JP2009228758A - 流量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量調整時における高い応答性を維持しつつ、異常時に流体の流量が過大になることを抑制することのできる流量調整装置を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ量調整装置７０は、環流排気が流通可能な流通路８２と、流通路８２の内壁に設けられた弁座８３及び同弁座８３に離着座する弁部８４１を有する弁体８４を含むＥＧＲ量と、弁体８４の弁軸８４２を駆動してＥＧＲ弁８０の開度を変更することによりＥＧＲ量を調整するステッピングモータ９０とを備えている。流通路８２の内壁には、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋ以上となったときに弁部８４１と非接触状態にて近接し流通路８２の流路を絞る絞り部材８８が内嵌されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、弁座及び同弁座に離着座する弁部を有する弁体を含む開閉弁を備え、弁体の弁軸を駆動して開閉弁の開度を変更することにより流体の流量を調整する流量調整装置に関する。

こうした流量調整装置として、例えば特許文献１に記載されるような、内燃機関の排気環流系に設けられ、開閉弁としてＥＧＲ弁を有する内燃機関のＥＧＲ量調整装置が知られている。この排気環流系では、内燃機関の排気管と吸気管とを連通する環流通路を備え、同環流通路を通じて排気管内の排気の一部を吸気管に環流させるようにしている。このように吸気管内の混合気に排気を混入させてその熱容量を増大させ、燃焼温度の低下を促すことにより、排気中に含まれる窒素酸化物の低減を図ることができる。また、ＥＧＲ量調整装置では、ＥＧＲ弁の開度、換言すればＥＧＲ弁の弁体と弁座との相対位置を機関運転状態に基づいて制御することにより、吸気管に戻される排気の量、すなわちＥＧＲ量を機関運転状態に適合した量に調整するようにしている。

ここで、ＥＧＲ量調整装置によるＥＧＲ量制御の応答性を向上させるために、流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定されたＥＧＲ弁を採用し、同ＥＧＲ弁の開度を所定の制御限界値以下の範囲内で制御する構成を採用することが考えられる。こうした構成を採用することにより、機関運転状態に応じてＥＧＲ量を迅速に調整することができ、ＥＧＲ量調整装置によるＥＧＲ量制御の応答性を向上させることができるようになる。
実開平６−４７６５３号公報

ところで、機関運転中に、制御異常により、ＥＧＲ弁の開度が通常の調整範囲を超えて増大し、ＥＧＲ弁の弁体が弁座から最も離れた位置に駆動された状態で固着する、いわゆる全開固着が発生することがある。ここで、上述したように、ＥＧＲ弁の調整範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きいため、こうした全開固着が発生すると、ＥＧＲ量が必要以上に増大するおそれがある。このように大量の排気が吸気管に継続して流入すると、機関運転状態の悪化はもとより、樹脂から形成された吸気管にあってはその溶損が発生することがある。すなわち、こうしたＥＧＲ量調整装置にあっては、ＥＧＲ量の調整時における応答性の向上と異常時におけるＥＧＲ量の過大の抑制とを両立するといった点では、なお改善の余地を残すものとなっていた。

なお、内燃機関のＥＧＲ量調整装置について例示したが、こうした不都合は同構成に限らず、開閉弁の開度を変更することにより流体の流量を調整する他の流量調整装置においても概ね共通して発生し得る。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流量調整時における高い応答性を維持しつつ、異常時に流体の流量が過大になることを抑制することのできる流量調整装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、流体が流通可能な流通路と、前記流通路の内壁に設けられた弁座及び同弁座に離着座する弁部を有する弁体を含む開閉弁と、前記弁体の弁軸を駆動して前記開閉弁の開度を変更することにより前記流通路を流通する流体の流量を調整するアクチュエータとを備える流量調整装置において、前記流通路の内壁には、前記開閉弁の開度が所定開度以上となったときに前記弁部と非接触状態にて近接し前記流通路の流路を絞る絞り部材が設けられてなることをその要旨とする。

同構成によれば、開閉弁の開度が所定開度以上となったときに、流通路の流路が弁部と絞り部材とによって絞られるため、流通路を流通する流体の流量が減少する。そのため、応答性を向上させるために流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定された流量調整装置にあって、弁部が弁座から最も離れる位置に固着する異常が生じたとしても、流体の流量が過度に増大することを抑制することができる。すなわち、上記構成によれば、流量調整時における高い応答性を維持しつつ、異常時に流体の流量が過大になることを抑制することができる。また、開閉弁の開度が所定開度以上となって弁部が絞り部材に近接しても両者は接触することがないため、これら弁部と絞り部材との衝突や固着を回避することができる。

なお、絞り部材が弁部に接触しないように設けられる流量調整装置の具体的な構成として、例えば請求項２に記載されるように、前記弁体はポペット弁であって、前記絞り部材は環状に形成され、前記絞り部材の内径は前記弁部の外径よりも大きい値に設定される、といった構成を採用することができる。

請求項３に記載の発明は、流体が流通可能な流通路と、前記流通路の内壁に設けられた弁座及び同弁座に離着座する弁部を有する弁体を含む開閉弁と、前記弁体の弁軸を駆動して前記開閉弁の開度を変更することにより前記流通路を流通する流体の流量を調整するアクチュエータとを備える流量調整装置において、前記弁軸には、前記開閉弁の開度が所定開度以上となったときに前記弁座と非接触状態にて近接し前記流通路の流路を絞る絞り部材が設けられてなることをその要旨とする。

同構成によれば、開閉弁の開度が所定開度以上となったときに、流通路の流路が絞り部材と弁座とによって絞られるため、流通路を流通する流体の流量が減少する。そのため、応答性を向上させるために流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定された流量調整装置にあって、弁部が弁座から最も離れる位置に固着する異常が生じたとしても、流体の流量が過度に増大することを抑制することができるようになる。すなわち、上記構成によれば、流量調整時における高い応答性を維持しつつ、異常時に流体の流量が過大になることを抑制することができる。また、開閉弁の開度が所定開度以上となって絞り部材が弁座に近接しても両者は接触することがないため、これら絞り部材と弁座との衝突や固着を回避することができる。

なお、絞り部材が弁座に接触しないように設けられる流量調整装置の具体的な構成として、例えば請求項４に記載されるように、前記弁座が環状に形成されるとともに、前記絞り部材が円盤状に形成され、前記絞り部材の外径は前記弁座の内径よりも小さい値に設定される、といった構成を採用することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流量調整装置において、前記アクチュエータはステッピングモータと、該ステッピングモータの出力軸の回転運動を前記弁軸の軸方向における直線運動に変換する変換機構とを備えることをその要旨とする。

流量制御精度の向上を図るために、請求項５に記載されるように、ステッピングモータと、該ステッピングモータの出力軸の回転運動を前記弁軸の軸方向への直線運動に変換する変換機構とを備えるアクチュエータを採用することができる。

ところで、こうしたアクチュエータにおいて、パルス電力のパルス周波数を増大させてステッピングモータの回転速度を増大させるほど、同モータの脱調が発生しやすくなるため、パルス周波数を増大させることによりアクチュエータの応答性を向上させるには自ずと限界がある。したがって、流量調整の応答性の向上を図るために、流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定された流量調整装置を採用せざるを得ない。ここで、上記構成によれば、このように流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定された流量調整装置を採用せざるを得ない場合であっても、異常時に流体の流量が過大になることを抑制することができる。また、弁体が弁座から最も離れる位置に到達したとしても、絞り部材と弁体又は弁座との衝突を回避することができるため、こうした衝突に起因するステッピングモータの脱調を回避することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の流量調整装置において、前記流通路は、内燃機関の排気通路から吸気通路に排気を戻す環流通路の一部であり、前記開閉弁は前記排気通路から前記吸気通路に戻される排気の環流量を調整するＥＧＲ弁であることをその要旨とする。

同構成によれば、排気の環流量制御の応答性を向上させるために、排気の環流量、すなわちＥＧＲ量の調整可能な範囲が実際に必要な範囲よりも大きく設定された流量調整装置にあって、弁部が弁座から最も離れる位置に固着する異常が生じたとしても、ＥＧＲ量が過度に増大することを抑制することができるようになる。したがって、このようにＥＧＲ量が過大となることに起因する内燃機関の運転状態の悪化や、樹脂から形成された吸気管の溶損の発生を抑制することができるようになる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車載内燃機関のＥＧＲ量調整装置に適用した第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１に示されるように、内燃機関１には、シリンダブロック、シリンダヘッド及びピストンによって複数（本実施形態では４つ）の燃焼室１１が区画されている。また、燃料を噴射する複数のインジェクタ１２が各燃焼室１１に対応してそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１２は、燃料分配管として機能するコモンレール１３に接続されている。コモンレール１３には、高圧ポンプ１４によって圧送された高圧燃料が供給され、これを各インジェクタ１２に分配する。

ここで、高圧ポンプ１４の圧送量及びインジェクタ１２の燃料噴射量は、内燃機関１の制御を統括的に実行する電子制御装置１００によって制御されている。電子制御装置１００の中枢となるマイクロコンピュータは、各種制御にかかる制御プログラムによって数値計算や情報処理等を行う中央演算処理装置１００ａ、及びそれら制御プログラムやその実行に必要となる各種関数マップ、及び同制御プラグラムの実行結果等を記憶するメモリ１００ｂを備えている。

また、内燃機関１には、各燃焼室１１に接続される吸気ポート２１及び排気ポート２２が形成されている。吸気ポート２１は、吸気管２３に接続されており、燃焼室１１との連通状態及び遮断状態が吸気バルブ３０により切り替えられる。また排気ポート２２は、排気管２４に接続されており、燃焼室１１との連通状態及び遮断状態が排気バルブ４０により切り替えられる。すなわち、機関の吸気行程においては、吸気バルブ３０が開弁することにより、吸気管２３及び吸気ポート２１を通じて空気が燃焼室１１に吸入される。また、機関の排気行程においては、排気バルブ４０が開弁することにより、燃焼室１１内の既燃ガスが排気ポート２２及び排気管２４を通じて排出される。なお、これら吸気管２３及び排気管２４は、樹脂から形成されている。

吸気管２３には、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１０１が設けられており、このスロットルバルブ１０１は、電子制御装置１００によりアクセルペダルの開度等に基づいて制御されている。また、吸気管２３においてスロットルバルブ１０１の上流側に位置する部分には、実際の吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１０２が設けられている。このエアフロメータ１０２の検出信号は、電子制御装置１００に取り込まれる。

排気管２４には、排気を浄化するための触媒コンバータ６０が設けられている。この触媒コンバータ６０には、排気中の炭化水素や一酸化炭素を酸化する酸化触媒と、多孔質材料によって形成されて排気中の煤を主成分とする粒子状物質を捕集するフィルタとが設けられている。また、排気管２４において触媒コンバータ６０の上流側に位置する部分には、燃焼室１１の混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ１０３が設けられている。この空燃比センサ１０３の出力信号は、電子制御装置１００に取り込まれる。

また、内燃機関１には、排気管２４の触媒コンバータ６０上流側の部分と吸気管２３のスロットルバルブ１０１下流側の部分とを連通し、排気管２４から吸気管２３に排気を環流させるための環流通路２５が設けられている。この環流通路２５には、環流排気を冷却するための環流排気クーラ２６と、環流排気の量（以下、「ＥＧＲ量」と称する）を調整するためのＥＧＲ量調整装置７０とが設けられている。このＥＧＲ量調整装置７０は、開閉弁として機能するＥＧＲ弁８０と、このＥＧＲ弁８０の開度を変更するステッピングモータ９０とにより構成されている。

これら環流通路２５、環流排気クーラ２６及びＥＧＲ量調整装置７０は、内燃機関１の排気環流系５０を構成している。この排気環流系５０では、排気管２４の排気の一部を環流排気クーラ２６により所定の温度（約４００℃）にまで冷却して環流通路２５を通じて吸気管２３に環流させるようにしている。このように吸気管２３内の混合気に排気を混入させてその熱容量を増大させ、燃焼温度の低下を促すことにより、排気中に含まれる窒素酸化物の低減を図ることができる。

また、電子制御装置１００は、ステッピングモータ９０を通じてＥＧＲ弁８０の開度を機関運転状態に基づいて制御することにより、ＥＧＲ量を機関運転状態に適合した量に調整するようにしている。具体的には、電子制御装置１００は、エアフロメータ１０２や空燃比センサ１０３等の出力信号に基づいてＥＧＲ弁８０の開度の制御目標値を算出するとともに、ステッピングモータ９０への通電信号に基づいてＥＧＲ弁８０の実際の開度を検出し、これら実際値と制御目標値との偏差が小さくなるようにステッピングモータ９０へのパルス電力のパルス周波数等を制御するようにしている。ちなみに、電子制御装置１００は、空燃比センサ１０３の出力信号等により、ＥＧＲ量の変化傾向を検出することができる。

ここで、こうしたＥＧＲ量調整装置７０において、パルス電力のパルス周波数を増大させてステッピングモータ９０の回転速度を増大させるほど、同モータの脱調が発生しやすくなるため、パルス周波数を増大させることによりＥＧＲ量制御の応答性を向上させるには自ずと限界がある。そこで、本実施形態では、ＥＧＲ量調整装置７０によるＥＧＲ量制御の応答性を向上させるために、流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定されたＥＧＲ弁８０を採用し、通常運転時に同ＥＧＲ弁８０の開度を制御限界値Ｋ以下の範囲内で制御する構成を採用するようにしている。こうした構成を採用することにより、機関運転状態に応じてＥＧＲ量を迅速に調整することができ、ＥＧＲ量調整装置７０によるＥＧＲ量制御の応答性を向上させることができるようになる。

ところで、機関運転中に、制御異常によりＥＧＲ弁の開度が通常の調整範囲を超えて増大し、例えばＥＧＲ弁８０の弁体が弁座から最も離れた位置に駆動された状態で固着する、いわゆる全開固着が発生することがある。ここで、従来のＥＧＲ弁では、こうした全開固着が発生すると、ＥＧＲ量が必要以上に増大するおそれがある。このように大量の排気が吸気管２３に継続して流入すると、機関運転状態の悪化はもとより、樹脂から形成された吸気管２３にあってはその溶損が発生することがある。すなわち、こうした従来のＥＧＲ量調整装置７０にあっては、ＥＧＲ量調整時における応答性の向上と異常時におけるＥＧＲ量の過大の抑制とを両立するといった点では、なお改善の余地を残すものとなっていた。

そこで、本実施形態では、以下に説明する構成を採用することより、こうした不都合を好適に抑制するようにしている。
図２は、ＥＧＲ量調整装置７０の断面構造を示す断面図である。同図２に示されるように、ＥＧＲ弁８０のハウジング８１の内部には、環流排気が流通可能な流通路８２が形成されており、この流通路８２の導入口８２１は環流通路２５を通じて排気管２４に接続されるとともに、同流通路８２の導出口８２２は環流通路２５を通じて吸気管２３に接続されている。

流通路８２の内壁には、略環状の弁座８３が嵌入されている。また、ハウジング８１の内部には、その弁座８３に離着座する弁部８４１及び同弁部８４１と一体に形成された弁軸８４２によって構成されたポペット弁８４が設けられている。このポペット弁８４は、ハウジング８１によってその軸方向に往復動可能に支持されている。

弁軸８４２の基端部には、第１連結部材８５１と第２連結部材８５２とによって構成された仲介機構８５が設けられている。第１連結部材８５１は弁軸８４２の基端部に固定されるとともに、第２連結部材８５２はステッピングモータ９０に連結されている。これら第１連結部材８５１と第２連結部材８５２とは、締結されて一体に駆動するようになっている。また、第１連結部材８５１とハウジング８１との間には、スプリング８６が圧縮状態で設けられている。このスプリング８６の弾力により、弁部８４１が弁座８３に着座する側に付勢される。

一方、ステッピングモータ９０は、ハウジング８１に固定されたハウジング９１を備えており、このハウジング９１の内部には、軸線が弁軸８４２の軸線と重なるネジシャフト９２が設けられている。このネジシャフト９２は、ベアリングを介してハウジング９１により回転可能に、かつ軸方向へ変位不能に支持されている。また、ネジシャフト９２には、多極磁石を有するロータ９３が固定されるとともに、ロータ９３の外周には、コイルを有するステータ９４がハウジング９１に固定されている。こうした構造により、ステータ９４のコイルが通電されると、ロータ９３とネジシャフト９２とは一体に正転又は逆転する。

また、ネジシャフト９２のポペット弁８４側の端部は、第２連結部材８５２に固定されたストローク部材９５に螺合されている。このストローク部材９５は、ネジシャフト９２の回転運動を弁軸８４２の軸方向における直線運動に変換する変換機構として機能するものであり、ハウジング９１により、ネジシャフト９２の軸方向に往復動可能に、かつ同ネジシャフト９２の軸線を中心として回転不能になっている。

こうしたステッピングモータ９０により、ステータ９４のコイルが通電されてロータ９３とネジシャフト９２とが正転すると、ストローク部材９５、仲介機構８５及びポペット弁８４が図中下方に駆動される。これにより、スプリング８６が圧縮されるとともに、弁部８４１が弁座８３から離れる方向に変位し、ＥＧＲ弁８０の開度、換言すれば弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が大きくなる。一方、ロータ９３とネジシャフト９２とが逆転すると、ストローク部材９５、仲介機構８５及びポペット弁８４が図中上方に駆動される。これにより、スプリング８６が伸長するとともに、弁部８４１が弁座８３側に変位し、ＥＧＲ弁８０の開度、換言すれば弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が小さくなる。なお、上述した制御限界値Ｋは、弁部８４１が図２の破線に示される位置Ｐに到達した際のＥＧＲ弁８０の開度である。

また、流通路８２の導入口８２１の内壁には、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋ以上となったときに弁部８４１と非接触状態にて近接し流通路８２の流路を絞る絞り部材８８が設けられている。具体的には、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋになった際の弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積と、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積とが等しくなるように、絞り部材８８が導入口８２１に内嵌されている。なお、この絞り部材８８は、環状に形成され、その内径Ｄ１はポペット弁８４の弁部８４１の外径Ｄ２よりも大きい値に設定されている。

図３に、上述したＥＧＲ量調整装置７０において、ＥＧＲ弁８０の開度の変化に伴い、弁部８４１と弁座８３との間、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積、及びＥＧＲ量が変化する態様を示す。

同図３に示されるように、ＥＧＲ弁８０の開度が増大するほど、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が大きくなるとともに、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積が小さくなる。

ここで、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋよりも小さい場合には、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積よりも小さいため、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積変化よりも、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積変化によるＥＧＲ量への影響が顕著となる。その結果、ＥＧＲ弁８０の開度が増大するほど、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積の増大によりＥＧＲ量が増大する。

一方、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋよりも大きい場合には、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積よりも大きいため、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積変化よりも、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積変化によるＥＧＲ量への影響が顕著となる。その結果、ＥＧＲ弁８０の開度が増大するほど、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積の減少によりＥＧＲ量が減少する。なお、図３に示されるように、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋになったときに、ＥＧＲ量がその最大値になる。

上述した構成により、図４に示されるように、例えば機関運転中に制御異常によりＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋを超えて増大し、弁部８４１が弁座８３から最も離れた位置に駆動された状態で固着した場合、弁部８４１が絞り部材８８に接触せずに同絞り部材８８の貫通孔８８ａを挿入されることにより、流通路８２の流路が絞られ、ＥＧＲ量は制御限界値Ｋに対応するＥＧＲ量よりも小さい値になる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋ以上となったときに、流通路８２の流路が弁部８４１と絞り部材８８とによって絞られるため、流通路８２を流通するＥＧＲ量の流量が減少する。そのため、本実施形態のように応答性を向上させるためにＥＧＲ弁８０の流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定されたＥＧＲ量調整装置７０にあって、弁部８４１が弁座８３から最も離れる位置に固着する異常が生じたとしても、ＥＧＲ量が過度に増大することを抑制することができる。すなわち、本実施形態の構成により、ＥＧＲ量調整時における高い応答性を維持しつつ、異常時にＥＧＲ量が過大になることを抑制することができる。したがって、このようにＥＧＲ量が過大となることに起因する内燃機関１の運転状態の悪化や、樹脂から形成された吸気管２３の溶損の発生を抑制することができるようになる。

（２）また、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋ以上となって弁部８４１が絞り部材８８に近接しても両者は接触することがないため、これら弁部８４１と絞り部材８８との衝突や固着を回避することができる。さらに、弁部８４１が弁座８３から最も離れる位置に到達したとしても、絞り部材８８と弁部８４１との衝突を回避することができるため、こうした衝突に起因するステッピングモータ９０の脱調を回避することができる。

（３）本実施形態のように、ステッピングモータ９０を備えるＥＧＲ弁を採用してＥＧＲ弁８０の流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定された構成を採用せざるを得ない場合であっても、異常時にＥＧＲ量が過大になることを抑制することができる。

（４）ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値ＫになるとＥＧＲ量がその最大値になるため、空燃比センサ１０３の出力信号等により検出されたＥＧＲ量の変化傾向に基づいて同ＥＧＲ量が最大値になった旨判断された際に、ステッピングモータ９０への通電信号に基づいて検出されたＥＧＲ弁８０開度の検出値と同開度の実際値、すなわち制御限界値Ｋとを比較することにより、これら検出値と実際値との間に偏差があるか否かを正確に検出することができる。したがって、ステッピングモータ９０の脱調等により、ＥＧＲ弁８０の開度の検出値に誤差が発生したときに、これを好適に検出することができる。
（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。この第２の実施形態のＥＧＲ量調整装置も、その基本的な構成は先に説明した第１の実施形態の装置と同様であり、異常時にＥＧＲ量が過大に増大することを抑制するための構造のみが、その第１の実施形態の装置と異なっている。

図５は、第２の実施形態にかかるＥＧＲ量調整装置の断面構造を示す断面図である。同図５に示されるように、ポペット弁８４の弁軸８４２には、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋ以上となったときに弁座８３と非接触状態にて近接し流通路８２の流路を絞る絞り部材８９が設けられている。具体的には、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋになった際の弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積と、絞り部材８９と弁座８３との間の流通断面積とが等しくなるように、絞り部材８８が弁座８３に外嵌されている。なお、この絞り部材８９は、円盤状に形成され、その外径Ｄ３は弁座８３の内径Ｄ４よりも小さい値に設定されている。

図６に、こうしたＥＧＲ量調整装置７０において、ＥＧＲ弁８０の開度の変化に伴い、弁部８４１と弁座８３との間、弁座８３と絞り部材８９との間の流通断面積、及びＥＧＲ量が変化する態様を示す。

同図６に示されるように、ＥＧＲ弁８０の開度が増大するほど、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が大きくなるとともに、弁座８３と絞り部材８９との間の流通断面積が小さくなる。

ここで、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋよりも小さい場合には、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が弁座８３と絞り部材８９との間の流通断面積よりも小さいため、弁座８３と絞り部材８９との間の流通断面積変化よりも、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積変化によるＥＧＲ量への影響が顕著となる。その結果、ＥＧＲ弁８０の開度が増大するほど、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積の増大によりＥＧＲ量が増大する。

一方、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋよりも大きい場合には、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が弁座８３と絞り部材８９との間の流通断面積よりも大きいため、弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積変化よりも、弁座８３と絞り部材８９との間の流通断面積変化によるＥＧＲ量への影響が顕著となる。その結果、ＥＧＲ弁８０の開度が増大するほど、弁座８３と絞り部材８９との間の流通断面積の減少によりＥＧＲ量が減少する。なお、図６に示されるように、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋになったときに、ＥＧＲ量がその最大値になる。

上述した構成により、図６に示されるように、例えば機関運転中に制御異常によりＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋを超えて増大し、弁部８４１が弁座８３から最も離れた位置に駆動された状態で固着した場合、ＥＧＲ量は制御限界値Ｋに対応するＥＧＲ量よりも小さい値になる。

上述した構成により、図７に示されるように、例えば機関運転中に制御異常によりＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋを超えて増大し、弁部８４１が弁座８３から最も離れた位置に駆動された状態で固着した場合、絞り部材８９が弁座８３に接触せずに同弁座８３の貫通孔８３ａを挿入されることにより、流通路８２の流路が絞られ、ＥＧＲ量は制御限界値Ｋに対応するＥＧＲ量よりも小さい値になる。

以上説明した第２の実施形態によれば、以下の効果（５）〜（７）及び上記第１の実際形態の効果（３）、（４）が得られるようになる。
（５）ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋ以上となったときに、流通路８２の流路が絞り部材８９と弁座８３とによって絞られるため、流通路８２を流通するＥＧＲ量の流量が減少する。そのため、本実施形態のように応答性を向上させるためにＥＧＲ弁８０の流量の調整可能な範囲が実際に必要とされる範囲よりも大きく設定されたＥＧＲ量調整装置７０にあって、弁部８４１が弁座８３から最も離れる位置に固着する異常が生じたとしても、ＥＧＲ量が過度に増大することを抑制することができる。すなわち、本実施形態の構成により、ＥＧＲ量調整時における高い応答性を維持しつつ、異常時にＥＧＲ量が過大になることを抑制することができる。したがって、このようにＥＧＲ量が過大となることに起因する内燃機関１の運転状態の悪化や、樹脂から形成された吸気管２３の溶損の発生を抑制することができるようになる。

（６）また、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋ以上となって絞り部材８９が弁座８３に近接しても両者は接触することがないため、これら絞り部材８９と弁座８３との衝突や固着を回避することができる。さらに、弁部８４１が弁座８３から最も離れる位置に到達したとしても、絞り部材８９と弁座８３との衝突を回避することができるため、こうした衝突に起因するステッピングモータ９０の脱調を回避することができる。

（７）弁軸８４２に絞り部材８９を設けることにより、その弁軸８４２において絞り部材８９の下流側に位置する部分にデポジットが付着することを抑制することができる。そのため、ハウジング８１における弁軸８４２を支持する部分と弁軸８４２との間にデポジットが噛み込まれることに起因する弁軸８４２の固着を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第１の実施形態では、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋになった際の弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積と、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積とが等しくなるように、絞り部材８８を設けるようにしている。これに限らず、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋになった際の弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積よりも小さくなるように、絞り部材８８を設けるようにしてもよい。要するに、ＥＧＲ弁８０の開度がその最大値になったときに、弁部８４１と絞り部材８８との間の流通断面積が弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積よりも小さいＥＧＲ量調整装置であれば、同装置においてＥＧＲ弁８０の開度が所定開度以上となったときに、弁部８４１と絞り部材８８とが近接して流通路８２の流路を絞り、ＥＧＲ量が減少するようになる。また、上記第２の実施形態において、ＥＧＲ弁８０の開度が制御限界値Ｋになった際の弁部８４１と弁座８３との間の流通断面積が、絞り部材８９と弁座８３との間の流通断面積よりも小さくなるように、絞り部材８９を設けるようにしてもよい。

・上記第１の実施形態では、絞り部材８８の内径Ｄ１を弁部８４１の外径Ｄ２よりも大きい値に設定するようにした。これに限らず、例えば図８に示されるように、ＥＧＲ弁８０の開度がその最大値になったとしても弁部８４１が絞り部材８８に到達しない場合には、絞り部材８８の内径Ｄ１を弁部８４１の外径Ｄ２よりも小さい値に設定してもよい。

・上記実施形態では、ステッピングモータ９０を通じてＥＧＲ弁８０の開度を制御するＥＧＲ量調整装置７０に本発明を適用した場合について例示したが、これに限らず、例えば気圧アクチュエータ等、他種のアクチュエータを通じてＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ量調整装置についても、基本的に同様の態様をもって本発明を適用することができる。

・上記実施形態では、内燃機関のＥＧＲ量調整装置に本発明を適用した場合について例示したが、これに限らず、他の流体の流量を調整する流量調整装置についても、基本的に同様の態様をもって本発明を適用することができる。

本発明にかかる第１及び第２の実施形態が適用される内燃機関の構造を模式的に示す構成図。 第１の実施形態にかかるＥＧＲ量調整装置について、その断面構造を示す断面図。 同ＥＧＲ量調整装置において、ＥＧＲ量の開度の変化に伴い、弁部と弁座との間、弁部と絞り部材との間の流通断面積、及びＥＧＲ量が変化する態様を示すグラフ。 ＥＧＲ弁の開度が最大値になった状態における第１の実施形態のＥＧＲ量調整装置の断面構造を示す断面図。 第２の実施形態にかかるＥＧＲ量調整装置について、その断面構造を示す断面図。 同ＥＧＲ量調整装置において、ＥＧＲ量の開度の変化に伴い、弁部と弁座との間、弁部と絞り部材との間の流通断面積、及びＥＧＲ量が変化する態様を示すグラフ。 ＥＧＲ弁の開度が最大値になった状態における第２の実施形態のＥＧＲ量調整装置の断面構造を示す断面図。 第１の実施形態にかかるＥＧＲ量調整装置の変形例について、その断面構造を示す断面図。

符号の説明

１…内燃機関、１１…燃焼室、１２…インジェクタ、１３…コモンレール、１４…高圧ポンプ、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…吸気管、２４…排気管、２５…環流通路、２６…環流排気クーラ、３０…吸気バルブ、４０…排気バルブ、５０…排気環流系、６０…触媒コンバータ、７０…ＥＧＲ量調整装置、８０…ＥＧＲ弁、８１…ハウジング、８２…流通路、８３…弁座、８４…ポペット弁、８５…仲介機構、８６…スプリング、８８…絞り部材、８８ａ…貫通孔、８９…絞り部材、９０…ステッピングモータ、９１…ハウジング、９２…ネジシャフト、９３…ロータ、９４…ステータ、９５…ストローク部材、１００…電子制御装置、１００ａ…中央演算処理装置、１００ｂ…メモリ、１０１…スロットルバルブ、１０２…エアフロメータ、１０３…空燃比センサ、８２１…導入口、８２２…導出口、８４１…弁部、８４２…弁軸、８５１…第１連結部材、８５２
…第２連結部材。

Claims (6)

1. 流体が流通可能な流通路と、前記流通路の内壁に設けられた弁座及び同弁座に離着座する弁部を有する弁体を含む開閉弁と、前記弁体の弁軸を駆動して前記開閉弁の開度を変更することにより前記流通路を流通する流体の流量を調整するアクチュエータとを備える流量調整装置において、
   前記流通路の内壁には、前記開閉弁の開度が所定開度以上となったときに前記弁部と非接触状態にて近接し前記流通路の流路を絞る絞り部材が設けられてなる
   ことを特徴とする流量調整装置。
2. 請求項１に記載の流量調整装置において、
   前記弁体はポペット弁であって、前記絞り部材は環状に形成され、前記絞り部材の内径は前記弁部の外径よりも大きい値に設定される
   ことを特徴とする流量調整装置。
3. 流体が流通可能な流通路と、前記流通路の内壁に設けられた弁座及び同弁座に離着座する弁部を有する弁体を含む開閉弁と、前記弁体の弁軸を駆動して前記開閉弁の開度を変更することにより前記流通路を流通する流体の流量を調整するアクチュエータとを備える流量調整装置において、
   前記弁軸には、前記開閉弁の開度が所定開度以上となったときに前記弁座と非接触状態にて近接し前記流通路の流路を絞る絞り部材が設けられてなる
   ことを特徴とする流量調整装置。
4. 請求項３に記載の流量調整装置において、
   前記弁座が環状に形成されるとともに、前記絞り部材が円盤状に形成され、前記絞り部材の外径は前記弁座の内径よりも小さい値に設定される
   ことを特徴とする流量調整装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の流量調整装置において、
   前記アクチュエータはステッピングモータと、該ステッピングモータの出力軸の回転運動を前記弁軸の軸方向における直線運動に変換する変換機構とを備える
   ことを特徴とする流量調整装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の流量調整装置において、
   前記流通路は、内燃機関の排気通路から吸気通路に排気を戻す環流通路の一部であり、前記開閉弁は前記排気通路から前記吸気通路に戻される排気の環流量を調整するＥＧＲ弁である
   ことを特徴とする流量調整装置。

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