JP2009545697A - 一体化された圧力センサを有するｅｇｒシステム及びｅｇｒ弁 - Google Patents

Abstract

入口ポートと出口ポートとを有する弁本体及び入口ポートと出口ポートとの間に配置された弁を有する弁。センサは、弁と弁本体とに動作可能に関連付けられ、弁の近傍の特性を測定する。センサは、位置命令を前記弁に送信する制御ユニットに、前記特性に関する情報を通信する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年８月２日に出願された米国仮特許出願第６０／８３４，９８４号の利益を主張する。

本発明は、一体化されたセンサを有する弁に関する。

位置センサを有する弁は、所定のエンジン作動条件に相関する１組の所定の弁位置を有することが多い。これらの所定の条件では、制御ユニットのプログラム部分でない作動条件の変化は補償されない。例えば、弁の構成要素が摩耗するにつれ、汚染が弁の内部に堆積し始め、弁を通したガス流に対し影響を引き起こす。制御ユニットは、それに反応して作動を調整する方法を有さない。したがって、ガス流の変化を補償して、弁の位置を調整する必要性がある。

本発明は、入口ポートと出口ポートとを有する弁本体及び入口ポートと出口ポートとの間に配置される弁を有する弁である。センサは、弁と弁本体とに動作可能に関連付けられ、弁の近傍の特性を測定する。センサは、位置命令を弁に送信する制御ユニットに、特性に関する情報を通信する。

本発明のさらなる適用範囲は、以下に提供する詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、あくまで例示のためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。

本発明は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるであろう。

好ましい実施形態の次の説明は、本質的に単に例示的なものに過ぎず、本発明、その適用、あるいは用途を限定するものではない。

排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムは、図１に一般に１０で示されている。システム１０は、吸気マニホールド１４及び排気マニホールド１６を有するエンジン１２を含む。排気マニホールド１６は、エンジン１２からターボチャージャユニット１８内に排気ガスを供給する。ターボチャージャユニット１８は、タービン２０と、コンプレッサ２２とを有する。コンプレッサ２２は、大気から空気を受け取って、インタクーラ２６に送る入口管２４を含む。インタクーラ２６は、吸気マニホールド１４内への空気流を制御するために使用されるスロットルバルブ２８に接続される。

システム１０はまた、排気マニホールド１６から吸気マニホールド１４への排気ガス流を制御するためのＥＧＲ弁３０を含む。排気マニホールド１４とＥＧＲ弁３０との間に接続される第１の導管３２、ＥＧＲ弁３０と吸気マニホールド１４との間に接続される第２の導管３４がある。スロットルバルブ２８及びＥＧＲ弁３０の両方は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３６によって制御される。

次に、すべての図を参照すると、ＥＧＲ弁３０の断面図が示されている。ＥＧＲ弁３０は、アクチュエータ３８によって作動される。本実施形態のアクチュエータ３８はソレノイドである。ＥＧＲ弁３０は、入口ポート４２と出口ポート４４とを有する弁本体４０を有する。入口ポート４２と出口ポート４４との間に、弁ステム５２と弁部材５４とを有する弁５０が配置される。弁５０が閉位置にあるとき、弁部材５４は弁座５６に支えられる。入口ポート４２は第１の導管３２と流体接続し、出口ポート４４は第２の導管３４と流体接続している。

同様に、弁本体４０には第１の通路４６及び第２の通路４８が含まれ、弁座５６は第１の側面５８と第２の側面６０とを有する。第１の通路４６は、弁座５６の第２の側面６０に接続され、第２の通路４８は、弁座５６の第１の側面５８に接続される。第１の通路４６及び第２の通路４８は、弁本体を通した流路に動作可能に接続される。本実施形態において圧力センサであるセンサ６２は、弁本体４０に一体化され、第１の通路４６及び第２の通路４８に配置される。第１の通路４６及び第２の通路４８のセンサ６２の配置により、センサ６２は、弁５０の両側の圧力読取りを行うことができる。さらに、センサ６２は、弁５０の流路への最小の侵入により読取りを行うことができる。

弁ステム５２は、弁ステム５２に作用して弁部材５４を開位置と閉位置との間で、又は弁座５６に対しそれらの間の他の任意の所望の位置に移動させるソレノイド３８に接続される。弁部材５４が弁座５６から変位させられるときに弁部材５４と弁座５６とによって形成される空間量は、有効なオリフィス６４と称される。有効なオリフィス６４は、弁部材５４と弁座５６との間に排気ガスが流れているときに、排気ガスが通過して流れるために利用可能な面積量である。この有効なオリフィス６４は、弁部材５４と弁座５６との間の排気ガス流の制限及び圧力降下をもたらす。有効なオリフィス６４の大きさは、弁座５６に対する弁部材５４の位置に応じて変化する。有効なオリフィス６４の大きさは、弁５０が閉じているときのゼロから、弁が完全に開いているときの弁座５６の大きさ以上の大きさの範囲にあることができる。

アクチュエータ３８はまた、弁部材５４の位置を示すＥＣＵ３６に信号を提供する位置センサ６６を含む。これにより、ＥＣＵ３６は、弁５０の位置と、弁５０にわたる圧力とを同時に比較することができる。弁５０の適切な位置を決定するために、位置センサ６６を使用する必要はない。弁５０に必要な調整の程度をＥＣＵ３６によって決定するために、むしろセンサ６２によって収集されたデータで十分であり得る。

図２に示した実施形態は、同様に、センサ６２をＥＣＵ３６に接続するために使用される配線ハーネス６８を示している。しかし、図２の実施形態は、代替接続部７０を有するセンサ６２を有する構想を含み、この代替接続部により、センサ６２をコネクタ７２に含めることが可能であろう。ソレノイド３８及びセンサ６２の両方のための単一のコネクタ７２により、本発明はさらに単純化される。

本発明の実施形態に示したアクチュエータ３８は、ソレノイドである。センサ６２からの、及び適用可能な場合、位置センサ６６からの信号に応答して弁５０の所望の制御された移動を引き起こす事実上他の任意の種類のアクチュエータを使用することは、本発明の範囲内にある。他の種類のアクチュエータ３８の例は、ＤＣモータ、ステッパモータ、空圧アクチュエータ、液圧アクチュエータ又はそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない。ＥＣＵ３６によってアクチュエータに発生される制御信号の種類は、使用されるアクチュエータの種類に関係する。例えば、制御信号は段状電気パルス、振幅変調信号、パルス幅変調信号、又は他の電子信号であることができる。

図１と図２に示したシステム１０及び弁５０が作動されるとき、新鮮空気が吸気管２４に送られ、コンプレッサ２２によって圧縮され、インタクーラ２６に送られる。次に、空気はインタクーラ２６によって冷却され、スロットルバルブ２８を通して、吸気マニホールド１４を通して、エンジン１２内に流入する。吸気マニホールド１４に流入する空気量は、スロットルバルブ２８によって制御される。

コンプレッサ２２は、タービン２０によって駆動される。新鮮空気がエンジン１２によって受け取られると、新鮮空気は燃料と混合され、圧縮され、燃焼されて排気ガスに変換される。タービン２０は、排気マニホールド１６から排気ガスを受け取り、排気ガスからのエネルギが使用されて、動力をタービン２０に供給する。その動力はコンプレッサ２２に伝達され、そこでコンプレッサにより新鮮空気が圧縮される。

排気ガスの一部はタービン２０に流れない。排気ガスのある部分は吸気マニホールドに再循環して戻され、エンジン１２に送られる。排気ガスのこの部分は、排気マニホールド１６から第１の導管３２に、及びＥＧＲ弁３０に流入する。ガスがＥＧＲ弁３０を流れると、ガスは、第２の導管３４に、及び吸気マニホールド１４に流入する。

ＥＧＲ弁３０は、排気マニホールド１６から吸気マニホールド１４に再循環される排気ガス量を制御する。ＥＧＲ弁３０及びスロットルバルブ２８の両方は、車両のＥＣＵ３６によって制御される。ＥＣＵ３６は、スロットルバルブ２８を使用して吸気マニホールド１４に入る新鮮空気量を制御し、同様に、ＥＧＲ弁３０を使用して再循環される排気ガス量を制御する。センサ６２は、弁位置及び流れに対する弁５０の近傍の特性を測定する。図２に示したようなセンサ６２は、弁５０の第１の側面５８及び第２の側面６０の圧力を測定する圧力センサである。次に、センサ６２は、データ信号をＥＣＵ３６に伝送する。信号からの情報を使用して、ＥＣＵ３６は、弁５０の位置変更の必要又はその維持の必要があるかどうかを決定する。弁５０の所望の位置は、アクチュエータ３８への制御信号を調整するＥＣＵ３６によって達成される。

測定された特性は必ずしも圧力に限定されず、特性はまた、質量流量、体積流量、温度、空気微粒子成分、汚染、密度、あるいはガス流の指標を提供するために使用できる他の任意の種類の特性であり得ることに留意されたい。センサ６２は、弁座５６の第１の側面５８及び第２の側面６０の上に挙げた特定の特性を測定するために使用される任意の種類のセンサであり得る。

有効なオリフィス６４を流れる排気ガス量を計算するために、圧力降下を利用することができる。次に、センサ６２は、信号をＥＣＵ３６に提供し、次に、ＥＣＵ３６は、ＥＧＲ弁３０を通した所望の排気ガス流を達成するために、弁５０の位置及び制御信号が変化しなければならないかどうかを決定する。本実施形態では、ＥＣＵ３６は、エンジン１２の作動条件のマップ、又は弁５０の１組の所定の作動条件、及び各々の条件に対する所望の排気ガス流でプログラミングされる。排気ガス流の各々のレベルについて、関連するＥＧＲ弁３０の制御信号及びセンサ６２の信号がある。ＥＣＵ３６は、センサ６２及び位置センサ６６から圧力入力を受信して、弁５０及びＥＧＲ弁３０の所望の位置を達成するために必要な制御信号を決定し、必要な排気ガス流量を提供する。ＥＣＵ３６は、弁５０の位置を調整して、ＥＧＲ弁３０を通した適切な量の排気ガス流を達成又は維持する。

弁座５６の吸気マニホールド１４及び第２の側面６０の排気ガス圧力を決定するために使用される別個のセンサ７４を含む本発明の他の実施形態が、図３に示されている。次に、センサ６２は、弁座５６の第１の側面５８の圧力レベルを決定する。センサ６２及び別個のセンサ７４によって行われる圧力測定は、圧力差の指標も提供し、したがって、排気ガス流量を決定することができる。

本発明の他の実施形態が図３に仮想線で示されている。本実施形態では、第１の導管３２は、排気マニホールド１６の代わりにタービン２０に接続され、第２の導管３４は、コンプレッサ２２の入口管２４に接続される。この動作モードでは、ＥＧＲ弁３０は、タービン２０から下流側に、及びコンプレッサ２２から上流側に配置されるので「低圧」弁である。排気ガスがタービン２０を流れた後、排気ガスは第１の導管３２を流れ、ＥＧＲ弁３０が開いている場合、排気ガスは、ＥＧＲ弁３０を通して、第２の導管３４を通して、入口管２４内に流入する。ＥＧＲ弁３０が閉じている場合、第１の導管３２の排気ガスは出口管７６から流出する。

本発明は、排気ガス流を測定し、有効なオリフィス６４の大きさを調整し、したがって、排気ガス流がエンジン作動条件の各々について正しいことを保証する利点を有する。このことは、各々のエンジン作動パラメータに関し１組の所定の弁位置を使用し、汚染、摩耗、組立公差、及び弁５０を通した排気ガス流に影響することがある他の外部要因を考慮しないＥＧＲシステムに較べ相当の利点を提供する。これらの種類のＥＧＲ弁は、弁の位置から流れを推定する。本発明は、ガス圧力の実際の測定を行い、かつガスの流れを調整して、汚染、摩耗、組立公差、及びガスの流れに影響を及ぼす他の要因を補償する別個の利点を有する。本質的に、ＥＣＵ３６は、センサ６２及び位置センサ６６からのフィードバックを使用して、各々のエンジン作動条件に最適な排気ガス流があることを保証する。

特定の用途に合わせるため、必要に応じて、位置センサ６６を省略できることに留意されたい。センサ６２を使用して、フィードバックをＥＣＵ３６に提供することができ、ＥＣＵ３６は、適切な排気ガス流量が達成されるまで弁５０の位置を調整する。アクチュエータはまた、液圧圧力が弁５０を作動するために使用される場合、液圧アクチュエータ（図示せず）であり得る。

センサ６２がＥＧＲ弁３０に物理的に一体化されることに加えて、センサ６２はまた、ＥＧＲ弁３０及びセンサ６２の両方に使用することができる単一の電気コネクタがあり得るという点で、電気的に一体化されることができる。

本発明の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、したがって、本発明の主旨から逸脱しない変形は本発明の範囲内にあるように意図される。このような変形は、本発明の趣旨と範囲からの逸脱とはみなされない。

本発明による排気ガス復帰弁を組み込んだエンジン吸気及び排気システムの概略図である。 本発明によるアクチュエータとしてのソレノイドを有するＥＧＲ弁を有するシステムの側面断面図である。 ＥＧＲ弁に組み込まれた圧力センサと、本発明による吸気マニホールドに配置された圧力センサとを有する排気ガス復帰システムの図面である。

Claims (30)

1. 弁であって、
   入口ポートと、出口ポートとを有する弁本体と、
   前記入口ポートと前記出口ポートとの間に配置された弁であって、第１の側面と第２の側面とを有する弁と、
   前記弁本体において弁の前記第１の側面及び第２の側面と動作可能に関連付けられたセンサと、
   前記弁を制御するための制御ユニットとを備え、
   前記センサが前記弁の近傍の特性を測定し、前記センサが、前記特性に関する情報を前記制御ユニットに通信し、前記制御ユニットが位置命令を前記弁に送る弁。
2. 前記弁の位置を変更するためのアクチュエータをさらに備える、請求項１に記載の弁。
3. 前記アクチュエータが、ＤＣモータ、ソレノイド、ステッパモータ、空圧アクチュエータ、又は液圧アクチュエータを含む群から選択されるアクチュエータである、請求項２に記載の弁。
4. 前記制御ユニットが、制御信号を使用して前記弁に位置を変更するように命令し、前記制御信号が、段状電気パルス、パルス幅変調信号、又は振幅変調信号を含む群から選択される信号である、請求項１に記載の弁。
5. 前記制御ユニットが前記弁の位置を検証して、前記弁の近傍の前記特性量を維持する、請求項１に記載の弁。
6. 前記センサが前記弁の近傍の前記特性の変動を決定し、前記制御ユニットが、前記特性の所望の一定量が維持されるように前記弁を調整する、請求項１に記載の弁。
7. 前記入口ポートから前記出口ポートにガスを供給するために使用される前記弁の位置によって形成された有効なオリフィスをさらに備える、請求項１に記載の弁。
8. 前記弁が弁座と弁部材とをさらに備える、請求項１に記載の弁。
9. 前記センサが、前記弁の前記第１の側面及び前記弁の第２の側面の前記特性に関する情報を前記制御ユニットに通信し、前記制御ユニットが位置命令を前記弁に送る、請求項１に記載の弁。
10. 前記弁本体を通して前記弁の前記第１の側面に延びる第１の通路と、前記弁本体を通して前記弁の前記第２の側面に延びる第２の通路とをさらに備え、前記第１の通路の圧力が前記センサによって感知され、前記第２の通路の圧力が前記センサによって感知される、請求項１に記載の弁。
11. 前記弁の位置を前記制御ユニットに提供するための位置センサをさらに備える、請求項１に記載の弁。
12. 前記制御ユニットが、前記センサによって決定された前記特性量の通信と、前記位置センサからの前記弁の位置の通信とに基づき前記弁の位置を調整する、請求項１２に記載の弁。
13. 前記特性が、圧力、質量流量、体積流量、温度、空気微粒子成分、汚染、又は密度を含む群から選択される特性である、請求項１に記載の弁。
14. タービンとコンプレッサとを有するターボチャージャをさらに備え、前記タービンが前記コンプレッサと動作可能に関連付けられ、前記入口ポートが前記タービンと流体連通し、前記出口ポートが前記コンプレッサと選択的に流体連通する、請求項１に記載の弁。
15. さらに、前記入口ポートが前記タービンの上流側の位置で排気ガスを受容し、前記出口ポートが前記コンプレッサの下流側に排気ガスを配分する、請求項１４に記載の弁。
16. さらに、前記入口ポートが前記タービンの下流側の位置で排気ガスを受容し、前記出口ポートが前記タービンの上流側に排気ガスを配分する、請求項１４に記載の弁。
17. 弁を有する排気ガス再循環システムであって、
    入口ポートと、出口ポートとを有する弁本体と、
    弁座と動作可能に関連付けられた前記弁本体に配置された弁と、
    ガス流を促進するための通路を形成するための前記弁と前記弁座とによって形成された有効なオリフィスと、
    前記弁の第１の側面に関連付けられるガス流圧力の少なくとも１つの測定を行うための圧力センサであって、信号を伝送する圧力センサと、
    前記弁座に対し前記弁を配置するためのアクチュエータと、
    前記弁の第２の側面と関連付けられる排気ガス流圧力の測定を行うための前記弁の下流側の第２のセンサと、
    前記アクチュエータと前記弁とを制御するための制御ユニットであって、前記制御ユニットが前記圧力センサから前記信号を受信して、制御信号を前記アクチュエータに送信し、前記制御信号が前記アクチュエータに命令して、前記第１のセンサと前記第２のセンサとからの前記信号に応答して前記弁の位置を変更し、あるいは前記制御信号が前記アクチュエータに命令して、前記弁の位置を維持する制御ユニットと、
    を備える排気ガス再循環システム。
18. 前記アクチュエータが、ＤＣモータ、ステッパモータ、ソレノイド、空圧アクチュエータ、及び液圧アクチュエータを含む群から選択されるアクチュエータである、請求項１８に記載の弁。
19. 前記弁が弁ステムと弁部材とからさらに構成される、請求項１８に記載の弁。
20. 前記制御ユニットが１組の作動条件を含み、前記制御ユニットが前記アクチュエータに命令して、前記作動条件の各々について適切な排気ガス流が達成されるように、前記弁の位置を調整する、請求項１８に記載の弁。
21. 前記制御信号が、段状電気パルス、パルス幅変調信号、又は振幅変調信号を含む群から選択される信号である、請求項１８に記載の弁。
22. タービンとコンプレッサとを有するターボチャージャをさらに備え、前記入口ポートが前記タービンと流体連通し、前記出口ポートが前記コンプレッサと選択的に流体連通する、請求項１８に記載の弁。
23. 前記入口ポートが前記タービンの上流側の前記タービンと流体連通し、前記出口ポートが前記コンプレッサの下流側の前記コンプレッサと選択的に流体連通する、請求項２２に記載の弁。
24. 前記入口ポートが前記タービンの下流側の前記タービンと流体連通し、前記出口ポートが前記コンプレッサの上流側の前記コンプレッサと選択的に流体連通する、請求項２２に記載の弁。
25. 弁を通したガス流を制御するための方法であって、
    入口ポートと、出口ポートとを有する弁本体を設けるステップと、
    弁座と動作可能に関連付けられる弁を設けるステップであって、前記弁及び弁座が前記入口ポートと前記出口ポートとの間に配置されるステップと、
    前記弁を配置するためのアクチュエータを設けるステップと、
    前記弁の第１の側面の近傍で第１のガス圧力測定を行うための圧力センサを設け、前記弁の第２の側面の近傍で第２のガス圧力測定と、前記弁の第１の側面の近傍で少なくとも１つのガス圧力測定とを行うための圧力センサを設けるステップと、
    前記少なくとも１つのガス圧力測定を受信するための制御ユニットを設けて、前記アクチュエータを制御するステップと、
    前記弁座及び前記弁により有効なオリフィスを形成するステップと、
    前記弁の近傍のガス圧力を監視するステップと、
    信号を前記制御ユニットに送信するステップと、
    前記制御ユニットから前記アクチュエータに制御信号を送信して、前記ガス圧力に基づき前記弁の位置を変更するステップと、
    を含む方法。
26. 弁ステムと弁部材とを有する前記弁を設けるステップと、
    前記アクチュエータを作動させて、前記弁座に対し前記弁部材を移動させることによって前記弁ステム及び前記弁部材の位置を変更するステップと、
    をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記弁と動作可能に関連付けられる位置センサを設けるステップと、
    前記圧力センサから前記制御ユニットに前記信号を送信するステップと、
    前記位置センサから前記制御ユニットに位置信号を送信するステップと、
    前記制御ユニットから前記アクチュエータに前記制御信号を送信するステップと、
    前記圧力センサから受信された前記信号と、前記位置センサから受信された前記位置信号とに基づき前記弁の位置を変更するステップと、
    をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
28. タービンとコンプレッサとを有するターボチャージャユニットを設けるステップと、
    前記入口ポートと前記タービンとを流体連通させるステップと、
    前記出口ポートと前記コンプレッサとを選択的に流体連通させるステップと、
    をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
29. 前記タービンの上流側の位置で前記入口ポートと前記タービンとを流体連通させるステップと、
    前記コンプレッサの下流側の位置で前記出口ポートと前記コンプレッサとを選択的に流体連通させるステップと、
    をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記タービンの下流側の位置で前記入口ポートと前記タービンとを流体連通させるステップと、
    前記コンプレッサの上流側の位置で前記出口ポートと前記コンプレッサとを選択的に流体連通させるステップと、
    をさらに含む、請求項２８に記載の方法。

Images