KR0156759B1 - 스테핑 모터에 의해서 구동되는 액츄에이터 위치제어장치 - Google Patents

Abstract

운전을 정지하는 일 없이, 스테핑 모터의 비트 어긋남을 리세트함과 동시에, 스토퍼의 경년열화에도 대처하는 것이 가능한 액츄에이터의 위치제어장치를 제공한다.

제어 유니트(7)가 생각하고 있는 우상이 0 위상으로된 후에, 비트 어긋남이나 스토퍼의 마모에 의한 어긋남을 리세트하기 위하여 4 스텝(즉, 상수분)만큼 여분으로 4상의 스테핑 모터(21)를 여자하는 것에 의해, 회전자 일회전분의 비트 어긋남을 리세트한다.

Description

스테핑 모터에 의해서 구동되는 액츄에이터 위치제어장치

제1도는 본 발명의 일실시예로서의 증발연료 처리장치의 구성을 보인 시스템도.

제2도는 본 발명에 따른 퍼지 제어밸브의 측면단면도.

제3도는 동상 퍼지 제어밸브의 스토퍼의 단면도.

제4도는 동상 퍼지 제어밸브의 스토퍼의 작용을 설명하는 단면도.

제5도는 스테핑 모터의 여자 펄스를 보인 선도.

제6도는 스테핑 모터의 여자 펄스를 보인 선도.

제7도는 스테핑 모터의 여자 펄스를 보인 선도.

제8도는 스테핑 모터의 비트 어긋남을 리세트하기 위한 회전수 연산루틴의 제어내용을 보인 흐름도.

제9도는 스테핑 모터의 비트 어긋남을 리세트하기 위한 위상송출루틴의 제어내용을 보인 흐름도.

제10도는 스테핑 모터의 비트 어긋남을 리세트하기 위한 여자 펄스를 보인 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 내연기관 7 : 제어 유니트

14 : 퍼지 제어밸브 21 : 스테핑 모터

31 : 회전자 32,33 : 고정자

41 : 밸브본체부 43 : 밸브본체

44 : 슬라이브부 48 : 접촉부

51 : 스토퍼 55 : 접촉편

본 발명은 스테핑 모터에 의해 구동되는 액츄에이터의 위치제어장치에 관한 것으로, 특히 스테핑 모터가 정지되었을 때의 액츄에이터의 정지위치 보정제어에 관한 것이다.

자동차의 무부하 운전시에 바이패스 통로를 통과하는 흡입공기유량을 제어하는 무부하 회전수 제어장치가 알려져 있고, 근년에는 그의 제어용 액츄에이터로서 스테핑 모터가 사용되고 있다(특공평 2-38783호등 참조).

여기서, 스테핑 모터를 사용하는 경우에 있어서, 그 스테핑 모터의 현재의 스텝위치를 확실하게 검출하는 일이 그 위치정도(精度)의 향상에는 불가결한 것이 된다.

여기서, 종래의 스테핑 모터의 위치제어장치에서는 개폐밸브가 완전히 개방되었을때의 스텝위치를 기준으로 하여 현재의 스텝위치의 연산이 이루어지고 있다.

그렇지만, 특공평 2-38783호 공보에 개시된 4상 스테핑 모터의 위치제어장치에 있어서는, 점화 스위치를 끈 경우, 개폐밸브가 완전히 개방되었을 때의 스텝위치의 엇갈림을 수정하고 있다. 즉, 무부하 제어밸브의 완전 개방의 지령펄스 송출시에는, 회전자에 설치된 핀에 맞대어서 기계적으로 완전개방상태로 유지한 후에, 다시 15 스텝만큼 여분으로 제어밸브가 완전히 개방되는 방향으로 회전하여 움직이도록 지령펄스를 발하고, 더욱 더 기준상의 여자상태로 될 때까지 지령 펄스를 계속 송출함으로써 기준 위치의 스텝위치를 확보하고 있다.

따라서, 점화 스위치가 꺼져있지 않으면 기준위치의 스텝위치를 확보할 수 없으며, 점화 스위치가 켜진채로 밸브가 완전히 개방되는 동작 및 폐쇄되는 동작을 되폴이하게 되면 밸브개방 지령과 실제의 개방정도가 대응하지 못하게 되고 만다.

또한, 기준상으로서의 특정의 상의 검출수단이 불가결하게 되고, 장치의 단가가 증가해 버린다.

또한 핀에 맞닿은 위치와 기준상의 위상관계에 있어서 대응관계가 없기 때문에, 기준이 되는 실제의 완전개방위치를 결정할 수 없으며, 따라서 위치정도가 저하될 우려가 있다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 창안된 것으로서, 운전을 정지하는 일이 없고, 예컨대 연속하여 개폐(開閉)를 행하는 밸브에 있어서, 미세한 개폐제어를 빈번하게 더구나 고정밀도로 행할 경우에, 액츄에이터로서의 개폐밸브를 스테핑 모터를 사용하여 위치제어를 하는 일이 있으나, 그런 경우에 미소량의 개폐의 어긋남을 없애는 것을 가능케 함과 동시에, 경년열화(經年劣化)에도 대처할 수 있는 스테핑 모터에 의해 구동되는 액츄에이터의 위치제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스테핑 모터의 회전에 따라서 회전하는 회전체와, 상기 회전체의 회전에 의해 그 회전체의 축방향으로 이동하여 소정의 스트로크 구간내의 임의의 위치로 제어되는 구동체를 포함하여 구성되는 액츄에이터의 위치제어장치에 있어서, 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상에 대응하는 회전위치에서 회전체를 맞대어서 정지시킬 수 있도록 해당 회전체의 회전방향에 설치된 스트로크의 일단측의 스토퍼와, 스테핑 모터의 제어위상이 상기 소정 여자위상으로된 후에, 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 회전하도록 여자위상을 진행시키는 위상송출수단과, 상기 위상송출수단에 의해서 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 진행된 여자위상을 기준으로 하여 상기 스테핑 모터에 대하여 상기 구동체의 상기 임의의 위치에 스트로크시킨 방향의 제어펄스를 연산제어하는 제어수단을 갖춘 구성으로 하였다.

또한, 기관 회전속도가 소정 회전속도 이상으로 되는 운전상태가 소정시간 계속된 경우에는, 상기 위상송출수단에 의해 보다 많은 회전수만큼 회전체가 회전되도록 해도 무방하다.

이상의 구성에 의하면, 회전체가 스토퍼에 맞닿아 정지하면, 그 회전체는 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상에 대응한 회전위치에서 정지하게 된다.

여기에서, 초기 조건으로, 회전체가 스토퍼에 맞닿아 정지하고, 그 회전체가 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상에 대응한 회전위치에서 정지하도록 되어 있는 스테핑 모터에 비트(bit)어긋남이 생기는 경우에 관련되는 작용을 설명한다. 비트 어긋남이란 스텝미스라고도 칭하여지며 스테핑 모터에의 지령 스텝수와 회전체의 이동각도가 어긋나는 현상을 말한다.

일방향의 스트로크중(이후의 설명을 위하여 폐쇄방향의 스트로크중이라 한다)에 상기 비트 어긋남이 1비트 발생하면, 스테핑 모터에 의해 위치제어되는 제어 대상은 회전체 일회전분의 지연이 발생하게 되고, 완전 폐쇄상태로 되어야 할 구동펄스가 출력된 시점에 있어서도, 일회전분만큼 밸브가 개방된 상태로 된다.

더구나, 해당 비트 어긋남이 2비트, 3비트 혹은 4비트 발생하여도, 회전체 일회전분의 밸브개방 지연을 발생시키는 것이 된다. 또한 5비트-8비트의 비트 어긋남이 일어났을 경우에는 회전체 이회전분의 밸브개방 지연을 발생시키게 되지만, 이 정도의 비트 어긋남이 발생하는 일은 없다는 것이 실험적으로 증명되고 있다.

여기에서, 본 발명에 있어서는, 위상송출수단에 의해, 스테핑 모터에는 스테핑 모터의 제어위상이 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상으로 된 후에, 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 회전하도록 여자위상이 진행된다. 이에 따라서, 스테핑 모터를 구성하는 자석의 흡착작용이 이루어짐으로써, 비트 어긋남이 리세트된다. 따라서, 스테핑 모터에 의해 위치제어되는 제어대상을 올바르게 제어할 수 있다.

여기서, 본 발명에는 핀에 맞닿은 위치와 기준상과의 위상을 대응시킨 스토퍼를 가지고 있으며, 그 위에 회전방향의 기준상과 맞도록 세트되어 있다.

더욱이, 제어수단은, 상기 위상송출수단에 의하여 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 진행된 여자위상을 기준으로 하여, 상기 스테핑 모터에 대하여 상기 구동체의 상기 임의의 위치에 스트로크 시킨 방향의 제어펄스를 연산제어함으로써, 비트 어긋남이 리세트된 후의 여자위상을 기준으로하여 스트로크 동작을 수행시키는 방향의 제어펄스가 연산되게 되어 있어서, 예를들어 폐쇄위치를 기준으로 하는 개방위치의 정도가 향상하게 되어, 스테핑 모터가 바르게 제어되도록 되어 있다.

다음에, 상기 스토퍼에 마모가 생겼을 경우의 작용에 대하여 설명한다.

초기 조건으로, 회전체가 맞닿아, 정지하고 있던 스토퍼가 마모되면, 그 회전체가 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상에 대응한 회전위치에서 정지하는 타이밍으로 그 스토퍼에 맞닿지 않게 되어, 스테핑 모터에 비트 어긋남이 생길 우려가 있다.

더구나, 스토퍼가 해당 회전체의 회전방향에 설치되어 있으므로, 상기 마모에 의해서도 크게 비트수가 어긋나는 일은 없다.

이 경우에는 일방향의 스트로크중에, 완전 폐쇄상태로 되어야할 구동펄스가 출력된 시점에 있어서도, 아직 2비트분의 밸브개방 상태로 되어 있다.

그리고 위상송출수단에 의하여, 스테핑 모터에는 스테핑 모터의 제어위상이 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상으로 된 후, 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 회전하도록 여자위상이 진행된다. 이에 따라서, 해당 스테핑 모터의 상수의 정수배 회전중에 한 번은 마모된 스토퍼에 맞닿지만, 스테핑 모터에 구성되는 자석의 흡착작용에 의해 스테핑 모터의 제어위상이 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상으로 되는 시점에는, 회전체도 초기상태로 리세트된다. 따라서, 스테핑 모터에 의해 위치제어되는 제어대상을 올바르게 제어할 수 있다.

또한 기관회전속도가 소정 회전속도 이상으로 되는 운전상태가 소정시간 계속된 경우에는, 위상송출수단에 따라 보다 많은 회전수만큼 회전체가 회전하게 됨으로써, 운전상태에 기인하여, 큰 비트 어긋남이 발생한 경우에도, 해당 비트 어긋남을 흡수하는 만큼 회전체가 회전하게 되므로, 스테핑 모터에 의해 위치제어되는 제어대상을 올바르게 제어할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예로서, 스테핑 모터에 의해 구동되는 액츄에이터인 증발연료 처리장치에 사용되는 퍼지 제어밸브(14)이 개폐제어장치에 대하여 설명한다.

일실시예의 시스템 구성을 보인 제1도에 있어서, 내연기관(1)의 흡기통로(2)에는 상류측으로부터, 공기정화기(3), 흡입공기유량(Q)을 계측하는 풍량계(4) 및 액셀레이터 페달과 연동하여 흡입공기유량(Q)을 제어하는 스로틀밸브(5)가 설치되어 있고, 매니폴드 부분에는 기통마다 전자식 연료분사밸브(6)가 설치되어 있다.

연료분사밸브(6)은 마이크로컴퓨터를 내장한 제어 유니트(7)로부터의 기관회전에 동기하여 출력되는 구동펄스신호에 따라 개방되며, 연료탱크(8)로부터 연료펌프(도시안됨)에 의해 압송되어 압력 조정기(도시안됨)에 의하여 소정 압력으로 조정된 연료를 분사공급한다. 따라서, 제어 유니트(7)에 의해 구동펄스신호의 펄스폭을 제어함으로써 연료분사량을 제어한다.

연료탱크(8)내에서 발생하는 증발연료를 처리하는 증발연료처리장치에 대하여 설명하면, 캐니스터(9)는 활성탄을 내장한 용기로, 연료탱크(8)의 상부공간에서 증발연료(HC)를 도입하는 증발연료 도입통로(10)가 접속되어 이 통로(10)에 의해 이끌리는 증발연료를 활성탄에 흡착한다.

또한, 캐니스터(9)에는 대기에 개방된 퍼지용 공기도입구(11)가 형성되어 있고, 여기에는 역류를 저지할 체크밸브(12)가 장착되어 있다. 더욱이, 캐니스터(9)에는 여기에 흡착되어 있는 증발연료를 기관에 흡입시키기 위한 증발연료 퍼지통로(13)의 일단이 접속되어 있고, 이 통로(13)의 타단은 흡기통로(2)의 스로틀밸브(5)하류(흡기 매니폴드)에 접속되어 있다. 증발연료 퍼지통로(13)의 도중에는 퍼지 제어밸브(14)가 장착되어 있다. 더우기, 증발연료 퍼지통로(13)의 도중에는 HC의 양을 검출하는 가스센서(15)가 설치되어 있다.

따라서, 퍼지 제어밸브(14)를 열므로서, 퍼지용 공기의 도입구(11)로부터 도입된 공기에 의해, 캐니스터(9)내의 활성탄에 흡착되어 있는 증발연료(HC)를 이탈(퍼지)시켜서, 증발연료를 퍼지용 공기와 함께 증발연료 퍼지 통로(13)에 의하여 흡기통로(2)의 스로틀밸브(5)하류에 흡입시켜, 기관(1)의 연료실에서 연소시킬 수가 있다.

여기에 있어서, 제어 유니트(7)는 내연기관의 마이크로컴퓨터에 의해 각종 연산처리를 행하며, 최종적으로는 연료분사량 Ti를 연산하고 이 Ti의 펄스폭의 구동펄스신호를 기관회전에 동기한 소정의 타이밍으로 연료분사밸브(6)에 출력하여 연료분사를 행하게 한다.

또한, 기관온도를 대표하는 냉각수온도 Tw를 검출하기 위하여, 기관의 물 재킷에 수온센서(17)가 설치된다. 또 기관회전속도 N을 검출하기 위해, 도시하지 않은 배전기내에 있어서 크랭크샤프트와 동기하여 회전하는 회전자의 회전속도를 연산하는 기관회전속도센서(16)가 설치된다.

여기에서, 본 발명에 따른 구성으로서, 퍼지 제어밸브(14)는, 제2도에 도시한 바와 같이 스테핑 모터(21)를 지지하는 모터 하우징(22)과 밸브 하우징(23)을 구비하며, 이들 모터 하우징(22), 밸브 하우징(23)은 서로 고정되어 있다.

밸브 하우징(23)내부에는, 밸브실(24)이 형성되어 있고, 이 밸브실(24)은 밸브 하우징(23)에 고정된 도입관(25)을 통해 캐니스터(9)에 연결된다. 또한, 밸브 하우징(23)의 선단부에는 도출관(26)이 형성되어 흡기 매니폴드에 접속됨과 동시에, 그 도출관(26)의 내단부에는 밸브시트(27)가 형성되어 있다.

한편, 스테핑 모터(21)는 밸브축(29) 및 밸브축(29)과 동축적으로 배치된 회전체로서의 회전자(31)의 원통상 외주면과 약간의 간격을 두고 떨어져 고정 설치된 한쌍의 고정자(32,33)를 구비한다. 그리고, 회전자(31)는 베어링(34,35)에 의해 축받이되어 있음과 동시에, 그 회전자(31)의 외주면상에는 접착제 등에 의하여 접착 고정된, N극과 S극이 교호로 형성된 영구자석으로 된 외통(38)이 구성되어 있고, 밸브축(29)의 외주면상에는 나사(30)가 형성되어 있다.

더욱이, 본 실시예에 따른 퍼지제어밸브(14)는 밸브 하우징(23)의 내부에, 축방향으로 이동가능하도록 지지된 밸브본체부(41)를 가지고 있다.

밸브본체부(41)는 선단부에 거의 원추형의 외주면(42)을 가진 밸브본체(43)와, 그 밸브본체(43)를 선단측 내주부에 회전가능토록 지지하는 활주부(44)로 구성된다. 활주부(44)는 밸브 하우징(23)의 모터 하우징(22)측단부에 고착된 안내부(45)에 축방향으로 활주 가능하게 지지되는 활주 지지부(46)와, 상기 나사(30)와 나사 결합하는 나사(37)가 내부에 형성된 나사부(47)로 구성된다.

따라서, 회전자(31) 즉 밸브축(29)이 회전하면, 나사(30)가 회전하고, 그 나사(30)와 나사(37)가 나사결합하고 있고, 활주 지지부(46)가 안내부(45)에 축방향으로 활주 가능하게 지지되어 있으므로, 밸브본체(43) 및 활주부(44)로 이루어진 밸브본체부(41)는 축방향으로 전진, 후퇴를 하게 된다.

그리고, 상기 고정자(32,33)에는 전극(39)을 통해 제어전류가 공급되며, 고정자(32,33)에 여자극을 발생시키는 것에 의해 외통(38)을 보유하는 회전자(31)를 회전시키는 구성으로 되어 있다. 그리고, 회전자(31)가 회전하면 밸브축(29)이 회전하며, 밸브본체부(41)가 축방향으로 전진, 후퇴하여, 환상의 공기 유통로(49)의 유로단면적을 변화시켜, 증발연료의 이탈량을 제어하는 것이 가능하게 되는 것이다.

더욱이, 본 발명에 따른 구성으로서, 밸브본체(43)와 활주부(44)에 의하여 포위된 밸브축(29)의 선단부에는, 상기 밸브본체부(41)가 최대 전진위치에 있을 때 활주부(44)의 접촉부(48)과 맞닿는 스토퍼(51)가 그 밸브축(29)에 대하여 소정의 각도를 가지고 너트(52)에 의해 고정되어 있다.

스토퍼(51)는 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 밸브축(29)이 끼워맞춤되는 삽입부(52)와 활주부(44)에 설치된 접촉부(48)에 회전하여 움직이면서 맞닿도록, 상기 밸브축(29)의 축심에 평행하게 설치된 접촉편(53)을 가지고 있다. 즉, 스토퍼(51)는 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상에 대응한 회전 위치에서 회전체를 맞대어 정지시키도록 해당 회전체의 회전방향으로 설치된 스트로크 일단측의 스토퍼이다.

여기에서, 해당 접촉편(53)이 형성되는 접촉부(54)는 그의 단면(54a)이 상기 나사(30)의 리드각과 동일의 각도를 가지도록 형성되어 있고, 상기 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿을 때에 그 단면(54a)이 활주부(44)에 맞닿지 않는 구성으로 되어 있다.

다시 제1도를 참조하면, 스테핑 모터(21)는 도시하지 않은 스테핑 모터 구동회로를 통해 제어 유니트(7)에 접속되고, 오픈제어 된다. 더욱이, 제어 유니트(7)에는 기관회전속도센서(16), 수온센서(17)가 접속되어 있다.

다음은, 본 실시예에 따른 작용을 설명한다.

먼저, 고정위상에서 기계적인 0 스텝이 되도록 상기 스토퍼(51)를 조정한다.

즉, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0으로 되었을 때, 퍼지 제어밸브(14)의 밸브본체부(41)의 밸브본체(43)가 완전 폐쇄상태에 놓여있는지의 여부를 확인한다.

그리고, 제5도에 도시한 바와 같이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0으로 되었을 때에 밸브본체(43)가 완전 폐쇄상태로 되어 있으면, 그 밸브위치에서 상기 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿을 수 있는 스토퍼(51)를 선택하여, 너트(52)로 밸브축(29)에 고정한다.

즉, 이 경우에는, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상이 합치하고 있는 경우이다.

또한, 제6도에 도시한 바와 같이, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치 및 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상이 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상보다도 예컨대 2스텝 지연되어 있는 경우(제어 유니트 0 위상과 모터(21)의 코일의 0 위상이 2 스텝만큼 밸브폐쇄가 지연된 쪽으로 어긋났을 경우)에는, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 이 되었을 때에 밸브본체(43)가 아직 완전 폐쇄상태로 되어 있지 않으므로, 밸브위치를 완전 폐쇄방향으로 강제적으로 회전하여 움직이도록함으로써, 밸브본체(43)를 완전 폐쇄상태로 하여, 상기 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿을 수 있는 스토퍼(51)를 선택하여, 너트(52)로 밸브축(29)에 고정한다.

따라서, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상을 합치시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 제7도에 도시한 바와 같이, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치 및 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상보다도 예를 들어 1 스텝 앞으로 나아가 있는 경우(제어 유니트 0 위상과 모터(21)의 코일의 0 위상이, 1 스텝만큼 밸브개방이 지연된 쪽으로 어긋났을 경우)에는, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 으로 되어 있지 않아도 밸브본체(43)는 완전 폐쇄상태로 되어 있고 밸브위치를 개방방향으로 강제로 되돌려, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 으로 되었을 때에 밸브본체(43)을 완전 폐쇄상태로 하여, 상기 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿을 수 있는 스토퍼(51)를 선택하여, 너트(52)로 밸브축(29)에 고정한다.

따라서, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상과를 합치시키는 것이 가능해진다.

즉, 이상 설명한 바와 같이, 스토퍼(51)를 다수개 준비함으로써, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상을 합치시키는 것이 가능하게 된다.

여기서, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치의 조합은 다음의 4가지 경우에 대해서만 이루어진다.

1) 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치가 합치하고 있을 경우(제5도의 경우)

2) 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상이 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치보다 2 스텝 앞서 나아가 있을 경우(제6도의 경우)

또한, 2 스텝 늦어있는 경우도 이 경우와 같이 된다.

3) 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상이, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치보다 1 스텝 늦어진 경우(제7도의 경우)

4) 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상이 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치보다 한 스텝 앞서 있는 경우.

즉, 4종류의 스토퍼(51)를 준비하면, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상을 합치시키는 것이 가능하게 된다.

다음에, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상이 합치한 상태에서, 제어 유니트(7)에 의해 행하여지는 스테핑 모터의 위치제어에 대하여 제8도와 제9도에 도시한 흐름도를 참조하면서 설명한다.

제8도에 도시한 루틴은 비트 어긋남을 리세트하기 위하여 송출되는 스텝수 H를 연산할 때의 회전수를 연산하는 회전수 연산루틴으로서, 예컨대, 1sec 마다 실시된다.

P11에서는, 기관회전속도센서(16)에 의해 검출되는 기관회전속도 N을 읽어들임과 동시에, 수온센서(17)에 의해 검출되는 기관냉각수온도 Tw를 읽어들인다.

P12에서는, 기관회전속도 N이 소정 회전속도 No(예컨대 No=4800rpm)이상인가 아닌가를 판단하여, N이 No이상이라고 판단될 경우에는, P13으로 나아간다.

P13에서는 기관냉각수온도 Tw가 소정 냉각수온도 Two(예컨대 Two=95℃)이상인가 아닌가를 판단하여, Tw가 Two미만이라고 판단되었을 경우에는, P14로 나아가고, Tw가 Two이상이라고 판단될 경우에는 P15로 나아간다.

여기에서, P12에 있어서 N≥No 라고 판단되었을 경우에는 고회전에 의한 진동의 영향에 의해, 밸브계가 공진하여 1비트 어긋남을 일으킬 염려가 있는 경우이다.

이런 경우에는, 1 비트의 비트 어긋남을 일으킨 회전자가 일회전분 어긋나는 것이 되므로, 그 일회전분의 어긋남을 리세트하기 위하여, 후술하는 위상송출루틴에 있어서의 n을 1만큼 증분한다(n=n+1).

또한, P12에 있어서 NNo 라고 판단된 경우에는 회전에 의한 진동의 영향도 받지 않으므로, 비트 어긋남을 일으킬 염려는 없다고 보고, 그대로 복귀한다.

또한, P13에 있어서 Tw≥Two라고 판단된 경우에는, 고온에 의해 여자코일의 온도가 상승하고 자력이 저하하여, 회전자가 위상의 변화에 추종하여 회전하지 않을 염려가 있고, 역시 1 비트 어긋남을 일으킬 염려가 있는 경우이다. 이 경우에도, 1비트의 비트 어긋남을 일으키는 회전자가 일회전분 어긋나는 것이 되므로, 해당 일회전분의 어긋남을 리셋트하기 위하여, 후술하는 위상송출루틴에 있어서 n을 1 만큼 증분한다(n=n+1).

따라서, P13에 있어서 Tw≥Two 라고 판단된 경우에는, 전술한 고회전에 의한 영향과 여자코일의 온도의 상승에 따른 영향을 가미하여 P15에 있어서, 후술하는 위상송출루틴에 있어서, n을 2 만큼 증분한다(n=n+2).

또한, P13에 있어서, TwTwo라고 판단되었을 경우에는, 회전에 의한 진동의 영향만을 받는다고 보고 P14에 있어서, n을 1만큼 증분한다(n=n+1).

따라서, 기관회전속도 N이 소정 회전속도 이상으로 되는 운전상태가 소정시간 계속된 경우든가 기관냉각수온도 Tw가 소정 냉각수온도 이상이 되는 운전상태가 소정시간 계속된 경우에는, 위상송출수단에 의하여 보다 많은 회전수만큼 회전체가 회전하게 된다.

제9도에 도시한 루틴은 비트 어긋남을 리세트하기 위하여 스텝수 H를 송출하는 위상송출루틴이다.

P21에서 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 위상이 되었는지 아닌지를 판단한다.

P22에서는 소정시간마다 행하여지는 전술한 회전수 연산루틴에 있어서 연산된 n이 소정치로서의 6 이상이냐 아니냐를 판단하여, n이 6미만이라고 판단된 때에는 P23을 뒤어넘어 P24로 나아간다.

P22에 있어서 n이 6이상이라고 판단된 경우에는, 그다지 큰 비트 어긋남은 발생하지 않는 것이 실험등에서 분명하므로, P23에 있어서 n=6으로 하여 P24로 나아간다.

P24에서는 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 위상이 된 후에, 비트 어긋남을 리세트하기 위하여 그 스테핑 모터(21)를 여자하도록 송출되는 스텝수 H를 연산한다. 더구나, 그 스텝수 H는 스테핑 모터의 제어위상이 상기 소정 여자위상으로 된 후에, 회전자가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 회전하도록 연산된다.

여기에서, 본 실시예에 따른 스테핑 모터(21)는 4 상이므로, 송출되는 스텝수 H는 상수의 정수배, 즉, H=4×n이 된다. 단, n은 전술한 회전수 연산루틴에 있어서 연산된 n이다.

그 스텝수 H가 연산되면, P25에서 해당 스텝수 H가 완전 폐쇄방향으로 송출된다. 이때 스텝핑 모터를 구성하는 자석의 흡착작용이 이루어지게 되어, 비트 어긋남이 리세트된다. 또한, 기관회전속도 N이 소정회전속도이상으로 되는 운전상태가 소정시간 계속된 경우든가, 기관 냉각수온도 Tw가 소정 냉각수온도 이상이 되는 운전상태가 소정시간 계속된 경우에는 보다 많은 회전수만큼 회전체가 회전하게 되어, 보다 많은 비트 어긋남이 발생한 경우에도 그 비트 어긋남은 리세트된다.

그리고, P26에 있어서, 상기 n을 리세트한 후, 본 루틴을 끝낸다.

여기서, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 위상으로 된 후에, 비트 어긋남을 리세트하기 위하여 4 스텝(즉, 상수분)만큼 여분으로 스테핑 모터(21)를 여자하는 경우(n=1의 경우)에 대하여 각각의 비트 어긋남을 예를 들어 설명한다.

더욱이, 스테핑 모터는 일반적 성질로서, 제어 유니트가 생각하고 있는 위상과 여자되는 코일의 위상이 합치하지 않을 경우에는, 그 스테핑 모터는 회전하여 움직이지 않으며, 인접하는 상의 자석이 극이 다른 자석으로된 경우에는 회전자는 그 상의 방향으로 흡착되는 현상이 발생한다.

또한, 완전 폐쇄점을 통과한 후에는 그 밸브위치에서 스토퍼(51)의 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿아 있다.

따라서, 상기 1)과 같이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치가 합치하고 있을 경우에, 4 스텝(즉, 상수분)만큼 여분으로 여자되는 동안에는 스테핑 모터(21)를 구성하는 자석의 흡착작용이 이루어지는 일도 없고, 그 밸브위치에서 스토퍼(51)의 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿도록 완전 폐쇄방향으로 계속 압압된다.

또한, 상기 2)와 같이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상이 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치보다 2 스텝 나아가 있는 경우, 2 스텝 여분으로 여자된 후에 흡착작용이 이루어지고, 3 스텝 여분으로 여자된 후에 리세트되고, 그후 스토퍼(51)의 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿도록 완전 폐쇄방향으로 압압된다.

또한, 상기 3)과 같이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상이 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치보다 1 스텝 늦어져 있는 경우에는 1 스텝 여분으로 여자된 후에 흡착작용이 이루어지고, 2 스텝 여분으로 여자된 후에 리세트되고, 그후 스토퍼(51)의 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿도록 완전 폐쇄방향으로 압압된다.

또한, 상기 4)와 같이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상이, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치보다 1 스텝 나아가 있는 경우에는 3 스텝 여분으로 여자된 후에 흡착작용이 이루어지며, 4 스텝(즉, 상수분)만큼 여분으로 여자된 후에 리세트되게된다.

따라서, 스테핑 모터(21)을 구성하는 자석의 흡착작용이 이루어짐으로써, 완전 폐쇄점을 통과한 후 제어 유니트가 생각하고 있는 위상이 3 상, 2 상 및 1 상의 어느것의 상으로, 밸브는 더욱더, 그 밸브위치에서 스토퍼(51)의 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿도록 완전 폐쇄방향으로 압압된다.

그리고, 0상이 여자되므로서, 다시 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상이 합치하는 상태로 된다.

다음, 제10도를 참조하면서, 스토퍼(51)가 경년열화 등에 의해 마모되고, 1 스텝분 어긋났을 경우의 비트 어긋남의 리세트에 대하여 설명한다.

전술한 경우와 같이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 위상으로 된 후에, 비트 어긋남을 리세트하기 위하여 4 스텝(즉, 상수분)만큼 여분으로 스테핑 모터(21)가 여자된다.

제10도에서 분명히 한 것처럼, 스테핑 모터(21)를 구성하는 자석의 흡착작용이 이루어지게 되어, 완전 폐쇄점을 통과후 제어 유니트가 생각하고 있는 위상이 3상, 2상 및 1상인 경우에는, 밸브는 더욱 더, 정규의 위치로부터 마모에 의해 1 스텝분만큼 폐쇄방향으로 회전하여 움직이고 있다. 그리고, 1 스텝분만큼 폐쇄방향으로 회전하여 움직인 위치에서, 스토퍼(51)를 접촉편(53)이 활주부(44)의 접촉부(48)와 맞닿는다.

그리고, 0 상이 여자되므로 해서, 다시 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 0 위상과, 완전 폐쇄상태로 되는 밸브위치와, 스테핑 모터(21)의 코일의 0 위상이 합치하는 상태로 되돌아가게 된다.

즉, 이상 설명한 바와 같이, 제어 유니트(7)가 생각하고 있는 위상이 0 위상으로 된 후에, 비트 어긋남을 리세트하기 위하여 4 스텝(즉, 상수분)만큼 여분으로 스테핑 모터(21)를 여자하는 것에 의해, 회전자 1회전분의 비트 어긋남이 리세트된다.

따라서, 스테핑 모터에 의해 위치제어되는 제어대상을 바르게 제어할 수 있다.

따라서, 제9도에 있어서, P24에서 연산한 스텝수 H(=4×n)만큼 여분으로 스테핑 모터(21)를 여자하는 것에 따라, 회전자 n회전분의 비트 어긋남이 리세트된다. 따라서, 스테핑 모터에 의해 위치제어되는 제어대상을 바르게 제어할 수 있다.

더욱이, 본 실시예에 있어서는, 상기 P24에서 연산한 스텝수 H(=4×n)만큼, 여분으로 스테핑 모터(21)를 여자하고, 비트 어긋남을 리세트하기 위해, 완전 폐쇄상태에서 개방방향으로 밸브를 개방하는 동작을 행하는 때에는, 해당 스텝수 H만큼 히스테리시스를 만들어, 밸브개방동작을 늦추어, 리세트의 영향이 나오지 않도록 하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 스테핑 모터는, 스테핑 모터의 제어 위상이 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상으로된 후에, 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 회전하도록 여자위상이 진행된다. 그리고, 그 상수의 정수배는 기관회전속도가 소정 회전속도 이상으로 되는 운전상태가 소정시간 계속되는 경우에는 더욱 많아진다.

이로 인하여, 비트 어긋남이 리세트됨과 동시에 경년열화에 의해 스토퍼가 마모하여도, 그 마모에도 대처하는 것이 가능하게 되고, 스테핑 모터에 의해 위치제어되는 제어대상을 바르게 제어할 수 있으며, 비트 어긋남이 리세트된 후의 여자위상을 기준으로 하여 밸브개방 펄스가 연산되게 되므로, 스테핑 모터를 바르게 제어하는 것이 가능하게 된다는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 스테핑 모터의 회전에 따라서 회전하는 회전체와, 상기 회전체의 회전에 의해서, 그 회전체의 축방향으로 이동하여 소정의 스트로크 구간내의 임의의 위치로 제어되는 구동체를 포함하여 이루어지는 액츄에이터 위치제어장치에 있어서, 스트로크의 일단측에 대응하는 소정의 여자위상에 대응한 회전위치에서 회전체를 맞대어서 정지시킬 수 있도록 해당 회전체의 회전방향에 설치된 스트로크의 일단측의 스토퍼와, 스테핑 모터의 제어위상이 상기 소정 여자위상으로된 후에, 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 회전하도록 여자위상을 진행시키는 위상송출수단과, 상기 위상송출수단에 의해서, 회전체가 상기 스토퍼에 맞닿는 방향으로 스테핑 모터의 상수의 정수배만큼 진행된 여자위상을 기준으로 하여, 상기 스테핑 모터에 대하여, 상기 구동체의 상기 임의의 위치에 스트로크시킨 방향의 제어펄스를 연산제어하는 제어수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 스테핑 모터에 의해서 구동되는 액츄에이터의 위치제어장치.
2. 제1항에 있어서, 기관회전속도가 소정 회전속도 이상이 되는 운전상태가 소정시간 계속되는 경우에는, 상기 위상송출수단에 의해 보다 많은 회전수만큼 회전체가 회전되게 하는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터에 의하여 구동되는 액츄에이터의 위치제어장치.