JP6432463B2 - バルブユニット - Google Patents
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Description
ここで、弁体は、排気ガスを吸気通路に還流するEGR流路の開度を操作している。一方、モータは、弁体を駆動する動力を発生する。
また、ボディは、弁体を収容する筒を有する。この筒は、EGR流路の一部をなす。さらに、筒の上流側、下流側の両側には、配管が接続されている。この配管の内周もEGR流路の一部をなす。以下、EGR流路を形成する配管をEGR配管と呼ぶ。
ところで、EGR装置では、EGR流路を通過する排気ガスの流量を制御するため、弁体の上流側と下流側との間の差圧(以下、単に差圧と呼ぶことがある。)に基づき、モータを通電制御して弁体を駆動する構成が公知となっている(例えば、特許文献1)。
すなわち、上記のEGR装置では、差圧を検出するために、弁体の上流側、下流側それぞれのガス圧に感応する感圧素子をEGR流路の外に配置している。そして、上流側、下流側それぞれのEGR配管に、ガス圧を取り出すための穴を開けて、別途、配管を接続し、ガス圧をEGR流路の外に導いて感圧素子に感応させる。以下、EGR流路からガス圧を取り出して感応素子に導くための配管を圧力導出管と呼ぶ。
このため、EGR配管に穴を開けたり、EGR配管に圧力導出管を接続したりする作業が必要となる。この結果、製造工数が高くなってしまい、また、バルブユニットの近傍に作業スペースを確保する必要がある。
また、EGR流路の外には、感圧素子が配置されている。この感圧素子は、弁体の上流側と下流側それぞれのガス圧に感応する。
また、ボディの筒の内周面には、上流圧導入路と下流圧導入路とが開口している。上流圧導入路は、弁体の上流側のガス圧を感圧素子に導く。また、下流圧導入路は、弁体の下流側のガス圧を感圧素子に導く。
さらに、ボディには、モータに電力を供給するための導通体を保持する樹脂部が設けられ、樹脂部は、導通体とともに感圧素子を保持する。
これによって、弁体の上流側と下流側との間の差圧に基づきモータを通電制御して弁体を駆動するEGR装置において、EGR配管に穴を開けたり、EGR配管に圧力導出管を接続したりする作業が不要となる。
この結果、製造工数が高くならず、また、バルブユニットの近傍に作業スペースを確保する必要がなくなる。
図1ないし図7は、本発明を適用した実施形態1を示したものである。
EGR装置は、エンジンからの排気ガスをEGRガスとして排気通路から吸気通路に還流するEGR流路2を有している。
バルブユニット1は、EGR流路2の開度を操作する金属製の弁体3と、この弁体3の弁軸4を駆動する動力を発生するモータ5と、このモータ5を収容する金属製のボディ6とを備えている。このバルブユニット1は、弁体3の上流側、下流側との間の差圧に基づき、モータ5が通電制御されて弁体3が開閉駆動される。
EGR流路2の外には、弁体3の上流側、下流側との間の差圧を検出する差圧センサ7が配置されている。
ボディ6は、EGR流路2の一部をなす円筒状の筒9を有する。この筒9には、円筒状のノズル11が嵌め込まれている。
また、筒9の上流側には、排気通路から分岐したEGR配管が接続されている。また、筒9の下流側には、吸気通路に合流するEGR配管が接続されている。
カバー8は、モータ5に電力を供給するための導通体12を保持している。また、カバー8には、モータ5と外部回路との電気的な接続を行う外部接続用コネクタ13が設けられている。
ECU14には、CPU、ROM、RAM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。マイクロコンピュータの入力部には、エアフローメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、吸気温センサ、水温センサ等が接続されている。
ECU14は、各種センサからの出力信号によってエンジンの運転状態を演算している。また、ROM、RAM等のメモリには、モータ5の通電制御用の制御プログラムが格納されている。
弁軸4は、軸方向の一端側がEGR流路2内に突出している。この弁軸4の一端側には、弁体3が取り付けられている。
弁軸4は、軸方向の他端側がボディ6の収容室16内に突出している。収容室16内には、減速機構が収容されている。
また、弁軸4の周囲には、弁体3を閉弁側に付勢するコイルスプリング17が収容されている。
減速機構は、モータ5の回転を2段減速して弁軸4に伝える。この減速機構は、モータ5の出力軸と一体回転するピニオンギア21、このピニオンギア21と噛み合って回転する中間ギア22、およびこの中間ギア22と噛み合って回転する出力ギア23を有する。 中間ギア22は、中間軸24の外周に相対回転可能に配されている。
出力ギア23は、弁軸4の他端側に取り付けられている。これにより、出力ギア23は、弁体3および弁軸4と一体回転する。
ボディ6は、アルミニウムダイカストにより形成されている。このボディ6には、差圧センサ7および導通体12を保持する樹脂部が設けられている。この樹脂部は、カバー8である。
カバー8は、絶縁性の合成樹脂により形成されている。
差圧センサ7は、図7に示したように、弁体3の上流側と下流側それぞれのガス圧に感応する感圧素子27を有する。したがって、カバー8は、導通体12とともに、感圧素子27を保持している。
ここで、弁体3の上流側のガス圧に感応する感圧素子27を、上流側素子28と呼ぶ。また、弁体3の下流側のガス圧に感応する感圧素子27を、下流側素子29と呼ぶ。
圧力センサチップ33は、半導体基板であって、カバー8のセンサ搭載部に接着剤により接着されている。この圧力センサチップ33は、薄肉状のダイアフラム34を有する。このダイアフラム34は、圧力センサチップ33の裏面から凹部を形成することで設けられる。
また、ダイアフラム34の裏面側には、ダイアフラム34に弁体3の上流側のガス圧を印加するための上流圧測定室35が形成されている。
そして、上流圧測定室35に弁体3の上流側のガス圧が導入されると、上流側のガス圧に基づきダイアフラム34が歪む。このダイアフラム34の歪みに応じてゲージ抵抗の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に対応した上流圧信号がブリッジ回路から出力される。
圧力センサチップ36は、半導体基板であって、カバー8のセンサ搭載部に接着剤により接着されている。この圧力センサチップ36は、薄肉状のダイアフラム37を有する。このダイアフラム37は、圧力センサチップ36の裏面から凹部を形成することで設けられる。
また、ダイアフラム37の裏面側には、ダイアフラム37に弁体3の下流側のガス圧を印加するための下流圧測定室38が形成されている。
そして、下流圧測定室38に弁体3の下流側のガス圧が導入されると、下流側のガス圧に基づきダイアフラム37が歪む。このダイアフラム37の歪みに応じてゲージ抵抗の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の電圧が変化し、この電圧の変化に対応した下流圧信号がブリッジ回路から出力される。
上流圧測定室35は、カバー8に一体成形された隔壁39によって下流圧測定室38と気密的に区画されている。
信号処理部31は、半導体基板である回路チップ32の表面に搭載されている。この回路チップ38は、圧力センサチップ33、36間に設置されている。
信号処理部31は、上流側素子28、下流側素子29それぞれから得られる上流圧信号、下流圧信号に基づき、弁体3の上流側と下流側との間の差圧を示す検出差圧信号を発生する。
また、カバー8は、導通体12とともに、上流側素子28、下流側素子29および信号処理部31を保持している。
ボディ6の収容室16、18の周縁部には、カバー8をボルト締結により取り付けるための環状のフランジ41が設けられている。
カバー8の周縁部には、フランジ41の結合端面と気密的に結合する環状のフランジ42が設けられている。
また、ボディ6には、弁軸4の上流側の筒9の外周とフランジ41の上流側部分とを繋ぐ上流側壁43が一体的に形成されている。また、ボディ6には、弁軸4の下流側の筒9の外周とフランジ41の下流側部分とを繋ぐ下流側壁44が一体的に形成されている。
上流圧導出路51は、ボディ6に形成されている。上流圧導出路52は、カバー8に形成されている。
上流圧導出路51は、加工工具により穿設された加工穴である。
上流圧導出路51は、上流側壁43を弁体3の回転軸方向と平行な方向に貫通している。この上流圧導出路51の入口は、筒9の内周面に開口している。また、上流圧導出路51の出口は、フランジ41の結合端面に開口している。
上流圧導出路52の入口は、フランジ42の結合端面に開口している。また、上流圧導出路52は、凹溝53および樹脂製の蓋体54によって構成されている。
凹溝53は、上流圧導出路52の入口から上流圧測定室35まで真っ直ぐに延びている。また、蓋体54は、上流圧導出路52の入口以外の凹溝53の開口部分を塞いでいる。
下流圧導出路61は、加工工具により穿設された加工穴である。
下流圧導出路61は、下流側壁44を弁体3の回転軸方向と平行な方向に貫通している。この下流圧導出路61の入口は、筒9の内周面に開口している。また、下流圧導出路61の出口、フランジ41の結合端面に開口している。
下流圧導出路62の入口は、フランジ42の結合端面に開口している。また、下流圧導出路62は、凹溝63および樹脂製の蓋体64によって構成されている。
凹溝63は、下流圧導出路62の入口から下流圧測定室38まで真っ直ぐに延びている。また、蓋体64は、下流圧導出路62の入口以外の凹溝63の開口部分を塞いでいる。 そして、凹溝53、63は、カバー8の樹脂一体成形時に型抜きにより設けられる。
蓋体54、64は、カバー8とは別部品で構成されている。また、蓋体54、64は、溶着または接着によりカバー8の凹部55、65に取り付けられている。
ここで、ECU14は、エンジンの運転状態および制御プログラムに基づいて、モータ5を通電制御するための目標差圧信号を制御回路72に対して出力する。
また、信号処理部31は、感圧素子27から得られる上流圧信号、下流圧信号に基づき、検出差圧信号を制御回路72に対して出力する。
制御回路72には、CPU、ROM、RAM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。マイクロコンピュータの入力部には、差圧センサ7およびECU14が接続されている。また、マイクロコンピュータの出力部には、駆動回路73が接続されている。
回路基板74上には、制御回路72および駆動回路73が設けられている。
制御回路72は、回路基板74に実装される電気部品等によって構成されている。
制御回路72は、ECU14から得られる目標差圧信号と、信号処理部31から得られる検出差圧信号との偏差に基づきモータ5を制御するための演算を行う。そして、制御回路72は、演算によって制御信号を生成し、駆動回路73に対して出力する。具体的には、目標差圧信号と検出差圧信号との偏差がなくなるように、公知のPID制御を用いて、駆動回路73に与える制御信号を出力する。
駆動回路73は、回路基板74上に実装される半導体スイッチング素子等によって構成されている。この駆動回路73には、バッテリからの電力が、外部接続用コネクタ13、導通体12を介して給電される。
また、駆動回路73は、制御回路72から得られる制御信号に応じて、半導体スイッチング素子を駆動する。これにより、接続部19を介してモータ5に電力が供給されるため、モータ5が動作する。
また、弁体3の上流側と下流側との間の差圧が目標差圧よりも小さい場合には、弁体3の開度が小さくなるようにモータ5への電力の供給を操作する。これにより、弁体3の下流側のガス圧が低くなり、EGR流路2を通過するEGRガスの流量が増える。この結果、EGRガスの流量が目標差圧に対応したEGR量に近づく。
以上のように、本実施形態のバルブユニット1においては、ボディ6の筒9の内周面に、上流圧導出路51および下流圧導出路61の入口が開口している。
また、ボディ6には、上流圧導出路51および下流圧導出路61が設けられている。また、カバー8には、上流圧導出路52および下流圧導出路62が設けられている。
これによって、EGR装置において、EGR配管に穴を開けたり、EGR配管に圧力導出管を接続したりする作業が不要となる。
この結果、製造工数が高くならない。また、バルブユニット1の近傍に作業スペースを確保する必要がなくなる。また、圧力導出管を廃止できるので、部品点数や取付工数を減らすことができる。
本実施形態のバルブユニット1では、ダイカスト成形後のボディ6に対して加工工具により穴開け加工することで、上流圧導出路51および下流圧導出路61を形成している。 これにより、ボディ6への穴開け加工を追加するだけで、上記のような筒9の内径が異なる多種類のボディ6のバリエーションに対しても簡単に上流圧導出路51および下流圧導出路61を形成できる。
したがって、車両の仕様やエンジン機種に合わせた多種類のボディ6のバリエーションが設定し易くなる。
また、上流圧導出路51、下流圧導出路61それぞれの出口の位置を標準化した場合には、上流圧導出路52、下流圧導出路62を形成した1種類のカバー8を用意するだけで、多種類のボディ6のバリエーションに対して1種類のカバー8を共通使用することができる。これにより、カバー8の成形型費を低減できる。
また、カバー8の凹溝53、63に別体部品である蓋体54、64を組み付けることで、カバー8の内面に上流圧導出路52および下流圧導出路62を形成することができる。これにより、成形型の型費を節約することができる。
また、モータ5と外部とを接続する外部接続用コネクタと、感圧素子27と外部とを接続する外部接続用コネクタとを別々に設ける必要がないので、部品点数を削減できる。
また、導通体12とともに、差圧センサ7、制御回路72および駆動回路73をカバー8に保持している。これにより、差圧センサ7を構成する各機能部品や差圧センサ7に上流側、下流側それぞれのガス圧を導く上流圧導出路52および下流圧導出路62をカバー8に集約している。また、モータ5の通電制御を行う各機能部品をカバー8に集約している。この結果、カバー8をモジュール化できるとともに、各機能部品を個別に組み立てるのに必要な部品組み立て費が不要となる。
また、バルブユニット1は、モータ5を内蔵し、且つ制御回路72や駆動回路73が一体的に組み込まれている。これにより、モータ5の駆動回路がECU14内に不要となるので、駆動回路を内蔵しないECUを搭載した車両のメーカに対しても、バルブユニット1を販売することが可能となる。したがって、バルブユニット1の拡販が容易となる。
また、モータ5、制御回路72および駆動回路73を別々の場所に設置し、これらをハーネスやコネクタ等で接続したものと比べて、部品点数を削減でき、車両への搭載性を向上することができる。
図8は、本発明を適用した実施形態2を示したものである。ここで、実施形態1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
ところで、弁体3の下流側のEGR流路2内においては、弁体3の開度が小さい程、EGRガスの流速変動が大きい。
そこで、下流圧導出路61の入口を弁軸4から筒9の内径Xの2.5倍下流側に離れた位置で開口させる。これによって、下流圧導出路61の入口をEGRガスの流速が安定する場所に設けることができる。これにより、EGRガスの流速変動に伴う、弁体3の下流側のガス圧の測定値の変動を抑えることができる。この結果、EGRガスの流速変化による測定誤差を抑えることができる。したがって、下流側素子29において、安定した下流側のガス圧の測定を行うことができる。
なお、筒9の内径Xとして、ノズル11の内径を用いても良い。また、筒9の内径Xとして、弁体3の直径を用いても良い。
以上のように、本実施形態のバルブユニット1においては、実施形態1と同様な効果を奏する。
本実施形態では、樹脂部であるカバー8に感圧素子27を保持しているが、ボディ6に薄肉状のダイアフラムを形成し、このダイアフラムの表面に感圧素子27を形成しても良い。この場合には、ボディ6に感圧素子27が保持される。
本実施形態では、樹脂部であるカバー8に上流側素子28、下流側素子29および信号処理部31を保持しているが、カバー8に上流側素子28、下流側素子29を保持し、信号処理部31を別の場所に設置しても良い。
また、ダイアフラムの表面に弁体3の上流側のガス圧を導き、そのダイアフラムの裏面に弁体3の下流側のガス圧を導き、ダイアフラムに1つの感圧素子を設けても良い。この場合、1つの感圧素子によって、弁体3の上流側と下流側との間の差圧を検知できる。
例えばダイアフラムの表面、裏面にそれぞれ上流側のガス圧、下流側のガス圧を作用させて、ダイアフラムに歪みを発生させる。このダイアフラムのに歪みに応じた信号を発生させる。この信号が、弁体3の上流側と下流側との間の差圧に応じた検出差圧信号となる。
また、制御回路72と駆動回路73との間に、制御回路72からの制御信号に応じたデューティ比のパルス幅変調信号を生成する変調信号生成回路を接続しても良い。
この場合、駆動回路73は、パルス幅変調信号のデューティ比に応じた電圧をモータ5に印加する。これにより、モータ5が通電制御されて弁体3が開閉駆動する。
また、バルブユニット1に、弁体3の開度を検出する開度センサを一体的に組み込んでも良い。
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
2 EGR流路
3 弁体
5 モータ
6 ボディ
7 差圧センサ
8 カバー(樹脂部)
12 導通体
27 感圧素子
51 上流圧導入路
61 下流圧導入路
Claims (4)
- エンジンの排気ガスを吸気通路に還流するEGR流路(2)の開度を操作する弁体(3)と、
この弁体を駆動する動力を発生するモータ(5)と、
前記EGR流路の一部をなすとともに、前記弁体を収容する筒(9)を有する金属製のボディ(6)と
を備え、
前記弁体の上流側と下流側との間の差圧に基づき、前記モータが通電制御されて前記弁体が駆動されるバルブユニット(1)において、
前記ボディには、前記筒の上流側、下流側の両側に配管が接続され、これらの配管の内周は、前記EGR流路を成し、
前記弁体の上流側と下流側それぞれのガス圧に感応する感圧素子(7、27〜29)が、前記EGR流路の外に配置され、
前記弁体の上流側と下流側それぞれのガス圧を前記感圧素子に導く上流圧導入路(51、52)、下流圧導入路(61、62)が、前記筒の内周面に開口しており、
前記ボディには、前記モータに電力を供給するための導通体(12)を保持する樹脂部(8)が設けられ、
この樹脂部は、前記導通体とともに、前記感圧素子を保持することを特徴とするバルブユニット。 - 請求項1に記載のバルブユニットにおいて、
前記感圧素子は、前記弁体の上流側のガス圧に感応する上流側素子(28)、および前記弁体の下流側のガス圧に感応する下流側素子(29)であり、
前記上流側素子および前記下流側素子のそれぞれから得られる信号に基づき、前記弁体の上流側と下流側との間の差圧を示す信号を発生する信号処理部(31)が配置され、
前記樹脂部は、前記導通体とともに、前記信号処理部および前記感圧素子としての前記上流側素子、前記下流側素子を保持することを特徴とするバルブユニット。 - 請求項1または請求項2に記載のバルブユニットにおいて、
前記感圧素子から得られる信号に基づき、前記モータの動作を制御するための演算を行って制御信号を出力する制御回路(72)と、
前記制御信号に応じて、前記モータへの電力の供給を操作する駆動回路(73)とを備え、
前記樹脂部は、前記導通体とともに、前記制御回路および前記駆動回路を保持することを特徴とするバルブユニット。 - 請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載のバルブユニットにおいて、
前記下流圧導入路(52)は、前記弁体の軸(4)から前記筒の内径の2.5倍下流側に離れた位置で、前記筒の内周面に開口していることを特徴とするバルブユニット。
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Applications Claiming Priority (1)
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