JP2015052283A - 排気還流弁の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】専用の温度センサを別途設けることなく温度変化によるEGR弁の流量特性ずれを防止すること。
【解決手段】EGR弁1は、ガス流路2を有する弁ハウジング3と、モータ4を内蔵するモータハウジング5とを備え、両者3,5は異種材料で形成される。弁ハウジング3には、弁座6、弁体7及び弁軸8が設けられる。モータ4は、コイル11を有するステータ12と、出力軸13を有するロータ14とを含む。ロータ14と共に出力軸13を回転させることで、弁軸8をその軸方向へストローク運動させて弁座6に対する弁体7の開度を変更する。EGR弁1を制御する電子制御装置(ECU)10は、EGR弁1の目標開度を求め、コイル11をモータ4の温度を検出する温度センサとして使用し、検出された温度に基づき目標開度を補正し、補正された目標開度に基づきモータ4を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】EGR弁1は、ガス流路2を有する弁ハウジング3と、モータ4を内蔵するモータハウジング5とを備え、両者3,5は異種材料で形成される。弁ハウジング3には、弁座6、弁体7及び弁軸8が設けられる。モータ4は、コイル11を有するステータ12と、出力軸13を有するロータ14とを含む。ロータ14と共に出力軸13を回転させることで、弁軸8をその軸方向へストローク運動させて弁座6に対する弁体7の開度を変更する。EGR弁1を制御する電子制御装置(ECU)10は、EGR弁1の目標開度を求め、コイル11をモータ4の温度を検出する温度センサとして使用し、検出された温度に基づき目標開度を補正し、補正された目標開度に基づきモータ4を制御する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、エンジンの排気還流装置を構成する排気還流弁に係り、詳しくは、排気還流弁を制御する制御装置に関する。
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載される排気還流弁(EGR弁)が知られている。一般に、この種のEGR弁は、EGRガスの流路を有する金属製の弁ハウジングと、モータを内蔵する樹脂製のモータハウジングとを備えている。弁ハウジングには、金属製の弁軸や弁体、弁座等が設けられ、弁軸と弁体が弁座に対して軸線方向へストローク運動可能に設けられる。モータハウジングには、モータを構成するステータ、ロータ及び出力軸等が設けられる。
ところが、特許文献1に記載のEGR弁では、弁ハウジングとモータハウジングが異種材料により形成され、それらの線膨張率が異なることから、温度変化により線膨張差が生じるおそれがあった。特に、高温側では、モータハウジングの線膨張が大きくなりがちで、弁ハウジングとの線膨張差により弁軸のストローク運動量が狙いのストローク量からずれるおそれがあった。その結果、弁体と弁座との間の開度が狙いの開度からずれてしまい、EGR弁の流量特性が狙いの特性からずれるおそれがあった。
そこで、温度変化による流量特性のずれを防止するために、EGR弁に温度センサを設けてEGR弁の開閉動作を温度変化に応じて補正することが考えられる。しかし、EGR弁に温度センサを設けると、その分だけEGR弁の部品数と体格が増し、コストアップが生じてしまう。
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、専用の温度センサを別途設けることなく温度変化による排気還流弁の流量特性ずれを防止できる排気還流弁の制御装置を提供することになる。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、排気還流弁の制御装置であって、排気還流弁は、ガス流路を有する弁ハウジングと、モータを内蔵するモータハウジングとを備え、弁ハウジングとモータハウジングとが異種材料により形成され、弁ハウジングには、弁座と、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体を弁座に対して移動させる弁軸とが設けられ、モータは、コイルを有するステータと、出力軸を有するロータとを含み、ロータと共に出力軸を回転させることにより、弁軸をその軸方向へストローク運動させて弁座に対する弁体の開度を変更するように構成し、制御装置は、排気還流弁を制御するための制御手段を含み、制御手段は、排気還流弁の目標開度を求め、コイルをモータの温度を検出する温度センサとして使用し、検出された温度に基づき目標開度を補正し、補正された目標開度に基づきモータを制御することを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、モータの温度に基づき目標開度が補正されるので、異種材料により形成される弁ハウジングとモータハウジングとの線膨張差による流量特性のずれが解消される。また、モータのコイルが温度センサとして使用されるので、モータハウジングの温度を検出するために専用の温度センサを別途設ける必要がない。
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、制御手段は、コイルの抵抗値を検出すると共に、検出された抵抗値からモータの温度を換算し、換算された温度から弁ハウジングとモータハウジングとの線膨張差を反映した弁軸のストローク補正量を求め、求められたストローク補正量により目標開度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、コイルの抵抗値は、モータの自己発熱と、モータが外部から受ける熱の両方を反映して決定される。従って、コイルの抵抗値からモータ全体の温度を反映した温度を得ることができる。
請求項1に記載の発明によれば、専用の温度センサを別途設けることなく温度変化による排気還流弁の流量特性のずれを防止することができる。
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、モータ全体の温度をよく反映して排気還流弁の流量特性のずれを防止することができる。
以下、本発明における排気還流弁(EGR弁)の制御装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図1に、全閉状態のEGR弁1の断面図とEGR弁1の制御装置の概略図を示す。EGR弁1は、エンジンから排出される排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路へ戻すEGR通路に設けられ、EGRガス流量を調節するために使用される。
図1に示すように、EGR弁1は、金属より形成され、ガス流路2を有する弁ハウジング3と、樹脂より形成され、モータ4を内蔵するモータハウジング5とを備える。ハウジング3には、ガス流路2の途中に設けられた弁座6と、弁座6に着座可能に設けられた弁体7と、弁体7を弁座6に対して移動させるために弁体7と一体的に設けられた弁軸8とが設けられる。弁座6と弁体7との間にEGRガスの計量部が形成される。モータ4は、コイル11を有するステータ12と、出力軸13を有するロータ14とを含む。このEGR弁1は、モータ4のロータ14を出力軸13と共に回転させて、弁軸8をその軸方向へストローク運動させることにより、弁座6に対する弁体7の開度を変更し、ガス流路2におけるEGRガス流量を調節するようになっている。この実施形態で、EGR弁1の制御装置は、EGR弁1を制御するためにモータ4を制御する電子制御装置(ECU)10を含む。ECU10は、本発明の制御手段の一例に相当し、エンジンの運転情報(エンジンの運転状態を示す各種信号)に基づいてEGR弁1を制御するようになっている。
ガス流路2は、弁ハウジング3にて全体が略鉤形に直角に屈曲して形成される。ガス流路2の両端は、EGRガスが導入される入口2aと、EGRガスが導出される出口2bとなっている。弁座6は、弁ハウジング3とは別体に設けられ、ガス流路2の途中に組み付けられる。
弁軸8は、モータ4と弁体7との間に設けられ、図1において、弁ハウジング3を垂直に貫通して配置される。弁体7は、弁軸8の下端部に設けられ、略円錐形状をなし、弁座6に対して当接又は離間するようになっている。弁軸8の上端部には、スプリング受15が一体に設けられる。弁ハウジング3と弁軸8との間には、弁軸8をストローク運動可能に支持するために直列に配置された第1のスラスト軸受16と第2のスラスト軸受17が設けられる。各スラスト軸受16,17は、略筒形をなし、弁ハウジング3の中心に形成された組付孔3aに嵌合されて固定される。
モータ4において、ロータ14は、ステータ12の内側に設けられ、出力軸13は、ロータ14の中心に設けられる。これらのコイル11、ステータ12、出六軸13、ロータ14及びスプリング受15等が樹脂製のモータハウジング5により覆われる。モータハウジング5には、横へ突出したコネクタ18が一体に形成される。コネクタ18には、コイル11から延びる端子19が設けられる。
出力軸13は、外周に雄ネジ13aを有する。出力軸13の下端部は、弁軸8の先端部に設けられたスプリング受15に連結される。ロータ14は、ロータ本体21と、ロータ本体21の外周に一体的に設けられた円筒状のプラスチックマグネット22とを含む。ロータ本体21の上端部外周には、モータハウジング5との間に第1のラジアル軸受23が設けられる。プラスチックマグネット22の下端部内周には、第1のスラスト軸受16との間に第2のラジアル軸受24が設けられる。これら上下のラジアル軸受23,24により、ロータ14がステータ12の内側にて回転可能に支持される。ロータ本体21の中心には、出力軸13の雄ネジ13aに螺合する雌ネジ21aが形成される。ロータ14と、下側の第2のラジアル軸受24との間には、第1の圧縮スプリング25が設けられる。スプリング受15と、第2のラジアル軸受24との間には、弁軸8をロータ14へ向けて付勢する第2の圧縮スプリング26が設けられる。
弁ハウジング3と弁軸8との間には、弁ハウジング3と弁軸8との間をシールするための略円筒状をなすリップシール27が、第2のスラスト軸受17に隣接して設けられる。リップシール27の下側には、デポガードプラグ28が設けられる。リップシール27とデポガードプラグ28は、組付孔3aに圧入されて固定される。弁軸8は、リップシール27及びデポガードプラグ28の中心を貫通して配置される。
図1に示すように、この実施形態で、弁座6は、その中心に弁孔6aを含む。弁体7は、弁孔6aの内側に配置され、弁孔6aの内周面に当接する全閉位置と、弁孔6aの内周面から最も離間する全開位置との間で弁軸8と共に弁座6の軸線方向へ移動可能に設けられる。
この実施形態のEGR弁1は、弁ハウジング3とモータハウジング5が異種材料により形成されるので、それらの温度変化により両者3,5の間に線膨張差が発生してEGRガス流量特性が狙いの流量特性からずれてしまう。そこで、この流量特性のずれを防止するために、ECU10が次のようなEGR制御等を実行するようになっている。
図2に、ECU10が実行する温度補正処理の一例をフローチャートにより示す。図3に、ECU10が実行するEGR制御の処理内容の一例をフローチャートにより示す。
エンジンの運転時に処理が図2のルーチンへ移行すると、ステップ100で、ECU10は、コイル11の抵抗値(コイル抵抗値)Rcを取り込む。すなわち、ECU10は、モータ4のコイル11をモータ4全体の温度(モータ温度)Tmを検出するための温度センサとして利用し、コイル抵抗値Rcをモータ温度Tmに相関する情報として検出するようになっている。
次に、ステップ110で、ECU10は、コイル抵抗値Rcからモータ温度Tmを換算する。ECU10は、例えば、図4に示すようなマップを参照することにより、コイル抵抗値Rcに応じたモータ温度Tmを換算することができる。図4に示すマップでは、コイル抵抗値Rcが大きくなるほどモータ温度Tmが高くなるように設定されている。
次に、ステップ120で、ECU10は、モータ温度Tmから弁軸8のストローク補正量STcを求める。このストローク補正量STcは、温度変化による弁軸8のストロークのずれを補正するための値である。ECU10は、例えば、図5に示すようなマップを参照することにより、モータ温度Tmに対応するストローク補正量TScを求めることができる。図5のマップでは、モータ温度Tmが高くなるほどストローク補正量STcが大きくなるように設定されている。
一方、エンジンの運転時に処理が図3のルーチンへ移行すると、ステップ200で、ECU10は、各種エンジン信号を取り込む。すなわち、ECU10は、エンジンに設けられた各種センサの検出値からエンジン運転情報としての各種エンジン信号を取り込む。
次に、ステップ210で、ECU10は、EGRオン条件か否かを判断する。すなわち、ECU10は、現在のエンジンの運転状態が、ECUを実行することのできる条件か否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、ECU10は、ステップ270で、EGR弁1を全閉に制御して、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、ECU10は処理をステップ220へ移行する。
ステップ220で、ECU10は、エンジン回転速度NEとエンジン負荷KLを取り込む。
次に、ステップ230で、ECU10は、エンジン回転速度NEとエンジン負荷KLに応じたEGR弁1の目標開度Tegrを求める。ECU10は、例えば、所定のマップをい参照することにより、この目標開度Tegrを求めることができる。
次に、ステップ240で、ECU50は、図2のルーチンで求められたストローク補正量STcを取り込む。
次に、ステップ250で、ECU10は、最終目標開度TEGRを求める。ECU10は、目標開度Tegrにストローク補正量STcを加算することにより、この最終目標開度TEGRを求める。
次に、ステップ260で、ECU10は、EGR弁1を最終目標開度TEGRに制御する。すなわち、ECU10は、最終目標開度TEGRに基づいてモータ4を制御するのである。その後、ECU10は処理をステップ200へ戻す。
上記制御によれば、ECU10は、EGR弁1の目標開度Tegrを求め、コイル11をモータ4の温度(モータ温度)Tmを検出する温度センサとして使用し、検出されたモータ温度Tmに基づき目標開度Tegrを補正して最終目標開度TEGRを求め、補正された目標開度である最終目標開度TEGRに基づきモータ4を制御するようになっている。ここで、ECU10は、コイル抵抗値Rcを検出すると共に、検出されたコイル抵抗値Rcからモータ温度Tmを換算し、換算されたモータ温度Tmから弁ハウジング3とモータハウジング4との線膨張差を反映した弁軸8のストローク補正量STcを求め、求められたストローク補正量STcにより目標開度Tegrを補正するようになっている。
以上説明したこの実施形態の排気還流弁の制御装置によれば、モータ温度Tmに基づき目標開度Tegrが補正されるので、異種材料により形成された弁ハウジング3とモータハウジング5との線膨張差によるEGRガス流量特性のずれが解消される。このため、従前のEGR弁の制御に対して、EGRガス流量につき、制御性の良い調節を行うことができる。また、モータ4のコイル11が温度センサとして使用されるので、モータハウジング5の温度を検出するために専用の温度センサを別途設ける必要がない。このため、専用の温度センサを別途設けることなく温度変化によるEGR弁1の流量特性のずれを防止することができる。この結果、EGR弁1の部品数と体格の増大を抑え、EGR装置のコストアップを抑えることができる。
また、この実施形態では、コイル抵抗値Rcは、モータ4の自己発熱と、モータ4が外部から受ける熱の両方を反映して決定される。従って、コイル抵抗値Rcからモータ4全体の温度を反映した温度を得ることができる。その結果、モータ4全体の温度をよく反映してEGR弁1の流量特性のずれを防止することができる。この意味でも、従前のEGR弁の制御に対して、EGRガス流量につき、制御性の良い調節を行うことができる。
図6に、EGR弁1の弁体7のストローク(開度)とEGRガス流量との関係をグラフにより示す。このグラフからもわかるように、EGRガス流量はモータ温度Tmの違いによって異なる。すなわち、図6に太線で示すように、室温時(例:20℃)を基準にすると、高温時(例:150℃)には、EGRガス流量は、同図に破線で示すように基準よりも増加側へずれ、低温時(例:−30℃)には、EGRガス流量は、同図に2点鎖線で示すように基準よりも減少側へずれる。この実施形態の制御装置によれば、これら高温時及び低温時にも、EGRガス流量を室温時のEGRガス流量に補正することができる。
なお、この発明は前記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もできる。
前記実施形態では、弁ハウジング3を金属により形成し、モータハウジング5を樹脂により形成したが、弁ハウジングとモータハウジングとが異種材料により形成されるものであれば、材料として金属と樹脂の組み合わせに限られるものではない。
この発明は、例えば、自動車要エンジンのEGR装置に利用することができる。
1 EGR弁
2 ガス流路
3 弁ハウジング
4 モータ
5 モータハウジング
6 弁座
6a 弁孔
7 弁体
8 弁軸
10 ECU(制御手段)
11 コイル
12 ステータ
13 出力軸
14 ロータ
Rc コイル抵抗値
Tm モータ温度
STc ストローク補正量
2 ガス流路
3 弁ハウジング
4 モータ
5 モータハウジング
6 弁座
6a 弁孔
7 弁体
8 弁軸
10 ECU(制御手段)
11 コイル
12 ステータ
13 出力軸
14 ロータ
Rc コイル抵抗値
Tm モータ温度
STc ストローク補正量
ところが、特許文献1に記載のEGR弁では、弁ハウジングとモータハウジングが異種材料により形成され、それらの線膨張率が異なることから、温度変化により弁ハウジングとモータハウジングとの間で線膨張差が生じるおそれがあった。特に、高温側では、モータハウジングの線膨張が大きくなりがちで、弁ハウジングとの線膨張差により弁軸のストローク運動量が狙いのストローク量からずれるおそれがあった。その結果、弁体と弁座との間の開度が狙いの開度からずれてしまい、EGR弁の流量特性が狙いの特性からずれるおそれがあった。
モータ4において、ロータ14は、ステータ12の内側に設けられ、出力軸13は、ロータ14の中心に設けられる。これらのコイル11、ステータ12、出力軸13、ロータ14及びスプリング受15等が樹脂製のモータハウジング5により覆われる。モータハウジング5には、横へ突出したコネクタ18が一体に形成される。コネクタ18には、コイル11から延びる端子19が設けられる。
次に、ステップ120で、ECU10は、モータ温度Tmから弁軸8のストローク補正量STcを求める。このストローク補正量STcは、温度変化による弁軸8のストロークのずれを補正するための値である。ECU10は、例えば、図5に示すようなマップを参照することにより、モータ温度Tmに対応するストローク補正量STcを求めることができる。図5のマップでは、モータ温度Tmが高くなるほどストローク補正量STcが大きくなるように設定されている。
次に、ステップ210で、ECU10は、EGRオン条件か否かを判断する。すなわち、ECU10は、現在のエンジンの運転状態が、EGRを実行することのできる条件か否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、ECU10は、ステップ270で、EGR弁1を全閉に制御して、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、ECU10は処理をステップ220へ移行する。
次に、ステップ230で、ECU10は、エンジン回転速度NEとエンジン負荷KLに応じたEGR弁1の目標開度Tegrを求める。ECU10は、例えば、所定のマップを参照することにより、この目標開度Tegrを求めることができる。
次に、ステップ240で、ECU10は、図2のルーチンで求められたストローク補正量STcを取り込む。
上記制御によれば、ECU10は、EGR弁1の目標開度Tegrを求め、コイル11をモータ4の温度(モータ温度)Tmを検出する温度センサとして使用し、検出されたモータ温度Tmに基づき目標開度Tegrを補正して最終目標開度TEGRを求め、補正された目標開度である最終目標開度TEGRに基づきモータ4を制御するようになっている。ここで、ECU10は、コイル抵抗値Rcを検出すると共に、検出されたコイル抵抗値Rcからモータ温度Tmを換算し、換算されたモータ温度Tmから弁ハウジング3とモータハウジング5との線膨張差を反映した弁軸8のストローク補正量STcを求め、求められたストローク補正量STcにより目標開度Tegrを補正するようになっている。
この発明は、例えば、自動車用エンジンのEGR装置に利用することができる。
Claims (2)
- 排気還流弁の制御装置であって、
前記排気還流弁は、ガス流路を有する弁ハウジングと、モータを内蔵するモータハウジングとを備え、前記弁ハウジングと前記モータハウジングとが異種材料により形成され、
前記弁ハウジングには、弁座と、前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、前記弁体を前記弁座に対して移動させる弁軸とが設けられ、
前記モータは、コイルを有するステータと、出力軸を有するロータとを含み、前記ロータと共に前記出力軸を回転させることにより、前記弁軸をその軸方向へストローク運動させて前記弁座に対する前記弁体の開度を変更するように構成し、
前記制御装置は、前記排気還流弁を制御するための制御手段を含み、
前記制御手段は、前記排気還流弁の目標開度を求め、前記コイルを前記モータの温度を検出する温度センサとして使用し、前記検出された温度に基づき前記目標開度を補正し、前記補正された目標開度に基づき前記モータを制御する
ことを特徴とする排気還流弁の制御装置。 - 前記制御手段は、前記コイルの抵抗値を検出すると共に、前記検出された抵抗値から前記モータの温度を換算し、前記換算された温度から前記弁ハウジングと前記モータハウジングとの線膨張差を反映した前記弁軸のストローク補正量を求め、前記求められたストローク補正量により前記目標開度を補正することを特徴とする請求項1に記載の排気還流弁の制御装置。
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