JPH0295763A - 排気ガス再循環制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車の運転状況に合わせて排気ガスの一部
を吸気系に戻し、ＮＯｘの低減を図る排気ガス再循環装
置（以下、ＥＧＲという。）における排気ガスの再循環
制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、上記ＥＧＲバルブの開閉には機械的なダイアフラ
ム式アクチュエータが使われてきたが、この方法では高
精度の流量制御が困難であるため、近年は上記アクチュ
エータに代えて電気的に作動するステッピングモータが
多く使われるようになってきた。

上記ＥＧＲパルプは第１０図に例示する構成からなるも
ので、図中１は弁体、２はステータ、３はコイル、４は
プランジャ、５はスリーブ、６はプソシュロンド、７は
ロータである。

コイル３にパルス状の電流が流れると、パルス１個毎に
ロータ７が一定角度回転し、ロータ７の内ねしに外ねし
で噛み合っているブツシュロッド６が軸方向に一定距離
だけ進退する。例えばロータの一回転に対しブツシュロ
ッド６は２龍移動し、これを１００ステツプで制御し得
る。

ブツシュロッド６の先端に当接するプランジャ５はスプ
リング力により常時ブツシュロッド６を押しており、ブ
ツシュロッド６の前進量に応じて弁体１も前進し、排気
ガス通過量を制御する。

こうしたステッピングモータをアクチュエータとして使
用するＥＧＲバルブの排気ガス流量制御は、一般に第１
１図に示すシステムをとる。

即ち、エンジン部の電子制御ユニット（Ｅ　ＣＵ）には
各種センサからエンジン回転数、冷却水温、スロットル
開度等の運転状態が刻々と入力され、ＥＣＵでは入力さ
れた各種センサからの情報に基づきＥＧＲｉを算出し、
次のＥＧＲステンビングモータ制御部にＥＧＲバルブの
開度に関するアナログ電圧信号として出力する。ＥＧＲ
ステンビングモータ制御部は前記信号を受けてＡ／Ｄ変
換し、マイコン内でモータ回転量を計算してモータ駆動
回路に駆動パルスを出力し、ステッピングモータを所望
の回転角度だけ正転／逆転させてパルプ開度を調節する
。

第７図にステッピングモータの特性を示す。

通常、ステッピングモータはある負荷トルク（ｋｇ　、
　ｃｍ　）を超えると単位時間当りのパルス数（周波数
）とは無関係に脱調してしまう領域が存在する。また、
負荷トルクが前記トルクより低い場合は、外部より与え
られる信号に同期してミスステップなしに起動、停止、
逆転ができる自起動領域と、前記自起動領域を超えて周
波数又は負荷トルクを漸増させると同期を失うことなし
に応答できるスルー領域とがあり、その他いずれにして
も脱調してしまう上記脱調領域にわかれる。

ところで、ＥＧＲバルブにステッピングモータを適用す
る場合、同モータに必要な最低限の負荷トルクはスプリ
ング荷重等から一義的に決まるものであり、しかも上記
自起動領域であるならば最も安全かつ確実にバルブ開度
制御が行えることから、従来は単位時間当りのモータ駆
動パルス数（周波数）を第・７図に示す自起動領域内の
一点に決めていた。即ち、周波数をＥＧＲバルブ制御に
必要な最低限の上記トルクＴ、が確保され、かつステ・
ノピングモータの自起動領域内に決めておけばミスステ
ップなしに起動・停止・正／逆転が可能となるためであ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、第９図に一点鎖線で示す如くステッピングモ
ータに対する単位時間当りの駆動パルス数が一定である
ということは、ステッピングモータの回転速度が一定で
あり、換言すればＥＧＲバルブの弁体移動速度が一定で
あることを意味し、制御特性としては応答性に乏しいと
いうきらいがあり、特にドライバビリティの確保と排気
浄化とを両立させることを困難にしている。

従って、本発明の目的は、ステッピングモータを使った
ＥＧＲバルブ制御の応答性を上げ、ドライバビリティと
排気浄化の両立を図ることにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成すべく、本発明はエンジン回転数、スロ
ットル開度等の運転状況を検出する各種センサと、該各
種センサからの入力から吸気系に再循環させる排気ガス
量を算出する電子制御ユニットと、該ユニットからの人
力信号をＡ／Ｄ変換し、ステッピングモーク回転量を算
出するモータ制御部と、同モータ制御部からの駆動パル
スに基づき回転するステッピングモータと、排気系と吸
気系の間にあって前記ステッピングモータの回転量によ
り排気ガス流星を制御するバルブとからなり適切な温度
・時ｊｌＪ］・流量等を制御して排気ガスの一部を吸気
系に再循環させる排気ガス再循環制御装置において、上
記モーフ制御部に上記ステッピングモータを自起動領域
間で起動させ、スルー領域内で加減速させるための制御
手段を備えることをその構成とするものである。

（作用） モータ制御部には、ステッピングモータの起動・加減速
・逆転・停止の各パターンが記憶されており、ステッピ
ングモータの駆動時にはそのパターンに沿って単位時間
当りの駆動パルス数を増減させ、ステッピングモータを
自起動領域内で起動させ、スルー領域内で加減速させる
。

従って、弁体を目的位置まで素速く移動させて、各種セ
ンサからの運転状態に関する情報に即答してＥｃＲｌを
制御する。

また、Ａ／Ｄ変換毎にモータ制御部への割り込み信号が
出され、その都度モータ制御部からＡ／Ｄ変換要求が出
され、そのデータを現位置と比較し、必要とあらば同デ
ータに基づいてステッピングモータを上記パターンに沿
って駆動し、弁体を所望の位置に移動させる。ステッピ
ングモータの作動中においても常にデータを読み取って
いるため、目的位置が即座に変更される。

（実施例） 以下、本発明を図示実施例に基づき更に詳しく説明する
。

本実施例においても、ＥＧＲ制御システムの全体は第１
１図に示し、既述したシステムと同様であり、使用する
ステッピングモータは第１０図に示し既述した構成をも
つＰＭ型スステンピングモータある。その駆動方式は全
体のコイルに電流を流すバイポーラ駆動を採用している
もので、ユニポーラ方式に比べてトルクを向上させるこ
とができる。

本実施例では上記ＥＧＲ制御システム中、ＥＧＲステン
ピングモータ制御部を第１図に示す如く構成している。

ｐち、従来と同様にして電子制御ユニット（ＥＣＵ）よ
り入力されたバルブ開度を決める各種情報を、Ａ／Ｄコ
ンバータによりデジタル値に変換する。マイコンはその
変換データに基づいてステッピングモータの回転量を計
算し、モータ駆動回路に駆動パルスを出力する。第２図
は同駆動回路例を示すもので、ステッピングモータの励
磁パターンをバイポーラ２相１−２励磁力式としている
。第３図は同バイポーラ駆動ステッピングモータの２相
１−２励磁パターンを示している。

バイポーラ駆動は上記の通りユニポーラ駆動に比較して
トルクを向上させることができ、更に１−２励磁は２励
磁に比べてハーフステップの位置を使用するため、分解
能が２倍となる。

本実施例で使用するＡ／Ｄコンバータは変換時間が最大
５　ｍ５ｅｃであり、マイコンからＡ／Ｄコンバータに
リセット信号が出ると、その時点の各種センサよりの入
力電圧値に対してデジタル変換動作を行い、この変換が
終了するとＥＯＣ（端子）から　ＬＯＷ　ＬＥＶＥＬを
出力する。

この変換終了時の出力信号をマイコンに対する割り込み
信号として使用する。

第４図はＡ／Ｄコンバータの動作タイミングチャートを
示し、同図から明らかな如くマイコンからのりセント信
号が入ると５　ｍ５ｅｃ間変換しながらマイコンに変換
データを送り、その終了時に同じくマイコンに対して割
り込み信号を出力するもので、マイコンに対しＡ／Ｄコ
ンバータからは所定時間毎に割り込み信号が送られるよ
うになっている。

以上の構成にあって、その制御動作につきフローチャー
トに基づいて説明する。

まず、モータ制御部（マイコン）の動作につき説明する
と、モータを加減速させる際の栄位時間当りのステッピ
ングモータ駆動パルス数（周波数）を決めるには、一般
に次式が使用される。

ここで、（１）弐における各符号は、 ｆＬ　；　ステッピングモータスタートの時の周波数（
Ｐ、Ｐ、５） ｆＨ；　同モータ最高速度時の周波数（Ｐ、Ｐ、Ｓ）Ｔ
ａ、；　　ｆＬのときのトルク余裕（ｋｇ−ｃｉｎ）Ｔ
ａ２；　　ｆ、のときのトルク余裕（ｋｇ−ｃｍ）ＴＬ
　　＋　　起動に必要な最低トルク（ばね荷重骨等） Ｊ　；　ステッピングモータのロータ慣性モーメント θ、；　１ステップ当りの角度 である。

第８図の斜線部は本発明によるステッピングモータ駆動
時のトルク余裕を示すもので、本実施例で例えばステッ
ピングモータの起動時のパルス周波数をｒＬ、Ｑ高時の
周波数をｆ　１１と設定したとき、起動時は外部より与
えられる信号に同期してミスステップなしに駆動可能な
自起動領域内にあり、トルク余裕もスルー領域と脱調領
域との境界までＴａ、と十分にある。また、最高周波数
ｆＨにおいても、トルク余裕はステッピングモータの駆
動に必要な最低限のトルク（’ｒＬ）が確保される上に
、かつスルー領域内にあるため、Ｔａｚの巾がある。

従って、本実施例によれば上記式（１）より予めパルス
間隔を計算しておき、これをマイコンのメモリ中にデー
タとして記憶させておき、第８図に斜線で示す範囲内で
ステッピングモータの加減速を行うべく単位時間当りの
モータ駆動パルス数を変化させる。

一方、マイコンはＡ／Ｄコンバータカラ周ｕＪＩ的に入
る割り込み信号に対応して、その都度第６図に示す如＜
　Ａ／Ｄコンバータに対し変換データを要求する信号（
リセット信号）を出力する。

この信号を受けるとＡ／Ｄコンバータはデータバスに変
換データを出力する。このデータをマイコンは内部に取
り込む。変換データは８ビツトのため１００ステツプフ
ルストロークのモータに対し、それぞれのステップに対
応するようにデータを加工、演算し、メモリ中のＳｒｉ
番地（任意）に格納する。マイコンはＡ／Ｄコンバータ
に対しりセント信号を出力した後、メインルーチンへリ
ターンする。

メインルーチンへリターンすると、マイコンは第７図に
示すフローチャートに従って以下の順序で動作する。

■　割り込みルーチンにより書き込まれたＳｒｉ番地の
内容をデータとして受は取る。

■　そのデータに従い移動目的位置を算出し、現在位置
と比較する。

■　２つの値により移動量を算出し、移動量が零なら■
に戻る。

■　メモリ中に記憶されたパルス間隔等のデータを取り
出すため、移動量、正転、反転等の情報をメモリーに仮
記憶し、モータスタートのルーチンをコールする。

■　モータスタートのルーチンはメモリーに仮記憶され
た移動量、正転、反転等の情報に従い、パルス間隔の゛
データを取り出しパルスを発生させる。

■　このときモータが移動を終了していたら■へ戻る。

■　モータが移動を終了していないときは、Ｓｒｉ番地
よりデータを再び受は取り、移動目的位置が変更されな
いかチエツクする。

■　変更がなければ■へ戻る。

■　また、変更があれば、その変更された量に応じて、
仮記憶されている移動量、正転、逆転等の情報を書きか
えた後で■へ戻る。

即ち、マイコンはＡ／Ｄコンバータより変換データを取
り込み、対応する移動量を計算する。

移動量がＯ以外ならば、移動量レジスタ（ＭＶＲ）に移
動量、ステータスフラグ（ｓｔｆ）に正転・反転等の移
動条件をセットし、設定された速度曲線に沿ってモータ
をスタートさせる。このとき、Ａ／Ｄコンバータは常時
動作しており、変換時間が５　ｍ５ｅｃ間隔でＳｒｉ番
地のデータを更新しているため、モータ動作中も変換デ
ータを参照できる。マイコンは前記移動量レジスタ（Ｍ
ｙＲ）内の移動量、ステータスフラグ（ｓｔｆ）内の移
動条件を参照しなからモータ駆動信号を作っているので
、万一、モータ駆動中に移動量、移動条件が変化すると
、それに応じて移動量レジスタ（ＭＶＰ）、ステータス
フラグ（ｓｔｆ）をセノトし直すことにより、容易に移
動目的位置を変更させられる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した如く本発明によれば、ステンビン
グモーク駆動パルス数を、自起動領域で起動させ、スル
ー領域内まで加減速するように設定しているため、モー
タを効率的に活用できると共に、ＥＧＲｉ制御の応答性
を著しく向上させることができる。

更に本発明によれば、モータ駆動中も耐えず変換データ
を参照し、同データの変更に応じ移動量、移動状態を即
座に変更し得るようになっているため、自動車の運転状
況に合わせてＥＧＲの制御を適切に行い得、同時にドラ
イバビリティも十分確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＢＧＲ制御制御体全体すシステム
図、第２図は本発明の実施例に係るステッピングモータ
のバイポーラ駆動回路図、第３図は同バイポーラ駆動ス
テッピングモータ１＝２相励磁パターン図、第４図は本
発明によるＡ／Ｄ変換動作を示す説明図、第５図は本発
明のモータ制御部のメインルーチンを示すフローチャー
ト図、第６図は同割り込みルーチンを示すフローチャー
ト図、第７図はステッピングモータの周波数−トルク特
性図、第８図は本発明による周波数変動領域を示す説明
図、第９図は本発明による周波数変動曲線図、第１０図
はステッピングモータの構造を示す縦断面図、第１１図
は従来のステ・ノピングモータを使ったＥＧＲ制御シス
テム図である。 図の主要部分の説明 １−弁体　　　　　　２＝−ステータ ４−プランジャ　　　６−プノシユロソド７−　ロータ 第１図 第５図 襖４図 第６図 （ＰＰＳ） 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エンジン回転数、スロットル開度等の運転状況を検出
   する各種センサと、該各種センサからの入力から吸気系
   に再循環させる排気ガス量を算出する電子制御ユニット
   と、該ユニットからの入力信号をＡ／Ｄ変換し、ステッ
   ピングモータ回転量を算出するモータ制御部と、同モー
   タ制御部からの駆動パルスに基づき回転するステッピン
   グモータと、排気系と吸気系の間にあって前記ステッピ
   ングモータの回転量により排気ガス流量を制御するバル
   ブとからなり、適切な温度・時期・流量等を制御して排
   気ガスの一部を吸気系に再循環させる排気ガス再循環制
   御装置において、上記モータ制御部に上記ステッピング
   モータを自起動領域間で起動させ、スルー領域内で加減
   速させるための制御手段を備えることを特徴とする排気
   ガス再循環制御装置。