(57)【要約】【課題】２本の分岐流路が合流する合流部に設けられる三方弁タイプの分流比制御弁の開度制御の処理の煩雑化を抑える。【解決手段】ＥＧＲ管１２の有効開口面積とＥＧＲ管１４の有効開口面積の比（有効開口面積比）と、分流比制御弁１０が有する回転軸角度（共通軸開度）との関係は、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和に対応付けて整理できる。そして、有効開口面積比は、分流比や流量係数比に置き換えることができる。従って、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和を特定できれば、この流量の総和と分流比の要求値を図５に示した関係に適用することで、当該要求値を実現する共通軸開度を決定することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の分岐流路が合流する合流部に設けられ、前記合流部に向けて前記分岐流路をそれぞれ流れる流体の流量の比率を要求値に調整するように構成された分流比制御弁を制御する制御装置であって、
前記分流比制御弁は、前記分岐流路にそれぞれ接続される２つの流入口と、前記流入口にそれぞれ設けられて前記分岐流路の有効開口面積を連動して変更するように構成された２つの弁体と、前記弁体が共有する回転軸と、を備え、
前記制御装置が、前記分岐流路をそれぞれ流れる流体の流量の総和ごとに予め定めた、前記分岐流路の有効開口面積比と前記回転軸の角度との関係を用いて、前記要求値を実現する前記回転軸の角度を決定するように構成されていることを特徴とする分流比制御弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分流比制御弁の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１５−００１２０１号公報には、内燃機関の排気管と吸気管を接続するＥＧＲ管に設けた三方弁の開度を制御する装置が開示されている。この従来の装置が適用される内燃機関は、ＥＧＲ管の途中でＥＧＲ管から分岐し、ＥＧＲクーラを迂回してＥＧＲ管に合流するバイパス管を備えている。三方弁は、ＥＧＲクーラを流れたＥＧＲガスとバイパス管を流れたＥＧＲガスが合流する合流部に設けられている。この従来の装置によれば、三方弁の開度制御によって、ＥＧＲクーラを流れるＥＧＲガスの流量と、バイパス管を流れるＥＧＲガスの流量との流量比率（分流比）を要求値に調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−００１２０１号公報
【特許文献２】特開平０８−０６１５２７号公報
【特許文献３】特開２００８−１７５１０１号公報
【特許文献４】特開２０１４−１０１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２０１５−００１２０１号公報では言及されていないが、三方弁タイプの分流比制御弁によって上述した要求値を実現するためには、その開度を次の様に決定するのが一般的である。先ず、２本の分岐流路のそれぞれに絞り式を適用し、上述した要求値を得るために必要となる各分岐流路での流体の流量、合流部での合流前後の流体の圧力差、２本の分岐流路に分岐する前の流路を流れる流体の温度、分流比制御弁の開度などを用いて、各分岐流路の有効開口面積を算出する。そして、算出した有効開口面積に基づいて、上述した要求値を実現するための分流比制御弁の開度を最終決定する。
【０００５】
しかし、三方弁タイプの分流比制御弁の構成上、一方の分岐流路の幾何学的流路面積を拡大するように弁開度を変更すると、他方の分岐流路の幾何学的流路面積が連動して縮小してしまう。このため、上述した有効開口面積の算出のためには、この連動関係を、各分岐流路での流体の流量に予め反映しておくことが必要となる。加えて、分岐流路での流体の流量が変われば、上述した有効開口面積も変わってしまう。従って、上述した一般的な手法に従って三方弁タイプの分流比制御弁の開度を決定しようとすると、各分岐流路の有効開口面積の算出過程が煩雑になり易く、算出負荷も高くなり易い。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、２本の分岐流路が合流する合流部に設けられる三方弁タイプの分流比制御弁の開度制御の処理の煩雑化を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、２本の分岐流路が合流する合流部に設けられ、前記合流部に向けて前記分岐流路をそれぞれ流れる流体の流量の比率を要求値に調整するように構成された分流比制御弁を制御する制御装置であって、
前記分流比制御弁は、前記分岐流路にそれぞれ接続される２つの流入口と、前記流入口にそれぞれ設けられて前記分岐流路の有効開口面積を連動して変更するように構成された２つの弁体と、前記弁体が共有する回転軸と、を備え、
前記制御装置が、前記分岐流路をそれぞれ流れる流体の流量の総和ごとに予め定めた、前記分岐流路の有効開口面積比と前記回転軸の角度との関係を用いて、前記要求値を実現する前記回転軸の角度を決定するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、２本の分岐流路をそれぞれ流れる流体の流量の総和ごとに定めた当該分岐流路の有効開口面積比と分流比制御弁の回転軸の開度との関係を用いて、要求値を実現するために必要な回転軸の開度を決定することができる。従って、上述した一般的な手法では避けることのできなかった有効開口面積の計算を省略して、分流比制御弁の開度制御の処理の煩雑化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるシステムの構成例を説明する図である。
【図２】図１に示した分流比制御弁１０の構成例を示す図である。
【図３】図１に示した分流比制御弁１０の構成例を示す図である。
【図４】図１に示した分流比制御弁１０が有する回転軸角度（共通軸開度）と、ＥＧＲ管１２，１４の有効開口面積と、の関係を示した図である。
【図５】ＥＧＲ管１２，１４の有効開口面積の比と、共通軸開度との関係を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態において、コントローラ５０が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
［システム構成例の説明］
図１は、本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるシステムの構成例を説明する図である。図１に示すシステムは、車両に搭載されるエンジンシステムであり、制御対象としての分流比制御弁１０を備えている。分流比制御弁１０は、２本のＥＧＲ管１２，１４が１本のＥＧＲ管１６に合流する合流部１８に設けられている。ＥＧＲ管１２，１４は、エンジンの排気管（図示省略）に接続された１本のＥＧＲ管（図示省略）から分岐している。なお、説明の便宜上、この１本のＥＧＲ管を「分岐前ＥＧＲ管」と称す。ＥＧＲ管１２には、例えばＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（図示省略）が設けられている。ＥＧＲ管１６の一端は合流部１８に接続され、他端は上記エンジンの吸気管（図示省略）に接続されている。ＥＧＲ管１６には、ＥＧＲ弁（図示省略）が設けられている。なお、１本のＥＧＲ管が途中で２本に分岐し、再び１本に合流するエンジンシステムの詳細は、例えば特開２０１５−００１２０１号公報に開示されている。
【００１２】
図１に示す矢印は、ＥＧＲガスの流れ方向を表している。ＥＧＲ管１６に設けられたＥＧＲ弁が開かれると、上記エンジンの排気管を流れる排気の一部が、分岐前ＥＧＲ管に流入する。このＥＧＲ管に流入したＥＧＲガスは、分流比制御弁１０の開度に応じ、ＥＧＲ管１２またはＥＧＲ管１４を経由して分流比制御弁１０の流出口に到達する。分流比制御弁１０の流出口に到達したＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１６を流れて上記エンジンの吸気管に流入する。上記エンジンの吸気管に流入するＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲ弁の開度に応じて変化する。
【００１３】
図１に示した分流比制御弁１０は、三方弁の機能を有する制御弁である。図２および図３は、図１に示した分流比制御弁１０の構成例を示す図である。図２は、分流比制御弁１０の一例である分流比制御弁１０ａの回転軸２０を垂線とする平面での切断面である。図２に示す分流比制御弁１０ａは、回転軸２０の他に、ＥＧＲ管１２に接続される流入口２２と、ＥＧＲ管１４に接続される流入口２４と、ＥＧＲ管１６に接続される流出口２６と、流入口２２と流入口２４を隔てる隔壁２８と、を備えている。回転軸２０には、回転軸２０を共有する弁体３０，３２が所定の角度（約９０度）で設けられている。
【００１４】
因みにこの図２においては、弁体３０が隔壁２８と接しており、これにより流入口２４から流出口２６に向かうＥＧＲガスの流れが遮断されている。回転軸２０が反時計回りに回転し、弁体３０が隔壁２８から離れると、流入口２６から流出口２６に向かうＥＧＲガスの流れが生じ始める。回転軸２０が反時計回りに更に回転し、弁体３２が隔壁２８に接すると、今度は流入口２２から流出口２６に向かうＥＧＲガスの流れが遮断される。
【００１５】
図３は、分流比制御弁１０の一例である分流比制御弁１０ｂの外観図である。図３に示す分流比制御弁１０ｂは、いわゆる同軸２バタフライ弁であり、ＥＧＲ管１２に接続される流入口３４と、ＥＧＲ管１４に接続される流入口３６と、を備えている。流入口３４には弁体３８が設けられており、流入口３６には弁体４０が設けられている。弁体３８と弁体４０は、回転軸４２を共有している。回転軸４２は、流入口３４，３６の両方の中心軸を通る平面においてこれらの中心軸と直交する方向に設けられている。弁体３８と弁体４０は、所定の角度をもって回転軸４２に設けられている。回転軸４２が回転すると、流入口３４から弁体３８を経由して分流比制御弁１０ｂの流出口（図示省略）に到達するＥＧＲガスの流れや、流入口３６から弁体４０を経由して当該流出口に到達するＥＧＲガスの流れが変化する。
【００１６】
図１に戻り、システム構成の説明を続ける。図１に示すシステムは、本実施の形態に係る制御装置としてのコントローラ５０を備えている。コントローラ５０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。コントローラ５０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、吸入空気量を検出するエアフローメータ、大気温を検出する大気温度センサ、上記ＥＧＲクーラに流れる冷却水の水温を検出する水温センサ、上記エンジンの排気管を流れる排気温を検出する排気温センサなどが含まれている。コントローラ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。コントローラ５０によって操作されるアクチュエータには、上述した分流比制御弁１０、ＥＧＲ弁などが含まれている。
【００１７】
［分流比制御弁の回転軸角度と有効開口面積との関係］
図４は、図１に示した分流比制御弁１０が有する回転軸の角度（共通軸開度）と、ＥＧＲ管１２，１４の有効開口面積と、の関係を示した図である。図４の上段および下段に示すように、有効開口面積は共通軸開度に応じて変わる。有効開口面積は、また、一方が増えるとこれに連動して他方が減る。有効開口面積は、更に、共通軸開度が等しい場合であっても、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量（流量(i)〜流量(iii)）に応じて有効開口面積が変わる。ＥＧＲガスの流量に応じて有効開口面積が変わるのは、ＥＧＲガスの流量によって縮流の影響が変化するためである。
【００１８】
図４から、分岐前ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの総流量を一定とした境界条件のもとで共通軸開度を変えると、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量が一意に決まる。そのため、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の比率（以下、「分流比」ともいう。）を要求値に調整するには、このことを予め考慮した上で、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量を計算する必要がある。但し、図４で説明したように、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量に応じて、ＥＧＲ管１２，１４の有効開口面積が変わる。そのため、分流比を要求値に調整するには、このことも予め考慮する必要がある。
【００１９】
そこで、本実施の形態では、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和ごと、換言すれば、分岐前ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの総流量ごとに、ＥＧＲ管１２，１４の有効開口面積の比（ＥＧＲ管１２の有効開口面積／ＥＧＲ管１４の有効開口面積）と、共通軸開度との関係を事前に整理することとしている。
【００２０】
図５は、ＥＧＲ管１２，１４の有効開口面積の比と、共通軸開度との関係を示した図である。図５に示すように、有効開口面積比と共通軸開度の関係は、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和（総和(i)〜総和(iii)）に対応付けて整理できる。そして、有効開口面積比は、分流比や流量係数比に置き換えることができる。従って、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和を特定できれば、この流量の総和および分流比の要求値を図５に示した関係に適用することで、当該要求値を実現する共通軸開度を決定することができる。図１に示したコントローラ５０のＲＯＭまたはＲＡＭには、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和ごと（または、分岐前ＥＧＲ管を流れるＥＧＲガスの総流量ごと）に規定した、図５に示した関係のマップが記憶されている。
【００２１】
図６は、本発明の実施の形態において、コントローラ５０が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。本処理ルーチンは、所定の制御周期ごと（例えば、エンジンが有する気筒の燃焼サイクルごと）に実行されるものとする。
【００２２】
図６に示すルーチンでは、先ず、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和、排気温、水温、大気温、吸入空気量などが取得される（ステップＳ１０）。本ステップＳ１０において、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和は、例えば、吸入空気量の取得値と、ＥＧＲ率の現在値とに基づいて推定される。当該総和を、ＥＧＲ管１２，１４に別途設けたセンサから検出してもよい。また、排気温、水温および大気温は、上述したセンサにより検出される。
【００２３】
ステップＳ１０に続いて、要求分流比が算出される（ステップＳ１２）。この「要求分流比」は、例えば、分流比制御弁１０の流出口から排出されるＥＧＲガスの温度を目標値に調整するために要求される分流比を意味している。本ステップＳ１２において、要求分流比は、例えば次のステップＳ１２１〜Ｓ１２４によって算出される。
Ｓ１２１：ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の推定
Ｓ１２２：ＥＧＲクーラでの熱交換量とＥＧＲ管１４での熱交換量の予測
Ｓ１２３：ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの温度の推定
Ｓ１２４：分流比制御弁の流入口と流出口においてＥＧＲガスが有するエネルギに関して成立する式（エネルギバランス式）に基づいた要求分流比の算出
なお、ステップＳ１０で検出した排気温、水温および大気温は、ステップＳ１２４の処理にて使用される。
【００２４】
ステップＳ１２に続いて、バルブ開度が算出される（ステップＳ１４）。この「バルブ開度」は、分流比制御弁１０が有する回転軸の角度を意味している。本ステップＳ１４では、先ず、ステップＳ１０で取得したＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和に対応するマップが読み出される。なお、このマップが図５に示した関係のマップであることについては既に述べたとおりである。続いて、ステップＳ１２で算出した要求分流比を、読み出したマップに適用して、当該要求分流比を実現する分流比制御弁１０の回転軸の開度が算出される。そして、算出された回転軸の開度が、指令値として分流比制御弁１０に入力される。
【００２５】
以上、図６に示した処理ルーチンによれば、ＥＧＲ管１２，１４をそれぞれ流れるＥＧＲガスの流量の総和ごとに規定した図５に示した関係のマップに基づいて、ＥＧＲガスの分流比を要求分流比に調整することができる。従って、従来では必要とされていた有効開口面積の計算を省略して、分流比制御弁１０の回転軸角度を決定することができる。すなわち、分流比制御弁１０の回転軸角度の制御を簡便に行うことができる。
【００２６】
なお、上述の実施の形態においては、ＥＧＲ管１２，１４が本発明の「２本の分岐流路」に相当する。また、図５に示した関係が、本発明の「分岐流路の有効開口面積比と回転軸の角度との関係」に相当する。
【００２７】
ところで、上述の実施の形態では、エンジンシステムのＥＧＲ管の合流部に設けられる分流比制御弁の制御を前提として制御装置の説明を行った。しかし、本発明の制御装置は、例えば、エンジンの冷却水が流れる２本の冷媒管の合流部に設けられる分流比制御弁の制御にも適用できる。更に言うと、本発明の分流比制御弁は、エンジンシステムに適用される分流比制御弁の制御に限られず、２本の分岐流路が流体の流れ方向の下流側で１本に合流する合流部に設けられる分流比制御弁の制御一般に適用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１０，１０ａ，１０ｂ  分流比制御弁
１２，１４，１６  ＥＧＲ管
１８  合流部
２０，４２  回転軸
２２，２４，３４，３６  流入口
２６  流出口
３０，３２，３８，４０  弁体
５０  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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