JP2018132064A

JP2018132064A - バルブユニット

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Publication number: JP2018132064A
Application number: JP2018081966A
Authority: JP
Inventors: 考司橋本; Koji Hashimoto; 村上　史佳; Fumiyoshi Murakami; 史佳村上; 宮崎　真輔; Shinsuke Miyazaki; 真輔宮崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: JP6489266B2

Abstract

【課題】バルブユニットにおいて、吸入空気の温度が低い場合であっても、第１弁体への水滴の発生を抑え、ターボチャージャーのコンプレッサの水滴による潰蝕を抑制する。
【解決手段】第２通路３１は、軸線βが直線である筒状の空間として設けられている。そして、第２通路３１を全閉にしている状態の第２弁体２５を、仮に、第１通路３０に向かって軸線β方向に移動させたときに第２弁体２５が通過する通過領域γを考えると、第１弁体２７の回転領域δの一部は通過領域γに存在する。そして、第１弁体２７には、第２通路３１から第１通路３０に流入したＥＧＲガスの流れが第１通路３０における流れの下流側に向かうのを促進する下流側誘導手段５１が設けられている。これにより、第１弁体２７へのＥＧＲガスの到達を抑制することで第１弁体２７への水滴の発生を抑えることができ、コンプレッサの水滴による潰蝕を抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、低圧ＥＧＲ装置を構成するバルブユニットに関する。

従来から、ターボチャージャーを有するエンジン吸排気システムのタービン通過後の低圧の排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと呼ぶことがある。）を吸入空気の流れに還流しコンプレッサへと導く、いわゆる低圧ＥＧＲ装置が知られている。
この低圧ＥＧＲ装置は、吸入空気の流れる吸気流路とＥＧＲガスの流れる低圧ＥＧＲ流路とを備えている。
また低圧ＥＧＲ装置は、吸気流路と低圧ＥＧＲ流路との合流部に発生する負圧を調整する吸気絞り弁体（以下、第１弁体と呼ぶことがある。）と、低圧ＥＧＲ流路の開度を調整する低圧ＥＧＲ調整弁体（以下、第２弁体と呼ぶことがある。）とを備えている。

ここで、接続箇所を減らし部品点数を減少させる目的で第１弁体と第２弁体とを近接して配置したバルブユニットの構成が周知である。
このバルブユニットは、吸気流路の一部を成す第１通路と、低圧ＥＧＲ流路の一部を成す第２通路とを有する通路形成部材を備え、第１通路内に第１弁体を収容し、第２通路内に第２弁体を収容している（例えば、特許文献１参照。）。

近年、バルブユニットの小型化の要望に応えるべく、第１弁体を第２通路に近づけて、通路形成部材において第１弁体の回転領域よりも上流側の部分を削除することが検討されている。
しかし、この場合、第１弁体がＥＧＲガスの流れる第２通路に近づくことになり、第１弁体にＥＧＲガスが当たる可能性が高まる。

しかし、吸入空気が温度の低い低温度域においてＥＧＲガスを還流する場合、吸入空気に晒される第１弁体は低温となっているため、上記のような小型化を施したバルブユニットにおいては、以下のような問題が懸念される。
すなわち、低温の第１弁体にＥＧＲガスが当たった際にＥＧＲガス中の水蒸気が冷やされることで結露してしまい、第１弁体に水滴が発生し、この発生した水滴がターボチャージャーのコンプレッサを潰蝕してしまう虞がある。

特開２０１３−０９６２８６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バルブユニットにおいて、吸入空気の温度が低い場合であっても、第１弁体への水滴の発生を抑え、ターボチャージャーのコンプレッサの水滴による潰蝕を抑制することにある。

本発明のバルブユニットは、エンジンに吸入される吸入空気をターボチャージャーによりエンジンに過給する吸排気システムに組み付けられている。
そして、ターボチャージャーのタービンを通過した低圧の排気ガスである低圧ＥＧＲガスを吸入空気の流れに還流して、ターボチャージャーのコンプレッサに導くために用いられている。

バルブユニットは以下に詳説する通路形成部材、第１弁体、および、第２弁体を備えている。
通路形成部材は、吸入空気が流れる第１通路、および、この第１通路に接続する第２通路を有し、この第２通路に低圧ＥＧＲガスを導入して第１通路を流れる吸入空気に合流させる。
第１弁体は、第１通路に収容され、回転駆動されて吸入空気の流れを絞る。
第２弁体は、第２通路に収容され、回転駆動されて低圧ＥＧＲガスの流れを絞る。

ここで、第２通路は、軸線が直線である筒状の空間として設けられている。
そして、第２通路を全閉にしている状態の第２弁体を、仮に、第１通路に向かって第２通路の軸線方向に移動させたときに第２弁体が通過する通過領域を考えると、第１弁体の回転領域の一部、または、全部は通過領域に存在する。
ここで、第１弁体は、回転領域において厚さ方向が吸入空気の流れ方向とならない板状となっており、第１弁体には、第２通路から第１通路に流入した低圧ＥＧＲガスの流れが第１通路における流れの下流側に向かうのを促進する下流側誘導手段が設けられている。
また、下流側誘導手段は、回転領域の所定位置において軸方向が吸入空気の流れ方向となる第１弁体を貫通する孔となっている。

これにより、バルブユニットにおいて、第１弁体へのＥＧＲガスの到達を抑制することで第１弁体への水滴の発生を抑えることができる。
このため、ターボチャージャーのコンプレッサが水滴によって潰蝕されることを抑制することができる。
なお、孔は、第１弁体の厚さ方向に対して斜めに設けられており、同一径の孔が設けられる場合に厚さ方向に貫通する貫通孔に比して軸方向の長さが長くなっているため、第１弁体の軽量化に寄与することができる。

ターボチャージャーを有するエンジン吸排気システムの概略図である（参考例、実施例１）。バルブユニットの概略図である（参考例）。バルブユニットの構成説明図である（参考例）。（ａ）第１弁体の平面図、（ｂ）バルブユニットの概略図である（実施例１）。第１弁体の平面図である（変形例）

以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。

〔参考例〕
参考例のバルブユニット１を含むエンジン吸排気システム２を、図１を用いて説明する。
エンジン吸排気システム２は、エンジン３に吸入される吸入空気をターボチャージャー４によりエンジン３に過給する吸排気システムとなっており、高圧ＥＧＲ装置５と低圧ＥＧＲ装置６とが設けられている。
なお、この実施例に示すエンジン３は、車両駆動用のディーゼルエンジンであり、吸気を気筒に導く吸気流路７と、気筒内で発生した排気ガスを大気中に排出する排気流路８とを備える。

高圧ＥＧＲ装置５は、ＤＰＦ９の排気上流側で高い排気圧の発生する範囲の排気流路８の内部とスロットルバルブ１０の吸気下流側で、高い吸気負圧の発生する範囲の吸気流路１０の内部を接続して、多量のＥＧＲガスをエンジン３へ戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。
高圧ＥＧＲ装置５は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路７に戻す高圧ＥＧＲ流路１２を備えている。
図１に示す高圧ＥＧＲ装置５において、高圧ＥＧＲ流路１２は、排気流路８側がエキゾーストマニホールドに接続され、吸気流路７側がインテークマニホールドのサージタンク１３に接続されている。

また、図１に示す高圧ＥＧＲ装置１には、高圧ＥＧＲ流路１２の途中に、高圧ＥＧＲ流路１２の開度を調整することでＥＧＲガスの流量調整を行う高圧ＥＧＲ調整弁体１５と、吸気流路７に戻されるＥＧＲガスの冷却を行う高圧ＥＧＲクーラ１６と、吸気流路７に戻されるＥＧＲガスを高圧ＥＧＲクーラ１６から迂回させるバイパス１７と、高圧ＥＧＲクーラ１６とバイパス１７との切り替えを行う切り替え弁１８とが設けられている。
なお、図１は具体例であり、高圧ＥＧＲクーラ１６、バイパス１７および切り替え弁１８を搭載しないものであってもよい。

低圧ＥＧＲ装置６は、ＤＰＦ９の排気下流側で低い排気圧が発生する範囲の排気流路８の内部と、スロットルバルブ１０の吸気上流側で低い吸気負圧の発生する範囲の吸気流路７の内部とを接続して、少量のＥＧＲガスをエンジン３に戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。そして、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気流路７に戻す低圧ＥＧＲ流路２０を備えている。
より具体的には、低圧ＥＧＲ流路２０は、ターボチャージャー４のタービン２１およびＤＰＦ９を通過した排気ガスの一部をターボチャージャー４のコンプレッサ２２に導くように排気流路８側がＤＰＦ９より排気下流側の排気流路８に接続され、吸気流路７側がターボチャージャー４のコンプレッサ２２より吸気上流側の吸気流路７に接続されている。

低圧ＥＧＲ装置６には、低圧ＥＧＲ流路２０の途中に、低圧ＥＧＲ流路の開度を調整することでＥＧＲガスの流量調整を行う低圧ＥＧＲ調整弁体（以下、第２弁体２５と呼ぶことがある。）と、吸気流路７に戻されるＥＧＲガスの冷却を行う低圧ＥＧＲクーラ２６とが設けられている。

また、低圧ＥＧＲ装置６は、吸気流路７と低圧ＥＧＲ流路２０との合流部に吸気負圧を発生させるための吸気絞り弁体（以下、第１弁体２７と呼ぶことがある。）を設けている。
なお、この第１弁体２７により、吸気負圧を発生させることにより、低圧ＥＧＲ装置６においても差圧が確保でき、低圧ＥＧＲ装置６においても多量のＥＧＲガスをエンジン３に還流することができるようになる。

また、第１弁体２７は、吸気流路７を最大に絞った状態であっても、吸気流路７の一部を開放するように設けられるものである。具体的には、第１弁体２７が吸気流路７を最大に絞った状態であっても、吸気流路７の例えば１０％ほどを開放するように設けられるものである。

ここで、第１弁体２７および第２弁体２５はバルブユニット１を構成する。
バルブユニット１は低圧ＥＧＲ装置６を構成するものであり、図２に示すように、吸入空気が流れる第１通路３０、および、この第１通路３０に接続する第２通路３１を有し、この第２通路３１にＥＧＲガスを導入して第１通路３０を流れる吸入空気に合流させる通路形成部材３２を備える。
なお、第１通路は吸気流路７の一部を成し、第２通路３１は低圧ＥＧＲ流路２０の一部を成している。

第１弁体２７は、第１通路３０内に収容される板状のバタフライバルブであり、通路形成部材３２に回動自在に支持される第１シャフト３３と一体に回転駆動されて吸入空気の流れを絞る。
第２弁体２５は、第２通路３１内に収容される板状のバタフライバルブであり、通路形成部材３２に回動自在に支持される第２シャフト３４と一体に回転駆動されてＥＧＲガスの流れを絞る。
なお、第１シャフト３３と第２シャフト３４とは平行配置されている。

ここで、バルブユニット１は、第２弁体２５を回転駆動する１つの電動アクチュエータ３５と、この電動アクチュエータ３５の出力特性を変化させて第１弁体２７を回転駆動するリンク装置３６とを備え、リンク装置３６を介して伝達された電動アクチュエータ３５の出力によって第１弁体２７を回転駆動するように設けられている。
リンク装置３６には、電動アクチュエータ３５の出力特性を変化させて第１弁体２７へ伝達する特性変換部が設けられており、第２弁体２５が所定開度より大きくなってから第２弁体２５の開度アップに連動させて第１弁体２７の開度を小さくするように設けられている。

電動アクチュエータ３５は、通電により回転出力を発生する電動モータ３８（例えば、ＤＣモータ）と、この電動モータ３８の回転出力を減速して出力トルクを増大させる減速機構３９（例えば、歯車減速装置）とを組み合わせたものである。そして、減速機構３９の出力により、第２弁体２５を回転駆動するとともに、リンク装置３６を介して第１弁体２７を回転駆動するものである。

リンク装置３６は、通路形成部材３２の外部に配置されて、電動アクチュエータ３５の出力特性である回動特性を変換して第１弁体２７を駆動するものであり、第２弁体２５と一体に回動するカムプレート４０と、第１弁体２７と一体に回動する従動アーム４１とを備える。

カムプレート４０は、板形状を呈し、耐摩耗性に優れた材料であるナイロン系樹脂等により形成されたものであり、第２シャフト３４に対して直角に固定配置されている。
従動アーム４１も、板形状を呈し、耐摩耗性に優れた材料であるナイロン系樹脂等により形成されたものであり、従動アーム４１の回動端側がカムプレート４０に対して所定の隙間を隔てて重なるように、第１シャフト３３に対して直角に固定配置されている。

リンク装置３６において電動アクチュエータ３５の出力特性を変換する特性変換部は、カムプレート４０の回転中心から離れた位置に設けられたカム溝４３と、従動アーム４１の回転中心から離れた位置に設けられてカム溝４３に嵌り合う係合部４５とによって構成される。
係合部４５は、カム溝４３内に嵌り合う円筒状のローラ４５ａと、従動アーム４１の回動端側に固定されてローラ４５ａを回動自在に支持する軸部４５ｂからなる。

係合部４５を駆動するカム溝４３のカムプロフィールは、第１弁体２７の開度キープ用のカム溝４３ａと第１弁体２７を駆動させるカム溝４３ｂを繋ぎ合せて設けられている。
カム溝４３ａは、カムプレート４０の回転中心と同一中心の円弧溝であり、第２弁体２５が第２通路３１を最大に絞る全閉開度θ０から所定中間開度θ１に至る回動範囲において第１弁体２７の開度を最大開度に保つように設けられている。

カム溝４３ｂは、カム溝４３ａの一方の端部に連続するように連なって形成されており、カムプレート４０の回転中心と異なる中心の円弧溝となっており、第２弁体２５が所定中間開度θ１から最大開度θ２に至る回動範囲において従動アーム４１を回動させて、第１弁体２７の開度を最大開度から第１通路３０を閉じる方向に回動させるように設けられている。

次いで、本発明において特徴的な構成について、図３を用いて説明する。
第１通路３０は、軸線αが直線である円筒空間として設けられている。また、第２通路３１は、軸線βが直線である円筒空間として設けられている。
ここで、軸線αと軸線βとは直交している。

そして、第２通路３１を全閉にしている状態の第２弁体２５を、仮に、第１通路３０に向かって軸線β方向に移動させたときに第２弁体が通過する通過領域γを考えた場合、第１弁体２７の回転領域δの一部は通過領域γに存在している。
ここで、回転領域δは、第１弁体２７が回動した時に第１弁体２７が通過する領域となっている。
なお、第１弁体２７はバルブユニット１の小型化のため第２通路３１に近づくように配されており、通路形成部材３２の第１通路３０流れ上流側の一部が削除されて形成されている。

そして、第２通路３１の第１通路３０流れ上流側の壁に、ＥＧＲガスの流れに対し回転領域δの一部を遮蔽する張り出し部５０が設けられている。
より具体的には、張り出し部５０の通過領域γ内の部分を、仮に、第２通路３１におけるＥＧＲガスの流れる側に向かって軸線β方向に移動させたときに通過する張り出し部通過領域εと回転領域δとの間に重なりが生じていることになる。
なお、張り出し部５０は、第２通路３１と一体に形成されるものであってもよいし、別体に形成された後に第２通路３１に固定されるものであってもよい。

〔参考例の効果〕
参考例のバルブユニット１において、第２通路３１は、軸線βが直線である円筒空間として設けられ、第２通路３１を全閉にしている状態の第２弁体２５を、仮に、第１通路３０に向かって軸線β方向に移動させたときに第２弁体２５が通過する通過領域γを考えると、第１弁体２７の回転領域δの一部は通過領域γに存在する。
そして、第２通路３１の壁には、ＥＧＲガスの流れに対し第１弁体２５の回転領域δの一部を遮蔽する張り出し部５０が設けられている。

これにより、張り出し部５０は、第２通路３１から第１通路３０に流入したＥＧＲガスの流れが、第１弁体２７に向かうのを抑制し、第１通路３０における流れの下流側に向かうのを促進する下流側誘導手段５１として機能している。

このため、バルブユニット１において、第１弁体２７へのＥＧＲガスの到達を抑制することで第１弁体２７への水滴の発生を抑えることができる。
この結果、吸入空気の温度が低い場合であっても、ターボチャージャー４のコンプレッサ２２が水滴によって潰蝕されることを抑制することができる。

〔実施例１〕
実施例１のバルブユニット１を図４に示す。なお、参考例と同一機能物には同一符号を付して示している。
なお、図４（ａ）は、第１弁体２７の平面図を表している。
第１弁体２７は板状のバタフライバルブであり、第１弁体２７の厚さ方向に対して斜めに貫通する孔５２が設けられている。

ここで、第１弁体２７は、図４（ａ）に示すように、シャフト３３の回動中心である軸線ζを回動中心として回動する。また孔５２は、シャフト３３の図示上下部分に軸線ζ方向に軸線ζと平行に複数設けられている。なお、それぞれの孔５２は、軸線ζ方向が長径となる楕円形状を呈している。
これにより、孔５２を通過する吸入空気の流れにより、第１弁体２７へのＥＧＲガスの到達を抑制できる。そして、孔５２は、第２通路３１から第１通路３０に流入したＥＧＲガスの流れが第１通路３０における流れの下流側に向かうのを促進する下流側誘導手段５１として機能している。
また、軸線ζ方向が長径となる楕円形状を呈する孔５２を軸線ζ方向に軸線ζと平行に複数配したことにより、エアカーテン状の気流を形成できるため、第１弁体２７へのＥＧＲガスの到達をより効果的に抑制できる。

このため、参考例と同様に、バルブユニット１において、第１弁体２７へのＥＧＲガスの到達を抑制することで第１弁体２７への水滴の発生を抑えることができる。
この結果、吸入空気の温度が低い場合であっても、ターボチャージャー４のコンプレッサ２２が水滴によって潰蝕されることを抑制することができる。

［変形例］
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例によれば、第１シャフト３３は通過領域γ内に存在していたが、この態様に拘るものではなく、第１シャフト３３を通過領域γ外に配する構成としてもよい。
また、参考例によれば、張り出し部５０は第２通路３１の壁に設けられていたが、張り出し部５０を第１通路３０の壁に設けてもよい。

また、実施例によれば、第１弁体２７と第２弁体２５とはリンク装置３６を介して１つの電動アクチュエータ３５によりそれぞれ回転駆動されるものであったが、第１弁体２７および第２弁体２５をそれぞれ個別の電動アクチュエータ３５によって駆動させてもよい。
また、第１弁体２７と第２弁体２５とをリンク装置３６を介さず１つの電動モータ３５と第１弁体２７と第２弁体２５それぞれを駆動する減速機構３９によって駆動させてもよい。

また、実施例によれば、第１通路３０の軸線αと第２通路３１の軸線βは直交していたが、軸線αと軸線βとが所定の角度で交差するように第１通路３０と第２通路３１とを接続してもよい。
さらに、第１通路３０と第２通路３１との接続に際しては、軸線αと軸線βとが交差しないように第１通路３０と第２通路３１とを接続してもよい。

また、実施例１によれば、孔５２は、軸線ζ方向に軸線ζと平行に複数設けられていたが、孔５２を図５に示すような軸線ζ方向に延びるスリット状の長穴としてもよい。
また、実施例においては、バルブユニット１は、下流側誘導手段５１として張り出し部５０、または、孔５２のいずれかを備えるものであったが、バルブユニット１を、張り出し部５０と孔５２の双方を備える構成としてもよい。

１バルブユニット２エンジン吸排気システム（吸排気システム）３エンジン
４ターボチャージャー２１タービン２２コンプレッサ２５第２弁体
２７第１弁体３０第１通路３２通路形成部材５１下流側誘導手段
β 軸線 γ 通過領域 δ 回転領域

Claims

エンジン（３）に吸入される吸入空気をターボチャージャー（４）により前記エンジン（３）に過給する吸排気システム（２）に組み付けられるユニットであり、
前記ターボチャージャー（４）のタービン（２１）を通過した低圧の排気ガスである低圧ＥＧＲガスを吸入空気の流れに還流して、前記ターボチャージャー（４）のコンプレッサ（２２）に導くために用いられるバルブユニット（１）において、
吸入空気が流れる第１通路（３０）、および、この第１通路（３０）に接続する第２通路（３１）を有し、この第２通路（３１）に低圧ＥＧＲガスを導入して前記第１通路（３０）を流れる吸入空気に合流させる通路形成部材（３２）と、
前記第１通路（３０）に収容され、回転駆動されて吸入空気の流れを絞る第１弁体（２７）と、
前記第２通路（３１）に収容され、回転駆動されて低圧ＥＧＲガスの流れを絞る第２弁体（２５）とを備え、
前記第２通路（３１）は、軸線（β）が直線である筒状の空間として設けられ、
前記第２通路（３１）を全閉にしている状態の前記第２弁体（２５）を、仮に、前記第１通路（３０）に向かって前記第２通路（３１）の軸線（β）方向に移動させたときに前記第２弁体（２５）が通過する通過領域（γ）を考えると、
前記第１弁体（２７）の回転領域（δ）の一部、または、全部は前記通過領域（γ）に存在し、
前記第１弁体（２７）は、前記回転領域（δ）において厚さ方向が吸入空気の流れ方向とならない板状であり、
前記第１弁体（２７）には、前記第２通路（３１）から前記第１通路（３０）に流入した低圧ＥＧＲガスの流れが前記第１通路（３０）における流れの下流側に向かうのを促進する下流側誘導手段（５１）が設けられており、
前記下流側誘導手段（５１）は、前記回転領域（δ）の所定位置において軸方向が吸入空気の流れ方向となる前記第１弁体（２７）を貫通する孔（５２）であることを特徴とするバルブユニット（１）。
請求項１に記載のバルブユニット（１）において、
前記第１弁体（２７）は、軸線（ζ）を回動中心として回動し、
前記孔（５２）は、前記軸線（ζ）方向に複数設けられていることを特徴とするバルブユニット（１）。
請求項１に記載のバルブユニット（１）において、
前記第１弁体（２７）は、軸線（ζ）を回動中心として回動し、
前記孔（５２）は、前記軸線（ζ）方向に延びた長穴であることを特徴とするバルブユニット（１）。