(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の排気ガスを吸入管の吸入空気に還流する還流管路と、該還流管路に設けられ前記還流管路の開口面積を制御する排気ガス還流制御弁と、該排気ガス還流制御弁を駆動するステップモータを含むステップモータ駆動部と、該ステップモータ駆動部の動作を制御するコントロールユニットとを有し、前記ステップモータ駆動部は、前記コントロールユニットからの制御信号に基づき、前記ステップモータのロータ位置の０点校正を始動が成功してエンジンが自力で運転維持できる回転数以上となったエンジン始動直後に行ない、かつエンジン回転数が所定値未満のときには前記０点校正は行なわないことを特徴とする排気ガス還流制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ステップモータのアイドル時のステップ位置を１相励磁位置とすることを特徴とする排気ガス還流制御装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ステップモータのアイドル時のステップ位置が２相励磁位置であるとき、前記２相励磁位置を半ステップ開側の１相励磁位置に変更することを特徴とする排気ガス還流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス還流制御装置に係り、特にステップモータ式の排気ガス還流制御弁を備えた排気ガス還流制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発明では、特開平７−２５９６１７号公報に記載されているように、ステップモータのイニシャライズ、すなわち調整弁を駆動するためのステップモータの認識位置と実際のステップモータ位置を一致させる０点校正を、キースイッチのオフ時に実行していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記従来技術は、キースイッチオフのエンジン停止時に、ステップモータの駆動位置の０点校正を行うため、０点校正時の機械的な音が運転者に聞こえ易いという欠点があった。
【０００４】
本発明の目的は、排気ガス還流制御弁を駆動するステップモータの０点校正時の機械的な音を、運転者には聞こえにくくする排気ガス還流制御装置を提供することにある
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における排気ガス還流制御装置の特徴とするところは、排気ガス還流制御弁を駆動するステップモータ駆動部が、コントロールユニットからの制御信号に基づき、ステップモータのロータ位置の０点校正を始動が成功してエンジンが自力で運転維持できる回転数以上となったエンジン始動直後に行ない、かつエンジン回転数が所定値未満のときには前記０点校正は行なわないことにある。
【０００６】
具体的には本発明は次に掲げる装置を提供する。
【０００７】
本発明は、排気管の排気ガスを吸入管の吸入空気に還流する還流管路と、該還流管路に設けられ前記還流管路の開口面積を制御する排気ガス還流制御弁と、該排気ガス還流制御弁を駆動するステップモータを含むステップモータ駆動部と、該ステップモータ駆動部の動作を制御するコントロールユニットとを有し、前記ステップモータ駆動部は、前記コントロールユニットからの制御信号に基づき、前記ステップモータのロータ位置の０点校正を始動が成功してエンジンが自力で運転維持できる回転数以上となったエンジン始動直後に行ない、かつエンジン回転数が所定値未満のときには前記０点校正は行なわないことを特徴とする排気ガス還流制御装置を提供する。
【０００９】
好ましくは、前記ステップモータのアイドル時のステップ位置を１相励磁位置とする。
【００１０】
好ましくは、前記ステップモータのアイドル時のステップ位置が２相励磁位置であるとき、前記２相励磁位置を半ステップ開側の１相励磁位置に変更する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態例に係る排気ガス還流制御装置を、図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態例に係る排気ガス還流制御装置が適用されたエンジンシステムの一例を示すものである。図１においてエンジン８が吸入すべき空気はエアクリーナ１の入口部２から取り入れられ、吸入空気量を制御する絞弁５を設置した絞弁ボディ６を通り、コレクタ７に入る。
【００１３】
ここで、絞弁５は、これを駆動するモータ１０と連結しており、モータ１０を駆動することにより絞弁５を操作して、吸入空気量を制御できるようになっている。コレクタ７に至った吸入空気はエンジンの各シリンダ８に接続された各吸気管９に分配され、シリンダ８内に導かれる。
【００１４】
一方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク１１から燃料ポンプ１２により吸引、加圧された上で燃料噴射弁１３、燃圧レギュレータ１４が配管されている燃料系に供給される。そして、この燃料は燃圧レギュレータ１４により所定の圧力に調圧され、それぞれのシリンダ８に燃料噴射口を開口している燃料噴射弁１３からシリンダ８内に噴射される。
【００１５】
また、空気流量計３からは吸気流量を表わす信号が出力され、コントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００１６】
さらに、絞弁ボディ６には絞弁５の開度を検出するスロットルセンサ１８が取り付けられており、その出力もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００１７】
次に、１６はクランク角センサであり、カム軸によって回転駆動され、クランク軸の回転位置を表わす信号を出力する。この信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００１８】
２０は、排気管２４に設けられたＡ／Ｆセンサで、排気ガスの成分から実運転空燃比を検出、出力して、その信号は同じくコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００１９】
コントロールユニット１５は、エンジンの運転状態を検出する各種のセンサなどからの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、上記した燃料噴射弁１３や点火コイル１７や絞弁５操作のモータ１０に所定の制御信号を出力し、燃料供給制御、点火時期制御、吸入空気量制御、排気ガス還流量制御を実行する。
【００２０】
このようなエンジンにおいて、燃焼の温度を低下させることで窒素酸化物の生成を抑制させる排気ガス還流（以下、ＥＧＲと略す）を付加する手法がよく用いられる。すなわち、排気ガスを再び吸入空気に還流することで不活性ガスの濃度を高め、燃焼温度を低くする手段である。
【００２１】
図１において、排気管２４の排気ガスをコレクタ７の吸入空気に還流する還流管路２５の途中に還流管路２５の開口面積を制御するＥＧＲ制御弁２１を設ける。ＥＧＲ制御弁２１は、ステップモータ２２を含むステップモータ駆動部２３により駆動される。
【００２２】
コントロールユニット１５は、上記と同じように、ＥＧＲ制御弁２１を駆動するステップモータ駆動部２３に所定の制御信号を出力し、ＥＧＲ量制御を実行する。
【００２３】
また、コントロールユニット１５は、例えば、ステップモータ２２に外力が加わり、ステップモータ２２のロータの位置がずれたとき、ロータを元の位置に戻す０点校正の制御信号をステップモータ駆動部２３に出力し、０点校正を実行させる。
【００２４】
ＥＧＲ付加時のエンジン性能の一例を図２に示す。横軸のＥＧＲ率は吸入空気量に対するＥＧＲガス量の比であり、値が大きい程大量のＥＧＲガスが還流していることを示す。ＥＧＲ率が高くなるにつれ燃焼の温度が低下するので、排気ガス中の窒素酸化物の濃度は単調に下がる。その一方で燃焼の速度が下がってくるため健全な燃焼が行われなくなる傾向となる。
【００２５】
この現象はある程度のＥＧＲ率までは大きく顕現化はせず、所定のＥＧＲ率以上で急激に燃焼安定性が悪化する。このため、安定した燃焼状態と低い窒素酸化物濃度を得たい場合には精密なＥＧＲ率の制御が必要となる。
【００２６】
ＥＧＲは、排気管から吸気管へ通路を設けて還流させることが一般的であり、吸気管と排気管の圧力差はエンジンの運転条件によりさまざまに変化する。かかる環境のもとでＥＧＲ率を精密に制御するには、ＥＧＲガス量を計量する計量部を設け、ＥＧＲガス量をエンジンの運転条件に応じて精密に計量することが必要となる。
【００２７】
さらにＥＧＲガス量を精密に計量するためには、還流管路２５の開口面積を正確に制御することが必要である。この開口面積の制御において、ステップモータ２２で駆動されるＥＧＲ制御弁２１を設け、ステップモータ２２の精密なストローク制御性を利用し開口面積を制御することが一般に行われている。
【００２８】
ステップモータ２２の動作を概念的に説明する図を図３に示す。ステップモータ２２は、円周周りにＮＳ極交互に帯磁した永久磁石ロータ５１と、それを囲む２層の周状電磁コイル５２からなる。図３は、永久磁石５１を説明の便宜上ＮＳの一組のみを記し、永久磁石と電磁コイルの周の一部を平面に投影して示している。
【００２９】
ここで、電磁コイル５２を図３（ａ）のように励磁すると、永久磁石５１との力バランスにより図のような位置に安定する。次に下側電磁コイルの相を図の（ｂ）のように通電方向を逆にすることによりＮ，Ｓ極を逆にすると、その隣の図のような位置に安定する。すなわち永久磁石５１は図の同差分変位したこととなる。
【００３０】
この動作を繰り返すことにより、ステップモータ２２は、相対的に正確な周方向操作量を実現できる。これを直線運動に変換すると、相対的に正確な位置制御が行える。また、図３（ｃ）のように２つの励磁相の１つのみ、この場合は（ｂ）の状態に続き上側の層のみを励磁すると２相を励磁切替したときの半分の操作量を実現することができる。これにより、操作量の制御精度を２倍にすることができる。
【００３１】
ここで、前述したように、ステップモータ２２に外力が加わり、外力が磁力による保持力に打ち勝ったとき、例えば図３（ａ）のＡ位置にある永久磁石ロータ５１は、図の右から左のＢ方向に動き、そこでＡ位置と同様の磁力のバランスが安定するＢ位置に移動する。このように外力によって永久磁石ロータ５１は励磁相変化１周期分の位置おきの磁力バランスが安定な位置まで移動する。
【００３２】
本現象は、永久磁石ロータ５１の位置を検出するセンサなしには、ステップモータ駆動部２３はその発生を検知することができない。これを脱調と称す。
【００３３】
脱調した場合にはステップモータ２２を用いての開口面積制御精度が悪化する不都合が生じる。
【００３４】
そこで、永久磁石ロータ５１の位置を検出するセンサを設定することなしに、ステップモータ駆動部２３の永久磁石ロータ５１位置認識位置と実際の永久磁石ロータ５１位置を一致させる方法として、永久磁石ロータ５１の０点校正が挙げられる。
【００３５】
０点校正の校正方法を、以下に説明する。
図４は、ステップモータ駆動部２３が、永久磁石ロータ５１をストッパ−６位置から機械的制限のストッパ位置に向け所定周期で駆動させたときの挙動である。機械的制限は例えば永久磁石ロータ５１のそれ以上の移動を止めるストッパである。図４の太線に示すように、前述の励磁相切替を所定時間毎に繰り返すことにより、ストッパ−５，−４，のような磁力の安定する所定間隔の位置へと永久磁石ロータ５１が移動を行なう。
【００３６】
ここで、永久磁石ロータ５１位置がストッパ位置になったとき更に駆動を行なうと、永久磁石ロータ５１の位置は、前述の脱調の部分で説明したように最寄りの磁力のバランスの安定する位置、すなわちストッパ−３位置へと移動する。更に駆動を続けると図のように同じ動作を繰り返す。
【００３７】
同様な駆動を行なったときのステップモータ駆動部２３のステップ位置認識値と永久磁石ロータ５１の実際のステップ位置の関係を図６に示す。図６は、例えば前述の外力により、ステップモータ駆動部２３のステップ位置認識値と永久磁石ロータ５１の実際のステップ位置がずれている場合を示す。ストッパ位置の方向への駆動を位置認識ずれが考えられる回数分繰り返し、ストッパ位置で停止すると位置認識ずれはなくなる。
【００３８】
ここで、０点校正中は、永久磁石ロータ５１はストッパ位置に固定されるため本来の駆動動作を行うことができない。また、０点校正動作は機械的にストッパに永久磁石ロータ５１を衝突させるため音が発生する。したがって、ステップモータ２２で駆動されるＥＧＲ制御弁２１では０点校正を実行できる条件に、音が発生しない制限を設ける必要がある。
【００３９】
具体的には、０点校正音はエンジンの作動音に紛らせることで運転者に対し聞こえにくくすることができる。また、エンジン始動直後はエンジンの状態が安定していないためＥＧＲを付加することは一般に考えにくい。これらのことから、エンジン始動直後に０点校正を行うことで０点校正の持つ欠点が克服できる。
【００４０】
また、制御仕様として始動直後を定義すると、エンジンの回転数に着目した場合、始動前はエンジン回転数は自力で回転維持できない回転数であり、始動が成功したときはエンジンは自力回転を維持できる以上の回転数に変化する。このときはエンジンの作動音は期待できる環境にある。
【００４１】
また、始動に失敗し、エンストに至った場合は自力で回転維持できない回転数となる。この場合には０点校正音が聞こえるので０点校正は行なわない方が良い。よって、エンジン回転数で０点校正実行可否を判定するには、回転数が自力で持続できる値以上であるかを条件とすることで適正に判定できる。
【００４２】
以上の制御の１実施の形態例をフローチャートで表したものを図８に示す。
図８のような制御を所定時間ごとに繰り返すことにより所望の制御を行うことができる。また、さらにスタータ作動の条件を付加すれば、スタータ作動は運転者の明確な始動意志であるので、より正確な判定が行える。
【００４３】
一方、ＥＧＲの付加条件としては前述のように燃焼が安定しているときにＥＧＲを付加したい。したがって、アイドル時のようにＥＧＲの外乱により燃焼状態の変化が生じやすい条件ではＥＧＲを付加しないようにする。ＥＧＲを付加しないときは、ＥＧＲ還流通路の開口面積を全閉とすることとなる。
【００４４】
また、前述の０点校正のストッパは同じく全閉位置に設けるのが合理的である。なぜならば、０点校正中はＥＧＲ付加の必要はなく、またＥＧＲを付加すると燃焼の成立性上危険だからである。
【００４５】
さらに、ＥＧＲ制御弁の構成上、ストッパ位置と開口面積の開き始める位置とを合わせることは部品精度を要求し、また必ずしも一致させる必要はない。したがって、図６に示すように、ストッパ位置と開口面積の開き始める位置とをずらして設定するのが良い。さらにストッパ位置は０点校正時に、確実な位置精度を要求するため制御力の強い２相励磁位置とするのが良い。
【００４６】
以上のことから、アイドル時のようなＥＧＲを付加しない条件では、ストッパ位置は２相励磁状態にある。ここで、２相を励磁するためには２相とも電磁コイルに通電することが必要になるため、消費電力は１相励磁時の２倍となる。
【００４７】
一方、発電を行うオルタネータの発電能力は、図５に示すように、回転数に依存するため、アイドル時には発電能力が不足する場合がある。また、図７に示すように、ＥＧＲ開口面積が開き始めるまで制御位置にオフセットを持たせた構造とすれば、アイドル時に２相励磁位置の隣の１相励磁位置に制御してもＥＧＲが付加されることはなく、かつ消費電力を低減できる。
【００４８】
ここで、ＥＧＲ付加なしに限らず、ＥＧＲ付加状態でも条件が許せば１相励磁位置にＥＧＲ制御弁を駆動することで消費電力低減が計れる。たとえば、筒内燃料噴射においてアイドル時に成層運転を行うような場合、目標のＥＧＲ率を得るためのＥＧＲ制御弁操作位置が２相励磁位置であるとき、これを１相励磁位置とすることは目標のＥＧＲ率とは異なったＥＧＲ率を与えることとなる。
【００４９】
しかし、成層燃焼の安定性が、図９に示すように、ＥＧＲ率に対し鈍感であれば、１相励磁位置に操作位置を改めることはエンジン性能上の不都合は事実上生じない。この際、半ステップ開側に目標励磁位置を改めることはＥＧＲ率を増すことを意味し、窒素酸化物排出量低減の意味で望ましい。
【００５０】
このような制御のフローチャートを図１０に示す。たとえば、アイドル状態であれば、均質燃焼のときは燃焼安定性確保からＥＧＲを付加せず、成層燃焼のときは先に述べたようにＥＧＲ率に対し鈍感であるので、成層、均質いずれの状態にあってもＥＧＲのステップモータ２２を１相励磁位置とすることで、燃焼上の不都合を生じることなく消費電力低減が計れる。
【００５１】
すなわち、先に述べた０点校正条件かをステップ１０１で判定し、０点校正条件にあるときはステップ１０３に進み０点校正を実行する。そうでないときは、ステップ１０２へ進みアイドル条件にあるかを判定し、アイドル条件にあるときはステップ１０４で１相励磁目標位置を与え、ステップ１０５でステップモータの駆動を行う。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、排気ガス還流制御弁を駆動するステップモータの０点校正をエンジン始動後に行うことにより、運転者に０点校正時の音を聞こえにくくすることができ、運転者に安心感を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態例に係る排気ガス還流制御装置が適用されたエンジンシステムの構成図である。
【図２】ＥＧＲ付加時のエンジン性能の一例を示す図である。
【図３】図１のステップモータの動作を概念的に説明する図である。
【図４】０点校正の校正方法を説明する図である。
【図５】エンジン発電機の性能特性を示す図である。
【図６】ステップ位置認識値とロータの実際のステップ位置との関係を示す図である。
【図７】ＥＧＲ制御バルブの性能特性を示す図である。
【図８】０点校正の動作処理のフローチャート図である。
【図９】エンジンの特性を表わす図である。
【図１０】ステップモータ駆動部の制御処理のフローチャート図である。
【符号の説明】
７…コレクタ、８…シリンダ、９…吸気管、１５…コントロールユニット、２１…ＥＧＲ制御弁、２２ステップモータ、２３ステップモータ駆動部、２４排気管、２５還流管路、５１…永久磁石ロータ、５２…電磁コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003621269.tif 000010
【図１０】
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