JPH1113494A

JPH1113494A - ステップモータ式吸気絞り弁

Info

Publication number: JPH1113494A
Application number: JP17056397A
Authority: JP
Inventors: Kanji Kizaki; 幹士木崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン停止要求から、実際にエンジンが停
止するまでのタイムラグを短縮できるステップモータ式
吸気絞り弁を提供する。【解決手段】ステップモータが所定状態であるとき
に、ステップモータのパルスレートを第１所定値に低下
させるパルスレート低下制御手段と、エンジンが所定運
転状態であるときに、吸気絞り弁を強制的に所定開度に
制御する吸気絞り弁強制制御手段と、を備えたステップ
モータ式吸気絞り弁であって、吸気絞り弁強制制御手段
が吸気絞り弁を強制的に所定開度に制御するときに、パ
ルスレート低下制御手段は、ステップモータのパルスレ
ートを、第１所定値より大きい第２所定値に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステップモータ式
吸気絞り弁に関し、より具体的には、内燃機関の吸気系
に設けられたステップモータ式吸気絞り弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術としては、例えば、特開平３
−２２５０３８号公報に記載された吸気絞り弁の駆動装
置がある。この公報は、ステップモータによって駆動さ
れる吸気絞り弁において、バッテリ電圧が低いときなど
には、ステップモータのパルスレートを低下させること
が開示されている。すなわち従来の技術によれば、ステ
ップモータの脱調を防止するために、バッテリ電圧が低
いときや、ステップモータの発熱によって電磁力が低下
したときには、ステップモータを駆動するパルスのレー
ト（単位：駆動ステップ数／秒）を低下させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の技術
においては、例えば、バッテリ電圧が低いときには、ス
テップモータのパルスレートが低下する。この場合、エ
ンジン停止要求時に吸気絞り弁を全閉に制御するエンジ
ン（特にディーゼルエンジン）においては、パルスレー
トの低下に応じて、エンジン停止要求から吸気絞り弁が
全閉するまでの時間も長くなる。その結果、エンジン停
止が所望のタイミングよりも遅れ、また停止時の振動が
増大してしまうという課題があった。

【０００４】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、特にディーゼルエンジン
において、吸気絞り弁を強制的に所定開度に制御するま
でのタイムラグを短縮できるステップモータ式吸気絞り
弁を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるステップモ
ータ式吸気絞り弁は、ステップモータが所定状態である
ときに、ステップモータのパルスレートを第１所定値に
低下させるパルスレート低下制御手段と、エンジンが所
定運転状態であるときに、吸気絞り弁を強制的に所定開
度に制御する吸気絞り弁強制制御手段と、を備えたステ
ップモータ式吸気絞り弁であって、吸気絞り弁強制制御
手段が吸気絞り弁を強制的に所定開度に制御するとき
に、パルスレート低下制御手段は、ステップモータのパ
ルスレートを、第１所定値より大きい第２所定値に設定
し、そのことにより上記目的が達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【０００７】本明細書において、フラグの「ＯＮ」およ
び「ＯＦＦ」は、それぞれ２進数の「１」（真）および
「０」（偽）に対応する。またスイッチの「ＯＮ」およ
び「ＯＦＦ」は、それぞれスイッチの導通状態および非
導通状態に対応する。

【０００８】図１は、本発明によるステップモータ式吸
気絞り弁が用いられるディーゼルエンジンの概略構成図
である。ここでは、本発明の制御装置をディーゼルエン
ジンの吸気絞り弁に適用する場合を例に挙げて説明する
が、これには限られない。

【０００９】ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」
とする）１１は、燃焼室１２を含む複数の気筒を有す
る。エンジン１１の吸入行程において、吸気弁１４は、
吸気ポート１３を開けることによって、吸気通路１６に
吸入される外気（吸入空気）を燃焼室１２に入れる。燃
料噴射ポンプ１８は、燃料ライン１９を通じて燃料を燃
料噴射ノズル１７に圧送する。燃料噴射ノズル１７は、
燃料を燃焼室１２内へ噴射する。エンジン１１の排気行
程において、排気弁２３は、排気ポート２２を開けるこ
とによって、排気通路２４を通して排気ガスを排出す
る。

【００１０】ステップモータ２６は、電子制御ユニット
（以下、「ＥＣＵ」とする）３９からの制御信号に基づ
いて、吸気絞り弁２５の開度が所望の値になるように吸
気絞り弁２５を駆動する。全開スイッチ５８は、吸気絞
り弁２５が全開位置にあるときにＯＮになり、それ以外
の位置にあるときにＯＦＦになる。

【００１１】ＥＧＲ（排気ガス再循環）装置４０は、燃
焼室１２から排気通路２４へ排出される排気ガスの一部
を吸気通路１６に再循環させて、燃焼室１２に戻す。Ｅ
ＧＲ装置４０は、排気通路２４から吸気通路１６へ排気
ガスの一部を流すためのＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路
４１を流れる排気ガスの量（ＥＧＲ量）を調整するため
のＥＧＲ弁４２とを備えている。

【００１２】ＥＧＲ弁４２は、負圧および大気圧を作動
圧としてＥＧＲ通路４１を開閉するダイアフラム弁であ
る。ＥＧＲ装置４０は、圧力室４６に導入される負圧お
よび大気圧を調整するエレクトリック・バキューム・レ
ギュレーティング・弁（以下、「ＥＶＲＶ」とする）４
８を備えている。ＥＶＲＶ４８は、ポンプ３２に接続さ
れる負圧ポート５１と、大気を取り込む大気ポート５３
とに接続されて、圧力室４６に供給される負圧の大きさ
を調節する。ＥＶＲＶ４８に流れる電流は、ＥＣＵ３９
によって制御される。ＥＣＵ３９は、エンジン１１の運
転状態に応じてＥＶＲＶ４８を制御することによって、
ＥＧＲ弁４２の開度を調節し、それによりＥＧＲ量を連
続的に調節する。

【００１３】エンジン１１のクランクシャフト２１は、
噴射ポンプ１８のドライブシャフト２９を回転させる。
噴射ポンプ１８に設けられた回転速度センサ５６は、ド
ライブシャフト２９の回転速度を検出することによっ
て、クランクシャフト２１の回転速度、すなわちエンジ
ン回転速度ＮＥを検出する。

【００１４】エンジン１１に設けられた水温センサ５７
は、エンジン１１を冷却する冷却水の温度ＴＨＷを検出
し、冷却水温度ＴＨＷに対応する電気信号をＥＣＵ３９
に出力する。吸気通路１６に設けられた吸気圧センサ５
９は、吸気通路１６における吸気圧力ＰＭを検出し、吸
気圧力ＰＭに対応する電気信号をＥＣＵ３９に出力す
る。アクセルペダル６０の近傍に設けられたアクセルセ
ンサ６１は、アクセルペダルの踏み込み量に対応するア
クセル開度ＡＣＣＰを示す電気信号をＥＣＵ３９に出力
する。

【００１５】図２は、ＥＣＵ３９の内部と、入出力信号
とを示すブロック図である。ＥＣＵ３９は、典型的に
は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）６３、リードオンリー
メモリ（ＲＯＭ）６４、ランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）６５、バックアップＲＡＭ６６、入力ポート６７、
出力ポート６８、内部バス６９、バッファ７０、マルチ
プレクサ７１、Ａ／Ｄ変換器７２、波形整形回路７３、
および駆動回路７４を内蔵する。センサ５７〜５９およ
び６１から出力される電気信号は、バッファ７０および
マルチプレクサ７１を介してＡ／Ｄ変換器７２によって
ディジタル信号に変換されてから入力ポート６７に与え
られる。センサ５６から出力される電気信号は、波形整
形回路７３によって波形が整えられてから入力ポート６
７に与えられる。ステップモータ２６およびＥＶＲＶ４
８を駆動するための電気信号は、出力ポート６８を介し
て駆動回路７４に与えられ、駆動に必要な増幅がされて
からステップモータ２６およびＥＶＲＶ４８に出力され
る。入力ポート６７および出力ポート６８は、内部バス
６９を介してＣＰＵ６３、ＲＯＭ６４、ＲＡＭ６５およ
びバックアップＲＡＭ６６に接続される。例えば、ＲＯ
Ｍ６４に格納されている制御プログラムは、ＥＣＵ３９
に入力される電気信号が表すパラメータを演算処理して
ディーゼル吸気絞り弁制御およびＥＧＲ制御をおこな
う。

【００１６】次に図３〜図５を参照して、例示的なディ
ーゼル吸気絞り弁制御およびＥＧＲ制御の概要を説明す
る。

【００１７】図３の(a)は、ディーゼル吸気絞り弁制御
のプログラムのフローチャートであり、図３の(b)は、
ステップ３１０で用いる２次元マップである。図３のプ
ログラムは、例えば８ｍｓに１回、実行される。

【００１８】ステップ３１０において、図３の(b)に示
す２次元マップを用いてエンジン回転数ＮＥおよび燃料
噴射量ＱＦＩＮからディーゼル吸気絞り弁の開度の目標
値である目標ステップＬＳＴＲＧを算出する。この２次
元マップは、横軸にエンジン回転数ＮＥを、縦軸に燃料
噴射量ＱＦＩＮをとり、２次元平面上（ＮＥ，ＱＦＩ
Ｎ）の点における目標ステップＬＳＴＲＧが、例えば、
０ステップから２３０ステップの範囲の値をとるように
設定されている。図３の(b)に示す２次元マップは、簡
単のために、０ステップ、１００ステップおよび２００
ステップのプロットしか表現されていないが、実際の目
標ステップＬＳＴＲＧは連続な自然数をとる。グラフ中
の単位［ｍｍ³／ｓｔ］は、ピストン１ストロークあた
りの燃料噴射量を示す。

【００１９】ステップモータ２６は、実ステップＬＳＡ
ＣＴが目標ステップＬＳＴＲＧに一致するように、ＥＣ
Ｕ３９が実行するプログラムによって制御される。目標
ステップＬＳＴＲＧは、例えば、全開時にゼロをとり、
吸気絞り弁２５が閉じるにつれ大きい値をとる自然数で
ある。

【００２０】図４は、ディーゼル吸気絞り弁制御のプロ
グラムのフローチャートである。図４のプログラムは、
所定の割り込み間隔で実行される。ステップ４１０は、
ＥＣＵ３９が認識している実ステップＬＳＡＣＴを算出
する。もし目標ステップＬＳＴＲＧが実ステップＬＳＡ
ＣＴよりも大きいなら、現在の実ステップＬＳＡＣＴに
１を加えた値によって、実ステップＬＳＡＣＴを置換す
る。もし目標ステップＬＳＴＲＧが実ステップＬＳＡＣ
Ｔよりも小さいなら、現在の実ステップＬＳＡＣＴに１
を減じた値によって、実ステップＬＳＡＣＴを置換す
る。

【００２１】ステップ４２０は、図４のプログラムを実
行する割り込み時刻を例えば、以下のように算出する。
もし電源電圧が１０Ｖ以上なら、時刻ＴＳに５ｍｓを加
えた値によって、時刻ＴＳを置換する。もし電源電圧が
１０Ｖ未満なら、時刻ＴＳに１０ｍｓを加えた値によっ
て、時刻ＴＳを置換する。したがって電源電圧が低下し
たときには、割り込みの間隔が長くなる。

【００２２】図５の(a)は、ＥＧＲ制御のプログラムの
フローチャートであり、図５の(b)〜(f)は、図５の(a)
に示すステップで用いられるパラメータの関係を示すグ
ラフである。図５の(a)のプログラムは、例えば８ｍｓ
に１回、実行される。

【００２３】ステップ５１０において、図５の(b)に示
す２次元マップを用いてエンジン回転数ＮＥおよび燃料
噴射量ＱＦＩＮから、ＥＧＲリフト量の基準となるベー
ス目標ＥＧＲリフトＥＬＢＳＥを算出する。この２次元
マップは、横軸にエンジン回転数ＮＥを、縦軸に燃料噴
射量ＱＦＩＮをとり、２次元平面上（ＮＥ，ＱＦＩＮ）
の点におけるベース目標ＥＧＲリフトＥＬＢＳＥが、例
えば、０ｍｍから６ｍｍの範囲の値をとるように設定さ
れている。図５に示す２次元マップにおいて、目標ＥＧ
ＲリフトＥＬＢＳＥは、０ｍｍおよび６ｍｍのあいだで
連続的な値をとる。エンジン回転数ＮＥは、回転速度セ
ンサ５６から出力された電気信号から得られる。燃料噴
射量ＱＦＩＮは、例えば、次式から求められる。

【００２４】ＱＦＩＮ＝ｍｉｎ｛ｆ（エンジン回転数，
アクセル開度），ｇ（エンジン回転数，吸気圧，吸気温
度）｝ここで「ｍｉｎ」は、引数のうち、いずれか小さい値を
とる関数であり、「ｆ」および「ｇ」は、例えば、ＥＣ
ＵのＲＯＭに格納された関数である。

【００２５】ステップ５２０において、図５の(c)に示
す１次元マップを用いて水温ＴＨＷから、水温補正係数
ＭＥＴＨＷを算出する。この１次元マップは、横軸に水
温ＴＨＷを、縦軸に水温補正係数ＭＥＴＨＷをとり、あ
る水温ＴＨＷにおける水温補正係数ＭＥＴＨＷが、例え
ば、０から１の範囲の値をとるように設定されている。
水温ＴＨＷは、水温センサ５７から出力された電気信号
から得られる。

【００２６】ステップ５３０において、図５の(d)に示
す１次元マップを用いて吸気圧ＰＡから、吸気圧補正係
数ＭＥＰＩＭを算出する。この１次元マップは、横軸に
吸気圧ＰＡを、縦軸に吸気圧補正係数ＭＥＰＩＭをと
り、ある吸気圧ＰＡにおける吸気圧補正係数ＭＥＰＩＭ
が、例えば、０から１の範囲の値をとるように設定され
ている。吸気圧ＰＡは、吸気圧センサ５９から出力され
た電気信号から得られる。

【００２７】ステップ５４０において、ベース目標ＥＧ
ＲリフトＥＬＢＳＥ、水温補正係数ＭＥＴＨＷ、および
吸気圧補正係数ＭＥＰＩＭを用いて、最終目標ＥＧＲリ
フトＥＬＴＲＧを、ＥＬＴＲＧ＝ＥＬＢＳＥ×ＭＥＴＨ
Ｗ×ＭＥＰＩＭなる式に基づいて算出する。

【００２８】ステップ５５０において、ＥＧＲ弁の実際
のリフト量を検出するセンサ（ＥＧＲ弁リフトセンサ）
を用いることによって、実際のリフト量に対応する実Ｅ
ＧＲリフトＥＬＡＣＴを検出する。

【００２９】ステップ５６０において、図５の(e)に示
す１次元マップを用いて最終目標ＥＧＲリフトＥＬＴＲ
Ｇから、ベースＥＧＲ制御量ＩＥＢＳＥを算出する。こ
の１次元マップは、横軸に最終目標ＥＧＲリフトＥＬＴ
ＲＧを、縦軸にベースＥＧＲ制御量ＩＥＢＳＥをとり、
ある最終目標ＥＧＲリフトＥＬＴＲＧにおけるベースＥ
ＧＲ制御量ＩＥＢＳＥが、例えば、約３００ｍＡから約
５００ｍＡの範囲の値をとるように設定されている。

【００３０】ステップ５７０において、図５の(f)に示
す１次元マップを用いて（最終目標ＥＧＲリフトＥＬＴ
ＲＧ−実ＥＧＲリフトＥＬＡＣＴ）の値から、フィード
バックＥＧＲ制御量ＩＥＦＢを算出する。この１次元マ
ップは、横軸に（最終目標ＥＧＲリフトＥＬＴＲＧ−実
ＥＧＲリフトＥＬＡＣＴ）の値を、縦軸にフィードバッ
クＥＧＲ制御量ＩＥＦＢをとり、ある（最終目標ＥＧＲ
リフトＥＬＴＲＧ−実ＥＧＲリフトＥＬＡＣＴ）の値に
おけるフィードバックＥＧＲ制御量ＩＥＦＢが、例え
ば、約−１００ｍＡから約１００ｍＡの範囲の値をとる
ように設定されている。

【００３１】ステップ５８０において、ベースＥＧＲ制
御量ＩＥＢＳＥおよびフィードバックＥＧＲ制御量ＩＥ
ＦＢを用いて、最終ＥＧＲ制御量ＩＥＦＩＮを、ＩＥＦ
ＩＮ＝ＩＥＢＳＥ＋ΣＩＥＦＢなる式に基づいて算出す
る。ＥＣＵ３９は、最終ＥＧＲ制御量ＩＥＦＩＮの電流
がＥＶＲＶ４８に流れるように制御する。

【００３２】図６は、本発明によるステップモータ式吸
気絞り弁が用いるプログラムのフローチャートである。
図６のプログラムは、例えば８ｍｓに１回、実行され
る。つまり一定間隔でプログラムの制御が図６中の「ス
タート」から始まり、「リターン」で終了する。制御が
「リターン」に移ると、次に制御が「スタート」に移る
までは、プログラムは実行されない。

【００３３】ステップ６０１において、エンジンが停止
しているかどうか、すなわち、イグニッションスイッチ
（以下「ＩＧスイッチ」とする）がオフかどうかを判定
する。もしエンジンが停止しているなら、すなわち、も
しＩＧスイッチがオフであるなら、ステップ６０５に進
み、そうでないならステップ６０２に進む。

【００３４】ステップ６０２において、エンジン回転数
ＮＥが所望の値ＮＥ１（例えば、５５００ｒｐｍ）より
大きいかどうかを判定する。もしエンジン回転数ＮＥが
所望の値ＮＥ１より大きいなら、ステップ６０５に進
み、そうでないならステップ６０３に進む。

【００３５】ステップ６０３において、電源電圧Ｂが１
０Ｖより小さいかどうかを判定する。もし電源電圧Ｂが
１０Ｖより小さいなら、ステップ６０５に進み、そうで
ないならステップ６０４に進む。

【００３６】ステップ６０４において、パルスレートを
Ｐ１（例えば、１００パルス／秒）に設定する。パルス
レートＰ１は、ステップモータの脱調を防止するため
に、後述するステップ６０５で設定されるパルスレート
Ｐ２よりも小さい。

【００３７】ステップ６０５において、パルスレートを
Ｐ２（例えば、２００パルス／秒）に設定する。パルス
レートＰ２は、通常、使用されるパルスレートである。
パルスレートＰ１およびＰ２は、上述した具体的な値に
限定されず、Ｐ１＜Ｐ２なる関係を満たせばよい。

【００３８】図６のフローチャートで示すプログラムに
おいては、ＩＧスイッチがオフである場合、およびエン
ジン回転数ＮＥが回転数ＮＥ１よりも大きい場合には、
低いパルスレートＰ１の代わりに高いパルスレートＰ２
が用いられる。これにより脱調防止よりもエンジン停止
が優先され、その結果、商品性の改善を図ることができ
る。ステップ６０１および６０２においてＹ（イエス）
と判定される場合には、吸気絞り弁を全閉にすればよ
く、脱調を起こしても問題は起こらない。

【００３９】エンジンが所定の運転状態であるかどうか
を判定するステップとして、本実施の形態ではステップ
６０１および６０２を用いるが、これには限られない。
またステップモータが所定の状態であるかどうかを判定
するステップとして、本実施の形態ではステップ６０３
を用いるが、これには限られない。

【００４０】なお、本実施の形態のステップモータ式吸
気絞り弁は、ステップモータが所定状態であるときに、
ステップモータのパルスレートを所定の値に低下させる
制御と、エンジンが所定運転状態であるときに、吸気絞
り弁を強制的に所定開度に駆動する制御とを実行するプ
ログラムを備えている。ここで吸気絞り弁が強制的に駆
動される所定開度は、全閉には限られず、例えば、全閉
に近い開度であってもよい。しかし吸気絞り弁が強制的
に駆動される所定開度は、全閉であることが好ましい。
これによりエンジン停止要求時に吸気絞り弁を全閉にす
るエンジンにおいては、確実に全閉制御が実行されるの
で、運転フィーリングを改善することができるという効
果が得られる。

【００４１】本発明によるステップモータ式吸気絞り弁
が用いる上述したプログラムは、典型的には、ＥＣＵ３
９に内蔵されたＲＯＭ６４に格納されるが、これには限
られない。これらのプログラムの機能は、ＣＰＵ６３が
所定のステップを実行するようなインストラクションに
よってプログラムされた汎用のプロセッサによってもイ
ンプリメントでき、所定のステップを実行する布線論理
を含む特定のハードウェア要素によってもインプリメン
トでき、あるいはプログラムされた汎用のプロセッサと
特定のハードウェアとの組み合わせによってもインプリ
メントできる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも以下の効果
が得られる。すなわち、吸気絞り弁のパルスレートを低
下させる制御よりも吸気絞り弁の開度を強制的に設定す
る制御を優先させることによって、本来のエンジン制御
要求に合った制御を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるステップモータ式吸気絞り弁が用
いられるディーゼルエンジンの概略構成図である。

【図２】ＥＣＵ３９の内部と、入出力信号とを示すブロ
ック図である。

【図３】ディーゼル吸気絞り弁制御のプログラムのフロ
ーチャートおよび２次元マップである。

【図４】ディーゼル吸気絞り弁制御のプログラムのフロ
ーチャートである。

【図５】ＥＧＲ制御のプログラムのフローチャートおよ
びプログラム中のステップで用いられるパラメータの関
係を示すグラフである。

【図６】本発明によるステップモータ式吸気絞り弁が用
いるプログラムのフローチャートである。

【符号の説明】

６０１〜６０５プログラムのステップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステップモータが所定状態であるとき
に、該ステップモータのパルスレートを第１所定値に低
下させるパルスレート低下制御手段と、エンジンが所定運転状態であるときに、吸気絞り弁を強
制的に所定開度に制御する吸気絞り弁強制制御手段と、
を備えたステップモータ式吸気絞り弁であって、該吸気絞り弁強制制御手段が該吸気絞り弁を強制的に該
所定開度に制御するときに、該パルスレート低下制御手
段は、該ステップモータの該パルスレートを、該第１所
定値より大きい第２所定値に設定するステップモータ式
吸気絞り弁。