JP2012026270A

JP2012026270A - Ｅｇｒバルブ装置および弁軸組み付け方法

Info

Publication number: JP2012026270A
Application number: JP2008299441A
Authority: JP
Inventors: Toru Tanaka; 徹田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2012-02-09
Also published as: WO2010061509A1

Abstract

【課題】弁座と弁体との間の隙間を抑制することができるＥＧＲバルブ装置を得るとともに、弁座と弁体との位置を調整して組み付けることのできる弁軸組み付け方法を得ることを目的とする。
【解決手段】弁軸は、それぞれ弁体を保持する保持部を有する複数の軸を軸線方向に締結してなるもので、一方の弁軸の弁体を一方の弁座に当接して閉弁させた状態において、この弁体を保持する弁軸をハウジング内に軸受けを介して摺動可能に支持させた後、他方の弁軸の弁体を他方の弁座に当接して閉弁させ、この閉弁状態を保持して弁軸同士を軸線方向に締結する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関において燃焼後の排気ガスの一部を吸気側へ導いて循環させる多弁式のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブ装置およびこのＥＧＲバルブ装置の弁軸組み付け方法に関するものである。

この多弁式のＥＧＲバルブ装置には、限られたスペースで大流量を確保するために、例えば２つの弁体が取り付けられた１本の弁軸を軸線方向に動作させて開弁させ、排気ガスを還流させる２弁式のＥＧＲバルブ装置がある。
また、この２弁式のＥＧＲバルブ装置において、材質の熱膨張差による弁漏れを防止するために、弁座の材質変更や弁座間の距離関係の見直しにより弁漏れを抑制する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−０９９０１４号公報

従来の多弁式のＥＧＲバルブ装置は、軸長の長短はあるものの、弁体を取り付ける弁軸が１弁式のＥＧＲバルブ装置に比べて長く、切削加工等によって製作するため、弁軸の同軸度の精度が悪かった。そのため、この弁軸に弁体を複数取り付け、ハウジングに組み付けた際に、ハウジング側の弁座と弁軸側の弁体との間に隙間が生じるという課題があった。
また、弁軸を組み付ける際に、弁座と弁体との間の隙間を調整することができないため、洩れ量のバラツキが大きいという課題があった。

この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、弁軸の同軸度の精度を上げて弁座と弁体との間の隙間を抑制するＥＧＲバルブ装置を得るとともに、弁軸をハウジングに組み付ける際に弁座と弁体との位置を調整して組み付けることができる弁軸の組み付け方法を得ることを目的とする。

この発明に係るＥＧＲバルブ装置は、排気ガス流入口と排気ガス流出口をつなぐ排気ガス通路を内部に形成したハウジングと、排気ガス通路の途中においてハウジングに設けた弁座と、ハウジング内に軸受けを介して摺動可能に支持される弁軸と、弁軸に保持した弁体が弁座に当接する方向に弁軸を付勢する付勢部材と、弁体が弁座から離れる方向に弁軸を駆動させるアクチュエータとを備え、弁軸は、それぞれ弁体を保持する保持部を有する複数の軸を軸線方向に締結してなるものである。

また、この発明に係る弁軸の組み付け方法は、一方の弁軸の弁体を一方の弁座に当接して閉弁させた状態において、この弁体を保持する弁軸をハウジング内に軸受けを介して摺動可能に支持させた後、他方の弁軸の弁体を他方の弁座に当接して閉弁させ、この閉弁状態を保持して弁軸同士を軸線方向に締結するものである。

この発明のＥＧＲバルブ装置は、弁体を保持する保持部を有する例えば２本の弁軸を軸長方向に締結して１本の弁軸とするように構成したので、弁軸の同軸度の精度を上げて弁座と弁体との間の隙間を抑制することができる。また、弁軸は弁体を弁座に当接させた閉弁状態で１本の弁軸として締結するため、弁軸をハウジングに組み付ける際に弁座と弁体との位置を調整して組み付けることができ、弁座と弁体との隙間を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明のＥＧＲバルブ装置１の一部を切り欠いた縦断面図であり、図２は、実施の形態１によるＥＧＲバルブ装置１の弁軸の右半分を縦断した断面図である。

このＥＧＲバルブ装置１のハウジング１０は、１つの排気ガス流入口２１及び２つの排気ガス流出口２２，２３が形成されており、流出口２１から流出口２２，２３へ分岐する排気ガス通路２０の途中にそれぞれ中心穴を形成された弁座３１，３２が設けられている。

また、このハウジング１０内部の中心軸上には、軸受け摺動支持部材（軸受け）４０を介して弁軸５０が軸線方向に摺動可能に取り付けられており、弁軸５０は、弁軸５１，５２を締結して形成されている。この弁軸５０には、ハウジング１０に設けられた弁座３１，３２に対応する位置に保持部５１ａ，５２ａが形成されており、その保持部５１ａ，５２ａにより弁体６０ａ，６０ｂを保持している。また、この弁軸５０の上部にはスプリングホルダ７１が取り付けられており、スプリングホルダ７１とハウジング１０との間に設けられたスプリング（付勢部材）７２は、常時、弁体６０ａ，６０ｂが弁座３１，３２に当接する方向に弁軸５０を付勢している。
この弁軸５０の詳細な構成については、後述する。

また、ハウジング１０の上部には、アクチュエータとしてのモータ８０が装着されており、このモータ８０のモータシャフト８１により、弁体６０ａ，６０ｂが弁座３１，３２から離れる方向に弁軸５０を駆動させる。

ハウジング１０の底部９０は、弁軸５０をハウジング内に組み付けるために開口されているが、弁軸５０を組み付けた後は密閉部材９１により閉じられる。

ＥＧＲバルブ装置１は、以上のように構成されており、図示しないエンジン等の内燃機関が稼動すると、モータ８０が駆動し、ロータ中心のネジ穴に螺合するモータシャフト８１がロータの回転によって軸線方向に移動する。そして、モータシャフト８１は弁軸５０の上端部に当接して該弁軸５０をスプリング７２の付勢力に抗して軸線方向に移動させる。弁軸５０が移動すると、弁体６０ａ，６０ｂと弁座３１，３２との間に開口通路を形成し、弁軸５０の移動量により排気ガス通路２０の開度が調節され排気ガス循環量を調整する。

ここで、弁軸５０及び弁体６０ａ，６０ｂの詳細な構成について説明する。
図２に示すように、実施の形態１のＥＧＲバルブ装置１の弁軸５０は、分割した上側の弁軸５１及び下側の弁軸５２で構成している。弁軸５１には弁体６０ａを取り付ける保持部５１ａが形成されており、弁軸５２には弁体６０ｂを取り付ける保持部５２ａが形成されている。
この弁軸５１の下端及び弁軸５２の上端には、締結部としての凹部５１ｂ及び凸部５２ｂが形成されており、この凹部５１ｂ及び凸部５２ｂを係合させた状態で、例えば接着、溶接、圧入、ネジ止め、ピン止め等により固定して締結する。

次に、この弁軸５１，５２及び弁体６０ａ，６０ｂのハウジング１０への組み付け方法について説明する。
図３は、弁体６０と弁座３１又は３２とが接触している状態（ａ）及び隙間が生じている状態（ｂ）を示す部分断面図であり、図４は、ＥＧＲバルブ装置１の弁軸５１，５２及び弁体６０ａ，６０ｂの組み付け方法を示す図（ａ）〜（ｃ）である。

従来のＥＧＲバルブ装置の１本の弁軸に２つの弁体６０ａ，６０ｂを取り付けた場合、軸の同軸度の精度が悪いため、一方の弁体６０ａを図３（ａ）のように弁座３１に接するようにして組み付けたとしても、他方の弁体６０ｂは図３（ｂ）のように弁座３２と弁体６０ｂとの間に隙間１５０が生じてしまう。そこで、実施の形態１のＥＧＲバルブ装置１においては、弁軸５１，５２を以下のように組み付ける。

まず、弁体６０ａは弁座３１，３２の中心穴を通すことができないため、例えば流入口２１からハウジング１０内へ入れ、図４（ａ）に示すように、この弁体６０ａを弁座３１に押し当て閉弁させた状態にし（Ａ）、弁軸５１をハウジング１０の開口した底部９０から入れ、弁体６０ａの中心穴に通し、保持部５１ａに弁体６０ａを固定する（Ｂ）。このとき、弁軸５１は軸受け摺動支持部材４０を介してハウジング１０に摺動可能に支持される。次に図４（ｂ）に示すように、下側の弁体６０ｂをハウジング１０の底部９０から入れ、弁座３２に押し当てて閉弁させた状態にし（Ｃ）、弁軸５２を弁体６０ｂの中心穴に通す（Ｄ）。そして、図４（ｃ）に示すように、弁座３１と弁体６０ａ、弁座３２と弁体６０ｂをそれぞれ当接して閉弁させた状態で保持部５２ａに弁体６０ｂを固定する。さらに弁軸５１，５２の対向する凹部５１ｂ，凸部５２ｂを係合させ、この凹凸係合部を接着、溶接、圧入、ネジ止め、ピン止め等により締結する（Ｅ）。ただし、これらの締結部の形状や締結方法に限定されるものではなく、使用環境に応じて、上下の弁軸５１，５２がガタつくことなく締結される形状や方法であればよい。

このように締結することで、弁軸５０と、ハウジング１０、軸受け摺動支持部材４０等の他の構成部品との同軸度の精度を上げることができ、その結果、弁座３１，３２と弁体６０ａ，６０ｂとの隙間がほとんど無い状態となり、排気ガスの洩れ量を抑制することができる。

以上のように、実施の形態１のＥＧＲバルブ装置１によれば、弁軸５０を分割した２つの弁軸５１，５２を軸線方向に締結した構成にするとともに、一方の弁軸５１の弁体６０ａを一方の弁座３１に当接して閉弁させた状態において、この弁軸５１をハウジング１０内に軸受け摺動支持部材４０を介して摺動可能に支持させた後、他方の弁軸５２の弁体６０ｂを他方の弁座３２に当接して閉弁させ、この閉弁状態を保持して弁軸５１，５２の対向する凹凸部を係合させて締結したことにより、弁座３１，３２と弁体６０ａ，６０ｂとの間の隙間を抑制するとともに、弁軸５１，５２を組み付ける際に弁座３１，３２と弁体６０ａ，６０ｂとの位置を調整することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＥＧＲバルブ装置１の弁軸５０を分割して弁軸５１と弁軸５２とを締結した構成について説明したが、実施の形態２は、締結した弁軸５１，５２の保持部５１ａ，５２ａの形状を同一にしたことにより、弁体６０ａ，６０ｂを共用化する構成について説明する。
なお、実施の形態２の構成は、図１、図２を用いて説明し、実施の形態１で説明した構成と同じ部分については同じ符号を付して、その説明を省略する。

従来の２弁式ＥＧＲバルブ装置は、１本の長い弁軸に複数の弁体を取り付けなければならないため、下側の弁体の中央穴の径を上側の弁体の中央穴の径より大きく形成しており、２種類の弁体を作成する必要があった。
これに対し、実施の形態２のＥＧＲバルブ装置１は、弁軸５１及び弁軸５２の保持部５１ａ，５２ａの形状が同一であり、この保持部５１ａ，５２ａに取り付ける弁体６０ａ，６０ｂは、保持部５１ａ，５２ａの形状に対応する同じ径の中心穴を形成した同一形状の弁体である。

以上のように、実施の形態２のＥＧＲバルブ装置１によれば、弁軸５１及び弁軸５２の保持部５１ａ，５２ａの形状を同じにしたことにより、弁体６０ａ，６０ｂを同一の形状にすることができ、その結果、弁体６０ａ，６０ｂを共用化することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、弁軸５０を分割して上側の弁軸５１と下側の弁軸５２とを締結して構成したＥＧＲバルブ装置１について示したが、実施の形態３は、異なる軸長の軸を軸長方向に締結した弁軸５０の構成について説明する。

図５（ａ）は、実施の形態１のＥＧＲバルブ装置１に比べて弁座３１と弁座３２との間が長い距離ｈであるＥＧＲバルブ装置の弁軸５０を示す図であり、図５（ｂ）は、実施の形態１のＥＧＲバルブ装置１に比べて弁座３１と弁座３２との間が短い距離ｉであるＥＧＲバルブ装置の弁軸５０を示す図である。なお、弁軸５０以外の構成については、実施の形態１と略同様であり、同じ符号を付して、その説明は省略する。

従来のＥＧＲバルブ装置は、１本の弁軸で構成されているため、軸長が異なる仕様のＥＧＲバルブ装置の場合、１本の弁軸を新たな設定で設計して加工しなければならない。そこで、実施の形態３では、図５（ａ）、（ｂ）に示すような軸長の異なる弁軸５３，５４を軸長方向に締結して弁軸５０を形成している。

弁軸５３は、弁軸５１と締結することにより、弁体６０ａと弁体６０ｂとの間が距離ｈになる長さで形成されている。また、弁軸５４は、弁軸５１と締結することにより、弁体６０ａと弁体６０ｂとの間が距離ｉになる長さで形成されている。

弁座３１と弁座３２との間が距離ｈであるＥＧＲバルブ装置１には、図５（ａ）に示すように弁軸５１と弁軸５３とを軸長方向に締結して弁軸５０をハウジング１０に組み付ける。
また、弁座３１と弁座３２との間が距離ｉであるＥＧＲバルブ装置１には、図５（ｂ）に示すように弁軸５１と弁軸５４とを締結して弁軸５０をハウジング１０に組み付ける。

なお、実施の形態３のＥＧＲバルブ装置１では、下側の弁軸５２を軸長を変えた弁軸５３，５４に替える構成について説明したが、弁座３１より上部の仕様が異なるＥＧＲバルブ装置１の場合に、上側の弁軸５１を異なる軸長の軸に替える構成であってもよい。

このように、実施の形態３のＥＧＲバルブ装置１によれば、上側の弁軸５１又は下側の弁軸５２に替えて、異なる軸長の弁軸を軸長方向に締結することで、弁軸５１，５２，５３，５４を共用化して、軸長の異なる仕様のＥＧＲバルブ装置１に対応させることができる。

実施の形態４．
実施の形態１，２，３では、弁軸５０を分割した弁軸５１，５２，５３，５４を用いているが、実施の形態４は、締結する少なくとも一方の弁軸の材質を他方の弁軸の材質に比べて熱膨張率の低い材質にした構成の例について説明する。
なお、実施の形態４のＥＧＲバルブ装置１の構成は、実施の形態１〜３のＥＧＲバルブ装置１の構成と略同一であり、図１から図５を適宜用いて説明し、同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

通常、弁軸５０の材質は、耐食性を持たせるためステンレス鋼を用いており、例えばオーステナイト系ステンレスを用いている。この弁軸５０の下側の弁軸５２，５３，５４の材質を弁軸５１とは異なる材質、例えば熱膨張率の低い材質にすることも可能である。

このように、実施の形態４のＥＧＲバルブ装置１によれば、締結する少なくとも一方の弁軸５２，５３，５４の材質を他方の弁軸５１に比べて熱膨張率の低い材質にすることで、弁軸の熱膨張を抑制することができ、その結果、弁座３１，３２と弁体６０ａ，６０ｂとの隙間を抑制することができる。

なお、下側の弁軸５２，５４，５５の材質を熱膨張率の低い材質に変えた例について説明したが、上側の弁軸５１の材質を熱膨張率の低い材質に変えて構成したものでもよい。

また、あらかじめ上側の弁軸５１の材質も同様に熱膨張率の低い材質を用いて製作すれば、より優れた洩れ性能を確保することができる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４のＥＧＲバルブ装置１では、締結する上側の弁軸５１及び下側の弁軸５２，５３，５４の形状が同様の棒状の軸で構成されているが、実施の形態５のＥＧＲバルブ装置１は、締結する少なくとも一方の弁軸に軽量化手段を施した構成について説明する。

図６は、ＥＧＲバルブ装置１の下側の棒状の弁軸５２，５３，５４に替えて筒体の弁軸５５を用いた弁軸５０の構成を示す図である。なお、実施の形態５のＥＧＲバルブ装置１の構成は、実施の形態１〜４のＥＧＲバルブ装置１の構成と略同一であり、図１から図５を適宜用いて説明し、同一の構成についての説明は省略する。

図６に示すように、ＥＧＲバルブ装置１の分割した下側の弁軸５５は、軸心部分を中空にした筒体形状であり、外観の形状は弁軸５２，５３，５４と同様である。

なお、軽量化する手段を施した弁軸５５は筒体形状に限定されるものではなく、弁軸５５に必要な強度の範囲内において設定される形状であればよく、例えば、棒状の弁軸５２，５３，５４の最外径を弁軸５１の最外径に比べて小さくした弁軸５５を用いることで、軽量化を実現することができる。ただし、筒体形状の弁軸５５を用いることにより、弁軸５５の加工を容易に行うことができる。

また、下側の弁軸５５に軽量化手段を施した構成について説明したが、上側の弁軸５１等に必要な強度の範囲内において軽量化手段を施してもよい。

このように、実施の形態５のＥＧＲバルブ装置１によれば、締結した下側の弁軸５５を例えば筒体形状のように軽量化する構造にしたことで、弁軸を円滑に作動させることができる。

以上のように、この発明におけるＥＧＲバルブ装置は、それぞれ弁体を保持する保持部を有する複数の軸を軸線方向に締結して弁軸を構成したことにより、弁軸上の複数の弁体をハウジングの弁座に当接し閉弁させた状態を保持して締結することができる。その結果、弁座と弁体との隙間を抑制することができる。

なお、実施の形態１〜５では、２弁式のＥＧＲバルブ装置における構成の例を示したが、同軸上に複数の弁体を設ける構成のＥＧＲバルブ装置に適用した場合も同様の効果が得られる。

また、実施の形態１〜５では、２弁式のＥＧＲバルブ装置１の弁軸５０を分割して弁軸５１と弁軸５２，５３，５４，５５のいずれかとを締結する構成について説明したが、寸法が一致すれば弁軸５１等を１弁式のＥＧＲバルブ装置の弁軸として共用化することができる。

この発明のＥＧＲバルブ装置の一部を切り欠いた縦断面図である。この発明の実施の形態１によるＥＧＲバルブ装置の弁軸を分解し右半分を縦断した断面図である。弁体と弁座とが接触している状態（ａ）及び隙間が生じている状態（ｂ）を示す部分断面図である。この発明のＥＧＲバルブ装置の弁軸及び弁体の組み付け方法を示す図（ａ）〜（ｃ）である。この発明の実施の形態３によるＥＧＲバルブ装置の弁軸及び弁体の右半分を縦断した断面図（ａ），（ｂ）である。この発明の実施の形態５によるＥＧＲバルブ装置の弁軸及び弁体の右半分を縦断した断面図である。

符号の説明

１ＥＧＲバルブ装置、１０ハウジング、２０排気ガス通路、２１排気ガス流入口、２２，２３排気ガス流出口、３０，３１，３２弁座、４０軸受け摺動支持部材（軸受け）、５０，５１，５２，５３，５４，５５弁軸、５１ａ，５２ａ保持部、５１ｂ凹部（締結部）、５２ｂ凸部（締結部）、６０，６０ａ，６０ｂ弁体、７１スプリングホルダ、７２スプリング（付勢部材）、８０モータ（アクチュエータ）、８１モータシャフト（アクチュエータ）、１５０弁座と弁との隙間。

Claims

排気ガス流入口と排気ガス流出口をつなぐ排気ガス通路を内部に形成したハウジングと、
前記排気ガス通路の途中において前記ハウジングに設けた弁座と、
前記ハウジング内に軸受けを介して摺動可能に支持される弁軸と、
前記弁軸に保持した弁体が前記弁座に当接する方向に前記弁軸を付勢する付勢部材と、
前記弁体が前記弁座から離れる方向に前記弁軸を駆動させるアクチュエータとを備え、
前記弁軸は、それぞれ前記弁体を保持する保持部を有する複数の軸を軸線方向に締結してなることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
弁軸は、締結する各軸の保持部の形状が同一であることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲバルブ装置。
弁軸は、異なる軸長の軸を軸長方向に締結してなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＥＧＲバルブ装置。
弁軸は、締結する少なくとも一方の軸の材質が他方の軸に対し熱膨張率の低い材質であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のＥＧＲバルブ装置。
弁軸は、軽量化手段を施したことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか1項記載のＥＧＲバルブ装置。
一方の弁軸の弁体を一方の弁座に当接して閉弁させた状態において、この弁体を保持する弁軸をハウジング内に軸受けを介して摺動可能に支持させた後、
他方の弁軸の弁体を他方の弁座に当接して閉弁させ、この閉弁状態を保持して弁軸同士を軸線方向に締結することを特徴とするＥＧＲバルブ装置の弁軸組み付け方法。