閥的控制方法
2023-05-28 00:15:06
專利名稱：閥的控制方法
技術領域：
本發明涉及閥的控制方法，以將發動機的廢氣再次回到發動機的燃燒室，降低廢氣濃度。
背景技術：
圖1是表示搭載現有閥裝置的發動機系統的結構圖，圖中，1是去除大氣所包含的灰塵等、將空氣送入進氣管3的空氣濾清器，2是將燃料(例如汽油)噴射到進氣管3內的噴射器，3是將燃料與空氣的混合氣供給於發動機5的進氣管，4是對供給於發動機5的混合氣的供給量予以調整的節流閥，5是使混合氣燃燒而將驅動力傳遞給驅動系統的汽車發動機，5a是發動機5的燃燒室，5b是將進氣管3與燃燒室5a的連通予以封住的進氣閥，5c是將燃燒室5a與排氣管6的連通予以封住的排氣閥，5d是在燃燒室5a內作上下移動的活塞。
另外，6是將在發動機5中燃燒後的混合氣(廢氣)排出的排氣管，7是對廢氣進行淨化而向大氣放出的淨化裝置，8是將從發動機5排出的廢氣一部分回流到發動機5的燃燒室5a的回流管，9是設在回流管8中、對廢氣的回流量進行調整的作為閥裝置的EGR閥，10是根據汽車的行駛狀態而對EGR閥9的開度進行控制的控制單元。
圖2是表示現有的閥裝置(EGR閥)的剖視圖，圖中，11是EGR閥9的殼體，12是與排氣管6側的回流管8連接的貫通道，13是與進氣管3側的回流管8連接的貫通道，14是設在貫通道12與貫通道13之間的閥，14a是與閥14抵接的抵接構件，15是支承閥14的閥杆，16是彈簧支承構件，17是向上方上推閥杆15的彈簧，18是在調整閥14的開度時、使驅動杆19向上下方向移動的步進電動機，19是隨著步進電動機18的旋轉而使閥杆15向上下移動的驅動杆。
下面說明工作原理。
當發動機5從進氣管3接受燃料與空氣的混合氣時，通過使該混合氣燃燒，而使活塞5d作往復運動並使驅動力傳遞給驅動系統，而廢氣隨著該混合氣的燃燒而從燃燒室5a排向排氣管6。
該廢氣的大部分被淨化裝置7淨化而向大氣放出，為了降低該廢氣濃度，而使該廢氣的一部分通過回流管8而回流到發動機5的燃燒室5a。
回流到發動機5的燃燒室5a的廢氣的回流量，是根據汽車的行駛狀態而調整設在回流管8中的EGR閥9。
下面說明使用EGR閥9控制廢氣的回流量。
首先，在發動機5停止的狀態下，驅動杆19與閥杆15處於背離的狀態，閥杆15未受到由驅動杆19向下方壓下的力，而由於受到彈簧17向上方上推的力，故它與抵接構件14a抵接，阻止廢氣回流。
另一方面，當發動機5起動時，由於以與汽車行駛狀態相平衡的量使發動機5的廢氣回流，故控制單元10考慮到發動機的冷卻水溫度、發動機轉速、噴射泵開度等，而將閥升程控制信號(要求閥14開閥或閉閥的脈衝信號)向EGR閥9輸出，控制EGR閥9中的閥14的開度。
例如，當EGR閥9受到要求閥14開閥的脈衝信號時，就對步進電動機18的繞組進行勵磁，並使其向使驅動杆19向下方移動的方向旋轉。另外，由於步進電動機18可確保較大的驅動轉矩，故步進電動機18的勵磁方式可採用雙相勵磁。
由此，當驅動杆19向下方移動而與閥杆15抵接時，閥杆15被下推到下方，EGR閥9中的閥14打開，廢氣開始回流。
並且，當廢氣的回流量成為與汽車的行駛狀態相平衡的量時，即，閥14的開度與目標值一致時，從控制單元10接受的閥升程控制信號(要求閥14開閥的脈衝信號)被停止，當重複受到要求閥1 4閉閥的脈衝信號時，閥14的開度到達目標值，從而步進電動機18停止旋轉。
另外，步進電動機18即使停止旋轉，由於要克服彈簧17的上推力而將閥14的開度保持成一定，故繞組仍然被勵磁(雙相勵磁)，成為連續通電(由於驅動電動機時受到脈衝信號而成為間歇通電)。
由於現有的閥裝置如上述那樣構成，故在步進電動機18停止旋轉期間，也要對步進電動機18的繞組勵磁，而旋轉停止時，因繞組的勵磁成為連續通電，故繞組的發熱量和消耗電流比驅動時大。因此，要與發熱量較大的旋轉停止時一致來決定耐熱規格，從而有導致高成本的問題(尤其，在要求高速驅動的情況下，存在著繞組的阻抗設計得較小的情況，且有驅動時與旋轉停止時的溫度差變大的傾向)。
本發明的目的在於，解決上述那樣的問題，提供一種可對旋轉停止時的繞組的發熱量與消費電流予以抑制的閥裝置及閥的控制方法。
發明的公開本發明的閥裝置，它是對設在回流管內的閥進行控制的閥裝置，該回流管連通向發動機供給混合氣的進氣管和將所述發動機廢氣予以排出的排氣管，其特點是，設有當受到閥的驅動指令時，對驅動閥的電動機的雙相進行勵磁並對閥的開度進行調整的開度調整裝置；當用該開度調整裝置結束開度調整並經過一定時間時，將電動機的勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁的切換裝置。
由此，由於可抑制旋轉停止時的繞組的發熱量與消耗電流，故具有可抑制隨著耐熱規格的嚴格化所產生的成本上升的效果。
本發明的閥的控制方法是，當受到閥的驅動指令時，對驅動閥的電動機的雙相進行勵磁並調整閥的開度，而當該閥結束開度調整並經過一定時間時，將電動機的勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁。
由此，由於可抑制旋轉停止時的繞組的發熱量與消耗電流，故具有可抑制隨著耐熱規格的嚴格化所產生的成本上升的效果。
本發明的閥的控制方法是，當閥的開度接近目標值時，根據相對該目標值的偏差而設定電動機的驅動條件。
由此，具有可使閥的開度迅速與目標值一致的效果。
本發明的閥的控制方法是，對電動機停止驅動後，在不跟從該電動機的極短時間，給予該電動機逆旋轉的指令。
由此，具有可抑制電動機的過調量(オ一バ一シユ一ト)的效果。
本發明的閥的控制方法是，將電動機的負荷與基準負荷比較，在該電動機的負荷小於基準負荷時，將該電動機的驅動方式從雙相勵磁驅動切換到單-雙相勵磁驅動。
由此，由於根據電動機的負荷而選擇適當的驅動方式，故具有可發揮各驅動方式的優點的效果。
本發明的閥的控制方法是，在使電動機恆速旋轉時，進行雙相勵磁驅動，在使該電動機加減速旋轉時，對該電動機進行單-雙相勵磁驅動。
由此，具有可抑制過調量和失調度(アンダ一シユ一ト)的效果。
本發明的閥的控制方法是，對目標值的變化量設置不靈敏區域，目前目標值與下一個目標值之差不對所述目標值進行變更且不使電動機旋轉。
由此，不會導致異常的磨損，從而具有可精度良好地使閥的開度與目標值一致的效果。
本發明的閥的控制方法是，在閥的開度小於基準開度時，與大於基準開度時相比，使電動機的旋轉速度較慢。
由此，即使閥的開度處於小於基準開度的狀態，也能可靠地驅動電動機，並具有可抑制在閥全閉時所產生的軸的回跳的效果。
本發明的閥的控制方法是，在閥全閉時，與將閥停止在中間開度時相比，電動機的旋轉速度加快。
由此，不會受到失調度的影響，具有可快速將閥全閉的效果。
本發明的閥的控制方法是，在發動機起動時初始設定閥的開度。
由此，可難以聽到隨著初始設定所產生的初始聲，並具有可抑制初始誤差的發生的效果。
附圖的簡單說明圖1是表示搭載有現有閥裝置的發動機系統的結構圖，圖2是表示現有閥裝置(EGR閥)的剖視圖，圖3是表示本發明實施例1的閥裝置的結構圖，圖4是表示本發明實施例1的閥控制方法的程序方框圖，圖5是表示雙相勵磁的勵磁模式的表圖，圖6是表示單-雙相勵磁的勵磁模式的表圖，圖7是說明勵磁方式的切換的說明圖，圖8是表示本發明實施例2的閥的控制方法的程序方框圖，圖9是表示轉子的周期與脈衝寬度的周期的關係的說明圖，圖10是表示本發明實施例5的閥的控制方法的程序方框圖，圖11是說明步進電動機18旋轉速度的說明圖。
實施發明的最佳形態下面，為更詳細說明本發明，現根據附圖來說明實施本發明的最佳形態。
實施例1圖3是表示本發明實施例1的閥裝置的結構圖，圖中，10是根據汽車的行駛狀態而對EGR閥9中的閥14的開度進行控制的控制單元，18是使驅動杆19向上下方向移動的步進電動機，18a、18b、18c、18d是步進電動機18的繞組，21是對繞組18a～18d進行勵磁的電源，22a、22b、22c、22d是電晶體，23是從控制單元10受到閥升程控制信號(要求閥14開閥或閉閥的脈衝信號)時、對步進電動機18的繞組18a～18d中2個繞組進行勵磁並調整閥14的開度的開度調整裝置，24是當用開度調整裝置23結束開度調整並經過一定時間時、將步進電動機18的勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁的切換裝置。
圖4是表示本發明實施例1的閥的控制方法的程序方框圖。
下面說明工作原理。
首先，在發動機5停止的狀態下，如上所述，驅動杆19與閥杆15處於背離的狀態，由於閥杆15不受到驅動杆19的向下方的下推力，但受到彈簧17的向上方的上推力，故與抵接構件14a抵接，阻止廢氣的回流。
另一方面，當發動機5起動時，由於僅以與汽車的行駛狀態相平衡的量使發動機5的廢氣回流，故考慮到發動機的冷卻水溫度、發動機轉速、噴射泵開度等，控制單元10將閥升程控制信號(要求閥14開閥或閉閥的脈衝信號)向EGR閥9輸出，對EGR閥9中的閥14的開度進行控制。
具體地說，當EGR閥9的開度調整裝置23從控制單元10受到閥升程控制信號(要求閥14開閥的脈衝信號)時，對步進電動機18的繞組18a～18d中2個繞組進行勵磁，並使其向使驅動杆19向下方移動的方向旋轉(步驟ST1)。
即，接通電晶體22a～22d中的2個電晶體(剩餘的電晶體斷開)，從而對2個繞組進行勵磁(雙相勵磁的勵磁模式參照圖5)。
這裡，開度調整裝置23採用雙相勵磁方式的理由是，因為步進電動機18可確保較大的驅動轉矩。
由此，當驅動杆19向下方移動、與閥杆15抵接時，閥杆15被下推到下方，EGR閥9中的閥14被打開，廢氣開始回流。
並且，當廢氣的回流量成為與汽車的行駛狀態相平衡的量時，即，當閥14的開度與目標值一致時(步驟ST2)，開度調整裝置23就停止接受控制單元10的閥升程控制信號(要求閥14開閥的脈衝信號)，閥14的開度到達目標值而使步進電動機18停止旋轉。
並且，由於即使停止步進電動機18旋轉，開度調整裝置23也要將閥14的開度保持成一定，故繼續對2個繞組勵磁，但由於旋轉停止時如上述那樣成為連續通電，故繞組的發熱量與消耗電流比驅動時大。
因此，由於抑制繞組的發熱量與消耗電流，故當用開度調整裝置23結束開度調整並經過一定時間時(步驟ST3)，切換裝置24就進行將步進電動機18的勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁的處理(步驟ST4)。
由此，開度調整裝置23以後對步進電動機18的繞組18a～18d中的1個繞組進行勵磁，並將閥14的開度保持成一定(單相勵磁的勵磁模式參照圖6)。
這裡，在用開度調整裝置23結束開度調整並經過一定時間後，將勵磁方式切換到單相勵磁的理由如下。
當在結束開度調整之前和旋轉停止之後切換到單相勵磁時，步進電動機18的保持力下降，過調量變大，在最壞的情況下，步進電動機18具有失調度的可能性。
因此，步進電動機18停止旋轉，並進行保持力較大的雙相勵磁直到轉子運動穩定為止，當轉子的運動穩定時，切換到單相勵磁(參照圖7)。
另外，在將勵磁方式切換到單相勵磁時，在負荷較輕一側(在將閥下推的方式的閥裝置場合(參照圖2)，是處於與彈簧17的負荷同一方向的閉閥一側)切換到旋轉0.5步(step)的單相勵磁(使閥杆15向上方移動)。
從上得知，採用本實施例1，當受到來自控制單元10的閥升程控制信號時，對步進電動機18的繞組18a～18d中的2個繞組進行勵磁，調整閥14的開度，而當該閥14結束開度調整並經過一定時間時，將步進電動機18的勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁，從而可抑制旋轉停止時的繞組發熱量和消耗電流，結果，獲得可抑制耐熱規格嚴格化所產生的成本上升的效果。
實施例2在上述實施例1中，揭示了閥14結束開度調整並經過一定時間後、將勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁的結構，但也可根據閥14的目前開度和下一目標值的偏差而設定步進電動機18的驅動條件。
即如圖8所示，將閥14的開度(目前值)與目標值進行比較，從而判定該偏差是否是步進電動機18的1步、2步、3步、還是4步。
閥14的開度和目標值的偏差在4步以上時，進行通常的加減速控制(例如，代替閥升程控制信號的脈衝寬度而進行加減速控制)，當閥14的目前開度和下一目標值的偏差為3步以下時，根據該偏差而設定步進電動機18的驅動條件。
要進行通常的加減速控制，偏差就要4步以上，由於偏差在3步以下通常的加減速控制不成立，且在最壞情況下發生失調度，故該偏差若是3步，就對3步控制設定最佳驅動條件，該偏差若是2步，就對2步控制設定最佳驅動條件，該偏差若是1步，就對1步控制設定最佳驅動條件(例如，設定最佳的脈衝寬度和脈衝數等)。
另外，在進行1步控制的情況下，由於不能將閥升程控制信號的脈衝寬度等全部變更，故進行1步控制後，設定成在不跟從步進電動機18的極短時間給予反轉的脈衝。由此，可控制步進電動機18的過調量。
從上得知，採用本實施例2，由於根據閥14的目前開度和下一目標值的偏差而設定步進電動機18的驅動條件，故可獲得能使閥14的開度與目標值迅速一致的效果。
實施例3在上述實施例1中，揭示了對步進電動機18的負荷量不特別考慮進行控制的結構，但也可是在調整閥14的開度時，將步進電動機18的負荷與基準負荷比較，在步進電動機18的負荷小於基準負荷的情況下，將步進電動機18的驅動方式從雙相勵磁驅動切換到單-雙相勵磁驅動。
也就是說，當將驅動方式設成雙相勵磁驅動時，步進電動機18可獲得較大的轉矩，但存在著轉子運動變大、且停止時的過調量變大等問題。
另一方面，當將勵磁方式設成單-雙相勵磁驅動時，與雙相勵磁驅動相比，轉子運動變小，停止時的過調量也變小，但存在著步進電動機18的轉矩變小的問題。
因此，在步進電動機18的負荷大於基準負荷的情況下，由於要較大的轉矩，故將勵磁方式設成雙相勵磁驅動來驅動步進電動機18，在步進電動機18的負荷小於基準負荷的情況下，由於重視轉子運動的穩定性，故將驅動方式設成單-雙相勵磁驅動來驅動步進電動機18。
由此，由於根據步進電動機18的負荷來選擇適當的驅動方式，故可獲得能發揮各驅動方式的優點。
實施例4在上述實施例1中，揭示了閥14結束開度調整並經過一定時間後將勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁的結構，但也可以在使步進電動機18恆速旋轉的情況下，對步進電動機18進行雙相勵磁驅動，在使步進電動機18加減速旋轉的情況下，對步進電動機18進行單-雙相勵磁驅動。
如上述實施例1那樣，在調整閥14的開度時，當始終以雙相勵磁驅動方式驅動步進電動機18時，由於停止時的過調量和失調度變大，故當轉子的周期與閥升程控制信號中的脈衝寬度周期一致時，失調度的發生概率上升。
因此，在確認每個產品運動後，要設定脈衝時間，停止時的過調量和失調度若被抑制，則即使轉子的周期與脈衝升程控制信號中的脈衝寬度的周期一致，但由於失調度的發生概率不上升，故步進電動機18的驅動條件的設定自由度提高。
因此，在本實施例4中，由於抑制停止時的過調量和失調度，故在使步進電動機18恆速旋轉的情況下，對步進電動機18進行雙相勵磁驅動(參照圖9(a))，在使步進電動機18加減速旋轉的情況下，對步進電動機18進行單-雙相勵磁驅動(參照圖9(b))。
實施例5在上述實施例1中，揭示了對閥14的開度進行調整、直到閥14的開度與目標值一致的結構，如圖10所示，對目標值的變化設置不靈敏區域，在目前的目標值與下一目標值的偏差較小的情況下，當進入不再設定目標值的不靈敏區域內時，步進電動機18也可不旋轉。
即，由於閥14的開度目標值小級別變化而防止閥的自激振動現象，故可對目標值的變化設置不靈敏區域，但當不靈敏區域較大時，則產生不能進行精密控制的不良情況，當不靈敏區域較小時，則產生導致磨損比通常較大的不良情況。
因此，在本實施例5中，由於不會導致異常的磨損，可使閥14的開度精度良好地與目標值一致，故在步進電動機18的旋轉方向與前一次控制時相一致的情況下，即使閥14的開度的下一目標值進入不靈敏區域內，步進電動機18的驅動也不停止，按通常對步進電動機18進行控制。
另一方面，在步進電動機18的旋轉方向與前一次控制時不同的情況下，若閥14的開度的下一目標值進入不靈敏區域內，則步進電動機18不旋轉。
採用本實施例5，不靈敏區域可抑制到最小限度的1步。
實施例6在上述實施例1中，對步進電動機18的旋轉速度未特別說明，但如圖11所示，在閥14的開度小於基準開度時，與大於基準開度相比，也可使步進電動機18的旋轉速度較慢。
即，在閥14的開度較小場合或閉閥時，因在閥14上作用負壓力，故步進電動機18的負荷變大。
另一方面，當開閥量增加時，負壓力變小，步進電動機18的負荷也變小。
因此，開閥時的步進電動機18的速度要在開閥開始的前後考慮所作用的較大的負壓力來決定。
因此，在閥14的開度從小於基準開度的狀態進行開閥的情況下，由於確保較大轉矩，故當以低速來驅動步進電動機18，閥14的開度大於基準開度而使負壓力變小時，就以高速來驅動步進電動機18。
另一方面，在閥從大於基準開度的狀態進行閉閥的情況下，起初以高速來驅動步進電動機18，當閥14的開度小於基準開度而負壓力變大時，以低速來驅動步進電動機18。
由此，由於可根據步進電動機18的負荷而切換轉矩，故即使閥14的開度處於小於基準開度的狀態，也能可靠地驅動步進電動機18。另外，即使閥14在全閉時軸與轉子的擋塊部抵接，也具有可抑制軸回跳的效果。
實施例7在上述實施例1中，步進電動機18的旋轉速度未特別說明，但與將閥14全閉的情況、將閥14停止在中間開度的情況相比，也可加速步進電動機18的旋轉速度。
也就是說，當加速步進電動機18的旋轉速度時，停止時的過調量變大，在最壞的情況下發生失調度。
因此，在將閥14停止在中間開度的情況下，將步進電動機18的旋轉速度設在通常的速度，而在需全閉的急速閉閥的情況下，以比通常速度快的速度來驅動步進電動機18。
由此，在閥14全閉時，還有軸與轉子的擋塊部抵接、軸的回跳變大、產生失調度的情況，但在該情況下，通過驅動步進電動機18直到負步(マイナスstep)為止來進行減速控制，從而避免失調度的影響。
實施例8在上述實施例1等中，初始設定閥14開度的定時未特別說明，但也可在發動機5起動時初始設定閥14的開度。
也就是說，在發動機5停止的狀態下，閥14通常處於全閉狀態，由於精度良好地初始設定閥14的開度，故在起動發動機5時，需可靠地將閥14設成全閉狀態。
因此，在發動機5起動時，由於軸隨著閥14的全閉動作而與轉子的擋塊部抵接，故會產生動作聲(下面稱作初始聲)。
但是，當接通開關進行初始設定時，發動機還未起動時，因周圍是安靜的，故產生在車內會聽到初始聲的不良情況。
因此，在本實施例8中，由於隨著初始設定所產生的初始聲較難聽，故在發動機5起動時，要初始設定閥14的開度。
在發動機5起動時，發動機室內的噪聲較大，初始聲在車內變得難聽。
另外，在發動機5起動時，由於蓄電池的電壓下降，故步進電動機18的轉矩變小，初始聲自身變小。
再有，由於步進電動機18的轉矩變小，故全閉時的軸的回跳也變小，可抑制初始聲的發生。
工業上利用的可能性如上所述，本發明的閥裝置和閥的控制方法，可搭載在發動機系統中，以將發動機的廢氣再次返回到發動機的燃燒室中降低廢氣濃度，適於抑制因耐熱規格嚴格化所產生的成本上升。
權利要求
1.一種閥的控制方法，它是對設在回流管內的閥進行控制的閥的控制方法，該回流管連通向發動機供給混合氣的進氣管和將所述發動機廢氣予以排出的排氣管，其特徵在於，在發動機起動時，初始設定閥的開度，然後根據閥的驅動指令，對驅動閥的電動機的繞組進行勵磁並調整閥的開度。
全文摘要
本發明當受到來自控制單元10的閥升程控制信號時，對步進電動機18的繞組18～18d中的2個繞組進行勵磁，並調整閥14的開度，而當閥14的開度調整結束並經過一定時間時，將步進電動機18的勵磁方式從雙相勵磁切換到單相勵磁，從而提供一種可對旋轉停止時的繞組的發熱量和消耗電流予以抑制的閥的控制方法。
文檔編號F16K31/06GK1515793SQ03100980
公開日2004年7月28日 申請日期1998年12月25日 優先權日1998年12月25日
發明者橫山永, 川村敏, 男, 三好帥男, 彥, 三宅俊彥 申請人:三菱電機株式會社