JP2005233063A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 エンジン始動時またはエンジン始動後に、EGR制御弁2のバタフライ型バルブ5を円滑に開閉作動させることを課題とする。
【解決手段】 エンジン停止時に、エンジン停止後のバルブ停止位置であるバルブ全閉位置を通り越して1回以上開閉作動するため、バルブ全閉位置付近のノズル4の内径面に付着し堆積してデポジットを形成した排気ガス中の微粒子を、バタフライ型バルブ5の周方向溝54内に保持されたシールリング7の先端部で掻き落とすことができる。その後に、そのデポジット等を掻き落とした位置に、バタフライ型バルブ5を停止させることで、エンジン停止後のデポジットの付着または堆積によるシールリング7の固着または動作不良を防止できる。これによって、エンジン始動時またはエンジン始動後に、バタフライ型バルブ5を円滑に開閉作動させることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、排気ガス還流管内に形成される排気ガス還流路の開口面積を調節するための排気ガス還流量制御弁の弁体としてバタフライ型バルブを使用する排気ガス再循環装置に関するもので、特にバタフライ型バルブの外径面に形成された周方向溝内に、半径方向に弾性変形が可能な略円環状のシールリングを保持した排気ガス再循環装置に係わる。
[従来の技術]
従来より、エンジンの排気管を流れる排気ガスの一部である排気再循環ガス(EGRガス)を吸気管内を流れる吸入空気中に混入させることにより、最高燃焼温度を低下させ、排気ガス中に含まれる有害物質(例えば窒素酸化物)の低減を図るようにした排気ガス再循環装置が知られている。しかし、排気ガス再循環は、エンジンの出力の低下およびエンジンの運転性の低下を伴うので、吸気管内へ還流させる排気ガス還流量(EGR量)を調節する必要がある。
そこで、従来より、排気ガス再循環装置の排気ガス還流管内に形成される排気ガス還流路の開口面積を調節するための排気ガス還流量制御弁が設けられている。なお、排気ガス還流量制御弁の弁体として、トルクモータによりバルブシャフトを介して回転方向に駆動されるバタフライ型バルブを使用する排気ガス再循環装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。一方、エンジンの気筒に連通する吸気管内に形成される吸気通路の開口面積を調節するための空気流量制御弁の弁体としてバタフライ型バルブを使用する電子制御方式のスロットル制御装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。これは、バタフライ型バルブをエンジン停止時に所定の開度だけ開いて停止させることにより、デポジットによる弁体とボアとの固着を防止している。
このような特許文献2に記載のバタフライ型バルブの制御方法を、特許文献1に記載の排気ガス再循環装置に適用した場合には、図6(a)、(b)に示したように、バルブハウジング101に嵌合した略円管状のノズル102と、トルクモータに駆動されるバルブシャフト103と、ノズル102内においてバルブシャフト103の回転中心軸線を中心にして回転するバタフライ型バルブ104と、このバタフライ型バルブ104の周方向溝105内に保持された略円環状のシールリング106とを備えた排気ガス還流量制御弁となる。そして、バタフライ型バルブ104がバルブ全閉位置に位置する時に、ノズル102の内径面とバタフライ型バルブ104の外径面との間に形成される円環状隙間を、シールリング106の半径方向の弾性変形力を利用して密閉化することができる。
また、排気ガス還流量制御弁のバタフライ型バルブ104は、燃焼残滓やカーボン等の微粒子が含まれている排気再循環ガス(EGRガス)が流れる排気ガス還流路107内に収容されている。このため、エンジン停止時に、バタフライ型バルブ104をバルブ全閉位置で停止させると、排気再循環ガス(EGRガス)中の微粒子がバタフライ型バルブ104およびシールリング106に付着してデポジットを形成する可能性がある。仮にノズル102の内径面とシールリング106の外径側端部とに跨がってデポジットが堆積すると、シールリング106がノズル102の内径面に固着して、例えばトルクモータ等のアクチュエータによってバタフライ型バルブ104が円滑に作動しなくなる可能性がある。 そこで、図6(a)、(b)に示したように、エンジン停止時に、外周部にシールリング106を保持したバタフライ型バルブ104を、バルブ全閉位置よりも更に閉じ側に所定の開度だけ開いた位置(バルブ停止位置)で停止させることにより、ノズル102の内径面とシールリング106の外径側端部とに跨がってデポジットが堆積するのを防止して、ノズル102の内径面とシールリング106との固着を防止できる。
[従来の技術の不具合]
ところが、バタフライ型バルブ104の周方向溝105の内壁面および底壁面とシールリング106の側壁面および内径面との間には、シールリング106が半径方向の外径側に弾性変形し易くするために必要最小限のクリアランスが設けられている。このため、エンジン停止時に、バタフライ型バルブ104を、図6(a)、(b)に示したように、バルブ全閉位置よりも更に閉じ側に所定の開度だけ開いてバルブ停止位置で停止させると、シールリング106が半径方向の外径側に弾性変形することにより、シールリング106の外径がノズル102の内径よりも広がった状態となる。この状態で、バタフライ型バルブ104の周方向溝105の内壁面とシールリング106の側壁面とに跨がってデポジットが堆積すると、そのデポジットによりシールリング106が半径方向の外径側に弾性変形した状態でバタフライ型バルブ104に固着する可能性がある。
この場合には、エンジン始動時に、例えばトルクモータ等のアクチュエータを通電してバタフライ型バルブ104を作動させても、シールリング106が半径方向の内径側に弾性変形できず、シールリング106の外径側端部がノズル102の内径面に引っ掛かるため、バタフライ型バルブ104をバルブ全閉位置に戻すことができない。したがって、エンジン始動後に、例えばトルクモータ等のアクチュエータによってバタフライ型バルブ104が円滑に作動させることができず、エンジンの運転状態に対応して排気ガス還流量(EGR量)を調節できないという問題が発生する可能性がある。
特表平11−502582号公報(第1−29頁、図1−図7) 特開平04−249678号公報(第1−5頁、図1−図6)
本発明の目的は、エンジン停止時またはエンジン停止後の、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブのバルブ停止位置において、シールリングの外径がハウジングの管状部の内径よりも広がらないようにすることで、エンジン始動時またはエンジン始動後に、排気ガス還流量制御弁のバタフライ型バルブを円滑に開閉作動させることのできる排気ガス再循環装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明によれば、エンジン運転中に、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブを、バルブ全閉位置で停止させることにより、管状部の内径面とバタフライ型バルブの外径面との間に形成される環状隙間がシールリングの半径方向の弾性変形力を利用して密閉化される。また、エンジン停止時またはエンジン停止後に、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブを、バルブ全閉位置を跨いで1回以上開閉動作させることにより、エンジン運転中にバルブ全閉位置付近の管状部の内径面に付着したデポジットを掻き落とすことができる。
その後に、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブを、バルブ全閉位置(=バルブ停止位置)で停止させることにより、シールリングが半径方向の内径側に弾性変形することにより、シールリングの外径が管状部の内径よりも広がることはない。しかも、デポジットを掻き落としたバルブ全閉位置に外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブを停止させているため、エンジン停止後のデポジットの付着または堆積によるシールリングの固着または動作不良を防止できる。これによって、エンジン始動時またはエンジン始動後に、排気ガス還流量制御弁のバタフライ型バルブを円滑に開閉作動させることができるので、エンジンの運転状態に対応して排気ガス還流量(EGR量)を最適化できる。
請求項2に記載の発明によれば、上記のバルブ開閉動作手段として、バタフライ型バルブを、開弁方向および閉弁方向に回転駆動する動力ユニットを設けても良い。また、請求項3に記載の発明によれば、上記のバルブ開閉動作手段として、バタフライ型バルブを、バルブ全開位置からバルブ全閉位置まで戻す方向に付勢するリターンスプリング、およびバタフライ型バルブを、バルブ全閉位置を通り越した位置から前記バルブ全閉位置まで戻す方向に付勢するデフォルトスプリングを設けても良い。
請求項4に記載の発明によれば、エンジン運転中に、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブを、バルブ全閉位置で停止させることにより、管状部の内径面とバタフライ型バルブの外径面との間に形成される環状隙間がシールリングの半径方向の弾性変形力を利用して密閉化される。また、エンジン停止時またはエンジン停止後に、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブを、バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置、例えばバルブ全閉位置よりも更に閉じ側に所定の開度だけ開いたバルブ停止位置で停止させる。
そして、バルブ停止位置においてシールリングの外径を、管状部の内径と略一致するように保持するリング外径保持手段を設けたことにより、仮にエンジン停止後にデポジットの付着または堆積によってシールリングがバタフライ型バルブに固着しても、シールリングの外径と管状部の内径とがほぼ同じであるため、エンジン始動時にシールリングの外径側端部が管状部の内径面に引っ掛かることなく、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブを、バルブ全閉位置に戻すことができる。これによって、エンジン始動後に、排気ガス還流量制御弁のバタフライ型バルブを円滑に開閉作動させることができるので、エンジンの運転状態に対応して排気ガス還流量(EGR量)を最適化できる。
請求項5に記載の発明によれば、上記のバルブ位置保持手段として、バタフライ型バルブを、バルブ全開位置からバルブ停止位置まで戻す方向に付勢するリターンスプリングを設けても良い。また、請求項6に記載の発明によれば、上記のバルブ位置保持手段として、バタフライ型バルブを、開弁方向および閉弁方向に回転駆動する動力ユニットを設けても良い。また、請求項7に記載の発明によれば、上記のリング外径保持手段として、バルブ全閉位置からバルブ停止位置までの間で、シールリングの外径が管状部の内径よりも広がらないようにするための突状部を採用しても良い。この突状部は、管状部の内壁面に一体的に形成しても良く、更に、突状部の先端面にシールリングの外形形状に対応した略球面状の凹部を設けても良い。
請求項8に記載の発明によれば、上記のリング外径保持手段として、シールリングの弾性変形方向を、シールリングの半径方向の内径側のみに設定したシールリング構造を採用しても良い。また、請求項9に記載の発明によれば、上記のリング外径保持手段として、バルブ停止位置においてシールリングの外径が管状部の内径よりも広がらないように、シールリングの半径方向の外径側への、シールリングの弾性変形を規制する外径側変形規制手段を設けても良い。また、請求項10に記載の発明によれば、シールリングの半径方向の外径側端部に、バタフライ型バルブの開閉動作がし易いように面取りを施しても良い。
本発明を実施するための最良の形態は、エンジン停止後のデポジットの付着または堆積によるシールリングの固着または動作不良を防止して、エンジン始動時またはエンジン始動後に、排気ガス還流量制御弁のバタフライ型バルブを円滑に開閉作動させるという目的を、エンジン停止時またはエンジン停止後の、外周部にシールリングを保持したバタフライ型バルブのバルブ停止位置において、シールリングの外径がハウジングの管状部の内径よりも広がらないようにすることで実現した。
[実施例1の構成]
図1ないし図3は本発明の実施例1を示したもので、図1(a)、(b)は排気ガス還流量制御弁の主要構成を示した図で、図2は排気ガス再循環装置の全体構造を示した図である。
本実施例の排気ガス再循環装置は、内燃機関(以下エンジンと呼ぶ)の排気管に接続されて、排気ガスの一部(排気再循環ガス:以下EGRガスと呼ぶ)を吸気管に再循環させるための排気ガス還流路1と、この排気ガス還流路1内を排気側から吸気側に還流する排気ガス還流量(EGR量)を調節する排気ガス還流量制御弁(以下EGR制御弁と呼ぶ)2とを備えている。そして、本実施例のEGR制御弁2は、EGRガスを排気側から吸気側に還流させるための排気ガス還流管の一部を構成するバルブハウジング3と、このバルブハウジング3に嵌合保持された円管状のノズル(本発明の管状部に相当する)4内に開閉自在に収容されたバタフライ型バルブ(EGR制御弁2の弁体)5とを備えている。
また、EGR制御弁2は、バタフライ型バルブ5と一体的に回転方向に動作するバルブシャフト6を有し、バタフライ型バルブ5のバルブ全閉時に、バタフライ型バルブ5の外周部(外径側端部の外周面、バルブ外径面)に保持されたシールリング7の半径方向の弾性変形力を利用してシールリング7のシール接触面(シールリング外径面)を、ノズル4のシート接触面(ノズル内径面)に密着させることで、ノズル4の内径面とバタフライ型バルブ5の外径面との間に形成される略円環状隙間を気密化(シール)するように構成されている。
また、EGR制御弁2は、エンジン停止時にバタフライ型バルブ5をバルブ全閉位置を跨いで1回以上開閉動作させた後に、バルブ全閉位置で停止させるバルブ開閉動作手段と、バタフライ型バルブ5を開弁方向(または閉弁方向)に駆動する動力ユニットと、この動力ユニットを電子制御するエンジン制御装置(以下ECUと呼ぶ)とを備えている。ここで、本実施例の動力ユニットは、EGR制御弁2のバルブシャフト6を回転方向に駆動する駆動モータ10、およびこの駆動モータ10の回転動力をEGR制御弁2のバルブシャフト6に伝達するための動力伝達機構(本例では歯車減速機構)を含んで構成されている。
駆動モータ10は、バルブハウジング3の外壁部に一体的に形成された凹形状のモータハウジング11内に収容保持されている。一方、歯車減速機構の各ギヤは、バルブハウジング3の外壁部に一体的に形成された凹形状のギヤケース12内に回転自在に収容されている。そして、バルブハウジング3の外壁部には、モータハウジング11の開口側およびギヤケース12の開口側を閉塞するセンサカバー13が取り付けられている。このセンサカバー13は、後記するEGR量センサの各端子間を電気的に絶縁する樹脂材料(例えばポリブチレンテレフタレート:PBT)よりなる。そして、センサカバー13は、モータハウジング11の開口側およびギヤケース12の開口側に設けられた嵌合部(接合端面)に嵌め合わされる被嵌合部(接合端面)を有し、複数個のカバー固定スクリュー(図示せず)等によってモータハウジング11の開口側およびギヤケース12の開口側に設けられた嵌合部に気密的に組み付けられている。
駆動モータ10は、センサカバー13内に埋設されたモータ用通電端子に一体的に接続されて、通電されるとモータシャフト(駆動モータ10の出力軸)14が回転する直流電動機である。この駆動モータ10は、通電されるとモータシャフト14を正転方向または逆転方向に回転動作させる電動式のアクチュエータ(駆動源)で、上記の歯車減速機構を介して、EGR制御弁2のバタフライ型バルブ5およびバルブシャフト6を開弁方向(または閉弁方向)に回転動作させる。なお、本実施例では、駆動モータ10とモータハウジング11の底壁部との間に、駆動モータ10の耐振性を向上させるための防振ワッシャ15が介装されている。
そして、駆動モータ10は、前端部から、センサカバー13内に埋設されたモータ用外部接続端子(ターミナル:図示せず)に電気的にしかも機械的に接続されるモータ用通電端子(ターミナル)16が突出している。また、駆動モータ10をモータハウジング11内に支持固定するためのモータ固定プレート17は、モータ固定スクリュー19を用いてモータハウジング11に締め付け固定される。
歯車減速機構は、駆動モータ10のモータシャフト14の回転速度を所定の減速比となるように減速するもので、駆動モータ10のモータシャフト14の外周に固定されたモータ側ギヤ21と、このモータ側ギヤ21と噛み合って回転する中間減速ギヤ22と、この中間減速ギヤ22と噛み合って回転するバルブ側ギヤ23とを有し、EGR制御弁2のバルブシャフト6を回転駆動するバルブ駆動手段である。モータ側ギヤ21は、金属材料により所定の形状に一体的に形成され、駆動モータ10のモータシャフト14と一体的に回転するピニオンギヤである。
中間減速ギヤ22は、樹脂材料により所定の形状に一体成形され、回転中心を成す中間シャフト24の外周に回転自在に嵌め合わされている。そして、中間減速ギヤ22には、モータ側ギヤ21に噛み合う大径ギヤ25、およびバルブ側ギヤ23に噛み合う小径ギヤ26が設けられている。ここで、モータ側ギヤ21および中間減速ギヤ22は、駆動モータ10のモータ出力軸トルクをバルブ側ギヤ23に伝達するトルク伝達手段である。また、中間シャフト24の軸方向の一端部(図示右端部)は、センサカバー13の内壁面に形成された凹状部に嵌め込まれ、他端部(図示左端部)は、バルブハウジング3の外壁部に一体的に形成されたギヤケース12の底壁面に形成された凹状部に圧入固定されている。そして、バルブ側ギヤ23は、樹脂材料(例えばポリブチレンテレフタレート:PBT)により所定の略円環形状に一体成形され、そのバルブ側ギヤ23の外周面には、中間減速ギヤ22の小径ギヤ26と噛み合うギヤ部27が一体的に形成されている。なお、バルブ側ギヤ23の内径側には、非金属材料(樹脂材料)よりなるロータ31が一体的に樹脂成形されている。
ここで、本実施例の排気ガス再循環装置は、EGR制御弁2のバタフライ型バルブ5の弁開度を電気信号に変換し、どれだけEGRガスが吸気管内を流れる吸入空気に混入されているか、つまり吸気管内へのEGRガスの排気ガス還流量(EGR量)をECUへ出力するEGR量センサを備えている。また、本実施例では、ECUによって指令される指令EGR量(目標弁開度)とEGR量センサによって検出される検出EGR量(弁開度)とが略一致するように、駆動モータ10への駆動電流値をフィードバック制御している。なお、駆動モータ10への制御指令値(駆動電流値)の制御は、デューティ(DUTY)制御により行うことが望ましい。すなわち、指令EGR量(指令弁開度)と検出EGR量(弁開度)との偏差に応じて単位時間当たりの制御パルス信号のオン/オフの割合(通電割合・デューティ比)を調整して、EGR制御弁2のバタフライ型バルブ5の弁開度を変化させるデューティ(DUTY)制御を用いている。
EGR量センサは、EGR制御弁2のバルブシャフト6の図示右端部に固定された略コの字状断面を有するロータ31と、磁界発生源である分割型(略角形状)の永久磁石(マグネット)32と、このマグネット32に磁化される分割型(略円弧状)のヨーク(磁性体)33と、分割型のマグネット32に対向するようにセンサカバー13側に一体的に配置された複数個のホール素子34と、これらのホール素子34と外部のECUとを電気的に接続するための導電性金属薄板よりなるターミナル(図示せず)と、ホール素子34への磁束を集中させる鉄系の金属材料(磁性材料)よりなるステータ35とから構成されている。
分割型のマグネット32および分割型のヨーク33は、歯車減速機構の構成要素の1つであるバルブ側ギヤ23に一体的に樹脂成形されたロータ31の内周面に接着剤等を用いて固定されている。なお、分割型のマグネット32は、着磁方向が図2に対して左右方向(紙面に対して右側がN極、紙面に対して左側がS極)の略角形状のマグネット32が、互いに同じ極が同じ側になるように配置されている。ホール素子34は、非接触式の磁気検出素子に相当するもので、ヨーク33の内周側に対向して配置され、感面にN極またはS極の磁界が発生すると、その磁界に感応して起電力(N極の磁界が発生すると+電位が生じ、S極の磁界が発生すると−電位が生じる)を発生するように設けられている。なお、非接触式の磁気検出素子として、ホール素子34の代わりに、ホールICまたは磁気抵抗素子を使用しても良い。
本実施例のEGR制御弁2のバルブハウジング3は、ノズル4内に形成される排気ガス還流路1内にバタフライ型バルブ5をバルブ全閉位置からバルブ全開位置に至るまで回転方向に回転自在に保持する装置であり、排気ガス還流管またはエンジンの吸気管にボルト等の締結具(図示せず)を用いて締め付け固定されている。なお、ノズル4は、排気ガス還流路1を形成すると共に、バタフライ型バルブ5を開閉自在に収容する管状部であって、高温に強い耐熱性材料、例えばステンレス鋼等により円管形状に形成されている。一方、バルブハウジング3は、アルミニウム合金のダイカストにより所定の形状に形成されている。このバルブハウジング3には、ノズル4を嵌合保持するノズル嵌合部41が一体的に形成されている。そして、ノズル嵌合部41には、バルブシャフト6をブッシング(軸受け)42、オイルシール(シール材)43およびボールベアリング(軸受け)44を介して回転自在に支持するシャフト軸受部45が一体的に形成されている。
そして、ノズル嵌合部41およびシャフト軸受部45の図示上側の外壁部には、動力ユニットのうちの駆動モータ10を収容する凹形状のモータハウジング11が一体的に形成されている。また、ノズル嵌合部41およびシャフト軸受部45の図示右側の外壁部には、動力ユニットのうちの歯車減速機構の各ギヤを回転自在に収容する凹形状のギヤケース12が一体的に形成されている。また、シャフト軸受部45には、ノズル4に形成されたシャフト挿通孔46、およびノズル嵌合部41に形成されたシャフト挿通孔47を介して、排気ガス還流路1とギヤケース12とを連通すると共に、バルブシャフト6を回転自在に収容するシャフト挿通孔48が形成されている。なお、シャフト挿通孔48の図示左端側(排気ガス還流路1側)には、排気ガス還流路1からシャフト挿通孔46、47を経てシャフト挿通孔48内に侵入した、排気ガス(EGRガス)中に含まれる微粒子を、EGR制御弁2よりも排気ガスの流れ方向の下流側に位置する排気ガス還流管内に、例えば吸気管負圧を用いて排出するための長円形状の連通穴49が形成されている。
また、バルブハウジング3には、例えば排気ガス還流路1の周囲またはバルブ全閉位置近傍またはノズル4の周囲のノズル嵌合部41に形成される温水循環経路に所定の温度範囲内(例えば75〜80℃)のエンジン冷却水(温水)を流入させるための冷却水配管51、および温水循環経路内から温水を流出させるための冷却水配管(図示せず)が接続されている。なお、冷却水配管51から冷却水配管に至る温水循環経路は、途中で2回以上約90°程度に折曲げられた屈曲部を有し、その温水循環経路のうち、図2において紙面に対して手前側から奥側に延びる温水循環経路52の片端部または両端部には、温水プラグ53が液密的に嵌め込まれている。
バタフライ型バルブ5は、高温に強い耐熱性材料、例えばステンレス鋼等により略円板形状に形成されて、吸気管内を流れる吸入空気中に混入させるEGRガスのEGR量を制御するバタフライ形の回転弁(EGR制御弁2の弁体)で、バルブシャフト6の先端側(図示左側)に保持固定されている。このバタフライ型バルブ5は、エンジン運転時に、ECUからの制御信号に基づいて、バルブ全閉位置からバルブ全開位置までの回転角度範囲にて開閉動作されることで、ノズル4の排気ガス還流路1の開口面積を変更して、排気ガス還流路1内を排気側から吸気側に還流するEGR量を調節する弁体である。また、バタフライ型バルブ5の半径方向の外径側端部の端面(バルブ外径面)には、シールリング7を半径方向の外径側および内径側に移動できるよう、このシールリング7の半径方向に対して直交する板厚方向に保持する円環状の周方向溝(シールリング溝、リング溝)54が周方向に連続して形成されている。ここで、バルブ全閉位置とは、バタフライ型バルブ5の外径側端部の外周面(バルブ外径面)とノズル4の内周面(ノズル内径面)との隙間が最小となるバルブ開度(θ=0°)のことである。また、バルブ全開位置とは、バタフライ型バルブ5の外径側端部の外周面(バルブ外径面)とノズル4の内周面(ノズル内径面)との隙間が最大となるバルブ開度(θ=70〜90°)のことである。
バルブシャフト6は、高温に強い耐熱性材料、例えばステンレス鋼等により一体的に形成されて、シャフト軸受部45に回転自在または摺動自在に支持されている。そして、バルブシャフト6の後端部(図示右端部)には、歯車減速機構の構成要素の1つであるバルブ側ギヤ23、およびEGR量センサの構成要素の1つであるロータ31内にインサート成形されたバルブギヤプレート55をかしめ等の固定手段によって固定するためのかしめ固定部が一体的に形成されている。なお、バルブギヤプレート55もバルブシャフト6と同様に、高温に強い耐熱性材料、例えばステンレス鋼等により略円環形状に形成されている。
そして、バルブシャフト6の先端側(図示左端側)は、シャフト軸受部45のシャフト挿通孔48からシャフト挿通孔46、47を貫通して排気ガス還流路1内に突出しており、このバルブシャフト6の先端側には、バタフライ型バルブ5を例えば溶接等の固定手段を用いて保持固定するバルブ装着部56が設けられている。また、バルブシャフト6の外周(例えば径大部の外周)には、バルブシャフト6の外周面とブッシング42の内周面とが摺接することで発生する摩耗粉を捕捉するための摩耗粉トラップ用の周溝部57が形成されている。これにより、バルブシャフト6の外周面とブッシング42の内周面と間の摺動部に摩耗粉が侵入することによる、バルブシャフト6の摺動不良を防止できる。
さらに、バルブシャフト6の外周(例えば径小部の外周)には、排気ガス還流路1からシャフト挿通孔46、47を経てシャフト挿通孔48内に侵入した、排気ガス(EGRガス)中に含まれる微粒子がブッシング42に付着してデポジットを形成するのを防止するための円環状のスリーブ58が装着されている。このスリーブ58によりシャフト挿通孔48内にラビリンス(迷路)が形成され、シャフト挿通孔48内に侵入した、排気ガス(EGRガス)中に含まれる微粒子がブッシング42側に流れ難くなり、連通穴49から排出され易くなるので、バルブシャフト6とブッシング42とに跨がってデポジットが形成されることによる、バルブシャフト6の摺動不良を防止できる。
シールリング7は、バタフライ型バルブ5と同様に、高温に強い耐熱性材料、例えばステンレス鋼等により略円環形状に形成されている。このシールリング7は、そのシールリング7の外径側端部がバタフライ型バルブ5の外径面より半径方向の外径側に突出した状態で、そのシールリング7の内径側端部がバタフライ型バルブ5の周方向溝54内において半径方向に移動できるよう板厚方向に保持されている。そして、シールリング7の外径側端部の外径面には、バタフライ型バルブ5のバルブ全閉時に、ノズル4の内径面(シート接触面)に接触するシール接触面が形成されている。
なお、シールリング7は、略C字形状に形成されており、シールリング7の膨張に備えて合い口59に所定の隙間がある。そして、シールリング7の合い口形状は、図3(a)に示したようなパッド・ジョイント形状、図3(b)に示したようなテーパー・ジョイント形状、図3(c)に示したようなラップ・ジョイント形状、図3(d)に示したようなラップ・ジョイント形状のいずれでも構わない。また、シールリング7の外径側端部の形状(先端形状)は、例えばバタフライ型バルブ5のバルブ全閉位置付近のノズル4の内径面(シート接触面)に付着してデポジットを形成した排気ガス中の微粒子を掻き落とす役目を果たすような形状(例えば凸形状)になっている。
本実施例のバルブ開閉動作手段としては、バルブハウジング3の外壁部に一体的に形成されたギヤケース12の円環状凹部と、バルブシャフト6の図示右端部に一体化されたバルブ側ギヤ23の円環状凹部との間に装着されており、リターンスプリング61とデフォルトスプリング62とを一体化し、且つリターンスプリング61の一端部およびデフォルトスプリング62の他端部とを異なる方向に巻き込んだ1本のコイルスプリングを採用している。そして、リターンスプリング61の他端部とデフォルトスプリング62の一端部とを結合する結合部には、エンジン停止時に、バルブ全閉ストッパ部材(図示せず)に保持されるU字フック部(図示せず)が設けられている。
リターンスプリング61は、一端部がギヤケース12に設けられた円環状凹部(ハウジング側フック)に係止されており、バタフライ型バルブ5を、バルブ全開位置からバルブ全閉位置まで戻す方向に付勢する第1スプリングである。このリターンスプリング61は、ギヤケース12の円環状凹部の内周側に設けられた略円筒状スプリング内周ガイドの半径方向の外径(外周)側に嵌め合わされている。また、デフォルトスプリング62は、他端部がバルブ側ギヤ23に設けられた円環状凹部(ギヤ側フック)に係止されており、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を通り越した位置からバルブ全閉位置まで戻す方向に付勢する第2スプリングである。このデフォルトスプリング62は、バルブ側ギヤ23の円環状凹部の内周側に設けられた略円筒状スプリング内周ガイドの半径方向の外径(外周)側に嵌め合わされている。なお、リターンスプリング61とデフォルトスプリング62とが結合されていなくても良い。
[実施例1の作用]
次に、本実施例の排気ガス再循環装置の作用を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
例えばディーゼルエンジン等のエンジンが始動することにより、エンジンのシリンダーヘッドの吸気ポートの吸気バルブが開かれると、エアクリーナで濾過された吸入空気が、吸気管、スロットルボディを通って各気筒のインテークマニホールドに分配され、エンジンの各気筒内に吸入される。そして、エンジンでは、燃料が燃える温度よりも高い温度になるまで空気を圧縮し、そこに燃料を噴霧して燃焼が成される。そして、各気筒内で燃えた燃焼ガスは、シリンダーヘッドの排気ポートから排出され、エキゾーストマニホールド、排気管を経て排出される。このとき、ECUによってEGR制御弁2のバタフライ型バルブ5が所定の開度となるように駆動モータ10が通電されると、駆動モータ10のモータシャフト14が回転する。
そして、モータシャフト14が回転することによりモータ側ギヤ21が回転して中間減速ギヤ22の大径ギヤ25にトルクが伝達される。そして、大径ギヤ25の回転に伴って小径ギヤ26が中間シャフト24を中心にして回転すると、小径ギヤ26に噛み合うギヤ部27を有するバルブ側ギヤ23が回転する。これにより、バルブ側ギヤ23がバルブシャフト6を中心にして回転するので、バルブシャフト6が所定の回転角度だけ回転し、EGR制御弁2のバタフライ型バルブ5がバルブ全閉位置よりバルブ全開位置側へ開く方向(開方向)に回転駆動される。すると、エンジンの排気ガスの一部が、EGRガスとして、排気ガス還流管を経てバルブハウジング3およびノズル4の排気ガス還流路1内に流入する。そして、排気ガス還流路1内に流入したEGRガスは、吸気管の吸気通路内に流入して、エアクリーナからの吸入空気と混合される。
なお、EGRガスのEGR量は、吸入空気量センサ(エアフロメータ)と吸気温センサとEGR量センサとからの検出信号で、所定値を保持できるようにフィードバック制御している。したがって、エンジンの各気筒内に吸い込まれて吸気管内を通過する吸入空気は、エミッションを低減するために、エンジンの運転状態毎に設定されたEGR量になるようにEGR制御弁2のバタフライ型バルブ5の弁開度がリニアに制御され、排気管から排気ガス還流路1を経て吸気管内に還流したEGRガスとミキシングすることになる。
一方、エンジン停止時には、先ずリターンスプリング61の付勢力がバルブ側ギヤ23に作用して、図1(a)に示したように、バルブ側ギヤ23がバルブシャフト6を中心にして回転するので、バルブシャフト6が所定の回転角度だけ回転し、バタフライ型バルブ5がバルブ全開側よりバルブ全閉位置を通り越して所定の開度だけ閉じ側に開いた位置まで回される。そして、バタフライ型バルブ5がバルブ全開側よりバルブ全閉位置を通り越して所定の開度だけ閉じ側に開いた位置まで回されると、次にデフォルトスプリング62の付勢力がバルブ側ギヤ23に作用して、図1(a)、(b)に示したように、バルブ側ギヤ23がバルブシャフト6を中心にして回転するので、バルブシャフト6が所定の回転角度だけ回転し、バルブ側ギヤ23がバルブ全閉位置に戻される。
これにより、バタフライ型バルブ5の周方向溝54内に保持されたシールリング7の外径面(シール接触面)が、シールリング7自身の半径方向の弾性変形力によってノズル4の内径面(シート接触面)に押し付けられるので、シールリング7の外径面がノズル4の内径面に密着する。したがって、ノズル4の内径面とバタフライ型バルブ5の外径面とが気密化(シール)されるので、EGRガスが吸気管の吸気通路内に混入しなくなる。すなわち、本実施例のバタフライ型バルブ5は、エンジン停止時にバルブ全閉位置で停止するように構成されているので、シールリング7の外径がノズル4の内径よりも広がることはない。
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の排気ガス再循環装置においては、エンジン停止時に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を跨いで1回以上開閉動作させた後に、バルブ全閉位置で停止させるリターンスプリング61およびデフォルトスプリング62を備えている。したがって、エンジン停止時に、エンジン停止後のバルブ停止位置であるバルブ全閉位置を通り越して1回以上開閉作動するため、バルブ全閉位置付近のノズル4の内径面(シート接触面)に付着し堆積してデポジットを形成した排気ガス中の微粒子を、バタフライ型バルブ5の周方向溝54内に保持されたシールリング7の先端部で掻き落とすことができる。その後に、そのデポジット等を掻き落とした位置に、バタフライ型バルブ5を停止させるようにしているので、エンジン停止後のデポジットの付着または堆積によるシールリング7の固着または動作不良を防止できる。これによって、エンジン始動時またはエンジン始動後に、バタフライ型バルブ5を円滑に開閉作動させることができるので、エンジンの運転状態に対応して排気ガス還流量(EGR量)を最適化できる。
ここで、本実施例のシールリング7の外径側端部の形状(先端形状)は、例えばバタフライ型バルブ5がバルブ全閉位置を跨いで1回以上開閉動作し易いように、つまりシールリング7の外径側端部がノズル4の内径面に引っ掛からないような形状になっている。これは、シールリング7の外径側端部の、バタフライ型バルブ5のバルブ全閉時における、排気ガスの流れ方向の上流側の角部、および排気ガスの流れ方向の下流側の角部に、R形状の面取りを施すことで実現できる。
また、本実施例では、リターンスプリング61およびデフォルトスプリング62によって、エンジン停止時に、バタフライ型バルブ5をバルブ全閉位置で停止させるようにしているが、リターンスプリングやデフォルトスプリングの代わりに、駆動モータ等の動力ユニットによって、エンジン停止時に、バタフライ型バルブを、バルブ全閉位置を跨いで1回以上開閉動作させた後に、バルブ全閉位置で停止させるようにしても良い。
図4は本発明の実施例2を示したもので、図4(a)、(b)は排気ガス還流量制御弁の主要構成を示した図である。
本実施例の排気ガス再循環装置においては、エンジン停止時に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置、つまりバルブ全閉位置よりも所定の回転角度だけ閉じ側に開いた位置で停止させるバルブ位置保持手段として、バタフライ型バルブ5を、バルブ全開位置からバルブ全閉位置を通り越してバルブ停止位置まで戻す方向に付勢するリターンスプリング(図示せず)を採用している。
そして、エンジン停止時に、バルブ停止位置においてシールリング7の外径=ノズル4の内径となるように保持するリング外径保持手段として、バルブ全閉位置からバルブ停止位置までの間で、シールリング7の外径がノズル4の内径よりも広がらないようにするための2つの突状部(突条部、リブ等のガイド)71、72を設けている。これらのガイド71、72は、ノズル4の内径面より排気ガス還流路1の中心軸線側に突出するように一体的に形成されており、しかも先端面にシールリング7の外形形状に対応した略球面状の凹部73、74を有している。
以上により、本実施例のガイド71、72以外の、ノズル4の内径面は、シールリング7の外径面との接触部がなく、シールリング7の外径面との間に略円弧状の隙間を形成することができるので、ノズル4の内径面とシールリング7とに跨がってデポジットが堆積するのを防止でき、ノズル4の内径面とシールリング7との固着力を低減することができる。そして、仮にエンジン停止後にデポジットの付着または堆積によってシールリング7がバタフライ型バルブ5の外径側端部に固着しても、ノズル4の内径とシールリング7の外径とがほぼ一致しているため、エンジン始動時にシールリング7の外径側端部がノズル4の内径面に引っ掛かることなく、バタフライ型バルブ5をバルブ停止位置からバルブ全閉位置に戻すことができる。これによって、エンジン始動後に、バタフライ型バルブ5を円滑に開閉作動させることができるので、エンジンの運転状態に対応して排気ガス還流量(EGR量)を最適化できる。
なお、バルブ位置保持手段として、リターンスプリングの代わりに、エンジン停止時またはエンジン停止後に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置、つまりバルブ全閉位置よりも所定の回転角度だけ閉じ側に開いた位置で停止させる駆動モータ等の動力ユニットを設けても良い。
図5は本発明の実施例3を示したもので、図5(a)、(b)は排気ガス還流量制御弁の主要構成を示した図である。
本実施例の排気ガス再循環装置においては、実施例2と同様にして、エンジン停止時に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置、つまりバルブ全閉位置よりも所定の回転角度だけ閉じ側に開いた位置で停止させるバルブ位置保持手段として、バタフライ型バルブ5を、バルブ全開位置からバルブ全閉位置を通り越してバルブ停止位置まで戻す方向に付勢するリターンスプリング(図示せず)を採用している。
そして、エンジン停止時に、バルブ停止位置においてシールリング9の外径=ノズル4の内径となるように保持するリング外径保持手段として、シールリング9の弾性変形方向を、シールリング9の半径方向の内径側のみに設定したシールリング構造を採用している。
以上により、エンジン停止時にバルブ停止位置においてバタフライ型バルブ5を停止させておくことで、ノズル4の内径面とシールリング9の外径面との間に接触部がなく、ノズル4の内径面とシールリング9の外径面との間に所定の円環状隙間を形成することができるので、ノズル4の内径面とシールリング9とに跨がってデポジットが堆積するのを防止でき、ノズル4の内径面へのシールリング9の固着を防止することができる。そして、仮にエンジン停止後にデポジットの付着または堆積によってシールリング9がバタフライ型バルブ5の外径側端部に固着しても、ノズル4の内径とシールリング9の外径とがほぼ一致しているため、エンジン始動時にシールリング9の外径側端部がノズル4の内径面に引っ掛かることなく、バタフライ型バルブ5をバルブ停止位置からバルブ全閉位置に戻すことができる。これによって、エンジン始動後に、バタフライ型バルブ5を円滑に開閉作動させることができるので、エンジンの運転状態に対応して排気ガス還流量(EGR量)を最適化できる。
なお、バルブ位置保持手段として、リターンスプリングの代わりに、エンジン停止時またはエンジン停止後に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置、つまりバルブ全閉位置よりも所定の回転角度だけ閉じ側に開いた位置で停止させる駆動モータ等の動力ユニットを設けても良い。
また、リング外径保持手段として、バルブ停止位置においてシールリングの外径がノズル4の内径よりも広がらないように、シールリングの半径方向の外径側への、シールリングの弾性変形を規制する外径側変形規制手段(例えばシールリングの側面に形成された凹部に引っ掛かるフック状の凸部等)を設けても良い。
[変形例]
本実施例では、バルブハウジング3のノズル嵌合部41の内周にノズル4を嵌合保持し、更にノズル4内にバタフライ型バルブ5を開閉自在に収容しているが、バルブハウジング3の略円管形状のバルブ収容部内に直接バタフライ型バルブ5を開閉自在に収容しても良い。この場合には、ノズル4は不要となり、部品点数や組付工数を減少できる。また、本実施例では、エンジンの運転状態に対応してEGRガスの排気ガス還流量(EGR量)を連続的または段階的に調節するEGR制御弁2のバタフライ型バルブ5を、バルブシャフト6のバルブ装着部56に例えば溶接等の固定手段を用いて保持固定しているが、そのバタフライ型バルブ5を、バルブシャフト6のバルブ装着部56に締結用ネジや固定用ボルト等のスクリューを用いて締め付け固定しても良い。
実施例1では、エンジン停止時(またはエンジン停止後)に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を跨いで1回だけ開閉動作させた後に、バルブ全閉位置(=エンジンOFF時のバルブ停止位置)で停止させるようにしているが、エンジン停止時またはエンジン停止後に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を跨いで2回以上開閉動作させた後に、バルブ全閉位置(=エンジンOFF時のバルブ停止位置)で停止させるようにしても良い。
実施例2、3では、エンジン停止時(またはエンジン停止後)に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置で停止させるようにしているが、エンジン停止時またはエンジン停止後に、バタフライ型バルブ5を、バルブ全閉位置を跨いで1回だけ開閉動作させた後に、バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置で停止させるようにしても良い。
(a)、(b)は排気ガス還流量制御弁の主要構成を示した断面図である(実施例1)。 排気ガス再循環装置の全体構造を示した断面図である(実施例1)。 (a)〜(d)はシールリングの合い口形状を示した斜視図である(実施例1)。 (a)、(b)は排気ガス還流量制御弁の主要構成を示した断面図である(実施例2)。 (a)、(b)は排気ガス還流量制御弁の主要構成を示した断面図である(実施例3)。 (a)、(b)は排気ガス還流量制御弁の主要構成を示した断面図である(従来の技術)。
符号の説明
1 排気ガス還流路
2 EGR制御弁(排気ガス還流量制御弁)
3 バルブハウジング(ハウジング)
4 ノズル(バルブハウジングの管状部)
5 バタフライ型バルブ
6 バルブシャフト
7 シールリング
9 シールリング
10 駆動モータ(アクチュエータ、動力ユニット)
61 リターンスプリング(バルブ開閉動作手段、第1スプリング)
62 デフォルトスプリング(バルブ開閉動作手段、第2スプリング)
71 ノズル内径面に設けたリブ等のガイド(突状部)
72 ノズル内径面に設けたリブ等のガイド(突状部)

Claims (10)

  1. エンジンの排気ガスの一部を吸気側に再循環させるための排気ガス還流路と、この排気ガス還流路内を吸気側に還流する排気ガス還流量を調節する排気ガス還流量制御弁とを備えた排気ガス再循環装置において、
    前記排気ガス還流量制御弁は、
    (a)前記排気ガス還流路を形成する管状部を有するハウジングと、
    (b)前記管状部内においてバルブ全閉位置とバルブ全開位置との間の回転角度範囲にて開閉自在に収容されて、回転中心軸線を中心にして開弁方向または閉弁方向に回転するバタフライ型バルブと、
    (c)このバタフライ型バルブの外周部に保持されて、
    前記バタフライ型バルブが前記バルブ全閉位置に位置する時に、前記管状部の内径面と前記バタフライ型バルブの外径面との間に形成される環状隙間を、半径方向の弾性変形力を利用して密閉化する略環状のシールリングと、
    (d)エンジン停止時またはエンジン停止後に、前記バタフライ型バルブを、前記バルブ全閉位置を跨いで1回以上開閉動作させた後に、前記バルブ全閉位置で停止させるバルブ開閉動作手段と
    を備えたことを特徴とする排気ガス再循環装置。
  2. 請求項1に記載の排気ガス再循環装置において、
    前記バルブ開閉動作手段は、
    前記バタフライ型バルブを、開弁方向および閉弁方向に回転駆動する動力ユニットを有していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
  3. 請求項2に記載の排気ガス再循環装置において、
    前記バルブ開閉動作手段は、
    前記バタフライ型バルブを、前記バルブ全開位置から前記バルブ全閉位置まで戻す方向に付勢するリターンスプリング、および前記バタフライ型バルブを、前記バルブ全閉位置を通り越した位置から前記バルブ全閉位置まで戻す方向に付勢するデフォルトスプリングを有していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
  4. エンジンの排気ガスの一部を吸気側に再循環させるための排気ガス還流路と、この排気ガス還流路内を吸気側に還流する排気ガス還流量を調節する排気ガス還流量制御弁とを備えた排気ガス再循環装置において、
    前記排気ガス還流量制御弁は、
    (a)前記排気ガス還流路を形成する管状部を有するハウジングと、
    (b)前記管状部内においてバルブ全閉位置とバルブ全開位置との間の回転角度範囲にて開閉自在に収容されて、回転中心軸線を中心にして開弁方向または閉弁方向に回転するバタフライ型バルブと、
    (c)このバタフライ型バルブの外周部に保持されて、
    前記バタフライ型バルブが前記バルブ全閉位置に位置する時に、前記管状部の内径面と前記バタフライ型バルブの外径面との間に形成される環状隙間を、半径方向の弾性変形力を利用して密閉化する略環状のシールリングと、
    (d)エンジン停止時またはエンジン停止後に、前記バタフライ型バルブを、前記バルブ全閉位置を通り越したバルブ停止位置で停止させるバルブ位置保持手段と、
    (e)前記バルブ停止位置において前記シールリングの外径を、前記管状部の内径と略一致するように保持するリング外径保持手段と
    を備えたことを特徴とする排気ガス再循環装置。
  5. 請求項4に記載の排気ガス再循環装置において、
    前記バルブ位置保持手段は、
    前記バタフライ型バルブを、前記バルブ全開位置から前記バルブ停止位置まで戻す方向に付勢するリターンスプリングであることを特徴とする排気ガス再循環装置。
  6. 請求項4に記載の排気ガス再循環装置において、
    前記バルブ位置保持手段は、
    前記バタフライ型バルブを、開弁方向および閉弁方向に回転駆動する動力ユニットを有していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
  7. 請求項4ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の排気ガス再循環装置において、 前記リング外径保持手段は、
    前記バルブ全閉位置から前記バルブ停止位置までの間で、前記シールリングの外径が前記管状部の内径よりも広がらないようにするための突状部であって、
    前記突状部は、前記管状部の内壁面に一体的に形成されており、しかも先端面に前記シールリングの外形形状に対応した略球面状の凹部を有していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
  8. 請求項4ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の排気ガス再循環装置において、 前記リング外径保持手段は、
    前記シールリングの弾性変形方向を、前記シールリングの半径方向の内径側のみに設定したシールリング構造であることを特徴とする排気ガス再循環装置。
  9. 請求項4ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の排気ガス再循環装置において、 前記リング外径保持手段は、
    前記バルブ停止位置において前記シールリングの外径が前記管状部の内径よりも広がらないように、前記シールリングの半径方向の外径側への、前記シールリングの弾性変形を規制する外径側変形規制手段であることを特徴とする排気ガス再循環装置。
  10. 請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の排気ガス再循環装置において、 前記シールリングの半径方向の外径側端部には、前記バタフライ型バルブの開閉動作がし易いように面取りが施されていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
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