JP2015052283A

JP2015052283A - 排気還流弁の制御装置

Info

Publication number: JP2015052283A
Application number: JP2013184867A
Authority: JP
Inventors: 羽田野　真; Makoto Hatano; 真羽田野
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-19
Also published as: US20150068504A1

Abstract

【課題】専用の温度センサを別途設けることなく温度変化によるＥＧＲ弁の流量特性ずれを防止すること。
【解決手段】ＥＧＲ弁１は、ガス流路２を有する弁ハウジング３と、モータ４を内蔵するモータハウジング５とを備え、両者３，５は異種材料で形成される。弁ハウジング３には、弁座６、弁体７及び弁軸８が設けられる。モータ４は、コイル１１を有するステータ１２と、出力軸１３を有するロータ１４とを含む。ロータ１４と共に出力軸１３を回転させることで、弁軸８をその軸方向へストローク運動させて弁座６に対する弁体７の開度を変更する。ＥＧＲ弁１を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１０は、ＥＧＲ弁１の目標開度を求め、コイル１１をモータ４の温度を検出する温度センサとして使用し、検出された温度に基づき目標開度を補正し、補正された目標開度に基づきモータ４を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの排気還流装置を構成する排気還流弁に係り、詳しくは、排気還流弁を制御する制御装置に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される排気還流弁（ＥＧＲ弁）が知られている。一般に、この種のＥＧＲ弁は、ＥＧＲガスの流路を有する金属製の弁ハウジングと、モータを内蔵する樹脂製のモータハウジングとを備えている。弁ハウジングには、金属製の弁軸や弁体、弁座等が設けられ、弁軸と弁体が弁座に対して軸線方向へストローク運動可能に設けられる。モータハウジングには、モータを構成するステータ、ロータ及び出力軸等が設けられる。

特開２０１３−７２６６号公報

ところが、特許文献１に記載のＥＧＲ弁では、弁ハウジングとモータハウジングが異種材料により形成され、それらの線膨張率が異なることから、温度変化により線膨張差が生じるおそれがあった。特に、高温側では、モータハウジングの線膨張が大きくなりがちで、弁ハウジングとの線膨張差により弁軸のストローク運動量が狙いのストローク量からずれるおそれがあった。その結果、弁体と弁座との間の開度が狙いの開度からずれてしまい、ＥＧＲ弁の流量特性が狙いの特性からずれるおそれがあった。

そこで、温度変化による流量特性のずれを防止するために、ＥＧＲ弁に温度センサを設けてＥＧＲ弁の開閉動作を温度変化に応じて補正することが考えられる。しかし、ＥＧＲ弁に温度センサを設けると、その分だけＥＧＲ弁の部品数と体格が増し、コストアップが生じてしまう。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、専用の温度センサを別途設けることなく温度変化による排気還流弁の流量特性ずれを防止できる排気還流弁の制御装置を提供することになる。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、排気還流弁の制御装置であって、排気還流弁は、ガス流路を有する弁ハウジングと、モータを内蔵するモータハウジングとを備え、弁ハウジングとモータハウジングとが異種材料により形成され、弁ハウジングには、弁座と、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体を弁座に対して移動させる弁軸とが設けられ、モータは、コイルを有するステータと、出力軸を有するロータとを含み、ロータと共に出力軸を回転させることにより、弁軸をその軸方向へストローク運動させて弁座に対する弁体の開度を変更するように構成し、制御装置は、排気還流弁を制御するための制御手段を含み、制御手段は、排気還流弁の目標開度を求め、コイルをモータの温度を検出する温度センサとして使用し、検出された温度に基づき目標開度を補正し、補正された目標開度に基づきモータを制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、モータの温度に基づき目標開度が補正されるので、異種材料により形成される弁ハウジングとモータハウジングとの線膨張差による流量特性のずれが解消される。また、モータのコイルが温度センサとして使用されるので、モータハウジングの温度を検出するために専用の温度センサを別途設ける必要がない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、制御手段は、コイルの抵抗値を検出すると共に、検出された抵抗値からモータの温度を換算し、換算された温度から弁ハウジングとモータハウジングとの線膨張差を反映した弁軸のストローク補正量を求め、求められたストローク補正量により目標開度を補正することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、コイルの抵抗値は、モータの自己発熱と、モータが外部から受ける熱の両方を反映して決定される。従って、コイルの抵抗値からモータ全体の温度を反映した温度を得ることができる。

請求項１に記載の発明によれば、専用の温度センサを別途設けることなく温度変化による排気還流弁の流量特性のずれを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、モータ全体の温度をよく反映して排気還流弁の流量特性のずれを防止することができる。

一実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁の断面図とＥＧＲ弁の制御装置を示す概略図。一実施形態に係り、温度補正処理の一例を示すフローチャート。一実施形態に係り、ＥＧＲ制御の処理内容の一例を示すフローチャート。一実施形態に係り、コイル抵抗値に応じたモータ温度を換算するために参照されるマップ。一実施形態に係り、モータ温度に対応するストローク補正量を求めるために参照されるマップ。一実施形態に係り、ＥＧＲ弁の弁体のストローク（開度）とＥＧＲガス流量との関係を示すグラフ。

以下、本発明における排気還流弁（ＥＧＲ弁）の制御装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、全閉状態のＥＧＲ弁１の断面図とＥＧＲ弁１の制御装置の概略図を示す。ＥＧＲ弁１は、エンジンから排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ戻すＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガス流量を調節するために使用される。

図１に示すように、ＥＧＲ弁１は、金属より形成され、ガス流路２を有する弁ハウジング３と、樹脂より形成され、モータ４を内蔵するモータハウジング５とを備える。ハウジング３には、ガス流路２の途中に設けられた弁座６と、弁座６に着座可能に設けられた弁体７と、弁体７を弁座６に対して移動させるために弁体７と一体的に設けられた弁軸８とが設けられる。弁座６と弁体７との間にＥＧＲガスの計量部が形成される。モータ４は、コイル１１を有するステータ１２と、出力軸１３を有するロータ１４とを含む。このＥＧＲ弁１は、モータ４のロータ１４を出力軸１３と共に回転させて、弁軸８をその軸方向へストローク運動させることにより、弁座６に対する弁体７の開度を変更し、ガス流路２におけるＥＧＲガス流量を調節するようになっている。この実施形態で、ＥＧＲ弁１の制御装置は、ＥＧＲ弁１を制御するためにモータ４を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１０を含む。ＥＣＵ１０は、本発明の制御手段の一例に相当し、エンジンの運転情報（エンジンの運転状態を示す各種信号）に基づいてＥＧＲ弁１を制御するようになっている。

ガス流路２は、弁ハウジング３にて全体が略鉤形に直角に屈曲して形成される。ガス流路２の両端は、ＥＧＲガスが導入される入口２ａと、ＥＧＲガスが導出される出口２ｂとなっている。弁座６は、弁ハウジング３とは別体に設けられ、ガス流路２の途中に組み付けられる。

弁軸８は、モータ４と弁体７との間に設けられ、図１において、弁ハウジング３を垂直に貫通して配置される。弁体７は、弁軸８の下端部に設けられ、略円錐形状をなし、弁座６に対して当接又は離間するようになっている。弁軸８の上端部には、スプリング受１５が一体に設けられる。弁ハウジング３と弁軸８との間には、弁軸８をストローク運動可能に支持するために直列に配置された第１のスラスト軸受１６と第２のスラスト軸受１７が設けられる。各スラスト軸受１６，１７は、略筒形をなし、弁ハウジング３の中心に形成された組付孔３ａに嵌合されて固定される。

モータ４において、ロータ１４は、ステータ１２の内側に設けられ、出力軸１３は、ロータ１４の中心に設けられる。これらのコイル１１、ステータ１２、出六軸１３、ロータ１４及びスプリング受１５等が樹脂製のモータハウジング５により覆われる。モータハウジング５には、横へ突出したコネクタ１８が一体に形成される。コネクタ１８には、コイル１１から延びる端子１９が設けられる。

出力軸１３は、外周に雄ネジ１３ａを有する。出力軸１３の下端部は、弁軸８の先端部に設けられたスプリング受１５に連結される。ロータ１４は、ロータ本体２１と、ロータ本体２１の外周に一体的に設けられた円筒状のプラスチックマグネット２２とを含む。ロータ本体２１の上端部外周には、モータハウジング５との間に第１のラジアル軸受２３が設けられる。プラスチックマグネット２２の下端部内周には、第１のスラスト軸受１６との間に第２のラジアル軸受２４が設けられる。これら上下のラジアル軸受２３，２４により、ロータ１４がステータ１２の内側にて回転可能に支持される。ロータ本体２１の中心には、出力軸１３の雄ネジ１３ａに螺合する雌ネジ２１ａが形成される。ロータ１４と、下側の第２のラジアル軸受２４との間には、第１の圧縮スプリング２５が設けられる。スプリング受１５と、第２のラジアル軸受２４との間には、弁軸８をロータ１４へ向けて付勢する第２の圧縮スプリング２６が設けられる。

弁ハウジング３と弁軸８との間には、弁ハウジング３と弁軸８との間をシールするための略円筒状をなすリップシール２７が、第２のスラスト軸受１７に隣接して設けられる。リップシール２７の下側には、デポガードプラグ２８が設けられる。リップシール２７とデポガードプラグ２８は、組付孔３ａに圧入されて固定される。弁軸８は、リップシール２７及びデポガードプラグ２８の中心を貫通して配置される。

図１に示すように、この実施形態で、弁座６は、その中心に弁孔６ａを含む。弁体７は、弁孔６ａの内側に配置され、弁孔６ａの内周面に当接する全閉位置と、弁孔６ａの内周面から最も離間する全開位置との間で弁軸８と共に弁座６の軸線方向へ移動可能に設けられる。

この実施形態のＥＧＲ弁１は、弁ハウジング３とモータハウジング５が異種材料により形成されるので、それらの温度変化により両者３，５の間に線膨張差が発生してＥＧＲガス流量特性が狙いの流量特性からずれてしまう。そこで、この流量特性のずれを防止するために、ＥＣＵ１０が次のようなＥＧＲ制御等を実行するようになっている。

図２に、ＥＣＵ１０が実行する温度補正処理の一例をフローチャートにより示す。図３に、ＥＣＵ１０が実行するＥＧＲ制御の処理内容の一例をフローチャートにより示す。

エンジンの運転時に処理が図２のルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ１０は、コイル１１の抵抗値（コイル抵抗値）Ｒｃを取り込む。すなわち、ＥＣＵ１０は、モータ４のコイル１１をモータ４全体の温度（モータ温度）Ｔｍを検出するための温度センサとして利用し、コイル抵抗値Ｒｃをモータ温度Ｔｍに相関する情報として検出するようになっている。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ１０は、コイル抵抗値Ｒｃからモータ温度Ｔｍを換算する。ＥＣＵ１０は、例えば、図４に示すようなマップを参照することにより、コイル抵抗値Ｒｃに応じたモータ温度Ｔｍを換算することができる。図４に示すマップでは、コイル抵抗値Ｒｃが大きくなるほどモータ温度Ｔｍが高くなるように設定されている。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ１０は、モータ温度Ｔｍから弁軸８のストローク補正量ＳＴｃを求める。このストローク補正量ＳＴｃは、温度変化による弁軸８のストロークのずれを補正するための値である。ＥＣＵ１０は、例えば、図５に示すようなマップを参照することにより、モータ温度Ｔｍに対応するストローク補正量ＴＳｃを求めることができる。図５のマップでは、モータ温度Ｔｍが高くなるほどストローク補正量ＳＴｃが大きくなるように設定されている。

一方、エンジンの運転時に処理が図３のルーチンへ移行すると、ステップ２００で、ＥＣＵ１０は、各種エンジン信号を取り込む。すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジンに設けられた各種センサの検出値からエンジン運転情報としての各種エンジン信号を取り込む。

次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲオン条件か否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ１０は、現在のエンジンの運転状態が、ＥＣＵを実行することのできる条件か否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ１０は、ステップ２７０で、ＥＧＲ弁１を全閉に制御して、処理をステップ２００へ戻す。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ１０は処理をステップ２２０へ移行する。

ステップ２２０で、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬを取り込む。

次に、ステップ２３０で、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じたＥＧＲ弁１の目標開度Ｔegrを求める。ＥＣＵ１０は、例えば、所定のマップをい参照することにより、この目標開度Ｔegrを求めることができる。

次に、ステップ２４０で、ＥＣＵ５０は、図２のルーチンで求められたストローク補正量ＳＴｃを取り込む。

次に、ステップ２５０で、ＥＣＵ１０は、最終目標開度ＴＥＧＲを求める。ＥＣＵ１０は、目標開度Ｔegrにストローク補正量ＳＴｃを加算することにより、この最終目標開度ＴＥＧＲを求める。

次に、ステップ２６０で、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁１を最終目標開度ＴＥＧＲに制御する。すなわち、ＥＣＵ１０は、最終目標開度ＴＥＧＲに基づいてモータ４を制御するのである。その後、ＥＣＵ１０は処理をステップ２００へ戻す。

上記制御によれば、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁１の目標開度Ｔegrを求め、コイル１１をモータ４の温度（モータ温度）Ｔｍを検出する温度センサとして使用し、検出されたモータ温度Ｔｍに基づき目標開度Ｔegrを補正して最終目標開度ＴＥＧＲを求め、補正された目標開度である最終目標開度ＴＥＧＲに基づきモータ４を制御するようになっている。ここで、ＥＣＵ１０は、コイル抵抗値Ｒｃを検出すると共に、検出されたコイル抵抗値Ｒｃからモータ温度Ｔｍを換算し、換算されたモータ温度Ｔｍから弁ハウジング３とモータハウジング４との線膨張差を反映した弁軸８のストローク補正量ＳＴｃを求め、求められたストローク補正量ＳＴｃにより目標開度Ｔegrを補正するようになっている。

以上説明したこの実施形態の排気還流弁の制御装置によれば、モータ温度Ｔｍに基づき目標開度Ｔegrが補正されるので、異種材料により形成された弁ハウジング３とモータハウジング５との線膨張差によるＥＧＲガス流量特性のずれが解消される。このため、従前のＥＧＲ弁の制御に対して、ＥＧＲガス流量につき、制御性の良い調節を行うことができる。また、モータ４のコイル１１が温度センサとして使用されるので、モータハウジング５の温度を検出するために専用の温度センサを別途設ける必要がない。このため、専用の温度センサを別途設けることなく温度変化によるＥＧＲ弁１の流量特性のずれを防止することができる。この結果、ＥＧＲ弁１の部品数と体格の増大を抑え、ＥＧＲ装置のコストアップを抑えることができる。

また、この実施形態では、コイル抵抗値Ｒｃは、モータ４の自己発熱と、モータ４が外部から受ける熱の両方を反映して決定される。従って、コイル抵抗値Ｒｃからモータ４全体の温度を反映した温度を得ることができる。その結果、モータ４全体の温度をよく反映してＥＧＲ弁１の流量特性のずれを防止することができる。この意味でも、従前のＥＧＲ弁の制御に対して、ＥＧＲガス流量につき、制御性の良い調節を行うことができる。

図６に、ＥＧＲ弁１の弁体７のストローク（開度）とＥＧＲガス流量との関係をグラフにより示す。このグラフからもわかるように、ＥＧＲガス流量はモータ温度Ｔｍの違いによって異なる。すなわち、図６に太線で示すように、室温時（例：２０℃）を基準にすると、高温時（例：１５０℃）には、ＥＧＲガス流量は、同図に破線で示すように基準よりも増加側へずれ、低温時（例：−３０℃）には、ＥＧＲガス流量は、同図に２点鎖線で示すように基準よりも減少側へずれる。この実施形態の制御装置によれば、これら高温時及び低温時にも、ＥＧＲガス流量を室温時のＥＧＲガス流量に補正することができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

前記実施形態では、弁ハウジング３を金属により形成し、モータハウジング５を樹脂により形成したが、弁ハウジングとモータハウジングとが異種材料により形成されるものであれば、材料として金属と樹脂の組み合わせに限られるものではない。

この発明は、例えば、自動車要エンジンのＥＧＲ装置に利用することができる。

１ＥＧＲ弁
２ガス流路
３弁ハウジング
４モータ
５モータハウジング
６弁座
６ａ弁孔
７弁体
８弁軸
１０ＥＣＵ（制御手段）
１１コイル
１２ステータ
１３出力軸
１４ロータ
Ｒｃコイル抵抗値
Ｔｍモータ温度
ＳＴｃストローク補正量

ところが、特許文献１に記載のＥＧＲ弁では、弁ハウジングとモータハウジングが異種材料により形成され、それらの線膨張率が異なることから、温度変化により弁ハウジングとモータハウジングとの間で線膨張差が生じるおそれがあった。特に、高温側では、モータハウジングの線膨張が大きくなりがちで、弁ハウジングとの線膨張差により弁軸のストローク運動量が狙いのストローク量からずれるおそれがあった。その結果、弁体と弁座との間の開度が狙いの開度からずれてしまい、ＥＧＲ弁の流量特性が狙いの特性からずれるおそれがあった。

モータ４において、ロータ１４は、ステータ１２の内側に設けられ、出力軸１３は、ロータ１４の中心に設けられる。これらのコイル１１、ステータ１２、出力軸１３、ロータ１４及びスプリング受１５等が樹脂製のモータハウジング５により覆われる。モータハウジング５には、横へ突出したコネクタ１８が一体に形成される。コネクタ１８には、コイル１１から延びる端子１９が設けられる。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ１０は、モータ温度Ｔｍから弁軸８のストローク補正量ＳＴｃを求める。このストローク補正量ＳＴｃは、温度変化による弁軸８のストロークのずれを補正するための値である。ＥＣＵ１０は、例えば、図５に示すようなマップを参照することにより、モータ温度Ｔｍに対応するストローク補正量ＳＴｃを求めることができる。図５のマップでは、モータ温度Ｔｍが高くなるほどストローク補正量ＳＴｃが大きくなるように設定されている。

次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲオン条件か否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ１０は、現在のエンジンの運転状態が、ＥＧＲを実行することのできる条件か否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ１０は、ステップ２７０で、ＥＧＲ弁１を全閉に制御して、処理をステップ２００へ戻す。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ１０は処理をステップ２２０へ移行する。

次に、ステップ２３０で、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに応じたＥＧＲ弁１の目標開度Ｔegrを求める。ＥＣＵ１０は、例えば、所定のマップを参照することにより、この目標開度Ｔegrを求めることができる。

次に、ステップ２４０で、ＥＣＵ１０は、図２のルーチンで求められたストローク補正量ＳＴｃを取り込む。

上記制御によれば、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁１の目標開度Ｔegrを求め、コイル１１をモータ４の温度（モータ温度）Ｔｍを検出する温度センサとして使用し、検出されたモータ温度Ｔｍに基づき目標開度Ｔegrを補正して最終目標開度ＴＥＧＲを求め、補正された目標開度である最終目標開度ＴＥＧＲに基づきモータ４を制御するようになっている。ここで、ＥＣＵ１０は、コイル抵抗値Ｒｃを検出すると共に、検出されたコイル抵抗値Ｒｃからモータ温度Ｔｍを換算し、換算されたモータ温度Ｔｍから弁ハウジング３とモータハウジング５との線膨張差を反映した弁軸８のストローク補正量ＳＴｃを求め、求められたストローク補正量ＳＴｃにより目標開度Ｔegrを補正するようになっている。

この発明は、例えば、自動車用エンジンのＥＧＲ装置に利用することができる。

Claims

排気還流弁の制御装置であって、
前記排気還流弁は、ガス流路を有する弁ハウジングと、モータを内蔵するモータハウジングとを備え、前記弁ハウジングと前記モータハウジングとが異種材料により形成され、
前記弁ハウジングには、弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、前記弁体を前記弁座に対して移動させる弁軸とが設けられ、
前記モータは、コイルを有するステータと、出力軸を有するロータとを含み、前記ロータと共に前記出力軸を回転させることにより、前記弁軸をその軸方向へストローク運動させて前記弁座に対する前記弁体の開度を変更するように構成し、
前記制御装置は、前記排気還流弁を制御するための制御手段を含み、
前記制御手段は、前記排気還流弁の目標開度を求め、前記コイルを前記モータの温度を検出する温度センサとして使用し、前記検出された温度に基づき前記目標開度を補正し、前記補正された目標開度に基づき前記モータを制御する
ことを特徴とする排気還流弁の制御装置。
前記制御手段は、前記コイルの抵抗値を検出すると共に、前記検出された抵抗値から前記モータの温度を換算し、前記換算された温度から前記弁ハウジングと前記モータハウジングとの線膨張差を反映した前記弁軸のストローク補正量を求め、前記求められたストローク補正量により前記目標開度を補正することを特徴とする請求項１に記載の排気還流弁の制御装置。