JPH0619821Y2 - 排気還流装置の負圧制御弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、自動車用機関等の内燃機関における排気還
流装置の負圧制御弁に関する。

従来の技術 内燃機関の排気の清浄化を図る方法の一つとして、排気
の一部を吸気通路に還流する排気還流装置が従来から知
られている。

例えば、特公昭５７−５５９０１号公報には、排気還流
通路に介装されたダイヤフラム式の排気還流制御弁と、
この排気還流制御弁の負圧室に導入される負圧を制御ユ
ニットからの制御信号に基づいて可変制御する負圧制御
弁とを用いた排気還流装置が記載されている。上記負圧
制御弁は、排気還流制御弁上流側の排気圧力が導入され
る排圧室と大気圧室とがダイヤフラムにて隔成されてい
るとともに、このダイヤフラム上の弁体に対向して排気
圧室内に大気導入ポートが設けられており、この大気導
入ポートが排気還流制御弁の負圧通路に連通している。
つまり、排気圧力が低下すると大気導入ポートが開かれ
て負圧通路に大気が導入され、かつ排気圧力が上昇する
と大気導入が遮断されるのである。そして、上記排気還
流制御弁の負圧室には、上記負圧通路を介して信号負
圧、例えばスロットル弁下流側の吸入負圧が導入される
ようになっている。従って、この信号負圧と排気圧力と
の関係から、上記排気還流制御弁の開度が基本的に定ま
ることになる。つまり、排気還流量の基本的な特性は機
械的に制御されている。

そして、上記公報に記載の排気還流装置では、さらに負
圧制御弁内に、上記ダイヤフラムにスプリングを介して
連係したプランジャと、該プランジャを吸引するソレノ
イドとを備えており、排気還流量を所望の特性に電子制
御出来るように構成してある。すなわち、ソレノイドの
吸引力を変化させることでダイヤフラムのセット荷重を
変化させ、排気圧力に対する大気導入ポートの開閉特
性、ひいては排気還流制御弁の開度を補正し得るように
構成されている。

考案が解決しようとする課題 しかしながら、上記のようにソレノイドを用いて大気導
入ポートの開閉特性を変化させるようにした従来の負圧
制御弁にあっては、ソレノイドの吸引力が、例えばバッ
テリ電圧やコイルの温度特性等によって左右されやす
く、安定した特性を得ることができない。従って、最終
的な排気還流量制御が不安定なものとなりやすい。

課題を解決するための手段 そこで、この考案は動作量を安定的に制御しうるステッ
プモータを用いて大気導入ポートの開閉特性を補正する
ようにしたものである。すなわち、この考案に係る排気
還流装置の負圧制御弁は、ダイヤフラム式排気還流制御
弁の負圧室に導入される信号負圧を大気の導入により適
宜に希釈して排気還流量を所望の特性に制御する排気還
流装置の負圧制御弁であって、排気圧力が導入される排
圧室と大気圧室とを隔成するダイヤフラムと、このダイ
ヤフラムに取り付けられ、かつ大気圧室内の大気導入ポ
ートを開閉する弁体と、上記ダイヤフラムを上記大気導
入ポートの閉方向へ付勢するセットスプリングと、制御
ユニットの出力信号によって回転角が制御されるステッ
プモータと、先端部にスプリングシートが取り付けら
れ、かつ上記ステップモータの回転角に応じてダイヤフ
ラム軸方向に移動するとともに、基準ステップ数におい
てケーシング側に当接して位置決めされるプランジャ
と、上記スプリングシートに対向するスプリングシート
部を有するとともに、上記ダイヤフラムに当接するプッ
シュロッド部を有し、上記基準ステップ数を含む所定ス
テップ数において上記ダイヤフラムを大気導入ポートの
開位置に強制的に保持するように上記プランジャにより
押圧固定される中間部材と、上記スプリングシートと上
記中間部材のスプリングシート部との間に配設され、上
記セットスプリングに対向して、上記ダイヤフラムを上
記大気導入ポートの開方向へ付勢する補助スプリング
と、を備えたことを特徴としている。

さらに請求項２の考案では、上記制御ユニットは、内燃
機関の始動時に、上記プランジャがケーシング側に当接
するように制御ステップ数を与える手段と、この当接時
においてステップ数を基準ステップ数として校正する手
段と、を備えている。

作用 上記ステップモータが回転すると、スプリングシートが
ダイヤフラム軸方向に移動し、補助スプリングによって
ダイヤフラムに加えられる付勢力が変化する。そのた
め、排気圧力に対する排気導入ポートの開閉特性が変化
する。すなわち、ステップモータの回転角制御によっ
て、排気還流量を所望の特性に制御することができる。

またステップモータが所定ステップ数に制御されると、
プランジャによって中間部材が押圧固定され、そのプッ
シュロッド部を介してダイヤフラムが大気導入ポートの
開位置に強制的に保持される。これにより、排気還流制
御弁に導入される信号負圧が略大気圧に保たれる。

ステップモータが基準ステップ数に制御されると、プラ
ンジャはケーシング側に当接して機械的に位置決めされ
る。これにより、基準ステップ数の校正が可能となる。
請求項２では、この校正が機関の始動の度に行われる。

実施例 第１図はこの考案に係る負圧制御弁１の一実施例を示す
断面図である。

この負圧制御弁１は、排気圧力に応じた基本的な負圧制
御を司る下部のダイヤフラム弁部２と、その制御特性を
さらに所望の特性に変化させるための上部のステップモ
ータ３とに大別される。

上記ダイヤフラム弁部２は、ケーシング４内部に配設さ
れたダイヤフラム５を主体としており、このダイヤフラ
ム５によって、下部に排圧室６が、上部に大気圧室７が
夫々隔成されている。上記ダイヤフラム５には、排圧室
６内に圧縮状態で配設されたセットスプリング８によっ
て所定のセット荷重が付与されており、かつその大気圧
室７側に弁体９が取り付けられている。そして、大気圧
室７内には、上記弁体９に対向して大気導入ポート１０
が形成されている。この大気導入ポート１０は、負圧通
路１１は連通している。つまり、上記セットスプリング
８は、ダイヤフラム５を大気導入ポート１０の閉方向へ
付勢している。

一方、ステップモータ３は、ケーシング１２に固定され
た一対のステータ１３と、ベアリング１４，１５を介し
て回転自在に支持されたロータ１６とを有している。こ
のステップモータ３は、ステータ１３のコイルに所定の
パルス信号を印加することで回転角がステップ的に制御
されるもので、例えば４ステップでロータ１６が一回転
する構成となっている。また上記ロータ１６は円筒状を
なし、その内周面に雌ねじ１７が形成されている。

１８はケーシング１２のベアリング１５内周側に固定さ
れたガイド部材、１９は上記ガイド部材１８によって非
回転かつ軸方向に摺動可能にガイドされたプランジャで
あって、このプランジャ１９は、上部に雄ねじ２０が形
成されており、これは上記ロータ１６の雌ねじ１７に螺
合している。つまり、このプランジャ１９は、ステップ
モータ３の回転角に応じて軸方向に直線運動する構成と
なっている。なお、このプランジャ１９は、ダイヤフラ
ム５の中心線上に位置している。また、上記プランジャ
１９の下端部には、円盤状のスプリングシート２１が固
定されている。ここで、上記プランジャ１９先端は上記
スプリングシート２１を貫通して所定量だけ下方に突出
している。

また２２は、上記プランジャ１９の作動を上記ダイヤフ
ラム５に伝達する中間部材を示している。この中間部材
２２は、円盤状のスプリングシート部２２ａと、スプリ
ングシート部２２ａの一側部からプランジャ１９軸方向
に延びたプッシュロッド部２２ｂとからなり、上記プッ
シュロッド部２２ｂがケーシング４の大気圧室７上面部
分を貫通して配設されている。そして、上記スプリング
シート部２２ａと上記スプリングシート２１との間には
補助スプリング２３が圧縮状態で配設されており、これ
によって中間部材２２のプッシュロッド部２２ｂ先端が
ダイヤフラム５上面のリテーナ２４に圧接している。つ
まり、上記補助スプリング２３は、セットスプリング８
に対向して、ダイヤフラム５を大気導入ポート１０の開
方向へ付勢している。

第２図は、上記のように構成された負圧制御弁１が用い
られた排気還流装置の概略を示している。同図におい
て、２５は、排気還流通路２６の途中に介装されたダイ
ヤフラム式の排気還流制御弁であって、その負圧室２５
ａには、負圧通路２７を介して信号負圧、例えば機関の
スロットル弁下流の吸入負圧が導入されるようになって
いる。そして、上記負圧通路２７は負圧制御弁１の負圧
通路１１に接続されており、この負圧制御弁１で大気を
適宜に導入して信号負圧を希釈することによって、上記
排気還流制御弁２５の開度が制御されるのである。ま
た、排気還流通路２６の排気還流制御弁２５上流側（つ
まり排気マニホルド側）にオリフィス２８が設けられて
いて、その間の排気圧力が排気圧力通路２９を介して負
圧制御弁１の排圧室６内に導入されている。また３０
は、機関運転条件（例えば機関回転数と負荷と冷却水温
等）に基づいて上記負圧制御弁１のステップモータ３に
制御信号を出力する制御ユニットである。

次に上記のように構成された負圧制御弁１の作用につい
て説明する。

上記負圧制御弁１のステップモータ３は、上述したよう
に４ステップで１回転するものであり、かつこの実施例
では基準ステップ数を０として、０〜３２の３２ステッ
プに作動範囲が定められている。

第１図は、上記ステップモータ３のステップ数が適宜な
中間値にある状態を示しており、プランジャ１９先端と
中間部材２２とはある程度離れている。この状態では、
ダイヤフラム５には排気圧力と大気圧力との差圧が作用
するとともに、セットスプリング８によって閉方向へ付
勢され、かつ補助スプリング２３によって開方向へ付勢
されている。従って、両スプリング８，２３の付勢力に
よって定まる圧力（開弁圧）よりも排気圧力が低くなる
と大気導入ポート１０が開放され、かつそれよりも排気
圧力が高くなると大気導入ポート１０は閉じられる。そ
のため、信号負圧として用いられる吸入圧力が一定であ
ると仮定すれば、排気圧力の上昇にともなって大気導入
量が減少し、排気還流制御弁２５の開度は増大すること
になる。

ここで、上記補助スプリング２３の付勢力は、該補助ス
プリング２３の上端を支持するスプリングシート２１の
位置に応じて変化するので、ステップモータ３が回転し
てスプリングシート２１が上方に移動すると上記開弁圧
は低下し、逆にスプリングシート２１が下方に移動する
と上記開弁圧は上昇する。すなわち、ステップモータ３
の回転角制御によって大気導入ポート１０の開閉特性を
補正でき、これによって最終的な排気還流量特性を所望
の特性に得ることができる。第３図は、ステップモータ
３のステップ数に対応して得られる開弁圧の特性を図示
したものである。

また上記実施例では、ステップモータ３のステップ数が
基準ステップ数である０のときには、第４図に示すよう
にプランジャ１９先端が中間部材２２に当接し、かつ中
間部材２２をケーシング４の一部に押し付けた状態とな
る。つまり、この機械的な当接によってプランジャ１９
の下限位置が規制され、換言すればステップモータ３の
０点位置が機械的に規制されている。そして、このよう
に中間部材２２が下限位置に押し付けられた状態では、
弁体９が大気導入ポート１０から離れた状態に強制的に
保たれる。つまり、排気圧力の高低に拘わらず負圧通路
１１が大気に開放され、排気還流制御弁２５の開作動が
禁止される。また、第３図に示すように、基準ステップ
数を含む所定ステップ数、具体的にはステップ数が３の
状態までは、上述した大気導入ポート１０の強制的な開
状態が保たれ、排気還流は行われない。

このように上記負圧制御弁１によれば、ステップモータ
３の回転角に応じてダイヤフラム５に作用する付勢力が
変化するので、バッテリ電圧や温度条件等に全く左右さ
れずに安定した制御を行うことができる。また、排圧室
６内の排気圧力が大きく変動したような場合でも、スプ
リングシート２１の位置が変化してしまうようなことは
なく、常に安定した特性を維持できる。そして、排気還
流を停止すべき運転条件下では、上記のようにステップ
数を３以下とすることによって、確実に排気還流を停止
でき、各部の圧力変動等の影響を受けることがない。

次に、上記負圧制御弁１を用いた場合の排気還流制御、
特にステップモータ方式の場合に必要な０点補正につい
て、第５図のフローチャートを参照して説明する。第５
図のフローチャートは、上記制御ユニット３０において
実行される負圧制御弁１の制御プログラムを示してお
り、これは一定時間毎、例えば１０ms毎に割り込み処理
される。

上記フローチャートにおいてねＳ₀は目標ステップ数を
示している。この目標ステップ数Ｓ₀は通常の運転中は
ステップ６において機関運転条件に応じて設定される。
例えば、機関回転数と負荷（例えば基本燃料噴射量Ｔ
ｐ）とをパラメータとしたテーブルマップから逐次ルッ
クアップされるものである。またＳｍはステップ数のモ
ニタ値、つまり制御ユニット３０が認識しているステッ
プモータ３のステップ数を示している。このモニタ値Ｓ
ｍはステップモータ３を１ステップ動かすたびに、１づ
つ加算もしくは減算されるもので（ステップ９）、機関
停止後は制御ユニット３０のバックアップメモリ内にそ
のデータが保持される。

ステップモータ３の基本的な制御としては、先ずステッ
プ６で上述したように運転条件に応じて目標ステップ数
Ｓ₀を設定し、かつステップ８でその時のモニタ値Ｓｍ
と上記目標ステップ数Ｓ₀とを比較して、両者が不一致
であればステップ９へ進んで、ステップモータ３を１ス
テップづつ駆動する。そして、同時にモニタ値Ｓｍを１
づつ加算もしくは減算するのである。以上の繰り返しに
よって、常に目標ステップ数Ｓ₀に追従した形でステッ
プモータ３の回転角が制御されることになる。

一方、上記構成においてはステップモータ３の実際の回
転角を検出するセンサは設けられていないので、何等か
の原因で実際のステップ数と制御ユニット３０が認識す
るモニタ値Ｓｍとがずれる虞れがある。そこで、この制
御プログラムでは、機関の始動のたび、さらには運転中
の排気還流停止領域内でステップモータ３の基準ステッ
プ位置つまり０点の校正を行うようにしている。

まず、ステップ１では、プログラムの実行が初回である
か否かを判定する。機関始動後の初回のみ、ステップ１
からステップ２へ進み、ここでバックアップメモリが消
去されていないか判定する。これは、バッテリの取り外
しなどによりバックアップメモリ内のモニタ値Ｓｍが消
去されている可能性があるからであり、例えばバックア
ップメモリ内のフラグの状態に基づいて判定する。ここ
で、バックアップメモリが正常であればステップ３へ進
み、目標ステップ数Ｓ₀を０とし、かつモニタ値Ｓｍに
適宜な定数Ａを加える。この定数Ａは、例えば４程度で
良い。そして、ステップ３からステップ９へ進むので、
ここでステップモータ３はステップ数の減少方向へ１ス
テップだけ回転する。

次回以降は、ステップ１から５へ進み、ここで校正完了
フラグが０であるか否か判定する。この校正完了フラグ
は、機関停止とともにクリアされるものであり、当初は
０である。従って、ステップ５からステップ８へ進み、
目標ステップ数Ｓ₀は０のまま保たれる。そのため、ス
テップモータ３は、１ステップづつステップ数０へ向か
って回転する。ここで、上記のようにモニタ値Ｓｍに定
数Ａが加えられているので、Ｓ₀＝Ｓｍ（ステップ８）
となった段階では、ステップモータ３は定数Ａに対応す
る回転角だけ余分に回転している。例えば、機関停止時
のステップ数（モニタ値Ｓｍ）が２であったとすれば、
ステップ数２だけ回転すれば０点に戻るのであるが、定
数Ａ（例えば４ステップ）をモニタ値Ｓｍに加えること
によってステップモータ３は６ステップだけ回転しよう
とする。従って、プランジャ１９の下限位置つまり機械
的に規制される位置までステップモータ３が確実に回転
することになり、仮に実際のステップ数とモニタ値Ｓｍ
とが多少ずれていたとしても、両者が０点で合致する結
果、そのずれが修正される。そして、モニタ値Ｓｍが０
となり、かつスタータスイッチがＯＦＦとなったら（ス
テップ１０）、ステップ１１へ進んで校正完了フラグを
１にセットする。従って、それ以後はステップ５からス
テップ６へ進んで、通常の目標ステップ数Ｓ₀の設定が
行われ、この目標ステップ数Ｓ₀に基づいた回転角制御
がなされる。

なお、始動時にバックアップメモリが消去されていた場
合には、ステップ２からステップ４へ進み、モニタ値Ｓ
ｍを定数Ｂに設定する。この定数Ｂはステップ数の最大
値である３２に近い値とすればよい。従って、この場合
には以後の処理でステップモータ３が実際の０点（プラ
ンジャ１９の最下限位置）に達した後もある程度回転さ
せられることになり、やはり確実に０点の校正が行われ
る。

またこの実施例では、運転中にも、目標ステップ数Ｓ₀
が０である運転領域内つまり排気還流停止領域内で０点
の校正を行うようにしている。即ち、ステップ７で目標
ステップ数Ｓ₀が０であるか否か判定し、これが０であ
る場合には、ステップ１２へ進み、校正完了フラグをク
リアする。そして、ステップ１３へ進み、前述したステ
ップ３と同様に、モニタ値Ｓｍに定数Ａを加える。これ
によって、ステップモータ３は機械的な０点まで回転
し、速やかに０点校正が行われる。なお、この運転中の
０点校正は省略しても、通常は十分な制御精度を維持で
きる。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案に係る排気還流
装置の負圧制御弁においては、ステップモータの回転角
に応じてダイヤフラムに対する付勢力が変化するように
構成したので、従来のソレノイドを用いたもののように
バッテリ電圧や温度条件等に全く左右されずに極めて安
定した特性を得ることができる。また、ダイヤフラムに
作用する排気圧力の変動に、その制御特性が影響される
こともない。従って、最終的な排気還流量の制御を非常
に安定したものとすることができる。

そして、所定ステップ数においては、ステップモータの
プランジャが中間部材を介してダイヤフラムを大気導入
ポートの開位置に強制的に保持するため、圧力変動等の
影響を受けずに排気還流を確実に停止させることが可能
となる。

また、プランジャがケーシング側に当接することでステ
ップモータの０点の校正が容易に行える。しかも、請求
項２の校正によれば、この０点の校正が始動の度に行わ
れ、精度低下が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る負圧制御弁の一実施例を示す断
面図、第２図はこの負圧制御弁を用いた排気還流装置の
要部の構成説明図、第３図は上記実施例における開弁圧
の特性を示す特性図、第４図はステップモータのステッ
プ数が０である時の状態を示す要部の断面図、第５図は
上記負圧制御弁の制御の一例を示すフローチャートであ
る。 １……負圧制御弁、３……ステップモータ、５……ダイ
ヤフラム、６……排圧室、７……大気圧室、９……弁
体、１９……プランジャ、２１……スプリングシート、
２２……中間部材、２３……補助スプリング。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイヤフラム式排気還流制御弁の負圧室に
   導入される信号負圧を大気の導入により適宜に希釈して
   排気還流量を所望の特性に制御する排気還流装置の負圧
   制御弁であって、 排気圧力が導入される排圧室と大気圧室とを隔成するダ
   イヤフラムと、 このダイヤフラムに取り付けられ、かつ大気圧室内の大
   気導入ポートを開閉する弁体と、 上記ダイヤフラムを上記大気導入ポートの閉方向へ付勢
   するセットスプリングと、 制御ユニットの出力信号によって回転角が制御されるス
   テップモータと、 先端部にスプリングシートが取り付けられ、かつ上記ス
   テップモータの回転角に応じてダイヤフラム軸方向に移
   動するとともに、基準ステップ数においてケーシング側
   に当接して位置決めされるプランジャと、 上記スプリングシートに対向するスプリングシート部を
   有するとともに、上記ダイヤフラムに当接するプッシュ
   ロッド部を有し、上記基準ステップ数を含む所定ステッ
   プ数において上記ダイヤフラムを大気導入ポートの開位
   置に強制的に保持するように上記プランジャにより押圧
   固定される中間部材と、 上記スプリングシートと上記中間部材のスプリングシー
   ト部との間に配設され、上記セットスプリングに対向し
   て、上記ダイヤフラムを上記大気導入ポートの開方向へ
   付勢する補助スプリングと、を備えたことを特徴とする
   排気還流装置の負圧制御弁。
2. 【請求項２】上記制御ユニットは、内燃機関の始動時
   に、上記プランジャがケーシング側に当接するように制
   御ステップ数を与える手段と、この当接時においてステ
   ップ数を基準ステップ数として校正する手段と、を備え
   ていることを特徴とする請求項１記載の排気還流装置の
   負圧制御弁。