JP2016188606A - ドラム式egrバルブ - Google Patents
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Abstract
【課題】オーバーシュート現象を抑制でき、大流量のEGRガスを流通させることができ、流量特性を容易に設定することができ、良好なシール性を有するドラム式EGRバルブを提供する。【解決手段】ドラム式EGRバルブ1は、ハウジング10と、ハウジングに収容されたドラム状の回転弁30と、ハウジングと回転弁との境界部に設けられたシール部40とを備え、ハウジングには、第1導入通路13と、第2導入通路14と、導出通路15,16とが形成され、回転弁は、閉弁位置の場合に、第1導入通路と導出通路とを遮断し且つ第2導入通路と導出通路とを遮断し、開弁位置の場合に、第1導入通路と導出通路とを連通し且つ第2導入通路と導出通路とを連通し、第1導入通路及び第2導入通路は、互いに回転弁の弁軸20に対して反対の方向から回転弁にEGRガスを導入することを特徴とするものである。【選択図】図1
Description
本発明は、ドラム式EGRバルブに関する。
従来、内燃機関の排気を吸気系に還流するEGR通路に配置されて、EGR通路を通過する排気(EGRガス)の流量を制御するEGRバルブが知られている。このようなEGRバルブとして、弁軸方向に移動するポペット弁を用いたポペット弁式EGRバルブや、弁軸を中心として回転する板状のバラフライ弁を用いたバタフライ弁式EGRバルブ、弁軸を中心として回転するドラム状の回転弁を用いたドラム式EGRバルブ等が知られている。
例えば特許文献1には、ハウジング(特許文献1では円筒ケース本体と称されている)と、ハウジングに収容されたドラム状の回転弁(特許文献1では円筒弁と称されている)とを備えたドラム式EGRバルブが開示されている。
ポペット弁式EGRバルブの場合、全閉時にはポペット弁の片面のみにEGRガスの圧力がかかる。そのため、開弁時においてポペット弁は、ポペット弁のリターンスプリングの力とともにEGRガス圧に打ち勝って開弁する必要がある。そして、ポペット弁が一旦開弁すると、ポペット弁の片面に働いていた圧力が一気に無くなるため、ポペット弁が設定値よりも多く開いてしまい、その結果、設定値よりも多いEGRガスが流動してしまう現象、すなわちオーバーシュート現象が生じる可能性がある。そのため、弁径のサイズが制限される。
また、ポペット弁式EGRバルブでは、ポペット弁の弁軸がEGRガス通路に露出している。そのためポペット弁式EGRバルブの場合、ポペット弁の開弁時にEGRガス通路に露出した弁軸がEGRガスの流通を阻害する。更に、ポペット弁径も制限されるため、大流量のEGRガスを流通させることが困難になる。
また、バタフライ弁式EGRバルブの場合、流量特性を所望の値に設定することは困難である。また、全閉時において、バラフライ弁をEGR通路の内周に押し当てることでEGRガスをシールする構造を採用しているが、このシール構造の場合、EGRガスのリーク量を低く抑えることが構造上困難であるため、EGRガスのシール性は良好とはいえない。
また特許文献1に開示されているドラム式EGRバルブの場合、EGRガスが回転弁に対して一方向からのみ流入する構造となっている。そのため、回転弁を回転させるのに大きな力が必要となるため、ポペット弁式EGRバルブの場合と同様に、オーバーシュート現象が生じる可能性がある。
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、オーバーシュート現象を抑制でき、大流量のEGRガスを流通させることができ、流量特性を容易に設定する
ことができ、良好なシール性を有するドラム式EGRバルブを提供することである。
ことができ、良好なシール性を有するドラム式EGRバルブを提供することである。
上記の目的を達成するための本発明のドラム式EGRバルブは、ハウジングと、前記ハウジングに収容され、閉弁位置と開弁位置との間で回転するドラム状の回転弁と、前記ハウジングと前記回転弁との境界部に設けられたシール部と、を備え、前記ハウジングには、入口から導入されたEGRガスを前記回転弁に導入する第1導入通路と、前記入口から導入されたEGRガスを前記回転弁に導入する第2導入通路と、前記回転弁を通過したEGRガスを出口へ導出する導出通路と、が形成され、前記回転弁は、前記閉弁位置の場合に、前記第1導入通路と前記導出通路とを遮断し且つ前記第2導入通路と前記導出通路とを遮断し、前記開弁位置の場合に、前記第1導入通路と前記導出通路とを連通し且つ前記第2導入通路と前記導出通路とを連通し、前記第1導入通路及び前記第2導入通路は、互いに前記回転弁の弁軸に対して反対の方向から前記回転弁にEGRガスを導入することを特徴とするものである。
本発明に係るドラム式EGRバルブによれば、第1導入通路及び第2導入通路が互いに回転弁の弁軸に対して反対の方向から回転弁にEGRガスを導入しているので、第1導入通路から導入されたEGRガスから回転弁が受ける圧力と、第2導入通路から導入されたEGRガスから回転弁が受ける圧力とをキャンセルさせることができる。それにより、回転弁の回転に要する力が小さくて済むので、回転弁はスムースに回転することができる。したがって、オーバーシュート現象を抑制することができる。また、開弁位置の場合に、第1導入通路と導出通路との間及び第2導入通路と導出通路との間に、ポペット弁式EGRバルブのような弁軸が存在しないので、大流量のEGRガスを流通させることができる。また、回転弁の第1導入通路及び第2導入通路と導出通路とを連通する部分の形状を調整することでドラム式EGRバルブの流量特性を所望の特性に容易に設定することができる。また、ハウジングと回転弁との境界部にシール部が設けられているので、良好なシール性を有している。
上記構成において、前記入口及び前記出口は下方に向かって開口していてもよい。この構成によれば、ハウジング内において凝固水が発生した場合であっても、この凝固水を入口または出口からハウジングの外部に容易に排出することができる。それにより、凝固水によって回転弁の円滑な回転が阻害されたり、回転弁の回転が停止したりすることを抑制することができるとともに、ハウジング等の腐食破損を防止することができる。
上記構成において、前記シール部は、前記ハウジングまたは前記回転弁の前記境界部に対応した部分に設けられた複数の凹部によって構成されたラビリンスシールである構成としてもよい。この構成によれば、境界部からのEGRガスの漏洩を効果的に抑制することができる。
上記構成において、前記回転弁は、該回転弁の弁開度に対するEGRガスの流量の上昇率が該弁開度の上昇に従って徐々に大きくなるように設定されていてもよい。この構成によれば、回転弁の弁開度に対するEGRガスの流量の上昇率を弁開度の上昇に従って徐々に大きくすることができる。それにより、低開度側での流量増加量を抑制することで分解能を上げ、低流量時でのEGRガスのコントロール性を向上させることができる。
本発明に係るドラム式EGRバルブによれば、オーバーシュート現象を抑制でき、大流量のEGRガスを流通させることができ、流量特性を容易に設定することができ、良好なシール性を有することができる。
以下、本発明に係る実施の形態のドラム式EGRバルブについて図面を参照しつつ説明する。
図1は本実施形態に係るドラム式EGRバルブ1(以下、EGRバルブ1と略称する)の閉弁時の状態を模式的に示す断面図である。図2はEGRバルブ1の開弁時の状態を模式的に示す断面図である。図3(a)は図1に示す閉弁時のEGRバルブ1のA−A線断面の模式図である。図3(b)は図3(a)の状態から回転弁30が回転して開弁位置になった状態を模式的に示す断面図である。図4は図1に示すEGRバルブ1のB−B線断面の模式図である。図5はEGRバルブ1の各種通路と回転弁との位置関係を模式的に示す斜視図である。
図1〜図5に示すように、EGRバルブ1は、ハウジング10と、ハウジング10に収容され、弁軸20を中心として閉弁位置と開弁位置との間で回転するドラム状の回転弁30とを備えている。なお、図1〜図5に図示されているXYZの直交座標のうち、Z方向は弁軸20の軸方向である。また、図1及び図2においてZ方向は紙面の奥から手前に向かう方向となっている。弁軸20の回転はアクチュエータ(図示せず)によって行われ、このアクチュエータの制御は内燃機関の制御装置(図示せず)によって行われる。
ハウジング10は、EGRガスが通過するEGR通路100の通路途中に配置されている。具体的にはハウジング10の入口11及び出口12はフランジ形状になっており、入口11は上流側のEGR通路100の下流端に接続し、出口12は下流側のEGR通路100の上流端に接続することで、ハウジング10はEGR通路100の通路途中に接続している。EGRガスは、ハウジング10よりも上流側のEGR通路100より、入口11からハウジング10内に流入する。またEGRガスは、ハウジング10の出口12から排出され、EGR通路100の下流側の部分に流入する。なお、EGR通路100は、内燃機関から排出された排気の一部を吸気系に還流する通路であり、排気通路の途中から分岐して吸気通路の途中に合流している。
本実施形態において入口11及び出口12は、互いにハウジング10の反対側に開口している。具体的には図1、図2、図4及び図5に示すように、入口11はハウジング10のX方向側に開口し、出口12はハウジング10の−X方向側に開口している。
図1〜図5に示すように、ハウジング10には、第1導入通路13、第2導入通路14
、第1導出通路15(図3(a)、図3(b)、図5に図示されている)、及び第2導出通路16が形成されている。また、第1導出通路15及び第2導出通路16は第1導入通路13及び第2導入通路14の外壁を跨ぐように形成されている。第1導入通路13は、入口11から導入されたEGRガスを回転弁30に導入する通路である。第2導入通路14は、入口11から導入されたEGRガスを回転弁30に導入する、第1導入通路13とは異なる通路である。
、第1導出通路15(図3(a)、図3(b)、図5に図示されている)、及び第2導出通路16が形成されている。また、第1導出通路15及び第2導出通路16は第1導入通路13及び第2導入通路14の外壁を跨ぐように形成されている。第1導入通路13は、入口11から導入されたEGRガスを回転弁30に導入する通路である。第2導入通路14は、入口11から導入されたEGRガスを回転弁30に導入する、第1導入通路13とは異なる通路である。
第1導入通路13及び第2導入通路14は、互いに回転弁30の弁軸20に対して反対の方向から回転弁30にEGRガスを導入するように形成されている。具体的には図1、図2及び図5に示すように、本実施形態に係る第1導入通路13は、回転弁30の弁軸20に対して−Y方向側から回転弁30にEGRガスを導入し、第2導入通路14は回転弁30の弁軸20に対してY方向側から回転弁30にEGRガスを導入している。より具体的には、第1導入通路13は、入口11側からY方向に屈曲しながら−X方向に延伸することで1/4円弧状に屈曲した後に、−Y方向に向かって延伸して回転弁30にEGRガスを導入している。また第2導入通路14は、入口11側から−Y方向に屈曲しながら−X方向に延伸することで1/4円弧状に屈曲した後に、Y方向に向かって延伸して回転弁30にEGRガスを導入している。
第1導出通路15及び第2導出通路16(以下、これらを「導出通路」と総称する)は、回転弁30を通過したEGRガスを出口12へ導出する通路である。なお、図3(a)、図3(b)及び図5に示すように、本実施形態に係る第1導出通路15は第2導出通路16よりもZ軸方向で上段側に形成されている。また、図5に示すように、第1導出通路15及び第2導出通路16の下流側部分は合流して出口12に連通している。また、第1導出通路15及び第2導出通路16は、第1導入通路13及び第2導入通路14の通路管の上下を通過している。
第1導入通路13、第2導入通路14、第1導出通路15及び第2導出通路16が上述したように構成されていることで、これら通路をハウジング10の内部にコンパクトに配置することができる。それにより、EGRバルブ1を小型化することができる。
図1、図2、図3(b)及び図4に示すように、回転弁30は、回転弁30の円筒側面のZ軸方向の中央部に、溝31a及び溝31bを有している。なお、溝31bは、回転弁30の溝31aが形成されている側とは反対側に形成されている。図1に示すように、回転弁30が閉弁位置の場合、回転弁30の円筒側面のうち溝31aと溝31bとの間にある円筒側面部32aは、第1導入通路13の下流側端部を閉塞しており、円筒側面部32b(これは円筒側面部32aの反対側にある円筒側面部である)は、第2導入通路14の下流側端部を閉塞している。すなわち、この場合、回転弁30の円筒側面部32aによって第1導入通路13と導出通路とは遮断された状態となり、円筒側面部32bによって第2導入通路14と導出通路とは遮断された状態となる。この場合、EGRガスはハウジング10内を通過しない。すなわち、EGRバルブ1によってEGR通路100は閉の状態になる。
回転弁30が図1の状態から弁軸20回りに所定方向に回転することで図2に示す開弁位置になった場合、溝31aは第1導入通路13と導出通路とを連通し、溝31bは第2導入通路14と導出通路とを連通する。すなわち、この場合、EGRバルブ1によってEGR通路100は開の状態になる。
この場合、入口11から第1導入通路13に流入したEGRガスは、第1導入通路13を通過後に溝31aを通過して、Z方向で上段及び下段に分岐する(図3参照)。上段に分岐したEGRガスは第1導出通路15を通過し、下段に分岐したEGRガスは第2導出
通路16を通過する。また、入口11から第2導入通路14に流入したEGRガスは、第2導入通路14を通過後に溝31bを通過し、Z方向で上段及び下段に分岐する。上段に分岐したEGRガスは第1導出通路15を通過し、下段に分岐したEGRガスは第2導出通路16を通過する。第1導出通路15及び第2導出通路16を通過したEGRガスは最終的に出口12から流出する。
通路16を通過する。また、入口11から第2導入通路14に流入したEGRガスは、第2導入通路14を通過後に溝31bを通過し、Z方向で上段及び下段に分岐する。上段に分岐したEGRガスは第1導出通路15を通過し、下段に分岐したEGRガスは第2導出通路16を通過する。第1導出通路15及び第2導出通路16を通過したEGRガスは最終的に出口12から流出する。
この回転弁30の第1導入通路13及び第2導入通路14と導出通路とを連通する部分の形状、具体的には溝31a及び溝31bの形状を調整することで、例えば次に説明するように、EGRバルブ1の流量特性を所望の特性に容易に設定することができる。
図6はEGRバルブ1の流量特性を説明するためのグラフである。図6の横軸はEGRバルブ1の回転弁30の弁開度(回転角度)を示し、縦軸はEGRバルブ1のハウジング10内を流動するEGRガスの流量(m3/s)を示している。図6の実線200は、本実施形態に係るEGRバルブ1の流量特性を示す曲線であり、点線210は、比較例に係るEGRバルブの流量特性を示す直線である。比較例に係るEGRバルブの場合、弁開度が低開度、中開度及び高開度のいずれにおいても、弁開度に対するEGRガスの流量の上昇率(点線210の傾き)は一定となっている。
これに対して、本実施形態に係るEGRバルブ1の場合、回転弁30の溝31a及び溝31bは、回転弁30の弁開度に対するEGRガスの流量の上昇率(実線200の傾き)が弁開度の上昇に従って徐々に大きくなるように設定されている。それにより、EGRバルブ1の場合、弁開度が「低」の場合におけるEGRガス流量の上昇率よりも弁開度が「中」の場合におけるEGRガス流量の上昇率の方が大きく、弁開度が「中」の場合におけるEGRガス流量の上昇率よりも弁開度が「高」の場合におけるEGRガス流量の上昇率の方が大きくなっている。以上のような流量特性となるように、本実施形態に係る溝31a及び溝31bの形状は設定されている。このように、低開度側で、より流量変化を小さくすることにより、分解能を向上させ、EGRガスの低流量時の微妙なコントロールを可能としている。
再び図1、図2、図3(a)及び図3(b)を参照して、EGRバルブ1のハウジング10と回転弁30との境界部には、EGRガスをシールするシール部40が設けられている。なお図4では、シール部40の図示は省略されている。図1に図示されているシール部40の拡大図を参照して、本実施形態に係るシール部40は、ハウジング10の回転弁30との境界部に対応した部分に設けられた、複数の凹部41からなるラビリンスシールである。
なお、シール部40の他の例を挙げると、例えば、ラビリンスシールはハウジング10の側ではなく、回転弁30の側に設けられていてもよい。すなわち、シール部40は、回転弁30のハウジング10との境界部に対応した部分に設けられた複数の凹部41によって構成されたラビリンスシールであってもよい。あるいは、ラビリンスシールは、ハウジング10及び回転弁30の両方に設けられていてもよい。あるいは、シール部40は、ラビリンスシールに代えて、またはラビリンスシールとともに、ラビリンスシール以外のシール構造(例えば、リップシール等)を備えていてもよい。
以上説明したEGRバルブ1の作用効果をまとめると次のようになる。EGRバルブ1によれば、図1に示すように回転弁30が閉弁位置になることで、入口11から導入されたEGRガスの出口12への導出を停止させることができ、図2に示すように回転弁30が弁軸20回りに回転して開弁位置になることで、入口11から導入されたEGRガスを出口12へ導出させることができる。
また、図1、図2及び図5で説明したように、第1導入通路13及び第2導入通路14が互いに回転弁30の弁軸20に対して反対の方向から回転弁30にEGRガスを導入しているので、第1導入通路13から導入されたEGRガスから回転弁30が受ける圧力と、第2導入通路14から導入されたEGRガスから回転弁30が受ける圧力とをキャンセルさせることができる。それにより、回転弁30の回転に要する力が小さくて済むので、回転弁30がスムースに回転することができる。したがって、回転弁30が設定値よりも多く開いてしまうオーバーシュート現象を抑制することができる。
また、開弁位置の場合に、第1導入通路13と導出通路との間及び第2導入通路14と導出通路との間に、ポペット弁式EGRバルブのような弁軸が存在しないので、大流量のEGRガスを流通させることができる。
また、図6で説明したように、回転弁30の第1導入通路13及び第2導入通路14と導出通路とを連通する部分の形状、具体的には溝31a及び溝31bの形状を調整することでEGRバルブ1の流量特性を所望の特性に容易に設定することができる。
また、ハウジング10と回転弁30との境界部にシール部40が設けられているので、良好なシール性を有している。
また、EGRバルブ1によれば、シール部40がラビリンスシールによって構成されているので、境界部からのEGRガスの漏洩を効果的に抑制することができる。
また、EGRバルブ1によれば、図6で説明したように、低開度での流量増加量を抑制することで分解能を向上させることができるので、エミッションコントロール性を向上させることができる。
なお、本実施形態において、入口11に対し、出口12の位置は弁軸20に対して反対側に設けられているが、この構成に限定されるものではない。例えば出口12は、ハウジング10の入口11、第1導入通路13及び第2導入通路14以外の箇所であれば、どの箇所に設けられていてもよい。
(変形例)
図7は、本実施形態の変形例に係るドラム式EGRバルブ1a(以下、EGRバルブ1aと略称する)を説明するための模式図であり、具体的にはEGRバルブ1aの入口11及び出口12の位置が分かるようにEGRバルブ1aの外観を模式的に図示したものである。なお本変形例において、弁軸20の方向であるZ方向は水平方向(地面に平行な方向)となっており、−X方向(紙面の奥から手前に向かう方向)は下方、すなわち重力の方向となっている。
図7は、本実施形態の変形例に係るドラム式EGRバルブ1a(以下、EGRバルブ1aと略称する)を説明するための模式図であり、具体的にはEGRバルブ1aの入口11及び出口12の位置が分かるようにEGRバルブ1aの外観を模式的に図示したものである。なお本変形例において、弁軸20の方向であるZ方向は水平方向(地面に平行な方向)となっており、−X方向(紙面の奥から手前に向かう方向)は下方、すなわち重力の方向となっている。
EGRバルブ1aは、入口11及び出口12が共に下方に向かって開口している点において、主として図1〜図5に示すEGRバルブ1と異なっている。具体的には本変形例に係るEGRバルブ1aの入口11及び出口12は、ハウジング10の下方側の側面のフランジ50の面に、下方に向かって開口するように形成されている。なお、図7において入口11は出口12よりもZ方向で上段側に位置しているが、入口11及び出口12は下方に向かって開口していればよく、入口11及び出口12の相対位置は図7に示す位置に限定されるものではない。
本変形例に係るEGRバルブ1aによれば、前述したEGRバルブ1の作用効果に加えて以下の作用効果を奏することができる。具体的にはEGRバルブ1aによれば、入口11及び出口12が下方に向かって開口しているので、ハウジング10内において凝固水が発生した場合であっても、この凝固水を入口11または出口12からハウジング10の外部に容易に排出することができる。それにより、凝固水によって回転弁30の円滑な回転が阻害されて回転不良が生じたり、回転弁30が停止したりすること(すなわち、凍結によるEGRバルブ1aの作動停止現象)を抑制できるとともに、ハウジング10等の腐食破損を防止することができる。
さらに、本変形例によれば、入口11及び出口12を一体のフランジ50に形成することで、フランジ50の機械加工の抑制によるコスト低減を実現できるとともに、入口11及び出口12それぞれの配管を独立して接合したものを一体化とすることができ、配管の簡素化とコンパクトなレイアウトが可能となる。
また、弁軸20の方向が水平方向であるので、弁軸20の方向が水平方向でない場合(例えば垂直方向の場合等)に比較して、ハウジング10に設けられている弁軸20の軸受部(図示せず)や、この軸受部に設けられたシール部(図示せず)等にカーボン等の不純物が入り込むことを抑制することができる。それにより、このような不純物によってEGRバルブ1aの弁軸20の回転動作が阻害されることを抑制することができる。
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
1 ドラム式EGRバルブ
10 ハウジング
11 入口
12 出口
13 第1導入通路
14 第2導入通路
15 第1導出通路
16 第2導出通路
20 弁軸
30 回転弁
31a,31b 溝
40 シール部
41 凹部
50 フランジ
10 ハウジング
11 入口
12 出口
13 第1導入通路
14 第2導入通路
15 第1導出通路
16 第2導出通路
20 弁軸
30 回転弁
31a,31b 溝
40 シール部
41 凹部
50 フランジ
Claims (4)
- ハウジングと、
前記ハウジングに収容され、閉弁位置と開弁位置との間で回転するドラム状の回転弁と、
前記ハウジングと前記回転弁との境界部に設けられたシール部と、を備え、
前記ハウジングには、入口から導入されたEGRガスを前記回転弁に導入する第1導入通路と、前記入口から導入されたEGRガスを前記回転弁に導入する第2導入通路と、前記回転弁を通過したEGRガスを出口へ導出する導出通路と、が形成され、
前記回転弁は、前記閉弁位置の場合に、前記第1導入通路と前記導出通路とを遮断し且つ前記第2導入通路と前記導出通路とを遮断し、前記開弁位置の場合に、前記第1導入通路と前記導出通路とを連通し且つ前記第2導入通路と前記導出通路とを連通し、
前記第1導入通路及び前記第2導入通路は、互いに前記回転弁の弁軸に対して反対の方向から前記回転弁にEGRガスを導入することを特徴とするドラム式EGRバルブ。 - 前記入口及び前記出口は下方に向かって開口している請求項1記載のドラム式EGRバルブ。
- 前記シール部は、前記ハウジングまたは前記回転弁の前記境界部に対応した部分に設けられた複数の凹部によって構成されたラビリンスシールである請求項1または2に記載のドラム式EGRバルブ。
- 前記回転弁は、該回転弁の弁開度に対するEGRガスの流量の上昇率が該弁開度の上昇に従って徐々に大きくなるように設定されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のドラム式EGRバルブ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015069106A JP2016188606A (ja) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | ドラム式egrバルブ |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015069106A JP2016188606A (ja) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | ドラム式egrバルブ |
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