JP2014020247A - エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータを大型化したり高性能化したりすることがなく、ＥＧＲ弁の自動車への搭載性悪化やＥＧＲ装置のコスト増を抑えること。
【解決手段】ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路１７及びＥＧＲ弁１８を備える。ＥＧＲ弁１８は、弁座３２、弁体３３及びステップモータ３４を含む。ＥＧＲ弁１８の弁体３３が弁座に着座した全閉状態のときに、弁体３３の前側圧力をエアフローメータ５４により検出すると共に、弁体３３の後側圧力を吸気圧センサ５１により検出する。電子制御装置（ＥＣＵ）５０は、前側圧力と後側圧力との圧力差を前後差圧として求め、前後差圧が所定の基準値より小さいときに、ＥＧＲ弁１８の全閉状態からの開弁を許容してステップモータ３４の駆動を許容する。また、ＥＣＵ５０は、ステップモータ３４へ電源を供給するバッテリ３０の電圧に応じて、上記基準値を補正することもできる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流してエンジンへ還流させるエンジンの排気還流装置に関する。

従来、この種の技術が、例えば、自動車用エンジンにおいて採用されている。排気還流装置（Exhaust Gas Recirculation（ＥＧＲ）装置）は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される燃焼後の排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路へ導き、吸気通路を流れる吸気と混合させて燃焼室へ還流させるようになっている。ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路に設けられるＥＧＲ弁により調節されるようになっている。このＥＧＲによって、主として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、エンジンの部分負荷時における燃費向上を図ることができる。

エンジンの排気は、酸素が含まれていないか酸素が希薄な状態にある。従って、ＥＧＲにより排気の一部を吸気と混ぜることで、吸気中の酸素濃度が低下する。このため、燃焼室では、酸素濃度が低い状態で燃料が燃焼することから、燃焼時のピーク温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。ガソリンエンジンでは、ＥＧＲにより吸気中の酸素含有量を増加させることなく、スロットルバルブをある程度閉じた状態においても、エンジンのポンピングロスを低減することができる。

ここで、近時は、エンジンの更なる燃費向上を図るために、エンジンの全運転領域でＥＧＲを行うことが考えられ、大量ＥＧＲを実現することが求められている。大量ＥＧＲを実現するためには、従前の技術に対し、ＥＧＲ通路の内径を拡大したり、ＥＧＲ弁の弁体や弁座の流路開口面積を大きくしたりする必要がある。すなわち、ＥＧＲ弁を大型化する必要がある。

ところで、ＥＧＲ弁として、弁体をモータ等のアクチュエータにより開閉させ、微小開度にも制御できるものがある。この種のＥＧＲ弁を使用したＥＧＲ装置が、例えば、下記の特許文献１に開示されている。この装置は、過給機付きエンジンにおいて、ＥＧＲ弁を全閉状態から開弁しようとするときに、弁体の排気上流側（排気側）にかかる圧力と弁体の排気下流側（吸気側）にかかる圧力との圧力差が大きくなると、過剰なＥＧＲガスがＥＧＲ通路を流れるおそれがある。そこで、この過剰なＥＧＲガスの流れを抑制するために、ＥＧＲ弁を全閉状態から目標開度へ開弁しようとするときに、目標開度より小さい小開度に一旦開弁してから目標開度へ開弁するようになっている。

特開２００４−３６４１３号公報

ところが、特許文献１に記載の装置では、大量ＥＧＲ化に伴いＥＧＲ弁が大型化すると、弁体の排気側に係る圧力と弁体の吸気側に係る圧力との圧力差が増大する傾向がある。このため、ＥＧＲ弁を全閉状態から一旦小開度域で開弁するためには、増大した圧力差に打ち勝つだけの駆動力で弁体を保持する必要がある。この結果、アクチュエータに大きな駆動力が要求され、アクチュエータを大型化したり高性能化したりする必要があり、ＥＧＲ弁の自動車への搭載性悪化やＥＧＲ装置のコスト増が問題となる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、アクチュエータを大型化したり高性能化したりすることがなく、ＥＧＲ弁の自動車への搭載性悪化やＥＧＲ装置のコスト増を抑えることを可能としたエンジンの排気還流装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路における排気流量を調節するために排気還流通路に設けられた排気還流弁と、排気還流弁が、弁座と、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体を駆動するためのアクチュエータとを含むこととを備えたエンジンの排気還流装置において、弁体が弁座に着座した排気還流弁の全閉状態のときに、弁体の排気上流側にかかる圧力を前側圧力として検出するための前側圧力検出手段と、排気還流弁の全閉状態のときに、弁体の排気下流側にかかる圧力を後側圧力として検出するための後側圧力検出手段と、前側圧力と後側圧力との圧力差を前後差圧として求め、前後差圧が所定の基準値より小さいときに、排気還流弁の全閉状態からの開弁を許容してアクチュエータの駆動を許容する開弁制御手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部が排気還流通路を介して吸気通路へ流れ、燃焼室へ還流される。排気還流通路における排気流量は、排気還流弁を制御することで調節される。排気還流弁はアクチュエータを制御することで弁体が駆動され、弁座に対する弁体の位置、すなわち開度が調節される。ここで、排気還流弁が全閉状態のときに、弁体の排気上流側にかかる圧力が前側圧力として前側圧力検出手段により検出され、弁体の排気下流側にかかる圧力が後側圧力として後側圧力検出手段により検出される。そして、開弁制御手段により、前側圧力と後側圧力との圧力差が前後差圧として求められ、前後差圧が所定の基準値より小さいときに、排気還流弁の全閉状態からの開弁が許容されアクチュエータの駆動が許容される。従って、前後差圧が所定の基準値より小さいときであって排気還流弁に開弁要求があったときには、アクチュエータを比較的小さい力で駆動することで弁体が駆動され、排気還流弁が全閉状態から開弁される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁体を駆動するためにアクチュエータへ電源を供給するバッテリを更に備え、開弁制御手段は、バッテリの電圧に応じて基準値を補正することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、前後差圧の基準値が、バッテリの電圧に応じて補正されるので、バッテリの電圧の変化に合わせてアクチュエータに要求される駆動力が変えられる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路における排気流量を調節するために排気還流通路に設けられた排気還流弁と、排気還流弁が、弁座と、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体を駆動するためのステップモータとを含むこととを備えたエンジンの排気還流装置において、排気還流弁を開弁するためにステップモータを所定の駆動周波数で通電制御する通電制御手段と、弁体が弁座に着座した排気還流弁の全閉状態のときに、弁体の排気上流側にかかる圧力を前側圧力として検出するための前側圧力検出手段と、排気還流弁の全閉状態のときに、弁体の排気下流側にかかる圧力を後側圧力として検出するための後側圧力検出手段とを備え、通電制御手段は、前側圧力と後側圧力との圧力差を前後差圧として求め、前後差圧が所定の基準値より大きいときは、排気還流弁を全閉状態から開弁する少なくとも初期においてステップモータを通常の値より低い駆動周波数で通電制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部が排気還流通路を介して吸気通路へ流れ、燃焼室へ還流される。排気還流通路における排気流量は、排気還流弁を制御することで調節される。排気還流弁はアクチュエータを通電制御することで弁体が駆動され、弁座に対する弁体の位置、すなわち開度が調節される。ここで、排気還流弁の全閉状態のときに、弁体の排気上流側にかかる圧力が前側圧力として前側圧力検出手段により検出され、弁体の排気下流側にかかる圧力が後側圧力として後側圧力検出手段により検出される。そして、通電制御手段により、前側圧力と後側圧力との圧力差が前後差圧として求められ、前後差圧が所定の基準値より大きいときは、排気還流弁を全閉状態から開弁する少なくとも初期において、ステップモータが通常の値より低い駆動周波数で通電制御される。従って、前後差圧が所定の基準値より大きいときは、通常の値より低い駆動周波数でステップモータが通電制御されることから、ステップモータの駆動力が通常の場合に比べて大きくなり、大きい駆動力で排気還流弁が全閉状態から開弁される。

ここで、ステップモータの駆動周波数は、ステップモータに使用されるマグネットロータが回転方向へ移動するに当たり、ステータのコイルに通電保持される時間を意味する。通常の駆動周波数を、例えば「２５０（ＰＰＳ）」とすると、各ステップ毎のコイルへの通電時間が「１／２５０（秒）」であることを意味する。駆動周波数が高過ぎると、マグネットロータがコイルの磁力により移動・保持される時間が短くなり、マグネットロータの回転が駆動周波数に追従できなくなる。逆に、駆動周波数が低ければ、マグネットロータがコイルの磁力により移動・保持される時間が長くなるため、脱調しずらくなり、ステップモータとしての出力トルクが増大する。

請求項１に記載の発明によれば、アクチュエータを大型化したり高性能化したりすることがなく、ＥＧＲ弁の自動車への搭載性悪化やＥＧＲ装置のコスト増を抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、万が一、バッテリの電圧が低下しても、ＥＧＲ弁を全閉状態から開弁することができ、ＥＧＲ弁の開弁を保障することができる。

請求項３に記載の発明によれば、ステップモータを大型化したり高性能化したりすることがなく、ＥＧＲ弁の自動車への搭載性悪化やＥＧＲ装置のコスト増を抑えることができる。

第１実施形態に係り、エンジンのＥＧＲ装置を含む過給機付エンジンシステムを示す概略構成図。 同実施形態に係り、ＥＧＲ弁の概略構成を示す断面図。 同実施形態に係り、「ＥＧＲ弁前後差圧算出ルーチン」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、排圧を求めるために参照される予め設定されたマップ。 同実施形態に係り、ＥＧＲ弁前後差圧の大きさと、ＥＧＲのオン・オフとの関係を示すグラフ。 第２実施形態に係り、「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、基準値を求めるために参照される予め設定されたマップ。 第３実施形態に係り、「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係り、開弁駆動周波数を求めるために参照される予め設定されたマップ。 第４実施形態に係り、エンジンのＥＧＲ装置を含む過給機付エンジンシステムを示す概略構成図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態におけるエンジンの排気還流装置（ＥＧＲ装置）を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に、吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。

過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。
過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。

過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。

吸気通路３において、過給機７のコンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。また、インタークーラ１３の下流側であってサージタンク３ａの上流側には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置１４が設けられる。この電子スロットル装置１４は、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁２１と、そのスロットル弁２１を開閉駆動するためのステップモータ２２と、スロットル弁２１の開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ２３とを備える。この電子スロットル装置１４は、運転者によるアクセルペダル２６の操作に応じてスロットル弁２１がステップモータ２２により開閉駆動され、開度が調節されるように構成される。この電子スロットル装置１４の構成として、例えば、特開２０１１−２５２４８２号公報の図１及び図２に記載される「スロットル装置」の基本構成を採用することができる。タービン９の下流側の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ１５が設けられる。

エンジン１には、燃焼室１６に燃料を噴射供給するためのインジェクタ２５が設けられる。インジェクタ２５には、燃料タンク（図示略）から燃料が供給されるようになっている。

この実施形態において、大量ＥＧＲを実現するためのＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部を吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７における排気流量（ＥＧＲ流量）を調節するためにＥＧＲ通路１７に設けられた排気還流弁（ＥＧＲ弁）１８とを備える。ＥＧＲ通路１７は、タービン９の上流側の排気通路５と、サージタンク３ａとの間に設けられる。すなわち、排気通路５を流れる排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７を通じて吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させるために、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａが、スロットルバルブ１４の下流側にてサージタンク３ａに接続される。また、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂは、タービン９の上流側における排気通路５に接続される。

ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂの近傍には、ＥＧＲガスを浄化するためのＥＧＲ用触媒コンバータ１９が設けられる。また、ＥＧＲ用触媒コンバータ１９より下流のＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２０より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。

図２に、ＥＧＲ弁１８の概略構成を断面図により示す。図２に示すように、ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁により、かつ、電動弁により構成される。すなわち、ＥＧＲ弁１８は、ハウジング３１と、ハウジング３１の中に設けられた弁座３２と、ハウジング３１の中で弁座３２に対して着座可能かつ移動可能に設けられた弁体３３と、弁体３３をストローク運動させるための本発明のアクチュエータとしてのステップモータ３４とを備える。ハウジング３１は、排気通路５の側（排気側）よりＥＧＲガスが導入される導入口３１ａと、吸気通路３の側（吸気側）へＥＧＲガスを導出する導出口３１ｂと、導入口３１ａと導出口３１ｂとを連通する連通路３１ｃとを含む。弁座３２は、連通路３１ｃの中間に設けられる。ここで、ＥＧＲ通路１７の入口１７ｂには、排気通路５におけるエンジン１の排気圧力の脈動が作用し、ＥＧＲ通路１７の出口１７ａには、サージタンク３ａにおけるエンジン１の吸気圧力の脈動が作用する。従って、ＥＧＲ弁１８の弁体３３には、導入口３１ａを通じて、ＥＧＲ通路１７の上流側における排気圧力の脈動が作用し、導出口３１ｂを通じて、ＥＧＲ通路１７の下流側における吸気圧力の脈動が作用することになる。

ステップモータ３４は、直進的に往復運動（ストローク運動）可能に構成された出力軸３５を備え、その出力軸３５の先端に弁体３３が固定される。出力軸３５はハウジング３１に設けられた軸受３６を介してストローク運動可能に支持される。出力軸３５の上端部には、雄ねじ部３７が形成される。出力軸３６の中間（雄ねじ部３７の下端付近）には、スプリング受け３８が形成される。スプリング受け３８は、下面が圧縮スプリング３９の受け面となっており、上面にはストッパ４０が形成される。

弁体３３は円錐形状をなし、その円錐面が弁座３２に対して当接又は離間するようになっている。弁体３３は、スプリング受け３８とハウジング３１との間に設けられた圧縮スプリング３９によりステップモータ３４の側へ、すなわち弁座３２に着座する閉弁方向へ付勢されている。そして、閉弁状態の弁体３３が、ステップモータ３４の出力軸３５により圧縮スプリング３９の付勢力に抗してストローク運動することにより、弁体３３が弁座３２から離間して開弁する。すなわち、開弁時には、弁体３３は、ＥＧＲ通路１７の上流側（排気側）へ向けて移動する。このように、ＥＧＲ弁１８は、弁体３３が弁座３２に着座した閉弁状態から弁体３３をエンジン１の排気圧力又は吸気圧力に抗してＥＧＲ通路１７の上流側へ移動させることで開弁するタイプとなっている。一方、開弁状態から弁体３３が、ステップモータ３４の出力軸３５により圧縮スプリング３９の付勢方向へストローク運動することにより、弁体３３が弁座３２に近付いて閉弁する。すなわち、閉弁時には、弁体３３はＥＧＲ通路１７の下流側（吸気側）へ向けて移動する。

そして、ステップモータ３４の出力軸３５をストローク運動させることにより、弁座３２に対する弁体３３の開度が調節されるようになっている。ＥＧＲ弁１８の出力軸３５は、弁体３３が弁座３２に着座する全閉状態から、弁体３３が弁座３２から最大限離間する全開状態までの間で所定のストロークだけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量ＥＧＲを実現するために、従前の技術に比べて弁座３２の流路開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体３３が大型化されている。

ステップモータ３４は、コイル４１、マグネットロータ４２及び変換機構４３を含む。ステップモータ３４は、コイル４１が通電により励磁されることで、マグネットロータ４２を所定のモータステップ数Ｍst（ｎ）だけ回転させ、変換機構４３によりマグネットロータ４２の回転運動を出力軸３５のストローク運動に変換し、弁体３３をストローク運動させるようになっている。

マグネットロータ４２は、樹脂製のロータ本体４４と、円環状のプラスチックマグネット４５とを含む。ロータ本体４４の中心には、出力軸３５の雄ねじ部３７に螺合する雌ねじ部４６が形成される。そして、ロータ本体４４の雌ねじ部４６と出力軸３５の雄ねじ部３７とが螺合した状態で、ロータ本体４４が回転することで、その回転運動が出力軸３５のストローク運動に変換されるようになっている。ここで、雄ねじ部３７と雌ねじ部４６により、上記した変換機構４３が構成される。ロータ本体４４の下部には、スプリング受け３８のストッパ４０が当接する当接部４４ａが形成される。ＥＧＲ弁１８の全閉時には、ストッパ４０の端面が、当接部４４ａの端面に面接触して、出力軸３５の初期位置が規制されるようになっている。

この実施形態では、ステップモータ３４のモータステップ数Ｍst（ｎ）を段階的に変えることにより、ＥＧＲ弁１８の弁体３３の開度を、全閉から全開までの間で段階的に微少に調節することができるようになっている。

この実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて燃料噴射制御、吸気量制御及びＥＧＲ制御等をそれぞれ実行するために、インジェクタ２５、電子スロットル装置１４のステップモータ２２及びＥＧＲ弁１８のステップモータ３４がそれぞれエンジン１の運転状態に応じて電子制御装置（ＥＣＵ）５０により制御されるようになっている。ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、ＣＰＵの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備える。ＥＣＵ５０は、本発明の開弁制御手段に相当する。外部出力回路には、インジェクタ２５及び各ステップモータ２２，３４が接続される。外部入力回路には、スロットルセンサ２３をはじめエンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段に相当する各種センサ２７，５１〜５５が接続され、各種エンジン信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ５０は、ステップモータ３４を制御するために、所定の指令信号をステップモータ３４へ出力するようになっている。

ここで、各種センサとして、スロットルセンサ２３の他に、アクセルセンサ２７、吸気圧センサ５１、回転速度センサ５２、水温センサ５３、エアフローメータ５４及び空燃比センサ５５が設けられる。アクセルセンサ２７は、アクセルペダル２６の操作量であるアクセル開度ＡＣＣを検出する。アクセルペダル２６は、エンジン１の動作を操作するための操作手段に相当する。吸気圧センサ５１は、サージタンク３ａにおける吸気圧ＰＭを検出する。すなわち、吸気圧センサ５１は、本発明の後側圧力検出手段に相当し、後述するように、ＥＧＲ弁１８の弁体３３が弁座３４に着座した全閉状態のときに、弁体３３のＥＧＲガス上流側にかかる圧力を前側圧力として検出するようになっている。回転速度センサ５２は、エンジン１のクランクシャフト１ａの回転角（クランク角）を検出するとともに、そのクランク角の変化をエンジン１の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥとして検出する。水温センサ５３は、エンジン１の冷却水温ＴＨＷを検出する。すなわち、水温センサ５３は、本発明の温度状態検出手段に相当し、エンジン１の温度状態を示す冷却水温ＴＨＷを検出するようになっている。エアフローメータ５４は、エアクリーナ６の直下流の吸気通路３を流れる吸気量Ｇａを検出する。エアフローメータ５４とＥＣＵ５０は、本発明の前側圧力検出手段を構成し、後述するように、弁体３３が全閉状態のときに、弁体３３のＥＧＲガス下流側にかかる圧力を後側圧力として検出するようになっている。空燃比センサ５５は、触媒コンバータ１５の直上流の排気通路５に設けられ、排気中の空燃比Ａ／Ｆを検出する。

ＥＣＵ５０はバッテリ３０に接続される。バッテリ３０には、ＥＧＲ弁１８のステップモータ３４をはじめ各種機器が接続され、それら機器にバッテリ３０から電源が供給されるようになっている。

この実施形態において、ＥＣＵ５０は、エンジン１の全運転領域において、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲを制御するためにＥＧＲ弁１８を制御するようになっている。一方、ＥＣＵ５０は、エンジン１の減速時であって、エンジン１への燃料供給が遮断される減速燃料カット時には、ＥＧＲの流れを遮断するためにＥＧＲ弁１８を全閉に制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、減速燃料カット時に、所定の条件下で、後述する各種制御を実行するために、ＥＧＲ弁１８を制御するようになっている。

ここで、大量ＥＧＲ化に伴いＥＧＲ弁１８が大型化すると、ＥＧＲ弁１８の弁体３３のＥＧＲガス上流側（排気側）にかかるの圧力と弁体３３のＥＧＲガス下流側（吸気側）にかかる圧力との圧力差が増大する傾向がある。このため、全閉状態からＥＧＲ弁１８を開弁するために、上記した圧力差に打ち勝つだけの駆動力で弁体３３を開弁する必要がある。そこで、この実施形態では、従前のタイプと同じステップモータ３４を備えたＥＧＲ弁１８を使用することで増大した圧力差に対処してＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁するために、ＥＣＵ５０が以下のようなＥＧＲ弁開弁制御を実行するようになっている。

図３に、ＥＣＵ５０が実行する「ＥＧＲ弁前後差圧算出ルーチン」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。「ＥＧＲ弁前後差圧」とは、ＥＧＲ弁１８の弁体３３が弁座３２に着座した全閉状態のときに、その弁体３３のＥＧＲガス上流側（前側）にかかる圧力と、弁体３３のＥＧＲガス下流側（後側）に係る圧力との圧力差を意味する。図４に、ＥＣＵ５０が実行する「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。

処理が図３のルーチンへ移行すると、先ず、ステップ１００で、ＥＣＵ５０は、吸気圧センサ５１の検出値に基づき吸気圧ＰＭを取り込む。ここで、吸気圧ＰＭは、ＥＧＲ弁１８の弁体３３のＥＧＲガス下流側（後側）にかかる圧力に相当する。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ５０は、エアフローメータ５４の計測値に基づき吸気量Ｇａを取り込む。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ５０は、吸気量Ｇａに基づいて排圧Ｐｅｘを求める。ここで、排圧Ｐｅｘは、ＥＧＲ弁１８の弁体３３のＥＧＲガス上流側（前側）にかかる圧力に相当する。ＥＣＵ５０は、例えば、図５に示すような予め設定されたマップを参照することにより排圧Ｐｅｘを求めることができる。このマップでは、吸気量Ｇａが増加するに連れて排圧Ｐｅｘが直線的に増加するように設定されている。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、排圧Ｐｅｘから吸気圧ＰＭを減算することにより、ＥＧＲ弁１８の前後差圧ΔＰｅｇｒを求め、処理をステップ１００へ戻す。ＥＣＵ５０は、求められた前後差圧ΔＰｅｇｒをメモリに一旦記憶する。

上記した「ＥＧＲ弁前後差圧算出ルーチン」の処理によれば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転時において、所定の処理周期毎にＥＧＲ弁１８の弁体３３の前後差圧ΔＰｅｇｒを求めるようになっている。

一方、処理が図４のルーチンへ移行すると、先ず、ステップ２００で、ＥＣＵ５０は、水温センサ５３の検出値に基づき冷却水温ＴＨＷを取り込む。

次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ５０は、冷却水温ＴＨＷが「６０℃」より高いか否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ２００へ戻す。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、エンジン１が暖機状態にあるものとして処理をステップ２２０へ移行する。

そして、ステップ２２０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬを取り込む。ここで、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬを、エンジン回転速度ＮＥと吸気量Ｇａ又は吸気圧ＰＭとの関係から求めることができる。

次に、ステップ２３０で、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬに基づきＥＧＲ弁１８の目標開度Ｔｅｇｒを求める。ＥＣＵ５０は、予め設定された目標開度マップ（図示略）を参照してこの処理を行うことができる。

次に、ステップ２４０で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８が全閉であるか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断をステップモータ３４の指令値であるモータステップ数Ｍstに基づいて判断することができる。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ２８０へジャンプする。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ２５０へ移行する。

そして、ステップ２５０で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８の全閉時の前後差圧ΔＰｅｇｒを取り込む。この前後差圧ΔＰｅｇｒは、図３に示すルーチンで求められた値である。

次に、ステップ２６０で、ＥＣＵ５０は、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ１より小さいか否かを判断する。この基準値Ａ１は、例えば、エンジン１の高回転高負荷時に想定される前後差圧ΔＰｅｇｒに対して「１０〜３０％」の値に相当する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ２７０で、ＥＧＲ弁１８の全閉を継続させて処理をステップ２００へ戻す。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ２８０へ移行する。

そして、ステップ２４０又はステップ２６０から移行してステップ２８０では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８を目標開度Ｔｅｇｒに開弁して処理をステップ２００へ戻す。

上記した「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」によれば、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８の弁体３３の前側圧力と後側圧力との圧力差を前後差圧ΔＰｅｇｒとして求め、その前後差圧ΔＰｅｇｒに基づいてＥＧＲ弁１８の全閉状態からの開弁を許容してステップモータ３４の駆動を許容するようになっている。詳しくは、図６に示すように、ＥＣＵ５０は、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ１より小さいときに、ＥＧＲ弁１８の全閉状態からの開弁を許容してステップモータ３４の駆動を許容するようになっている。一方、図６に示すように、ＥＣＵ５０は、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ１より小さくないときは、ＥＧＲ弁１８の全閉状態からの開弁を禁止してステップモータ３４の駆動を禁止するようになっている。図６には、ＥＧＲ弁前後差圧ΔＰｅｇｒの大きさと、ＥＧＲのオン・オフとの関係をグラフにより示す。

以上説明したこの実施形態のエンジンのＥＧＲ装置によれば、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部がＥＧＲ通路１７を介して吸気通路３へ流れ、燃焼室１６へと還流される。ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲ流量は、ＥＧＲ弁１８を制御することで調節される。ＥＧＲ弁１８は、ステップモータ３４を制御することで弁体３３が駆動され、弁座３２に対する弁体３３の位置、すなわちＥＧＲ開度が調節される。ここで、ＥＧＲ弁１８が全閉状態のときに、弁体３３のＥＧＲガス上流側にかかる圧力（排圧Ｐｅｘ）が前側圧力としてエアフローメータ５４及びＥＣＵ５０により検出され、弁体３３のＥＧＲガス下流側にかかる圧力（吸気圧ＰＭ）が後側圧力として吸気圧センサ５１により検出される。そして、ＥＣＵ５０により、前側圧力（排圧Ｐｅｘ）と後側圧力（吸気圧ＰＭ）との圧力差が前後差圧ΔＰｅｇｒとして求められる。この前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ１より小さいときに、ＥＧＲ弁１８の全閉状態からの開弁が許容されステップモータ３４の駆動が許容される。一方、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ１より小さくないときは、ＥＧＲ弁１８の全閉状態からの開弁が禁止されてステップモータ３４の駆動が禁止され、全閉状態が継続される。従って、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ１より小さいときであってＥＧＲ弁１８に開弁要求があったときには、ステップモータ３４を比較的小さい力で駆動することで弁体３３が駆動され、ＥＧＲ弁１８が全閉状態から開弁されることになる。このため、ステップモータ３４に大きな駆動力が要求されることがなく、ステップモータ３４を大型化したり高性能化したりすることなく、従前のタイプのステップモータ３４を使用することができ、ＥＧＲ弁１８の自動車への搭載性悪化やＥＧＲ装置のコスト増を抑えることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の点で第１実施形態と構成が異なる。図７に、この実施形態でＥＣＵ５０が実行する「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。

図７に示すフローチャートは、そのステップ３００、３１０及びステップ３２０の処理内容の点で、図４に示すフローチャートと異なる。図７におけるその他のステップ２００〜２５０，２７０及び２８０の処理内容については、図４のフローチャートのそれと同じである。

図７に示すように、ステップ２５０から移行してステップ３００では、ＥＣＵ５０は、バッテリ３０の電圧（バッテリ電圧）Ｂｅｇｒを取り込む。

次に、ステップ３１０で、ＥＣＵ５０は、バッテリ電圧Ｂｅｇｒに基づきＥＧＲ弁１８の全閉状態からの開弁許容のための前後差圧ΔＰｅｇｒの基準値Ａ２を求める。ＥＣＵ５０は、例えば、図８に示すような予め設定されたマップを参照することにより、この基準値Ａ２を求める。このマップでは、バッテリ電圧Ｂｅｇｒが高くなるに連れて曲線的に基準値Ａ２が増えるように設定される。

次に、ステップ３２０で、ＥＣＵ５０は、前後差圧ΔＰｅｇｒが求められた基準値Ａ２より小さいか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が否定となる場合、処理をステップ２７０へ移行し、判断結果が肯定となる場合、処理をステップ２８０へ移行する。

従って、この実施形態では、「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理において、前後差圧ΔＰｅｇｒの基準値Ａ２が、バッテリ３０の持つバッテリ電圧Ｂｅｇｒに応じて補正されるので、バッテリ電圧Ｂｅｇｒの変化に合わせてステップモータ３４に要求される駆動力が変えられる。例えば、バッテリ電圧Ｂｅｇｒが相対的に低下したときは、基準値Ａ２が相対的に小さくなるように補正される。これにより、ＥＧＲ弁１８に開弁要求があるときは、ステップモータ３４をより小さい力で駆動することで弁体３３が駆動され、ＥＧＲ弁１８が全閉状態から開弁される。このため、第１実施形態の作用効果に加え、万が一、バッテリ電圧Ｂｅｇｒが低下しても、ＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁することができ、ＥＧＲ弁１８の開弁を保障することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の点で第１及び第２の実施形態と構成が異なる。図９に、ＥＣＵ５０が実行する「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理内容の一例をフローチャートにより示す。この実施形態で、ＥＣＵ５０は、本発明の通電制御手段に相当する。

図９に示すフローチャートは、そのステップ４００〜４６０の処理内容の点で、図４に示すフローチャートと異なる。図７におけるその他のステップ２００〜２４０の処理内容については、図４のフローチャートのそれと同じである。

図９に示すように、ステップ２４０から移行してステップ４００では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８の目標開度Ｔｅｇｒが「０」より大きいか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８を開弁する要求があるか否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ２００へ戻す。この判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ４１０へ移行する。

そして、ステップ４１０で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８の閉弁時の前後差圧ΔＰｅｇｒを取り込む。

次に、ステップ４２０で、ＥＣＵ５０は、求められた前後差圧ΔＰｅｇｒに基づき、ＥＧＲ弁１８の開弁駆動周波数Ｆｅｇｒを求める。この開弁駆動周波数Ｆｅｇｒは、ＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁するための特別な駆動周波数であり、通常の開弁駆動周波数よりも低い周波数に設定されている。ＥＣＵ５０は、例えば、図１０に示すような予め設定されたマップを参照することにより、この開弁駆動周波数Ｆｅｇｒを求めることができる。このマップでは、ＥＧＲ弁１８の開弁制御中には、前後差圧ΔＰｅｇｒの大きさにかかわらず、開弁駆動周波数Ｆｅｇｒが値所の一定値Ｆ１となる。これに対し、ＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁する初期には、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ３よりも大きくなるに連れて、開弁駆動周波数Ｆｅｇｒが直線的に低くなるように設定されている。

ここで、ステップモータ３４の開弁駆動周波数Ｆｅｇｒは、ステップモータ３４に使用されるマグネットロータ４２が回転方向へ移動するに当たり、ステータのコイル４１に通電保持される時間を意味する。通常の開弁駆動周波数を、例えば「２５０（ＰＰＳ）」とすると、各ステップ毎のコイル４１への通電時間が「１／２５０（秒）」であることを意味する。開弁駆動周波数Ｆｅｇｒが高過ぎると、マグネットロータ４２がコイル４１の磁力により移動・保持される時間が短くなり、マグネットロータ４２の回転が開弁駆動周波数に追従できなくなる。逆に、開弁駆動周波数Ｆｅｇｒが低ければ、マグネットロータ４２がコイル４１の磁力により移動・保持される時間が長くなるため、脱調しずらくなり、ステップモータ３４としての出力トルクが増大する。

次に、ステップ４３０で、ＥＣＵ５０は、求められた開弁駆動周波数ＦｅｇｒでＥＧＲ弁１８を目標開度Ｔｅｇｒに開弁する。

次に、ステップ４４０で、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１８の実際の開度（実開度）Ｔｒａを求める。ＥＣＵ５０は、この実開度Ｔｒａを、ＥＧＲ弁１８のステップモータ３４への指令値（モータステップ数Ｍst（ｎ））から求めることができる。

その後、ステップ４５０で、ＥＣＵ５０は、この実開度Ｔｒａが所定の基準値Ｔ１より大きいか否かを判断する。この基準値Ｔ１として、例えば「３％」を当てはめることができる。この判断結果が否定となる場合、ＥＣＵ５０は、処理をステップ４１０へ戻し、ステップ４１０〜４５０の処理を繰り返す。すなわち、ＥＧＲ弁１８の実開度Ｔｒａが基準値Ｔ１に満たない場合、ＥＣＵ５０は、前後差圧ΔＰｅｇｒに応じた開弁駆動周波Ｆｅｇｒに基づいてＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁する。

一方、ステップ４５０の判断結果が肯定となる場合、ＥＣＵ５０は、ステップ４６０で、ＥＧＲ弁１８を通常の開弁駆動周波数Ｆｅｇｒで開弁し、ステップ４７０で、ＥＧＲ弁１８を目標開度Ｔｅｇｒに制御して、処理をステップ２００へ戻す。

上記した「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」によれば、ＥＣＵ５０は、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ３より大きいときは、ＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁する初期においてステップモータ３４を通常の値より低い開弁駆動周波数Ｆｅｇｒで通電制御するようになっている。

従って、この実施形態では、「ＥＧＲ弁開弁制御ルーチン」の処理において、ＥＣＵ５０により、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ３より大きいときは、ＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁する初期において、ステップモータ３４が通常の値より低い開弁駆動周波数Ｆｅｇｒで通電制御される。従って、前後差圧ΔＰｅｇｒが所定の基準値Ａ３より大きいときは、通常の値（例えば「２５０（ＰＰＳ）」）より低い開弁駆動周波数Ｆｅｇｒでステップモータ３４が通電制御されることから、ステップモータ３４の駆動力が通常の値の場合に比べて大きくなり、大きいい駆動力でＥＧＲ弁１８が全閉状態から開弁されることになる。このため、ステップモータ３４に大きな駆動力が要求されることがなく、ステップモータ３４を大型化したり高性能化したりすることなく、従前のタイプのステップモータ３４を使用することができ、ＥＧＲ弁１８の自動車への搭載性悪化やＥＧＲ装置のコスト増を抑えることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１１に、この実施形態におけるＥＧＲ装置を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。図１１に示すように、この実施形態では、ＥＧＲ装置の配置の点で第１及び第２の実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態で、ＥＧＲ通路１７は、その入口１７ｂが触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続され、その出口１７ａが過給機７のコンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。その他の構成については、前記各実施形態のそれと同じである。

従って、この実施形態によれば、エンジン１の運転時であって、過給機７の作動時にＥＧＲ弁１８が開いているときは、過給吸気圧による負圧が、コンプレッサ８より上流の吸気通路３にてＥＧＲ通路１７の出口１７ａに作用し、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に流れる排気の一部がＥＧＲ通路１７、ＥＧＲクーラ２０及びＥＧＲ弁１８を介して吸気通路３へ引き込まれる。ここで、高過給域であっても触媒コンバータ１５の下流側では、触媒コンバータ１５が抵抗となって排気圧力がある程度低減される。このため、高過給域までＥＧＲ通路１７に過給吸気圧による負圧を作用させてＥＧＲを行うことができる。また、触媒コンバータ１５で浄化される排気ガスの一部がＥＧＲ通路１７に導入されるので、第１実施形態と比較して、ＥＧＲ通路１７からＥＧＲ用触媒コンバータ１９を省略することができる。この実施形態におけるその他の作用効果は、前記各実施形態のそれと同じである。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。

（１）前記各実施形態では、本発明のＥＧＲ装置を過給機７を備えたエンジン１に具体化したが、本発明のＥＧＲ装置を過給機を備えていないエンジンに具体化することもできる。

（２）前記第１及び第２の実施形態では、ＥＧＲ弁１８を構成するアクチュエータとしてステップモータ３４を使用したが、ステップモータ以外のＤＣモータを使用することもできる。

（３）前記第３実施形態では、ＥＧＲ弁１８を全閉状態から開弁する初期において、ステップモータ３４を通常の値より低い開弁駆動周波数Ｆｅｇｒで通電制御するようにしたが、開弁する初期のみならず、開弁の全期間でステップモータを通常の値よりも低い開弁駆動周波数で通電制御することもできる。

この発明は、車両用のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンに利用することができる。

１ エンジン
３ 吸気通路
３ａ サージタンク（吸気通路）
５ 排気通路
１６ 燃焼室
１７ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１８ ＥＧＲ弁（排気還流弁）
３０ バッテリ
３２ 弁座
３３ 弁体
３４ ステップモータ（アクチュエータ）
５０ ＥＣＵ（前側圧力検出手段、開弁制御手段、通電制御手段）
５１ 吸気圧センサ（後側圧力検出手段）
５４ エアフローメータ（前側圧力検出手段）
Ａ１ 基準値
Ａ２ 基準値
Ａ３ 基準値

Claims (3)

1. エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流して前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、
   前記排気還流通路における排気流量を調節するために前記排気還流通路に設けられた排気還流弁と、
   前記排気還流弁が、弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、前記弁体を駆動するためのアクチュエータとを含むことと
   を備えたエンジンの排気還流装置において、
   前記弁体が前記弁座に着座した前記排気還流弁の全閉状態のときに、前記弁体の排気上流側にかかる圧力を前側圧力として検出するための前側圧力検出手段と、
   前記排気還流弁の前記全閉状態のときに、前記弁体の排気下流側にかかる圧力を後側圧力として検出するための後側圧力検出手段と、
   前記前側圧力と前記後側圧力との圧力差を前後差圧として求め、前記前後差圧が所定の基準値より小さいときに、前記排気還流弁の前記全閉状態からの開弁を許容して前記アクチュエータの駆動を許容する開弁制御手段と
   を備えたことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
2. 前記弁体を駆動するために前記アクチュエータへ電源を供給するバッテリを更に備え、前記開弁制御手段は、前記バッテリの電圧に応じて前記基準値を補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気還流装置。
3. エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流して前記燃焼室へ還流させる排気還流通路と、
   前記排気還流通路における排気流量を調節するために前記排気還流通路に設けられた排気還流弁と、
   前記排気還流弁が、弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、前記弁体を駆動するためのステップモータとを含むことと
   を備えたエンジンの排気還流装置において、
   前記排気還流弁を開弁するために前記ステップモータを所定の駆動周波数で通電制御する通電制御手段と、
   前記弁体が前記弁座に着座した前記排気還流弁の全閉状態のときに、前記弁体の排気上流側にかかる圧力を前側圧力として検出するための前側圧力検出手段と、
   前記排気還流弁の前記全閉状態のときに、前記弁体の排気下流側にかかる圧力を後側圧力として検出するための後側圧力検出手段と
   を備え、前記通電制御手段は、前記前側圧力と前記後側圧力との圧力差を前後差圧として求め、前記前後差圧が所定の基準値より大きいときは、前記排気還流弁を前記全閉状態から開弁する少なくとも初期において前記ステップモータを通常の値より低い駆動周波数で通電制御することを特徴とするエンジンの排気還流装置。

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