JP2015200226A - valve control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブ制御装置に関するもので、特に内燃機関(エンジン)の気筒から排出される排出ガスの一部をEGRガスとして吸気管へ再循環させる排出ガス循環装置に使用されるEGRバルブ制御装置に係わる。 The present invention relates to a valve control device, and in particular, an EGR valve control device used in an exhaust gas circulation device that recirculates a part of exhaust gas discharged from a cylinder of an internal combustion engine (engine) as EGR gas to an intake pipe. Related to.
[従来の技術]
従来より、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関(エンジン)においては、エンジンの気筒から排出される排出ガス(以下排気)中に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減する排気循環装置(EGRシステム)が搭載されている。
EGRシステムは、エンジンの気筒から排出される排気の一部をEGRガスとして吸気管内の吸気通路へ再循環(還流)させ、エアクリーナを通過した吸入空気(新気)に混入させて燃焼温度を下げることによってNOxの発生を抑制している。
[Conventional technology]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine (engine) such as a diesel engine, an exhaust circulation device (EGR system) that reduces nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas (hereinafter referred to as exhaust) exhausted from a cylinder of the engine has been provided. It is installed.
The EGR system recirculates (refluxs) part of the exhaust discharged from the engine cylinders as EGR gas to the intake passage in the intake pipe and mixes it with intake air (fresh air) that has passed through the air cleaner to lower the combustion temperature. This suppresses the generation of NOx.
ここで、EGRガスを吸気通路へ還流させると、エンジンの気筒に形成される燃焼室内での混合気の着火性が低下して、エンジン出力の低下を招くので、エンジンの気筒へ導入されるEGRガスの流量をエンジンの運転状況に応じて調整する必要がある。
そこで、EGRシステムにおいては、排気管内の排気通路の分岐部と吸気管内の吸気通路の合流部とを接続するEGRガスパイプの途中にEGRガス流量制御弁(以下EGR制御弁)を設置し、EGR制御弁の弁体であるEGRバルブの開度を調整することで、エンジンの気筒へ導入されるEGRガスの流量を制御している(例えば、特許文献1参照)。
Here, if the EGR gas is recirculated to the intake passage, the ignitability of the air-fuel mixture in the combustion chamber formed in the engine cylinder is reduced, leading to a decrease in engine output. Therefore, EGR introduced into the engine cylinder It is necessary to adjust the gas flow rate according to the operating condition of the engine.
Therefore, in the EGR system, an EGR gas flow rate control valve (hereinafter referred to as EGR control valve) is installed in the middle of the EGR gas pipe that connects the branch portion of the exhaust passage in the exhaust pipe and the junction portion of the intake passage in the intake pipe. The flow rate of the EGR gas introduced into the cylinder of the engine is controlled by adjusting the opening degree of the EGR valve that is the valve body of the valve (see, for example, Patent Document 1).
ところで、EGRガスの流量をエンジンの運転状況に対応して正確に制御するためには、EGR制御弁のEGRバルブの位置情報を正確にバルブ位置センサで検出することが重要である。
また、EGR制御弁は、EGRバルブを駆動する動力を発生するモータ、およびこのモータの回転を減速してEGRバルブを支持する出力シャフトに伝える減速機構を有するアクチュエータと、減速機構の出力ギアに対して、EGRバルブを全閉方向に付勢するリターンスプリングと、内部に減速機構およびリターンスプリングを収容するハウジングとを備え、電子制御装置(以下ECU)によってモータが電子制御されることで、EGR制御弁のEGRバルブの位置制御が実施される。
By the way, in order to accurately control the flow rate of the EGR gas in accordance with the operation state of the engine, it is important to accurately detect the position information of the EGR valve of the EGR control valve with the valve position sensor.
Further, the EGR control valve has a motor for generating power for driving the EGR valve, an actuator having a speed reduction mechanism for decelerating the rotation of the motor and transmitting it to an output shaft that supports the EGR valve, and an output gear of the speed reduction mechanism. And a return spring that urges the EGR valve in the fully closed direction, and a housing that houses the speed reduction mechanism and the return spring. The motor is electronically controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU), thereby providing EGR control. The position control of the EGR valve of the valve is performed.
ECUは、エンジンの運転状況に対応して目標バルブ位置を算出(設定)し、バルブ位置センサの出力信号から実バルブ位置を算出(取得)し、目標バルブ位置と実バルブ位置との偏差がなくなるようにモータ駆動回路に与えるPWM(パルス幅変調)信号のデューティ値を、公知のPID制御を用いてフィードバック制御している。
そして、モータ駆動回路にPWM信号のデューティ値が与えられると、モータの内部導体(電機子コイル)に、デューティ値に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)が供給され、モータの内部導体(電機子コイル)に開弁方向(EGRバルブの開き側)または閉弁方向(EGRバルブの閉じ側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、EGRバルブが開き側または閉じ側へ駆動される。
The ECU calculates (sets) the target valve position in accordance with the operating state of the engine, calculates (acquires) the actual valve position from the output signal of the valve position sensor, and eliminates the deviation between the target valve position and the actual valve position. As described above, the duty value of a PWM (pulse width modulation) signal given to the motor drive circuit is feedback-controlled using known PID control.
When the duty value of the PWM signal is given to the motor drive circuit, electric power (motor drive current or motor applied voltage) corresponding to the duty value is supplied to the motor internal conductor (armature coil), and the motor internal conductor A motor driving current in the valve opening direction (the opening side of the EGR valve) or the valve closing direction (the closing side of the EGR valve) flows through the (armature coil). Thereby, the EGR valve is driven to the opening side or the closing side.
ここで、EGR制御弁のバルブ開度制御が実施されている場合、エンジンの運転領域が所定の運転領域(例えばエンジン負荷が低負荷で、且つエンジン回転速度が低速回転の領域)の時、エンジンの燃焼状態を安定させるために、新気に対するEGRガスの導入を止めるようにしている(EGRカット)。
また、ドライバーがアクセルペダルを踏み込んで、エンジンの出力を最大限に引き出したい時に、EGRガスが燃焼室内に導入されることを要因とするエンジンの出力低下を回避するために、新気に対するEGRガスの導入を止めるようにしている(EGRカット)。
なお、エンジン停止時には、モータの内部導体(モータ巻線部)への電力供給を停止して、リターンスプリングの付勢力のみによってEGR制御弁のEGRバルブを全閉位置に動作させている。
Here, when the valve opening degree control of the EGR control valve is performed, when the engine operating range is a predetermined operating range (for example, the engine load is low and the engine speed is low), the engine In order to stabilize the combustion state, the introduction of EGR gas to fresh air is stopped (EGR cut).
In addition, when the driver wants to maximize the engine output by depressing the accelerator pedal, EGR gas against fresh air is avoided in order to avoid a decrease in engine output caused by the introduction of EGR gas into the combustion chamber. Is stopped (EGR cut).
When the engine is stopped, the power supply to the inner conductor (motor winding portion) of the motor is stopped, and the EGR valve of the EGR control valve is operated to the fully closed position only by the urging force of the return spring.
[従来の技術の不具合]
ところが、従来のEGR制御弁のバルブ開度制御においては、上記のEGRカット時にEGR制御弁のEGRバルブを全閉位置に動作させる際、図8に示したように、EGRバルブを閉じる側へのモータの駆動トルク(閉側モータトルク)にリターンスプリングのスプリング力が加わり、閉じる側へアシストされる。
そのまま閉側モータトルクがEGRバルブに伝わると、EGRバルブの全閉位置を通り過ぎてメカストッパに減速機構のギアの突出部(全閉ストッパ部)が衝突し、減速機構のギアが損傷する恐れがある。
[Conventional technical problems]
However, in the conventional valve opening degree control of the EGR control valve, when the EGR valve of the EGR control valve is operated to the fully closed position at the time of the EGR cut, as shown in FIG. The spring force of the return spring is added to the drive torque of the motor (closed side motor torque) to assist the closing side.
If the closed-side motor torque is transmitted to the EGR valve as it is, the protruding portion of the gear of the reduction mechanism (fully closed stopper portion) may collide with the mechanical stopper through the fully closed position of the EGR valve, and the gear of the reduction mechanism may be damaged. .
そこで、メカストッパに対するEGRバルブ位置(EGRバルブの開度)を検出することが可能なバルブ位置情報センサを取り付けて、リターンスプリングのスプリング力による加速を減速させるため、メカストッパの手前で、EGRバルブを開く側へのモータの駆動トルク(開側モータトルク)を発生させる駆動デューティの設定値(DUTY(%))に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)を、モータのモータ巻線部に供給することで、開弁方向(EGRバルブの開き側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、EGRバルブを閉じる側への弁体戻り速度に対してブレーキをかけてしまう。 Therefore, a valve position information sensor capable of detecting the EGR valve position (the opening degree of the EGR valve) with respect to the mechanical stopper is attached to open the EGR valve in front of the mechanical stopper in order to decelerate acceleration due to the spring force of the return spring. Power (motor drive current or motor applied voltage) corresponding to the set value (DUTY (%)) of the drive duty that generates the motor drive torque (open motor torque) to the motor side is supplied to the motor winding section As a result, a motor drive current in the valve opening direction (opening side of the EGR valve) flows. As a result, a brake is applied to the valve body return speed toward the closing side of the EGR valve.
具体的には、EGRバルブが所定の開度からEGRバルブを全閉作動させる時に、DUTY=−100%で通電する区間(期間)が経過するまで、モータ駆動回路に対して、閉側モータトルクを発生させる駆動DUTYの最大値(DUTY=−100%)が与えられる。
すると、駆動DUTYの最大値(DUTY=−100%)に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)がモータのモータ巻線部に供給されるため、モータのモータ巻線部を閉弁方向(EGRバルブの閉じ側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、EGRバルブが全閉位置へ向けて(閉じ側へ)閉弁駆動される。
Specifically, when the EGR valve fully closes the EGR valve from a predetermined opening degree, the closed-side motor torque is applied to the motor drive circuit until a section (period) in which power is supplied with DUTY = -100% has elapsed. The maximum value of drive DUTY (DUTY = −100%) that generates
Then, power (motor drive current or motor applied voltage) corresponding to the maximum value of drive DUTY (DUTY = -100%) is supplied to the motor winding part of the motor, so the motor winding part of the motor is closed in the valve closing direction. A motor drive current (closed side of the EGR valve) flows. As a result, the EGR valve is driven to close toward the fully closed position (to the closing side).
そして、メカストッパの手前、EGRバルブの全閉位置の手前で、モータ駆動回路に対して、開側モータトルクを発生させる駆動DUTYの設定値(DUTY=+α%)が与えられる。これは、DUTY=−100%で通電する区間(期間)の後に、リターンスプリングのスプリング力による弁体戻り速度を減速させる区間(期間)だけ継続して実行される。
すると、駆動DUTYの設定値(DUTY=+α%)に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)がモータのモータ巻線部に供給されるため、モータのモータ巻線部を開弁方向(EGRバルブの開き側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、EGRバルブを閉じる側へのスプリング力による弁体戻り速度が減速する。
これによって、モータ各部の温度(電流発熱)が過熱限界温度(モータ各部の耐熱温度)を超過する可能性があり、このモータ各部の過熱によるモータ故障や耐久性の低下が懸念される。
Then, before the mechanical stopper and before the fully closed position of the EGR valve, a set value (DUTY = + α%) of drive DUTY for generating the open side motor torque is given to the motor drive circuit. This is executed continuously after a section (period) in which power is applied at DUTY = -100%, for a section (period) in which the valve body return speed due to the spring force of the return spring is decelerated.
Then, electric power (motor drive current or motor applied voltage) corresponding to the set value (DUTY = + α%) of the drive DUTY is supplied to the motor winding portion of the motor, so the motor winding portion of the motor is opened in the valve opening direction ( A motor drive current on the opening side of the EGR valve flows. Thereby, the valve body return speed by the spring force to the EGR valve closing side is reduced.
As a result, there is a possibility that the temperature (current heat generation) of each part of the motor exceeds the overheat limit temperature (heat-resistant temperature of each part of the motor), and there is a concern about motor failure or deterioration of durability due to overheating of each part of the motor.
本発明の目的は、モータ各部の温度が過熱限界温度を超過することによるモータ故障やモータの耐久性の低下を防止することのできるバルブ制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a valve control device that can prevent a motor failure and a decrease in durability of the motor due to the temperature of each part of the motor exceeding the overheat limit temperature.
請求項1に記載の発明(バルブ制御装置)によれば、全閉位置または全開位置へバルブを動作させる時に、モータに対する制御信号を、スプリングのセットトルクによる全閉側または全開側への戻り速度を減速可能なデューティ値に設定することにより、モータに対する制御信号のデューティ値を小さくすることが可能となる。
これによって、モータの内部導体(例えばモータ巻線部)に供給される電力(モータ駆動電流値またはモータ印加電圧値)が、モータに対する制御信号のデューティ値に対応した設定値以下に制限され、モータ各部の温度が過熱限界温度(モータ各部の耐熱温度)を超過する不具合の発生を抑制することができる。これにより、モータ各部の温度が過熱限界温度を超過することによるモータ故障やモータの耐久性の低下を防止することができるので、モータ各部を保護することができる。したがって、バルブ制御装置において、ロバスト性(モータ各部の過熱防止対策に対する信頼性および耐久性)のあるバルブ制御を実現することができる。
According to the first aspect of the present invention (valve control device), when the valve is operated to the fully closed position or the fully open position, the control signal for the motor is transmitted to the fully closed side or the fully opened side by the set torque of the spring. By setting to a duty value that can be decelerated, the duty value of the control signal for the motor can be reduced.
As a result, the electric power (motor drive current value or motor applied voltage value) supplied to the internal conductor of the motor (for example, the motor winding part) is limited to a setting value or less corresponding to the duty value of the control signal for the motor. Generation | occurrence | production of the malfunction that the temperature of each part exceeds overheat limit temperature (heat-resistant temperature of each part of a motor) can be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent a motor failure and a decrease in durability of the motor due to the temperature of each part of the motor exceeding the overheat limit temperature, so that each part of the motor can be protected. Therefore, in the valve control device, it is possible to realize valve control having robustness (reliability and durability with respect to measures for preventing overheating of each part of the motor).
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[実施例1の構成]
図1ないし図7は、本発明を適用したEGRバルブ制御装置を備えたエンジン制御システム(実施例1)を示したものである。
[Configuration of Example 1]
1 to 7 show an engine control system (Embodiment 1) having an EGR valve control device to which the present invention is applied.
本実施例の内燃機関の制御装置(以下エンジン制御システム)は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関(エンジン)Eの排気管から吸気管へ排出ガス(以下排気)の一部であるEGRガスを再循環(還流)させる排気循環装置(以下EGRシステム)と、エンジンEの気筒から排出された排気の圧力を利用して吸入空気(吸気)を過給(圧縮)するターボチャージャと、EGRシステムを電子スロットルや燃料供給システム等の各システムと関連して制御するエンジン制御ユニット(後述する)とを備え、エンジンEから排出された排気を浄化する排気浄化装置として使用されるものである。 An internal combustion engine control device (hereinafter referred to as an engine control system) of this embodiment recycles EGR gas, which is part of exhaust gas (hereinafter referred to as exhaust), from an exhaust pipe of an internal combustion engine (engine) E such as a diesel engine to an intake pipe. An exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as an EGR system) that circulates (returns), a turbocharger that supercharges (compresses) intake air (intake air) using the pressure of exhaust gas discharged from a cylinder of the engine E, and an EGR system An engine control unit (to be described later) that is controlled in association with each system such as a throttle and a fuel supply system is used, and is used as an exhaust purification device that purifies exhaust discharged from the engine E.
エンジンEは、例えば自動車等の車両に搭載された車両走行用エンジンであって、インジェクタIから噴射された燃料と空気との混合気を燃焼する多気筒ディーゼルエンジンである。
エンジンEの各気筒の吸気ポートには、インテークマニホールドを介して、エアクリーナ8を通過した吸入空気(新気)またはEGRガスが流れる吸気通路を形成する吸気ダクト(吸気管)が接続されている。また、エンジンEの各気筒の排気ポートには、エキゾーストマニホールドを介して、エンジンEの各気筒に形成された燃焼室から排出された排気が流れる排気通路を形成する排気ダクト(排気管)が接続されている。
The engine E is a vehicle traveling engine mounted on a vehicle such as an automobile, and is a multi-cylinder diesel engine that burns a mixture of fuel and air injected from the injector I.
An intake duct (intake pipe) that forms an intake passage through which intake air (new air) or EGR gas that has passed through the air cleaner 8 flows is connected to an intake port of each cylinder of the engine E via an intake manifold. Further, an exhaust duct (exhaust pipe) that forms an exhaust passage through which exhaust exhausted from a combustion chamber formed in each cylinder of the engine E flows is connected to an exhaust port of each cylinder of the engine E via an exhaust manifold. Has been.
ターボチャージャは、エンジンEの吸気管の途中に設けられたコンプレッサCおよびエンジンEの排気管の途中に設けられたタービンTを備え、吸気管内の吸気通路を流れる吸気をコンプレッサCで圧縮し、この圧縮された圧縮空気(吸気)をエンジンEの各気筒へ送り込むターボ過給機である。このターボチャージャは、タービンTが排気の圧力により回転駆動されると、タービンTに駆動連結されたコンプレッサCも回転し、このコンプッサCが吸気を圧縮する。 The turbocharger includes a compressor C provided in the middle of the intake pipe of the engine E and a turbine T provided in the middle of the exhaust pipe of the engine E, and the compressor C compresses the intake air flowing through the intake passage in the intake pipe. A turbocharger that sends compressed air (intake) that has been compressed into each cylinder of the engine E. In the turbocharger, when the turbine T is rotationally driven by the pressure of exhaust gas, the compressor C drivingly connected to the turbine T also rotates, and the compressor C compresses the intake air.
燃料供給システムは、ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システム(蓄圧式燃料噴射装置)によって構成されている。
コモンレール式燃料噴射システムは、燃料タンクから燃料フィルタを介して燃料を汲み上げるフィードポンプを内蔵した超高圧燃料ポンプ(以下サプライポンプ)Pと、このサプライポンプPから吐出された高圧燃料が導入される燃料分配管(以下コモンレール)Rと、このコモンレールRから分配された高圧燃料が導入される複数のインジェクタ(内燃機関の燃料噴射弁)Iとを備え、コモンレールRの内部(蓄圧室)に蓄圧された高圧燃料を各インジェクタIを介してエンジンEの各気筒に形成された燃焼室内に噴射供給するように構成されている。
The fuel supply system is configured by a common rail fuel injection system (accumulated pressure fuel injection device) known as a fuel injection system for a diesel engine.
The common rail fuel injection system includes an ultra-high pressure fuel pump (hereinafter referred to as a supply pump) P having a built-in feed pump that pumps fuel from a fuel tank through a fuel filter, and fuel into which high-pressure fuel discharged from the supply pump P is introduced. A distribution pipe (hereinafter referred to as a common rail) R and a plurality of injectors (fuel injection valves for an internal combustion engine) I into which high-pressure fuel distributed from the common rail R is introduced are stored in the common rail R (accumulation chamber). The high-pressure fuel is injected and supplied into the combustion chamber formed in each cylinder of the engine E through each injector I.
一方、EGRシステムは、「高圧ループ(HPL)−EGRシステム」と「低圧ループ(LPL)−EGRシステム」を備えている。
HPL−EGRシステムは、図1に示したように、排気管内の排気通路からのEGRガスの取り出し口が、ターボチャージャのタービンTよりも排気流方向の上流側に設けられている。
HPL−EGRシステムは、エキゾーストマニホールドまたは排気管内の排気通路からインテークマニホールドまたは吸気管内の吸気通路へEGRガスを還流させるEGRガスパイプを備えている。このEGRガスパイプには、EGRガスの流量を制御(調整)するノーマリクローズタイプの流量制御弁1が設置されている。また、吸気管に対するEGRガスパイプの合流部よりも吸気流方向の上流側には、新気の流量を制御(調整)するノーマリオープンタイプの流量制御弁2が設置されている。
On the other hand, the EGR system includes a “high pressure loop (HPL) -EGR system” and a “low pressure loop (LPL) -EGR system”.
In the HPL-EGR system, as shown in FIG. 1, the EGR gas take-out port from the exhaust passage in the exhaust pipe is provided upstream of the turbine T of the turbocharger in the exhaust flow direction.
The HPL-EGR system includes an EGR gas pipe that recirculates EGR gas from an exhaust passage in the exhaust manifold or the exhaust pipe to an intake passage in the intake manifold or the intake pipe. The EGR gas pipe is provided with a normally closed type flow
LPL−EGRシステムは、図1に示したように、排気管内の排気通路からのEGRガスの取り出し口が、ターボチャージャのタービンTよりも排気流方向の下流側に設けられている。
LPL−EGRシステムは、排気管内の排気通路から吸気管内の吸気通路へEGRガスを還流させるEGRガスパイプを備えている。このEGRガスパイプには、EGRガスの流量を制御(調整)するノーマリクローズタイプの流量制御弁3が設置されている。また、排気管に対するEGRガスパイプの分岐部よりも排気流方向の下流側には、排気の流量を制御(調整)するノーマリオープンタイプの流量制御弁4が設置されている。
In the LPL-EGR system, as shown in FIG. 1, the EGR gas take-out port from the exhaust passage in the exhaust pipe is provided downstream in the exhaust flow direction from the turbine T of the turbocharger.
The LPL-EGR system includes an EGR gas pipe that recirculates EGR gas from an exhaust passage in the exhaust pipe to an intake passage in the intake pipe. The EGR gas pipe is provided with a normally closed type flow
EGRガスパイプには、流量制御弁1、3の各第1、第3弁軸(以下出力シャフト15)を回転駆動して、流量制御弁1、3の各第1、第3弁体(EGRバルブ:以下第1、第3バルブ11、13)を開閉動作させる電動アクチュエータ5が搭載されている。
また、吸気管および排気管には、流量制御弁2、4の各第2、第4弁軸(以下出力シャフト16)を回転駆動して、流量制御弁2、4の各第2、第4弁体(スロットルバルブ:以下第2、第4バルブ12、14)を開閉動作させる電動アクチュエータ6が搭載されている。
そして、電動アクチュエータ5、6は、流量制御弁1〜4の各第1〜第4バルブ11〜14を開閉駆動する第1〜第4電動モータ(以下モータ)Mの駆動トルクを出力シャフト15、16に伝える。
In the EGR gas pipe, the first and third valve shafts (hereinafter referred to as output shafts 15) of the
In addition, the second and fourth valve shafts (hereinafter referred to as output shafts 16) of the
And the
流量制御弁1、3は、エンジンEの各気筒に形成された燃焼室に連通する第1、第3流路(後述する)を開閉する第1、第3バルブ11、13と、この第1、第3バルブ11、13と一体回転可能に連結した出力シャフト15と、第1、第3バルブ11、13を開閉駆動する動力(駆動トルク)を発生するモータMを有し、モータMの駆動トルクを出力シャフト15に伝える電動アクチュエータ5と、第1、第3バルブ11、13の全閉位置を規定するメカストッパ17と、第1、第3バルブ11、13をメカストッパ17に押し当てる方向(全閉方向、閉弁方向)に付勢する第1、第3リターンスプリング(以下第1、第3スプリング)SPと、第1、第3バルブ11、13の位置情報(回転角度、実バルブ位置、実バルブ開度)に対応した信号を出力する第1、第3バルブ開度センサ(以下バルブ開度センサ)18とを備えている。
The flow
なお、電動アクチュエータ5は、内部導体を流れる駆動電流値がデューティ制御されるモータM、およびこのモータMの出力軸(モータシャフト)の回転を2段減速する第1、第3減速機構(後述する)を有している。
また、メカストッパ17は、電動アクチュエータ5の出力部(以下第1、第3出力ギア)19および第1、第3バルブ11、13の閉じる側への移動を機械的に規制する第1規制部を有する全閉ストッパ(固定ストッパ)である。
また、第1、第3スプリングSPは、電動アクチュエータ5の第1、第3出力ギア19に対して、第1、第3バルブ11、13をメカストッパ17に押し当てる方向(全閉方向、閉弁方向)に付勢する付勢力(スプリング力)を発生するコイルスプリングである。
The
The
Further, the first and third springs SP are in the direction in which the first and
流量制御弁2、4は、エンジンEの各気筒に形成された燃焼室に連通する第2、第4流路(後述する)を開閉する第2、第4バルブ12、14と、この第2、第4バルブ12、14と一体回転可能に連結した出力シャフト16と、第2、第4バルブ12、14を開閉駆動する動力(駆動トルク)を発生するモータMを有し、モータMの駆動トルクを出力シャフト16に伝える電動アクチュエータ6と、第2、第4バルブ12、14の全開位置を規定するメカストッパ(図示せず)と、電動アクチュエータ6の第2、第4出力ギアに対して、第2、第4バルブ12、14をメカストッパに押し当てる方向(全開方向、開弁方向)に付勢する付勢力(スプリング力)を発生する第2、第4リターンスプリング(以下第2、第4スプリング:図示せず)と、第2、第4バルブ12、14の位置情報(回転角度、実バルブ位置、実バルブ開度)に対応した信号を出力する第2、第4バルブ開度センサ(以下バルブ開度センサ:図示せず)とを備えている。
The flow
なお、電動アクチュエータ5は、内部導体を流れる駆動電流値がデューティ制御されるモータM、およびこのモータMの出力軸(モータシャフト)の回転を2段減速する第2、第4減速機構(後述する)を有している。
また、メカストッパは、電動アクチュエータ6の出力部(以下第2、第4出力ギア:図示せず)および第2、第4バルブ12、14の開く側への移動を機械的に規制する第2規制部を有する全開ストッパ(固定ストッパ)である。
また、第2、第4スプリングは、電動アクチュエータ6の第2、第4出力ギアに対して、第2、第4バルブ12、14をメカストッパに押し当てる方向(全開方向、開弁方向)に付勢する付勢力(スプリング力)を発生するコイルスプリングである。
The
The mechanical stopper mechanically restricts the movement of the output portion of the electric actuator 6 (hereinafter, second and fourth output gears: not shown) and the second and
The second and fourth springs are attached to the second and fourth output gears of the
エンジンEのインテークマニホールドの吸気分岐部(サージタンク)に接続する吸気管には、新気(外気)中に含まれる異物を濾過するエアクリーナ8、ターボチャージャのコンプレッサC、このコンプレッサCを通過した吸気を冷却水と熱交換して冷却する水冷式のインタークーラ9、およびこのインタークーラ9を通過した新気の流量を調量する流量制御弁2が設置されている。
エンジンEのエキゾーストマニホールドの排気集合部に接続する排気管には、ターボチャージャのタービンT、排気中に含まれる排気微粒子(パティキュレートマター:PM)を補集するディーゼルパティキュレートフィルタ(排気浄化装置:以下DPF)10、およびこのDPF10を通過した排気の流量を調量する流量制御弁4が設置されている。
The intake pipe connected to the intake manifold (surge tank) of the intake manifold of the engine E includes an air cleaner 8 that filters out foreign substances contained in fresh air (outside air), a turbocharger compressor C, and intake air that has passed through the compressor C. A water-cooled
The exhaust pipe connected to the exhaust manifold of the exhaust manifold of the engine E includes a turbine T of the turbocharger and a diesel particulate filter (exhaust gas purification device :) that collects exhaust particulates (particulate matter: PM) contained in the exhaust. DPF) 10 and a flow
HPL−EGRシステムおよびLPL−EGRシステムは、エンジンの運転状況に基づいて、流量制御弁1〜4の第1〜第4弁体である第1〜第4バルブ11〜14を開閉制御するEGRバルブ制御装置(内燃機関のEGR制御装置)として使用される。
このEGRバルブ制御装置は、流量制御弁1、3の出力シャフト15を回転駆動する電動アクチュエータ5に組み込まれるモータMと、流量制御弁2、4の出力シャフト16を回転駆動する電動アクチュエータ6に組み込まれるモータMとを他のシステムと連動して制御するエンジン制御ユニット(電子制御装置:ECU)20を備えている。
The HPL-EGR system and the LPL-EGR system are EGR valves that control the opening and closing of the first to
This EGR valve control device is incorporated in a motor M incorporated in the
次に、本実施例の流量制御弁1〜4の詳細を図1ないし図7に基づいて簡単に説明する。
流量制御弁1、3は、電動アクチュエータ5の動力源であるモータMへの通電停止時に、EGRガスが流れる第1、第3流路21、23を全閉し、モータMへの駆動電流の増加または印加電圧の増大に伴って第1、第3流路21、23の流路断面積を段階的または連続的に増加させるノーマリクローズ(N/C)タイプのEGRガス流量制御弁(以下EGR制御弁)となっている。
流量制御弁1には、EGRガスを冷却水と熱交換して冷却する水冷式のEGRクーラEC1を通過したEGRガスが導入される。また、流量制御弁3には、EGRガスを冷却水と熱交換して冷却する水冷式のEGRクーラEC2を通過したEGRガスが導入される。 なお、第1、第3流路21、23は、排気管から導入されたEGRガスが流れる。
Next, the details of the
The
The EGR gas that has passed through the water-cooled EGR cooler EC1 that cools the EGR gas by exchanging heat with the cooling water is introduced into the
流量制御弁2は、モータMへの通電停止時に、新気が流れる第2流路22を全開し、モータMへの駆動電流の増加または印加電圧の増大に伴って第2流路22の流路断面積を段階的または連続的に減少させるノーマリオープン(N/O)タイプの流量制御弁となっている。
なお、第2流路22は、エアクリーナ8を通過した新気が流れる。
また、本実施例の吸気管内には、第1流路21から導入されたEGRガスと第2流路22から導入された新気とを混合した吸気をエンジンEの各気筒の燃焼室内へ導く第3流路23が設けられている。
When the energization of the motor M is stopped, the
Note that fresh air that has passed through the air cleaner 8 flows through the
In addition, in the intake pipe of the present embodiment, intake air in which EGR gas introduced from the
流量制御弁4は、モータMへの通電停止時に、排気が流れる第4流路24を全開し、モータMへの駆動電流の増加または印加電圧の増大に伴って第4流路24の流路断面積を段階的または連続的に減少させるノーマリオープン(N/O)タイプの流量制御弁となっている。
なお、第4流路24は、エンジンEの各気筒の燃焼室から排出され、且つターボチャージャのタービンTおよびDPF10を通過した排気が流れる。
The flow
The
また、本実施例の排気管内には、上記の第4流路24が設けられている。この第4流路24を流れる排気は、流量制御弁3、4とのバルブ開度に応じて、第3流路23へ流入するEGRガスの流量と、そのまま第4流路24へ流入する排気の流量とに振り分けられる。
以上のように、流量制御弁1、3と流量制御弁2、4とは、共通部品の使用状態(仕様)の異なる2種類の流体制御弁、つまりノーマリ全閉構造の流量制御弁とノーマリ全開構造の流量制御弁とを構成している。
The
As described above, the
次に、本実施例の流量制御弁1、3の詳細を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。ここで、流量制御弁1の構成と流量制御弁3との構成とは、同じであるため、一方の流量制御弁1の構成のみを説明し、他方の流量制御弁3の詳細説明は省略する。また、流量制御弁2、4の詳細説明も省略する。
Next, details of the
流量制御弁1は、第1流路21を流れるEGRガスの流量を調量する第1バルブ11と、この第1バルブ11と一体回転可能に連結した出力シャフト15と、この出力シャフト15を回転駆動して第1バルブ11を開閉動作させる電動アクチュエータ5と、第1バルブ11、出力シャフト15および電動アクチュエータ5を収容(内蔵)するハウジング25とを備えている。
The flow
ハウジング25の内部には、排気管内の排気通路から吸気管内の吸気通路へ向けてEGRガスが流れるEGRガス流路(第1流路21)が形成されている。このハウジング25は、バルブ開度センサ18を搭載する合成樹脂製のセンサカバー26との間に、電動アクチュエータ5を収容する凹部を備えている。
センサカバー26には、モータMのフロントブラケット27より突出する一対のブラシターミナル28と一対のモータターミナルとの電気接続を行う内部接続用コネクタと、一対のモータターミナルおよびバルブ開度センサ18の複数のセンサターミナルと外部回路(ECU20やバッテリ)との電気接続を行う外部接続用コネクタとが設けられている。
Inside the
The
流量制御弁1は、ハウジング25の内部に形成されるEGRガス流路(第1流路21)の開口面積を連続的または段階的に変更することで、第1流路21を経由して、排気通路から吸気通路へ再循環(還流)されるEGRガスの流量(EGRガス量)を可変制御するEGRガス流量制御弁(EGR制御弁)として使用される。
流量制御弁1は、ハウジング25に対して、出力シャフト15を回転自在に支持するシャフト支持機構(出力シャフト15の支持機構)を備えている。このシャフト支持機構は、転がり軸受(以下ボールベアリング)31、オイルシール32、滑り軸受(ガイドブッシュ)33およびガスシール(またはダストシール)34等によって構成されている。
The
The
流量制御弁1、エンジン停止時またはEGRガスを導入しない時(EGRカット時)に全閉作動されて、第1バルブ11のシールリング溝35に嵌め込まれたシールリング36の軸線方向に対して直交する半径方向(拡径方向)の張力を利用して、ノズル37のバルブシート面と第1バルブ11の外周端面との間に形成される環状隙間を密閉(気密シール)するように構成されている。
第1バルブ11は、出力シャフト15の回転軸方向の一端部(第1突出部)に溶接固定されている。また、第1バルブ11の外周端面には、円環状のシールリング溝35が円周方向に連続して形成されている。
The
The
第1バルブ11は、全閉位置から全開位置に至るまでの動作可能範囲で回転動作されることで第1流路21の流路断面積を絞る排気絞り弁の弁体であって、エンジンEの各気筒の燃焼室内に供給される吸気(新気のみ、あるいは新気+EGRガス)の全流量に対するEGRガス流量の比率であるEGR率を調整する。
第1バルブ11のシールリング溝35の内部には、C字状のシールリング36が嵌め込まれている。このシールリング36は、第1バルブ11のシールリング溝35に対する組付性を考慮して、あるいは円筒状のノズル37との熱膨張差に伴うシールリング36の膨張、収縮に備えて、円周方向の両端面間(合口)に所定の切欠隙間(合口隙間)を有している。
また、シールリング36の半径方向の外側の端面には、ノズル37の内径面(バルブシート面)に密着可能な外周面(摺動部)が設けられている。
The
A C-shaped
Further, an outer peripheral surface (sliding portion) that can be in close contact with the inner diameter surface (valve seat surface) of the
出力シャフト15は、ハウジング25の軸受スリーブ38の内部に回転自在に収容されている。
出力シャフト15の回転軸方向の一端部には、軸受スリーブ38の軸受孔の開口端面から第1流路21の内部に向かって突出する第1突出軸部が設けられている。なお、第1突出軸部には、第1バルブ11が溶接固定されている。
また、出力シャフト15の回転軸方向の他端部には、ハウジング25の軸受スリーブ38の開口端面からギア収納空間の内部に向かって突出する第2突出軸部が設けられている。なお、第2突出軸部の回転軸方向の先端側には、第1出力ギア19と結合するための金属製のインサートプレート(以下金属プレート)39がカシメ固定される小径軸部が設けられている。
The
A first protruding shaft portion that protrudes from the opening end surface of the bearing hole of the bearing
Further, a second projecting shaft portion that projects from the opening end surface of the bearing
次に、本実施例の電動アクチュエータ5の詳細を図1ないし図3に基づいて説明する。 電動アクチュエータ5は、モータMおよび第1減速機構等を備えている。
モータMは、アウタステータの内周側にインナロータが相対回転可能に配置されるブラシ付きのDCモータであり、回転軸方向に真っ直ぐに延びるモータ軸(モータシャフト)を有するインナロータ(電機子)と、この電機子の周囲を円周方向(モータ周方向)に取り囲む筒状のステータと、このステータに対して固定されたブラシホルダに収容保持された一対の給電ブラシ(第1、第2ブラシ)とを備えている。
Next, details of the
The motor M is a brushed DC motor in which an inner rotor is disposed on the inner peripheral side of the outer stator so as to be relatively rotatable, and an inner rotor (armature) having a motor shaft (motor shaft) extending straight in the rotation axis direction; A cylindrical stator surrounding the armature in the circumferential direction (motor circumferential direction), and a pair of power supply brushes (first and second brushes) housed and held in a brush holder fixed to the stator It has.
モータMのステータは、電機子のモータシャフトを回転可能に収容するモータケース(モータヨーク等)、およびこのモータヨークの内周面に固定された複数の界磁マグネット等を有している。
一対の第1、第2ブラシは、モータMの内部導体を構成するもので、モータ周方向に180°間隔で、しかも互いに対向して配置されている。また、第1ブラシは、外部電源(バッテリ)の正極側(VCC側)に一方のブラシターミナル28、電力供給ラインを介して接続されている。また、第2ブラシは、外部電源(バッテリ)の負極側(グランド側、GND側)に他方のブラシターミナル28、電力供給ラインを介して接続されている。
The stator of the motor M has a motor case (such as a motor yoke) that rotatably accommodates the motor shaft of the armature, and a plurality of field magnets fixed to the inner peripheral surface of the motor yoke.
The pair of first and second brushes constitute the inner conductor of the motor M, and are disposed at intervals of 180 ° in the circumferential direction of the motor and opposed to each other. The first brush is connected to the positive electrode side (VCC side) of the external power source (battery) via one
モータMの電機子は、ステータの径方向内側に所定のギャップを介して設置されている。この電機子は、フロントブラケット27およびモータヨークの各軸受支持部(ベアリングホルダ)に軸受(メタルベアリング)を介して、回転自在に支持されたモータシャフトと、このモータシャフトの回転軸方向に磁性鋼板を複数積層して形成された電機子鉄心(電機子コア)と、この電機子コアに巻装される電機子巻線(電機子コイル)と、一対の第1、第2ブラシに押圧接触される整流子(コンミテータ)とを有している。
The armature of the motor M is installed through a predetermined gap on the radially inner side of the stator. The armature includes a motor shaft rotatably supported by bearing support portions (bearing holders) of the
電機子コアは、積層型鉄心により形成され、モータシャフトの外周に圧入嵌合される円筒状(または角筒状)の嵌合部、およびこの嵌合部の外周面から突出する複数のティースを有している。
電機子コアの円周方向に隣接する各ティース間には、電機子巻線の各相コイルを収納する複数のスロットが形成されている。
電機子コイルは、ブラシターミナル28、モータターミナル、第1、第2ブラシおよびコンミテータと共にモータMの内部導体を構成するもので、複数のティースの各ティース巻装部の周囲に集中巻方式で巻装されて、各スロットに収納される多相の各相コイルにより構成されている。各相コイルは、各ティース巻装部の外側にインシュレータを介して巻回されている。
The armature core is formed of a laminated iron core, and includes a cylindrical (or rectangular tube) fitting portion press-fitted to the outer periphery of the motor shaft, and a plurality of teeth protruding from the outer peripheral surface of the fitting portion. Have.
A plurality of slots are formed between the teeth adjacent to each other in the circumferential direction of the armature core to store the phase coils of the armature winding.
The armature coil constitutes the internal conductor of the motor M together with the
メタルベアリングは、焼結材で形成され、内部に多数の気孔を有し、その内部気孔に潤滑油が含浸された円筒状の焼結含油軸受(メタルブッシュ)であって、その摺動孔の孔壁面(内径面)に多数の内部気筒の開口(表面気孔)が形成されている。
このメタルベアリングは、その摺動孔内に嵌挿されるモータシャフトの回転運動により発生する負圧によって、その内部気孔に浸透している潤滑油がモータシャフトとの摺動面(内径面)の開口から滲み出すことで、メタルベアリングの内径面とモータシャフトの外径面との摺動部分の油膜を形成し、この油膜によってモータシャフトが回転可能に支持される。
The metal bearing is a cylindrical sintered oil-impregnated bearing (metal bush) formed of a sintered material, having a large number of pores therein, and impregnating the internal pores with lubricating oil. A large number of internal cylinder openings (surface pores) are formed in the hole wall surface (inner diameter surface).
This metal bearing has an opening on the sliding surface (inner diameter surface) with the motor shaft due to the lubricating oil penetrating into the internal pores due to the negative pressure generated by the rotational movement of the motor shaft inserted into the sliding hole. By oozing out, an oil film is formed at the sliding portion between the inner diameter surface of the metal bearing and the outer diameter surface of the motor shaft, and the motor shaft is rotatably supported by this oil film.
第1スプリングSPは、第1出力ギア19のスプリングフック(係合凹部:以下可動フック)41と、ハウジング25のスプリングフック(段差面:以下固定フック)42との間に螺旋状に巻装して成形されたコイル部、このコイル部の両端部分を半径方向の外側へ折り曲げた2つの第1、第2屈曲部、およびこれらの第1、第2屈曲部から半径方向の外側へ向けて真っ直ぐに延伸した2つの端末線(スプリング側フック:以下端末)を有している。
第1スプリングSPは、出力シャフト15の周囲、ハウジング25の円筒部(ベアリングホルダ)43、および第1出力ギア19の円筒ボス44の周囲を螺旋状に取り囲むように設置されている。
The first spring SP is spirally wound between a spring hook (engagement recess: hereinafter referred to as a movable hook) 41 of the
The first spring SP is installed so as to spirally surround the
ここで、減速機構は、第1バルブ11の出力シャフト15と一体回転可能に連結した第1出力ギア19と、モータMのモータシャフトおよび出力シャフト15と並列配置された中間シャフト45と、モータシャフトと一体回転可能に連結したモータギア(以下ピニオンギア)46と、このピニオンギア46と噛み合って回転する中間減速ギア(以下中間ギア)47とを備えている。
ピニオンギア46は、モータMのモータシャフトの先端外周に圧入嵌合等により固定される円筒部を有している。この円筒部の外周には、中間ギア47と噛み合うピニオンギア歯51が形成されている。
中間ギア47は、中間シャフト45の外周に相対回転可能に嵌め合わされて、中間シャフト45の中心軸線周りに回転する円筒部を有している。この円筒部の軸線方向の一端部には、ピニオンギア歯51と噛み合う大径ギア(中間ギア歯)52が形成されている。また、円筒部の軸線方向の他端部には、第1出力ギア19と噛み合う小径ギア(中間ギア歯)53が円周方向全体に形成されている。
Here, the speed reduction mechanism includes a
The
The
第1出力ギア19は、出力シャフト15と共に減速機構の出力部を構成し、中間ギア47と噛み合って回転する。また、第1出力ギア19の内周部には、内部に円形状の貫通孔を有する円筒ボス44が一体的に形成されている。
また、第1出力ギア19は、円筒ボス44よりも半径方向の外側に一体的に形成された部分円筒状(扇状)の歯形成部を有している。この歯形成部は、所定の角度分だけ扇状に形成されている。また、歯形成部の外周部には、中間ギア歯53と噛み合う出力ギア歯54が形成されている。
第1出力ギア19の円筒ボス44の先端側には、インサート部材である金属プレート39がインサート成形されている。この金属プレート39の中央部には、出力シャフト15の第2突出軸部の小径軸部がカシメ等の結合手段を用いて嵌合固定されている。
The
The
A
また、歯形成部の回転方向の一端側面(閉じ側面)には、平坦面(平面)形状の全閉ストッパ部55が一体的に形成されている。この全閉ストッパ部55は、第1バルブ11を全閉した際に、ハウジング25の吐出部(メカストッパ17)に当接して係止される。これにより、第1出力ギア19の全閉ストッパ部55がメカストッパ17に当接した際に、第1バルブ11、出力シャフト15および第1出力ギア19のこれ以上の閉弁方向への回転動作が規制される。
なお、メカストッパ17は、平坦な規制面を有し、第1バルブ11の全閉位置から第1バルブ11、出力シャフト15および第1出力ギア19の回転方向に所定距離を隔てた位置に設けられている。
Further, a fully
The
ここで、電動アクチュエータ5、6の動力源であるモータMは、ECU20によって電子制御される第1〜第4モータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載された外部電源(バッテリ)に電気的に接続されている。
ECU20には、CPU、メモリ(ROMおよびRAMおよびEEPROM)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
第1〜第4モータ駆動回路は、例えば4つの半導体スイッチ素子をブリッジ接続した第1〜第4Hブリッジ回路によりそれぞれ構成されている。
Here, the motor M which is a power source of the
The
The first to fourth motor drive circuits are respectively configured by first to fourth H bridge circuits in which, for example, four semiconductor switch elements are bridge-connected.
第1〜第4モータ駆動回路は、ECU20のマイクロコンピュータから与えられる制御信号(例えばPWM信号のデューティ比)に対してモータMの内部導体(電機子コイル)への供給電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)を可変制御する。
ここで、第1〜第4モータ駆動回路に与える駆動デューティ値(DUTY(%))とは、実バルブ位置(実開度または実EGR率)が目標バルブ位置(目標開度または目標EGR率)となるように、PWM信号(パルス幅変調信号)の発生周期(PWM周期)における、モータMの内部導体(例えば電機子コイル)を通電するON期間とモータMの内部導体への通電を停止するOFF期間との比率(ON/OFF比)のことである。
The first to fourth motor drive circuits supply power (motor drive current or motor) to the internal conductor (armature coil) of the motor M with respect to a control signal (for example, duty ratio of PWM signal) given from the microcomputer of the
Here, the drive duty value (DUTY (%)) given to the first to fourth motor drive circuits is that the actual valve position (actual opening or actual EGR rate) is the target valve position (target opening or target EGR rate). In the generation period (PWM period) of the PWM signal (pulse width modulation signal), the ON period in which the inner conductor (for example, armature coil) of the motor M is energized and the energization to the inner conductor of the motor M are stopped. It is the ratio (ON / OFF ratio) with the OFF period.
なお、本実施例のEGRバルブ制御装置においては、流量制御弁1、3の第1、第3バルブ11、13を開閉駆動する動力を発生するモータMの通電制御を行う第1、第3モータ駆動回路と、流量制御弁2、4の第2、第4バルブ12、14を開閉駆動する動力を発生するモータMの通電制御を行う第2、第4モータ駆動回路とのバルブ制御開始時期が異なるように構成されている。例えば第1、第3モータ駆動回路よりも第2、第4モータ駆動回路の方が遅れてバルブ制御が開始される。具体的には、EGR開弁動作時にEGRガスが吸気通路へ還流し難い運転条件(エンジンEの運転状況)になった時に第2、第4モータ駆動回路におけるバルブ制御が開始される。つまり第2、第4流路22、24の流路断面積を閉じる側に第2、第4バルブ12、14を動作させる。
In the EGR valve control device of the present embodiment, the first and third motors that control the energization of the motor M that generates power for opening and closing the first and
CPUは、プログラムによって様々な数値演算処理、情報処理(例えばバルブ位置情報処理)および制御(例えばバルブ制御、モータ通電制御)等を行う。
ROMには、CPUの様々な数値演算処理、情報処理および制御等に必要なプログラムが予め記憶されている。
RAMには、CPUの演算処理による中間情報が一時的に記録され、イグニッションスイッチ(エンジンスイッチ)がOFFとなると記憶された情報は消える。
EEPROMには、CPUによる様々な数値演算処理、情報処理および制御等に必要な情報が記憶されている。具体的には、流量制御弁1〜4のバルブ位置(実開度)とバルブ開度センサ18から出力されるセンサ出力信号:センサ出力電圧)との対応関係を所定の形式で表したデータテーブル等の初期データがEEPROMに予め記憶されている。
The CPU performs various numerical calculation processes, information processing (for example, valve position information processing) and control (for example, valve control, motor energization control) and the like according to programs.
The ROM stores in advance programs necessary for various numerical calculation processes, information processing, and control of the CPU.
In the RAM, intermediate information obtained by the arithmetic processing of the CPU is temporarily recorded, and the stored information disappears when the ignition switch (engine switch) is turned off.
The EEPROM stores information necessary for various numerical computation processing, information processing, control, and the like by the CPU. More specifically, a data table representing the correspondence between the valve positions (actual opening) of the
そして、バルブ開度センサ18からのセンサ出力信号(アナログ電圧)や、各種センサからのセンサ出力信号(電気信号)は、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータの入力部に入力されるように構成されている。
ここで、マイクロコンピュータの入力部には、バルブ開度センサ18だけでなく、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温センサ、水温センサおよび排出ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等が接続されている。
A sensor output signal (analog voltage) from the
Here, not only the
回転角度検出装置は、円筒状の磁気回路部と、この磁気回路部の回転角度を測定して流量制御弁1〜4のバルブ位置情報(開度、バルブ角度)を検出するバルブ開度センサ18とを備え、磁気回路部とバルブ開度センサ18との相対回転角度の変化をバルブ開度センサ18に磁気回路部から与えられる磁気変化によって検出する。
バルブ開度センサ18は、センサカバー26のセンサ搭載部56に設置された一対のステータコア57の対向部間に挟み込まれて保持されている。このバルブ開度センサ18は、半導体ホール素子の感磁面を鎖交する磁束密度に対応したセンサ出力信号(アナログ電圧信号:センサ出力電圧)をECU20へ向けて出力するホールICを主体として構成されている。
The rotation angle detection device is a cylindrical magnetic circuit unit, and a
The
ホールICは、ホール素子および集積回路が1つのICチップ(半導体チップ)として集積回路化された磁気センサである。なお、ホールICの代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用しても良い。
磁気回路部は、第1出力ギア19の円筒ボス44に一体回転可能に設置された円筒ボス44の内周に接着剤等により固定されている。なお、第1出力ギア19の円筒ボス44の材質が合成樹脂の場合には、磁気回路部が円筒ボス44にインサート成形されていても構わない。
この磁気回路部は、円筒ボス44の直径方向に2分割された一対の部分円筒状センサヨーク58と、このセンサヨーク58の分割部(対向部)に同一方向に磁極が向いて配置された一対のセンサマグネット(永久磁石)59とを備えている。
The Hall IC is a magnetic sensor in which a Hall element and an integrated circuit are integrated as a single IC chip (semiconductor chip). Instead of the Hall IC, a non-contact type magnetic detection element such as a Hall element alone or a magnetoresistive element may be used.
The magnetic circuit portion is fixed to the inner periphery of the
The magnetic circuit section includes a pair of partial cylindrical sensor yokes 58 divided into two in the diameter direction of the
クランク角度センサは、エンジンのクランクシャフトの回転角度を電気信号に変換するピックアップコイルよりなり、例えば15°または30°CA(クランク角度)毎にセンサ出力信号(以下NEパルス信号)がECU20に対して出力される。
ECU20は、クランク角度センサから出力されるNEパルス信号の間隔時間を計測することによってエンジン回転速度(エンジン回転数:NE)を検出するための回転速度検出手段である。
The crank angle sensor includes a pickup coil that converts the rotation angle of the crankshaft of the engine into an electric signal. For example, a sensor output signal (hereinafter referred to as NE pulse signal) is sent to the
The
ECU20は、バルブ開度センサ18から出力されるセンサ出力信号(センサ出力電圧)に基づいて、流量制御弁1〜4のバルブ位置情報(実開度、バルブ角度)を検出するバルブ位置検出手段を構成している。
アクセル開度センサは、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度:ACCP)に対応した電気信号(センサ出力信号)をECU20に対して出力するエンジン負荷検出手段である。なお、流量制御弁2のバルブ位置情報(スロットル開度、実開度、バルブ角度)を検出するスロットル開度センサを搭載している場合は、スロットル開度センサをエンジン負荷検出手段として使用しても良い。
The
The accelerator opening sensor is an engine load detecting means for outputting an electric signal (sensor output signal) corresponding to the accelerator pedal depression amount (accelerator opening: ACCP) to the
ここで、ECU20は、イグニッションスイッチ(エンジンスイッチ)がオン(IG・ON)されると、先ず、エンジンの運転状況(エンジン情報)または運転条件(状態)を計算(算出)するのに必要な各種センサ出力信号を取得(入力)し、エンジンの運転状況または運転条件およびROMに格納されたプログラムに基づいて、電動アクチュエータ5、6のモータMを電子制御するように構成されている。
Here, when the ignition switch (engine switch) is turned on (IG / ON), the
ECU20は、エンジンの運転状況(例えばエアフロメータから出力されるセンサ出力信号(吸気流量信号)から測定された新気量、クランク角度センサのNE信号から測定されたエンジン回転数(NE)に対応して制御目標値(目標バルブ位置または目標EGR率)を算出(決定)し、バルブ開度センサ18のセンサ出力電圧から測定された実バルブ位置(実EGR率)と目標バルブ位置との偏差がなくなるように、公知のPID制御を用いて、モータ駆動回路に与える制御信号(例えばPWM信号のデューティ比(値):以下駆動デューティの設定値(DUTY=±α%))をフィードバック制御するように構成されている。
The
そして、ECU20から第1、第3モータ駆動回路に対して、第1、第3スプリングSPの付勢力(スプリング力)に抗する、第1、第3バルブ11、13を開く側へのモータMの駆動トルク(リターンスプリングのセットトルクを上回る駆動トルク:以下開側モータトルク)を発生させる駆動デューティの設定値(DUTY=+α%)が与えられると、DUTY=+α%に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)がモータMの内部導体(電機子コイル)に供給され、モータMの電機子コイルに開弁方向(第1、第3バルブ11、13の開き側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、第1、第3バルブ11、13が第1、第3スプリングSPのスプリング力に抗して開き側へ開弁駆動される。
なお、最小値(DUTY=0%)から最大値(DUTY=+100%)まで駆動デューティ値を変化させると、第1、第3バルブ11、13が全閉位置から全開位置まで開側作動する(図6参照)。また、バルブ角度に対するリターンスプリングのセットトルクの変化に対して第1、第3出力ギア19のトルクには、所定の開側ヒステリシスがある(図6参照)。
Then, the motor M from the
Note that when the drive duty value is changed from the minimum value (DUTY = 0%) to the maximum value (DUTY = + 100%), the first and
また、ECU20から第1、第3モータ駆動回路に対して、第1、第3スプリングSPの付勢力(スプリング力)をアシストする、第1、第3バルブ11、13を閉じる側へのモータMの駆動トルク(リターンスプリングのセットトルクを下回る駆動トルク:以下閉側モータトルク)を発生させる駆動デューティの設定値(DUTY=−α%)が与えられると、DUTY=−α%に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)がモータMの内部導体(電機子コイル)に供給され、モータMの電機子コイルに閉弁方向(第1、第3バルブ11、13の閉じ側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、第1、第3バルブ11、13が第1、第3スプリングSPのスプリング力をアシストして閉じ側へ閉弁駆動される。
なお、最大値(DUTY=0%)から最小値(DUTY=−100%)まで駆動デューティ値を変化させると、第1、第3バルブ11、13が全開位置から全閉位置まで閉側作動する(図6参照)。また、バルブ角度に対するリターンスプリングのセットトルクの変化に対して第1、第3出力ギア19のトルクには、所定の閉側ヒステリシスがある(図6参照)。
Further, the motor M toward the side of closing the first and
If the drive duty value is changed from the maximum value (DUTY = 0%) to the minimum value (DUTY = -100%), the first and
また、ECU20から第2、第4モータ駆動回路に対して、第2、第4スプリングの付勢力(スプリング力)に抗する、第2、第4バルブ12、14を閉じる側へのモータMの駆動トルク(リターンスプリングのセットトルクを上回る駆動トルク:以下閉側モータトルク)を発生させる駆動デューティの設定値(DUTY=+α%)が与えられると、同様に、モータMの電機子コイルに閉弁方向(第2、第4バルブ12、14の閉じ側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、第2、第4バルブ12、14が第2、第4スプリングのスプリング力に抗して閉じ側へ開弁駆動される。
Further, the
また、ECU20から第2、第4モータ駆動回路に対して、第2、第4スプリングの付勢力(スプリング力)をアシストする、第2、第4バルブ12、14を開く側へのモータMの駆動トルク(リターンスプリングのセットトルクを下回る駆動トルク:以下開側モータトルク)を発生させる駆動デューティの設定値(DUTY=−α%)が与えられると、同様に、モータMの電機子コイルに開弁方向(第2、第4バルブ12、14の開く側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、第2、第4バルブ12、14が第2、第4スプリングのスプリング力をアシストして閉じ側へ閉弁駆動される。
Further, the
[実施例1の制御方法]
次に、本実施例のEGRバルブ制御装置のバルブ制御方法を図1ないし図7に基づいて簡単に説明する。
ここで、図4は、ECU20による第1、第3バルブ(EGRバルブ)全閉制御方法を示したフローチャートである。また、図5は、ECU20による第2、第4バルブ全開制御方法を示したフローチャートである。これらの図4および図5の制御ルーチンは、イグニッションスイッチがONされた後に、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
[Control Method of Example 1]
Next, the valve control method of the EGR valve control apparatus of this embodiment will be briefly described with reference to FIGS.
Here, FIG. 4 is a flowchart showing a first and third valve (EGR valve) fully closed control method by the
先ず、ECU20は、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、流量制御弁1〜4の各第1〜第4バルブ11〜14の動作状態やエンジンの運転状況を判定するのに必要な各種センサ出力信号やモータ駆動回路に与えられるDUTY値(DUTY(%))を取得する。
なお、DUTY(%)の代わりに、モータMの内部導体(電機子コイル)に印加されるモータ印加電圧や、モータMの内部導体(電機子コイル)を流れるモータ駆動電流を計測して第1〜第4バルブ11〜14の動作状態である各流量制御弁1〜4のバルブ開度(角度)を判定しても良い。
First, when the ignition switch is turned on (IG / ON), the
Instead of DUTY (%), the motor applied voltage applied to the inner conductor (armature coil) of the motor M and the motor drive current flowing through the inner conductor (armature coil) of the motor M are measured to determine the first. -You may determine the valve opening degree (angle) of each flow control valve 1-4 which is the operation state of the 4th valves 11-14.
ECU20は、流量制御弁(EGR制御弁)1、3の第1、第3バルブ11、13を全閉位置に戻す全閉制御中であるか否かを判断(判定)する(ステップS11)。この判定結果がNoの場合には、エンジン運転時における通常のEGR制御(通常制御)を実施する(ステップS12)。その後に、図4の制御ルーチンを抜ける。つまり図4の制御ルーチンのSTARTへ戻る。
The
通常制御に進入するタイミングになると、ECU20は、ドライバーがアクセルペダルを踏み込んで、エンジンEが所定の運転領域(例えば低負荷〜中負荷で、且つ低速回転〜中速回転の領域)に入ると、この運転領域(エンジン負荷およびエンジン回転数)に対応して設定される制御目標値(目標開度、目標EGR率)を計算する。
このとき、ECU20は、例えば流量制御弁1、3の各第1、第3バルブ11、13が所定のバルブ開度(全閉位置に対する回転角度)以上に開弁するように第1、第3モータ駆動回路に駆動DUTYの設定値(DUTY=+α%)を与える。
When it is time to enter normal control, the
At this time, for example, the
そして、ECU20から第1、第3モータ駆動回路にDUTY=+α%が与えられると、電動アクチュエータ5のモータMの内部導体(モータ巻線部:以下電機子コイル)にDUTY=+α%に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)が供給され、モータMの電機子コイルに、開弁方向(第1、第3バルブ11、13の開き側)へのモータ駆動電流が流れる。これにより、第1、第3バルブ11、13が全開位置へ向けて開側作動する。
なお、ECU20から第1、第3モータ駆動回路に対して駆動DUTYの最大値(DUTY=+100%)に与えられると、流量制御弁1、3の第1、第3バルブ11、13が全開位置に設定される。
When DUTY = + α% is given from the
It should be noted that when the
一方、ECU20は、流量制御弁(吸気絞り弁、排気絞り弁)2、4の第2、第4バルブ12、14を全開位置に戻す全開制御中であるか否かを判断(判定)する(ステップS21)。この判定結果がNoの場合には、エンジン運転時における通常のEGR制御(通常制御)を実施する(ステップS22)。その後に、図5の制御ルーチンを抜ける。つまり図5の制御ルーチンのSTARTへ戻る。
On the other hand, the
通常制御に進入するタイミングになると、ECU20は、必要であれば、例えば流量制御弁2、4の各第2、第4バルブ12、14が所定のバルブ開度(全開位置に対する回転角度)以下に閉弁するように第2、第4モータ駆動回路に駆動DUTYの設定値(DUTY=+α%)を与える。
そして、ECU20から第2、第4モータ駆動回路にDUTY=+α%が与えられると、電動アクチュエータ6のモータMの内部導体(モータ巻線部:以下電機子コイル)にDUTY=+α%に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)が供給され、モータMの電機子コイルに、閉弁方向(第2、第4バルブ12、14の閉じ側)へのモータ駆動電流が流れる。これにより、第2、第4バルブ12、14が全閉位置へ向けて閉側作動する。
なお、ECU20から第2、第4モータ駆動回路に対して駆動DUTYの最大値(DUTY=+100%)が与えられると、流量制御弁2、4の第2、第4バルブ12、14が全閉位置に設定される。
When it is necessary to enter the normal control, the
Then, when DUTY = + α% is given from the
When the
以上によって、例えば流量制御弁1、3の各第1、第3バルブ11、13が開く側へ開弁駆動されて第1、第3流路21、23の流路断面積が拡大される。また、例えば流量制御弁2、4の各第2、第4バルブ12、14が閉じる側へ閉弁駆動されて第2、第4流路22、24の流路断面積が縮小される。
したがって、エンジンEの各気筒の燃焼室から排出された排気の一部がEGRガスとなって排気管内の排気通路からEGRガスパイプに流入し、第1、第3流路21、23を通って吸気管内の吸気通路へ導入される。このとき、エアクリーナ8を通過した新気(またはEGRガス+新気)とEGRガスが混入され、エンジンEの各気筒の吸気ポートおよび燃焼室に供給される。
これによって、排気中に含まれる有害物質(例えばNOx等)が低減される。
By the above, for example, the first and
Therefore, a part of the exhaust discharged from the combustion chamber of each cylinder of the engine E becomes EGR gas and flows into the EGR gas pipe from the exhaust passage in the exhaust pipe, and is taken in through the first and
Thereby, harmful substances (for example, NOx) contained in the exhaust gas are reduced.
一方、エンジン負荷が低負荷で、且つエンジン回転数が低速回転の領域、つまりアイドル運転時には、エンジンEの燃焼室内における混合気の燃焼を安定させるために、エンジンEの各気筒内へのEGRガスの導入を止める(EGRカット)。
また、ドライバーがアクセルペダルを踏み込んで、エンジンEの出力を最大限に引き出したい時や加速走行時には、エンジンEの各気筒の燃焼室にEGRガスが導入されることを要因とする、エンジンEの出力低下を回避するために、エンジンEの各気筒の燃焼室へのEGRガスの導入を止める(EGRカット)。
上記のようなEGRカット時には、図4のステップS11の判定結果がYesとなり、流量制御弁1、3の第1、第3バルブ11、13を全閉位置に戻す全閉制御が実施される。また、図5のステップS21の判定結果がYesとなり、流量制御弁2、4の第2、第4バルブ12、14を全開位置に戻す全閉制御が実施される。
On the other hand, in a region where the engine load is low and the engine speed is low, that is, during idling, in order to stabilize the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine E, the EGR gas into each cylinder of the engine E (EGR cut).
In addition, when the driver depresses the accelerator pedal and wants to maximize the output of the engine E or at the time of acceleration traveling, the EGR gas is introduced into the combustion chamber of each cylinder of the engine E. In order to avoid a decrease in output, the introduction of EGR gas into the combustion chamber of each cylinder of the engine E is stopped (EGR cut).
At the time of the EGR cut as described above, the determination result in step S11 of FIG. 4 is Yes, and the fully closed control for returning the first and
この場合、図6および図7に示したように、第1、第3バルブ11、13の閉側モータトルクを電動アクチュエータ5のモータMに発生させるために、第1、第3モータ駆動回路に駆動DUTYの最小値(DUTY=−100%)を与える。
そして、ECU20から第1、第3モータ駆動回路にDUTY=−100%が与えられると、モータMの電機子コイルにDUTY=−100%に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)が供給され、モータMの電機子コイルに、第1、第3バルブ11、13を閉じる側へのモータ駆動電流が流れる(ステップS13)。
これにより、モータMの閉側モータトルクを利用して第1、第3バルブ11、13を全閉位置側へ動作(全閉作動)させる。このとき、図6に示したように、第1、第3バルブ11、13の閉側作動時には、第1、第3スプリングSPのスプリング力にモータMの閉側モータトルクが加わるため、モータMの閉側モータトルクが第1、第3バルブ11、13の閉じる側へアシストするトルクとなる。
In this case, as shown in FIGS. 6 and 7, the first and third motor drive circuits are used to generate the closed motor torque of the first and
When DUTY = -100% is given from the
Thus, the first and
また、第2、第4バルブ12、14の開側モータトルクを電動アクチュエータ6のモータMに発生させるために、第2、第4モータ駆動回路に駆動DUTYの最小値(DUTY=−100%)を与える。
そして、ECU20から第2、第4モータ駆動回路にDUTY=−100%が与えられると、モータMの電機子コイルにDUTY=−100%に対応した電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)が供給され、モータMの電機子コイルに、第2、第4バルブ12、14を開く側へのモータ駆動電流が流れる(ステップS23)。
これにより、モータMの開側モータトルクを利用して第2、第4バルブ12、14を全開位置側へ動作(全開作動)させる。このとき、第2、第4バルブ12、14の開側作動時には、第2、第4スプリングのスプリング力にモータMの開側モータトルクが加わるため、モータMの開側モータトルクが第2、第4バルブ12、14の開く側へアシストするトルクとなる。
Further, in order to cause the motor M of the
When DUTY = -100% is given from the
Accordingly, the second and
次に、第1、第3バルブ11、13の実開度(実バルブ位置)が所定の位置に到達しているか否かを判断(判定)する(ステップS14)。この判定結果がNoの場合には、ステップS11の判定処理へ戻る。
ここで、所定の位置とは、第1、第3バルブ11、13の全閉位置(θ=0(deg))よりも所定距離分(所定回転角度分)だけ手前(+側)の開度(バルブ位置)のことである。
一方、第2、第4バルブ12、14の実開度(実バルブ位置)が所定の位置に到達しているか否かを判断(判定)する(ステップS24)。この判定結果がNoの場合には、ステップS21の判定処理へ戻る。
ここで、所定の位置とは、第2、第4バルブ12、14の全開位置(θ=70〜80(deg))よりも所定距離分(所定回転角度分)だけ手前(−側)の開度(バルブ位置)のことである。
Next, it is determined (determined) whether or not the actual opening (actual valve position) of the first and
Here, the predetermined position is the opening degree of the front (+ side) by a predetermined distance (predetermined rotation angle) from the fully closed position (θ = 0 (deg)) of the first and
On the other hand, it is determined (determined) whether or not the actual opening (actual valve position) of the second and
Here, the predetermined position is an opening (− side) in front of the second and
また、ステップS14の判定結果がYesの場合には、第1、第3モータ駆動回路に対する駆動DUTY値を、第1、第3スプリングSPのセットトルクによる全閉側への第1、第3弁体戻り速度を減速することが可能な駆動DUTYの設定値(DUTY=+β%)に設定する。
具体的には、第1、第3モータ駆動回路に与える駆動DUTY値を、第1、第3バルブ11、13を全閉位置に保持することが可能な全閉保持DUTY値(DUTY=+β%)に固定し、このDUTY=+β%を第1、第3モータ駆動回路に与える(デューティ値設定手段:ステップS15)。その後に、図4の制御ルーチンを抜ける。つまり図4の制御ルーチンのSTARTへ戻る。
When the determination result in step S14 is Yes, the drive DUTY values for the first and third motor drive circuits are set to the first and third valves toward the fully closed side by the set torque of the first and third springs SP. The setting value (DUTY = + β%) of the drive duty that can reduce the body return speed is set.
Specifically, the drive DUTY value given to the first and third motor drive circuits is a fully closed hold DUTY value (DUTY = + β%) that can hold the first and
また、ステップS24の判定結果がYesの場合には、第2、第4モータ駆動回路に対する駆動DUTY値を、第2、第4スプリングのセットトルクによる全開側への第1、第3弁体戻り速度を減速することが可能な駆動DUTYの設定値(DUTY=+β%)に設定する。。
具体的には、第2、第4モータ駆動回路に与える駆動DUTY値を、第2、第4バルブ12、14を全閉位置に保持することが可能な全閉保持DUTY値(DUTY=+β%)に固定し、このDUTY=+β%を第2、第4モータ駆動回路に与える(デューティ値設定手段:ステップS25)。その後に、図5の制御ルーチンを抜ける。つまり図5の制御ルーチンのSTARTへ戻る。
If the determination result in step S24 is Yes, the drive DUTY values for the second and fourth motor drive circuits are returned to the first and third valve bodies to the fully open side by the set torque of the second and fourth springs. The set value (DUTY = + β%) of the drive duty that can reduce the speed is set. .
Specifically, the drive DUTY value given to the second and fourth motor drive circuits is the fully closed hold DUTY value (DUTY = + β%) that can hold the second and
これにより、流量制御弁1、3の各第1、第3バルブ11、13が閉弁側へ電動駆動および付勢されて第1、第3流路21、23が閉塞される。一方、流量制御弁2、4の各第2、第4バルブ12、14が開弁側へ電動駆動および付勢されて第2、第4流路22、24が開放される。
このとき、流量制御弁1、3においては、第1、第3バルブ11、13のシールリング溝35に嵌め込まれたシールリング36の摺動部が、シールリング自体の拡径方向の張力(弾性変形力)によってノズル37のバルブシート面に張り付くため、シールリング36の摺動部がノズル37のバルブシート面に密着する。
したがって、第1、第3バルブ11、13の外周端面とノズル37の内周面との間の隙間が完全にシールされる。つまり第1、第3流路21、23が完全に閉鎖される。これにより、EGRガスが、エアクリーナ8を通過した清浄な吸気(新気)に混入しない。
As a result, the first and
At this time, in the
Therefore, the gap between the outer peripheral end surfaces of the first and
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の流量制御弁1、3を開閉制御するEGRバルブ制御装置においては、全閉位置へ第1、第3バルブ11、13を動作させる全閉制御時に、第1、第3モータ駆動回路に与える駆動DUTY値を、第1、第3スプリングSPのセットトルクによる全閉側への第1、第3弁体戻り速度を減速することが可能な駆動DUTYの設定値(DUTY=+β%)に設定し、このDUTY=+β%を第1、第3モータ駆動回路に与えるように構成されている。
具体的には、第1、第3バルブ11、13を全閉位置に保持することが可能な全閉保持DUTY値(DUTY=+β%)に固定することにより、図8に示した「スプリング力による戻り速度を減速させる区間」において、図7に示したように、「全閉位置付近到達時に、全閉保持DUTYでモータMへの供給電力を制限する。」ことで、全閉側への第1、第3弁体戻り速度を減速させない。これにより、モータMの内部導体(電機子コイル)を流れるモータ駆動電流を従来の技術と比べて小さくすることが可能となり、モータ各部の温度が過熱限界温度を超過することを防ぐことができる。
[Effect of Example 1]
As described above, in the EGR valve control apparatus that controls the opening and closing of the
Specifically, by fixing the first and
一方、本実施例の流量制御弁1、3と連動するように流量制御弁2、4を開閉制御するEGRバルブ制御装置においては、全開位置へ第2、第4バルブ12、14を動作させる全開制御時に、第2、第4モータ駆動回路に対する駆動DUTY値を、第2、第4スプリングのセットトルクによる全開側への第1、第3弁体戻り速度を減速することが可能な駆動DUTYの設定値(DUTY=+β%)に設定し、このDUTY=+β%を第2、第4モータ駆動回路に与えるように構成されている。
具体的には、第2、第4バルブ12、14を全閉位置に保持することが可能な全閉保持DUTY値(DUTY=+β%)に固定することにより、同様に、モータMの内部導体(電機子コイル)を流れるモータ駆動電流を従来の技術と比べて小さくすることが可能となり、モータ各部の温度が過熱限界温度を超過することを防ぐことができる。
On the other hand, in the EGR valve control apparatus that controls the opening and closing of the flow
Specifically, by fixing the second and
これによって、モータの内部導体(電機子コイル)に供給される電力(モータ駆動電流値)が、図7に示したように、第1〜第4モータ駆動回路に対するPWM信号のDUTY値に対応した設定値以下に制限され、モータMの各部の温度が過熱限界温度(モータ各部の耐熱温度)を超過する不具合の発生を抑制することができる。
これにより、モータMの各部の温度が過熱限界温度を超過することによるモータ故障やモータの耐久性の低下を防止することができるので、モータMの各部を保護することができる。
As a result, the electric power (motor drive current value) supplied to the inner conductor (armature coil) of the motor corresponds to the DUTY value of the PWM signal for the first to fourth motor drive circuits as shown in FIG. The occurrence of a problem that the temperature of each part of the motor M exceeds the overheat limit temperature (heat-resistant temperature of each part of the motor) is limited to a set value or less.
Accordingly, it is possible to prevent a motor failure and a decrease in the durability of the motor due to the temperature of each part of the motor M exceeding the overheat limit temperature, so that each part of the motor M can be protected.
ここで、モータMの各部の過熱による不具合としては、例えば電機子コイルが発熱してその熱で合成樹脂製のブラシホルダが溶け出してしまうと、ブラシスプリングのスプリング力が弱まり、電機子のコンミテータに第1、第2ブラシが効果的に接触せず、モータMの内部導体(電機子コイル)への通電ができなくなる。つまりモータMが動かなくなる故障が発生する。
また、モータMの各部の発熱により、モータシャフトを軸受するメタルブッシュから潤滑油がモータヨーク内に飛び散る恐れもある。これにより、メタルブッシュとモータシャフトとの間が潤滑不良となり、焼き付く可能性がある。つまりモータMが動かなくなる故障が発生する。
したがって、本実施例のようなエンジンEの運転状況に基づいて、流量制御弁1〜4の各第1〜第4バルブ11〜14のバルブ位置を制御するバルブ開度制御を行うEGRバルブ制御装置において、ロバスト性(モータ各部の過熱防止対策に対する信頼性および耐久性)のあるバルブ開度制御を実現することができる。
Here, as a problem due to overheating of each part of the motor M, for example, if the armature coil generates heat and the heat is melted by the synthetic resin brush holder, the spring force of the brush spring is weakened, and the armature commutator The first and second brushes do not effectively come into contact with each other, and the internal conductor (armature coil) of the motor M cannot be energized. That is, a failure that the motor M does not move occurs.
Further, due to the heat generated in each part of the motor M, there is a possibility that the lubricating oil may be scattered in the motor yoke from the metal bush that supports the motor shaft. As a result, the lubrication between the metal bush and the motor shaft may be poor and may be seized. That is, a failure that the motor M does not move occurs.
Therefore, an EGR valve control device that performs valve opening control for controlling the valve positions of the first to
[変形例]
本実施例では、本発明のバルブ(開閉)制御装置により開閉制御される流体制御弁として、流量制御弁(EGR制御弁)1、3、流量制御弁(吸気絞り弁、吸気制御弁)3および流量制御弁(排気絞り弁、排気制御弁)4を採用しているが、本発明のバルブ(開閉)制御装置により開閉制御される流体制御弁として、EGRクーラの出口側に連通する低温排気ガス流路とEGRガスをEGRクーラより迂回させるバイパス流路(高温排気ガス流路)とを切り替える排気ガス流路切替弁、エンジンの排気管(ターボチャージャのタービンハウジング)に設置される排気ガス流量(圧力)制御弁を採用しても良い。
[Modification]
In this embodiment, flow control valves (EGR control valves) 1 and 3, flow control valves (intake throttle valves, intake control valves) 3, and the like are controlled by the valve (open / close) control device of the present invention. Although a flow control valve (exhaust throttle valve, exhaust control valve) 4 is employed, a low temperature exhaust gas communicating with the outlet side of the EGR cooler as a fluid control valve controlled to be opened and closed by the valve (open / close) control device of the present invention Exhaust gas flow path switching valve for switching between the flow path and a bypass flow path (high temperature exhaust gas flow path) that bypasses the EGR gas from the EGR cooler, exhaust gas flow rate installed in the exhaust pipe of the engine (turbine housing of the turbocharger) A pressure) control valve may be employed.
また、吸気制御弁としては、タンブル制御弁、スワール制御弁、吸気流量制御弁、吸気圧力制御弁、流路切替弁、吸気絞り弁等が考えられる。
また、排気制御弁としては、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気流量制御弁、排気圧力制御弁、排気切替弁、排気絞り弁等が考えられる。
本実施例では、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、第1、第3バルブ11、13を閉弁(全閉)方向に付勢する第1、第3スプリングSPを備え、ノーマリ全閉構造のEGR制御弁として使用される流量制御弁1、3と、第2、第4バルブ12、14を開弁(全開)方向に付勢する第2、第4スプリングを備え、ノーマリ全開構造の吸気、排気絞り弁として使用される流量制御弁2、4に適用しているが、本発明に使用される流体制御弁を、流量制御弁1または流量制御弁3と、流量制御弁2または流量制御弁4とに適用しても良い。
In addition, as the intake control valve, a tumble control valve, a swirl control valve, an intake flow control valve, an intake pressure control valve, a flow path switching valve, an intake throttle valve, and the like are conceivable.
Further, examples of the exhaust control valve include a waste gate valve, a scroll switching valve, an exhaust flow control valve, an exhaust pressure control valve, an exhaust switching valve, and an exhaust throttle valve.
In the present embodiment, the first and third springs that urge the first and
なお、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、流量制御弁1のみに適用しても良い。また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、流量制御弁2のみに適用しても良い。また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、流量制御弁3のみに適用しても良い。また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、流量制御弁4のみに適用しても良い。また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、流量制御弁1、2のみに適用しても良い。また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、流量制御弁3、4のみに適用しても良い。
The fluid control valve used in the valve (open / close) control device of the present invention may be applied only to the
また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、ディーゼルエンジンの気筒に連通する流路を開閉(流路の流路断面積を変更)する第1〜第4バルブ11〜14を有する流体制御弁だけでなく、ガソリンエンジンの気筒に連通する流路を開閉(流路の流路断面積を変更)するバルブを有する流体制御弁に適用しても良い。
また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、内燃機関の排気浄化装置に供給される2次空気が流れる2次空気流路管(ハウジング)内の空気流路を開閉するバルブを備えた2次空気制御弁に適用しても良い。
また、本発明のバルブ(開閉)制御装置に使用される流体制御弁を、内燃機関の燃焼室から排出される排出ガス(排気)が流れる排気管(ハウジング)内の排気通路を開閉するバルブを備えた排気絞り弁や流量制御弁1、3等の排気制御弁に適用しても良い。
In addition, the fluid control valve used in the valve (open / close) control device of the present invention is a first to
In addition, the fluid control valve used in the valve (opening / closing) control device of the present invention is provided with an air flow path in the secondary air flow path pipe (housing) through which the secondary air supplied to the exhaust purification device of the internal combustion engine flows. You may apply to the secondary air control valve provided with the valve which opens and closes.
Further, the fluid control valve used in the valve (open / close) control device of the present invention is a valve that opens and closes an exhaust passage in an exhaust pipe (housing) through which exhaust gas (exhaust gas) discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine flows. You may apply to exhaust control valves, such as the provided exhaust throttle valve and the
また、流体制御弁の弁体を構成するバルブとして、バタフライバルブを採用しているが、フラップバルブ、プレートバルブ、ロータリバルブ等の回転型バルブを採用しても良い。
また、流体制御弁の一例である吸気制御弁としては、吸気絞り弁(吸気スロットル弁)として使用される流量制御弁2の他に、タンブル制御弁、スワール制御弁、吸気圧力制御弁、吸気流路切替弁等が考えられる。
また、流体制御弁の一例である排気制御弁としては、EGR制御弁として使用される流量制御弁1、3や排気絞り弁(排気スロットル弁)として使用される流量制御弁4の他に、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気圧力制御弁、排気流路切替弁等が考えられる。
In addition, although a butterfly valve is employed as a valve constituting the valve body of the fluid control valve, a rotary valve such as a flap valve, a plate valve, or a rotary valve may be employed.
As an intake control valve which is an example of a fluid control valve, in addition to a
The exhaust control valve which is an example of the fluid control valve includes a waste
M モータ
SP 第1、第3スプリング
1 流量制御弁(EGR制御弁)
2 流量制御弁(吸気絞り弁、吸気スロットル弁)
3 流量制御弁(EGR制御弁)
4 流量制御弁(排気絞り弁、排気スロットル弁)
11 第1バルブ(EGRバルブ)
12 第2バルブ(スロットルバルブ)
13 第3バルブ(EGRバルブ)
14 第4バルブ(スロットルバルブ)
M motor SP 1st,
2 Flow control valves (intake throttle valve, intake throttle valve)
3 Flow control valve (EGR control valve)
4 Flow control valve (exhaust throttle valve, exhaust throttle valve)
11 First valve (EGR valve)
12 Second valve (throttle valve)
13 Third valve (EGR valve)
14 Fourth valve (throttle valve)
Claims (7)
(b)このバルブ(11〜14)を駆動する動力を発生するモータ(M)を有し、このモータ(M)の動力を前記バルブ(11〜14)に伝えるアクチュエータ(5、6)と、 (c)前記バルブ(11〜14)の全閉位置または全開位置を規定すると共に、前記アクチュエータ(5、6)の出力部(19)および前記バルブ(11〜14)の閉じる側または開く側への移動を規制する固定ストッパ(17)と、
(d)前記アクチュエータ(5、6)の出力部(19)に対して、前記バルブ(11〜14)を前記固定ストッパ(17)に押し当てる方向に付勢するスプリング(SP)と、 (e)前記バルブ(11〜14)の位置情報を検出するセンサ(18)と、
(f)前記内燃機関(E)の運転状況に対応して設定される目標バルブ位置と前記センサ(18)により検出される実バルブ位置との偏差がなくなるように、前記モータ(M)に対する制御信号をフィードバック制御する制御ユニット(20)と
を備えたバルブ制御装置において、
前記制御ユニット(20)は、前記全閉位置または前記全開位置へ前記バルブ(11〜14)を動作させる時に、前記モータ(M)に対する制御信号を、前記スプリング(SP)のセットトルクによる全閉側または全開側への戻り速度を減速可能なデューティ値に設定するデューティ値設定手段を有していることを特徴とするバルブ制御装置。 (A) valves (11-14) for opening and closing flow paths (21-24) communicating with the cylinders of the internal combustion engine (E);
(B) an actuator (5, 6) having a motor (M) for generating power for driving the valves (11-14) and transmitting the power of the motor (M) to the valves (11-14); (C) Define the fully closed position or fully open position of the valve (11-14), and also toward the output side (19) of the actuator (5, 6) and the closing side or opening side of the valve (11-14). A fixed stopper (17) for restricting movement of the
(D) a spring (SP) for urging the output (19) of the actuator (5, 6) in a direction in which the valve (11-14) is pressed against the fixed stopper (17); ) A sensor (18) for detecting position information of the valve (11-14);
(F) Control for the motor (M) so that there is no deviation between the target valve position set in accordance with the operating condition of the internal combustion engine (E) and the actual valve position detected by the sensor (18). A valve control device comprising a control unit (20) for feedback control of the signal;
When the control unit (20) operates the valve (11-14) to the fully closed position or the fully open position, the control unit (20) sends a control signal for the motor (M) to the fully closed position by the set torque of the spring (SP). A valve control device comprising duty value setting means for setting a return speed to the side or fully open side to a duty value that can be decelerated.
前記制御ユニット(20)は、
前記モータ(M)に対する制御信号のデューティ値が設定されると、
前記全閉位置または前記全開位置に前記バルブ(11〜14)を保持することが可能な電力を前記モータ(M)の内部導体に供給することを特徴とするバルブ制御装置。 The valve control device according to claim 1,
The control unit (20)
When the duty value of the control signal for the motor (M) is set,
A valve control device that supplies electric power capable of holding the valve (11-14) to the fully closed position or the fully open position to an internal conductor of the motor (M).
前記アクチュエータ(5、6)の出力部は、前記モータ(M)の動力を受けて回転する出力ギア(19)、およびこの出力ギア(19)と一体回転可能に連結した出力シャフト(15、16)を有していることを特徴とするバルブ制御装置。 In the valve control device according to claim 1 or 2,
The output portions of the actuators (5, 6) include an output gear (19) that rotates by receiving the power of the motor (M), and an output shaft (15, 16) that is connected to the output gear (19) so as to be integrally rotatable. The valve control apparatus characterized by having.
前記固定ストッパ(17)は、前記バルブ(11、13)を全閉した際に前記出力ギア(19)のこれ以上の閉弁方向への動作を規制する第1規制部を有し、
前記出力ギア(19)または前記出力シャフト(15)は、前記バルブ(11、13)を全閉した際に、前記第1規制部に当接して係止される第1係止部(55)を有していることを特徴とするバルブ制御装置。 In the valve control device according to claim 3,
The fixed stopper (17) has a first restricting portion that restricts further operation of the output gear (19) in the valve closing direction when the valves (11, 13) are fully closed.
When the valve (11, 13) is fully closed, the output gear (19) or the output shaft (15) is brought into contact with the first restricting portion to be locked. A valve control device characterized by comprising:
前記固定ストッパは、前記バルブ(12、14)を全開した際に前記出力ギアのこれ以上の開弁方向への動作を規制する第2規制部を有し、
前記出力ギアまたは前記出力シャフト(16)は、前記バルブ(12、14)を全開した際に、前記第2規制部に当接して係止される第2係止部を有していることを特徴とするバルブ制御装置。 In the valve control device according to claim 3 or 4,
The fixed stopper has a second restricting portion that restricts further operation of the output gear in the valve opening direction when the valve (12, 14) is fully opened.
The output gear or the output shaft (16) has a second locking portion that contacts and locks against the second restricting portion when the valve (12, 14) is fully opened. A characteristic valve control device.
前記バルブとは、
前記モータ(M)への通電停止時に、前記内燃機関(E)の排出ガスの一部であるEGRガスが流れる前記流路に相当する第1流路(21)を全閉し、前記モータ(M)への電力の増加に伴って前記第1流路(21)の流路断面積を増加させるノーマリクローズタイプの第1流量制御弁(1)の弁体(11)、
および前記モータ(M)への通電停止時に、前記内燃機関(E)の吸入空気が流れる前記流路に相当する第2流路(22)を全開し、前記モータ(M)への電力の増加に伴って前記第2流路(22)の流路断面積を減少させるノーマリオープンタイプの第2流量制御弁(2)の弁体(12)のことであることを特徴とするバルブ制御装置。 The valve control device according to any one of claims 1 to 5,
The valve is
When energization of the motor (M) is stopped, the first flow path (21) corresponding to the flow path through which EGR gas that is part of the exhaust gas of the internal combustion engine (E) flows is fully closed, and the motor ( A valve body (11) of a normally closed type first flow control valve (1) that increases the cross-sectional area of the first flow path (21) with an increase in power to M),
When the energization of the motor (M) is stopped, the second flow path (22) corresponding to the flow path through which the intake air of the internal combustion engine (E) flows is fully opened to increase the power to the motor (M). The valve control device is a valve element (12) of a normally open type second flow rate control valve (2) that decreases the cross-sectional area of the second flow channel (22) along with the first flow rate control valve (2). .
前記バルブとは、
前記モータ(M)への通電停止時に、前記内燃機関(E)の排出ガスの一部であるEGRガスが流れる前記流路に相当する第3流路(23)を全閉し、前記モータ(M)への電力の増加に伴って前記第3流路(23)の流路断面積を増加させるノーマリクローズタイプの第3流量制御弁(3)の弁体(13)、
および前記モータ(M)への通電停止時に、前記内燃機関(E)の排出ガスの残部が流れる前記流路に相当する第4流路(24)を全開し、前記モータ(M)への電力の増加に伴って前記第4流路(24)の流路断面積を減少させるノーマリオープンタイプの第4流量制御弁(4)の弁体(14)のことであることを特徴とするバルブ制御装置。 In the valve control device according to any one of claims 1 to 6,
The valve is
When energization of the motor (M) is stopped, the third flow path (23) corresponding to the flow path through which EGR gas that is part of the exhaust gas of the internal combustion engine (E) flows is fully closed, and the motor ( A valve body (13) of a normally closed third flow control valve (3) that increases the cross-sectional area of the third flow path (23) with an increase in power to M),
When the energization of the motor (M) is stopped, the fourth flow path (24) corresponding to the flow path through which the remainder of the exhaust gas of the internal combustion engine (E) flows is fully opened, and the electric power to the motor (M) A valve element (14) of a normally open type fourth flow rate control valve (4) that decreases the cross-sectional area of the fourth flow path (24) as the flow rate increases. Control device.
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