JP2005240669A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＧＲ制御弁２のバルブ７を、バルブシャフト６の回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向に周回運動させることで、バルブ全閉時のシール性能を向上できるようにする。
【解決手段】 駆動モータからの回転運動を、回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向の直動運動に変換して、ＥＧＲ制御弁２のバルブ７に伝達する略Ｌ字型のバルブシャフト６を設けたことにより、バルブシャフト６の先端側のバルブ装着部５５の外周に組み付けられたバルブ７を、回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向に周回運動させることができる。すなわち、バルブ７は、バルブシャフト６の回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向に開閉作動する。これによって、バルブ全閉時に、バルブ７のバルブフェイス全周をノズル３４の凸状弁座３５に接触シールさせることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流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排気通路から吸気通路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関するものである。

［従来の技術］
従来より、内燃機関の排気管内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、排気ガスを吸気側に再循環（還流）させると、内燃機関の出力の低下および内燃機関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の流量（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。この排気ガス還流量制御弁の一例としては、歯車減速機構を介して駆動モータ等のアクチュエータの回転運動をバルブシャフトに伝達し、バルブシャフトの先端側に装着されたバタフライ型バルブを、バルブシャフトの回転中心軸線を中心に回転運動させて、バルブ全閉位置からバルブ全開位置までの作動範囲で回転させる排気ガス還流量制御弁がある（例えば、特許文献１参照）。また、排気ガス還流量制御弁の他の例としては、モータアクチュエータの回転運動を直動運動（往復運動）に変換してバルブシャフトに伝達し、バルブシャフトの先端側に装着されたポペット型バルブを、バルブシャフトの中心軸線方向（軸方向）に直動運動（往復運動）させて、弁座に着座させることで弁孔を全閉すると共に、弁座より離座させることで弁孔の開口面積を変更するポペット型バルブ方式の排気ガス還流量制御弁がある（例えば、特許文献２参照）。

［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１に記載の排気ガス還流量制御弁においては、バルブ全閉位置にシールリングを設けているので、バタフライ型バルブを開閉する際にシールリングの内径面がバタフライ型バルブの外径面に摺接することになる。これにより、長期間使用すると、シールリングの内径面とバタフライ型バルブの外径面との間の摺動摩耗によって、シールリングの内径面とバタフライ型バルブの外径面との間の全閉漏れが悪化する可能性がある。また、一般的に、シールリングの膨張に備えて合い口に隙間が形成されているため、この合い口隙間から排気ガスの漏れは必ず発生する。また、シールリング自体も高温使用時にへたってしまうため、張力がなくなりシール性が悪化する等の問題があった。

また、特許文献２に記載の排気ガス還流量制御弁においては、全閉漏れを考慮すると、バタフライ型バルブと比べて、バルブ全周を接触シールできるポペット型バルブが有利であるが、このポペット型バルブは、燃焼残滓やカーボン等の微粒子が含まれている排気ガスが流れる排気ガス還流路内に収容されている。また、ポペット型バルブを直動運動させるバルブシャフトは、ハウジングのシャフト軸受部に形成されたシャフト挿通孔から排気ガス還流路内に先端部のバルブ装着部が突出するような構造を備えている。そして、バルブシャフトの外周とブッシングの内周との間には、バルブシャフトの外周とブッシングの内周との間の摺動性を向上させるために必要最小限のクリアランスが設けられている。

しかしながら、特許文献２に記載の排気ガス還流量制御弁においては、バルブ全閉時にポペット型バルブが着座するバルブシート（弁座）に排気ガス中の微粒子が付着してデポジットを形成する可能性がある。仮にポペット型バルブとバルブシートとに跨がってデポジットが堆積すると、ポペット型バルブがバルブシートに固着してしまい、このポペット型バルブをバルブシートから剥がすには非常に大きな力を必要とするため、アクチュエータが大型化するという問題が生じる。また、ポペット型バルブと結合するバルブシャフトの外周面に排気ガス中の微粒子が付着した場合には、バルブシャフトの直動運動によって、バルブシャフトを摺動自在に支持するシャフト軸受部内にデポジット等が連れ込まれ、バルブシャフトとブッシングとの間の摺動部へ侵入し易い。仮にバルブシャフトとブッシングとに跨がってデポジットが堆積すると、バルブシャフトがブッシングに固着してバルブシャフトとブッシングとの間の摺動部の摺動不良やスティックを生起する。したがって、モータアクチュエータによってポペット型バルブが円滑に開閉作動しなくなる可能性がある。
米国特許第６１３５４１５号公報（第１−１５頁、図１−図９） 特開２００２−３０９９６号公報（第１−６頁、図１−図２）

本発明の目的は、排気ガス還流量制御弁のバルブを、バルブシャフトの回転軸の回転中心軸線を中心とする円周方向に周回運動させることで、バルブ全閉時のシール性能を向上す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。また、バルブや弁座にデポジット等が付着したり堆積しても、バルブを弁座から剥がし易くす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。さらに、バルブシャフトにデポジット等が付着したり堆積しても、シャフト軸受部内に連れ込むことを防止することで、バルブシャフトと軸受けとの間の摺動部の摺動不良やスティックを防止す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、アクチュエータからの回転運動を、回転軸の回転中心軸線を中心とする円周方向の周回運動に変換して、バルブに伝達するバルブシャフトを設けたことにより、バルブシャフトに組み付けられたバルブを、バルブシャフトの回転軸の回転中心軸線を中心とする円周方向に周回運動させることができるので、バルブが、バルブシャフトの回転軸の回転中心軸線を中心とする円周方向に開閉作動する。これによって、バルブ全閉時に、バルブを弁座に確実に着座させることで弁孔を全閉することができる。例えばバルブ全周を弁座に接触シールさせることができるので、バルブ全閉時のシール性能を向上でき、且つ全閉漏れ量を低減することができる。また、バルブや弁座にデポジット等が付着したり堆積しても、バルブを、バルブシャフトの回転軸の回転中心軸線を中心とする円周方向に開閉作動させることにより、ポペット型バルブのような直動運動式の排気ガス還流量制御弁の弁体と比べてバルブを弁座から剥がし易くなるので、バルブが弁座に完全に固着してバルブの動作不良が生じるのを防止することができる。つまりバルブ固着防止効果を向上できるので、アクチュエータによってバルブを円滑に開閉作動させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、排気ガスは、弁座よりも上流側の排気ガス還流路から、弁孔を通って、弁座よりも下流側の排気ガス還流路に流れ込む。したがって、バルブによって弁孔の開口面積を変更することで、排気ガス還流路内を排気側から吸気側に還流する排気ガス還流量が調節される。
また、請求項３に記載の発明によれば、バルブシャフトの回転軸の外周面等にデポジット等が付着したり堆積しても、ハウジングのシャフト軸受部内に連れ込むことを防止できるので、バルブシャフトの外周と軸受けの内周との間の摺動部に、排気ガス中の微粒子が付着してデポジットを形成することはなく、また、バルブシャフトと軸受けとに跨がってデポジットが堆積することもない。したがって、バルブシャフトが軸受けに固着（スティック）したり、バルブシャフトと軸受けとの間の摺動部の摺動不良が生じたりすることを防止できるので、アクチュエータによってバルブおよびバルブシャフトを円滑に開閉作動させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、バルブシャフトの先端側は、ハウジングのシャフト軸受部から排気ガス還流路内に突出しており、しかもそのバルブシャフトの先端側に、略円板状に形成されたバルブの中心軸線より偏心した位置で、バルブを保持固定するバルブ装着部を設けたことにより、バルブシャフトの回転軸からバルブ装着部までの距離が変化するので、バルブシャフトの回転角度に対する排気ガス還流量の特性が変化する。例えばバルブシャフトの回転軸からバルブ装着部までの距離が長くなる程、バルブシャフトの回転角度に対する排気ガス還流量の増加度合の傾きが大きくなる。

請求項５および請求項６に記載の発明によれば、バルブシャフトとして、回転軸の回転中心軸線方向に対して略直交する半径方向の外径側に略Ｌ字状に折曲げられた屈曲部を有する略Ｌ字型のバルブシャフトを用いている。このような略Ｌ字型のバルブシャフトを、複数のシャフト部に分割し、複数のシャフト部の連結部同士をジョイントで駆動連結することで、略Ｌ字型のバルブシャフトであってもハウジングに容易に組み付けることができる。

請求項７に記載の発明によれば、バルブの弁孔側端面に、弁座に着座している時に弁孔内に突出する略円錐台形状（テーパ形状）の突起部を設けたことにより、バルブが弁座より離座した際に、バルブ開度に対する排気ガス還流量の変化が小さくなるので、バルブ開度に対する排気ガス還流量のばらつきを小さくできるという効果を得ることができる。
また、請求項８に記載の発明によれば、略円板状に形成されたバルブの弁孔側端面の直径方向の一端側（の例えば可動側ヒンジ部）を、ハウジングの内周部（の例えば固定側ヒンジ部）に揺動自在に支持させたことにより、仮にデポジットの付着または堆積によってバルブが弁座に固着している場合でも、バルブの弁孔側端面の直径方向の一端側に対して反対側の他端側から剥がすことができるので、ポペット型バルブのような直動運動式の排気ガス還流量制御弁の弁体よりはバルブを弁座から剥がし易く、バルブの固着に対して有利である。

請求項９に記載の発明によれば、ハウジングに、略円板状に形成されたバルブの中心軸線を中心とする略半円形状の内径面を有する管状部を設けたことにより、バルブの外径面とハウジングの管状部の内径面との間の隙間を比較的に小さくすることができるので、バルブ開度に対する排気ガス還流量の特性を最適化できるという効果を得ることができる。 また、請求項１０に記載の発明によれば、バルブシャフトを、弁孔内を、排気ガスの流れ方向の上流側または下流側から下流側または上流側に向けて貫通するように弁孔内に差し込んで組み付けても良い。また、請求項１１に記載の発明によれば、弁座として、弁孔の出口部または入口部に設けられた環状のバルブシート（またはノズル）を採用しても良い。さらに、バルブとして、背面にバルブシートに着座する環板状のバルブフェイスを有し、且つバルブシャフトの外径および弁座の外径よりも大きい外径を有する開閉体を用いても良い。

本発明を実施するための最良の形態は、バルブ全閉時のシール性能を向上し、且つバルブや弁座にデポジット等が付着したり堆積しても、バルブを弁座から剥がし易くするという目的を、バルブを、バルブシャフトの回転軸の回転中心軸線を中心とする円周方向に周回運動させることで実現した。

［実施例１の構成］
図１および図２は本発明の実施例１を示したもので、図１は排気ガス還流量制御弁の主要構造を示した図で、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、２つのブッシング（軸受け）４、５を介してバルブハウジング３に回転自在に支持された略Ｌ字型のバルブシャフト６と、このバルブシャフト６の先端側に組み付けられたバルブ（ＥＧＲ制御弁２の弁体）７とを備えている。

また、ＥＧＲ制御弁２は、バルブ７を閉弁方向に付勢するコイルスプリング（リターンスプリング）８と、バルブ７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：図示せず）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９、およびこの駆動モータ９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９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）やクランプ１４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９は、センサカバー１３内に埋設されたモータ用通電端子に接続されて、通電されるとモータシャフト（駆動モータ９の出力軸）１５が回転する直流電動機である。この駆動モータ９は、通電されるとモータシャフト１５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およびバルブシャフト６を介して、ＥＧＲ制御弁２のバルブ７を開弁方向（または閉弁方向）に動作させる。そして、駆動モータ９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９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１８を用いてモータハウジング１１に締め付け固定される。なお、本実施例では、駆動モータ９とモータハウジング１１の底壁部との間に、駆動モータ９の耐振性を向上させるための防振ワッシャ１９が介装されている。

歯車減速機構は、駆動モータ９のモータシャフト１５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９のモータシャフト１５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バルブ側ギヤ２２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。そして、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９のモータシャフト１５と一体的に回転するピニオンギヤである。また、モータ側ギヤ２１は、駆動モータ９のモータシャフト１５のモータ出力軸トルクをバルブ側ギヤ２２に伝達するトルク伝達手段である。そして、バルブ側ギヤ２２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ている。なお、バルブ側ギヤ２２の内径側には、非金属材料（樹脂材料）よりなるロータ２３が一体的に成形されている。

そして、排気ガス再循環装置は、ＥＧＲ制御弁２のバルブ７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９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９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のバルブ７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非金属材料（樹脂材料）よりなるロータ２３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）２４と、このマグネット２４に磁化される分割型（略円弧状）のヨーク（磁性体：図示せず）と、分割型のマグネット２４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１個以上のホール素子２５と、このホール素子２５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２５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２６とから構成されている。

分割型のマグネット２４および分割型のヨークは、動力伝達機構の構成要素の１つであるバルブ側ギヤ２２に一体的に樹脂成形されたロータ２３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２４は、着磁方向が図２において図示前後方向（紙面に対して手前側がＮ極、紙面に対して奥側がＳ極）の略角形状のマグネット２４が、互いに同じ極が同じ側になるように配置されている。１個以上のホール素子２５は、非接触式の磁気検出素子に相当するもので、ヨーク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２５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、アルミニウム合金のダイカストまたは鉄系の金属の鋳造物により形成されており、図１に示したように、内部に形成される排気ガス還流路１内にバルブ７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る。このバルブハウジング３には、バルブ７を開閉自在に収容する略長円管形状のバルブ収容部３１が一体的に形成されている。そのバルブ収容部３１の内周部からは、図１および図２に示したように、排気ガスの流れ方向の上流側の排気ガス還流路１と排気ガスの流れ方向の下流側の排気ガス還流路１とを区画する略円環形状の仕切り部３２が排気ガス還流路１の中心軸線側に突出するように一体的に形成されている。

そして、仕切り部３２の内周部には、排気ガス還流路１の途中に設けられて、排気ガスの流れ方向の上流側の排気ガス還流路１と排気ガスの流れ方向の下流側の排気ガス還流路１とを連通する略円形状の弁孔３３が形成されている。なお、弁孔３３は、仕切り部３２を、排気ガス還流路１の中心軸線方向に貫通して設けられている。そして、弁孔３３の出口部（または入口部）の周囲に設けられた環状凹部内には、略円環状のノズル３４が圧入嵌合されている。このノズル３４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環状に形成されたバルブシートであって、バルブ全閉時に、バルブ７の背面に形成された略円環板状のバルブフェイスが着座する略円環状の凸状弁座（リップシール部）３５が設けられている。

また、バルブハウジング３のバルブ収容部３１の外側には、バルブシャフト６をブッシング（軸受け）４、５を介して回転自在に支持する略円筒状のシャフト軸受部４１が一体的に形成されている。このシャフト軸受部４１には、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４２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モータハウジング１１の周囲またはバルブ収容部３１の周囲またはシャフト軸受部４１の周囲に形成される温水循環経路４３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４４（図５参照）、および温水循環経路４３内から温水を流出させるための冷却水配管４５（図５参照）が接続されている。なお、バルブハウジング３の取付用ステー部４６は、排気ガス還流管またはエンジンの吸気管に複数個の固定ボルト等の締結具（図示せず）を用いて締め付け固定されている。

本実施例の２つのブッシング４、５は、例えば銅や鉄等の金属材料を焼結した焼結部品であって、略円筒形状に一体的に形成されており、バルブシャフト６を回転自在または摺動自在に軸支する軸受けを構成する。ブッシング４は、バルブシャフト６の外周に設けられた鍔状部５２よりも図示左側のバルブシャフト６の外周面とシャフト軸受部４１の内周面（シャフト挿通孔４２の孔壁面）との間に装着されて、シャフト軸受部４１の内周面に固定されている。また、ブッシング５は、鍔状部５２よりも図示右側のバルブシャフト６の外周面とシャフト軸受部４１の内周面（シャフト挿通孔４２の孔壁面）との間に装着されて、シャフト軸受部４１の内周面に固定されている。

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、２つのブッシング４、５を介してシャフト軸受部４１に回転自在または摺動自在に支持された回転軸（円柱状の軸方向部、直軸部）５１を有している。このバルブシャフト６は、駆動モータ９からの回転運動を、回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向の周回運動に変換して、バルブ７に伝達する。その回転軸５１の外周には、上述した鍔状部５２が形成されている。また、回転軸５１の図示右端部には、歯車減速機構の構成要素の１つであるバルブ側ギヤ２２、およびＥＧＲ量センサの構成要素の１つであるロータ２３内にインサート成形されたバルブギヤプレート５３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５３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。

ここで、回転軸５１の先端側（図示左側）は、バルブハウジング３のバルブ収容部３１およびシャフト軸受部４１から排気ガス還流路１内に突出している。そして、回転軸５１の先端部には、回転軸５１の回転中心軸線方向に対して略直交する半径方向の外径側に略Ｌ字状に折曲げられた屈曲部５４、およびこの屈曲部５４の先端側に設けられて、バルブ７をかしめ等の固定手段を用いて保持固定するバルブ装着部５５が設けられている。その屈曲部５４は、回転軸５１と略同一の外径を持つ径大部であり、また、バルブ装着部５５は、回転軸５１および屈曲部５４よりも外径が小さい径小部である。なお、本実施例では、屈曲部５４の回転軸５１側には、円柱状の軸方向部（直軸部）が設けられ、また、屈曲部５４のバルブ装着部５５側にも、円柱状の軸方向部（直軸部）が設けられている。

バルブ７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おり、略Ｌ字型のバルブシャフト６の先端側に連結されて、回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向に開閉作動することで、排気ガス還流路１の途中に設けられた弁孔３３の開口面積を調節する略円板形状の開閉体（弁体）で、略Ｌ字型のバルブシャフト６の先端側のバルブ装着部５５に保持固定されている。そして、バルブ７は、ノズル３４の凸状弁座３５に着座するバルブフェイスを有し、且つバルブシャフト６のバルブ装着部５５の外径およびノズル３４の凸状弁座３５の外径よりも大きい外径を有している。

コイルスプリング８は、一端部がバルブハウジング３の外壁部に一体化されたギヤケース１２に形成された円環状凹部（ハウジング側係止部）に係止され、また、他端部がバルブシャフト６の図示右端部に一体化されたバルブ側ギヤ２２に形成された円環状凹部（ギヤ側係止部）に係止され、更に、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外周側、およびバルブ側ギヤ２２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外周側に嵌め合わされた状態で、ギヤケース１２とセンサカバー１３との間に形成されるギヤ室内に収容保持されている。

［実施例１の組付方法］
次に、本実施例のＥＧＲ制御弁２のバルブハウジング３へのバルブシャフト６およびバルブ７の組付方法を図１および図２に基づいて簡単に説明する。

なお、本実施例のＥＧＲ制御弁２では、回転軸５１を形成する丸棒軸状の第１シャフト部と、屈曲部５４およびバルブ装着部５５を形成する略Ｌ字型の第２シャフト部とに分割された略Ｌ字型のバルブシャフト６を採用している。先ず、ブッシング４を、バルブハウジング３のギヤケース１２の開口部からシャフト軸受部４１のシャフト挿通孔４２内に圧入嵌合した後に、第１シャフト部（回転軸５１）をブッシング４内に差し込む。次に、ブッシング５を、バルブハウジング３のギヤケース１２の開口部からシャフト軸受部４１のシャフト挿通孔４２内に圧入嵌合することで、回転軸５１の鍔状部５２の軸方向の両側に２つのブッシング４、５が設置される。

そして、第１シャフト部（回転軸５１）の図示右端部のかしめ固定部に、歯車減速機構の構成要素の１つであるバルブ側ギヤ２２、およびＥＧＲ量センサの構成要素の１つであるロータ２３内にインサート成形されたバルブギヤプレート５３をかしめ等の固定手段によって組み付ける。このとき、第１シャフト部（回転軸５１）の先端側は、シャフト軸受部４１のシャフト挿通孔４２を中心軸線方向（軸方向）に貫通して、バルブハウジング３のバルブ収容部３１およびシャフト軸受部４１から排気ガス還流路１内に突き出る。

一方、バルブ装着部５５の外周にバルブ７を組み付けた第２シャフト部の屈曲部５４側を、仕切り部３２の弁孔３３内に差し込む。このとき、第２シャフト部の屈曲部５４側は、仕切り部３２の弁孔３３を中心軸線方向（軸方向）に、つまり排気ガスの流れ方向の上流側（または下流側）から下流側（または上流側）に向けて貫通して、仕切り部３２から、上記の回転軸５１の先端側が露出している排気ガス還流路１内に突き出る。次に、第１シャフト部（回転軸５１）の先端面と第２シャフト部の屈曲部５４の端面とを溶接等の接合手段を用いて接合することで、バルブシャフト６およびバルブ７がバルブハウジング３に組み付けられる。

［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および図２に基づいて簡単に説明する。

例えばディーゼルエンジンまたはガソリン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のバルブ７が所定の開度となるように駆動モータ９が通電されると、駆動モータ９のモータシャフト１５が回転する。

そして、モータシャフト１５が回転することによりモータ側ギヤ２１が回転してバルブ側ギヤ２２にモータ出力軸トルクが伝達される。これにより、バルブ側ギヤ２２がバルブシャフト６の回転軸５１の回転中心軸線を中心にして回転するので、バルブシャフト６の回転軸５１が所定の回転角度だけ回転する。そして、バルブシャフト６の回転軸５１が回転すると、その回転軸５１に略Ｌ字状の屈曲部５４を介して連結されたバルブ装着部５５に固定されたバルブ７が、回転軸５１の回転中心軸線を中心とした円周方向の開き側に動作する。つまり、ＥＧＲ制御弁２のバルブ７がバルブ全閉位置よりバルブ全開位置側へ開く方向（円周方向）に開く。

すると、エンジンの排気ガスの一部が、ＥＧＲガスとして、ノズル３４よりも上流側の排気ガス還流路１から、バルブハウジング３の仕切り部３２に形成された弁孔３３を経てノズル３４よりも下流側の排気ガス還流路１内に流入する。そして、弁孔３３よりも下流側の排気ガス還流路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のバルブ７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、バルブ全閉時には、先ず駆動モータ９の回転動力またはコイルスプリング８の付勢力を利用して、バルブシャフト６が初期位置に戻されるため、バルブ７が、回転軸５１の回転中心軸線を中心とした円周方向の閉じ側に動作する。つまり、ＥＧＲ制御弁２のバルブ７がバルブ全開側よりバルブ全閉位置側へ閉じる方向（円周方向）に閉じる。これにより、バルブ７の円環板状のバルブフェイスが、ノズル３４の略円環状の凸状弁座（リップシール部）３５に密着する。したがって、バルブ７のバルブフェイスが凸状弁座３５に接触シールするので、弁孔３３とこの弁孔３３よりも下流側（または上流側）の排気ガス還流路１との連通状態が遮断（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。

［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、駆動モータ９からの回転運動を、回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向の周回運動に変換して、ＥＧＲ制御弁２のバルブ７に伝達する略Ｌ字型のバルブシャフト６を設けたことにより、バルブシャフト６の先端側のバルブ装着部５５の外周に組み付けられたバルブ７が、回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向に周回運動させることができる。すなわち、バルブ７は、バルブシャフト６の回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向に開閉作動する。これによって、バルブ全閉時に、バルブ７をノズル３４の凸状弁座３５に確実に着座させることができるので、弁孔３３とこの弁孔３３よりも下流側（または上流側）の排気ガス還流路１との連通状態を完全に遮断（シール）できる。すなわち、バルブ全閉時に、バルブ７のバルブフェイス全周をノズル３４の凸状弁座３５に接触シールさせることができるので、バルブ全閉時のシール性能を向上でき、且つ全閉漏れ量を低減することができる。

また、バルブ７表面や凸状弁座３５を有するノズル３４表面に、排気ガス中に含まれる微粒子より生成されるデポジット等が付着したり堆積しても、ＥＧＲ制御弁２のバルブ７を、バルブシャフト６の回転軸５１の回転中心軸線を中心とする円周方向に開閉作動させることで、デポジット等に剪断方向の剥離力を与えることができる。したがって、ポペット型バルブのような直動運動式の排気ガス還流量制御弁の弁体と比べてバルブ７をノズル３４の凸状弁座３５から容易に剥がすことができるので、バルブ７がノズル３４の凸状弁座３５に完全に固着してバルブ７の動作不良が生じるのを防止することができる。すなわち、バルブ固着防止効果を向上できるので、駆動モータ９および歯車減速機構を含んで構成される動力ユニットによってＥＧＲ制御弁２のバルブ７を円滑に開閉作動させることができる。

また、本実施例のバルブシャフト６の回転軸５１の先端側は、バルブハウジング３のバルブ収容部３１およびシャフト軸受部４１から排気ガス還流路１内に突出しているので、バルブシャフト６の回転軸５１の外周面等にデポジット等が付着したり堆積する可能性がある。このような場合でも、バルブシャフト６の回転軸５１は、回転中心軸線回りに回転するので、ポペット型バルブのような直動運動式の排気ガス還流量制御弁と比べて、バルブハウジング３のシャフト軸受部４１のシャフト挿通孔４２内にデポジット等を連れ込むことを防止できる。これによって、バルブシャフト６の回転軸５１の外周とブッシング４、５の内周との間の摺動部に、排気ガス中の微粒子が付着してデポジットを形成することはなく、また、バルブシャフト６の回転軸５１とブッシング４、５とに跨がってデポジットが堆積することもない。したがって、バルブシャフト６の回転軸５１がブッシング４、５に固着（スティック）したり、バルブシャフト６とブッシング４、５との間の摺動部の摺動不良が生じたりすることを防止できるので、駆動モータ９および歯車減速機構を含んで構成される動力ユニットによってＥＧＲ制御弁２のバルブシャフト６およびバルブ７を円滑に開閉作動させることができる。

なお、バルブ７を閉弁方向に付勢するリターンスプリング機能を有するコイルスプリング８に、バルブシャフト６の回転軸５１の回転中心軸線方向の図示右方向に付勢する付勢力を持たせても良い。この場合には、バルブシャフト６の回転軸５１の鍔状部５２を、ブッシング５に押し付けることができるので、バルブシャフト６の回転軸５１の回転中心軸線方向（スラスト方向、軸方向）の動きを拘束できる。また、バルブシャフト６の回転軸５１の鍔状部５２を、ブッシング５に押し付けることにより、バルブシャフト６の回転軸５１の鍔状部５２がブッシング５に密着するので、バルブシャフト６の鍔状部５２とブッシング５との間の摺接部が気密化（シール）される。このため、仮に排気ガス還流路１からバルブハウジング３のシャフト軸受部４１のシャフト挿通孔４２内に排気ガス中の微粒子が侵入しても、上記の摺接部から、バルブシャフト６の回転軸５１の外周面とブッシング５の内周面との間の摺動部に排気ガス中の微粒子が侵入する隙間（クリアランス）がなくなる。これによって、上記の摺動部に、排気ガス中の微粒子が付着してデポジットを形成することはなく、また、バルブシャフト６の回転軸５１とブッシング５とに跨がってデポジットが堆積することもない。したがって、バルブシャフト６がブッシング５に固着したり、バルブシャフト６の摺動不良が生じたりすることを防止できるので、駆動モータ９および歯車減速機構を含んで構成される動力ユニットによってＥＧＲ制御弁２のバルブシャフト６およびバルブ７を円滑に開閉作動させることができる。

図３は本発明の実施例２を示したもので、図３（ａ）、（ｂ）は排気ガス還流量制御弁の主要構造を示した図である。

本実施例のＥＧＲ制御弁２のバルブ７は、図３（ａ）に示したように、背面の円環板状のバルブフェイスの内周側に、バルブ７がノズル３４の凸状弁座（リップシール部）３５に着座するバルブ全閉時に、バルブハウジング３の仕切り部３２に形成された弁孔３３内に突出する略円錐台形状（テーパ形状）の突起部５６を一体的に形成している。これにより、バルブ７がノズル３４の凸状弁座３５より離座した際に、バルブ開度に対する排気ガス還流路１の開口面積の急変を抑えることができるので、バルブ開度に対する排気ガス還流量の変化を小さくできる。したがって、バルブ開度に対する排気ガス還流量のばらつきを小さくできるという効果を得ることができる。

本実施例のＥＧＲ制御弁２のバルブ７は、図３（ｂ）に示したように、弁孔側端面の直径方向の一端側に可動側（バルブ側）ヒンジ部６１を一体的に設けている。また、バルブハウジング３の仕切り部３２の内周部には、バルブ７の可動側ヒンジ部６１を揺動自在に支持する固定側（ハウジング側）ヒンジ部６２を一体的に設けている。これにより、仮にデポジットの付着または堆積によってバルブ７がノズル３４の凸状弁座３５に固着している場合でも、バルブ７の弁孔側端面の直径方向の図示上端側（一端側）に対して反対側の図示下端側（他端側）から剥がすことができる。つまりバルブ剥離力を増加させることができるので、ポペット型バルブのような直動運動式の排気ガス還流量制御弁の弁体よりはバルブ７を凸状弁座３５から剥がし易く、バルブ７の固着に対して有利である。

図４は本発明の実施例２を示したもので、図４（ａ）〜（ｃ）は排気ガス還流量制御弁の主要構造を示した図である。

本実施例のＥＧＲ制御弁２は、図４（ａ）に示したように、バルブシャフト６の先端側に、略円板形状のバルブ７の中心軸線より所定の寸法（Ｌ）だけ偏心した位置で、バルブ７をかしめ等の固定手段を用いて保持固定するバルブ装着部５５を設けている。これにより、バルブシャフト６の回転軸５１からバルブ装着部５５までの距離が変化するので、バルブ開度に対する排気ガス還流量の特性が変化する。また、仮にデポジットの付着または堆積によってバルブ７がノズル３４の凸状弁座３５に固着している場合でも、バルブ７の弁孔側端面の直径方向の図示上端側（一端側）に対して反対側の図示下端側（他端側）から剥がすことができる。つまりバルブ剥離力を増加させることができるので、ポペット型バルブのような直動運動式の排気ガス還流量制御弁の弁体よりはバルブ７を凸状弁座３５から剥がし易く、バルブ７の固着に対して有利である。

本実施例のＥＧＲ制御弁２は、図４（ｂ）、（ｃ）に示したように、バルブハウジング３に、略円板状のバルブ７の中心軸線を中心とする略半円形状の内径面（バルブ７と同心円の内径面）を有するバルブ収容部（管状部）３１を設け、更に、バルブハウジング３の内周部に、略円板状のバルブ７の中心軸線を中心とする略半円形状の外径面（バルブ７と同心円の外径面）を有する仕切り部３２を設けている。これにより、バルブ７の外径面とバルブハウジング３のバルブ収容部３１の内径面との間の略半円弧状隙間（Ｇ）を比較的に小さくすることができるので、バルブ開度に対する排気ガス還流量の特性を最適化できるという効果を得ることができる。

また、本実施例のＥＧＲ制御弁２は、図４（ａ）〜（ｃ）に示したように、バルブシャフト６の回転軸５１からバルブ装着部５５までの距離が変わると、バルブシャフト６の回転角度に対する排気ガス還流量の特性が変化する。例えばバルブシャフト６の回転軸５１からバルブ装着部５５までの距離が長くなる程、バルブシャフト６の回転角度に対する排気ガス還流量の増加度合の傾きが大きくなるので、ノズル３４の内径寸法、つまり弁孔３３の通路径の変更、およびバルブ７の周囲を囲むバルブ収容部３１の内径面とバルブ７の外径面との隙間の変更とによって、バルブ開度に対して排気ガス還流量が急激に変化しないように排気ガス還流量の特性を調整したり、また、バルブ開度に対して排気ガス還流量が連続的に変化するように排気ガス還流量の特性を調整したりすることができる。

図５および図６は本発明の実施例４を示したもので、図５および図６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ＥＧＲ制御弁２では、回転軸５１を形成する丸棒軸状の第１シャフト部７１と、屈曲部５４およびバルブ装着部５５を形成する略Ｌ字型の第２シャフト部７２とに分割された略Ｌ字型のバルブシャフト６を採用している。そして、このバルブシャフト６は、第１シャフト部７１および第２シャフト部７２とをバルブハウジング３に組み付けた後に、第２シャフト部７２の屈曲部５４の端部に一体的に形成された略Ｕ字型のジョイント５７内に第１シャフト部７１の先端部を嵌め込んだ後に、溶接等の接合手段を用いて第１シャフト部７１と第２シャフト部７２とを連結している。

［変形例］
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（排気ガス還流量制御弁）２のバルブ７を、バルブシャフト６のバルブ装着部５５の外周にかしめ等の固定手段を用いて保持固定しているが、そのバルブ７を、バルブシャフト６のバルブ装着部に例えば溶接等の固定手段を用いて保持固定しても良く、また、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。

本実施例では、バルブハウジング３のバルブ収容部３１の内周部に仕切り部３２を一体的に形成し、更に仕切り部３２の弁孔３３の出口部（または入口部）に略円環形状のノズル３４を保持固定しているが、バルブハウジング３のバルブ収容部３１の内周部に略円環形状のノズルを保持固定し、更にそのノズル内に弁孔を形成しても良い。また、ブッシング４、５の代わりに、外輪と内輪との間に複数の転動体を有するボールベアリング等の軸受けを使用しても良い。

排気ガス還流量制御弁の主要構造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）、（ｂ）は排気ガス還流量制御弁の主要構造を示した断面図である（実施例２）。 （ａ）〜（ｃ）は排気ガス還流量制御弁の主要構造を示した断面図である（実施例３）。 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４）。 図５のＡ−Ａ断面図である（実施例４）。

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 ブッシング（軸受け）
５ ブッシング（軸受け）
６ バルブシャフト
７ バルブ（排気ガス還流量制御弁の弁体）
８ リターンスプリング
９ 駆動モータ（アクチュエータ）
３１ バルブ収容部
３２ 仕切り部
３３ 弁孔
３４ ノズル
３５ 凸状弁座（リップシール部）
４１ シャフト軸受部
４２ シャフト挿通孔
５１ 回転軸
５２ 鍔状部
５４ 屈曲部
５５ バルブ装着部
５６ 突起部
５７ ジョイント
６１ バルブの可動側ヒンジ部
６２ バルブハウジングの固定側ヒンジ部
７１ 第１シャフト部
７２ 第２シャフト部

Claims (11)

1. 内燃機関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の途中に設けられた弁孔、およびこの弁孔の周囲に設けられた環状の弁座を有するハウジングと、
   （ｂ）このハウジング内に開閉自在に収容されて、前記弁座に着座または前記弁座より離座することで前記弁孔の開口面積を変更するバルブと、
   （ｃ）アクチュエータの回転運動を受けて回転する回転軸を有し、
   前記アクチュエータからの回転運動を、前記回転軸の回転中心軸線を中心とする円周方向の周回運動に変換して、前記バルブに伝達するバルブシャフトと
   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、
   前記ハウジングは、前記弁座よりも上流側の排気ガス還流路と前記弁座よりも下流側の排気ガス還流路とを区画する仕切り部を有し、
   前記弁孔は、前記仕切り部を、前記排気ガス還流路の中心軸線方向に貫通して設けられていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の排気ガス再循環装置において、
   前記ハウジングは、軸受けを介して前記回転軸を回転自在に支持する略円筒状のシャフト軸受部を有していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
4. 請求項３に記載の排気ガス再循環装置において、
   前記バルブは、略円板状に形成されており、
   前記バルブシャフトの先端側は、前記シャフト軸受部から前記排気ガス還流路内に突出しており、
   前記バルブシャフトの先端側には、前記バルブの中心軸線より偏心した位置で、前記バルブを保持固定するバルブ装着部が設けられていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
5. 請求項１ないし請求項４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、 前記バルブシャフトは、複数のシャフト部に分割されており、
   前記複数のシャフト部の連結部同士を駆動連結するジョイントを有していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
6. 請求項１ないし請求項５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、 前記バルブシャフトは、略Ｌ字型のバルブシャフトであって、
   前記回転軸の回転中心軸線方向に対して略直交する半径方向の外径側に略Ｌ字状に折曲げられた屈曲部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１ないし請求項５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、 前記バルブの前記弁孔側端面には、前記弁座に着座している時に前記弁孔内に突出する略円錐台形状の突起部が設けられていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
8. 請求項１ないし請求項７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、 前記バルブは、略円板状に形成されており、
   前記バルブの前記弁孔側端面の直径方向の一端側は、前記ハウジングの内周部に揺動自在に支持されていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
9. 請求項１ないし請求項８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、 前記バルブは、略円板状に形成されており、
   前記ハウジングには、前記バルブの中心軸線を中心とする略半円形状の内径面を有する管状部が設けられてい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、 前記バルブシャフトは、前記弁孔内を、排気ガスの流れ方向の上流側または下流側から下流側または上流側に向けて貫通するように差し込んで前記ハウジングに組み付けられていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
11. 請求項１ないし請求項１０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、
    前記弁座は、前記弁孔の出口部または入口部に設けられた環状のバルブシートであって、
    前記バルブは、背面に前記バルブシートに着座する環板状のバルブフェイスを有し、且つ前記バルブシャフトの外径および前記弁座の外径よりも大きい外径を有する開閉体であることを特徴とする排気ガス再循環装置。
    

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