JPH11270416A - 排気ガス還流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＥＧＲ制御弁の機構の簡略化と制御の高精度化
を図り、車両の急減速時にはＥＧＲ制御弁の高速応答閉
弁を保証して機関の黒煙発生を解消する。 【解決手段】ＥＧＲ還流路２側から弁体５のリフト方向
に向けて順に大気圧室９，ダイアフラム１０，ダイアフ
ラム作動圧力室８，モータ２２が配置される。ダイアフ
ラム１０に弁体５の軸部一端５Ｂが接続される。モータ
２２の出力軸１３は運動変換部４０を介して直線運動
し、弁体軸部５Ａ及びダイアフラム１０と非連結であ
る。出力軸１３がモータ２２の駆動により直線移動する
と弁体５が負圧によるダイアフラム１０の動きに伴い出
力軸１３に追従する。車両の急減速時に圧力室８が負圧
から大気圧に高速に切り替わり、ダイアフラム１０がば
ね１１の力で出力軸１３から離れ弁体５が排気ガス還流
路２を高速全閉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の内燃機関
に用いられる排気ガス還流量制御弁（以下、ＥＧＲ制御
弁と称することもある）に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＧＲ制御弁は、内燃機関の排気管と吸
気管とを接続する排気ガス還流路に該排気ガス還流路を
開閉制御（すなわち開度制御）する弁体を設けて、吸気
管への排気ガス還流量を制御している。

【０００３】ＥＧＲ制御弁の作動機構としては、代表的
なものとして、負圧と大気圧との差圧に応動するダイ
アフラムにより前記弁体を作動させる方式と、モータ
（例えばステップモータ）の回転をスクリュー機構を介
して直線運動に変換して前記弁体を作動させる方式のも
のがある。

【０００４】の方式（ダイアフラム駆動方式）の場合
には、ＥＧＲの弁体の開度制御がダイアフラムを作動さ
せる負圧の圧力変動によって影響を受けるために、それ
を補うため種々の提案がなされている。

【０００５】例えば、特開平５−２６１１７号公報に開
示される排気還流量制御弁では、ダイアフラムを補助す
る駆動機構として電磁石及び永久磁石を設け、ダイアフ
ラムの変位をリフトセンサが検出して、この検出信号を
前記電磁石にフィードバックすることでＥＧＲの弁体を
高精度に開度制御したり、特開平６−５０２１７号公報
に開示される排気還流量制御弁では、ダイアフラムによ
って仕切られる負圧室と大気圧室とを連通する連通路に
ソレノイドバルブを設け、ダイアフラムの変位をリフト
センサが検出して、この検出信号を上記ソレノイドにフ
ィードバックして負圧室の圧力制御を行なうことでＥＧ
Ｒの弁体を高精度に開度制御したり、特開平９−１４４
６０８号公報に開示される排気ガス再循環装置では、ダ
イアフラムによって仕切られる負圧室と大気圧室のうち
負圧室側に負圧を調整するサーボ弁（パイロットバル
ブ）を設け、このサーボ弁をステッピングモータ及び運
動変換機構（ステッピングモータの回転を直線運動に変
換する変換機構）を介して作動制御することで、ダイア
フラムに印加される負圧を制御して、ＥＧＲの弁体を高
精度に開度制御する技術等が提案されている。

【０００６】これらの従来技術は、ダイアフラムを補助
する駆動機構及びその制御系によって、装置が複雑化
し、その分、製品コストが高くなる。

【０００７】一方、の方式、すなわちモータの回転を
スクリュー機構を介して直線運動に変換して前記弁体を
作動させる方式は、例えば、特開平４−２７６１６６号
に開示されており、比較的、機構の簡略化を図りつつ、
ステップモータ等を利用してＥＧＲの弁体を高精度に制
御できる。さらに、これを改良したものとして、特開平
８−１４５２２１号公報に開示される流量制御弁では、
ＥＧＲの弁軸とステップモータの出力軸（この出力軸
は、ステップモータの回転を直線運動に変換した後のも
ので、昇降動作を行なう）とをダイアフラムを介して連
結して、ＥＧＲの弁体をステップモータにより駆動制御
するほかに、ダイアフラムに印加される負圧によりダイ
アフラムを作動させて上記モータの推力をアシストする
ことで、モータの負担を軽減させる方式が提案されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来方式のう
ち、の方式は、比較的、機構の簡略化を図りつつ、Ｅ
ＧＲ制御弁を高精度に制御できるが、その開閉制御速度
は、ステップモータ及びそのモータの運動変換機構の応
答性に拘束される。

【０００９】すなわち、モータを利用したＥＧＲ制御弁
の場合、制御弁の全閉から全開、もしくは全開から全閉
に要する時間は、例えばモータとしてステップモータを
使用した場合、総ステップ数が流量分解能を考慮して、
５０ｓｔｅｐ前後、駆動パルス速度は脱調なくモータを
駆動出来るのが１００〜２５０ｐｐｓ程度であることか
ら２００ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃ程度となる。

【００１０】このような時間を要するＥＧＲ制御弁を、
例えばディーゼル機関に適用した場合、車両の急減速時
にＥＧＲ制御弁の全閉までの時間が遅く、ＥＧＲ制御が
閉じるまでの間に要求されていない排気ガスが機関に流
れ込み、その結果、不完全燃焼が生じて黒煙が発生する
原因となる。

【００１１】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、ＥＧＲ制御弁の機構の簡略化と開度制御（排気ガ
ス還流量制御）の高精度化を図りつつ、しかも、車両の
急減速時にＥＧＲ制御弁の高速応答閉弁動作を実現して
上記のような黒煙発生問題を解決できるＥＧＲ制御弁を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基本的には、次のように構成する（なお、
構成要素に付した符号は、図１の実施例のものを引用し
た）。

【００１３】すなわち、内燃機関の排気管と吸気管とを
接続する排気ガス還流路２を開閉制御して吸気管への排
気ガス還流量を制御するＥＧＲ制御弁１において、前記
排気ガス還流路２を開閉する弁体５を閉じ方向に付勢す
る戻しばね１１と、前記戻しばね１１の力に抗して前記
弁体５を負圧と大気圧との差圧により開方向に引き上げ
るダイアフラム１０と、モータ２２の回転運動を直線運
動に変換し、その直線運動の出力軸１３が前記ダイアフ
ラム１０及び前記弁体５と非連結としてある運動変換部
４０と、前記モータ２２の制御手段と、前記負圧の制御
手段とを備え、前記運動変換部４０の直線運動出力軸１
３の一端１３Ｂが前記負圧を導入するダイアフラム作動
圧力室８に位置して前記ダイアフラム１０及び前記弁体
５に対する可動位置決めストッパと成り、前記ダイアフ
ラム作動圧力室８に導入される圧力が負圧から大気圧に
高速に切り替わると前記ダイアフラム１０が前記戻しば
ね１１の力により前記ストッパ１３Ｂから離れて前記弁
体５が前記排気ガス還流路２を高速全閉するよう設定し
た。

【００１４】上記構成によれば、車両の運転状態に応じ
て、モータ２２の回転制御により直線運動出力軸（モー
タ出力軸）１３が位置制御され、一方、ダイアフラム作
動圧力室８の負圧制御によりダイアフラム１０が変位す
る。このダイアフラム１０の位置精度は、負圧制御の精
度を高めなくとも、ダイアフラム１０が直線運動出力軸
１３の位置を超えようとすると直線運動出力軸１３の一
端１３Ｂ（ストッパ）に接して拘束されるので、高い位
置精度が保証され、ひいてはＥＧＲの弁体５の位置精度
が保証され、高精度のＥＧＲ制御を可能にする。

【００１５】また、本発明によれば、ダイアフラム作動
圧力室８に導入される圧力が負圧から大気圧に高速に切
り替わる場合には、モータ２２による直線運動出力軸１
３の動作よりも速くダイアフラム１０が戻しばね１１の
力により応答して、弁体５が排気ガス還流路２を高速に
閉じるので、このＥＧＲ高速閉弁動作を車両の急減速時
に利用して、急減速時に内燃機関に排気ガスが流入する
ことを防ぎ、燃焼不具合が生じるのを防止することがで
きる。

【００１６】なお、本発明の具体的態様としては、例え
ば、次のように構成する。

【００１７】内燃機関の排気管と吸気管とを接続する排
気ガス還流路２を開閉制御して吸気管への排気ガス還流
量を制御するＥＧＲ制御弁において、前記排気ガス還流
路２に設置された弁体５と、前記弁体５のリフト量を制
御して前記排気ガス還流路２を開閉制御するアクチュエ
ータとを備え、前記アクチュエータは、前記排気ガス還
流路２側から弁体のリフト方向に向けて順に配置された
大気圧室９，ダイアフラム１０，負圧や大気圧を切替可
能に導入するダイアフラム作動圧力室８，モータ２２の
回転を直線運動に変換する出力軸１３を有する運動変換
部４０とを備え、前記ダイアフラム１０に前記弁体５の
軸部５Ａの一端５Ｂが接続され、前記ダイアフラム作動
圧力室８には前記ダイアフラム１０を介して前記弁体５
を閉じ方向に付勢する戻しばね１１が内装され、前記運
動変換部４０の直線運動出力軸１３は、前記弁体５の軸
部５Ａと同一軸線上に該軸部５Ａ及びダイアフラム１０
と非連結状態で配置され、前記直線運動出力軸１３が前
記モータ２２の駆動により移動すると前記弁体５が前記
負圧によるダイアフラム１０の動きに伴って前記直線運
動出力軸１３に追従し、前記ダイアフラム作動圧力室８
に導入される圧力が負圧から大気圧に高速に切り替わる
と前記ダイアフラム１０が前記戻しばね１１の力で前記
直線運動出力軸１３から離れて前記弁体５が前記排気ガ
ス還流路２を高速全閉する構成とし、このダイアフラム
作動圧力室８に導入される圧力が負圧から大気圧に高速
に切り替わる条件を車両の急減速時としたことを特徴と
する。なお、この詳細は、以下の実施例で述べる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１〜図３を用
いて説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例に係るＥＧＲ制
御弁の縦断面図、図２は本実施例のＥＧＲ制御システム
（装置）全体の構成図である。

【００２０】図１において、ＥＧＲ制御弁１は、排気ガ
ス還流路２の流路ボディ４に設置される。排気ガス還流
路２は、図２に示すように、内燃機関１１０の排気管１
３０と吸気管１２０とを接続し、ＥＧＲ制御弁１が排気
ガス還流路２を開閉制御して吸気管１２０へ供給される
排気ガス還流量を制御する。

【００２１】ＥＧＲ制御弁１の本体は、排気ガス還流路
２の流路ボディ４と、ダイアフラム１０を介して仕切り
形成した大気圧室９とダイアフラム作動圧力室８（負圧
室と称せられることもあるが、ここでは、以下、作動圧
力室と称する）とを有するダイアフラムケース７と、ス
テップモータ２２とを一体的に組立てて成る。

【００２２】ダイアフラムケース７は上ケース７Ａと下
ケース７Ｂとを合体させたもので、ケース７Ａ，７Ｂに
よりダイアフラム１０が挾持され、下ケース７Ｂ側に大
気圧室９が配置され、上ケース７Ａ側に作動圧力室８が
配置される。ステップモータ２２は、ロータ１５の回転
を直線運動に変換して出力する運動変換部４０を含む。
運動変換部４０については後述する。

【００２３】ＥＧＲ制御弁１は、大別すると、排気ガス
還流路２、該還流路２に設置された弁体５と、弁体５の
リフト量を制御するアクチュエータ及びその制御系とで
構成される。

【００２４】アクチュエータは、排気ガス還流路２側か
ら弁体５のリフト方向に向けて順に配置した大気圧室
９，ダイアフラム１０，作動圧力室８，ステップモータ
２２及びその運動変換部４０等で構成される。

【００２５】弁体５の軸部５Ａは、流路ボディ４から軸
部案内部６を介して大気圧室９側に突出し、軸部５Ａの
一端５Ｂがダイアフラム１０の中央部に接続される。作
動圧力室８には、戻しばね１１が内装され、この戻しば
ね１１がダイアフラム１０を介して弁体５を閉じ方向に
付勢し、作動圧力室８が大気圧状態の場合には、弁体５
が排気ガス還流路２に設けた弁座３に着座する。ダイア
フラム１０は、その両面に補強プレート３０，３１が設
けてあり、戻しばね１１はプレート３１と上ケース７Ａ
の上部内壁との間に介在させている。

【００２６】ステップモータ２２は、ステータコイル１
６、ロータ１５を備え、ロータ１５の内周部にめねじ１
５Ａが切ってあり、このロータ１５内周に出力軸１３の
一端に形成したおねじ１３Ａが螺合する。ロータ１５は
ラジアル軸受１９，２０により回転可能に支持される
が、軸方向は固定されている。したがって、ロータ１５
の回転運動は、上記めねじ１５Ａ及びおねじ１３Ａを介
してモータ出力軸１４の直線運動に変換され、めねじ１
５Ａ，おねじ１３Ａにより運動変換部４０が構成され
る。モータ２２には、外部の駆動回路１７０（図２参
照）と電気的に接続するための端子１８を有するコネク
タ１７が一体に設けてある。

【００２７】運動変換部４０の直線運動出力軸（モータ
出力軸）１３は、弁体５の軸部５Ａと同一軸線上に該軸
部５Ａと非連結状態で配置される。

【００２８】上ケース７Ａには、圧力導入パイプ１２の
一端が接続される。圧力導入パイプ１２には、図２に示
すように圧力制御弁１６０が配置され、制御コンピュー
タ１８０が圧力制御弁１６０を介して作動圧力室８内の
負圧を内燃機関の運転状態に応じて制御し、且つ、内燃
機関の運転状態において急減速になると作動圧力室８内
を負圧から大気圧に高速に切り替わるよう圧力制御弁１
６０を介して制御するよう設定されている。

【００２９】圧力制御弁１６０は、例えば、三方切替弁
よりなり、吸気管１２０からの負圧の導入割合（負圧導
入管１４０を介して導入される）と大気導入部１５０を
介して導入される大気導入割合を、例えば図４（ａ），
（ｂ）に示すようにパルス幅変調信号によりデューティ
制御することにより負圧を制御する。

【００３０】次に上記ＥＧＲ制御弁１の動作を説明す
る。

【００３１】図２に示すように、内燃機関の運転状態を
示す負荷量，内燃機関回転数，内燃機関冷却水温度に関
する検出データは、それぞれのセンサ１９０，２００，
２１０を介して制御コンピュータ１８０に取り込まれ
る。制御コンピュータ１８０は、これらの検出データか
らＥＧＲ制御弁１のリフト量（すなわち、ＥＧＲ制御弁
開度，排気ガス還流量）を演算するマップを有してお
り、その演算結果に基づき駆動回路１７０を介してステ
ップモータ２２を駆動制御して直線運動出力軸１３の位
置制御を行なうと共に、圧力制御弁１を制御するデュー
ティ信号を形成して作動圧力室８内の圧力を制御する。

【００３２】ダイアフラム１０には、作動圧力室８の負
圧と大気圧室９の大気圧との差圧により弁体５を開方向
に引き上げる推力が発生する（この推力は戻しばね１１
の力に抗した力となる）。

【００３３】この時、ダイヤフラム１０は、弁体５が目
標開度になるよう位置が制御されたモータ出力軸１３の
一端部１３Ｂに当接してそれ以上の変位が阻止され、こ
のようにして、弁体５の開弁位置（開度）が決定され
る。すなわち、モータ出力軸（直線運動出力軸）１３の
一端１３Ｂが、負圧を導入するダイアフラム作動圧力室
８に位置してダイアフラム１０及び弁体５に対する可動
位置決めストッパと成る。その結果、モータ出力軸１３
がモータ２２の駆動により移動すると、図３（ａ）に示
すように弁体５がダイアフラム１０の動きに伴ってモー
タ出力軸１３に追従する。

【００３４】以上の動作は、ダイアフラム１０の負圧に
よる推力が戻しばね１１の反発力より大きく、ステップ
モータ２２により生じる軸推力より小なる時に実行され
る。

【００３５】さらに、制御コンピュータ１８０は、車両
の急減速を、内燃機関の負荷量（例えばアクセルペダル
の踏込量，アクセル踏込スイッチ，スロットル開度等の
いずれか一つ）及び内燃機関回転数から判別し、急減速
状態を検出した場合には、圧力制御弁１６０のデューテ
ィを０％にして〔図４（ｂ）参照〕、作動圧力室８に導
入される圧力を負圧から大気圧に高速に切り替える（ダ
イアフラム１０への印加負圧の遮断）。

【００３６】したがって、車両の急減速時には、図３
（ｂ）に示すように、ダイアフラム１０が戻しばね１１
の力でモータ出力軸一端（可動位置決めストッパ）１３
Ｂから離れて、弁体５が排気ガス還流路２を高速全閉す
る。これにより、車両の急減速時の排気ガスの還流を遮
断し、内燃機関の運転性を確保し、排気ガス管への黒煙
発生を防止する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、ＥＧＲ制
御弁の開度位置決めをモータを利用して高精度に行なう
方式を採用した場合であっても、車両の急減速時には、
ＥＧＲ制御弁の開弁から全閉へ要する時間をモータ駆動
によって得られる時間よりも短縮させることが可能にな
り、急減速時のＥＧＲ制御弁高速全閉を実現することが
できる。その結果、本発明をディーゼル機関のＥＧＲ制
御弁に適用した場合、制御弁の閉弁遅れによる障害、例
えば黒煙の発生を抑え、排気ガス浄化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＥＧＲ制御弁の縦断面
図。

【図２】上記実施例のＥＧＲ制御システム全体の構成
図。

【図３】上記実施例の動作の一例を示す説明図。

【図４】上記実施例に用いる圧力制御弁のデューティ制
御の説明図。

【符号の説明】

１…ＥＧＲ制御弁、２…排気ガス還流路、５…弁体、７
…ダイアフラムケース、８…ダイアフラム作動圧力室、
９…大気圧室、１０…ダイアフラム、１１…戻しばね、
１２…圧力導入パイプ、１３…モータ出力軸（直線運動
出力軸）、１３Ａ…おねじ部、１３Ｂ…出力軸一端（可
動位置決めストッパ）、１５…ロータ、１５Ａ…めねじ
部、２２…ステップモータ、４０…運動変換部、１１０
…内燃機関、１２０…吸気管、１３０…排気管、１６０
…圧力制御弁、１８０…制御コンピュータ（モータ制御
手段、負圧制御手段）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管と吸気管とを接続する
   排気ガス還流路を開閉制御して吸気管への排気ガス還流
   量を制御する排気ガス還流量制御弁において、 前記排気ガス還流路を開閉する弁体を閉じ方向に付勢す
   る戻しばねと、前記戻しばねの力に抗して前記弁体を負
   圧と大気圧との差圧により開方向に引き上げるダイアフ
   ラムと、モータの回転運動を直線運動に変換し、その直
   線運動の出力軸が前記ダイアフラム及び前記弁体と非連
   結としてある運動変換部と、前記モータの制御手段と、
   前記負圧の制御手段とを備え、 前記運動変換部の直線運動出力軸の一端が前記負圧を導
   入するダイアフラム作動圧力室に位置して前記ダイアフ
   ラム及び前記弁体に対する可動位置決めストッパと成
   り、前記ダイアフラム作動圧力室に導入される負圧が遮
   断されると前記ダイアフラムが前記戻しばねの力により
   前記ストッパから離れて前記弁体が前記排気ガス還流路
   を高速全閉するよう設定されていることを特徴とする排
   気ガス還流量制御弁。
2. 【請求項２】 前記モータの制御手段は、内燃機関の運
   転状態に応じて前記モータを制御して前記直線運動出力
   軸を移動制御し、 前記負圧の制御手段は、前記ダイアフラム作動圧力室に
   接続された圧力導入パイプの圧力制御弁を介してダイア
   フラム作動圧力室内の負圧を内燃機関の運転状態に応じ
   て制御し、且つ、内燃機関の運転状態において急減速に
   なると前記ダイアフラム作動圧力室内を負圧から大気圧
   に高速に切り替わるよう前記圧力制御弁を介して制御す
   るよう設定されている請求項１記載の排気ガス還流量制
   御弁。
3. 【請求項３】 内燃機関の排気管と吸気管とを接続する
   排気ガス還流路を開閉制御して吸気管への排気ガス還流
   量を制御する排気ガス還流量制御弁において、 前記排気ガス還流路に設置された弁体と、前記弁体のリ
   フト量を制御して前記排気ガス還流路を開閉制御するア
   クチュエータとを備え、 前記アクチュエータは、前記排気ガス還流路側から弁体
   のリフト方向に向けて順に配置された大気圧室，ダイア
   フラム，負圧や大気圧を切替可能に導入するダイアフラ
   ム作動圧力室，モータの回転を直線運動に変換する出力
   軸を有する運動変換部とを備え、 前記ダイアフラムに前記弁体の軸部一端が接続され、前
   記ダイアフラム作動圧力室には前記ダイアフラムを介し
   て前記弁体を閉じ方向に付勢する戻しばねが内装され、 前記運動変換部の直線運動出力軸は、前記弁体の軸部と
   同一軸線上に該軸部及び前記ダイアフラムと非連結状態
   で配置され、前記直線運動出力軸が前記モータの駆動に
   より移動すると前記弁体が前記負圧によるダイアフラム
   の動きに伴って前記直線運動出力軸に追従し、前記ダイ
   アフラム作動圧力室に導入される圧力が負圧から大気圧
   に高速に切り替わると前記ダイアフラムが前記戻しばね
   の力で前記直線運動出力軸から離れて前記弁体が前記排
   気ガス還流路を高速全閉する構成とし、このダイアフラ
   ム作動圧力室に導入される圧力が負圧から大気圧に高速
   に切り替わる条件を車両の急減速時としたことを特徴と
   する排気ガス還流量制御弁。