JP2006046641A - 汚染対抗手段を有する弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁の汚染の影響を排除することができる対抗手段を有する排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を提供する。
【解決手段】 粘着防止弁構造は、流体媒体の流れ用通路を画定する弁本体を有する。弁座及び弁部材が弁本体に配置され、流体媒体の流れを制御するように機能する。第１の粘着防止装置が弁軸と動作可能に関連される。第２の粘着防止装置が軸受案内部材と動作可能に関連される。第３の粘着防止装置が弁部材及び弁座と動作可能に関連される。第４の粘着防止装置が弁軸及び軸受案内と動作可能に関連される。第５の粘着防止装置が軸受案内と動作可能に関連される。第６の粘着防止装置が弁軸と軸受部材との間に動作可能に関連される。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

発明の分野
本発明は、弁の汚染の影響を排除する対抗手段を有する排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁に関する。

発明の背景
連邦及び州の法規は、車両の排気放出物質を規制することを要求している。窒素の酸化物（ＮＯｘ）は、規制されなければならない排気ガス放出物質の１つである。

ＮＯｘの生成は、高い燃焼温度において起こる。ＮＯｘガスの生成の存在を減少するために、燃焼温度を有効に減少しかつ放出物質を制御する排気ガス再循環装置が、開発されてきた。排気ガス再循環装置は、エンジンからの排気ガスの一部を吸気マニフォルドに戻して再循環させ、その吸気マニフォルドにおいて排気ガスの一部が入って来る空気と混合されることによって動作する。混合物がシリンダ内で圧縮されかつ点火されるとき、その結果、燃焼温度が低下しかつＮＯｘが低減される。排気ガスの再循環を可能にするために、排気ガス循環装置は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を用いて排気ガスをエンジンの吸気マニフォルドへ再循環する導管を開閉する。

排気ガスの組成は、ＥＲＧ弁の動作に影響を及ぼすことができる物質を含む。これらの物質は、通常はＥＲＧ弁構成部品に粘着し、ポペット弁、弁軸、及びその他の関連する弁構成部品の動きを制限する。更に、ＥＲＧ弁のアクチュエータ構成部品を排気ガスに曝すことを避けることは特に重要である。一般に、ＥＲＧ弁の汚染は、弁の動きを妨げ、所望の弁位置及び排気ガス流を達成すべき高い作動力を必要とする。対抗手段が、汚染の影響を制限するようにＥＲＧ弁に実施され得る。下記の記載及び図面は汚染に対する多数の対抗手段を述べている。これらの対抗手段は、特別の用途に基づいて個々に又は共通に使用することに対して選択され得ることに注目されたい。

本発明は、流体媒体が通過するための内部通路を画定する弁本体を有する粘着防止弁構造に向けられている。弁座は、流体媒体の流路内の内部通路内に定置される。弁部材が、内部通路内に定置され、弁座と関連して動作可能になっている。弁部材は、弁座を通る流体媒体の流れを制御する。弁軸が弁部材に接続され、かつ弁座に関する弁部材の移動を容易にしている。軸受案内部材が、内部通路内での移動中、弁軸を支持する。第１の粘着防止装置は、動作可能に弁軸に関連されている。第２の粘着防止装置は、軸受案内部材に動作可能に関連されている。第３の粘着防止装置は、弁部材及び弁座に動作可能に関連されている。第４の粘着防止装置は、弁軸及び軸受案内部材に動作可能に関連されている。第５の粘着防止装置は、軸受案内部材に動作可能に関連されている。第６の粘着防止装置は弁軸と軸受案内との間で動作可能に関連されている。粘着防止装置、いわゆる対抗手段は、特定の用途に基づいて個々に又は共通して使用することを選択されうることに注目されたい。

本発明の応用可能な別の領域は、ここに与えられた詳細な記載から明らかになるであろう。詳細な記載及び特別な実例は、本発明の好適実施例を表示しつつ、図示の目的のために意図され、本発明の範囲を制限するように意図されていないことを理解されたい。

本発明は、詳細な説明及び添付図面からより十分に理解されるようになるであろう。

発明の実施例の形態

本発明に基づく弁組立体１０の構成が、図１から図４までに断面で示されている。同一識別番号は、ここに示す図面中で類似の構成部品、副組立体、組立体を識別するように用いられることに注意されたい。粘着防止弁構造として言及されている弁組立体１０は、弁組立体１０を作動するモータ１８を収容するアクチュエータ・ハウジング１２を有する。アクチュエータ・ハウジング１２を通って配置された電気コネクタ１４は、位置センサ３４と一体的に組み合わされている。モータ１８の端子４２は、電気コネクタ１４の端子４４と相互に接続し、適切なエンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ）への外部接続部を与える。

モータ１８は、歯車３８が接続されたモータ軸３９を有する。歯車３８は第２の歯車２６に係合し、そして、両歯車２６、３８はモータ１８が起動されたとき回転する。歯車３８は、アクチュエータ・ハウジング１２に固定されたブッシング２２及び転がり軸受２４を介して配置されたシャフト２８に回転自在に接続される。ねじりばね３０及びばねブッシング３２がシャフト２８上に置かれ、歯車２６がねじりばね３０を巻き付ける方向に動かされたとき、歯車２６に戻り力を加える。位置センサ３４は、シャフト２８の回転を監視することによって歯車３８の位置を検出する。以下に述べるように、シャフト２８の回転は、弁副組立体５２の構成部品の位置を表示する。

弁副組立体５２は、リテーナ・ハウジング８０、軸受案内５０、弁軸６０、ピン５４、軸受５６、５８、及びポペット弁６６を有する。弁組立体１０及び弁副組立体５２は、適切な配置機構によって整列され、締結部品８２によって一体に保持される。ポペット弁６６は、弁組立体１０を通る流体流れの流路に置かれた弁座７６に関連して定置される。ポペット弁６６は、スェージ加工等の適切な手段によって弁軸６０の第１端に接続される。弁軸６０は、図２及び図３に示すように、スェージ加工等の適切な手段によってリテーナ・ハウジング８０に固定された軸受案内５０を介してポペット弁６６から離れる方向に延びている。ピン５４は、ほぼ垂直角度で弁軸６０の第２端を貫通して配置されている。軸受５６、５８はピン５４の各端においてそれぞれ締め付けられ、軸受案内５０に形成された１対の溝付き案内傾斜路６２、６４に滑動自在に係合されている。

ＥＣＵが適切な制御信号をモータ１８に与えたとき、モータ１８は歯車３８、２６を回転させる。歯車３８は、その歯車に形成された一体のフォーク７４によってピン５４に接続される。一体のフォーク７４は、ピン５４にトルクを加え、軸受５６、５８を１対の溝付き案内傾斜路６２、６４に沿って滑らせ、そのピン５４は弁軸６０を回転させかつ軸方向に移動させる。溝付き案内傾斜路６２、６４は、弁軸６０の所望の軸方向移動を生じさせる、画定された傾斜を有する。溝付き案内傾斜路６２、６４は、図１、２、３に示すように、一部品の軸受案内５０内に機械加工されるか、或いは、様々な組立方法に適応するように一部品よりも多くの部品でつくられてもよい。ＥＣＵからの制御信号は、モータ１８及び歯車３８、２６を時計方向又は反時計方向のいずれかの方向に回転させ、したがって弁軸６０及びポペット弁６６をいずれかの方向に動かすことができる。

図２から図４までを参照すれば、第１の粘着防止装置は、弁軸６０に装着された流れ偏向装置１００からなる。流れ偏向装置１００及びポペット弁６６は、スェージ加工等の適切な手段によって弁軸６０に保持される。流れ偏向装置１００は、弁座７６を通る排気ガスの流れを弁軸６０から離れる方向に偏向する。流れ偏向装置１００による偏向流は、弁軸６０に付着するか又は弁組立体１０に入り、粘着もしくは付着を生じる汚染物質の量を減少する。流れ偏向装置１００は、弁軸６０と同軸のカップ形状部品として形成される。流れ偏向装置１００の壁は、弁軸６０及び軸受案内５０を遮蔽しかつ汚染が軸受案内５０の内部軸受部に進入する曲がりくねった経路をつくる。ポペット弁６６が弁座７６から離れたとき、流れ偏向装置１００は排気ガスを弁軸６０及び弁副組立体５２から離すように偏向する。

流れ偏向装置１００は、異なる製造方法に適合する様々な構成を持つことができる。流れ偏向装置１００及びポペット弁６６は、打ち抜き加工等の手段によって単一の構成部品につくられ得る。それは、ポペット弁６６に圧着又は締付けされたスリーブからつくられることもできる。流れ偏向装置１００及びポペット弁６６は、２つの部品を一体に圧着嵌合されるか、あるいはそれらが溶接、半田付け等の他の手段によってもしくは機械的連結及び圧着によって結合されてもよい。

第２の粘着防止装置は、軸遮蔽体９９を用いて排気ガス流を弁軸６０から離れる方向に偏向する。軸受案内５０は、ポペット弁６６に向かって延長されて、軸受案内延長部１０３を画定する。弁軸６０の外径と軸受案内５０の内径との間の環状の間隙１０１Ａ（図２）が、軸遮蔽体９９を画定する軸受案内延長部１０３にわたって適切な間隙を与える。軸遮蔽体９９は、弁座７６を通過する排気ガスに曝される弁軸６０の非保護領域を減少する。これは、汚染物質が弁副組立体５３及びアクチュエータ弁組立体１０に誘導されることを減少する。

軸遮蔽体９９をつくる別の方法は、ステンレス鋼等の適切な材料を用いて別個の軸遮蔽体９９を形成することである。軸遮蔽体９９は、軸受案内５０とリテーナ本体８０との間に取り込まれて、軸受案内５０に一体化された軸遮蔽体９９に類似の機能を与える。

第３の粘着防止装置は、弁座７６とポペット弁６６との間の小さな接触着座領域である。この領域は、中心軸から半径方向外方に延びるテーパ又は延長部１１２を用いることによって設けられる。ポペット弁６６に作用する圧力に対する有効面積は、弁座７６及びポペット弁６６の着座領域に近付くときに一定の流路直径を有することによって最小にされる。

この粘着防止装置は、下記の仕方で汚染の影響に対抗する。汚染されたポペット弁６６を弁座から離すために必要な力は、ポペット弁６６と弁座７６との間の接触面積及びシールによって画定されたポペット弁６６の領域にかかる差圧によって生じた合成力に関連している。ポペット弁６６と弁座７６との間の接触面積は、延長部１１２を加えることによって最小にされている。延長部１１２は、ポペット弁６６と弁座７６との接触点からの距離が増加するに従って、弁座７６の中心軸から半径方向外方に延びる。汚染物質を収集する領域は減少され、また、ポペット弁６６を弁座から離すのに要する力は最小になっている。ポペット弁６６領域にかかる差圧によって生じた合成力は、ポペット弁６６及び弁座７６の一定の領域に近付くに従って、一定の直径１１４を維持することによって又は流路直径を減少することによって最小にされる。延長部１１２と直径１１４との交点は、製造過程から生じるばりを除去するために、小さい半径（例えば、０．０３ｍｍ）を必要としてもよい。

第４の粘着防止装置は、汚染物質が構成部品に付着することを防止しかつ汚染物質が弁副組立体５２を通過することを防止するシールをつくる潤滑剤９２を弁副組立体５２に加えることを伴う。潤滑剤９２は、弁軸６０の表面でかつ軸受案内５０の一体の軸受部内に配置される。潤滑剤９２は、動作温度等の特性及び弁副組立体５２内でその位置を維持する能力が選択される。シールは、弁軸６０と軸受案内５０の一体の軸受部との間の小さな環状の間隙１０１のために、高い差圧の期間中でも維持される。潤滑剤９２に作用する合成力は、潤滑剤を弁副組立体５２から移動させるのに十分ではない。弁軸６０の溝１１０は、潤滑剤９２の収集領域として作用しかつ弁副組立体５２に潤滑剤を維持する助けをする。潤滑剤９２は、高温グリースでもよい。

第５の粘着防止装置は、弁副組立体５２へ１又はそれを超える弁軸シールを追加することからなる。上側の弁軸シール８８は、軸受案内５０の第１カウンタボア８９に嵌合する。上側の弁軸シール８８は、軸受案内５０の上側の弁軸シール８８の上で第２のカウンタボア９１に嵌合する保持ワッシャ９０によって定位置に保持される。下側の弁軸シール９４は、軸受案内５０の第３のカウンタボア９３に嵌合している。下側の弁軸シール９４は、下側の弁軸シール９４の下で第５のカウンタボア９７に嵌合するワッシャ９８によって定位置に保持される。上側の弁軸シール８８及び下側の弁軸シール９４は、軸受案内５０及びアクチュエータ構成部品（例えば、モータ１８、歯車２６、３８等）の一体の軸受部の内外への流れを阻止する。上側の弁軸シール８８及び下側の弁軸シール９４は、フルオロカーボン又はテフロン（登録商標）等の適切な材料からつくられる。上側の弁軸シール８８及び下側の弁軸シール９４は、取扱いを容易にするために、別の構成部品と形成されても或いはそれに締結されてもよい。他の構成部品は、シールの形状を維持する金属製ワッシャ状部品でもよい。それは、弁副組立体にシールを押込み嵌合させるのに必要な機械的特性を与える。

第６の結防止装置は、汚染物質が弁軸６０上に及び軸受案内５０の一体の軸受部内に蓄積することを防止することによって、付着及び結合の可能性を減少する弁軸スクレーパを備えている。弁軸スクレーパ９６は、軸受案内５０内で、下側の弁軸シール９４の下で第４のカウンタボア９５に嵌っている。弁軸スクレーパ９６は、第５のカウンタボア９７に嵌合する保持ワッシャ９８によって定位置に保持される。弁軸スクレーパ９６は、一般のワッシャに類似した形状をしている。弁軸スクレーパ９６の内径と弁軸６０の外径との間の間隙は、軸受案内５０の一体軸受部の内径と弁軸６０の外径との間の間隙よりも小さい。例えば、弁軸スクレーパ９６の内径と弁軸６０の外径との間の半径方向間隙は０．０２ｍｍであり、また、軸受案内５０一体の軸受部の内径と弁軸６０の外径との間の半径方向間隙は０．０４ｍｍでもよい。弁軸６０がそのストロークにわたって動くに従って、弁軸スクレーパ９６は弁軸６０から汚染を除去する。弁軸６０に残る汚染物質は、粘着を防止するのに十分な間隙で軸受案内５０一体の軸受部に入る。弁軸スクレーパ９６のための第４のカウンタボア９５の深さは、不整合を許すように弁軸６０の中心軸の周りに自由に弁軸スクレーパ９６を動かせるように寸法決めされている。

いくつかの応用は、厳しくなく、すべての汚染対抗手段を要求しなくてもよい。上述した対抗手段の１つ又は組合せが、汚染効果を防止するのに十分であるように選択されうることに注意されたい。

本発明の記載は、本質的には単なる例示であり、したがって本発明の要旨から逸脱しない変更は、本発明の範囲内にあるように意図されている。このような変更は、本発明の精神及び範囲からの逸脱としてみなされるべきではない。

本発明に基づくＥＧＲ弁設計の断面平面図である。 開位置にある本発明に基づくＥＧＲ弁の断面平面図である。 閉位置にある本発明に基づくＥＧＲ弁の断面平面図である。 本発明に基づく弁軸及び軸受案内の拡大断面図である。

Claims (16)

1. 汚染防止装置を有する弁装置（１０）であって、
   流体を通過させる通路が設けられるように形成された弁本体（５２）と、
   弁軸（６０）に装着されていて、前記弁本体（５２）の内側で移動できる可動ポペット弁（６６）と、
   延長部（１１２）を有する弁座（７６）であって、前記弁座（７６）を通る最小流れ領域を維持しつつ前記ポペット弁（６６）と前記弁座（７６）との間に縮小した接触着座面積を与えるようになっている弁座（７６）と、
   前記弁軸（６０）に接続されかつそれを取り囲む流れ偏向装置（１００）と、
   前記弁本体（５２）に配置された軸受案内（５０）と、
   前記軸受案内（５０）に動作可能に関連された軸遮蔽体（９９）と、
   前記軸受案内に配置されていて、第１端で前記弁軸（６０）を取り囲むシール（８８）と、
   前記軸受案内（５０）に配置されたスクレーパ（９６）と、
   を備えた弁装置（１０）。
2. 前記軸受案内（５０）に配置された第２のシール（９４）を更に備えた、請求項１に記載の弁装置（１０）。
3. 前記軸受案内（５０）に配置された潤滑剤（９２）を更に備えた、請求項１に記載の弁装置（１０）。
4. 前記流れ偏向装置（１００）は、前記弁部材（６６）を通過して流れる流体を弁軸（６０）から離れる方向に偏向させるように構成された、請求項１に記載の弁装置（１０）。
5. 前記軸遮蔽体（９９）は、前記軸受案内（５０）の延長形体からなる、請求項１に記載の弁装置（１０）。
6. 前記軸受案内（５０）は、前記可動ポペット弁（６６）に向かって延びていて、前記弁軸（６０）上に汚染物質が蓄積するのを防止する、請求項５に記載の軸遮蔽体（９９）。
7. 前記スクレーパ（９６）は、前記弁軸（６０）の外径に近い関係にある内径を備えていて、前記スクレーパ（９６）と前記弁軸（６０）との間に小さな間隙を形成する、請求項１に記載の弁装置（１０）。
8. 前記小さな間隙は、前記スクレーパ（９６）に前記弁軸（６０）から汚染物質を除去させるようにする、請求項７に記載のスクレーパ（９６）。
9. 前記スクレーパ（９６）は、前記軸受案内（５０）のカウンタボア（９５）内で前記弁軸（６０）の周りに可動である、請求項７に記載のスクレーパ（９６）。
10. 前記弁軸（６０）は、前記潤滑剤（９２）用の収集領域として作用しかつ前記軸受案内（５０）内で前記潤滑剤（９２）を制御する溝（１１０）を含む、請求項１に記載の弁装置（１０）。
11. 前記潤滑剤（９２）は前記潤滑剤（９２）を横切る差圧から生じる圧力シールを与え、圧力の量が前記弁軸（６０）と前記軸受案内（５０）との間の前記間隙から許容可能なレベルまで制限され、前記汚染物質の影響を制限する、請求項１に記載の弁装置（１０）。
12. 前記弁座（７６）の延長部（１１２）は、前記弁座（７６）と前記ポペット弁（６６）との間の接触領域の方向に動く一定の流れ領域を与える、請求項１に記載の弁装置（１０）。
13. 汚染防止を装備された弁組立体（１０）であって、
    流体が通して輸送される弁本体組立体（５２）と、
    弁軸（６０）に装着されかつ前記弁本体組立体（５２）内に配置されたポペット弁（６６）であって、前記ポペット弁（６６）が開かれたとき流体が前記弁本体組立体（５２）を通過させられるように、前記弁本体組立体内で動くことができるようになっているポペット弁（６６）と、
    前記ポペット弁（６６）が開かれるか又は閉じられるとき特定の方向に前記弁軸（６０）を案内する軸受案内（５０）と、
    前記ポペット弁（６６）と動作可能に関連された弁座（７６）と、
    前記弁軸（６０）に配置された流れ偏向装置（１００）であって、前記流体中に存在する汚染物質を偏向しかつ前記汚染物質が前記弁軸（６０）上に蓄積することを防止する流れ偏向装置（１００）によって前記弁軸（６０）が流体の汚染から保護されるように、前記ポペット弁（６６）付近に定置された流れ偏向装置（１００）と、
    軸遮蔽体（９９）であって、前記弁軸（６０）を取り囲み、前記軸受案内（５０）に動作可能に関連され、前記ポペット弁（６６）に向かって前記軸受案内（１０３）を延長することによって形成され、汚染物質を前記弁軸（６０）から離れて偏向させる軸遮蔽体（９９）をつくり、前記弁組立体（１０）に蓄積される汚染物質を防止するようになっている軸遮蔽体（９９）と、
    前記ポペット弁（６６）に関連して動作する前記弁座（７６）に配置されていて、最小の接触面積を形成するテーパ付き面（１１２）と、
    前記弁軸（６０）を取り囲み、前記汚染物質が前記軸受案内（５０）に入ることを阻止するように働く第１のシール（８８）と、
    部材（９５、９６、９７）からなるスクレーパ（９６）であって、前記部材（９５、９６、９７）が前記弁軸（６０）を取り囲んで前記スクレーパ（９６）と前記弁軸（６０）との間に小さな間隙をつくり、前記小さな間隙が前記スクレーパ（９６）に前記弁軸（６０）から汚染物質を除去することを許すようになっているスクレーパ（９６）と、
    前記弁軸（６０）を取り囲み、前記汚染物質が前記軸受案内（５０）に入ることを阻止するように働く第２のシール（９４）と、ならびに
    シールをつくる前記軸受案内（５０）に配置されが潤滑剤であって、前記汚染物質が弁組立体（１０）を通過することを防止する潤滑剤（９２）と、
    を備えた弁組立体（１０）。
14. 環状の間隙（１０１Ａ）が前記弁軸（６０）の外径と前記延長軸受案内（１０３）の内径との間に形成されて、前記延長された軸受案内（１０３）にわたって適切な間隙を与える、請求項１３に記載の弁組立体（１０）。
15. 前記軸遮蔽体（９９）が別個の部材である、請求項１３に記載の弁組立体。
16. 前記潤滑剤（９２）が前記弁軸（６０）及び前記軸受案内（５０）と接触状態にある、請求項１３に記載の弁組立体。

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