(57)【要約】【課題】堆積物の除去の際に回転弁にかかる負荷を抑えつつ堆積物を除去することができる弁駆動システムを提供する。【解決手段】内燃機関の排気が通過する分岐通路９に設けられて分岐通路９を塞ぐ全閉位置Ｐｃから回転軸線の回りを両方向に回転できる弁体１５ａを備えた回転弁１５と、回転弁１５を駆動する弁駆動部１６と、弁駆動部１６を制御するＥＣＵ２９とが設けられている。ＥＣＵ２９は、弁体１５ａのうち回転軸線に関して一方の側に位置する部分が全閉位置Ｐｃを境界として分岐通路９の一方の側で回転するように弁駆動部１６を制御する第１モードと、その部分が分岐通路９の他方の側で回転するように弁駆動部１６を制御する第２モードと、を選択的に行う。また、ＥＣＵ２９は、第１モードと第２モードとを内燃機関の始動時に切替える。【選択図】図３
2009287538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が通過する通路に回転可能に設けられて前記通路を塞ぐ全閉位置から回転軸線の回りを両方向に回転できる回転弁と、
前記回転弁のうち前記回転軸線に関して一方の側に位置する部分が前記全閉位置を境界として前記通路の一方の側で回転するように前記回転弁を制御する第１モードと、前記部分が前記通路の他方の側で回転するように前記回転弁を制御する第２モードと、を選択的に行う弁駆動制御手段と、が設けられ、
前記弁駆動制御手段は、前記第１モードと前記第２モードとを所定の条件で切替えるモード切替手段を備えていることを特徴とする弁駆動システム。
【請求項２】
前記モード切替手段は、前記第１モードと前記第２モードとを交互に切替える請求項１に記載の弁駆動システム。
【請求項３】
前記モード切替手段は、前記内燃機関の運転中に単一のモードが選択され、かつ次の運転時に前回の運転中に選択されていたモードとは異なるモードが選択されるように前記第１モードと前記第２モードとを切替える請求項１又は２に記載の弁駆動システム。
【請求項４】
前記回転弁には、当該回転弁の回転方向に向かって突出する凸部が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁駆動システム。
【請求項５】
前記回転弁は、前記回転軸線と直交する方向に向かって傾斜した縁部を有している請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気が通過する通路に設けられた回転弁を備えた弁駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気が通過する通路に回転弁を設けると、その回転弁や通路の内面には、排気ガス中に含まれるカーボン成分等が付着して堆積物（デポジット）が徐々に形成される。その堆積物の蓄積を放置すると回転弁の固着といった動作不良が生じる。堆積物の対策として、ＥＧＲ弁のバタフライ型の回転弁を内燃機関の停止時に全閉位置を跨いで一回以上開閉作動させることにより、全閉位置付近に付着した堆積物を掻き落とすものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３３０６３号公報
【特許文献２】特開２００７−９２６８７号公報
【特許文献３】特開２００７−２３１８２６号公報
【特許文献４】特開２００６−３２２３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１の弁駆動システムでは、開閉動作による堆積物の除去を内燃機関の停止時に限って実行されるので、内燃機関の運転中に堆積物の蓄積量が増えてその堆積物が固くなることがある。このような場合、開閉動作による堆積物の除去の際に回転弁にかかる負荷が、許容範囲を超えて回転弁の駆動系に不具合が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、堆積物の除去の際に回転弁にかかる負荷を抑えつつ堆積物を除去することができる弁駆動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】
本発明の弁駆動システムは、内燃機関の排気が通過する通路に回転可能に設けられて前記通路を塞ぐ全閉位置から回転軸線の回りを両方向に回転できる回転弁と、前記回転弁のうち前記回転軸線に関して一方の側に位置する部分が前記全閉位置を境界として前記通路の一方の側で回転するように前記回転弁を制御する第１モードと、前記部分が前記通路の他方の側で回転するように前記回転弁を制御する第２モードと、を選択的に行う弁駆動制御手段と、が設けられ、前記弁駆動制御手段は、前記第１モードと前記第２モードとを所定の条件で切替えるモード切替手段を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この弁駆動システムによれば、弁駆動制御手段が第１モードを選択した時には、通路の内面に堆積物が付着している場合でも、第１モードで制御される回転弁の回転範囲にある堆積物が回転弁の回転によって除去される。弁駆動制御手段が第２モードを選択した時には、全閉位置を軸として第１モードで制御される回転弁の回転範囲と対称の位置にある堆積物が除去される。また、モード切替手段によって第１モードと第２モードとを切替えることができるので、第１モード及び第２モードで制御される回転弁の回転範囲にある堆積物を内燃機関の運転中に除去できる。よって、内燃機関の運転中に堆積物の蓄積量が増えてその堆積物が固くなるおそれを排除することができる。さらに、モード切替動作の際に回転弁が全閉位置を跨ぐので、全閉位置に付着した堆積物も同時に除去される。従って、堆積物の除去の際に回転弁にかかる負荷を抑えつつ堆積物を除去することができる。なお、排気が通過する通路とは、排気通路だけでなく排気と他のガスとが混ざり合った混合ガスが通過する通路も含む。
【０００８】
本発明の一形態において、前記モード切替手段は、前記第１モードと前記第２モードとを交互に切替えてもよい（請求項２）。第１モードと第２モードとを交互に切り替えない場合には、弁駆動制御手段によって選択された回数が少ないモードで制御される回転弁の回転範囲に堆積物が偏って付着することがある。この形態によれば、第１モードと第２モードとを交互に切り替えているので、堆積物が一部に偏って付着することを抑制することができる。
【０００９】
本発明の一形態において、前記モード切替手段は、前記内燃機関の運転中に単一のモードが選択され、かつ次の運転時に前回の運転中に選択されていたモードとは異なるモードが選択されるように前記第１モードと前記第２モードとを切替えてもよい（請求項３）。この形態によれば、内燃機関の運転中に単一のモードが選択されているので、回転弁の切替動作による内燃機関の運転への影響を抑えることができる。
【００１０】
本発明の一形態において、前記回転弁には、当該回転弁の回転方向に向かって突出する凸部が形成されてもよい（請求項４）。この形態によれば、回転弁に堆積物が付着した場合、その堆積物は凸部と接触する。この場合、凸部を形成しない場合よりも堆積物と回転弁との接触面積が小さくなるので、堆積物が自重で回転弁から剥がれ落ちやすくなる。
【００１１】
本形態の一形態において、前記回転弁は、前記回転軸線と直交する方向に向かって傾斜した縁部を有してもよい（請求項５）。この形態によれば、回転弁が全閉位置にある時でも、縁部は回転弁が全閉位置から回転した状態の傾斜を得ることができる。これにより、縁部に堆積物が付着した場合でも、堆積物が自重で回転弁から剥がれ落ちやすくなる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明の弁駆動システムによれば、回転弁の制御において第１モードと第２モードとを選択できるので、各モードの回転範囲内にある堆積物が回転弁の回転によって除去される。また、モード切替手段によって第１モードと第２モードとを切替えることができるので、内燃機関の運転中に堆積物の蓄積量が増えてその堆積物が固くなるおそれを排除することができる。さらに、切替動作の際に回転弁が全閉位置を跨ぐので、全閉位置に付着した堆積物も切替動作によって除去される。従って、堆積物の除去の際に回転弁にかかる負荷を抑えつつ堆積部を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一形態に係る弁駆動システムが適用された内燃機関の要部を示している。図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、複数（図１では４つ）の気筒２が設けられたエンジン本体３と、各気筒２に吸気を導く吸気通路４と、各気筒２からの排気が導かれる排気通路５とを備えている。エンジン本体３には、不図示のクランク軸の回転角度に対応した信号を出力するクランク角センサ６が設けられている。吸気通路４は、各気筒２に吸気を分配する吸気マニホールド７と、エンジン本体３に形成された吸気ポート８と、吸気ポート８のそれぞれと吸気マニホールド７とを結ぶ分岐通路９を備えている。吸気ポート８は、各気筒２に対して２つずつ接続している。つまり、１つの気筒２に対して、２つの分岐通路９が設けられている。排気通路５は、エンジン本体３に形成された排気ポート１０と、各気筒２から導かれた排気を集合させる排気マニホールド１１とを備えている。排気マニホールド１１よりも下流側にはＥＧＲ通路１２の一端部が接続され、そのＥＧＲ通路１２の他端部は吸気マニホールド７よりも上流側にて吸気通路４に接続されている。ＥＧＲ通路１２には、ＥＧＲクーラ１３及びＥＧＲ弁１４が設けられている。
【００１４】
各気筒２に対応する分岐通路９のうちの一方には、気筒２内にスワール流を形成するためのバタフライ型の回転弁１５がそれぞれ設けられている。各回転弁１５には、回転弁１５を駆動する弁駆動部１６が取付けられているが、図１では、弁駆動部１６を１つのみ示し、残りの弁駆動部１６の図示を省略した。
【００１５】
図２は、弁駆動部１６とその周囲を拡大した図である。図３は、図２のIII−III線に関する断面図である。図２及び図３に示すように、回転弁１５は、円板状に形成された弁体１５ａと、弁体１５ａの半径方向に設けられた回転軸１５ｂとを備えている。また、回転弁１５は、分岐通路９を塞ぐ全閉位置Ｐｃから回転軸線の回りを両方向に回転できるように設定されている。
【００１６】
図２に示すように、弁駆動部１６には、作動室１７を備えた作動部１８と、作動部１８と回転軸１５ｂとの間に設けられた伝達部１９とが設けられている。作動室１７には、第１作動室１７ａと第２作動室１７ｂとが形成されるように内部を仕切るダイヤフラム２０が設けられている。ダイヤフラム２０の縁部は、作動室１７に固定されている。ダイヤフラム２０は、図２のａ方向及びｂ方向に弾性変形できるように設定されている。第１作動室１７ａ内には、ダイヤフラム２０を第２作動室１７ｂに向かう方向に付勢するバネ２１が設けられている。作動部１８は、第１作動室１７ａに接続された連通路２２と、連通路２２の一端に接続され、かつ第１作動室１７ａ内の圧力を増減させる圧力部２３と、ダイヤフラム２０の第２作動室１７ｂ側に固定部２４にて接続されたダイヤフラム支持部２５とをさらに備えている。圧力部２３としては、例えばポンプなどが用いられる。
【００１７】
伝達部１９は、ダイヤフラム支持部２５の一端部に接続された変換部２６と、変換部２６と回転軸１５ｂとの間に設けられた伝達軸２７とを備えている。変換部２６は、ダイヤフラム２０の弾性変形を伝達軸２７の回転運動に変換する。変換部２６としては、例えばクランク機構を用いればよい。変換部２６には、回転弁１５の弁体１５ａの回転角度に対応した信号を出力する回転角センサ２８が設けられている。ここでいう弁体１５ａの回転角度は、回転弁１５が全開位置Ｐｏにあるときの弁体１５ａの位置を０°と定義し、全開位置Ｐｏから反時計回り方向にある弁体１５ａまでの角度θ°をいう（図３及び図４参照）。伝達軸２７は、回転軸１５ｂと同軸となるように設定されている。
【００１８】
次に、ダイヤフラム２０及び回転弁１５の動きについて説明する。ダイヤフラム２０は、第１作動室１７ａ内の圧力が大気圧のときには弾性変形しない。しかし、ダイヤフラム２０は、第１作動室１７ａ内の圧力が負圧の場合に図２のａ方向に、第１作動室１７ａ内の圧力が正圧の場合に図２のｂ方向にそれぞれ弾性変形する。また、回転弁１５は、ダイヤフラム２０が図２のａ方向に弾性変形した場合に時計回りに、ダイヤフラム２０が図２のｂ方向に弾性変形した場合に反時計回りにそれぞれ回転する。回転弁１５は、ダイヤフラム２０が弾性変形しない場合には停止する。これにより、回転弁１５は、弁体１５ａの回転角度が０°〜９０°までの第１回転範囲と、弁体１５ａの回転角度が９０°〜１８０°までの第２回転範囲とで回転することができる。なお、回転弁１５は、弁体１５ａの回転角度が９０°のときに全閉位置ある。
【００１９】
圧力部２３の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２９により制御される。ＥＣＵ２９はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備えたコンピュータとして構成される。ＥＣＵ２９は、クランク角センサ６、回転角センサ２８といった各種センサの出力信号を参照して、圧力部２３の動作を制御する。ＥＣＵ２９は、第１回転範囲で回転弁１５が回転するように圧力部２３を制御する第１モードと、第２回転範囲で回転弁１５が回転するように圧力部２３を制御する第２モードとを選択的に行う。
【００２０】
図５は、ＥＣＵ２９が実行するモード切替制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、エンジン１が停止したか否かを判断する。エンジン１の停止は、例えばクランク角センサ６の出力信号を参照して判断することができる。ステップＳ１にてエンジン１が運転中であると判断された場合、ＥＣＵ２９は今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ１にてエンジン１が停止したと判断された場合ステップＳ２に進む。
【００２１】
ステップＳ２では、回転弁１５の制御モードを学習する。回転弁１５の制御モードは回転角センサ２８の出力信号に基づいて判定される。制御モードの判定手法としては、例えば、回転角センサ２８によって得られた回転角度θ°が０°〜９０°までの範囲内の場合には第１モードと判定し（図３参照）、回転角度θ°が９０°を越えている場合には第２モードであると判定すればよい（図４参照）。
【００２２】
ステップＳ３では、エンジン１が始動したか否かを判断する。エンジン１の始動は、例えばクランク角センサ６の出力信号を参照して判断することができる。エンジン１が停止していると判断した場合はこの処理を繰り返し実行する。一方、エンジン１が始動したと判断した場合は、ステップＳ４に進む。
【００２３】
ステップＳ４では、回転弁１５の制御モードをステップＳ２で学習した制御モードとは異なる制御モードに切替えて、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２４】
なお、ＥＣＵ２９及び弁駆動部１６が弁駆動制御手段に相当する。また、ＥＣＵ２９は、モード切替制御ルーチンを実行することにより、クランク角センサ７、回転角センサ２８、弁駆動部１６と協働しつつモード切替手段として機能する。
【００２５】
以上の構成の内燃機関１において、分岐通路９を流れる流体には、ＥＧＲ通路１２を介して排気の一部が混入している。このような場合、回転弁１５及び分岐通路９の内面にはカーボンを主成分とする堆積物が付着することがある。ＥＣＵ２９が第１モードを選択していた時には、第１回転範囲にある堆積物が弁体１５ａの回転によって除去される。そして、エンジン１が停止した後に再び始動すると、ＥＣＵ２９は第１モードから第２モードに切替えるので、全閉位置Ｐｃを軸として第１回転範囲と対称の位置にある堆積物が弁体１５ａの回転によって除去される。これによって、第１回転範囲及び第２回転範囲にある堆積物を内燃機関１の運転中に除去できるので、内燃機関１の運転中に堆積物の蓄積量が増えてその堆積物が固くなるおそれを排除することができる。さらに、モード切替動作の際に弁体１５ａが全閉位置Ｐｃを通過するので、全閉位置Ｐｃに付着した堆積物も同時に除去される。従って、堆積物の除去の際に回転弁１５にかかる負荷を抑えつつ堆積物を除去することができる。
【００２６】
本形態では、ＥＣＵ２９が第１モードと第２モードとを交互に切替えているので、第１回転範囲と第２回転範囲のいずれか一方の側に堆積物が偏って付着することを抑制することができる。また、ＥＣＵ２９がエンジン１の運転中に単一のモードを選択しているので、移転弁１５の切替動作による内燃機関１の運転への影響を抑えることができる。
【００２７】
図６は、弁体１５ａの第１の変形例を示している。なお、図６では、弁体１５ａの一部を拡大して示している。この変形例において、弁体１５ａの周縁部付近には、その回転方向に複数の凸部３０…３０が形成されている。隣り合う凸部３０との間隔は、堆積物などが入り込まない程度に設定されている。このように構成された第１の変形例では、弁体１５ａに堆積物が付着した場合、その堆積物の一部が凸部３０と接触する。よって、凸部３０を形成しない場合よりも堆積物と弁体１５ａとの接触面積が小さくなるので、付着した堆積物が自重で弁体１５ａから剥がれ落ちやすくなる。なお、凸部３０は、弁体１５ａの周縁部付近に形成された例に限らず、弁体１５ａの全体に形成されていてもよい。
【００２８】
図７は、弁体１５ａの第２の変形例を示している。この変形例において、弁体１５ａの一方の側の周縁部付近には、回転軸１５ｂの半径方向外側に向かうほど幅が徐々に広くなる幅広部３１が設けられている。弁体１５ａの他方の側の周縁部付近には、回転軸１５ｂの半径方向外側に向かうほど幅が徐々に狭くなる幅狭部３２が設けられている。つまり、幅広部３１及び幅狭部３２は、回転軸１５ｂの半径方向に向かって傾斜している。なお、傾斜の勾配は、適宜に設定することができる。このように構成された第２の変形例では、弁体１５ａに幅広部３１及び幅狭部３２を設けることにより、回転弁１５が全閉位置Ｐｃにある場合でも、回転弁１５が回転した状態の傾斜を得ることができる。これにより、幅広部３１及び幅狭部３２に堆積物が付着した場合、堆積物が自重で弁体１５ａから剥がれ落ちやすくなる。なお、第２の変形例は、上述した例に限定されない。例えば、弁体１５ａの両方の側に幅広部３１あるいは幅狭部３２を設けてもよい。また、幅広部３１及び幅狭部３２を設ける位置は、弁体１５ａの周縁部付近に限らない。弁体１５ａの全体に設けてもよい。
【００２９】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。回転弁１５が設けられる位置は、分岐通路９に限らず、排気が通過する通路であれば適宜に選択できる。例えば、回転弁１５はＥＧＲ通路１２や排気通路５に設けてもよい。第１モードと第２モードとの切替は、内燃機関１の運転に及ぼす影響が十分に小さい場合には、内燃機関１の減速時にモード切替を実行してもよい。弁駆動部１６は、モータを用いて回転弁１５を駆動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一形態に係る弁駆動システムが適用された内燃機関を示す図。
【図２】弁駆動部とその周囲を拡大した図。
【図３】図２のIII−III線に関する断面図。
【図４】回転弁のモード切替を説明するための図。
【図５】モード切替制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】第１の変形例を示す図。
【図７】第２の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１  内燃機関
４  吸気通路
５  排気通路
６  クランク角センサ
９  分岐通路
１２  ＥＧＲ通路
１５  回転弁
１５ａ  弁体
１５ｂ  回転軸
１６  弁駆動部（弁駆動制御手段、モード切替手段）
２８  回転角センサ
２９  エンジンコントロールユニット（弁駆動制御手段、モード切替手段）
【図１】
2009287538.tif 000003
【図２】
2009287538.tif 000004
【図３】
2009287538.tif 000005
【図４】
2009287538.tif 000006
【図５】
2009287538.tif 000007
【図６】
2009287538.tif 000008
【図７】
2009287538.tif 000009