JP2015513037A - 流体循環バルブ - Google Patents

Abstract

本発明は、車両の内燃機関を出て行く排気ガスの一部が取り出されるのを可能とするループ内でのＥＧＲガスの流れを調節するためのバルブ（１）に関する。バルブ（１）は、内部ダクト（２）の境界を定める本体を有すると共にシャッター（３）を備え、そのシャッター（３）は、当該フラップ（３）を第１部分（５）と第２部分（６）とに分ける軸（４）上に枢着されている。前記フラップ（３）は、ダクト（２）内へガスが通過するのを許容する開放位置と、前記通過を妨げる閉鎖位置との間で枢動することができ、その閉鎖位置のときには第１部分（５）と第２部分（６）のうち少なくとも一方が支持要素（７）に当たるようになる。フラップの第１部分（５）は、ある閾値を下回る前記フラップ（３）の開き角について、当該第１部分（５）と支持要素（７）との間におけるガスのための流路断面を縮小させるように、増厚部（９）を有している。

Description

本発明は、流体循環バルブに関する。このタイプのバルブは例えば、車両の内燃機関を出て行く排気ガスの一部を取り出すためのループ内におけるＥＧＲ（排気ガス再循環）の流れを調節するように、その機関へガスを供給するための回路を装備していてもよい。それは、それら一部の排気ガスを当該機関の上流側で再噴射するためである。このタイプのバルブの作動原理は、流体の通過を許容する完全開放位置から、その通過を妨げる閉鎖位置までのフラップの制御された回動に頼っている。本発明の主題は、改良された流体循環バルブである。

かくして、流体循環バルブは、軸上へ枢動するように取り付けられたフラップを含んでいる。その軸は、フラップを第１部分と第２部分とに分けている。フラップの第１部分と第２部分との間の境界は、必ずしも物質的に実体化されるものではない、ということに注目されたい。このプラップが閉鎖位置にあるときには、一般的に当該フラップの第１部分と第２部分とが、それぞれバルブのシールと接触し、そうして当該シールが当該フラップを置くための当たりとして作用する。

図１を参照すると、この図は、バルブにおけるフラップの（パーセント開度として表される）開き角の関数としての、ガスの（キログラム毎時で表される）質量流量を示す線図である。このタイプのバルブでしばしば遭遇する問題は、フラップの小さな開き角に対して、ガス流量が、初めは急速に上昇しすぎており、それから少しの間だけ停滞した後、フラップの角度的な開放が継続するにつれて再び規則的に増大して行く、ということである。実際に、フラップの開き角の関数としてのバルブを通過するガスの質量流量を示す曲線１００は、初めの約０°から５°の角度範囲に渡る流量の急上昇に対応した急勾配の第１区域１０１と、それに続く約５°から１０°の角度範囲に対応する台地に似た第２区域１０２とを示している。当該曲線１００は、ほぼ線形の第３区域１０３で終わっているが、この区域１０３は、約１０°を越える角度範囲に渡ったフラップ開度の関数としての、当該流量の実質的に比例的な増大を示している。線図における他の２つの曲線１０５，１０６は、別のタイプのバルブを通過するガスの質量流量の、当該バルブにおけるフラップの開き角の関数としての、そして当該フラップに可能な開き角の全範囲に渡っての、線形的な変化を示している。これら２つの曲線は、本発明によるバルブにおいて観測されるのが望ましいであろうガス流量の変化を示しているのである。

本発明による流体循環バルブは枢動式の調節用フラップを有しているが、それは当該フラップの小さな開き角に対するガス流量を制限するために構造的な修正を受けている。従って当該バルブを通過するガスの流量は、可能な開き角の範囲全体に渡って線形的なものとなり、かくして非常に小さな開き角において観測されるこの流量の急上昇を除去するのみならず、この急上昇に続くこの流量の停滞の段階に渡っても線形的なものとなる。従って本発明によるバルブは、ガス流量の漸進的な増大を、スムーズに、急変動を伴うことなく確保し、それ故に従来のフラップを装備したバルブよりも優れたガス流量の制御をもたらすものである。

本発明は、内部ダクトの境界を定める本体を有すると共にフラップを含み、そのフラップは、当該フラップを第１部分と第２部分とに分ける軸上に枢動するように取り付けられており、当該フラップは、ダクト内での流体の、特にガスの通過を許容する開放位置と、当該通過を妨げる閉鎖位置との間で枢動するように適合されており、その閉鎖位置のときには、第１部分と第２部分の少なくとも一方が受け部材に当たる、流体循環バルブにある。フラップの第１部分は、ある閾値よりも小さい当該フラップの開き角について当該第１部分と受け要素との間のガス流路断面を縮小させるために、増厚部分を含んでいる。そのような増厚部分の目的は、フラップが開く最初の数瞬におけるガス流量の上昇を遅らせるために、当該フラップが自らを開くように枢動すると直ちにガス流路断面を縮小させることと、従って当該流量の急上昇時に介在する停滞段階を取り除くことである。従って当該バルブにおけるガス流量の上昇は、フラップの閉鎖位置からの漸進的な枢動に対応したバルブを開く段階の間を通じて、何ら傾きの変化を伴わない規則的なものとなる。

当該バルブは、車両の内燃機関を出て行く排気ガスの一部の取出しを可能とするループ内でのＥＧＲガスの流量を調節するためのバルブであってもよい。

当該バルブは、内燃機関の吸気回路内、内燃機関の排気回路内、または内燃機関の吸気口内へと排気ガスが再噴射されるのを可能とする排気ガス再循環ループ内に配置されるバルブであってよい。この再循環ループは、「低圧」ループまたは「高圧」ループであってもよい。

当該バルブは特に、いわゆる「２ポート」バルブである。

或いは当該バルブは、いわゆる「３ポート」バルブであってもよい。そして、当該バルブは再循環ループの入口、即ち再循環ループがそこからの始まるところの排気回路内の位置に配置されていてよい。或いは、いわゆる「３ポート」バルブは、再循環ループの出口、即ち吸気回路において吸気口内へ排気ガスが再噴射される位置に配置されていてよい。

受け部材は、当該バルブのシールから成っていてもよい。

そのシールは、フラップが閉鎖位置にあるとき、フラップの第１部分および第２部分の周辺部において当該バルブを密封し得る。そして、当該バルブの内部構造におけるシールの位置を考慮して、フラップの第１部分上に増厚部分が構成される。

このフラップが閉鎖位置にあるとき、当該フラップの第１部分および第２部分は、それぞれ当該バルブのシールと接触することができ、そして当該シールが、当該フラップを置いておくための受けの役目を果たす。

このフラップが閉鎖位置にあるとき、フラップの第１部分の第１表面が当該バルブのシールと接触し得ると共に、フラップの第２部分の第２表面が当該バルブのシールと接触し得て、第１表面と第２表面とが互いにフラップの反対側の表面である。

フラップの第１表面と第２表面とは、同じ平面内にありながらシールに接触し得る。

フラップの第１部分は、増厚部分がその上にある支持部を含んでいて、増厚部分がフラップの第２部分を支持部に連結していてもよい。

フラップの回転の軸線に沿って測った支持部の幅が、フラップの回転軸線に沿って測った増厚部分の幅よりも大きくなっていてもよい。

増厚部分の輪郭が、フラップの回転の軸線に平行な後壁と、当該回転の軸線に垂直な方向へ伸びる２つの平行側壁とによって境界を定められていて、当該３つの壁が支持部の表面に垂直であってもよい。

増厚部分は如何なる形状を有していてもよく、その主な機能は、フラップの第１部分の寸法を少なくとも１つの方向で増大させることである。

増厚部分は、フラップの第１部分に固定される付加部品にその本質があるか、当該第１部分と一体となるように、その第１部分と共に製造されるかのいずれかであってよい。

一般的に言えば、フラップの小さな開き角は、当該フラップの最初の僅かな開度に相当する。

閾値は１０°未満であることが有利である。１０°未満の開き角に対するガス流量との関係では、フラップの動作は概して臨界的なものである。ガス流量の急上昇と、それに続く当該流量の停滞の段階とが観測され得るのが、この０から１０°の範囲の角度に渡ってのことなのである。

増厚部分は、フラップの第１部分の幅全体を延長していて、当該第１部分の幅が、フラップの回転の軸線に平行であることが好ましい。この構成のために、増厚部分は、フラップの第１部分上に広がった位置を占め、それ故に、当該バルブの内部構造のシールとの協働を通じて、自らの流量調節器の役割を完全に果たすことができるのである。

フラップの第１部分が薄い部分であって、増厚部分が当該第１部分の厚さを増すのに寄与していることが有利である。

増厚部分は、１０°未満の開き角の範囲に渡って一定のガス流路断面をもたらすように構成されていることが好ましい。このようにして、増厚部分の形状寸法は、１０°未満の開き角の範囲に渡って一定のガス流量を確保する目的で、シールと共に一定断面の流路を画成するように、当該シールの位置および形状を考慮して設計される。

一定の流路断面は、増厚部分の平坦な壁によって達成されることが有利である。換言すれば、この平坦な壁は、フラップの回転時に、その表面に対して平行な状態であり続け、前記シールから一定の距離にあり続ける。この壁のおかげで、フラップの小さな開き角の範囲に渡るガス流量を一定のままにすることができる。

フラップの第１部分が略平坦であり、一定のガス流量が達成されるのを可能とする増厚部分の平坦な壁が、当該第１部分の平面に略垂直であることが好ましい。これが、フラップの小さな開き角の範囲に渡って小さくて一定なガス流路断面が達成されるのを可能とする、増厚部分の構造的な特徴である。

フラップの２つの部分同士が、互いに連続していて、互いに一体に連結されていることが有利である。換言すれば、フラップの２つの部分が同時に枢動して、バルブを開いたり閉じたりするのである。

フラップの第１部分において縁部を回転軸線から最大の距離に延長している後縁部が、当該バルブの内部構造の区域と共に、第２ガス流路を形成していることが好ましい。このようにして、バルブを通るガス流量は、２つのやり方：一方ではフラップの小さな開き角に対してガス流を制限する増厚部分のおかげ、他方ではバルブの内部構造に対するフラップの第１部分の位置（これが、増厚部分とシールとの間を既に通過したガスのための第２流路をもたらす）のおかげで調節される。

上述した当該バルブの内部構造の区域が鋳造部分であり、フラップの小さな開き角に対するガス流量が、初めに、シールと共にガス流路断面を縮小させる増厚部分によって調節され、次に、当該鋳造部分と共にフラップの開放移動を通じて一定断面の第２流路を画成するフラップの第１部分の後縁部によって調節されることが有利である。

当該バルブの内部ダクト内へと受け部材が突き出ていてもよい。

本発明によるバルブは、バルブの開放範囲を通じて良好なガス流量の制御を提供し、特に減少したフラップの開き角に渡ってガス流量の線形の規則的な上昇を提供するという利点を有している。本発明によるバルブは、一定の全体寸法のままで製造が容易でありながら、この改善されたガス流量の制御のおかげで、既存の調節用バルブよりも優れた性能を提供するという利点を有している。それら本発明のバルブは、一般的に用いられて比較的低コストな材料を付加することによってバルブが改変されているので、比較的低コストであるという利点を有している。

以下、添付図面を参照して、本発明によるバルブの好適実施形態の詳細な説明を行う。

既に説明した、先行技術の調節用バルブにおけるフラップの開き角の関数としての、そのバルブを通過するガスの質量流量を示す線図。 先行技術のバルブにおけるフラップの斜視図。 本発明によるバルブにおけるフラップの斜視図。 本発明による流体循環バルブの内部構造の、フラップが僅かに開いている図式。

自動車両の内燃機関におけるガス回路は、当該機関にガスを供給する上流側部分（特に、内部を冷気が循環するもの）と、燃焼ガスが車両から排出されるように内部を循環する下流側排気部分とを備えている。そのようなガス回路は一般的に、少なくとも１つのＥＧＲ（排気ガス再循環）ループを含んでいる。そのＥＧＲループは、流入する冷気に排気ガスが混合されるのを可能とするように、下流側排気部分を上流側給気部分へ接続している。これらのＥＧＲループは、機関の全運転状態において常時開放されていてはならないので、当該ループ内を循環する排気ガスの流れを調節するためのＥＧＲバルブがそれぞれに備え付けられている。

図４を参照すると、本発明によるＥＧＲバルブ１は、ガス循環ダクト２と、軸４上に枢動するように取り付けられたフラップ３とを含んでいる。フラップ３は、それが排気ガスの通過を妨げる閉鎖位置と、それが排気ガスの通過を許容する開放位置との間で動くように適合されている。フラップ３は、軸４が当該フラップ３を第１部分５と第２部分６とに分けるようにして、当該軸４上に取り付けられている。当該部分５，６は、平坦で薄く、互いに連続している。それら部分は、単一の部品を構成しているのが好ましい。これら２つの部分５，６は、ちょうど同じ幅を有し、そして当該幅が軸４に沿ったそれらの部分の寸法を構成していてもよいが、第１部分５は、第２部分６よりも短い長さを有している（それらの部分の長さは、当該軸４に垂直な軸線に沿ったそれらの寸法に相当する）。第１部分５と第２部分６とは、互いに１８０°をなしており、それらの部分が軸４の回りを同時に枢動するよう、互いに一体に連結されている。フラップ３が閉鎖位置にあるとき、第１部分５はシールの第１部分７に当たり、第２部分６は第２シール部分８に当たることができる。或いは、システムが平衡状態のままであるように、第２部分６と第２シール部分８との間に数十ミリメートルの隙間が設けられていてもよい。シール７，８は、バルブ１内に取り付けられている。２つのシール部分７，８は、同じ平面内で互いに連続していてもよい。また、フラップ３が完全閉鎖位置にあるときには、第１部分５が第１シール部分７の１つの面に当たる一方で、第２部分６は第２シール部分８の反対側の面に当たる（或いは、上述の変形例に関して言及した隙間を残す）。バルブ１内でのフラップ３の配置は、そのフラップの第１部分５がガスの流入を制御し、当該フラップ３の第２部分６が当該ガスの流出を制御するようになっている。

図２を参照すると、先行技術のバルブにおけるフラップ３０は、一定の厚さを有した矩形の第２部分６を含んでいる。このフラップ３０の第１部分５０は、一定の厚さの略矩形の支持部７０を含んでいる。その支持部７０の上には、異形の（一定でない）厚さを有した略矩形の連結部４０が載せられている。当該連結部４０は、支持部７０に対してフラップ３０の第２部分６を連結している。つまり、支持部７０と接しているこの連結部４０は、観念的にはフラップ３０の第２部分６を延長しており、それらの結合面２０では同じ厚さを有しているが、この連結部４０の厚さは、当該結合面２０に垂直な方向へこの面２０から遠ざかるにつれて次第に減少している。結合面２０はフラップ３０の軸８０に平行である、ということに注目されたい。フラップ３０の第１部分５０におけるＵ字形の周辺部分の厚さが支持部７０の厚さに相当するよう、この支持部７０の寸法が、それと接している連結部４０の寸法よりも大きくなっている。フラップ３０の第２部分６と、連結部４０とが、単一の部品を構成しているのが好ましい。このタイプのフラップ３０は、図１の線図における、５°未満の開き角に対するガス流量の急上昇１０２と、それに続く５°から１０°の開き角に対するこの流量の停滞の段階１０３とに対応したプロファイル１０１をもたらすものである。

図３を参照すると、本発明によるバルブ１のフラップ３は、上述した先行技術のバルブのフラップ３０とは、それらの第１部分５，５０の高さにおいて異なっている。つまり、連結部が、フラップ３の第２部分６を延長する増厚部分９となっていて、第１部分５の支持部７０と接しているが、もはや異形の（一定でない）厚さをではなく一定の厚さを有しているのである。この新たな増厚部分９の一定の厚さは、フラップの第２部分６の厚さに対応している。このようにして、フラップ３における一定の厚さの増厚部分９と第２部分６とが、矩形平行六面体形状の単一部品を構成し得るのである。換言すれば、より包括的なやり方では、本発明による調節用バルブ１におけるフラップ３の第１部分５が、先行技術のバルブにおけるフラップ３０の第１部分５０に比べて相対的に高くされるのである。フラップ３，３０における他の全ての構造的な特徴は、変わらないままである。増厚部分９の輪郭が、軸４に平行な後壁１０と、当該軸４に垂直な方向へ伸びる２つの平行側壁１１とによって境界を定められていて、当該３つの壁１０，１１が支持部７０の表面１２に垂直である、ということを強調するのが大切である。

本発明による調節用バルブ１のフラップ３が完全閉鎖位置にあるとき、当該フラップ３の第２部分６は第２シール部分８と接触し、当該フラップ３の第１部分５における支持部７０の表面１２は第１シール部分７と接触している。図４を参照すると、この図は１０°未満の回転角に相当する僅少開放位置にあるフラップ３を示しているが、そのフラップ３の第１部分５における増厚部分９は、０°から約１０°の回転に相当するフラップ３の移動に渡って一定の小さなガス流路断面Ｊ１を作り出している。この一定の流路断面Ｊ１は、この増厚部分９の後壁１０によって可能とされている。その後壁１０は、この僅かな回転の間は、その表面に平行な平面内を動き、かくして第１シール部分７から一定の距離を保つのである。１０°の回転を越えると、この流路の断面は、フラップ３の完全開放位置までの移動の残部に渡って線形のガス流量を確保するように、漸進的に増加して行く。フラップ３の第１部分５における支持部７０の後縁部１３（これは、フラップ３の軸４に平行な縁部であり、当該軸４から最大の距離にある当該支持部７０の縁部１３を構成している）は、本発明によるバルブ１の内部構造の鋳造壁１４と共に、第２ガス流路Ｊ２を作り出す。この第２流路Ｊ２は、バルブの開放移動を通じて略一定の断面を保持している。このようにして、本発明によるバルブ１のフラップ３がその完全閉鎖位置から開くときに、当該バルブ１を通るガスの質量流量が、初めにフラップ３の第１部分５の増厚部分９と第１シール部分７との間に形成される狭い第１流路Ｊ１のおかげで、次にフラップ３の当該第１部分５の支持部７０とバルブ１の内部構造の鋳造壁１４との間に形成される第２流路Ｊ２のおかげで調節される。本発明による調節用バルブ１のフラップ３は、当該フラップ３の閉鎖位置と開放位置との間での開放移動全体に渡って線形なガスの質量流量が達成されることを可能とする。

本発明の範囲から逸脱することなく、様々な実施形態が作り出され得る。特に、本明細書で言及したシールないしシール部分７，８は、増厚部分９と協働し得る受け要素の一例である。別の部品、例えば鋳造部品や取り付けられた支持体などが、同じ機能を果たすことができる。

Claims (14)

1. 車両の内燃機関を出て行く排気ガスの一部の取出しを可能とするループ内でのＥＧＲガスの流れを調節するためのバルブ（１）であって、内部ダクト（２）の境界を定める本体を有すると共にフラップ（３，３０）を含み、そのフラップ（３，３０）は、当該フラップ（３，３０）を第１部分（５，５０）と第２部分（６）とに分ける軸（４，８０）上に枢動するように取り付けられており、前記フラップ（３，３０）は、前記ダクト（２）内での前記ガスの通過を許容する開放位置と、前記通過を妨げる閉鎖位置との間で枢動することができ、その閉鎖位置のときには前記第１部分（５，５０）と前記第２部分（６）とが受け要素（７，８）に当たり、前記フラップの前記第１部分（５）は、ある閾値よりも小さい前記フラップ（３）の開き角について当該第１部分（５）と前記受け要素（７）との間のガス流路断面を縮小させるために、増厚部分（９）を含んでいる、バルブ（１）。
2. 前記閾値は１０°未満である、請求項１記載のバルブ（１）。
3. 前記受け要素は、当該バルブのシール（７，８）であり、当該バルブが前記閉鎖位置にあるとき、前記フラップの前記第１部分（５，５０）および前記第２部分（６）の周辺部において前記シールが当該バルブを密封する、請求項１と請求項２のいずれか一項に記載のバルブ。
4. 前記フラップ（３）が閉鎖位置にあるとき、前記フラップの前記第１部分（５）の第１表面が当該バルブの前記シール（７，８）と接触すると共に、当該バルブの前記第２部分（６）の第２表面が当該バルブの前記シール（７，８）と接触し、前記第１表面と前記第２表面とが互いに前記フラップの反対側の表面である、請求項３記載のバルブ。
5. 前記増厚部分（９）は、前記フラップ（３）の前記第１部分（５）の幅全体を延長しており、前記第１部分（５）の前記幅は、前記フラップ（３）の前記軸（４）に平行である、請求項１から４のいずれか一項に記載のバルブ（１）。
6. 当該バルブの前記第１部分は、前記増厚部分（９）が上に載せられた支持部（７０）を含んでおり、前記増厚部分（９）が前記フラップの前記第２部分（６）を前記支持部（７０）に連結している、請求項５記載のバルブ（１）。
7. 前記フラップ（３）の回転軸線に沿って測った前記支持部の幅が、前記フラップ（３）の回転軸線に沿って測った前記増厚部分（９）の幅よりも大きくなっている、請求項６記載のバルブ（１）。
8. 前記増厚部分（９）は、１０°未満の開き角の範囲に渡って一定のガス流路断面（Ｊ１）を作り出すように構成されている、前記請求項のうちいずれか一項に記載のバルブ（１）。
9. 前記一定の流路断面（Ｊ１）は、前記増厚部分（９）の平坦な壁（１０）によって作り出される、請求項８記載のバルブ（１）。
10. 前記フラップ（３）の前記第１部分（５）は略平坦であり、一定のガス流路断面（Ｊ１）を作り出すのを可能とする前記増厚部分（９）の前記平坦な壁（１０）は、前記第１部分（５）の平面（１２）に略垂直である、請求項９記載のバルブ（１）。
11. 前記フラップの前記２つの部分（５，６）同士が、互いに連続していて、互いに一体に連結されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のバルブ（１）。
12. 前記フラップ（３）の前記第１部分（５）において縁部を前記軸（４）から最大の距離に延長している後縁部（１３）が、当該バルブ（１）の内部構造の壁（１４）と共に、前記ガスのための第２流路（Ｊ２）を作り出している、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバルブ（１）。
13. 当該バルブ（１）の前記内部構造の壁（１４）は鋳造壁であり、前記フラップ（３）の小さな開き角に対するガス流量が、初めに、前記第１シール部分（７，８）と共に前記ガス流路断面（Ｊ１）を縮小させる前記増厚部分（９）によって調節され、次に、前記鋳造壁（１４）と共に前記フラップ（３）の開放移動を通じて一定の第２流路断面（Ｊ２）を作り出す前記フラップ（３）の前記第１部分（５）の前記後縁部（１３）によって調節される、請求項１２記載のバルブ（１）。
14. 当該バルブ（１）の前記内部ダクト（２）内へと前記受け要素が突き出ている、前記請求項のうちいずれか一項に記載のバルブ（１）。

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