(57)【要約】【課題】排気ガス再循環装置において弁体の着座するシート部材が摩耗した場合においても、排気ガスを所望の流量で高精度に流通させる。【解決手段】排気ガス再循環装置の制御システム１０では、開度センサ２８によってバルブ２２の全閉時における角度を検出し、前回のエンジン始動時における全閉角度と比較して角度差Δθを算出する。この角度差Δθが、許容範囲を超えた場合に前記バルブ２２の着座するバルブシート２４に摩耗が生じているとして、その摩耗によって増加する排気ガスの流量増加分に応じたバルブの回動角度を加えるように流量マップを補正する。【選択図】図３
2013199868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系と排気系とを接続する排気還流通路に設けられ、該吸気系と前記排気系とを連通させることにより、前記内燃機関から排出された排気ガスの一部を前記排気系から前記排気還流通路を通じて前記吸気系へと再循環させる排気ガス再循環バルブと、前記排気ガス再循環バルブを駆動制御する制御部とを有する排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、
前記排気ガス再循環装置は、ボディと、該ボディの内部に回動自在に設けられ外表面の少なくとも一部が球面状に形成されると共に回動中心が前記外表面の曲率中心に対して偏心した弁体と、前記ボディに設けられ前記バルブが着座することで排気ガスの流通が遮断されるシート部材とを備え、
前記制御システムは、前記制御部において前記弁体の開度に対応した前記排気ガスの流量を示す流量マップが記憶される記憶手段と、
前記シート部材に対する前記弁体の開度を検出する開度検出手段と、
前記開度検出手段によって検出され、前記弁体が前記シート部材に着座した全閉状態における前記弁体の全閉角度と、前記制御部に予め設定された全閉設定角度とから前記シート部材の摩耗量を算出する摩耗量算出手段と、
前記摩耗量に基づいて前記制御部における排気ガスの流量マップを変化させる演算手段と、
を有することを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムにおいて、
前記演算手段は、前記シート部材の摩耗量に応じて増加する前記排気ガスの流量を算出し、前記流量の増加に応じて前記流量マップを更新することを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の制御システムにおいて、
前記弁体が前記シート部材から離間した全開状態を零点と設定し、前記弁体の駆動制御を行うことを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御システムにおいて、
前記全閉設定角度は、前記内燃機関を前回運転させた際に前記開度検出手段によって検出された開度であり、前記記憶手段に記憶されることを特徴とする排気ガス再循環装置の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における吸気系と排気系とを接続する排気還流手段に設けられる排気ガス再循環装置を制御するための制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、内燃機関から排出される有害成分を除去するために、排気ガス再循環装置が用いられている。この排気ガス再循環装置は、内燃機関から排出される排気ガスを吸気系に再循環させ、前記排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の有害成分を減少させるために、前記内燃機関の吸気系と排気系とを連通させる機能を有する。
【０００３】
本出願人は、内燃機関の吸気通路と排気通路とを接続する排気ガス還流路に設けられる流路開閉弁を提案している（特許文献１参照）。この流路開閉弁は、排気ガス還流路に接続されるボディ本体を有し、前記ボディ本体の内部には球状のボールバルブが回動自在に配設される。そして、回転駆動源にシャフトを介して連結されたボールバルブが所定角度だけ回動することで、前記ボディ本体に形成された排気ガス流入口と排気ガス流出口との連通状態を切り換え、排気ガス還流路における排気ガスの流通状態を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３６６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、弁体の着座するシート部材が摩耗した場合においても、排気ガスを所望の流量で高精度に流通させることが可能な排気ガス再循環装置の制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の吸気系と排気系とを接続する排気還流通路に設けられ、該吸気系と前記排気系とを連通させることにより、前記内燃機関から排出された排気ガスの一部を前記排気系から前記排気還流通路を通じて前記吸気系へと再循環させる排気ガス再循環バルブと、前記排気ガス再循環バルブを駆動制御する制御部とを有する排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、
前記排気ガス再循環装置は、ボディと、該ボディの内部に回動自在に設けられ外表面の少なくとも一部が球面状に形成されると共に回動中心が前記外表面の曲率中心に対して偏心した弁体と、前記ボディに設けられ前記バルブが着座することで排気ガスの流通が遮断されるシート部材とを備え、
前記制御システムは、前記制御部において前記弁体の開度に対応した前記排気ガスの流量を示す流量マップが記憶される記憶手段と、
前記シート部材に対する前記弁体の開度を検出する開度検出手段と、
前記開度検出手段によって検出され、前記弁体が前記シート部材に着座した全閉状態における前記弁体の全閉角度と、前記制御部に予め設定された全閉設定角度とから前記シート部材の摩耗量を算出する摩耗量算出手段と、
前記摩耗量に基づいて前記制御部における排気ガスの流量マップを変化させる演算手段と、
を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、弁体の開度を検出可能な開度検出手段によって弁体がシート部材に着座した全閉状態における全閉角度を検出し、予め設定された全閉設定角度と比較することで摩耗量算出手段によってシート部材の摩耗量を算出する。そして、制御部における排気ガスの流量マップを摩耗量に基づいて演算手段で変化させる。
【０００８】
従って、弁体の着座するシート部材が摩耗した場合においても、その摩耗によって増加する排気ガスの流量変化に基づいて排気ガスの流量マップを変化させることで、前記排気ガスを所望の流量で高精度に流通させることが可能となる。
【０００９】
また、演算手段は、シート部材の摩耗量に応じて増加する排気ガスの流量を算出し、前記流量の増加に応じて流量マップを更新させるとよい。
【００１０】
さらに、弁体がシート部材から離間した全開状態を零点と設定し、前記弁体の駆動制御を行うとよい。これにより、マップ変換の煩雑な計算を回避することができる。
【００１１】
さらにまた、全閉設定角度は、内燃機関を前回運転させた際に開度検出手段によって検出された開度であり、記憶手段に記憶するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１３】
すなわち、排気ガス再循環装置の制御システムにおいて、弁体の開度を検出可能な開度検出手段によって弁体がシート部材に着座した全閉状態における全閉角度を検出し、予め設定された全閉設定角度と比較することで摩耗量算出手段によってシート部材の摩耗量を算出する。そして、制御部における排気ガスの流量マップを摩耗量に基づいて演算手段で変化させることにより、例えば、弁体の着座するシート部材が摩耗した場合においても、その摩耗によって増加する排気ガスの流量変化に基づいて排気ガスの流量マップを変化させることができるため、前記排気ガスを所望の流量で高精度に流通させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環装置の制御システムの概略構成図である。
【図２】図１の制御システムを構成する排気ガス再循環バルブの拡大断面図である。
【図３】バルブシートの摩耗に対応してバルブの開度を補正するためのフローチャートである。
【図４】バルブの開度と排気ガスの流量との関係を示す第１及び第２特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る排気ガス再循環装置の制御システムについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環装置の制御システムを示す。
【００１６】
この排気ガス再循環装置の制御システム１０は、図１に示されるように、図示しない車両に搭載されるコントローラ１２（例えば、ＥＣＵ）と、該コントローラ１２から出力される制御信号に基づいて排気ガスの流通状態を切り換える排気ガス再循環バルブ１４とからなり、前記コントローラ１２は、演算等を行う演算部（演算手段）１６と、後述する各種データの収納されたメモリ（記憶手段）１８とを含む。
【００１７】
次に、上述した排気ガス再循環バルブ１４の構成について図１及び図２を参照しながら簡単に説明する。
【００１８】
この排気ガス再循環バルブ１４は、エンジンを構成する吸気装置と排気装置との間に設けられ、図２に示されるように、ボディ本体２０と、該ボディ本体２０の内部に回転自在に設けられるバルブ（弁体）２２と、前記バルブ２２の外周面に当接するバルブシート（シート部材）２４と、前記ボディ本体２０の上部に設けられ、前記バルブ２２に対して回転駆動力を付与する駆動源２６と、前記バルブ２２の回動角度を検出する開度センサ（開度検出手段）２８（図１参照）とを含む。
【００１９】
このボディ本体２０には、排気ガスの供給されるガス流入口３０と、その反対側に設けられ、前記排気ガスを導出するガス流出口（図示せず）とが設けられ、前記ガス流入口３０とガス流出口との間に設けられる連通室３２には、略球状のバルブ２２が回転自在に設けられる。
【００２０】
また、ボディ本体２０には、連通室３２とガス流入口３０との間に装着孔３４が形成され、該装着孔３４にバルブ２２の外周面に摺接するバルブシート２４が設けられる。バルブシート２４には、連通室３２側に形成されバルブ２２の当接するシート部３６を有する。
【００２１】
一方、ボディ本体２０の略中央部には、図２に示されるように、連通室３２から鉛直上方に向かって貫通したシャフト孔（図示せず）が形成され、後述する駆動力伝達機構のシャフト３８が回転自在に挿通される。
【００２２】
バルブ２２は、その外周面は少なくとも一部が球面状に形成され、該バルブ２２の曲率中心から半径外方向に所定距離だけ偏心した位置にシャフト３８が挿通している。このため、バルブ２２は、該バルブ２２の軸線Ａ１から偏心した位置に設定されたシャフト３８の軸線Ａ２を中心として回転（揺動）するように連通室３２内に設置されている。
【００２３】
駆動源２６は、例えば、コントローラ１２に対して電気的に接続され、該コントローラ１２からの制御信号に基づいてシャフト３８及びバルブ２２を回転駆動するステッピングモータやロータリーアクチュエータからなる。そして、駆動源２６の回転駆動力がシャフト３８へと伝達されることにより、該シャフト３８に連結されたバルブ２２がシャフト３８の軸線Ａ２を中心として前記バルブ２２の弁開方向（図２中、矢印Ｂ方向）へと所定角度だけ回転動作する。
【００２４】
開度センサ２８は、例えば、エンコーダからなり、シャフト３８及び駆動源２６と同軸上に配置され、前記駆動源２６及びシャフト３８の回転量（回転角度）を検出する。そして、検出されたシャフト３８の回転量を検出信号としてコントローラ１２へと出力し、例えば、メモリ１８にデータとして保存される。すなわち、開度センサ２８によってシャフト３８の回転量に基づいたバルブ２２の回転角度が検出できる。
【００２５】
本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環装置の制御システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に制御システム１０の動作について図３を参照しながら説明する。
【００２６】
先ず、ドライバーが車両においてイグニッションスイッチをオンとし、エンジンの始動操作を行う（ステップＳ１）。その後、ステップＳ２において、エンジン回転数ＮＥと負圧ＰＢとの関係に基づいて排気ガスの流量を設定するための流量マップの読み込みを行う。
【００２７】
次に、ステップＳ３において、コントローラ１２から駆動源２６へと制御信号を出力し、バルブ２２を所定角度回動させることでバルブシート２４に着座させ全閉状態とする（図２中、矢印Ｃ方向）。そして、ステップＳ４において、開度センサ２８によってバルブ２２がバルブシート２４に着座した全閉状態にあるか否かを判定する。このバルブ２２が全閉状態にあることが確認された後、エンジンを始動させ（ステップＳ５）、ステップＳ６において前記エンジンが始動されたか否かを判定する。
【００２８】
そして、ステップＳ６でエンジンの始動が確認された後（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７において、バルブシート２４に着座しているバルブ２２の全閉状態における角度を開度センサ２８によって検出し、検出された前記バルブ２２の全閉角度θｃｌをコントローラ１２へと出力してメモリ１８へと記憶する。その後、ステップＳ８において、前回エンジンを始動させた際に検出され、予めメモリ１８に収納されているバルブ２２の全閉設定角度θｏｒｇと前記全閉角度θｃｌとをコントローラ１２の演算部１６において比較し、その差分である角度差Δθを算出する（ステップＳ９）。すなわち、このステップＳ９では、バルブシート２４の摩耗量をバルブ２２の回動角度として算出している。この場合、バルブ２２の角度は、該バルブ２２の全開時（図２中、二点鎖線形状）を零点とした角度（例えば、８５°）として検出されている。
【００２９】
次に、この角度差Δθが、予め設定された許容範囲内（α１≦Δθ≦α２）であるか否かがステップＳ１０で判定され、前記許容範囲内であると判定された場合、すなわち、全閉時におけるバルブ２２の角度（全閉角度θｃｌ）が前回の角度（全閉設定角度θｏｒｇ）に対してほとんど変わりなく、バルブシート２４の摩耗量がほとんど増加していない場合には、ステップＳ１１において、流量マップを参照しながら、エンジン回転数ＮＥと吸気装置から燃焼室へと吸入される吸入空気の負圧ＰＢに対応したデューティが設定され、該デューティに基づいた制御信号が駆動源２６へと出力される。これにより、バルブ２２が全閉状態から所定角度だけ回動して排気ガスがガス流入口３０から連通室３２を通じてガス流出口へと所定流量で流通し、エンジンの吸気系へと再循環される。
【００３０】
すなわち、角度差Δθが、許容範囲内である場合には、予めコントローラ１２に収納されている流量マップを参照し、該マップに基づいた開度で排気ガス再循環バルブ１４のバルブ２２を回動させる。
【００３１】
一方、上述したステップＳ１０において、角度差Δθが、予め設定された許容範囲外であると判定された場合には、ステップＳ１２において、前記角度差Δθが、許容範囲に対して小さいか否かが判定され、該許容範囲未満（Δθ＜α１）である場合には、バルブ２２の回動角度が異常であり、例えば、該バルブ２２とバルブシート２４との間に異物等の噛み込みが生じていると判断される。そのため、ステップＳ１３において、例えば、故障の発生を示す警告信号を故障警告灯へと出力して一連の処理を中止する。
【００３２】
次に、ステップＳ１２において、前記角度差Δθが、許容範囲を超過していると判定された場合（α２＜Δθ）には、バルブシート２４の摩耗が進行してバルブ２２の全閉時に排気ガスのリークが生じる懸念がある。そこで、ステップＳ１４では、バルブ２２の開度を補正するために、コントローラ１２から駆動源２６へと出力される指示開度θｃｍｄの補正を前記コントローラ１２の演算部１６において行う。
【００３３】
この指示開度θｃｍｄの補正には、先ず、角度差Δθに基づいて、前回のエンジン運転時におけるバルブシート２４のシート部３６と現在のバルブシート２４のシート部３６ａ（図２中、二点鎖線形状）との距離、すなわち、前記シート部３６の摩耗量ΔＧ（図２参照）を算出し、次に、前記摩耗量ΔＧを通じて流通する排気ガスの流量増加量ΔＱを算出し、さらに、図４に示される流量マップに基づき、流量増加量ΔＱを流通させるためのバルブ２２の補正角度Δθ´を算出する。なお、摩耗量ΔＧに対する流量増加量ΔＱは、実験等によって予め計測され、コントローラ１２のメモリに図示しない流量マップとして収納されている。
【００３４】
すなわち、補正角度Δθ´は、バルブシート２４の摩耗によって増加する排気ガスの流量増加分に対応するバルブ２２の回転角度である。
【００３５】
そして、算出された補正角度Δθ´に基づいて、図４に示される流量マップを第１特性曲線Ｌ１から第２特性曲線Ｌ２へと変更する。詳細には、バルブシート２４の摩耗によってバルブ２２の全閉方向（図２中、矢印Ｃ方向）への回転角度が大きくなっているため、前記補正角度Δθ´の分だけ全閉側（図４中、紙面左方向）へ特性曲線をシフトさせる。この場合、第２特性曲線Ｌ２は、第１特性曲線Ｌ１の線形を変化させることなく、そのまま補正角度Δθ´の分だけ平行に移動させ、指示開度θｃｍｄを補正する。
【００３６】
最後に、ステップＳ１１において、ステップＳ１４にて更新された流量マップを参照し、エンジン回転数ＮＥと吸気装置から燃焼室へと吸入される吸入空気の負圧ＰＢに対応した指示開度θｃｍｄが設定され、該指示開度θｃｍｄに基づいた制御信号（例えば、デューティ信号）が駆動源２６へと出力される。これにより、バルブ２２が全閉状態から所定角度だけ回動して排気ガスがガス流入口３０から連通室３２を通じてガス流出口へと所定流量で流通し、エンジンの吸気系へと再循環される。
【００３７】
以上のように、本実施の形態では、シャフト３８の軸線Ａ２とバルブ２２の軸線Ａ１とが偏心した排気ガス再循環バルブ１４において、前記バルブ２２の開閉動作によってバルブシート２４のシート部３６が摩耗した場合、バルブ２２の全閉時における角度（全閉設定角度）θｏｒｇと、今回のエンジンを始動させた際におけるバルブ２２の全閉時における角度（θｃｌ）との角度差Δθを算出し、該角度Δθが生じた際の排気ガスの流量増加分となる流量増加量ΔＱに対応した前記バルブ２２の補正角度Δθ´を算出する。これにより、流量マップにおいてバルブ２２の回動角度を前記補正角度Δθ´の分だけ全閉側へと変更することで、バルブシート２４の摩耗に応じた高精度な排気ガスの流量制御を行うことが可能となる。
【００３８】
換言すれば、バルブシート２４が摩耗した際のバルブ２２の回動角度の角度差Δθのみでなく、該角度差Δθに起因した流量増加量ΔＱに基づいて流量マップを変更しているため、排気ガスの流量制御をより一層高精度に行うことが可能となる。
【００３９】
また、排気ガスの流量特性を有した流量マップにおいて、バルブ２２の全開時を弁開度が零点となるように設定しているため（図４参照）、バルブシート２４の摩耗に起因した前記バルブ２２の開度増加分（Δθ）を前記流量マップに対して新たに追加するだけで、新たな流量マップを簡便に設定することができる。その結果、新たな別の流量マップを作成する場合と比較し、コントローラ１２の演算部１６における演算量を抑制することが可能となる。
【００４０】
また、角度差Δθの算出には、前回エンジンを始動させた際に検出されたバルブ２２の全閉設定角度θｏｒｇを使用したが、この代わりに、例えば、前記バルブ２２の初回（初期）の全閉設定角度を用いてもよい。この場合、例えば、製品出荷時から今回エンジンを始動させた時までの全摩耗量による流量増加分を考慮した流量マップを構築できるので精度よい排気ガスの流量制御を達成できる。
【００４１】
なお、本発明に係る排気ガス再循環装置の制御システムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４２】
１０…排気ガス再循環装置の制御システム
１２…コントローラ                  １４…排気ガス再循環バルブ
１６…演算部                        １８…メモリ
２０…ボディ本体                    ２２…バルブ
２４…バルブシート                  ２６…駆動源
２８…開度センサ                    ３６…シート部
３８…シャフト
【図１】
2013199868.tif 000003
【図２】
2013199868.tif 000004
【図３】
2013199868.tif 000005
【図４】
2013199868.tif 000006