JP2012072678A - 排気ガス再循環バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス再循環バルブにおけるシール部材に対する加熱を抑制し、該シール部材によるシール性を維持する。
【解決手段】排気ガス再循環バルブ１０を構成するボディ本体１２には、ガス流入口２０の下流側に装着孔２６が形成され、ボールバルブ１４の外周面に当接するバルブシート１６が設けられる。このバルブシート１６は、その内筒部３８が装着孔２６に挿通され、該装着孔２６の外周側に形成された環状凹部３０に外筒部４０が挿入されている。また、外筒部４０の外周側には、リング溝３２を介してシールリング３４が装着され、該リング溝３２及びシールリング３４の外周側には、所定間隔離間して冷却水の流通する冷却水通路５４が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス再循環バルブに関し、一層詳細には、内燃機関の排気系から吸気系へと排気ガスを再循環させる流路を切換可能な排気ガス再循環バルブに関する。

従来から、例えば、内燃機関から排出される有害成分を除去するために、排気ガス再循環バルブが用いられている。この排気ガス再循環バルブは、内燃機関から排出される排気ガスを吸気系に再循環させ、前記排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の有害成分を減少させるために、前記内燃機関の吸気系と排気系とを連通させる機能を有する。

例えば、このような排気ガス再循環バルブは、ケーシングの内部にボール弁体が弁棒を介して回動自在に設けられ、該ボール弁体には弁孔が形成される。また、ケーシングには、通路に臨むように一対のシートリングが設けられ、該シートリングがボール弁体の外周面に摺接すると共に、前記シートリングの外周側に設けられた環状のパッキンによって前記ボール弁体とシートリングとの間、前記シートリングとケーシングとの間を通じた排気ガスの漏出を防止している（例えば、特許文献１参照）。

実開平６−４９８６３号公報

しかしながら、ケーシングの通路を通じて排気ガスがボール弁体側へと流通する際、高温の排気ガスが内部を流通するためシートリングが加熱され、それに伴って、その外周側に配置されたパッキンも加熱されることとなる。一般的に、シール機能を有するパッキンは、弾性を有するゴム等の材質から形成されているため、熱に弱く、高温下において所望のシール機能を発揮できないことが懸念されるため、高価なゴム材質を選択して適用する必要があり、コスト高となる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、シール部材に対する加熱を抑制し、該シール部材によるシール性を維持することが可能な排気ガス再循環バルブを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、開口を備え内部に排気ガスの流通する通路を有したボディと、前記通路に配置され前記排気ガスの流通状態を切り換えるバルブと、前記通路に設けられ前記バルブに当接するシート部材とを備える排気ガス再循環バルブにおいて、
前記シート部材は、前記開口に向かって延在する内筒部と、
前記内筒部の外周側に形成された外筒部と、
を備え、
前記外筒部の外周と前記ボディとの間にシール部材が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、バルブに当接するシート部材には、ボディの通路と連通する流路を有した内筒部と、前記内筒部の外周側に形成された外筒部とを備え、前記外筒部の外周と前記ボディとの間にシール部材を設けている。

従って、通路を流通する排気ガスによってシート部材が加熱された際、シール部材が、前記シート部材における外筒部の外周側に設けられているため、前記排気ガスの熱が前記シール部材に対して伝わることを抑制できる。その結果、シール部材が、高温の排気ガスによるシール機能の低下を回避することができ、所望のシール機能で前記ボディとシート部材との間を通じた排気ガスの漏出を確実に阻止できる。

また、外筒部に臨むボディに、シール部材の装着される溝部を形成するとよい。

さらに、シール部材を、ボディに形成され冷却水の流通する冷却水通路の近傍に配置するとよい。

さらにまた、外筒部の外周とボディとの間に空間部を設け、前記空間部に、該シール部材に隣接し、前記シート部材及びボディに当接する伝熱部材を設けるとよい。

またさらに、伝熱部材は、シール部材を挟むように一対設けるとよい。

また、空間部は、少なくとも排気ガスの供給される上流側に設けるとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、バルブに当接するシート部材に、ボディの通路と連通する流路を有した内筒部と、前記内筒部の外周側に形成された外筒部とを備え、前記外筒部の外周と前記ボディとの間にシール部材を設けることにより、前記通路を流通する排気ガスによってシート部材が加熱された際、シール部材が前記外筒部の外周側に設けられているため、前記排気ガスの熱が前記シール部材に対して伝わることを抑制できる。その結果、シール部材が、高温の排気ガスによるシール機能の低下を回避することができ、所望のシール機能で前記ボディとシート部材との間を通じた排気ガスの漏出を確実に阻止できる。

本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環バルブの一部断面斜視図である。 図２Ａは、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った断面図であり、図２Ｂは、弁開状態におけるボールバルブ近傍を示す断面図である。 図２におけるバルブシート近傍を示す拡大断面図である。 変形例に係るバルブシート近傍を示す拡大断面図である。

本発明に係る排気ガス再循環バルブについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環バルブを示す。

この排気ガス再循環バルブ１０は、図１〜図３に示されるように、ボディ本体（ボディ）１２と、該ボディ本体１２の内部に回動自在に設けられるボールバルブ（バルブ）１４と、前記ボールバルブ１４の外周面に当接するバルブシート（シート部材）１６と、前記ボディ本体１２の上部に設けられ、前記ボールバルブ１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構１８とを含む。

このボディ本体１２は、例えば、金属製材料から形成され、その下側には、排気ガスの供給されるガス流入口（通路）２０と、その反対側に設けられ、前記排気ガスを導出して内燃機関（図示せず）へと循環させるガス流出口（通路）２２が設けられている。なお、ボディ本体１２において、ガス流入口２０とガス流出口２２とは略一直線上に設けられる。また、ボディ本体１２には、ガス流入口２０とガス流出口２２との間に連通室２４が形成され、この連通室２４の内部に略球状のボールバルブ１４が回動自在に配設される。

この連通室２４とガス流入口２０との間には、該ガス流入口２０に対して拡径した装着孔２６と、該装着孔２６の外周側に環状壁２８を介して形成された環状凹部３０とが形成される。装着孔２６及び環状凹部３０は、軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って延在すると共に、互いに略平行に形成される。

この装着孔２６は、連通室２４とガス流入口２０とを連通するように形成され、一方、環状凹部３０は、連通室２４側（矢印Ａ方向）に向かって開口し、所定長さで形成して前記装着孔２６の軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った略中央部近傍までガス流入口２０側に向かって延在している。すなわち、環状凹部３０の端部は、閉塞されておりガス流入口２０とは非連通である。

また、環状凹部３０の外周面には、軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った略中央部に半径外方向に窪んだリング溝３２が形成され、該リング溝３２にはシールリング（シール部材）３４が装着される。シールリング３４は、例えば、耐熱性を有するフッ素ゴムから形成される。

装着孔２６には、ボールバルブ１４の外周面に摺接するバルブシート（シート部材）１６が設けられ、このバルブシート１６は、ボールバルブ１４に当接するシート部３６と、該シート部３６と略直交して円筒状に形成される内筒部３８と、前記内筒部３８の外周側に設けられる外筒部４０とから構成される。このバルブシート１６には、ボディ本体１２との間にウェーブワッシャ４２が設けられ、前記ウェーブワッシャ４２の弾発力によってバルブシート１６は常にボールバルブ１４側へと付勢され、前記ボールバルブ１４が当接している。

シート部３６は、ボールバルブ１４に当接するシート面４４を有し、中心部に開口した連通孔（流路）４６から半径外方向に延在している。

内筒部３８は、略一定径で形成され、シート部３６の内周側に接合されて軸線方向に沿って延在している。この内筒部３８の内部には、排気ガスの流通する連通孔４６が形成されると共に、該内筒部３８は、装着孔２６の内部に挿通される。この際、内筒部３８の外周径が、装着孔２６の内周径に対して小さく設定されているため、半径方向に所定間隔離間し、その間に空気の残存した第１空間部４８が形成される。

すなわち、内筒部３８は、装着孔２６の内周面に対して直接接することなく、第１空間部４８の空気を間として該内周面に臨むように配置されている。

外筒部４０は、略一定径で形成され、その一端部がシート部３６に接合され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って延在している。そして、外筒部４０が、環状凹部３０の内部に挿入されると共に、その外周面にはシールリング３４が当接し、前記環状凹部３０の内周面と前記外筒部４０との間に、半径方向に所定間隔離間し、空気の残存した第２空間部５０が形成される。

また、ボディ本体１２の略中央部には、連通室２４から鉛直上方に向かって貫通したシャフト孔５２が形成され、後述する駆動力伝達機構１８の第２シャフト６６が挿通されると共に、前記ボディ本体１２には冷却水の流通する冷却水通路５４が形成される。

この冷却水通路５４は、ボディ本体１２の内部においてシャフト孔５２及び装着孔２６の周りを巡るように形成され、詳細には、冷却水通路５４は、シャフト孔５２に対してガス流出口２２側（矢印Ａ方向）の上方に形成される第１通路５６と、前記シャフト孔５２のガス流入口２０側（矢印Ｂ方向）、且つ、装着孔２６の上方に形成される第２通路５８と、前記装着孔２６を挟んで第２通路５８の下方に形成される第３通路６０とを有し、前記第１通路５６の端部と第２通路５８の一端部とが接続され、該第２通路５８の他端部と第３通路６０とが接続されている。なお、第１〜第３通路５６、５８、６０は、シャフト孔５２の延在方向と直交し、且つ、装着孔２６の延在方向と略平行な水平方向にそれぞれ延在している。

そして、内燃機関を冷却するための冷却水が、冷却水通路５４の第１通路５６へと供給され、第２及び第３通路５８、６０へと流通することにより、前記冷却水によってボディ本体１２が冷却されることとなる。詳細には、シャフト孔５２及び装着孔２６の周りが冷却されることとなる。

また、リング溝３２は、冷却水通路５４を構成する第２及び第３通路５８、６０と装着孔２６との間に設けられているため、該リング溝３２に装着されるシールリング３４が、前記冷却水通路５４を流通する冷却水によって好適に冷却される。

ボールバルブ１４は、その上部及び下部が平面状に形成され、前記上部及び下部を除いた部分の外周面は球面形状部６２として構成されており、この球面形状部６２の表面でバルブシート１６に対して当接する。

また、ボールバルブ１４の下部には、第１シャフト６４が連結され、一方、前記ボールバルブ１４の上部には、第２シャフト６６が連結されている。第１シャフト６４は、ボディ本体１２の下部に装着された軸受６８によって回転自在に支持されている。第２シャフト６６は、前記ボディ本体１２の上部に装着された軸受７０により回転自在に支持されている。すなわち、第１シャフト６４及び第２シャフト６６は、ボールバルブ１４を間として同軸上に設けられ、前記第１及び第２シャフト６４、６６と共に前記ボールバルブ１４が回転自在に設けられる。

第１シャフト６４及び第２シャフト６６の軸線Ｃ１の位置は、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、ボールバルブ１４における球面形状部６２の曲率中心（ほぼ球状のボールバルブ１４の場合、その中心）を通る軸線Ｃ２から偏心した位置に設定されている。すなわち、軸線Ｃ１は、ボールバルブ１４の軸線Ｃ２に対して所定距離だけ離間して平行となるように設定されている。このため、ボールバルブ１４は、軸線Ｃ２から偏心した位置に設定された軸線Ｃ１を中心として回動（揺動）するように連通室２４内に設置されている。

駆動力伝達機構１８は、ボールバルブ１４の上部に連結される第２シャフト６６と、前記第２シャフト６６の上端部に連結される回転ヨーク７２と、ボディ本体１２の上部に連結され、前記回転ヨーク７２を介して前記第２シャフト６６を回転駆動させる駆動源７４とを含む。

第２シャフト６６は、回転ヨーク７２の略中央部に挿通されてナット７６を締め付けることによって固定されている。駆動源７４は、例えば、通電作用下に回転駆動するステッピングモータやロータリーアクチュエータからなり、その回転駆動力が回転ヨーク７２を介して第２シャフト６６へと伝達されることにより、第２シャフト６６に連結されたボールバルブ１４が軸線Ｃ１を中心として回動動作する。この場合、ボールバルブ１４の下部に連結された第１シャフト６４は、軸受６８の支持作用下に前記ボールバルブ１４と一体となって回転する。

本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環バルブ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、図１及び図２Ａに示されるように、ガス流入口２０とガス流出口２２との間の流路がボールバルブ１４によって遮断された弁閉状態を初期位置として説明する。

図２Ａに示すように、初期位置では、ボールバルブ１４の側面に設けられた球面形状部６２がバルブシート１６に設けられたシート面４４に当接している。すなわち、ボールバルブ１４がバルブシート１６に着座し、前記バルブシート１６の連通孔４６が閉塞された状態となっている。

また、ウェーブワッシャ４２によりバルブシート１６がボールバルブ１４側に付勢されることで、バルブシート１６と前記ボールバルブ１４との間のシールがなされる。このように、ボールバルブ１４とバルブシート１６との間がシールされることで、ガス流入口２０とガス流出口２２との間の流路が遮断されている。従って、ガス流入口２０には、ガスが供給されているが、前記ガスはバルブシート１６より下流側には流入しない。

次に、このような弁閉状態から、図１に示す駆動源７４が駆動すると、該駆動源７４の回転駆動力が回転ヨーク７２を介して第２シャフト６６へと伝達され、前記第２シャフト６６に連結されたボールバルブ１４が軸線Ｃ２から偏心した位置に設定された軸線Ｃ１を中心として回転し、図２Ｂに示す状態となる。このように、偏心した軸線Ｃ１を中心にボールバルブ１４が回転することにより、前記ボールバルブ１４はバルブシート１６から離間する方向に変位する。

この場合、バルブシート１６はウェーブワッシャ４２によりボールバルブ１４側に付勢されているため、バルブシート１６のボールバルブ１４への追従するが、ストッパー４３により強制的に切断され、ボールバルブ１４は、Ａ方向側への変位に伴ってバルブシート１６から離間する。この結果、バルブシート１６とボールバルブ１４との間に隙間が形成され、弁開状態となる。このような弁開状態では、ガス流入口２０に供給されたガスは、バルブシート１６とボールバルブ１４との間に形成された隙間を流れ、ガス流出口２２から流出して図示しない内燃機関へと導入される。

以上のように、本実施の形態では、バルブシート１６の外周側に、環状のシールリング３４を設けると共に、該シールリング３４を、ボディ本体１２に形成された冷却水通路５４に近接して設けているため、前記シールリング３４を、冷却水通路５４を流通する冷却水によって常に好適に冷却することができる。その結果、ゴム等からなるシールリング３４が、ガス流入口２０から導入される高温の排気ガスで加温されたボディ本体１２と共に高温となってしまうことが回避されるため、前記シールリング３４のシール機能が低下してしまうことがなく、所望のシール機能が発揮され、排気ガスの外部への漏出が確実に阻止される。

また、バルブシート１６には、内筒部３８の外周側に第１空間部４８が設けられ、且つ、前記第１空間部４８の外周側に設けられた環状凹部３０に外筒部４０が挿入され、該外筒部４０の外周側にシールリング３４を設け、且つ、前記外筒部４０の内周面と環状凹部３０との間に第２空間部５０を設けている。これにより、バルブシート１６の連通孔４６を流通する排気ガスの熱が、第１及び第２空間部４８、５０によって緩和され、最も外周側に配置されたシールリング３４へと伝わることを抑制できる。その結果、シールリング３４が、高温の排気ガスによってバルブシート１６を介して加熱され、シール機能が低下してしまうことを回避でき、所望のシール機能を十分に発揮させることができる。

さらに、環状凹部３０の外周に設けられたリング溝３２にシールリング３４を設けることにより、前記シールリング３４を冷却水通路５４に対してより一層近づけることが可能となるため、シール機能の低下を防止することができる。

なお、上述したようにボールバルブ１４は、そのほぼ全体が球面形状部６２である必要はなく、球面形状部６２の形成範囲が、ボールバルブ１４の回動範囲内で、前記ボールバルブ１４の回動状態にかかわらず、バルブシート１６の連通孔４６を通して前記ボールバルブ１４を上流側から見たときに常に球面形状部６２のみが見えるように設定されていればよい。従って、例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ボールバルブ１４に対して平坦部７８（破線で示す）を設け、前記ボールバルブ１４を球の一側を平面状に切り取った形状に形成してもよい。

このような平坦部７８を設けた場合、弁閉状態では、図２Ａに示すように、上流側からバルブシート１６越しに見て常に球面形状部６２が見え、弁開状態では、図２Ｂに示すように、上流側からバルブシート１６越しに見て常に球面形状部６２が見える。また、図示しないが、弁閉状態と弁開状態の途中の状態でも同様に球面形状部６２が見える。従って、ボールバルブ１４に平坦部７８を設けた場合においても、ガス流量がボールバルブ１４の回動角度にほぼ比例し、ガス流量のリニア特性を担保できる。

また、上述した排気ガス再循環バルブ１０では、排気ガスの供給されるガス流入口２０側である装着孔２６の外周側に第１及び第２空間部４８、５０を設けると共に、該第２空間部５０を有する環状凹部３０にシールリング３４を設ける構成としているが、これに限定されるものではなく、例えば、ガス流出口側に同様の構成を有するようにしてもよい。

一方、図４に示される排気ガス再循環バルブ１００のように、バルブシート１０２の外筒部１０４に、シールリング１０６を挟むように一対のリング体（伝熱部材）１０８ａ、１０８ｂを設けるようにしてもよい。このリング体１０８ａ、１０８ｂは、例えば、ステンレス鋼等の金属製材料から形成され、外筒部１０４に形成された環状溝１１０にそれぞれ装着され、その外周面が環状凹部３０の外周面に当接している。また、外筒部１０４には、一方のリング体１０８ａと他方のリング体１０８ｂとの間となる位置に、環状溝１１２を介してシールリング１０６が装着されている。

このような構成とすることにより、一対のリング体１０８ａ、１０８ｂが、バルブシート１０２における外筒部１０４とボディ本体１２とに当接しているため、冷却水によって冷却されたボディ本体１２に対して前記バルブシート１０２の熱を伝達することが可能となる。そのため、バルブシート１０２の放熱をリング体１０８ａ、１０８ｂを介して効果的に行うことが可能となり、それに伴って、該バルブシート１０２に装着されたシールリング１０６を確実且つ好適に冷却することができる。

なお、本発明に係る排気ガス再循環バルブは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１００…排気ガス再循環バルブ １２…ボディ本体
１４…ボールバルブ １６、１０２…バルブシート
１８…駆動力伝達機構 ２０…ガス流入口
２２…ガス流出口 ２４…連通室
２６…装着孔 ２８…環状壁
３０…環状凹部 ３４、１０６…シールリング
３６…シート部 ３８…内筒部
４０、１０４…外筒部 ４８…第１空間部
５０…第２空間部 ５４…冷却水通路
５６…第１通路 ５８…第２通路
６０…第３通路 ７４…駆動源
７８…平坦部 １０８ａ、１０８ｂ…リング体

Claims (6)

1. 開口を備え内部に排気ガスの流通する通路を有したボディと、前記通路に配置され前記排気ガスの流通状態を切り換えるバルブと、前記通路に設けられ前記バルブに当接するシート部材とを備える排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記シート部材は、前記開口に向かって延在する内筒部と、
   前記内筒部の外周側に形成された外筒部と、
   を備え、
   前記外筒部の外周と前記ボディとの間にシール部材が設けられることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
2. 請求項１記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記外筒部に臨む前記ボディには、前記シール部材の装着される溝部が形成されることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
3. 請求項１又は２記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記シール部材は、前記ボディに形成され冷却水の流通する冷却水通路の近傍に配置されることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記外筒部の外周と前記ボディとの間には空間部が設けられ、前記空間部には、前記シール部材に隣接し、前記シート部材及び前記ボディに当接する伝熱部材が設けられることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
5. 請求項４記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記伝熱部材は、前記シール部材を挟むように一対設けられることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
6. 請求項４記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記空間部は、少なくとも前記排気ガスの供給される上流側に設けられることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。

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