JP2022003237A - EGR valve - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書に開示される技術は、EGRガスを還流するためのEGR通路に設けられる内開弁式のEGR弁に関する。 The technique disclosed herein relates to an internally open EGR valve provided in an EGR passage for refluxing EGR gas.
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載される内開弁式のEGR弁が知られている。このEGR弁は、流路を有するハウジングと、流路に設けられた弁座と、弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、一端部に弁体が設けられた弁軸と、弁軸をその軸線方向へ往復運動させるためのアクチュエータとを備える。流路は、弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、弁体は下流側流路にて弁座に着座可能に配置される。アクチュエータは雄ねじを有する駆動軸と、駆動軸を軸線方向へ往復動させるために雄ねじに螺合される雌ねじを有するロータと、ロータを回転させるコイルとを含む。雄ねじと雌ねじとの間には、駆動軸の軸線方向において所定のバックラッシが設けられる。駆動軸には、弁体を閉弁方向へ付勢する閉弁スプリングが設けられる。弁軸と駆動軸との間には、電磁クラッチが設けられる。このEGR弁では、その全閉時に、下流側流路に吸気負圧が作用したり、上流側流路に排圧が作用したりすると、弁体が開く方向へ移動するので、吸気負圧や排圧に対抗して弁体を閉弁方向へ付勢する閉弁スプリングが設けられる。
Conventionally, as a technique of this kind, for example, an internally open type EGR valve described in
ここで、内開弁式のEGR弁は、その開弁時に弁軸が弁座の弁孔から離れるので、外開弁式のEGR弁に比べて次のようなメリットがある。すなわち、弁体の外径を等しくした場合、内開弁式では、EGRガスの最大流量が外開弁式よりも増加する。そのため、内開弁式では、所定の最大流量を得るための弁体の外径を外開弁式よりも小さくすることができ、結果として、低流量域の流量分解能を向上させることができる。このようなメリットが得られることから、内開弁式のEGR弁の利用の要請が高まっている。 Here, the internal valve opening type EGR valve has the following merits as compared with the external valve opening type EGR valve because the valve shaft is separated from the valve hole of the valve seat when the valve is opened. That is, when the outer diameters of the valve bodies are made equal, the maximum flow rate of the EGR gas in the internal valve opening type increases as compared with the external valve opening type. Therefore, in the internal valve opening type, the outer diameter of the valve body for obtaining a predetermined maximum flow rate can be made smaller than that in the external valve opening type, and as a result, the flow rate resolution in the low flow rate region can be improved. Since such merits are obtained, there is an increasing demand for the use of an internally open valve type EGR valve.
ところが、特許文献1に記載の内開弁式のEGR弁では、その全閉時には、閉弁スプリングの付勢力により駆動軸が閉弁方向へ押され、雄ねじのねじ山が雌ねじのねじ山に当たった状態で弁体が弁座に着座することになる。この状態で、雌ねじと雄ねじとの間には、駆動軸が開弁方向へ動き得るバックラッシ(隙間)が存在している。このため、弁体に吸気負圧又は排圧が作用すると、弁体から弁軸を介して駆動軸へ開弁方向の力が作用し、バックラッシの分だけ雄ねじが移動し、弁体が微小に開弁してしまうことになる。この結果、EGRガスが下流側流路へ漏れ、不要なEGRガスが吸気通路へ流れてしまうおそれがある。
However, in the internally open type EGR valve described in
上記問題の対応策として、閉弁スプリングの付勢力(張力)を、吸気負圧や排圧に対抗できる程度に増大させることが考えられるが、閉弁スプリングが大型化したり、雄ねじと雌ねじとの間で摩耗が増加したりするおそれがあるので、好ましくない。 As a countermeasure to the above problem, it is conceivable to increase the urging force (tension) of the valve closing spring to the extent that it can withstand the intake negative pressure and the exhaust pressure. It is not preferable because the wear may increase between them.
この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内開弁式のEGR弁において、全閉時に弁体に吸気負圧又は排圧が作用しても、雄ねじと雌ねじとの間のバックラッシの存在にかかわらず弁体の開弁を防止することにある。 This disclosed technique was made in view of the above circumstances, and the purpose is to use a male screw in an internally open valve type EGR valve even if an intake negative pressure or an exhaust pressure acts on the valve body when the valve body is fully closed. The purpose is to prevent the valve body from opening regardless of the presence of backlash between the female screw and the female screw.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の技術は、流路を有するハウジングと、流路に設けられた弁座と、弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、弁体が設けられた弁軸と、弁軸は、一端部と他端部とを含み、一端部に弁体が固定され、他端部に雄ねじが設けられることと、弁軸をその軸線方向へ往復運動させるためのアクチュエータと、アクチュエータは、雄ねじに螺合される雌ねじを有するロータを含むことと、流路は、弁座を境としてロータに近い側と遠い側に分かれ、近い側にて弁体が弁座に着座可能に配置されることと、雄ねじは、弁軸の軸線方向において螺旋状に連なる雄ねじ山を有し、雄ねじ山は、弁座の方へ向いた第1雄ねじ山面と、その第1雄ねじ山面の反対側に位置する第2雄ねじ山面を含むことと、雌ねじは、弁軸の軸線方向において螺旋状に連なる雌ねじ山を有し、雌ねじ山は、弁座の方へ向いた第1雌ねじ山面と、その第1雌ねじ山面の反対側に位置する第2雌ねじ山面を含むことと、雄ねじと雌ねじとの間には、弁軸の軸線方向において所定のバックラッシが設けられることと、弁体を弁軸と共に弁座から遠ざかる方向へ付勢するための弁体スプリングとを備えたことを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the technique according to
上記技術の構成によれば、EGR弁を全閉にするためにアクチュエータを駆動させてロータを回転させることにより、その回転運動が雌ねじと雄ねじを介して弁軸と弁体が軸線方向へ移動し、弁体が弁座に着座した全閉状態となる。このとき、弁体スプリングの付勢力により、雌ねじの第1雌ねじ山面に雄ねじの第2雄ねじ山面が係合した状態となる。この係合状態では、弁軸が弁体スプリングの付勢力により弁座から遠ざかる方向へ付勢されるので、バックラッシを介することなく雄ねじ山が雌ねじ山に当接し、弁軸の移動が阻止される。従って、下流側流路に弁体を引き上げようとする吸気負圧が作用したり、上流側流路に弁体を押し上げようとする排圧が作用したりしても、弁体の開弁が阻止される。 According to the configuration of the above technique, by driving the actuator to rotate the rotor in order to fully close the EGR valve, the rotational movement moves the valve shaft and the valve body in the axial direction via the female screw and the male screw. , The valve body is fully closed when seated on the valve seat. At this time, due to the urging force of the valve body spring, the second male thread surface of the male thread is engaged with the first female thread surface of the female thread. In this engaged state, the valve shaft is urged in the direction away from the valve seat by the urging force of the valve body spring, so that the male screw thread comes into contact with the female screw thread without going through the backlash, and the movement of the valve shaft is prevented. .. Therefore, even if the intake negative pressure that tries to pull up the valve body acts on the downstream flow path or the exhaust pressure that tries to push up the valve body acts on the upstream side flow path, the valve body opens. Be blocked.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の技術は、請求項1に記載の技術において、弁座は、弁体が着座した状態で弁体の閉弁方向への移動を規制する閉弁ストッパとして機能することを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the technique according to
上記技術の構成によれば、請求項1に記載の技術の作用に加え、弁体が弁座に着座した状態で弁座が閉弁ストッパとして機能するので、弁軸等に閉弁ストッパを別途設ける必要がない。
According to the configuration of the above technique, in addition to the operation of the technique according to
請求項1に記載の技術によれば、内開弁式のEGR弁において、その全閉時に弁体に吸気負圧又は排圧が作用しても、雄ねじと雌ねじの間のバックラッシが開弁側にない状態なので弁体の開弁を防止することができる。
According to the technique according to
請求項2に記載の技術によれば、請求項1に記載の技術の効果に加え、閉弁ストッパを設けない分だけEGR弁の構成を簡略化することができる。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the technique according to the first aspect, the configuration of the EGR valve can be simplified by the amount that the valve closing stopper is not provided.
以下、EGR弁を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the EGR valve is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、全閉状態のEGR弁31を断面図により示す。図2に、全開状態のEGR弁31を断面図により示す。図1、図2に示すように、ポペット式であって内開弁式のEGR弁31は、流路32を有するハウジング33と、流路32に設けられた弁座34と、弁座34に対して着座可能に設けられた弁体35と、弁体35が設けられた弁軸36と、弁軸36をその軸線方向へ往復運動(ストローク運動)させるためのステップモータ37とを備える。ステップモータ37は、この開示技術におけるアクチュエータの一例に相当する。
FIG. 1 shows a fully closed
弁軸36は、ハウジング33を垂直に貫通して配置される。弁軸36は、一端部(下端部)と他端部(上端部)を含み、下端部に弁体35が固定され、上端部に雄ねじ38が設けられる。弁軸36には、雄ねじ38に隣接してその下側にフランジ状のスプリング受け39が設けられる。弁軸36のスプリング受け39より下側には、横断面が略小判形状をなす二面幅部36aが設けられる。
The
ハウジング33において、流路32の両端は、EGRガスが導入される入口32aと、EGRガスが導出される出口32bとなっている。入口32aは上流側のEGR通路22に接続され、出口32bは下流側のEGR通路22に接続される。弁座34は、流路32に連通する弁孔34aを有する。弁孔34aは、下側(上流側)へ向けて拡径するテーパ形状を有する。流路32は、弁座34を境として下側(上流側)の上流側流路32cと上側(下流側)の下流側流路32dとに分かれる。この実施形態で、弁体35は、下流側流路32dにて弁座34に着座可能に配置される。換言すると、流路32は、弁座34を境としてステップモータ37に近い側(下流側)と遠い側(上流側)に分かれ、その近い側(下流側)にて弁体35が弁座34に着座可能に配置される。
In the
弁体35は、略円錐台形状をなし、その小径部側が弁孔34aに嵌入する形で弁座34に対し着座可能及び離間可能に設けられる。ハウジング33には、弁軸36を軸線方向へストローク運動可能に支持案内するための、第1スラスト軸受41と第2スラスト軸受42が設けられる。第1スラスト軸受41の内周には、横断面が略小判形状をなし弁軸36の二面幅部36aに係合可能な回転規制部41aが形成される。二面幅部36aと回転規制部41aとが整合することで、弁軸36のストローク運動が案内されると共に、弁軸36の回転が規制される。
The
ステップモータ37は、コイル51を有するステータ52と、ステータ52の内側に設けられたロータとしてのマグネットロータ53とを含む。これらの部材51〜53等は、樹脂製のケーシング54によりモールドされて覆われる。ケーシング54には、横へ突出したコネクタ55が形成される。コネクタ55には、コイル51から延びる端子56が設けられる。
The
マグネットロータ53は、ロータ本体57と、ロータ本体57の外側に一体的に設けられた円筒状のプラスチックマグネット58とを含む。ロータ本体57の上端部外周には、ケーシング54との間に第1ラジアル軸受59が設けられる。プラスチックマグネット58の下端部内周には、第1スラスト軸受41との間に第2ラジアル軸受60が設けられる。これら第1及び第2のラジアル軸受59,60によりマグネットロータ53がステータ52の内側にて回転可能に支持される。ロータ本体57の中心には、弁軸36の雄ねじ38に螺合される雌ねじ61が設けられる。
The
図3に、EGR弁31につき、全閉状態における図1の1点鎖線四角S1の部分を拡大断面図により示す。図4に、図3における雄ねじ38と雌ねじ61の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。図5に、EGR弁31につき、全開状態における図2の1点鎖線四角S2の部分を拡大断面図により示す。図6に、図5における雄ねじ38と雌ねじ61の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。図3〜図6に示すように、雄ねじ38は、弁軸36の軸線方向において螺旋状に連なる雄ねじ山38aを有する。この雄ねじ山38aは、弁座34の方(下方)へ向いた第1雄ねじ山面38aaと、その第1雄ねじ山面38aaの反対側(上側)に位置する第2雄ねじ山面38abを含む。また、雌ねじ61は、弁軸36の軸線方向において螺旋状に連なる雌ねじ山61aを有する。この雌ねじ山61aは、弁座34の方(下方)へ向いた第1雌ねじ山面61aaと、その第1雌ねじ山面61aaの反対側(上側)に位置する第2雌ねじ山面61abを含む。そして、図4、図6に示すように、この雄ねじ38と雌ねじ61との間には、弁軸36の軸線方向において所定のバックラッシ65(あそび)が設けられる。
FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the portion of the one-dot chain line square S1 in FIG. 1 in the fully closed state of the
ここで、弁軸36のスプリング受け39と下側の第2ラジアル軸受60との間、すなわち、スプリング受け39とハウジング33との間には、弁体35を弁軸36と共に弁座34から遠ざかる方向(図1〜図6の上方)へ付勢するための弁体スプリング62が設けられる。また、マグネットロータ53(プラスチックマグネット58)と第2ラジアル軸受60との間には、マグネットロータ53を弁座34から遠ざかる方向へ付勢するためのロータスプリング63が設けられる。
Here, the
ハウジング33と弁軸36との間には、ハウジング33と弁軸36との間をシールするための略円筒形をなすリップシール43が、第2スラスト軸受42に隣接して設けられる。また、ハウジング33と弁軸36との間には、ハウジング33と弁軸36との間をデポジットからガードするための略円筒形をなすデポガードプラグ44が、リップシール43に隣接して設けられる。
Between the
このEGR弁31は、ステップモータ37を駆動させてマグネットロータ53を回転させることにより、その回転運動を雌ねじ61と雄ねじ38を介して弁軸36と弁体35のストローク運動に変換し、弁座34に対する弁体35の開度を調節するようになっている。すなわち、このEGR弁31は、ステップモータ37により、弁体スプリング62の付勢力に抗して、弁体35と共に弁軸36をストローク運動させて弁体35を弁座34に着座させることで全閉状態となる。そして、その全閉状態から、マグネットロータ53が一方向へ回転することにより、雄ねじ38と雌ねじ61の螺合関係により、弁体スプリング62の付勢力と共に、弁軸36が弁体35と共にスラスト方向である図2の上方向へストローク運動する。これにより、弁体35が弁座34から離れて開弁し、更に、全開状態となる。
By driving the
一方、図2に示すように、弁体35が弁座34から最も離れた全開状態から、マグネットロータ53が反対方向へ回転することにより、雄ねじ38と雌ねじ61の螺合関係により、弁体スプリング62の付勢力に抗して、弁軸36が弁体35と共にスラスト方向である図2の下方向へストローク運動する。これにより、弁体35が弁座34に着座して全閉となり、更に、その全閉が保たれる全閉状態となる。このとき、弁座34が弁体35の閉弁ストッパと機能することになり、ロータ本体57の回転が規制されると共に、弁軸36及び弁体35のストローク運動が規制される。このときの弁軸36の位置が初期位置として規定される。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the valve body spring is caused by the screwing relationship between the
[EGR弁の作用及び効果について]
以上説明したこの実施形態のEGR弁31の構成によれば、EGR弁31を全閉にするためにステップモータ37を駆動させてマグネットロータ53を回転させることにより、その回転運動が雌ねじ61と雄ねじ38を介して弁軸36と弁体35が軸線方向へ移動し、弁体35が弁座34に着座した全閉状態となる。このとき、弁体スプリング62の付勢力により、雌ねじ61の第1雌ねじ山面61aaに雄ねじ38の第2雄ねじ山面38abが係合した状態となる。図4に示すように、この係合状態では、弁軸36が弁体スプリング62の付勢力F1により弁座34から遠ざかる方向(図4の上方向)へ付勢されるので、バックラッシ65を介することなく雄ねじ山38aが雌ねじ山61aに当接し、弁軸36の上方向への移動が阻止される。従って、下流側流路32dに弁体35を引き上げようとする吸気負圧が作用したり、上流側流路32cに弁体35を押し上げようとする排圧が作用したりしても、弁体35の開弁が阻止される。このため、内開弁式のEGR弁31において、その全閉時に弁体35に吸気負圧又は排圧が作用しても、雄ねじ38と雌ねじ61の間のバックラッシ65が開弁側にない状態なので弁体35の開弁を防止することができる。この結果、ステップモータ37(アクチュエータ)を特に高出力化及び大型化することなく、弁体35を全閉状態に保持することができる。
[About the action and effect of EGR valve]
According to the configuration of the
ここで、図7に、従来例に係り、内開弁式のEGR弁の全閉時における雄ねじ138と雌ねじ161の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。図8に、従来例に係り、内開弁式のEGR弁の全閉時であって、下流側流路に吸気負圧が作用した状態における雄ねじ138と雌ねじ161の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。従来例の内開弁式のEGR弁において、弁体が弁座に着座した全閉状態では、図7に示すように、雄ねじ山138aの第1雄ねじ山面138aaが雌ねじ山161aの第2雌ねじ山面161abに係合する状態となる。雄ねじ山138aの第1雄ねじ山面138aaが雌ねじ山161aの第2雌ねじ山面161abに係合するのは、閉弁スプリングの付勢力F2によって弁体が弁軸と共に弁座の方向(図7の下方向)へ付勢されることによる。
Here, FIG. 7 shows a part of the screwed state of the
ここで、エンジンの運転時には、EGR弁の下流側流路に吸気通路から吸気負圧が作用することがある。この場合、従来例の内開弁式のEGR弁では、その吸気負圧が閉弁スプリングの付勢力より大きいと、図7に示す雄ねじ138と雌ねじ161との間のバックラッシ165の分だけ駆動軸の移動が許容され、駆動軸と共に弁体が吸気負圧により引き上げられて弁座から離間(開弁)し、上流側流路から下流側流路へEGRガスが漏れて吸気通路へ流れるおそれがある。この結果、不要なEGRガスがエンジンへ流れ、エンジンで失火が発生するおそれがある。全閉状態の弁体に上流側流路から過大な排圧が作用する場合も上記と同様である。
Here, when the engine is operating, the intake negative pressure may act on the downstream flow path of the EGR valve from the intake passage. In this case, in the conventional internal opening type EGR valve, when the intake negative pressure is larger than the urging force of the valve closing spring, the drive shaft is driven by the
これに対し、この実施形態のEGR弁31では、その全閉状態において下流側流路32dから吸気負圧が弁体35に作用しても、弁体35が弁座34から離間(開弁)することがない。その理由は、雄ねじ38が雌ねじ61に係合して上方向(開弁方向)への移動が阻止され、吸気負圧に対抗して弁体35の動きがロックされるからである。すなわち、EGR弁31では、図4に示すように、弁体スプリング62の付勢力F1により、弁体35と共に弁軸36が弁座34から遠ざかる方向に付勢されるので、雄ねじ38の第2雄ねじ山面38abが雌ねじ61の第1雌ねじ山面61aaに係合し、弁体35と共に弁軸36のステップモータ37(上方)へ向かう移動が阻止されるからである。この全閉状態では、弁体35を開弁させるためにマグネットロータ53を回転させない限り、弁軸36が上方へ移動することはなく、EGR弁31は、結果的に弁体スプリング62の付勢力により全閉状態に保たれる。
On the other hand, in the
また、この実施形態では、弁体35が弁座34に着座した状態で弁座34が閉弁ストッパとして機能するので、弁軸36等に閉弁ストッパを別途設ける必要がない。このため、閉弁ストッパを設けない分だけEGR弁31の構成を簡略化することができる。
Further, in this embodiment, since the
なお、この開示技術は前記実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。 It should be noted that this disclosure technique is not limited to the above-described embodiment, and a part of the configuration may be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the purpose of the disclosure technique.
例えば、前記実施形態におけるEGR弁31の形態は一例を示すものであり、その形態を変更することができる。
For example, the embodiment of the
この開示技術は、ガソリンエンジンシステムやディーゼルエンジンシステムに設けられるEGR装置に利用することができる。 This disclosed technology can be used for EGR devices provided in gasoline engine systems and diesel engine systems.
31 EGR弁
32 流路
32c 上流側流路
32d 下流側流路
33 ハウジング
34 弁座
35 弁体
36 弁軸
37 ステップモータ(アクチュエータ)
38 雄ねじ
38a 雄ねじ山
38aa 第1雄ねじ山面
38ab 第2雄ねじ山面
53 マグネットロータ(ロータ)
61 雌ねじ
61a 雌ねじ山
61aa 第1雌ねじ山面
61ab 第2雌ねじ山面
62 弁体スプリング
65 バックラッシ
31
38
61
Claims (2)
前記流路に設けられた弁座と、
前記弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、
前記弁体が設けられた弁軸と、
前記弁軸は、一端部と他端部とを含み、前記一端部に前記弁体が固定され、前記他端部に雄ねじが設けられることと、
前記弁軸をその軸線方向へ往復運動させるためのアクチュエータと、
前記アクチュエータは、前記雄ねじに螺合される雌ねじを有するロータを含むことと、
前記流路は、前記弁座を境として前記ロータに近い側と遠い側に分かれ、前記近い側にて前記弁体が前記弁座に着座可能に配置されることと、
前記雄ねじは、前記弁軸の前記軸線方向において螺旋状に連なる雄ねじ山を有し、前記雄ねじ山は、前記弁座の方へ向いた第1雄ねじ山面と、その第1雄ねじ山面の反対側に位置する第2雄ねじ山面を含むことと、
前記雌ねじは、前記弁軸の前記軸線方向において螺旋状に連なる雌ねじ山を有し、前記雌ねじ山は、前記弁座の方へ向いた第1雌ねじ山面と、その第1雌ねじ山面の反対側に位置する第2雌ねじ山面を含むことと、
前記雄ねじと前記雌ねじとの間には、前記弁軸の前記軸線方向において所定のバックラッシが設けられることと、
前記弁体を前記弁軸と共に前記弁座から遠ざかる方向へ付勢するための弁体スプリングと
を備えたことを特徴とするEGR弁。 A housing with a flow path and
The valve seat provided in the flow path and
A valve body that can be seated on the valve seat and
The valve shaft provided with the valve body and
The valve shaft includes one end and the other end, the valve body is fixed to the one end, and a male screw is provided at the other end.
An actuator for reciprocating the valve shaft in the axial direction,
The actuator includes a rotor having a female thread screwed into the male thread.
The flow path is divided into a side closer to the rotor and a side far from the rotor with the valve seat as a boundary, and the valve body is arranged so as to be seatable on the valve seat on the near side.
The male thread has a male thread spirally connected in the axial direction of the valve shaft, and the male thread is the opposite of the first male thread surface facing the valve seat and the first male thread surface thereof. Including the second male thread surface located on the side,
The female thread has a female thread spirally connected in the axial direction of the valve shaft, and the female thread is the opposite of the first female thread surface facing the valve seat and the first female thread surface thereof. Including the second female thread surface located on the side,
A predetermined backlash is provided between the male screw and the female screw in the axial direction of the valve shaft.
An EGR valve including a valve body spring for urging the valve body together with the valve shaft in a direction away from the valve seat.
前記弁座は、前記弁体が着座した状態で前記弁体の閉弁方向への移動を規制する閉弁ストッパとして機能する
ことを特徴とするEGR弁。 In the EGR valve according to claim 1,
The EGR valve is characterized in that the valve seat functions as a valve closing stopper that regulates the movement of the valve body in the valve closing direction when the valve body is seated.
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