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WO2006062043A1 - モータ式ポペット弁及びモータ式ポペット弁を用いた内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

モータ式ポペット弁及びモータ式ポペット弁を用いた内燃機関のｅｇｒ装置 Download PDF

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WO2006062043A1
WO2006062043A1 PCT/JP2005/022203 JP2005022203W WO2006062043A1 WO 2006062043 A1 WO2006062043 A1 WO 2006062043A1 JP 2005022203 W JP2005022203 W JP 2005022203W WO 2006062043 A1 WO2006062043 A1 WO 2006062043A1
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WO
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motor
valve
egr
poppet valve
force
Prior art date
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PCT/JP2005/022203
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English (en)
French (fr)
Inventor
Seijiro Kotooka
Susumu Kohketsu
Hitoshi Yokomura
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Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Original Assignee
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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Publication date
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    • F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/72—Housings

Definitions

  • EGR device for internal combustion engine using motor type poppet valve and motor type poppet valve
  • the present invention relates to a motor type poppet valve and an EGR device for an internal combustion engine using the motor type poppet valve.
  • EGR devices exhaust gas recirculation devices
  • the EGR passage is provided with an EGR valve, which allows the EGR gas flow to be permitted and blocked, and the flow rate to be adjusted.
  • the EGR valve has a high sealing performance when EGR gas is shut off!
  • a stable sealing performance is ensured even under a large pressure difference between the upstream and downstream of the EGR valve.
  • make adjustments As a means of pressing the poppet valve, for example, there is a force with an air-driven type using solenoids.
  • a method using a driving force of an electric motor for example, a step motor
  • a poppet valve has also been developed.
  • the problem is that, as shown in Fig. 4, the time variation of the motor torque and valve opening of the motor type poppet valve when performing general PID control is shown by changing the target opening, respectively. This is more conspicuous as the target opening of the motor is smaller (low valve lift) and the motor drive speed is slower, that is, the motor torque rises slower.
  • a motor-type poppet valve that can be accurately controlled to open without response delay and an EGR device for an internal combustion engine using the motor-type poppet valve are provided.
  • the purpose is to provide.
  • the valve body is disposed in the fluid passage, while the stem portion penetrates the outer shell of the fluid passage and Protruding to the outside, the valve body abuts on a valve seat formed in the outer shell to shut off the fluid flowing in the fluid passage, and the valve body is separated from the valve seat to A poppet valve body that allows fluid communication; a spring cap that is fitted to a stem head portion of the poppet valve body; and the valve body that is compressed between the spring cap and the outer shell of the fluid passage. And a spring that urges the valve body to abut against the valve seat, and an axial extension of the stem portion of the poppet valve body, and moves in the axial direction to move the steering.
  • An electric motor that has a shaft that presses the head and a rotor that is screwed onto the shaft, and that causes the shaft to reciprocate by causing the rotor to rotate forward and reverse, and to operate the electric motor.
  • Motor control means for controlling the motor, and the motor control means biases the valve body toward the valve seat so that a torque corresponding to the force or a value close thereto is obtained.
  • An initial motor torque setting means for setting the initial motor torque when the electric motor is operated to press the stem head portion by the shaft and separate the valve seat force from the valve seat force. The electric motor is operated so as to obtain a set initial motor torque.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an EGR device for an internal combustion engine using a motor-type poppet valve according to the present invention.
  • FIG. 2 is a time chart showing the time change of the opening and motor torque of an EGR valve composed of a motor-type poppet valve until the starting force of the engine is stopped, and is a diagram for explaining a method for estimating the spring setting force.
  • FIG. 3 is a time chart showing the time variation (b) of the motor torque and valve opening in the present invention in consideration of the initial motor torque in comparison with the conventional case (a) without considering the initial motor torque.
  • Fig. 4 is a diagram showing the changes over time in the motor torque and valve opening of a motor-type poppet valve when general PID control is performed, with the target opening changed.
  • FIG. 1 a schematic configuration of an EGR device for an internal combustion engine using a motor type poppet valve according to the present invention is shown in a cross-sectional view.
  • a motor type poppet valve and a motor type poppet valve according to the present invention and The configuration of an EGR device for an internal combustion engine using the motor type poppet valve will be described.
  • an EGR pipe 10 provided in an engine (internal combustion engine, not shown) for returning EGR gas (fluid), which is a part of exhaust gas, to the intake system includes a motor type
  • An EGR valve 20 consisting of a poppet valve is provided!
  • the EGR valve 20 is mainly composed of a poppet valve 30 and a motor unit 40.
  • the poppet valve 30 will be described.
  • the poppet valve 30 is mainly composed of a poppet valve main body 32 and a spring 38 which also have a force of a valve body 33 and a stem 34.
  • valve element 33 of the poppet valve main body 32 is disposed in the EGR pipe 10, while the valve seat 12 is formed on the inner periphery of the EGR pipe 10.
  • 32 is configured to block the EGR passage 11 in the EGR pipe line 10 when the periphery of the valve body 33 abuts the valve seat 12 and to communicate with the EGR passage 11 by separating from the valve seat 12. .
  • the poppet valve 30 is closed when the valve element 33 of the poppet valve body 32 contacts the valve seat 12, and the poppet valve 30 is opened when the valve element 33 is separated from the valve seat 12. It is said.
  • the stem 34 of the poppet valve main body 32 passes through the EGR pipe 10 and protrudes to the outside, and a spring cap 36 is fitted to the stem head 35 at the tip of the stem 34.
  • a spring 38 is contracted between the spring cap 36 and the valve case 14 provided integrally with the EGR pipe 10.
  • the motor unit 40 mainly includes an electromagnetic coil 42 and a rotor 4.
  • the rotor 44 is supported by the bearing 45 and is configured to rotate (spin) when excited by the electromagnetic coil 42, and is configured to be hollow. Then, the shaft 46 is fitted in the hollow portion.
  • the shaft 46 is coaxially positioned on the extension of the axis of the stem 34 of the poppet valve body 32, and can move the stem head 35 of the poppet valve body 32 by moving in the axial direction. .
  • a screw 47 is formed on the outer periphery of the shaft 46, while a screw projection 48 is formed on the inner periphery of the rotor 44 so as to be screwed with the screw 47.
  • the EGR valve 20 is provided with a position sensor 49 that detects the amount of movement of the shaft 46 by detecting the rotation angle of the rotor 44, and consequently the actual opening of the EGR valve 20.
  • the pressure sensor 16 is located upstream (exhaust system side) of the valve body 33 for detecting the pressure of EGR gas, and the pressure sensor 16 is located downstream (intake system side). Sensor 18 is provided.
  • the EGR valve 20 is electrically connected to an ECU (electronic control unit, motor control means) 50.
  • ECU electronic control unit, motor control means
  • the pressure sensors 16, 18, the position sensor 49, etc., and the battery are connected to the input side of the ECU 50, and the electromagnetic coil 42, etc. are connected to the output side. It is connected.
  • the ECU 50 includes a target opening setting unit 52, a PID compensator 53, an initial torque (current) calculation unit (initial motor torque setting means) 54, and a spring set force estimation, as shown in a block diagram in FIG. A unit 55 and a differential pressure detection unit (pressure difference detection means) 56 are provided.
  • the target opening setting unit 52 sets a target EGR amount, that is, a target opening of the EGR valve 20 based on the operating state of the engine, and outputs a target opening signal corresponding to the target opening.
  • the PID compensator 53 includes a proportional control unit, an integral control unit, and a differential control unit. Based on the feedback deviation between the target opening signal and the actual opening signal of the EGR valve 20 detected by the position sensor 49, The motor torque applied to the motor unit 40, that is, the current value supplied to the electromagnetic coil 42 is adjusted while performing PID control, and the current value is output to the electromagnetic coil 42.
  • the initial torque (current) calculation unit 54 calculates an initial motor torque to be applied to the motor unit 40, that is, an initial current value to be supplied to the electromagnetic coil 42, and uses the initial current value as the target opening signal. It has the function of outputting to the electromagnetic coil 42 together with the current value adjusted according to the above.
  • the initial torque (current) calculation unit 54 includes a spring set force estimation unit 55.
  • the estimated spring set force information that is, the urging force information of the spring 38 of the retracted poppet valve 30 is input and detected by the differential pressure detector 56 based on the information from the pressure sensor 16 and the pressure sensor 18.
  • the EGR gas pressure difference information between the upstream side (exhaust system side) and the downstream side (intake system side) of the valve body 33 is input.
  • the initial torque (current) calculation unit 54 The initial motor torque, that is, the initial current value, is calculated based on the force information and the EGR gas pressure difference information.
  • the spring set force estimation unit 55 may measure the urging force of the contracted spring 38 in advance, but here, for example, FIG.
  • the time variation of the EGR valve 20 opening and the motor torque from the start (power ON) to the stop (power OFF) of the engine is shown as a time chart.
  • the motor torque is supplied by supplying current to the electromagnetic coil 42 in a predetermined period A immediately after the engine is started (immediately after the power is turned on) and in a predetermined period B immediately after the engine is stopped (immediately after the power is turned off) where the air pressure does not act on the valve body 33.
  • the force is applied forcibly, and the motor torque when the EGR valve 20 starts to open is estimated as the spring set force.
  • the spring set force estimation unit 55 sets and outputs a value (near value) slightly smaller than the estimated value as the spring set force.
  • the differential pressure detection unit 56 multiplies the detected pressure difference information of the EGR gas by the projected area of the valve body 33 to obtain the force of the EGR gas acting on the valve body 33, and the EGR gas The power of is output.
  • a torque corresponding to a force obtained by adding the EGR gas force to the spring setting force is calculated as an initial motor torque, and an initial current value corresponding to the initial motor torque is calculated. Is output to the electromagnetic coil 42.
  • the target opening setting unit 52 sets the target opening, and based on the feedback deviation between the target opening signal and the actual opening signal of the EGR valve 20.
  • the current value supplied to the electromagnetic coil 42 is adjusted by the PID compensator 53, and the current value is output to the electromagnetic coil 42.
  • the current value force PID control is outputted to the electromagnetic coil 42 while gradually increasing toward the current value corresponding to the target opening.
  • the initial torque (current) calculation unit 54 calculates a torque corresponding to a force obtained by adding the EGR gas force to the spring setting force as the initial motor torque, An initial current value corresponding to the initial motor torque is output to the electromagnetic coil 42.
  • the current value from the PID compensator 53 that is, the motor torque is PID.
  • the motor torque is gradually increased by control, and the torque that can open the EGR valve 20, that is, the urging force of the spring 38 is the effect of the EGR gas force according to the pressure difference before and after the EGR valve 20.
  • the EGR valve 20 does not open, and a response delay occurs during this time.
  • the force motor section 40 operates immediately to obtain the initial motor torque. Response delay is eliminated, and EGR valve 20 that is a motor type poppet valve opens quickly with good responsiveness.
  • the time variation of the motor torque and valve opening of the EGR valve 20 that is a motor-type poppet valve takes into account the case (a) in which the initial motor torque is not considered and the initial motor torque.
  • the response delay of the EGR valve 20 as in the past can be reduced by adjusting the initial motor torque.
  • the motor torque reaches a torque equivalent to the force of the EGR gas added to the spring set force almost simultaneously with the opening command of the EGR valve 20, and the EGR valve 20 opens quickly.
  • the EGR valve 20 is gradually and satisfactorily opened toward the target opening degree by feedback control and PID control.
  • the EGR valve 20 is a motor type poppet valve, as described above, the smaller the target opening degree of the EGR valve 20 (low valve lift), that is, the slower the rise of the motor torque, the more the response. Although the delay tends to be large (see Fig. 4), the responsiveness of the EGR valve 20 can be improved regardless of the target opening, and in particular, the control accuracy at the minute opening of the EGR valve 20 can be improved. it can.
  • the spring set force estimation unit 55 has a predetermined period A immediately after the start of the engine (immediately after turning on the power) and a predetermined period B immediately after the stop (immediately after the power is turned off). Although the spring set force is estimated! / Spoken, the spring set force may be estimated only for one of the predetermined periods A and B! ,.
  • the initial torque (current) calculation unit 54 calculates a torque corresponding to a force obtained by adding the EGR gas force to the spring setting force as the initial motor torque, and the initial motor torque
  • most of the force that urges the valve body 33 toward the valve seat 12 is the urging force of the spring 38 that is contracted.
  • the initial motor torque and thus the initial current value may be set based only on the torque corresponding to the spring setting force. That is, the pressure sensors 16 and 18 and the differential pressure detection unit 56 may be omitted. Even in this case, the initial motor torque and thus the initial current value can be set appropriately, and a sufficient effect can be obtained.
  • the initial motor torque can be set more appropriately regardless of the operating state of the engine by adding the EGR gas force as in the above embodiment.

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Abstract

　モータ式ポペット弁(20)のモータ制御手段(50)は、ポペット弁本体(32)の弁体(33)を弁座(12)側に付勢している力に相当するトルクまたはその近傍値となるよう電気モータ(40)の初期モータトルクを設定する初期モータトルク設定手段（54)を備え、弁体を弁座から離間させるべく電気モータを作動させる際、上記初期モータトルクが得られるよう電気モータを作動させる。

Description

明 細 書
モータ式ポペット弁及びモータ式ポペット弁を用いた内燃機関の EGR装 置
技術分野
[0001] この発明は、モータ式ポペット弁及び当該モータ式ポペット弁を用いた内燃機関の EGR装置に関する。
背景技術
[0002] 内燃機関にお 、ては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを問わず、主として N Ox低減を目的として、排ガスの一部を吸気系に還流させる EGR装置 (排気再循環 装置）を備える傾向にある。
[0003] 通常、当該 EGR通路には EGR弁を備えており、これにより EGRガスの流通の許容 と遮断を行ったり、流通量を調節することが可能である。
[0004] 特に当該 EGR弁は、 EGRガスの遮断時のシール性が高!、ことが重要であり、 EGR 弁の上流と下流の圧力差が大きい条件でも安定したシール性を確保するため、通常 は縮設されたスプリングの付勢力により常閉に保持されたポペット弁を用いるようにし ており、当該ポペット弁を上記スプリングの付勢力に抗して押圧し開弁することにより EGRガスの流量を調節するようにして 、る。ポペット弁を押圧する手段として例えばソ レノイドを用いたエア駆動式のものがある力 最近では、制御性の高さから電気モー タ（例えば、ステップモータ）の駆動力を用いる方式のもの（モータ式ポペット弁)も開 発されている。
[0005] また、ポペット弁は小開度における流量変化が大きいため、小開度において精度よ く EGRガスの流量を調整する必要がある。
[0006] ところで、 EGR弁の上流側 (排気側）と下流側（吸気側）との間では EGRガスに大き な圧力差が生じ、この圧力差は内燃機関の運転状態に応じて変動する。このように 圧力差が生じ且つ変動すると、 EGR弁がポペット弁である場合には当該圧力差に応 じた力がポペット弁の弁体に作用してポペット弁の作動に影響を与える。
[0007] そこで、 EGR弁にモータ式ポペット弁を用いた場合において、例えば電気モータの 駆動速度を当該変動する圧力差に応じて変更制御する構成の装置が開発され、例 えば日本国特開平 11— 351075号公報（以下、特許文献と!/、う）に開示されて!、る。
[0008] 一方、上記のようにスプリングにより常閉に付勢されたポペット弁を用いる場合、ポ ペット弁を開弁するためには縮設されたスプリングの付勢力に対抗する必要がある。
[0009] し力しながら、例えば一般的な PID制御を行うモータ式ポペット弁の場合、電気モ ータを作動させるとモータトルクはゼロ力 徐々に増加するため、モータトルクが少な くともスプリングの付勢力（スプリングセット力）に達するまでの間はポペット弁は作動 せず、上記特許文献に開示の技術を含め、ポペット弁が実際に開弁するまでに応答 遅れが生じるという問題がある。
[0010] そして、この問題は、図 4に一般的な PID制御を行ったときのモータ式ポペット弁の モータトルクと弁開度の時間変化をそれぞれ目標開度を変えて示すように、ポペット 弁の目標開度が小さく（低バルブリフトで)モータの駆動速度が遅い程、即ちモータト ルクの立ち上がりが遅い程顕著である。
[0011] このようにポペット弁の開弁に応答遅れが生じると、開弁時期が安定しない等の理 由から、特にポペット弁の微小開度においては制御精度が著しく悪ィ匕し、好ましいこ とではない。
発明の開示
[0012] 本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、応答遅れなく精度よく 開弁制御可能なモータ式ポペット弁及びモータ式ポペット弁を用いた内燃機関の E GR装置を提供することを目的とする。
[0013] 上記した目的を達成するため、本発明のモータ式ポペット弁では、弁体が流体通路 内に配設される一方、ステム部が前記流体通路の外殻を貫通して該流体通路の外 部に突出してなり、前記弁体が前記外殻に形成された弁座に当接することで前記流 体通路内を流れる流体を遮断し、前記弁体が前記弁座から離間することで前記流体 の連通を許容するポペット弁本体と、該ポペット弁本体のステムヘッド部に嵌合され たスプリングキャップと、該スプリングキャップと前記流体通路の外殻との間に縮設さ れ、前記弁体を該弁体が前記弁座に当接するよう付勢するスプリングと、前記ポぺッ ト弁本体の前記ステム部の軸線延長上に設けられ、該軸線方向に移動して前記ステ ムヘッド部を押圧するシャフトと、前記シャフトに螺合される回転子を有し、該回転子 を正転作動及び反転作動させることで前記シャフトを往復動させる電気モータと、該 電気モータの作動を制御するモータ制御手段とを備え、該モータ制御手段は、前記 弁体を前記弁座側に付勢して 、る力に相当するトルクまたはその近傍値となるよう前 記電気モータの初期モータトルクを設定する初期モータトルク設定手段を有し、前記 シャフトにより前記ステムヘッド部を押圧し前記弁体を前記弁座力 離間させるベく前 記電気モータを作動させる際、前記初期モータトルク設定手段により設定された初期 モータトルクが得られるよう前記電気モータを作動させることを特徴とする。 図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明に係るモータ式ポペット弁を用いた内燃機関の EGR装置の概略構成を 示す断面図、
[図 2]エンジンの始動力 停止までの間におけるモータ式ポペット弁からなる EGR弁 の開度とモータトルクの時間変化を示すタイムチャートであって、スプリングセット力の 推定手法を説明する図、
[図 3]初期モータトルクを考慮した本発明におけるモータトルクと弁開度の時間変化（ b)を初期モータトルクを考慮しな 、従来の場合 (a)と比較して示したタイムチャート、 [図 4]一般的な PID制御を行ったときのモータ式ポペット弁のモータトルクと弁開度の 時間変化をそれぞれ目標開度を変えて示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図 1を参照すると、本発明に係るモータ式ポペット弁を用いた内燃機関の EGR装置 の概略構成が断面図で示されており、以下、同図に基づき本発明に係るモータ式ポ ペット弁及び当該モータ式ポペット弁を用いた内燃機関の EGR装置の構成を説明 する。
[0016] 図 1に示すように、エンジン（内燃機関、図示せず）に設けられて排ガスの一部であ る EGRガス（流体）を吸気系に還流させる EGR管路 10には、モータ式ポペット弁から なる EGR弁 20が設けられて!/、る。
[0017] EGR弁 20は、大きくはポペット弁 30とモータ部 40とから構成されている。 ポペット弁 30について説明すると、ポペット弁 30は、主として弁体 33及びステム 34 力もなるポペット弁本体 32とスプリング 38と力も構成されている。
[0018] 詳しくは、ポペット弁本体 32の弁体 33は EGR管路 10内に配設されており、一方、 EGR管路 10の内周には弁座 12が形成されており、ポペット弁本体 32は、弁体 33の 周縁が弁座 12と当接することで EGR管路 10内の EGR通路 11を遮断し、弁座 12か ら離間することで EGR通路 11を連通するよう構成されている。つまり、ポペット弁本体 32の弁体 33が弁座 12と当接することでポペット弁 30が閉弁状態とされ、当該弁体 3 3が弁座 12から離間することでポペット弁 30が開弁状態とされる。
[0019] また、ポペット弁本体 32のステム 34は EGR管路 10を貫通して外部に突出しており 、ステム 34の先端のステムヘッド 35にはスプリングキャップ 36が嵌合されている。そ して、当該スプリングキャップ 36と EGR管路 10と一体に設けられた弁ケース 14との 間にスプリング 38が縮設されている。これにより、通常はポペット弁本体 32の弁体 33 力 Sスプリング 38の付勢力により弁座 12と当接することになり、ポペット弁 30は常閉弁 として機能する。
[0020] モータ部 40について説明すると、モータ部 40は、主として電磁コイル 42と回転子 4
4とシャフト 46と力も構成されて 、る。
[0021] 詳しくは、回転子 44は、ベアリング 45に支持され、電磁コイル 42により励磁されると 回転（自転)するよう構成されるととも〖こ、中空に構成されている。そして、当該中空の 部分にシャフト 46が嵌装されて 、る。
[0022] シャフト 46は、ポペット弁本体 32のステム 34の軸線の延長上に同軸に位置してお り、当該軸線方向に移動することによりポペット弁本体 32のステムヘッド 35を押圧可 能である。
[0023] シャフト 46の外周にはスクリュー 47が形成されており、一方、回転子 44の内周には スクリュー 47と螺合するように螺合突起 48が形成されている。これにより、電磁コイル 42により励磁されて回転子 44が回転 (正転及び反転)すると、螺合突起 48がスクリュ 一 47に沿い移動し、シャフト 46が上記ステム 34の軸線方向に往復動（出没）可能で ある。
[0024] つまり、 EGR弁 20は、回転子 44が正転してシャフト 46が出側に移動すると、当該 シャフト 46によりポペット弁本体 32が押圧され、弁体 33が弁座 12から離間して開弁 する一方、回転子 44が反転してシャフト 46が戻側に移動すると、スプリング 38の付 勢力によりポペット弁本体 32が戻され、弁体 33が弁座 12と当接して閉弁するよう構 成されている。
[0025] また、 EGR弁 20には、回転子 44の回転角を検出することでシャフト 46の移動量、 ひいては EGR弁 20の実開度を検出するポジションセンサ 49が設けられており、さら に、 EGR管路 10には、 EGRガスの圧力を検出すベぐ弁体 33の上流側 (排気系側 )に位置して圧力センサ 16が、下流側（吸気系側）〖こ位置して圧力センサ 18が設け られている。
[0026] そして、 EGR弁 20は ECU (電子コントロールユニット、モータ制御手段） 50に電気 的に接続されている。
[0027] 詳しくは、 ECU50の入力側には、上述の圧力センサ 16、 18、ポジションセンサ 49 等及びバッテリ（図示せず)が接続されており、出力側には、上述の電磁コイル 42等 が接続されている。
[0028] ECU50には、図 1中にブロック図で示すように、目標開度設定部 52、 PID補償器 5 3、初期トルク (電流)算出部 (初期モータトルク設定手段） 54、スプリングセット力推定 部 55及び差圧検出部 (圧力差検出手段) 56が設けられている。
[0029] 目標開度設定部 52は、エンジンの運転状態等に基づいて目標 EGR量、即ち EGR 弁 20の目標開度を設定し、当該目標開度に応じた目標開度信号を出力する機能を 有している。また、 PID補償器 53は、比例制御部、積分制御部、微分制御部からなり 、上記目標開度信号とポジションセンサ 49により検出される EGR弁 20の実開度信号 とのフィードバック偏差に基づき、モータ部 40に付加するモータトルク、即ち電磁コィ ル 42に供給する電流値を PID制御を行 ヽつつ調整し、当該電流値を電磁コイル 42 に出力する機能を有している。
[0030] また、初期トルク (電流)算出部 54は、モータ部 40に付加する初期モータトルク、即 ち電磁コイル 42に供給する初期電流値を算出し、当該初期電流値を上記目標開度 信号に応じて調整した電流値とともに電磁コイル 42に出力する機能を有している。
[0031] 詳しくは、初期トルク (電流)算出部 54には、スプリングセット力推定部 55において 推定されたスプリングセット力情報、即ち縮設されたポペット弁 30のスプリング 38の 付勢力情報が入力されるとともに、差圧検出部 56において圧力センサ 16と圧力セン サ 18からの情報に基づき検出された弁体 33の上流側 (排気系側）と下流側（吸気系 側）間の EGRガスの圧力差情報が入力するように構成されており、当該初期トルク（ 電流)算出部 54では、これらスプリングセット力情報及び EGRガスの圧力差情報に 基づき初期モータトルク、即ち初期電流値が算出される。
[0032] より詳しくは、スプリングセット力推定部 55では、縮設されたスプリング 38の付勢力 を予め測定しておいてもよいが、ここでは、経時変化等を考慮し、例えば、図 2にェン ジンの始動（電源 ON)から停止（電源 OFF)までの間における EGR弁 20の開度とモ 一タトルクの時間変化をタイムチャートで示し、同図中に破線で囲んで示すように、排 気圧が弁体 33に作用していないようなエンジンの始動直後（電源 ON直後）の所定 期間 A及び停止直後（電源 OFF直後）の所定期間 Bにおいて電磁コイル 42に電流 を供給してモータトルクを強制的に付加していき、 EGR弁 20が開弁を開始するとき のモータトルクをスプリングセット力として推定する。
[0033] 実際には、温度変化やスプリング 38の特性変化や制御のばらつき等によって EGR 弁 20が開弁を開始するモータトルクは必ずしも一定とはならないため、上記モータト ルクの推定値を付加しただけで EGR弁 20が開弁しな 、よう、スプリングセット力推定 部 55では、当該推定値よりも若干小さい値 (近傍値)をスプリングセット力として設定 し、出力する。
[0034] また、差圧検出部 56では、検出された EGRガスの圧力差情報を弁体 33の投影面 積に乗じて弁体 33に作用している EGRガスの力を求め、当該 EGRガスの力を出力 する。
[0035] つまり、初期トルク（電流）算出部 54では、スプリングセット力に EGRガスの力をカロえ た力に相当するトルクが初期モータトルクとして算出され、当該初期モータトルクに応 じた初期電流値が電磁コイル 42に出力される。
[0036] 以下、このように構成された本発明に係るモータ式ポペット弁及び当該モータ式ポ ペット弁を用いた内燃機関の EGR装置の作用につ 、て説明する。
[0037] エンジンの運転状態に応じて EGRガスの吸気系への還流が要求され、 ECU50力 ら EGR弁 20の開弁指令が出力されると、上記目標開度設定部 52において目標開 度が設定され、当該目標開度信号と EGR弁 20の実開度信号とのフィードバック偏差 に基づ!/ヽて電磁コイル 42に供給する電流値が PID補償器 53にお ヽて調整され、当 該電流値が電磁コイル 42に出力される。
[0038] 即ち、 PID補償器 53を介することにより、電流値力PID制御により目標開度に応じ た電流値に向けて徐々に増加しながら電磁コイル 42に出力される。
[0039] 一方、 EGR弁 20の開弁指令と同時に、上記初期トルク (電流)算出部 54において スプリングセット力に EGRガスの力を加えた力に相当するトルクが初期モータトルクと して算出され、当該初期モータトルクに応じた初期電流値が電磁コイル 42に出力さ れる。
[0040] このように、初期モータトルクに応じた初期電流値が電磁コイル 42に出力されると、 例えば初期電流値がない場合には、 PID補償器 53からの電流値、即ちモータトルク は PID制御により徐々に増加するものであり、当該モータトルクが EGR弁 20を開弁 可能なトルク、即ちスプリング 38の付勢力に EGR弁 20前後の圧力差に応じた EGR ガスの力をカ卩味した力に相当するトルクに達するまでは EGR弁 20が開弁せず、この 間応答遅れが生じることになるのである力 モータ部 40が当該初期モータトルクを得 るべく即座に作動することでこのような応答遅れが解消され、モータ式ポペット弁であ る EGR弁 20が応答性よく速やかに開弁する。
[0041] 即ち、図 3を参照すると、モータ式ポペット弁である EGR弁 20のモータトルクと弁開 度の時間変化が、初期モータトルクを考慮しない従来の場合 (a)と初期モータトルク を考慮した本発明の場合 (b)とで比較してタイムチャートで示されているが、同図に 示すように、初期モータトルクをカ卩えることにより、従来のような EGR弁 20の応答遅れ が解消され、モータトルクが EGR弁 20の開弁指令と略同時に一気にスプリングセット 力に EGRガスの力をカ卩えた力に相当するトルクに達することになり、 EGR弁 20が速 やかに開弁を開始する。以降、 EGR弁 20はフィードバック制御及び PID制御により 目標開度に向けて徐々に良好に開弁制御される。
[0042] これにより、 EGR弁 20がモータ式ポペット弁である場合、上述した如く EGR弁 20の 目標開度が小さ ヽ (低バルブリフト)程、即ちモータトルクの立ち上がりが遅 、程応答 遅れが大きい傾向にあるのであるが（図 4参照）、 目標開度に拘わらず EGR弁 20の 応答性を高めることができ、特に EGR弁 20の微小開度における制御精度を向上さ せることができる。
[0043] 以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、実施態様は上記実施形態 に限られるものではない。
[0044] 例えば、上記実施形態では、スプリングセット力推定部 55にお 、て、エンジンの始 動直後 (電源 ON直後)の所定期間 A及び停止直後 (電源 OFF直後)の所定期間 B にお 、てスプリングセット力の推定を行うようにして!/ヽるが、所定期間 A及び所定期間 Bの!、ずれか一方のみにお!、てスプリングセット力を推定するようにしてもよ！、。
[0045] また、上記実施形態では、初期トルク (電流)算出部 54にお 、てスプリングセット力 に EGRガスの力をカ卩えた力に相当するトルクを初期モータトルクとして算出し、当該 初期モータトルクに応じた初期電流値を電磁コイル 42に出力するようにしているが、 弁体 33を弁座 12側に付勢している力の殆どは縮設されたスプリング 38の付勢力で あることから、スプリングセット力に相当するトルクのみに基づいて初期モータトルク、 ひいては初期電流値を設定するようにしてもよい。つまり、上記圧力センサ 16、 18や 差圧検出部 56を省略するようにしてもよい。このようにしても初期モータトルク、ひい ては初期電流値を適切に設定でき、十分な効果を得ることができる。但し、上記実施 形態のように EGRガスの力を加味することで、エンジンの運転状態に依らず初期モ 一タトルクをより一層適切に設定することができることは勿論である。
[0046] また、上記実施形態では、モータ式ポペット弁を EGR弁 20に適用した場合を例に 説明したが、これに限られるものではなぐ本発明は当然のことながらその用途に拘 わらず全てのモータ式ポペット弁に適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] モータ式ポペット弁 (20)であって、
弁体 (33)が流体通路内に配設される一方、ステム部 (34)が前記流体通路の外殻を 貫通して該流体通路の外部に突出してなり、前記弁体が前記外殻に形成された弁 座 (12)に当接することで前記流体通路内を流れる流体を遮断し、前記弁体が前記弁 座力 離間することで前記流体の連通を許容するポペット弁本体 (32)と、
該ポペット弁本体のステムヘッド部 (35)に嵌合されたスプリングキャップ (36)と、 該スプリングキャップと前記流体通路の外殻との間に縮設され、前記弁体を該弁体 が前記弁座に当接するよう付勢するスプリング (38)と、
前記ポペット弁本体の前記ステム部の軸線延長上に設けられ、該軸線方向に移動 して前記ステムヘッド部を押圧するシャフト (46)と、
前記シャフトに螺合される回転子 (44)を有し、該回転子を正転作動及び反転作動さ せることで前記シャフトを往復動させる電気モータ (40)と、
該電気モータの作動を制御するモータ制御手段 (50)とを備え、
該モータ制御手段は、
前記弁体を前記弁座側に付勢して 、る力に相当するトルクまたはその近傍値となる よう前記電気モータの初期モータトルクを設定する初期モータトルク設定手段 (54)を 有し、
前記シャフトにより前記ステムヘッド部を押圧し前記弁体を前記弁座力 離間させる ベく前記電気モータを作動させる際、前記初期モータトルク設定手段により設定され た初期モータトルクが得られるよう前記電気モータを作動させることを特徴とする。
[2] 請求項 1のモータ式ポペット弁 (20)であって、
前記初期モータトルク設定手段 (54)は、前記縮設されたスプリングの付勢力に相当 するトルクまたはその近傍値となるよう前記電気モータの初期モータトルクを設定する ことを特徴とする。
[3] 請求項 2のモータ式ポペット弁 (20)であって、
前記モータ制御手段 (50)は、
前記流体通路の前記弁体よりも上流側の部分の上流側流体圧と下流側の部分の 下流側流体圧との圧力差を検出する圧力差検出手段 (56)をさらに有し、
前記初期モータトルク設定手段 (54)は、前記縮設されたスプリングの付勢力に前記 圧力差検出手段により検出された上流側流体圧と下流側流体圧との圧力差に応じ た力を加味した力に相当するトルクまたはその近傍値となるよう前記電気モータの初 期モータトルクを設定することを特徴とする。 内燃機関の EGR装置であって、
排気系カゝら排気の一部を EGRガスとして吸気系に還流させる EGR通路と、 該 EGR通路に設けられ、該 EGR通路を還流する EGRガスの流量を調節する EGR 弁とを備え、
前記 EGR弁が、請求項 1乃至 3のいずれかのモータ式ポペット弁 (20)であることを 特徴とする。
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