JP2018189039A

JP2018189039A - バルブ装置

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Publication number: JP2018189039A
Application number: JP2017093105A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　憲; Ken Suzuki; 憲鈴木; 高橋　英樹; Hideki Takahashi; 英樹高橋
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: JP6911503B2

Abstract

【課題】異音が発生を防止可能なバルブ装置を提供すること。【解決手段】本開示の一形態は、内燃機関で発生する排ガスの一部を、排気還流路を介して、前記内燃機関への吸入空気と混合させるＥＧＲで用いられるバルブ装置であって、前記排気還流路を開閉可能な弁体であって、全閉時に前記排気還流路に設けられたシートに着座する弁体と、外部からパルス信号が供給されると、前記弁体の駆動力を発生するモータと、を備え、前記内燃機関の始動前、（１）前記モータは、所定のデューティ比を有するパルス信号により、前記弁体が前記シートに当接しない開度で前記弁体を開くよう駆動力を発生するか、（２）前記モータへのパルス信号の供給が停止される、バルブ装置に向けられる。【選択図】図１

Description

本開示は、ＥＧＲにおける排気還流路を弁体により開閉するバルブ装置に関する。

周知の通り、排気再循環システム（以下、ＥＧＲという）は、輸送機器等に搭載された内燃機関で発生する排ガスの一部を、排気還流路を通じて、内燃機関への吸入空気と混合させるための装置である。ここで、排気還流路には、排気還流路の開度を調整可能なバルブ装置が設けられる。

バルブ装置は、排気還流路に設けられた弁体と、全閉時にシートが着座するシートとを備えている。

バルブ装置はさらに、弁体を駆動するための駆動力を発生するモータと、所望のデューティ比を有する制御信号を出力する制御部と、制御部の出力制御信号で、電源回路から供給された定電圧をスイッチングして、モータに与えるスイッチング素子と、を備えている。

特開２００３−２９３８６２号公報

上記の通り、モータはパルス駆動により振動するため、弁体の全閉時（または弁体がわずかに開いている時）、モータの振動が弁体等に伝わって、異音（当接音）が発生する。特に、異音発生が内燃機関の始動前であると、輸送機器の搭乗者等に聞こえる可能性がある。

本開示は、異音が発生を防止可能なバルブ装置を提供することを目的とする。

本開示の一形態は、内燃機関で発生する排ガスの一部を、排気還流路を介して、前記内燃機関への吸入空気と混合させるＥＧＲで用いられるバルブ装置であって、前記排気還流路を開閉可能な弁体であって、全閉時に前記排気還流路に設けられたシートに着座する弁体と、外部からパルス信号が供給されると、前記弁体の駆動力を発生するモータと、を備え、前記内燃機関の始動前、（１）前記モータは、所定のデューティ比を有するパルス信号により、前記弁体が前記シートに当接しない開度で前記弁体を開くよう駆動力を発生するか、（２）前記モータへのパルス信号の供給が停止される、バルブ装置に向けられる。

本開示の一形態によれば、異音が発生を防止可能なバルブ装置を提供出来る。

本開示のＥＧＲおよびその制御装置の構成を示す模式図図１の弁体およびシートを、弁体の回転軸の延在方向（ｙ軸方向）から見た時の模式図図１の制御装置の処理手順を示すフロー図

以下、上記図面を参照して、本開示の一実施形態に係るバルブ装置７について詳説する。

＜１．定義＞
下表１は、本実施形態で使用される頭字語や略語の意味を示す。

また、図１，図２において、ｘ軸は、排気還流路５における弁体７１近傍における排ガスの流れ方向を示す。また、ｙ軸は、弁体７１の回転軸が延在する方向を示す。

＜２．実施形態＞
＜２−１．ＥＧＲシステム・バルブ装置の構成＞
図１，図２において、ＥＧＲシステム１は、輸送機器（例えば車両）に搭載され、輸送機器の内燃機関３で発生する排ガスの一部を、排気還流路５を介して、内燃機関３の吸入空気と混合させて、排ガス中のＮＯｘを低減させるシステムである。

なお、ＥＧＲシステム１には、クールドＥＧＲ、ホットＥＧＲ等があるが、下記のバルブ装置７はいずれのＥＧＲにも適用可能である。また、クールドＥＧＲの場合、排気還流路５の途中に、排ガスを冷却する冷却器（図示せず）が設けられる。

バルブ装置７は、排気還流路５における排ガス流量を調整するために、少なくとも、弁体７１と、シート７３と、モータ７５と、を備えている。

また、モータ７５にパルス信号（パルス電圧）を供給するために、バルブ装置７に対し外付けで、ＥＣＵ７７と、スイッチング素子７９とが設けられる。

なお、ＥＣＵ７７と、スイッチング素子７９とはバルブ装置７に内蔵されていても良い。

弁体７１は、図１の例では、バルブディスク（バタフライバルブ）であって、モータ７５の回転軸と直接的にまたはギヤ等を介して接続される。これにより、弁体７１は、モータ７５の回転に応じて、排気還流路５の一部をなす弁箱内で軸周りに回転することで、排気還流路５を開閉し、これによって、排気還流路５を通過する排ガス流量を制御する。

なお、弁体７１は、他にも、ポペットバルブ等でも良い。

シート７３は、弁箱の内周面に設けられ、弁体７１の全閉時（着座時）に弁体７１を保持して、排ガスが内燃機関３の吸気流路に漏れないようにする。

モータ７５は、例えばＤＣモータであって、後述のスイッチング素子７９で生成されるパルス信号が印加されると、弁体７１が軸周りに回転駆動するための駆動力を発生する。即ち、モータ７５のオンオフはパルス制御される。

ＥＣＵ７７は、制御部の例示であって、制御基板上に実装された入出力コネクタ、マイコン、プログラムメモリおよびメインメモリを含んでいる。

入出力コネクタは、図示しないイグニッションスイッチ（プッシュスイッチの場合もある）およびモータ７５等と電気的に接続される。

マイコンは、プログラムメモリ内のプログラムを、メインメモリを使って実行する。これにより、マイコンは、イグニッションスイッチからの入力信号に基づき、所定のデューティ比を有するパルス状の制御信号を生成し、入出力コネクタからモータ７５に向けて出力する。

スイッチング素子７９は、例えばパワートランジスタである。スイッチング素子７９は、バッテリ７１１から出力された定電圧を、ＥＣＵ７７から出力された制御信号でスイッチングする。これにより得られたパルス電圧がモータ７５に印加される。

＜２−２．イグニッションスイッチの信号＞
まず、イグニッションスイッチからの信号について説明する。本開示では、ＬＯＣＫ（ＯＦＦ）以外に、ＡＣＣ、ＯＮ、ＳＴＡＲＴの三種類の位置を有するイグニッションスイッチを例示する。

イグニッションスイッチがＡＣＣまたはＯＮに位置すると、イグニッションスイッチからは、これらの位置を示す信号が出力される。また、イグニッションスイッチがＡＣＣまたはＯＮの間、輸送機器の電気系統がオンになり電装品が使用可能となるが、内燃機関３は始動しない。

上記に対し、イグニッションスイッチがＳＴＡＲＴに位置すると、イグニッションスイッチからは、ＳＴＡＲＴ位置を示す信号が出力されると共に、引き続き電装品の使用は可能であると共に内燃機関３が始動する。

＜２−３．ＥＣＵ（制御部）の処理＞
次に、図３を参照して、ＥＣＵ７７の処理について説明する。

まず、ＥＣＵ７７は、イグニッションスイッチからの信号を受信すると（ステップＳ００１でＹＥＳ）、受信信号がＳＴＡＲＴ位置を示すか否かを判断する（ステップＳ００３）。

ＮＯと判断すると、ＥＣＵ７７は、予め定められたデューティ比Ｄ_０（但し、Ｄ_０＞０）を示す制御信号を生成して、スイッチング素子７９に出力する（ステップＳ００５）。

ステップＳ００５の結果、バッテリ７１１から出力された定電圧は、スイッチング素子７９において、デューティ比Ｄ_０でスイッチングされる。これにより、デューティ比Ｄ_０を有するパルス信号（パルス電圧）が生成されて、モータ７５に印加される。

モータ７５は、パルス信号の供給に応じて回転し始め、デューティ比Ｄ_０で定義される開度θ_０で弁体７１を開く。ここで、モータ７５は、パルス駆動により振動する。もし、弁体７１の全閉時またはわずかに開いていると、モータ７５の振動が、少なくとも弁体７１に伝わり、その結果、弁体７１がシート７３に当接して異音が発生することがある。特に、ステップＳ００３において受信信号がＳＴＡＲＴ位置で無いと判断されると、内燃機関３が始動前であることから、輸送機器の搭乗者に異音が聞こえる可能性がある。

そこで、本開示では、開度θ_０は、本バルブ装置７の設計・開発段階において実験やシミュレーションにより求められ、モータ７５がパルス駆動により振動したとしても、弁体７１がシート７３に当接しない開度となるよう設計される。

ステップＳ００３でＹＥＳと判断すると、ＥＣＵ７７は、例えば内燃機関３の運転状態や現在の開度θ等に基づきデューティ比Ｄ_１を決定する。ＥＣＵ７７はさらに、決定したデューティ比Ｄ_１を示す制御信号を生成して、スイッチング素子７９に出力する（ステップＳ００７）。

なお、ステップＳ００７の状態では内燃機関３は始動しているため、上述の異音は問題とならない。

また、デューティ比Ｄ_１をどのように設定するかは、周知技術・公知技術を適用可能であると共に、本開示の要部では無いため、その説明を控える。

ステップＳ００５またはＳ００７が終了すると、処理はステップＳ００１に戻る。

＜２−４．バルブ装置の作用・効果＞
上記の通り、本バルブ装置７によれば、モータ７５は、パルス信号の供給に応じて回転するだけでなく振動する。しかし、輸送機器の電気系統がオンになってから、内燃機関３の始動までの間、開度θ_０は、弁体７１がシート７３に当接しないように制御される。その結果、モータ７５の振動に起因して、弁体７１がシート７３に当接して異音が発生することを防止出来る。これにより、この異音が輸送機器の搭乗者に聞こえることを防止出来る。

＜３．変形例＞
上記説明において、ステップＳ００５では、デューティ比Ｄ_０はＤ_０＞０を満たすように設定されていた。しかし、本開示は、これに限らず、ステップＳ００５において、デューティ比Ｄ_０はゼロに設定されても良い。換言すると、モータ７５へのパルス信号の供給が停止されても良い。

この場合、モータ７５は、停止しているため、パルス駆動による振動を発生しない。さらに言えば、モータ７５は、停止時には、軸をロック（即ち、軸の停止状態を保持）し続ける。その結果、弁体７１にはモータ７５からの振動は伝わらないばかりでなく、弁体７１は、他の起振源からの振動が伝わったとしてもモータ７５の軸によりロックされるため、シート７３に当接しないように制御される。これにより、この異音が輸送機器の搭乗者に聞こえることを防止出来る。

また、上記説明では、バルブ装置７を設けた排気還流路５は一個であるとして説明した。しかし、これに限らず、バルブ装置７を設けた排気還流路５は二個であっても良い。この場合、一方の排気還流路５は、全気筒のうちある気筒または気筒群に対し設けられ、他方の排気還流路５は、全気筒のうち残りの気筒または気筒群に対し設けられる。さらに言うと、バルブ装置７を設けた排気還流路５は三個以上であっても良い。

本開示のバルブ装置は、異音が発生を防止可能であり、車両等の輸送機器に好適である。

１ＥＧＲシステム
３内燃機関
５排気還流路
７バルブ装置
７１弁体
７３シート
７５モータ
７７制御部（ＥＣＵ）
７９スイッチング素子

Claims

内燃機関で発生する排ガスの一部を、排気還流路を介して、前記内燃機関への吸入空気と混合させるＥＧＲで用いられるバルブ装置であって、
前記排気還流路を開閉可能な弁体であって、全閉時に前記排気還流路に設けられたシートに着座する弁体と、
外部からパルス信号が供給されると、前記弁体の駆動力を発生するモータと、を備え、
前記内燃機関の始動前、（１）前記モータは、所定のデューティ比を有するパルス信号により、前記弁体が前記シートに当接しない開度で前記弁体を開くよう駆動力を発生するか、（２）前記モータへのパルス信号の供給が停止される、
バルブ装置。
前記内燃機関が搭載される輸送機器の電気系統がオンにされた後、前記内燃機関の始動前、（２）前記モータへのパルス信号の供給が停止される、
請求項１に記載のバルブ装置。
デューティ比を示す制御信号を出力する制御部と、
前記制御部から出力された制御信号により、外部から供給された定電圧をスイッチングしてパルス信号を生成して、前記モータに供給するスイッチング部と、
をさらに備えた、請求項１に記載のバルブ装置。