JPH0370497A - ステップモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関における燃料噴射ポンプ作動油供給
装置などの駆動装置に用いるステップモータ制御装置、
特にその脱調を検出し補正することができるステップモ
ータ制御装置に関する。

〔従来技術〕

ディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプにおいてプリスト
ロークの位置を変え、タイミング、送油率をコントロー
ルするシステムは、すでに公知である（例えば特開昭６
２−９１６４５号）。

従来、プリストロークの位置は、′ｇ１気的アクチュエ
ータを用い、制御している。電気的アクチュエータは、
ロータリーソレノイド、リニアソレノイド等のアナログ
サーボと、ステップモータ等のディジタルサーボに大別
される。前者はプリストロークの位置をセンサで検出し
、フィードバック制御されるが、後者はオーブン制御が
特徴である。

従って、ディジタルサーボを使用したシテスムの場合は
、ＰＩＤ定数等の複雑な適合は不要でシステムの簡素化
を図ることができる。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、ステップモータを用いる駆動装置におい
ては脱調という現象が懸念される。

ここに　脱調とは、駆動装置がその位置制御に要求して
いるステップモータのステップ数と、実際にステップモ
ータが回動しているステップ数との間にギャップを生じ
ている状態をいう。かかる脱調状態は、駆動装置が正確
に制御されていない状態なので１例えば燃料噴射ポンプ
においては燃料噴射時期に差異を生じたりする。

本発明はかかる問題点に鑑み、ステップモータの前記長
所を生かして位置制御を正確に行うことができ、もし脱
調が生じた時にも直ちに正常に復帰させることができる
ステップモータｖＩｌｌ装置を提供しようとするもので
ある。

〔課題の解決手段］ 本発明は、ステップモータにより駆動装置の位置制御を
行うステップモータ制御装置において該制御装置は、ス
テップモータの位置を検出する位置検出手段と、該位置
検出手段からの信号と目標ステップ数演算回路からの信
号と比較してステップモータが脱調状態にあるか否かを
判定する脱調検出判定回路と、該脱調検出判定回路から
の信号を入力し補正すべきステップ数を演算する補正ス
テップ数演算回路と、該補正ステップ数演算回路と前記
目標ステップ数演算回路とからの信号を入力してステッ
プモータのステップ数を正常状態に補正するパルスレー
ト演算回路と、補正ステップ数演算回路からの信号を受
けて所定回数以上の補正によってもステップ数が正常状
態とならなかった場合にはステップモータを零点位置に
戻す零点復帰回路と、よりなることを特徴とするステッ
プモータ制御装置にある。

本発明において駆動装置としては、内燃機関における燃
料噴射ポンプ、作動油供給装置、ガソリン供給装置、吸
入空気量制御装置など、ステップモータにより位置制御
を行わせる各種装置がある。

〔作　用〕

本発明においては、第１図に示すごとく、まず位置検出
手段５２によりステップモータ５１における位置を検出
する。そして、その信号をｍ＊検出判定回路５３に送る
。また、脱調検出判定回路５３においては、目標ステッ
プ数演算回路５４からステップモータに要求されている
ステップ数に相当する信号が送られており、ここで両信
号が比較され、ステップモータ５１が脱調状態でないか
否かが判定される。上記目標ステップ数演算回路５４は
、駆動装置５５が要求しているステップ数を演算する回
路である。

そして、脱調状態であると判定された場合には。

補正ステップ数演算回路５６において、正常状態に復帰
させるに必要な、補正すべきステップ数を演算し、パル
スレート演算回路５７に出力する。

パルスレート演算回路においては、上記補正ステップ数
演算回路５６の信号と目標ステップ数演算回路５４から
の信号とから、ステップモータ５１のステップ数を正常
状態にするための演算を行い、ステップモータにその信
号を送る。これにより、ステップモータは正常状態とな
る。

また、上記の補正操作は、脱調状態が続いている間行わ
れるが、補正操作が所定回数（例えば２回）を越えても
正常に戻らない場合には、零点復帰回路５日により、ス
テップモータへの通電を停止してステップモータを零点
に復帰させる。そして、零点位置を確認した後、再びス
テップモータによる駆動装置の制御を行う。

〔効　果〕

上記のごとく本発明によれば、正確な位置制御を行うこ
とができると共に、もし脱調が生じたときでも直ちに正
常に復帰させることができるステップモータ制御装置を
提供することができる。

〔実施例〕

本発明の実施例にかかるステップモータ制御装置につき
、第２図〜第６図を用いて説明する。本例は、燃料噴射
ポンプに本発明のステ、プモータ制御装置を適用したも
のである。

まず１本例における燃料噴射ポンプにつき、第５図及び
第６図を用いて説明する。

該燃料噴射ポンプにおいては、第５図に示すごとく、ハ
ウジング１の一端部にデリバリバルブ２を設置したプラ
ンジャバレル３が配置されている。

プランジャバレル３内には、燃料を圧送するプランジャ
４と、プレストローク位置を制御する部材であるスピル
リング５が収納されている。さらにスピルリング５は、
圧入ピン６によってガイドされ、プランジャ４に対して
上下方向に摺動可能となっている。

また、プランジャ４は、ハウジング１内に設置されたス
プリング７によって、タペットローラ８を介してカムシ
ャフト９に押圧されている。また。

ハウジング１内にはプランジャバレル３に対して回転自
在なコントロールスリーブ１１が設けられており、プラ
ンジャ４の２面４ａと嵌合している。

１０は燃料ｙ４１部材であるコントロールラックであり
５図示しないガバナと連結されており、コントロールス
リーブ１１を介してプランジャ４を回動し燃料をｉＪｌ
量する。

一方、第６図に示すごとく２両端をボールベアリング１
５によって指示されたタイミングラック１４には、嵌合
ピン１２がスクリュウ１３によって取り付けられており
、タイミングラック１４が回動することによってスピル
リング５を上下運動させる。

タイミングランク１４の先端にはレバー１６が。

ボルト１７によって取付けられており、ステップモータ
１８の先端に取付けられた偏心ピン２２と嵌合している
。

即ち、ステップモータ１８の回転が、偏心ピン２２とレ
バー１６を介してタイごフグラック１４へ伝達される機
構となっている。またレバー１６には、ピン２０が設け
られ、ステップモータ１８無通電時には、スピルリング
５を最大プリストローク位置へ戻す様、リターンスプリ
ング２１ａｂが取付けられている。ステップモータ１８
の後端には、モータ軸上に位置検出センサ１９が取付け
られ、ステップモータ１８の角度を検出出来る様になっ
ている。

次に１本実施例における制御ブロンク図を第２図を用い
て説明する。

まず、前記燃料噴射ポンプに設けた機関状態検出器１０
１によって得られた信号（例えば、エンジンにおける回
転数、水温等）に基づき、１０２〜１０４の各プリスト
ロークのモードをモード切替判定器１０５によって選択
し、演算回路１０６にて目標プリストロークを算出する
。

一方、限界プリストロークモード１０７及び演算回路１
０８より、限界プリストロークが算出され、比較回路１
０９にて目標プリストロークと比較され、プリストロー
クが限界プリストロークを越えない様にされている。

しかして　上記目標プリストロークより、ステップモー
タへの指令信号である目標ステップ数を。

目標ステップ数演算回路１１０で算出し、ステップモー
タを駆動する為のパルスレートを演算回路１１２で算出
する。

なお、このパルスレート算出にあたっては２機関の状態
を検知して、パルスレート切替判定器１１１によりパル
スレートを補正する。これは、ステップモータの発生す
るトルクは、電源電圧の変動によって変化する為、常に
最適トルクが得られる様に、パルスレートを切替える必
要があるからである。また、＠ＢＴＩ圧が一定であって
も、第１図で示したスピルリング５の摺動抵抗は、燃料
の粘度（温度に依存）によって変化する為、ステップモ
ータの発生するトルクを変化させ、最適駆動する為にパ
ルスレートを切替えることが必要となる。

このパルスレートによって駆動回路１１３を通してステ
ップモータ１１４が駆動される。ステップモータは、常
に位置検出手段１１５によってモニターされ、前記目標
ステップ数演算回路１１０で算出された目標ステップ数
と、実位置が一致しているかどうか（いわゆる脱調現象
）を脱調検出判定回路１１６で判定する。万−脱調して
いると判定されたならば、補正ステップ数を補正ステッ
プ数演算回路１１７で算出しパルスレートを発生させる
。

また、該補正ステノブ数演算回路１１７と、ステノブモ
ータの前記駆動回路１１３との間には。

零点復帰回路１１８を設ける。

次に、第３図に脱調検出・補正処理のフローチャートを
示す。

まず、ステップ２０１で脱調の有無を判定する。

これは第４図に示す様に、あるステップ位置Ｓに於ける
センサ出力値（実電圧値）ｖｌが、コンピュータが認識
している脱調域に存在するか、あるいは正常域に存在す
るかで判定する。

脱調と判定されたならば、ステノブ２０２で補正カウン
タをクリアする。そして、ステップ２０３でステップ位
置補正量を演算する。そして、第４図に示す様に、ある
ステップ位ＺＳに於ける実電圧値ｖｌと、その位置にお
けるコンピュータ認識電圧値Ｖｔから、Ｖｔ−Ｖ、分に
相当するステップ数、すなわち補正ステップ数を算出す
る。そしてステップ２０４で、第２図で説明した様に補
正ステップ数に基づき、パルスレートを出し。

ステップモータの位置を補正する。

ステップ２０５では、補正が正しく行われたかどうか判
定し、補正が正しく行われなかった時即ち、補正をかけ
たにもかかわらず２位置検出手段におけるセンサ出力（
Ｉ！（実電圧値）が、脱調域に存在する場合には、ステ
ップ２０６で、補正カウンタをインクリメント（加算）
する。そして。

カウンタ数が下記のＡを越えているかどうかをステップ
２０７で判定し、Ａ以下ならばステップモータへの通電
をカットし、０点へ復帰させる。０点への復帰は第１図
で説明したリターンスプリング２１によって行われる。

上記のＡとは１位置補正指令の連続カウント数の上限回
数で、これ以上の場合はウオーニングランプを点灯させ
る。である。

そして、ステップ２０９で、センサ出力が正しいかどう
か判定する。センサ出力が正常値を示していれば、ステ
ップ２１０で、ｉ関の運転状態に基づく信号により、目
標ステノブ数が算出され。

ステップモータの制御を開始する。制御中、脱調判定は
たえず行われており、再度ステップ２１１で脱調判定を
行うことになる。そして、脱調と判定された場合は、ス
テップ２０３へ行き、前述したステップを繰り返すこと
になる。

ステップ２１１で正常と判定された場合には。

カウンタをクリアし、そのまま制御を継続する。

また当然のことながら、ステップ２０１　２０５で７正
常、あるいは、補正が正しく行われた時は。

そのまま制御を継続する。また、ステップ２０７でカウ
ンタ数がＡ以上となった時、あるいは、ステップ２０９
でステップモータが０点へ戻ったにもかかわらず、セン
サ出力電圧値が異常な場合には、ステップモータへの通
電をカットし、ウオーニングランプを点灯させ警告を発
する。

尚、上記したフローは、ｉ関の状態（回転数。

温度など）を検出する種々のセンサが正常な状態でのフ
ローであり９種々のセンサは、別の判定器によって監視
されている０種々のセンサが異常をきたした場合は１本
フローを抜は出し、オープン制御等に切替えられること
は言うまでもない。

次に９作用効果につき説明する。

前記構成、制御方法を採用することにより、燃料噴射で
あるポンプ機関の状態に応じて最適にプリストロークを
制御することが出来る。即ち、ステップモータ特有の脱
調現象を回避する為に２機関の状態を検知し、パルスレ
ートを切替えることにより、ステップモータの発生する
トルクを最適にすることが可能となる。また、万一、異
常な振動等が燃料噴射ポンプに加わり、脱調したとして
も１位置検出手段によるステップモータの脱調判定、補
正処理を加えている為に、精度よくプリストロークを制
御することが出来る。

更に、補正処理が正しく行えなかったとしてもすぐにス
テップモータへの通電をカットし制御をやめ警告を発す
るのではなく、−旦、０点復帰させ、センサ出力が正常
かどうか判定させた上で。

制御を開始し、再トライさせる様にしであるので。

プリストローク制御を正確に行なうことができる。

また９本例の燃料噴射ポンプにおいては、ステップモー
タを採用している為に、ロータリーソレノイド等のアナ
ログサーボ特有のＰＩＤ制御は不要であり、システム適
合の簡略化を図ることができる。

また、アナログサーボでは、フィードバック用のセンサ
が必要不可欠であり、センサが異常をきたした場合には
、制御をやめなければならない。

しかし、ステップモータを用いているので９位置検出手
段のセンサが異常をきたしても、オーブン制御へ切替え
ができ、制御を継続できるメリットがある。

なお、前記した第３図に示すフローチャートでは、ステ
ノブ２０９でセンサ出力値が異常と判定された場合には
、ステップモータへの通電をカットし、ウォーごングラ
ンブを点灯させる様にしているが、センサ出力値が異常
と判定された場合には、脱調検出、補正処理フローを抜
は出し、オーブン制御に切替えてもよい。

また、警告を発するものとしては、ブザー等を用いても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のステップモータ制御装置のブロンク
図、第２図〜第６図は実施例における燃料噴射ポンプの
ステップモータの制御装置を示し。 第２図はその制御ブロック図、第３図は脱調判定検出の
フローヂャート、第４図は脱調状態の説明線図、第５図
は燃料噴射ポンプの断面図、第６図は第５図のＡ−Ａ線
矢視断面図である。 ２゜ ４゜ ５゜ ９゜ １４゜ １８゜ １９゜ デリバリバルブ。 プランジャ スピルリング。 カムシャフト。 タイミングラック。 ステ・ンブモータ。 位置検出センサ。 第４図 ステラ′＞数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ステップモータにより駆動装置の位置制御を行うステッ
   プモータ制御装置において、 該制御装置は、ステップモータの位置を検出する位置検
   出手段と、 該位置検出手段からの信号と目標ステップ数演算回路か
   らの信号とを比較してステップモータが脱調状態にある
   か否かを判定する脱調検出判定回路と、 該脱調検出判定回路からの信号を入力し補正すべきステ
   ップ数を演算する補正ステップ数演算回路と、 該補正ステップ数演算回路と前記目標ステップ数演算回
   路とからの信号を入力してステップモータのステップ数
   を正常状態に補正するパルスレート演算回路と、 補正ステップ数演算回路からの信号を受けて所定回数以
   上の補正によってもステップ数が正常状態とならなかっ
   た場合にはステップモータを零点位置に戻す零点復帰回
   路と、よりなることを特徴とするステップモータ制御装
   置。