JP2012207562A - Ｅｇｒバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたってシールリングに対する摺動箇所の摩耗を抑えることのできる信頼性の高いＥＧＲバルブを提供する。
【解決手段】樹脂製の内側樹脂環５を金属製の外側金属環４内に圧入し、内側樹脂環５が圧入された外側金属環４をガス通路２内に圧入する。これにより、金属製のシールリング８が樹脂製の内側樹脂環５と摺動することになり、シールリング８とボア環９の摩耗を抑えることができ、ＥＧＲバルブ１の信頼性を高めることができる。また、内側樹脂環５を外側金属環４の内周面に圧入した後に、内側樹脂環５の内周面を切削研摩するため、内側樹脂環５の内径精度を高めることができ、精度低下による弁漏れを防ぐことができる。さらに、内側樹脂環５がボディ凸部１４と金属環凸部１５の間に支持されるため、内側樹脂環５の圧入代がクリープや線膨張によって小さくなったとしても、内側樹脂環５の位置ズレや、内側樹脂環５が外れる不具合を回避できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン（燃料の燃焼により動力を発生させる内燃機関）の吸気側へ戻されるＥＧＲガス（排気ガスの一部）の量を調整するＥＧＲバルブに関する。

車両に搭載されるエンジンは、ＥＧＲガスを吸気側へ戻すためにＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）を搭載する。
ＥＧＲ装置は、
・エンジンの排気通路からＥＧＲガスを吸気通路へ導くためのＥＧＲ流路と、
・このＥＧＲ流路内の吸気側へ戻されるＥＧＲガス量調整を弁開度を調整することで行なうＥＧＲバルブと、
・このＥＧＲバルブの開度制御（具体的には、ＥＧＲバルブに搭載される電動アクチュエータの通電制御）を行なうＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）と、
を備える。

従来技術におけるＥＧＲバルブの要部を、図４を参照して説明する。なお、後述する［発明を実施するための形態］および［実施例］と同一符号は、同一機能物を示すものである。
ＥＧＲバルブ１は、シャフト１０に対してバタフライバルブ６（略円盤形状を呈する弁体）が傾斜配置されるものであり、バタフライバルブ６の外周縁には、閉弁時の漏れを防ぐシールリング８が設けられる。ここで、ガス通路２内は、ＥＧＲガスが流れる過酷な強酸性の凝縮水が発生する環境下である。このため、シールリング８は、耐酸性に優れるステンレス等の金属によって設けられる。

一方、シールリング８と接触する部材が、バルブボディ３を成すアルミニウム材だと、シールリング８と接触する箇所が直ぐに腐食し、且つ摩耗してしまう。
このため、従来のＥＧＲバルブ１では、シールリング８と接触する箇所にステンレス製のボア環（円筒ノズル）９を配置して、シールリング８と摺接する箇所の腐食と摩耗を抑えている（例えば、特許文献１参照）。

このようにして、従来のＥＧＲバルブ１は、バタフライバルブ６が開閉する毎に、ステンレス製のシールリング８と、ステンレス製のボア環９とが擦れ合う。
しかしながら、ステンレス同士の擦れ合いは、ステンレスとアルミニウムの擦れ合いよりも摩耗が抑えられるものの、耐摩耗性に優れた組み合わせではない。

このため、ステンレス製のシールリング８と、ステンレス製のボア環９とが擦れ合う従来のＥＧＲバルブ１では、長期の使用により摩耗が発生して、摩耗箇所からＥＧＲガスの漏れが発生する懸念がある。
なお、ＥＧＲバルブ１の閉弁時に摩耗箇所からＥＧＲガスが漏れると、規定の新気量（ＥＣＵが要求する空気量）が確保できなくなる。その結果、エンジンの出力が低下したり、エンストするなどの不具合が懸念される。

特開２００７−２８５３１１号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、長期にわたって摺動箇所の摩耗を抑えることのできる信頼性の高いＥＧＲバルブを提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１のＥＧＲバルブは、ボア環を「外側金属環＋内側樹脂環」の２重構造に設けたものであり、外側金属環を用いてボア環をバルブボディに固定し、シールリングとの摺接に内側樹脂環を用いるものである。
これにより、シールリングが樹脂製の内側樹脂環と摺動するため、摺動箇所の摩耗が抑えられる。即ち、ＥＧＲバルブが長期に使用されても、摩耗の発生を抑えることができ、ＥＧＲバルブの信頼性を高めることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の内側樹脂環は、外側金属環の内周面に圧入により固定されるものである。
外側金属環とは別に内側樹脂環を形成するものであるため、内側樹脂環の成形の自由度を高めることができる。このため、外側金属環の内側に射出成形が困難な樹脂材料であっても、内側樹脂環を設けることができる。即ち、ＥＧＲバルブに適用可能な樹脂材料の種類は限られるが、その限られた種類の樹脂材料を用いて内側樹脂環を形成することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段の内側樹脂環は、外側金属環の内周面に圧入された後、内側樹脂環の内周面が切削研摩されたものである。
これにより、シールリングが摺接する内側樹脂環の内径寸法や真円度の精度を高めることができ、精度低下による弁漏れを防ぐことができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４の手段は、内側樹脂環が設けられた外側金属環を、バルブボディのガス通路内に圧入により固定したものである。
このように設けることにより、圧入によって生じる負荷を外側金属環が受け止めるため、圧入によって生じる負荷により内側樹脂環の内径寸法や真円度の精度が低下するのを防ぐことができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５の手段の内側樹脂環は、バルブボディに形成されたボディ凸部と、外側金属環に形成された金属環凸部との間に挟まれるものである。
このように、内側樹脂環がボディ凸部と金属環凸部に挟まれることにより、外側金属環に対する内側樹脂環の圧入代が、クリープや線膨張によって小さくなったとしても、内側樹脂環を所定の組付け位置に確実に保つことができる。即ち、長期にわたって使用しても、内側樹脂環の位置ズレや、内側樹脂環が外れる不具合を回避することができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６の手段の内側樹脂環においてシールリングが摺接する摺動面は、バタフライバルブの回転中心を球中心点とした球面である。
これにより、閉弁時にバタフライバルブの開度が少量ズレても、シールリングが全周にわたって内側樹脂環（具体的には摺動面）に当接することができ、ＥＧＲガスの漏れを防ぐことができる。
また、シールリングと内側樹脂環との摺動面積が増えるため、シールリングと内側樹脂環の摺動による摩耗を、さらに抑えることができる。

ＥＧＲバルブの断面図とその要部拡大図である（実施例１）。 ボア環の断面図である（実施例１）。 ＥＧＲバルブの断面図とその要部拡大図である（実施例２）。 ＥＧＲバルブの断面図である（従来例）。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
ＥＧＲバルブ１は、
（ａ）ＥＧＲガスを流すガス通路２が内部に形成されるアルミニウム（アルミニウム合金を含む）製のバルブボディ３と、
（ｂ）ガス通路２の内壁に固定配置される筒形状を呈する金属製の外側金属環４と、
（ｃ）この外側金属環４の内周壁に設けられた筒形状を呈する樹脂製の内側樹脂環５と、
（ｄ）この内側樹脂環５の内側を開閉するバタフライバルブ６と、
（ｅ）このバタフライバルブ６の外周縁に形成されたシール嵌合溝７の内部に嵌め入れられ、バタフライバルブ６が内側樹脂環５を閉塞する際にバタフライバルブ６と内側樹脂環５の隙間を塞ぐ金属製のシールリング８と、
を具備する。

以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下の実施例は、具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。なお、以下の実施例において、上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。

［実施例１］
実施例１を図１、図２を参照して説明する。
ＥＧＲ装置は、エンジンの排出した排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるＥＧＲガスを混入させる周知の技術である。
ＥＧＲ装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路へ戻すＥＧＲ流路と、このＥＧＲ流路内のガス量調整を弁開度調整にて行なうＥＧＲバルブ１とを少なくとも備え、このＥＧＲバルブ１の開度が車両の走行状態に応じてＥＣＵによって制御される。

ＥＧＲバルブ１は、吸気通路におけるスロットルバルブの吸気下流側へＥＧＲガスを戻す高圧ＥＧＲ装置に搭載される高圧ＥＧＲバルブであっても良いし、吸気通路におけるスロットルバルブの吸気上流側（例えばターボチャージャ搭載車両であればコンプレッサの吸気上流側）へＥＧＲガスを戻す低圧ＥＧＲ装置に搭載される低圧ＥＧＲバルブであっても良い。

ＥＧＲバルブ１の具体的な一例を、図１を参照して説明する。
なお、以下では、図１の図示上側を上、図示下側を下、図示右側を右、図示左側を左と称して説明するが、この上下左右は実施例の説明のための方向であって限定されるものではない。
ＥＧＲバルブ１は、
・内部にＥＧＲ流路の一部を成すガス通路２が形成されるバルブボディ３と、
・ガス通路２の内壁に固定配置されるボア環９と、
・このボア環９内を開閉するバタフライバルブ６と、
・バルブボディ３に対してバタフライバルブ６を回転可能に支持するシャフト１０と、
・シャフト１０に開弁方向の駆動力を与える電動アクチュエータ１１と、
を具備する。

バルブボディ３は、アルミニウム製であり、バルブボディ３の内部にはＥＧＲガスが流れるガス通路２が形成されている。

ボア環９は、
（ｉ）略円筒形状を呈する金属製の外側金属環４と、
（ｉｉ）この外側金属環４内に圧入固定された円筒形状を呈する樹脂製の内側樹脂環５と、
で構成される。
そして、外側金属環４の外周壁面をガス通路２の内壁に圧入固定することで、「外側金属環４＋内側樹脂環５」からなるボア環９がバルブボディ３の内部に固定配置されるものである。

外側金属環４の具体例を説明する。
外側金属環４は、例えばステンレス製の円筒体であり、外側金属環４の上側の外径寸法は、ガス通路２の内壁における圧入径寸法より僅かに小径に設けられている。このため、外側金属環４をガス通路２内に圧入した際、外側金属環４の上側は、ガス通路２の内壁に対して少量の隙間を隔てるものである。

バルブボディ３におけるガス通路２内には、ボア環９を圧入するための円筒形状の圧入壁１３が形成されている。
外側金属環４の下側の外径寸法は、圧入壁１３の圧入径寸法より僅かに大径に設けられている。このため、外側金属環４をガス通路２内に圧入する際、外側金属環４の下側が圧入壁１３に圧入される。即ち、外側金属環４の下側の軸方向長により、バルブボディ３に対する圧入長の設定が行なわれるものである。

ボア環９は、ガス通路２の下側（ＥＧＲガスの上流側）から上側に向けて圧入されるものであり、圧入壁１３の上端部にはボア環９の上端部に当接して、ボア環９の位置決めを行なうボディ凸部１４が形成されている。
このボディ凸部１４は、ガス通路２の内側に向かって突出する環状凸部であり、ボア環９の位置決め突起の機能に加え、内側樹脂環５が上方へ移動するのを阻止する機能を備えている。具体的に、ボディ凸部１４の内径寸法は、内側樹脂環５の内径寸法より大きく、且つ内側樹脂環５の外径寸法以下に設けられている。

一方、内側樹脂環５は、外側金属環４の上側から下側に向けて圧入されるものであり、外側金属環４の下端部には、圧入された内側樹脂環５の下端部に当接して、内側樹脂環５の位置決めを行なう金属環凸部１５が形成されている。
この金属環凸部１５は、内径方向へ向かって突出する環状凸部であり、内側樹脂環５の位置決め突起の機能はもちろん、内側樹脂環５が下方へ移動するのを阻止する機能を備えている。具体的に、金属環凸部１５の内径寸法は、内側樹脂環５の内径寸法より大きく、且つ内側樹脂環５の外径寸法以下に設けられている。
即ち、ボア環９がガス通路２の内部に圧入された状態において、内側樹脂環５は、バルブボディ３に形成されたボディ凸部１４と、外側金属環４に形成された金属環凸部１５との間に挟まれるものである。

次に、内側樹脂環５の具体例を説明する。
この内側樹脂環５は、上述したように、外側金属環４の内周壁に圧入固定された円筒体であり、耐熱性、耐腐食性などに優れた硬質の樹脂（例えば、非熱可塑性のポリイミド樹脂等）によって設けられている。

内側樹脂環５の外周面は、切削研摩可能により一定径（圧入対象となる外側金属環４の内周壁の外径寸法より僅かに大径）の平滑面に仕上げられている。そして、内側樹脂環５の外周面が外側金属環４の内周壁に圧入されることで、内側樹脂環５が外側金属環４に固定されるとともに、外側金属環４と内側樹脂環５との間が全周にわたって密着し、ＥＧＲガスの漏れを確実に防ぐように設けられている。
一方、内側樹脂環５の内周面は、外側金属環４に圧入された後、切削研摩可能により一定径（後述するシールリング８の自由長の外径寸法より僅かに小径）の平滑面に仕上げられている。

バタフライバルブ６は、ボア環９の内部に配置され、ボア環９の内部の開度制御を行なうことで、吸気通路へ戻されるＥＧＲガス量の調整を行なうものである。
このバタフライバルブ６は、略円盤形状を呈し、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレスなど）によって設けられる。
また、バタフライバルブ６は、シャフト１０の左端に溶接等の結合技術によって固定されて、シャフト１０によって片持ち支持されるものである。

バタフライバルブ６の外周縁には、全閉時においてバタフライバルブ６とボア環９の内周壁（具体的には、内側樹脂環５の内周壁）の隙間を閉塞するシールリング８が設けられている。
シールリング８は、バタフライバルブ６の外周縁に全周にわたって形成されたシール嵌合溝７に嵌め入れられている。このシールリング８は、ステンレス等の金属材料によって形成された断面が四角形状の線材を円環状に設けたものであり、周方向の１箇所に内側樹脂環５の内径とシールリング８の自由長の外径との差分を吸収するための合口（周方向の分離部）が設けられている。なお、シールリング８は、例えばステンレスメッシュ製のリング部材で設けるなど、合口を有しないものであっても良い。

シャフト１０は、バタフライバルブ６を片持ち支持するものであり、軸方向に離れた２つの軸受１６（例えば、メタルブッシュとボールベアリング）を用いて回転自在に支持される。
シャフト１０は、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレスなど）よりなる略円柱棒状体であり、バタフライバルブ６はシャフト１０の軸線に対して傾斜配置されるものである。

また、シャフト１０とバルブボディ３との間には、ＥＧＲガスが電動アクチュエータ１１の内部（ギヤやモータ等が収容される空間）へ漏れるのを防ぐシール部材１７（例えば、リップシールなど）が配置されている。
なお、バルブボディ３の内部には、エンジン冷却水が循環する冷却水循環路１８が設けられており、ＥＧＲガスの熱が電動アクチュエータ１１側へ伝達するのを抑えるように設けられている。

電動アクチュエータ１１は、バルブボディ３の右部に配置されて、シャフト１０を介してバタフライバルブ６を回動駆動するものであり、
（ｉ）通電により回転動力を発生する電動モータ（例えば、通電量に応じた回転トルクを発生する周知の直流モータ）と、
（ｉｉ）この電動モータの回転トルクを増幅してシャフト１０に伝達する減速装置２０（例えば、複数のギヤを組み合わせた歯車式減速機）と、
（ｉｉｉ）バタフライバルブ６を全閉側へ戻す力をシャフト１０に付与するリターンスプリング２１と、
（ｉｖ）シャフト１０の角度からバタフライバルブ６の開度を検出する回転角センサ２２（例えば、シャフト１０の角度を非接触で検出する磁気回転角センサ）と、
を備える。
なお、図１に示す符号２３は、バルブボディ３の右部に締結されて電動アクチュエータ１１を収容するカバーである。

そして、電動モータがＥＣＵによって通電制御されることで、シャフト１０を介してバタフライバルブ６の開度制御が行なわれ、エンジンに戻されるＥＧＲガス量の調整が行なわれる。
具体的にＥＣＵは、マイクロコンピュータを搭載した周知の電子制御装置であり、回転角センサ２２によって検出される実際のバタフライバルブ６（シャフト１０）の開度が、車両走行状態に応じて算出された目標開度となるように、ＥＣＵが電動モータを通電制御するものである。

（実施例１の効果１）
この実施例のＥＧＲバルブ１は、上述したように、ボア環９を「外側金属環４＋内側樹脂環５」の２重構造で設けたものであり、外側金属環４を用いてボア環９をバルブボディ３に固定し、シールリング８との摺接に内側樹脂環５を用いるものである。
これにより、ステンレス製のシールリング８が樹脂製の内側樹脂環５と摺動することになり、シールリング８とボア環９との摺動箇所の摩耗を抑えることができる。このため、ＥＧＲバルブ１が長期に使用されても、摩耗の発生を抑えることができ、ＥＧＲバルブ１の信頼性を高めることができる。

（実施例１の効果２）
この実施例のＥＧＲバルブ１は、上述したように、内側樹脂環５を外側金属環４の内周面に圧入して固定したものである。
即ち、内側樹脂環５を外側金属環４とは別に形成するものである。
このため、外側金属環４の内側に射出成形が困難な樹脂材料であっても、内側樹脂環５として用いることができる。

（実施例１の効果３）
この実施例のＥＧＲバルブ１は、上述したように、内側樹脂環５を外側金属環４の内周面に圧入した後に、内側樹脂環５の内周面を切削研摩したものである。
これにより、シールリング８が摺接する内側樹脂環５の内径寸法や真円度の精度を高めることができ、内側樹脂環５の精度低下による弁漏れの発生を防ぐことができる。

（実施例１の効果４）
この実施例のＥＧＲバルブ１は、上述したように、内側樹脂環５が設けられた外側金属環４を、ガス通路２内に圧入により固定したものである。
このように設けることにより、ガス通路２内への圧入によって生じる負荷を外側金属環４が受け止めるため、圧入によって生じる負荷により内側樹脂環５の内径寸法や真円度の精度が低下するのを防ぐことができる。

（実施例１の効果５）
この実施例のＥＧＲバルブ１は、上述したように、外側金属環４がガス通路２に圧入されることにより、内側樹脂環５がバルブボディ３に形成されたボディ凸部１４と、外側金属環４に形成された金属環凸部１５との間に挟まれるものである。
このように、内側樹脂環５がボディ凸部１４と金属環凸部１５に挟まれることにより、外側金属環４に対する内側樹脂環５の圧入代が、クリープや線膨張によって小さくなったとしても、内側樹脂環５を所定の組付け位置に確実に保つことができる。即ち、長期にわたって使用しても、内側樹脂環５の位置ズレや、内側樹脂環５が外れる不具合を回避することができる。

［実施例２］
実施例２を図３を参照して説明する。なお、以下の実施例において上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。
この実施例２は、内側樹脂環５においてシールリング８が摺接する摺動面２４を、バタフライバルブ６の回転中心を球中心点とした球面（図３中の２点鎖線α参照）に設けたものである。この摺動面２４は、内側樹脂環５を外側金属環４の内周面に圧入した後に、切削研摩加工により形成したものであり、摺動面２４は高精度で滑らかな面に仕上げられている。
なお、具体的な球面の内径寸法（直径寸法）は、シールリング８の自由長の外径寸法より僅かに小径に設けられており、閉弁時にシールリング８が全周にわたって摺動面２４に接するように設けられている。

（実施例２の効果１）
このように、内側樹脂環５においてシールリング８が摺接する摺動面２４を、バタフライバルブ６の回転中心を球中心点とした球面に設けることにより、閉弁時にバタフライバルブ６の開度が少量ズレても、シールリング８が全周にわたって内側樹脂環５に当接する。このため、ＥＧＲガスの漏れを防ぐことができ、ＥＧＲバルブ１の信頼性を高めることができる。

（実施例２の効果２）
また、内側樹脂環５においてシールリング８が摺接する摺動面２４を、バタフライバルブ６の回転中心を球中心点とした球面に設けることにより、シールリング８と内側樹脂環５との摺動面積が増える。このため、シールリング８と内側樹脂環５の摺動による摩耗を、さらに抑えることができ、長期にわたって摩耗箇所からＥＧＲガスが漏れる不具合を回避することができる。

上記の実施例では、外側金属環４の内部に内側樹脂環５を圧入固定する例を示したが、焼嵌技術（外側金属環４を加熱により拡径させて内側樹脂環５を固定する技術）を用いて外側金属環４の内部に内側樹脂環５を固定配置しても良い。
あるいは、外側金属環４の内部に内側樹脂環５を射出成形することで、外側金属環４の内部に内側樹脂環５を設けても良い。なお、外側金属環４の内部に内側樹脂環５を射出成形する際には、外側金属環４と内側樹脂環５が接する面に環状溝や凹凸を設けて、外側金属環４と内側樹脂環５が接する距離を長くして、外側金属環４と内側樹脂環５の接合箇所からＥＧＲガスが漏れるのを防ぐように設けても良い。

１ ＥＧＲバルブ
２ ガス通路
３ バルブボディ
４ 外側金属環
５ 内側樹脂環
６ バタフライバルブ
７ シール嵌合溝
８ シールリング
９ ボア環
１４ ボディ凸部
１５ 金属環凸部
２４ 内側樹脂環においてシールリングが摺接する摺動面

Claims (6)

1. エンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを戻すＥＧＲ流路の一部を成すガス通路（２）が内部に形成されるアルミニウム製のバルブボディ（３）と、
   前記ガス通路（２）の内壁に固定配置される筒形状を呈する金属製の外側金属環（４）と、
   この外側金属環（４）の内周壁に設けられた筒形状を呈する樹脂製の内側樹脂環（５）と、
   この内側樹脂環（５）の内側を開閉するバタフライバルブ（６）と、
   このバタフライバルブ（６）の外周縁に形成されたシール嵌合溝（７）の内部に嵌め入れられ、前記バタフライバルブ（６）が前記内側樹脂環（５）を閉塞する際に前記バタフライバルブ（６）と前記内側樹脂環（５）の隙間を塞ぐシールリング（８）と、
   を具備するＥＧＲバルブ。
2. 請求項１に記載のＥＧＲバルブ（１）において、
   前記内側樹脂環（５）は、前記外側金属環（４）の内周面に圧入により固定されていることを特徴とするＥＧＲバルブ。
3. 請求項２に記載のＥＧＲバルブ（１）において、
   前記内側樹脂環（５）は、前記外側金属環（４）の内周面に圧入された後、前記内側樹脂環（５）の内周面が切削研摩されていることを特徴とするＥＧＲバルブ。
4. 請求項３に記載のＥＧＲバルブ（１）において、
   前記内側樹脂環（５）が設けられた前記外側金属環（４）は、前記バルブボディ（３）の前記ガス通路（２）内に圧入により固定されていることを特徴とするＥＧＲバルブ。
5. 請求項２〜請求項４のいずれかに記載のＥＧＲバルブ（１）において、
   前記内側樹脂環（５）は、前記バルブボディ（３）に形成されたボディ凸部（１４）と、前記外側金属環（４）に形成された金属環凸部（１５）との間に挟まれることを特徴とするＥＧＲバルブ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＥＧＲバルブ（１）において、
   前記内側樹脂環（５）において前記シールリング（８）が摺接する摺動面（２４）は、前記バタフライバルブ（６）の回転中心を球中心点とした球面であることを特徴とするＥＧＲバルブ。

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