JP2007107389A - エンジンのｅｇｒバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲバブル装置の冷却水配管系にバルブを新設することなく、必要な冷却を行うことができる水冷ＥＧＲバルブ装置を得る。
【解決手段】ＥＧＲ弁部２３を有する弁本体１９の軸部２０に冷却水弁部２９を設け、ＥＧＲ弁部２３によるＥＧＲ通路２２の開閉に連動して冷却水通路２８面積を変化させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明はエンジンのＥＧＲ（排気還流）バルブ装置に関し、その中でも特に水冷方式のものに関する。

近年、エンジンの燃費改善の一手段として、排気の一部を吸気系に還流させ、特に低負荷及び中負荷運転時のポンピングロスを軽減させるということが行われている。このシステムは、アクチュエータを備えたＥＧＲバルブ装置と、排気系と吸気系との間の配管とを主体構成とする。

前記ＥＧＲバルブ装置では、そのバルブハウジング内のＥＧＲ弁によってＥＧＲ通路の開閉を行うようになっている。このＥＧＲ弁の駆動のためにバルブハウジングにアクチュエータが支持されている。

ところで、ＥＧＲ通路には高温の排気が流れることから、アクチュエータを熱から保護する必要がある。そのために、前記ＥＧＲバルブハウジングにエンジンの冷却水が流れる通路を形成することが知られている（特許文献１参照）。この通路に冷却水が流れることで、バルブハウジングが冷却され、前記バルブハウジングからアクチュエータへの伝熱が防止される。
特開２００１−３５５５１８号公報

ところが、従来例によるＥＧＲバルブ装置では、エンジンの作動中は冷却水が常時供給されるために以下のような問題が生じる。

即ち、ＥＧＲがされていない時はバルブハウジングは高温にならない。しかし、その場合でもエンジンの冷却水がＥＧＲバルブ装置へ無駄に供給されるため、冷却水を有効に利用できないという問題がある。例えば、ＥＧＲバルブ装置における冷却系では、冷却水流量をさほど多く必要としないことから、冷却水は、エンジン本体の冷却水出口から車室空調用のヒータを経由してラジエータに戻る、いわゆるヒータ回路からバイパスさせて供給されている。しかし、エンジンの暖機中にも冷却水がＥＧＲバルブ装置に流れるため、その分ヒータ回路へ流れる冷却水の流量が減り、ヒータの性能を十分に発揮させることが出来ず、乗員の暖房要求を満たしきれないことがある。

前記問題の解決策としては、前記ＥＧＲバルブ装置の冷却水配管系にバルブ手段を新設することも考えられるが、その分コストアップとなりベストな案とは言い難い。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＥＧＲバブル装置の冷却水配管系にバルブを新設することなく、必要な冷却を行うことができる水冷ＥＧＲバルブ装置を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明では、冷却水通路をハウジングの弁本体の軸部が通された軸孔と直交するように設け、その軸部に冷却水弁部を設けて、ＥＧＲが行われているか否かにより、冷却水通路の面積を拡げたり絞ったりするようにした。

具体的には、請求項１の発明では、
ハウジングに形成された、エンジンの排気の一部を吸気系に戻すためのＥＧＲ通路と、
軸部及び該軸部の一端に設けられた前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁部を有する弁本体と、
前記ハウジングに支持され、前記弁本体を駆動するアクチュエータと、
前記ハウジングにおける前記ＥＧＲ通路と、前記アクチュエータを支持する支持部との間に形成された冷却水通路とを備え、
冷却水により前記アクチュエータの加熱を抑制するエンジンのＥＧＲバルブ装置において、
前記冷却水通路は、前記ハウジングの前記軸部が通された軸孔と直交するように設けられ、
前記軸部に、前記ＥＧＲ弁部が前記ＥＧＲ通路を閉じたＥＧＲ停止時に前記冷却水通路の面積を絞り、前記ＥＧＲ弁部が前記ＥＧＲ通路を開いたＥＧＲ作動時に前記ＥＧＲ停止時より冷却水通路の面積を拡げる冷却水弁部が設けられている。

この構成によれば、ＥＧＲ弁部を備えている弁本体はハウジングに設けられたアクチュエータにより作動し、ＥＧＲ弁部がＥＧＲ通路を開閉する。また、ＥＧＲ弁部がＥＧＲ通路を閉じている状態、即ちＥＧＲ停止時に冷却水弁部により冷却水通路の面積が絞られ、ＥＧＲ弁部がＥＧＲ通路を開いた状態、即ちＥＧＲ作動時には冷却水通路の面積が拡げられる。

この冷却水弁部はＥＧＲ弁部を有する弁本体の軸部に設けられているから、冷却水専用のバルブ手段は不要となる。そうして、ＥＧＲ中には冷却水通路を流れる冷却水によってバルブハウジングは冷却され、アクチュエータを過熱から防止することができる。ＥＧＲ停止中は冷却水通路の面積が絞られるため、エンジンの冷却水を他に有効に利用することができる。さらに、ＥＧＲ停止中でも冷却水通路は全閉にはならないので、エンジンを加速運転するなどによりＥＧＲが急に停止した場合でも冷却水通路を流れる少量の冷却水によってアクチュエータの過熱を防止することができる。

請求項２の発明では、
前記軸孔の前記冷却水通路を挟んだ両側部分には、前記冷却水通路からの冷却水の洩れを阻止するシール部材が設けられていることを特徴としている。

この構成によれば、シール部材が冷却水通路を挟んだ両側部分に設けられていることから、軸孔を通じてＥＧＲ通路側あるいはアクチュエータ側に冷却水が洩れること、さらにはＥＧＲバルブ装置から冷却水が洩れることを防止することが可能となる。

請求項３の発明では、
前記アクチュエータは、前記弁本体をその軸方向に進退させるものであり、
前記冷却水通路は、前記軸孔と交差する部位の断面が相対する二辺を軸孔に直交させた矩形状に形成され、
前記冷却水弁部は、前記軸部の軸方向に相隣るように形成された大径部と小径部とからなり、
前記ＥＧＲ停止時に前記大径部が前記冷却水通路と軸孔との交差部に移動して前記冷却水通路の面積を絞り、前記ＥＧＲ通路の開度が大きくなるように前記ＥＧＲ弁部が軸方向へ移動するに従い、前記大径部に代わって前記小径部が前記交差部に存する割合が大きくなり、前記冷却水通路面積が拡大していくことを特徴とする。

この構成によれば、軸部の軸方向に相隣る大径部と小径部からなる冷却水弁部によって冷却水通路を流れる冷却水の量を排気還流量に応じて正比例的に調節することができる。すなわち、ＥＧＲ通路の開度が大きくなるに従って、大径部に代わって冷却水通路の交差部に存する小径部の割合が大きくなり、該冷却水通路の面積は大きくなってくる。その場合、冷却水通路の交差部は断面矩形になっているから、該交差部への前記小径部の移動量が大きくなるに従って、冷却水通路面積が正比例的に大きくなっていく。端的に言えば、ＥＧＲ量が多くなるに従って、冷却水流量が正比例的に多くなっていく。ＥＧＲ量が多くなるほど、ハウジングが排気から受ける熱量が多くなるものの、上述の如く同時に冷却水流量が正比例的に多くなっていくから、アクチュエータを排気の熱から確実に保護する上で有利になる。

請求項４の発明では、 冷却水通路は、エンジン本体から車室空調用のヒータコアに冷却水を送るヒータ用回路を備え、このヒータ用回路に前記ヒータコアをバイパスするバイパス水路が接続され、前記冷却水通路は前記バイパス水路の一部を構成している。

この構成によれば、エンジン本体を通過した高温の冷却水がヒータコアに流れ、このヒータコアでの熱交換により、車室空調用空気を加熱することができる。一方、エンジンの冷間始動時には、エンジンの燃焼性を優先すべく、ＥＧＲ量は減少され若しくは零にされる。このようにＥＧＲ量が減少又は零にされたときは、同時に冷却水流量も少なくなるから、ヒータコアに供給される高温冷却水の流量が相対的に多くなる。従って、ＥＧＲ量が減少又は零にされる前記冷間始動時には高温の冷却水をヒータコアに有効に利用することができ、車室の速やかな暖房に有利になる。

請求項１の発明によれば、ＥＧＲ弁部を有する弁本体の軸部に冷却水弁部を設け、ＥＧＲ弁部によるＥＧＲ通路の開閉に連動して冷却水通路面積を変化させるようにしたから、冷却水通路用のバルブを別途新設することなく、そして、バルブハウジングの冷却に支障を来すことなく、ＥＧＲ停止時には冷却水流量を絞り、エンジン冷却水を他に有効に利用することができ、しかもコスト低減に有利になる。

請求項２の発明によれば、軸孔の冷却水路を挟んだ両側部分にシール部材を設けることで、冷却水通路からの冷却水の洩れを阻止することができる。

請求項３の発明によれば、冷却水通路の軸孔との交差部を断面矩形状に形成し、ＥＧＲ通路の開度が大きくなるに従って冷却水弁部の小径部が交差部に占める割合が多くなるようにしたから、ＥＧＲ量が多くなるほど冷却水流量が正比例的に多くなり、アクチュエータの過熱からの保護に有利になる。

請求項４の発明によれば、ヒータ用回路のバイパス水路にＥＧＲバルブ装置を配置したから、ＥＧＲが行われないときには冷却水をヒータ用回路に多く流すことができ、例えばエンジン冷間始動時の車室の暖房を速やかに行うことが出来る。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は車両としての自動車に搭載されるエンジンの冷却水回路を簡単に示す。同図において１はエンジン本体であり、そのシリンダブロック及びシリンダヘッドのウォータジャケットに対して、エンジン本体１に付設したウォータポンプから冷却水が送られる。ウォータジャケットを通過した冷却水はシリンダヘッドの冷却水出口２に至る。

冷却水通路は、前記冷却水出口２から、冷却水をラジエータ３に通して循環させるラジエータ用回路４と、冷却水をヒータコア５に通して循環させるヒータ用回路６とに分岐している。ヒータ用回路６にはヒータコア５をバイパスするバイパス通路７が設けられ、このバイパス通路７にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー８とＥＧＲバルブ装置９とが直列に配置されている。

図２は、本発明の実施形態に係るエンジンのＥＧＲバルブ装置９を示している。ＥＧＲバルブ装置９は、バルブ装置本体１０と、このバルブ装置本体１０の上部に支持されたリニアソレノイド式のアクチュエータ１１とを備えている。バルブ装置本体１０の側面のフランジ１０aには、ＥＧＲ用のＥＧＲ流入口１３a及びＥＧＲ流出口１３bが上下に間隔をおいて開口し、さらにＥＧＲ流出口１３bの上方に冷却水流入口１４が開口している。このフランジ１０aはエンジン本体に接続するためのものであり、周辺部にボルト孔が開口している。なお、図２において、１５は軽量孔である。

図３以下はＥＧＲバルブ装置９の具体的な構造を示している。図３において、１７はバルブハウジングであり、このハウジング１７の内部には、中間壁１８を挟んでその上部と下部に空間が形成されているとともに、弁本体１９が設けられている。弁本体１９は上下方向に延びる断面円形の軸部２０を有する。この軸部２０は、中間壁１８に形成された上下方向の軸孔２１を貫通し、上端が上部空間に、下端が下部空間に臨んでいる。

前記下部空間は、ＥＧＲ通路２２を構成し、ＥＧＲ流入口１３aより流入したＥＧＲがＥＧＲ流出口１３bより流出する。弁本体１９の軸部２０の下端にはＥＧＲ量を調節するＥＧＲ弁部２３が設けられ、ＥＧＲ通路２２の中間位置にはＥＧＲ弁部２３が着座する弁座２４が設けられている。この弁座２４はハウジング１７に固定されている。

一方、前記上部空間には、ＥＧＲ弁部２３がＥＧＲ通路２２を閉じる方向（上方向）に弁本体１９を付勢する手段として、コイルスプリング２５が設けられている。このスプリング２５は、軸部２０の上端に設けられたスプリングサポート２６と中間壁１８との間に配設されている。アクチュエータ１１は、作動ロッド２７によりスプリング２５の付勢力に抗して弁本体１９を下方へ移動させるように設けられている。

すなわち、前記作動ロッド２７は、前記アクチュエータ１１の駆動によって上下動される。この作動ロッド２７が下動したとき、弁本体１９も下動し、ＥＧＲ弁部２３が弁座２４から離れて、ＥＧＲ通路２２は開く。また、アクチュエータ１１への通電が止められると、弁本体１９はスプリング２５の弾性復元力により押し上げられ、ＥＧＲ弁部２３は弁座に着座して、ＥＧＲ通路２２を閉じる。

そうして、中間壁１８には前記軸部２０が通された軸孔２１と直交するように冷却水通路２８が設けられている。

前記軸部２０には、前記ＥＧＲ弁部２３が前記ＥＧＲ通路２２を閉じたＥＧＲ停止時には前記冷却水通路２８の面積を絞り、前記ＥＧＲ弁部２３が前記ＥＧＲ通路２２を開いたＥＧＲ作動時には前記ＥＧＲ停止時より冷却水通路２８の面積を拡げる冷却水弁部２９が設けられている。

以下、冷却水弁構造について詳細に記述する。

弁本体１９の軸部２０の中間位置には、その軸径が小さくなった小径部２９aが形成されている。この小径部２９aと、該小径部２９aの下側に続く大径部２９bとによって冷却水弁部２９が構成されている。ＥＧＲ停止時には大径部２９bが冷却水通路２８と軸孔２１との交差部に位置し、その交差部の直上に小径部２９aが位置するように、該小径部２９aは設けられている。従って、図４に示すように、弁本体１９が下方へ移動する、即ちＥＧＲ通路２２の開度が大きくなるに従って、小径部２９aが前記交差部に移動する。すなわち、大径部２９bに代わって小径部２９aが前記交差部に存する割合が大きくなり、冷却水通路２８の面積が拡大していく。

冷却水通路２８と冷却水弁部２９とが交差する交差部の断面は、図５に示すように、相対する２辺が軸孔２１の方向に直交する矩形に形成されている。従って、図６、図７に示すように、弁本体１９の下方への移動量が大きくなるにつれて前記交差部における冷却水通路２８の面積が正比例的に増大する。よって、ＥＧＲ量の増加に伴って冷却水流量が正比例的に増大することになる。また、冷却水通路２８の交差部における通路の横幅は冷却水弁部２９の大径部２９bの直径よりも少し大きく形成されている。このため、前記ＥＧＲ停止時には大径部２９bが前記交差部に存するが、冷却水通路２８は全閉状態にならず、大径部２９bと交差部壁面との隙間を少量の冷却水が流れることになる。

また、軸孔２１の冷却水通路２８を挟んだ上下両側にはシール部材３１が設けられている。すなわち、ハウジング１７の中間壁１８にはブッシュ取付孔が形成され、このブッシュ取付孔に上述の軸孔２１を有するブッシュ３０が圧入されている。そうして、ブッシュ３０の上下両端部において軸孔２１の孔壁面に環状溝が形成され、この環状溝にシール部材３１としてＯリングが嵌められている。図３に示すように、上側のシール部材３１は、ＥＧＲ停止時における小径部２９aよりも上方に位置する。また、小径部２９aは、ＥＧＲ弁部２３がＥＧＲ通路２２を全開にしたときでも、下側のシール部材３１に達しないように設けられている。すなわち、弁本体１９の移動位置の如何にかかわらず、小径部２９aは上下のシール部材３１の位置までは移動せず、これにより、両シール部材３１によるシールが確保されている。よって、冷却水弁部２９から軸孔２１を通じてＥＧＲ通路２２側あるいはアクチュエータ１７側に冷却水が洩れることが防止される。また、ブッシュ３０はその全周面にシール材が塗布された状態で前記ブッシュ取付孔に圧入され、このシール材によってブッシュ３０と中間壁１８との間のシールがなされている。

次に前記ＥＧＲバルブ装置の作動を説明する。

図３は、ＥＧＲ停止時の状態を示している（図５参照）。即ち、アクチュエータ１１は作動していない状態であってＥＧＲ弁部２３はスプリング２５の付勢により弁座２４に着座し、ＥＧＲ通路は閉状態にある。一方、冷却水弁部２９は、その大径部２９bが冷却水通路２８の交差部に位置する。この時、冷却水は、全く流れていないというわけではない。というのも、図５に見られるように冷却水弁部２９と交差部壁面との間に僅かに隙間があるためである。

図４は、ＥＧＲ中の状態を示している。ＥＧＲ通路２２が閉じられた状態（図３、図５参照）から、ＥＧＲ通路２２の開度が大きくなるようにＥＧＲ弁部１９が軸方向へ移動すると、これに従って、前記大径部２９bに代わって前記小径部２９aが前記交差部に存する割合が徐々に大きくなる。そして、前記大径部２９bと前記小径部２９aの占める割合がほぼ等しい、中間絞りの状態（図６参照）を経て、冷却水弁部２９が冷却水通路２８の面積を最大に拡げている全開状態（図４、図７参照）に至る。さらに、ＥＧＲ中はＥＧＲ弁部２３が開弁状態にあるため、ＥＧＲがＥＧＲ流入口１３aより流入しＥＧＲ通路２２を通り、ＥＧＲ流出口１３bから排出される。ＥＧＲ量が増大するに従って熱負荷も大きくなるが、その分冷却水通路２８を流れる冷却水量も正比例的に増大するため冷却性能も上がる。よって、ハウジング１７は冷却水によって冷却され、アクチュエータ１１を熱から保護することができる。

また、ＥＧＲ停止時は、ＥＧＲ弁部２３は閉状態になり冷却水弁部２９も最大絞りになる。このとき、冷却水通路２８に流れる冷却水の流量が僅かであることから、ヒータ用回路６へ流れる冷却水の量は減らず、ヒータの性能が十分に発揮できる。よって、乗員の暖房要求を満たすことができるとともに、冷間始動時における車室内の暖房の効きを速やかにすることができる。さらに、エンジンを加速運転したときなど急にＥＧＲが停止した場合、冷却水通路２８を流れる僅かな冷却水がハウジング１７を冷却するので、ＥＧＲ通路２２に残っている熱からアクチュエータ１１に熱害が及ぶのを防止することができる。

なお、冷却水通路２８と冷却水弁部２９との交差部は断面円形にしてもよい。

また、図２において４０はカプラ、図３、図４において４１はニップル、４２は蓋である。さらに、図４において、ＥＧＲ通路２２における矢印はＥＧＲの流れを、冷却水通路２８における矢印は冷却水の流れをそれぞれ表している。

本発明の実施形態に係るエンジンの冷却水回路の構成図である。 エンジンのＥＧＲバルブ装置の正面図である。 エンジンのＥＧＲバルブ装置の断面図で、ＥＧＲ停止状態すなわち冷却水通路の面積における最大絞りの状態を示している。 エンジンのＥＧＲバルブ装置の断面図で、ＥＧＲ作動状態かつ冷却水通路の面積が最大開放状態を示している。 冷却水弁部の閉時状態（最大絞り）を示した拡大断面図である。 冷却水弁部の中間絞り状態を示した拡大断面図である。 冷却水弁部の開時状態（最大開放）を示した拡大断面図である。

符号の説明

１ エンジン本体
５ ヒータコア
６ ヒータ用回路
７ バイパス通路
９ ＥＧＲバルブ装置
１１ アクチュエータ
１７ ハウジング
１９ 弁本体
２０ 軸部
２１ 軸孔
２２ ＥＧＲ通路
２３ ＥＧＲ弁部
２８ 冷却水通路
２９ 冷却水弁部
２９a 小径部
２９b 大径部

Claims (4)

1. ハウジングに形成された、エンジンの排気の一部を吸気系に戻すためのＥＧＲ通路と、
   軸部の一端に前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁部を有する弁本体と、
   前記ハウジングに支持され、前記弁本体を駆動するアクチュエータと、
   前記ハウジングの、前記アクチュエータを支持する支持部と前記ＥＧＲ通路との間に形成された冷却水通路とを備え、
   エンジンの冷却水により前記アクチュエータの加熱を抑制するエンジンのＥＧＲバルブ装置において、
   前記冷却水通路は、前記ハウジングの前記軸部が通された軸孔と直交するように設けられ、
   前記軸部に、前記ＥＧＲ弁部が前記ＥＧＲ通路を閉じたＥＧＲ停止時に前記冷却水通路の面積を絞り、前記ＥＧＲ弁部が前記ＥＧＲ通路を開いたＥＧＲ作動時に前記ＥＧＲ停止時より冷却水通路の面積を拡げる冷却水弁部が設けられていることを特徴とするエンジンのＥＧＲバルブ装置。
2. 請求項１に記載のエンジンのＥＧＲバルブ装置において、
   前記軸孔の前記冷却水通路を挟んだ両側部分には、前記冷却水通路からの冷却水の洩れを阻止するシール部材が設けられていることを特徴とするエンジンのＥＧＲバルブ装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンのＥＧＲバルブ装置において、
   前記アクチュエータは、前記弁本体をその軸方向に進退させるものであり、
   前記冷却水通路は、前記軸孔と交差する部位の断面が相対する二辺を軸孔に直交させた矩形状に形成され、
   前記冷却水弁部は、前記軸部の軸方向に相隣るように形成された大径部と小径部とからなり、
   前記ＥＧＲ停止時に前記大径部が前記冷却水通路と軸孔との交差部に移動して前記冷却水通路の面積を絞り、前記ＥＧＲ通路の開度が大きくなるように前記ＥＧＲ弁部が軸方向へ移動するに従い、前記大径部に代わって前記小径部が前記交差部に存する割合が大きくなり、前記冷却水通路面積が拡大していくことを特徴とするエンジンのＥＧＲバルブ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンのＥＧＲバルブ装置において、
   エンジン本体から車室空調用のヒータコアに冷却水を送るヒータ用回路を備え、このヒータ用回路に前記ヒータコアをバイパスするバイパス通路が接続され、前記冷却水通路は前記バイパス通路の一部を構成していることを特徴とするエンジンのＥＧＲバルブ装置。

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