JP2005226595A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気還流装置のバルブシャフト４及びその弁体８の作動不良を防止する。
【解決手段】 ハウジング５の軸受部７を貫通して、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路１４へ突出するバルブシャフト４に、排気ガス還流通路１４を開閉する弁体８を取り付ける。シャフト駆動手段１６によりバルブシャフト４を軸周りに回転させながら軸方向へ駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを吸気系へ還流する排気還流装置（ＥＧＲ装置）に関する。

周知のように、内燃機関の排気還流装置では、排気ガス中の未燃燃料やカーボン等の微粒子が排気還流通路を開閉する弁体やそのバルブシャフトに付着してデポジットが生成され、このデポジットが例えばバルブシャフトとこれを回転可能に支持するハウジングのブッシング（軸受部）との間に噛み込まれて、バルブシャフトの固着（スティック）等の作動不良を招くおそれがある。そこで、特許文献１では、バルブシャフトのうち、ブッシングの中へ出入りする部分の付近にデポジット逃げ溝を形成し、この溝にデポジットを形成させることにより、シャフトとブッシングの間の隙間を確保し、シャフトの固着を回避する技術が開示されている。
特開２００２−２８５９１８号公報

上記の特許文献１では、使用耐用期間を想定してデポジット逃げ溝の寸法を設定することにより、シャフトとブッシングの固着は起こり得ないと記載されている。しかしながら、デポジット逃げ溝の寸法はあくまでも設計見込み値であり、実際の使用形態によっては想定以上のデポジットが逃げ溝に堆積し、固着を招くおそれも否定できない。更に言えば、上記の特許文献１ではデポジットを積極的に逃げ溝へ堆積させるようになっているため、逃げ溝に堆積するデポジットによりシャフトの動作が経時的に劣化していくことは避けられない。

また、上述したバルブシャフトとその軸受部分との隙間の他、弁体がバルブシートに着座した閉弁状態が長期化すると、この着座部分にデポジットが堆積して、バルブシャフトの開弁動作を妨げるおそれがある。上記の特許文献１では、このような着座部分に堆積するデポジットによる作動不良（固着）については考慮されていない。これらの固着を回避するために単にバルブシャフトの軸力を大きくしようとすると、このバルブシャフトを駆動するステップモータ等のアクチュエータの出力トルクを大きくする必要があり、アクチュエータの大型化を招いてしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、デポジットの堆積によるバルブシャフトの作動不良を確実に回避し得る新規な内燃機関の排気還流装置を提供することを主たる目的としている。

内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路と、この排気ガス還流通路へ突出するバルブシャフトと、このバルブシャフトに取り付けられ、上記排気ガス還流通路を開閉する弁体と、上記バルブシャフトを軸周りに回転させながら軸方向へ駆動させるシャフト駆動手段と、を有する。

本発明によれば、バルブシャフトが軸周りに回転しながら軸方向、つまり開閉方向に移動する。このため、バルブシャフトに軸方向の推進力に加えて、回転方向の力が作用し、デポジットが付着しているバルブシャフトの開弁力を有効に向上することができ、バルブシャフトの円滑な開閉動作を長期にわたって安定的に確保することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係る内燃機関の排気還流装置（ＥＧＲ装置）を示す全閉状態での断面図であり、図２は全開状態での断面図である。この排気還流装置は、シリンダヘッド等の機関固定要素に取り付けられるハウジング５を備えている。ハウジング５の内部には排気ガス還流通路１４の一部が画成されている。排気ガスは、矢印Ａで示すように内燃機関の排気通路に接続するガス入口１３より導入され、矢印Ｂで示すようにガス出口１０を通って内燃機関の吸気通路へ供給される。

また、排気還流装置は、ハウジング５の軸受部７を貫通して排気ガス還流通路１４へ突出するバルブシャフト４と、このバルブシャフト４の一端（図１，２では下端）に取り付けられ、排気ガス還流通路１４を開閉する弁体としてのポペット弁８と、バルブシャフト４を軸周りに回転させながら軸方向へ駆動するシャフト駆動部１６と、を有している。ポペット弁８は、排気ガス還流通路１４に設けられたバルブシート１２の開口をガス入口１３側から閉塞し得る、いわゆる外開き弁であり、バルブシャフト４の一端に固定又は一体形成され、バルブシャフト４と一体的に軸周りに回転しながら軸方向へ移動する。軸受部７には、例えばカーボン製の円筒形をなすブッシュ１１が設けられている。バルブシャフト４の外周とブッシュ１１の内周とは実質的に隙間なく摺動するように設定され、高い機密性が確保されている。

なお、図示していないが、実際にはバルブシャフト４を常に閉弁方向へ付勢するリターンスプリングが設けられる。

シャフト駆動部１６は、バルブシャフト４と同軸上に配置されたロータシャフト１と、このロータシャフト１を軸周りに回転駆動するアクチュエータとしてのステップモータ２と、バルブシャフト４とロータシャフト１とが相対回転することなく軸方向に相対移動できるように、これらバルブシャフト４とロータシャフト１とを機械的に連係する連係機構３と、バルブシャフト４の回転運動を軸方向の直進運動に変換する変換機構９と、を備えている。

ステップモータ２は、固定ボルト１７等によりハウジング５に固定されており、周知のように、ロータシャフト１の回転子１ａの周囲に複数のコイル２ａが設けられている。図示せぬエンジン制御部により機関運転状態に応じてパルス状の駆動電流をコイル２ａへ供給することにより、ポペット弁８の開閉動作が制御され、排気ガスの還流量・還流率が調整される。

図３〜５にも示すように、連係機構３は、バルブシャフト４の端部（上端部）に形成される嵌合軸部３ａと、この嵌合軸部３ａの外周より径方向に突出する一対の嵌合ピン部３ｂと、ロータシャフト１の端部（下端部）に形成され、嵌合軸部３ａが緩く嵌合する軸方向孔３ｃと、この軸方向孔３ｃに沿って軸方向に延長形成され、嵌合ピン部３ｂが軸方向に摺動可能に嵌合するスリット状の一対の軸方向溝３ｄと、を有している。嵌合軸部３ａは、他の部分（下方部分）よりも小径化されている。嵌合ピン部３ｂは、例えば圧入により嵌合軸部３ａに固定されている。軸方向孔３ｃの内径は嵌合軸部３ａの外径よりも大きく設定されており、両者の間には適宜な間隙（例えば１〜２ｍｍ程度）が確保されている。

このような連係機構３によれば、ロータシャフト１とバルブシャフト４とが分割構成されており、かつ、嵌合軸部３ａと軸方向孔３ｃとの間に間隙が確保されているため、多少ロータシャフト１とバルブシャフト４との同軸度がずれても、回転力を高い効率で伝えることができる。従って、両者の同軸度が過度に要求されることがなく、組立作業が容易で、かつ、設計の自由度が高い。また、シャフトの径やポペットのストローク変化に容易に対応可能である。

変換機構９は、図１に示すように、バルブシャフト４の外周に形成された雄ネジ部９ａと、ハウジング５に固定されるナット６に形成され、雄ネジ部９ａに噛み合う雌ネジ部９ｂと、により構成されるネジ機構である。バルブシャフト４がロータシャフト１とともに軸周りに回転すると、この回転力がネジ機構９のネジの原理により軸方向の推進力に変換され、バルブシャフト４が回転しながら軸方向に沿って開弁方向に降下又は閉弁方向に上昇する。

一般的に、デポジットによりシャフトの固着等の作動不良を招き易い部位としては、図１に示すように、ガス入口１３近傍のバルブシート１２の開口周縁部Ｃと、ブッシュ１１を含む軸受部７とバルブシャフト４との隙間Ｄと、が挙げられる。上記の開口周縁部Ｃには、シャフトの閉弁状態でデポジットが堆積し、次回のポペット弁８の開弁動作を妨げるおそれがある。また、上記の隙間Ｄに、バルブシャフト４の表面に付着するデポジットが噛み込まれると、バルブシャフト４の作動不良を招くおそれがある。

本実施例によれば、バルブシャフト４及びポペット弁８が軸周りに回転しながら軸方向に昇降する構造であるため、軸方向の力に加えて回転方向・剪断方向の力を発生させることができる。したがって、シャフトが回転することなく軸方向にのみ移動する構造に比して、同一出力トルクでもデポジット付着時の開弁力を有効に向上させることができ、具体的には、上記の開口周縁部Ｃや隙間Ｄにデポジットが堆積したり噛み込まれていても、バルブシャフト４を容易かつ確実に駆動することができ、このようなデポジットが取り除かれるため、ポペット弁８を含むバルブシャフト４がデポジットにより作動不良となることを確実に防止することができる。従って、バルブシャフト４の良好な動作を長期にわたって安定的に得ることができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。

例えば、上記実施例の連係機構３に代えて、図６に示すような連係機構２０としても良い。この連係機構２０は、ロータシャフトとバルブシャフトの一方（図６ではバルブシャフト４）の端部から軸方向に板状に延びる嵌合片部２１と、 他方のロータシャフト１の端面に凹設され、嵌合片部２１が摺動可能に嵌合する二面幅形状のスライド溝２２と、により構成される。この連係機構２０によれば、上記実施例に比して両シャフトの同軸度を確保し難い反面、構造が簡素でコスト的に有利である。

以上の説明より把握し得る本発明の技術思想について列記する。

（１）
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路１４と、この排気ガス還流通路１４へ突出するバルブシャフト４と、このバルブシャフト４に取り付けられ、上記排気ガス還流通路１４を開閉する弁体８と、上記バルブシャフト４を軸周りに回転させながら軸方向へ駆動させるシャフト駆動手段１６と、を有する。

（２）上記弁体８が、上記バルブシャフト４の先端に固定又は一体形成されており、上記バルブシャフト４と一体的に回転しながら軸方向に移動する。

（３）上記シャフト駆動手段１６が、ロータシャフト１と、このロータシャフト１を軸周りに回転駆動するアクチュエータ２と、上記バルブシャフト４とロータシャフト１とが相対回転することなく軸方向に相対移動できるように、これらバルブシャフト４とロータシャフト１とを連係する連係機構３と、上記バルブシャフト４の回転運動を軸方向の直進運動に変換する変換機構９と、を有する。

（４）上記連係機構３が、同軸上に配置されたバルブシャフト４とロータシャフト１の一方のシャフトの端部に形成される嵌合軸部３ａと、この嵌合軸部３ａの外周より径方向に突出する嵌合ピン部３ｂと、上記バルブシャフト４とロータシャフト１の他方のシャフトの端部に形成され、上記嵌合軸部３ａが緩く嵌合する軸方向孔３ｃと、この軸方向孔３ｃに沿って軸方向に延長形成され、上記嵌合ピン部３ｂが軸方向に摺動可能に嵌合する軸方向溝３ｄと、を有する。

（５）上記連係機構２０が、同軸上に配置されたバルブシャフト４とロータシャフト１の一方のシャフト４の端部から軸方向に板状に延びる嵌合片部２１と、上記バルブシャフト４とロータシャフト１の他方のシャフト１の端面に凹設され、上記嵌合片部４が摺動可能に嵌合する二面幅形状のスライド溝２２と、を有する。

（６）上記変換機構９が、上記バルブシャフト４の外周に設けられた雄ネジ部９ａと、上記ハウジング５に設けられ、上記雄ネジ部９ａに噛み合う雌ネジ部９ｂと、により構成されるネジ機構である。

（７）内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路１４と、この排気ガス還流通路１４へ突出するバルブシャフト４と、このバルブシャフト４に取り付けられた弁体８と、を備え、この弁体８をバルブシャフト４の軸方向に駆動して上記排気ガス還流通路１４を開閉する内燃機関の排気還流装置において、上記バルブシャフト４を軸周りに回転させながら軸方向へ駆動させることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。

本発明の一実施例に係る内燃機関の排気還流装置を示す全閉状態での縦断面図。 上記実施例の排気還流装置を示す全開状態での縦断面図。 上記実施例のロータシャフトを単体で示す側面図（Ａ）及び下面対応図（Ｂ）。 上記実施例のバルブシャフトを単体で示す上面対応図（Ａ）及び側面図（Ｂ）。 上記実施例のロータシャフトとバルブシャフトとを連係した状態で示す斜視図。 ロータシャフトとバルブシャフトとの他の連係機構を示す斜視図。

符号の説明

１…ロータシャフト
３…連係機構
４…バルブシャフト
５…ハウジング
７…軸受部
８…ポペット弁（弁体）
９…変換機構
１４…排気ガス還流通路
１６…シャフト駆動部（シャフト駆動手段）

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路と、
   この排気ガス還流通路へ突出するバルブシャフトと、
   このバルブシャフトに取り付けられ、上記排気ガス還流通路を開閉する弁体と、
   上記バルブシャフトを軸周りに回転させながら軸方向へ駆動させるシャフト駆動手段と、
   を有する内燃機関の排気還流装置。
2. 上記弁体が、上記バルブシャフトの先端に固定又は一体形成されており、上記バルブシャフトと一体的に回転しながら軸方向に移動する請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
3. 上記シャフト駆動手段が、
   ロータシャフトと、
   このロータシャフトを軸周りに回転駆動するアクチュエータと、
   上記バルブシャフトとロータシャフトとが相対回転することなく軸方向に相対移動できるように、これらバルブシャフトとロータシャフトとを連係する連係機構と、
   上記バルブシャフトの回転運動を軸方向の直進運動に変換する変換機構と、
   を有する請求項１又は２に記載の排気還流装置。
4. 上記連係機構が、同軸上に配置されたバルブシャフトとロータシャフトの一方のシャフトの端部に形成される嵌合軸部と、この嵌合軸部の外周より径方向に突出する嵌合ピン部と、上記バルブシャフトとロータシャフトの他方のシャフトの端部に形成され、上記嵌合軸部が緩く嵌合する軸方向孔と、この軸方向孔に沿って軸方向に延長形成され、上記嵌合ピン部が軸方向に摺動可能に嵌合する軸方向溝と、を有する請求項３に記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 上記連係機構が、同軸上に配置されたバルブシャフトとロータシャフトの一方のシャフトの端部から軸方向に板状に延びる嵌合片部と、上記バルブシャフトとロータシャフトの他方のシャフトの端面に凹設され、上記嵌合片部が摺動可能に嵌合する二面幅形状のスライド溝と、を有する請求項３に記載の内燃機関の排気還流装置。
6. 上記変換機構が、上記バルブシャフトの外周に設けられた雄ネジ部と、上記ハウジングに設けられ、上記雄ネジ部に噛み合う雌ネジ部と、により構成されるネジ機構である請求項３〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
7. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路と、
   この排気ガス還流通路へ突出するバルブシャフトと、
   このバルブシャフトに取り付けられた弁体と、を備え、
   この弁体をバルブシャフトの軸方向に駆動して上記排気ガス還流通路を開閉する内燃機関の排気還流装置において、
   上記バルブシャフトを軸周りに回転させながら軸方向へ駆動させることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
   

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