JP2015059463A - 流体制御弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】 EGR制御弁の全閉時に、バルブの外周端面とハウジングのバルブシート面との間に形成される環状隙間に強酸性の凝縮水が入り込むと、ハウジングのバルブシート面が腐食して隙間が広がってしまうという課題があった。
【解決手段】 EGR制御弁においては、ハウジング4のバルブボディ7の流路壁である円筒部51の内周に円環状の突起71を設け、この突起71の頂き部分をハウジング4のバルブシール69として利用することにより、EGR制御弁の全閉時にEGRバルブ1の外周端面18とバルブシール69との間に形成されるエアギャップGよりもEGRバルブ1の外周端面18との間の距離(隙間)を拡げる方向に窪む流路壁面72、73を突起71の上流側および下流側にそれぞれ設けている。これにより、エアギャップG、つまり突起71の頂き部分への強酸性の凝縮水の滞留を抑制できる。
【選択図】 図4
【解決手段】 EGR制御弁においては、ハウジング4のバルブボディ7の流路壁である円筒部51の内周に円環状の突起71を設け、この突起71の頂き部分をハウジング4のバルブシール69として利用することにより、EGR制御弁の全閉時にEGRバルブ1の外周端面18とバルブシール69との間に形成されるエアギャップGよりもEGRバルブ1の外周端面18との間の距離(隙間)を拡げる方向に窪む流路壁面72、73を突起71の上流側および下流側にそれぞれ設けている。これにより、エアギャップG、つまり突起71の頂き部分への強酸性の凝縮水の滞留を抑制できる。
【選択図】 図4
Description
本発明は、バルブを全閉した時にバルブの外周端面とハウジングのバルブシールとの間にエアギャップ(環状隙間)が形成される流体制御弁に関するものである。
[従来の技術]
従来より、流体制御弁の一例として、内燃機関(エンジン)の気筒内の燃焼室に連通する吸気通路を流れる吸気の流量を調整する吸気絞り弁(以下スロットル弁)が公知である(例えば、特許文献1参照)。
スロットル弁は、吸気管の一部であるバルブボディ(以下スロットルボディ)に形成された吸気通路を開閉する円板状のスロットルバルブと、このスロットルバルブと一体回転可能に連結したバルブシャフトと、このバルブシャフトを回転駆動してスロットルバルブを開閉動作させるアクチュエータと、スロットルバルブを閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、スロットルボディの軸受支持部に保持されて、バルブシャフトを回転方向に摺動可能に支持する軸受とを備えている。
従来より、流体制御弁の一例として、内燃機関(エンジン)の気筒内の燃焼室に連通する吸気通路を流れる吸気の流量を調整する吸気絞り弁(以下スロットル弁)が公知である(例えば、特許文献1参照)。
スロットル弁は、吸気管の一部であるバルブボディ(以下スロットルボディ)に形成された吸気通路を開閉する円板状のスロットルバルブと、このスロットルバルブと一体回転可能に連結したバルブシャフトと、このバルブシャフトを回転駆動してスロットルバルブを開閉動作させるアクチュエータと、スロットルバルブを閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、スロットルボディの軸受支持部に保持されて、バルブシャフトを回転方向に摺動可能に支持する軸受とを備えている。
ここで、特許文献1に記載されたスロットルバルブの外周縁部は、スロットルバルブの全周に渡ってバルブの内周部よりも板厚が薄くなっている。
スロットルバルブは、スロットルボディの内壁に設けられたバルブシート面に最も近づく位置(全閉位置)で停止し、スロットルボディのバルブシート面に付着した異物とバルブの外周縁部とが接触した場合でも、スロットルバルブと異物との接触面積が小さくなっている。
これにより、仮にスロットルボディの内壁に付着した異物とスロットルバルブとが固着した場合でも、エンジンを再始動してアクセルペダルを踏み込むと、バルブの外周縁部はスロットルボディの内壁に付着している異物から容易に離れ、滑らかに回動できる。
スロットルバルブは、スロットルボディの内壁に設けられたバルブシート面に最も近づく位置(全閉位置)で停止し、スロットルボディのバルブシート面に付着した異物とバルブの外周縁部とが接触した場合でも、スロットルバルブと異物との接触面積が小さくなっている。
これにより、仮にスロットルボディの内壁に付着した異物とスロットルバルブとが固着した場合でも、エンジンを再始動してアクセルペダルを踏み込むと、バルブの外周縁部はスロットルボディの内壁に付着している異物から容易に離れ、滑らかに回動できる。
一方、内燃機関(エンジン)の気筒内の燃焼室から排出される排出ガス(排気)の流量を制御する流体制御弁の一例として、排気管から排気還流管を経て吸気管へ還流するEGRガスの流量を調整する排気絞り弁(以下EGR制御弁)が公知である。
EGR制御弁は、図7および図8に示したように、排気還流管の一部であるハウジング101に形成された流路孔102を開閉するEGRバルブ103、このEGRバルブ103と一体回転可能に連結したバルブシャフト104と、このバルブシャフト104を回転駆動してEGRバルブ103を開閉動作させる電動アクチュエータ105と、EGRバルブ103を閉弁方向に付勢するリターンスプリング106と、ハウジング101の軸受支持部に保持されて、バルブシャフト104を回転方向に摺動可能に支持する軸受(ガイドブッシュ107、ボールベアリング108)とを備えている。
ところで、EGR制御弁のハウジング101は、軽量化およびコストダウンを図るという目的で、アルミニウムを主体とするアルミニウム合金よりなるアルミニウムダイカスト製品が使用されている。
EGR制御弁は、図7および図8に示したように、排気還流管の一部であるハウジング101に形成された流路孔102を開閉するEGRバルブ103、このEGRバルブ103と一体回転可能に連結したバルブシャフト104と、このバルブシャフト104を回転駆動してEGRバルブ103を開閉動作させる電動アクチュエータ105と、EGRバルブ103を閉弁方向に付勢するリターンスプリング106と、ハウジング101の軸受支持部に保持されて、バルブシャフト104を回転方向に摺動可能に支持する軸受(ガイドブッシュ107、ボールベアリング108)とを備えている。
ところで、EGR制御弁のハウジング101は、軽量化およびコストダウンを図るという目的で、アルミニウムを主体とするアルミニウム合金よりなるアルミニウムダイカスト製品が使用されている。
[従来の技術の不具合]
ところで、排気管からEGR制御弁のハウジング101内の流路孔102を経由して吸気管へ還流するEGRガス中には、多量の水分(水蒸気)が含まれている。このため、EGR制御弁の上流側または下流側にEGRガスを冷却するEGRクーラが設けられている場合、EGRクーラによってEGRガスが冷やされ、EGRガス中の水分が凝縮して凝縮水が発生する。また、EGRガスは、エアクリーナからエンジンに吸入される外気、つまり吸気と混合される際に、吸気との温度差により凝縮水が発生する。
ところで、排気管からEGR制御弁のハウジング101内の流路孔102を経由して吸気管へ還流するEGRガス中には、多量の水分(水蒸気)が含まれている。このため、EGR制御弁の上流側または下流側にEGRガスを冷却するEGRクーラが設けられている場合、EGRクーラによってEGRガスが冷やされ、EGRガス中の水分が凝縮して凝縮水が発生する。また、EGRガスは、エアクリーナからエンジンに吸入される外気、つまり吸気と混合される際に、吸気との温度差により凝縮水が発生する。
そして、EGR制御弁のハウジング101内に流入した凝縮水は、EGR制御弁のEGRバルブ103付近で滞留する可能性がある。一方、排気還流管から吸気管へ流入した凝縮水や、吸気管内で発生した凝縮水は、特許文献1に記載されたスロットル弁のスロットルバルブ付近で滞留する可能性がある。
ここで、EGR制御弁のEGRバルブ103付近またはスロットル弁のスロットルバルブ付近で強酸性の凝縮水が滞留すると、EGR制御弁のハウジング101やスロットル弁のスロットルボディの内壁が腐食する恐れがある。
ここで、EGR制御弁のEGRバルブ103付近またはスロットル弁のスロットルバルブ付近で強酸性の凝縮水が滞留すると、EGR制御弁のハウジング101やスロットル弁のスロットルボディの内壁が腐食する恐れがある。
特に、アルミニウムを主体とするアルミニウム合金よりなるダイカスト製品によってハウジング101が形成されている場合、EGR制御弁の全閉時に、EGRバルブ103の外周端面111とハウジング101のバルブシート面112との間に形成される環状隙間(エアギャップ)113に強酸性の凝縮水が入り込むと、ハウジング101のバルブシート面112が腐食して隙間が広がってしまうので、EGR制御弁の全閉時におけるEGRガス洩れ流量が増加するという問題がある。
本発明の目的は、バルブの外周端面とハウジングのバルブシールとの間のエアギャップ(環状隙間)への凝縮水の滞留を防止することで、バルブを全閉した時における流体洩れ流量の増加を抑えることのできる流体制御弁を提供することにある。
請求項1に記載の発明(流体制御弁)によれば、バルブを全閉した時(流体制御弁の全閉時)にバルブの外周端面とハウジングのバルブシールとの間に形成されるエアギャップ(環状隙間)よりもバルブの外周端面との間の距離(隙間)を拡げる方向に窪んだ流路壁面をバルブシールに隣接して設けたことにより、バルブの外周端面とハウジングのバルブシールとの間のエアギャップへの凝縮水の滞留を抑制することができる。
これによって、ハウジングの材質として金属を採用した場合でも、ハウジングの流路壁の腐食量を低減できるので、バルブの外周端面とハウジングのバルブシールとの間のエアギャップが広がることはない。
したがって、バルブを全閉した時(流体制御弁の全閉時)における流体洩れ流量の増加を抑えることができる。
これによって、ハウジングの材質として金属を採用した場合でも、ハウジングの流路壁の腐食量を低減できるので、バルブの外周端面とハウジングのバルブシールとの間のエアギャップが広がることはない。
したがって、バルブを全閉した時(流体制御弁の全閉時)における流体洩れ流量の増加を抑えることができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
[実施例1の構成]
図1ないし図4は、本発明の流体制御弁を適用したEGR制御弁(実施例1)を示したものである。
図1ないし図4は、本発明の流体制御弁を適用したEGR制御弁(実施例1)を示したものである。
本実施例の内燃機関の排気装置は、例えば自動車等の車両走行用の内燃機関(多気筒ディゼルエンジン:以下エンジン)の排気管から吸気管へ排気ガス(以下EGRガス)を再循環(還流)させる排気循環装置(以下EGRシステム)を備えている。
EGRシステムは、エキゾーストマニホールドまたは排気管内の排気通路からインテークマニホールドまたは吸気管内の吸気通路へEGRガスを還流させるEGRガスパイプを備えている。このEGRガスパイプ内には、排気通路から吸気通路へEGRガスを流入させるEGRガス流路が形成されている。
EGRシステムは、エキゾーストマニホールドまたは排気管内の排気通路からインテークマニホールドまたは吸気管内の吸気通路へEGRガスを還流させるEGRガスパイプを備えている。このEGRガスパイプ内には、排気通路から吸気通路へEGRガスを流入させるEGRガス流路が形成されている。
EGRガスパイプには、EGRガス流路を流れるEGRガスを冷却水と熱交換させて冷却するEGRクーラ(図示せず)、およびこのEGRクーラを通過したEGRガス、あるいはEGRクーラを迂回したEGRガスの流量を制御するEGRガス流量制御弁(内燃機関の弁装置:以下EGR制御弁)が設置されている。
ここで、EGRシステムは、エンジンの運転状況に基づいてEGR制御弁の弁体であるEGRバルブ1を開閉制御するEGRバルブ制御装置(内燃機関のEGR制御装置)として使用される。このEGRバルブ制御装置は、EGR制御弁の弁軸であるバルブシャフト2を回転駆動する電動アクチュエータ3に組み込まれる電動モータ(図7参照:以下モータ)Mを他のシステムと連動して制御するエンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)を備えている。
ここで、EGRシステムは、エンジンの運転状況に基づいてEGR制御弁の弁体であるEGRバルブ1を開閉制御するEGRバルブ制御装置(内燃機関のEGR制御装置)として使用される。このEGRバルブ制御装置は、EGR制御弁の弁軸であるバルブシャフト2を回転駆動する電動アクチュエータ3に組み込まれる電動モータ(図7参照:以下モータ)Mを他のシステムと連動して制御するエンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)を備えている。
EGR制御弁は、本発明の流体制御弁に相当するもので、EGRガス流路を流れるEGRガスの流量を調量するEGRバルブ1と、このEGRバルブ1と一体回転可能に連結ししたバルブシャフト2と、このバルブシャフト2を回転駆動する電動アクチュエータ3と、EGRバルブ1、バルブシャフト2および電動アクチュエータ3を収容(内蔵)するハウジング4とを備えている。
ここで、ハウジング4は、回転角度センサ5を搭載するセンサカバー6との間に、電動アクチュエータ3を収容する凹部を備えている。また、ハウジング4は、EGRバルブ1を開閉自在に収容するバルブボディ7、モータMを収容する円筒状のモータハウジング8、およびバルブシャフト2と電動アクチュエータ3を収容するギアハウジング9等を備えている。
ここで、ハウジング4は、回転角度センサ5を搭載するセンサカバー6との間に、電動アクチュエータ3を収容する凹部を備えている。また、ハウジング4は、EGRバルブ1を開閉自在に収容するバルブボディ7、モータMを収容する円筒状のモータハウジング8、およびバルブシャフト2と電動アクチュエータ3を収容するギアハウジング9等を備えている。
EGR制御弁は、ハウジング4の内部に形成されるEGRガス流路(流路孔10)の開口面積を連続的または段階的に変更することで、EGRガス流路を経由して、排気通路から吸気通路へ再循環(還流)されるEGRガスの流量(EGRガス量)を可変制御する排気ガス流量制御弁(排気絞り弁)である。流路孔10は、エンジンの各気筒内の燃焼室に連通している。
EGR制御弁は、ハウジング4に対してバルブシャフト2を回転自在に支持する支持機構(バルブシャフト2の支持機構)を備えている。この支持機構は、滑り軸受(ガイドブッシュ)11、ガスシール(またはダストシール)12および転がり軸受(以下ボールベアリング)13等によって構成されている。
EGR制御弁は、ハウジング4に対してバルブシャフト2を回転自在に支持する支持機構(バルブシャフト2の支持機構)を備えている。この支持機構は、滑り軸受(ガイドブッシュ)11、ガスシール(またはダストシール)12および転がり軸受(以下ボールベアリング)13等によって構成されている。
EGR制御弁は、バルブシャフト2のバルブ保持部に形成されたスリット孔14内にEGRバルブ1を挿入した状態で、EGRバルブ1をバルブシャフト2にスクリュー(締結体)15の螺子締結による軸力で固定(締結固定)するバルブ支持構造を採用している。 ここで、一対のスクリュー15は、十字溝または六角溝等の工具係合部を有する頭部と、この頭部より軸線方向の一方側に延びる軸方向部(軸部)とを備えている。軸部には、バルブシャフト2の貫通孔16に形成される雌螺子と螺合してねじ込まれる雄螺子が設けられている。
EGRバルブ1は、その全閉位置から全開位置に至るまでの動作可能範囲で回転(開閉)動作されることで、流路孔10の流路断面積を絞ることで、エンジンの各気筒の燃焼室内に供給される吸気(新気のみ、あるいは新気+EGRガス)の全流量に対するEGRガス流量の比率であるEGR率を調整する。
EGRバルブ1は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属または合成樹脂によって平板形状となるように一体的に形成されている。このEGRバルブ1は、バルブシャフト2のスリット孔14に挿入された後に、スクリュー15でバルブシャフト2のバルブ保持部に螺子締結(支持固定)されている。
EGRバルブ1は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属または合成樹脂によって平板形状となるように一体的に形成されている。このEGRバルブ1は、バルブシャフト2のスリット孔14に挿入された後に、スクリュー15でバルブシャフト2のバルブ保持部に螺子締結(支持固定)されている。
EGRバルブ1の軸方向部には、スクリュー15の軸部がその軸線方向(締結方向)に貫通(挿通)する一対のスクリュー挿通孔17が形成されている。
EGRバルブ1の板厚方向の両端面は、全面的にフラットな平坦面(平面)である。つまりEGRバルブ1は、全体が同じ板厚を有している。
EGRバルブ1は、ハウジング4のバルブボディ7の流路方向の中心軸線と、バルブシャフト2の中心軸線(回転軸線)との交点(O)を中心にして半径方向の外側に放射状に拡がる円板状のバタフライバルブである。
EGRバルブ1の板厚方向の両端面は、全面的にフラットな平坦面(平面)である。つまりEGRバルブ1は、全体が同じ板厚を有している。
EGRバルブ1は、ハウジング4のバルブボディ7の流路方向の中心軸線と、バルブシャフト2の中心軸線(回転軸線)との交点(O)を中心にして半径方向の外側に放射状に拡がる円板状のバタフライバルブである。
EGRバルブ1の外周端面18には、上記の交点(O)を中心とする曲率半径の凸曲面が設けられている。
EGRバルブ1は、EGR制御弁の全閉時に、バルブボディ7の流路方向に対して直交する垂直方向に配置される円板状のプレートバルブである。
EGRバルブ1には、EGR制御弁の全開時にバルブボディ7の流路方向の一方側(EGRガス流方向の一方側:例えば上流側)に配される第1ディスク(バルブプレート)と、EGR制御弁の全開時にバルブボディ7の流路方向の他方側(EGRガス流方向の他方側:例えば下流側)に配される第2ディスク(バルブプレート)とが設けられている。
EGRバルブ1は、EGR制御弁の全閉時に、バルブボディ7の流路方向に対して直交する垂直方向に配置される円板状のプレートバルブである。
EGRバルブ1には、EGR制御弁の全開時にバルブボディ7の流路方向の一方側(EGRガス流方向の一方側:例えば上流側)に配される第1ディスク(バルブプレート)と、EGR制御弁の全開時にバルブボディ7の流路方向の他方側(EGRガス流方向の他方側:例えば下流側)に配される第2ディスク(バルブプレート)とが設けられている。
バルブシャフト2は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属または合成樹脂によって円柱形状(一部多角柱形状)となるように一体的に形成されている。このバルブシャフト2は、ハウジング4のバルブボディ7の流路孔10を、バルブボディ7の流路方向(吸気流方向)に対して直交する垂直方向に横切るように配設されている。
バルブシャフト2のバルブ保持部には、直径方向(半径方向)に貫通するスリット状のスリット孔14が形成されている。このスリット孔14は、流路孔10の幅に対応した回転軸方向長を有し、例えばプレス成形機による孔開け加工、ブローチによる切削加工、レーザー加工、放電加工、研削加工等の加工方法により形成されている。
バルブシャフト2のバルブ保持部には、直径方向(半径方向)に貫通するスリット状のスリット孔14が形成されている。このスリット孔14は、流路孔10の幅に対応した回転軸方向長を有し、例えばプレス成形機による孔開け加工、ブローチによる切削加工、レーザー加工、放電加工、研削加工等の加工方法により形成されている。
バルブシャフト2のバルブ保持部の外周面の一部には、スクリュー15の頭部に形成された円錐テーパ面が着座(当接)可能な円錐テーパ状の受圧座面が2箇所形成されている。また、バルブシャフト2には、スリット孔14の長軸方向(バルブシャフト2の回転軸方向)に直交する一対のスクリュー取付孔である貫通孔16が形成されている。
なお、一対の受圧座面および一対の貫通孔16は、バルブシャフト2の軸線方向(回転軸方向)に所定の軸方向距離を隔てて配置されている。
なお、一対の受圧座面および一対の貫通孔16は、バルブシャフト2の軸線方向(回転軸方向)に所定の軸方向距離を隔てて配置されている。
バルブシャフト2は、その回転軸方向の両側に第1、第2突出軸部をそれぞれ備えている。第1、第2突出軸部間には、EGRバルブ1を螺子締結する薄肉状のバルブ保持部および軸方向部が設けられている。このバルブ保持部には、スクリュー15の頭部が突き出さないように平面状の2面幅を有している。
第1突出軸部は、円形断面を有し、バルブボディ7の第1軸受孔(後述する)内において回転可能に収容されている。なお、第1軸受孔の開口部は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属または合成樹脂製のプラグ19で気密的に塞がれている。
第2突出軸部は、2面幅を有している。なお、第2突出軸部が多角形状の断面を有していても良い。
軸方向部は、円形断面を有し、バルブボディ7の第2軸受収容孔(後述する)内において回転可能に収容されている。この軸方向部の外周には、ボールベアリング13の内輪が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
第2突出軸部は、2面幅を有している。なお、第2突出軸部が多角形状の断面を有していても良い。
軸方向部は、円形断面を有し、バルブボディ7の第2軸受収容孔(後述する)内において回転可能に収容されている。この軸方向部の外周には、ボールベアリング13の内輪が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
電動アクチュエータ3は、EGRバルブ1を閉弁(全閉)方向に付勢するリターンスプリング21と、電力の供給を受けるとEGRバルブ1およびバルブシャフト2を回転駆動する回転動力(トルク)を発生するモータMと、このモータMのモータシャフト22の回転を2段減速してバルブシャフト2に伝達する減速機構と、EGRバルブ1およびバルブシャフト2の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えている。
リターンスプリング21は、1本の金属素線(断面円形状の線材)を所定の形状に成形することで製造される。このリターンスプリング21は、バルブシャフト2の周囲、ギアハウジング9の円筒部(ベアリングホルダ)23、および出力ギア(後述する)の円筒ボス24の周囲を螺旋状に取り囲むように設置されている。
リターンスプリング21は、1本の金属素線(断面円形状の線材)を所定の形状に成形することで製造される。このリターンスプリング21は、バルブシャフト2の周囲、ギアハウジング9の円筒部(ベアリングホルダ)23、および出力ギア(後述する)の円筒ボス24の周囲を螺旋状に取り囲むように設置されている。
リターンスプリング21は、ギアハウジング9のスプリングフック(段差面:以下固定フック)25と、出力ギア33のスプリングフック(係合凹部:以下可動フック)との間に螺旋状に巻装して成形されたコイル部、このコイル部の両端部分を半径方向の外側へ折り曲げた2つの第1、第2屈曲部、およびこれらの第1、第2屈曲部から半径方向の外側へ向けて真っ直ぐに延伸した2つの第1、第2端末線(スプリング側フック)を有している。
リターンスプリング21の一端側の第1端末線は、ギアハウジング9の固定フック25に係止または保持されている。また、リターンスプリング21の他端側の第2端末線は、出力ギア33の可動フックに係止または保持されている。
リターンスプリング21は、出力ギアに対して、EGRバルブ1を閉弁(全閉)方向に付勢する弾性力を発生するコイル状のコンプレッションスプリングである。
リターンスプリング21の一端側の第1端末線は、ギアハウジング9の固定フック25に係止または保持されている。また、リターンスプリング21の他端側の第2端末線は、出力ギア33の可動フックに係止または保持されている。
リターンスプリング21は、出力ギアに対して、EGRバルブ1を閉弁(全閉)方向に付勢する弾性力を発生するコイル状のコンプレッションスプリングである。
ここで、減速機構は、EGRバルブ1と一体回転可能に連結したバルブシャフト2と、このバルブシャフト2と並列配置された支持軸(以下ギアシャフト)29と、モータシャフト22と一体回転可能に連結したモータギア(以下ピニオンギア)31と、このピニオンギア31と噛み合って回転する中間減速ギア(以下中間ギア)32と、この中間ギア32と噛み合って回転すると共に、バルブシャフト2と一体回転可能に連結したバルブギア(以下出力ギア)33とを備えている。
ピニオンギア31、中間ギア32および出力ギア33は、ギアハウジング9のギア収納凹部内に回転自在に収容されている。
ギアシャフト29は、バルブシャフト2およびモータシャフト22と並列配置されている。このギアシャフト29の軸線方向の一端側は、ギアハウジング9の内面で開口した凹溝内に圧入嵌合等により固定されている。また、ギアシャフト29の軸線方向の他端側は、センサカバー6の内面で開口した凹溝内に挿入されている。
ピニオンギア31は、合成樹脂または鉄系金属によって一体的に形成されている。このピニオンギア31は、モータMのモータシャフト22の先端外周に圧入嵌合等により固定される円筒部を有している。この円筒部の外周には、中間ギア32と噛み合うピニオンギア歯34が円周方向全体に形成されている。
ギアシャフト29は、バルブシャフト2およびモータシャフト22と並列配置されている。このギアシャフト29の軸線方向の一端側は、ギアハウジング9の内面で開口した凹溝内に圧入嵌合等により固定されている。また、ギアシャフト29の軸線方向の他端側は、センサカバー6の内面で開口した凹溝内に挿入されている。
ピニオンギア31は、合成樹脂または鉄系金属によって一体的に形成されている。このピニオンギア31は、モータMのモータシャフト22の先端外周に圧入嵌合等により固定される円筒部を有している。この円筒部の外周には、中間ギア32と噛み合うピニオンギア歯34が円周方向全体に形成されている。
中間ギア32は、合成樹脂または鉄系金属によって一体的に形成されている。この中間ギア32は、ギアシャフト29の外周に回転自在に嵌め合わされて、ギアシャフト29の中心軸線周りに回転する円筒部を有している。
円筒部の軸線方向の一端部には、円筒部の外径よりも大きい大径ギア部が形成されている。この大径ギア部の外周には、ピニオンギア歯34と噛み合う(中間ギア歯)35が円周方向全体に形成されている。
また、円筒部の軸線方向の他端部には、円筒部の外径と同一で、且つ大径ギア部の外径よりも小さい小径ギア部が形成されている。この小径ギア部の外周には、出力ギア33と噛み合う小径ギア(中間ギア歯)36が円周方向全体に形成されている。
円筒部の軸線方向の一端部には、円筒部の外径よりも大きい大径ギア部が形成されている。この大径ギア部の外周には、ピニオンギア歯34と噛み合う(中間ギア歯)35が円周方向全体に形成されている。
また、円筒部の軸線方向の他端部には、円筒部の外径と同一で、且つ大径ギア部の外径よりも小さい小径ギア部が形成されている。この小径ギア部の外周には、出力ギア33と噛み合う小径ギア(中間ギア歯)36が円周方向全体に形成されている。
出力ギア33は、合成樹脂または鉄系金属によって一体的に形成されている。この出力ギア33は、バルブシャフト2と共に、減速機構の出力部を構成する。また、出力ギア33の内周部には、内部に円形状の貫通孔を有する円筒ボス24が一体的に形成されている。
また、出力ギア33は、円筒ボス24よりも半径方向の外側に部分円筒状(扇状)の歯形成部37を有している。この歯形成部37は、所定の角度(例えば80°〜95°)分だけ扇状に形成されている。また、歯形成部37の外周部(出力ギア33の最大外径部)には、小径ギア36と噛み合う出力ギア歯38が形成されている。
また、出力ギア33は、円筒ボス24よりも半径方向の外側に部分円筒状(扇状)の歯形成部37を有している。この歯形成部37は、所定の角度(例えば80°〜95°)分だけ扇状に形成されている。また、歯形成部37の外周部(出力ギア33の最大外径部)には、小径ギア36と噛み合う出力ギア歯38が形成されている。
出力ギア33の円筒ボス24の先端側には、インサート部材である金属製のインサートプレート(以下金属プレート)41がインサート成形されている。この金属プレート41の中央部には、2面幅(バルブシャフト2の空回りを防ぐ構造、回り止め構造)を有する嵌合孔42が貫通形成されている。この嵌合孔42には、バルブシャフト2の回転軸方向の一端部(バルブシャフト2の嵌合部)が嵌合する。バルブシャフト2の嵌合部は、嵌合孔42を貫通した後にカシメ等の結合手段を用いて固定される。これにより、出力ギア33は、バルブシャフト2の嵌合部に回り止めされた状態で嵌合固定される。
また、歯形成部37の回転方向の一端側面(閉じ側面)には、平坦面(平面)形状の全閉ストッパ部43が一体的に形成されている。この全閉ストッパ部43は、EGRバルブ1を全閉した際に、ギアハウジング9の段差面(全閉ストッパ)44に当接して係止される。これにより、出力ギア33の全閉ストッパ部43が全閉ストッパ44に当接した際に、EGRバルブ1およびこのEGRバルブ1と一体回転可能に連結した回転部材(バルブシャフト2、出力ギア33)のこれ以上の閉弁方向への回転動作が規制される。
モータMは、有底円筒状のモータハウジング8のモータ収納凹部内に収容保持されている。このモータMは、ECUによって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載された外部電源(バッテリ)に電気的に接続されている。
ECUには、CPU、メモリ(ROMおよびRAM)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
モータ駆動回路は、マイクロコンピュータから与えられる制御信号(例えばPWM信号のデューティ比)に対してモータMの内部導体(電機子コイル)への供給電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)を可変制御する。
ECUには、CPU、メモリ(ROMおよびRAM)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
モータ駆動回路は、マイクロコンピュータから与えられる制御信号(例えばPWM信号のデューティ比)に対してモータMの内部導体(電機子コイル)への供給電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)を可変制御する。
そして、回転角度センサ5からのセンサ出力信号(アナログ電圧信号)、各種センサからのセンサ出力信号(電気信号)は、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータの入力部に入力されるように構成されている。
ここで、マイクロコンピュータの入力部には、回転角度センサ5だけでなく、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温センサ、水温センサおよび排出ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等が接続されている。
ここで、マイクロコンピュータの入力部には、回転角度センサ5だけでなく、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温センサ、水温センサおよび排出ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等が接続されている。
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、先ず、エンジンの運転状況(エンジン情報)または運転条件(状態)を計算(算出)するのに必要な各種センサ出力信号を取得(入力)し、エンジンの運転状況または運転条件およびROMに格納されたプログラムに基づいて、電動アクチュエータ3のモータMを電子制御するように構成されている。
ECUは、エンジンの運転状況(例えばエアフロメータから出力されるセンサ出力信号(吸気流量信号)から測定された新気量、クランク角度センサのNE信号から測定されたエンジン回転数(NE)に対応して制御目標値(目標EGR率)を算出(決定)し、回転角度センサ5のアナログ電圧信号から測定された実EGR率と目標EGR率との偏差がなくなるように、モータ駆動回路に与える駆動DUTY(デューティ比:Duty(%))を可変制御するように構成されている。
そして、モータ駆動回路に駆動DUTY値が与えられると、モータMの内部導体(電機子コイル)にDuty(%)に対応したモータ印加電圧が印加され、モータMの内部導体(電機子コイル)に開弁方向(EGRバルブ1の開き側)または閉弁方向(EGRバルブ1の閉じ側)のモータ駆動電流が流れる。これにより、EGRバルブ1が開き側または閉じ側へ駆動される。
回転角度検出装置は、出力ギア33の円筒ボス24に一体回転可能に設けられた円筒状の磁気回路部と、この磁気回路部の回転角度を測定してEGR制御弁のバルブ開度を検出する回転角度センサ5とを備え、磁気回路部と回転角度センサ5との相対回転角度の変化を回転角度センサ5に磁気回路部から与えられる磁気変化によって検出する。
磁気回路部は、円筒ボス24の直径方向に分割された一対の部分円筒状ヨーク45と、このヨーク45の分割部(対向部)に同一方向に磁極が向いて配置された一対のマグネット(永久磁石)46とを備え、出力ギア33の円筒ボス24の内周に接着剤等により固定されている。
なお、円筒ボス24の材質が合成樹脂の場合には、磁気回路部が円筒ボス24にインサート成形されていても構わない。
磁気回路部は、円筒ボス24の直径方向に分割された一対の部分円筒状ヨーク45と、このヨーク45の分割部(対向部)に同一方向に磁極が向いて配置された一対のマグネット(永久磁石)46とを備え、出力ギア33の円筒ボス24の内周に接着剤等により固定されている。
なお、円筒ボス24の材質が合成樹脂の場合には、磁気回路部が円筒ボス24にインサート成形されていても構わない。
回転角度センサ5は、センサカバー6のセンサ搭載部に設置された一対のステータコアの対向部間に挟み込まれて保持されている。この回転角度センサ5は、センサカバー6の内面から出力ギア33の円筒ボス24内へ突出するように設置されている。
回転角度センサ5は、半導体ホール素子の感磁面を鎖交する磁束密度に対応したアナログ電圧信号をECUへ向けて出力するホールICを主体として構成されている。このホールICは、ホール素子および集積回路が1つのICチップ(半導体チップ)として集積回路化された磁気センサである。
なお、ホールICの代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用しても良い。
回転角度センサ5は、半導体ホール素子の感磁面を鎖交する磁束密度に対応したアナログ電圧信号をECUへ向けて出力するホールICを主体として構成されている。このホールICは、ホール素子および集積回路が1つのICチップ(半導体チップ)として集積回路化された磁気センサである。
なお、ホールICの代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用しても良い。
[実施例1の特徴]
次に、本実施例のハウジング4およびセンサカバー6の詳細を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
次に、本実施例のハウジング4およびセンサカバー6の詳細を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
ハウジング4は、例えばアルミニウムを主体とするアルミニウム合金よりなるダイカスト製品(アルミニウムダイカスト製品)であって、このアルミニウムダイカストにより所定の形状に形成されている。このハウジング4には、EGRシステムのEGRガスパイプの途中に組み込まれて、内部にEGRバルブ1およびバルブシャフト2を回転可能に収容するバルブボディ7と、内部にモータMを収容するモータハウジング8と、内部にバルブシャフト2、リターンスプリング21および減速機構を収容するギアハウジング9が一体的に形成されている。
センサカバー6は、電気絶縁性を有する合成樹脂によって一体成形されている。
センサカバー6には、モータMのフロントブラケットより突出する一対のブラシターミナル47と一対のモータターミナルとの電気接続を行う内部接続用コネクタと、一対のモータターミナルおよび回転角度センサ5の複数のセンサターミナルと外部回路(ECUやバッテリ)との電気接続を行う外部接続用コネクタとが設けられている。
センサカバー6には、モータMのフロントブラケットより突出する一対のブラシターミナル47と一対のモータターミナルとの電気接続を行う内部接続用コネクタと、一対のモータターミナルおよび回転角度センサ5の複数のセンサターミナルと外部回路(ECUやバッテリ)との電気接続を行う外部接続用コネクタとが設けられている。
バルブボディ7には、流路孔10の周囲を取り囲む円筒状のパイプ(円筒部)51、ガイドブッシュ11の外周を保持する円筒状の軸受支持部(以下ベアリングホルダ)52、および流路孔10の吸気流方向の下流端側(または上流端側)の開口周縁に設けられた板状の結合フランジ53が設けられている。
円筒部51の内部には、エンジンの各気筒の燃焼室に連通する流路であり、エンジンの各気筒の燃焼室から排出された排出ガスの一部であるEGRガスが流れる断面円形状のスロットルボアを形成する流路孔10が形成されている。また、円筒部51の内周は、流路孔10の流路壁を構成している。
なお、バルブボディ7の円筒部51の詳細は、後述する。
円筒部51の内部には、エンジンの各気筒の燃焼室に連通する流路であり、エンジンの各気筒の燃焼室から排出された排出ガスの一部であるEGRガスが流れる断面円形状のスロットルボアを形成する流路孔10が形成されている。また、円筒部51の内周は、流路孔10の流路壁を構成している。
なお、バルブボディ7の円筒部51の詳細は、後述する。
ベアリングホルダ52は、ガイドブッシュ11の周囲を円周方向に取り囲むように配置されて、ガイドブッシュ11を介してバルブシャフト2の第1突出軸部を回転方向に摺動可能に支持している。このベアリングホルダ52の内部には、バルブシャフト2の回転軸方向(軸線方向)に真っ直ぐに延びる第1軸受孔54が形成されている。
結合フランジ53は、バルブボディ7の下流端(または上流端)に設けられて、EGR制御弁の取付部材(固定部材)の支持部に取り付けられる平面状の結合端面を有している。この結合フランジ53は、その板厚方向に貫通する複数の挿通孔55を有し、ボルトやスクリューを用いて固定部材の支持部の取付面に締結固定される。これにより、EGR制御弁がエンジン側(自動車等の車両側)の固定部材に固定される。
モータハウジング8は、モータMの円筒ヨークの周囲を円周方向に取り囲む有底円筒状の側壁部56、およびこの側壁部56の一端側で開口し、モータ組み付け時にモータMをモータ収納凹部内に挿入するための開口部(モータ挿入口)を有している。このモータ挿入口は、モータMのブラシターミナル47を有するフロントブラケット57により塞がれている。
ギアハウジング9は、電動アクチュエータ3を収容するギア収納凹部61、このギア収納凹部61の周囲を周方向に取り囲む側壁部62、およびこの側壁部62の一端側が開口し、電動アクチュエータ3の組み付け時に電動アクチュエータ3をギア収納凹部61内に挿入するための開口部を有している。この開口部は、センサカバー6により塞がれている。
ギアハウジング9の開口周縁には、センサカバー6の結合部63との間に環状のガスケット64を挟んだ状態で、センサカバー6の結合部63を螺子締結により固定する鍔状の結合部65が設けられている。
ギアハウジング9の開口周縁には、センサカバー6の結合部63との間に環状のガスケット64を挟んだ状態で、センサカバー6の結合部63を螺子締結により固定する鍔状の結合部65が設けられている。
ギアハウジング9の内部には、ガスシール12およびボールベアリング13の外輪の外周を保持する円筒状のベアリングホルダ23が設けられている。
ベアリングホルダ23は、ガスシール12およびボールベアリング13の周囲を円周方向に取り囲むように配置されて、ガスシール12およびボールベアリング13を介してバルブシャフト2の軸方向部を回転方向に摺動可能に支持している。このベアリングホルダ23の内部には、バルブシャフト2の回転軸方向(軸線方向)に真っ直ぐに延びる第2軸受孔66が形成されている。
ベアリングホルダ23は、ガスシール12およびボールベアリング13の周囲を円周方向に取り囲むように配置されて、ガスシール12およびボールベアリング13を介してバルブシャフト2の軸方向部を回転方向に摺動可能に支持している。このベアリングホルダ23の内部には、バルブシャフト2の回転軸方向(軸線方向)に真っ直ぐに延びる第2軸受孔66が形成されている。
次に、本実施例のバルブボディ7の円筒部51の詳細を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
バルブボディ7の円筒部51の内周、つまり流路孔10の流路壁には、図4に示したように、円環状のバルブシール69、突条状の突起71および円筒状の流路壁面72、73が設けられている。
バルブシール69は、流路孔10の周囲を円周方向に取り囲むように設けられている。このバルブシール69は、EGRバルブ1を全閉した時(EGR制御弁の全閉時)にEGRバルブ1の外周端面18との間にエアギャップ(環状隙間)Gを隔てて対向配置されている。
バルブシール69は、流路孔10の周囲を円周方向に取り囲むように設けられている。このバルブシール69は、EGRバルブ1を全閉した時(EGR制御弁の全閉時)にEGRバルブ1の外周端面18との間にエアギャップ(環状隙間)Gを隔てて対向配置されている。
突起71は、バルブボディ7の流路壁面72、73からEGRバルブ1の外周端面18側へ向けて突出している。
ここで、バルブシール69は、円環状の突起71の上流側に形成される第1傾斜面と突起71の下流側に形成される第2傾斜面との交差稜線(突起71の頂き部分)に設けられている。
突起71は、その頂き部分から流路壁面72、73へ向けて徐々に流路孔10の中心軸線側への突き出し量が小さくなる(下り勾配となる)ように傾斜したテーパ面(第1、第2傾斜面)を有している。
ここで、バルブシール69は、円環状の突起71の上流側に形成される第1傾斜面と突起71の下流側に形成される第2傾斜面との交差稜線(突起71の頂き部分)に設けられている。
突起71は、その頂き部分から流路壁面72、73へ向けて徐々に流路孔10の中心軸線側への突き出し量が小さくなる(下り勾配となる)ように傾斜したテーパ面(第1、第2傾斜面)を有している。
バルブシール69は、流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の領域が、エアギャップGへの凝縮水の滞留を防止することが可能な所定値以下に設定されている。また、突起71の第1、第2傾斜面間の角度は、90°よりも小さい鋭角となっている。これにより、強酸性の凝縮水がエアギャップGに滞留することはない。
なお、突起71のテーパ面の代わりに、突起71の頂き部分から流路壁面72、73へ向けて徐々に流路孔10の中心軸線側への突き出し量が小さくなる(下り勾配となる)ように傾斜した凸曲面または凹曲面を採用しても良い。また、突起71の断面形状を、部分円形状としても良い。また、三角形状、台形状等の多角形状や部分球面形状の突起をバルブボディ7の円筒部51の内周方向に複数連続して設けても良い。
なお、突起71のテーパ面の代わりに、突起71の頂き部分から流路壁面72、73へ向けて徐々に流路孔10の中心軸線側への突き出し量が小さくなる(下り勾配となる)ように傾斜した凸曲面または凹曲面を採用しても良い。また、突起71の断面形状を、部分円形状としても良い。また、三角形状、台形状等の多角形状や部分球面形状の突起をバルブボディ7の円筒部51の内周方向に複数連続して設けても良い。
2つの流路壁面72、73は、ハウジング4のバルブボディ7の円筒部51の内周壁に設けられるバルブシール69に隣接して設けられている。これらの流路壁面72、73は、EGRバルブ1を全閉した時(EGR制御弁の全閉時)にエアギャップGよりもEGRバルブ1の外周端面18との間の距離(隙間)を拡げる方向、つまりEGRバルブ1の外周端面18から遠ざかる方向(EGRバルブ1の半径方向の外側(放射方向)に窪(凹)んでいる。
2つの流路壁面72、73のうちの一方の流路壁面72は、突起71に対して流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の上流側に設けられている。また、他方の流路壁面73は、突起71に対して流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の下流側に設けられている。
2つの流路壁面72、73のうちの一方の流路壁面72は、突起71に対して流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の上流側に設けられている。また、他方の流路壁面73は、突起71に対して流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の下流側に設けられている。
[実施例1の作用]
次に、本実施例のEGR制御弁の作用を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
次に、本実施例のEGR制御弁の作用を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
先ず、ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、EGR制御弁のEGRバルブ1の動作状態やエンジンの運転状況を判定するのに必要な各種センサ出力信号やモータ駆動回路に与えられる駆動DUTY値(Duty(%))を取得する。
なお、Duty(%)の代わりに、モータMの内部導体(電機子コイル)に印加されるモータ印加電圧や、モータMの内部導体(電機子コイル)を流れるモータ駆動電流を計測してEGRバルブ1の動作状態であるEGR制御弁のバルブ開度を判定しても良い。
なお、Duty(%)の代わりに、モータMの内部導体(電機子コイル)に印加されるモータ印加電圧や、モータMの内部導体(電機子コイル)を流れるモータ駆動電流を計測してEGRバルブ1の動作状態であるEGR制御弁のバルブ開度を判定しても良い。
ここで、ECUは、ドライバーがアクセルペダルを踏み込んで、エンジンが所定の運転領域(例えば低負荷〜中負荷で、且つ低速回転〜中速回転の領域)に入ると、この運転領域(エンジン負荷およびエンジン回転数)に対応して設定される制御目標値(目標開度、目標EGR率)を計算する。
このとき、ECUは、EGRバルブ1が所定のバルブ開度(全閉位置に対する回転角度)以上に開弁するようにモータ駆動回路にDuty(%)を与える。ECUからモータ駆動回路にDuty(%)が与えられると、モータMの内部導体(電機子コイル)にDuty(%)に対応したモータ印加電圧が印加され、モータMの内部導体(電機子コイル)に開弁方向(または閉弁方向)のモータ駆動電流が流れる。
このとき、ECUは、EGRバルブ1が所定のバルブ開度(全閉位置に対する回転角度)以上に開弁するようにモータ駆動回路にDuty(%)を与える。ECUからモータ駆動回路にDuty(%)が与えられると、モータMの内部導体(電機子コイル)にDuty(%)に対応したモータ印加電圧が印加され、モータMの内部導体(電機子コイル)に開弁方向(または閉弁方向)のモータ駆動電流が流れる。
これにより、EGRバルブ1が開弁側または閉弁側へ駆動されて流路孔10が開かれる。
したがって、エンジンの各気筒の燃焼室から排出された排気ガスの一部がEGRガスとなって排気管からEGRガスパイプに流入し、バルブボディ7の流路孔10を通って吸気管へ導入される。このとき、エアクリーナを通過した新気とEGRガスが混入され、エンジンの各気筒の吸気ポートおよび燃焼室に供給される。
これによって、排気ガス中に含まれる有害物質(例えばNOx等)が低減される。
したがって、エンジンの各気筒の燃焼室から排出された排気ガスの一部がEGRガスとなって排気管からEGRガスパイプに流入し、バルブボディ7の流路孔10を通って吸気管へ導入される。このとき、エアクリーナを通過した新気とEGRガスが混入され、エンジンの各気筒の吸気ポートおよび燃焼室に供給される。
これによって、排気ガス中に含まれる有害物質(例えばNOx等)が低減される。
一方、エンジン負荷が低負荷で、且つエンジン回転数が低速回転の領域、つまりアイドル運転時には、エンジンの燃焼を安定させるために、エンジンの各気筒の燃焼室へのEGRガスの導入を止める(EGRカット)。
また、ドライバーがアクセルペダルを踏み込んで、エンジンの出力を最大限に引き出したい時や加速走行時には、エンジンの各気筒の燃焼室にEGRガスが導入されることを要因とする、エンジンの出力低下を回避するために、エンジンの各気筒の燃焼室へのEGRガスの導入を止める(EGRカット)。
この場合、モータMの回転動力を利用してEGRバルブ1を閉弁方向へ動作(全閉作動)させる。あるいはモータMへの通電をカットして、リターンスプリング21の付勢力(スプリング力)によってEGRバルブ1を全閉位置に戻す。
また、ドライバーがアクセルペダルを踏み込んで、エンジンの出力を最大限に引き出したい時や加速走行時には、エンジンの各気筒の燃焼室にEGRガスが導入されることを要因とする、エンジンの出力低下を回避するために、エンジンの各気筒の燃焼室へのEGRガスの導入を止める(EGRカット)。
この場合、モータMの回転動力を利用してEGRバルブ1を閉弁方向へ動作(全閉作動)させる。あるいはモータMへの通電をカットして、リターンスプリング21の付勢力(スプリング力)によってEGRバルブ1を全閉位置に戻す。
これにより、EGRバルブ1が閉弁側へ駆動または付勢されて流路孔10が閉じられる。
このとき、ハウジング4のバルブボディ7のバルブシール69、つまり円環状の突起71の頂き部分(バルブボディ7の円筒部51の最小内径部)と、EGRバルブ1の外周端面18とがエアギャップGを隔てて対向して配置されるため、流路孔10が閉鎖される。これにより、エアクリーナを通過した清浄な吸気(新気)にEGRガスが混入しない。
このとき、ハウジング4のバルブボディ7のバルブシール69、つまり円環状の突起71の頂き部分(バルブボディ7の円筒部51の最小内径部)と、EGRバルブ1の外周端面18とがエアギャップGを隔てて対向して配置されるため、流路孔10が閉鎖される。これにより、エアクリーナを通過した清浄な吸気(新気)にEGRガスが混入しない。
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、ハウジング4のバルブボディ7の流路壁である円筒部51の内周に円環状の突起71を設け、この突起71の頂き部分をハウジング4のバルブシール69として利用することにより、EGRバルブ1を全閉した時にEGRバルブ1の外周端面18とハウジング4のバルブシール69との間に形成されるエアギャップGよりもEGRバルブ1の外周端面18との間の距離(隙間)を拡げる方向に窪む流路壁面72、73を突起71の上流側および下流側にそれぞれ設けている。
これによって、バルブボディ7の円筒部51の流路壁面72、73から突起71に到達した強酸性の凝縮水は、突起71で塞き止められて、EGRバルブ1の外周端面18とハウジング4のバルブシール69との間のエアギャップG、つまり突起71の頂き部分への強酸性の凝縮水の滞留を抑制することができる。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、ハウジング4のバルブボディ7の流路壁である円筒部51の内周に円環状の突起71を設け、この突起71の頂き部分をハウジング4のバルブシール69として利用することにより、EGRバルブ1を全閉した時にEGRバルブ1の外周端面18とハウジング4のバルブシール69との間に形成されるエアギャップGよりもEGRバルブ1の外周端面18との間の距離(隙間)を拡げる方向に窪む流路壁面72、73を突起71の上流側および下流側にそれぞれ設けている。
これによって、バルブボディ7の円筒部51の流路壁面72、73から突起71に到達した強酸性の凝縮水は、突起71で塞き止められて、EGRバルブ1の外周端面18とハウジング4のバルブシール69との間のエアギャップG、つまり突起71の頂き部分への強酸性の凝縮水の滞留を抑制することができる。
したがって、ハウジング4の材質としてアルミニウムダイカストを採用した場合でも、ハウジング4の流路壁(円筒部51)の腐食量を低減することが可能となるので、EGRバルブ1の外周端面18とハウジング4のバルブシール69との間に形成されるエアギャップGが広がることはない。
また、EGRバルブ1の外周端面18またはEGRバルブ1と一体回転する回転部材とハウジング4のバルブシール69とが直接摺動することはないので、エアギャップGが例えば経年変化等によって広がることもない。
また、EGRバルブ1の外周端面18またはEGRバルブ1と一体回転する回転部材とハウジング4のバルブシール69とが直接摺動することはないので、エアギャップGが例えば経年変化等によって広がることもない。
したがって、EGR制御弁の全閉時、つまりEGRカット時におけるEGRガス洩れ流量の増加を抑制できるので、EGRカット時に吸気管の吸気通路内へEGRガスが流出し、更にはエンジンの各気筒の燃焼室内に流入してEGR率が目標EGR率とズレることによる、エンジンへの悪影響(エミッション不良、エンジンの出力低下等の不具合)の発生を防止することができる。
ところで、吸気の全流量に対するEGRガス流量の比率であるEGR率が過度に高くなると、エンジンの各気筒の燃焼室に供給される吸気中の酸素濃度が低下するので、エンジンの各気筒の燃焼室において失火が発生し、エンジンストール(エンスト)を招く等の不具合が発生する可能性がある。しかし、本実施例のEGR制御弁においては、EGR制御弁の全閉時、つまりEGRカット時におけるEGRガス洩れ流量の増加を抑制できるので、失火に伴うエンスト等の不具合の発生も防止することができる。
ところで、吸気の全流量に対するEGRガス流量の比率であるEGR率が過度に高くなると、エンジンの各気筒の燃焼室に供給される吸気中の酸素濃度が低下するので、エンジンの各気筒の燃焼室において失火が発生し、エンジンストール(エンスト)を招く等の不具合が発生する可能性がある。しかし、本実施例のEGR制御弁においては、EGR制御弁の全閉時、つまりEGRカット時におけるEGRガス洩れ流量の増加を抑制できるので、失火に伴うエンスト等の不具合の発生も防止することができる。
[実施例2の構成]
図5は、本発明の流体制御弁を適用したEGR制御弁(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
図5は、本発明の流体制御弁を適用したEGR制御弁(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
本実施例のEGR制御弁は、アルミニウムダイカストにより所定の形状に形成されたハウジング4を備えている。このハウジング4には、内部にEGRバルブ1およびバルブシャフト2を回転可能に収容するバルブボディ7が一体的に形成されている。このバルブボディ7には、流路孔10の周囲を取り囲む円筒状の円筒部51が設けられている。この円筒部51の内部には、流路孔10が形成されている。
バルブボディ7の円筒部51の内周、つまり流路孔10の流路壁には、図5に示したように、円環状のバルブシール69、円環状の段差81および円筒状の流路壁面82が設けられている。
バルブボディ7の円筒部51の内周、つまり流路孔10の流路壁には、図5に示したように、円環状のバルブシール69、円環状の段差81および円筒状の流路壁面82が設けられている。
バルブシール69は、EGR制御弁の全閉時にEGRバルブ1の外周端面18との間にエアギャップGを隔てて対向配置されている。
流路壁面82は、段差81の頂き部分のバルブシール69に隣接して設けられている。この流路壁面82は、EGR制御弁の全閉時にエアギャップGよりもEGRバルブ1の外周端面18との間の距離(隙間)を拡げる方向に窪(凹)んでいる。また、流路壁面82は、段差81に対して流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の下流側に設けられている。
流路壁面82は、段差81の頂き部分のバルブシール69に隣接して設けられている。この流路壁面82は、EGR制御弁の全閉時にエアギャップGよりもEGRバルブ1の外周端面18との間の距離(隙間)を拡げる方向に窪(凹)んでいる。また、流路壁面82は、段差81に対して流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の下流側に設けられている。
段差81は、バルブボディ7の円筒部51の流路方向に沿って延びる流路壁面82、83間に高低差を付けるものであり、流路孔10を流れるEGRガスの流れ方向の下流側に臨む円環状の段差面84を有している。この段差面84は、バルブボディ7の円筒部51の流路方向に対して直交する垂直方向に延びる段差垂直面である。
ここで、バルブシール69は、段差81の頂き部分、つまり流路壁面83と段差面84との交差稜線近傍に設けられている。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、実施例1と同様な効果を奏する。
ここで、バルブシール69は、段差81の頂き部分、つまり流路壁面83と段差面84との交差稜線近傍に設けられている。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、実施例1と同様な効果を奏する。
[実施例3の構成]
図6は、本発明の流体制御弁を適用したEGR制御弁(実施例3)を示したものである。
ここで、実施例1及び2と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
図6は、本発明の流体制御弁を適用したEGR制御弁(実施例3)を示したものである。
ここで、実施例1及び2と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
本実施例の段差81の段差面84は、図6に示したように、段差81の頂き部分から流路壁面82へ向けて徐々に流路孔10の中心軸線側への突き出し量が小さくなる(下り勾配となる)ように傾斜したテーパ面(傾斜面)となっている。
なお、段差81のテーパ面の代わりに、段差81の頂き部分から流路壁面82へ向けて徐々に流路孔10の中心軸線側への突き出し量が小さくなる(下り勾配となる)ように傾斜した凸曲面または凹曲面を採用しても良い。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、実施例1及び2と同様な効果を奏する。
なお、段差81のテーパ面の代わりに、段差81の頂き部分から流路壁面82へ向けて徐々に流路孔10の中心軸線側への突き出し量が小さくなる(下り勾配となる)ように傾斜した凸曲面または凹曲面を採用しても良い。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、実施例1及び2と同様な効果を奏する。
[変形例]
本実施例では、本発明の流体制御弁を、内燃機関の燃焼室に供給されるEGRガスが流れる排気還流管(ハウジング)内の排気還流路を開閉するEGRバルブを備えたEGR制御弁(EGRガス流量制御弁)に適用しているが、本発明の流体制御弁を、内燃機関の燃焼室に供給される吸気が流れる吸気管(ハウジング)内の吸気通路を開閉するスロットルバルブを備えた吸気絞り弁や吸気流量制御弁等の吸気制御弁に適用しても良い。
なお、流体制御弁の一例である吸気制御弁としては、吸気絞り弁や吸気流量制御弁の他に、タンブル制御弁、スワール制御弁、吸気圧力制御弁、吸気流路切替弁等が考えられる。
本実施例では、本発明の流体制御弁を、内燃機関の燃焼室に供給されるEGRガスが流れる排気還流管(ハウジング)内の排気還流路を開閉するEGRバルブを備えたEGR制御弁(EGRガス流量制御弁)に適用しているが、本発明の流体制御弁を、内燃機関の燃焼室に供給される吸気が流れる吸気管(ハウジング)内の吸気通路を開閉するスロットルバルブを備えた吸気絞り弁や吸気流量制御弁等の吸気制御弁に適用しても良い。
なお、流体制御弁の一例である吸気制御弁としては、吸気絞り弁や吸気流量制御弁の他に、タンブル制御弁、スワール制御弁、吸気圧力制御弁、吸気流路切替弁等が考えられる。
また、本発明の流体制御弁を、内燃機関の排気浄化装置に供給される2次空気が流れる2次空気流路管(ハウジング)内の空気流路を開閉するバルブを備えた2次空気制御弁に適用しても良い。
また、本発明の流体制御弁を、内燃機関の燃焼室から排出される排出ガス(排気)が流れる排気管(ハウジング)内の排気通路を開閉するバルブを備えた排気絞り弁や排気流量制御弁等の排気制御弁に適用しても良い。
なお、流体制御弁の一例である排気制御弁としては、EGR制御弁、排気絞り弁や排気流量制御弁の他に、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気圧力制御弁、排気流路切替弁等が考えられる。
また、本発明の流体制御弁を、内燃機関の燃焼室から排出される排出ガス(排気)が流れる排気管(ハウジング)内の排気通路を開閉するバルブを備えた排気絞り弁や排気流量制御弁等の排気制御弁に適用しても良い。
なお、流体制御弁の一例である排気制御弁としては、EGR制御弁、排気絞り弁や排気流量制御弁の他に、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気圧力制御弁、排気流路切替弁等が考えられる。
本実施例では、EGR制御弁等の流体制御弁の弁体であるEGRバルブ1を駆動するアクチュエータとして、電力の供給を受けてトルクを発生するモータM、このモータMの回転を減速する減速機構(動力伝達機構)を備えた電動アクチュエータ3を採用しているが、アクチュエータとして、負圧制御弁を介して電動バキュームポンプからの負圧により駆動される負圧作動式アクチュエータや、コイルを含む電磁石を備えたリニアソレノイド(電磁アクチュエータ)を採用しても良い。
また、流体制御弁の弁体を構成するバルブとして、バタフライバルブを採用しているが、フラップバルブ、プレートバルブ、ロータリバルブ等の回転型バルブを採用しても良い。
また、流体制御弁の弁体を構成するバルブとして、バタフライバルブを採用しているが、フラップバルブ、プレートバルブ、ロータリバルブ等の回転型バルブを採用しても良い。
本実施例では、本発明の流体制御弁(流量制御弁)として、モータMへの通電停止時に、EGRガスが流れる排気流路(第1流路)を全閉し、モータMへのモータ駆動電流の増加またはモータ印加電圧の増大に伴って排気流路の流路断面積を段階的または連続的に増加させるノーマリクローズ(N/C)タイプの排気流量制御弁(排気絞り弁:EGR制御弁)を採用しているが、本発明の流体制御弁(流量制御弁)として、モータMへの通電停止時に、エアクリーナを通過した新気が流れる吸気流路(第2流路)を全開し、モータMへのモータ駆動電流の増加またはモータ印加電圧の増大に伴って排気流路の流路断面積を段階的または連続的に減少させるノーマリオープン(N/O)タイプの吸気流量制御弁(吸気絞り弁)を採用しても良い。
G エアギャップ(環状隙間)
1 EGRバルブ(流体制御弁の弁体)
2 バルブシャフト(流体制御弁の弁軸)
4 ハウジング
18 EGRバルブの外周端面
51 バルブボディの円筒部
69 バルブボディのバルブシール
71 バルブボディの突起
72 バルブボディの流路壁面
73 バルブボディの流路壁面
1 EGRバルブ(流体制御弁の弁体)
2 バルブシャフト(流体制御弁の弁軸)
4 ハウジング
18 EGRバルブの外周端面
51 バルブボディの円筒部
69 バルブボディのバルブシール
71 バルブボディの突起
72 バルブボディの流路壁面
73 バルブボディの流路壁面
Claims (13)
- (a)内燃機関の燃焼室に連通する流路(10)を有する金属製のハウジング(4、7、51)と、
(b)このハウジング(4、7、51)に回転可能に支持されて、前記流路(10)を流れる流体の流れ方向に対して垂直な回転軸方向に延びるシャフト(2)と、
(c)このシャフト(2)と一体回転可能に連結されて、前記流路(10)を開閉する板状のバルブ(1)と
を備えた流体制御弁において、
前記ハウジング(4、7、51)は、前記流路(10)の周囲を周方向に取り囲むように設けられて、前記バルブ(1)を全閉した時に前記バルブ(1)の外周端面(18)との間にエアギャップ(G)を隔てて対向する環状のバルブシール(69)、およびこのバルブシール(69)に隣接して設けられて、前記エアギャップ(G)よりも前記バルブ(1)の外周端面(18)との間の距離を拡げる方向に窪んだ流路壁面(72、73、83)を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1に記載の流体制御弁において、
前記ハウジング(4、7、51)は、前記流路壁面(72、73)から前記バルブ(1)の外周端面(18)側へ向けて突出した環状の突起(71)を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項2に記載の流体制御弁において、
前記流路壁面(72、73)は、前記突起(71)に対して前記流路(10)を流れる流体の流れ方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられ、
前記バルブシール(69)は、前記突起(71)の頂き部分に設けられていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項2または請求項3に記載の流体制御弁において、
前記突起(71)は、その頂き部分から前記流路壁面(72、73)へ向けて徐々に前記流路(10)の中心軸線側への突き出し量が小さくなるように傾斜したテーパ面または凸曲面または凹曲面を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記ハウジング(4、7、51)は、前記流路(10)を流れる流体の流れ方向の上流側または下流側に臨む環状の段差(81)を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項5に記載の流体制御弁において、
前記流路壁面(83)は、前記段差(81)に対して前記流路(10)を流れる流体の流れ方向の上流側または下流側に設けられ、
前記バルブシール(69)は、前記段差(81)の頂き部分に設けられていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項5または請求項6に記載の流体制御弁において、
前記段差(81)は、その頂き部分から前記流路壁面(83)へ向けて徐々に前記流路(10)の中心軸線側への突き出し量が小さくなるように傾斜したテーパ面または凸曲面または凹曲面を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記バルブシール(69)は、前記流路(10)を流れる流体の流れ方向の領域が、前記エアギャップ(G)への凝縮水の滞留を防止することが可能な所定値以下に設定されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記シャフト(2)は、前記流路(10)の幅に対応した回転軸方向長を有するスリット孔(14)が径方向に貫通して形成して形成されており、
前記バルブ(1)は、前記スリット孔(14)内に挿入した状態で、締結体(15)を用いて締結固定されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記内燃機関の燃焼室に連通する流路とは、前記内燃機関の燃焼室から排出される排気が流れる流路(10)のことであることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記内燃機関の燃焼室に連通する流路とは、前記内燃機関の燃焼室へ供給される吸気が流れる流路(10)のことであることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記バルブとは、前記バルブ(1)を全閉した時に前記ハウジング(4、7、51)の流路方向に対して直交する垂直方向に配置されるプレートバルブ(1)のことであって、 前記バルブシール(69)は、前記プレートバルブ(1)の外周端面(18)を周方向に取り囲むように設けられていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項12のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記流路(10)は、断面円形状を呈し、
前記バルブとは、前記ハウジング(4、7、51)の流路方向の中心軸線と、前記シャフト(2)の回転軸線との交点を中心にして径方向の外側に放射状に拡がる円板状のバタフライバルブ(1)のことであって、
前記バルブシール(69)は、前記バタフライバルブ(1)の外周端面(18)を周方向に取り囲むように設けられていることを特徴とする流体制御弁。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013192834A JP2015059463A (ja) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | 流体制御弁 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016157756A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 株式会社デンソー | Egr装置 |
CN109707856A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-05-03 | 联合汽车电子有限公司 | 阀体连接系统及废气再循环系统 |
JP2019074006A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 株式会社ミクニ | 排気バルブ |
-
2013
- 2013-09-18 JP JP2013192834A patent/JP2015059463A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2016157756A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 株式会社デンソー | Egr装置 |
JP2016194269A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 株式会社デンソー | Egr装置 |
CN107110076A (zh) * | 2015-03-31 | 2017-08-29 | 株式会社电装 | Egr装置 |
JP2019074006A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 株式会社ミクニ | 排気バルブ |
CN109707856A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-05-03 | 联合汽车电子有限公司 | 阀体连接系统及废气再循环系统 |
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