KR100778587B1

KR100778587B1 - 밸브를 회전시키는 액추에이터를 제어하기 위한 시스템 및방법

Info

Publication number: KR100778587B1
Application number: KR1020060101768A
Authority: KR
Inventors: 마사또 가쯔노; 히로시 하라구찌; 에이지 다께모또; 다쯔야 후지따
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2007-11-22
Also published as: US20070089708A1; DE102006035360A1; US7637245B2; KR20070043632A; CN100582469C; DE102006035360B4; CN1952376A; JP2007113498A; JP4534950B2

Abstract

시스템에서, 액추에이터는 가스가 유동하는 통로 내에 회전 가능하게 설치된 밸브에 연결된다. 액추에이터는 현재 위치와 목표 위치 사이의 편차에 기초하여 밸브의 회전 위치를 조절하도록 밸브에 가해질 토크를 변화시킨다. 상기 시스템에 있어서, 제1 저장 유닛은 제1 임계치를 내부에 저장한다. 제1 임계치는 밸브에 가해질 토크의 변화에 따라 토크 파라미터가 변할 수 있는 변동 범위 내에서 한정된다. 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부를 허용한다. 토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 제한 유닛은 가스 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한한다.

EGR 제어 시스템, EGR 통로, 버터플라이 밸브, 액추에이터, 액추에이터 구동기

Description

밸브를 회전시키는 액추에이터를 제어하기 위한 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING AN ACTUATOR TO ROTATE A VALVE}

도1은 본 발명이 제1 실시예에 따른 배기 가스 순환 시스템의 구조의 예를 도시한 개략도.

도2는 버터플라이 밸브의 각도 위치와 버터플라이 밸브를 통해 지나가는 가스 유동의 체적 사이의 관계 및 명령 듀티 사이클(command duty cycle)과 제1 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 각도 위치 사이의 관계를 개략적으로 도시한 그래프.

도3은 제1 실시예에 따라 ECU에 의해 실행되는 배기 가스 순환 작업을 개략적으로 도시한 흐름도.

도4는 제1 실시예에 따른 (a) 버터플라이 밸브의 각도 위치, (b) 목표 각도 위치와 대응하는 현재 각도 위치 사이의 편차, (c) 명령 듀티 사이클 및 (d) 계산값에서의 변화를 개략적으로 도시한 시간 챠트.

도5는 본 발명의 제2 실시예에 다라 ECU에 의해 실행되는 배기 가스 순환 작업을 개략적으로 도시한 흐름도.

도6은 제2 실시예에 따른 (a) 버터플라이 밸브의 각도 위치, (b) 목표 각도 위치와 대응하는 현재 각도 위치 사이의 편차, (c) 명령 듀티 사이클 및 (d) 계산값에서의 변화를 개략적으로 도시한 시간 챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : EGR 제어 시스템

2 : EGR 통로

3 : 버터플라이 밸브

4 : 액추에이터

7 : 밸브 축

8 : 밸브 요소

11 : 액추에이터 구동기

본 발명은 가스가 유동하는 통로 내에 설치된 밸브를 회전시키는 액추에이터를 제어함으로써 통로의 개방 면적을 조절하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

더 구체적으로는, 본 발명은 엔진의 각 실린더에 연결된 배기 매니폴드로부터 방출된 배기 가스의 일부가 엔진의 연소 챔버 내로 복귀되는 배기 가스 순환 통로에 설치된 밸브의 회전을 제어하는 액추에이터를 제어할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 액추에이터를 통한 밸브 회전 제어는 배기 가스 순환 통로의 개방 면적이 조절되도록 하여 배기 가스 내의 공해 물질을 감소시킬 수 있게 한다.

통상의 EGR(Exhaust Gas Recirculation, 배기 가스 순환) 제어 시스템은 회 전 가능하게 배기 가스 순환 통로 내에 배치된 실질적으로 원반 모양인 밸브 요소를 포함한다. 밸브 요소의 회전은 배기 가스 순환 통로의 개방 면적을 조절한다.

통상의 EGR 제어 시스템은 밸브 요소를 회전시키도록 힘을 가하게끔 구성된 액추에이터를 포함하고, 밸브 요소를 통로 폐쇄 방향으로 일정하게 편향되도록 구성된 스프링을 포함한다.

통상의 EGR 제어 시스템은 밸브 요소의 외주연부에 장착된 밀봉 링을 포함하여, 밸브 요소가 통로가 완전히 닫히는 완전 폐쇄 위치에 가깝게 위치될 때 밀봉 링은 엔진의 입구 측을 향해 배기 가스가 누출되는 것을 방지한다. 또한, 통상의 EGR 제어 시스템은 밸브 요소의 개방 및 폐쇄를 제어하도록 액추에이터로 지시를 제공하게끔 작동하는 제어기를 포함한다.

액추에이터로서 전기 모터가 보통 사용된다. 제어기가 모터 구동기를 통해 전기 모터를 작동시키면 작동된 전기 모터는 토크를 발생시키고 발생한 토크는 밸브 요소와 함께 회전하도록 밸브 축에 부과된다.

전기 모터는 부과된 토크의 회전을 통로 개방 방향과 통로 폐쇄 방향으로 절환시킬 수 있다.

제어기는, 엔진 작동 조건에 따라, 배기 가스 순환 통로의 개구가 엔진 작동 조건에 의존하여 적절하게 결정되도록 하는 밸브 요소의 명령 위치를 결정하도록 작동된다.

다음으로, 제어기는 명령 위치와 위치 센서에 의해 감지된 밸브 요소의 현재 위치 사이의 편차를 얻고 얻어진 편차에 기초하여 전기 모터에 공급될 요구 전력의 양 및/또는 방향에 상응하는 명령값을 계산하도록 작동된다. 밸브 요소의 명령 위치는 "목표 밸브 위치"로 언급되고 감지된 밸브 요소의 현재 위치는 "현재 밸브 위치"로 언급된다.

명령값을 계산한 후, 요구 전력의 양 및/또는 방향에 상응하는 명령값에 기초하여 제어 신호가 제어기에 의해 결정되고, 결정된 제어 신호는 모터 구동기로 출력된다. 모터 구동기는 전기 모터에 공급될 전력의 양 및/또는 방향을 제어한다. 이는 현재 밸브 위치가 목표 밸브 위치와 실질적으로 일치하도록 하여 엔진 작동 조건에 의존하여 배기 가스 순환이 수행되도록 한다.

전기 모터에 의해 밸브 요소에 가해진 힘은 밸브 요소가 목표 밸브 위치로 회전되도록 하고, 밸브 요소는 작용력에 대한 저항의 대상이 된다. 저항은 스프링을 통로 폐쇄 위치로 향하는 스프링의 편향력(스프링력), 배기 가스 순환 통로의 내벽에 대한 밀봉 링의 미끄럼 마찰력, 밸브 축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 및 밸브 축의 외주연부 사이의 미끄럼 마찰력 등의 합력이다.

저항의 요소로서 미끄럼 마찰력은 검은 연기 입자 및 오일 미스트 입자 와 같은 퇴적물 양의 변화와 함께 변하고, 이들 퇴적물은 예를 들면 내부 통로 벽 및 밸브 요소 사이에 축적된다.

퇴적물의 축적으로 인한 미끄럼 마찰력의 증가는 밸브 요소에 대한 작용력의 증가를 필요로 한다. 이는 전기 모터로 공급될 전력량을 증가시킬 수 있고 결과적으로 전기 모터의 안정적인 작동이 어려워질 수 있다.

이러한 이유로, 통상의 EGR 제어 시스템에서, 전기 모터에 공급될 전력량의 소정의 상한은 전기 모터의 안정적인 작동을 유지하도록 결정되고 예를 들면 미리 제어기 내에 저장된다. 특히, 전기 모터에 공급될 전력량이 상한에 이르면 제어기는 전기 모터로의 전력 공급을 중단한다.

그러나 전력 공급 제어에서, 밸브 요소는 전기 모터로의 전력 공급 중단으로 인해 밸브 요소의 통로 개방 방향으로의 회전을 위한 아무런 힘도 부가되지 않았다. 이 때문에 스프링력은 밸브 요소가 통로 폐쇄 방향으로 계속 편향되도록 만들어 현재 밸브 위치가 완전 폐쇄 위치와 일치하게 된다. 따라서 배기 가스는 엔진의 출구 측으로 완전히 전달되고 배기 가스 내의 공해 물질이 심각히 증가하게 할 수 있다.

전기 모터로의 전력 공급 중단에 따른 이러한 문제를 해결하기 위해, 미끄럼 마찰력을 줄이도록 퇴적물을 제거하기 위한 기술이 제안되었고, 예를 들면, 일본 미심사 특허 공개 번호 제2001-173464호 및 제2003-314377호에 공개되어 있다. 이들 기술은 전기 모터로의 전력 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

퇴적물 제거 작동은 어떻든 퇴적물 제거 작동이 필요하다고 결정된 후에 실행된다. 이는 퇴적물 제거 작동이 필요하다고 결정된 때, 다시 말하면 전기 모터로 공급된 전력량이 상한이 이르렀을 때와 퇴적물 제거 작동이 실제로 실행될 때 사이에 시간 지연을 유발한다.

이 때문에, 급가속과 같은 차량의 특정 작동 조건 하에서 다량의 퇴적물이 급속히 발생할 때, 전기 모터로 공급되는 전력량은 시간 지연 동안 상한에 이를 수도 있다. 이는 전기 모터로의 전력 공급의 중단을 유발할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 적어도 한 태양의 목적은 가스가 유동하는 통로에 회전 가능하게 설치된 밸브를 회전시키도록 액추에이터를 제어하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이고, 이러한 방법 및 시스템은 액추에이터로 공급되는 전력이 액추에이터의 작동 안정성을 제한하는 임계치에 이르더라도 액추에이터의 안정된 작동을 보장할 수 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 가스가 유동하는 통로 내에 회전 가능하게 설치된 밸브에 연결되고, 밸브의 현재 위치와 목표 위치 사이의 편차에 기초하여 밸브에 가해질 토크를 변화시키도록 구성된 액추에이터를 제어하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 제1 임계치를 내부에 저장하도록 구성된 제1 저장 유닛을 포함한다. 제1 임계치는 밸브에 작용하는 토크의 변화에 의존하여 토크 파라미터가 변경될 수 있는 변동 범위 내로 한정된다. 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부의 결정을 허용한다. 시스템은 또한, 토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하도록 구성된 제한 유닛을 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 가스가 유동하는 통로 내에 회전 가능하게 설치된 밸브에 연결되고, 밸브의 현재 위치와 목표 위치 사이의 편차에 기초하여 밸브에 가해질 토크를 변화시키도록 구성된 액추에이터를 제어하기 위해 메모리 내에 내장된 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체가 제공된다. 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 메모리 내에 제1 임계치를 저장하도록 컴퓨터에 지시하기 위한 제1 수단을 포함한다. 제1 임계치는 밸브에 작용하는 토크의 변화에 의존하여 토크 파라미터가 변경될 수 있는 변동 범위 내에서 한정된다. 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부의 결정을 허용한다. 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 제1 메모리 및 제2 메모리 중 하나 이상으로부터 제1 임계치를 검색하도록 컴퓨터에 지시하기 위한 제1 수단을 포함한다. 제1 임계치는 제1 메모리 및 제2 메모리 중 하나 이상에 미리 저장된다. 제1 임계치는 밸브에 작용하는 토크의 변화에 의존하여 토크 파라미터가 변경될 수 있는 변동 범위 내로 한정된다. 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부의 결정을 허용한다. 또한, 프로그램은 토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하도록 컴퓨터에 지시하는 제2 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 가스가 유동하는 통로 내에 회전 가능하게 설치된 밸브에 연결되고, 밸브의 현재 위치와 목표 위치 사이의 편차에 기초하여 밸브에 가해질 토크를 변화시키도록 구성된 액추에이터를 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 제1 임계치를 내부에 저장하는 단계를 포함한다. 제1 임계치는 밸브에 작용하는 토크의 변화에 의존하여 토크 파라미터가 변경될 수 있는 변동 범위 내로 한정된다. 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부의 결정을 허용한다. 또한, 방법은, 토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적 및 태양은 첨부하는 도면을 참조하여 이어지는 실시예에 대한 설명으로부터 명백해진다.

본 발명의 실시예는 첨부하는 도면을 참조하여 설명된다.

제1 실시예

본 발명의 제1 실시예에 따른 EGR 제어 시스템(1)의 구조의 예가 가스 유동 통로의 개방 면적을 조절하는 시스템의 예로써 도1에 도시된다.

구체적으로, 도1에 도시된 바와 같이, 차량에 설치된 EGR 제어 시스템(1)은 버터플라이 밸브(3), 액추에이터(M, 4), 스프링(10), 액추에이터 구동기(D, 11) 및 전자 제어 유닛(ECU, 5)을 포함한다.

버터플라이 밸브(3)는 차량에 설치된 각 엔진 실린더의 배기 포트에 연결된 배기 매니폴드로부터 방출되는 배기 가스의 일부가 엔진의 연소 챔버 내로 복귀되는 "EGR 통로(2)"로 언급된 배기 가스 순환 통로 내에 배치된다.

버터플라이 밸브(3)는 예를 들면 베어링(도시 생략)에 의해 회전 가능하게 지지되고 EGR 통로(2)의 길이 방향에 직각으로 EGR통로(2)의 소정 부분의 중앙에 구성된 밸브 샤프트(7)을 포함한다. 또한, 버터플라이 밸브(3)는 밸브 샤프트(7)에 대칭으로 연결된 실질적으로 원반 모양인 밸브 요소(8)를 포함한다.

액추에이터(4)는 링키지(15)에 기계적으로 연결되고 링키지(15)는 밸브 샤프트(7)에 기계적으로 연결된다. 액추에이터(4)는 링키지(15)를 거쳐 밸브 샤프 트(7)으로 토크를 가하여 회전하도록 작동한다.

ECU(5)는 액추에이터(4)를 거쳐 밸브 요소(8)와 함께 밸브 샤프트(7)의 회전을 제어하도록 액추에이터 구동기(11)를 통해 액추에이터(4)로 지시를 제공하게 작동한다.

스프링(10)은 예를 들면 링키지에 기계적으로 연결되고 통로 폐쇄 방향을 향해 밸브 요소(8)를 일정하게 편향하도록 구성된다.

제1 실시예에서는 액추에이터(4) 및 액추에이터(11)로서 전기 모터 및 모터 구동기가 사용된다.

제어기가 모터 구동기(11)를 통해 전기 모터(4)를 동작시키면, 가전된 전기 모터(4)는 토크를 발생시켜 발생한 토크가 밸브 요소(8)와 함께 밸브 축을 통로 개방 방향 또는 통로 폐쇄 방향으로 회전시키게끔 밸브 축에 작용하도록 한다. 이는 EGR 통로(2)의 개구가 조절되도록 한다.

EGR 제어 시스템(1)은 밸브 요소(8)의 외주연부에 장착된 밀봉 링(9)을 더 포함하여, 통로가 완전히 닫히는 완전 폐쇄 위치에 가깝게 밸브 요소(8)가 위치되면 밀봉 링(9)은 엔진 입구 측을 향해 배기 가스가 누출되는 것을 방지한다.

전기 모터(4)에 의해 밸브(3)에 가해진 토크가 밸브(3)가 통로 개방 방향으로 회전하도록 하면, 밸브(3)는 작용 토크에 대한 저항을 받는다.

저항은 통로 폐쇄 방향을 향하는 스프링의 편향력(스프링력), EGR 통로(2)의 내측 벽에 대한 밀봉 링(9)의 미끄럼 마찰력, 밸브 샤프트(7)의 외주연부와 밸브 샤프트(7)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(도시 생략) 사이의 미끄럼 마찰력 등 의 합력이다.

저항 성분으로서의 미끄럼 마찰력이 검정 연기 입자 및 오일 분무 입자들과 같은 퇴적물의 양의 변화에 의해 변화되고, 이들 퇴적물은 예를 들어 EGR 통로(2)의 내부 벽과 밸브 요소 사이에 축적된다.

전기 모터(4)는 ECU(5)로부터 전송된 지시에 응답하여 통로 개방 방향 및 통로 폐쇄 방향 사이에서 밸브 요소(8)에 인가 토크의 방향을 절환하도록 조작된다.

전기 모터(4)는 양호하게는 제1 및 제2 코일(4a1, 4a2)로 구성된다. ECU(5)로부터 전송된 지시에 응답하여, 제1 코일(4a1)은 모터 구동기(11)로부터 공급된 전력을 수용하고 버터플라이 밸브(3)(밸브 샤프트(7) 및 밸브 부재(8))가 통로 개방 방향으로 회전할 수 있게 인가 토크를 생성하도록 구성된다.

한편, ECU(5)로부터 전송된 또 다른 지시에 응답하여, 제2 코일(4a2)은 모터 구동기(11)로부터 공급된 전력을 수용하고 버터플라이 밸브(3)가 통로 폐쇄 방향으로 회전할 수 있게 인가 토크를 생성하도록 구성된다.

전기 모터는 단일 코일로 구성될 수 있음을 주목한다. 이 구조에서, ECU(5)로부터 전송된 제1 지시 및 제2 지시 사이의 절환에 응답하여, 전기 모터는 단일 코일에 공급되는 전력의 극성이 역전되도록 구성될 수 있다. 이것은 단일 코일에 의해 생성되는 인가 토크의 방향이 통로 개방 방향 및 통로 폐쇄 방향 사이에서 절환될 수 있게 한다. 이것은 버터플라이 밸브(3)가 개방 방향 및 폐쇄 방향에서 절환가능하게 회전될 수 있게 한다.

ECU(5)는 통상의 연산 유닛을 구비한다. 특히, ECU(5)는 기본적으로 CPU(Central Processing Unit)(5a), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등을 포함하는 메모리 유닛(5b), 아날로그 대 디지털 변환 기능(A/D 변환 기능)을 포함하는 입력 및 출력 유닛(5c), 및 다른 주변 장치로 구성된다. ECU(5)는 메모리 유닛(5b)에서 미리 설치된 프로그램에 따라 CPU(5a), 메모리 유닛(5b) 및 입력 및 출력 유닛(5c) 사이에 작동에 기초하여 다양한 태스크를 실시할 수 있다.

ECU(5)는 회전 위치 센서의 예로서 밸브 각도 위치 센서(12), 크랭크 각 센서(13a1), 액셀레이터 위치 센서(13a2), 냉매 온도 센서(13a3), 흡기 유동 센서(13a4), 흡기 온도 센서(13a5), 흡기 압력 센서(13a6), 산소 센서(13a7) 등을 포함하는 센서들로부터 출력된 측정값을 주기적으로 감시하도록 조작된다. ECU(5)는 엔진의 작동 상태 및/또는 감시된 측정값에 기초한 차량의 구동 상태를 파악하도록 조작된다.

예를 들어, 밸브 각도 위치 센서(12)는 완전 폐쇄 위치에 대한 회전 위치의 예로써 현재 각도 위치를 주기적으로 측정하도록 그리고 그 측정된 현재 각도 위치를 ECU(5)로 주기적으로 출력하도록 구성된다. 완전 폐쇄 위치는 밸브 요소(8)의 소정의 기준 각도 위치의 예로써 사용된다. 완전 폐쇄 위치는 EGR 통로(2)가 완전히 폐쇄되는 밸브 요소(8)의 위치를 의미하는 것임을 주목해야 한다.

ECU(5)는 또한 완전 폐쇄 위치에 대해 목표 각도 위치로서 주기적으로 감시된 측정값의 대응 세트에 기초하여 밸브 요소(8)의 명령 각도 위치를 주기적으로 연산하도록 조작된다. 밸브 요소(8)의 연산된 명령 각도 위치는 파악된 엔진의 작 동 상태 및/또는 밸브의 구동 상태에 따라 적절하게 결정된다.

ECU(5)는 또한 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차를 주기적으로 얻도록 그리고 그러한 얻어진 편차에 기초하여 전기 모터(4)에 공급되는 전력의 요구되는 양 및/또는 방향에 대응하는 명령 값을 주기적으로 연산하도록 조작된다. 전력의 요구되는 양 및/또는 방향은 밸브 요소(8)가 목표 각도 위치에 위치하도록 전기 모터(4)가 회전될 수 있게 한다.

예를 들어, 편차의 표시는 다음과 같이 되도록 결정된다:

완전 폐쇄 위치에 대한 밸브 요소(8)의 목표 각도 위치가 완전 폐쇄 위치에 대한 현재 각도 위치보다 클 때, 목표 각도 위치 및 현재 각도 위치 사이의 편차가 포지티브가 되도록 결정되고,

완전 폐쇄 위치에 대한 밸브 요소(8)의 목표 각도 위치가 완전 폐쇄 위치에 대한 현재 각도 위치보다 작을 때, 목표 각도 위치 및 현재 각도 위치 사이의 편차는 네가티브가 되도록 결정된다.

편차는 목표 각도 위치 및 현재 각도 위치 사이의 편차량을 나타내는 절대값으로 표시됨을 주목해야 한다.

ECU(5)는 모터 구동기(11)에 제공된 지시로서 모터 구동기(11)를 통해 전기 모터(4)로 공급되는 전력량을 결정하는 명령 듀티 사이클(명령 듀티 팩터)를 주기적으로 연산하도록 그리고 연산된 명령 듀티 사이클을 모터 구동기(11)로 주기적으로 출력하도록 더 조작된다.

예를 들어, 명령 듀티 사이클은 주어진 사이클에서 온 타임 및 오프 타임의 합에 대한 시간의 비로서 정의된다. 양호하게는, 명령 듀티 사이클은 퍼센트(%)로서 표시된다.

예를 들면, 모터 구동기(11)는 전류 펄스의 시퀀스로 이루어지는 맥동식 전류를 주기적으로 생성하도록 조작되고, 각 전류 펄스의 지속 시간은 ECU(5)로부터 출력된 명령 듀티 사이클에 기초하여 결정됨으로써, 전기 모터(4)에 공급된 전력량을 주기적으로 제어한다.

제1 실시예에 따른 EGR 제어 시스템(1)의 ECU(5)는 후술되는 밸브 요소(8)의 각도 위치의 제어에 관련된 다양한 특성을 가진다.

특히, ECU(5)는 밸브 요소(8)의 각도 위치의 제어에 대한 인가 토크 파라미터를 사용하고, 이러한 인가 토크 파라미터는 버터플라이 밸브(3)의 인가 토크의 변화를 나타내며 버터플라이 밸브(3)로의 인가 토크의 거동을 결정한다.

모터 액츄에이터(11)로부터 전기 모터(4)에 공급된 전력이 인가 토크의 양 및 방향을 결정하므로, 인가 토크 파라미터는 또한 전기 모터(4)에 공급된 전력과 상호 관련된다.

또한, ECU(5)로부터 모터 액츄에이터(11)로 전송된 명령 듀티 사이클은 모터 액츄에이터(11)로부터 전기 모터(4)의 제1 코일(4a) 또는 제2 코일(4b)로 공급된 전력량을 결정한다. 이러한 이유로, 인가 토크 파라미터는 명령 듀티 사이클과 또한 상호 관련된다.

제1 실시예에서, 인가 토크 파라미터로서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클을 채택한다.

ECU(5)는 인가 토크 파라미터가 값을 취하는 수치 범위를 허용 범위(AR) 및 불허 범위(UR)로 분리하고, 허용 범위(AR) 및 불허 범위(UR) 사이의 경계로서 제1 임계 듀티 사이클(T1)을 한정하도록 조작된다. ECU(5)는 메모리 유닛(5b)에서 제1 임계 듀티 사이클(T1)을 저장하도록 조작된다. 허용 범위(AR) 및 불허 범위(UR)는 전기 모터(4)의 조작 안정성에 기초하여 제공된다.

"전기 모터(4)의 조작 안정성"은 전기 모터(4)로의 전력 공급에 의해 방면된 열로 인해 전기 모터(4)의 성능에 있어서의 변화가 소정의 예측된 범위 내에 있는 전기 모터(4)의 소정의 조작 상태를 의미함을 주목해야 한다. 예를 들어, 전기 모터(4)의 성능은 전기 모터(4)의 회전수와 그에 의해 생성된 토크량 등을 포함한다.

전기 모터(4)의 조작 안정성에 대한 한계를 정하는 제1 임계 듀티 사이클(T1)은 소정의 예측된 범위에 따라 결정된다.

특히, 제1 임계 듀티 사이클(T1)은 인가 토크 파라미터가 허용 범위(AR) 및 불허 범위(UR) 사이에서 분리된 값을 취할 수 있는 범위 내의 수치 범위를 허용한다. 이러한 이유로, 명령 듀티 사이클(인가 토크 파라미터)이 허용 범위(AR) 내에서 값을 취할 때, 전기 모터(4)의 조작 성능에서의 편차는 예측된 범위 내에 있게 된다. 따라서, 전기 모터(4)의 조작 안정성을 보장할 수 있다.

반면에, 명령 듀티 사이클(인가 토크 파라미터)이 불허 범위(UR) 내에서 값을 취할 때, 전기 모터(4)이 조작 성능에서의 편차가 예측된 범위 내에 있게 되는 것을 측정하기 어렵다. 따라서, 전기 모터(4)의 조작 안정성을 보장하기 어렵다.

도2에 도시된 바와 같이, 제1 임계 듀티 사이클(T1)은 최대 듀티 사이클 라 인(Dmax) 및 이상 듀티 사이클 제어 라인(ideal duty-cycle control line)(ICL) 사이의 범위 내로 설정된다. "듀티-사이클 제어 라인"은 밸브 요소(8)의 연속적으로 변화되는 각도 위치에 대 명령 듀티 사이클의 연속값을 나타낸다. 명령 듀티 사이클의 연속값은 통로 개방 방향으로 회전되는 것이 요구되며, 밸브 요소(8)는 상기 밸브 요소(8)의 연속적으로 변화되는 각도 위치들에 위치한다.

특히, 밸브 요소(8)가 회전될 때 재순한 배기 가스 내에 포함된 검은 연기 입자들 및 오일 분무 입자들과 같은 퇴적물들은 예를 들어 EGR 통로(2)의 내부 벽 및 밸브 요소(8) 사이에 축적된다. 따라서, 제어 라인은 EGR 통로(2)의 내부 벽과 밸브 요소(8) 사이의 퇴적물의 축적량에 따른다.

또한, 어떤 퇴적물도 EGR 통로(2)의 내부 벽과 밸브 요소(8) 사이에 축적되지 않은 것을 가정하면, 이상 듀티 사이클 제어 라인(ICL)은 밸브 요소(8)의 연속적으로 변화되는 각도 위치들에 대해서 명령 듀티 사이클의 연속값을 나타낸다. 도2에 도시된 바와 같이, 이상 듀티 사이클 제어 라인(ICL)은 소정 형상을 가진다. 이상 듀티 사이클 제어 라인의 소정 형상이 어떻게 한정되는지 이하에 설명된다.

명령 듀티 사이클은 주로 다음에 기여함을 주목해야 한다:

통로 폐쇄 방향을 향해 스프링의 편향력(스프링력)에 대항하여 전기 모터(4)에 의해 생성된 제1 상쇄 토크에 기여한다.

EGR 통로(2)의 내부벽에 대한 밀봉 링(9)의 미끄럼 마찰력에 대해 전기 모터(4)에 의해 생성된 제2 상쇄 토크에 기여한다.

밸브 샤프트(7)의 외주 및 베어링 사이의 미끄럼 마찰력에 대해 전기 모 터(4)에 의해 생성된 제3 상쇄 토크에 기여한다.

밸브 요소(8)의 각도 위치가 완전 폐쇄 위치(도1 및 도2의 "θC" 참조)로부터 더 멀어질수록, 스프링력은 더 강해진다. 이러한 이유로, 스프링력에 대한 제1 상쇄 토크에 기여하는 명령 듀티 사이클의 제1 성분은 완전 개방 위치(도2의 "θO" 참조) 또는 오버턴측 완전 개방 위치(도2의 "θTO" 참조)로부터 밸브 요소(8)의 각도 위치에서의 변화에 의해 점차 증가된다.

EGR 통로(2)가 완전 폐쇄 위치(θC)를 통한 밸브 요소(8)의 오버턴으로 인해 완전히 개방되는 경우 오버턴측 완전 개방 위치(θTO)가 밸브 요소(8)의 각도 위치를 의미함을 주목해야 한다.

따라서, 밸브 요소(8)의 연속적으로 변화되는 각도 위치들에 대한 제1 상쇄 토크에 기여하는 명령 듀티 사이클의 제1 성분의 듀티-사이클 제어 라인(CL1)은 완전 폐쇄 위치(θC)로부터 완전 개방 위치(θO) 및 오버턴측 완전 개방 위치(θTO)의 양자를 향한 밸브 요소(8)의 각도 위치에서의 변화에 따라 점차 증가된다.

또한, 스프링력은 실질적으로 퇴적물의 영향이 없다.

이러한 이유로, 명령 듀티 사이클의 제1 성분의 듀티-사이클 제어 라인(CL1)은 EGR 통로(2)의 내부벽과 밸브 요소(8) 사이에 축적된 퇴적물의 양과는 독립적으로 특이하다.

EGR 통로(2)의 내부벽에 대한 밀봉 링(9)의 미끄럼 마찰력은 밀봉 링(9)이 EGR 통로(2)의 내부벽에 접촉을 유지하는 밸브 요소(8)의 각도 위치의 소정 범위 내에서만 작용한다.

다시 말해, 밸브 요소(8)의 각도 위치의 소정 범위 내에서, EGR 통로(2)는 실질적으로 완전히 폐쇄되어 유지되므로 버터플라이 밸브(3)를 통과하는 재순환 가스의 유동 체적은 사실상 0이다. 밸브 요소(8)의 각도 위치의 소정 범위는 여기서 "가스 유동 제로 범위"로 지칭된다(도1 및 도2의 "ZR" 참조).

밸브 요소(8)의 각도 위치가 완전 폐쇄 위치(θC)로 더 접근할수록, EGR 통로(2)의 내부벽 및 밀봉 링(9) 사이에 작용하는 억압 강도가 더 강해진다. 이러한 이유로, 밸브 요소(8)의 각도 위치가 완전 폐쇄 위치(θC)에 더 접근할수록, EGR 통로(2)의 내부벽에 대한 밀봉 링(9)의 미끄럼 마찰력은 더 강해진다.

이것은 결과적으로 밀봉 링(9)의 미끄럼 마찰력에 대해 제2 상쇄 토크에 기여하는 명령 듀티 사이클의 제2 성분이 밸브 요소(8)의 각도 위치가 가스 유동 제로 범위(ZR) 내에 유지될 때에만 필요하게 된다. 명령 듀티 사이클의 제2 성분은 완전 폐쇄 위치(θC)로의 밸브 요소(8)의 각도 위치의 접근에 따라 증가된다.

밸브 샤프트(7)의 외주와 베어링 사이의 미끄럼 마찰력은 밸브 요소(8)의 임의의 각 위치와는 무관하게 실질적으로 일정하게 유지된다.

따라서, 밸브 샤프트(7)의 외주와 베어링 사이의 미끄럼 마찰력에 대응하는 명령 듀티 사이클의 제3 성분은 듀티-사이클 제어 라인(CL1)이 상방으로 바이어스될 수 있게 한다. 도2에서, 바이어스는 화살표(A1)으로 도시되고, 바이어스된 제어 라인은 듀티-사이클 제어 라인(CL2)과 같은 이점 쇄선으로 도시된다.

또한, 전술한 바와 같이, 명령 듀티 사이클의 제2 성분은 가스 유동 제로 범위(ZR) 내의 완전 폐쇄 위치(θC)로의 밸브 요소(8)의 각도 위치의 접근에 의해 증 가된다. 이러한 이유로, 명령 듀티 사이클의 제2 성분은 가스 유동 제로 범위(ZR) 내에 남아있는 밸브 요소(8)의 각도 위치에 대해 듀티-사이클 제어 라인(CL2)의 부분(P)이 완전 폐쇄 위치(θC)로의 밸브 요소(8)의 각도 위치의 접근을 초래한다[도2의 화살표(AR2) 참조].

도2에 도시된 바와 같이, 이것은 이상 듀티 사이클 제어 라인(ICL)이 얻어질 수 있게 하고; 이러한 이상 듀티 사이클 제어 라인(ICL)은,

밸브 요소(8)의 각도 위치가 완전 폐쇄 위치(θC)로 일 때 최대 듀티 사이클과;

가스 유동 제로 범위(ZR) 내의 삼각형의 정점으로서의 최대 듀티 사이클에 대한 대칭 삼각형 형상과;

가스 유동 제로 범위(ZR)로부터 오버턴측 완전 폐쇄 위치(θTO)와 완전 개방 위치(θO)를 향한 가스 유동 제로 범위(ZR)의 양측의 나머지 범위 내에서의 점증 상향 기울기를 가진다.

전술한 바와 같이, 어떤 퇴적물도 EGR 통로(2)의 내부 벽과 밸브 요소(8) 사이에 축적되지 않는 것을 가정하면, 이상 듀티 사이클 제어 라인(ICL)은 밸브 요소(8)의 연속적으로 변화되는 각도 위치들에 대해 명령 듀티 사이클의 연속적인 값을 나타낸다.

이들 이유 때문에, 밸브 요소(8)의 연속적으로 변화되는 각도 위치에 관한, ECU(5)로부터 모터 구동기(11)에 실제 전송되는 명령 듀티 사이클의 연속적인 값에 대응하는 듀티 사이클 제어 라인은 각각 EGR 통로(2)의 내벽과, 밸브 요소(8) 사이 에 축적된 퇴적물의 체적에 의존하여, 이상 듀티 사이클 제어 라인(ICL)을 상향 편향시킴으로써 표현될 수 있다[도2의 화살표(A) 참조].

구체적으로, ECU(5)는 밸브 요소(8)의 현재 각도 위치가 그 목표 각도 위치와 실질적으로 일치되도록 듀티 사이클 제어 라인 중 적어도 하나에 따라, ECU로부터 모터 구동기(11)에 출력되는 명령 듀티 사이클의 피드백 제어를 실행하도록 동작한다.

부가적으로, 피드백 제어가 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정 임계치[D(소정의 포지티브 각도)] 미만으로 떨어지게 하고, 명령 듀티 사이클이 허용 범위(AR)로부터 제1 임계 듀티 사이클로 이동하거나, 불허 범위(UR) 내에 들게 될 때, ECU(5)는 하기와 같이 동작한다:

배기 가스가 엔진의 입구측을 향해 EGR 통로(2)내에서 실질적으로 재순환되는 것이 유지되는 상태로, 명령 듀티 사이클이 허용 범위(AR)내에 들도록 명령 듀티 사이클을 제어한다.

구체적으로, 명령 듀티 사이클이 허용 범위(AR)로부터 제1 임계 듀티 사이클, 달리 말해, 허용 범위(AR)의 상한으로 이동하거나, 불허 범위(UR) 내에 들 때, ECU(5)는 밸브 요소(8)의 현재 각도 위치가 가스 유동 제로 범위(ZR)내에 드는 것을 방지하도록 명령 듀티 사이클을 감소시킨다.

달리 말해서, ECU(5)는 전기 모터(4)에 대한 전력 공급을 유지하도록 명령 듀티 사이클을 감소시켜, 밸브 요소(8)의 각도 위치가 스프링력으로 인해, 가스 유동 제로 범위(ZR)로 이동하는 것을 방지한다.

예로서, ECU(5)는 미리, 메모리 유닛(5b)에 제2 임계 듀티 사이클(T2)을 저장하도록 동작한다. 제2 임계 듀티 사이클(T2)은 제1 임계 듀티 사이클(T1) 미만의 허용 범위(AR)내에 존재하며, 달리 말하면, 제2 임계 듀티 사이클(T2)은 제1 임계 듀티 사이클(T1)로부터 전기 모터(4)의 동작 안정측을 향해 이동된다. 부가적으로, 제2 임계 듀티 사이클(T2)은 밸브 요소(8)의 각도 위치 모두에 관하여, 듀티 사이클 제어 라인(CL1)상의 명령 듀티 사이클의 임의의 값 보다 크도록 설정된다.

예로서, 듀티 사이클 제어 라인(F)과 제1 임계 듀티 사이클(T1)이 서로 교차하는 각도 위치는 θF로서 표현되는 것으로 가정한다. 이 가정에서, ECU(5)가 듀티 사이클 제어 라인(F)(도2 참조)에 따라, 그로부터 모터 구동기(11)에 출력되는 명령 듀티 사이클의 피드백 제어를 실행하도록 동작하는 것을 고려한다.

이 경우에, 밸브 요소(8)가 각도 위치(θF)에 위치되도록, 명령 듀티 사이클이 듀티 사이클 제어 라인(F)에 따라 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 이동될 때, ECU(5)는 각도 위치(θF)와 지속적으로 같은 회전 위치를 나타내는 라인을 따른 제2 듀티 사이클(T2)까지 제1 임계 듀티 사이클(T1)에 대응하는 명령 듀티 사이클을 감소시키도록 동작한다.

저항의 성분으로서의 미끄럼 마찰력이 실제로 버터플라이 밸브(3)의 회전에 대항하는데 기여하지만, 주어진 각도 위치에서 버터플라이 밸브(3)를 유지하는 것에 대해서는 작용하지 않는다는 것을 주의하여야 한다. 이 때문에, 소정 각도 위치에서의 버터플라이 밸브(3)의 유지시, 버터플라이 밸브(8)가 주로 스프링력에 대항하여 회전할 수 있게 하는 인가 토크가 필요하다.

따라서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 이동되는 각도 위치(θF)에서, 밸브 요소(8)의 각도 위치를 유지하면서, 스프링력에 대항하여 제1 상쇄 토크에 기여하는 듀티 사이클 제어 라인(CL1)상에 명령 듀티 사이클이 위치되도록 명령 듀티 사이클을 감소시키는 것을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이, ECU(5)는 엔진의 입구측을 향해 EGR 통로(2)내에서 실질적으로 재순환되는 배기 가스를 안정적으로 유지하면서, 명령 듀티 사이클이 제2 임계 듀티 사이클(T2)까지 감소할 수 있게 한다. 달리 말해서, ECU(5)는 밸브 요소(8)의 현재 각도 위치가 가스 유동 제로 범위(ZR)에 도달하는 것을 방지하면서, 명령 듀티 사이클을 제2 임계 듀티 사이클(T2)까지 감소시킬 수 있다.

도3은 메모리 유닛(5b)에 로딩되는 적어도 하나의 프로그램에 따라 ECU(5)에 의해 실행되는 배기 가스 재순환 작업(EGR 통로(2)의 개구 면적 조절 작업)을 개략적으로 예시하며, 그 개요가 후술된다. 구체적으로, ECU(5)는 예로서, 밸브 각도 위치 센서(12)로부터 전송된 밸브 요소(8)의 측정된 현재 각도 위치의 입력에 응답하여, 배기 가스 재순환 작업을 주기적으로 실행한다.

단계(S1)에서, ECU(5)는 센서들(13a1 내지 13an)로부터 전송된 모니터링된 측정치에 기초하여, 밸브 요소(8)의 목표 각도 위치를 연산하고, 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정의 포지티브 임계치(D) 이하인지 여부를 결정한다.

단계(S1)의 동작은 밸브 요소(8)의 현재 각도 위치가 목표 각도 위치와 실질적으로 일치되는지 여부의 결정을 가능하게 한다.

목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정의 포지티브 임계치(D) 이하인 것으로 결정되는 경우[단계(S1)의 결정이 "예"], ECU(5)는 단계(S2)로 진행하고, 그렇지 않은 경우, 단계(S6)로 진행한다.

단계(S2)에서, ECU(5)는 메모리 유닛(5b)으로부터 제1 임계 듀티 사이클(T1)을 검색하고, 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상인지 여부를 결정한다. 단계(S2)의 동작은 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 이동하는지 또는 불허 범위(UR) 내에 드는지 여부의 결정을 가능하게 한다.

명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상인 것으로 결정되는 경우[단계(S2)의 결정이 "예"], ECU(5)는 단계(S3)로 진행하고, 그 이외의 경우, 단계(S7)로 진행한다.

단계(S3)에서, ECU(5)는 "1" 같은 소정 상수값 만큼 카운터의 계수값(count value)을 증분시킨다. 단계(S3)의 동작의 최초 실행 시기 이전에, 카운터의 계수값은 0의 초기값으로 설정된다.

카운터는 ECU(5)의 하드웨어 내부 카운터로서, 또는, 소프트웨어 구성된 카운터로서 설계될 수 있다. 계수값은 제1 임계 듀티 사이클(T1)로의 또는 불허 범위(UR)로의 명령 듀티 사이클의 현재 값의 이동 이후 경과된 시간(ET)을 나타낸다. 이 시간(ET)은 이후 경과 시간(ET)이라 지칭된다. 계수값은 명령 듀티 사이클의 피드백 제어를 규제하도록 CPU(5a)를 위해 필요한 시간 지시자로서 사용된다.

카운터의 계수값의 증분 이후, ECU(5)는 단계(S4)로 진행한다.

단계(S4)에서, ECU(5)는 계수값이 소정값(C) 이상인지 여부를 결정한다. 소정값(C)은 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1)로, 또는, 불허 범위(UR) 내로 이동된 이후 경과된 시간(ET)에 대한 시간(Tc)의 여유 길이를 나타낸다.

구체적으로, 계수값이 소정값(C) 이상[단계(S4)의 결정이 "예"]인 것으로 결정되는 경우, ECU(5)는 단계(S5)로 진행한다. 그 이외의 경우, 계수값이 소정값(C) 보다 작은 것으로 결정되는 경우[단계(S4)의 결정이 "아니오"], ECU(5)는 배기 가스 재순환 작업을 벗어난다.

단계(S5)에서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클의 피드백 제어를 제한한다.

구체적으로, ECU(5)는 명령 듀티 사이클의 현재 값을 제2 임계 듀티 사이클(T2)과 일치시킨다. 단계(S5)에서의 동작의 실행은 각도 위치 편차에 기초한 정상 피드백 제어 모드로부터 제2 임계 듀티 사이클(T2)에 기초한 명령 듀티 사이클 제한 모드로 이동되는 명령 듀티 사이클을 위한 ECU(5)의 제어 모드를 가능하게 한다.

다른 한편, 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정의 임계치(D) 보다 큰 것으로 결정되는 경우[단계(S1)의 결정이 "아니오"], ECU(5)는 단계(S6)로 진행한다.

단계(S6)에서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클 제한을 실행하는 것이 불필요하다는 것을 결정한다. 그후, ECU(5)는 현재 동작 모드가 정상 피드백 제어 모드 일 때, 그 동작 모드를 유지하거나, 현재 동작 모드가 명령 듀티 사이클 제한 모드일 때, 정상 피드백 제어 모드로 복귀시킨다. 따라서, ECU(5)는 단계(S7)로 진행한다.

단계(S7)에서, ECU(5)는 카운터의 계수값을 초기값으로 리셋한다.

ECU(5)가 주어진 사이클에 배기 가스 재순환 작업을 실행하기 때문에, 명령 듀티 사이클의 현재 값이 허용 범위(AR) 외부에 있는지 여부가 주기적으로 결정되고[단계(S2) 내지 단계(S4) 참조], 명령 듀티 사이클의 현재 값이 허용 범위(AR) 외부에 있을 때 명령 듀티 사이클이 규제된다.

EGR 제어 시스템(1)의 동작을 도 4에 예시된 타임차트에 관하여 후술한다.

구체적으로, 목표 각도 위치가, 시간 t=t0에서, 완전 폐쇄 위치(θC)로부터의 밸브 개방측상의 "θ*1"로부터, 목표 각도 위치(θ*1)로부터의 밸브 개방측(EGR 통로 개방측)상의 "θ*2"로 이동될 때, 목표 각도 위치(θ*2)와 현재 각도 위치 사이의 편차가 증가한다. 이는 인가 토크가 증가 되도록 명령 듀티 사이클이 상승하기 시작할 수 있게 한다[도4의 (a), (b) 및 (c) 참조].

인가 토크의 증가는 버터플라이 밸브(3)가 밸브 개구측을 향해 회전할 수 있게 한다. 버터플라이 밸브(3)의 회전과 함께, 밸브 요소(8)의 현재 각도 위치는 밸브 개구측으로 이동되고, 그래서, 인가 토크가 보다 증가되어 버터플라이 밸브(3)의 회전을 유지하며, 따라서, 명령 듀티 사이클이 상승을 유지한다.

명령 듀티 사이클의 지속적 상승은 버터플라이 밸브(3)의 현재 각도 위치가 목표 각도 위치(θ*2)에 지속적으로 근접해질 수 있게 하며, 그래서, 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차는 소정 임계치(D) 이하가 되게 되고[도4의 (b) 및 도3의 단계(S1)의 "예" 참조], 따라서, 밸브(3)의 현재 각도 위치는 목표 각도 위치(θ*2)와 실질적으로 일치된다[도4의 (a) 참조].

명령 듀티 사이클이 인가 토크의 증가로 인해 시간 t=t1에서 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상이 될 때(도4의 (c) 및 도3의 단계(S2)의 "예" 참조), 카운터의 계수값은 시간 t=t1 이후, 배기 가스 재순환작업의 모든 매 사이클에서 소정 상수값 만큼 증분되기 시작한다[도3의 단계(S3) 참조].

그후, 카운터의 계수값이 시간 t=t2에서 소정값(C)에 도달할 때[도4의 (d) 및 도3의 단계(S4)의 "예" 참조], 피드백 제어에 기초한 명령 듀티 사이클의 연산은 중단되고[도4의 (c) 참조], 연속적으로, 명령 듀티 사이클의 피드백 제어의 제한이 시작된다[도3의 단계(S5) 참조].

이는 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)로부터 제2 임계 듀티 사이클(T2)로 떨어질 수 있게 하며, 제2 듀티 사이클(T2)로 유지될 수 있게 한다[도4의 (c) 참조].

그후, 시간 t=t3에서, 밸브(3)의 각도 위치의 감소가 시작되고, 그래서, 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정 임계치(D) 보다 높아질 때[도4의 (b) 및 도3의 단계(S1)의 "아니오" 참조], 명령 듀티 사이클의 피드백 제어는 제한이 해제된다[도3의 단계(S6) 참조].

명령 듀티 사이클의 피드백 제어의 제한으로부터의 해제는 ECU의 피드백 제어에 기초하여 명령 듀티 사이클이 연산될 수 있게 하며, 동시에, 카운터의 계수값이 0인 초기값으로 리셋될 수 있게 한다[도4의 (d) 참조].

시간 t=t4 이후, 명령 듀티 사이클이 ECU의 피드백 제어에 기초하여 감소되기 시작하기 때문에(도4의 (c) 참조), 인가 토크는 감소하며, 그래서, 밸브(3)의 현재 각도 위치는 "θ*1"로부터 완전 폐쇄 위치(θC)를 향해 이동된다.

그후, 새로운 목표 각도 위치 "θ*3"과 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정 임계치(D) 이하로 될 때[도4의 (b)와 도3의 단계(S1)의 "예" 참조], 밸브(3)의 현재 각도 위치는 새로운 목표 각도 위치 "θ*3"과 실질적으로 일치한다.

상술한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 EGR 제어 시스템(1)에서, ECU(5)는 하기와 같이 구성된다:

명령 듀티 사이클이 전기 모터(4)의 동작 안정성에 기초하여 형성된 허용 범위(AR) 및 불허 범위(UR) 이내가 될 수 있게 할 수 있는 수치 범위를 구분,

허용 범위(AR)와 불허 범위(UR) 사이의 경계로서 제1 임계 듀티 사이클(T1)을 메모리 유닛(5b)내에 저장,

EGR 통로(2)내에서 엔진의 입구측을 향해 실질적으로 재순환되는 배기 가스를 안정하게 유지하면서, 명령 듀티 사이클을 제2 임계 듀티 사이클(T2)로 규제하고, 그에 의해, 명령 듀티 사이클을 허용 범위(AR)로 이동.

이는 명령 듀티 사이클이 일시적으로 불허 범위(UR)로 이동할 때를 제외하고 명령 듀티 사이클이 허용 범위(AR)내에서 운용될 수 있게 한다. 달리 말해서, 전기 모터(4)에 공급되는 전력의 양이 그 상한에 도달하거나 상한을 초과하는 경우에도, ECU(5)는 이들 상황이 일시적이 되고, 제한되게 할 수 있다.

따라서, 전기 모터(4)의 동작 안정성을 보증하는 것이 가능하다.

또한, EGR 제어 시스템(1)은 엔진의 입구측을 향해 EGR 통로(2)내에서 연속적으로 재순환되는 배기 가스를 유지하도록 구성된다. 이는 배기 가스가 엔지 외부측을 향해 전체적으로 전달되지 않을 수 있게 하여, 배기 가스내의 배기물이 현저히 증가하는 것을 방지할 수 있게 한다.

부가적으로, 제2 임계 듀티 사이클은 제1 임계 듀티 사이클 보다 낮게 규정된 범위내에서 자유롭게 형성될 수 있다. 이 때문에, 주어진 안정한 레벨에 따라 전기 모터(4)가 안정하게 구동되는 것이 보증되는 상태로, 버터플라이 밸브(3)의 각도 위치를 제어할 수 있다.

제2 실시예

본 발명의 제2 실시예에 따른 EGR 제어 시스템의 구조는 제1 실시예에 따른 EGR 제어 시스템(1)의 구조와 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 및 제2 실시예에 따른 EGR 제어 시스템에서 유사 부분들에는 유사 참조기호가 할당되며, 그래서, 제2 실시예에 따른 EGR 시스템의 이 부분에 대한 설명은 생략한다.

제2 실시예에 따른 EGR 제어 시스템의 ECU(5)는 후술될 밸브 요소(8)의 각도 위치의 제어와 연계된 다양한 특성을 갖는다.

구체적으로, ECU(5)는 메모리 유닛(5b)내에 미리 제1 및 제2 임계 듀티 사이클(T1, T2)을 저장한다.

목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정 임계치(D) 이하이고, 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 이동하거나, 제1 임계 듀티 사이클(T1)을 통해 불허 범위(UR)내에 들 때, ECU(5)는 목표 유지 각도 위치로서 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)에 도달하는 현재 각도 위치를 검출하도록 동작한다.

또한, ECU(5)는 모터 구동기(11)를 통해 전기 모터(4)에 공급될 명령 듀티 사이클을 변경하도록 작동되어 유지 한계 듀티 사이클로서의 명령 듀티 사이클의 소정의 변경치 중 하나를 선택한다. 명령 듀티 사이클의 소정의 변경치는 밸브(3)의 현재의 각도 위치가 목표 유지 각도 위치에서 유지되도록 한다. 유지 한계 듀티 사이클로서 검출될 명령 듀티 사이클의 소정의 변경치 중 하나는 허용 범위(AR)의 가장 안정적인 측에 위치된다. 다시 말해, 유지 한계 듀티 사이클로서 검출될 명령 듀티 사이클의 소정의 변경치 중 하나는 제1 임계 듀티 사이클(T1)로부터 가장 멀다.

나아가, ECU(5)는 제2 임계 명령 듀티 사이클(T2)과 유지 한계 듀티 사이클 사이의 값들 중 임의의 하나와 실질적으로 일치하도록 명령 듀티 사이클을 조정하도록 작동되어 명령 듀티 사이클을 허용 범위(AR) 내로 변위시킨다.

유지 듀티 사이클은 밸브(3)의 목표 유지 각도 위치에서 듀티 사이클 제어 라인(CL1) 상의 듀티 사이클에 실질적으로 대응되며, 이러한 듀티 사이클 제어 라인(CL1)은 스프링력에 대항하여 제1 상쇄 토크에 영향을 미친다(도2 참조)는 것이 주목된다. 특히, 유지 한계 듀티 사이클은 제2 상쇄 토크 및 제3 상쇄 토크에 영향을 미치지 않는다. 이는 저항 성분으로서의 미끄럼 마찰력이 버터플라이 밸브(3)의 회전에 대항하여 능동적으로 영향을 미치지만, 소정의 각도 위치에서는 버터플라이 밸브(3)의 유지에 대항하여 능동적으로 영향을 미치지 않기 때문이다.

따라서, 저항에 대항하여 버터플라이 밸브(3)가 회전할 때, 스프링력에 대항하여 제1 상쇄 토크에 영향을 미치는 제1 성분과, 시일 링(9)의 미끄럼 마찰력에 대항하여 전기 모터(4)에 의해 생성된 제2 상쇄 토크에 영향을 미치는 제2 성분과, 밸브 샤프트(7)의 외주와 베어링 사이의 미끄럼 마찰력에 대항하여 제3 상쇄 토크에 영향을 미치는 제3 성분의 합으로 구성되는 소정의 값 이상으로 명령 듀티 사이클을 설정할 필요가 있다.

이와 반대로, 소정의 각도 위치에서 버터플라이 밸브(3)를 유지할 때는 스프링력에 대항하여 제1 상쇄 토크에 영향을 미치는 제1 성분에 상응하는 소정치 이상으로 명령 듀티 사이클을 설정할 필요가 있다.

상기 설명된 바와 같이, 유지 한계 듀티 사이클은 밸브(3)의 목표 유지 각도 위치에서의 스프링력에 대항하여 제1 상쇄 토크에 영향을 미치는 제1 성분에 상응하는 소정치와 실질적으로 일치한다.

제2 실시예에 따른 ECU(5)는 유지 한계 듀티 사이클을 검출하고, 명령 듀티 사이클의 최종의 후보로서의 유지 한계 듀티 사이클을 허용 범위(AR)로 설정하도록 작동한다.

예를 들어, ECU(5)가 명령 듀티 사이클의 피드백 제어를 듀티 사이클 제어 라인(F)에 따른 모터 구동기(11)로 출력하도록 작동된다고 가정하자(도2 참조).

이러한 경우에, 목표 각도 위치와 현재의 각도 위치 사이의 편차가 소정의 임계치(D) 이하이고, 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)에 도달할 때, ECU(5)는 제1 임계 듀티 사이클(T1)에 상응하는 명령 듀티 사이클을 제2 듀티 사이 클(T2) 또는 각도 위치(θF)와 계속하여 동일한 각도 위치를 나타내는 라인을 따르는 유지 한계 듀티 사이클까지 감소시키도록 작동된다[참조 부호(L)가 도2에 지정되는 점선을 참조].

제2 실시예에서, 유지 한계 듀티 사이클은, 예를 들어 제2 임계 듀티 사이클(T2) 미만으로 설정되어 ECU(5)는 명령 듀티 사이클이 유지 한계 듀티 사이클까지 떨어지게 한다는 것을 주목하자.

도5는 제2 실시예에 따라 메모리 유닛(5b)에 적어도 하나의 프로그램이 로딩됨에 따라 ECU(5)에 의해 수행되는, 앞서 그 요약이 설명된, 배기 가스 재순환 동작[EGR 통로(2)의 개방 영역의 조절 동작]을 개략적으로 도시한다. 특히, ECU(5)는, 예를 들어 밸브 각도 위치 센서(12)로부터 보내진 밸브 요소(8)의 측정된 현재 각도 위치의 입력에 반응하여 배기 가스 재순환 동작을 주기적으로 수행한다.

단계(S11)에서, ECU(5)는 센서(13a1 내지 13an)로부터 보내진 모니터된 측정량에 기초하여 밸브 요소(8)의 목표 각도 위치를 계산하고, 목표 각도 위치와 현재의 각도 위치 사이의 편차가 소정의 임계치(D) 이하인지를 판정한다.

단계(S11)에서의 동작은 밸브 요소(8)의 현재의 각도 위치가 판정될 목표 각도 위치와 실질적으로 일치하는지를 허용한다.

목표 각도 위치와 현재의 각도 위치 사이의 편차가 소정의 임계치(D) 이하라는 것이 판정되면[단계(S11)에서의 판정이 "예"], ECU(5)는 단계(S12)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S25)로 진행한다.

단계(S12)에서, ECU(5)는 듀티 사이클 한계 지시 플래그가 오프 상태인지를 판정한다. 듀티 사이클 한계 지시 플래그는 ECU(5)의 CPU(5a)에서 설정된다는 것을 주목하자. 또한, ECU(5)는 제1 임계 듀티 사이클(T1)이 취해지거나 또는 불허 범위(UR)로 변위되는, 명령 듀티 사이클의 변위 필요성이 발생할 때 듀티 사이클 한계 지시 플래그를 온으로 변경하도록 작동된다는 것을 주목하자. 예를 들어, ECU(5)는 듀티 사이클 한계 지시 플래그를 이후의 단계(S16)에서 온으로 변경한다.

듀티 사이클 한계 지시 플래그가 오프 상태인 것으로 판정되면[단계(S12)에서의 판정이 "예"], ECU(5)는 단계(S13)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S17)로 진행한다.

단계(S13)에서, ECU(5)는 메모리 유닛(5b)로부터 제1 임계 듀티 사이클(T1)을 검색하고, 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상인지를 판정한다. 단계(S13)에서의 동작은 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 변위되거나 또는 불허 범위(UR) 내에 해당하는지에 대한 판단을 허용한다.

명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상이라고 판정되면[단계(S13)에서의 판정이 "예"], ECU(5)는 단계(S14)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S27)로 진행한다.

단계(S14)에서, ECU(5) "1"과 같은 소정의 일정한 값만큼 카운터의 계수값을 증분시킨다. 단계(S14)에서의 동작의 최초 실행 전의 카운터의 계수값은 초기값인 0으로 설정된다. 카운터는 제1 실시예에 따른 카운터와 동일한 구조와 기능을 갖는다.

카운터의 계수값의 증분 후에 ECU(5)는 단계(S15)로 진행한다.

단계(S15)에서, ECU(5)는 계수값이 소정치(C) 이상인지를 판정한다. 소정치(C)는 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 변위되거나 또는 불허 범위(UR) 내로 변위된 후의 경과 시간(ET)에 대한 여유 시간을 나타낸다.

특히, 계수값이 소정치(C) 이상이라고 판정되면[단계(S15)에서의 판정이 "예"], ECU(5)는 단계(S16)로 진행한다. 그렇지 않고 계수값이 소정치(C) 미만이라고 판정되면[단계(S15)에서의 판정이 "아니오"], ECU(5)는 배기 가스 재순환 동작을 마친다.

단계(S16)에서, ECU(5)는 듀티 사이클 한계 지시 플래그를 온으로 변경시킨다. 듀티 사이클 한계 지시 플래그의 온 상태는 명령 듀티 사이클에 대한 ECU(5)의 제어 모드를 각도 위치 편차에 기초한 정상적인 피드백 제어 모드로부터 허용 범위(AR) 내의 명령 듀티 사이클 한계 모드로 변위되게 한다.

단계(S17)에서, ECU(5)는 현재 상태에서의 밸브 각도 위치 센서(12)에 의해 측정된 현재 각도 위치를 목표 유지 각도 위치로 설정한다. 동시에, ECU(5)는 현재 상태에서의 명령 듀티 사이클의 현재 값을 유지 한계 듀티 사이클로 일시적으로 설정하고, 단계(S18)로 진행한다.

단계(S18)에서, ECU(5)는 전기 모터(4)의 작동 안정 측(명령 듀티 사이클 감소 측)에서 소정치(퍼센트)만큼 명령 듀티 사이클의 현재 값을 감소시키고, 단계(S19)로 진행한다.

단계(S19)에서, ECU(5)는 현재 상태에서의 밸브 각도 위치 센서(12)에 의해 측정된 현재의 각도 위치를 검출한다. 다시 말해, ECU(5)는 소정치 만큼 명령 듀티 사이클의 감소 직후 밸브 각도 위치 센서(12)에 의해 측정된 현재의 각도 위치를 검출한다. 이후에, ECU(5)는 단계(S20)로 진행한다.

단계(S20)에서, ECU(5)는 소정치 만큼 명령 듀티 사이클이 감소된 직후 측정된 현재의 각도 위치와 목표 유지 각도 위치 사이의 편차가 소정의 임계치(소정의 포지티브 각도)(G)를 초과하였는지를 판정한다.

단계(S20)에서의 동작은 명령 듀티 사이클이 소정의 값만큼 감소될지라도 현재의 각도 위치가 목표 유지 각도 위치로부터 벗어났는지에 대한 판정을 허용한다. 즉, 단계(S20)에서의 동작은 명령 듀티 사이클이 소정치만큼 감소될지라도 현재의 각도 위치가 계속하여 목표 유지 각도 위치에 있는지를 판정한다.

현재의 각도 위치와 목표 유지 각도 위치 사이의 편차가 소정의 임계치(G)를초과하였다고 판정되면[단계(S20)에서의 판정이 "예"], ECU(5)는 단계(S21)로 진행하고, 그렇지 않으면 배기 가스 재순환 동작을 마친다.

단계(S21)에서, ECU(5)는 일시적으로 설정된 유지 한계 듀티 사이클을 최종적인 유지 한계 듀티 사이클로 최종적으로 판정한다. 즉, ECU(5)는 현재의 각도 위치가 소정의 임계치(G) 이상만큼 목표 유지 각도 위치로부터 벗어나기 직전의 명령 듀티 사이클을 최종 유지 한계 듀티 사이클로 최종적으로 판정한다. 이후에, ECU(5)는 단계(S22)로 진행한다.

단계(S22)에서, ECU(5)는 제2 임계 듀티 사이클(T2)과 최종 유지 한계 듀티 사이클 중 어느 것이 전기 모터(4)의 안정적 작동 측(명령 듀티 사이클 감소 측)을 향하여 더 변위되었는지를 판정한다. 즉, ECU(5)는 제2 임계 듀티 사이클(T2)과 최종 유지 한계 듀티 사이클 중 어느 하나가 다른 것보다 낮은지를 판정한다.

제2 임계 듀티 사이클(T2)이 최종 유지 한계 듀티 사이클보다 낮다고 판정되면[단계(S22)에서의 판정이 "예"], ECU(5)는 단계(S23)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S24)로 진행한다.

단계(S23)에서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클의 현재 값을 제2 임계 듀티 사이클(T2)과 일치시켜서 명령 듀티 사이클의 제어를 제한한다.

단계(S24)에서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클의 현재 값을 최종 유지 한계 듀티 사이클과 일치시켜서 명령 듀티 사이클의 제어를 제한한다.

반면에, 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정의 임계치(D)보다 크다고 판정되면[단계(S11)에서의 판정이 "아니오"], ECU(5)는 단계(S25)로 진행한다.

단계(S25)에서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클 한계를 수행하는 것이 불필요한지를 판정한다. 이후에, ECU(5)는 현재의 작동 모드가 정상적인 피드백 제어 모드일 때 그 작동 모드를 유지하거나 또는 그 작동 모드를 정상적인 피드백 제어 모드로 복귀시킨다. 이후에, ECU(5)는 단계(S26)로 진행한다.

단계(S26)에서, ECU(5)는 듀티 사이클 한계 지시 플래그를 오프로 변경하고, 이어서 카운터의 계수값을 초기값으로 재설정한다.

제2 실시예에 따른 EGR 제어 시스템의 동작은 도6에 도시된 타임 챠트를 참조하여 이후에 설명된다.

특히, 목표 각도 위치가 완전 폐쇄 위치(θC)로부터의 밸브 개방측 상의 "θ*1"으로부터 시간 t=t10에서 목표 각도 위치(θ*1)로부터의 밸브 개방측 상의 "θ*2)로 변위될 때, 명령 듀티 사이클은 인가 토크가 증가되도록 상승하기 시작한다[도6의 (a) 및 (b) 참조].

인가 토크의 증가는 버터플라이 밸브(3)가 밸브 개방측(EGR 통로 개방측)을 향하여 회전하게 하여, 목표 각도 위치(θ*2)와 현재의 각도 위치 사이의 편차가 증가하여 소정의 임계치(D)를 초과한다[도6의 (b) 참조].

버터플라이 밸브(3)가 회전함에 따라 밸브 요소(8)의 현재의 각도 위치는 밸브 개방측을 향하여 변위되어서 버터플라이 밸브(3)의 회전을 유지하도록 인가 토크가 더 증가되고, 이에 따라 명령 듀티 사이클은 계속하여 상승하게 된다.

명령 듀티 사이클의 연속적인 상승은 버터플라이 밸브(3)의 현재의 각도 위치가 목표 각도 위치(θ*2)에 계속하여 근접하게 하여 목표 각도 위치와 현재의 각도 위치 사이의 편차는 소정의 임계치(D) 이하가 되고[도5의 단계(S11)에서의 "예"와 도6의 (b) 참조], 이에 따라 밸브(3)의 현재의 각도 위치는 목표 각도 위치(θ*2)와 실질적으로 일치한다[도6의 (a) 참조].

명령 듀티 사이클이 인가 토크의 증가로 인해 시간 t=t11에서 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상일 때[도6의 단계(S13)에서의 "예"와, 도6의 (c) 참조], 카운터의 계수값은 시간 t=t11 후의 모든 사이클의 배기 가스 재순환 동작에서 소정의 일정치만큼 증분되도록 시작된다[도6에서의 단계(S14) 참조].

이후에, 카운터의 계수값이 시간 t=t12에서 소정치(C)에 도달할 때[도6의 단 계(S15)에서의 "예"와, 도6의 (d) 참조], 유지 한계 듀티 사이클(Tm)을 얻도록 명령 듀티 사이클의 감소가 개시된다[도5에서의 단계(S16) 내지 단계(S18)와, 도6의 (c) 참조]. 즉, 피드백 제어에 기초한 명령 듀티 사이클의 계산이 중단되어서 명령 듀티 사이클의 제한이 시작된다.

밸브(3)의 현재의 각도 위치가 계속하여 목표 유지 각도 위치에 있지 않으면, 듀티 사이클의 감소는 중단된다. 즉, 소정치 만큼 명령 듀티 사이클의 감소 직후 측정된 현재의 각도 위치와 목표 유지 각도 위치 사이에서의 편차가 소정의 임계치(G) 이상일 때, 듀티 사이클의 감소는 중단된다[도6의 (c)와 단계(S20)에서의 "예" 참조].

듀티 사이클 감소의 중단과 동시에, 현재의 각도 위치가 소정의 임계치(G) 이상만큼 목표 유지 각도 위치로부터 벗어나기 직전의 명령 듀티 사이클은 최종 유지 한계 듀티 사이클(Tm)로 판정된다[단계(S21) 참조].

최종 유지 한계 듀티 사이클(Tm)이 제2 임계 듀티 사이클(T2)보다 전기 모터(4)의 안정적 작동 측을 향하여 더 변위되도록, 최종 유지 한계 듀티 사이클(Tm)은 제2 임계 듀티 사이클(T2)보다 낮다는 것을 주목하자. 이러한 이유로, 명령 듀티 사이클의 피드백 제어의 제한이 해제될 때까지, 명령 듀티 사이클은 최종 유지 한계 듀티 사이클(Tm)에서 유지된다[단계(S22) 및 단계(S24)에서의 "아니오"와, 도6의 (c) 참조].

이후에, 시간 t=t14에서, 밸브(3)의 목표 각도 위치의 감소가 시작되어 목표 각도 위치와 현재의 각도 위치 사이의 편차가 시간 t=t15에서 소정의 임계치(D) 이 상일 때[도5의 단계(S11)에서의 "아니오"와, 도6의 (b) 참조], 명령 듀티 사이클의 피드백 제어는 제한으로부터 해제된다[도5의 단계(S25) 참조].

제한으로부터 명령 듀티 사이클의 피드백 제어의 해제는 명령 듀티 사이클이 ECU의 피드백 제어에 기초하여 연산될 수 있도록 하고, 그와 동시에 카운터의 계수값이 초기값이 0으로 리셋되도록 할 수 있다[도6의 (d) 참조].

시간 t=t15 이후, 명령 듀티 사이클이 ECU의 피드백 제어에 기초하여 감소되기 시작하기 때문에[도6의 (c) 참조], 인가 토크가 감소되고, 따라서 밸브(3)의 현재 각도 위치는 감소된다.

그 후, 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정 임계치(D) 이하로 되는 경우[도5의 단계(S11)에서 "예" 및 도6의 (b) 참조], 밸브(3)의 현재 각도 위치는 새로운 목표 각도 위치(θ*3)와 실질적으로 일치한다.

전술된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 EGR 제어 시스템(1)에 있어서, ECU(5)는,

우선, 제1 및 제2 임계 듀티 사이클(T1, T2)을 메모리 유닛(5b)에 저장하고,

목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차가 소정 한계치(D) 이하로 되는 경우, 명령 듀티 사이클은 제1 임계 듀티 사이클(T1) 측으로 이동하거나 또는 제1 임계 듀티 사이클(T1)을 통해 불허 범위(UR)에 놓여, 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)에 도달하는 현재 각도 위치를 목표 유지 각도 위치로서 검출하고,

유지 한계 듀티 사이클로서 여러개의 명령 듀티 사이클의 값 중 하나, 밸 브(3)의 현재 각도 위치가 목표 유지 각도 위치에 유지되도록 하는 여러개의 값, 및 허용 범위(AR)에서 가장 안정한 측에 위치되는 여러개의 값 중 하나를 검출하기 위해 명령 듀티 사이클을 소정 값만큼 감소시키고,

명령 듀티 사이클이 제2 임계 명령 듀티 사이클(T2)과 유지 한계 듀티 사이클 사이의 값 중 어느 하나와 실질적으로 일치하도록 명령 듀티 사이클을 조절하여, 명령 듀티 사이클을 허용 범위(AR) 내로 이동시키도록 구성된다.

밸브(3)의 현재 각도 위치가 목표 유지 각도 위치에 유지되도록 허용하는 명령 듀티 사이클의 몇몇 값은 미끄럼 마찰력에 대응하는 제2 상쇄 토크 및 제3 상쇄 토크에 기여하지 않는다. 이러한 이유로 인해, 명령 듀티 사이클의 몇몇 값은 스프링력에 대한 제1 상쇄 토크에 기여하기에 충분하다.

따라서, 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)에 도달하거나 또는 불허 범위(UR) 내에 놓이는 경우라도, 명령 듀티 사이클을 허용 범위(AR) 내로 이동시킬 수 있는 한편, 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1)에 막 도달한 밸브(3)의 현재 각도 위치는 목표 유지 각도 위치로서 유지된다. 이는 명령 듀티 사이클이 재순환되는 배기 가스의 체척에 있어서 어떠한 감소도 없이 허용 범위(AR) 내로 이동될 수 있도록 한다.

또한, 스프링력보다 충분히 강한 인가 토크를 밸브(3)에 제공할 수 있는 다양한 전기 모터 중 하나가 전기 모터(4)로서 바람직하게 이용된다. 따라서, 명령 듀티 사이클을 스프링력에 대응하는 유지 한계 듀티 사이클까지 감소시킴으로써, 명령 듀티 사이클이 재순환되는 배기 가스의 체적에 있어서 어떠한 감소도 없이 허 용 범위(AR) 내에 안정하게 놓이도록 한다.

또한, 전기 모터(4)로서, 전기 모터가 스프링력과 비교해 충분히 강한 인가 토크를 밸브(3)에 제공할 수 있을지라도, 허용 범위(AR) 내에서 충분히 안정한 측에 위치된 값에 대한 제2 임계 듀티 사이클(T2)의 세트는 명령 듀티 사이클이 제2 임계 듀티 사이클(T2)와 실질적으로 일치하도록 상기 명령 듀티 사이클이 이동하도록 한다.

따라서, 유지 한계 듀티 사이클을 사용하는 것과 비교해 재순환되는 배기 가스의 체척의 약간의 감소에도 불구하고, 배기 가스의 배출이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

각각의 제1 및 제2 실시예에 있어서, ECU(5)는 명령 듀티 사이클을 인가 토크 파라미터로서 모터 구동기(11)에 제공하고, 그에 따라 모터를 통해서 전기 모터(4)를 제어하지만, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않는다.

특히, 제1 변형예에 있어서, 인가 토크 파라미터로서, ECU(5)는 전기 모터(4)에 제공될 전력량을 나타내는 지시를 모터 구동기(11)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 도4 또는 도6에 도시된 바와 같이, ECU(5)는, 모터 구동기(11)를 통해서, 각 전류 펄스의 지속 시간을 시간에 따른 듀티 사이클 특성에 따라 전기 모터(4)에 공급되는 맥동식 전류로 제어할 수 있다(도4 또는 도6 참조).

제1 변형예는 각각의 제1 및 제2 실시예와 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

또한, 제2 변형예에 있어서, ECU(5)는 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차를 나타내는 지시를 제공할 수 있고; 이러한 지시는 모터 구동기(11)가 지시된 편차에 따른 전력량을 전기 모터(4)에 공급하도록 할 수 있다.

예를 들면, 도4의 (c)에 도시된 바와 같이, 밸브(3)의 현재 각도 위치와 목표 각도 위치 사이의 편차가 시간 t=t1에서 실질적으로 0인 경우, ECU(5)는 시간 t=t1 이후의 배기 가스 재순환 작업의 매 사이클마다 계수값을 소정 상수값 만큼 증분시키기 시작한다[도3의 단계(S3) 참조].

그 후, 카운터의 계수값이 시간 t=t2에서 소정값(C)에 도달하는 경우[도3의 단계(S4)에서 "예" 및 도4의 (d) 참조], ECU(5)는 피드백 제어에 기초하여 명령 듀티 사이클의 연산을 중단시키고[도4의 (c) 참조], 지속적으로 명령 듀티 사이클을 제2 임계치로 제한한다.

제2 변형예는 각각의 제1 및 제2 실시예와 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

또한, 각각의 제1 및 제2 실시예에 있어서, 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상인 경우[단계(S2)의 결정이 "예"], 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 또는 불허 범위(UR) 내로 명령 듀티 사이클의 이동으로 인해 시간(Tc)의 여유 길이가 경과된 후에, ECU(5)는 단계(S5)에서 명령 듀티 사이클 제한 작동을 실시한다. 그러나, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않는다.

특히, 명령 듀티 사이클의 현재 값이 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상인 경우[단계(S2)의 결정이 "예"], 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 또는 불허 범위(UR) 내로 명령 듀티 사이클의 이동 이후 바로 ECU(5)는 단계(S5)에서 명령 듀티 사이클 제한 작동을 실시할 수 있다.

제1 임계 듀티 사이클(T1)로 또는 불허 범위(UR) 내로 명령 듀티 사이클의 이동으로 인해 시간(Tc)의 여유 길이가 경과한 이후 ECU(5)가 단계(S5)에서 명령 듀티 사이클 제한 작동을 실시하는 이유는 이하에 설명한다.

특히, 명령 듀티 사이클이 일시적으로 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 또는 불허 범위(UR) 내로 이동된 후, 시간(Tc)의 여유 길이의 경과 이전에 허용 범위(AR) 내로 복귀되는 경우, 명령 듀티 사이클을 중단시키는 일없이 명령 듀티 사이클의 피드백 제어를 유지시킬 수 있다. 이는 명령 듀티 사이클이 일시적으로 제1 임계 듀티 사이클(T1)로 또는 불허 범위(UR) 내로 이동되고 허용 범위(AR) 내로 복귀하더라도 명령 듀티 사이클의 피드백 제어가 매끄럽게 지속되도록 한다.

또한, 각각의 제1 및 제2 실시예에 있어서, 카운터의 계수값의 증분은 명령 듀티 사이클이 제1 임계 듀티 사이클(T1) 이상인 경우에 시작되지만, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않는다.

특히, 목표 각도 위치와 현재 각도 위치 사이의 편차는 소정 임계치(D) 이하이고, 소정 임계치(D)보다 낮은 편차 변화 타이밍으로 인해 소정 시간이 경과된다.

각각의 제1 및 제2 실시예에 있어서, 본 발명은 엔진에서 배출된 배기 가스 중 일부가 엔진의 연소실로 되돌아가는 EGR 통로(2)에 설치된 밸브 요소(8)의 회전을 제어하는 액추에이터(4)를 제어할 수 있는 EGR 제어 시스템에 적용된다. 그러나, 본 발명은 상기 적용에 한정되지 않는다.

특히, 본 발명은 가스가 유동하는 통로에 설치된 밸브 요소를 회전시키는 액추에이터를 제어하여, 통로의 개구 면적을 조절하기 위한 시스템에 적용된다.

또한, 당업자는 본 발명이 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체, 예를 들면 각종 메모리 유닛(5b)에 저장된 프로그램으로서 배급될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명이 실제적으로 배급을 실시하기 위해 사용되는 특정 형태의 신호 저장 매체(signal bearing media)에 관계없이 동일하게 적용된다는 것을 인식하는 것은 중요하다. 신호 저장 매체의 적절한 예는 CD-ROMs/RAMs, DVD-ROMs/RAMs, 및 플래시 메모리(flash memories)와 같은 기록가능한 형태의 매체, 및 디지털 및 아날로그 통신 링크(communications links)와 같은 전송 형태의 매체(transmission type media)를 포함한다.

현재 본 발명의 실시예 및 변형예로 간주되는 것이 설명되었지만, 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에서 설명되지 않은 각종 수정이 이루어질 수 있으며, 상기 모든 수정은 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다.

본 발명에 의하면, 액추에이터로 공급되는 전력이 액추에이터의 작동 안정성을 제한하는 임계치에 이르더라도 액추에이터의 안정된 작동을 보장할 수 있다.

Claims

가스가 유동하는 통로 내에 회전 가능하게 설치된 밸브에 연결되고, 밸브의 현재 위치와 밸브의 목표 위치 사이의 편차에 기초하여 밸브에 가해질 토크를 변화시키도록 구성된 액추에이터를 제어하는 시스템이며,

제1 임계치를 내부에 저장하도록 구성된 제1 저장 유닛과,

토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하도록 구성된 제한 유닛을 포함하고,

상기 제1 임계치는 밸브에 작용하는 토크의 변화에 따라서 토크 파라미터가 변경될 수 있는 변동 범위 내로 한정되고, 상기 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부의 결정을 허용하는 액추에이터 제어 시스템.
제1항에 있어서, 제1 임계치는 변동 범위를 제1 범위와 제2 범위로 분할하고, 토크 파라미터가 제1 범위 내의 값을 취하는 경우, 액추에이터의 작동 안정성은 보장되고, 토크 파라미터가 제2 범위 내의 값을 취하는 경우, 액추에이터의 작동 안정성은 보장되기 어려우며,

제2 임계치를 내부에 저장하도록 구성된 제2 저장 유닛을 더 포함하고,

상기 제2 임계치는 제1 범위 내에 제2 한계를 한정하며, 토크 파라미터가 실질적으로 제2 임계치로부터 적어도 제1 임계치로 이동하고 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 제한 유닛은 토크 파라미터를 제2 임계치와 실질적으로 일치시키도록 구성되는 액추에이터 제어 시스템.
제1항에 있어서, 제한 유닛은,

밸브의 목표 위치와 밸브의 현재 위치 사이의 편차가 밸브의 회전 방향으로 소정 길이 이하인지 여부를 결정하고,

상기 토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하고 상기 편차가 밸브의 회전 방향으로 소정 길이 이하인 것으로 결정되는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하도록 구성되는 액추에이터 제어 시스템.
제1항에 있어서, 토크 파라미터는 밸브의 목표 위치와 밸브의 현재 위치 사이의 편차이고; 제1 임계치는 0이며; 제한 유닛은, 편차가 변동 범위 내에서 0으로 실질적으로 이동하는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 편차의 변동을 제한하도록 구성되는 액추에이터 제어 시스템.
제1항에 있어서, 제한 유닛은,

토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 토크 파라미터가 변동 범위 내에서 적어도 제1 임계치로 이동하고 제1 임계치를 지나서 이동한 후 경과된 시간을 측정하고,

측정된 시간이 소정의 시간 길이 이상인지 여부를 결정하고,

측정된 시간이 소정의 시간 길이 이상으로 결정되는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해서 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하도록 구성되는 액추에이터 제어 시스템.
제1항에 있어서, 제1 임계치는 변동 범위를 제1 범위와 제2 범위로 분할하고, 토크 파라미터가 제1 범위 내의 값을 취하는 경우, 액추에이터의 작동 안정성은 보장되고, 토크 파라미터가 제2 범위 내의 값을 취하는 경우, 액추에이터의 작동 안정성은 보장되기 어려우며,

제2 임계치를 내부에 저장하도록 구성된 제2 저장 유닛을 더 포함하고,

상기 제2 임계치는 제1 범위 내에 제2 한계를 한정하며,

제한 유닛은,

밸브의 목표 위치와 밸브의 현재 위치 사이의 편차가 밸브의 회전 방향으로 소정 길이 이하인지 여부를 결정하고,

상기 토크 파라미터가 실질적으로 제2 범위로부터 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하고 상기 편차가 밸브의 회전 방향으로 소정 길이 이하인 것으로 결정되는 경우, 토크 파라미터가 범위 내에서 제1 임계치로 이동하는 밸브의 위치를 목표 유지 위치로서 검출하고,

밸브의 현재 위치가 목표 유지 위치에 유지되도록 허용하는 값 중 하나를 유지 한계 값으로 선택하도록 토크 파라미터를 제1 범위 내로 이동시키고,

토크 파라미터가 상기 토크 파라미터를 제1 범위 내로 이동시키는 유지 한계 값 및 제2 임계치 중 하나와 실질적으로 일치하도록 구성되며,

상기 값 중 선택된 값은 제1 임계치로부터 가장 멀리 위치하는 액추에이터 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템은 차량에 설치되고, 가스는 차량에 설치된 엔진의 출구측으로부터 배기되는 배기 가스 중 일부이며, 통로는 배기 가스 중 일부가 엔진의 입구측 내로 재순환되는 배기 가스 재순환 통로인 액추에이터 제어 시스템.
가스가 유동하는 통로 내에 회전 가능하게 설치된 밸브에 연결되고, 밸브의 현재 위치와 밸브의 목표 위치 사이의 편차에 기초하여 밸브에 가해질 토크를 변화시키도록 구성된 액추에이터를 제어하기 위해 제1 메모리 내에 내장된 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체이며,

제1 메모리 및 제2 메모리 중 적어도 하나로부터 제1 임계치를 검색하도록 컴퓨터에 지시하는 제1 수단과,

토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하도록 컴퓨터에 지시하는 제2 수단을 포함하며,

상기 제1 임계치는 제1 메모리 및 제2 메모리 중 적어도 하나에 미리 저장되고, 상기 제1 임계치는 밸브에 작용하는 토크의 변화에 따라서 토크 파라미터가 변경될 수 있는 변동 범위 내에서 한정되고, 상기 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부의 결정을 허용하는 제1 메모리 내에 내장된 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
가스가 유동하는 통로 내에 회전 가능하게 설치된 밸브에 연결되고, 밸브의 현재 위치와 밸브의 목표 위치 사이의 편차에 기초하여 밸브에 가해질 토크를 변화시키도록 구성된 액추에이터를 제어하는 방법이며,

제1 임계치를 내부에 저장하는 단계와,

토크 파라미터가 실질적으로 변동 범위 내의 제1 임계치로 이동하거나 또는 제1 임계치를 지나서 이동하는 경우, 가스의 유동이 통로를 통해 실질적으로 유지되도록 토크 파라미터의 변동을 제한하는 단계를 포함하고,

상기 제1 임계치는 밸브에 작용하는 토크의 변화에 따라서 토크 파라미터가 변경될 수 있는 변동 범위 내로 한정되고, 상기 제1 임계치는 액추에이터의 작동이 불안정해질 가능성이 있는지 여부의 결정을 허용하는 액추에이터 제어 방법.