JP2013199867A

JP2013199867A - 排気ガス再循環バルブ

Info

Publication number: JP2013199867A
Application number: JP2012068311A
Authority: JP
Inventors: Yuya Yamazaki; 裕弥山嵜; Moriyoshi Awasaka; 守良粟坂; Takaji Numabe; 隆次沼邊; Ken Nakano; 賢仲野
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】低排気ガス再循環バルブにおいて、低開度における流量特性を向上させると共に、燃焼生成物の堆積による動作不良を抑制する。
【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、シャフト３４に連結された円盤状のバルブ１４が設けられ、前記バルブ１４には、弁閉時においてガス流入口２０に臨む第１平面部４２を備える。この第１平面部４２は、バルブ１４の着座するバルブシート１６の連通孔２８より大径で、しかも、前記連通孔２８の端部に対して前記バルブ１４の配置される連通室２４側となる位置に設けられている。
【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。

このような流路を流通する排気ガス等の流体の流通状態を切り換えるバルブとしては、例えば、特許文献１に開示されているように、半球面状の着座面を有した弁体と、該弁体を回動させる弁棒とを備え、前記着座面が弁箱に設けられたシートリングに着座することで前記弁箱の流入通路、流出通路を通じた流体の流通が遮断される。

特開平８−３１２８０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたバルブでは、バルブがシートリングに着座した弁閉時において、前記バルブの一部が流体の流通する流入通路側へ突出するように設けられているため、例えば、流体として排気ガスの流通する排気ガス再循環バルブとして用いた場合、該排気ガスに含まれる燃焼生成物が付着し、該燃焼生成物が半球面状に形成された弁体の表面に沿って移動し、シートリングとの間に進入してしまうこととなる。この燃焼生成物は、所定の粘度を有しているため、弁体とシートリングとの間に進入することで該弁体が固着して動作不良の原因となることが懸念される。また、弁体の動作不良を引き起こさない場合でも、該弁体を回動させるために大きな駆動トルクが必要となり、前記弁体を回動させるための駆動源の負荷が増加してしまうという問題がある。

さらに、偏心弁であるため、弁閉状態から回動すると同時に弁体はシートリングから離間し、その隙間を通じて排気ガスが流通することとなるが、前記弁体が弁閉状態から弁開状態へと回動していく開度の小さい初期状態（低開度時）においては、前記排気ガスの十分な流量を確保することができないため、該初期状態においても安定した流量を得たいという要請がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、低開度における流量特性を向上させると共に、燃焼生成物の堆積による動作不良を抑制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、排気ガスの流通する流路を有したボディと、少なくとも外周面の一部が球状であり、該外周面の曲率中心に対して偏心して回動するように前記流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、前記流路において前記バルブより上流側に設けられ前記バルブの着座するシート部を有したシート部材とを備える排気ガス再循環バルブにおいて、
前記バルブは、前記シート部の上流側端部に対して下流側に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガス再循環バルブにおいて、排気ガスの流通状態を切り換えるバルブを、該バルブの着座するシート部材のシート部の上流端部に対して下流側に配置することで、前記バルブの開動作において早いタイミングで前記バルブと前記シート部との間に、排気ガスの流量のリニアリティ確保のための十分な距離を確保することができる。

従って、バルブが弁閉状態から回動し始めた低開度状態でも所望流量の排気ガスを下流側へと流通させることができるため、該バルブが弁開し始めた初期状態から完全に弁開状態となった全開状態までリニアな流量特性が得られる。その結果、バルブの低開度時における流量特性を向上させることが可能となる。また、バルブの弁閉時において、排気ガスに含まれる燃焼生成物が前記バルブに付着した場合でも、前記バルブがシート部の上流側端部に対して下流側に配置されているため、前記バルブと前記シート部材との間の体積が減少し、それに伴って、前記バルブと前記シート部材との間に燃焼生成物が堆積してしまうことを抑制でき、該堆積に起因した前記バルブの動作不良を回避することができる。

さらに、バルブは、シート部材に着座した弁閉時において、前記バルブの上流側に形成された流路に臨む平面部を有し、前記平面部の直径を、前記流路の直径に対して大きく設定するとよい。その結果、排気ガスに含まれる燃焼生成物が平面部に堆積したとしても、前記バルブの低開度域において、前記バルブと前記シート部材との間に十分な距離を確保でき、前記バルブの回動による前記シート部材とのかじりを抑制できる。

さらにまた、バルブは、シート部材から離間した弁全開時において、排気ガスの流通方向に沿って流路から延在する線上に対して少なくとも外側に配置するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、排気ガスの流通状態を切り換えるバルブを、該バルブの着座するシート部の上流端部に対して下流側に配置することで、前記バルブの開動作の早いタイミングにおいて前記バルブと前記シート部との間に、排気ガスの流量のリニアリティ確保のための十分な距離を確保することができる。そのため、該バルブが弁開し始めた初期状態から完全に弁開状態となった全開状態までリニアな流量特性が得られ、低開度時における流量特性を向上させることができる。また、バルブの弁閉時において、排気ガスに含まれる燃焼生成物が前記バルブに付着した場合でも、前記バルブと前記シート部材との間の体積が減少するので、バルブとシート部材との間に燃焼生成物が堆積してしまうことが抑制され、該堆積に起因した前記バルブの動作不良を回避することが可能となる。

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切欠全体斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図２におけるバルブ及びバルブシート近傍を示す拡大断面図である。図２のバルブが回動し、ガス流入口とガス流出口とが連通した弁全開時を示す断面図である。

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及び図２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バルブ１４と、前記バルブ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（流路）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（流路）２２とが設けられている。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（流路）２４が形成され、この連通室２４の内部に略円盤状のバルブ１４が回動自在に配設される。

また、連通室２４とガス流入口２０との間には、ガス流入口２０に対して拡径した装着孔２６が形成され、該装着孔２６には、バルブ１４の外周面に摺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、例えば、金属製材料から形成され、軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って貫通した連通孔２８と、該連通孔２８の端部から徐々に拡径するテーパ状のシート部３０とを備え、装着孔２６において、前記連通孔２８がボディ本体１２のガス流入口２０側（矢印Ａ２方向）、シート部３０が連通室２４側（矢印Ａ１方向）となるように配置される。そして、バルブシート１６の連通孔２８を通じてガス流入口２０と連通室２４とが連通している。

また、バルブシート１６は、装着孔２６において軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）及び径方向に移動可能に設けられ、該装着孔２６の連通室２４側（矢印Ａ１方向）に設けられたリング状のストッパ３１との間にスプリング３３が介装され、該スプリング３３によって前記バルブシート１６がガス流入口２０側（矢印Ａ２方向）へと付勢されている。

シート部３０は、連通孔２８の端部から徐々に拡径する略半球面状若しくは断面略テーパ状に形成され、前記シート部３０に対してバルブ１４が当接することによってガス流入口２０と連通室２４との連通が遮断された弁閉状態となる。

一方、ボディ本体１２の略中央部には、図１に示されるように、連通室２４から鉛直上方に向かって貫通したシャフト孔３２が形成され、後述する駆動力伝達機構１８のシャフト３４が挿通される。

バルブ１４は、略半球面状の着座面３６を有し略円盤状に形成された本体部３８と、該本体部３８の端部から軸方向（矢印Ａ１方向）に突出し、シャフト３４に連結される軸部４０とを備える。

本体部３８は、軸方向に沿った一端面及び他端面に、該軸方向と直交してそれぞれ平面状に形成された第１及び第２平面部４２、４４が形成され、ボディ本体１２の連通室２４側（矢印Ａ１方向）に設けられる第２平面部４４には、中心から半径方向に所定距離だけオフセットした位置に軸部４０が突出して形成される。そして、軸部４０は、シャフト３４に対して図示しないボルト等によって連結され、前記シャフト３４が回転することによってバルブ１４が一体的に回転する。

また、図３に示されるように、第１平面部４２の直径Ｄ１は、バルブシート１６における連通孔２８の直径Ｄ２に対して大きく形成され（Ｄ１＞Ｄ２）、バルブ１４がバルブシート１６のシート部３０に着座した際に、前記第１平面部４２は、前記バルブシート１６において連通孔２８の端部から所定距離だけ連通室２４側（矢印Ａ１方向）となる位置に配置される。

一方、図４に示されるように、バルブ１４がバルブシート１６から離間した弁開時では、該バルブ１４が弁全閉時に対して例えば、約９０°回転し、前記弁全開時におけるバルブ１４の第２平面部４４が、前記バルブシート１６における連通孔２８の内周面から連通室２４側（矢印Ａ１方向）に向かって延在した仮想線Ｌに対して少なくとも同一線上若しくは外側となるように形成される。すなわち、上述したように第２平面部４４を形成することで、バルブ１４の弁全開時において、連通孔２８から連通室２４へと流通する排気ガスの流路上に前記バルブ１４の本体部３８が配置されることがないため、前記排気ガスの流路抵抗となることが回避される。

駆動力伝達機構１８は、バルブ１４の連結されるシャフト３４と、前記シャフト３４の上端部に連結されるバルブギア４６と、ボディ本体１２の上部に連結され前記バルブギア４６を介して前記シャフト３４を回転駆動させる駆動源４８とを含む。

シャフト３４は、その上端部がバルブギア４６の略中央部に挿通されてナットを締め付けることによって固定されると共に、ボディ本体１２においてバルブ１４の上方及び下方にそれぞれ装着された軸受５０ａ、５０ｂによって回転自在に支持されている。

また、シャフト３４は、その軸線がバルブ１４における着座面３６の曲率中心を通る軸線Ｂ２に対して偏心した位置となるように連結されている。すなわち、軸線Ｂ１は、バルブ１４の軸線Ｂ２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、バルブ１４は、軸線Ｂ２から偏心した位置に設定された軸線Ｂ１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。

駆動源４８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、その回転駆動力がバルブギア４６を介してシャフト３４へと伝達されることにより、シャフト３４に連結されたバルブ１４が軸線を中心として回動動作する。

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２に示されるように、バルブ１４の第１平面部４２がガス流入口２０に臨むように配置され、前記ガス流入口２０とガス流出口２２との間の連通が前記バルブ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。

この初期位置では、図１及び図２に示されるように、バルブ１４の着座面３６がバルブシート１６のシート部３０に着座し、前記バルブシート１６の連通孔２８を通じたガス流入口２０と連通室２４との連通が遮断された状態にあり、バルブ１４の第１平面部４２は、ガス流入口２０から供給される排気ガスの流通方向（矢印Ａ１方向）と略直交するように配置される。ここで、ガス流入口２０を通じて排気ガスが供給されると、該排気ガスがバルブ１４の第１平面部４２によって連通室２４側への流通が阻止されるが、この際、前記排気ガス中に含有される燃焼生成物がバルブシート１６の連通孔２８を通じて第１平面部４２に付着する。

この場合、排気ガスは、連通孔２８に沿ってバルブ１４側（矢印Ａ１方向）へと流通するが、該連通孔２８の直径Ｄ２に対して前記バルブ１４の第１平面部４２の直径Ｄ１が大きく形成され、しかも、前記第１平面部４２が前記連通孔２８の端部に対して連通室２４側（矢印Ａ１方向）に設けられているため、燃焼生成物が第１平面部４２に堆積したとしても、前記バルブ１４の低開度域において、前記バルブ１４とバルブシート１６との間に十分な距離を確保でき、前記バルブ１４の回動による前記バルブシート１６とのかじりを抑制することが可能となる。

換言すれば、排気ガスが、連通孔２８に沿ってバルブ１４側へと流通するため、燃焼生成物は、前記バルブ１４の第１平面部４２において前記連通孔２８の直径より外側となる部位には付着しにくい。

次に、このような弁閉状態にある初期位置から、駆動力伝達機構１８の駆動源４８が駆動することで、該駆動源４８の回転駆動力がバルブギア４６を介してシャフト３４へと伝達され、前記シャフト３４に連結されたバルブ１４が軸線Ｂ２から偏心した位置に設定された軸線Ｂ１を中心として所定角度（図２参照）だけ反時計回りに回転する。これにより、バルブ１４はバルブシート１６から徐々に離間する方向に変位する。

そして、バルブ１４の着座面３６が、バルブシート１６のシート部３０から離間することによって、弁開状態となり該着座面３６と前記シート部３０との間の間隙を通じてガス流入口２０に供給された排気ガスが連通室２４内へと導入される。駆動源４８の駆動作用下にさらにバルブ１４を回転させることにより、該バルブ１４がシート部３０から徐々に離間し、前記バルブ１４が初期位置から、例えば、約９０°回転した状態で完全な弁開状態となる（図４参照）。このような弁開状態において、ガス流入口２０に供給された排気ガスが、バルブシート１６の連通孔２８、連通室２４を通じてガス流出口２２へと流通し、図示しない内燃機関へと供給される。

以上のように、本実施の形態では、ボディ本体１２に設けられるバルブ１４に、略半球面状に形成された着座面３６と、該着座面３６に隣接し軸方向と直交するように形成された第１及び第２平面部４２、４４とを備え、前記ボディ本体１２のガス流入口２０に臨む第１平面部４２を、前記バルブ１４が着座するバルブシート１６の連通孔２８の端部に対して下流側（矢印Ａ１方向）となるように配置している。

これにより、バルブ１４の開動作における早いタイミングで前記バルブ１４とバルブシート１６との間に、排気ガスの流量のリニアリティ確保のための十分な距離を確保することができる。その結果、従来技術に係るバルブ（図３中、二点鎖線形状）と比較し、バルブ１４が弁閉状態から回動し始めた低開度状態でも所望流量の排気ガスを下流側へと流通させることができるため、該バルブ１４が弁開し始めた初期状態から完全に弁開状態となった全開状態まで比較的リニアな流量特性が得られる。

また、排気ガス再循環バルブ１０の弁閉時において、バルブ１４の第１平面部４２がガス流入口２０に臨むように配置され、従来技術に係るバルブ（図３中、二点鎖線形状）と比較し、前記第１平面部４２の直径Ｄ１を、バルブシート１６の連通孔２８の直径Ｄ２に対して大きく形成し、且つ、前記連通孔２８の端部から連通室２４側にオフセットした位置に設けることにより、燃焼生成物が第１平面部４２に堆積したとしても、前記バルブ１４の低開度域において、前記バルブ１４とバルブシート１６との間に十分な距離を確保でき、前記バルブ１４の回動によるバルブシート１６とのかじりを抑制できる。その結果、バルブ１４とバルブシート１６との間に燃焼生成物が堆積した場合に懸念される前記バルブ１４の動作不良を回避することができ、前記バルブ１４を常に円滑に回動させることができる。

換言すれば、燃焼生成物の堆積に起因した駆動源４８の駆動負荷の増加を防止することができ、該駆動源４８の駆動トルクの低減を図ることができるため、例えば、従来の排気ガス循環バルブと比較して小型の駆動源４８でバルブ１４を駆動させることが可能となる。

さらに、バルブ１４がバルブシート１６から離脱した弁全開時において、連通孔２８の内周面を連通室２４側（矢印Ａ１方向）に向かって延在させた仮想線Ｌに対して外側となる位置に、バルブ１４の第２平面部４４が位置するように形成しているため、前記バルブ１４の弁全開時において該バルブ１４が連通孔２８から連通室２４へと導入される排気ガスの流路抵抗となることが防止され、前記排気ガスをガス流入口２０からガス流出口２２へと円滑に流通させることができる。

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…排気ガス再循環バルブ１２…ボディ本体
１４…バルブ１６…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
２８…連通孔３０…シート部
３４…シャフト３６…着座面
３８…本体部４０…軸部
４２…第１平面部４４…第２平面部
４８…駆動源

Claims

排気ガスの流通する流路を有したボディと、少なくとも外周面の一部が球状であり、該外周面の曲率中心に対して偏心して回動するように前記流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、前記流路において前記バルブより上流側に設けられ前記バルブの着座するシート部を有したシート部材とを備える排気ガス再循環バルブにおいて、
前記バルブは、前記シート部の上流側端部に対して下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。
請求項１記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
前記バルブは、前記シート部材に着座した弁閉時において、前記バルブの上流側に形成された流路に臨む平面部を有し、前記平面部の直径が、前記流路の直径に対して大きく設定されることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
請求項１又は２記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
前記バルブは、前記シート部材から離間した弁全開時において、前記排気ガスの流通方向に沿って前記流路から延在する線上に対して少なくとも外側に配置されることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。