JP2018204483A - Ｅｇｒ弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体に付着したデポジットを弁体から離すことのできるＥＧＲ弁制御装置を提供する。【解決手段】弁体が付勢部材の付勢力によって変位可能な状態を自由状態とする。ポペット式のＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御装置は、弁体の閉弁位置が全閉条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ１０２）、全閉条件が満たされなかった場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、アクチュエーターを制御して弁体を開弁方向に変位させたのちに自由状態にて弁体を閉弁位置に復帰させる開閉動作を行う（ステップＳ１０６）。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの吸気側に還流されるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御装置に関する。

従来から、ディーゼルエンジンを用いたエンジンシステムにおいては、ＮＯｘの低減や燃費の向上を図るために様々な技術が用いられている。例えば特許文献１に記載のエンジンシステムでは、ディーゼルエンジンの排気側から吸気側へ排気ガスの一部を還流させる排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が搭載されている。こうしたＥＧＲ装置は、エンジンの排気側と吸気側とを接続して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして還流するＥＧＲ通路に加えて、ＥＧＲ通路に配設されるＥＧＲクーラーおよびＥＧＲ弁を備えている。ＥＧＲクーラーは、ＥＧＲガスを冷却することでＥＧＲガスの密度を高める。ＥＧＲ弁は、ＥＧＲクーラーの下流でＥＧＲ通路の流路断面積を変更することによりＥＧＲガスの流量を制御するバルブであり、例えばポペット式のバルブが適用可能である。

特開２０１０−０２５０３４号公報

ＥＧＲ装置においては、ＥＧＲクーラーによるＥＧＲガスの冷却などに起因して、ＥＧＲガス中の煤成分や未燃燃料成分が堆積したデポジットが生成されることがある。こうしたデポジットがＥＧＲ弁の弁体に付着して弁体と弁座との間に入り込んでしまうと、ＥＧＲ弁を全閉状態に制御することができなってしまう。そのため、ＥＧＲ装置には、弁体に付着したデポジットを離す技術が求められている。

本発明は、弁体に付着したデポジットを弁体から離すことのできるＥＧＲ弁制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するＥＧＲ弁制御装置は、ハウジング内を開閉方向に沿って変位可能な弁体と、前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、前記弁体を前記開閉方向に沿って変位させるアクチュエーターと、を備えたポペット式のＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御装置であって、前記弁体の位置を取得する取得部と、前記アクチュエーターを制御する制御部と、前記弁体の閉弁位置について全閉条件の成否をエンジンの始動前に判定する判定部と、を備え、前記制御部は、前記全閉条件が不成立の場合に、前記弁体を開弁方向に変位させたのちに前記付勢部材の付勢力によって前記弁体が変位する自由状態にて前記弁体を閉弁位置に復帰させる開閉動作を行う。

上記構成によれば、弁体の閉弁位置が全閉条件を満たしていない場合に開閉動作を行うことによって弁体に付着しているデポジットを弁体から引き離すことが可能である。
上記ＥＧＲ弁制御装置では、前記開閉動作において、前記制御部は、最大開弁位置まで前記弁体を変位させることが好ましい。

上記構成によれば、開閉動作において、弁体は、付勢部材による付勢力が最も大きくなる最大開弁位置から全閉位置へと一気に変位する。これにより、開閉動作によってデポジットが弁体から引き離される確率を高めることができる。

上記ＥＧＲ弁制御装置において、前記制御部は、前記開閉動作を１度だけ行うことが好ましい。上記構成によれば、開閉動作にともなう弁体と弁座との摩耗を抑えつつ弁体からデポジットを引き離すことが可能である。

上記ＥＧＲ弁制御装置において、前記判定部は、前記開閉動作のあとに前記全閉条件の成否を判定する再判定を１度だけ行い、前記再判定において前記全閉条件が不成立である場合に前記ＥＧＲ弁に異常が生じていると判定してもよい。上記構成によれば、開閉動作をはさんだ２度の全閉条件の成否に基づいてＥＧＲ弁の異常の有無を判定できる。

上記ＥＧＲ弁制御装置において、前記判定部は、前記開閉動作と前記開閉動作のあとに前記全閉条件の成否を判定する再判定とを所定の複数回行い、前記再判定の全てにおいて前記全閉条件が不成立である場合に前記ＥＧＲ弁に異常が生じていると判定してもよい。

上記構成によれば、開閉動作と該開閉動作後の再判定とが複数回行われ、その全ての再判定において全閉条件が不成立の場合にＥＧＲ弁に異常が生じていると判定される。その結果、ＥＧＲ弁の異常判定に対する信頼度が高められる。

ＥＧＲ弁制御装置の一実施形態を搭載したエンジンシステムの概略構成を示す図。 ＥＧＲ弁の内部構造の一例を模式的に示す断面図。 始動処理の手順の一例を示すフローチャート。 ＥＧＲ弁のリフト量の推移の一例を示すグラフ。

図１〜図４を参照してＥＧＲ弁制御装置の一実施形態について説明する。まず、図１を参照してＥＧＲ弁制御装置が搭載されるエンジンシステムの概略構成について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、エンジン１０を備える。シリンダーブロック１１に形成された複数のシリンダー１２には、インジェクター１３から燃料が噴射される。シリンダーブロック１１には、インテークマニホールド１４とエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。インテークマニホールド１４には、エンジン１０が吸入する作動ガスが流れる吸気通路１６が接続されている。エキゾーストマニホールド１５には、エンジン１０が排出した排気ガスが流れる排気通路２０が接続されている。

エンジンシステムは、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジン１０の吸気側に還流するＥＧＲ装置２４を備えている。ＥＧＲ装置２４は、ＥＧＲ通路２５を備えている。ＥＧＲ通路２５は、例えばエキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続する通路である。ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６とＥＧＲ弁３０とが配設されている。ＥＧＲクーラー２６は、ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却することによりＥＧＲガスの密度を高める。ＥＧＲ弁３０は、ポペット式の弁であり、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲガスの流路断面積を変更可能に構成されている。ＥＧＲ弁３０が開状態にあるとき、シリンダー１２には、ＥＧＲガスと空気との混合気体が作動ガスとして供給される。

図２に示すように、ＥＧＲ弁３０は、ハウジング３１と、ハウジング３１に収容された弁体３２と、弁体３２を閉弁方向に付勢する付勢部材３３と、弁体３２を開閉方向に沿って変位させるアクチュエーター３４とを備えている。

ハウジング３１は、アクチュエーター３４を収容する収容室３５と、ＥＧＲ通路２５に連通する第１室３６と、吸気通路１６に連通する第２室３７とを有している。また、ハウジング３１は、第１室３６と第２室３７とを連通する連通孔３８を有している。

弁体３２は、略円錐台状の形状を有して第２室３７および連通孔３８内を変位する弁部３２ａと、弁部３２ａに一体的に連結された丸棒形状を有して収容室３５内に先端部分が位置する軸部３２ｂとを有している。

付勢部材３３は、収容室３５に配設されており、例えば弁体３２の軸部３２ｂが内挿される圧縮コイルばねである。付勢部材３３は、弁体３２の軸部３２ｂの先端部に連結されたサポート部材３９を介して弁体３２を閉弁方向に付勢する。

ハウジング３１は、収容室３５と第１室３６とを仕切る第１仕切壁４０を有している。第１仕切壁４０は、収容室３５と第１室３６とを連通する案内孔４１を有している。案内孔４１は、弁体３２の軸部３２ｂよりも僅かに大きな径を有して弁体３２の開閉方向に沿って延びる孔である。案内孔４１には、弁体３２の軸部３２ｂが挿通される。案内孔４１は、弁体３２の開閉方向に沿った変位を案内する。

第１室３６と第２室３７とを連通する連通孔３８は、第１室３６と第２室３７とを仕切る第２仕切壁４２に形成されている。連通孔３８は、案内孔４１よりも大径であって、かつ、弁体３２の弁部３２ａよりも小径である。第２仕切壁４２において、第２室３７に対する連通孔３８の開口を形成する部位は、弁体３２が着座する弁座４３として機能する。

アクチュエーター３４は、例えばステッピングモーターと該モーターの回転運動を直線運動に変換する変換機構などで構成されている。アクチュエーター３４は、制御装置５０からの制御信号を受けて伸縮する駆動軸４６を有している。駆動軸４６は、付勢部材３３の付勢力による弁体３２の変位を規制する。駆動軸４６の伸縮方向は、弁体３２の軸部３２ｂの延在方向、すなわち弁体３２の開閉方向に沿う方向に設定されている。アクチュエーター３４は、駆動軸４６の先端がサポート部材３９から離れた位置に配置される最小伸長位置と弁体３２が最大開弁位置に配置される最大伸長位置との間で駆動軸４６を伸縮可能に構成されている。最大開弁位置は、弁体３２に作用する付勢部材３３の付勢力が最も大きくなる位置である。アクチュエーター３４は、駆動軸４６の先端の位置に応じた値を開度θとして検出する開度センサー４７を有している。開度センサー４７は、後述する制御装置５０に対して開度θを示す検出信号を出力する。開度θは、弁体３２のリフト量Ｌに対応するパラメーターである。

上述したＥＧＲ弁３０では、アクチュエーター３４の駆動軸４６が最小伸長位置から伸長すると、やがてサポート部材３９に駆動軸４６が当接する。さらに駆動軸４６が伸長すると、付勢部材３３の付勢力に抗して弁体３２が開弁方向に変位する。これにより、弁部３２ａが弁座４３から離間することでＥＧＲ弁３０が開弁する。このとき、駆動軸４６には、弁体３２のリフト量Ｌ、すなわち付勢部材３３の縮み量に応じた付勢力が作用する。ＥＧＲ弁３０において、開弁状態は、付勢部材３３の付勢力による弁体３２の変位がアクチュエーター３４によって規制されている状態である。

一方、開弁状態にあるＥＧＲ弁３０においてアクチュエーター３４の駆動軸４６が短くなると、やがて弁体３２の弁部３２ａが弁座４３に着座することにより弁体３２の変位が規制される。このように弁体３２の閉弁方向への変位がアクチュエーター３４ではなく弁座４３によって規制されるときの弁体３２の位置を閉弁位置という。また、アクチュエーター３４の駆動軸４６がサポート部材３９から離れているときなど、弁体３２の変位にアクチュエーター３４が寄与しない状態、すなわち付勢部材３３の付勢力による弁体３２の変位がアクチュエーター３４によって規制されない状態を自由状態という。

図１に示すように、ＥＧＲ弁３０の弁体３２の変位は制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、プロセッサ、メモリー、入力インターフェース、および、出力インターフェース等がバスを介して互いに接続されたマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置５０は、開度センサー４７の検出した開度θに基づき弁体３２の位置を示すリフト量Ｌを取得する取得部としての機能と、アクチュエーター３４を制御する制御部としての機能と、弁体３２の全閉条件の成否を判定する判定部としての機能とを有する。制御装置５０は、入力インターフェースを介して取得した各種の情報やメモリーに格納された各種制御プログラムおよび各種データに基づいて各種の処理を実行する。制御装置５０は、それら各種の処理の結果に応じた制御信号を出力インターフェースを介してＥＧＲ弁３０に出力する。例えば、制御装置５０は、イグニッションのオン操作やエンジンスタートボタンのオン操作といったエンジン１０が始動される際にＥＧＲ弁３０の始動処理を実行する。なお、制御装置５０には、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサー４９の検出信号が入力されるように構成されている。

図３を参照して始動処理の手順の一例について説明する。
始動処理において、制御装置５０は、ＥＧＲ弁３０に異常が生じているか否かを判定し、その判定結果に応じてＥＧＲ弁３０の制御モードを選択する。なお、エンジン１０の停止時、制御装置５０は、駆動軸４６を最小伸長位置に復帰させる。これにより、弁体３２は、エンジン１０の停止中は閉弁位置に位置している。

図３に示すように、制御装置５０は、まず、許可条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。許可条件が成立していない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、制御装置５０は、許可条件が成立するまで繰り返し許可条件の成否を判断する。許可条件は、例えば、アクチュエーター３４に対する電力供給が安定していること、エンジン回転数Ｎｅが０またはアイドル回転数以上で安定しているなど、１以上の条件で構成される。許可条件が成立する場合は、これら１以上の条件の全てが満たされる場合である。

許可条件が成立している場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、制御装置５０は、弁体３２の閉弁位置について全閉条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。全閉条件は、閉状態における弁体３２のリフト量Ｌが判定値Ｌｊ未満であることである。ステップＳ１０２において、制御装置５０は、最小伸長位置にある駆動軸４６をサポート部材３９に当接する位置まで伸長させたときの開度θに基づき弁体３２のリフト量Ｌを取得する。制御装置５０は、このリフト量Ｌに基づいて全閉条件の成否を判定する。なお、制御装置５０は、例えばアクチュエーター３４の駆動電流に基づいて駆動軸４６がサポート部材３９に当接したか否かを判断する。

全閉条件が成立する場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、制御装置５０は、ＥＧＲ弁３０に異常が生じていないものとしてＥＧＲ弁３０の制御モードとして通常制御を選択し（ステップＳ１０３）、始動処理を終了する。通常制御において、制御装置５０は、ＥＧＲ弁３０のリフト量Ｌを所定の通常制御プログラムにしたがって制御するとともに、異常の有無を運転者に通知する警告灯５１（図１参照）に非点灯を示す制御信号を出力する。

一方、全閉条件が不成立の場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、制御装置５０は、上述した全閉条件の判定回数ｉ（初期値＝１）が上限値ｉｍａｘに到達したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。判定回数ｉに関して、制御装置５０は、例えば、１回の始動処理において全閉条件の成否を判定した回数をカウントするように構成されたカウンターを内蔵しており、このカウンターのカウント値に基づいてステップＳ１０４の処理を実行する。

判定回数ｉが上限値ｉｍａｘに到達している場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、制御装置５０は、ＥＧＲ弁３０に異常が生じていると判定し、ＥＧＲ弁３０の制御モードとして異常制御を選択し（ステップＳ１０５）、始動処理を終了する。異常制御において、制御装置５０は、ＥＧＲ弁３０のリフト量Ｌを所定の異常制御プログラムにしたがって制御するとともに、警告灯５１に点灯を示す制御信号を出力する。

一方、判定回数ｉが上限値ｉｍａｘに到達していない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、制御装置５０は、開閉動作を行う（ステップＳ１０６）。開閉動作において、制御装置５０は、アクチュエーター３４を制御して、弁体３２を最大開弁位置まで変位させる最大伸長動作を行ったのちに弁体３２を自由状態で閉弁位置に復帰させる復帰動作を行う。なお、最大開弁位置にあるときの弁体３２のリフト量Ｌｍａｘは、通常制御においてＥＧＲ弁３０を制御する際に取り得る弁体３２のリフト量Ｌよりも大きい値であることが好ましい。制御装置５０は、開閉動作を１度行うと判定回数ｉをインクリメントし（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２の処理に戻って全閉条件の成否を再判定する。なお、上述した上限値ｉｍａｘは、始動処理の開始直後に許可条件が成立する場合、エンジン１０が始動するまでの期間において開閉動作（ステップＳ１０６）と該開閉動作のあとの再判定（ステップＳ１０２）とが実行可能な値であり、好ましくは３，４以下であり、より好ましくは再判定が１度だけ行われる２である。

図４を参照して、上述した構成のＥＧＲ弁制御装置の作用について説明する。
図４に示すように、エンジン１０を始動させる操作が時刻ｔ０になされると、制御装置５０は、ＥＧＲ弁３０の始動処理を実行する。

時刻ｔ０から次の時刻ｔ１までの期間において、制御装置５０は、許可条件の成否、および、全閉条件の成否（初期判定）を判定する。許可条件が成立し、かつ、初期判定において全閉条件が成立する場合、制御装置５０は、図４に実線６１で示すように、エンジン１０が始動する時刻ｔ３までＥＧＲ弁３０を閉弁状態に維持する。

一方、許可条件が成立するものの、初期判定において全閉条件が不成立の場合、すなわち閉弁位置における弁体３２のリフト量Ｌが判定値Ｌｊ以上であるとき、制御装置５０は、図４に細線６２で示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に開閉動作を行う。開閉動作においては、弁体３２の弁部３２ａが弁座４３に着座する際の衝撃によって、弁体３２に付着しているデポジットを引き離すことが可能である。弁体３２から離れたデポジットは、吸気通路１６を通じてエンジン１０に吸入されて燃料とともに燃焼する。

上記実施形態のＥＧＲ弁３０を制御する制御装置５０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）制御装置５０は、全閉条件が満たされなかった場合に、アクチュエーター３４を制御して弁体３２を最大開弁位置まで変位させたのちに弁体３２を自由状態で閉弁位置まで復帰させる開閉動作を行う。こうした開閉動作を行うことによって、弁体３２に付着しているデポジットを弁体３２から離すことが可能である。

（２）制御装置５０は、開閉動作において、弁体３２を最大開弁位置まで変位させている。こうした構成によれば、付勢部材３３の付勢力が高められることから、弁体３２が弁座４３に着座することによって、弁体３２に付着しているデポジットが弁体３２から引き離される確率を高めることができる。

（３）また、ステップＳ１０６において、制御装置５０は、開閉動作を１度だけ行う。そのため、開閉動作に起因する弁座４３と弁体３２との摩耗を抑えることができる。
（４）判定回数ｉの上限値ｉｍａｘが２に設定される場合、ＥＧＲ弁３０の異常判定までに行われる開閉動作が１回で済む。そのため、再判定を行う場合であっても、開閉動作に起因する弁座４３と弁体３２との摩耗を抑えることができる。

（５）判定回数ｉの上限値ｉｍａｘが３以上に設定される場合、ＥＧＲ弁３０の異常判定までに複数回の開閉動作が行われる。そのため、ＥＧＲ弁３０の異常判定がなされる前に弁体３２からデポジットが引き離される確率を高めることができる。

（６）制御装置５０は、判定回数ｉが上限値ｉｍａｘに到達した場合に、すなわち、開閉動作を行ったとして少なくとも２回連続して全閉条件が満たされなかった場合に、ＥＧＲ弁３０に異常が生じているものと判定する。こうした構成によれば、ＥＧＲ弁３０の異常判定に対する信頼度を高めることができる。なお、判定回数ｉの上限値ｉｍａｘが３以上に設定されることにより、ＥＧＲ弁３０の異常判定に対する信頼度をさらに高めることができる。

（７）制御装置５０は、エンジン１０の始動までの期間に、初期判定、初期判定後の開閉動作、および、開閉動作後の再判定を実行可能に構成されている。これにより、これら一連の処理が行われた場合であれ、初期判定のみが行われた場合であれ、エンジン１０が始動されるタイミングを同じにすることができる。その結果、弁体３２に付着したデポジットを開閉動作によって弁体３２から引き離すことを可能にしつつ、エンジン１０の始動までのドライバビリティの変化を防止することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・制御装置５０は、エンジン１０の始動前に初期判定を実行可能に構成されていればよい。そのため、制御装置５０は、エンジン１０の始動前に初期判定を行い、エンジン１０の始動後に再判定を行ってもよい。また、制御装置５０は、エンジン１０の始動までに許可条件が成立しない場合はエンジン１０の始動後に初期判定を行ってもよい。

・ステップＳ１０６において、制御装置５０は、複数回の開閉動作を行ってもよい。
・開閉動作において、制御装置５０は、弁体３２を最大開弁位置まで変位させなくともよい。例えば、制御装置５０は、通常制御においてＥＧＲ弁３０を制御する際に取り得る弁体３２のリフト量Ｌの範囲内であってもよい。

・制御装置５０は、判定値Ｌｊを変更可能に構成されていてもよい。例えば、制御装置５０は、全閉条件の判定に用いられたリフト量Ｌに基づいて全閉位置のリフト量Ｌを学習し、その学習値Ｌｓそのもの、あるいは、その学習値Ｌｓに対して所定の誤差を加味した値を判定値Ｌｊに設定してもよい。こうした構成によれば、ＥＧＲ弁３０の劣化度合いに応じてＥＧＲ弁３０の異常の有無を判定することができる。

１０…エンジン、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、２０…排気通路、２４…ＥＧＲ装置、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、３０…ＥＧＲ弁、３１…ハウジング、３２…弁体、３２ａ…弁部、３２ｂ…軸部、３３…付勢部材、３４…アクチュエーター、３５…収容室、３６…第１室、３７…第２室、３８…連通孔、３９…サポート部材、４０…第１仕切壁、４１…案内孔、４２…第２仕切壁、４３…弁座、４６…駆動軸、４７…開度センサー、４９…エンジン回転数センサー、５０…制御装置、５１…警告灯、６１…実線、６２…細線。

Claims (5)

1. ハウジング内を開閉方向に沿って変位可能な弁体と、
   前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   前記弁体を前記開閉方向に沿って変位させるアクチュエーターと、
   を備えたポペット式のＥＧＲ弁を制御するＥＧＲ弁制御装置であって、
   前記弁体の位置を取得する取得部と、
   前記アクチュエーターを制御する制御部と、
   前記弁体の閉弁位置について全閉条件の成否をエンジンの始動前に判定する判定部と、を備え、
   前記制御部は、前記全閉条件が不成立の場合に、前記弁体を開弁方向に変位させたのちに前記付勢部材の付勢力によって前記弁体が変位する自由状態にて前記弁体を閉弁位置に復帰させる開閉動作を行う
   ＥＧＲ弁制御装置。
2. 前記開閉動作において、前記制御部は、最大開弁位置まで前記弁体を変位させる
   請求項１に記載のＥＧＲ弁制御装置。
3. 前記制御部は、前記開閉動作を１度だけ行う
   請求項１または２に記載のＥＧＲ弁制御装置。
4. 前記判定部は、前記開閉動作のあとに前記全閉条件の成否を判定する再判定を１度だけ行い、前記再判定において前記全閉条件が不成立である場合に前記ＥＧＲ弁に異常が生じていると判定する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲ弁制御装置。
5. 前記判定部は、前記開閉動作と該開閉動作のあとに前記全閉条件の成否を判定する再判定とを所定の複数回行い、前記再判定の全てにおいて前記全閉条件が不成立である場合に前記ＥＧＲ弁に異常が生じていると判定する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲ弁制御装置。

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