューティ値を低減させる。

なお、抵抗力をなす各分力の内、摺動摩擦力は、バタフライ弁３の回動に対しては積極的に作用するが、バタフライ弁３が所定の弁位置を維持することに対しては積極的に作用しない。このため、所定の弁位置にバタフライ弁３を留める際には、スプリング力に相当する付与力のみが必要となる。したがって、ＥＣＵ５は、デューティ値が許容範囲から第１の閾値に移行した時の値θＦに弁位置を維持しながら、デューティ値をスプリング力相当分の相関線上の値まで低減することができる。よって、ＥＣＵ５は、エンジンの吸気側に排気ガスが実質的に還流している状態を確実に維持しながら、つまり、弁位置がガス流量ゼロ領域に達することがないように、デューティ値を第２の閾値まで低減させて許容範囲に移行させることができる。

〔実施例１の制御方法〕
実施例１の排気ガス還流制御装置１による制御方法を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１では、弁位置偏差が所定値Ｄ以下であるか否かが判定される。これにより、弁位置の検出値（実弁位置）が目標弁位置に略一致しているか否かが判断される。そして、弁位置偏差がＤ以下であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２に進み、弁位置偏差がＤよりも大きければ（ＮＯ）、ステップＳ６に進む。

ステップＳ２では、デューティ値が第１の閾値以上であるか否かが判定される。これにより、デューティ値が、許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行したか否かが判断される。そして、デューティ値が第１の閾値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、デューティ値が第１の閾値よりも小さければ（ＮＯ）、ステップＳ７に進む。

ステップＳ３では、カウンタによるカウント値が所定数だけ加算される。なお、このカウンタは、ＥＣＵ５の１つの機能として構成される。また、カウント値は、デューティ値が第１の閾値または非許容範囲に移行してからの経過時間を示すものであり、以下に述べるデューティ値の制限を実行するための時間的指標として用いられる。そして、カウント値が加算されると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、カウント値が所定値Ｃ以上であるか否かが判定される。この所定値Ｃは、デューティ値が第１の閾値または非許容範囲に移行してからの経過時間に対する限界時間を示すものである。つまり、カウント値がＣ以上になれば（ＹＥＳ）、ステップＳ５に進みデューティ値の制限が実行され、カウント値未満であれば（ＮＯ）、この制御フローは、終了する。

ステップＳ５では、デューティ値の制限が実行される。この制限は、デューティ値を第２の閾値に略一致させることで実行される。つまり、このステップＳ５が実行されることで、デューティ値に関する制御モードが、通常の弁位置偏差に基づくフィードバック制御から、第２の閾値への制限に移行する。

ステップＳ６では、デューティ値の制限が解除される。このステップＳ６は、弁位置偏差がＤよりも大きくなった場合（ステップＳ１でＮＯの判定がされた場合）に、デューティ値の制限を解除して、制御モードを通常の弁位置偏差に基づくフィードバック制御に戻すためのステップである。そして、デューティ値の制限が解除されたら、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、カウンタがリセットされる。つまり、カウント値がゼロに設定される。
そして、このフローチャートが制御周期ごとに繰り返し実行されて、デューティ値が許容範囲から飛び出しているか否かが監視されるとともに、デューティ値が許容範囲から飛び出した場合に、デューティ値の制限が実行される。

〔実施例１の作用〕
実施例１の排気ガス還流制御装置１の作用を、図４に示すタイムチャートを用いて説明する。

まず、時間ｔ０において、目標弁位置が、全閉位置よりも開弁側のθ＊１から、θ＊１よりも開弁側のθ＊２に変更されると、弁位置偏差がＤよりも大きくなり、デューティ値が上昇を開始し付与力が増強される。これにより、バタフライ弁３が開弁側に回動する。また、実弁位置が開弁側に変化するので、回動状態を維持するために付与力はさらに増強され、デューティ値は上昇を続ける。これにより、実弁位置が新たな目標弁位置であるθ＊２に近づき、やがて、弁位置偏差がＤ以下になり、実弁位置がθ＊２に略一致する。

そして、時間ｔ１において、デューティ値が第１の閾値を超えると、カウンタによるカウント値の加算が始まる。やがて、時間ｔ２において、カウント値がＣに達したら、通常のフィードバック制御によるデューティ値の算出が停止され、デューティ値の制限が開始する。これにより、デューティ値は、第２の閾値にまで低下するとともに第２の閾値に維持される。

その後、時間ｔ３において、目標弁位置の低減が開始され、時間ｔ４において、弁位置偏差がＤよりも大きくなると、デューティ値の制限が解除され、デューティ値は、通常のフィードバック制御により算出されるようになる。同時にカウンタもリセットされ、カウント値がゼロになる。そして、ディーティ値は、フィードバック制御により低下を開始するので、付与力が低減され実弁位置も低下する。そして、再度、弁位置偏差がＤ以下になり、やがて、実弁位置が新たな目標弁位置θ＊３に略一致する。

〔実施例１の効果〕
実施例１の排気ガス還流制御装置１によれば、ＥＣＵ５は、デューティ値が取り得る数値範囲を、電動モータ４の安定作動の面から定められる許容範囲と非許容範囲とに区分するとともに、許容範囲と非許容範囲とを区画する第１の閾値を記憶し、弁位置偏差がＤ以下になり、かつ、デューティ値が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、エンジンの吸気側に排気ガスが実質的に還流している状態を維持しながら、デューティ値を第２の閾値に制限して許容範囲に移行させる。

これにより、デューティ値は、一時的に非許容範囲に移行することがあっても、ほとんど許容範囲内で推移する。つまり、電動モータ４に与えられる通電量等が上限量等の限界に達したり、限界を超えたりすることがあっても、この現象は一時的なものに限定される。このため、電動モータ４の安定作動を確保することができる。さらに、排気ガスの還流が実質的に行われている状態が維持されるので、排気ガスが、全量、排気側に送られる事態が発生しない。このため、排気ガスのエミッションの大幅悪化を避けることができる。

以上により、排気ガス還流制御装置１において、電動モータ４に与えられる通電量等が上限値等の限界に達しても、排気ガスのエミッションを大幅に悪化させることなく、電動モータ４の安定作動を確保することができる。

さらに、第２の閾値は、第１の閾値よりも安定側の範囲で自在に設定することができる。このため、電動モータ４の安定作動に関して、確保したい安定レベルに応じてバタフライ弁３の弁位置の制御を行うことができる。

〔実施例２の特徴〕
実施例２の排気ガス還流制御装置１によれば、ＥＣＵ５は、バタフライ弁３の弁位置の制御に関し、以下に述べる特徴を有する。

まず、ＥＣＵ５は、実施例１と同様の第２の閾値を記憶する。また、ＥＣＵ５は、弁位置偏差が所定値以下になり、デューティ値が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、デューティ値が第１の閾値に達した時の実弁位置を目標維持弁位置として検出する。

そして、ＥＣＵ５は、電動モータ４に与える指令を変更することで、実弁位置を目標維持弁位置に維持できるデューティ値の数値の中で最も安定側の数値を、維持限界値として検出する。さらに、ＥＣＵ５は、第２の閾値および維持限界値の中で安定側にある数値にデューティ値を略一致させることで、デューティ値を許容範囲に移行させる。

ここで、維持限界値は、目標維持弁位置におけるスプリング力相当分に略一致する（図２参照）。つまり、弁外周摩擦力相当分および軸受け摩擦力相当分は、維持限界値の構成分にならない。すなわち、弁外周摩擦力相当分および軸受け摩擦力相当分の基になる摺動摩擦力は、バタフライ弁３の回動に対しては抵抗力をなすが、バタフライ弁３が所定の実弁位置を維持することに対しては積極的に作用しない。

このため、バタフライ弁３を抵抗力に抗して回動させる際には、スプリング力相当分、弁外周摩擦力相当分および軸受け摩擦力相当分の合計よりも大きいデューティ値を必要とするが、所定の実弁位置にバタフライ弁３を留める際には、スプリング力相当分のデューティ値のみが必要となる。
以上により、維持限界値は、目標維持弁位置におけるスプリング力相当分に略一致する。そして、実施例２のＥＣＵ５は、この維持限界値を検出し、この維持限界値を、デューティ値を許容範囲に移行させる際の移行先候補の１つとする。

例えば、目標弁位置を図２に示すθＦとして、操作線Ｆに沿うようなデューティ値のフィードバック制御が行われた場合を考える。この場合、弁位置偏差が所定値以下になり、デューティ値が第１の閾値に到達すると、ＥＣＵ５は、弁位置＝θＦの線に沿って第１の閾値から第２の閾値または維持限界値までデューティ値を低減させる。なお、実施例２では、維持限界値の方が第２の閾値よりも安定側にあるので、デューティ値は、維持限界値まで低減される。

〔実施例２の制御方法〕
実施例２の排気ガス還流制御装置１による制御方法を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１１では、弁位置偏差が所定値Ｄ以下であるか否かが判定される。これにより、実弁位置が目標弁位置に略一致しているか否かが判断される。そして、弁位置偏差がＤ以下であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進み、弁位置偏差がＤよりも大きければ（ＮＯ）、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ１２では、デューティ値制限指示フラグがオフであるか否かが判定される。このデューティ値制限指示フラグは、デューティ値が第１の閾値または非許容範囲に移行して許容範囲内に移行させる必要が生じたときに、オンになるフラグであり、後記するステップＳ１６でオンされる。そして、ステップＳ１２において、デューティ値制限指示フラグがオフであれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進み、デューティ値制限指示フラグがオンであれば（ＮＯ）、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１３では、デューティ値が第１の閾値以上であるか否かが判定される。これにより、デューティ値が、許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行したか否かが判断される。そして、デューティ値が第１の閾値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進み、デューティ値が第１の閾値よりも小さければ（ＮＯ）、ステップＳ２７に進む。

ステップＳ１４では、カウンタによるカウント値が所定数だけ加算される。なお、カウンタおよびカウント値は、実施例１と同様の機能を有するものである。そして、カウント値が加算されると、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、カウント値が所定値Ｃ以上であるか否かが判定される。この所定値Ｃは、デューティ値が第１の閾値または非許容範囲に移行してからの経過時間に対する限界時間を示すものである。つまり、ステップＳ１５において、カウント値がＣ以上になれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１６に進みデューティ値制限指示フラグがオンになり、カウント値未満であれば（ＮＯ）、この制御フローは、終了する。

ステップＳ１６では、デューティ値制限指示フラグがオンになる。デューティ値制限指示フラグがオンになることで、デューティ値に関する制御モードが、通常の弁位置偏差に基づくフィードバック制御から、許容範囲内の値への制限に移行する。そして、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、現時点における実弁位置が目標維持弁位置とされ、現時点におけるデューティ値が維持限界値とされる。そして、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、デューティ値が安定側に所定幅だけ低減される。そして、ステップＳ１９に進む。
ステップＳ１９では、現時点での実弁位置、つまり、デューティ値が所定幅だけ低減された後の実弁位置が検出される。そして、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、デューティ値が所定幅だけ低減された後の実弁位置と目標維持弁位置との偏差（単に、目標維持弁位置に対する偏差、と呼ぶ）が、所定値Ｇよりも大きいか否かが判定される。これにより、デューティ値が所定幅だけ低減されても、実弁位置が目標維持弁位置から乖離していないか、つまり実弁位置が目標維持弁位置に維持されているか否かが判断される。そして、目標維持弁位置に対する偏差がＧよりも大きければ（ＹＥＳ）、ステップＳ２１に進み、目標維持弁位置に対する偏差がＧ以下であれば（ＮＯ）、この制御フローは終了する。

ステップＳ２１では、最終的な維持限界値が、ステップＳ１８で所定幅だけ低減される前のデューティ値に決定される。つまり、実弁位置が目標維持弁位置に維持されなくなる直前のデューティ値が、維持限界値として最終的に決定される。そして、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、第２の閾値および維持限界値のいずれが安定側の数値であるか、つまり、維持限界値および第２の閾値のいずれが数値として小さいかが判定される。そして、第２の閾値の方が小さければ（ＹＥＳ）、ステップＳ２３に進み、維持限界値の方が小さければ（ＮＯ）、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２３では、デューティ値を第２の閾値に略一致させることで、デューティ値の制限が実行される。
ステップＳ２４では、デューティ値を維持限界値に略一致させることで、デューティ値の制限が実行される。

ステップＳ２５では、デューティ値の制限が解除される。このステップＳ２５は、弁位置偏差がＤよりも大きくなった場合（ステップＳ１１でＮＯの判定がされた場合）に、デューティ値の制限を解除して、制御モードを通常の弁位置偏差に基づくフィードバック制御に戻すためのステップである。そして、デューティ値の制限が解除されたら、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、デューティ値制限指示フラグがオフになる。そして、ステップＳ２７に進む。
ステップＳ２７では、カウンタがリセットされる。つまり、カウント値がゼロに設定される。

〔実施例２の作用〕
実施例２の排気ガス還流制御装置１の作用を、図６に示すタイムチャートを用いて説明する。

まず、時間ｔ１０において、目標弁位置が、全閉位置よりも開弁側のθ＊１から、θ＊１よりも開弁側のθ＊２に変更されると、デューティ値が上昇を開始し、付与力が増強される。これにより、バタフライ弁３が開弁側に回動し、弁位置偏差がＤよりも大きくなる。また、実弁位置が開弁側に変化するので、回動状態を維持するために付与力はさらに増強され、デューティ値は上昇を続ける。これにより、実弁位置が新たな目標弁位置であるθ＊２に近づき、やがて、弁位置偏差がＤ以下になり、実弁位置がθ＊２に略一致する。

そして、時間ｔ１１において、デューティ値が第１の閾値を超えると、カウンタによるカウント値の加算が始まる。やがて、時間ｔ１２において、カウント値がＣに達したら、維持限界値を決定するための、つまり、維持限界値を検出するためのデューティ値の低減が開始する。すなわち、通常のフィードバック制御によるデューティ値の算出が停止され、デューティ値の制限が開始する。

そして、時間ｔ１３において、実弁位置が目標維持弁位置に維持されなくなると、つまり、目標維持弁位置に対する偏差がＧよりも大きくなると、デューティ値の低減が停止される。同時に、維持限界値は、実弁位置が目標維持弁位置に維持されなくなる直前のデューティ値に、決定される。なお、実施例２では、維持限界値の方が第２の閾値よりも小さいので（つまり、維持限界値の方が第２の閾値よりも安定側にある：図２参照）、デューティ値は、デューティ値の制限が解除されるまで、維持限界値に維持される。

その後、時間ｔ１４において、目標弁位置の低減が開始され、時間ｔ１５において、弁位置偏差がＤよりも大きくなると、デューティ値の制限が解除され、デューティ値は、通常の弁位置偏差に基づくフィードバック制御により算出されるようになる。同時にカウンタもリセットされ、カウント値がゼロになる。そして、デューティ値は、フィードバック制御により低下を開始するので、付与力が低減され実弁位置も低下する。そして、再度、弁位置偏差がＤ以下になり、やがて、実弁位置が新たな目標弁位置θ＊３に略一致する。

〔実施例２の効果〕
実施例２の排気ガス還流制御装置１によれば、ＥＣＵ５は、第２の閾値を記憶し、弁位置偏差がＤ以下になり、かつ、デューティ値が許容範囲から第１の閾値または非許容範囲に移行した時に、デューティ値が第１の閾値に達した時の実弁位置を、目標維持弁位置として検出するとともに、デューティ値を所定幅づつ低減して、実弁位置を目標維持弁位置に維持できるデューティ値の数値の中で、最も安定側の数値を、維持限界値として検出し、第２の閾値および維持限界値の中で安定側の数値にデューティ値を略一致させることで、デューティ値を許容範囲に移行させる。

実弁位置を目標維持弁位置に維持する際のデューティ値は、弁外周摩擦力相当分や軸受け摩擦力相当分が不要となり、スプリング力相当分のみで十分となる。よって、通常のフィードバック制御によりデューティ値が第１の閾値に達したり、非許容範囲に移行したりしても、デューティ値が第１の閾値に達した時の実弁位置を目標維持弁位置として維持しながら、デューティ値を安定側に移行させることができる。このため、排気ガスの還流量をほとんど減らすことなく、デューティ値を安定側に移行することができる。

また、電動モータ４には、通常、第１の閾値に相当する付与力がスプリング力よりも十分に強いものが採用される。つまり、電動モータ４には、スプリング力よりも十分に強い付与力を与えることができるものが採用される。このため、デューティ値をスプリング力に相当する維持限界値まで変化させれば、排気ガスの還流量をほとんど減らすことなく、確実にデューティ値を許容範囲に移行させることができる。

さらに、電動モータ４に、第１の閾値に相当する付与力がスプリング力よりも十分に強くないものが採用されていても、つまり、スプリング力よりも十分に強い付与力を与えることができないものが採用されていても、第２の閾値を十分に安定側の数値に設定しておけば、デューティ値は、第２の閾値に略一致するように移行する。このため、実弁位置が目標維持弁位置よりも閉弁側に変わり排気ガスの還流量が減るものの、排気ガスのエミッションの大幅悪化を避けることができる。

〔変形例〕
本実施例の排気ガス還流制御装置１によれば、付与力指数には、ＥＣＵ５から駆動回路１１に出力される制御信号のデューティ比の指令値（デューティ値）が採用されていたが、電動モータ４への通電量の指令値、弁位置偏差等を付与力指数として採用してもよい。

本実施例の排気ガス還流制御装置１によれば、カウンタによるカウント値の加算は、デューティ値が第１の閾値を超えた時に開始されたが、弁位置偏差がＤ以下になり所定の時間が経過した後に開始するようにしてもよい。

排気ガス還流制御装置の構成を示す構成図である（実施例１）。 （ａ）はバタフライ弁を通過するガス流量と弁位置との相関を示す相関図であり、（ｂ）はデューティ値と弁位置との相関を示す相関図である（実施例１）。 排気ガス還流制御装置による制御処理を示すフローチャートである（実施例１）。 （ａ）は弁位置の推移を示すタイムチャートであり、（ｂ）は弁位置偏差の推移を示すタイムチャートであり、（ｃ）はデューティ値の推移を示すタイムチャートであり、（ｄ）はカウント値の推移を示すタイムチャートである（実施例１）。 排気ガス還流制御装置による制御処理を示すフローチャートである（実施例２）。 （ａ）は弁位置の推移を示すタイムチャートであり、（ｂ）は弁位置偏差の推移を示すタイムチャートであり、（ｃ）はデューティ値の推移を示すタイムチャートであり、（ｄ）はカウント値の推移を示すタイムチャートである（実施例２）。

符号の説明

１ 排気ガス還流制御装置
２ 排気ガス還流路
３ バタフライ弁
４ 電動モータ（アクチュエータ）
５ ＥＣＵ（制御装置）
８ 弁体

Claims (3)

1. エンジンからの排気ガスを前記エンジンの吸気側に還流する排気ガス還流路に配置され、回動することで前記排気ガス還流路の開度を調節する弁体と、
   この弁体に力を与えて回動させるアクチュエータと、
   前記弁体の目標弁位置を算出するとともに、前記目標弁位置と実弁位置との偏差に基づき前記アクチュエータに与える指令を変更して実弁位置を制御する制御装置と
   を備えた排気ガス還流制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記アクチュエータが前記弁体に与える力を示す付与力指数に関し、この付与力指数が取り得る数値範囲を、前記アクチュエータの安定作動の面から定められる許容範囲と非許容範囲とに区分するとともに、前記許容範囲と前記非許容範囲とを区画する第１の閾値を記憶し、
   前記偏差が所定値以下であり、かつ、前記付与力指数が前記許容範囲から前記第１の閾値または前記非許容範囲に移行した時に、前記エンジンの吸気側に排気ガスが実質的に還流している状態を維持しながら、前記アクチュエータに与える指令を変更して前記付与力指数を前記許容範囲に移行させることを特徴とする排気ガス還流制御装置。
2. 請求項１に記載の排気ガス還流制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記第１の閾値よりも安定側の数値であって、前記許容範囲に含まれる第２の閾値を記憶し、
   前記付与力指数を前記第２の閾値に略一致させることで、前記付与力指数を前記許容範囲に移行させることを特徴とする排気ガス還流制御装置。
3. 請求項１に記載の排気ガス還流制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記第１の閾値よりも安定側の数値であって、前記許容範囲に含まれる第２の閾値を記憶し、
   前記偏差が所定値以下であり、かつ、前記付与力指数が前記許容範囲から前記第１の閾値または前記非許容範囲に移行した時に、前記付与力指数が前記第１の閾値に達した時の実弁位置を目標維持弁位置として検出するとともに、前記付与力指数を前記許容範囲の方に移行させることで、実弁位置を前記目標維持弁位置に維持できる前記付与力指数の数値の中で最も安定側の数値を維持限界値として検出し、
   前記第２の閾値および前記維持限界値の中で安定側の数値に前記付与力指数を略一致させることで、前記付与力指数を前記許容範囲に移行させることを特徴とする排気ガス還流制御装置。

Images