DE69820379T2

DE69820379T2 - Positionssteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69820379T2
Application number: DE1998620379
Authority: DE
Inventors: Yoshiyasu Toyota-shi Itoh; Shinichi Obu-shi Kanie; Yukiya Obu-shi Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: EP0909886A3; JP3270726B2; DE69820379D1; JPH11119832A; EP0909886B1; EP0909886A2

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positionssteuerungsvorrichtung, die beispielsweise in einer Ansaugdrosselklappenvorrichtung für einen Motor des Typs verwendet wird, in dem eine Drosselklappe zum Öffnen und Schließen eines Ansaugdurchlasses durch einen Schrittmotor angetrieben wird.
Der Aufbau einer Ansaugdrosselklappenvorrichtung für einen Dieselmotor wird mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist ein Schnitt in Ansicht der Vorrichtung und 2 ist eine Seitenansicht von links.
Das Gehäuse 1, das Teil einer Ansaugvorrichtung eines Dieselmotors sein soll, umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Form. Ein Ansaugdurchlass 2 ist in dem Gehäuse ausgebildet.
An den Seitenwänden des Gehäuses 1 sind Vorsprünge 1a und 1b ausgebildet. Eine Drosselklappenwelle 3 wird rotierbar in den Seitenwänden in in die Vorsprünge 1a und 1b eingesetzten Lagern gehalten.
Eine Drosselklappe 4, die den Ansaugeinlass 2 öffnet und schließt, ist an der Drosselklappenwelle 3 befestigt. Wie in 3 gezeigt, wird der Ansaugeinlass während des normalen Laufbetriebes zwischen der Volloffenposition und der Leerlaufposition geöffnet und geschlossen und in die Ganzgeschlossenposition versetzt, wenn der Motor angehalten werden soll, wobei die Ganzgeschlossenposition weiter vorgeschoben ist als die Leerlaufposition. Ein Dieselmotor benötigt keine Zündvorrichtung und, ist der Motor angelaufen, dann setzt er den Betrieb von sich aus fort. Um den Motor sicher anzuhalten ist dafür vorzuziehen, beides, den Kraftstoff und die Luftzufuhr zu unterbrechen. Daher ist die Ansaugdrosselklappe 4 ganz geschlossen, wenn der Motor stillgesetzt werden soll.
Ein Hebel 10 mit einem Anschlagteil 10a und einem Halterungsteil 10b ist an einem linken Endteil der Klappenwelle 3 befestigt. Zwischen dem Anschlagteil 10a und dem Gehäuse ist eine Feder 11 angeordnet. Die Feder belastet den Hebel 10 in Richtung der Vollöffnung gegen das Gehäuse 1 (in 2 entgegen dem Uhrzeigersinn).
Zwei Befestigungsvorsprünge 12 und 13 sind an der linken Seite des Gehäuses vor dem, beziehungsweise hinter dem Anschlag des Hebels 10 angeformt. Ein Volloffenanschlag 14 ist an dem vorderen Befestigungsvorsprung 12 und ein Vollschließanschlag 15 an dem hinteren Befestigungsvorsprung 13 angeordnet. Der Volloffenanschlag 14 liegt am Anschlagteil 10a des Hebels 10 an, der in 2 durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist, so dass die Drosselklappe 4 in einer Ventilöffnungsendlage angehalten wird (siehe die durch eine unterbrochene Linie in 2 gezeigte Position), wodurch der Hebel 10 daran gehindert wird, weiter in die Ventilöffnungsrichtung gedreht zu werden. Der Vollschließanschlag 15 liegt am Anschlagteil 10a des Hebels 10 an (siehe die in 2 in durchgezogener Linie gezeigte Position), so dass die Drosselklappe 4 in einer Ventilschließendposition angehalten wird, wodurch der Hebel 10 daran gehindert wird, weiter in die Ventilschließrichtung gedreht zu werden (in 2 im Uhrzeigersinn). An jedem der Volloffen- und Vollgeschlossenstopper 14 und 15 kann die Position, an der der Anschlag am Anschlagteil 10a anliegt, durch eine Schraube eingestellt werden.
Ein Schalterbetätigungselement 16 ist an dem herausstehenden Ende des Halterungsteils 10b des Hebels 10 befestigt. Ein Volloffenschalter 17 für die Erkennung, dass die Drosselklappe 4 sich in der Volloffenstellung befindet, ist an der linken Außenseite des Gehäuses 1 angebracht. Der Volloffenschalter 17 liefert ein Erkennungssignal der Volloffenstellung an eine (im Folgenden als ECU bezeichnete) Steuerungseinrichtung 40. Das Signal wird ein- und ausgeschaltet, wenn ein Erfassungsende 17a des Volloffenschalters 17 vom Schalterbetätigungselement 16 belastet oder entlastet wird in Verbindung mit dem Öffnungs- oder Schließvorgang der Drosselklappe 4 in unmittelbarer Nähe der Volloffenstellung. An dem Schalterbetätigungselement 16 kann die Stellung, in der das Element gegen das Erfassungsende 17a des Volloffenschalters 17 drückt durch eine Schraube eingestellt werden.
5 zeigt Beziehungen zwischen dem Ausgangssignal des Volloffenschalters 17 und der Drosselöffnung der Drosselklappe 4. Wenn die Drosselklappe 4 in die Öffnungsrichtung bewegt wird, wird der Volloffenschalter bei einer bestimmten Stellung auf EIN geschaltet. Der Volloffenschalter 17 wird bei einer Öffnung auf AUS geschaltet, bei der die Drosselklappe 4 um einen bestimmten Betrag weiter von der Öffnung geschlossen wird, in der der Volloffenschalter 17 auf EIN geschaltet wird. Das ist so, weil der Volloffenschalter 17 eine Hysterese aufweist. Der Betrag der Hysterese des Volloffenschalters 17 variiert von Fall zu Fall und im Verlauf der Zeit. Daher muss die Beurteilung des Schalterausgangssignals einheitlich erfolgen, sowohl beim Übergang von AUS auf EIN oder von EIN auf AUS. In der Folge wird angenommen, dass die Stellung, in der der Schalterausgang von AUS auf EIN wechselt, als Bezugspunkt gilt. Die Klappenschließendstellung der Drosselklappe 4, wie sie vom Volloffenstopper 14 vorgegeben ist, wird in eine Stellung gebracht, in der die Streuung der EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 ausgeglichen wird.
Die Antriebskraft eines Schrittmotors 20, der als Antriebsvorrichtung dient, die die Drosselklappe 4 antreibt, ist am rechten Ende der Drosselklappenwelle 3 über eine Kraftübertragungsvorrichtung 21 verbunden. Der Schrittmotor wird durch die ECU 40 gesteuert.
Die Kraftübertragungsvorrichtung 21 besteht aus einer zweiten Feder 22, die die Drosselklappenwelle 3 gegenüber dem Gehäuse 1 in der Klappenschließrichtung belastet, Übersetzungsgetrieben usw. Die Betätigungskraft der zweiten Feder 22 ist so eingestellt, dass sie größer ist als jene der ersten Feder 11 und kleiner als das Drehmoment, das durch die Antriebskraft des Schrittmotors 20 bedingt ist. Die Betätigungskraft der ersten Feder 11 ist so eingestellt, dass sie schwächer als das Anhaltemoment ist, das durch das Rastmoment des Schrittmotors 20 bedingt ist.
Ein EGR-Ventil 30 einer EGR-Regelvorrichtung, die die Abgasrückführung steuert (in der Folge als „EGR" bezeichnet) ist in die stromabliegende Seite der Drosselklappe 4 des Gehäuses 1 eingesetzt. Das EGR-Ventil umfasst ein Ventilelement 33, das einen Ventilsitz 32 öffnet und schließt, der in einem Endteil des Abgasrückführungsdurchlasses 31 angeordnet ist, der mit dem Ansaugdurchlass 2 in Verbindung steht. Das Ventil ist so ausgeführt, dass bei einem Unterdruck, der in einer Unterdruckkammer 35 erzeugt wird, die durch eine Membran 34 abgetrennt ist, und der schwächer ist als die Drängkraft einer Membranfeder 36, das Ventilelement 33 geschlossen wird und, wenn der Unterdruck stärker ist als die Betätigungskraft, das Ventilelement 33 geöffnet wird. Die Unterdruckkammer 35 wird durch den Schaltvorgang eines Unterdrucksteuerventils 37, das durch die ECU 40 gesteuert wird, mit der Außenluft oder einer Unterdruckquelle verbunden.
Wenn das Ventilelement 33 geöffnet wird und der EGR-Durchlass (Abgasrückführungsdurchlass) 31 mit dem Ansaugdurchlass 2 in Verbindung steht und das EGR-Gas einen höheren Druck aufweist als die durch den Ansaugdurchlass 2 strömende aufgenommene Luft (auch Frischluft oder Ansaugluft genannt), dann strömt das EGR-Gas in den Ansaugdurchlass 2 und wird als Kraftstoffluftgemisch dem Motor zugeführt. Wenn eine große Menge EGR-Gas schnell dem Motor zugeführt werden soll, wird die Drosselklappe 4 geschlossen, so dass der Druck der Frischluft abgesenkt wird, die durch den Ansaugdurchlass 2 fließt.
4 ist ein Blockdiagramm einer ECU 40.
Die ECU 40 umfasst eine CPU (Zentralrechner) 44, der das Volloffenpositionserkennungssignal vom Volloffenschalter 17 über eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 41 erhält und dem ein Ausgangssignal vom Beschleunigungssensor 19 über eine Eingangs/Ausgangsschnittstelle 42 und einen Analog/Digital-Umsetzer 43 zur Erkennung des Betätigungsbetrages der Beschleunigungseinrichtung zugeführt wird. Ein Teil eines RAM 47 wird als Motorzähler 45 benutzt, der die augenblickliche Position des Schrittmotors 20 in Form einer gezählten Zahl (Schrittzahl) anzeigt.
Die CPU 44 wandelt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 der dem Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 19 entspricht, in eine gezählte Zahl des Motorzählers 45 um und liefert über eine Treiberschaltung Treiberimpulse zum Schrittmotor 20, so dass die gezählte Zahl des Motorzählers 45 mit der umgewandelten gezählten Zahl übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird die gezählte Zahl des Motorzählers 45 entsprechend der Drehrichtung des Schrittmotors 20 und der Zahl der eingegebenen Treiberimpulse erhöht oder herabgesetzt.
Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 und die gezählte Zahl können manchmal nicht zur Übereinstimmung kommen, wenn die Schrittzahl des Schrittmotors 20, der die Drosselklappe 4 antreibt, wie oben beschrieben entsprechend der gezählten Zahl des Motorzählers 45 gesteuert wird. Daher wird ein Initialisierungsverfahren des Motorzählers 45 durchgeführt (auch Initialisierung genannt), wenn die Drosselklappe 4 sich in der Ausgangsstellung befindet.
Der Motorzähler 45 wird auf Null initialisiert, wenn der Schrittmotor 20 angesteuert wird, um die Drosselklappe 4 in der Öffnungsrichtung zu bewegen und vom Volloffenschalter 17 angezeigt wird, dass sich die Drosselklappe 4 zum Beispiel in der Volloffenstellung befindet. Insbesondere wird die Drosselklappe 4 in der Öffnungsrichtung bewegt, bis der Volloffenschalter 17 auf EIN schaltet, und das Initialisierungsverfahren wird unter Verwendung der Stellung als Bezugsstellung durchgeführt, in der der Volloffenschalter 17 auf EIN geschaltet wurde.
In dem Fall, in dem die gezählte Zahl des Motorzählers 45 auf Null zurückgesetzt wird, zeigt die gezählte Zahl des Motorzählers 45 die Zahl der Schritte ausgehend von der Volloffenstellung der Drosselklappe 4 an.
Um den Motorzähler 45 in der Volloffenstellung zu initialisieren, muss der Volloffenschalter 17, zum Beispiel während des Einbaus des Schalters in das Drosselgehäuse, eingestellt werden.
Eine konventionelle Art der Einstellung des Volloffenschalters 17 wird mit Bezug auf das Ablaufdiagramm der 14 beschrieben werden, das den Vorgang der Einstellung des Volloffenschalters 17 zeigt. Es wird angenommen, dass der Schalter so eingestellt wird, dass der Zustand des Schalters von AUS auf EIN wechselt, wenn der Schritt vom 67. Schritt aus der Leerlaufstellung zum 68. Schritt, wie in 15 gezeigt, vorwärts bewegt wird. Eine Einstellungsschrittzahl wird nur in Verbindung mit dieser Einstellung angewandt, was bedeutet, dass der Wert in der Leerlaufstellung zum Beispiel Null ist und zunimmt, wenn die Drosselklappe in der Öffnungsrichtung bewegt wird. Die Einstellschrittzahl unterscheidet sich von der Schrittzahl des eigentlichen Steuervorgangs.
Zuerst wird der Schrittmotor 20 angesteuert und die Drosselklappe 4 in die Leerlaufstellung bewegt (Schritt 201). Danach wird die Einstellschrittzahl auf Null gesetzt (Schritt 202).
Als Nächstes wird die Drosselklappe 4 bis einen Schritt vor der EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 oder bis on der Leerlaufstellung aus bis zur Position von Schritt 67 in der Öffnungsrichtung geöffnet (Schritt 203).
Es wird dann festgestellt, ob sich der Volloffenschalter 17 in dieser Position in der AUS-Stellung befindet oder nicht (Schritt 204).
Falls der Volloffenschalter 17 auf EIN steht, wird der Volloffenschalter 17 unter Benützung der Schraube am Schalterdrückelement 16 auf AUS eingestellt (Schritt 205).
Wenn der Volloffenschalter auf AUS steht, geht die Steuerung zu Schritt 206 über.
Als Nächstes wird die Drosselklappe 4 zur EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 geöffnet oder zum Beispiel zur Position bei 68 Schritten von der Leerlaufposition in Öffnungsrichtung (Schritt 206).
Es wird dann festgestellt, ob der Volloffenschalter 17 in dieser Stellung auf EIN steht oder nicht (Schritt 207).
Wenn der Volloffenschalter 17 auf AUS steht, wird der Volloffenschalter 17 unter Benutzung der Schraube am Schalterbetätigungselement 16 so eingestellt, dass er auf EIN steht (Schritt 208). Danach wird die Drosselklappe einmal bis zu einer Stellung geschlossen, in der der Volloffenschalter 17 ungeachtet der Hysterese sicher ausgeschaltet ist oder zum Beispiel bis zu einer Stellung in der Nachbarschaft des 60. Schrittes (Schritt 209), und die Steuerung kehrt zu Schritt 203 zurück, um das oben beschriebene Verfahren zu wiederholen.
Wenn der Volloffenschalter auf EIN steht, ist der Vorgang beendet.
Im herkömmlichen Verfahren der Einstellung des Volloffenschalters wird das Schalterbetätigungselement 16 wie in 15 gezeigt so verstellt, dass der Volloffenschalter 17 von AUS auf EIN wechselt, wenn die Drosselklappe 4 von der Stellung, in der die Klappe von der Leerlaufposition aus 67 Schritte bewegt wurde, zu der Stellung, in der die Klappe um 68 Schritte bewegt wird. Auch wenn die EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 in einem Schritt des Einbauens des Schalters in das Klappengehäuse richtig eingestellt wird, kann die EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 daher durch Abnutzung des Volloffenschalters 17 und des Getriebes und der Beschädigung von Teilen verschoben werden. In einem derartigen Fall kommt es oft vor, dass die verschobene Stellung irrtümlich für die Volloffenstellung gehalten wird.
Als Beispiel soll der in 16 gezeigte Fall betrachtet werden, in dem die EIN-Position des Volloffenschalters 17 in der Nachbarschaft der Stellung liegt, in der die Klappe um 67 Schritte von der Leerlaufstellung aus bewegt wurde. In einem derartigen Fall wird diejenige Stellung dann als die Volloffenstellung festgestellt, die in der Schließrichtung einen Schritt von der ursprünglichen Volloffenstellung liegt, wenn die EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 durch Abnutzung oder dergleichen des Volloffenschalters 17 um einen sehr kleinen Betrag in der Schließrichtung versetzt ist.
In einem anderen, in 17 gezeigten Fall, in dem die EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 in der Nähe der Position liegt, in der die Klappe um 68 Schritte von der Leerlaufstellung aus bewegt wurde, wird die Position als Volloffenposition festgestellt, die von der ursprünglichen Volloffenposition um einen Schritt in Öffnungsrichtung getrennt ist, auch wenn die EIN-Stellung des Volloffenschalters 17 durch Verschleiß oder dergleichen des Volloffenschalters 17 in der Öffnungsrichtung um einen sehr kleinen Betrag versetzt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist Gegenstand der Erfindung, eine Positionssteuerungsvorrichtung und eine Ansaugvorrichtung für einen Motor bereitzustellen, bei denen die Häufigkeit der Verschiebung der Erkennung der Referenzposition, die auf eine durch Verschleiß oder Beschädigung von Teilen oder dergleichen verursachte Verschiebung der EIN-Stellung eines Schalters zurückzuführen ist, auf ein Minimum herabgesetzt werden kann, wodurch eine Verminderung der Leistungsfähigkeit der Steuerung verhindert wird.
Um die Zielsetzungen zu verwirklichen, umfasst die Erfindung zur Bereitstellung einer Positionssteuerungsvorrichtung: Einen Schrittmotor, der eine Vorrichtung antreibt; eine Referenzpositionserfassungseinrichtung, die erkennt, ob die Vorrichtung sich in einer Referenzposition befindet und die ein Referenzpositionserkennungssignal abgibt; und eine Steuervorrichtung, die auf der Grundlage des Referenzpositionserkennungssignals von der Referenzpositionserfassungseinrichtung den Schrittmotor steuert und damit die Stellung der Vorrichtung, wenn die Vorrichtung bewegt wird, wobei die Steuervorrichtung den Schrittmotor um einen sehr kleinen Winkel dreht, wenn die Referenzpositionserfassungseinrichtung eingestellt werden soll.
Bei Benutzung der vorgestellten Positionssteuerungsvorrichtung wird die Referenzpositionserfassungseinrichtung eingestellt, während der Schrittmotor um einen sehr kleinen Winkel angetrieben wird oder um einen Schrittbewegungsbetrag, der kleiner ist als der einer normalen Bewegung. Daher kann die Häufigkeit des Auftretens einer Verschiebung der Referenzerfassungsposition aufgrund von Beschädigung oder Verschleiß von Teilen oder dergleichen auf ein minimales Maß gedrückt werden, wodurch eine Verschlechterung des Steuerungsverhaltens verhindert wird.
Überdies bewegt die Steuervorrichtung in der oben dargelegten Positionssteuerungsvorrichtung den Schrittmotor um einen sehr kleinen Winkel in einem winzigen Bereich, der sich im wesentlichen in einem Mittelteil eines Bewegungsbereichs der Vorrichtung befindet, wo die Referenzpositionserfassungseinrichtung während des normalen Betriebes das Bezugspunkterkennungssignal abgibt.
Wenn die dargelegte Positionssteuerungsvorrichtung benützt wird, wird die Positionserfassungseinrichtung eingestellt, während der Schrittmotor um einen sehr kleinen Winkel in einem sehr kleinen Bereich bewegt wird, der in einem im wesentlichen mittleren Teil eines Bewegungsbereiches der Vorrichtung liegt, wo die Positionserfassungseinrichtung während des normalen Betriebes das Positionserkennungssignal abgibt. Daher kann die Häufigkeit des Auftretens einer Verschiebung der Erkennung der Referenzposition wegen Beschädigung oder Verschleiß von Teilen oder dergleichen weiter auf einen minimalen Grad gedrückt werden.
Als ein anderer Aspekt der Erfindung wird die oben beschriebene Positionssteuerungsvorrichtung in einer Verwendung als Positionssteuerungsvorrichtung für eine Drosselklappe mit einer Ansaugdrosselklappenvorrichtung für einen Motor und einer Drosselklappe dargestellt, die einen Ansaugdurchlass eines Motors öffnet und schließt.
Mit der vorstehend angegebenen Ansaugdrosselklappenvorrichtung für einen Motor wird die Positionserkennungseinrichtung eingestellt, während der Schrittmotor um einen sehr kleinen Winkel bewegt wird oder um einen Schrittbetrag, der kleiner ist als bei einer normalen Ansteuerung. Daher kann die Häufigkeit des Auftretens einer Verschiebung der Erkennung der Referenzposition wegen Beschädigung oder Verschleiß von Teilen oder dergleichen weiter auf einen minimalen Grad vermindert werden.
Des Weiteren erkennt die Referenzpositionserfassungseinrichtung in der vorstehend angegebenen Ansaugdrosselvorrichtung für einen Motor eine Volloffenstellung der Drosselklappe als Bezugspunkt.
Wenn die vorstehend angegebene Ansaugdrosselvorrichtung für einen Motor benützt wird, kann ein Mehrzweckschalter mit einem kleinen Auslöseweg und niedrigen Herstellungskosten als die Referenzpositionserfassungseinrichtung verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Frontschnittansicht einer Ansaugdrosselvorrichtung für einen Dieselmotor;
2 ist eine Ansicht von links der 1;
3 ist ein Diagramm, das die Bewegungspositionen einer Drosselklappe zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung;
5 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen einem Ausgangssignal eines Volloffenschalters und der Öffnung einer Drosselklappe zeigt;
6 ist ein Diagramm, das den Einstellvorgang einer Referenzpositionserfassungseinrichtung der Erfindung verdeutlicht;
7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Feinwinkelschrittverfahrens;
8 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Feinwinkelschrittverfahrens;
9 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung des Feinwinkelschrittverfahrens;
10 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung des Feinwinkelschrittverfahrens;
11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Feinwinkelschrittverfahrens;
12 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung des Feinwinkelschrittverfahrens;
13 ist ein Ablaufdiagramm, das das Einstellverfahren der Referenzpositionserfassungsvorrichtung der Erfindung veranschaulicht;
14 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Einstellverfahrens der Referenzpositionserfassungsvorrichtung auf bekannte Weise;
15 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einstellverfahrens der Referenzpositionserfassungsvorrichtung auf bekannte Weise;
16 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Falles, in dem die Erfassungsposition der Referenzpositionserfassungseinrichtung verschoben ist;
17 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Falles, in dem die Erfassungsposition der Referenzpositionserfassungseinrichtung verschoben ist; und
18 ist ein typisches Diagramm, das die Beziehungen zwischen dem Öffnungsgrad der Drossel und einer Ansaugmenge zeigt.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN IM EINZELNEN
In der Folge wird an Hand der anliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
In der Erfindung wird wie in 6 gezeigt der Betrag (in der Folge wird ein derartiger Betrag als "Schrittbewegungsbetrag" bezeichnet), um den der Schrittmotor 20 und damit die Drosselklappe 4 bewegt werden, wenn der Schrittmotor 20 im normalen Betrieb einen Impuls erhält, fein unterteilt und der Schrittmotor 20 und damit die Drosselklappe um den sehr kleinen. Winkel bzw. Feinwinkel angetrieben werden, der sich aus der feinen Unterteilung ergibt. In der Figur ist der Schrittbewegungsbetrag eines normalen Betriebes in sieben gleiche Teile unterteilt. Die Feinwinkelbewegung wird ausgeführt, indem man einen Schrittbewegungsbetrag benützt, der ein Siebentel des Schrittbewegungsbetrags im normalen Betrieb beträgt. Die Zahl der Unterteilungen kann willkürlich gewählt werden.
Der Volloffenschalter 17 wird so eingestellt, dass der Zustand des Volloffenschalters 17 in einem willkürlichen Feinwinkelbereich zwischen der Position, in der die Klappe 67 Schritte von der Leerlaufstellung in Öffnungsrichtung und der Position, bei der die Klappe 68 Schritte bewegt wurde, von AUS auf EIN wechselt, oder gemäß der Figur während der Periode, wenn die Klappe aus der Position P, in der die Klappe 67 und 3/7 Schritte auf die Position Q bewegt wird, in der die Klappe 67 und 4/7 Schritte bewegt wird, das heißt, in einem Feinwinkelbereich, der im wesentlichen mittig zwischen der Position, in der die Klappe von der Leerlaufstellung um 67 Schritte in der Öffnungsrichtung bewegt wird und der, in welcher die Klappe um 68 Schritte bewegt wird.
Gemäß dieser Konfiguration ist die Möglichkeit gering, dass die Verschiebung außerhalb des Bereiches der Position, in der die Klappe von der Leerlaufstellung um 67 Schritte und der, in der die Klappe um 68 Schritte bewegt wird, fällt, auch wenn die Position, in der der Zustand des Volloffenschalters 17 von AUS auf EIN wechselt, wegen des Auftretens von Verschleiß des Volloffenschalters 17 und der Getriebe, von Beschädigung von Teilen und dergleichen, verschoben ist.
Das Verfahren zum Betreiben des Schrittmotors um einen sehr kleinen Winkel umfasst das Einschaltdauerverfahren, das Verfahren der zwei Energiequellen, das Vorschaltwiderstandsverfahren und dergleichen.
Gemäß dem Einschaltdauerverfahren in einem Wechselstrommotor mit A- und B-Phasenenergiequellen wie in 7 gezeigt, werden zum Beispiel die A-Phase und die B-Phase der Energiezufuhr wie in 8 gezeigt einer Einschaltdauersteuerung unterworfen (in der das Verhältnis der Energiezufuhrzeiten in einer Periode T, das heißt die Einschaltdauer gesteuert wird).
Gemäß der in 9 gezeigten Methode wird der Schrittbewegungsbetrag vom Einphasenerregungszustand der Phase A, in der das Verhältnis von Betriebsstrom zu Volllaststrom 100 und das der Phase-B-Stromquelle 0% ist zum Einphasenerregungszustand der Phase B, in der das Verhältnis von Betriebsstrom zu Volllaststrom der Phase A 0% und das der Phase-B-Stromquelle 100% ist, durch Veränderungen der Einschaltverhältnisse der A-Phase und der B-Phase-Stromquellen fein in kleinste Winkelbewegungen unterteilt (zum Beispiel A₁% bis A₆% und B₁% bis B₆%).
Gemäß dem Verfahren der zwei Energiequellen werden in einem Zweiphasenschrittmotor mit wie in 7 gezeigt Phase-A- und Phase-B-Stromquellen zum Beispiel die Spannungen der A-Phase- und die B-Phase-Stromquelle geändert.
In dem in 10 gezeigten Verfahren wird der Schrittbewegungsbetrag vom Einphasenerregungszustand der A-Phase, in der die Spannung der A-Phasenstromquelle 12 V und die der B-Phasenstromquelle 0 V ist zum Einphasenerregungszustand der B-Phase, in der die Spannung der A-Phasenstromquelle 0 V und die der B-Phasenstromquelle 12 V ist, durch das Wechseln der A-Phasen- und der B-Phasenstromquellen in kleinste Winkelbewegungsbeträge fein unterteilt (zum Beispiel A₁ V nach A₆ V und B₁ V nach B₆ V).
Gemäß dem Vorschaltwiderstandsverfahren werden in einem Zweiphasenschrittmotor mit Vorschaltwiderständen für Phase A und Phase B wie in 11 gezeigt die Werte der Vorschaltwiderstände für die A- und die B-Phase getauscht.
In dem in 12 gezeigten Verfahren wird der Schrittbewegungsbetrag vom Einphasenerregungszustand der Phase A, in der der Vorschaltwiderstand für Phase A 0 Ω und der der B-Phasenstromquelle ∞ Ω ist, zum Einphasenerregungszustand der B-Phase, in der der Vorschaltwiderstand für die A-Phase ∞ Ω und der der Phase-B-Stromquelle 0 Ω ist, durch Wechseln der Vorschaltwiderstände für Phase A und Phase B (zum Beispiel A₁ Ω auf A₆ Ω und B₁ Ω auf B₆ Ω) in kleinste Winkelbewegungsbeträge fein unterteilt.
Als Nächstes wird anhand des Ablaufdiagramms der 13 ein Verfahren zur Einstellung des Volloffenschalters gemäß der Erfindung beschrieben.
Zuerst wird der Schrittmotor 20 angesteuert und die Drosselklappe in die Leerlaufstellung gebracht (Schritt 101). Danach wird die Einstellungsschrittzahl auf null gesetzt (Schritt 102).
Als Nächstes wird die Drosselklappe zum 67. und 3/7 Schritt von der Leerlaufstellung in der Öffnungsrichtung geöffnet (Schritt 103).
Sodann wird festgestellt, ob der Volloffenschalter 17 in dieser Position auf AUS steht oder nicht (Schritt 104).
Sollte der Volloffenschalter auf EIN stehen, wird der Volloffenschalter 17 unter Benutzung der auf dem Schalterbetätigungselement 16 angeordneten Schraube so eingestellt, dass er ausgeschaltet ist (Schritt 105).
Wenn der Volloffenschalter 17 auf AUS steht, schreitet die Steuerung zu Schritt 106 vor.
Als Nächstes wird die Drosselklappe auf die Position 67 und 4/7 Schritte geöffnet (Schritt 106).
Dann wird festgestellt, ob der Volloffenschalter 17 auf EIN steht oder nicht (Schritt 107).
Wenn der Volloffenschalter auf AUS steht, wird der Volloffenschalter 17 unter Benützung der am Schalterdrückelement 16 angeordneten Schraube so eingestellt, dass er auf EIN steht (Schritt 108). Danach wird die Drosselklappe zu einer Position geschlossen, in der der Volloffenschalter ungeachtet der Hysterese sicher ausgeschaltet ist oder zum Beispiel zu einer Position in der Nachbarschaft des 60. Schrittes (Schritt 109) und die Steuerung kehrt zu Schritt 103 zurück, um das oben beschriebene Verfahren zu wiederholen.
Wenn der Volloffenschalter 17 auf EIN steht, ist das Verfahren beendet.
Das Verfahren zur Initialisierung des Motorzählers 45, nachdem der Volloffenschalter 17 auf diese Weise eingestellt ist, wird beschrieben.
Wenn der Motor angelassen werden soll, wird das Initialisierungsverfahren zugleich mit dem Einschalten des Zündungsschalters begonnen.
Als Erstes wird festgestellt, ob der Volloffenschalter EIN- oder Ausgeschaltet ist. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, wird die Klappe einmal geschlossen, bis der Schalter ausgeschaltet wird. Wenn der Volloffenschalter 17 ausgeschaltet ist, wird die Drosselklappe 4 aus dieser Stellung in der Öffnungsrichtung bewegt.
In der Stellung, in der der Volloffenschalter 17 eingeschaltet wird, wird die gezählte Zahl des Motorzählers 45 zu diesem Zeitpunkt auf null gesetzt.
Als Nächstes wird die Außertrittfallprüfung des Motorzählers während des Betriebes des Motors beschrieben. Die Außertrittfallprüfung ist eine Überprüfung, ob der Motor in Bezug auf den ursprünglichen Wert beim Einschalten der Zündung ohne aus dem Schritttakt zu kommen arbeitet. Zum Beispiel wird festgestellt, ob der Zustand des Schalters von AUS auf EIN wechselt oder nicht, wenn die Drosselklappe in die Volloffenstellung bewegt wird. Wenn als Ergebnis der Außertrittfallprüfung festgestellt wird, dass der Motor normal läuft, läuft die Steuerung weiter wie vorher. Wenn eine Abweichung festgestellt wird, wird ein Verfahren zur Behebung der Abweichung zum Beispiel durch nochmalige Ausführung des Initialisierungsverfahrens durchgeführt.
Der Grund dafür, dass das oben beschriebene Verfahren im Zustand der völligen Öffnung durchgeführt wird, wird beschrieben. Die Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 (der Drosselöffnung) und der erforderlichen Ansaugmenge des Dieselmotors sind in der Kennliniendarstellung gemäß 18 gezeigt. Wie es in 18 gezeigt ist, wird die erforderliche Ansaugmenge (erforderliche Menge Luft) bei einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen des Motors bei einer Drosselöffnung von 50° erzielt. Auch wenn die Drosselklappe im Öffnungsbereich X geöffnet oder geschlossen wird, in dem der Öffnungsbereich nicht kleiner ist als 50°, das heißt, dem Öffnungsbereich von 50°–80°, wird die Ansaugmenge wenig verändert und der Motor wird kaum beeinflusst. Bei geringerer Drehzahl des Motors ist die erforderliche Ansaugmenge kleiner und bei höherer Drehzahl des Motors ist die erforderliche Ansaugmenge größer. Daher ist der Öffnungsbereich X, in dem, auch wenn die Drosselklappe 4 geöffnet oder geschlossen wird, die Ansaugmenge sich wenig ändert, bei niedrigerer Drehzahl des Motors breiter und bei erhöhter Drehzahl enger. In einem Bereich von 70°–80° innerhalb des Öffnungsbereichs X ändert sich die Ansaugmenge ungeachtet der Drehzahl des Motors wenig, auch wenn die Drosselklappe geöffnet oder geschlossen wird und der Betrieb des Motors wird kaum gestört. Dieser Bereich wird der Hochöffnungsbereich H genannt.
Während eines Betriebes des Motors, wenn sich der Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 dem Öffnungsbereich X nähert, in dem die erforderliche Ansaugmenge des Dieselmotors gegeben ist, wird der Schrittmotor 20 so gesteuert, dass die Drosselklappe 4 sich in der Volloffenstellung im Hochöffnungsbereich H befindet. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Außertrittfallprüfung durchgeführt wird, hat sogar eine besondere Bewegung der Drosselklappe keinen Einfluss auf den Motor, die während der Außertrittfallprüfung ausgeführt wird. Daher kann die Außertrittfallprüfung günstigerweise ausgeführt werden. Um festzustellen, dass der Öffnungsbereich der Drosselklappe 4 in den Öffnungsbereich X eintritt, in dem die erforderliche Ansaugmenge vorliegt, wird zum Beispiel vorher ein Kennfeld der Drehzahl des Dieselmotors, der Kraftstoffeinspritzmenge und der Öffnung der Drosselklappe vorbereitet und die Prüfung wird auf der Basis dieses Kennfelds ausgeführt.
Wenn der Motor angehalten werden soll, wird der Schrittmotor 20 hingegen so gesteuert, dass die Drosselklappe 4 aus der Leerlaufstellung in die Volloffenstellung bewegt wird und dann wird festgestellt, ob der Motor angehalten wurde oder nicht.
Wenn der Motor angehalten wurde, wird die Drosselklappe in der Öffnungsrichtung bewegt.
Wenn der Volloffenschalter 17 dann ausgeschaltet ist, wird die Energiezufuhr zum Schrittmotor 20 unterbrochen.
Auf diese Weise wird die Energiezufuhr zum Schrittmotor 20 beim Anhalten des Motors in dem Stadium unterbrochen, in dem die Drosselklappe 4 sich in der Nachbarschaft der Stellung befindet, in der der Volloffenschalter 17 von EIN auf AUS wechselt oder umgekehrt. Wenn der Motor wieder angelassen werden soll, ist es daher möglich, den Motorzähler 45 schnell zu initialisieren.
Als Referenzpositionserfassungseinrichtung, die feststellt, dass sich die Drosselklappe in der Referenzposition befindet, wird der Volloffenschalter benutzt, der anzeigt, dass die Drosselklappe in der Volloffenstellung ist. Gemäß dieser Konfiguration ist es nicht erforderlich, einen Schalter oder dergleichen mit einem besonderen Aufbau mit einem großen Erkennungshub zu benützen und bei dem die Erkennung zum Beispiel ausgeführt wird, während eine Zwischenstellung der Öffnung- und Schließhübe der Drosselklappe als Referenzposition benützt wird. Ein Mehrzweckschalter mit einem kleinen Erkennungshub und geringen Herstellungskosten kann als die Vorrichtung benützt werden.
In dem Ausführungsbeispiel wird die Stellung als Referenzposition benützt, in der der Zustand des Volloffenschalters von AUS auf EIN wechselt. Als Alternative kann die Stellung als Referenzposition benützt werden, in der der Zustand des Volloffenschalters von EIN auf AUS wechselt. In der Alternative wird auch die Einstellung in der Stellung vorgenommen, in der der Zustand des Schalters von AUS auf EIN wechselt.
Die Referenzpositionserfassungseinrichtung ist nicht auf einen mechanischen Schalter beschränkt und verschiedene Arten von Schaltern, wie zum Beispiel ein optischer Schalter, können benützt werden.
Die Referenzposition, die von der Referenzpositionserfassungseinrichtung erkannt werden soll, ist nicht auf den Volloffenschalter beschränkt. Eine willkürliche Stellung kann gewählt werden, solange sie sich im Hochöffnungsbereich H befindet. In diesem Fall wird das Initialisierungsverfahren des Motorzählers in Übereinstimmung mit der gewählten Referenzposition ausgeführt.
Vorstehend wurde das Ausführungsbeispiel beschrieben, in dem eine Referenzpositionserfassungseinrichtung einer Drosselklappe für einen Dieselmotor eingestellt wird. Die Erfindung kann auch auf eine Drosselklappe für einen anderen Motor als einen Dieselmotor angewandt werden und ebenso kann die Referenzposition auf geeignete Weise verändert werden.
Vorstehend wurde das Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Erfindung auf eine Positionssteuerung für eine Drosselklappe einer Ansaugdrosselklappenvorrichtung angewandt wird. Die Erfindung kann auch auf eine Positionssteuerung anderer Arten von Vorrichtungen als einer Drosselklappe angewandt werden.
Wie oben beschrieben kann die Häufigkeit des Auftretens von Verschiebungen der Erkennung der Referenzposition aufgrund von Beschädigungen oder Verschleiß von Teilen oder dergleichen bei Verwendung der Positionssteuerung gemäß Anspruch 1 auf einen minimalen Grad gedrückt werden, wodurch eine Verminderung der Leistungsfähigkeit der Steuerung verhindert wird.
Wenn die Positionssteuerung gemäß Anspruch 2 benützt wird, kann die Häufigkeit des Auftretens von Verschiebungen der Erkennung der Referenzposition weiter auf einen minimalen Grad vermindert werden.
Wenn die Ansaugdrosselklappenvorrichtung für einen Motor gemäß Anspruch 3 benützt wird, kann die Häufigkeit des Auftretens von Verschiebungen der Erkennung der Referenzposition aufgrund von Beschädigungen oder Verschleiß von Teilen oder dergleichen auf einen minimalen Grad vermindert werden, wodurch eine Herabsetzung der Steuerungsfunktion verhindert wird.
Wenn die Ansaugdrosselklappenvorrichtung für einen Motor gemäß Anspruch 4 verwendet wird, kann ein Mehrzweckschalter als Referenzpositionserfassungseinrichtung verwendet werden, der einen kleinen Erkennungshub und geringe Herstellungskosten hat.
Eine Positionssteuerungseinrichtung umfasst einen Schrittmotor (20), der eine Vorrichtung (4) antreibt; eine Referenzpositionserfassungseinrichtung (17), die erkennt, dass die genannte Einrichtung (4) sich in einer Referenzposition befindet und die ein Referenzpositionserfassungssignal abgibt; und eine Steuerungsvorrichtung (40), die den Schrittmotor (20) auf der Grundlage des Referenzpositionserfassungssignals von der Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) in eine Position der Vorrichtung (4) steuert, wobei, wenn die genannte Vorrichtung (4) bewegt und die Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) eingestellt werden soll, die genannte Steuerungsvorrichtung (17) den genannten Schrittmotor (20) um einen Winkel antreibt, der kleiner ist als der normale Winkel.

Claims

Positionssteuerungsvorrichtung mit einem Schrittmotor (20), der ein Gerät (4) antreibt, einer Referenzpositionserfassungseinrichtung (17), die erfasst, ob das Gerät (4) sich an einer Referenzposition befindet, und ein Referenzpositionserfassungssignal ausgibt, und einer Steuerungseinrichtung (40), die auf der Grundlage des Referenzpositionserfassungssignals aus der Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) den Schrittmotor (20) derart steuert, dass eine Position des Geräts (4) gesteuert wird, wobei, wenn das Gerät (4) bewegt wird und die Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) justiert wird, die Steuerungseinrichtung (40) den Schrittmotor (20) um einen Winkel antreibt, der kleiner als der reguläre Schrittwinkel ist.
Positionssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung (40) den Schrittmotor (20) um einen Winkel antreibt, der kleiner als der reguläre Schrittwinkel in einem kleinen Bereich ist, der im wesentlichen der mittlere Abschnitt eines Bewegungsbereichs des Geräts (40) ist, in der die Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) das Referenzpositionserfassungssignal während des normalen Antriebs ausgibt.
Ansaugdrosselklappenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe (4), die einen Ansaugdurchlass (2) öffnet und schließt, und einer Positionssteuerungsvorrichtung für die Drosselklappe mit einem Schrittmotor (20), der die Drosselklappe (4) antreibt, einer Referenzpositionserfassungseinrichtung (17), die erfasst, ob die Drosselklappe (4) sich an einer Referenzposition befindet, und ein Referenzpositionserfassungssignal ausgibt, und einer Steuerungseinrichtung (40), die auf der Grundlage des Referenzpositionserfassungssignals aus der Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) den Schrittmotor (20) derart steuert, dass eine Position der Drosselklappe (4) gesteuert wird, wobei, wenn die Drosselklappe (4) bewegt wird und die Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) justiert wird, die Steuerungseinrichtung (40) den Schrittmotor (20) um einen Winkel antreibt, der kleiner als der reguläre Schrittwinkel ist.
Ansaugdrosselklappensteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) eine vollständig geöffnete Position der Drosselklappe (4) als die Referenzposition erfasst.
Ansaugdrosselklappensteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Steuerungseinrichtung (40) den Schrittmotor (20) um einen Winkel antreibt, der kleiner als der reguläre Schrittwinkel in einem kleinen Bereich ist, der im wesentlichen der mittlere Abschnitt eines Bewegungsbereichs des Geräts (40) ist, in der die Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) das Referenzpositionserfassungssignal während des normalen Antriebs ausgibt.
Ansaugdrosselklappensteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei die Referenzpositionserfassungseinrichtung (17) eine vollständig geöffnete Position der Drosselklappe (4) als die Referenzposition erfasst.