(57)【要約】【課題】バッテリの公称電圧よりも低い定格電圧を有する電動モータにより弁体を駆動するバルブ装置において、電動モータに流れる電流のリプルを抑制する。【解決手段】バルブ装置１は、ＥＧＲ流路２を開閉する弁体３と、弁体３を駆動する駆動力を発生する電動モータ５と、電動モータ５への電圧印加を制御する制御部６とを備える。また、電動モータ５は、自身の定格電圧よりも高い公称電圧を有するバッテリ２９から給電されて駆動力を発生し、制御部６は、内燃機関の運転状態に基づきデューティ比を算出するとともに、デューティ比に基づきオンオフする信号を出力する。そして、電動モータ５への電圧印加がオンになる周期は、制御部６がデューティ比を算出する周期よりも短い。  このため、オンオフ信号の周波数を高めることができるので、電動モータ５に流れる電流のリプルを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸排気系統を構成する流路（２）を開閉する弁体（３）と、この弁体を駆動する駆動力を発生する電動モータ（５）と、この電動モータへの電圧印加を制御する制御部（６）とを備え、
前記電動モータは、自身の定格電圧よりも高い公称電圧を有するバッテリ（２９）から給電されて前記駆動力を発生し、
前記制御部は、前記バッテリから前記電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比に基づき、前記電動モータへの電圧印加を制御するバルブ装置（１）において、
前記制御部は、前記内燃機関の運転状態に基づき前記デューティ比を算出するとともに、前記デューティ比に基づき、前記電動モータへの電圧印加をオンオフする信号を出力し、
前記電動モータへの電圧印加がオンになる周期は、前記制御部が前記デューティ比を算出する周期よりも短いことを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブ装置において、
前記制御部は、前記電動モータへの電圧印加を制御するときに、前記デューティ比に対し、上限値を超えないように規制を加える上限規制制御を行っており、
前記上限値は、前記公称電圧に対する前記定格電圧の比率を超えない値であることを特徴とするバルブ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のバルブ装置において、
前記制御部は、前記弁体の固着の有無を判定し、前記弁体が固着していると判定したときに、前記上限値を上昇させることを特徴とするバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸排気系統に組み入れられるバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上記のバルブ装置では、内燃機関の吸排気系統を構成する流路を開閉する弁体と、弁体を駆動する駆動力を発生する電動モータと、電動モータへの電圧印加を制御する制御部とを備えるものが周知である。そして、このようなバルブ装置は、例えば、吸入空気の流量を増減するスロットル装置や、排気ガスの吸気側への還流量を増減するＥＧＲ装置に採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
近年、公称電圧２４Ｖのバッテリを搭載する車両では、バルブ装置に関し、電動モータの発熱抑制や体格低減のため、定格電圧２４Ｖの電動モータに代えて、定格電圧１２Ｖの電動モータを採用するものが公知となっている。そして、制御部は、公称電圧２４Ｖのバッテリから定格電圧１２Ｖの電動モータへの電圧印加を好適に制御するため、バッテリから電動モータへの電圧印加に関してデューティ比制御を行う。
【０００４】
つまり、制御部は、バッテリから電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を上限５０％として制御することで、公称電圧２４Ｖのバッテリから定格電圧１２Ｖの電動モータへの電圧印加を好適に制御する。
なお、定格電圧１２Ｖの電動モータは、公称電圧１２Ｖのバッテリからの給電により好適に動作するものである。
【０００５】
しかし、バッテリから電動モータへの電圧印加においてデューティ比制御を行うと、電動モータに流れる電流に、いわゆるリプルが発生する（図６参照。）。この結果、定格電圧２４Ｖの電動モータに代えて定格電圧１２Ｖの電動モータを採用したことによる発熱抑制効果を、一部、減殺してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−００５８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の吸排気系統に組み入れられ、かつ、バッテリの公称電圧よりも低い定格電圧を有する電動モータにより弁体を駆動するバルブ装置において、電動モータに流れる電流のリプルを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明のバルブ装置は、内燃機関の吸排気系統を構成する流路を開閉する弁体と、弁体を駆動する駆動力を発生する電動モータと、電動モータへの電圧印加を制御する制御部とを備える。また、電動モータは、自身の定格電圧よりも高い公称電圧を有するバッテリから給電されて駆動力を発生し、制御部は、バッテリから電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比に基づき、電動モータへの電圧印加を制御する。
【０００９】
また、制御部は、内燃機関の運転状態に基づきデューティ比を算出するとともに、デューティ比に基づきオンオフする信号を出力する。そして、電動モータへの電圧印加がオンになる周期は、制御部がデューティ比を算出する周期よりも短い。
これにより、ディーティ比を制御する処理を１回実行する間に、オンオフ信号のオンの部分を１回よりも多く出力することができる。このため、オンオフ信号の周波数を高めることができるので、電動モータに流れる電流のリプルを抑制することができる（図５参照。）。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】バルブ装置の説明図である（実施例）。
【図２】電動モータの駆動回路の説明図である（実施例）。
【図３】デューティ比算出周期とオンオフ信号出力周期の関係の説明図である（実施例）。
【図４】弁体の固着発生時の制御方法を表すフロー図である（実施例）。
【図５】電流リプルの説明図である（実施例）。
【図６】電流リプルの説明図である（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００１２】
〔実施例の構成〕
実施例のバルブ装置１の構成を図１に基づき説明する。
バルブ装置１は、内燃機関（図示せず。）の吸排気系統を構成する流路を開閉するものであり、例えば、排気ガスを吸気側に還流するＥＧＲ装置に利用され、排気ガスの還流路（以下、ＥＧＲ流路２）を開閉するために利用される。
そして、バルブ装置１は、以下に説明する弁体３、電動モータ５、および、制御部６を備える。
【００１３】
弁体３は、例えば、円板状のバタフライ弁であり、回動することでＥＧＲ流路２を開閉する。また、弁体３の周縁には、ＥＧＲ流路２の閉鎖時に弁体３の周縁とＥＧＲ流路２の流路壁７との間を閉鎖するシールリング８が装着されている。
【００１４】
ここで、シールリング８は、例えば、Ｃ字状の円環として設けられて合口（図示せず。）を形成するものであり、弁体３の周縁に設けられた嵌合溝９に嵌まって弁体３とともに回動する。そして、シールリング８は、ＥＧＲ流路２を閉鎖するときに、流路壁７に環状に摺接して弁体３の周縁と流路壁７との間を閉鎖する。このとき、シールリング８は、合口を狭めるように弾性変形した状態で流路壁７に摺接する。
【００１５】
また、弁体３は、バルブ装置１のボディ１０に圧入された円筒状のノズル１１に回動自在に収容されている。ここで、ノズル１１の内周面は、シールリング８の摺接を受ける流路壁７をなしている。
ここで、弁体３およびノズル１１は耐熱性、耐腐食性の観点より、例えば、ステンレスにより設けられている。
また、ボディ１０は軽量化、放熱性の観点より、例えば、アルミニウム合金により設けられている。
【００１６】
ここで、弁体３は、シャフト１３を介してノズル１１内に回動自在に支持されている。すなわち、弁体３はシャフト１３と一体に回動することでＥＧＲ流路２の開度を調整している。
なお、シャフト１３は、円柱状であり、その軸線を中心として回動している。
また、ボディ１０は、電動モータ５を収容している。
【００１７】
電動モータ５は、弁体３を回動駆動する駆動力を発生するものである。
より具体的には、弁体３は、複数のギアの組み合わせた減速機１５により電動モータ５の回転を減速させ、減速により増幅された回転トルクを伝達され回動している。
すなわち、減速機１５によって増幅された回転トルクがシャフト１３に伝達され、シャフト１３が回動することで弁体３は回動している。
【００１８】
また、バルブ装置１には、弁体３を閉弁方向に向けて付勢するリターンスプリング１９が設けられている。
このリターンスプリング１９は、コイルバネよりなり、シャフト１３の周囲に同軸的に配置される。
そして、リターンスプリング１９はボディ１０と減速機１５との間に組み付けられる。
【００１９】
制御部６は、内燃機関に対する制御の中枢を成すものであり、車両に搭載されて内燃機関の運転状態や制御状態を示すパラメータを検出する各種センサから信号が入力される。また、制御部６は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき、内燃機関６の制御に関する制御処理を行うＣＰＵ、内燃機関の制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき、内燃機関の制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えて構成される。
【００２０】
ここで、バルブ装置１には、制御部６に信号を出力する各種センサの一つとして、弁体３の回転角を検出する回転角センサ２５が設けられている。
回転角センサ２５は、樹脂製のセンサケース２７に収容されている。
そして、ボディ１０のフランジとセンサケース２７のフランジとを突き合わせ螺子締結することによりボディ１０とセンサケース２７とが一体となることで、シャフト１３の一端側に回転角センサ２５は固定される。
【００２１】
制御部６は、バッテリ２９から電動モータ５への電圧印加を制御している。より具体的には、バッテリ２９から電動モータ５への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比ＤＲに基づいて電動モータ５への電圧印加を制御している。
【００２２】
ここで、制御部６は、ＣＰＵに対して設定された制御周期Ｔで、ＥＧＲ流路２の開度制御の処理を１回実行し、この処理の過程でデューティ比ＤＲを１回算出している。
この処理において、制御部６は、先ず、内燃機関の運転状態に応じて、ＥＧＲ流路２の開度、すなわち、弁体３の回転角の指令値を算出する。次に、回転角センサ２５による弁体３の回転角の検出値と回転角の指令値との差分をなくすように、バッテリ２９から電動モータ５への電圧印加のデューティ比ＤＲを算出する。これにより、制御部６は、内燃機関の運転状態に基づきデューティ比ＤＲを算出する。
そして、制御部６は、算出されたデューティ比ＤＲに基づき、電動モータ５への電圧印加をオンオフする信号を出力する。
【００２３】
〔実施例の特徴〕
次に、実施例の特徴的な構成について図２を用いて説明する。
ここで、電動モータ５の定格電圧は１２Ｖである。そして、電動モータ５に給電するバッテリ２９の公称電圧は、電動モータ５の定格電圧より高い２４Ｖである。
【００２４】
制御部６は、算出されたデューティ比ＤＲに基づき、電動モータ５への電圧印加をオンオフする信号を電圧印加部３０に出力する。この信号は、例えば、矩形状の０Ｖ、５Ｖのオンオフ信号となっている（以下、５Ｖの信号をオン信号、０Ｖの信号をオフ信号と呼ぶことがある。）。
電圧印加部３０は、電動モータ５にバッテリ２９の電圧を印加するものであって、例えば、Ｈブリッジ回路３０ａと、制御回路３０ｂとから構成されている。ここで、Ｈブリッジ回路３０ａの一端はバッテリ２９の正極に接続され、他端は接地されている。
【００２５】
そして、制御回路３０ｂは、制御部６からのオンオフ信号の入力に応じて、Ｈブリッジ回路３０ａの４つのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のオンオフを制御することで、バッテリ２９から電動モータ５への電圧印加のオンオフを制御している。
なお、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４は、例えば、ゲート端子への電圧印加によりソース端子とドレイン端子が導通するオン状態となるＭＯＳＦＥＴである。
【００２６】
より具体的には、制御回路３０ｂは、５Ｖのオン信号が与えられている期間は電動モータ５にバッテリ２９の電圧を印加させ続ける。すなわち、制御回路３０ｂは、上記期間において、例えば、Ｔｒ１およびＴｒ４をオン状態とし、Ｔｒ２およびＴｒ３をオフ状態とする。これにより、上記期間において、電動モータ５の一方の端子には、バッテリ２９の正極からの２４Ｖが印加され、電動モータ５の他方の端子は接地され、電動モータ５への電圧印加がオンの状態となる。
【００２７】
そして、０Ｖのオフ信号が与えられている期間は、電動モータ５に印加される電圧を０Ｖとする。すなわち、制御回路３０ｂは、上記期間において、例えば、Ｔｒ３およびＴｒ４をオン状態とし、Ｔｒ１およびＴｒ２をオフ状態とする。これにより、上記期間において、電動モータ５の双方の端子は接地され、電動モータ５への電圧印加がオフの状態となる。
以上より、制御回路３０ｂに入力されるオンオフ信号のデューティ比ＤＲでバッテリ２９から電動モータ５へ０Ｖ、２４Ｖの電圧が交互に印加される。
【００２８】
ここで、電動モータ５への電圧印加がオンになる周期ｔは、制御部６がデューティ比ＤＲを算出する制御周期Ｔ、つまりＥＧＲ流路２の開度制御の制御周期Ｔよりも短くなっている（図３参照）。すなわち、制御部６は、ディーティ比ＤＲを算出する処理を１回実行する間に、オンオフ信号のオンの部分を複数回出力している。なお、図３では、制御周期Ｔの間に４回オンを出力する例を図示している。
【００２９】
また、制御部６は、電動モータ５への電圧印加を制御するときに、デューティ比ＤＲに対し、上限値ＵＬを超えないように規制を加える上限規制制御を行っている。ここで、上限値ＵＬは、バッテリ２９の公称電圧２４Ｖに対する電動モータ５の定格電圧１２Ｖの比率である５０％を超えない値となっており、例えば、４０％となっている。
また、制御部６は、弁体３の固着の有無を判定し、弁体３が固着していると判定したときに、デューティ比ＤＲの上限値ＵＬを５０％まで上昇させる。
【００３０】
[実施例の制御方法]
実施例の弁体３の固着発生時の制御方法を図４のフロー図を用いて説明する。
先ず、ステップＳ１００において、制御部６は、算出されたデューティ比ＤＲが上限値ＵＬであるか否かが判定する。
デューティ比ＤＲが上限値ＵＬであると判定した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に移行する。また、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬでないと判定した場合、ステップＳ１００の判定が繰り返される。
【００３１】
次に、ステップＳ１１０において、制御部６は、上限値ＵＬである期間ＴＳが２００ｍｓを超えているか否かで弁体３の固着の有無を判定する。
上限値ＵＬである期間ＴＳが２００ｍｓを超えると判定した場合（ＹＥＳ）、弁体３に固着が発生したと判断し、Ｓ１２０に移行する。
そして、Ｓ１２０において、デューティ比ＤＲの上限値ＵＬを５０％とし、処理を終了する。
【００３２】
上限値ＵＬである期間ＴＳが２００ｍｓを超えないと判定した場合（ＮＯ）、弁体３に固着が発生していないと判断し、Ｓ１３０に移行する。
そして、Ｓ１３０において、デューティ比ＤＲの上限値ＵＬを４０％とし、処理を終了する。
なお、デューティ比ＤＲの上限値ＵＬを５０％とした後の、弁体３の固着解除は別の制御フローにて実行される。
【００３３】
〔実施例の効果〕
実施例のバルブ装置１によれば、電動モータ５への電圧印加がオンになる周期ｔは、制御部６がデューティ比ＤＲを算出する制御周期Ｔ、つまり、ＥＧＲ流路２の開度制御の制御周期Ｔよりも短い。
これにより、ＥＧＲ流路２の開度を制御する処理を１回実行する間に、オンオフ信号のオンの部分を１回よりも多く出力することができる。このため、オンオフ信号の周波数を高めることができるので、電動モータ５に流れる電流のリプルを抑制することができる（図５参照。）。
【００３４】
また、実施例のバルブ装置１によれば、制御部６は、電動モータ５への電圧印加を制御するときに、デューティ比ＤＲに対し、上限値ＵＬを超えないように規制を加える上限規制制御を行っている。ここで、上限値ＵＬは、バッテリ２９の公称電圧２４Ｖに対する電動モータ５の定格電圧１２Ｖの比率である５０％を超えない値となっている。
【００３５】
これにより、バッテリ２９の公称電圧２４Ｖが電動モータ５の定格電圧１２Ｖより高いことに起因する電動モータ５への過電流供給を抑制し、電動モータ５の発熱、消耗を抑制することができる。
【００３６】
また、実施例のバルブ装置１によれば、制御部６は、弁体３の固着の有無を判定し、弁体３が固着していると判定したときに、デューティ比ＤＲの上限値を５０％まで上昇させる。
これにより、電動モータ５のトルクを高めることができ、弁体３の固着を解除させやすくなる。
【００３７】
〔変形例〕
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例のバルブ装置１は、ＥＧＲ装置に利用されていたが、内燃機関の吸入空気の流量を増減するスロットル装置にバルブ装置１を利用してもよい。
【００３８】
また、実施例において、弁体３が固着していると判定したときに、デューティ比ＤＲの上限値を５０％まで上昇させたが、デューティ比ＤＲの上限値ＵＬを公称電圧２４Ｖに対する定格電圧１２Ｖの比率である５０％を超える値、例えば、６０％としてもよい。
これにより、電動モータ５のトルクをさらに高めることができ、弁体３の固着をより解除させやすくなる。
【００３９】
また、実施例において、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬとなっている期間に基づき弁体３の固着を判定していたが、回転角センサ２５の検出値の変動幅が小さくなったことに基づき弁体３の固着を判定してもよい。
また、実施例においては、バッテリ２９の公称電圧は２４Ｖであったが、この値に限定されるものではない。同様に、実施例において、電動モータ５の定格電圧は、１２Ｖであったが、この値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１  バルブ装置  ２  ＥＧＲ流路（流路）  ３  弁体  ５電動モータ  ６  制御部
２９  バッテリ
【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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