JP2009250100A - Ｅｇｒ装置のバルブユニット - Google Patents

Abstract

【課題】バイパス通路を有するＥＧＲクーラにおいて、バイパス通路のバルブでのＥＧＲガスの漏れによる冷却効率の低下を防止する。
【解決手段】ＥＧＲ通路に連通する通路にバルブが設けられ、そのバルブの閉鎖時にバルブの周囲が近接する位置に冷却流体通路が設けられる。冷却流体通路に冷却水などの流体が流れると、バルブの周囲が冷却され、デポジットが堆積しやすくなる。堆積したデポジットがバルブの外周と通路の内壁との間の間隙を埋め、バルブの密閉性を向上させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＥＧＲクーラを有するＥＧＲ装置のバルブユニットに関する。

内燃機関から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気側に還流させることにより燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制する排気還流（以下、「ＥＧＲ」とも呼ぶ。）装置が知られている。ＥＧＲ装置の例が特許文献１に記載されている。また、ＥＧＲバルブのハウジングに冷却水通路を設けた例が特許文献２に記載されており、バタフライバルブの弁体及び弁棒に冷媒の循環空所を設けた例が特許文献３に記載されている。

特開２００１−２１４８１６号公報 特開２０００−２８２９６４号公報 特開昭５８−１６２３７６号公報

一般的に、ＥＧＲ通路には、吸気側へ還流される排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」とも呼ぶ。）を冷却するためのＥＧＲクーラが設けられる。ＥＧＲクーラには、ＥＧＲガスを冷却するための通路（以下、「ＥＧＲクーラ通路」と呼ぶ。）に加えて、ＥＧＲクーラ通路をバイパスする通路（以下、「バイパス通路」と呼ぶ。）が設けられているものがある。このようなＥＧＲクーラには、ＥＧＲクーラ通路とバイパス通路とを必要に応じて開閉するためのバルブユニットが設けられる。ＥＧＲクーラ通路が詰まったとき、ＥＧＲガスを冷却したくないときなどには、バルブユニットを操作し、ＥＧＲガスをバイパス通路側に流す。

しかし、ＥＧＲガスを全てＥＧＲクーラ通路側に流そうとしてバイパス通路のバルブを全閉としても、バルブに漏れがあると一部のＥＧＲガスがバイパス通路に流れてしまう。特にバイパス通路にバタフライバルブを使用する場合には、構造上ＥＧＲガスが漏れる可能性は高い。この場合、ＥＧＲクーラ出口では、ＥＧＲクーラ通路を通ったＥＧＲガスに、バイパス通路のバルブから漏れたＥＧＲガスが混入し、ＥＧＲクーラ全体としての冷却効率が低下してしまう場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、バイパス通路を有するＥＧＲクーラにおいて、バイパス通路のバルブでのＥＧＲガスの漏れによる冷却効率の低下を防止することを目的とする。

本発明の１つの観点では、ＥＧＲ装置のバルブユニットは、ＥＧＲ通路と連通する通路を有する本体と、前記通路に設けられたバルブと、を備え、前記本体は、前記バルブの閉鎖時に当該バルブの周囲が近接する位置に設けられた冷却流体通路を備える。

上記のバルブユニットはＥＧＲ装置のバルブに好適に使用される。ここで、「ＥＧＲ装置のバルブ」は、ＥＧＲ通路上に設けられ、ＥＧＲガスの供給／停止を切り替えるバルブであって、例えばＥＧＲクーラを有するＥＧＲクーラ通路に設けられるバルブや、ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路に設けられるバルブを含む。

ＥＧＲ通路に連通する通路にバルブが設けられ、そのバルブの閉鎖時にバルブの周囲が近接する位置に冷却流体通路が設けられる。冷却流体通路に冷却水などの流体が流れると、バルブの周囲が冷却され、デポジットが堆積しやすくなる。堆積したデポジットがバルブの外周と通路の内壁との間の間隙を埋め、バルブの密閉性を向上させる。

上記のバルブユニットの一態様は、前記本体に設けられ、前記バルブの閉鎖時に当該バルブと当接するシール部を有し、前記バルブの周囲が近接する位置は、前記シール部の周囲とされる。この態様では、シール部の周囲が冷却されるので、堆積したデポジットがバルブの周囲とシール部との間の間隙を埋め、バルブの密閉性を向上させる。

上記のバルブユニットの他の一態様では、前記冷却流体通路は、前記バルブのシャフトに近接する位置に設けられる。バルブシャフトの回転を可能とするため、バルブシャフトとシール部との間には間隙が設けられるが、この間隙がバルブ閉鎖時のガス漏れの原因ともなる。よって、冷却流体通路をバルブシャフト近傍を通過させることにより、バルブシャフト近傍にデポジットを堆積させ、バルブの密閉性を向上させる。

本発明の他の観点では、ＥＧＲ装置のバルブユニットは、ＥＧＲ通路と連通する通路を有する本体と、前記通路に設けられたバルブと、を備え、前記本体は、前記バルブのシャフトに近接する位置に設けられた冷却流体通路を備えることを特徴とする。

上記のバルブユニットによれば、冷却流体通路をバルブシャフト近傍を通過させることにより、バルブシャフト近傍にデポジットを堆積させ、バルブの密閉性を向上させる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１に、本発明によるバルブユニットを適用した内燃機関のＥＧＲ装置の概略構成を示す。図１において、実線矢印は吸気、排気の流れを示し、破線矢印は信号の流れを示す。

内燃機関のＥＧＲ装置１００は、直列４気筒の内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ。）１を備える。エンジン１の各気筒は、吸気マニホールド２及び排気マニホールド３に接続されている。

吸気マニホールド２に接続された吸気通路６には、エンジン１への流入空気量を計測するエアフローメータ（図示せず）と、スロットル弁（図示せず）と、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａと、吸気を冷却するインタークーラ５とが設けられている。排気マニホールド３に接続された排気通路７には、ターボチャージャ４のタービン４ｂが設けられている。

排気通路７の排気マニホールド３より下流側の位置と、吸気通路６の吸気マニホールド２より上流側の位置とは、ＥＧＲ通路１１により接続されている。ＥＧＲ通路１１には、ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲバルブ１０と、吸気側に還流される排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ３０とが設けられている。

ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、ＥＧＲ装置１００の各要素を制御する。具体的に、ＥＣＵ２０は、制御信号Ｓ１によりＥＧＲバルブ１０の開閉を制御する。また、ＥＣＵ２０は、制御信号Ｓ２をＥＧＲクーラ３０に供給し、ＥＧＲクーラ３０内の後述するＥＧＲクーラ通路及びバイパス通路の開閉を制御する。

図２は、ＥＧＲクーラ３０の構成を概略的に示す断面図である。ＥＧＲクーラ３０は、ＥＧＲ通路１１に設けられ、ＥＧＲクーラ通路３１と、バイパス通路３２と、ガス入口部３４と、ガス出口部３５と、バルブユニット４０とを備える。

排気マニホールド３からＥＧＲ通路１１を流れてきたＥＧＲガスは、ガス入口部３４を通過し、ＥＧＲクーラ通路３１及びバイパス通路３２に流入する。ＥＧＲクーラ通路３１は、図示しない冷却水通路により導入されたエンジン冷却水により冷却され、ＥＧＲクーラ通路３１の内部を通過するＥＧＲガスを冷却する。一方、バイパス通路３２はＥＧＲクーラ通路３１をバイパスするように設けられており、バイパス通路３２を通過するＥＧＲガスは冷却されない。

バルブユニット４０は、ＥＧＲクーラ通路３１に連通する第１の通路４８と、バイパス通路３２に連通する第２の通路４９とを備える。第１の通路４８には第１のバルブ４１が設けられ、第２の通路４９には第２のバルブ４２が設けられている。バルブ４１及び４２はバタフライバルブであり、１つのバルブシャフト４３に対して９０度ずらした角度で固定されている。なお、以下の説明においては、ＥＧＲクーラ通路３１と通路４８をまとめて「ＥＧＲクーラ通路」と呼び、バイパス通路３２と通路４９をまとめて「バイパス通路」と呼ぶ。

バルブユニット４０は、バルブシャフト４３の回転により、３つのモードのいずれかで動作する。図３に、バルブユニット４０の３つの動作モードを示す。図３（ａ）は第１のモードであり、バルブ４１を全開としてＥＧＲクーラ通路を開放し、バルブ４２を全閉としてバイパス通路を閉鎖している。なお、図２はこの状態の例を図示している。図３（ｂ）は第２のモードであり、バルブ４１を全閉としてＥＧＲクーラ通路を閉鎖し、バルブ４２を全開としてバイパス通路を開放している。図３（ｃ）は第３のモードであり、バルブ４１及び４２をともに半開として、ＥＧＲクーラ通路及びバイパス通路の両方にＥＧＲガスを通過させている。ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態などに応じて、制御信号Ｓ２によりバルブユニット４０のバルブシャフト４３を回転させ、上記の３つのモードのいずれかを選択する。

図２に戻り、ＥＧＲクーラ通路及びバイパス通路を通過したＥＧＲガスはガス出口部３５を通ってＥＧＲ通路１１へ流出し、吸気マニホールド２の方向へ還流する。よって、上記の第１のモードではＥＧＲクーラ通路３１を通り冷却されたＥＧＲガスが吸気側へ戻され、第２のモードではバイパス通路３２を通った冷却されていないＥＧＲガスが吸気側へ戻される。また、第３のモードでは、バルブ４１及び４２の開度に応じた割合でＥＧＲクーラ通路３１を通ったＥＧＲガスとバイパス通路３２を通ったＥＧＲガスとが混合されて吸気側へ戻される。

次に、バルブユニット４０の構造について、図２、図４及び図５を参照して詳しく説明する。図４は、図２のＸ１−Ｘ１断面におけるバルブユニット４０の断面図である。図４の例では、ＥＧＲクーラ通路は全開、バイパス通路は全閉となっている。また、図５（ａ）は図４のＸ２−Ｘ２断面におけるバルブユニット４０の断面図であり、図５（ｂ）は図４のＸ３−Ｘ３断面におけるバルブユニット４０の断面図であり、図５（ｃ）は図４のＸ４−Ｘ４断面におけるバルブユニット４０の断面図である。

図５（ｂ）及び５（ｃ）に示すように、通路４９の内壁には、バルブ４２が閉鎖されたときに当接するシール部４７が形成している。シール部４７は、通路４９の内壁より一回り小さい内周を有し、矩形の断面形状を有する。

図５（ｂ）に示すように、通路４９の上壁（天井）及び下壁（底部）では、シール部は左右の側壁からバルブシャフト４３の近傍まで延び、矩形のバルブ４２の上端（上辺）及び下端（下辺）と当接する。これにより、バルブ４２の上下端における密閉が行われる。なお、通路４９の上壁及び下壁では、バルブシャフト４３の回転を可能とするために、バルブシャフト４３とシール部４７とのに間隙４５を確保している。この間隙は、バルブシャフト４３の回転を保証するために必要であるが、バルブ４２を閉鎖したときにＥＧＲガスの漏れを生じさせる原因ともなる。

一方、図５（ｃ）に示すように、通路４９の上壁及び下壁近傍以外では、シール部４７は、通路４９の左右の側壁上に小さな幅だけ突出している。シール部４７が突出する幅は、バルブ４２が当接したときにバルブシャフト４３の回転を止められる範囲でなるべく小さく設定される。これは、通路４９の左右の側壁上のシール部４７の幅が大きいと、それだけ通路４９の断面積が小さくなり、通路４９の流量が減ってしまうからである。

なお、図示されていないが、バルブユニット４０の通路４８にも、通路４９と同様にシール部４７が設けられている。

上述のように、通路４８及び４９に設けられたシール部４７は、バルブシャフト４３との間に間隙４５を有するため、間隙４５はバルブ４１、４２の閉鎖時におけるＥＧＲガスの漏れの原因となる。また、図５（ｂ）、５（ｃ）に示すように、バルブ４１、４２はバタフライバルブであるため、シール部４７との間の完全な密閉を行うことは難しく、バルブ４１、４２の外周とシール部４７との間でもＥＧＲガスが漏れる可能性がある。

そこで、本発明では、図２、図４、図５に示すように、間隙４５の近傍及びバルブ４１、４２の周囲に対応する位置において、バルブユニット４０の本体に冷却水通路５０を形成する。図４に示すように、冷却水通路５０は、バルブ４１及び４２の外周が近接する位置、即ち、バルブ４１及び４２の周囲において、バルブユニット４０の本体に形成されている。また、これにより、冷却水通路５０は、バルブシャフト４３近傍の間隙４５の近傍を通過している。なお、冷却水通路５０は、ＥＧＲクーラ通路を冷却するための冷却水通路に連結されていてもよい。即ち、ＥＧＲクーラ通路の冷却のための冷却水通路を延長して、バルブユニット４０の冷却水通路５０としてもよい。

具体的には、図４において、冷却水は冷却水通路５０の入口５０ａから入り、バルブ４１、４２の側部を縦方向に下方へ流れる。次に、冷却水は、バルブシャフト４３の近傍を通過して左から右方向へ流れ、さらにバルブ４１、４２の側部を上昇して出口５０ｂから流出する。こうして、バルブ４１、４２の周囲、及び、バルブシャフト４３の近傍が冷却水により冷却される。冷却された箇所は、ＥＧＲガスに含まれる不完全燃焼物質などのデポジット（堆積物）が堆積しやすくなるので、そこにデポジット（堆積物）を堆積させることにより密閉性（シール性）を向上させる。即ち、図６（ａ）及び６（ｂ）に示すように、バルブ４１、４２の外周と通路４８、４９の内壁との間隙、及び、バルブシャフト４３近傍の間隙４５にデポジット６０が堆積して間隙が埋まり、バルブ４１、４２の密閉性（シール性）が高まる。これにより、ＥＧＲクーラ通路やバイパス通路におけるＥＧＲガスの漏れを低減することができる。

以上説明したように、本発明では、ＥＧＲ装置に使用されるバルブユニットにおいて、バルブが設けられた通路の近傍であって、バルブの周辺位置及びバルブシャフト近傍位置に冷却水通路を設け、その部分を冷却する。これによりバルブの外周及びバルブシャフト近傍にデポジットを堆積させ、バルブと通路内壁及びシール部との間隙を埋めて密閉性を向上させる。

上記の実施例では、図４に示すように、通路４８と通路４９の間に２本の冷却水通路を形成しているが、これらを１本の太い冷却水通路としてもよい。

なお、上記の実施例では、冷却水通路５０は、バルブ４１、４２の外周及びバルブシャフト４３近傍の両方を通過するように形成されているが、バルブシャフト４３の近傍のみを通過する位置に形成し、バルブシャフト４３近傍の間隙４５のみに積極的にデポジットを堆積させるようにしてもよい。

また、上記の実施例では、バルブ４１、４２及びバルブシャフト４３の冷却のための冷却水を使用したが、その代わりにガスなどの他の冷媒、冷却用流体を通路に供給するようにしても構わない。

実施形態による内燃機関の排気還流装置の概略構成を示す。 ＥＧＲクーラの構造を示す。 バルブユニットの動作モードを示す。 バルブユニットの詳細な構造を示す。 バルブユニットの詳細な構造を示す。 バルブユニットにデポジットが堆積した状態を示す。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気マニホールド
３ 排気マニホールド
１０ ＥＧＲバルブ
１１ ＥＧＲ通路
２０ ＥＣＵ
３０ ＥＧＲクーラ
４１、４２ バルブ
５０ 冷却水通路

Claims (4)

1. ＥＧＲ通路と連通する通路を有する本体と、
   前記通路に設けられたバルブと、を備え、
   前記本体は、前記バルブの閉鎖時に当該バルブの周囲が近接する位置に設けられた冷却流体通路を備えることを特徴とするＥＧＲ装置のバルブユニット。
2. 前記本体に設けられ、前記バルブの閉鎖時に当該バルブと当接するシール部を有し、
   前記バルブの周囲が近接する位置は、前記シール部の周囲である請求項１に記載のバルブユニット。
3. 前記冷却流体通路は、前記バルブのシャフトに近接する位置に設けられている請求項１又は２に記載のバルブユニット。
4. ＥＧＲ通路と連通する通路を有する本体と、
   前記通路に設けられたバルブと、を備え、
   前記本体は、前記バルブのシャフトに近接する位置に設けられた冷却流体通路を備えることを特徴とするＥＧＲ装置のバルブユニット。

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