JPH10159592A - エンジンに供給される流体の流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量制御弁を制御する同期式モータの脱調を
防止し、良好なエミッション性能、快適な運転性能を得
る。 【解決手段】 駆動速度変化量演算手段４８により、出
力タイミング毎の同期式モータの駆動速度の変化量を算
出する。駆動速度の変化量が所定のしきい値を越える場
合には、駆動速度緩和手段４５により駆動信号を出力す
る所定出力タイミングの周期の延長、またはステップモ
ータの励磁相を変更し、更にその状態を所定期間継続す
ることにより、モータの駆動速度に制限を加える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの運転状
態に応じてエンジンに供給される流体の流量を制御する
流量制御装置に関し、より詳細にはその制御弁開度を制
御する同期式モータの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジン制御における流体パラメータの
制御装置としては、アイドル回転数を一定に維持するた
めに吸気の補助空気量を制御するＩＳＣ（Idle Speed C
ontrol）制御装置や吸気管面積を制御するためにスロッ
トルバルブを駆動するスロットルバルブ制御装置に代表
される吸入空気量制御装置、蒸発燃料を吸気管へ導入す
るキャニスタパージ量を制御するエバポ制御装置、ある
いは吸気管への排気ガス還流量を制御するＥＧＲ制御装
置などがある。

【０００３】これらの流体パラメータは、主に吸気管負
圧と大気又は排気圧との差圧で決まり、最適な流量制御
を行うには制御弁の開度制御を行う必要がある。制御弁
の開度制御方式としては、デューティ信号の通電、非通
電時間の比で開度を設定するデューティ式比例ソレノイ
ドバルブ方式と、特定の励磁相に通電することによりバ
ルブを駆動し開度を設定する同期式モータ方式（ステッ
プモータ方式）とが代表的である。

【０００４】このうち、デューティ式比例ソレノイドバ
ルブ方式は、構造的に簡単でありコスト的に優れるが、
開弁力を確保するために消費電流が大きくなり、また温
度上昇による内部抵抗増大によって開弁力が低下するた
め、開度フィードバックや電流補正を必要とし、開度モ
ニタ用のリフトセンサや電流検出装置（回路）を設置す
る必要があるなど、流量制御の複雑化を伴うことにな
る。一方、同期式モータ方式はコスト的に劣るものの、
全閉でのシート性に優れ、また開度がモータの回転角度
で一義的に決まるので開度フィードバックの必要がな
く、流量制御の簡素化が可能である。

【０００５】近年では、排気ガス規制や燃費規制、自己
診断要求などの制御処理が増大してきており、エンジン
を制御するエンジン制御装置（制御用マイコン）の処理
負荷、メモリ使用量が急増しており、ソフト負荷の少な
い同期式モータ式制御バルブを用いることが多い。この
ように同期式モータ式制御バルブを用いた例としては、
特開昭６０−９３１６６号公報などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】エンジンに供給される
流体の流量制御に同期式モータ式流量制御装置を用いた
場合、同期式モータは当然エンジンルーム内へ設置する
ことになる。この時の使用環境は、−２０℃以下の極寒
の状態から＋１２０℃以上の極暑の状態にまで及び、非
常に過酷な条件になる。更にＥＧＲバルブの場合には、
排気ガス温度での昇温により＋２００℃以上になること
も考えられる。このような使用環境下で同期式モータを
用いた場合、内部フリクションの変動によってバルブ内
のローターシャフトの動作が正常状態から逸脱し、脱調
（ミスステップ）を引き起こす危険性がある。

【０００７】従来制御では、なるべくこのような運転状
態での動作は禁止したり、また動作させる場合には、こ
まめに０点校正（イニシャライズ動作）を行うことによ
り、万が一に脱調してもすぐに０点校正処理をし、エン
ジン制御への影響を最小限に食い止めていた。しかし、
この方法では０点である全閉位置に何度もバルブを打ち
つけるため、バルブの耐久性が問題となり、バルブ強度
確保のためにコストアップを招いていた。０点校正はな
るべく行わない方がバルブ強度を最適化でき、コスト的
にも有利になる。

【０００８】また近年では、排気ガス規制強化や運転性
向上の要求に応えるために緻密な流量制御を行ってお
り、流量制御バルブの脱調による流量変化はエンジンが
要求する流量との間にアンマッチを生じ、エミッション
悪化や運転性悪化（エンストや回転変動）が懸念され
る。従って、同期式モータ式流量制御装置を用いた場合
には、脱調の発生を抑制する制御が必要になってきてい
た。

【０００９】本発明は、このような要求に応えるために
なされたものであり、過酷な環境でエンジンに供給され
る流体の流量制御を行う同期式モータを、脱調を防止し
て制御することのできる制御装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、前回
の制御タイミングにおける駆動速度と今回の制御タイミ
ングにおいて設定された駆動速度との差として同期式モ
ータの駆動速度の変化量を算出し、その変化量が脱調限
界を越える場合は今回の駆動速度を補正して低下させる
駆動速度緩和手段を備えることにより前記目的を達成す
る。駆動速度の変化量算出は常時行うのではなく、目標
とする同期式モータのステップ位置までのステップ数が
小さくなって、駆動停止、反転、駆動速度変動等、駆動
速度の変化を伴う駆動制御が予想される時点になってか
ら行うのが好ましい。

【００１１】すなわち、本発明は、エンジンに供給され
る流体の流量を制御する流量制御弁と、流量制御弁の開
度を制御する同期式モータと、エンジンの運転状態を検
出する運転状態検出手段と、エンジンの運転状態に応じ
て流体の目標流量を設定する目標流量設定手段と、目標
流量に応じて流量制御弁の目標開度を設定する目標開度
設定手段と、目標開度により同期式モータの回転方向と
回転量を設定するモータ回転設定手段と、同期式モータ
の駆動速度を設定する駆動速度設定手段と、目標開度、
回転方向、回転量、駆動速度に応じて出力タイミングに
あわせて同期式モータへ駆動信号を出力するモータ駆動
出力手段とを備えたエンジンに供給される流体の流量制
御装置において、出力タイミング毎の同期式モータの駆
動速度の変化量を算出する駆動速度変化量算出手段と、
駆動速度変化量が所定の閾値を越える場合には駆動速度
変化量が閾値以内となるように駆動速度を補正する駆動
速度緩和手段と備えたことを特徴とする。

【００１２】同期式モータの駆動速度変化量は、駆動信
号を出力する出力タイミングの周期の変化により検出す
ることができる。駆動速度緩和手段は、駆動信号を出力
する周期を延長することにより駆動速度の補正を行うこ
とができる。駆動速度緩和手段はまた、同期式モータの
励磁パターンを変更することにより駆動速度の補正を行
うことができる。

【００１３】駆動速度の補正を行った場合は、その補正
を行っている状態を所定期間継続することが望ましく、
補正を行っている状態を所定期間継続させる場合の目標
開度は、駆動出力による同期式モータの駆動期間及び／
又は駆動速度に応じて設定することができる。なお、流
量制御弁により制御される流体は、排気管から吸気管へ
還流される排気ガス、あるいは大気からエンジンに流入
する吸入空気とすることができる。

【００１４】本発明の流量制御装置によると、同期式モ
ータの駆動速度が急激に変化することがないので、脱調
を防止でき、良好なエミッション性能、快適な運転性能
を得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、エンジンの吸気管への排気
ガス還流量を制御するＥＧＲ制御を例にとり、図面を参
照して本発明の実施の形態を説明する。図２は、ＥＧＲ
制御のシステム構成図である。空気はエアクリーナ１の
入口部より入り、スロットルセンサ１２を備えるスロッ
トルバルブ３を通り、吸気管４を通ってエンジン５のシ
リンダ内に吸入される。吸入空気量は熱線式空気流量計
２によって検出され、検出信号はコントロールユニット
７に入力される。

【００１６】一方燃料は、図示していない燃料タンクか
ら燃料噴射弁（インジェクタ）１４を経て噴射され、吸
入通路内で吸入空気と混合されエンジン５のシリンダ内
に供給される。燃料と空気との混合気はエンジン５で圧
縮され、点火プラグ１５により着火された爆発後に排気
管６から排出される。エンジンの情報は、前述の熱線式
空気流量計２、スロットルセンサ１２の他にクランク角
センサ１３（エンジン回転数センサ）、水温センサ１１
により検出され、コントロールユニット７に入力され
る。これらの情報は、燃料噴射量や点火時期などの演算
に用いられる。

【００１７】ＥＧＲ制御システムのＥＧＲガスは、排気
管６から分岐したパイプを通り、ＥＧＲバルブ８を経由
して吸気管４に還流される。ＥＧＲバルブ８では、バル
ブ開度を制御することによりＥＧＲガス流量を制御す
る。コントロールユニット７は、各種センサ類から入力
される信号に基づいてＥＧＲバルブ８の制御量を演算
し、ＥＧＲバルブ８にＥＧＲバルブ駆動信号を出力す
る。

【００１８】なお、ＥＧＲ通路の吸気管側にはＥＧＲガ
ス温度センサ１０が設置され、吸気管上流のコレクタ部
には吸気管圧力センサ９が設置されている。このＥＧＲ
ガス温度センサ１０及び吸気管圧力センサ９の一方又は
両方は、ＥＧＲ制御が正常に動作しているかどうかの自
己診断を行うために用いられる。図３は、ＥＧＲバルブ
８の構造を模式的に示す断面図である。図３を用いて、
まず機械的な動作から説明する。コントロールユニット
７からの信号は、車両ハーネス、コネクタ２０を経由し
てステータコイル２１、２２に通電される。ロータ２３
はベアリング２９、３０で支えられている永久磁石であ
り、ステータコイル２１、２２への通電により発生され
た磁力により回転する。ロータ２３の内側にはねじ２４
が切られており、ロータ２３はこのねじ２４を介してシ
ャフト２５と連結している。シャフト２５は軸方向に溝
が切ってあり、バルブ本体に固定された突起がその溝に
係合して回転しないようになっている。

【００１９】ロータ２３が回転運動を開始すると、シャ
フト２５は軸方向の溝に突起が係合して回転を抑制され
ているため、ロータ２３の回転運動はねじ２４を介して
シャフト２５を軸方向（上下方向）に移動させる一次元
方向の運動に変換される。シャフト２５が上下方向に運
動すると、シャフト２５の先端に連結されているバルブ
２６が上下し、バルブ２６とバルブシートとの間の隙間
が変化する。図示していないが、シャフト２５とバルブ
２６との間にはばねが介在し、バルブ全閉時のシート性
を確保（漏れ量を無くす）するとともに、耐久性の向上
が図られている。

【００２０】ＥＧＲバルブ８のこのような動作により、
ＥＧＲガス流入口２７からＥＧＲガス流出口２８間の通
路面積が変化し、ＥＧＲガス流量が制御される。また、
３１は戻しばねであり、戻しばね３１はハーネス断線等
により無励磁状態でＥＧＲバルブが制御不能になったと
きのために装着されている。すなわち、無励磁の状態に
なると、バルブ２６は戻しばね３１の作用により機械的
に全閉位置まで閉弁する。

【００２１】次に、ステップモータの励磁に関する説明
を図４、５を用いて行う。図４はコントロールユニット
７内部の駆動回路とＥＧＲバルブの各ステータコイルと
の結線を示したものであり、この例ではＥＧＲバルブ８
のコイル構成はバイファイラ巻き構成、コントロールユ
ニット４の駆動回路はユニポーラ駆動回路としている。

【００２２】コントロールユニット７にはマイコン３１
が備えられており、マイコン３１の中で目標ＥＧＲガス
流量や目標バルブ開度を算出し、駆動回路（ユニポーラ
駆動回路なのでトランジスタが４個）で、車両ハーネス
で結線されているＥＧＲバルブ８内の各ステータコイル
への通電、非通電を行う。図４のステータコイルφＡ、
φ／Ａ（Ａバーを、／Ａのように記す。以下同じ）は図
３のステータコイル２１と同一のコイルであり、図４の
ステータコイルφＢ、φ／Ｂは図３のステータコイル２
２と同一のコイルである。また、φＡとφ／Ａ、φＢと
φ／Ｂは同一コイル上で逆方向に巻いてあり、通電する
と逆向きの磁界を発生する。

【００２３】これら、４つのステータコイルφＡ、φ／
Ａ、φＢ、φ／Ｂに対する通電パターンでモータの回転
方向や回転量を設定するが、その場合の励磁パターンを
図５に示す。図５において、パターン０はバルブが全閉
時すなわち０点を意味しており、図中でＯＮとはそのス
テータコイル（相）に通電することを示す。また、１つ
のステータコイル（相）に通電することを１相励磁、こ
の１相励磁で駆動する駆動を１相励磁駆動、２つのステ
ータコイル（相）に通電することを２相励磁、この２相
励磁で駆動する駆動を２相励磁駆動、また１相励磁と２
相励磁を交互に繰り返す駆動を１−２相励磁駆動とい
う。通常は２相励磁駆動や１−２相励磁駆動を用い、１
相励磁駆動は駆動トルクが小さいため用いない。２励磁
駆動は１−２相励磁駆動よりも１ステップ当たりの変位
量が大きく駆動速度が速い。一方、１−２相励磁駆動
は、駆動速度が遅くなる代わりに流量分解能を高めるこ
とができる。

【００２４】駆動の例として、例えば２相励磁にて３ス
テップ（パターン）開弁方向に駆動したい場合には、例
えば図５のパターン０を起点にパターン２、パターン
４、パターン６とパターンを変えて、各パターンにおい
てＯＮと表示したステータコイル（相）に通電する。ま
た、１−２相励磁にて３ステップ（パターン）駆動した
い場合には、例えば図５のパターン０を起点にパターン
１、パターン２、パターン３とパターンを変えて、各パ
ターンにおいてＯＮと表示したステータコイル（相）に
通電していく。閉弁方向へ駆動するには、開弁のときと
逆の駆動順序で通電していく。なお、開弁時にはパター
ン７の次がパターン０へ、閉弁時にはパターン０の次が
パターン７へ続くものとする。

【００２５】ＥＧＲバルブ８は上記１ステップ（１パタ
ーン）当たりの流量を規定し、製造されているため、上
記のような通電動作を連続することにより、ＥＧＲガス
を所定の流量に制御することが可能になる。また、通電
の間隔（駆動周期）を可変にすることにより、素早い制
御応答性が欲しい時は制御周期を短く（駆動速度を早
く）、駆動トルクを確保したい場合には制御周期を長く
（駆動速度を遅く）することで対応することができ、制
御の柔軟性を確保できる。

【００２６】図１は、本発明による流量制御装置の制御
ブロックを制御の流れとともに示した図である。この制
御はコントロールユニット７内で行われる。まず、図２
に示した熱線式空気流量計２、スロットルセンサ１２、
クランク角センサ１３（エンジン回転数センサ）、水温
センサ１１等からなる運転状態センサ４０からの信号を
信号入力手段４１にて受け、運転状態に最も適したＥＧ
Ｒ率をＥＧＲ率演算手段４２にて算出する。

【００２７】目標バルブ開度演算手段４３は、ＥＧＲ率
演算手段４２で算出されたＥＧＲ率を目標ＥＧＲガス流
量に変換し、ＥＧＲバルブの目標バルブ開度（開口面
積）を演算する。次に、新ステップ状態設定手段４４で
は、目標バルブ開度（開口面積）をＥＧＲバルブの１ス
テップ当たりの流量分解能（バルブシートとの隙間面
積）で除算し、新たな目標ステップ数（ステップ位置）
の演算を行い、現在のステップ数と目標ステップ数とを
比較することで回転方向や駆動ステップ数（量）、信号
出力周期（駆動速度）などの演算を行う。

【００２８】従来の技術では、この後、駆動信号出力手
段４６（図４の駆動用トランジスタなどの駆動回路）に
て、図５で説明した如き駆動動作を実施していた。本発
明の特徴は、新ステップ状態設定手段４４と駆動信号出
力手段４６の間に、駆動速度をメモリから読み出す前回
ステップ状態検出手段４７、駆動速度変化量演算手段４
８、駆動速度緩和手段（ステップ状態変更手段）４５を
追加した点にある。

【００２９】先ず、図６により、前回ステップ状態検出
手段４７、駆動速度変化量演算手段４８、駆動速度緩和
手段４５がない従来の制御装置におけるステップモータ
（ＥＧＲバルブ）の動作を説明する。図６は、（ａ）が
ステップ数の変化、（ｂ）がバルブ駆動周波数（駆動速
度）変化、（ｃ）が駆動周波数変化量（駆動速度変化
量）を各々示している。

【００３０】図６（ａ）において、点線は目標ステップ
数、実線は実ステップ数（コントロールユニット７が認
識している出力ステップ数）を表している。この図は一
連のバルブ動作の中の一部を取り出して示したものであ
り、閉弁駆動から目標値と一致したため停止、その後開
弁駆動、目標位置が反転したため一旦停止動作をおいて
から閉弁駆動、再度目標値が反転したため一旦停止動作
をおいてから開弁駆動している図である。

【００３１】ＥＧＲバルブの駆動において、閉弁側への
駆動は応答遅れがあると、例えばスロットルをＯＦＦし
た減速時に残留ＥＧＲガスによるエンストや回転不安定
が発生するため、応答遅れを嫌って制御周期をｔ１と短
くし、開弁側への駆動は前述した戻りばねに打ち勝つト
ルク確保のため、制御周期をｔ２と長くしている。ま
た、目標値反転時には、脱調防止のために一旦停止さ
せ、バルブ挙動を安定させてから追従させている。

【００３２】この駆動パターンにおける駆動速度（駆動
周波数）は図６（ｂ）に示すようになり、駆動方向が変
わる場合や停止するときに駆動速度差が生じている。こ
の駆動速度（駆動周波数）の変化量を示したものが、図
６（ｃ）である。速度変化量が大きいとロータ２３の慣
性をモータのトルクが押さえきれず、ロータの実際の挙
動不安定、例えばオーバーシュートの増大や収束時間の
増大を引き起こし、制御しようとするステップ数からの
逸脱（脱調、ミスステップ）が発生する危険性がある。
これはモータトルクとロータ２３の慣性力との関係で決
まるものであり、開弁側をプラス方向とすると、プラス
方向、マイナス方向の各々に逸脱限界線（脱調限界線）
を引くことができる。図６（ｃ）中のＡ部やＢ部のよう
に、駆動速度変化量（駆動周波数変化量）がこの脱調限
界線をオーバーするような場合、脱調を完全に抑制する
ことは不可能になる。

【００３３】更に、ベアリング２９、３０やねじ部２４
のフリクションなどによっても挙動不安定さは変動し、
特に高温動作時でのグリス抜けによるオーバーシュート
分の抑制（ダンパー）作用の低下した時には、脱調を完
全に抑制することはできない。近年の排気ガス規制の強
化によってＥＧＲガス還流量は増加の一途をたどり、従
来の規制値では問題なかったが、今後この様な脱調モー
ドが十分に考えられ、この改善を行うことが必要であ
る。

【００３４】ちなみに、図６（ｃ）に示したように、プ
ラス側とマイナス側で脱調限界線が異なっているのは、
戻りばねによる影響である。図１０（ａ）に示すよう
に、戻りばねのばね力に反する方向へ駆動し、そこから
ばね力に従属する方向へ駆動（停止）する場合のロータ
の挙動（図中ではモータ変位）は小さい。逆に、図１０
（ｂ）に示すように、ばね力に従属する方向へ駆動し、
そこからばね力に反する方向へ駆動（停止）する場合の
ロータの挙動は非常に大きい。このため、プラス側とマ
イナス側とで脱調限界線が異なっている。

【００３５】次に、図７及び図８のフローチャートを参
照して、本発明の流量制御装置による制御フローの例に
ついて詳細に説明する。まず、図７に示した制御フロー
について説明する。Ｓ５０のｆＰＴＲＮは、本発明の特
徴である駆動速度の緩和手段が作動中であるかどうかを
識別する識別フラグであり、ｆＰＴＲＮ＝１であれば緩
和手段を継続作動中、ｆＰＴＲＮ＝０であれば緩和手段
を非作動中であることを示す。Ｓ５０の判定において、
ｆＰＴＲＮ＝０であった場合、Ｓ５１以降の目標ステッ
プ数計算、駆動速度差計算に移行するが、ｆＰＴＲＮ＝
１であった場合、目標ステップ数や駆動速度差の計算を
スキップしてＳ６０に移行する。

【００３６】Ｓ５０の判定結果によりＳ５１へ移行した
ならば、バルブの目標開度すなわちステップモータの目
標ステップ数ＳＴＰＤを読み出す。目標ＥＧＲ率、目標
ＥＧＲ流量、目標ステップ数は別のタスクで求められ、
所定メモりに格納されている。したがって、Ｓ５１で
は、別タスクで求められてメモリに格納されている目標
ステップ数ＳＴＰＤを読み出すことになる。

【００３７】Ｓ５２では、前回の駆動時のステップ数Ｓ
ＴＰＭｏｌｄを読み出す。このフローには記述していな
いが、駆動信号を出力した後は、現在のステップ数（ス
テップ位置）をメモり内に記憶する。したがって、Ｓ５
２ではメモリに記憶されているステップ数ＳＴＰＭｏｌ
ｄの読み出しを行う。ステップ差を計算するＳ５３で
は、Ｓ５１、Ｓ５２で読み出した目標ステップ数ＳＴＰ
Ｄと前回の駆動によるステップ数ＳＴＰＭｏｌｄとの差
ＤＳＴＰを算出する。

【００３８】Ｓ５４では、ステップ差ＤＳＴＰの絶対値
と所定の値ＬＤＳＴＰとを比較し、ステップ差ＤＳＴＰ
の絶対値が所定値ＬＤＳＴＰよりも大きい場合は、目標
値に対し現在のステップ数がまだ遠いと見做し、Ｓ５５
以降の処理をジャンプしてＳ５９へ移行する。一方、ス
テップ差ＤＳＴＰの絶対値が所定値ＬＤＳＴＰよりも小
さい場合は、ステップモータのステップ数が目標位置に
対して接近していると判断し、停止の準備を行うため、
あるいは反転又は駆動速度変動に対応するため、Ｓ５５
に移行する。

【００３９】Ｓ５５では今回のステップモータ（バル
ブ）駆動のために算出した駆動周期ＴＳＴＰを読み出
し、続くＳ５６では前回のステップモータ（バルブ）駆
動の際に記憶しておいた駆動周期ＴＳＴＰＭｏｌｄを読
み出す。駆動周期ＴＳＴＰは、別タスクで計算してメモ
リに格納しておいてもよいし、このＳ５５の段階で計算
して求めてもよい。

【００４０】駆動速度差を計算するＳ５７では、今回算
出された駆動周期ＴＳＴＰと前回の駆動手記ＴＳＴＰＭ
ｏｌｄの差ＤＴＳＴＰを算出する。算出されたＤＴＳＴ
Ｐの絶対値は次のＳ５８で所定値ＬＤＴＳＴＰと比較判
定され、駆動速度の変化が小さく脱調の危険性が無いと
判断されれば、駆動速度緩和は行わず、Ｓ６５に進ん
で、実際の駆動制御に使用する駆動周期ＴＳＴＭＰに演
算されたままの駆動周期ＴＳＴＰをセットし、駆動信号
を出力するＳ６４にて駆動信号をＥＧＲバルブ（ステッ
プモータ）に対し出力する。Ｓ６４については、後で図
１４を用いて説明する。

【００４１】一方、Ｓ５８の判定において、今回算出さ
れた駆動周期ＴＳＴＰと前回の駆動手記ＴＳＴＰＭｏｌ
ｄの差ＤＴＳＴＰを所定値ＬＤＴＳＴＰと比較した結
果、駆動速度の変化が大きく脱調の危険性があると判断
したならば、Ｓ５９に進んで、一旦目標ステップ数ＳＴ
ＰＤを別タスクのＳＴＰＤ演算結果に依らない仮想目標
値ＳＴＰＤＤとして置き換え（ＳＴＰＤをＳＴＰＤＤと
して一時保管し）、Ｓ６０にて実際の駆動制御に使用す
る駆動周期ＴＳＴＰＭとしてＴＳＴＰよりも駆動速度が
遅い（駆動周期が長い）ＴＬＳＴＰをセットする。

【００４２】なお、ＥＧＲバルブで戻りばねのばね力が
大きい場合、開弁側と閉弁側とで脱調限界に差があるた
め、Ｓ５８のＬＤＴＳＴＰは開弁側と閉弁側とで値を分
け、開弁側は開弁用の所定値ＬＤＴＳＴＰを、閉弁側は
閉弁用の所定値ＬＤＴＳＴＰを用いるのがよい。Ｓ６１
は、コントロールユニットが認識しているステップ数Ｓ
ＴＰＭと仮想目標ステップ数ＳＴＰＤＤとを比較し、ス
テップ数ＳＴＰＭが仮想目標値ＳＴＰＤＤに到達するか
どうかを判定するステップであり、両者が一致していた
らＳ６３に進んで識別フラグｆＰＴＲＮ＝０とし、Ｓ６
４にて駆動信号を出力する。ＳＴＰＭとＳＴＰＤＤとが
一致していなかった場合は、駆動速度の緩和手段を継続
させるために、Ｓ６２に進んで継続実行フラグｆＰＴＲ
Ｎ＝１とする。

【００４３】次の制御周期においては、前述のように、
Ｓ５０において識別フラグｆＰＴＲＮの判別を行い、識
別フラグｆＰＴＲＮ＝１のときは、Ｓ６０にスキップし
て遅い駆動周期ＴＳＴＰＭ＝ＴＬＳＴＰによるステップ
モータ（バルブ）の駆動制御を継続する。このように、
識別フラグｆＰＴＲＮは、図７の制御フロー（制御ルー
チン）が起動する初期の段階で有効に作用し、一旦緩和
手段が働いたら一定期間は継続させるように作用して、
ステップモータの脱調を防止することができる。ステッ
プモータは、別途図１２にて説明するが、一定方向に駆
動すると特定周期のロータ振動を生じ、振動と駆動方向
とが一致してしまうと脱調の危険性があるが、駆動速度
を緩和させることによりロータ振動を減少（収束）させ
ることができ、収束させるには収束期間が必要になるた
め、緩和手段を一定期間継続させている。

【００４４】ここで、前述のＳ６４における駆動信号出
力の詳細を図１４を用いて説明する。まず、Ｓ７０にお
いて駆動周期ＴＳＴＰＭを計測するためのカウンタｎを
カウントアップする。次に、Ｓ７１に進んで、駆動周期
ＴＳＴＰＭが経過したか否かを判定する。例えば駆動周
期ＴＳＴＰＭが１２ｍｓに設定され、図７の処理が４ｍ
ｓのルーチンで回っているとすると、カウンタｎは４ｍ
ｓ毎にカウントアップされ、カウンタ値が３になったと
き（４ｍｓ×３＝１２ｍｓ）、Ｓ７１は成立し、Ｓ７２
に進む。カウンタｎが２以下ではＳ７１は不成立である
（ＴＳＴＰＭになっていない）のでＳ７４へ移行する。

【００４５】Ｓ７２，Ｓ７４は、図５に示したステップ
モータの各励磁相のパターンを更新するか、そのままの
状態を保持させるかの処理である。Ｓ７２では図５のパ
ターンをインクリメント又はデクリメントさせ、Ｓ７４
では現在の励磁パターンを保持する。Ｓ７３では、ステ
ップモータの駆動周期を正確に計測するためにＴＳＴＰ
Ｍ用カウンタｎをクリアする。Ｓ７５では、それぞれの
励磁パターンに合わせ、励磁相（φＡ，φＢ，φ／Ａ，
φ／Ｂ）に対応した駆動手段であるトランジスタ駆動用
の出力ポートをＯＮ又はＯＦＦする。これにより、定め
られた駆動周期毎にステップモータを駆動させることが
できる。

【００４６】次に、図８に示した本発明による制御フロ
ーの他の例について説明する。図８の制御フローは図７
の制御フロートとほぼ同等であるが、図７では駆動周期
を長くすることにより緩和手段を作動させていたが、図
８では１−２相励磁駆動を用いることにより駆動速度
（単位時間当たりの移動量）を低下させて緩和手段を作
動させている点で異なる。

【００４７】すなわち、図８の制御フローでは、図７の
制御フローのＳ６０がＳ６６に、Ｓ６５がＳ６７に置換
されている。Ｓ６６のＳＴＰＭ±１は、図５に示した励
磁のパターンを一つずつ加算または減算させて１−２相
励磁駆動を行うことを意味する。したがって、Ｓ６６の
経路を通ると、駆動周期が長くなりステップモータ（バ
ルブ）の駆動速度が遅くなる。一方、Ｓ６７では２相励
磁駆動のままステップモータを駆動するため、Ｓ６７の
経路を通るとステップモータの駆動周期、したがって駆
動速度は変更されない。

【００４８】図８のＳ６４にも図１４に示したフローを
共通に用いることができる。この場合、駆動周期ＴＳＴ
ＰＭはＴＳＴＰで固定となるが、励磁相の駆動方法で駆
動速度を低下させる。すなわち、Ｓ７２の励磁パターン
の更新方法が図７の制御フローの場合と異なる。図７の
場合の制御フローは２相励磁駆動であるため、例えば図
５に示した励磁パターンを開弁であれば０，２，４の順
で更新するが、図８の制御フローは２相励磁駆動と１−
２相励磁駆動を切り換えて用いるため、励磁パターンは
０，２，４の順に更新される２相励磁の場合と０，１，
２，３，４の順に更新される１−２相励磁の場合とがあ
る。Ｓ６７で１−２相励磁駆動が選択され、図５の励磁
パターンが０，１，２，３，４の順に更新されるときス
テップモータの駆動速度が低下する。以上により、ステ
ップモータの駆動が実行される。

【００４９】なお、図７の制御フローで採用した緩和手
段と、図８の制御フローで採用した緩和手段とを同時に
用いても構わない。すなわち、緩和手段として駆動周期
を長くしつつ、１−２相励磁を行う手段を採用してもよ
い。緩和手段を用いてステップモータを駆動した場合の
動作図を図９に示す。図９は、（ａ）がステップ数の変
化、（ｂ）がバルブ駆動周波数（駆動速度）変化、
（ｃ）が駆動周波数変化量（駆動速度変化量）を各々示
している。図９の駆動パターンは、図６と比較しやすい
ように図６の駆動パターンと同一とした。ここで、図９
のＡ部のように、目標値が一定で変動しない場合に、目
標値にある程度接近した段階で駆動速度を低下させる制
御は既に行われている。したがって、図９のＡ部に関し
ては、特に本発明を必要とせずとも他の方法で脱調の抑
制が可能である。

【００５０】本発明が有効なのは、図９のＢ部に示すよ
うに、制御の途中で目標値自体が変動した場合である。
このような場合、目標値が変化することによって駆動速
度が変化し、駆動速度の変化量が脱調限界を超えてしま
うことが生じる。本発明の制御装置によると、ステップ
モータの駆動制御中に目標値が変化して駆動速度の変化
量が脱調限界を超えるとき駆動速度の変化を緩和する手
段が作動するため、図９に示すように、Ａ部のみならず
Ｂ部においても駆動周波数（駆動速度）変化量を脱調限
界以内に収めることができるようになり、脱調を抑制す
ることができる。

【００５１】次に、速度緩和手段起動時のステップモー
タのステップ数の仮想目標値ＳＴＰＤＤの決め方につい
て説明する。図７、図８の制御フローでは、速度緩和手
段起動時のステップ数の仮想目標値ＳＴＰＤＤとして、
Ｓ５９において設定された速度緩和手段起動前の目標値
ＳＴＰＤを採用した。ここでは、他の例として次の２つ
の例について説明する。

【００５２】まず、第１に取り上げるのは、目標ステッ
プ数ＳＴＰＤに現在のステップ数ＳＴＰＭが接近し、速
度緩和手段を起動中に目標ステップ数ＳＴＰＤが反転す
る場合の仮想目標値ＳＴＰＤＤの決め方の例である。こ
の例では、目標ステップ数ＳＴＰＤに近付いて速度補正
を行うが、速度補正中の目標ステップ数ＳＴＰＤの反転
に備え、速度緩和手段起動時の目標ステップ数ＳＴＰＤ
を仮想目標値ＳＴＰＤＤとする。図１１に示すように、
実際に目標ステップ数ＳＴＰＤが反転した時は、この仮
想目標値ＳＴＰＤＤを用いて制御を実行する。この場合
には、図１１にも示されているように、一旦速度緩和手
段が起動されると、途中で目標ステップ数ＳＴＰＤが反
転したとしても、速度緩和手段起動時の目標ステップ数
ＳＴＰＤ（＝ＳＴＰＤＤ）に到達するまで速度緩和を継
続し、その後、反転した目標ステップ数に向けての制御
を開始することになる。

【００５３】第２に取り上げるのは、目標ステップ数Ｓ
ＴＰＤに近付く前に目標ステップ数ＳＴＰＤが反転した
場合の仮想目標値ＳＴＰＤＤの決め方の例である。これ
は、目標ステップ数ＳＴＰＤに対して現在のステップ数
ＳＴＰＭが遠い位置にあるときに目標ステップ数ＳＴＰ
Ｄが反転した場合であるが、この場合、速度補正をどれ
位の期間継続させるかが焦点になる。

【００５４】図１２に示すように、ステップモータは一
定方向に一定速度で駆動するとある周期のローター振
動、すなわち出力に対して遅れたり進んだりしながら追
従するうねりが生じ、目標ステップ数ＳＴＰＤの反転
時、この振動方向と駆動方向が一致してしまうと脱調限
界を超えてしまう危険が生じる。よって目標ステップ数
ＳＴＰＤ反転時は、この振動の周期分以上の緩和手段の
継続が必要になり、この周期をαとすると、この様な反
転を検出した場合には、図１３に示すように現在のステ
ップ数ＳＴＰＭに対しαに相当するステップ数ＳＡＬＦ
を加算して、仮想目標値ＳＴＰＤＤとする。この周期α
は駆動速度（駆動周期）により変化するため、ＳＡＬＦ
は駆動速度によって選択しても良い。

【００５５】前述したとおり、駆動速度は（駆動周期×
ｎ）で設定される。また、図１０に示したステップモー
タのロータ振動はロータ質量やバネ定数による振動特性
で定まることが知られている。ここで、本制御装置を多
種類のバルブ（ステップモータ）に適用する場合、駆動
方向と各ステップモータに特有なロータ振動方向とが一
致してしまう危険性があることを考慮しておく必要があ
り、この場合にはロータ振幅が大きくなるため脱調の危
険性が増大してしまう。（当然、バルブ共振点は駆動速
度と別離しておくことはいうまでもない。）従って、こ
の場合は駆動周期に応じたＳＡＬＦ設定が必要になる。
図１５（ａ）は駆動周期毎にＳＡＬＦを設定可能にした
設定例であり、横軸は駆動周期である。図１５（ａ）
は、駆動周期ｆ３がロータの振動方向と一致してしまっ
た場合を想定した設定例を示しており、ＳＡＬＦは通常
はＳＡＬＦ１とし、駆動周期ｆ３のときだけＳＡＬＦ２
として設定している。これにより、駆動周期毎のＳＡＬ
Ｆ設定を可能とすることができる。

【００５６】また、駆動周期とロータ振動とが完全に一
致していなくても駆動回数（連続駆動ステップ回数）が
多くなるにつれ、徐々に振幅が大きくなる（発振する）
危険性に対しても考慮しておく必要がある。この場合、
連続駆動ステップ回数を計測し、これに比例したＳＡＬ
Ｆを設定しておけばよいが、あまりにも長すぎるＳＡＬ
Ｆはエンジン制御への悪影響を誘発する。すなわち、バ
ルブの追従性が悪化し、運転性や排気性能が悪化する。

【００５７】従って、図１５（ｂ）のように、連続ステ
ップ回数（ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３）に応じたＳＡＬＦ
を設定可能としておく。図１５（ｂ）に示した例では、
ＳＡＬＦとしてＲＳ１まではＳＡＬＦ１を、ＲＳ２〜Ｒ
Ｓ３間はＳＡＬＦ２を、ＲＳ１〜ＲＳ２の間はＳＡＬＦ
１とＳＡＬＦ２とを補間計算して求めた値を用いること
で脱調抑制と応答性とを両立させることができる。

【００５８】図１５（ａ）（ｂ）への設定データはステ
ップモータの性能やエンジン特性により定められるもの
であり、このようなデータ設定の手法は本発明を多種類
のエンジン制御システムに適応させるために必要であ
る。以上のように、本発明によると、緩和手段を有効に
活用することによって、脱調の発生を未然に防止するこ
とができる。

【００５９】なお、ここで説明した例はあくまでもＥＧ
Ｒバルブにステップモータを用いた場合の一例にすぎ
ず、本発明はＩＳＣバルブやスロットルバルブ、エバポ
パージバルブにステップモータを用いた場合にも同様に
適用できることは言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】発明によると、ステップモータを用いた
エンジンに供給される流体の制御装置において、流量制
御バルブの脱調を防止し、安定したステップモータ駆動
を実現することができ、排気エミッションの悪化の防
止、エンストや回転変動などの運転性不調を排除するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による流量制御装置の制御ブロックを制
御の流れとともに示した図。

【図２】ＥＧＲ制御のシステム構成図。

【図３】ＥＧＲバルブの構造を模式的に示す断面図。

【図４】コントロールユニット内部の駆動回路とＥＧＲ
バルブの各ステータコイルとの結線を示した図。

【図５】ステップモータの励磁パターンを示す図。

【図６】従来の制御装置のステップモータ（ＥＧＲバル
ブ）の動作を説明する図。

【図７】本発明の流量制御装置による制御フローの一例
を説明するフローチャート。

【図８】本発明の流量制御装置による制御フローの他の
例を説明するフローチャート。

【図９】本発明による制御装置のステップモータの動作
を説明する図。

【図１０】バルブに戻しばねがある場合のモータ挙動を
示す図。

【図１１】仮想目標値ＳＴＰＤＤ設定の一例を説明する
図。

【図１２】一定方向、速度で駆動した場合のロータ振動
を示す図。

【図１３】仮想目標値ＳＴＰＤＤ設定の他の例を説明す
る図。

【図１４】ステップモータ駆動の一例を説明するフロー
チャート。

【図１５】駆動周期、ステップ数に応じた緩和手段の継
続の一例を示す図。

【符号の説明】

１…エアクリーナ、２…熱線式空気流量計、３…スロッ
トルバルブ、４…吸気管、５…エンジン、６…排気管、
７…コントロールユニット、８…ＥＧＲバルブ、９…吸
気管圧力センサー、１０…ＥＧＲガス温度センサー、１
１…水温センサー、１２…スロットルセンサー、１３…
クランク角センサー、１４…燃料噴射弁、１５…点火プ
ラグ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンに供給される流体の流量を制御
   する流量制御弁と、前記流量制御弁の開度を制御する同
   期式モータと、エンジンの運転状態を検出する運転状態
   検出手段と、エンジンの運転状態に応じて前記流体の目
   標流量を設定する目標流量設定手段と、目標流量に応じ
   て前記流量制御弁の目標開度を設定する目標開度設定手
   段と、目標開度により前記同期式モータの回転方向と回
   転量を設定するモータ回転設定手段と、前記同期式モー
   タの駆動速度を設定する駆動速度設定手段と、前記目標
   開度、回転方向、回転量、駆動速度に応じて出力タイミ
   ングにあわせて前記同期式モータへ駆動信号を出力する
   モータ駆動出力手段とを備えたエンジンに供給される流
   体の流量制御装置において、 前記出力タイミング毎の前記同期式モータの駆動速度の
   変化量を算出する駆動速度変化量算出手段と、駆動速度
   変化量が所定の閾値を越える場合には駆動速度変化量が
   前記閾値以内となるように駆動速度を補正する駆動速度
   緩和手段と備えたことを特徴とするエンジンに供給され
   る流体の流量制御装置。
2. 【請求項２】 前記同期式モータの駆動速度変化量は、
   前記駆動信号を出力する出力タイミングの周期の変化に
   より検出することを特徴とする請求項１記載のエンジン
   に供給される流体の流量制御装置。
3. 【請求項３】 前記駆動速度緩和手段は駆動信号を出力
   する周期を延長することにより駆動速度の補正を行うこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンに供給さ
   れる流体の流量制御装置。
4. 【請求項４】 前記駆動速度緩和手段は前記同期式モー
   タの励磁パターンを変更することにより駆動速度の補正
   を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン
   に供給される流体の流量制御装置。
5. 【請求項５】 前記駆動速度の補正を行った場合は、そ
   の補正を行っている状態を所定期間継続することを特徴
   とする請求項１〜４のいずれか１項記載のエンジンに供
   給される流体の流量制御装置。
6. 【請求項６】 前記補正を行っている状態を所定期間継
   続させる場合の目標開度を駆動出力による前記同期式モ
   ータの駆動期間及び／又は駆動速度に応じて設定するこ
   とを特徴とする請求項５記載のエンジンに供給される流
   体の流量制御装置。
7. 【請求項７】 前記流量制御弁により制御される流体は
   排気管から吸気管へ還流される排気ガスであることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のエンジンに
   供給される流体の流量制御装置。
8. 【請求項８】 前記流量制御弁により制御される流体は
   大気からエンジンに流入する吸入空気であることを特徴
   とする請求項１〜５のいずれか１項記載のエンジンに供
   給される流体の流量制御装置。