JP2022053011A - EGR device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関のEGR装置に関する。 The present invention relates to an EGR device for an internal combustion engine.
内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通する排気再循環(EGR)通路を介して上記排気通路内の排気の一部を上記吸気通路に再循環させるEGR装置が知られている。
上記EGR装置は、バルブハウジング、バルブシート及びEGRバルブを備える。バルブハウジングは、アルミニウムを主成分とする材料により形成され、かつ上記EGR通路を有する。バルブシートは、環状をなし、バルブハウジングにおけるEGR通路の周りの内壁面に配置される。EGRバルブは、シャフトと、シャフト上に配置されたバルブ本体とを備えており、シャフトの軸線方向に変位する。上記変位に伴いバルブ本体がバルブシートに対し離間及び接触してEGR通路を開閉する。EGRバルブは上記開閉により開度を変化させ、EGR通路を流れる排気の流量を調整する。
An EGR device is known that recirculates a part of the exhaust gas in the exhaust gas passage to the intake passage through an exhaust gas recirculation (EGR) passage that connects the intake passage and the exhaust passage of the internal combustion engine.
The EGR device includes a valve housing, a valve seat and an EGR valve. The valve housing is made of a material containing aluminum as a main component and has the above EGR passage. The valve seat forms an annular shape and is placed on the inner wall surface around the EGR aisle in the valve housing. The EGR valve comprises a shaft and a valve body disposed on the shaft and is displaced in the axial direction of the shaft. With the above displacement, the valve body separates and contacts the valve seat to open and close the EGR passage. The opening and closing of the EGR valve changes the opening degree to adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage.
上記バルブシートとしては、焼結材料によって形成されたものが一般的であり、このバルブシートが、上記内壁面においてバルブハウジングに対し圧入により固定される(例えば、特許文献1参照)。 The valve seat is generally made of a sintered material, and the valve seat is fixed to the valve housing by press fitting on the inner wall surface (see, for example, Patent Document 1).
ところが、上記従来のEGR装置では、EGR通路を高温の排気が流れ、EGR装置の構成部材が高温の排気に晒された場合、バルブシートが高温となるため、耐熱性に課題がある。 However, in the above-mentioned conventional EGR device, when high-temperature exhaust flows through the EGR passage and the components of the EGR device are exposed to the high-temperature exhaust, the valve seat becomes hot, so that there is a problem in heat resistance.
上記課題を解決する内燃機関のEGR装置は、内燃機関の吸気通路と排気通路とを連通するEGR通路を介して前記排気通路内の排気の一部を前記吸気通路に再循環させる内燃機関のEGR装置において、アルミニウムを主成分とする材料により形成され、かつ前記EGR通路を有するバルブハウジングと、前記バルブハウジングにおける前記EGR通路の周りの内壁面に配置された環状のバルブシートと、シャフト及び前記シャフト上に配置されたバルブ本体を備え、前記シャフトの軸線方向に変位するバルブであり、前記変位に伴い前記バルブ本体が前記バルブシートに対し離間及び接触することにより、前記EGR通路を開閉するEGRバルブとを備え、前記バルブハウジングの前記内壁面にレーザクラッドによりクラッド層が形成されて前記バルブシートが構成されている。 An EGR device for an internal combustion engine that solves the above problems is an EGR device for an internal combustion engine that recirculates a part of the exhaust gas in the exhaust passage to the intake passage through an EGR passage that connects the intake passage and the exhaust passage of the internal combustion engine. In the apparatus, a valve housing formed of a material containing aluminum as a main component and having the EGR passage, an annular valve seat arranged on an inner wall surface around the EGR passage in the valve housing, a shaft and the shaft. A valve having a valve body arranged above and displaced in the axial direction of the shaft, and an EGR valve that opens and closes the EGR passage by separating and contacting the valve body with the valve seat due to the displacement. A clad layer is formed on the inner wall surface of the valve housing by laser cladding to form the valve seat.
上記の構成によれば、レーザクラッドによりバルブハウジングの内壁面にクラッド層が形成される。すなわち、バルブハウジングの内壁面であってバルブシートの形成予定箇所に供給された金属粉体がレーザビームによって溶融される。溶融された金属粉体が上記形成予定箇所に溶着された後に、冷却されて凝固される。バルブハウジングの内壁面に環状のクラッド層(肉盛層)が形成され、このクラッド層によってバルブシートが構成される。 According to the above configuration, the laser clad forms a clad layer on the inner wall surface of the valve housing. That is, the metal powder supplied to the inner wall surface of the valve housing where the valve seat is to be formed is melted by the laser beam. After the molten metal powder is welded to the planned formation site, it is cooled and solidified. An annular clad layer (building layer) is formed on the inner wall surface of the valve housing, and the valve seat is formed by this clad layer.
上記レーザクラッドの際には、溶融された金属粉体が、バルブハウジングの形成予定箇所における微小な凹凸部分に入り込んで溶着、あるいは形成予定箇所との境界部分で、上記凹凸部分に密着した状態で合金化する。そのため、バルブハウジングの内壁面とバルブシートとの境界部分での両者の接触面積は、焼結されたバルブシートがバルブハウジングに圧入された場合よりも増える。これに伴い、バルブシートの熱が、接触面積の増えた境界部分を介して、バルブハウジングに放熱しやすくなる。EGR通路を高温の排気が流れ、EGR装置の構成部材が高温の排気に晒されても、バルブシートが高温となりにくく、バルブシートの耐熱性が向上する。 In the case of the laser clad, the molten metal powder enters the minute uneven portion at the planned formation portion of the valve housing and is welded, or is in close contact with the uneven portion at the boundary portion with the planned formation portion. Alloy. Therefore, the contact area between the inner wall surface of the valve housing and the boundary portion between the valve seat is larger than that when the sintered valve seat is press-fitted into the valve housing. Along with this, the heat of the valve seat is easily dissipated to the valve housing through the boundary portion where the contact area is increased. Even if high-temperature exhaust flows through the EGR passage and the components of the EGR device are exposed to high-temperature exhaust, the valve seat does not easily reach a high temperature, and the heat resistance of the valve seat is improved.
以下、内燃機関のEGR装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態のEGR装置10は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関の吸気通路5と排気通路7とを連通するEGR通路12を介して排気通路7内の排気9の一部を吸気通路5に再循環させる装置である。EGR装置10は、内燃機関から排出される排気9中に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減する等の目的で内燃機関に搭載されている。
Hereinafter, an embodiment of the EGR device of an internal combustion engine will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the EGR
図1及び図2に示すように、EGR装置10は、バルブハウジング11、バルブシート19及びEGRバルブ31を備えている。
バルブハウジング11は上記EGR通路12を有している。バルブハウジング11は、アルミニウムを主成分とする材料(アルミニウム又はアルミニウム合金)が用いられて形成されている。EGR通路12の上流端13はバルブハウジング11の端面14において開口し、同EGR通路12の下流端15はバルブハウジング11の側面16において開口している。排気9は、上流端13からバルブハウジング11の内部へ流入し、下流端15からバルブハウジング11の外部へ流出する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
バルブシート19は、環状をなし、バルブハウジング11におけるEGR通路12の周りの内壁面17に配置されている。より詳しくは、バルブハウジング11の内壁面17であって、バルブシート19の形成予定箇所には、排気9の流れ方向におけるEGR通路12の一部を取り囲む環状の窪み18が形成されている。この窪み18に対し、レーザクラッド(レーザクラッド加工法とも呼ばれる)により、クラッド層と呼ばれる肉盛り層が形成されてバルブシート19が構成されている。図3に示すように、バルブシート19は、凸状の湾曲面21を有している。
The
レーザクラッドに際しては、上記窪み18に対し、金属粉体が供給される。金属粉体としては、例えば、銅を主成分とする材料(銅又は銅合金)が用いられる。レーザビーム照射装置から上記窪み18に向けてレーザビームが照射される。この照射は、バルブハウジング11とレーザビーム照射装置とを、相対移動、例えば相対回転させながら行なわれる。上記金属粉体がレーザビームによって溶融される。溶融された金属粉体が上記窪み18に溶着された後に、冷却されて凝固される。窪み18に環状のクラッド層(肉盛層)が形成され、このクラッド層によってバルブシート19が構成される。
At the time of laser cladding, metal powder is supplied to the
図1及び図2に示すように、EGRバルブ31は、シャフト32と、円板状のバルブ本体33とを備えている。シャフト32の端部は、バルブ本体33の中心部に嵌合されている。バルブ本体33はシャフト32に対し固定されている。図3に示すように、バルブ本体33の外周部は、バルブシート19側へ膨らむ凸状の湾曲面34を有している。バルブ本体33の外径は、排気9の上記流れ方向における上流端で最大となる。上記外径は、上記流れ方向における下流側ほど小さくなっている。EGRバルブ31は、シャフト32においてバルブハウジング11に支持されている。EGRバルブ31は、バルブハウジング11に取付けられたアクチュエータ(図示略)によって、シャフト32の軸線方向(図1では上下方向)に変位させられる。EGRバルブ31の変位量は、内燃機関の運転状況に応じて変化させられる。EGRバルブ31は、上記変位に伴い、バルブ本体33がバルブシート19に対し離間及び接触することで開度を変化させ、EGR通路12を流れる排気9の流量を調整する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
EGRバルブ31が上記流れ方向における上流側へ変位することで、バルブ本体33がバルブシート19から同上流側へ遠ざかる。また、EGRバルブ31が下流側へ変位することで、バルブ本体33がバルブシート19に接近する。バルブ本体33は、上記湾曲面34においてバルブシート19の上記湾曲面21に接触することで、EGR通路12を閉鎖する。
When the
さらに、本実施形態では、バルブシート19の湾曲面21のうち、バルブ本体33の湾曲面34との接触部分における曲率が、湾曲面34の湾曲面21との接触部分における曲率よりも小さくなるように湾曲面21が形成されている。表現を変えると、湾曲面21の湾曲面34との接触部分における曲率半径R1が、湾曲面34の湾曲面21との接触部分における曲率半径R2よりも大きくなるように湾曲面21が形成されている。この形成は、レーザクラッドのみによって行なわれてもよいし、レーザクラッドと、その後の加工とによって行なわれてもよい。
Further, in the present embodiment, the curvature of the
次に、上記のように構成された本実施形態の作用について説明する。また、作用に伴い生ずる効果についても併せて説明する。
上記レーザクラッドの際には、溶融された金属粉体が、窪み18の底面における微小な凹凸部分に入り込んで溶着、あるいは窪み18との境界部分で、上記凹凸部分に密着した状態で合金化する。図3は、窪み18とバルブシート19との境界部分に合金層22が形成された例を示している。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. In addition, the effects caused by the action will also be described.
In the case of the laser clad, the molten metal powder enters the minute uneven portion on the bottom surface of the
そのため、窪み18とバルブシート19の境界部分での両者の接触面積は、焼結されたバルブシートがバルブハウジングに圧入された場合(特許文献1がこれに該当する)よりも増える。これに伴い、バルブシート19の熱が、接触面積の増えた境界部分を介して、バルブハウジング11に放熱しやすくなる。EGR通路12を高温の排気9が流れ、EGR装置10の構成部材が高温の排気9に晒されても、バルブシート19が高温となるのを抑制し、バルブシート19の耐熱性を向上させることができる。
Therefore, the contact area between the
ところで、EGRバルブ31によるEGR通路12の閉鎖時には、図3に示すように、バルブ本体33がバルブシート19の全周にわたって接触する。接触箇所では、バルブ本体33とバルブシート19との間の隙間がゼロとなり、排気9が、バルブ本体33とバルブシート19との間を流れることが規制される。EGRバルブ31の全閉時に排気9が漏れることに起因する内燃機関の出力低下、排気エミッションの悪化等が起こりにくい。
By the way, when the
特に、本実施形態では、湾曲面21の湾曲面34との接触部分における曲率が、湾曲面34の湾曲面21との接触部分における曲率よりも小さい。そのため、EGRバルブ31の全閉時には、両曲率が同一である場合に比べ、バルブ本体33のバルブシート19に対する接触面積が小さくなる。これに伴い、バルブ本体33のバルブシート19に対する接触箇所での面圧が高くなる。その結果、EGRバルブ31の全閉時における排気9の漏れを効果的に抑制する、表現を変えると、漏れ量を少なくすることができる。
In particular, in the present embodiment, the curvature of the
本実施形態によると、上記以外にも、次の効果が得られる。
・上述したように、EGRバルブ31の全閉時におけるバルブ本体33のバルブシート19に対する面圧が高くなるため、バルブ本体33がバルブシート19に接触した状態で、同バルブシート19に対し滑りにくく、所定の箇所に位置決めしやすい。
According to this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the above.
-As described above, since the surface pressure of the
なお、上記実施形態は、これを以下のように変更した変形例として実施することもできる。上記実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。 It should be noted that the above embodiment can also be implemented as a modified example in which this is modified as follows. The above embodiment and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・上記実施形態とは逆に、EGRバルブ31は、排気9の流れ方向における上流側へ変位することで、バルブ本体33がバルブシート19に接近し、下流側へ変位することでバルブ本体33がバルブシート19から遠ざかるものであってもよい。
Contrary to the above embodiment, the
・バルブシート19の湾曲面21は、単一の曲率で湾曲する湾曲部分のみによって構成されてもよいし、互いに異なる曲率で湾曲する複数の湾曲部分によって構成されてもよい。バルブ本体33の湾曲面34についても同様である。
The
・湾曲面21の湾曲面34との接触部分における曲率が、湾曲面34の湾曲面21との接触部分における曲率よりも大きく設定されてもよい。この場合にも、上記実施形態と同様、排気9の漏れを抑制する効果が得られる。
The curvature of the
・EGRバルブ31の全閉時における排気9の漏れが許容できるほど少ない場合には、湾曲面21の湾曲面34との接触部分における曲率が、湾曲面34の湾曲面21との接触部分における曲率と同一に設定されてもよい。
When the leakage of the
5…吸気通路
7…排気通路
9…排気
10…EGR装置
11…バルブハウジング
12…EGR通路
17…内壁面
19…バルブシート
31…EGRバルブ
32…シャフト
33…バルブ本体
5 ... Intake passage 7 ...
Claims (1)
アルミニウムを主成分とする材料により形成され、かつ前記EGR通路を有するバルブハウジングと、
前記バルブハウジングにおける前記EGR通路の周りの内壁面に配置された環状のバルブシートと、
シャフト及び前記シャフト上に配置されたバルブ本体を備え、前記シャフトの軸線方向に変位するバルブであり、前記変位に伴い、前記バルブ本体が前記バルブシートに対し離間及び接触することにより、前記EGR通路を開閉するEGRバルブと
を備え、前記バルブハウジングの前記内壁面にレーザクラッドによりクラッド層が形成されて前記バルブシートが構成されている内燃機関のEGR装置。 In an EGR device of an internal combustion engine that recirculates a part of exhaust gas in the exhaust passage to the intake passage through an EGR passage that connects the intake passage and the exhaust passage of the internal combustion engine.
A valve housing formed of a material containing aluminum as a main component and having the EGR passage,
An annular valve seat disposed on the inner wall surface around the EGR aisle in the valve housing,
It is a valve that includes a shaft and a valve body arranged on the shaft and is displaced in the axial direction of the shaft. The EGR passage is caused by the valve body separating and contacting the valve seat with the displacement. An EGR device for an internal combustion engine, comprising an EGR valve that opens and closes the valve housing, and a clad layer is formed on the inner wall surface of the valve housing by a laser cladding to form the valve seat.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020159578A JP2022053011A (en) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | EGR device for internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4253319A1 (en) | 2022-03-29 | 2023-10-04 | Fujimi Incorporated | Sulfonic acid-modified colloidal silica |
-
2020
- 2020-09-24 JP JP2020159578A patent/JP2022053011A/en active Pending
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EP4253319A1 (en) | 2022-03-29 | 2023-10-04 | Fujimi Incorporated | Sulfonic acid-modified colloidal silica |
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