JP6479961B2 - バルブ制御装置及びバルブシステム - Google Patents

Description

本発明は、バルブ制御装置及びバルブシステムに関する。
本願は、２０１５年３月２６日に、日本に出願された特願２０１５−０６４６７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

周知のように、ウエストゲートバルブは、過給機におけるエンジン排ガスの迂回経路に設けられた制御弁の一種であり、エンジンに供給される燃焼空気の過給圧を調節するためのものである。下記特許文献１には、ウエストゲートバルブの駆動機構に異常が生じた場合に、エアバイパスバルブを制御することにより上記異常に対処する過給機付き内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置が開示されている。すなわち、このウエストゲートバルブ制御装置は、ウエストゲートバルブの駆動機構に異常が生じた場合に、エアバイパス通路を連通させることによって過給圧の異常上昇を抑制する。

日本国特開２００４−３３２６１３号

ところで、何らかの異常によってウエストゲートバルブが動作不能状態に立ち至った場合に、その原因を的確かつ迅速に特定することは極めて重要である。上記従来技術は、ウエストゲートバルブの駆動機構、つまりウエストゲートバルブを駆動するアクチュエータや当該アクチュエータとウエストゲートバルブとを機械的に接続する連結機構の異常に対処するものであるが、異常原因の特定を的確かつ迅速に行うことに寄与するものではない。特に、異常原因が電気的な要因（例えばアクチュエータ）によるものなのか、あるいは機械的な要因（連結機構）によるものなのかを把握することは、異常に対処する上で極めて重要なことである。

本発明に係る態様は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ウエストゲートバルブのアクチュエータに駆動信号を供給する伝送線の断線を的確かつ迅速に検知できるバルブ制御装置及びバルブシステムを提供することを目的とする。

上記技術課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明に係る一態様のバルブ制御装置は、バルブの開度を調節するアクチュエータに所定の伝送線を介して駆動信号を供給する駆動回路を備え、外部から供給される目標開度とバルブの実開度を示すセンサ信号とに基づいてＰＷＭ信号を生成して駆動回路に供給するバルブ制御装置であって、ＰＷＭ信号及び駆動信号のモニター信号に基づいて伝送線の断線を検知する断線検知手段を備える。

（２）上記（１）に記載の態様において、断線検知手段は、モニター信号として駆動信号のモニター電圧を取得し、当該モニター電圧が所定の電圧しきい値以下、かつ、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定のＤＵＴＹしきい値以上の状態が所定の評価時間継続した場合に伝送線が断線したと判定してもよい。

（３）上記（１）に記載の態様において、駆動回路は、自身の健全性を診断する自己診断機能を備え、断線検知手段は、ＰＷＭ信号及び駆動信号のモニター信号に加えて駆動回路の自己診断結果に基づいて伝送線の断線を検知してもよい。

（４）上記（３）に記載の態様において、断線検知手段は、モニター信号として駆動信号のモニター電圧を取得し、当該モニター電圧が所定の電圧しきい値以下、かつ、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定のＤＵＴＹしきい値以上の状態が所定の第１評価時間継続した後において、駆動回路の健全状態が所定の第２評価時間継続した場合に伝送線が断線したと判定してもよい。

（５）上記（１）〜（４）いずれか１つに記載の態様において、アクチュエータがモータである場合、断線検知手段は、ＰＷＭ信号のデューティ比からモータで発生する逆起電力の影響を除外した実効駆動デューティ比を計算し、当該実効駆動デューティ比をＤＵＴＹしきい値と比較してもよい。

（６）上記（１）〜（５）いずれか１つに記載の態様において、バルブは、エンジンの過給機に設けられたウエストゲートバルブであってもよい。

（７）本発明に係る一態様のバルブシステムは、上記バルブと、上記アクチュエータと、上記（１）〜（６）いずれか１つに記載のバルブ制御装置とを備える。

本発明によれば、ＰＷＭ信号及び前記駆動信号に基づいて伝送線の断線を検知する断線検知手段を備える。そのため、バルブのアクチュエータに駆動信号を供給する伝送線の断線を的確かつ迅速に検知できるバルブ制御装置及びバルブシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るバルブシステムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバルブ制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態におけるモニター電圧の生成処理を示す波形図である。 本発明の一実施形態における断線判定処理を示す処理系統図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るバルブシステム及びバルブ制御装置は、図１に示すように、ＥＷＧバルブ１、ＥＷＧモータ２及びＥＷＧ制御部３を備える。なお、本実施形態における上記「ＥＷＧ」は「Electric Waste Gate」の略である。

ＥＷＧバルブ１は、過給機におけるエンジン排ガスの迂回経路に設けられたウエストゲートバルブであり、エンジンに供給される燃焼空気の過給圧を調節する。すなわち、ＥＷＧバルブ１の開度が上昇すると過給圧は減少し、一方、ＥＷＧバルブ１の開度が低下すると過給圧は上昇する。このようなＥＷＧバルブ１は、所定の連結機構を介してＥＷＧモータ２と機械的に接続されており、ＥＷＧモータ２の駆動力によって開度が調節（操作）される。なお、過給機は、周知のようにエンジンの補機であり、ウエストゲートバルブと共にエンジンに供給される燃焼空気の過給圧を調節する。

ここで、ＥＷＧバルブ１の開度は、ＥＷＧバルブ１における弁体の弁座に対する位置（リフト量）によって規定される物理量である。すなわち、リフト量が大きくなると、つまり弁体の弁座に対する距離が大きくなると、ＥＷＧバルブ１の開度は上昇し、一方、リフト量が小さくなると、つまり弁体の弁座に対する距離が小さくなると、ＥＷＧバルブ１の開度は下降する。

ＥＷＧモータ２は、上記ＥＷＧバルブ１を駆動するアクチュエータであり、例えば直流モータである。このＥＷＧモータ２とＥＷＧ制御部３とは所定の伝送線Ｗ１によって電気的に接続されている。ＥＷＧモータ２は、上記伝送線Ｗ１を介してＥＷＧ制御部３から入力される駆動信号に基づいて作動し、ＥＷＧバルブ１の開度を操作する。なお、上記伝送線Ｗ１は、駆動信号を伝送する少なくとも一対の電力線である。

また、ＥＷＧモータ２は、リフトセンサ２ａを備えている。このリフトセンサ２ａは、ＥＷＧバルブ１における弁体の実際のリフト量（実リフト量）を示す電圧をセンサ信号として出力する。ＥＷＧモータ２とＥＷＧ制御部３とは、所定の信号線Ｗ２によって電気的に接続されている。リフトセンサ２ａは、この信号線Ｗ２を介してセンサ信号をＥＷＧ制御部３に出力する。なお、上記センサ信号は、ＥＷＧバルブ１の実リフト量つまりＥＷＧバルブ１の実開度を示す開度信号でもある。

ＥＷＧ制御部３は、本実施形態におけるバルブ制御装置であり、上記ＥＷＧモータ２を作動させることによってＥＷＧバルブ１の開度を調節する。このＥＷＧ制御部３は、エンジンＥＣＵにおける１つの制御機能要素であり、エンジンＥＣＵにおいて上位制御系を構成する上位制御機能要素から各種の情報（エンジンＥＣＵ情報）を取得すると共に上記リフトセンサ２ａからセンサ信号を取得し、これらエンジンＥＣＵ情報及びセンサ信号に基づいて駆動信号を生成することによりＥＷＧモータ２を作動させる。

上記エンジンＥＣＵ情報は、エンジン用の制御装置であるエンジンＥＣＵの指示信号やエンジンの作動状態を示す信号であり、例えば目標リフト量及びＩＧ ＯＮ信号等である。このようなＥＷＧ制御部３は、エンジンＥＣＵ情報及びセンサ信号が示す実リフト量に基づいてＥＷＧモータ２をフィードバック制御する。

上記目標リフト量は、ＥＷＧバルブ１の開度目標を示す制御目標値である。また、ＩＧ ＯＮ信号は、イグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す信号、つまりエンジンの起動状態を示す起動信号である。

このようなＥＷＧ制御部３は、図２に示されているように、フィルタ部３ａ、制御量変換部３ｂ、全閉学習処理部３ｃ、補正部３ｄ、最終リフト量設定部３ｅ、位置制御部３ｆ、速度制御部３ｇ、ＤＵＴＹ設定部３ｈ、駆動回路３ｉ、電流電圧変換部３ｊ及び断線判定部３ｋを備えている。これら機能構成要素のうち、電流電圧変換部３ｊ及び断線判定部３ｋは、本発明における断線検知手段を構成している。なお、上記「ＤＵＴＹ」は、デューティ比を示す用語である。

フィルタ部３ａは、リフトセンサ２ａから入力されるセンサ信号つまりアナログの電圧信号をデジタル信号（検出電圧データ）に変換すると共に当該デジタル信号にメディアンフィルタ処理（デジタル信号処理）を施して制御量変換部３ｂに出力する。上記メディアンフィルタ処理は、時系列データである検出電圧データについて所定データ数毎の中央値（メディアン）を抽出することによりノイズ除去を行うフィルタ処理である。センサ信号を出力するリフトセンサ２ａは、エンジンに付帯するＥＷＧモータ２に設けられる関係で各種ノイズが重畳し易いが、フィルタ部３ａは、このようなノイズを除去して実リフト量（実開度）をより正確に示す検出電圧データを制御量変換部３ｂに出力する。

ここで、ノイズを除去するためのデジタル信号処理には一般に移動平均処理が用いられるが、メディアンフィルタ処理は移動平均処理よりもノイズ除去性能が高いので、フィルタ部３ａではメディアンフィルタ処理を採用している。本実施形態では、位置制御部３ｆに加えて速度制御部３ｇを備えているが、速度制御部３ｇは、実リフト量の微分値を用いて速度制御量を演算するために実リフト量（実開度）に重畳したノイズの影響を受け易い。本実施形態では、このような速度制御部３ｇを備える関係で、移動平均処理ではなくメディアンフィルタ処理を採用している。

制御量変換部３ｂは、上記検出電圧データ（電圧量）を実リフト量（位置）に変換する。この制御量変換部３ｂは、例えば検出電圧データ（電圧量）と実リフト量との関係を示す変換テーブルを備え、当該変換テーブルに基づいて検出電圧データに相当する実リフト量を抽出して全閉学習処理部３ｃに出力する。なお、上記変換テーブルに代えて、検出電圧データと実リフト量との関係を示す変換式を予め記憶し、当該変換式に基づいて検出電圧データに相当する実リフト量を抽出してもよい。

全閉学習処理部３ｃは、ＥＷＧバルブ１の弁体が弁座に着座した際の実リフト量（着座位置）を全閉リフト量として学習する機能構成要素である。上記全閉リフト量は、ＥＷＧバルブ１の温度に応じて変動するため固定値として扱うことができない。この全閉学習処理部３ｃは、このような事情から、ＩＧ ＯＮ信号、また制御量変換部３ｂから入力される実リフト量に基づいて、ＥＷＧバルブ１の弁体が弁座に着座した際の実リフト量（着座位置）を全閉リフト量として学習する。

ここで、上記全閉リフト量には、長期学習値と短期学習値とがある。長期学習値はエンジンの起動毎に取得される学習値であり、一方、短期学習値は、弁体の着座毎に取得される学習値である。すなわち、全閉学習処理部３ｃは、ＩＧ ＯＮ信号に基づいてエンジンの起動を判断すると、当該エンジンの起動後においてＥＷＧバルブ１の弁体が最初に着座した際の全閉リフト量を長期学習値として記憶する。一方、全閉学習処理部３ｃは、エンジンの起動に関わりなく、ＥＷＧバルブ１の弁体が弁座に着座する度に、その際の全閉リフト量を短期学習値として記憶する。

全閉学習処理部３ｃは、制御量変換部３ｂから入力される実リフト量に加えてエンジンの起動を示すＩＧ ＯＮ信号をも利用することにより長期学習値を取得すると共に、制御量変換部３ｂから入力される実リフト量のみに基づいて短期学習値を取得する。このような全閉学習処理部３ｃは、長期学習値及び短期学習値を最終リフト量設定部３ｅに出力する一方、短期学習値のみを補正部３ｄに出力する。

補正部３ｄは、制御量変換部３ｂから入力される実リフト量を全閉学習処理部３ｃから入力される短期学習値に基づいて補正する機能構成要素である。すなわち、この補正部３ｄは、実リフト量と短期学習値との差分をとることにより短期学習値を基準としたリフト量（補正リフト量）を計算し、当該補正リフト量を位置制御部３ｆ及び速度制御部３ｇに出力する。

最終リフト量設定部３ｅは、エンジンＥＣＵ情報の１つとしてエンジンＥＣＵから入力される目標リフト量、全閉学習処理部３ｃから入力される長期学習値及び短期学習値、また補正部３ｄから入力される補正リフト量に基づいて最終目標リフト量（制御目標値）を設定する。上記目標リフト量は、方形波状の電圧値としてＥＷＧバルブ１のリフト量（開度）を指定する信号である。最終リフト量設定部３ｅは、このような目標リフト量に対して、ＥＷＧバルブ１の弁体を弁座に着座させる際の目標リフト量に特定の処理を施すことにより、弁体を弁座に対してソフトランディングさせ得る最終目標リフト量を生成する。

すなわち、最終リフト量設定部３ｅは、弁体が着座するために移動（弁座に対して降下）を開始してから着座させるまでの期間を前期間と後期間との２つの期間に分割し、前期間においては最高速度で降下させる一方、後期間では弁体を比較的緩やかに移動させて弁座に対してソフトランディングさせる最終目標リフト量を生成する。また、最終リフト量設定部３ｅは、前期間と後期間との切替ポイント（ソフトランディング開始位置）及び弁体の最終的な停止目標リフト量を長期学習値及び短期学習値に基づいて設定する。

位置制御部３ｆは、位置操作量を生成して速度制御部３ｇに出力する。すなわち、この位置制御部３ｆは、最終リフト量設定部３ｅから入力される最終目標リフト量（制御目標値）と補正部３ｄから入力される補正リフト量（制御量）との差分に周知のＰＩＤ処理を施すことによって位置操作量を生成する。

速度制御部３ｇは、位置制御部３ｆから入力された位置操作量と補正部３ｄから入力される補正リフト量とに基づいて速度操作量を生成してＤＵＴＹ設定部３ｈに出力する。すなわち、この速度制御部３ｇは、位置制御部３ｆから入力された位置操作量にリミッタ処理を施す一方、補正部３ｄから入力される補正リフト量に微分処理を施し、上記リミッタ処理後の位置操作量と上記微分処理によって得られたリフト速度との差分に周知のＰＩＤ処理を施すことによって速度操作量を生成する。

ＤＵＴＹ設定部３ｈ及び駆動回路３ｉについては、便宜上、駆動回路３ｉについて先に説明する。この駆動回路３ｉは、パルス駆動方式のモータ駆動回路である。すなわち、この駆動回路３ｉは、ＤＵＴＹ設定部３ｈから制御信号として入力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に基づいて直流電力をＰＷＭ電力に変換し、当該ＰＷＭ電力を駆動信号としてＥＷＧモータ２に出力する。

ここで、ＥＷＧ制御部３を構成する各機能構成要素のうち、駆動回路３ｉ及び電流電圧変換部３ｊ以外の機能構成要素は、ＭＰＵ（Micro-processing unit）が専用の制御プログラムを実行することによって実現されるソフトウエア構成要素である。これに対して、駆動回路３ｉ及び電流電圧変換部３ｊは、上記ソフトウエア構成要素とは別であって、複数の回路素子によって構成されたハードウエア構成要素である。

このような駆動回路３ｉ及び電流電圧変換部３ｊのうち、上記駆動回路３ｉは、モータ駆動専用ＩＣによって実現されるものである。このモータ駆動専用ＩＣは、駆動回路３ｉとしての機能を基本機能として備えると共に、自らの駆動信号によってＥＷＧモータ２に給電される駆動電流をモニターする機能（駆動電流モニター機能）を備えている。すなわち、モータ駆動専用ＩＣ（駆動回路３ｉ）は、上記駆動電流モニター機能に基づいて、駆動電流を所定の規定数で除算した電流つまり駆動電流に対するモニター電流をモニター信号として電流電圧変換部３ｊに出力する。

また、モータ駆動専用ＩＣ（駆動回路３ｉ）は、自己の健全性を評価する自己診断機能を備えている。この自己診断機能は、例えばＩＣ内部の過電流や過熱の発生の有無を評価するものであり、内部異常が発生した場合には駆動回路異常を自己診断結果として断線判定部３ｋに出力する。この駆動回路異常は、内部異常が発生していない場合に論理値が「１」となる信号である。さらに、このモータ駆動専用ＩＣ（駆動回路３ｉ）は、駆動回路許可を外部に出力する機能を備えている。この駆動回路許可は、駆動信号の出力が可能な状態か否かを示す信号である。この駆動回路許可は、駆動信号の出力が可能な状態において論理値が「１」となる信号である。

一方、ＤＵＴＹ設定部３ｈは、上記速度制御部３ｇから入力される速度操作量に基づいて上記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号発生器である。また、このＤＵＴＹ設定部３ｈは、速度操作量にリミッタ処理を施す機能（ＤＵＴＹリミッタ）を有する。すなわち、ＤＵＴＹ設定部３ｈは、速度操作量及びＤＵＴＹリミッタに基づいて、デューティ比の上限が制限されると共に速度操作量に応じたデューティ比（ＤＵＴＹ）を決定し、当該デューティ比に対応したＰＷＭ信号を生成する。

ここで、上記デューティ比は、最大値（上限）が例えば１００％であり、ＥＷＧバルブ１を閉じる場合のＥＷＧモータ２の回転方向（第１の回転方向）を正極性、またＥＷＧバルブ１を開く場合のＥＷＧモータ２の回転方向（第２の回転方向）を負極性をする両極性の量である。すなわち、上記デューティ比は、速度操作量に応じて±１００％の範囲内で変化する量である。なお、ＤＵＴＹ設定部３ｈは、デューティ比（ＤＵＴＹ）を判定情報の１つとして断線判定部３ｋに出力する。

電流電圧変換部３ｊは、断線判定部３ｋともに断線検知手段を構成しており、上記モニター電流（モニター信号）をモニター電圧に変換するシャント抵抗器と、モニター電圧のノイズを除去するローパスフィルタを備えている。シャント抵抗器は、高精度の抵抗値を有する回路素子である。シャント抵抗器の抵抗値は、モニター電流とモニター電圧との変換比率を支配するので、極めて高精度である。また、ローパスフィルタは、所定の抵抗値を有する抵抗器と所定の静電容量を有するコンデンサとからなる１次ＲＣフィルタ（ハードウエアフィルタ）である。このような電流電圧変換部３ｊは、シャント抵抗器でモニター電流をモニター電圧に変換した後、ローパスフィルタでノイズを除去して断線判定部３ｋに出力する。

断線判定部３ｋは、上記電流電圧変換部３ｊから入力されるモニター電圧、駆動回路３ｉから入力される駆動回路異常及び駆動回路許可、ＤＵＴＹ設定部３ｈから入力されるＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）、また制御量変換部３ｂから入力される実リフト量に基づいて、ＥＷＧモータ２とＥＷＧ制御部３とを接続する伝送線Ｗ１の断線を判定する。

この断線判定部３ｋは、上記モニター電圧が所定の電圧しきい値以下、かつ、上記ＰＷＭ信号における実効駆動デューティ比が所定のＤＵＴＹしきい値以上の状態が所定の第１評価時間Ｔ１だけ継続した後において、駆動回路の健全状態（駆動回路異常なしかつ駆動回路許可状態（駆動回路が駆動信号の出力が可能な状態））が所定の第２評価時間Ｔ２だけ継続した場合に、伝送線Ｗ１が断線したと判定する。なお、この断線判定部３ｋにおける断線判定処理の詳細については、ＥＷＧ制御部３の動作として後述する。

次に、このように構成されたバルブシステム及びバルブ制御装置の動作について、図３及び図４をも参照して詳しく説明する。

本実施形態におけるＥＷＧ制御部３（バルブ制御装置）は、基本動作として目標リフト量（制御目標値）とセンサ信号（制御量）とに基づいて駆動信号（操作量）を生成することである。すなわち、ＥＷＧ制御部３は、目標リフト量とセンサ信号とに基づいてＥＷＧモータ２をフィードバック制御する。そして、このフィードバック制御の結果として、ＥＷＧモータ２に接続されたＥＷＧバルブ１の開度が目標リフト量に従って調節される。

最終リフト量設定部３ｅは、エンジンＥＣＵ（上位制御系）から入力される目標リフト量、全閉学習処理部３ｃから入力される長期学習値及び短期学習値並びに補正部３ｄから入力される補正リフト量に基づいて通常駆動用の最終目標リフト量を設定する。すなわち、最終リフト量設定部３ｅは、方形波状の電圧信号である目標リフト量について、長期学習値及び短期学習値を用いることによりＥＷＧバルブ１を全閉させる際の立下り部及び全閉時のリフト量を指定するローレベル部を修正することにより最終目標リフト量を生成する。

より具体的には、最終リフト量設定部３ｅは、ＥＷＧバルブ１の弁体を弁座に対してソフトランディングさせる際の開始リフト量（ソフトランディング開始リフト量Ｌk）及び停止目標リフト量Ｌtを長期学習値、短期学習値及び規定値（定数）に基づいて以下のように設定する。
Ｌk＝長期学習値−短期学習値＋規定値
Ｌt＝長期学習値−短期学習値−規定値
そして、最終リフト量設定部３ｅは、補正部３ｄから順次入力される補正リフト量を監視し、当該補正リフト量が上記ソフトランディング開始リフト量Ｌkに一致すると、一定の傾斜（速度）で停止目標リフト量Ｌtに到達する制御目標値を出力する。

ここで、ソフトランディング開始リフト量Ｌk及び停止目標リフト量Ｌtは長期学習値、短期学習値及び規定値（定数）によって規定されるが、補正リフト量は、上述したように実リフト量と短期学習値との差分として与えられるものなので、ソフトランディング開始リフト量Ｌk及び停止目標リフト量Ｌtは、実質的には長期学習値及び規定値（定数）のみによって規定される量である。なお、補正リフト量ではなく実リフト量を取り込むように最終リフト量設定部３ｅを構成した場合には、ソフトランディング開始リフト量Ｌkは（長期学習値＋規定値）、また停止目標リフト量Ｌtは（長期学習値−規定値）となり、長期学習値及び規定値（定数）のみによって規定される。

一方、フィルタ部３ａは、リフトセンサ２ａから入力されるセンサ信号（アナログ信号）を順次サンプリングして検出電圧データ（デジタル信号）に変換し、当該検出電圧データにメディアンフィルタ処理を施す。このメディアンフィルタ処理によって検出電圧データに重畳しているセンサ信号に由来するノイズ成分が除去されるので、検出電圧データは、リフト量をより正確に示す信号となる。そして、上記メディアンフィルタ処理によってノイズが除去された検出電圧データ（電圧量）は、制御量変換部３ｂにおいてリフト量（位置）に変換されて全閉学習処理部３ｃ、補正部３ｄ及び断線判定部３ｋに出力される。

全閉学習処理部３ｃは、エンジンＥＣＵから入力されるＩＧ ＯＮ信号をトリガー信号として、エンジンが起動する度に制御量変換部３ｂから順次入力される実リフト量のうち、ＥＷＧバルブ１の弁体が弁座に着座した際のリフト量を長期学習値として学習する。すなわち、全閉学習処理部３ｃは、ＩＧ ＯＮ信号に基づいてエンジンの起動を判断し、またＥＷＧバルブ１の弁体が弁座に着座する度に、その際の全閉リフト量を短期学習値として取得・更新する。
なお、全閉学習処理部３ｃは、エンジンの停止時に長期学習値を不揮発性メモリに保存し、次にエンジンが起動した際には、上記保存した長期学習値を短期学習値の初期値として出力する。

このような学習処理によって取得された長期学習値及び短期学習値のうち、長期学習値は最終リフト量設定部３ｅに提供されて、上述した最終目標リフト量の生成に利用され、一方、短期学習値は補正部３ｄに供給される。そして、補正部３ｄでは、実リフト量から短期学習値が減算されて補正リフト量が生成される。

そして、位置制御部３ｆは、最終目標リフト量と補正リフト量との差分に基づいて位置操作量を生成して速度制御部３ｇに出力し、当該速度制御部３ｇは、上記位置操作量と補正リフト量の微分値との差分に基づいて速度操作量を生成する。そして、ＤＵＴＹ設定部３ｈは、デューティ比が上記速度操作量に応じて設定されたＰＷＭ信号を生成して駆動回路３ｉに出力し、当該駆動回路３ｉは、ＰＷＭ信号に応じた波高値の駆動信号を生成してＥＷＧモータ２を作動させる。なお、速度制御部３ｇには速度リミッタが設定され、またＤＵＴＹ設定部３ｈにはＤＵＴＹリミッタが設定されているので、ＥＷＧモータ２の最高回転速度は許容範囲内に確実に制限される。

以上がＥＷＧ制御部３（バルブ制御装置）の基本動作である。電流電圧変換部３ｊ及び断線判定部３ｋからなる断線検知手段は、以下のようにして伝送線Ｗ１の断線を検知する。

すなわち、駆動回路３ｉは、図３に示すように方形波状のＰＷＭ信号に基づいて駆動電流を生成すると共に、当該駆動電流のモニター電流を電流電圧変換部３ｊに出力する。このモニター電流は、駆動電流の分流電流であり、駆動電流と同様な波形を有する信号である。電流電圧変換部３ｊは、このようなモニター電流をハードウエア的に電流電圧変換することによって、また同じくハードウエア的にローパスフィルタ処理することによってモニター電圧を生成する。このモニター電圧は、図３に示すように、モニター電流のリップルが十分に低減された直流電圧である。

このようなモニター電圧は、電流電圧変換部３ｊから断線判定部３ｋに出力される。断線判定部３ｋは、図４に示すように、上記電流電圧変換部３ｊから入力されたモニター電圧と予め記憶された電圧しきい値とを比較処理する（ステップＳ１）。この電圧しきい値は、駆動回路３ｉとＥＷＧモータ２との伝送線Ｗ１による接続が乖離した状態、つまり駆動回路３ｉの無負荷状態において得られるモニター電圧である。

ここで、駆動回路３ｉの無負荷状態は駆動回路３ｉからＥＷＧモータ２（負荷）に駆動電流が供給されない状態（駆動電流＝０）なので、無負荷状態におけるモニター電圧は本来的には「０」になる。しかしながら、現実には駆動回路３ｉ（モータ駆動専用ＩＣ）や電流電圧変換部３ｊを構成する回路素子の素子定数の誤差等に起因して、駆動回路３ｉの無負荷状態においてモニター電圧は「０」にならない。また、この無負荷状態におけるモニター電圧は、駆動回路３ｉ（モータ駆動専用ＩＣ）や電流電圧変換部３ｊの個体差や温度環境によって、ばらついた値となる。

このような背景から、上記電圧しきい値は、駆動回路３ｉの無負荷状態において設計上想定し得る最も高いモニター電圧（基準モニター電圧）に設定される。したがって、電流電圧変換部３ｊから入力されるモニター電圧が電圧しきい値以下の状態、つまり上記比較処理Ｓ１の論理値が「１」になる状態は、駆動電流が正常な電流範囲を下回った状態であることを示している。

また、断線判定部３ｋは、ＤＵＴＹ設定部３ｈから入力されるＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）及び制御量変換部３ｂから入力される実リフト量に基づいて実効駆動デューティ比を計算する（ステップＳ２）。実効駆動デューティ比は、ＥＷＧモータ２の駆動に実効的に寄与する駆動電流に相当するデューティ比であり、上記ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）からＥＷＧモータ２で発生する逆起電力に相当するデューティ比（逆起電力デューティ比）を差し引いたものである。

周知のようにモータの逆起電力はモータの回転速度に比例する量であり、よって上記逆起電力デューティ比は、ＥＷＧモータ２の回転速度から推定することができる。断線判定部３ｋは、制御量変換部３ｂから入力される実リフト量の変化率を計算し、当該変化率からＥＷＧモータ２の回転速度を求め、この回転速度に予め取得した変換係数を乗算することにより逆起電力デューティ比を求める。そして、断線判定部３ｋは、逆起電力デューティ比をＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）から減算することにより実効駆動デューティ比を取得する。

そして、断線判定部３ｋは、このような実効駆動デューティ比と予め記憶されたＤＵＴＹしきい値とを比較処理する（ステップＳ３）。この比較処理Ｓ３の論理値は、実効駆動デューティ比がＤＵＴＹしきい値以上の場合に「１」となる。上記ＤＵＴＹしきい値は、ＤＵＴＹ設定部３ｈが設定し得る最小デューティ比から所定の余裕量分を差し引いた値（絶対値）である。すなわち、比較処理Ｓ３の論理値が「１」となる状態は、ＥＷＧモータ２の逆起電力の影響を排除した状態において、ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）がＥＷＧモータ２の通常駆動範囲内にある状態である。

ここで、ＤＵＴＹしきい値における上記余裕量は、断線判定が不安定になることを回避するためのものである。すなわち、実効駆動デューティ比は電流電圧変換部３ｊから入力されるモニター電圧に基づいて生成されるが、電流電圧変換部３ｊにおいてモニター電圧を生成する際の誤差、また断線判定部３ｋにおいてモニター電圧を取り込む際のサンプリング誤差等を考慮すると、ＤＵＴＹしきい値を最小デューティ比に設定すると、断線判定部３ｋにおいて断線が実際に発生していない状態を断線発生と誤検知する虞がある。本実施形態では、このような余裕量を最小デューティ比から減算した値（絶対値）をＤＵＴＹしきい値とするので、安定かつ的確な断線判定を行うことが可能である。

そして、断線判定部３ｋは、このような比較処理Ｓ１の論理値と比較処理Ｓ３の論理値とを論理積処理する（ステップＳ４）。すなわち、当該論理積処理Ｓ４の論理値は、ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）がＥＷＧモータ２の通常駆動範囲内にある状態において駆動電流が正常な電流範囲を下回った状態の場合に「１」となる。

そして、断線判定部３ｋは、論理積処理Ｓ４の論理値が「１」になると、当該状態の継続時間をタイマで計時することにより、この継続時間が第１の評価時間を越えたか否かを判断する（ステップＳ５）。この計時判断処理Ｓ５の論理値は、上記継続時間が第１の評価時間を越えた場合に「１」となる。

ここで、上記計時判断処理Ｓ５は、実効駆動デューティ比の生成における時間遅れを考慮したものである。すなわち、断線判定部３ｋは、電流電圧変換部３ｊから入力されるモニター電圧（アナログ量）をサンプリングすることにより時系列データ（電圧データ）に変換し、当該電圧データにデジタル処理を施すことにより実効駆動デューティ比を取得するが、モニター電圧を電圧データに変換する際のサンプリング間隔が比較的長いので、実効駆動デューティ比とモニター電圧との間に時間遅れが発生する。本実施形態では、このような時間遅れの影響を軽減するために上記計時判断処理Ｓ５を行う。

一方、断線判定部３ｋは、駆動回路３ｉから入力される駆動回路許可と駆動回路異常とを論理積処理する（ステップＳ６）。すなわち、当該論理積処理Ｓ６の論理値は、駆動回路３ｉ（モータ駆動専用ＩＣ）に内部異常が発生していない場合、かつ、駆動回路３ｉ（モータ駆動専用ＩＣ）が駆動信号の出力が可能な状態である場合に「１」となる。

そして、断線判定部３ｋは、計時判断処理Ｓ５の論理値と論理積処理Ｓ６の論理値とを論理積処理する（ステップＳ７）。この論理積処理Ｓ７の論理値は、駆動回路３ｉ（モータ駆動専用ＩＣ）が正常な状態にあり、かつ、ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）がＥＷＧモータ２の通常駆動範囲内にある状態において駆動電流が正常な電流範囲を下回った状態が第１の評価時間だけ継続した場合に「１」となる。

さらに、断線判定部３ｋは、このような論理積処理Ｓ７の論理値が「１」になると、当該状態の継続時間をタイマで計時することにより、この継続時間が第２の評価時間を越えたか否かを判断する（ステップＳ８）。この計時判断処理Ｓ８の論理値は、上記継続時間が第２の評価時間を越えたか場合に「１」となる。そして、断線判定部３ｋは、計時判断処理Ｓ８の論理値「１」となると、ＤＵＴＹ設定部３ｈに対してＰＷＭ信号の生成中止指示を出力する（ステップＳ９）。この結果、ＥＷＧ制御部３は、ＥＷＧモータ２の駆動を停止する。

このような本実施形態によれば、ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）及び駆動信号の駆動電流に駆動回路許可及び駆動回路異常をも加味して伝送線Ｗ１の断線を判定するので、伝送線Ｗ１の断線を的確かつ迅速に検知することが可能である。したがって、本実施形態によれば、ＥＷＧモータ２の駆動を適切に行うことが可能である。

また、本実施形態によれば、ＥＷＧモータ２の逆起電力の影響を除外した実効駆動デューティ比を用いるので、ＥＷＧモータ２の作動状態を除外して伝送線Ｗ１の断線を判定することができる。したがって、これによっても伝送線Ｗ１の断線を的確かつ迅速に検知することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ＥＷＧバルブ１（ウエストゲートバルブ）を制御対象バルブとしたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、エンジンにおけるＥＷＧバルブ１（ウエストゲートバルブ）以外の各種バルブ、つまり各種の流量調節弁や開閉弁に適用可能である。

（２）上記実施形態では、駆動回路許可及び駆動回路異常、つまり駆動回路３ｉの動作状態をも加味して伝送線Ｗ１の断線を判定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）及び駆動信号のモニター信号のみに基づいて伝送線Ｗ１の断線を判定してもよい。また、ＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）及び駆動信号のモニター信号に駆動回路許可あるいは駆動回路異常の何れか一方を加味して伝送線Ｗ１の断線を判定してもよい。

（３）上記実施形態では、より的確な伝送線Ｗ１の断線判定を行うために実効駆動デューティ比を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えばＥＷＧモータ２が回転休止している状態つまり逆起電力が発生していない状態を特定し、この状態においてＤＵＴＹ設定部３ｈから入力されたＰＷＭ信号のデューティ比（ＤＵＴＹ）を用いて伝送線Ｗ１の断線判定を行ってもよい。

（４）上記実施形態では、アクチュエータとして回転モータを採用したが、本発明はこれに限定されない。回転モータに代えて例えばリニアモータを採用してもよい。
（５）上記実施形態では、駆動回路３ｉとして駆動電流モニター機能を備えたモータ駆動専用ＩＣを採用したが、本発明はこれに限定されない。駆動電流モニター機能を備えないモータ駆動専用ＩＣを駆動回路３ｉとして採用し、別途設けた追加回路によって駆動電流モニター機能を実現してもよい。

１ ＥＷＧバルブ（バルブ）
２ ＥＷＧモータ（アクチュエータ）
２ａ リフトセンサ
３ ＥＷＧ制御部
３ａ フィルタ部
３ｂ 制御量変換部
３ｃ 全閉学習処理部
３ｄ 補正部
３ｅ 最終リフト量設定部
３ｆ 位置制御部
３ｇ 速度制御部
３ｈ ＤＵＴＹ設定部
３ｉ 駆動回路
３ｊ 電流電圧変換部（断線検知手段）
３ｋ 断線判定部（断線検知手段）

Claims (6)

1. バルブの開度を調節するアクチュエータに所定の伝送線を介して駆動信号を供給する駆動回路を備え、外部から供給される目標開度と前記バルブの実開度を示すセンサ信号とに基づいてＰＷＭ信号を生成して前記駆動回路に供給するバルブ制御装置であって、
   前記ＰＷＭ信号及び前記駆動信号のモニター信号に基づいて前記伝送線の断線を検知する断線検知手段を備え、
   前記駆動回路は、自身の健全性を診断する自己診断機能を備え、
   前記断線検知手段は、前記ＰＷＭ信号及び前記駆動信号の前記モニター信号に加えて前記駆動回路の自己診断結果に基づいて前記伝送線の断線を検知する
   ことを特徴とするバルブ制御装置。
2. 前記断線検知手段は、前記モニター信号として前記駆動信号のモニター電圧を取得し、当該モニター電圧が所定の電圧しきい値以下、かつ、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が所定のＤＵＴＹしきい値以上の状態が所定の評価時間継続した場合に前記伝送線が断線したと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ制御装置。
3. 前記断線検知手段は、前記モニター信号として前記駆動信号のモニター電圧を取得し、当該モニター電圧が所定の電圧しきい値以下、かつ、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が所定のＤＵＴＹしきい値以上の状態が所定の第１評価時間継続した後において、前記駆動回路の健全状態が所定の第２評価時間継続した場合に前記伝送線が断線したと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ制御装置。
4. 前記アクチュエータがモータである場合、
   前記断線検知手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比から前記モータで発生する逆起電力の影響を除外した実効駆動デューティ比を計算し、当該実効駆動デューティ比を所定のＤＵＴＹしきい値と比較する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブ制御装置。
5. 前記バルブは、エンジンの過給機に設けられたウエストゲートバルブである
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ制御装置。
6. 前記バルブと、
   前記アクチュエータと、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブ制御装置と
   を備える
   ことを特徴とするバルブシステム。

Images