JP4600304B2

JP4600304B2 - Ｅｇｒバルブの制御装置

Info

Publication number: JP4600304B2
Application number: JP2006017404A
Authority: JP
Inventors: 信貴石井; 克士蔀
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP2007198243A

Description

本発明は、エンジンの吸気通路と排気通路とを結ぶＥＧＲ通路の途中に設けられるＥＧＲバルブを制御するための制御装置に関する。

エンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減するためには、エンジンの排気ガスの一部を排気通路から吸気通路へと再循環させて、ＥＧＲ（排気再循環）ガスを吸気と混合させるＥＧＲが有効であることが知られている。即ち、ＥＧＲを行うと、吸気中の酸素濃度が低下して燃焼が緩慢となり、燃焼温度の低下によりＮＯｘの生成を抑制することができる。

エンジンの吸気通路と排気通路とを結ぶＥＧＲ通路の途中に設けられるＥＧＲバルブは、例えば、リターンスプリングによりバルブを閉方向に付勢する力と、モータ等の駆動手段によって駆動されるシャフトによりバルブを開方向に押す力とのバランスにより、バルブを開閉させるようになっている。またバルブとシャフトとが分離する構造となっているものもある。

なお、特許文献１には、バルブの開度の検出値とバルブの開度の目標値との偏差に基づいてモータをＰＩＤ（比例、積分、微分）制御するフィードバック制御系と、バルブの開動作時と閉動作時とにおいてＰＩＤ制御のゲインを変更するゲイン変更手段とを備えたＥＧＲバルブの制御装置が開示されている。

このＥＧＲバルブの制御装置では、ゲイン変更手段は、バルブの開動作時には開動作時に対応したゲインを選定し、一方バルブの閉動作時には閉動作時に対応したゲインを選定する。このようにすることにより、バルブの開動作時及び閉動作時のそれぞれにおいてバルブが目標位置に到達した直後、目標位置から開側に振れる振幅と閉側に振れる振幅とがほぼ一致して、制御の安定性が確保される。

特開平１０−２１３０１７号公報

ところで、バルブとシャフトとが分離する構造になっているＥＧＲバルブにおいて、シャフトの位置の検出値とシャフトの位置の目標値とに基づいてモータをフィードバック制御することでバルブの開度を制御し、バルブを開動作状態から全閉制御するときに、モータに発電させることによってモータを回転しづらくする回生ブレーキ制御によってバルブの閉動作速度を減速しながらバルブを全閉動作させる場合がある。このような場合、図４に示すように、シャフトが全閉位置に到達した後に回生ブレーキ制御からフィードバック制御に戻すと、開動作時のフィードバック制御の積分項（Ｉ項）によってバルブが開動作してしまう問題が発生する。

ＥＧＲバルブの全閉制御時にバルブが開動作してしまうと排気ガスのスモーク増加の原因となるため、バルブが全閉制御時に開動作しないように補償する必要がある。

そこで、本発明の目的は、バルブが全閉制御時に開動作しないように確実に補償することができるＥＧＲバルブの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、リターンスプリングによりバルブを閉方向に付勢する力と、モータによって駆動されるシャフトにより上記バルブを開方向に押す力とのバランスにより、上記バルブを開閉させるＥＧＲバルブの制御装置であって、上記シャフトの位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段により検出した上記シャフトの位置の検出値と上記シャフトの位置の目標値との偏差に基づいて上記モータをフィードバック制御する制御手段とを備え、該制御手段は、上記バルブの全閉制御時に上記シャフトの位置の検出値が全閉位置よりも上記バルブの閉側であるとき、上記モータの制御をフィードフォワード制御に切り替え、上記バルブが上記リターンスプリングに抗して開動作し始める駆動デューティより小さい所定駆動デューティを上記モータにかけて、上記シャフトを全閉位置に戻すことを特徴とするＥＧＲバルブの制御装置である。

請求項２の発明は、上記制御手段は、上記バルブの全閉制御時に上記シャフトの位置の検出値が全閉位置よりも上記バルブの閉側であるとき、フィードバック制御の積分項をゼロリセットする請求項１記載のＥＧＲバルブの制御装置である。

本発明によれば、バルブが全閉制御時に開動作しないように確実に補償することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係るＥＧＲバルブの制御装置の概略図である。

本実施形態のＥＧＲバルブ１は、エンジンの吸気通路と排気通路とを結ぶＥＧＲ通路の途中に設けられるものである。

図１に示すように、本実施形態のＥＧＲバルブ１は、内部に流体通路が形成されたハウジング２と、ハウジング２に昇降自在に支持されたバルブ３とを備えている。バルブ３は全体的に軸状に形成され、その上端部には弁体４が設けられる。バルブ３の下端部には鍔部５が設けられ、鍔部５とハウジング２との間にはバルブ３を閉方向（Ｘ方向）に付勢するための付勢手段としてのリターンスプリング６が圧縮状態で配設される。バルブ３の全閉時には、バルブ３は弁体４にてハウジング２のシート部７に着座するようになっている。

ハウジング２の下部には、バルブ３を駆動するための駆動手段としてのモータ８が設けられる。モータ８は、ハウジング２の下端部に設けられたケーシング９を有している。ケーシング９の内部には、マグネット（永久磁石）１０が装着されたロータ１１が回転自在に支持される。また、ケーシング９の内部には、ロータ１１を囲繞するようにコイル（電磁石）１２が収容される。

ロータ１１の内部には、シャフト１４がその下端部１４ａにて螺合されている。また、シャフト１４はその上端部１４ｂにてケーシング９によって回り止めされている。これにより、シャフト１４は、ロータ１１の回転量に応じてバルブ３の閉方向（Ｘ方向）或いは開方向（Ｙ方向）に対して移動することになる。本実施形態では、バルブ３とシャフト１４とが分離する構造となっている。

ケーシング９の内部には、シャフト１４のバルブ３の閉方向（Ｘ方向）への移動を所定範囲に規制するためのストッパ１５が設けられる。

モータ８（コイル１２）はコントローラ１６（制御手段）に接続され、コントローラ１６から送られる駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。

モータ８（コイル１２）に駆動デューティがかけられると、モータ８のロータ１１が回転される。このロータ１１の回転に伴ってシャフト１４がバルブ３の開方向（Ｙ方向）へと移動される。そして、シャフト１４によりバルブ３を開方向（Ｙ方向）に押す力（以下、シャフト１４の押し力という）が、リターンスプリング６によりバルブ３を閉方向（Ｘ方向）に付勢する力（以下、リターンスプリング６の付勢力という）を上回るとバルブ３が開動作し始める。

一方、モータ８のロータ１１をバルブ３の開動作時とは逆方向に回転させると、ロータ１１の回転に伴ってシャフト１４がバルブ３の閉方向（Ｘ方向）へと移動される。すると、バルブ３はリターンスプリング６により閉方向（Ｘ方向）へと移動される。

ここで、本実施形態のＥＧＲバルブ１の制御装置は、バルブ３が全閉制御時に開動作しないよう工夫がなされている。以下これを説明する。

本実施形態のＥＧＲバルブ１の制御装置は、シャフト１４のバルブ３の閉方向（Ｘ方向）及び開方向（Ｙ方向）に対する位置を検出する位置検出手段としての位置センサ１７と、バルブ３の開度を検出する開度検出手段としての開度センサ１８とを備えている。

本実施形態では、コントローラ１６は、位置センサ１７により検出したシャフト１４の位置の検出値とシャフト１４の位置の目標値との偏差に基づいてモータ８をフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）することで、バルブ３の開度を制御するようになっている。

また本実施形態では、コントローラ１６は、バルブ３を開動作状態から全閉動作させるとき、バルブ３の開度に応じてモータ８を制御するようになっている。

具体的には、コントローラ１６は、開度センサ１８により検出したバルブ３の開度の検出値が所定閾値以上である場合には、モータ８に発電させることによってモータ８を回転しづらくする回生ブレーキ制御によってバルブ３の閉動作速度を減速しながらバルブ３を全閉動作させる。また、コントローラ１６は、開度センサ１８により検出したバルブ３の開度の検出値が所定閾値より小さい場合には、モータ８をフィードバック制御してバルブ３を全閉動作させる。

さらに本実施形態では、コントローラ１６は、バルブ３の全閉制御時にシャフト１４の位置の検出値が全閉位置（０％）よりもバルブ３の閉側であるとき、つまりシャフト１４が全閉位置を越えてバルブ３の閉側に移動した後に、フィードバック制御の積分項（Ｉ項）をゼロリセット（０リセット）し、且つ、モータ８の制御をフィードバック制御からフィードフォワード制御（Ｆ／Ｆ制御）に切り替え、バルブ３がリターンスプリング６に抗して開動作し始める駆動デューティより小さい所定駆動デューティをモータ８に所定時間かけて、シャフト１４を全閉位置に戻すようになっている。

上記の所定駆動デューティは、バルブ３が開動作しない程度の押し力をシャフト１４に生じさせるものであり、好ましくはシャフト１４の押し力とリターンスプリング６の付勢力とが釣り合うように設定される。

以上本実施形態では、シャフト１４が全閉位置を越えてバルブ３の閉側に移動した後に、モータ８の制御をフィードバック制御からフィードフォワード制御に切り替えるようにしたため、開動作時のフィードバック制御の積分項によってバルブ３が全閉制御時に開動作してしまうことはない（図２参照）。

また本実施形態では、シャフト１４が全閉位置を越えてバルブ３の閉側に移動した後に、バルブ３がリターンスプリング６に抗して開動作し始める駆動デューティより小さい所定駆動デューティをモータ８にかけて、シャフト１４を全閉位置に戻すようにしたため、シャフト１４にはバルブ３が開動作しない程度の押し力が生じるのみであり、バルブ３が全閉制御時に開動作してしまうことはない。また、シャフト１４が全閉位置を越えてバルブ３の閉側に移動した後にシャフト１４を全閉位置に戻しておくことで、バルブ３を開動作時に速やかに開動作させることができる。

さらに本実施形態では、シャフト１４が全閉位置を越えてバルブ３の閉側に移動した後にフィードバック制御の積分項をゼロリセットするようにしたため、バルブ３を再度開動作させるべくフィードフォワード制御からフィードバック制御に切り替えた際に、バルブ３の開度が前回の開動作時のフィードバック制御の積分項の影響を受けることはない。

図３のフローチャートを用いて具体的な制御方法を説明する。このフローチャートは、コントローラ１６により実行されるものである。

まずステップＳ１において、コントローラ１６は、バルブ３の開度の目標値を全閉に指示する。

次いでステップＳ２において、コントローラ１６は、開度センサ１８によりバルブ３の開度を検出し、バルブ３の開度の検出値が所定閾値以上であるかを判定する。

バルブ３の開度の検出値が所定閾値以上であればステップＳ３に進み、ステップＳ３において、コントローラ１６は、回生ブレーキ制御でバルブ３を全閉動作する。

次いでステップＳ４において、コントローラ１６は、位置センサ１７によりシャフト１４の位置を検出し、シャフト１４の位置の検出値が全閉位置以下であるかを判定する。

シャフト１４の位置の検出値が全閉位置以下であればステップＳ５に進み、ステップＳ５において、コントローラ１６は、フィードバック制御の積分項をゼロリセットする。

次いでステップＳ６において、コンローラ１６は、バルブ３の開度の目標値が全閉指示の状態であるかを判定する。

バルブ３の開度の目標値が全閉指示の状態であればステップＳ７に進み、ステップＳ７において、コントローラ１６はフィードバック制御からフィードフォワード制御に切り替え、所定駆動デューティをモータ８に所定時間かけて、シャフト１４をバルブ３に当接させる。

一方、ステップＳ２においてバルブ３の開度の検出値が所定閾値より小さい場合には、コントローラ１６はステップＳ８に進む。ステップＳ８において、コントローラ１６はフィードバック制御でバルブ３を全閉動作する。

次いでステップＳ９において、コントローラ１６は、位置センサ１７によりシャフト１４の位置を検出し、シャフト１４の位置の検出値が全閉位置以下であるかを判定する。

シャフト１４の位置の検出値が全閉位置以下であれば、コントローラ１６はステップＳ５に進む。

また、ステップＳ４においてシャフト１４の位置の検出値が全閉位置より大きい場合には、コントローラ１６はステップＳ３に戻る。

また、ステップＳ９においてシャフト１４の位置の検出値が全閉位置より大きい場合には、コントローラ１６はステップＳ８に戻る。

さらに、ステップＳ６においてバルブ３の開度の目標値が全閉指示の状態でない場合には、コントローラ１６はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、コントローラ１６はフィードバック制御でバルブ３を開動作する。

以上要するに、本実施形態によれば、バルブ３が全閉制御時に開動作しないように確実に補償することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲバルブの制御装置の概略図である。シャフト位置−時間線図である。コントローラによる処理フローチャートである。シャフト位置−時間線図である。

符号の説明

１ＥＧＲバルブ
３バルブ
６リターンスプリング
８モータ
１４シャフト
１６コントローラ（制御手段）
１７位置センサ（位置検出手段）

Claims

リターンスプリングによりバルブを閉方向に付勢する力と、モータによって駆動されるシャフトにより上記バルブを開方向に押す力とのバランスにより、上記バルブを開閉させるＥＧＲバルブの制御装置であって、
上記シャフトの位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段により検出した上記シャフトの位置の検出値と上記シャフトの位置の目標値との偏差に基づいて上記モータをフィードバック制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、上記バルブの全閉制御時に上記シャフトの位置の検出値が全閉位置よりも上記バルブの閉側であるとき、上記モータの制御をフィードフォワード制御に切り替え、上記バルブが上記リターンスプリングに抗して開動作し始める駆動デューティより小さい所定駆動デューティを上記モータにかけて、上記シャフトを全閉位置に戻すことを特徴とするＥＧＲバルブの制御装置。
上記制御手段は、上記バルブの全閉制御時に上記シャフトの位置の検出値が全閉位置よりも上記バルブの閉側であるとき、フィードバック制御の積分項をゼロリセットする請求項１記載のＥＧＲバルブの制御装置。