JPH11159405A

JPH11159405A - Ｅｇｒバルブの制御装置

Info

Publication number: JPH11159405A
Application number: JP9326142A
Authority: JP
Inventors: Osamu Fujita; 治藤田
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ＥＧＲバルブの開度を高い分解能をもって高
精度に制御可能とし、かつバルブの完全な閉成を補償し
た上、ＥＧＲバルブを閉成させるときにバルブに生じる
衝撃力、およびバルブ駆動用モータの作動範囲を規制す
るストッパに生じる衝撃力を小さく抑えて、バルブの磨
耗およびストッパの破損を防止すること。【解決手段】付勢手段によるリターントルクと直流モ
ータ２０のモータトルクとのバランスによりバルブを開
閉させるトルクバランス駆動方式を採用した上、直流モ
ータ２０とバルブとの間の動力伝達系中に所定の遊びを
形成し、さらにＥＧＲバルブを閉成させるときに、動力
伝達系中の遊びが略半分形成されるときの直流モータ２
０の動作位置をＥＧＲバルブの目標開閉位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスの再循環
系中に備わるＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉ
ｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブの制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＥＧＲバルブの制御装置
としては、例えば、特開平７−３３２１６８号公報に記
載のものが知られている。

【０００３】かかる制御装置は、ＰＭ型などのステッピ
ングモータによってＥＧＲバルブを開閉制御するように
なっており、そのステッピングモータをステップ角単位
で制御することにより、ＥＧＲバルブの開度が調整され
る。また、ステッピングモータの回転力をバルブ開閉力
としてＥＧＲバルブに伝達するための動力伝達機構は、
その伝達系中に遊びがない構成となっている。そのた
め、ＥＧＲバルブの閉成位置とステッピングモータのロ
ータ原点とを一致させるために、ＥＧＲバルブのバルブ
ボディとステッピングモータのモータケースとの結合部
分に種々の厚さのスペーサを介在させて、ＥＧＲバルブ
のボディとステッピングモータのボディとの結合間隔を
いわゆるシム調整するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ステッピングモータを用いた従来の制御装置は、ステッ
ピングモータのステップ角単位でしかＥＧＲバルブの開
度を制御することができないため、ＥＧＲバルブの調整
開度の分解能に限界があった。さらに、ステッピングモ
ータのオープン制御においては、脱調現象が生じること
があるため応答性にも限界があり、また一度脱調した場
合には、制御量に誤差が発生したままとなるため信頼性
が悪化するという問題があった。

【０００５】また、ＥＧＲバルブの閉成位置とステッピ
ングモータのロータ原点とを一致させるべく、ＥＧＲバ
ルブのボディとステッピングモータのボディとの結合間
隔をシム調整する作業はきわめて面倒である。しかも、
ＥＧＲバルブのバルブとシートなどの磨耗によってＥＧ
Ｒバルブの閉成位置が経時的に変化した場合に、ＥＧＲ
バルブの開成位置とステッピングモータのロータ原点と
がずれてしまい、バルブが完全に閉成できず、ＥＧＲバ
ルブの正確な開閉制御ができなくなるという問題があっ
た。

【０００６】本発明の目的は、ＥＧＲバルブの開度を高
い分解能をもって高精度に制御可能とし、かつバルブの
完全な閉成を補償した上、ＥＧＲバルブを閉成させると
きにバルブに生じる衝撃力、およびバルブ駆動用モータ
の作動範囲を規制するストッパに生じる衝撃力を小さく
抑えて、バルブの磨耗およびストッパの破損を防止する
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、付勢手段によってＥＧＲバルブの閉方向に所定のリ
ターントルクが付与され、かつ直流モータによってＥＧ
Ｒバルブの開方向に可変のモータトルクが付与され、そ
れらのトルクバランスにより開閉されるＥＧＲバルブの
制御装置であって、前記直流モータのモータトルクを前
記ＥＧＲバルブに伝達し、かつ前記ＥＧＲバルブの閉成
時に所定量の遊びを形成する動力伝達系と、前記直流モ
ータの動作位置を検出する検出手段と、前記ＥＧＲバル
ブの目標開閉位置に対応する前記直流モータの動作位置
と、前記検出手段によって検出される前記直流モータの
動作位置との偏差を基にして、前記直流モータをフィー
ドバック制御するフィードバック制御系と、前記遊びが
略半分形成されるときの前記直流モータの動作位置を変
更目標位置として設定する変更目標位置設定手段と、前
記ＥＧＲバルブを閉成させるときに、前記ＥＧＲバルブ
の目標開閉位置に対応する前記直流モータの動作位置を
前記変更目標位置に変更する変更手段とを備えたことを
特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記直流モータのモータトルクを漸次変化させる初
期動作制御手段と、前記初期動作制御手段によって漸次
変化される前記直流モータのモータトルクと、前記検出
手段によって検出される前記直流モータの動作位置の変
化との関係から、前記遊びを形成するときの前記直流モ
ータの動作範囲を求める演算手段とを備え、前記変更目
標位置設定手段は、前記演算手段によって求められた前
記直流モータの動作範囲中の位置を前記変更目標位置と
して設定することを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、前記フィードバック制御系は、前記ＥＧＲ
バルブの目標開閉位置に対応する前記直流モータの動作
位置と、前記検出手段によって検出される前記直流モー
タの動作位置との偏差を基にして、前記直流モータをＰ
ＩＤ制御する制御部と、前記ＥＧＲバルブを閉成させる
ときに、前記変更目標位置と前記検出手段によって検出
される前記直流モータの動作位置との偏差が所定の許容
範囲内に収まった時点にて、前記フィードバック制御系
のＩゲインをクリアするＩゲインクリア手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
のいずれかにおいて、前記ＥＧＲバルブを閉成させると
きに、前記検出手段によって検出される前記直流モータ
の動作位置が前記変更目標位置に達した時点にて、直流
モータへの電力の供給を停止する電力供給停止手段を備
えたことを特徴とする。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
のいずれにおいて、前記フィードバック制御系は前記直
流モータをチョッパ制御するものであることを特徴とす
る。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１から５
のいずれかにおいて、前記動力伝達系は、前記ＥＧＲバ
ルブに連結され、一方向に押されることによって前記Ｅ
ＧＲバルブを開くバルブシャフトと、前記直流モータの
動作量に応じて直線移動され、かつ前記ＥＧＲバルブの
閉成時に前記バルブシャフトと所定の遊び間隔をおいて
対向し、前記直流モータのモータトルクの増大に伴い、
前記バルブシャフトに当接してから該バルブシャフトを
一方向に押すモータシャフトとを有することを特徴とす
る。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項１から６
のいずれかにおいて、前記フィードバック制御系は、前
記直流モータの他方向の通電によって前記ＥＧＲバルブ
の開閉方向の一方向にも可変のモータトルクを付与可能
であることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１５】（第１の実施形態）Ａ．「ＥＧＲバルブの構成」図１から図８は、本発明の第１の実施形態を説明するた
めの図である。まず、ＥＧＲバルブの構成を図１により
説明する。

【００１６】図１において１は、排気ガスの再循環系中
に介在する排ガス通路が内部に形成されたバルブボディ
であり、バルブ１１が図のように上動してシート１２に
接することによって排気ガス通路が閉じられ、バルブ１
１が下動してシート１２から離れることによって排気ガ
ス通路が開かれる。２は直流モータ２０を内蔵するモー
タケースである。モータ２０において、２１はコイル２
２が巻回されたロータ、２３はマグネット２４を備えた
ヨークであり、ロータ２１の中央には、上下のシャフト
部２５Ａ、２５Ｂを結合したロータシャフト２５が構成
されている。上側のシャフト部２５Ａは、ベアリング２
６によってモータケース２に回転自在に支持され、下側
のシャフト部２５Ｂは、ベアリング２７によってバルブ
ボディ１に回転自在に支持されている。ロータ２１の上
端にはコミュテータ２８が取り付けられ、このコミュテ
ータ２８に対して、モータケース２側に備えられたモー
タブラシ２９がブラシスプリング３０によって押し付け
られている。

【００１７】４０は、ロータ２１の回動位置を検出する
ためのポジションセンサであり、本例の場合は、ロータ
２１の回動位置に応じて抵抗値が変化する形式となって
いる。すなわち、モータケース２側に取り付けられた抵
抗体４１と、ロータシャフト２５に取り付けられかつブ
ラシ４２を備えたブラシプレート４３とを有し、ロータ
２１の回動位置に応じて、ブラシ４２が抵抗体４１上を
摺接するようになっている。このポジションセンサ４０
とモータブラシ２９は、コネクター端子３によって後述
する制御装置に接続される。

【００１８】ロータシャフト２５の内部にはモータシャ
フト３１が螺合されており、そのモータシャフト３１
は、ボディ１側のガイドブッシュ１３によって回り止め
されている。したがって、ロータ２１の回動量に応じて
モータシャフト３１が上下動することになる。また、ロ
ータシャフト２５にはストッパープレート３１が取り付
けられており、そのストッパープレート３１の外周部
と、モータケース２の内周面に形成されたストッパー部
２Ａとの当接によって、ロータ２１の回動範囲が規制さ
れるようになっている。３２は渦巻きばねであり、その
内側端部３２Ａはストッパープレート３１に取り付けら
れ、その外側端部３２Ｂはモータケース２の内側に取り
付けられている。この渦巻きばね３２はロータ２１を一
方向に付勢し、モータ２０が駆動されていないときは、
ストッパープレート３１とストッパー部２Ａとによって
規制される一方向の回動限位置にロータ２１を保持す
る。ロータ２１が一方向の回動限位置にあるときは、モ
ータシャフト３１が図１のような上方限位置まで移動す
る。ロータ２１が他方向に回転駆動されたときは、モー
タシャフト３１が下方に移動することになる。

【００１９】モータシャフト３１の下端は、下端にバル
ブ１１が取り付けられたバルブシャフト１４の上端と対
向する。そのバルブシャフト１４の中間部は、ガイドシ
ール１５とガイドプレート１６によってバルブボディ１
に上下動自在にガイドされている。１７はガイドシール
カバーである。モータシャフト１４の上端に取り付けら
れたスプリングシート１８とバルブボディ１との間に
は、シャフト１４を上方つまりバルブ１１の閉動方向に
付勢するためのコイルスプリング１９が介在されてい
る。

【００２０】Ｂ．「駆動方式」このように構成されたＥＧＲバルブは、いわゆるトルク
バランス方式により駆動される。

【００２１】すなわち、ＥＧＲバルブに対し、付勢手段
としてのコイルスプリング１９によってバルブ１１の閉
動方向に所定のリターントルクを付与し、かつ直流モー
タ２０の一方向の通電によってバルブ１１の開動方向に
可変のモータトルクを付与し、それらのトルクバランス
によりバルブ１１が開閉制御される。モータトルクは、
ロータ２１の回転量に応じて上下動するモータシャフト
３１がバルブシャフト１４を下方に押すことによって、
バルブ１１に伝達される。このようにモータトルクをバ
ルブ１１に伝達する動力伝達系においては、図１のよう
なバルブ１１の閉成時に、バルブシャフト１４とモータ
シャフト３１との間に所定の間隔の遊びＳが形成され
る。すなわち、図１のように、コイルスプリング１９に
よってバルブ１１が閉成位置に保持され、かつ渦巻きば
ね３２によって、ロータ２１が一方の回動限位置にまで
回動されてモータシャフト３１が上方限位置にて保持さ
れているときに、それらのシャフト１１、３１の対向面
間に遊びＳが形成される。

【００２２】このようなトルクバランスの駆動方式の場
合は、直流モータ２０の発生トルクを連続的に制御し
て、バルブ１１の調整開度の分解能を理論上無限に小さ
くすることができる。また直流モータ２０は、ステッピ
ングモータのような脱調現象による制御誤差が発生せ
ず、その分、ステッピングモータを用いた場合に比して
応答性を上げることができて、信頼性も向上する。され
らに、動力伝達系中のバルブシャフト１４とモータシャ
フト３１との間に、所定の間隔の遊びＳを形成したとこ
とにより、バルブ１１およびシート１２などに磨耗が生
じたとしてもバルブ１１の完全な閉成が補償されること
になる。遊びＳの間隔は、それらの磨耗を考慮して例え
ば０．２ｍｍ程度に設定する。

【００２３】このような構成のＥＧＲバルブの作動特性
は、図４のようのヒステリシスをもつことになる。図４
中の横軸は直流モータ２０の駆動デューティー、縦軸
は、ロータ２１の回動位置に対応するポジションセンサ
４０のセンサ出力値（電圧）である。またＳ１は、ロー
タ２１が一方の回動限位置にあるときのセンサ出力値で
あり、以下、この時点におけるモータシャフト３１の位
置を「ロータ原点」という。またＳ２は、モータシャフ
ト３１をロータ原点Ｓ１から遊びＳ分だけ下動させたと
き、つまりバルブ１１が開き始めるときのセンサ出力値
であり、以下、この時点におけるモータシャフト３１の
位置を「バルブ原点」という。

【００２４】また、図４中のラインＡ、Ａ′、Ｂ、
Ｂ′、Ｃ、Ｃ′、Ｄ、Ｄ′、Ｅ、Ｅ′上の制御エリアに
おけるＥＧＲバルブの動作は次のとおりである。

【００２５】（ラインＡ上の制御エリア）渦巻きばね３
２のセットトルクのため、ロータ２１は動かない。この
とき、ロータ２１は、渦巻きばね３２のセットトルクに
よって一方の回動限位置に止められており、モータシャ
フト３１とバルブシャフト１４との間には所定の遊びＳ
が形成されている。

【００２６】（ラインＢ上の制御エリア）Ｐ１時点から
モータトルクが渦巻きばね３２のセットトルクを上回
り、ロータ２１が回動し、それに伴ってモータシャフト
３１が下動する。

【００２７】（ラインＣ上の制御エリア）Ｐ２時点から
モータシャフト３１がバルブシャフト１４に突き当たる
ものの、コイルスプリング１９のリターントルクのため
にロータ２１の回動が止められる。

【００２８】（ラインＤ上の制御エリア）Ｐ３時点から
モータトルクがコイルスプリング１９のリターントルク
を上回り、ロータ２１が回動し、それに伴ってモータシ
ャフト３１が下動する。このラインＤ上にて、バルブ１
１が開動制御されることになる。

【００２９】（ラインＥ上の制御エリア）Ｐ４時点から
ロータ２１の他方向の回動がストッパー（ストッパープ
レート３１、ストッパー部２Ａ）により規制され、モー
タトルクが増大してもロータ２１は回動しない。

【００３０】（ラインＥ′上の制御エリア）ロータ軸受
部（ベアリング２６、２７の部分など）、ブラシ２９、
ポジションセンサ４０などの接触部にフリクションがあ
るため、モータトルクを減少させてもロータ２１は戻ら
ない。

【００３１】（ラインＤ′、Ｃ′、Ｂ′、Ａ′上の制御
エリア）ラインＤ、Ｃ、Ｂ、Ａをフリクション分スライ
ドさせたかたちとして現れる。ラインＤ′上にて、バル
ブ１１が閉動制御されることになる。

【００３２】バルブ１１の開閉動作時のラインＤ、Ｄ′
は、コイルスプリング１９のばね定数により傾きＫが変
化し、そのセットトルクの大きさにより図４中の左右に
シフトする。

【００３３】Ｃ．「制御装置」図２は、制御装置全体の概略構成図であり、マイクロコ
ンピュータ形態の制御部５０によってモータ２０をチョ
ッパ制御する。すなわち、モータ２０に加える電圧を一
定周期でオン、オフさせ、その１周期当たりのオン時間
とオフ時間の比（駆動デューティ）に応じたＰＷＭ信号
によりＦＥＴ（電解効果トランジスタ）５１をスイッチ
動作させて、モータ２０に加える平均駆動電圧を制御す
るようになっている。

【００３４】５２はバッテリー、５３はツェナーダイオ
ード、５４はダイオードであり、モータ２０に流れる電
流は一方向にのみとされている。５５は制御部５０とＦ
ＥＴ５１との間のインターフェース、５６は制御部５０
の駆動電圧（５Ｖ）を確保するためのレギュレータであ
る。

【００３５】制御部５０には、クランク角センサ等の運
転状態量センサ５７からの検出信号と、ポジションセン
サ４０からの検出信号が入力される。５８、５９はイン
ターフェースである。本例のポジションセンサ４０は、
定電圧（５Ｖ）が印加される抵抗体４１上にて移動する
可動接点部としてのブラシ４２を備えており、そのブラ
シ４２がロータ２１の回動に伴って移動することによ
り、そのブラシ４２から、ロータ２１の回動位置に応じ
た電圧が検出信号として出力される。６０は、抵抗体４
１に定電圧を印加するための電圧供給部である。

【００３６】図３は、制御部５０によって構成される制
御系を説明するための概略のブロック図である。

【００３７】図３において６１は、運転状態量センサ５
７の検出信号に基づいてＥＧＲバルブの最適な開閉位置
を求めるための目標位置演算部であり、目標位置に対応
する電圧（以下、「目標値」という）を出力する。この
演算部６１には、変更目標位置設定手段６１Ａと変更手
段６１Ｂが備えられており、これらによって、ＥＧＲバ
ルブを閉成（全閉）させるときの目標値が後述するよう
に変更される。６２は、ポジションセンサ４０の検出信
号をＡ／Ｄ変換する変換部であり、ＥＧＲバルブの現在
の開閉位置に対応する電圧（以下、「現在値」という）
を出力する。これらの目標値と現在値の偏差に基づい
て、ＰＩＤ制御量演算部６３が比例成分（Ｐ成分）、積
分成分（Ｉ成分）、微分成分（Ｄ成分）を合わせたＰＩ
Ｄ制御量（電圧）を演算して出力する。そのＰＩＤ制御
量は、駆動デューティー演算部６４によって直流モータ
２０の駆動デューティー（ＰＩＤ制御用駆動デューティ
ー）に変換される。その演算部６４は、前述した図４の
リターントルクによる作動特性の傾きＫを考慮して
｛（ＰＩＤ制御量）／Ｋ｝の補正を加え、リターントル
クによる作動特性の影響を小さくする。

【００３８】また、ＰＩＤ制御量演算部６３には、目標
値と現在値の偏差が所定の許容範囲内Ｌに収まったとき
に、Ｉゲイン（積分ゲイン）を強制的にクリアして
“０”とするＩゲインクリア手段６３Ａが構成されてい
る。許容範囲Ｌは、図６のようにＥＧＲバルブの目標開
閉位置をＴＰとしたときに、許容できる開方向および閉
方向のずれ分の範囲に対応する大きさに設定されてい
る。この図６からも明らかなように、許容範囲Ｌはプラ
スの偏差とマイナスの偏差を含む範囲であり、以下にお
いては、偏差が許容範囲Ｌ内の値となることを許容範囲
Ｌ内に収まるという。

【００３９】このようにして、目標値と現在値との偏差
に基づいて直流モータ２０をＰＩＤ制御するフィードバ
ック制御系が構成されている。この制御系は、Ｉゲイン
クリア手段６３ＡによってＩゲインがクリアされたとき
に、直流モータ２０をＰＤ制御することになる。このＰ
ＩＤ制御系からの駆動デューティーは、後述するオープ
ンループ制御系からの駆動デューティーを補うように加
算されて直流モータ２０の駆動デューティーとなるた
め、それのみで直流モータ２０を制御するフィードバッ
ク制御の場合に比して、小さい値として出力される。

【００４０】６５はオープンループ制御部であり、前述
した図４中のラインＤ、Ｄ′のようなセンサ出力値（目
標値）と駆動デューティーとの関係から、目標値に対応
する直流モータ２０の駆動デューティーを演算して出力
する。本例の制御部６５は、直流モータ２０の回動方向
つまりバルブ１１の開閉方向を検知する開動方向検知部
６６の検知方向に応じて、異なる駆動デューティーを演
算して出力する。すなわち、バルブ１１が開動するとき
は、前述した図４中のラインＤの関係から目標値に対応
する駆動デューティーを算出し、一方、バルブ１１が閉
動するときは、図４中のラインＤ′の関係から目標値に
対応する駆動デューティーを算出する。検知部６６は、
現在値と、それよりも一時刻前の現在値とを比較し、そ
れらの差がプラスであるかマイナスであるかによって、
直流モータ２０の回動方向を検知する。このようにし
て、現在値に応じて直流モータ２０を制御するオープン
ループ制御系が構成されている。

【００４１】フィードバック制御系とオープンループ制
御系のそれぞれからの駆動デューティーは加算されて、
モータ駆動デューティーとして出力される。したがっ
て、オープンループ制御系によって、リターントルク分
のモータトルク発生用の駆動電圧がバルブ１１の開閉方
向に応じて常に加えられ、それによる現在値と目標値と
の偏差分（オープンループ制御の過不足分）を補うよう
に、フィードバック制御系がＰＩＤ制御することにな
る。この結果、バルブ１１の開閉方向の如何に拘わらず
フィードバック制御量を比較的小さくして、振動の発生
を抑制できることになる。

【００４２】Ｄ．「制御動作」図５は、制御部５０の動作を説明するためのフローチャ
ートである。

【００４３】まず、目標値と現在値を読み込み（ステッ
プＳ１）、その目標値がＥＧＲバルブを閉成（全閉）さ
せるときの目標値（以下、「バルブ閉成用目標値」とい
う）でないことを条件として、それらの偏差を求める
（ステップＳ２、Ｓ３）。ＥＧＲバルブを閉成させると
きのバルブ閉成用目標値は、例えば、バルブ１１を速や
かに全閉させるように、ロータ原点Ｓ１の値とされる。
ＥＧＲバルブを閉成させるべく、そのようなバルブ閉成
用目標値が目標値として設定されたときは、その目標値
を変更目標値ＳＡに変更する（ステップＳ４）。その変
更目標値ＳＡは、後述する「バルブを閉成させるときの
動作」において説明する。

【００４４】ステップＳ３にて求められた偏差が許容範
囲Ｌ内に収まっていないときは、その偏差に基づいて演
算部６３がＰＩＤ制御量を演算する（ステップＳ５、Ｓ
６）。そして、そのＰＩＤ制御量をデューティー演算部
６４がＰＩＤ制御用駆動デューティーに変換する（ステ
ップＳ８）。また、オープンループ制御系においては、
検知部６６が直流モータ２０の開動方向を検知し（ステ
ップＳ９）、その検知方向に応じて、制御部６５が開動
時のオフセット制御用駆動デューティーまたは閉動時の
オフセット制御用駆動デューティーを算出する（ステッ
プＳ１０、Ｓ１１）。そして、ＰＩＤ制御用駆動デュー
ティーとオフセット制御用駆動デューティーとを加算し
てモータ駆動デューティーとし（ステップＳ１２）、現
在値が後述する変更目標値ＳＡ以上であることを条件と
して、そのモータ駆動デューティーによって直流モータ
２０を駆動する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。現在値が
変更目標値ＳＡよりも小さくなったときは、後述するよ
うに駆動デューティーを“０”とする（ステップＳ１
３、Ｓ１５）。

【００４５】先のステップＳ５の判定において、偏差が
許容範囲Ｌ内に収まったときは、Ｉゲインクリア手段６
３ＡがＩゲインをクリアする（ステップＳ７）。したが
って、ステップＳ６にて演算部６３がＰＤ制御量を演算
することになる。このように、偏差が許容範囲Ｌ内に収
まったときに、ＩゲインがクリアされてＰＩＤ制御から
ＰＤ制御に切り換わるため、Ｉ動作（積分動作）による
定常偏差の積算が回避できることになる。この結果、図
５のようにＥＧＲバルブの開閉位置を許容範囲Ｌ内に安
定させることができ、定常偏差の積算による振動の発生
がなくなる。なお、偏差が許容範囲Ｌ内から外れたとき
に、ＰＤ制御からＰＩＤ制御に切り換わることは勿論で
ある。

【００４６】Ｅ．「バルブを閉成させるときの動作」先のステップＳ２の判定にて、目標値がバルブ閉成用目
標値のとき、つまりＥＧＲバルブを閉成させようとする
ときは、その目標値を所定の変更目標値ＳＡに変更し
（ステップＳ４）、そしてステップＳ１２にて、その変
更目標値ＳＡよりも現在値が小さくなったときに、制御
部５０に備わる図示しない電力供給停止手段がデューテ
ィー出力を“０”として、直流モータ２０の駆動を停止
させる。

【００４７】変更目標値ＳＡは、例えば、図４中のロー
タ原点Ｓ１とバルブ原点Ｓ２との中間点などのように、
それらの原点Ｓ１、Ｓ２の間におけるセンサ出力値とし
て設定されている。図７は、モータシャフト３１の変位
量と変更目標値ＳＡとの関係の説明図である。図７中の
縦軸はポジションセンサ４０のセンサ出力値、横軸はモ
ータシャフト３１の変位量であり、バルブ原点Ｓ２のと
きのモータシャフト３１の変位量を“０”とし、そこか
ら下動する方向をマイナス変位量としている。また、モ
ータシャフト３１とバルブシャフト１４との間の遊びＳ
（図１参照）の間隔は０．２ｍｍに設定され、バルブ原
点Ｓ２から、モータシャフト３１が０．２ｍｍ下動した
変位量（−０．２ｍｍ）のときに、ストッパープレート
３１とストッパー部２Ａ（図１参照）とによって直流モ
ータ２０の回転が止められるロータ原点Ｓ１となる。図
７においてＰＡは、変更目標値ＳＡにおけるモータシャ
フト３１の変位位置である。

【００４８】このように、ＥＧＲバルブを閉成するとき
に、ロータ原点Ｓ１とバルブ原点Ｓ２との中間点の変更
目標値ＳＡを目標値として設定変更することにより、そ
の目標値が変更前のロータ原点Ｓ１のままの場合に比し
て、衝撃力の発生が小さく抑えられることになる。

【００４９】すなわち、ＥＧＲバルブを閉成するときの
目標値がロータ原点Ｓ１のままの場合には、数１０μｍ
のオーバシュートは許容しているためロータ原点Ｓ１に
おいてストッパープレート３１がストッパー部２Ａに強
く衝突してしまい、そのときの大きな衝撃力によってス
トッパープレート３１の損傷を招くおそれがある。しか
も、そのロータ原点Ｓ１以前のバルブ原点Ｓ２において
バルブ１１がシート１２に強く衝突し、そのときの大き
な衝撃力によってバルブ１１が跳ね上がって開いてしま
ったり、バルブ１１やシート１２の磨耗劣化を早めてし
まうことになる。そのようなバルブ１１とシート１２の
磨耗によって遊びＳの間隔が変化した場合には、ロータ
原点Ｓ１とバルブ原点Ｓ２との間隔が変化し、ＥＧＲバ
ルブの制御量に誤差が生じて正確な開閉制御ができなく
なる。

【００５０】これに対して、ＥＧＲバルブを閉成すると
きの目標値をロータ原点Ｓ１から変更目標値ＳＡに変更
した場合には、その目標変更値ＳＡがロータ原点Ｓ１か
らバルブ原点Ｓ２側にずれた分、直流モータ２０の回転
が減速されてから、ストッパープレート３１がストッパ
ー部２Ａに当たることになる。そのため、それらの衝撃
力が小さく抑えられて、ストッパープレート３１の損傷
が防止されることになる。しかも、そのロータ原点Ｓ１
以前のバルブ原点Ｓ２におけるバルブ１１とシート１２
との衝撃力も小さく抑えられ、バルブ１１の跳ね上がり
が防止されると共に、バルブ１１やシート１２の磨耗度
合いを減らして、遊びＳの間隔の変化に起因する制御の
悪化を防止できることになる。

【００５１】図８中の曲線Ａは、目標値を変更目標値Ｓ
Ａに変更してＥＧＲバルブを閉成したときの作動特性、
点線の曲線Ｂは、目標値をロータ原点Ｓ１のままとして
ＥＧＲを閉成したときの作動特性である。この図８中の
縦軸はモータシャフト３１の変位量であり、バルブ原点
Ｓ２のときのモータシャフト３１の変位量を“０”と
し、そこから下動する方向をマイナス変位量としてい
る。また、モータシャフト３１とバルブシャフト１４と
の間の遊びＳ（図１参照）の間隔は０．２ｍｍとし、バ
ルブ原点Ｓ２から、モータシャフト３１が０．２ｍｍ下
動した変位量（−０．２ｍｍ）のときがロータ原点Ｓ１
となる。また、図８の横軸は時間である。曲線Ａの場合
は、目標値を０．１ｍｍの変更目標値ＳＡに変更してＥ
ＧＲバルブを閉成し、曲線Ｂの場合は、目標値を０．２
ｍｍのロータ原点Ｓ１のままとしてＥＧＲバルブを閉成
した。後者の場合には、ストッパープレート３１がスト
ッパー部２Ａに強く当たって跳ね返る現象が認められ、
前者の場合には、そのような跳ね返りが生じなかった。

【００５２】変更目標値ＳＡは、ロータ原点Ｓ１とバル
ブ原点Ｓ２との中間の値に設定することが好ましく、そ
れがバルブ原点Ｓ２に近すぎた場合には、バルブ１１が
完全に閉じられなくなったり振動したりするおそれがあ
る。また変更目標値ＳＡがロータ原点Ｓ１に近すぎた場
合には、ストッパープレート３１とストッパー部２Ａと
の衝撃力が小さく抑えられなくなってしまう。

【００５３】また、変更目標値ＳＡよりも現在値が小さ
くなったときに、ステップＳ１４にて、デューティー出
力を“０”にして直流モータ２０の駆動を停止させるこ
とは、ＥＧＲバルブの閉成時（全閉時）に、直流モータ
２０への電力の供給を停止して電力の消費を抑え、自動
車の電装品に要求される省電力化を可能とする。ちなみ
に、ＥＧＲバルブを閉成するときの目標値をロータ原点
Ｓ１のままとして、常に直流モータ２０を制御しようと
した場合には、ＥＧＲバルブの閉成時にも電力を消費し
てしまう。

【００５４】さらに、ステップＳ１２にて、変更目標値
ＳＡよりも現在値が小さくなったことを判定するとき、
つまり直流モータ２０が変更目標値ＳＡに収束したを判
定するときは、積分の不感帯となる許容範囲Ｌ（図６参
照）を考慮し、現在値が変更目標値ＳＡの直前の値ＳＢ
（図７参照）に到達したときに、直流モータ２０が変更
目標値ＳＡに収束したと判断してもよい。図７において
ＰＢは、値ＳＢにおけるモータシャフト３１の変位位置
である。このように、変更目標値ＳＡの直前の値ＳＢを
基準として、変更目標値ＳＡに収束したか否かを判断す
ることにより、許容範囲Ｌ、ポジションセンサ４０の検
出誤差、およびＡ／Ｄ変換部６２の変換誤差などのため
に変更目標値ＳＡに収束しなくなるというおそれがな
い。

【００５５】（第２の実施形態）制御部５０（図３参
照）は、エンジン始動時のイニシャライズの時点にてロ
ータ原点Ｓ１とバルブ原点Ｓ２とを検出するべく、図示
しない初期動作制御手段および演算手段を備えた構成と
してもよい。前者の初期動作制御手段は、エンジンを始
動させる初期の時点において、後述するように、直流モ
ータ２０のモータトルクを漸次変化させるものである。
後者の演算手段は、初期動作制御手段によって漸次変化
される直流モータ２０のモータトルクと、その記直流モ
ータ２０の動作位置の変化との関係から、後述するよう
に、遊びＳを形成するときの直流モータ２０の動作範
囲、つまりロータ原点Ｓ１とバルブ原点Ｓ２を求めるも
のである。これらの手段によって、ＥＧＲバルブの現実
の原点Ｓ１，Ｓ２を求めることにより、ＥＧＲバルブの
個体差に応じた最適な変更目標値ＳＡが設定できること
になる。

【００５６】図９は、原点Ｓ１、Ｓ２の読み込みのため
のメインルーチンであり、まず、モータ２０の駆動デュ
ーティーを“０”にセットしてから（ステップＳ２
１）、図１０の割り込み処理ルーチンのタイマ割り込み
をセットして（ステップＳ２２）、図１０の割り込み処
理ルーチンの割り込みを許可する（ステップＳ２３）。
そのタイマ割り込みのインターバルは例えば２０ｍｓｅ
ｃであり、そのインターバルで図１０の割り込み処理ル
ーチンが繰り返し実行される。そして、フラグチェック
などの手法によって、図１０の割り込み処理ルーチンに
よる原点読み込み処理終了の報知を待ち（ステップＳ２
４）、その終了後にタイマ割り込みを解除する（ステッ
プＳ２５）。

【００５７】図１０の割り込み処理では、まず、現在設
定されている駆動デューティーＤ（ｔ）によってモータ
２０を駆動して（ステップＳ３１）、そのときのポジシ
ョンセンサ４０のセンサ出力値Ｓ（ｔ）を読み込む（ス
テップＳ３２）。初回の割り込み処理において、図９の
ステップＳ２１にて駆動デューティーが“０”にセット
されているとき、つまり駆動デューティーＤ（ｔ）が
“０”であるときは、そのときのセンサ出力値Ｓ（ｔ）
をロータ原点Ｓ１として保存してから（ステップＳ３
３、Ｓ３４）、駆動デューティーＤ（ｔ）を１段アップ
させる（ステップＳ３５）。駆動デューティーは、例え
ば、１００％を８ビットで表した場合には、（１００／
２５５）％を１段分として設定することができる。

【００５８】次回の割り込み処理では、ステップＳ３３
からステップＳ３６に進むことになり、前回と今回にお
けるセンサ出力値Ｓ（ｔ−１）、Ｓ（ｔ）の差△Ｓを求
める。その差△Ｓが基準値（１５ｍＶ）以下であるとき
は、図４中のＡライン上にてロータ２１が動かないと判
断して、カウンタＣの値を“０”にリセットしてから
（ステップＳ３７、Ｓ３８）、駆動デューティーＤ
（ｔ）を１段アップする（ステップＳ３５）。一方、差
△Ｓが基準値（１５ｍＶ）を越えたときは、図４中のＢ
ライン上にてロータ２１が回動したと判断して、カウン
タＣの値をインクリメントする（ステップＳ３７、Ｓ３
９）。そして、そのカウンタＣの値が８以下のときは、
その値のまま駆動デューティーＤ（ｔ）を１段アップさ
せる（ステップＳ３５）。

【００５９】カウンタＣの値が８を越えたときは、図４
中のラインＣ上に入ったと判断し、１０回前から１３回
前までのセンサ出力値Ｓ（ｔ−１０）、Ｓ（ｔ−１
１）、Ｓ（ｔ−１２）、Ｓ（ｔ−１３）の平均、つまり
図４中のラインＢ上における複数のセンサ出力値の平均
を求め、それをバルブ原点Ｓ２として保存する（ステッ
プＳ４０、Ｓ４１）。その後、駆動デューティーＤ
（ｔ）を“０”に戻してモータ２０を停止させてから
（ステップＳ４２）、原点読み込み処理の終了をフラグ
などによって報知する（ステップＳ４３）。

【００６０】例えば、バルブ１１のフルストロークを５
ｍｍ、センサ出力値Ｓの最大変化幅を４Ｖ、駆動デュー
ティーの１段を（１００／２５５）％としている場合に
は、計算上、駆動デューティー１段当たりのセンサ出力
値Ｓの変化幅は１５．６ｍＶとなる。実際には、図４中
のラインＤ上における駆動デューティーの変化幅２０％
程度となり、駆動デューティー１段当たりのセンサ出力
値Ｓは１５．６ｍＶの数倍の変化幅となる。したがっ
て、ステップＳ３７における判断基準値を１５ｍＶに設
定することにより、ロータ２１の動きの有無が確実に判
断できた。また、本例では、図４中のラインＢ上におい
て、駆動デューティーの最大６段階程度のアップが見込
まれる。したがって、ステップＳ４０におけるカウンタ
Ｃの判断基準を８回とすることにより、図４中のライン
Ｂ上に入ったときと、ラインＤ上に入ったときとを判別
して、そのラインＤ上に入ったことが確実に判断でき
た。

【００６１】（第３の実施形態）フィードバック制御系
によって、リターントルクと逆方向のモータトルクを発
生させるべく、直流モータ２０を一方向にのみ通電制御
するだけではなく、リターントルクと同方向のモータト
ルクを発生させるべく、直流モータ２０を他方向にも通
電制御するようにしてもよい。その場合には、直流モー
タ２０を一方向に通電制御するときのＰＩＤ制御量をプ
ラスとし、それがマイナスとなったときのＰＩＤ制御量
に応じて直流モータ２０を他方向に通電制御すればよ
い。このように、リターントルクと同方向のモータトル
クを発生させることにより、バルブ１１の閉動方向の応
答性が向上することになる。

【００６２】図１１は、このように直流モータ２０を双
方向通電する場合における回路構成例の説明図である。
本例の場合は、４組のトランジスタ７１，７２，７３，
７４とダイオード７５，７６，７７，７８を組み合わせ
た構成とされ、前述した実施形態と同様に直流モータ２
０をチョッパ制御するようになっている。すなわち、直
流モータ２０を一方向に通電制御するときには、トラン
ジスタ７１をオンにして、トランジスタ７２をＰＷＭ信
号によりスイッチ動作させ、また直流モータ２０を他方
向に通電制御するときには、トランジスタ７３をオンに
して、トランジスタ７４をＰＷＭ信号によりスイッチ動
作させる。８１，８２，８３，８４は、トランジスタ７
１，７２，７３，７４と制御部５０との間のインターフ
ェースである。

【００６３】（第４の実施形態）オープンループ制御部
６５は、図４中の直線Ｆを想定して駆動デューティーを
求めるようにしてもよい。すなわち、直線Ｆは、ライン
Ｄ、Ｄ′の立ち上がり時点Ｐ３、Ｐ６の駆動デューティ
ーＤ３、Ｄ６の中間ＤＦから立ち上がる傾きＫの仮想の
直線であり、その傾きＫと中間の駆動デューティーＤＦ
を考慮して、｛（目標値に相当するセンサ出力値）／Ｋ
＋ＤＦ｝の補正を加え、リターントルクによる作動特性
の影響を小さくする。したがって、直線Ｆのような目標
値と直流モータ２０の駆動デューティーとの関係から、
目標値に対応するオフセット制御用駆動デューティーを
直流モータ２０の回動方向の如何に拘わらず演算できる
ことになる。

【００６４】この結果、ラインＤ、Ｆ間およびラオン
Ｄ′、Ｆ間のトルク差分だけ外乱の影響を受けにくくな
り、ＥＧＲバルブを安定的に制御しやすくなる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明は、付勢手段によるリターントルクと直流モータの
モータトルクとのバランスによりバルブを開閉させるト
ルクバランス駆動方式を採用した上、直流モータとバル
ブとの間の動力伝達系中に所定の遊びを形成し、さらに
ＥＧＲバルブを閉成させるときに、ＥＧＲバルブの目標
開閉位置を前記遊びの形成途中における直流モータの動
作位置に変更することにより、ＥＧＲバルブの開度を高
い分解能をもって高精度に制御可能とし、かつバルブの
完全な閉成を補償した上、ＥＧＲバルブを閉成させると
きにバルブに生じる衝撃力、およびバルブ駆動用モータ
の作動範囲を規制するストッパに生じる衝撃力を小さく
抑えて、バルブの磨耗およびストッパの破損を防止する
ことができる。

【００６６】請求項２に記載の発明は、直流モータのモ
ータトルクと動作位置との関係から、ＥＧＲバルブの作
動特性を求めることにより、ＥＧＲバルブの作動特性を
正確に把握して、より高精度の制御を実施することがで
きる。

【００６７】請求項３に記載の発明は、ＥＧＲバルブの
開閉位置の偏差が所定の許容範囲内に収まったときに、
ＰＩＤ制御のＩゲインをクリアすることにより、ＥＧＲ
バルブを安定性よく制御することができる。

【００６８】請求項４に記載の発明は、ＥＧＲバルブを
閉成させるべく、直流モータが目標位置まで動作したと
きに、直流モータへの電力の供給を停止することによ
り、省電力化を図ることができる。

【００６９】請求項５に記載の発明は、直流モータをＰ
ＷＭ信号によりチョッパ制御することができる。

【００７０】請求項６に記載の発明は、直流モータのモ
ータシャフトとバルブシャフトとの対向面間に遊びの間
隔を形成することにより、それらのシャフトによって、
バルブの完全な閉成を補償する動力伝達系を簡易に構成
することができる。

【００７１】請求項７に記載の発明は、リターントルク
と同方向にもモータトルクを発生させるように直流モー
タを制御することにより、リターントルクの付与方向に
おけるＥＧＲバルブの応答性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態におけるＥＧＲバル
ブの縦断面図である。

【図２】この発明の第１の実施形態における制御系の概
略説明図である。

【図３】図２における制御部のブロック構成図である。

【図４】図１におけるＥＧＲバルブの作動特性の説明図
である。

【図５】図３における制御部の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図６】図３の制御部によるＥＧＲバルブの制御例の説
明図である。

【図７】図３におけるポジションセンサの出力特性の説
明図である。

【図８】図３の制御部によるＥＧＲバルブの制御例の説
明図である。

【図９】この発明の第２の実施形態におけるバルブ作動
特性の読み込み処理用メインルーチンを説明するための
フローチャートである。

【図１０】この発明の第２の実施形態における割り込み
処理を説明するためのフローチャートである。

【図１１】この発明の第３の実施形態における直流モー
タの駆動回路の説明図である。

【符号の説明】

１１バルブ１２シート１９スプリング（付勢手段）２０直流モータ４０ポジションセンサ５０制御部６１目標位置演算部６１Ａ変更目標位置設定手段６１Ｂ変更手段６２Ａ／Ｄ変換部６３ＰＩＤ制御量演算部６３ＡＩゲインクリア手段６４駆動デューティー演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】付勢手段によってＥＧＲバルブの閉方向
に所定のリターントルクが付与され、かつ直流モータに
よってＥＧＲバルブの開方向に可変のモータトルクが付
与され、それらのトルクバランスにより開閉されるＥＧ
Ｒバルブの制御装置であって、前記直流モータのモータトルクを前記ＥＧＲバルブに伝
達し、かつ前記ＥＧＲバルブの閉成時に所定量の遊びを
形成する動力伝達系と、前記直流モータの動作位置を検出する検出手段と、前記ＥＧＲバルブの目標開閉位置に対応する前記直流モ
ータの動作位置と、前記検出手段によって検出される前
記直流モータの動作位置との偏差を基にして、前記直流
モータをフィードバック制御するフィードバック制御系
と、前記遊びが略半分形成されるときの前記直流モータの動
作位置を変更目標位置として設定する変更目標位置設定
手段と、前記ＥＧＲバルブを閉成させるときに、前記ＥＧＲバル
ブの目標開閉位置に対応する前記直流モータの動作位置
を前記変更目標位置に変更する変更手段とを備えたこと
を特徴とするＥＧＲバルブの制御装置。
【請求項２】前記直流モータのモータトルクを漸次変
化させる初期動作制御手段と、前記初期動作制御手段によって漸次変化される前記直流
モータのモータトルクと、前記検出手段によって検出さ
れる前記直流モータの動作位置の変化との関係から、前
記遊びを形成するときの前記直流モータの動作範囲を求
める演算手段とを備え、前記変更目標位置設定手段は、前記演算手段によって求
められた前記直流モータの動作範囲中の位置を前記変更
目標位置として設定することを特徴とする請求項１に記
載のＥＧＲバルブの制御装置。
【請求項３】前記フィードバック制御系は、前記ＥＧＲバルブの目標開閉位置に対応する前記直流モ
ータの動作位置と、前記検出手段によって検出される前
記直流モータの動作位置との偏差を基にして、前記直流
モータをＰＩＤ制御する制御部と、前記ＥＧＲバルブを閉成させるときに、前記変更目標位
置と前記検出手段によって検出される前記直流モータの
動作位置との偏差が所定の許容範囲内に収まった時点に
て、前記フィードバック制御系のＩゲインをクリアする
Ｉゲインクリア手段とを備えたことを特徴とする請求項
１または２に記載のＥＧＲバルブの制御装置。
【請求項４】前記ＥＧＲバルブを閉成させるときに、
前記検出手段によって検出される前記直流モータの動作
位置が前記変更目標位置に達した時点にて、直流モータ
への電力の供給を停止する電力供給停止手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＥＧ
Ｒバルブの制御装置。
【請求項５】前記フィードバック制御系は前記直流モ
ータをチョッパ制御するものであることを特徴とする請
求項１から４のいずれかに記載のＥＧＲバルブの制御装
置。
【請求項６】前記動力伝達系は、前記ＥＧＲバルブに連結され、一方向に押されることに
よって前記ＥＧＲバルブを開くバルブシャフトと、前記直流モータの動作量に応じて直線移動され、かつ前
記ＥＧＲバルブの閉成時に前記バルブシャフトと所定の
遊び間隔をおいて対向し、前記直流モータのモータトル
クの増大に伴い、前記バルブシャフトに当接してから該
バルブシャフトを一方向に押すモータシャフトとを有す
ることを特徴とする請求項１から５のいずれかに移載の
ＥＧＲバルブの制御装置。
【請求項７】前記フィードバック制御系は、前記直流
モータの他方向の通電によって前記ＥＧＲバルブの開閉
方向の一方向にも可変のモータトルクを付与可能である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のＥ
ＧＲバルブの制御装置。