JP2010024998A - 排気ガス再循環制御弁及びその取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン構成部品に直付けされる排気ガス再循環制御弁につき、軽量化とコストダウンを図ること。
【解決手段】ＥＧＲ弁１は、排気ガス流路５、弁座６、弁体７及び弁軸８を設けたハウジング９と、ハウジング９に固定され、弁体７と共に弁軸８を軸線方向へ駆動するステップモータ４を備え、エンジンヘッド２に直付けされる。ハウジング９はステンレス薄板によりカップ状にプレス成形され、このハウジング９の底部に形成された弁孔９ｄの周囲を弁座６とした。ハウジング９には、弁軸８を軸線方向へ案内する樹脂製の弁軸受部材１０が設けられ、弁座６と弁軸受部材１０との間には、断熱カバー１１が設けられる。ステップモータ４は、ハウジング９のフランジ９ａに固定される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、エンジンの排気ガスの一部を吸気系に戻して再循環させる排気ガス再循環装置に設けられ、排気ガス流量を制御するために使用される排気ガス再循環制御弁及びその取付構造に関する。

従来、この種の技術して、下記の特許文献１〜３に記載される装置が知られている。特に、特許文献１には、エンジンブロックに直付けされるタイプの排気ガス還流弁が記載されている。この還流弁は、排気ガスの流路、弁座、弁体及び弁軸等が設けられたハウジングと、弁体と共に弁軸を駆動するステップモータとを備える。ここで、ハウジングは、略筒状をなし、上端部にフランジが一体形成される。ハウジングは、エンジンブロックに密着した状態で取付穴に嵌め込まれ、埋設される。これにより還流弁がエンジンブロックに対して直付けされる。弁座はハウジングと別部材で構成されてハウジングに組み付けられる。ハウジングの中心には、弁軸の軸受を保持する保持部が一体形成される。ステップモータは、ハウジング上端のフランジにスペーサを介して固定される。ステップモータの出力軸が弁軸を軸線方向へ移動させることにより、弁体と弁座との間の隙間（開度）が可変となっている。

ＷＯ９９／５７４２８ 特開平１０−１６９５１５号公報 特開平２−１８５６５７号公報

ところで、特許文献１では、ハウジングの材質や成形方法について記載や示唆はないが、図面からは、軸受の保持部及びフランジと共にダイカスト成形されたものと考えられる。また、弁座は、ハウジングの成形後にハウジングに組み付けられたものと考えられる。しかし、このようなハウジングの構成では、現状以上の軽量化とコストダウンを図ることが難しいものとなっていた。また、ハウジングがアルミニウムで構成された場合、肉厚は比較的大きく、質量が比較的大きいことから、ステップモータへの排気ガス熱の伝達量が多くなる傾向があり、ステップモータに対する熱的影響が問題となる。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジン構成部品に直付けされるタイプであって、軽量化とコストダウンを図ることを可能とした排気ガス再循環制御弁及びその取付構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、排気ガス流路、弁座、弁体及び弁軸を設けたハウジングと、ハウジングに固定され、弁体と共に弁軸を軸線方向へ駆動する駆動手段とを備え、エンジン構成部品に直付けされる排気ガス再循環制御弁であって、ハウジングをステンレス薄板によりカップ状にプレス成形し、このカップ状をなすハウジングの底部に孔を形成し、その孔の周囲を弁座としたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、カップ状をなすハウジングがステンレス薄板によりプレス成形されるので、ダイカストで成形されるよりもハウジングが軽量化される。ハウジングの底部に形成される孔の周囲を弁座としたので、別部材の弁座を組み付ける必要がない。熱伝導率の小さいステンレスがハウジングに使用されるので、ハウジングから駆動手段へ熱が伝わり難い。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、カップ状をなすハウジングに、弁軸を軸線方向へ案内する弁軸受部材を設け、弁座と弁軸受部材との間に断熱カバーを設けたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、弁軸受部材の案内により弁軸の動きが安定する。弁座を通過する排気ガスの熱が断熱カバーにより遮断されるので、弁軸受部材及び駆動手段への熱の伝わりが少なくなる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、弁軸受部材を樹脂より構成したことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、弁軸受部材が樹脂により軽量化される。断熱カバーにより弁軸受部材への熱の伝わりが少なくなるので、樹脂製の弁軸受部材であっても熱的影響を受け難い。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明において、カップ状をなすハウジングの開口端部にフランジを一体成形し、このフランジに駆動手段を固定したことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の作用に加え、弁座から離れたフランジに駆動手段が固定されるので、ハウジングの熱が駆動手段へ伝わり難い。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の排気ガス再循環制御弁をエンジン構成部品に直付けする排気ガス再循環制御弁の取付構造であって、エンジン構成部品には取付穴が形成され、カップ状をなすハウジングが、取付穴に挿入されて自由状態で取り付けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、ハウジングが取付穴に自由状態で挿入され、ハウジングと取付穴の内壁との間に隙間が設けられるので、ハウジングの熱膨張が取付穴の内壁で制限を受けてハウジングがいびつに変形するようなことがなく、弁座と弁体との間の相対位置の変化が少なくなる。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、カップ状をなすハウジングの底部と取付穴の段部との間に略筒形をなすシール部材が設けられ、ハウジングの底部と取付穴の段部が、ほぼ同一半径位置にてシール部材と接することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、シール部材の各部位にかかる荷重が等しくなりシール部材の各部位で変形が均一化する。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン構成部品に直付けされるタイプの排気ガス再循環制御弁につき軽量化とコストダウンを図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、弁軸受部材と駆動手段への熱的悪影響を低減することができ、その分だけ排気ガス再循環制御弁の耐久性を高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、弁軸受部材が軽量化した分だけ排気ガス再循環制御弁を更に軽量化することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明の効果に加え、駆動手段への熱的悪影響を低減することができ、その分だけ排気ガス再循環制御弁の耐久性を高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、弁座と弁体との間で計量される排気ガス流量のばらつきを低減することができ、その分だけ排気ガス再循環制御弁の性能を向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、シール部材による排気ガスのシール性を向上させることができる。

以下、本発明の排気ガス再循環制御弁及びその取付構造を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態の排気ガス再循環制御弁（以下「ＥＧＲ弁」と言う。）１を断面図により示す。図２に、ＥＧＲ弁１をエンジン構成部品としてのエンジンヘッド２に取り付けた状態を断面図により示す。このＥＧＲ弁１は、エンジンヘッド２等のエンジン構成部品に直付けするタイプであり、下側の排気ガス計量部３と、上側のステップモータ４とから構成される。

排気ガス計量部３は、排気ガス流路５、弁座６、弁体７及び弁軸８等を設けたハウジング９から構成される。ハウジング９は、ステンレス薄板によりカップ状にプレス成形されている。このカップ状をなすハウジング９の上端には、フランジ９ａが一体に形成される。プレス成形されたハウジング９の肉厚は「約０.８ mm」程度である。ハウジング９は、外周に段部９ｂが形成され、その段部９ｂより下側に横孔９ｃが形成される。また、ハウジング９の底部中央には、弁孔９ｄが形成される。この弁孔９ｄの周囲が弁体７に対応する弁座６となっている。つまり、弁座６はハウジング９と一体形成される。弁軸８は、ハウジング９の中心に沿って配置され、弁孔９ｄを貫通している。弁体７は円錐台形状をなし、弁軸８の下端部に固定される。

ハウジング９の上部には、弁軸８を軸線方向へ案内する弁軸受部材１０が設けられる。弁軸受部材１０は、耐熱樹脂より構成される。弁軸受部材１０は、弁軸８を案内する孔１０ａを有し、略円錐形をなす本体部１０ｂと、本体部１０ｂの上端に一体形成されたフランジ１０ｃとを含む。ハウジング９において、弁座６と弁軸受部材１０との間には、略漏斗形状をなす一つの断熱カバー１１が設けられる。断熱カバー１１は、その上端部がハウジング９の段部９ｂに係合して固定される。断熱カバー１１の下端部には、弁軸８を挿通させる孔１１ａが形成される。従って、ハウジング９の底部には、断熱カバー１１で区画された空間により弁孔９ｄから横孔９ｃへ抜ける排気ガス流路５が構成される。断熱カバー１１と弁軸受部材１０との間において弁軸８上には、括れ部８ａが形成される。

ステップモータ４は、弁体７と共に弁軸８を軸線方向へ駆動する本発明の駆動手段に相当する。ステップモータ４は、コイル２１を含むステータ２２と、ステータ２２の内側にて回転可能に支持されたマグネット製のロータ２３と、ロータ２３の中心にて、ネジによりロータ２３と螺合した出力軸２４とを備える。これらの構成部品２１〜２４が、耐熱樹脂より構成されるケーシング２５により覆われてステップモータ４が構成される。このステップモータ４は、ハウジング９の上端にてフランジ９ａ及び弁軸受部材１０の上に固定される。ケーシング２５には、横方向へ突出したコネクタ２５ａが一体形成される。このコネクタ２５ａの内部には、ステータ２２から延びる接続端子２６が配置される。ケーシング２５は、その下端にフランジ２５ｂを含み、そのフランジ２５ｂがハウジング９のフランジ９ａに熱かしめにより固定されている。この固定状態において、ケーシング２５とハウジング９の両フランジ２５ｂ，９ａには、このＥＧＲ弁１をエンジンヘッド２に取り付けるためのボルト孔１２が形成される。弁軸受部材１０とステップモータ４との間には、ボール軸受１４が設けられる。ボール軸受１４と弁軸受部材１０との間には、ボール軸受１４をロータ２３へ向けて付勢するワッシャ１５が設けられる。弁軸受部材１０を貫通した弁軸８の上端は、ステップモータ４の出力軸２４に連結される。弁軸８の上端と弁軸受部材１０との間には、弁軸８を出力軸２４へ向けて付勢するスプリング１６が設けられる。

次に、上記したＥＧＲ弁１のエンジンヘッド２に対する取付構造を説明する。図２に示すように、ＥＧＲ弁１はエンジンヘッド２に直付けされる。エンジンヘッド２には、取付穴３１が形成される。この取付穴３１にカップ状をなすハウジング９が挿入され、両フランジ９ａ，２５ｂのボルト孔１２に付けたボルト１７をエンジンヘッド２に締め付けることにより、ＥＧＲ弁１がエンジンヘッド２に固定される。ＥＧＲ弁１のハウジング９とエンジンヘッド２との間には、シール部材１８が設けられる。この固定状態において、ハウジング９は、取付穴３１に対し自由状態で取り付けられる。自由状態とは、ハウジング９が取付穴３１に圧入されることなく、ハウジング９と取付穴３１の内壁との間に若干の隙間を有する状態を意味する。この隙間は「約０.１〜０.１５ mm」程度に設定される。

この取付状態において、図２に示すように、ハウジング９の底部（弁座６の近傍）と取付穴３１の段部３１ａとの間には、略筒形をなすシール部材３２が設けられる。図３に、図２の鎖線楕円Ｓ１の部分を拡大断面図により示す。ハウジング９の底部と取付穴３１の段部３１ａは、それらの中心からほぼ同一半径位置Ｐ１，Ｐ２にてシール部材３２と接する。すなわち、図３において、ハウジング９の底部と取付穴３１の段部３１ａの、シール部材３２と接触する部分が上下に対向した位置Ｐ１，Ｐ２となっている。

図２に示すように、エンジンヘッド２には、取付穴３１に通じる排気ガス通路３３が形成される。取付穴３１は下方へ延び、エンジンの排気通路（図示略）に通じる。また、エンジンヘッド２には、冷却水が流れる冷却水通路３４が形成される。ＥＧＲ弁１の取付状態において、ハウジング９の横孔９ｃが、エンジンヘッド２の排気ガス通路３３に連通する。従って、ＥＧＲ弁１を動作させ、その弁座６と弁体７との開度を調整することにより、取付穴３１からハウジング９の排気ガス流路５を経由してエンジンヘッド２の排気ガス通路３３へ流れる排気ガス流量が計量される。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁１によれば、カップ状をなすハウジング９がステンレス薄板によりプレス成形されるので、ダイカストで成形されるよりもハウジング９が軽量化される。また、ハウジング９の底部に形成される弁孔９ｄの周囲を弁座６としたので、別部材の弁座を組み付ける必要がない。このため、エンジン構成部品であるエンジンヘッド２に直付けされるタイプのＥＧＲ弁１につき、軽量化とコストダウンを図ることができる。更に、熱伝導率の小さいステンレスがハウジング９に使用されるので、ハウジング９からステップモータ４へ排気ガスの熱が伝わり難い。このため、ステップモータ４への熱的悪影響を低減することができ、ＥＧＲ弁１として耐久性を高めることができる。

この実施形態のＥＧＲ弁１によれば、ハウジング９に設けられる弁軸受部材１０の案内により弁軸８の動きが安定する。ハウジング９の弁座６と弁体７との間を排気ガスが通過するが、その排気ガスの熱が断熱カバー１１により遮断されるので、弁軸受部材１０及びステップモータ４への排気ガス熱の伝わりが少なくなる。また、弁軸８の途中に括れ部８ａが形成されるので、弁軸８を通じて弁軸受部材１０へ伝わる排気ガス熱が少なくなる。このため、弁軸受部材１０とステップモータ４への熱的悪影響を低減することができ、その分だけＥＧＲ弁１の耐久性を高めることができる。

この実施形態のＥＧＲ弁１によれば、弁軸受部材１０が樹脂により軽量化されるので、その分だけＥＧＲ弁１を更に軽量化することができる。ここで、断熱カバー１１により弁軸受部材１０への排気ガス熱の伝わりが少なくなるので、弁軸受部材１０が樹脂製であっても熱的悪影響を受け難くなる。

この実施形態のＥＧＲ弁１によれば、弁座６から離れたフランジ９ａにステップモータ４が固定されるので、ハウジング９の熱がステップモータ４へ伝わり難くなる。この意味でも、ステップモータ４への熱的悪影響を低減することができ、その分だけＥＧＲ弁１の耐久性を高めることができる。

また、この実施形態のＥＧＲ弁１の取付構造によれば、ＥＧＲ弁１のハウジング９がエンジンヘッド２の取付穴３１に自由状態で挿入され、ハウジング９と取付穴３１の内壁との間に隙間が設けられるので、排気ガス熱によりハウジング９が熱膨張しても、ハウジング９の熱膨張が取付穴３１の内壁で制限を受けてハウジング９がいびつに変形するようなことがなく、弁座６と弁体７との間の相対位置の変化が少なくなる。このため、弁座６と弁体７との間で計量される排気ガス流量のばらつきを低減することができ、その分だけＥＧＲ弁１の性能を向上させることができる。

また、この取付構造によれば、カップ状をなすハウジング９が取付穴３１に挿入され、ハウジング９のフランジ９ａがエンジンヘッド２に接して固定される。そして、エンジンヘッド２が冷却水通路３４を流れる冷却水により冷却されるので、ハウジング９に伝わる排気ガス熱は、ステップモータ４へ伝わるよりも多く冷却水へ奪われることとなる。このため、ステップモータ４への熱的悪影響を低減することができ、その分だけＥＧＲ弁１の耐久性を向上させることができる。

この実施形態のＥＧＲ弁１の取付構造によれば、ハウジング９の底部と取付穴３１の段部３１ａとの間に設けられたシール部材３２につき、各部位にかかる荷重が等しくなり、シール部材３２の各部位で変形が均一化する。このため、シール部材３２による排気ガスのシール性を向上させることができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）例えば、前記実施形態では、図１，２に示すように、ハウジング９において、弁座６と弁軸受部材１０との間に一つの断熱カバー１１を設けたが、図４に示すように、弁座６と弁軸受部材１０との間に二つの断熱カバー１１，１９を設けてもよい。この場合、二つの断熱カバー１１，１９により排気ガス熱が遮断されるので、弁軸受部材１０及びステップモータ４への熱の伝わりが少なくなる。このため、弁軸受部材１０とステップモータ４への熱的悪影響をより一層低減することができ、その分だけＥＧＲ弁１の耐久性を一層高めることができる。

（２）前記実施形態では、ステップモータ４を駆動手段として設けたが、直流モータや、その他のアクチュエータを駆動手段として設けることもできる。

一実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す断面図。 ＥＧＲ弁のエンジンヘッドへの取付状態を示す断面図。 図２の鎖線楕円の中を示す拡大断面図。 別の実施形態に係り、ＥＧＲ弁のエンジンヘッドへの取付状態を示す断面図。

符号の説明

１ ＥＧＲ弁（排気ガス再循環制御弁）
２ エンジンヘッド（エンジン構成部材）
４ ステップモータ（駆動手段）
５ 排気ガス流路
６ 弁座
７ 弁体
８ 弁軸
９ ハウジング
９ａ フランジ
９ｄ 弁孔
１０ 弁軸受部材
１１ 断熱カバー
１９ 断熱カバー
３１ 取付穴
３２ シール部材
３３ 排気ガス通路

Claims (6)

1. 排気ガス流路、弁座、弁体及び弁軸を設けたハウジングと、前記ハウジングに固定され、前記弁体と共に前記弁軸を軸線方向へ駆動する駆動手段とを備え、エンジン構成部品に直付けされる排気ガス再循環制御弁であって、
   前記ハウジングをステンレス薄板によりカップ状にプレス成形し、このカップ状をなすハウジングの底部に孔を形成し、その孔の周囲を前記弁座としたことを特徴とする排気ガス再循環制御弁。
2. 前記カップ状をなすハウジングに、前記弁軸を軸線方向へ案内する弁軸受部材を設け、前記弁座と前記弁軸受部材との間に断熱カバーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス再循環制御弁。
3. 前記弁軸受部材を樹脂より構成したことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス再循環制御弁。
4. 前記カップ状をなすハウジングの開口端部にフランジを一体成形し、このフランジに前記駆動手段を固定したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の排気ガス再循環制御弁。
5. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の排気ガス再循環制御弁を前記エンジン構成部品に直付けする排気ガス再循環制御弁の取付構造であって、
   前記エンジン構成部品には取付穴が形成され、前記カップ状をなすハウジングが、前記取付穴に挿入されて自由状態で取り付けられたことを特徴とする排気ガス再循環制御弁の取付構造。
6. 前記カップ状をなすハウジングの底部と前記取付穴の段部との間に略筒形をなすシール部材が設けられ、前記ハウジングの底部と前記取付穴の段部が、ほぼ同一半径位置にて前記シール部材と接することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス再循環制御弁の取付構造。

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