KR20100136547A

KR20100136547A - 밸브 제어 장치 및 밸브 장치

Info

Publication number: KR20100136547A
Application number: KR1020107025577A
Authority: KR
Inventors: 사토시 카와무라; 시게나가 야마사키; 소츠오 미요시
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-12-28
Also published as: DE112009001471B4; JPWO2010013372A1; US8505872B2; CN102076949A; WO2010013372A1; DE112009001471T5; JP4879352B2; KR101230138B1; CN102076949B; US20110062358A1

Abstract

전폐 지령을 받으면, DC 모터(2)의 구동을 피드백 제어하는 구동 제어부에 대해 일정한 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 위치로서 설정하고, 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 제 1의 임계치가 된 타이밍에서, 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 서서히 감산한 목표 개방도 위치를 상기 구동 제어부로 설정한다.

Description

밸브 제어 장치 및 밸브 장치{VALVE CONTROL APPARATUS AND VALVE APPARATUS}

본 발명은, 예를 들면 차량용의 EGR(Exhaust Gas Recirculation : 배기 가스 재순환) 밸브 등의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어 장치 및 이것을 구비한 밸브 장치에 관한 것이다.

차량의 엔진에는, 배기 가스 재순환 통로를 개폐하는 EGR 밸브가 마련된다. 이 EGR 밸브는, 밸브부와 그 액추에이터인 모터로 이루어지고, 일반적으로 밸브 샤프트와 모터의 모터 샤프트가 분리하여 있다. 밸브의 개방 동작은, 모터 샤프트를 밸브 샤프트에 눌러대어서, 밸브 샤프트 단부의 밸브체를 밸브 시트로부터 개방 방향으로 이동시킴에 의해 이루어진다. 또한, 밸브 샤프트를 통하여 밸브체에 스프링의 가세력을 전달함으로써 밸브의 폐쇄 동작이 행하여진다.

EGR 밸브의 이니셜라이즈시의 동작으로서는, 우선, 모터 샤프트의 인입 동작에 의해, 모터 샤프트가 스토퍼에 닿아서 로터가 회전할 수 없게 되는 모터 스토퍼 위치를 검출한다. 그리고, 모터 샤프트가 압출 동작에 의해, 모터 스토퍼 위치로부터 로터를 밸브개방 방향으로 회전시켜, 모터 샤프트가 밸브 샤프트에 맞닿은 위치를 밸브개방 시작 위치로서 검출한다.

또한, 상술한 EGR 밸브에서는, 엔진 배기 가스에 포함되는 매연(디포지트) 등이 밸브 샤프트와 축받이와의 사이에 들어가 고착되면, 밸브 샤프트가 스프링의 가세력으로 밸브폐쇄 위치로 되돌아올 수가 없어서, 밸브개방 위치에 고정되는 일이 있다. 이 부적합함은, 밸브 샤프트와 모터 샤프트를 완전히 체결하여 축방향으로 일체화하고, 모터의 구동력을 사용하여 밸브 샤프트를 강제적으로 개폐 동작시킴에 의해 해소할 수 있다.

또한, 모터와 밸브를 직결하지 않는 구성의 밸브 장치의 밸브 개방도를 제어하는 종래의 밸브 제어 장치로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되는 것이 있다. 이 제어 장치에서는, 모터 제어 신호(지령 듀티비 또는 모터 전류)를 1회 적분한 값이 모터 속도에 비례하고, 이 모터 속도를 적분하면 모터 위치에 비례한 값이 얻어지는 것을 이용하여 모터 속도나 모터 위치를 추정하고, 추정된 모터 속도 또는 모터 위치에 응하여 지령 개방도 또는 모터 제어 신호를 보정한다. 이와 같이 함으로써, 모터 속도 또는 모터 위치에 응한 모터 제어가 가능해지고, 센서 수를 늘리는 일 없이, 모터 제어성을 개선할 수 있다.

[특허 문헌]

특허 문헌 1 : 일본 특개평8-108772호 공보

모터 샤프트와 밸브 샤프트가 축방향으로 일체화된 EGR 밸브에서는, 밸브개방 시작 위치를 학습하는 이니셜라이즈에 있어서, 상술한 밸브 샤프트와 모터의 모터 샤프트가 분리된 일반적인 구조와 달리, 모터측에 밸브 샤프트를 인입하여 밸브체를 밸브 시트(밸브 하우징)에 꽉 누름으로써 밸브개방 시작 위치를 검출한다.

이 때문에, 전폐 지령시에 밸브 샤프트가 급격하게 인입된 경우, 착좌시에 밸브체가 밸브 하우징에 강하게 꽉 눌려지고, 그 충격으로 밸브가 파손될 가능성이 있다. 또한, 전폐 상태(밸브가 밸브 하우징에 꽉 눌려져 있는 상태)가 장시간 계속되면, 모터의 구동 듀티비가 높아져, 모터의 발열이나 고장이 발생할 우려가 있다.

또한, 모터 샤프트와 밸브 샤프트가 축방향으로 일체화된 EGR 밸브는, 밸브 샤프트와 모터의 모터 샤프트가 분리된 구조와 달리, 밸브폐쇄시에 로터 어셈블리가 하우징측으로 인입되는 힘이 크다. 이 때문에, 모터의 축받이 베어링을 지지하는 웨이브 와셔에 큰 부하가 인가되고, 밸브의 개폐 동작이 반복되면, 웨이브 와셔가 피로하게 되어 파손될 가능성이 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 모터 샤프트와 밸브 샤프트가 축방향으로 일체화된 밸브 장치에 있어서, 밸브의 착좌시의 충격을 저감하고, 또한 모터의 구동 듀티비가 소정 하중 이하가 되도록 구동 제어할 수 있는 밸브 제어 장치 및 이것을 구비한 밸브 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 밸브 제어 장치는, 구동부와, 이 구동부에 의해 직동(直動)되는 구동 샤프트 및 밸브 샤프트를 축방향으로 일체화하여 구성되고, 상기 구동부의 구동력으로 축방향으로 직동시킴에 의해, 밸브 하우징에 마련된 밸브 시트에 대해 밸브체를 개폐시키는 일체 구조 샤프트를 구비한 밸브 장치를 개폐 제어하는 밸브 제어 장치에 있어서, 상기 밸브 장치의 상기 일체 구조 샤프트의 직동에 의한 실개방도 위치가 목표 개방도 위치에 근접하도록 상기 밸브 장치의 개방도 위치를 피드백 제어하는 구동 제어부와, 전폐 지령을 받으면, 상기 구동 제어부에 일정한 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 위치로서 설정하고, 상기 실개방도 위치와 상기 소프트 랜딩 시작목표 위치와의 차(差)가 제 1의 임계치가 된 타이밍에서, 상기 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 서서히 감산한 목표 개방도 위치를 상기 구동 제어부에 설정하는 전폐 상태 판정부를 구비한 것이다.

본 발명에 의하면, 전폐 지령을 받으면, 밸브 장치의 구동 제어부에 일정한 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 위치로서 설정하고, 일체 구조 샤프트의 직동에 의한 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 제 1의 임계치가 된 타이밍에서, 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 서서히 감산한 목표 개방도 위치를 구동 제어부에 설정한다. 이와 같이 함으로써, 구동 샤프트와 밸브 샤프트가 축방향으로 일체화된 일체 구조 샤프트를 갖는 밸브 장치에 있어서, 밸브의 착좌시의 충격을 저감할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 EGR 밸브의 단면도.
도 2는 실시의 형태 1에 의한 밸브 제어 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 2 중에서의 밸브 제어 장치에 의한 밸브개방 시작 위치 학습을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 2 중에서의 밸브 제어 장치에 의한 전폐 상태에서의 구동 듀티비 제한 처리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 실시의 형태 1에 의한 EGR 밸브를 구동시키는 DC 모터를 축방향으로 절단한 단면도.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 관해, 첨부한 도면에 따라 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 EGR 밸브(밸브 장치)(1)의 단면도이고, 밸브 샤프트와 모터 샤프트를 완전히 체결하여 축방향으로 일체화한 구조의 EGR 밸브를 나타내고 있다. 도 1에서, EGR 밸브(1)의 밸브 하우징(5)에는, 밸브의 액추에이터가 되는 DC 모터(구동부)(2)가 마련되어 있다. 또한, DC 모터(2)의 모터 샤프트와 밸브 샤프트가 축방향으로 일체 성형된 샤프트(3)(일체 구조 샤프트)를 갖는다. 밸브 하우징(5)에는, 배기 가스를 통과시키는 배기 가스 통로가 형성되어 있고, 이 배기 가스 통로에 출구 통로(6)가 형성된다. 밸브 하우징(5) 내의 배기 가스 통로와 출구 통로(6) 사이에 밸브 시트(7)가 형성된다.

밸브체(8)는, 샤프트(3)를 DC 모터(2)측으로 인입함에 의해, 밸브 시트(7)에 대해 착좌하고, 샤프트(3)를 밸브 하우징(5)측으로 압출함에 의해, 밸브 시트(7)로부터 떨어지도록 마련되고, 예를 들면 압입 등에 의해 샤프트(3)에 부착된다. 또한, 샤프트(3)는, 출구 통로(6)의 상측에서 밸브 하우징(5)에 조립된 축받이(12)에 의해 축방향으로 활주 가능하게 지지되어 있다. 밸브 하우징(5)과 샤프트(3)의 사이에는 스프링(9)이 마련되어 있다. 또한, 스프링(9)의 하단은, 밸브 하우징(5)의 스프링 받이부(10)에 지지된다. 한편, 스프링(9)의 상단은, 스프링 홀더(11)에 맞닿아 있다.

또한, DC 모터(2)의 상부에는 포지션 센서(개방도 위치 센서, 구동 제어부)(4)가 마련되어 있다. 포지션 센서(4)는, 실개방도 위치(EGR 개방도(%))를 검출하는 EGR 개방도 센서이고, DC 모터(2)의 샤프트(3)의 이동 위치에 응한 전압을, EGR 밸브(1)의 밸브체(8)의 위치를 나타내는 EGR 개방도 검출 신호로서, 도 2를 이용하여 후술하는 밸브 제어 장치에 출력한다. 또한, 본 발명의 EGR 밸브(1)는, 상술한 바와 같이, 샤프트(3)가 모터 샤프트와 밸브 샤프트를 일체 성형한 구조이기 때문에, 포지션 센서(4)에서 샤프트(3)의 실개방도 위치를 검출함에 의해, 밸브체(8)의 개폐 상태를 정확하게 파악할 수 있다.

도 2는, 실시의 형태 1에 의한 밸브 제어 장치(16)의 구성을 도시하는 도면이고, EGR 밸브(1)측의 DC 모터(2) 및 포지션 센서(4)와의 접속 관계와 함께 기재하고 있다. 도 2에서, 밸브 제어 장치(16)는, 목표 개방도 보정부(17)(구동 제어부), 감산기(17a)(구동 제어부), 전폐 상태 판정부(18), 메모리(19), PID 회로(20), 듀티 제한부(21:duty limiting unit), 드라이버(구동 제어부)(22) 및 A/D 컨버터(구동 제어부)(23)를 구비한다. 목표 개방도 보정부(17), 감산기(17a), PID 회로(20), 드라이버(22) 및 A/D 컨버터(23)에 의해, DC 모터(2)의 구동을 제어(EGR 밸브(1)의 개방도 위치의 피드백 제어)하는 구동 제어부가 구성된다. 목표 개방도 보정부(17)는, 목표 개방도 위치를 입력하고, 전폐 상태 판정부(18)로부터 입력한 개방도 위치와 일치하도록 목표 개방도 위치를 보정한다.

전폐 상태 판정부(18)는, 밸브개방 시작 위치의 학습 요구(이니셜라이즈 시작 지령)에 의해 전폐 지령의 제어 신호를 받으면, 메모리(19)로부터 판독한 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 보정부(17)에 출력함과 함께, A/D 컨버터(23)를 통하여 포지션 센서(4)의 출력을 판독하여, 포지션 센서(4)에서 검출된 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 소프트 랜딩 시작 편차 이하가 되고, 또한 소정 시간 경과하면, 목표 개방도 보정부(17)에 설정한 개방도 위치를 소정의 비율로 서서히 감산한다. 이와 같이 하여, 전폐 동작시에 샤프트(3)가 급격하게 인입되는 일이 없고, 밸브체(8)가 밸브 시트(7)에 소프트 랜딩된다.

또한, 전폐 상태 판정부(18)는, 포지션 센서(4)에서 검출된 현재의 실개방도 위치와 전회(1샘플링 전)의 실개방도 위치와의 차가 소정치 이하가 되고, PID 회로(20)에서 산출된 구동 듀티비가 소정치 이하의 상태가 연속하여 소정 기간 계속하면, 일정 시간의 포지션 센서(4)의 검출 신호 전압의 평균치를 산출하고, 이 평균치로 표시되는 위치를 새로운 밸브개방 시작 위치의 학습치로서 설정한다.

또한, 전폐 상태 판정부(18)는, EGR 밸브(1)가 전폐 상태에서, 밸브개방 시작 위치의 학습 요구가 없고, 목표 개방도 보정부(17)에 의해 보정된 목표 개방도 위치가 포지션 센서(4)에서 검출된 현재의 실개방도 위치를 하회하고 있고, 상기 실개방도 위치가 전폐 위치(밸브개방 시작 위치)로부터 소정치 이내이고, PID 회로(20)로부터 입력한 구동 듀티비가 듀티 제한치를 하회하고 있는 상태가 소정 기간 계속하면, 듀티 제한부(21)에 통전 차단 지령을 송신한다.

메모리(19)에는, 소프트 랜딩 시작 목표 위치, 소프트 랜딩 시작 편차 및 듀티비 제한치가 기억된다. 소프트 랜딩 시작 목표 위치는, 밸브체(8)를 밸브 시트(7)에 천천히 착좌시켜서 전폐 상태로 하기 위한 소프트 랜딩 동작을 시작하는 목표 개방도 위치이다. 소프트 랜딩 시작 편차는, 상기 소프트 랜딩 동작중의 목표 개방도 위치와 실개방도 위치와의 차이다. 듀티 제한치는, DC 모터(2)에의 통전 차단을 판정할 때에 사용하는 구동 듀티비의 상한치이다.

PID 회로(20)는, 목표 개방도 위치와 실개방도 위치와의 편차에 응하여 PI 제어량을 구하고, PI 제어량에 의거하여 구동 듀티비를 산출하고, 이 구동 듀티비를 PWM 제어 신호로서 듀티 제한부(21)를 통하여 드라이버(22)에 준다. 드라이버(22)는, PWM 제어 신호에 응하여 DC 모터(2)에 주는 전압을 소정의 주기로 온 오프 하여, 1주기당의 온 시간과 오프 시간의 비(구동 듀티비 : PWM 제어 신호)에 응한 PWM 신호에 의해 DC 모터(2)에 주는 전압을 제어한다.

듀티 제한부(21)는, PID 회로(20)로부터 입력한 구동 듀티비를 나타내는 PWM 제어 신호를 드라이버(22)에 출력함과 함께, 전폐 상태 판정부(18)로부터 통전 차단 지령을 받으면, 드라이버(22)에의 PWM 제어 신호의 출력을 정지하여, DC 모터(2)에의 통전을 차단시킨다. A/D 컨버터(23)는, 포지션 센서(4)로부터 피드백된 검출 신호를 디지털 신호로 변환한다. 감산기(17a)는, A/D 컨버터(23)를 통하여 포지션 센서(4)로부터의 실개방도 위치를 나타내는 검출 신호를 입력함과 함께, 목표 개방도 보정부(17)로부터 목표 개방도 위치를 나타내는 디지털 신호를 입력하고, 이들의 차분을 취하여 목표 개방도 위치와 실개방도 위치와의 편차로서 PID 회로(20)에 출력한다.

다음에 동작에 관해 설명한다.

(1) 밸브개방 시작 위치 학습(이니셜라이즈)

도 3은, 도 2중의 밸브 제어 장치(16)에 의한 밸브개방 시작 위치 학습을 설명하기 위한 도면이고, 상단의 그래프가 밸브개방 시작 위치 학습시에 있어서 목표 개방도 위치와 실개방도 위치와의 관계를 나타내고 있고, 하단의 그래프가 상단의 관계에서 DC 모터를 구동시킨 때의 구동 듀티비의 변화를 나타내고 있다. 상단의 그래프의 종축의 개방도(%)는, 개방도 위치(EGR 개방도(%))를 나타내고 있고, 목표 개방도 위치(목표 개방도 파형)는, 목표 개방도 보정부(17)에 의해, 전폐 상태 판정부(18)로부터 입력한 개방도 위치와 일치하도록 보정된 개방도 위치이고, 실개방도 위치(실개방도 파형)는, 포지션 센서(4)에서 검출된 실개방도 위치이다.

또한, 개방도 0(%)의 위치가 EGR 밸브(1)의 밸브폐쇄 위치(전회의 학습 위치)를 나타내고 있고, 정의 범위는 EGR 밸브(1)의 밸브개방상태에 있어서 개방도 위치이고, 부범위는 EGR 밸브(1)가 밸브폐쇄 상태가 되고 나서의 개방도 위치(샤프트(3)의 위치)를 나타내고 있다. 또한, 도 3의 하단의 그래프에 있어서 듀티(%)는, PID 회로(20)에서 산출된 구동 듀티비이다. 정의 범위는 EGR 밸브(1)의 밸브개방 상태에 있어서 구동 듀티비이고, 부범위는 EGR 밸브(1)가 밸브폐쇄 상태가 되고 나서의 구동 듀티비를 나타내고 있다.

실시의 형태 1에 의한 밸브 제어 장치(16)에서는, 도 3에 도시하는 3 단계의 시퀀스(1) 내지 (3)에 응하여, 밸브개방 시작 위치(전폐 위치)를 학습한다.

(A) 시퀀스(1)

우선, 전폐 상태 판정부(18)는, 밸브개방 시작 위치의 학습 요구(이니셜라이즈 시작 지령)에 의해 전폐 지령의 제어 신호를 받으면, 메모리(19)로부터 판독 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 보정부(17)에 출력한다. 목표 개방도 보정부(17)는, 전폐 상태 판정부(18)로부터 입력한 소프트 랜딩 시작 목표 위치와 일치하도록 목표 개방도 위치를 보정한다. 이것에 의해, 목표 개방도 위치가 일정한 소프트 랜딩 시작 목표 위치에 설정된다.

밸브개방 시작 위치는, 그 학습을 행할 때 어긋남이 생기고, 반드시 동일한 위치가 밸브개방 시작 위치가 된다고는 한정하지 않는다. 이 때문에, 전회에 학습한 위치가 실제의 밸브폐쇄 위치보다 낮은 경우, 이 위치를 기준으로서 개폐 동작이 제어되고, 밸브체(8)가 밸브 시트(7)에 급격하게 착좌한 가능성이 높아진다. 이 때문에, 소프트 랜딩 시작 목표 위치로서는, 학습 위치의 오차를 고려하고, 밸브개방 시작 위치(전폐 위치)의 학습시에 있어서 개방도 위치의 검출 오차 범위 이상에 전회의 학습치로부터 떨어진 위치를 설정한다.

학습 위치의 오차는, 디포지트(이물)가 맞물리고, 경년 변화에 의한 제로 점의 어긋남, 밸브 자체의 열팽창, 밸브 고유 오차, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트 등의 영향에 의해 발생한다. 이 중에서도, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트의 영향이 가장 크게, 실 밸브폐쇄 위치와 학습 위치와의 차가 최대로 5(%)정도 어긋난다. 그러면, 소프트 랜딩 시작 목표 위치로서는, 온도 드리프트로 예상된 상기 오차분 이상의 위치로 한다. 도 3에 도시하는 예에서는, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트로서 예상된 5(%)분의 오차를, 전회에 학습한 밸브폐쇄 위치에 가산한 값(도 3중에 동그랗게 둘러싼 개방도 5(%))을 채용하고 있다.

목표 개방도 위치가 소프트 랜딩 시작 목표 위치에 설정되면, 포지션 센서(4)로부터 검출 신호를 피드백함에 의해, 밸브 제어 장치(16)가, 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표로 하고 EGR 밸브(1)의 밸브폐쇄 동작을 제어한다. 이 때, 전폐 상태 판정부(18)는, A/D 컨버터(23)를 이용하여 포지션 센서(4)의 출력을 판독하고, 메모리(19)로부터 소프트 랜딩 시작 편차를 판독하고, 포지션 센서(4)에서 검출된 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 소프트 랜딩 시작 편차 이하가 되었는지 여부를 판정한다. 여기에서, 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 소프트 랜딩 시작 편차를 초과하고 있으면, 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표로 한 EGR 밸브(1)의 밸브폐쇄 동작을 계속시킨다.

소프트 랜딩 시작 편차(제 1의 임계치)에는, 상술한 바와 같은 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트 등에 의한 실개방도 위치와 학습 위치와의 오차 이상의 값을 설정한다. 예를 들면, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트에 의해, 실 밸브폐쇄 위치와 학습 위치와의 차가 최대로 5%정도 어긋나는 경우, 소프트 랜딩 시작 편차는, 온도 드리프트로 예상된 상기 오차분 이상의 값이라고 한다. 도 3에 도시하는 예에서는, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트로서 예상된 5(%)분의 오차를, 소프트 랜딩 시작 목표 위치(개방도 5(%))에 가산한 값(개방도 10(%))을 채용하고 있다.

실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 소프트 랜딩 시작 편차 이하(도 3에서는, 실개방도 위치가 개방도 10(%)를 하회 하였던 시점)가 되면, 전폐 상태 판정부(18)는, 부도시의 타이머에 의해 소정의 대기시간을 계시한다. 이 대기시간은, 실개방도 위치를 전회의 학습 위치(개방도 0(%))에 충분히 가까이 하기 위해 마련한 기간이고, 임의로 설정 가능하다. 도 3의 예에서는, 160(㎳)로 하고 있다. 상기 대기시간이 경과하면, 전폐 상태 판정부(18)는, 시퀀스(2)로 이행한다. 또한, 이 대기시간을 마련하지 않고, 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 소프트 랜딩 시작 편차를 초과하는 시점에서 시퀀스(2)로 이행하고, 소프트 랜딩 동작을 시작하여도 좋다.

(B) 시퀀스(2)

전폐 상태 판정부(18)는, 상기 대기시간이 경과하면 소프트 랜딩 동작을 시작하고, 목표 개방도 보정부(17)에 설정하는 개방도 위치를, 소정의 목표 개방도 위치가 될 때 까지 소정의 비율로 서서히 감산한다. 상기 소정의 목표 개방도 위치는, 상술한 바와 같은 밸브개방 시작 위치 학습에 있어서 오차 요인을 고려한 값으로 하여, 도 3에서는 개방도 -30(%)를 채용하고 있다. 또한, 1초간에 100(%)의 비율로, 소프트 랜딩 시작 목표 위치에서 상기 소정의 목표 개방도 위치로 하고 있다(개방도 -30(%))까지 개방도 위치를 감산하고 있다. 이와 같이 함으로써, 밸브개방 시작 위치 학습에 있어서, EGR 밸브(1)가 저개방도까지 닫고 왔던 단계에서, 그 앞을 천천히 밸브폐쇄시킬 수 있다.

상기 소프트 랜딩 동작 중, 전폐 상태 판정부(18)는, 포지션 센서(4)에서 검출된 실개방도 위치를 메모리(19)에 순서대로 축적하고, 포지션 센서(4)에서 검출된 현재의 실개방도 위치와 전회(1 샘플링 전)의 실개방도 위치와의 차가 소정치 이하가 되고, PID 회로(20)에서 산출된 구동 듀티비가 소정치 이하의 상태가 연속하여 소정의 대기 기간 계속 하였는지 여부를 판정한다. 실개방도 위치가 실제의 전폐 위치가 되면, 현재와 전회의 실개방도 위치의 차이가 작아진다. 그러면, 현재와 전회의 실개방도 위치의 차이에 관한 소정치로서는, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트 등에 의한 실개방도 위치의 검출 오차를 고려한 값이라고 한다. 도 3의 예에서는, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트로서 예상된 5(%)를 채용하고 있다.

또한, 밸브 제어 장치(16)에서는, 실개방도 위치가 실제의 전폐 위치로 되고도 DC 모터(2)를 피드백 제어하고 있고, 구동 듀티비가 상승한다. 그러면, 구동 듀티비의 상기 소정치로서, 예를 들면 DC 모터(2)의 사양이나 실험 등으로 결정한 구동 듀티비의 상승에 의한 DC 모터(2)의 발열이 허용할 수 있는 구동 듀티비의 상한치를 설정한다. 이 소정치는 밸브폐쇄 상태의 구동 듀티비이기 때문에 부의 값이고, 도 3의 하단 그래프의 예에서는, 구동 듀티비 -60(%)로 하고 있다. 전폐 상태 판정부(18)에서는, 구동 듀티비가 -60(%) 이하의 상태, 즉 구동 듀티비가 마이너스측으로 커졌는지 여부를 모니터한다.

상기 소정의 대기 기간은, 실개방도 위치를 실제의 전폐 위치로 충분히 가까이 하기 위해 마련한 기간이고, 임의로 설정 가능하다. 도 3의 예에서는, 160(㎳)로 하고 있다. 상기 대기시간이 경과하면, 전폐 상태 판정부(18)는, 시퀀스 (3)으로 이행한다.

(C) 시퀀스(3)

전폐 상태 판정부(18)는, 상기 대기시간이 경과하면, 일정 시간의 포지션 센서(4)의 검출 신호 전압의 평균치를 산출하고, 이 평균치로 표시된 위치를 새로운 밸브개방 시작 위치의 학습치로서 설정한다. 예를 들면, 1초간의 포지션 센서(4)의 검출 신호 전압의 평균치로 표시된 위치를 새로운 밸브개방 시작 위치로 한다.

(2) 전폐 상태에서의 구동 듀티비 제한 처리

이 실시의 형태 1에 의한 밸브 제어 장치(16)에서는, 전폐 상태로 되고도 DC 모터(2)를 피드백 제어하고 있고, 구동 듀티비가 상승한다. 그러면, DC 모터(2)에의 통전을 차단함에 의해, 전폐 상태에 있어서 구동 듀티비를 제한한다.

도 4는, 도 2중의 밸브 제어 장치(16)에 의한 전폐 상태에서의 구동 듀티비 제한 처리를 설명하기 위한 도면이고, 상단의 그래프가 밸브개방 시작 위치 학습시에 있어서 목표 개방도 위치와 실개방도 위치와의 관계를 나타내고 있고, 하단의 그래프가 상단의 관계에서 DC 모터를 구동시킨 때의 구동 듀티비의 변화를 나타내고 있다. 도 4의 결과를 얻은 조건은 도 3과 마찬가지이다.

밸브 폐쇄하기 까지의 순서는, 상술한 밸브개방 시작 위치 학습의 순서와 기본적으로 마찬가지이지만, 도 4에 나타내듯이, 소프트 랜딩 동작을 시작하는 때의 대기시간이 밸브개방 시작 위치 학습의 경우보다 짧고, 소프트 랜딩 시작 목표 위치에서 감산하고 가는 목표 개방도 위치가 밸브개방 시작 위치 학습의 경우보다 크다(밸브개방 시작 위치 학습시보다, 마이너스 측(밸브폐쇄 측)에 샤프트(3)를 이동시키지 않는다). 이것은, 밸브개방 시작 위치 학습에 의해 전폐 위치가 결정되어 있기 때문에, 샤프트(3)를 전폐 위치에서 약간 인입할 수 있다면 좋다.

도 4에서는, 소프트 랜딩 동작을 시작한 때의 대기시간을 64(㎳)로 하여, 소프트 랜딩 시작 목표 위치에서 감산하고 가는 목표 개방도 위치를 -6(%)로 하고 있다. 또한, 이 대기시간을 마련하지 않고, 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 소프트 랜딩 시작 편차를 초과하는 시점에서 소프트 랜딩 동작을 시작하여도 좋다.

목표 개방도 위치를 -6(%)로 유지하고 있는 때, 아래와 같은 조건(e)이 성립되면, 전폐 상태 판정부(18)는, 듀티 제한부(21)에 통전 차단 지령을 송신하고, DC 모터(2)에의 통전을 차단한다.

(a) 밸브개방 시작 위치의 학습 요구가 없다.

(b) 목표 개방도 위치가 현재의 실개방도 위치를 하회하고 있다.

(c) 실개방도 위치가 전폐 위치(밸브개방 시작 위치)로부터 소정치 이내이다. 도 4의 예에서는, 포지션 센서(4)의 출력 전압의 온도 드리프트로서 예상된 5(%)를 채용하고 있다.

(d) 구동 듀티비가 듀티 제한치를 하회하고 있다. 도 4에 도시하는 듀티 제한치는, 도 3과 마찬가지로 구동 듀티비 -60(%)(제 2의 임계치). 또한, 이 듀티 제한치는, 예를 들면 DC 모터(2)의 사양이나 실험 등으로 결정한 구동 듀티비의 상승에 의한 DC 모터(2)의 발열이 허용할 수 있는 구동 듀티비의 상한치를 설정한다.

(e) 상기 (a) 내지 (d)의 상태가 연속하여 소정 기간(제 1의 대기 기간) 계속하고 있다. 이 소정 기간은, EGR 밸브(1)가 충분히 밸브 폐쇄한 시간, 즉 밸브체(8)를 전폐 위치에서 밸브 시트(7)에 누출이 없는 정도로 약간 눌러 붙이는 경우에 필요한 시간으로서, 또한 DC 모터(2)가 발열에 의해 손상되지 않는 시간이고, 도 4의 예에서는 800(㎳)로 하고 있다.

전폐 상태에 있어서 DC 모터(2)의 피드백 제어에 의해, DC 모터(2)의 구동 듀티비가 상승하고 발열하면, DC 모터(2)가 녹아 손상되는 가능성이 있다. 그러면, 조건(e)에 있어서 통전 차단 판정용의 상기 소정 기간에는, 상술과 같은 이유로부터 DC 모터(2)가 발열에 의해 손상되지 않는 시간을 설정할 필요가 있다. 예를 들면, DC 모터(2)에 서미스터를 마련하고, EGR 밸브(1)가 충분히 밸브폐쇄 하는 시간 이상으로, 또한 상기 서미스터에 의해 측정된 DC 모터(2)의 온도가 일정치(예를 들면, 녹아 손상이 발생하는 온도)를 초과하는 시간 미만의 시간을 설정한다.

또한, DC 모터(2)에 서미스터를 마련하지 않는 경우는, 미리 실험에 의해 DC 모터(2)의 온도의 온도 예측 모델을 작성해 두고, 이 예측 모델에 의해 추측된 온도가 상기 일정치를 초과하는 시간 미만의 값을 설정하도록 하여도 좋다.

또한, 밸브개방 시작 위치 학습시는, EGR 밸브(1)를 확실하게 밸브폐쇄시켜서 그 위치를 학습시키는 필요가 있기 때문에, DC 모터(2)의 통전 차단은 실시하지 않는다. 밸브개방 시작 위치 학습은, 기본적으로 차량의 엔진을 스타트시킨 때에 1회 실행하는 것뿐이고, 실행 회수가 적기 때문에, DC 모터(2)의 통전 차단은 필요없다.

(3) 베어링 지지 기구 및 지지 부재의 세트 하중에 응한 구동 듀티비 제어

도 5는, 실시의 형태 1에 의한 EGR 밸브(1)를 구동시키는 DC 모터(2)를 축방향으로 절단한 단면도이다. 도 5에 도시하는 DC 모터(2)는 브러시레스 모터이고, 샤프트(3)에 나사결합된 원통상의 로터 어셈블리(회전자)(24)가, 케이스(25)에 고정된 스테이터(26)의 중공부에 삽입되고, 베어링(27)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 또한, 로터 어셈블리(24)에는, 그 축에 수직 이름 면으로 되도록, 자극 위치 검출용 마그넷(28)(개방도 위치 센서)이 고정되어 있다.

프린트 기판(개방도 위치 센서)29에는 홀 IC(30)(개방도 위치 센서)가 탑재되어 있다. 홀 IC(30)은, 홀 소자가 편입된 집적 회로(IC)로부터 구성되어 있다. 또한, 프린트 기판(29)은, 홀 IC(30)가 자극 위치 검출용 마그넷(28)에 대향하는 위치가 되도록, 케이스(25)에 장착되어 있다. 로터 어셈블리(24)에 나사결합된 샤프트(3)는, 로터 어셈블리(24)의 회전에 의해, 그 축방향(도 5중의 상하 방향)으로 이동 가능해지고 있다.

로터 어셈블리(24)의 축받이용의 베어링(27)은, 웨이브 와셔(31)(판스프링, 지지 부재)에 의해 위치가 지지되어 있다. 상술한 바와 같이, EGR 밸브(1)에서는, 모터 샤프트와 밸브 샤프트가 축방향으로 일체화된 샤프트(3)를 갖기 때문에, 밸브폐쇄시에 로터 어셈블리(24)가 하우징측으로 인입된 힘이 크다. 따라서, 로터 어셈블리(24)의 축받이용의 베어링(27)을 지지하는 웨이브 와셔(31)에 큰 부하가 인가되고, 밸브의 개폐 동작이 반복되면, 웨이브 와셔(31)가 피로하게되어 파손될 가능성이 있다.

그러면, 이 실시의 형태 1에 의한 밸브 제어 장치(16)에서는, 베어링(27)을 지지하는 지지 부재의 세트 하중을 초과하는 하중이 걸리지 않도록, 구동 듀티비가 소정치를 초과하지 않도록 제어한다. 예를 들면, 지지 부재의 세트 하중에 대응한 구동 듀티비의 상한치를 듀티 제한부(21)에 설정해 두고, 듀티 제한부(21)가, PID 회로(20)로부터 입력한 구동 듀티비 중, 이 상한치를 초과하지 않는 범위의 값만을 드라이버(22)에 출력한다. 이와 같이 구동 듀티비를 제한함에 의해, 지지 부재의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 도 5에 나타내듯이, 로터 어셈블리(24)의 축받이용의 베어링(27)을 지지하는 지지 부재가 웨이브 와셔(31)인 경우는, 구동 듀티비가, 웨이브 와셔(31)의 세트 하중에 대응한 구동 듀티비의 상한치를 초과하지 않도록 제어한다.

이상과 같이, 이 실시의 형태 1에 의하면, 전폐 지령을 받으면, DC 모터(2)의 구동을 피드백 제어하는 구동 제어부에 대해 일정한 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 위치로서 설정하고, 샤프트(3)의 직동에 의한 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 제 1의 임계치가 된 타이밍에서, 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 서서히 감산한 목표 개방도 위치를 상기 구동 제어부에 설정한다. 이와 같이 함으로써, 모터 샤프트와 밸브 샤프트가 축방향으로 일체화된 샤프트(3)를 갖는 EGR 밸브(1)에 있어서, 밸브체(8)의 착좌시의 충격을 저감할 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

이상과 같이, 본 발명에 관한 밸브 제어 장치는, 밸브의 착좌시의 충격을 저감하고, 또한 모터의 구동 듀티비가 소정 하중 이하가 되도록 구동 제어하기 위해, 전폐 지령을 받으면, 구동 제어부에 일정한 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 위치로서 설정하고, 일체 구조 샤프트의 직동에 의한 실개방도 위치와 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 제 1의 임계치가 된 타이밍에서, 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 서서히 감산한 목표 개방도 위치를 구동 제어부에 설정하는 전폐 상태 판정부를 구비하도록 구성했기 때문에, 자동차의 EGR 밸브 등의 밸브 개방도를 제어하는 밸브 제어 장치 등에 이용하는데도 적합하다.

Claims

구동부와, 이 구동부에 의해 직동되는 구동 샤프트 및 밸브 샤프트를 축방향으로 일체화하여 구성되고, 상기 구동부의 구동력으로 축방향으로 직동시킴에 의해, 밸브 하우징에 마련된 밸브 시트에 대해 밸브체를 개폐시키는 일체 구조 샤프트를 구비한 밸브 장치를 개폐 제어하는 밸브 제어 장치에 있어서,
상기 밸브 장치의 상기 일체 구조 샤프트의 직동에 의한 실개방도 위치가 목표 개방도 위치에 근접하도록 상기 밸브 장치의 개방도 위치를 피드백 제어하는 구동 제어부와,
전폐 지령을 받으면, 상기 구동 제어부에 일정한 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 목표 개방도 위치로서 설정하고,
상기 실개방도 위치와 상기 소프트 랜딩 시작 목표 위치와의 차가 제 1의 임계치가 된 타이밍에서, 상기 소프트 랜딩 시작 목표 위치를 서서히 감산한 목표 개방도 위치를 상기 구동 제어부에 설정하는 전폐 상태 판정부를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 1항에 있어서,
소프트 랜딩 시작 목표 위치는, 전폐 위치의 학습시에 있어서 개방도 위치의 검출 오차 범위 이상으로 전회의 전폐 위치 학습치로부터 떨어진 위치인 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 1항에 있어서,
제 1의 임계치는, 밸브 장치의 개방도 위치를 검출하는 개방도 위치 센서의 온도 드리프트에 의해 예상되는 실개방도 위치와 목표 개방도 위치와의 차 이상의 값인 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 1항에 있어서,
구동 제어부는, 구동부의 펄스폭 변조 제어에 있어서 구동 듀티비를 변화시킴에 의해, 밸브 장치의 개방도 위치를 제어하고,
전폐 상태 판정부는, 전폐 위치에 있어서, 상기 구동 듀티비가 제 2의 임계치를 초과하는 기간이 제 1의 대기 기간을 경과하면, 상기 구동 제어부에 상기 구동부에의 통전을 차단하도록 지시한 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 4항에 있어서,
전폐 상태 판정부는, 구동 듀티비가 제 2의 임계치를 초과하는 기간이 제 1의 대기 기간을 경과해도, 전폐 위치의 학습시에는 구동 제어부로의 통전 차단 지시를 행하지 않는 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 4항에 있어서,
제 2의 임계치는, 구동 듀티비의 상승에 의한 구동부의 발열이 허용 가능한 상기 구동 듀티비 이상의 값인 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 4항에 있어서,
제 1의 대기 기간은, 밸브 장치가 빠짐없이 밸브 폐쇄한 하한 시간 이상으로, 또한 구동 듀티비의 상승에 의한 발열로 구동부가 손상되는 상한 시간 미만의 기간인 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 7항에 있어서,
구동부의 온도를 검출하는 온도 센서를 구비하고,
상한 시간은, 상기 온도 센서에 의해, 상기 구동부가 손상되는 온도가 검출되기 까지의 시간인 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 7항에 있어서,
상한 시간은, 미리 구한 동작중의 구동부에 있어서 온도 변화의 경향을 규정하는 예측 모델에 의해 예측된 온도가, 상기 구동부가 손상되는 온도에 이를 때까지의 시간인 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 4항에 있어서,
구동부는, 구동 샤프트에 회전자가 연결된 모터이고,
구동 제어부에 의한 상기 모터의 펄스폭 변조 제어로 상기 회전자의 축받이를 지지하는 지지 부재가 파손되는 하중을 부여하지 않도록 구동 듀티비를 제한하는 듀티 제한부를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
제 10항에 있어서,
지지 부재는, 회전자의 축받이인 베어링을 지지하는 웨이브 와셔이고,
듀티 제한부는, 상기 웨이브 와셔의 세트 하중을 초과하지 않도록 구동 듀티비를 제한하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어 장치.
구동부와,
상기 구동부에 의해 직동되는 구동 샤프트 및 밸브 샤프트를 축방향으로 일체화하여 구성되고, 상기 구동부의 구동력으로 축방향으로 직동시킴에 의해
, 밸브 하우징에 마련된 밸브 시트에 대해 밸브체를 개폐시키는 일체 구조 샤프트와,
상기 구동부를 구동 제어함에 의해, 개방도 위치를 제어하는 제 1항 기재의 밸브 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 장치.