JP3648787B2

JP3648787B2 - 内燃機関の排気還流制御装置

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Publication number: JP3648787B2
Application number: JP11032995A
Authority: JP
Inventors: 義宏志賀
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1995-05-09
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JPH08303307A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気通路の排気ガスの一部を吸気通路に還流させる内燃機関の排気還流制御装置に関し、特に、モータによって弁体を開閉させる排気還流制御弁を備えた内燃機関の排気還流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車の内燃機関には、排気ガスの一部を吸気通路に戻して混合気に加えることにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制等するための排気還流制御装置が設けられている（以下、「排気還流」をＥＧＲと略記する）。
【０００３】
この種のＥＧＲ制御装置は、排気通路と吸気通路との間を連通して設けられたＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲ制御弁とを備え、ＥＧＲ制御弁の弁開度を調整することによりＥＧＲ率を制御するようになっている。このＥＧＲ制御弁としては、例えば特開平２−７８７６５号公報等に示す如く、吸入負圧を利用してダイヤフラムを変位させることにより弁体を開閉させる機械式ないし負圧式のものと、例えば特開平２−２３８１６２号公報等に記載の如く、ステッピングモータによって電気的に弁体を駆動する電気制御式のものとが知られているが、近年は、機関回転数及び機関負荷に応じた適切なＥＧＲ率を簡易なオープンループで実現等すべく、ステッピングモータを利用するものが比較的広く使用されている。
【０００４】
そして、従来技術によるＥＧＲ制御装置では、機関回転数と機関負荷とに基づいて適切なＥＧＲ率を求め、このＥＧＲ率を達成する弁開度を演算してＥＧＲ制御弁の弁開度を制御するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲ制御弁を開弁させて排気ガスの一部を吸気に還流させる際には、排気ガスが弁体の周囲を通って吸気通路に流入するため、排気ガス中のオイル分やカーボン等が徐々に弁体の外面（より詳しくは弁軸の表面）に付着し、やがて焼き固まって固着することがある（いわゆるデポジットの発生）。そして、ＥＧＲ制御弁では、弁体と該弁体の外側に設けられたシール部との間のクリアランスが小さいため、弁体に付着し固化した異物がシール部との間の微小なクリアランス内に入り込むと、これにより噛み込み現象（シャフトスティック）が生じて、弁体の円滑な開閉動作を阻害するおそれがある。
【０００６】
ここで、オイル分やカーボン等が弁体の表面に付着しても、それが高温によって焼き固まる前であれば付着力が小さいため、弁体が全開、全閉動作を繰り返す過程で、大半の異物は弁体がシール部を通過する際に削ぎ落とされる。従って、もともと駆動力が大きく、全開、全閉を繰り返す頻度が高い負圧式のＥＧＲ制御弁では、弁体に付着したカーボン等を除去し易いため、上述した噛み込み現象が生じる可能性は低い。
【０００７】
しかし、ステッピングモータを使用した電気制御式のＥＧＲ制御弁では、機関回転数及び機関負荷に基づいて弁開度をより細かく制御するため、運転者によっては、弁体が中間の開度までしか開かない場合があり、この場合は、弁体に付着したカーボン等の異物を部分的にしか除去することができない。従って、電気制御式のＥＧＲ制御弁を用いたＥＧＲ制御装置では、機関の運転条件に応じた適切なＥＧＲ率を実現できる反面、弁体に付着したカーボン等の異物を十分に除去できないおそれがあり、噛み込み現象を生じる可能性がある。
【０００８】
一方、排気ガス中のオイル分やカーボン等は弁体のシート部や弁座の表面にも付着するが、このシート部に付着したカーボン等により弁体と弁座とが接着されて、いわゆる「はり付き現象」を生じ、弁体の円滑な開閉動作が阻害される可能性がある。つまり、機関停止後には、ＥＧＲ制御弁を閉弁させてシート部を弁座に密着させるため、機関運転中に付着したカーボン等によって、シート部が弁座に接着されてしまい、開弁に要するトルクが増大したり、開弁動作が円滑に行われない可能性がある。
【０００９】
また、機関停止後には、温度が低下して弁座が収縮するため、シート部の角度（テーパ角）によっては、この収縮する弁座によって弁体が噛み込まれてしまうことがある。このため、一般的には、シート部の角度を大きく、つまり鈍角にして弁体を形成しているが、弁体噛み込み防止対策としてシート部の角度を大きくすると、弁開度が僅かに変化しても、ＥＧＲ量が大きく変動するため、適切な流量特性を得ることができず、使い勝手が低いという欠点もある。換言すれば、収縮による弁体噛み込み防止の見地から、設定可能な流量特性が定まってしまうため、流量特性の自由度が低い。
【００１０】
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、カーボン等の異物が弁体に付着した場合でも排気還流制御弁の開閉動作を円滑化できるようにした内燃機関の排気還流制御装置の提供にある。また、本発明の他の目的は、弁体に付着した異物を定期的、自動的に除去することにより、排気還流制御弁の開閉動作を安定化することにある。本発明の更なる目的は、弁体と弁座との接着状態を回避すると共に、流量特性の自由度を向上できるようにした内燃機関の排気還流制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明に係る内燃機関の排気還流制御装置が採用する構成は、機関の排気通路と吸気通路とを連通して設けられた排気還流通路と、この排気還流通路の途中に設けられ、ステッピングモータによって環状部材に挿通された弁体を開閉させる排気還流制御弁と、この排気還流制御弁に制御信号を出力することにより前記弁体の開度を制御する排気還流制御手段とを備えた内燃機関の排気還流制御装置であって、機関を停止したときには、前記ステッピングモータのトルクを通常時のトルクよりも増大させた状態で、弁体に付着した異物を前記環状部材によって除去可能な方向に移動させる停止処理手段を設け、前記停止処理手段は、前記弁体を全開位置から全閉位置まで移動させている停止処理中に機関が再始動したときには、通常時におけるステッピングモータの駆動速度をもって全閉させることを特徴としている。
【００１２】
また、具体的には、前記停止処理手段は、機関を停止したときに、前記ステッピングモータの駆動速度を通常時の駆動速度よりも遅くした状態で、前記弁体を全開位置から全閉位置まで移動させるのが好ましい。
【００１３】
さらに、前記停止処理手段は、機関を停止したときに、前記ステッピングモータの駆動速度を通常時の駆動速度よりも遅くした状態で、前記弁体を全開位置から全閉位置まで移動させた後、所定の小開度をもって停止させるのがより好ましい。
【００１５】
さらに、前記排気還流制御弁は、ハウジングと、このハウジング内に軸方向に移動可能に設けられた弁体と、前記ハウジングの一側に設けられ、前記弁体を軸方向に移動させることにより弁座に離着座させるステッピングモータと、前記弁体の外周側に近接して外嵌された略円錐筒状のダストカバーとを有してなることが好ましい。
【００１６】
【作用】
機関運転中には排気ガスが弁体の周囲を通って吸気通路内に流入するため、排気ガス中のオイル分やカーボン等の異物が弁体外面に付着することがある。しかし、停止処理手段は、機関停止後に、ステッピングモータのトルクを増大させて、環状部材で異物を除去できる方向に弁体を移動させるため、この弁体に付着した異物を機関停止の度毎に除去することができ、これにより、弁体とシール部との間の噛み込み現象を未然に防止することができる。つまり、弁体がシール部内に収容される方向に移動すると、この弁体に付着した異物は、シール部の先端面に接触して擦り落とされる。即ち、「環状部材で異物を除去可能な方向」とは、弁座を外側から開く外開き式の場合にあっては閉弁方向となり、弁座を内側から開く内開き式の場合にあっては開弁方向となる。換言すれば、「環状部材内に弁体を収容する方向」として定義することもできる。また、弁体を全開位置から全閉位置まで移動させている間に機関が再始動したときには、通常時におけるステッピングモータの駆動速度をもって弁体を全閉させるので、弁体の清掃を行いつつも、この清掃作業が機関の再始動に影響を与えることがなく、使い勝手が向上する。
【００１７】
また、ステッピングモータの駆動速度を通常時よりも遅くした状態で、弁体を全開位置から全閉位置まで移動させる請求項２の構成によれば、駆動速度を遅くすることによってトルクを増大させることができ、このトルクが増大した状態で弁体表面の清掃を行うことができる。
【００１８】
さらに、ステッピングモータの駆動速度を通常時よりも遅くした状態で、弁体を全開位置から全閉位置まで移動させた後、所定の小開度をもって停止させる請求項３の構成によれば、弁体の表面（弁軸の表面）に付着した異物を除去できると共に、弁体先端のシート部に付着した異物によって、弁体と弁座とが接着状態になるのを未然に防止することができる。
【００２０】
さらに、ハウジングと、このハウジング内に軸方向に移動可能に設けられた弁体と、ハウジングに一側に設けられ、弁体を軸方向に移動させることにより弁座に離着座させるステッピングモータと、弁体の外周側に近接して外嵌された略円錐筒状のダストカバーとを有する排気還流制御弁を用いる請求項４の構成によれば、具体的に、略円錐筒状のダストカバーによって弁体表面に付着した異物を掻き落とすことができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１〜図１３に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
まず、図１〜図７は本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気還流制御装置に係り、図１は、ＥＧＲ制御装置の全体構成を示す構成説明図であって、内燃機関のシリンダ１はシリンダヘッド２によって気液密に施蓋され、このシリンダヘッド２とピストン３とによって形成された燃焼室４には、吸気通路５及び排気通路６が接続されている。この吸気通路５には、その上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ８、燃料噴射弁９が設けられている。一方、排気通路６の下流側には図示せぬ触媒コンバータ及び空燃比センサ等が設けられている。
【００２３】
吸気通路５と排気通路６とは排気還流通路としてのＥＧＲ通路１０によって接続されている。このＥＧＲ通路１０は、例えば耐熱性チューブから構成され、その流入側接続口１０Ａが排気ポートと触媒コンバータとの間で排気通路６の途中に接続される一方、流出側接続口１０ＢはＥＧＲ制御弁１１を介して吸気通路５の途中に接続されている。つまり、より正確には、ＥＧＲ通路１０は、排気通路６側に位置する排気側通路１０Ｃ（流入側接続口１０ＡからＥＧＲ制御弁１１までの間の部分）と、吸気通路５側に位置する吸気側通路１０Ｄ（ＥＧＲ制御弁１１から流出側接続口１０Ｂまでの間の部分）とから構成されている。
【００２４】
機関を電気的に集中制御する「排気還流制御手段」としてのコントロールユニット１２は、ＣＰＵ等の演算回路、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶回路、入出力回路を含んだマイクロコンピュータシステムとして構成されている。このコントロールユニット１２の入力側には、エアフローメータ７と、スロットルバルブ８のスロットル開度を検出するためのスロットルセンサ１３と、機関回転数を検出するためのクランク角センサ１４と、機関の冷却水温を検出するための水温センサ１５と、イグニッションスイッチ１６等とが接続され、コントロールユニット１２の出力側には、燃料噴射弁８と、ＥＧＲ制御弁１１と、混合気に点火するための点火栓１７等とが接続されている（燃料噴射弁８及び点火栓１７との間の配線は図示省略）。また、このコントロールユニット１２は、記憶回路内に形成されたＥＧＲ制御マップ（図示せず）を参照することにより機関回転数及び機関負荷に基づいてＥＧＲ率（ＥＧＲ制御弁１１の弁開度）を制御する通常制御部１２Ａと、後述する機関停止後の清掃動作を制御するための「停止処理手段」としての停止処理部１２Ｂとを、その内部機能として備えている。
【００２５】
次に、図２及び図３を参照しつつ、ＥＧＲ制御弁１１の好ましい具体例を説明する。即ち、図２は閉弁状態におけるＥＧＲ制御弁１１の拡大図、図３は開弁状態における拡大図をそれぞれ示し、ＥＧＲ制御弁１１は、それぞれ後述するハウジング２１，弁体２６，ステッピングモータ３１等から電気制御式の流量制御弁として構成されている。なお、図中上側を「一側」と、図中下側を「他側」として説明する。
【００２６】
ハウジング２１は、ステッピングモータ３１を収容した一側ハウジング２１Ａと、弁体２６を収容した他側ハウジング２１Ｂと、これら各ハウジング２１Ａ，２１Ｂを軸方向（上下方向）に連結する中間ハウジング２１Ｃとから３分割で構成され、各ハウジング２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃはボルト２２によって組み付けられている。また、他側ハウジング２１Ｂには、ＥＧＲ通路１０の排気側通路１０Ｃに接続される流入口２３と、ＥＧＲ通路１０の吸気側通路１０Ｄに接続される流出口２４とが、上下に離間して直交するように径方向からそれぞれ形成され、これら流入口２３と流出口２４とは、他側ハウジング２１Ｂの軸方向に形成された弁体収容孔２５を介して接続されている。
【００２７】
他側ハウジング２１Ｂの弁体収容孔２５内には、弁体２６が軸方向に移動可能に設けられている。この弁体２６は、弁体収容孔２５内に同軸に挿通された小径棒状の弁軸２６Ａと、この弁軸２６Ａの他端側に一体的に形成された弁部２６Ｂと、この弁部２６Ｂの外面に所定のテーパ角をもって一体的に形成されたシート部２６Ｃとから外開き式のポペット弁として構成されている。
【００２８】
また、弁体２６の弁軸２６Ａは、弁体収容孔２５の一側に嵌装されたガスシール２７及び後述のダストカバー４３内に図示せぬ微小クリアランスを介して挿通され、シート部２６Ｃは、弁体収容孔２５の他側に嵌着された弁座部材２８に軸方向他側から当接するようになっている。さらに、弁軸２６Ａの一端側には、薄肉な円盤状のばね受け部材２９が固着され、このばね受け部材２９とガスシール２７の一端側との間には、弁体２６を常時閉弁方向（一側方向）に所定のばね力で付勢する弁ばね３０が配設されている。
【００２９】
一側ハウジング２１Ａ内にはステッピングモータ３１が収容されており、このステッピングモータ３１は、弁体２６と同軸に配設されたロータ３２と、このロータ３２の外周側に上下に離間して設けられた２個のステータ３３とからＰＭ型ステッピングモータとして構成されている。
【００３０】
ロータ３２は、その他端側がベアリング３４によって回転可能に支持された略筒状のホルダ３２Ａと、このホルダ３２Ａの外周側に設けられた筒状の永久磁石３２Ｂとからなり、この永久磁石３２Ｂには、複数の磁極（Ｎ極，Ｓ極）が周方向に互い違いで着磁されている。そして、ホルダ３２Ａの内周側にはロータシャフト３５が軸方向に移動可能に設けられ、このロータシャフト３５の他端側はブッシュ３６に挿通されて弁軸２６Ａの一端側に当接している。即ち、ロータシャフト３５は、スパイラル溝を介してロータ３２の回転運動を軸方向運動に変換するもので、スプリングピン３７によって自転が規制されている。また、ロータシャフト３５の略中間部には、小径のばね受け部材３８が設けられ、このばね受け部材３８とブッシュ３６の一端側との間には、ロータシャフト３５のねじ部のバックラッシュによるがたつきを防止するためのばね３９が配設されている。
【００３１】
一方、上下に離間してロータ３２の外周側に設けられた各ステータ３３は、ボビン３３Ａと、このボビン３３Ａに巻回された巻線３３Ｂと、ボビン３３Ａの外側を囲むように半断面略Ｕ字状に形成された第１のステータプレート３３Ｃと、この第１のステータプレート３３Ｃの開口部側を略施蓋するように環状に形成された第２のステータプレート３３Ｄとから構成されている。また、各巻線３３Ｂは、それぞれ例えば３個の独立巻線からなり、各ステータ３３は位相差９０°で組み合わされている。さらに、これら各ステータ３３の間には環状のセンタプレート４０が設けられ、このセンタプレート４０は、各ステータ３３を位置決めすると共に互いの磁気干渉を防止している。そして、各ステータ３３の巻線３３Ｂはターミナル４１にそれぞれ接続され、これら各ターミナル４１は、一側ハウジング２１Ａに一体的に形成されたコネクタ部４２内に延びている。
【００３２】
そして、このステッピングモータ３１は、コントロールユニット１２からターミナル４１を介してパルス信号が印加されると、所定の通常時速度Ｓ_N及び所定の通常時トルクＴ_Nをもって、このパルス数に応じた分だけ正逆回転し、この回転力がロータシャフト３５によって直線運動に変換されることにより、弁体２６が開閉する。より正確には、通常、閉弁時と開弁時とでは、通常時の速度及びトルクは異なり、閉弁時の速度の方が速くなっているが、本実施例では、特に区別せず、開弁時も閉弁時も同一の通常時速度Ｓ_N及びトルクＴ_Nで駆動する場合を例に挙げて説明する。また、図４の特性図に示す如く、このステッピングモータ３１は、速度の上昇に応じてトルクが低下する特性を有し、無励磁時には所定のディテントトルクＴ_Dを発生させるものである。なお、図４中のＴ_Hはホールディングトルクである。
【００３３】
なお、清掃時の速度Ｓ_C及びトルクＴ_Cは、弁体２６の弁軸２６Ａ表面に付着したオイル分やカーボン等の異物をダストカバー４３で掻き落とすのに必要なトルクであって、最小限の時間で清掃処理を終了できるように設定されている。つまり、例えば、カーボン等の付着直後は固化していないため、０．１ｋｇ程度の弱いトルクで除去できるが、時間が経過して異物が焼き固まると、０．５ｋｇ程度のトルクを要する。従って、清掃時のトルクＴ_Cは、０．５ｋｇ程度以上に設定する必要がある反面、トルクＴ_Cを高めるために速度Ｓ_Cを低下させると、清掃作業の時間が長くなり、機関の再始動に影響を与える可能性等も考えられる。
【００３４】
このため、清掃時の速度Ｓ_C及びトルクＴ_Cは、異物除去に必要な最小限のトルクを目標に設定される（例えば、速度Ｓ_C＝５０〜６０ｐｐｓ）。但し、異物除去に要するトルクは、ロータシャフト３５の直径寸法等により異なり、また、速度とトルクの具体的関係は、ステッピングモータ３１の大きさや駆動方式等によって相違するため、上記各数値は、単なる例示であって、本発明はこれに限定されない。また、トルク−速度特性はある程度の温度依存性を有するので、これを考慮して清掃時の速度Ｓ_C及びトルクＴ_Cを設定するのがより好ましい。
【００３５】
ガスシール２７の他端側には、弁軸２６Ａの外周側に位置して略円錐筒状のダストカバー４３が設けられている。このダストカバー４３は、弁軸２６Ａに付着した異物を除去してガスシール２７内への異物侵入を防止するためのもので、例えばステンレス鋼等の少なくとも耐熱性を備えた材料から弁軸２６Ａの外径寸法よりも僅かに大きい内径寸法を有する略円錐筒状に形成され、その小径の他端面４３Ａが弁体２６の弁部２６Ｂ側に対面するようにしてガスシール２７の他端側に固着されている。換言すれば、このダストカバー４３は、その小径の他端面４３Ａが弁部２６Ｂに対向するように、逆円錐筒状に形成されている。また、このダストカバー４３は、排気導入系（排気側通路１０Ｃ、流入口２３、弁体収容孔２５、流出口２４、吸気側通路１０Ｄからなる）の流路抵抗の増大を防止等すべく、他端面４３Ａが流出口２４の一側近傍にかかる程度に、その高さ寸法が設定されている。ここで、本実施例では、ダストカバー４３が「環状部材」を構成するが、ダストカバー４３を省略する場合には、ガスシール２７が「環状部材」となる。
【００３６】
なお、プラグ４４は、弁体収容孔２５を穿設する際に生じた開口部を気液密に施蓋するもので、図示せぬノックピン等によって他側ハウジング２１Ｂに固定されている。ホルダ３２Ａの一端側と一側ハウジング２１Ａの内面側との間に設けられたアッパプレート４５は、ホルダ３２Ａをガイドするガイド板としての役割を果たしている。また、ベアリング３４の他端側と中間ハウジング２１Ｃとの間には波形ワッシャ４６が設けられ、この波形ワッシャ４６は、ベアリング３４のアウタレースを軸方向で支持している。さらに、中間ハウジング２１Ｃの外面側から径方向外側に突出して形成されたニップル４７は、冷却水通路を形成するためのものである。
【００３７】
次に、図５のフローチャートに基づいて、本実施例による停止処理動作について説明する。
【００３８】
まず、最初に、ステップ（図中「Ｓ」と略記する）１では、イグニッションスイッチ（図中「ＩＧスイッチ」と略す）１６の状態を読込み、次のステップ２では、イグニッションスイッチ１６がオフされたか否かを監視する。このステップ２で「ＹＥＳ」と判定したときは、機関が停止した場合のため、ステップ３に移ってステッピングモータ３１の駆動トルクを設定する。即ち、このステップ３では、図４中に示す如く、ステッピングモータ３１の速度を通常時の速度Ｓ_Nから清掃時の速度Ｓ_Cに上昇させることにより、トルクを通常時のトルクＴ_Nから清掃時のトルクＴ_Cに増大させる。
【００３９】
そして、ステップ４では、トルクを増大させた状態で、弁体２６を全開位置まで移動させ、続くステップ５では、同様にトルクを増大させた状態で、弁体２６を全開位置から全閉位置まで移動させる。この弁体２６の往復動作に伴って、弁体２６の表面に付着したオイル分やカーボン等の異物が、ダストカバー４３により擦り落とされて、除去、清掃される。但し、異物の除去範囲は弁体２６のリフト範囲に限られるが、リフト範囲外の弁軸２６Ａがガスシール２７内に入ることはないため、特に不都合はない。なお、後述の通り、図５に示す停止処理中に機関が再始動した場合には、速やかに停止処理は中断され、通常処理部１２Ａによる通常処理が行われる。
【００４０】
次に、本実施例の作用について図６の動作説明図を参照しつつ説明する。
【００４１】
まず、ある時刻ｔ₁で機関が始動すると、コントロールユニット１２の通常制御部１２Ａは、機関の回転数Ｎ及び負荷Ｔ_P（詳しくは、基本噴射量Ｔ_P＝吸入空気量Ｑ／回転数Ｎ）に基づいてＥＧＲ制御マップから弁開度（ＥＧＲ率）を読み出し、ある時刻ｔ₂で機関の運転が停止されるまでの間、通常時の速度Ｓ_N及び通常時のトルクＴ_Nをもって、ＥＧＲ制御弁１１の弁開度を機関の運転条件に応じてオープンループ制御する。なお、機関の運転条件がＥＧＲ制御領域から外れている場合は、ＥＧＲは行われない。
【００４２】
そして、ある時刻ｔ₂でイグニッションスイッチ１６がオフされて機関の運転が停止すると、コントロールユニット１２は、通常時の速度Ｓ_Cで一旦ＥＧＲ制御弁１１を閉弁させ、その後、停止処理部１２Ｂにより、図５と共に上述した停止処理をオープンループで行う。即ち、停止処理部１２Ｂは、時刻ｔ₃でＥＧＲ制御弁１１が全閉した後、ステッピングモータ３１の速度を通常時の速度Ｓ_Nよりも遅い清掃時の速度Ｓ_Cに設定することにより、ステッピングモータ３１のトルクを清掃時のトルクＴ_Cに高め、この状態で、図７の要部拡大図に示す如く、ＥＧＲ制御弁１１の弁体２６を全開位置まで移動させる。
【００４３】
次に、時刻ｔ₄で弁体２６が全開位置に達すると、停止処理部１２Ｂは、ステッピングモータ３１を逆転させ、トルクＴ_Cを増大させた状態で、弁体２６を全閉位置まで移動させる。これにより、図７に示す如く、弁体２６の弁軸２６Ａに付着したカーボン等の異物ＤＰがダストカバー４３の他端面４３Ａに接触して掻き落とされつつ、弁体２６は時刻ｔ₅で閉弁する。
【００４４】
一方、停止処理中に、ある時刻ｔ₆で機関が再始動した場合には、図６中に二点鎖線で示す如く、ステッピングモータ３１の速度が通常時の速度Ｓ_Nに戻されて、弁体２６は速やかに閉弁方向に変位し、時刻ｔ₇で閉弁する。そして、その後は、図示しないが、通常制御部１２Ａによる通常制御が行われる。
【００４５】
このように構成される本実施例によれば、以下の効果を奏する。
【００４６】
第１に、機関が停止したときには、モータ３１のトルクを通常時のトルクＴ_Nよりも増大させた状態で、環状部材たるダストカバー４３に挿通された弁体２６を、ダストカバー４３で異物を除去可能な方向（閉弁方向）に移動させる停止処理部１２Ｂを設ける構成のため、図７に示す如く、機関が停止される毎に、弁体２６の弁軸２６Ａの表面に付着したカーボン等の異物を除去し、清掃することができる。この結果、弁軸２６Ａに付着した異物がガスシール２７内に侵入して噛み込み現象が生じるのを未然に防止することができ、弁体２６の円滑な開閉動作を維持することができる。
【００４７】
第２に、停止処理部１２Ｂは、機関が停止したときに、ステッピングモータ３１の駆動速度を通常時の駆動速度Ｓ_Nよりも遅くした状態で、弁体２６を全開位置から全閉位置まで移動させる構成のため、機関停止時には、容易に、トルクを通常時のトルクＴ_Nよりも増大させて弁体２６を往復動作させることができ、これにより異物を除去することができる。
【００４８】
第３に、停止処理部１２Ｂは、弁体２６を全開位置から全閉位置まで移動させている停止処理中に機関が再始動したときには、通常時の速度Ｓ_Nをもって弁体２６を閉弁させる構成のため、停止処理による清掃作業が機関の再始動に影響を与えることがなく、使い勝手が向上する。
【００４９】
第４に、ＥＧＲ制御弁１１を、ハウジング２１と、このハウジング２１内に軸方向に移動可能に設けられた弁体２６と、ハウジング２１の一側に設けられ、弁体２６を軸方向に移動させることにより弁座部材２８に離着座させるステッピングモータ３１と、弁体２６の外周側に近接して外嵌された略円錐筒状のダストカバー４３とを有して構成したため、機関停止後に高いトルクＴ_Cをもって弁体２６を往復動作させることにより、弁軸２６Ａに付着した異物をダストカバー４３によって効果的に擦り落とすことができる。
【００５０】
第５に、本実施例では、ダストカバー４３を略円錐筒状に形成すると共に、小径の他端面４３Ａを弁体２６の弁部２６Ｂに対面させる構成のため、異物が他端面４３Ａに接触したときに生じる応力を大径の一端面側に分散させて、確実に異物を掻き落とすことができ、ダストカバー４３の耐久性等を向上できる。
【００５１】
次に、図８〜図１２に基づいて本発明の第２の実施例を説明する。なお、本実施例では、上述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。本実施例の特徴は、弁体の清掃作業終了後に、弁体を完全に閉弁させず、所定の小開度で保持する点にある。
【００５２】
即ち、図８は、本実施例によるＥＧＲ制御装置の全体構成を示す説明図であって、本実施例のコントロールユニット５１も第１の実施例で述べたコントロールユニット１２と同様に、マイクロコンピュータシステムとして構成され、その内部機能として、図示せぬＥＧＲ制御マップに基づく通常制御部５１Ａと、「停止処理手段」としての停止処理部５１Ｂとを備えている。しかし、本実施例の停止処理部５１Ｂは、後述の通り、機関停止後の清掃作業を完了した後に、ＥＧＲ制御弁１１の弁開度を所定の小開度に保持する点で、前記実施例と相違する。
【００５３】
次に、図９のフローチャートを参照して本実施例の停止処理を説明すると、ステップ１１〜１５は、図５と共に説明したステップ１〜５と同様の処理を行うもので、ステップ１１でイグニッションスイッチ１６を読み込んだ後、ステップ１２ではイグニッションスイッチ１６がオフされているか否かを判定し、次のステップ１３では、ステッピングモータ３１の速度を通常時の速度Ｓ_Nから清掃時の速度Ｓ_Cに上昇させる。
【００５４】
これにより、ステッピングモータ３１のトルクは、通常時のトルクＴ_Nから清掃時のトルクＴ_Cに増大し、この状態で、ステップ１４では弁体２６を全開位置まで移動させ、次のステップ１５では弁体２６を全閉位置まで移動させる。この結果、第１の実施例で述べたと同様に、図１１に示す如く、弁軸２６Ａに付着した異物ＤＰは、ダストカバー４３の他端面４３Ａに接触して掻き落とされ、弁軸２６Ａの清掃作業が自動的に行われる。
【００５５】
そして、ステップ１６では、全閉位置にある弁体２６を僅かに開弁させて停止させ、所定の小開度を保持した後、ステッピングモータ３１への通電を停止してプログラムを終了する。なお、その後に機関が再始動した場合は、一度、弁体２６を全閉位置に移動させてから通常時のＥＧＲ制御を行うのが位置情報の初期化等の関係上好ましい。しかし、仮に、弁体２６を小開度θで僅かに開弁させたままで通常のＥＧＲ制御を開始しても、弁開度θは微小なため、機関の再始動に与える影響は殆どない。
【００５６】
また、本実施例では、清掃時の速度Ｓ_C及びＴ_Cをもって、弁体２６を僅かに開弁させる場合を例示したが、これに限らず、通常時の速度Ｓ_N及びＴ_Nで僅かに開弁させてもよい。但し、清掃時の速度Ｓ_C等で開弁させる場合は、ステッピングモータ３１の速度を切換える必要がない分だけ、制御構造を簡素化できる。
【００５７】
次に、本実施例の作用について図１０の動作説明図を参照しつつ説明すると、まず、時刻ｔ₁で機関が始動してから時刻ｔ₂で機関が停止するまでは通常制御部５１Ａによる通常のＥＧＲ制御が行われ、ＥＧＲ制御弁１１が時刻ｔ₃で閉弁した後に、清掃時の速度Ｓ_C及びトルクＴ_Cをもって全開位置から全閉位置まで往復動作させる点は、第１の実施例と同様である。
【００５８】
しかし、本実施例では、時刻ｔ₅で弁体２６が全閉位置に達した後、ステッピングモータ３１を僅かに逆転させて弁体２６を開弁方向に移動させ、所定の小開度θを保持した状態で処理を終了する。より詳しくは、時刻ｔ₅で弁体２６が全閉位置に達した後、停止処理部５１Ｂは、ステッピングモータ３１を例えば３ステップ程度（ここにいう「ステップ」とはパルス数のことである）だけ逆転させて、弁体２６を全閉位置から引き離し、図１１に示す如く、所定の小開度θで僅かに開弁した状態を生成する。ここで、この所定の小開度θは、弁体２６のシート部２６Ｃがオイル分やカーボン等の粘着成分によって弁座部材２８に接着されてしまうのを予防するのに必要最低限な開度として設定するのが好ましいため、前記３ステップに限定されず、例えば１〜１０ステップ等の適宜な値を採用することができる。
【００５９】
そして、所定の小開度θで弁体２６を僅かに開弁させた後、停止処理部５１Ｂは、ステッピングモータ３１への通電を停止して処理を終了するが、この通電停止後に、弁ばね３０のばね力によって弁体２６が全閉位置に復帰したのでは、弁体２６が弁座部材２８にはり付くのを防止できない。そこで、本実施例では、ステッピングモータ３１が無励磁状態で発生させるディテントトルクＴ_Dを利用して、通電停止後に弁体２６の開度を小開度θに保持している。
【００６０】
即ち、図１２の特性図に示す如く、弁ばね３０のばね力と弁ばね３０によって生じる閉弁方向のトルクＴ_Sとは比例関係にあり、このトルクＴ_Sに対して、ステッピングモータ３１のディテントトルクＴ_D（永久磁石３２Ｂによって生じる保持力）と、ベアリング３４の起動トルクＴ_B（より詳しくは、ベアリング３４の摩擦力による保持力と、その他の各可動部分で生じる摩擦力との合計値）とが対抗している。
【００６１】
従って、下記数１に示す如く、ディテントトルクＴ_Dと起動トルクＴ_Bとの合計値Ｔ_tが、例えば1000ｇ程度に設定された弁ばね３０のばね力によって生じる閉弁方向のトルクＴ_Sを上回れば、ステッピングモータ３１への通電を停止しても弁体２６の開度は小開度θに保持され、この開弁方向のトルクの合計値Ｔ_tと閉弁方向のトルクＴ_Sとの差分が弁体２６の保持力となる。
【００６２】
【数１】
Ｔ_t＝Ｔ_D＋Ｔ_B＞Ｔ_S
また、ディテントトルクＴ_Dは下記数２によって、閉弁方向のトルクＴ_Sは下記数３によって示される。
【００６３】
【数２】
Ｔ_D＝(1／2)・(Ｂ_g ²／μ₀)・ｇ・Ａ_g・Ｐ
但し、Ｂ_g：空隙の磁束密度
μ₀：空隙の透磁率
ｇ：空隙長
Ａ_g：１極あたりの磁極断面積
Ｐ：極対数
【００６４】
【数３】
Ｔ_S＝(Ｌ／2π)・η₂・Ｆ
η₂＝(tanθ−μ)／（tanθ(1＋μtanθ))
但し、Ｌ：直線運動への変換ねじのピッチ
Ｆ：弁ばね３０のばね力
θ：変換ねじのリード角
μ：摩擦係数
このように構成される本実施例も、上述した第１の実施例と同様の効果を得ることができる。これに加えて本実施例では、以下の効果を奏する。
【００６５】
第１に、停止処理部５１Ｂは、機関が停止したときに、ステッピングモータ３１の駆動速度を通常時の駆動速度Ｓ_Nよりも遅くした状態で、弁体２６を全開位置から全閉位置まで移動させた後、所定の小開度θをもって停止させる構成としたため、弁軸２６Ａに付着した異物をダストカバー４３によって擦り落とすことができる上に、シート部２６Ｃに付着した異物によって弁体２６が弁座部材２８に接着されてしまうのを確実に防止することができる。
【００６６】
この結果、弁体２６と弁座部材２８との「はり付き現象」を未然に防止して、ＥＧＲ制御弁１１の円滑な開閉動作を維持することができる。換言すれば、従来技術のように、機関停止後に弁体２６を全閉させる場合は、弁体２６と弁座部材２８とがはり付いてしまうため、この接着力に抗して弁体２６を開弁させる必要がある。従って、従来技術では、「はり付き現象」に備えてステッピングモータ３１のトルクを増大させる必要があるが、これには例えば１．５ｋｇ程度の強いトルクが必要となるため、ステッピングモータ３１が大型化し、取付自由度等が低下する。これに対し、本実施例では、機関停止後に弁体２６を僅かに開弁させるため、本質的に「はり付き現象」を生じることがなく、何ら機械的構成に修正を加えずに、低コストでＥＧＲ制御を安定化することができる。
【００６７】
さらに、換言すれば、通常、ＥＧＲ制御弁１１に限らず、およそ全ての制御弁は、その駆動力（例えば電流、圧力等）が失われたときに、全閉させるか又は全開させるのが、従来の一般的な技術常識であり、たとえ駆動中に中間開度や小さい開度を経ることがあっても、本発明の如く、駆動力喪失時に「実質的な閉弁状態ではあるが全閉状態ではない小開度θ」という特異な開度に設定するという思想、視点を全く欠いていた。従って、従来技術では、上述の如く、はり付き現象を防止するために、シート部２６Ｃのテーパ角調整やステッピングモータ３１の駆動力増強という直接的で機械的な解決手段に訴えることが多いが、これでは、コストが増大し、使い勝手（例えば、モータの取付の自由度や流量特性の設定の自由度等）が低下する。これに対し、本発明は、「駆動力喪失時にはＥＧＲ制御弁１１を全閉又は全開させるべき」との従来の一般的固定観念を打破し、これにより、低コストながらも本質的にはり付き現象を解決している。
【００６８】
第２に、弁体２６を弁座部材２８から引き離して停止させるため、機関停止後の温度低下によって弁座部材２８が収縮しても、これにより弁体２６の弁部２６Ｂが噛み込まれることがない。従って、シート部２６Ｃのテーパ角を小さくして鈍角とする必要がないため、テーパ角に自由度を持たせて、適切なＥＧＲ流量特性を実現することができる。つまり、テーパ角を鋭角とすれば、１ステップ信号当たりの流路面積の変化を小さくできるため、適切なＥＧＲ流量特性を容易に実現することができる。
【００６９】
第３に、本実施例では、ステッピングモータ３１が無励磁状態で発するディテントトルクＴ_Dを利用して小開度θを維持する構成のため、バッテリ電力を消費することなく、弁体２６を弁座部材２８から引き離しておくことができる。
【００７０】
第４に、本実施例では、ステッピングモータ３１のディテントトルクＴ_Dのみならず、各可動部分の摩擦力を含んだ意味でのベアリング３４の起動トルクＴ_Bを利用して、弁体２６を所定の小開度θに保持する構成のため、必要以上にステッピングモータ３１を大型化、高コスト化することなく、弁体２６を小開度θに保持する構成を最適化できる。
【００７１】
即ち、図４及び図１２に示す如く、ディテントトルクＴ_Dは小さいため、このディテントトルクＴ_Dのみに依存して小開度θを保持しようとする場合には、高価な材料を用いて永久磁石３２Ｂの磁力を著しく増したり、ステッピングモータ３１自体を大型化する等の必要がある。これに対し、本実施例では、弁体２６の駆動メカニズムを総合的に検討し、起動トルクＴ_Bをも利用しているため、ディテントトルクＴ_Dを大きくする必要がなく、簡易かつ低コストに小開度θを保持することができる。
【００７２】
従って、本実施例を「停止処理手段５１Ｂは、機関を停止したときに、ステッピングモータ３１のトルクを増大させた状態で、弁体２６を環状部材４３で異物を除去可能な方向に移動させた後、所定の小開度θをもって停止させ、ステッピングモータ３１への通電を停止した状態で、ステッピングモータ３１のディテントトルクＴ_D及び各可動部分における起動トルクＴ_Bによって、この小開度θを保持することを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置」として把握することも可能である。
【００７３】
なお、前記各実施例では、機関停止後に、弁体２６を遅い清掃時の速度Ｓ_Cで往復させる場合を例示したが、外開き式の場合には、主として弁体２６が閉弁方向に移動する際にダストカバー４３の他端面４３Ａで異物を擦り落とすため、図１３の変形例に示す如く、閉弁方向のみ遅い速度Ｓ_Cで移動させ、開弁方向には通常時の速度Ｓ_Nで移動させてもよい（内開き式の場合は、これとは逆に、開弁方向のみを遅くすればよい）。
【００７４】
また、前記各実施例では、弁体２６を１回だけ往復動作させる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば機関再始動時に与える影響等を考慮しつつ、複数回移動させてもよい。
【００７５】
さらに、ＥＧＲ制御弁１１の駆動源としては、制御の容易性、無励磁状態におけるディテントトルクＴ_Dの利用、トルク変更の容易性、製造コスト等を考慮すると、永久磁石を用いたＰＭ型のステッピングモータ３１が好ましいが、これに限らず、トルク変更が可能なモータであればよく、例えばハイブリッド型ステッピングモータ等を用いてもよい。
【００７６】
従って、第２の実施例を「停止処理手段５１Ｂは、機関を停止したときに、モータ３１のトルクを増大させた状態で、弁体２６を環状部材４３で異物を除去可能な方向に移動させた後、所定の小開度θをもって停止させることを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置」として把握することもできる。このように把握した場合は、必ずしもディテントトルクＴ_Dを利用できるとは限らないので、弁体２６の小開度θを保持するために、多少の通電を要する可能性があり、電力消費の面での効果を十分得られない。しかし、この場合でも、低消費電力型モータの採用、太陽光発電装置や大容量電池等の副次的電力供給手段の採用等によって、機関停止後に、比較的低いエネルギ消費で弁体２６を小開度θに維持することが可能となる。
【００７７】
また、前記各実施例では、環状部材としてのダストカバー４３で異物を掻き落とす場合を例に挙げて説明したが、ダストカバー４３を廃止し、環状部材としてのガスシール２７の他端面で異物を除去してもよい。
【００７８】
さらに、前記各実施例では、いわゆる外開き式のＥＧＲ制御弁１１を例示したが、これに限らず、内開き式のＥＧＲ制御弁にも容易に適用できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明に係る内燃機関の排気還流制御装置によれば、機関停止後に、モータのトルクを増大させて、環状部材で異物を除去できる方向に弁体を移動させる構成としたため、弁体に付着した異物を機関停止の度毎に自動的に除去することができ、「噛み込み現象」を未然に防止して、円滑な開閉動作を維持することができる。また、弁体を全開位置から全閉位置まで移動させている間に機関が再始動したときには、通常時におけるステッピングモータの駆動速度をもって弁体を全閉させる構成としたため、弁体の清掃を行いつつも、この清掃作業が機関の再始動に影響を与えることがなく、使い勝手が向上する。
【００８０】
また、ステッピングモータの駆動速度を通常時よりも遅くした状態で、弁体を全開位置から全閉位置まで移動させる構成としたため、駆動速度を遅くすることによって容易にトルクを増大させることができ、このトルクが増大した状態で弁体表面の清掃を行うことができる。
【００８１】
さらに、ステッピングモータの駆動速度を通常時よりも遅くした状態で、弁体を全開位置から全閉位置まで移動させた後、所定の小開度をもって停止させる構成としたため、弁体の表面（弁軸の表面）に付着した異物を除去できると共に、弁体先端のシート部に付着した異物によって、弁体と弁座とが接着状態になるのを未然に防止することができる上に、テーパ角に自由度を持たせて適切な流量特性を容易に得ることができる。
【００８３】
さらに、ハウジングと、このハウジング内に軸方向に移動可能に設けられた弁体と、ハウジングに一側に設けられ、弁体を軸方向に移動させることにより弁座に離着座させるステッピングモータと、弁体の外周側に近接して外嵌された略円錐筒状のダストカバーとを有する排気還流制御弁を用いる構成としたため、略円錐筒状のダストカバーによって弁体表面に付着した異物を効率的に掻き落とすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気還流制御装置の全体構成を示す構成説明図である。
【図２】閉弁状態の排気還流制御弁を拡大して示す断面図である。
【図３】開弁状態の排気還流制御弁を拡大して示す図２と同様の断面図である。
【図４】ステッピングモータの速度とトルクとの関係を示す特性図である。
【図５】停止処理を示すフローチャートである。
【図６】弁体の動作を示す動作説明図である。
【図７】排気還流制御弁の弁体等を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排気還流制御装置の全体構成を示す構成説明図である。
【図９】停止処理を示すフローチャートである。
【図１０】弁体の動作を示す動作説明図である。
【図１１】小開度で開弁した状態における排気還流制御弁の要部拡大図である。
【図１２】弁ばねのばね力と閉弁方向のトルク等との関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の変形例に係る内燃機関の排気還流制御装置の動作説明図である。
【符号の説明】
５…吸気通路
６…排気通路
１０…ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１１…ＥＧＲ制御弁（排気還流制御弁）
１２，５１…コントロールユニット（排気還流制御手段）
１２Ａ，５１Ａ…通常制御部
１２Ｂ，５１Ｂ…停止処理部（停止処理手段）
２１…ハウジング
２６…弁体
２８…弁座部材
３１…ステッピングモータ
４３…ダストカバー
４３Ａ…他端面

Claims

機関の排気通路と吸気通路とを連通して設けられた排気還流通路と、この排気還流通路の途中に設けられ、ステッピングモータによって環状部材に挿通された弁体を開閉させる排気還流制御弁と、この排気還流制御弁に制御信号を出力することにより前記弁体の開度を制御する排気還流制御手段とを備えた内燃機関の排気還流制御装置であって、
機関を停止したときには、前記ステッピングモータのトルクを通常時のトルクよりも増大させた状態で、弁体に付着した異物を前記環状部材によって除去可能な方向に移動させる停止処理手段を設け、
前記停止処理手段は、前記弁体を全開位置から全閉位置まで移動させている停止処理中に機関が再始動したときには、通常時におけるステッピングモータの駆動速度をもって全閉させることを特徴とする内燃機関の排気還流制御装置。
前記停止処理手段は、機関を停止したときに、前記ステッピングモータの駆動速度を通常時の駆動速度よりも遅くした状態で、前記弁体を全開位置から全閉位置まで移動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
前記停止処理手段は、機関を停止したときに、前記ステッピングモータの駆動速度を通常時の駆動速度よりも遅くした状態で、前記弁体を全開位置から全閉位置まで移動させた後、所定の小開度をもって停止させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流制御装置。
前記排気還流制御弁は、ハウジングと、このハウジング内に軸方向に移動可能に設けられた弁体と、前記ハウジングの一側に設けられ、前記弁体を軸方向に移動させることにより弁座に離着座させるステッピングモータと、前記弁体の外周側に近接して外嵌された略円錐筒状のダストカバーとを有してなることを特徴とする請求項１〜３に記載のいずれかに内燃機関の排気還流制御装置。