(57)【要約】  全閉指令を受けると、ＤＣモータ２の駆動をフィードバック制御する駆動制御部に対して一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を上記駆動制御部に設定する。
2010013372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、この駆動部によって直動される駆動シャフト及びバルブシャフトを軸方向に一体化して構成され、前記駆動部の駆動力で軸方向に直動させることにより、バルブハウジングに設けられた弁座に対して弁体を開閉させる一体構造シャフトとを備えたバルブ装置を開閉制御するバルブ制御装置において、
前記バルブ装置の前記一体構造シャフトの直動による実開度位置が目標開度位置に近づくように前記バルブ装置の開度位置をフィードバック制御する駆動制御部と、
全閉指令を受けると、前記駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、前記実開度位置と前記ソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、前記ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を前記駆動制御部に設定する全閉状態判定部とを備えたことを特徴とするバルブ制御装置。
【請求項２】
ソフトランディング開始目標位置は、全閉位置の学習時における開度位置の検出誤差範囲以上に前回の全閉位置学習値から離れた位置であることを特徴とする請求項１記載のバルブ制御装置。
【請求項３】
第１の閾値は、バルブ装置の開度位置を検出する開度位置センサの温度ドリフトにより予想される実開度位置と目標開度位置との差以上の値であることを特徴とする請求項１記載のバルブ制御装置。
【請求項４】
駆動制御部は、駆動部のパルス幅変調制御における駆動デューティ比を変化させることにより、バルブ装置の開度位置を制御し、
全閉状態判定部は、全閉位置において、前記駆動デューティ比が第２の閾値を超える期間が第１の待機期間を経過すると、前記駆動制御部に前記駆動部への通電を遮断するように指示することを特徴とする請求項１記載のバルブ制御装置。
【請求項５】
全閉状態判定部は、駆動デューティ比が第２の閾値を超える期間が第１の待機期間を経過しても、全閉位置の学習時には駆動制御部への通電遮断指示を行わないことを特徴とする請求項４記載のバルブ制御装置。
【請求項６】
第２の閾値は、駆動デューティ比の上昇による駆動部の発熱が許容可能な前記駆動デューティ比以上の値であることを特徴とする請求項４記載のバルブ制御装置。
【請求項７】
第１の待機期間は、バルブ装置が漏れなく閉弁する下限時間以上で、かつ駆動デューティ比の上昇による発熱で駆動部が損壊する上限時間未満の期間であることを特徴とする請求項４記載のバルブ制御装置。
【請求項８】
駆動部の温度を検出する温度センサを備え、
上限時間は、前記温度センサによって、前記駆動部が損壊する温度が検出されるまでの時間であることを特徴とする請求項７記載のバルブ制御装置。
【請求項９】
上限時間は、予め求めた動作中の駆動部における温度変化の傾向を規定する予測モデルによって予測された温度が、前記駆動部が損壊する温度に達するまでの時間であることを特徴とする請求項７記載のバルブ制御装置。
【請求項１０】
駆動部は、駆動シャフトに回転子が連結されたモータであり、
駆動制御部による前記モータのパルス幅変調制御で前記回転子の軸受を保持する保持部材が破損する荷重を与えないように駆動デューティ比を制限するデューティ制限部を備えたことを特徴とする請求項４記載のバルブ制御装置。
【請求項１１】
保持部材は、回転子の軸受であるベアリングを保持するウェーブワッシャであり、
デューティ制限部は、前記ウェーブワッシャのセット荷重を超えないように駆動デューティ比を制限することを特徴とする請求項１０記載のバルブ制御装置。
【請求項１２】
駆動部と、
前記駆動部により直動される駆動シャフト及びバルブシャフトを軸方向に一体化して構成され、前記駆動部の駆動力で軸方向に直動させることにより、バルブハウジングに設けられた弁座に対して弁体を開閉させる一体構造シャフトと、
前記駆動部を駆動制御することにより、開度位置を制御する請求項１記載のバルブ制御装置とを備えたバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車用のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）バルブ等のバルブ開度を制御するバルブ制御装置及びこれを備えたバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンには、排気ガス再循環通路を開閉するＥＧＲバルブが設けられる。このＥＧＲバルブは、バルブ部とそのアクチュエータであるモータからなり、一般的にバルブシャフトとモータのモータシャフトとが分離している。弁の開動作は、モータシャフトをバルブシャフトに押し当てて、バルブシャフト端部の弁体を弁座から開方向に移動させることによりなされる。また、バルブシャフトを介して弁体にスプリングの付勢力を伝達することで弁の閉動作が行われる。【０００３】
ＥＧＲバルブのイニシャライズ時の動作としては、先ず、モータシャフトの引き込み動作により、モータシャフトがストッパに当たってロータが回転できなくなるモータストッパ位置を検出する。そして、モータシャフトの押し出し動作により、モータストッパ位置からロータを開弁方向に回転させ、モータシャフトがバルブシャフトに当接した位置を開弁開始位置として検出する。【０００４】
また、上述のＥＧＲバルブでは、エンジン排気ガスに含まれる煤（ディポジット）等がバルブシャフトと軸受との間に入り込んで固着すると、バルブシャフトがスプリングの付勢力で閉弁位置に戻ることができず、開弁位置に固定されることがある。この不具合は、バルブシャフトとモータシャフトとを完全に締結して軸方向に一体化し、モータの駆動力を使ってバルブシャフトを強制的に開閉動作させることにより解消することができる。【０００５】
なお、モータとバルブとを直結しない構成のバルブ装置のバルブ開度を制御する従来のバルブ制御装置として、例えば特許文献１に開示されるものがある。この制御装置では、モータ制御信号（指令デューティ比又はモータ電流）を一回積分した値がモータ速度に比例し、このモータ速度を積分するとモータ位置に比例した値が得られることを利用してモータ速度やモータ位置を推定し、推定されたモータ速度又はモータ位置に応じて指令開度又はモータ制御信号を補正する。このようにすることで、モータ速度又はモータ位置に応じたモータ制御が可能となり、センサ数を増やすことなく、モータ制御性を改善できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１０８７７２号公報
【発明の概要】
【０００７】
モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたＥＧＲバルブでは、開弁開始位置を学習するイニシャライズにおいて、上述したバルブシャフトとモータのモータシャフトとが分離された一般的な構造と異なり、モータ側にバルブシャフトを引き込んで弁体を弁座（バルブハウジング）に押し付けることで開弁開始位置を検出する。
【０００８】
このため、全閉指令時にバルブシャフトが急激に引き込まれた場合、着座時に弁体がバルブハウジングに強く押し付けられ、その衝撃でバルブが破損する可能性がある。また、全閉状態（弁体がバルブハウジングに押し付けられている状態）が長時間継続されると、モータの駆動デューティ比が高くなり、モータの発熱や故障が発生する恐れがある。
【０００９】
さらに、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたＥＧＲバルブは、バルブシャフトとモータのモータシャフトとが分離された構造と異なり、閉弁時にロータＡｓｓｙがハウジング側に引き込まれる力が大きい。このため、モータの軸受けベアリングを支えるウェーブワッシャに大きな負荷が印加され、バルブの開閉動作が繰り返されると、ウェーブワッシャが疲労して破損する可能性がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたバルブ装置において、弁体の着座時の衝撃を低減し、またモータの駆動デューティ比が所定荷重以下となるよう駆動制御することができるバルブ制御装置及びこれを備えたバルブ装置を得ることを目的とする。
【００１１】
この発明に係るバルブ制御装置は、駆動部と、この駆動部により直動される駆動シャフト及びバルブシャフトを軸方向に一体化して構成され、前記駆動部の駆動力で軸方向に直動させることにより、バルブハウジングに設けられた弁座に対して弁体を開閉させる一体構造シャフトとを備えたバルブ装置を開閉制御するバルブ制御装置において、前記バルブ装置の前記一体構造シャフトの直動による実開度位置が目標開度位置に近づくように前記バルブ装置の開度位置をフィードバック制御する駆動制御部と、全閉指令を受けると、前記駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、前記実開度位置と前記ソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、前記ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を前記駆動制御部に設定する全閉状態判定部とを備えるものである。
【００１２】
この発明によれば、全閉指令を受けると、バルブ装置の駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、一体構造シャフトの直動による実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を駆動制御部に設定する。このようにすることで、駆動シャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化された一体構造シャフトを有するバルブ装置において、弁体の着座時の衝撃を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１によるＥＧＲバルブの断面図である。
【図２】実施の形態１によるバルブ制御装置の構成を示す図である。
【図３】図２中のバルブ制御装置による開弁開始位置学習を説明するための図である。
【図４】図２中のバルブ制御装置による全閉状態での駆動デューティ比制限処理を説明するための図である。
【図５】実施の形態１によるＥＧＲバルブを駆動させるＤＣモータを軸方向に切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるＥＧＲバルブ（バルブ装置）１の断面図であり、バルブシャフトとモータシャフトとを完全に締結して軸方向に一体化した構造のＥＧＲバルブを示している。図１において、ＥＧＲバルブ１のバルブハウジング５には、バルブのアクチュエータとなるＤＣモータ（駆動部）２が設けられている。また、ＤＣモータ２のモータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体成型されたシャフト（一体構造シャフト）３を有する。バルブハウジング５には、排気ガスを通す排気ガス通路が形成されており、この排気ガス通路に出口通路６が形成される。バルブハウジング５内の排気ガス通路と出口通路６との間に弁座７が形成される。
【００１５】
弁体８は、シャフト３をＤＣモータ２側に引き込むことにより、弁座７に対して着座し、シャフト３をバルブハウジング５側に押し出すことにより、弁座７から離れるように設けられ、例えば圧入等によってシャフト３に取り付けられる。また、シャフト３は、出口通路６の上側でバルブハウジング５に組み付けられた軸受１２により軸方向に摺動可能に支承されている。バルブハウジング５とシャフト３との間にはスプリング９が設けられている。なお、スプリング９の下端は、バルブハウジング５のスプリング受け部１０に支持される。一方、スプリング９の上端は、スプリングホルダ１１に当接している。
【００１６】
また、ＤＣモータ２の上部にはポジションセンサ（開度位置センサ、駆動制御部）４が設けられている。ポジションセンサ４は、実開度位置（ＥＧＲ開度（％））を検出するＥＧＲ開度センサであり、ＤＣモータ２のシャフト３の移動位置に応じた電圧を、ＥＧＲバルブ１の弁体８の位置を示すＥＧＲ開度検出信号として、図２を用いて後述するバルブ制御装置に出力する。なお、この発明のＥＧＲバルブ１は、上述したように、シャフト３がモータシャフトとバルブシャフトとを一体成型した構造であるため、ポジションセンサ４でシャフト３の実開度位置を検出することにより、弁体８の開閉状態を正確に把握することができる。
【００１７】
図２は、実施の形態１によるバルブ制御装置１６の構成を示す図であり、ＥＧＲバルブ１側のＤＣモータ２及びポジションセンサ４との接続関係と共に記載している。図２において、バルブ制御装置１６は、目標開度補正部（駆動制御部）１７、減算器（駆動制御部）１７ａ、全閉状態判定部１８、メモリ１９、ＰＩＤ回路２０、Ｄｕｔｙ制限部（デューティ制限部）２１、ドライバ（駆動制御部）２２及びＡ／Ｄコンバータ（駆動制御部）２３を備える。目標開度補正部１７、減算器１７ａ、ＰＩＤ回路２０、ドライバ２２及びＡ／Ｄコンバータ２３により、ＤＣモータ２の駆動を制御（ＥＧＲバルブ１の開度位置のフィードバック制御）する駆動制御部が構成される。目標開度補正部１７は、目標開度位置を入力し、全閉状態判定部１８から入力した開度位置と一致するように目標開度位置を補正する。
【００１８】
全閉状態判定部１８は、開弁開始位置の学習要求（イニシャライズ開始指令）によって全閉指令の制御信号を受けると、メモリ１９から読み出したソフトランディング開始目標位置を目標開度補正部１７へ出力するとともに、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してポジションセンサ４の出力を読み込んで、ポジションセンサ４で検出された実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差以下になり、かつ所定時間経過すると、目標開度補正部１７に設定する開度位置を所定の割合で徐々に減算する。このようにして、全閉動作時にシャフト３が急激に引き込まれることがなく、弁体８が弁座７にソフトランディングされる。
【００１９】
また、全閉状態判定部１８は、ポジションセンサ４で検出された現在の実開度位置と前回（１サンプリング前）の実開度位置との差が所定値以下となり、ＰＩＤ回路２０で算出された駆動デューティ比が所定値以下の状態が連続して所定期間継続すると、一定時間のポジションセンサ４の検出信号電圧の平均値を算出し、この平均値で表される位置を新たな開弁開始位置の学習値として設定する。
【００２０】
さらに、全閉状態判定部１８は、ＥＧＲバルブ１が全閉状態において、開弁開始位置の学習要求がなく、目標開度補正部１７により補正された目標開度位置がポジションセンサ４で検出された現在の実開度位置を下回っており、上記実開度位置が全閉位置（開弁開始位置）から所定値以内であり、ＰＩＤ回路２０から入力した駆動デューティ比がＤｕｔｙ制限値を下回っている状態が所定期間継続すると、Ｄｕｔｙ制限部２１に通電遮断指令を送信する。
【００２１】
メモリ１９には、ソフトランディング開始目標位置、ソフトランディング開始偏差及びデューティ比制限値が記憶される。ソフトランディング開始目標位置は、弁体８を弁座７にゆっくり着座させて全閉状態にするためのソフトランディング動作を開始する目標開度位置である。ソフトランディング開始偏差は、上記ソフトランディング動作中の目標開度位置と実開度位置との差である。Ｄｕｔｙ制限値は、ＤＣモータ２への通電遮断を判定する際に使用する駆動デューティ比の上限値である。
【００２２】
ＰＩＤ回路２０は、目標開度位置と実開度位置との偏差に応じてＰＩ制御量を求め、ＰＩ制御量に基づいて駆動デューティ比を算出し、この駆動デューティ比をＰＷＭ制御信号としてＤｕｔｙ制限部２１を介してドライバ２２に与える。ドライバ２２は、ＰＷＭ制御信号に応じてＤＣモータ２に与える電圧を所定の周期でオンオフして、一周期当たりのオン時間とオフ時間の比（駆動デューティ比：ＰＷＭ制御信号）に応じたＰＷＭ信号によってＤＣモータ２に与える電圧を制御する。
【００２３】
Ｄｕｔｙ制限部２１は、ＰＩＤ回路２０から入力した駆動デューティ比を示すＰＷＭ制御信号をドライバ２２へ出力するとともに、全閉状態判定部１８から通電遮断指令を受けると、ドライバ２２へのＰＷＭ制御信号の出力を停止して、ＤＣモータ２への通電を遮断させる。Ａ／Ｄコンバータ２３は、ポジションセンサ４からフィードバックされた検出信号をデジタル信号に変換する。減算器１７ａは、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してポジションセンサ４からの実開度位置を示す検出信号を入力するとともに、目標開度補正部１７から目標開度位置を示すデジタル信号を入力し、これらの差分をとって目標開度位置と実開度位置との偏差としてＰＩＤ回路２０へ出力する。
【００２４】
次に動作について説明する。
（１）開弁開始位置学習（イニシャライズ）
図３は、図２中のバルブ制御装置１６による開弁開始位置学習を説明するための図であり、上段のグラフが開弁開始位置学習時における目標開度位置と実開度位置との関係を示しており、下段のグラフが上段の関係でＤＣモータを駆動させた際の駆動デューティ比の変化を示している。上段のグラフの縦軸の開度（％）は、開度位置（ＥＧＲ開度（％））を示しており、目標開度位置（目標開度波形）は、目標開度補正部１７によって、全閉状態判定部１８から入力した開度位置と一致するように補正された開度位置であり、実開度位置（実開度波形）は、ポジションセンサ４で検出された実開度位置である。
【００２５】
また、開度０（％）の位置がＥＧＲバルブ１の閉弁位置（前回の学習位置）を示しており、正の範囲はＥＧＲバルブ１の開弁状態における開度位置であり、負の範囲はＥＧＲバルブ１が閉弁状態になってからの開度位置（シャフト３の位置）を示している。さらに、図３の下段のグラフにおけるＤｕｔｙ（％）は、ＰＩＤ回路２０で算出された駆動デューティ比である。正の範囲はＥＧＲバルブ１の開弁状態における駆動デューティ比であり、負の範囲はＥＧＲバルブ１が閉弁状態になってからの駆動デューティ比を示している。
【００２６】
実施の形態１によるバルブ制御装置１６では、図３に示す３段階のシーケンス（１）〜（３）に沿って、開弁開始位置（全閉位置）を学習する。
（Ａ）シーケンス（１）
先ず、全閉状態判定部１８は、開弁開始位置の学習要求（イニシャライズ開始指令）によって全閉指令の制御信号を受けると、メモリ１９から読み出したソフトランディング開始目標位置を目標開度補正部１７へ出力する。目標開度補正部１７は、全閉状態判定部１８から入力したソフトランディング開始目標位置と一致するように目標開度位置を補正する。これにより、目標開度位置が一定のソフトランディング開始目標位置に設定される。
【００２７】
開弁開始位置は、その学習を行う度にずれが生じ、必ずしも同じ位置が開弁開始位置になるとは限らない。このため、前回に学習した位置が実際の閉弁位置より低い場合、この位置を基準として開閉動作が制御され、弁体８が弁座７に急激に着座する可能性が高くなる。このため、ソフトランディング開始目標位置としては、学習位置の誤差を考慮して、開弁開始位置（全閉位置）の学習時における開度位置の検出誤差範囲以上に前回の学習値から離れた位置を設定する。
【００２８】
学習位置の誤差は、デポジット（異物）の噛み込み、経年変化によるゼロ点のずれ、バルブ自体の熱膨張、バルブ固有誤差、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフト等の影響により発生する。この中でも、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトの影響が最も大きく、実閉弁位置と学習位置との差が最大で５（％）程度ずれる。そこで、ソフトランディング開始目標位置としては、温度ドリフトで予想される上記誤差分以上の位置とする。図３に示す例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）分の誤差を、前回に学習した閉弁位置に加算した値（図３中に丸印で囲った開度５（％））を採用している。
【００２９】
目標開度位置がソフトランディング開始目標位置に設定されると、ポジションセンサ４から検出信号をフィードバックすることにより、バルブ制御装置１６が、ソフトランディング開始目標位置を目指してＥＧＲバルブ１の閉弁動作を制御する。このとき、全閉状態判定部１８は、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してポジションセンサ４の出力を読み込み、メモリ１９からソフトランディング開始偏差を読み込んで、ポジションセンサ４で検出された実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差以下になったか否かを判定する。ここで、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差を超えていれば、ソフトランディング開始目標位置を目指したＥＧＲバルブ１の閉弁動作を継続させる。
【００３０】
ソフトランディング開始偏差（第１の閾値）には、上述したようなポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフト等による実開度位置と学習位置との誤差以上の値を設定する。例えば、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトによって、実閉弁位置と学習位置との差が最大で５％程度ずれる場合、ソフトランディング開始偏差は、温度ドリフトで予想される上記誤差分以上の値とする。図３に示す例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）分の誤差を、ソフトランディング開始目標位置（開度５（％））に加算した値（開度１０（％））を採用している。
【００３１】
実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差以下（図３では、実開度位置が開度１０（％）を下回った時点）になると、全閉状態判定部１８は、不図示のタイマによって所定の待機時間を計時する。この待機時間は、実開度位置を前回の学習位置（開度０（％））に十分に近付けるために設けた期間であり、任意に設定可能である。図３の例では、１６０（ｍｓ）としている。上記待機時間が経過すると、全閉状態判定部１８は、シーケンス（２）へ移行する。なお、この待機時間を設けず、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差を超えた時点でシーケンス（２）へ移行し、ソフトランディング動作を開始してもよい。
【００３２】
（Ｂ）シーケンス（２）
全閉状態判定部１８は、上記待機時間が経過するとソフトランディング動作を開始し、目標開度補正部１７に設定する開度位置を、所定の目標開度位置になるまで所定の割合で徐々に減算する。上記所定の目標開度位置は、上述したような開弁開始位置学習における誤差要因を考慮した値とし、図３では開度−３０（％）を採用している。また、１秒間に１００（％）の割合で、ソフトランディング開始目標位置から上記所定の目標開度位置（開度−３０（％））まで開度位置を減算している。このようにすることで、開弁開始位置学習において、ＥＧＲバルブ１が低開度まで閉じてきた段階で、その先をゆっくり閉弁させることができる。
【００３３】
上記ソフトランディング動作中、全閉状態判定部１８は、ポジションセンサ４で検出された実開度位置をメモリ１９に逐次蓄積し、ポジションセンサ４で検出された現在の実開度位置と前回（１サンプリング前）の実開度位置との差が所定値以下となり、ＰＩＤ回路２０で算出された駆動デューティ比が所定値以下の状態が連続して所定の待機期間継続したか否かを判定する。実開度位置が実際の全閉位置になると、現在と前回の実開度位置の差が小さくなる。そこで、現在と前回の実開度位置の差についての所定値としては、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフト等による実開度位置の検出誤差を考慮した値とする。図３の例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）を採用している。
【００３４】
また、バルブ制御装置１６では、実開度位置が実際の全閉位置となってもＤＣモータ２をフィードバック制御しており、駆動デューティ比が上昇する。そこで、駆動デューティ比の上記所定値として、例えばＤＣモータ２の仕様や実験等で決定した駆動デューティ比の上昇によるＤＣモータ２の発熱が許容できる駆動デューティ比の上限値を設定する。この所定値は閉弁状態の駆動デューティ比であるために負の値であり、図３の下段グラフの例では、駆動デューティ比−６０（％）としている。全閉状態判定部１８では、駆動デューティ比が−６０（％）以下の状態、つまり駆動デューティ比がマイナス側に大きくなったか否かをモニタする。
【００３５】
上記所定の待機期間は、実開度位置を実際の全閉位置に十分に近付けるために設けた期間であり、任意に設定可能である。図３の例では、１６０（ｍｓ）としている。上記待機時間が経過すると、全閉状態判定部１８は、シーケンス（３）へ移行する。
【００３６】
（Ｃ）シーケンス（３）
全閉状態判定部１８は、上記待機時間が経過すると、一定時間のポジションセンサ４の検出信号電圧の平均値を算出し、この平均値で表される位置を新たな開弁開始位置の学習値として設定する。例えば、１秒間のポジションセンサ４の検出信号電圧の平均値で表される位置を新たな開弁開始位置とする。
【００３７】
（２）全閉状態での駆動デューティ比制限処理
この実施の形態１によるバルブ制御装置１６では、全閉状態となってもＤＣモータ２をフィードバック制御しており、駆動デューティ比が上昇する。そこで、ＤＣモータ２への通電を遮断することにより、全閉状態における駆動デューティ比を制限する。
【００３８】
図４は、図２中のバルブ制御装置１６による全閉状態での駆動デューティ比制限処理を説明するための図であり、上段のグラフが開弁開始位置学習時における目標開度位置と実開度位置との関係を示しており、下段のグラフが上段の関係でＤＣモータを駆動させた際の駆動デューティ比の変化を示している。図４の結果を得た条件は図３と同様である。
【００３９】
閉弁するまでの手順は、上述した開弁開始位置学習の手順と基本的に同様であるが、図４に示すように、ソフトランディング動作を開始する際の待機時間が開弁開始位置学習の場合より短く、ソフトランディング開始目標位置から減算していく目標開度位置が開弁開始位置学習の場合より大きい（開弁開始位置学習時より、マイナス側（閉弁側）にシャフト３を移動させない）。これは、開弁開始位置学習によって全閉位置が決定されているため、シャフト３を全閉位置から若干引き込めればよいからである。
【００４０】
図４では、ソフトランディング動作を開始する際の待機時間を６４（ｍｓ）とし、ソフトランディング開始目標位置から減算していく目標開度位置を−６（％）としている。なお、この待機時間を設けず、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差を超えた時点でソフトランディング動作を開始してもよい。
【００４１】
目標開度位置を−６（％）で維持しているとき、下記の条件（ｅ）が成立すると、全閉状態判定部１８は、Ｄｕｔｙ制限部２１に通電遮断指令を送信して、ＤＣモータ２への通電を遮断する。
（ａ）開弁開始位置の学習要求がない。
（ｂ）目標開度位置が現在の実開度位置を下回っている。
（ｃ）実開度位置が全閉位置（開弁開始位置）から所定値以内である。図４の例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）を採用している。
（ｄ）駆動デューティ比がＤｕｔｙ制限値を下回っている。図４に示すＤｕｔｙ制限値は、図３と同様に駆動デューティ比−６０（％）（第２の閾値）としている。なお、このＤｕｔｙ制限値は、例えばＤＣモータ２の仕様や実験等で決定した駆動デューティ比の上昇によるＤＣモータ２の発熱が許容できる駆動デューティ比の上限値を設定する。
（ｅ）上記（ａ）〜（ｄ）の状態が連続して所定期間（第１の待機期間）継続している。この所定期間は、ＥＧＲバルブ１が十分に閉弁する時間、すなわち弁体８を全閉位置から弁座７に漏れがない程度に若干押し付ける際に必要な時間で、かつＤＣモータ２が発熱により損壊しない時間であり、図４の例では８００（ｍｓ）としている。
【００４２】
全閉状態におけるＤＣモータ２のフィードバック制御により、ＤＣモータ２の駆動デューティ比が上昇して発熱すると、ＤＣモータ２が溶損する可能性がある。そこで、条件（ｅ）における通電遮断判定用の上記所定期間には、上述のような理由からＤＣモータ２が発熱により損壊しない時間を設定する必要がある。例えば、ＤＣモータ２にサーミスタを取り付け、ＥＧＲバルブ１が十分に閉弁する時間以上で、かつ上記サーミスタにより測定されたＤＣモータ２の温度が一定値（例えば、溶損が発生する温度）を超える時間未満の時間を設定する。
【００４３】
また、ＤＣモータ２にサーミスタを取り付けない場合は、予め実験によりＤＣモータ２の温度の温度予測モデルを作成しておき、この予測モデルにより推測される温度が上記一定値を超える時間未満の値を設定するようにしてもよい。
【００４４】
なお、開弁開始位置学習時は、ＥＧＲバルブ１を確実に閉弁させてその位置を学習させる必要があるので、ＤＣモータ２の通電遮断は実施しない。開弁開始位置学習は、基本的に車両のエンジンをスタートさせた際に１回実行するだけであり、実行回数が少ないため、ＤＣモータ２の通電遮断は必要ない。
【００４５】
（３）ベアリング保持機構及び保持部材のセット荷重に応じた駆動デューティ比制御
図５は、実施の形態１によるＥＧＲバルブ１を駆動させるＤＣモータ２を軸方向に切断した断面図である。図５に示すＤＣモータ２はブラシレスモータであり、シャフト３に螺合された円筒状のロータＡｓｓｙ（回転子）２４が、ケース２５に固着されたステータ２６の中空部に挿入されて、ベアリング２７によって回転自在に支持されている。また、ロータＡｓｓｙ２４には、その軸に垂直な面となるように、磁極位置検出用マグネット（開度位置センサ）２８が固着されている。
【００４６】
プリント基板（開度位置センサ）２９にはホールＩＣ（開度位置センサ）３０が搭載されている。ホールＩＣ３０は、ホール素子が組み込まれた集積回路（ＩＣ）から構成されている。また、プリント基板２９は、ホールＩＣ３０が磁極位置検出用マグネット２８に対向する位置になるように、ケース２５に取り付けられている。ロータＡｓｓｙ２４に螺合されるシャフト３は、ロータＡｓｓｙ２４の回転によって、その軸方向（図５中の上下方向）に移動可能になっている。
【００４７】
ロータＡｓｓｙ２４の軸受用のベアリング２７は、ウェーブワッシャ（板バネ、保持部材）３１により位置が保持されている。上述したように、ＥＧＲバルブ１では、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたシャフト３を有するため、閉弁時にロータＡｓｓｙ２４がハウジング側に引き込まれる力が大きい。従って、ロータＡｓｓｙ２４の軸受用のベアリング２７を支えるウェーブワッシャ３１に大きな負荷が印加され、バルブの開閉動作が繰り返されると、ウェーブワッシャ３１が疲労して破損する可能性がある。
【００４８】
そこで、この実施の形態１によるバルブ制御装置１６では、ベアリング２７を支える保持部材のセット荷重を超える荷重がかからないように、駆動デューティ比が所定値を超えないように制御する。例えば、保持部材のセット荷重に対応する駆動デューティ比の上限値をＤｕｔｙ制限部２１に設定しておき、Ｄｕｔｙ制限部２１が、ＰＩＤ回路２０から入力した駆動デューティ比のうち、この上限値を超えない範囲の値のみをドライバ２２に出力する。このように駆動デューティ比を制限することにより、保持部材の破損を防止することができる。
【００４９】
なお、図５に示すように、ロータＡｓｓｙ２４の軸受用のベアリング２７を支える保持部材がウェーブワッシャ３１である場合は、駆動デューティ比が、ウェーブワッシャ３１のセット荷重に対応する駆動デューティ比の上限値を超えないように制御する。
【００５０】
以上のように、この実施の形態１によれば、全閉指令を受けると、ＤＣモータ２の駆動をフィードバック制御する駆動制御部に対して一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、シャフト３の直動による実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を上記駆動制御部に設定する。このようにすることで、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたシャフト３を有するＥＧＲバルブ１において、弁体８の着座時の衝撃を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、この発明に係るバルブ制御装置は、弁体の着座時の衝撃を低減し、またモータの駆動デューティ比が所定荷重以下となるよう駆動制御するために、全閉指令を受けると、駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、一体構造シャフトの直動による実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を駆動制御部に設定する全閉状態判定部を備えるよう構成したので、自動車のＥＧＲバルブ等のバルブ開度を制御するバルブ制御装置などに用いるのに適している。
【図１】
2010013372.tif 000003
【図２】
2010013372.tif 000004
【図３】
2010013372.tif 000005
【図４】
2010013372.tif 000006
【図５】
2010013372.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月16日(2010.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車用のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）バルブ等のバルブ開度を制御するバルブ制御装置及びこれを備えたバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンには、排気ガス再循環通路を開閉するＥＧＲバルブが設けられる。このＥＧＲバルブは、バルブ部とそのアクチュエータであるモータからなり、一般的にバルブシャフトとモータのモータシャフトとが分離している。弁の開動作は、モータシャフトをバルブシャフトに押し当てて、バルブシャフト端部の弁体を弁座から開方向に移動させることによりなされる。また、バルブシャフトを介して弁体にスプリングの付勢力を伝達することで弁の閉動作が行われる。
【０００３】
ＥＧＲバルブのイニシャライズ時の動作としては、先ず、モータシャフトの引き込み動作により、モータシャフトがストッパに当たってロータが回転できなくなるモータストッパ位置を検出する。そして、モータシャフトの押し出し動作により、モータストッパ位置からロータを開弁方向に回転させ、モータシャフトがバルブシャフトに当接した位置を開弁開始位置として検出する。
【０００４】
また、上述のＥＧＲバルブでは、エンジン排気ガスに含まれる煤（ディポジット）等がバルブシャフトと軸受との間に入り込んで固着すると、バルブシャフトがスプリングの付勢力で閉弁位置に戻ることができず、開弁位置に固定されることがある。この不具合は、バルブシャフトとモータシャフトとを完全に締結して軸方向に一体化し、モータの駆動力を使ってバルブシャフトを強制的に開閉動作させることにより解消することができる。
【０００５】
なお、モータとバルブとを直結しない構成のバルブ装置のバルブ開度を制御する従来のバルブ制御装置として、例えば特許文献１に開示されるものがある。この制御装置では、モータ制御信号（指令デューティ比又はモータ電流）を一回積分した値がモータ速度に比例し、このモータ速度を積分するとモータ位置に比例した値が得られることを利用してモータ速度やモータ位置を推定し、推定されたモータ速度又はモータ位置に応じて指令開度又はモータ制御信号を補正する。このようにすることで、モータ速度又はモータ位置に応じたモータ制御が可能となり、センサ数を増やすことなく、モータ制御性を改善できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１０８７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたＥＧＲバルブでは、開弁開始位置を学習するイニシャライズにおいて、上述したバルブシャフトとモータのモータシャフトとが分離された一般的な構造と異なり、モータ側にバルブシャフトを引き込んで弁体を弁座（バルブハウジング）に押し付けることで開弁開始位置を検出する。
【０００８】
このため、全閉指令時にバルブシャフトが急激に引き込まれた場合、着座時に弁体がバルブハウジングに強く押し付けられ、その衝撃でバルブが破損する可能性がある。また、全閉状態（弁体がバルブハウジングに押し付けられている状態）が長時間継続されると、モータの駆動デューティ比が高くなり、モータの発熱や故障が発生する恐れがある。
【０００９】
さらに、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたＥＧＲバルブは、バルブシャフトとモータのモータシャフトとが分離された構造と異なり、閉弁時にロータＡｓｓｙがハウジング側に引き込まれる力が大きい。このため、モータの軸受けベアリングを支えるウェーブワッシャに大きな負荷が印加され、バルブの開閉動作が繰り返されると、ウェーブワッシャが疲労して破損する可能性がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたバルブ装置において、弁体の着座時の衝撃を低減し、またモータの駆動デューティ比が所定荷重以下となるよう駆動制御することができるバルブ制御装置及びこれを備えたバルブ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るバルブ制御装置は、駆動部と、この駆動部によって直動される駆動シャフト及びバルブシャフトを軸方向に一体化して構成され、駆動部の駆動力で軸方向に直動させることにより、バルブハウジングに設けられた弁座に対して弁体を開閉させる一体構造シャフトとを備えたバルブ装置を開閉制御するバルブ制御装置において、バルブ装置の一体構造シャフトの直動による実開度位置が目標開度位置に近づくようにバルブ装置の開度位置をフィードバック制御する駆動制御部と、全閉指令を受けると、駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を駆動制御部に設定する全閉状態判定部とを備え、ソフトランディング開始目標位置は、全閉位置の学習時における開度位置の検出誤差範囲以上に前回の全閉位置学習値から離れた位置であるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、全閉指令を受けると、バルブ装置の駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、一体構造シャフトの直動による実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を駆動制御部に設定する。このようにすることで、駆動シャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化された一体構造シャフトを有するバルブ装置において、弁体の着座時の衝撃を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１によるＥＧＲバルブの断面図である。
【図２】実施の形態１によるバルブ制御装置の構成を示す図である。
【図３】図２中のバルブ制御装置による開弁開始位置学習を説明するための図である。
【図４】図２中のバルブ制御装置による全閉状態での駆動デューティ比制限処理を説明するための図である。
【図５】実施の形態１によるＥＧＲバルブを駆動させるＤＣモータを軸方向に切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるＥＧＲバルブ（バルブ装置）１の断面図であり、バルブシャフトとモータシャフトとを完全に締結して軸方向に一体化した構造のＥＧＲバルブを示している。図１において、ＥＧＲバルブ１のバルブハウジング５には、バルブのアクチュエータとなるＤＣモータ（駆動部）２が設けられている。また、ＤＣモータ２のモータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体成型されたシャフト（一体構造シャフト）３を有する。バルブハウジング５には、排気ガスを通す排気ガス通路が形成されており、この排気ガス通路に出口通路６が形成される。バルブハウジング５内の排気ガス通路と出口通路６との間に弁座７が形成される。
【００１５】
弁体８は、シャフト３をＤＣモータ２側に引き込むことにより、弁座７に対して着座し、シャフト３をバルブハウジング５側に押し出すことにより、弁座７から離れるように設けられ、例えば圧入等によってシャフト３に取り付けられる。また、シャフト３は、出口通路６の上側でバルブハウジング５に組み付けられた軸受１２により軸方向に摺動可能に支承されている。バルブハウジング５とシャフト３との間にはスプリング９が設けられている。なお、スプリング９の下端は、バルブハウジング５のスプリング受け部１０に支持される。一方、スプリング９の上端は、スプリングホルダ１１に当接している。
【００１６】
また、ＤＣモータ２の上部にはポジションセンサ（開度位置センサ、駆動制御部）４が設けられている。ポジションセンサ４は、実開度位置（ＥＧＲ開度（％））を検出するＥＧＲ開度センサであり、ＤＣモータ２のシャフト３の移動位置に応じた電圧を、ＥＧＲバルブ１の弁体８の位置を示すＥＧＲ開度検出信号として、図２を用いて後述するバルブ制御装置に出力する。なお、この発明のＥＧＲバルブ１は、上述したように、シャフト３がモータシャフトとバルブシャフトとを一体成型した構造であるため、ポジションセンサ４でシャフト３の実開度位置を検出することにより、弁体８の開閉状態を正確に把握することができる。
【００１７】
図２は、実施の形態１によるバルブ制御装置１６の構成を示す図であり、ＥＧＲバルブ１側のＤＣモータ２及びポジションセンサ４との接続関係と共に記載している。図２において、バルブ制御装置１６は、目標開度補正部（駆動制御部）１７、減算器（駆動制御部）１７ａ、全閉状態判定部１８、メモリ１９、ＰＩＤ回路２０、Ｄｕｔｙ制限部（デューティ制限部）２１、ドライバ（駆動制御部）２２及びＡ／Ｄコンバータ（駆動制御部）２３を備える。目標開度補正部１７、減算器１７ａ、ＰＩＤ回路２０、ドライバ２２及びＡ／Ｄコンバータ２３により、ＤＣモータ２の駆動を制御（ＥＧＲバルブ１の開度位置のフィードバック制御）する駆動制御部が構成される。目標開度補正部１７は、目標開度位置を入力し、全閉状態判定部１８から入力した開度位置と一致するように目標開度位置を補正する。
【００１８】
全閉状態判定部１８は、開弁開始位置の学習要求（イニシャライズ開始指令）によって全閉指令の制御信号を受けると、メモリ１９から読み出したソフトランディング開始目標位置を目標開度補正部１７へ出力するとともに、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してポジションセンサ４の出力を読み込んで、ポジションセンサ４で検出された実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差以下になり、かつ所定時間経過すると、目標開度補正部１７に設定する開度位置を所定の割合で徐々に減算する。このようにして、全閉動作時にシャフト３が急激に引き込まれることがなく、弁体８が弁座７にソフトランディングされる。
【００１９】
また、全閉状態判定部１８は、ポジションセンサ４で検出された現在の実開度位置と前回（１サンプリング前）の実開度位置との差が所定値以下となり、ＰＩＤ回路２０で算出された駆動デューティ比が所定値以下の状態が連続して所定期間継続すると、一定時間のポジションセンサ４の検出信号電圧の平均値を算出し、この平均値で表される位置を新たな開弁開始位置の学習値として設定する。
【００２０】
さらに、全閉状態判定部１８は、ＥＧＲバルブ１が全閉状態において、開弁開始位置の学習要求がなく、目標開度補正部１７により補正された目標開度位置がポジションセンサ４で検出された現在の実開度位置を下回っており、上記実開度位置が全閉位置（開弁開始位置）から所定値以内であり、ＰＩＤ回路２０から入力した駆動デューティ比がＤｕｔｙ制限値を下回っている状態が所定期間継続すると、Ｄｕｔｙ制限部２１に通電遮断指令を送信する。
【００２１】
メモリ１９には、ソフトランディング開始目標位置、ソフトランディング開始偏差及びデューティ比制限値が記憶される。ソフトランディング開始目標位置は、弁体８を弁座７にゆっくり着座させて全閉状態にするためのソフトランディング動作を開始する目標開度位置である。ソフトランディング開始偏差は、上記ソフトランディング動作中の目標開度位置と実開度位置との差である。Ｄｕｔｙ制限値は、ＤＣモータ２への通電遮断を判定する際に使用する駆動デューティ比の上限値である。
【００２２】
ＰＩＤ回路２０は、目標開度位置と実開度位置との偏差に応じてＰＩ制御量を求め、ＰＩ制御量に基づいて駆動デューティ比を算出し、この駆動デューティ比をＰＷＭ制御信号としてＤｕｔｙ制限部２１を介してドライバ２２に与える。ドライバ２２は、ＰＷＭ制御信号に応じてＤＣモータ２に与える電圧を所定の周期でオンオフして、一周期当たりのオン時間とオフ時間の比（駆動デューティ比：ＰＷＭ制御信号）に応じたＰＷＭ信号によってＤＣモータ２に与える電圧を制御する。
【００２３】
Ｄｕｔｙ制限部２１は、ＰＩＤ回路２０から入力した駆動デューティ比を示すＰＷＭ制御信号をドライバ２２へ出力するとともに、全閉状態判定部１８から通電遮断指令を受けると、ドライバ２２へのＰＷＭ制御信号の出力を停止して、ＤＣモータ２への通電を遮断させる。Ａ／Ｄコンバータ２３は、ポジションセンサ４からフィードバックされた検出信号をデジタル信号に変換する。減算器１７ａは、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してポジションセンサ４からの実開度位置を示す検出信号を入力するとともに、目標開度補正部１７から目標開度位置を示すデジタル信号を入力し、これらの差分をとって目標開度位置と実開度位置との偏差としてＰＩＤ回路２０へ出力する。
【００２４】
次に動作について説明する。
（１）開弁開始位置学習（イニシャライズ）
図３は、図２中のバルブ制御装置１６による開弁開始位置学習を説明するための図であり、上段のグラフが開弁開始位置学習時における目標開度位置と実開度位置との関係を示しており、下段のグラフが上段の関係でＤＣモータを駆動させた際の駆動デューティ比の変化を示している。上段のグラフの縦軸の開度（％）は、開度位置（ＥＧＲ開度（％））を示しており、目標開度位置（目標開度波形）は、目標開度補正部１７によって、全閉状態判定部１８から入力した開度位置と一致するように補正された開度位置であり、実開度位置（実開度波形）は、ポジションセンサ４で検出された実開度位置である。
【００２５】
また、開度０（％）の位置がＥＧＲバルブ１の閉弁位置（前回の学習位置）を示しており、正の範囲はＥＧＲバルブ１の開弁状態における開度位置であり、負の範囲はＥＧＲバルブ１が閉弁状態になってからの開度位置（シャフト３の位置）を示している。さらに、図３の下段のグラフにおけるＤｕｔｙ（％）は、ＰＩＤ回路２０で算出された駆動デューティ比である。正の範囲はＥＧＲバルブ１の開弁状態における駆動デューティ比であり、負の範囲はＥＧＲバルブ１が閉弁状態になってからの駆動デューティ比を示している。
【００２６】
実施の形態１によるバルブ制御装置１６では、図３に示す３段階のシーケンス（１）〜（３）に沿って、開弁開始位置（全閉位置）を学習する。
（Ａ）シーケンス（１）
先ず、全閉状態判定部１８は、開弁開始位置の学習要求（イニシャライズ開始指令）によって全閉指令の制御信号を受けると、メモリ１９から読み出したソフトランディング開始目標位置を目標開度補正部１７へ出力する。目標開度補正部１７は、全閉状態判定部１８から入力したソフトランディング開始目標位置と一致するように目標開度位置を補正する。これにより、目標開度位置が一定のソフトランディング開始目標位置に設定される。
【００２７】
開弁開始位置は、その学習を行う度にずれが生じ、必ずしも同じ位置が開弁開始位置になるとは限らない。このため、前回に学習した位置が実際の閉弁位置より低い場合、この位置を基準として開閉動作が制御され、弁体８が弁座７に急激に着座する可能性が高くなる。このため、ソフトランディング開始目標位置としては、学習位置の誤差を考慮して、開弁開始位置（全閉位置）の学習時における開度位置の検出誤差範囲以上に前回の学習値から離れた位置を設定する。
【００２８】
学習位置の誤差は、デポジット（異物）の噛み込み、経年変化によるゼロ点のずれ、バルブ自体の熱膨張、バルブ固有誤差、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフト等の影響により発生する。この中でも、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトの影響が最も大きく、実閉弁位置と学習位置との差が最大で５（％）程度ずれる。そこで、ソフトランディング開始目標位置としては、温度ドリフトで予想される上記誤差分以上の位置とする。図３に示す例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）分の誤差を、前回に学習した閉弁位置に加算した値（図３中に丸印で囲った開度５（％））を採用している。
【００２９】
目標開度位置がソフトランディング開始目標位置に設定されると、ポジションセンサ４から検出信号をフィードバックすることにより、バルブ制御装置１６が、ソフトランディング開始目標位置を目指してＥＧＲバルブ１の閉弁動作を制御する。このとき、全閉状態判定部１８は、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してポジションセンサ４の出力を読み込み、メモリ１９からソフトランディング開始偏差を読み込んで、ポジションセンサ４で検出された実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差以下になったか否かを判定する。ここで、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差を超えていれば、ソフトランディング開始目標位置を目指したＥＧＲバルブ１の閉弁動作を継続させる。
【００３０】
ソフトランディング開始偏差（第１の閾値）には、上述したようなポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフト等による実開度位置と学習位置との誤差以上の値を設定する。例えば、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトによって、実閉弁位置と学習位置との差が最大で５％程度ずれる場合、ソフトランディング開始偏差は、温度ドリフトで予想される上記誤差分以上の値とする。図３に示す例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）分の誤差を、ソフトランディング開始目標位置（開度５（％））に加算した値（開度１０（％））を採用している。
【００３１】
実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差以下（図３では、実開度位置が開度１０（％）を下回った時点）になると、全閉状態判定部１８は、不図示のタイマによって所定の待機時間を計時する。この待機時間は、実開度位置を前回の学習位置（開度０（％））に十分に近付けるために設けた期間であり、任意に設定可能である。図３の例では、１６０（ｍｓ）としている。上記待機時間が経過すると、全閉状態判定部１８は、シーケンス（２）へ移行する。なお、この待機時間を設けず、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差を超えた時点でシーケンス（２）へ移行し、ソフトランディング動作を開始してもよい。
【００３２】
（Ｂ）シーケンス（２）
全閉状態判定部１８は、上記待機時間が経過するとソフトランディング動作を開始し、目標開度補正部１７に設定する開度位置を、所定の目標開度位置になるまで所定の割合で徐々に減算する。上記所定の目標開度位置は、上述したような開弁開始位置学習における誤差要因を考慮した値とし、図３では開度−３０（％）を採用している。また、１秒間に１００（％）の割合で、ソフトランディング開始目標位置から上記所定の目標開度位置（開度−３０（％））まで開度位置を減算している。このようにすることで、開弁開始位置学習において、ＥＧＲバルブ１が低開度まで閉じてきた段階で、その先をゆっくり閉弁させることができる。
【００３３】
上記ソフトランディング動作中、全閉状態判定部１８は、ポジションセンサ４で検出された実開度位置をメモリ１９に逐次蓄積し、ポジションセンサ４で検出された現在の実開度位置と前回（１サンプリング前）の実開度位置との差が所定値以下となり、ＰＩＤ回路２０で算出された駆動デューティ比が所定値以下の状態が連続して所定の待機期間継続したか否かを判定する。実開度位置が実際の全閉位置になると、現在と前回の実開度位置の差が小さくなる。そこで、現在と前回の実開度位置の差についての所定値としては、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフト等による実開度位置の検出誤差を考慮した値とする。図３の例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）を採用している。
【００３４】
また、バルブ制御装置１６では、実開度位置が実際の全閉位置となってもＤＣモータ２をフィードバック制御しており、駆動デューティ比が上昇する。そこで、駆動デューティ比の上記所定値として、例えばＤＣモータ２の仕様や実験等で決定した駆動デューティ比の上昇によるＤＣモータ２の発熱が許容できる駆動デューティ比の上限値を設定する。この所定値は閉弁状態の駆動デューティ比であるために負の値であり、図３の下段グラフの例では、駆動デューティ比−６０（％）としている。全閉状態判定部１８では、駆動デューティ比が−６０（％）以下の状態、つまり駆動デューティ比がマイナス側に大きくなったか否かをモニタする。
【００３５】
上記所定の待機期間は、実開度位置を実際の全閉位置に十分に近付けるために設けた期間であり、任意に設定可能である。図３の例では、１６０（ｍｓ）としている。上記待機時間が経過すると、全閉状態判定部１８は、シーケンス（３）へ移行する。
【００３６】
（Ｃ）シーケンス（３）
全閉状態判定部１８は、上記待機時間が経過すると、一定時間のポジションセンサ４の検出信号電圧の平均値を算出し、この平均値で表される位置を新たな開弁開始位置の学習値として設定する。例えば、１秒間のポジションセンサ４の検出信号電圧の平均値で表される位置を新たな開弁開始位置とする。
【００３７】
（２）全閉状態での駆動デューティ比制限処理
この実施の形態１によるバルブ制御装置１６では、全閉状態となってもＤＣモータ２をフィードバック制御しており、駆動デューティ比が上昇する。そこで、ＤＣモータ２への通電を遮断することにより、全閉状態における駆動デューティ比を制限する。
【００３８】
図４は、図２中のバルブ制御装置１６による全閉状態での駆動デューティ比制限処理を説明するための図であり、上段のグラフが開弁開始位置学習時における目標開度位置と実開度位置との関係を示しており、下段のグラフが上段の関係でＤＣモータを駆動させた際の駆動デューティ比の変化を示している。図４の結果を得た条件は図３と同様である。
【００３９】
閉弁するまでの手順は、上述した開弁開始位置学習の手順と基本的に同様であるが、図４に示すように、ソフトランディング動作を開始する際の待機時間が開弁開始位置学習の場合より短く、ソフトランディング開始目標位置から減算していく目標開度位置が開弁開始位置学習の場合より大きい（開弁開始位置学習時より、マイナス側（閉弁側）にシャフト３を移動させない）。これは、開弁開始位置学習によって全閉位置が決定されているため、シャフト３を全閉位置から若干引き込めればよいからである。
【００４０】
図４では、ソフトランディング動作を開始する際の待機時間を６４（ｍｓ）とし、ソフトランディング開始目標位置から減算していく目標開度位置を−６（％）としている。なお、この待機時間を設けず、実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差がソフトランディング開始偏差を超えた時点でソフトランディング動作を開始してもよい。
【００４１】
目標開度位置を−６（％）で維持しているとき、下記の条件（ｅ）が成立すると、全閉状態判定部１８は、Ｄｕｔｙ制限部２１に通電遮断指令を送信して、ＤＣモータ２への通電を遮断する。
（ａ）開弁開始位置の学習要求がない。
（ｂ）目標開度位置が現在の実開度位置を下回っている。
（ｃ）実開度位置が全閉位置（開弁開始位置）から所定値以内である。図４の例では、ポジションセンサ４の出力電圧の温度ドリフトとして予想される５（％）を採用している。
（ｄ）駆動デューティ比がＤｕｔｙ制限値を下回っている。図４に示すＤｕｔｙ制限値は、図３と同様に駆動デューティ比−６０（％）（第２の閾値）としている。なお、このＤｕｔｙ制限値は、例えばＤＣモータ２の仕様や実験等で決定した駆動デューティ比の上昇によるＤＣモータ２の発熱が許容できる駆動デューティ比の上限値を設定する。
（ｅ）上記（ａ）〜（ｄ）の状態が連続して所定期間（第１の待機期間）継続している。この所定期間は、ＥＧＲバルブ１が十分に閉弁する時間、すなわち弁体８を全閉位置から弁座７に漏れがない程度に若干押し付ける際に必要な時間で、かつＤＣモータ２が発熱により損壊しない時間であり、図４の例では８００（ｍｓ）としている。
【００４２】
全閉状態におけるＤＣモータ２のフィードバック制御により、ＤＣモータ２の駆動デューティ比が上昇して発熱すると、ＤＣモータ２が溶損する可能性がある。そこで、条件（ｅ）における通電遮断判定用の上記所定期間には、上述のような理由からＤＣモータ２が発熱により損壊しない時間を設定する必要がある。例えば、ＤＣモータ２にサーミスタを取り付け、ＥＧＲバルブ１が十分に閉弁する時間以上で、かつ上記サーミスタにより測定されたＤＣモータ２の温度が一定値（例えば、溶損が発生する温度）を超える時間未満の時間を設定する。
【００４３】
また、ＤＣモータ２にサーミスタを取り付けない場合は、予め実験によりＤＣモータ２の温度の温度予測モデルを作成しておき、この予測モデルにより推測される温度が上記一定値を超える時間未満の値を設定するようにしてもよい。
【００４４】
なお、開弁開始位置学習時は、ＥＧＲバルブ１を確実に閉弁させてその位置を学習させる必要があるので、ＤＣモータ２の通電遮断は実施しない。開弁開始位置学習は、基本的に車両のエンジンをスタートさせた際に１回実行するだけであり、実行回数が少ないため、ＤＣモータ２の通電遮断は必要ない。
【００４５】
（３）ベアリング保持機構及び保持部材のセット荷重に応じた駆動デューティ比制御
図５は、実施の形態１によるＥＧＲバルブ１を駆動させるＤＣモータ２を軸方向に切断した断面図である。図５に示すＤＣモータ２はブラシレスモータであり、シャフト３に螺合された円筒状のロータＡｓｓｙ（回転子）２４が、ケース２５に固着されたステータ２６の中空部に挿入されて、ベアリング２７によって回転自在に支持されている。また、ロータＡｓｓｙ２４には、その軸に垂直な面となるように、磁極位置検出用マグネット（開度位置センサ）２８が固着されている。
【００４６】
プリント基板（開度位置センサ）２９にはホールＩＣ（開度位置センサ）３０が搭載されている。ホールＩＣ３０は、ホール素子が組み込まれた集積回路（ＩＣ）から構成されている。また、プリント基板２９は、ホールＩＣ３０が磁極位置検出用マグネット２８に対向する位置になるように、ケース２５に取り付けられている。ロータＡｓｓｙ２４に螺合されるシャフト３は、ロータＡｓｓｙ２４の回転によって、その軸方向（図５中の上下方向）に移動可能になっている。
【００４７】
ロータＡｓｓｙ２４の軸受用のベアリング２７は、ウェーブワッシャ（板バネ、保持部材）３１により位置が保持されている。上述したように、ＥＧＲバルブ１では、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたシャフト３を有するため、閉弁時にロータＡｓｓｙ２４がハウジング側に引き込まれる力が大きい。従って、ロータＡｓｓｙ２４の軸受用のベアリング２７を支えるウェーブワッシャ３１に大きな負荷が印加され、バルブの開閉動作が繰り返されると、ウェーブワッシャ３１が疲労して破損する可能性がある。
【００４８】
そこで、この実施の形態１によるバルブ制御装置１６では、ベアリング２７を支える保持部材のセット荷重を超える荷重がかからないように、駆動デューティ比が所定値を超えないように制御する。例えば、保持部材のセット荷重に対応する駆動デューティ比の上限値をＤｕｔｙ制限部２１に設定しておき、Ｄｕｔｙ制限部２１が、ＰＩＤ回路２０から入力した駆動デューティ比のうち、この上限値を超えない範囲の値のみをドライバ２２に出力する。このように駆動デューティ比を制限することにより、保持部材の破損を防止することができる。
【００４９】
なお、図５に示すように、ロータＡｓｓｙ２４の軸受用のベアリング２７を支える保持部材がウェーブワッシャ３１である場合は、駆動デューティ比が、ウェーブワッシャ３１のセット荷重に対応する駆動デューティ比の上限値を超えないように制御する。
【００５０】
以上のように、この実施の形態１によれば、全閉指令を受けると、ＤＣモータ２の駆動をフィードバック制御する駆動制御部に対して一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、シャフト３の直動による実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を上記駆動制御部に設定する。このようにすることで、モータシャフトとバルブシャフトとが軸方向に一体化されたシャフト３を有するＥＧＲバルブ１において、弁体８の着座時の衝撃を低減することができる。
【００５１】
以上のように、この発明に係るバルブ制御装置は、弁体の着座時の衝撃を低減し、またモータの駆動デューティ比が所定荷重以下となるよう駆動制御するために、全閉指令を受けると、駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、一体構造シャフトの直動による実開度位置とソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を駆動制御部に設定する全閉状態判定部を備えるよう構成したので、自動車のＥＧＲバルブ等のバルブ開度を制御するバルブ制御装置などに用いるのに適している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、この駆動部によって直動される駆動シャフト及びバルブシャフトを軸方向に一体化して構成され、前記駆動部の駆動力で軸方向に直動させることにより、バルブハウジングに設けられた弁座に対して弁体を開閉させる一体構造シャフトとを備えたバルブ装置を開閉制御するバルブ制御装置において、
前記バルブ装置の前記一体構造シャフトの直動による実開度位置が目標開度位置に近づくように前記バルブ装置の開度位置をフィードバック制御する駆動制御部と、
全閉指令を受けると、前記駆動制御部に一定のソフトランディング開始目標位置を目標開度位置として設定し、前記実開度位置と前記ソフトランディング開始目標位置との差が第１の閾値になったタイミングで、前記ソフトランディング開始目標位置を徐々に減算した目標開度位置を前記駆動制御部に設定する全閉状態判定部とを備え、
前記ソフトランディング開始目標位置は、全閉位置の学習時における開度位置の検出誤差範囲以上に前回の全閉位置学習値から離れた位置であることを特徴とするバルブ制御装置。
【請求項２】
第１の閾値は、バルブ装置の開度位置を検出する開度位置センサの温度ドリフトにより予想される実開度位置と目標開度位置との差以上の値であることを特徴とする請求項１記載のバルブ制御装置。
【請求項３】
全閉状態判定部は、全閉位置において、前記駆動デューティ比が第２の閾値を超える期間が第１の待機期間を経過すると、前記駆動制御部に前記駆動部への通電を遮断するように指示することを特徴とする請求項１記載のバルブ制御装置。
【請求項４】
全閉状態判定部は、駆動デューティ比が第２の閾値を超える期間が第１の待機期間を経過しても、全閉位置の学習時には駆動制御部への通電遮断指示を行わないことを特徴とする請求項３記載のバルブ制御装置。
【請求項５】
第２の閾値は、駆動デューティ比の上昇による駆動部の発熱が許容可能な前記駆動デューティ比以上の値であることを特徴とする請求項３記載のバルブ制御装置。
【請求項６】
第１の待機期間は、バルブ装置が漏れなく閉弁する下限時間以上で、かつ駆動デューティ比の上昇による発熱で駆動部が損壊する上限時間未満の期間であることを特徴とする請求項３記載のバルブ制御装置。
【請求項７】
駆動部の温度を検出する温度センサを備え、
上限時間は、前記温度センサによって、前記駆動部が損壊する温度が検出されるまでの時間であることを特徴とする請求項６記載のバルブ制御装置。
【請求項８】
上限時間は、予め求めた動作中の駆動部における温度変化の傾向を規定する予測モデルによって予測された温度が、前記駆動部が損壊する温度に達するまでの時間であることを特徴とする請求項６記載のバルブ制御装置。
【請求項９】
駆動部は、駆動シャフトに回転子が連結されたモータであり、
駆動制御部による前記モータのパルス幅変調制御で前記回転子の軸受を保持する保持部材が破損する荷重を与えないように駆動デューティ比を制限するデューティ制限部を備えたことを特徴とする請求項３記載のバルブ制御装置。
【請求項１０】
保持部材は、回転子の軸受であるベアリングを保持するウェーブワッシャであり、
デューティ制限部は、前記ウェーブワッシャのセット荷重を超えないように駆動デューティ比を制限することを特徴とする請求項９記載のバルブ制御装置。
【請求項１１】
駆動部と、
前記駆動部により直動される駆動シャフト及びバルブシャフトを軸方向に一体化して構成され、前記駆動部の駆動力で軸方向に直動させることにより、バルブハウジングに設けられた弁座に対して弁体を開閉させる一体構造シャフトと、
前記駆動部を駆動制御することにより、開度位置を制御する請求項１記載のバルブ制御装置とを備えたバルブ装置。
【国際調査報告】
2010013372.tif 000008
2010013372.tif 000009