JP2015124640A - Ｅｇｒバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体９に排気脈動圧が印加されてシャフト８が撓んだ場合に、シャフト８のグリス溝８ａに発生する応力を低下させることができるＥＧＲバルブ装置１を提供する。
【解決手段】ＥＧＲバルブのシャフト８は、ＥＧＲ通路２の内部に突き出る一方の端部の外周にグリス溝８ａが形成され、そのグリス溝８ａにグリスが塗布されている。このシャフト８をハウジング３の内部へ挿入する際に、グリス溝８ａに保持されたグリスがオイルシール１１のリップ１１ａに掻き取られる様にしてリップ１１ａ内に塗布される。
また、弁体９には、シャフト８の軸長方向に沿って弁体９を斜めに貫通する貫通孔９ａが形成され、この貫通孔９ａにシャフト８の一方の端部が圧入され、且つ、貫通孔９ａより突き出るシャフト８の先端部に弁体９が溶接される。これにより、排気脈動圧が弁体９に印加されてシャフト８が撓んだ場合でも、グリス溝８ａに発生する応力を低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関より排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲバルブ装置に関する。

従来、内燃機関の燃焼室より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を内燃機関の吸気系に再循環させるＥＧＲバルブ装置が知られている（特許文献１参照）。
このＥＧＲバルブ装置は、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路の開口面積を可変するＥＧＲバルブの開度に応じてＥＧＲガス量を調整する。
ＥＧＲバルブは、図３に示すように、軸受１００を介してハウジング１１０に回転自在に支持されるシャフト１２０と、このシャフト１２０の先端部に溶接固定されてＥＧＲ通路１３０内に配置される円板状の弁体１４０とで構成される。なお、ＥＧＲ通路１３０の前後に記載した矢印は、ＥＧＲガスの流れ方向を示している。

シャフト１２０を通すハウジング１１０の内部には、シャフト１２０の軸長方向において軸受１００より反ＥＧＲ通路側（図示上側）にＥＧＲガスの漏れを防止するオイルシール１５０が配置される。このオイルシール１５０は、シャフト１２０の外周面に押圧されるゴム製のリップを有し、ハウジング１１０の内部にシャフト１２０を挿入する際に、耐摩耗性を向上させるためのグリスがリップ内に塗布される。
すなわち、シャフト１２０は、軸長方向の略中央部にグリスを保持する溝部（グリス溝１２１と呼ぶ）が全周に形成されており、このシャフト１２０をハウジング１１０内に挿入することで、グリス溝１２１に保持されているグリスがリップに掻き取られる様にしてリップ内に塗布される。

特開２００７−２８５３１１号公報

ところで、ＥＧＲ通路１３０内に配置される弁体１４０には、実機環境において排気脈動圧が印加され、ＥＧＲ通路１３０の開口面積が最小となるバルブ全閉時に排気脈動圧が最大となる。
ここで、シャフト１２０の軸受け構成は、軸長方向の中央部付近を軸受１００で受ける片持ち構造となっている。このため、シャフト１２０の先端部に固定される弁体１４０に排気脈動圧が加わると、シャフト先端部が作用点および軸受部が支点となって、排気脈動圧の大きさに応じた曲げモーメントがシャフト１２０に加わる。その結果、シャフト１２０に撓が生じ、その撓み量に応じた応力がグリス溝１２１に発生する。

グリス溝１２１に発生する応力は、グリス溝１２１が切り欠き形状となっているため、グリス溝１２１が形成されていない単純な円柱形状と比較すると数倍にもなる。従って、グリス溝１２１に発生する応力値がシャフト材の許容値を超えると、シャフト１２０が折損に至る恐れがある。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、弁体に排気脈動圧が印加されてシャフトが撓んだ場合に、シャフトのグリス溝に発生する応力を低下させることができるＥＧＲバルブ装置を提供することにある。

請求項１に係る本発明は、内燃機関より排出される排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと言う）を内燃機関の吸気側へ還流させるＥＧＲシステムに用いられるＥＧＲバルブ装置であって、内部をＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を形成するハウジングと、このハウジング内に軸受を介して回転自在に支持されると共に、一方の端部がＥＧＲ通路の内部へ突き出るシャフトと、このシャフトの一方の端部に固定されてＥＧＲ通路の内部に配置され、シャフトと一体に回転してＥＧＲ通路の開口面積を可変する弁体と、ハウジング内の軸受より反ＥＧＲ通路側に配置され、シャフトの外周面にリップを押圧してＥＧＲガスの漏れを防止するオイルシールとを備え、シャフトは、ＥＧＲ通路の内部へ突き出る一方の端部の外周にグリスを保持するグリス溝が形成され、このシャフトをハウジング内へ挿入する際に、グリス溝に保持されたグリスがオイルシールのリップに塗布されることを特徴とする。

上記の構成によれば、弁体が固定されるシャフトの一方の端部にグリス溝が形成されるので、排気脈動圧が弁体に印加されてシャフトが撓んでも、グリス溝に発生する応力を低減できる。つまり、シャフトが撓んだ場合の支点となる軸受け部（軸受に支持されている部分）にグリス溝を形成していないので、特許文献１の従来技術と比較して、グリス溝に発生する応力を小さくできる。
また、軸受け部にグリス溝を形成する必要がないので、軸受け部のシャフト形状を円柱形状にできる。このため、シャフトの軸受け部に発生する最大応力が低減されるので、特許文献１に開示されたシャフト形状と比較して許容排気脈動圧値を向上できる。

実施例１に係るＥＧＲバルブ装置の断面図である。 図１に示すＥＧＲバルブ装置の要部を示す断面図である。 従来技術に係るＥＧＲバルブ装置の要部を示す断面図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
本発明のＥＧＲバルブ装置１は、エンジン（本発明の内燃機関）より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気側に還流させるＥＧＲシステムに用いられて、エンジンの排気管と吸気管（共に図示せず）とを連通する排ガス還流管に接続される。
ＥＧＲバルブ装置１は、図１に示すように、ＥＧＲ通路２を形成するハウジング３と、ＥＧＲ通路２を流れるＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブ（後述する）と、このＥＧＲバルブを駆動するバルブ駆動手段と、ＥＧＲバルブの開度を検出する回転角センサ等を備える。

ハウジング３は、例えばアルミダイカストにより製造され、ハウジング３の内部をＥＧＲ通路２が図示左右方向に貫通して形成される。但し、ＥＧＲ通路２は、ＥＧＲガスが流入するＩＮ側（図示左側）とＥＧＲガスが流出するＯＵＴ側（図示右側）との間にＥＧＲガスの流れ方向が変化する屈曲部が設けられている。つまり、屈曲部よりＩＮ側のＥＧＲ通路２の軸心方向とＯＵＴ側のＥＧＲ通路２の軸心方向とが所定の角度で交差している。また、屈曲部よりＩＮ側のＥＧＲ通路２には、金属製（例えばステンレス製）の円筒ノズル４が挿入されている。なお、図１に示すＥＧＲ通路２の前後に記載した矢印は、ＥＧＲガスの流れ方向を示している。

ＥＧＲ通路２のＩＮ側が開口するハウジング３のＩＮ側端面には、排気管に繋がるＩＮ側の排ガス還流管５が接続され、ＥＧＲ通路２のＯＵＴ側が開口するハウジング３のＯＵＴ側端面には、吸気管に繋がるＯＵＴ側の排ガス還流管（図示せず）が接続される。
ＥＧＲバルブは、ハウジング３内に二つの軸受６、７を介して回転自在に支持されるシャフト８と、このシャフト８の一方の端部に固定される円板状の弁体９とで構成される。弁体９の外周には、ＥＧＲ通路２を全閉するバルブ全閉時（図１に示す状態）のシール性を確保するためにシールリング１０が装着される。

二つの軸受６、７の具体例として、図１では軸受６にボールベアリング、軸受７に滑り軸受を用いている。二つの軸受６、７の間には、ＥＧＲガスの漏れを防止するためのオイルシール１１が配設される。このオイルシール１１は、図２に示すように、径方向の内周にゴム製のリップ１１ａを有し、このリップ１１ａがシャフト８の外周面に押圧されることでシャフト８の外周を気密にシールしている。
また、シャフト８の軸長方向において軸受７のＥＧＲ通路２側、すなわち反オイルシール側には、ＥＧＲガスに含まれるカーボンデポジット等の異物が軸受７内の摺動隙間へ侵入することを防止するシール部材１２が配置される。

バルブ駆動手段は、電力の供給を受けて回転トルクを発生するモータ（図示せず）と、このモータの回転トルクを増幅してシャフト８に伝達するギヤトレインとで構成される。
モータは、例えば直流モータであり、ＥＣＵ（図示せず）によって通電制御される。
ギヤトレインは、複数の平歯車を噛み合せて構成される。具体的には、モータの出力軸に取り付けられるピニオンギヤ（図示せず）と、シャフト８の他方の端部に取り付けられるバルブギヤ１３（図１参照）と、ピニオンギヤの回転をバルブギヤ１３に伝達する中間ギヤ（図示せず）とで構成される歯車減速手段である。

回転角センサは、例えば、バルブギヤ１３の内周に永久磁石１４が取り付けられ、この永久磁石１４の内側にホールＩＣ１５を配置して構成される。ホールＩＣ１５は、バルブギヤ１３と共に永久磁石１４が回転することで、ホール素子を貫く磁束密度に比例した電気信号をＥＣＵへ出力する。
ＥＣＵは、アクセル開度やエンジン回転数等から把握されるエンジンの運転状態に応じてＥＧＲバルブの目標開度を演算し、ホールＩＣ１５によって検出されるＥＧＲバルブの実開度が目標開度と一致するようにモータへの供給電力をフィードバック制御する。

続いて、本発明の特徴を有するＥＧＲバルブの構成を詳細に説明する。
ＥＧＲバルブのシャフト８は、図１に示すように、ＯＵＴ側のＥＧＲ通路２の軸心方向と直交して配置され、一方の端部がＩＮ側のＥＧＲ通路２の内部へ突き出ている。この一方の端部の外周には、図２に示すように、グリス溝８ａが全周に形成され、シャフト８をハウジング３の内部へ挿入する前に、予めグリス溝８ａにグリスが塗布される。
このシャフト８をハウジング３の内部へ挿入する際に、グリス溝８ａに保持されたグリスがオイルシール１１のリップ１１ａに掻き取られる様にしてリップ１１ａ内に塗布される。なお、シール部材１２、軸受７、オイルシール１１、軸受６は、シャフト８をハウジング３の内部へ挿入する以前にハウジング３の内部に組み付けられる。
また、オイルシール１１のリップ１１ａの内径をＤ１、グリス溝８ａが形成されたシャフト８の外径をＤ２とすると、Ｄ２＞Ｄ１の寸法関係が成立している（図２参照）。

弁体９は、ＥＧＲ通路２の内部に配置されて、シャフト８の軸長方向に対し所定の角度だけ傾斜した状態でシャフト８の一方の端部に固定され、シャフト８と一体に回転することでＩＮ側のＥＧＲ通路２の開口面積を可変する。この弁体９には、図２に示すように、シャフト８の軸長方向に沿って弁体９を斜めに貫通する貫通孔９ａが形成され、この貫通孔９ａにシャフト８の一方の端部が圧入される。また、貫通孔９ａより突き出るシャフト８の先端部を弁体９に溶接（例えばＴＩＧ溶接、レーザ溶接）して両者が結合される。
ここで、弁体９の貫通孔９ａに圧入されるシャフト８の軸方向範囲、つまりシャフト８の全周が貫通孔９ａに覆われる部分をシャフト圧入部と呼ぶ時に、上記のグリス溝８ａはシャフト圧入部に形成されている。よって、シャフト８の一方の端部を弁体９の貫通孔９ａに圧入した状態で、グリス溝８ａが貫通孔９ａより外側に露出することはない。

〔実施例１の作用および効果〕
実施例１のＥＧＲバルブ装置１は、弁体９が固定されるシャフト８の一方の端部にグリス溝８ａを形成しているので、排気脈動圧が弁体９に印加されてシャフト８が撓んだ場合でも、グリス溝８ａに発生する応力を低減できる。つまり、弁体９に排気脈動圧が印加されてシャフト８が撓んだ場合に、その支点となるシャフト軸受け部（軸受７に支持されている部分）にグリス溝８ａが形成されていないので、特許文献１の従来技術と比較してグリス溝８ａに発生する応力が小さくなる。

また、シャフト軸受け部の形状は、段差や切り欠き等が形成されていない単純な円柱形状である。つまり、シャフト軸受け部にグリス溝８ａが形成されていないので、シャフト軸受け部に発生する最大応力が低減される。これにより、特許文献１に開示されたシャフト形状と比較して許容排気脈動圧値を向上できるので、例えばシャフト８の折損を回避するためにシャフト径を大きくする等の大幅な設計変更は不要である。
さらに、グリス溝８ａが形成されたシャフト８の一方の端部を弁体９の貫通孔９ａに圧入し、貫通孔９ａより突き出るシャフト先端部を弁体９に溶接するので、溶接部位にグリスが付着することはない。つまり、グリス溝８ａが貫通孔９ａの内部に隠れているので、グリス溝８ａに存在するグリスが溶接強度に悪影響を与えることはなく、従来と同等の溶接強度を確保できる。

１ ＥＧＲバルブ装置
２ ＥＧＲ通路
３ ハウジング
７ 軸受
８ シャフト
８ａ グリス溝
９ 弁体
９ａ 弁体に形成される貫通孔
１１ オイルシール
１１ａ オイルシールのリップ

Claims (2)

1. 内燃機関より排出される排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと言う）を前記内燃機関の吸気側へ還流させるＥＧＲシステムに用いられるＥＧＲバルブ装置（１）であって、
   内部をＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路（２）を形成するハウジング（３）と、
   このハウジング（３）内に軸受（７）を介して回転自在に支持されると共に、一方の端部が前記ＥＧＲ通路（２）の内部へ突き出るシャフト（８）と、
   このシャフト（８）の一方の端部に固定されて前記ＥＧＲ通路（２）の内部に配置され、前記シャフト（８）と一体に回転して前記ＥＧＲ通路（２）の開口面積を可変する弁体（９）と、
   前記ハウジング（３）内の前記軸受（７）より反ＥＧＲ通路側に配置され、前記シャフト（８）の外周面にリップ（１１ａ）を押圧してＥＧＲガスの漏れを防止するオイルシール（１１）とを備え、
   前記シャフト（８）は、前記ＥＧＲ通路（２）の内部へ突き出る一方の端部の外周にグリスを保持するグリス溝（８ａ）が形成され、このシャフト（８）を前記ハウジング（３）内へ挿入する際に、前記グリス溝（８ａ）に保持されたグリスが前記オイルシール（１１）のリップ（１１ａ）に塗布されることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
2. 請求項１に記載したＥＧＲバルブ装置（１）において、
   前記弁体（９）には、前記シャフト（８）の軸長方向に沿って前記弁体（９）を斜めに貫通する貫通孔（９ａ）が形成され、
   前記シャフト（８）は、前記一方の端部が前記貫通孔（９ａ）に圧入されると共に、前記貫通孔（９ａ）より突き出るシャフト先端部を前記弁体（９）に溶接して固定され、且つ、前記貫通孔（９ａ）に圧入される範囲内に前記グリス溝（８ａ）が形成されていることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。

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