JP2023023165A - バルブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】2つの通路の開度の相互関係を柔軟に設定することが可能なバルブ装置を提供する。【解決手段】バルブ装置10は、EGR弁体14の回転動作に対しバイパス弁体20を連動させる連動部28を備えている。EGR弁体14は、後述の第1の場合と第2の場合とで、所定の基準回転位置からの回転量と下流通路123の開度との関係が同じになるように構成されている。その第1の場合とは、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁軸心CLaの周方向の一方側へ回転する場合であり、第2の場合とは、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁軸心CLaの周方向の他方側へ回転する場合である。そして、連動部28は、第2上流通路122と下流通路123との両方が開かれているときに第2上流通路122の開度を下流通路123の開度に対し非線形の関係で連動させることが可能な連動構造を備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、EGRガスの流量を増減するバルブ装置に関するものである。
特許文献1にはバルブ装置が記載されており、そのバルブ装置は、流体が流通する通路を開閉する弁体である第1のフラップと第2のフラップとを備えている。この第1のフラップと第2のフラップは、相互に噛み合う複数の歯車で構成されたギヤリンク機構によって互いに連動する。
特許第6157500号公報
特許文献1のバルブ装置では、上記したように、第1のフラップと第2のフラップとがギヤリンク機構を介して連動する。そのため、ギヤリンク機構の複数の歯車が噛み合っている場合には、第1のフラップに開閉される通路の開度と第2のフラップに開閉される通路の開度との関係は線形の関係にしかならない。また、ギヤリンク機構の複数の歯車の噛み合いが外れている場合には、第1のフラップまたは第2のフラップが全閉に保持される。
すなわち、第1のフラップに開閉される通路の開度と第2のフラップに開閉される通路の開度との関係に対する制約が大きく、それらの開度の互いの関係を柔軟に設定することが困難である。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。
本発明は上記点に鑑みて、2つの通路の開度の相互関係を柔軟に設定することが可能なバルブ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載のバルブ装置は、
EGRガスの流量を増減するバルブ装置であって、
EGRクーラー(80)で冷却されたEGRガスが流入する第1上流通路(121)、EGRクーラーをバイパスしたEGRガスが流入する第2上流通路(122)、および第1上流通路と第2上流通路とのガス流れ下流側に連結された下流通路(123)が形成されたハウジング(12)と、
第2上流通路を開閉するバイパス弁体(20)と、
下流通路に設けられ、EGR弁軸心(CLa)まわりに回転することにより下流通路を開閉するEGR弁体(14)と、
EGR弁体の回転動作に対しバイパス弁体を連動させる連動部(28、34)とを備え、
EGR弁体は、そのEGR弁体が所定の基準回転位置からEGR弁軸心まわりに一方側へ回転する第1の場合と基準回転位置からEGR弁軸心まわりに他方側へ回転する第2の場合とで、基準回転位置からの回転量と下流通路の開度との関係が同じになるように構成され、
連動部は、第2上流通路と下流通路との両方が開かれているときに第2上流通路の開度を下流通路の開度に対し非線形の関係で連動させることが可能な構造を備えている。
このようにすれば、特許文献1に記載の構成と比較して、バイパス弁体によって開閉される第2上流通路の開度とEGR弁体によって開閉される下流通路の開度との関係を、連動部が備える上記構造により柔軟に設定することが可能である。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第1実施形態において、バルブ装置を含む内燃機関システムの概略構成を模式的に示した図である。 第1実施形態のバルブ装置を示した図であって、バルブ装置のうちハウジングをEGR弁軸心に垂直な断面で示した部分断面図である。 第1実施形態のバルブ装置を第1上流通路側から見た図であって、バルブ装置のうちハウジングを図2のIII-III断面で示した部分断面図である。 図2から連動部の図示とハウジングの一部分の図示とを省略した部分断面図である。 EGR弁体の回転動作に伴って変化するバルブ装置の態様を図2と同様の部分断面図で(a)~(e)に示した図である。 EGR弁体の回転動作に伴って変化するEGR弁体の姿勢を(a)に模式的に示すと共に、EGR開度とEGR流量との関係を(b)に、EGR開度とバイパス開度との関係を(c)にそれぞれ示した図である。 図2と同様の部分断面図であって、カムの第1プロファイルに含まれる不感帯を説明するための図である。 図2と同様の部分断面図であって、カムの第2プロファイルに含まれる不感帯を説明するための図である。 第1比較例のバルブ装置において、図4に相当する断面を模式的に示した断面図であって、EGR弁体が基準回転位置からEGR弁周方向の一方側へ回転した状態を例示した図である。 第1比較例のバルブ装置において、図4に相当する断面を模式的に示した断面図であって、EGR弁体が基準回転位置からEGR弁周方向の他方側へ回転した状態を例示した図である。 第1実施形態において、図9に対応した模式的な断面を示した断面図である。 第1実施形態において、図10に対応した模式的な断面を示した断面図である。 第2比較例のバルブ装置において、バイパス弁体およびその周辺を模式的に示した断面図である。 第3比較例のバルブ装置において、バイパス弁体およびその周辺を模式的に示した断面図である。 第1実施形態において、図2の断面図から第2上流通路およびその周辺を抜粋した断面図である。 第2実施形態において、EGR弁体の回転動作に伴って変化するバルブ装置の態様を図2と同様の部分断面図で(a)~(e)に示した図であって、図5に相当する図である。 第3実施形態において、EGR弁体が基準回転位置からEGR弁周方向の一方側へ回転する回転動作に伴って変化するバルブ装置の態様を図2と同様の部分断面図で示した図であって、図5に相当する図である。 第3実施形態において、EGR弁体が基準回転位置からEGR弁周方向の他方側へ回転する回転動作に伴って変化するバルブ装置の態様を図2と同様の部分断面図で示した図であって、図5に相当する図である。 第4実施形態において、バルブ装置のうちハウジングをEGR弁軸心に垂直な断面で簡略化して示すと共に、連動部の図示を省略した模式的な部分断面図であって、図4に相当する図である。 第5実施形態のバルブ装置の正面図である。 第5実施形態における図19のXX方向の矢視図であって、バルブ装置の左側面図である。 第5実施形態において図19のXXI-XXI断面を示した断面図である。 第5実施形態において図20のXXII-XXII断面を示した断面図である。 第5実施形態においてバイパス弁体を単体で示した図であって、図20のXXIII方向の矢視図である。 第5実施形態において、EGR弁体の回転動作に伴って変化するEGR弁体の姿勢とバイパス弁体の姿勢とを(a)~(e)にそれぞれ示した図である。
以下、図面を参照しながら、各実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態において、バルブ装置10は、車両の走行用動力源である内燃機関システム70の一部を構成する。この内燃機関システム70は、燃料としての水素に点火し水素を燃焼させることで走行用の駆動力を発生する。内燃機関システム70は、バルブ装置10を備えると共に、エンジン71と吸気通路72と排気通路73とEGR通路74とバイパス通路75とターボ式過給器76とインタークーラー77とスロットル弁78とインテークマニホールド79とEGRクーラー80と制御装置85とを備えている。
エンジン71は、燃料である水素を燃焼させるために、インジェクタ711と点火プラグ712とを有している。吸気通路72は、インテークマニホールド79を介してエンジン71の吸気側に連結し、排気通路73は、エンジン71の排気側に連結している。
内燃機関システム70では、外部の空気である新気が吸気通路72の上流端から矢印Aiのように吸い込まれ、その新気は、吸気通路72からインテークマニホールド79を介してエンジン71の燃焼室内に取り入れられる。また、燃料タンク82に貯蔵されている燃料(具体的には、水素)は、減圧弁83で減圧されてからエンジン71のインジェクタ711へ供給される。
エンジン71は、インジェクタ711から噴射された燃料と吸気通路72から取り入れた吸入空気とが混合された混合気を燃焼室内で点火プラグ712によって点火し燃焼させ、これにより、走行用の駆動力を発生する。燃焼後の排気ガスは、排気通路73をとおって排気通路73の下流端から矢印Aoのように車外へと排出される。なお、図1では、各通路72、73、74、75におけるガス流れが太線矢印で示されている。
吸気通路72には、上流側から順に、ターボ式過給器76のコンプレッサ761と、インタークーラー77と、スロットル弁78とが配置されている。また、排気通路73には、ターボ式過給器76のタービン762が配置されている。
ターボ式過給器76においてコンプレッサ761の羽根車とタービン762の羽根車は直結されており、それらの羽根車は一体回転する。従って、ターボ式過給器76は、排気通路73の排気ガス流れを利用して、外部から吸気通路72への空気の吸入を促進する。
インタークーラー77は、そのインタークーラー77を通過する空気を冷却する。スロットル弁78は吸気通路72の開度を増減し、それにより、吸気通路72に流通する空気の流量を増減する。
EGR通路74は、エンジン71から排出された排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジン71の吸気側へ流すためのガス通路である。そのため、EGR通路74の上流端は、排気通路73のうちエンジン71のガス流れ下流側かつタービン762のガス流れ上流側に連結されている。そして、EGR通路74の下流端は、吸気通路72のうちスロットル弁78のガス流れ下流側かつインテークマニホールド79のガス流れ上流側に連結されている。これにより、EGRガスはEGR通路74から吸気通路72へ流入し、吸気通路72を流れる新気と共に、インテークマニホールド79を経てエンジン71へ吸い込まれる。
また、EGR通路74には、EGRクーラー80が配置されている。EGRクーラー80は、例えば熱交換器であり、冷却用の流体とEGR通路74を流れるEGRガスとを熱交換させることにより、そのEGRガスを冷却する。
バイパス通路75は、EGRクーラー80を迂回させてEGRガスを流すためのガス通路である。そのため、バイパス通路75の上流端は、EGR通路74のうちEGRクーラー80のガス流れ上流側に連結されている。そして、バイパス通路75の下流端は、EGR通路74のうちEGRクーラー80のガス流れ下流側に連結されている。
本実施形態では、バイパス通路75によって、EGRクーラー80を迂回させてEGRガスを流すことにより、EGR通路74のうちバイパス通路75の下流端が連結する連結部位よりもガス流れ下流側で、EGRガスが露点以上に温調される。これにより、その連結部位よりもガス流れ下流側において凝縮水の発生が抑制される。特に本実施形態のエンジン71は水素エンジンであるので、例えば既存のディーゼルエンジンとの比較で2.4倍程度の水蒸気を含むEGRガスが排気通路73からEGR通路74へ流入する。そのため、凝縮水の発生を抑制することは重要である。
制御装置85は、不図示のCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータで構成されており、非遷移的実体的記録媒体であるROM、RAMなどの半導体メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行する。制御装置85は、エンジン71に関する種々の制御を実行するエンジン制御装置として機能し、例えば、エンジン71、スロットル弁78、およびバルブ装置10などの作動制御を行う。
バルブ装置10は、バイパス通路75に流れるEGRガスの流量を増減すると共に、EGR通路74から吸気通路72へ流れるEGRガスの流量(すなわち、EGR流量)を増減する。そのため、バルブ装置10は、EGRクーラー80のガス流れ下流側でEGR通路74とバイパス通路75とが連結する通路連結部分に設けられている。
図2、図3に示すように、バルブ装置10は、ハウジング12、EGR弁体14、EGR弁軸15、EGR弁付勢部16、バイパス弁体20、バイパス弁軸21、バイパス弁付勢部22、モータ24、減速装置26、および連動部28を備えている。なお、図2においてハウジング12は図3のII-II断面で示されている。
図1~図3に示すように、ハウジング12はバルブ装置10の外殻を成し、回転しない非回転部材である。ハウジング12の内部には、EGRガスが流通する第1上流通路121と第2上流通路122と下流通路123と合流部124とが形成されている。すなわち、ハウジング12は、複数の通路121、122、123が形成された通路形成部である。
第1上流通路121と合流部124と下流通路123は、第1通路方向D1に沿って、第1上流通路121、合流部124、下流通路123の順にガス流れ上流側から直列に連結ており、直線的に延びる1本の通路を形成している。そして、第1上流通路121と合流部124と下流通路123は、EGR通路74のうちEGRクーラー80に対するガス流れ下流側の一部を構成している。従って、第1上流通路121には、EGRクーラー80で冷却されたEGRガスが流入する。例えば、第1上流通路121と合流部124と下流通路123とからなる1本の通路は、第1通路方向D1に垂直な断面にて円形状を成している。
第2上流通路122は、バイパス通路75の下流端を含み、バイパス通路75の一部を構成している。従って、第2上流通路122には、EGRクーラー80をバイパスしたEGRガスが流入する。
また、第2上流通路122は、第2通路方向D2に沿って直線的に延びた通路である。その第2通路方向D2は、第1通路方向D1に対し交差する方向、厳密に言えば第1通路方向D1に対し垂直な方向である。従って、第2上流通路122は、第1上流通路121と下流通路123とに対し交差する向きで配置されている。
例えば、第2上流通路122は、第2通路方向D2に垂直な断面にて円形状を成している。第2上流通路122は、第1上流通路121と下流通路123とに対し小径になっている。
図2~図4に示すように、下流通路123は、第1上流通路121と第2上流通路122とのガス流れ下流側に合流部124を介して連結されている。すなわち、合流部124は、第1上流通路121のガス流れ下流側と第2上流通路122のガス流れ下流側と下流通路123のガス流れ上流側とにそれぞれ連結されている。従って、下流通路123には、第1上流通路121から流出したEGRガスと第2上流通路122から流出したEGRガスとが合わさって流入する。
図4に示すように、合流部124は、第1上流通路121をその第1上流通路121の向きに沿って延長して得られる空間B1と第2上流通路122をその第2上流通路122の向きに沿って延長して得られる空間B2とが重複した空間として形成されている。なお、第1上流通路121の向きとは第1通路方向D1のことであり、第2上流通路122の向きとは第2通路方向D2のことである。また、図4では、合流部124にドット状のハッチングが付されている。
図2~図4に示すように、EGR弁体14は、下流通路123に配置されており、EGR弁軸心CLaまわりに回転する。そして、EGR弁体14は、EGR弁軸心CLaまわりに回転することにより下流通路123を開閉する。EGR弁軸心CLaは、第1通路方向D1と第2通路方向D2とに垂直な弁軸方向Daに沿った軸心である。そのEGR弁軸心CLaは、下流通路123が第2通路方向D2に有する幅の中心に位置している。
具体的に、EGR弁体14は、バタフライ弁体であり、例えば下流通路123の断面形状に合った円形を成し弁軸方向Daに沿った板状に形成されている。その弁軸方向Daに沿った板状とは、言い換えれば、EGR弁軸心CLaに垂直な方向に厚みを有する板状である。
EGR弁軸15は、ハウジング12に回転可能に支持された回転軸である。EGR弁軸15にはEGR弁体14がネジ止め等によって固定されており、EGR弁軸15とEGR弁体14は、EGR弁軸心CLaを中心として一体回転する。EGR弁軸15は、EGR弁体14の固定箇所から弁軸方向Daの両側それぞれに延伸しており、EGR弁体14に対する弁軸方向Daの両側それぞれでハウジング12によって回転可能に支持されている。
EGR弁付勢部16は、EGR弁体14を付勢するリターンスプリングとして機能し、例えば1つまたは複数のトーションコイルスプリング等によって構成されている。EGR弁付勢部16はハウジング12内に収容されている。EGR弁付勢部16は、EGR弁体14が所定の基準回転位置に戻るように、EGR弁軸15を介してEGR弁体14を常に付勢している。そのため、EGR弁体14は、モータ24の非通電時である非駆動時には、そのEGR弁体14の基準回転位置へEGR弁付勢部16の付勢力によって戻される。
なお、本実施形態におけるEGR弁体14の基準回転位置は、EGR弁体14が下流通路123を全閉にする回転位置、具体的には、図2~図4に表示されたEGR弁体14の回転位置である。すなわち、EGR弁体14は基準回転位置にあるときには、下流通路123を全閉にする。
下流通路123の全閉とは下流通路123の開度が0%であることを意味し、下流通路123の全閉では、EGRガスの漏れを除き下流通路123においてEGRガスの流通が阻止される。また、下流通路123の全開とは下流通路123の開度が100%であること、すなわち、EGR弁体14の可動範囲内において下流通路123の開度が最大開度にされていることを意味する。第2上流通路122の全閉および全開についても、この下流通路123の全閉および全開と同様である。
本実施形態では、EGR弁体14は、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁軸心CLaの周方向Dacの一方側にも他方側にも回転する。本実施形態の説明では、EGR弁軸心CLaの周方向DacをEGR弁周方向Dacとも称する。
バイパス弁体20は、第2上流通路122に配置されており、EGR弁軸心CLaと平行なバイパス弁軸心CLbまわりに回転する。そして、バイパス弁体20は、バイパス弁軸心CLbまわりに回転することにより第2上流通路122を開閉する。バイパス弁軸心CLbは、第2上流通路122が第1通路方向D1に有する幅の中心に位置している。
具体的に、バイパス弁体20はバタフライ弁体である。そして、バイパス弁体20は、第2上流通路122を全閉にした場合には第2上流通路122に対し斜めの姿勢でその第2上流通路122を塞ぐ。その第2上流通路122に対するバイパス弁体20の斜めの姿勢とは、言い換えれば、第2上流通路122の延伸する方向である第2通路方向D2に対し斜めになったバイパス弁体20の姿勢である。従って、バイパス弁体20は、例えば楕円形を成し弁軸方向Daに沿った板状(言い換えれば、バイパス弁軸心CLbに垂直な方向に厚みを有する板状)に形成されている。
例えば、バイパス弁体20は、第2上流通路122を開いている状態から第2上流通路122を全閉にする場合には、図4の矢印R1で示すように、常にバイパス弁軸心CLbの周方向Dbcの一方側へ回転する。逆に、バイパス弁体20は、第2上流通路122を全閉にしている状態から第2上流通路122を開く場合には、図4の矢印R2で示すように、常にバイパス弁軸心CLbの周方向Dbcの他方側へ回転する。なお、本実施形態の説明では、バイパス弁軸心CLbの周方向Dbcをバイパス弁周方向Dbcとも称する。
バイパス弁軸21は、ハウジング12に回転可能に支持された回転軸である。バイパス弁軸21にはバイパス弁体20がネジ止め等によって固定されており、バイパス弁軸21とバイパス弁体20は、バイパス弁軸心CLbを中心として一体回転する。バイパス弁軸21は、バイパス弁体20の固定箇所から弁軸方向Daの両側それぞれに延伸しており、バイパス弁体20に対する弁軸方向Daの両側それぞれでハウジング12によって回転可能に支持されている。
バイパス弁付勢部22は、バイパス弁体20を付勢するリターンスプリングとして機能し、例えばトーションコイルスプリング等によって構成されている。バイパス弁付勢部22は、ハウジング12外に配置され、ハウジング12に支持されている。バイパス弁付勢部22は、バイパス弁体20がバイパス弁周方向Dbcの一方側へ回転するように、バイパス弁軸21を介してバイパス弁体20を常に付勢している。
そのため、バイパス弁体20は、モータ24の非通電時である非駆動時には、第2上流通路122を全閉にする回転位置(具体的には、図2~図4に表示されたバイパス弁体20の回転位置)へ、バイパス弁付勢部22の付勢力によって戻される。
モータ24は、EGR弁体14とバイパス弁体20とを回転動作させる駆動源である。モータ24はハウジング12内に収容されており、ハウジング12に固定されたモータ本体241と、EGR弁軸心CLaと平行なモータ軸心CLmまわりに回転するモータ軸242と、モータ軸242の回転角度を検出する不図示のモータ回転センサとを有している。
モータ24は、図1の制御装置85からの信号に従ってモータ軸242を回転させ、モータ回転センサによって検出されたモータ軸242の回転角度を示す信号を制御装置85へ出力する。従って、モータ軸242の回転角度および回転方向は制御装置85によって制御される。例えば、モータ24は、EGR弁付勢部16およびバイパス弁付勢部22の付勢力に対抗してEGR弁体14とバイパス弁体20とを回転動作させる場合には、その付勢力に打ち勝つトルクを発生する。
また、モータ24は、通電されることでモータ軸242の回転角度を現状維持することもでき、モータ24の非通電時にはモータ軸242の回転角度を保持せずモータ軸242を自由回転可能にする。
モータ軸242は、減速装置26を介してEGR弁軸15に動力伝達可能に連結されている。その減速装置26は、常時噛み合った複数の歯車を含んで構成されており、モータ軸242の回転を減速してEGR弁軸15へ伝達する。また、減速装置26は、バルブ装置10の外殻の一部を構成するケースを有し、減速装置26が有する複数の歯車はそのケース内に収容されている。
また、EGR弁軸15は、そのEGR弁軸15のうちEGR弁体14の固定箇所に対する弁軸方向Daの一方側で連動部28に動力伝達可能に連結し、EGR弁体14の固定箇所に対する弁軸方向Daの他方側で減速装置26に動力伝達可能に連結している。そして、連動部28は、EGR弁軸15とバイパス弁軸21とを動力伝達可能に連結している。そのため、モータ24の回転駆動力は、モータ軸242、減速装置26、EGR弁軸15、連動部28、バイパス弁軸21の順に伝達される。
図2、図3に示すように、連動部28は、EGR弁体14の回転動作に対しバイパス弁体20を連動させる連動機構である。具体的に、本実施形態の連動部28はカムリンク機構として構成されており、カム29と、そのカム29の回転に対して従動する従動回転部30とを有している。
カム29は、弁軸方向Daに厚みを有する平板状を成し、EGR弁軸15に固定されている。そのため、カム29は、EGR弁体14およびEGR弁軸15と共にEGR弁軸心CLaまわりに一体回転する。カム29は、カム29の周縁に形成されたカム軌道291を有している。このカム軌道291は、カム29のプロファイルとも称される。
また、従動回転部30は、弁軸方向Daに厚みを有する平板状のレバー301と、レバー301に回転可能に支持されたカム従動子としてのローラー302とを有している。ローラー302は、バイパス弁軸心CLbに平行な軸心まわりにレバー301に対し相対回転し、そのローラー302の軸心は、バイパス弁軸心CLbに対して径方向にずれて配置されている。
また、レバー301はバイパス弁軸21に固定されている。そのため、レバー301は、バイパス弁体20およびバイパス弁軸21と共にバイパス弁軸心CLbまわりに一体回転する。
バイパス弁付勢部22は、バイパス弁軸21に固定されたバイパス弁体20を上記したように付勢すると共に、バイパス弁軸21に固定されたレバー301も付勢する。すなわち、バイパス弁付勢部22は、レバー301がバイパス弁周方向Dbc(図4参照)の一方側へ回転するように、バイパス弁軸21を介してレバー301を常に付勢している。これにより、従動回転部30のローラー302は常にカム軌道291に押し付けられているので、従動回転部30は、ローラー302をカム軌道291に沿わせながらカム29の回転動作に連動して回転する。
図4~図6に示すように、本実施形態では、EGR弁体14は、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ90度、且つその基準回転位置からEGR弁周方向Dacの他方側へも90度の範囲内でモータ24によって回転させられる。本実施形態では、EGR弁体14の基準回転位置をEGR弁体14の0度の回転位置と称する。そして、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ90度回転した回転位置を+90度の回転位置と称し、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの他方側へ90度回転した回転位置を-90度の回転位置と称する。
図5の(a)は、EGR弁体14が基準回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図5の(c)は、EGR弁体14が+90度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示している。また、図5の(b)は、EGR弁体14がそれらの回転位置の中間にあるときのバルブ装置10を示している。また、図5の(e)は、EGR弁体14が-90度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図5の(d)は、EGR弁体14が基準回転位置と-90度の回転位置との中間にあるときのバルブ装置10を示している。
図5の(a)~(c)に示すようにEGR弁体14が第1回転範囲RG1内で回転する場合には、従動回転部30のローラー302は、カム軌道291の一部を構成する第1プロファイル291aに沿いながらカム29に対して相対移動する。すなわち、この場合、従動回転部30は、カム29の第1プロファイル291aにローラー302を沿わせながらカム29の回転動作に連動して回転する。なお、EGR弁体14の第1回転範囲RG1とは、EGR弁体14の基準回転位置から+90度の回転位置までの回転範囲である。
また、図5の(a)、(d)、(e)に示すようにEGR弁体14が第2回転範囲RG2内で回転する場合には、従動回転部30のローラー302は、カム軌道291の一部を構成する第2プロファイル291bに沿いながらカム29に対して相対移動する。すなわち、この場合、従動回転部30は、カム29の第2プロファイル291bにローラー302を沿わせながらカム29の回転動作に連動して回転する。第1プロファイル291aと第2プロファイル291bは直列につながるカム29のプロファイルである。なお、EGR弁体14の第2回転範囲RG2とは、EGR弁体14の基準回転位置から-90度の回転位置までの回転範囲である。
図5の(a)に示すように、EGR弁体14が例えば基準回転位置になった場合には、下流通路123はEGR弁体14によって全閉にされ、それと同時に第2上流通路122はバイパス弁体20によって全閉にされる。
また、図5の(c)、(e)に示すようにEGR弁体14は+90度の回転位置になった場合でも-90度の回転位置になった場合でも、下流通路123を全開にする。そのため、図6の(b)に示すように、EGR弁体14の基準回転位置からの回転量(別言すると、回転角度)が大きくなるほど、下流通路123の開度が大きくなり、下流通路123から吸気通路72(図1参照)へ流れるEGR流量も大きくなる。そのEGR流量とは、下流通路123から吸気通路72へ流れるEGRガスの流量のことである。
詳細には、EGR弁体14は、後述する第1の場合と第2の場合とで、基準回転位置からの回転量と下流通路123の開度との関係が同じになるように構成されている。そして、その第1の場合とは、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ回転する場合であり、第2の場合とは、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁周方向Dacの他方側へ回転する場合である。なお、EGR弁周方向Dacの一方側とは、言い換えれば、EGR弁軸心CLaまわりの一方側のことであり、EGR弁周方向Dacの他方側とは、言い換えれば、EGR弁軸心CLaまわりの他方側のことである。
また、バイパス弁体20がEGR弁体14に連動して回転するので、図5、図6の(c)に示すように、第2上流通路122の開度(すなわち、バイパス開度)は、下流通路123の開度(すなわち、EGR開度)に対して連動する。本実施形態では、EGR弁体14の第1、第2回転範囲RG1、RG2の何れでも、EGR弁体14の基準回転位置からの回転量が大きくなるほど、第2上流通路122の開度は大きくなる。
但し、カム29の第1プロファイル291aの形状と第2プロファイル291bの形状とが異なるので、互いに連動して変化する第2上流通路122の開度と下流通路123の開度との関係は、上記第1の場合と第2の場合とで異なる。例えば、EGR弁体14が-90度の回転位置になった場合には第2上流通路122は全開にされるが、EGR弁体14が+90度の回転位置になった場合には第2上流通路122の開度は全開よりも小さい開度にとどまる。
なお、本実施形態では、図5の(a)に示す第2上流通路122の全閉から図5の(e)に示す第2上流通路122の全開にまでバイパス弁体20が回転する回転量(別言すると、回転角度)は、例えば40度程度である。従って、レバー301の回転範囲は90度よりも小さく、具体的に、レバー301は40度程度の回転範囲内で回転する。
また、図6の(c)に示すように、EGR弁体14の第1回転範囲RG1と第2回転範囲RG2とのそれぞれで、第2上流通路122の開度と下流通路123の開度は非線形の関係になっている。例えば、第2上流通路122および下流通路123の開度が何れも0%ではない場合に着目すると、第2上流通路122と下流通路123との両方が開かれているときに第2上流通路122の開度と下流通路123の開度は非線形の関係になっている。
このように、連動部28は、カム29と従動回転部30とから構成された構造を、第2上流通路122と下流通路123との両方が開かれているときに第2上流通路122の開度を下流通路123の開度に対し非線形の関係で連動させることが可能な連動構造として備えている。要するに、連動部28は、EGR弁体14が基準回転位置にある場合を基準としたEGR弁体14の回転量とバイパス弁体20の回転量とが非線形の関係になるように、EGR弁体14とバイパス弁体20とを連動させる。
また、図7に示すように、カム29の第1プロファイル291aは、カム29が回転しても従動回転部30のローラー302をバイパス弁軸心CLbに対して変位させない不感帯291cを第1プロファイル291aの一部として含んでいる。具体的に、この不感帯291cは、EGR弁軸心CLaを中心とし一定の半径Rnaを有する円弧で形成されている。
これと同様に、図8に示すように、カム29の第2プロファイル291bも、カム29が回転しても従動回転部30のローラー302をバイパス弁軸心CLbに対して変位させない不感帯291dを第2プロファイル291bの一部として含んでいる。この不感帯291dは、EGR弁軸心CLaを中心とし一定の半径Rnbを有する円弧で形成されている。
図5、図6に示すように、例えば本実施形態では、EGR弁体14の第1回転範囲RG1と第2回転範囲RG2は、エンジン71(図1参照)の暖機中か暖機後かによって使い分けられる。すなわち、エンジン71の暖機後においては、EGR弁体14は第1回転範囲RG1内で回転動作させられる。その一方で、エンジン71の暖機中においては、EGR弁体14は第2回転範囲RG2内で回転動作させられる。エンジン71の暖機後とは、エンジン71の温度がエンジン71の暖機完了を判定するために予め定められた暖機判定温度以上になっておりエンジン71が作動している場合である。また、エンジン71の暖機中とは、エンジン71の温度が暖機判定温度未満でありエンジン71が作動している場合である。
なお、図6の横軸に示される暖機後第1開度範囲RH1は、エンジン71の暖機後の低負荷域にてEGR開度がとりうる範囲であり、暖機後第2開度範囲RH2は、エンジン71の暖機後の中負荷域にてEGR開度がとりうる範囲である。暖機後第3開度範囲RH3は、エンジン71の暖機後の高負荷域にてEGR開度がとりうる範囲である。また、暖機中第1開度範囲RC1は、エンジン71の暖機中の低負荷域にてEGR開度がとりうる範囲であり、暖機中第2開度範囲RC2は、エンジン71の暖機中の中負荷域にてEGR開度がとりうる範囲である。暖機中第3開度範囲RC3は、エンジン71の暖機中の高負荷域にてEGR開度がとりうる範囲である。
図4では、EGR弁軸心CLaの径方向におけるEGR弁体14の一端141がたどる一端軌跡TR1の一部と、EGR弁軸心CLaの径方向におけるEGR弁体14の他端142がたどる他端軌跡TR2の一部とがそれぞれ二点鎖線で示されている。
これらの軌跡TR1、TR2から判るように、EGR弁体14は、図5の(a)に示す基準回転位置から図5の(c)に示す+90度の回転位置に回転する場合には、EGR弁体14の一端141を含む一部分が合流部124内に入る。また、EGR弁体14は、図5の(a)に示す基準回転位置から図5の(e)に示す-90度の回転位置に回転する場合には、EGR弁体14の他端142を含む一部分が合流部124内に入る。すなわち、EGR弁体14は、そのEGR弁体14が回転した際にEGR弁体14の一部が一時的に合流部124内に入る位置に配置されている。
上述したように、本実施形態によれば、図2~図5に示すように、バルブ装置10は、EGR弁体14の回転動作に対しバイパス弁体20を連動させる連動部28を備えている。EGR弁体14は、上記した第1の場合と第2の場合とで、基準回転位置からの回転量と下流通路123の開度との関係が同じになるように構成されている。その第1の場合とは、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ回転する場合であり、第2の場合とは、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁周方向Dacの他方側へ回転する場合である。そして、連動部28は、図6の(c)に示すように、第2上流通路122と下流通路123との両方が開かれているときに第2上流通路122の開度を下流通路123の開度に対し非線形の関係で連動させることが可能な連動構造を備えている。
そのため、特許文献1に記載の構成と比較して、バイパス弁体20によって開閉される第2上流通路122の開度とEGR弁体14によって開閉される下流通路123の開度との関係を、連動部28の上記連動構造により柔軟に設定することが可能である。
また、図5、図6に示すように、EGR弁体14の第1回転範囲RG1と第2回転範囲RG2とで、第2上流通路122の開度と下流通路123の開度との関係である通路開度特性を異ならせることが容易である。
従って、下流通路123の全開時における第2上流通路122の開度をエンジン71の暖機後にはエンジン71の暖機中に比して小さくするなど、種々の通路開度特性を自由に設定することが可能である。例えば、下流通路123の全開時における第2上流通路122の開度をエンジン71の暖機後にはエンジン71の暖機中に比して小さくすることで、EGRクーラー80の冷却性能をエンジン71の暖機後に最大限発揮させることが可能である。
また、エンジン71の暖機中はエンジン71の排気が低温であるが、その場合、図6に示すように、EGR弁体14により下流通路123を開くと同時にバイパス弁体20により第2上流通路122を開くことができる。これにより、下流通路123でEGR弁体14周りに流れるEGRガスを暖めて、結露に起因した凝縮水の発生を抑制することが可能である。
例えば本実施形態では、エンジン71の暖機中におけるEGR開度の何れの開度範囲RC1、RC2、RC3でもバイパス開度は最大とされる。これにより、下流通路123に流通するEGRガスが最大限暖められ、凝縮水の発生が最大限抑えられるようになっている。
例えば尿素を用いた排気ガス浄化システムが内燃機関システム70(図1参照)に設けられている場合を想定してみる。その場合、その尿素を用いた排気ガス浄化システムはエンジン71の低温時には使用できず、替わりにEGRが用いられるので、このようなエンジン71の暖機中にEGRガスからの凝縮水発生を抑制することは重要である。
(1)また、本実施形態によれば、図4~図6に示すように、EGR弁体14は、基準回転位置にあるときには下流通路123を全閉にする。そして、互いに連動して変化する第2上流通路122の開度と下流通路123の開度との関係である通路開度特性は、上記した第1の場合と第2の場合とで異なる。このようにすることで、例えば、エンジン71の暖機中か暖機後かによって2種類の通路開度特性を使い分けることが可能である。
(2)また、本実施形態によれば、図2、図5に示すように、連動部28は、EGR弁体14と共に回転しカム軌道291を有するカム29と、バイパス弁体20と共に回転しローラー302を有する従動回転部30とを有している。そして、その従動回転部30は、ローラー302をカム軌道291に沿わせながらカム29の回転動作に連動して回転する。
従って、カム軌道291の形状に応じて、EGR弁体14の回転量とバイパス弁体20の回転量とが非線形の関係となるようにEGR弁体14とバイパス弁体20とを連動させることが容易である。そのため、通路開度特性を設定することの自由度を高くすることが可能である。
(3)また、本実施形態によれば、図4に示すように、EGR弁体14は、そのEGR弁体14が回転した際にEGR弁体14の一部が一時的に合流部124内に入る位置に配置されている。従って、EGR弁体14とバイパス弁体20とを近接させて配置することができるので、バルブ装置10の小型化を図ることが可能である。
例えば、図9、図10に示す第1比較例のバルブ装置90では、本実施形態のバルブ装置10に比して、EGR弁体14がバイパス弁体20から離れて配置されているので、バルブ装置90のEGR弁体14は、何れの回転位置にあっても合流部124内に入ることがない。そのため、第1比較例では、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ回転しても他方側へ回転しても、その回転の向きは下流通路123でのEGRガスの流量に影響しないが、バルブ装置90の体格が大きくなる。なお、図9、図10の矢印A1は第1上流通路121から合流部124へのEGRガス流れを示し、矢印A2は第2上流通路122から合流部124へのEGRガス流れを示している。このことは、後述の図11、図12でも同様である。
これに対し、本実施形態では、上記のようにEGR弁体14が回転した際にEGR弁体14の一部が一時的に合流部124内に入るので、バルブ装置10の体格を小さくできる。但し、図11、図12に示ように、基準回転位置からEGR弁体14が回転する向きが、第1上流通路121と第2上流通路122とのそれぞれから合流部124へ流れるEGRガスの流れに影響する。従って、基準回転位置からEGR弁体14が回転する向きは、第2上流通路122から合流部124へ流れるEGRガスの流量(すなわち、バイパス流量)に影響しうる。
そこで、本実施形態では、カム29と従動回転部30とから構成されたカムリンク機構が連動部28に採用されている。これにより、カム軌道291の形状に応じて通路開度特性を柔軟に設定可能であるので、EGR弁体14が回転する向きがバイパス流量へ与える影響を打ち消すように通路開度特性を設定できる。例えば、下流通路123の開度が変わらなければ、基準回転位置からEGR弁体14が回転する向きに依らずバイパス流量を同じにすることも可能である。
このように、EGR弁体14の配置とカムリンク機構との相乗効果により、バルブ装置10を小型化しつつ、バイパス流量を制御しやすいバルブ装置10を得ることが可能である。
(4)また、本実施形態によれば、図7、図8に示ように、カム軌道291は、カム29が回転しても従動回転部30のローラー302をバイパス弁軸心CLbに対して変位させない不感帯291cをカム軌道291の一部として含んでいる。従って、例えばエンジン71の運転条件に応じて、第2上流通路122の開度を保持したまま、下流通路123から吸気通路72(図1参照)へ流れるEGRガスの流量をEGR弁体14で調節することが可能である。これにより、吸気通路72へ流れるEGRガスの調温制御性を向上させることが可能である。
例えば高温のEGRガスが必要な場合には、第2上流通路122を全開に保持しながら下流通路123の開度を変化させることも可能である。
(5)また、本実施形態によれば、図4に示ように、バイパス弁体20は、開いていた第2上流通路122を全閉にする場合には、図4の矢印R1で示すように、常に、バイパス弁周方向Dbcの一方側へ回転することで第2上流通路122を全閉にする。そのため、本実施形態のバイパス弁体20は、第2上流通路122の全閉時に第2上流通路122の内壁面に対して常に対向するシール面201aを、バイパス弁軸心CLbの径方向におけるバイパス弁体20の両端部201にそれぞれ有している。
これにより、例えば図13のバイパス弁体92を有する第2比較例のバルブ装置または図14のバイパス弁体93を有する第3比較例のバルブ装置と比較して、第2上流通路122が全閉になっているときのEGRガスの漏れを低減することが可能である。なお、図13、図14では、実線で示されたバイパス弁体92、93がバイパス弁軸心CLbまわりに回転した状態が破線で示されている。
図13に示す第2比較例では、バイパス弁体92は、開いていた第2上流通路122を全閉にする際には、矢印A3のようにバイパス弁周方向Dbcの一方側へ回転することもあれば、矢印A4のようにバイパス弁周方向Dbcの他方側へ回転することもある。そのため、この第2比較例では、第2上流通路122の全閉時においてバイパス弁体92と第2上流通路122の内壁面との間の隙間CRaが大きくなり、本実施形態と比較してEGRガスの漏れが大きい。
また、図14に示す第3比較例でも、バイパス弁体93は、開いていた第2上流通路122を全閉にする際には、矢印A5のように、バイパス弁周方向Dbcの一方側へ回転することもあればバイパス弁周方向Dbcの他方側へ回転することもある。そのため、この第3比較例では、バイパス弁体93の端部に設けられたシール面93aが第2上流通路122の全閉時に第2上流通路122の内壁面に対向しない場合があるので、本実施形態と比較してEGRガスの漏れが大きい場合がある。
なお、第2比較例および第3比較例では、例えば、互いに噛み合う複数の歯車から構成されたギヤリンク機構を介してEGR弁体14とバイパス弁体92、93とが連動させられている。このようなギヤリンク機構では、本実施形態のバイパス弁体20の作動を実現するのは難しい。
(6)また、本実施形態によれば、図2、図4に示ように、バイパス弁体20は、バイパス弁周方向Dbcの一方側へ回転するように付勢されている。そして、バイパス弁体20は、第2上流通路122を全閉にした場合には第2上流通路122に対し斜めの姿勢でその第2上流通路122を塞ぐ。従って、例えば第2上流通路122の全閉時にバイパス弁体20が第2通路方向D2に対し垂直になる場合と比較して、第2上流通路122の全閉から全開にまでバイパス弁体20が回転する際の回転角度を小さくできる。すなわち、連動部28のレバー301の最大回転量を小さくでき、それに応じて、カム軌道291を短くすることが可能である。その結果、連動部28の体格を小さくすることが可能である。
また、第2上流通路122では全閉であってもEGRガスの漏れは完全に零にはならないので、図15に示ように、第2上流通路122のうちバイパス弁体20に対するガス流れ上流側では、矢印A6で示すようにEGRガスの流れが絞られる。そのため、バイパス弁体20に沿ったガス流れ上流域AR1に比してガス流れ下流域AR2ではEGRガスの流速が高く静圧が低下する。その結果、第2上流通路122におけるEGRガスの静圧差が、矢印A7のように第2上流通路122を閉じる向きにバイパス弁体20を回転させるトルクとして作用する。
このようなことから、例えば第2上流通路122の全閉時にバイパス弁体20が第2通路方向D2に対し垂直になる場合と比較して、第2上流通路122を閉じる向きにバイパス弁体20を付勢するバイパス弁付勢部22の付勢力を引き下げることが可能である。そして、そのバイパス弁付勢部22の付勢力が下がれば、その分、バイパス弁付勢部22の体格を小さくしやすく、カム29およびモータ24に掛かる負荷を低減することが可能である。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の実施形態の説明においても同様である。
図16に示すように、本実施形態では第1実施形態に対し、EGR弁軸15に対するEGR弁体14の取付角度がEGR弁軸心CLaまわりに90度回転している。従って、図16の(a)に示すように、第1実施形態とは異なり、EGR弁体14は基準回転位置にあるときには、下流通路123を全開にする。
なお、本実施形態のEGR弁付勢部16(図3参照)は第1実施形態と同様である。すなわち、本実施形態のEGR弁付勢部16はEGR弁体14が基準回転位置に戻るように、EGR弁軸15を介してEGR弁体14を常に付勢している。そのため、EGR弁体14は、モータ24の非通電時である非駆動時には、そのEGR弁体14の基準回転位置へEGR弁付勢部16の付勢力によって戻される。
図16は、図5と同様に、バルブ装置10の各状態を示している。すなわち、図16の(a)は、EGR弁体14が基準回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図16の(c)は、EGR弁体14が+90度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示している。また、図16の(b)は、EGR弁体14がそれらの回転位置の中間にあるときのバルブ装置10を示している。また、図16の(e)は、EGR弁体14が-90度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図16の(d)は、EGR弁体14が基準回転位置と-90度の回転位置との中間にあるときのバルブ装置10を示している。
例えば、本実施形態では図16の(c)、(e)に示すように、EGR弁体14は+90度の回転位置になった場合でも-90度の回転位置になった場合でも、下流通路123を全閉にする。そのため、EGR弁体14の基準回転位置からの回転量(別言すると、回転角度)が大きくなるほど、下流通路123の開度が小さくなり、下流通路123から吸気通路72(図1参照)へ流れるEGR流量も小さくなる。
(1)上述したように、本実施形態によれば、EGR弁体14は、モータ24によって回転動作させられ、モータ24の非駆動時には基準回転位置に戻るように付勢されている。そして、EGR弁体14は、その基準回転位置にあるときには下流通路123を全開にする。従って、エンジン71(図1参照)の始動時にEGRガスが下流通路123に流通可能となっている。そのため、エンジン71の始動時に、EGR弁体14が凝縮水の氷結に起因して回転動作不能になることを防止することが可能である。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図17A、図17Bに示すように、本実施形態では第1実施形態と比較して、EGR弁体14の可動範囲が広くなっている。具体的には、EGR弁体14は、そのEGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ180度回転し、基準回転位置からEGR弁周方向Dacの他方側へも180度回転する。
本実施形態でも第1実施形態と同様に、EGR弁体14の基準回転位置をEGR弁体14の0度の回転位置と称する。そして、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ90度回転した回転位置を+90度の回転位置と称し、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの他方側へ90度回転した回転位置を-90度の回転位置と称する。これに加えて、本実施形態では、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの一方側へ180度回転した回転位置を+180度の回転位置と称する。また、EGR弁体14の基準回転位置からEGR弁周方向Dacの他方側へ180度回転した回転位置を-180度の回転位置と称する。
図17Aの(a)と図17Bの(a)は何れもバルブ装置10の同じ状態を示しており、具体的には、EGR弁体14が基準回転位置にあるときのバルブ装置10を示している。図17Aの(c)は、EGR弁体14が+90度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図17Aの(b)は、EGR弁体14が基準回転位置と+90度の回転位置との中間にあるときのバルブ装置10を示している。また、図17Aの(g)は、EGR弁体14が+180度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図17Aの(f)は、EGR弁体14が+90度の回転位置と+180度の回転位置との中間にあるときのバルブ装置10を示している。
また、図17Bの(e)は、EGR弁体14が-90度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図17Bの(d)は、EGR弁体14が基準回転位置と-90度の回転位置との中間にあるときのバルブ装置10を示している。また、図17Bの(i)は、EGR弁体14が-180度の回転位置にあるときのバルブ装置10を示し、図17Bの(h)は、EGR弁体14が-90度の回転位置と-180度の回転位置との中間にあるときのバルブ装置10を示している。
図17Aの(a)~(c)に示すようにEGR弁体14が第1回転範囲RG1内で回転する場合には、第1実施形態と同様にカム軌道291のうち第1プロファイル291aが使用される。また、図17Bの(a)、(d)、(e)に示すようにEGR弁体14が第2回転範囲RG2内で回転する場合には、第1実施形態と同様にカム軌道291のうち第2プロファイル291bが使用される。
本実施形態のカム軌道291は、第1プロファイル291aと第2プロファイル291bとに加え、第3プロファイル291eと第4プロファイル291fとを有している。第1~第4プロファイル291a、291b、291e、291fは、第4プロファイル291f、第2プロファイル291b、第1プロファイル291a、第3プロファイル291eの順で直列につながるカム29のプロファイルである。
そして、図17Aの(c)、(f)、(g)に示すようにEGR弁体14が第3回転範囲RG3内で回転する場合には、従動回転部30は、カム29の第3プロファイル291eにローラー302を沿わせながらカム29の回転動作に連動して回転する。その一方で、図17Bの(e)、(h)、(i)に示すようにEGR弁体14が第4回転範囲RG4内で回転する場合には、従動回転部30は、カム29の第4プロファイル291fにローラー302を沿わせながらカム29の回転動作に連動して回転する。なお、EGR弁体14の第3回転範囲RG3とは、EGR弁体14の+90度の回転位置から+180度の回転位置までの回転範囲である。また、EGR弁体14の第4回転範囲RG4とは、EGR弁体14の-90度の回転位置から-180度の回転位置までの回転範囲である。
図17A、図17Bの(a)~(e)が示すEGR弁体14の回転位置およびバイパス弁体20の回転位置は、図5の(a)~(e)が示すEGR弁体14の回転位置およびバイパス弁体20の回転位置とそれぞれ同じである。
本実施形態では、図17A、図17Bの(g),(i)に示すようにEGR弁体14は+180度の回転位置になった場合でも-180度の回転位置になった場合でも、下流通路123を全閉にする。このとき、バイパス弁体20は第2上流通路122を全閉にする。
このように、例えばEGR弁体14が基準回転位置からEGR弁軸心CLaまわりに一方側へ回転する場合には、その基準回転位置から90度回転する毎に、下流通路123の開度は、その下流通路123の全閉と全開との一方から他方へ変化する。それと共に、EGR弁体14が基準回転位置から90度回転する毎に、第2上流通路122の開度と下流通路123の開度との関係である通路開度特性もカム29の第1プロファイル291aと第3プロファイル291eとに応じて切り替わる。
また、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁軸心CLaまわりに他方側へ回転する場合にも、その基準回転位置から90度回転する毎に、下流通路123の開度は、その下流通路123の全閉と全開との一方から他方へ変化する。それと共に、EGR弁体14が基準回転位置から90度回転する毎に、通路開度特性もカム29の第2プロファイル291bと第4プロファイル291fとに応じて切り替わる。
(1)上述したように、本実施形態によれば、下流通路123の全閉と全開との一方から他方へ変化する下流通路123の開度と第2上流通路122の開度との関係は、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁軸心CLaまわりに一方側へ90度回転する毎に切り替わる。また、下流通路123の全閉と全開との一方から他方へ変化する下流通路123の開度と第2上流通路122の開度との関係は、EGR弁体14が基準回転位置からEGR弁軸心CLaまわりに他方側へ90度回転する毎にも切り替わる。従って、互いに連動する下流通路123の開度と第2上流通路122の開度との関係をバルブ装置10に4種類持たせることが可能である。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2実施形態と組み合わせることも可能である。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図18に示すように、本実施形態でも第1実施形態と同様に、EGR弁軸心CLaに平行な方向視において、下流通路123は第2上流通路122に対し垂直な向きで配置されている。
但し、本実施形態では、EGR弁軸心CLaに平行な方向視において、下流通路123の向きに沿った第1通路方向D1でのEGR弁軸心CLaと第2上流通路122の中心Cbとの心間距離Dxは、第2上流通路122の半径Rb以上である。そして、その心間距離Dxは、EGR弁体14の厚みTegと第2上流通路122の半径Rbとを足し合わせた大きさ以下でもある。要するに、その図18において、第1通路方向D1での心間距離Dxと第2上流通路122の半径RbとEGR弁体14の厚みTegは、「Rb≦Dx≦Rb+Teg」という関係にある。
(1)従って、EGR弁体14とバイパス弁体20とを近接させて配置することができるので、バルブ装置10の小型化を図ることが可能である。なお、上記の「Rb≦Dx≦Rb+Teg」という関係式に用いられる厚みTegは、例えばEGR弁体14の最大厚みである。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2実施形態または第3実施形態と組み合わせることも可能である。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図19~図22に示すように、本実施形態ではバイパス弁体20はバタフライ弁体ではなく、平板形状を成しその平板形状に沿った方向へスライドすることにより第2上流通路122を開閉するディスク弁体である。この点において、本実施形態は第1実施形態と異なっている。
具体的に、本実施形態でも第1実施形態と同様に第2上流通路122は、バイパス通路75(図1参照)の下流端を含み、バイパス通路75の一部を構成している。但し、本実施形態では第2上流通路122の向きが第1実施形態とは異なっている。本実施形態の第2上流通路122は、弁軸方向Daに沿って直線的に延びた通路となっている。そして、EGRクーラー80(図1参照)をバイパスしたEGRガスは、ハウジング12に接続されたバイパス配管32を介して第2上流通路122に流入する。
図22、図23に示すように、本実施形態のバイパス弁体20は、弁軸方向Daに厚みを有する平板形状を成す板材で構成されている。すなわち、バイパス弁体20は、第2上流通路122を横切って拡がった形状を成している。
また、バイパス弁体20は、バイパス弁体20を貫通した連結孔203aが形成された連結部203を有している。その連結孔203aにはEGR弁軸15のうち弁軸方向Daの一方側の端部である一端部151が嵌入されており、バイパス弁体20は、そのバイパス弁体20の連結部203にてEGR弁軸15に対し相対回転不能に連結されている。
これにより、本実施形態のバイパス弁体20は、EGR弁軸心CLaまわりにEGR弁体14およびEGR弁軸15と一体回転する。すなわち、バイパス弁体20はEGR弁軸15と共に回転することで、第2上流通路122に対し交差する向きにスライドする。詳しく言えば、バイパス弁体20は、第2上流通路122に対してEGR弁周方向Dacにスライドする。
そして、EGR弁軸15の一端部151とバイパス弁体20の連結部203は、EGR弁体14の回転動作に対しバイパス弁体20を連動させる連動部34として機能する。なお、本実施形態のバルブ装置10は、バイパス弁軸21とバイパス弁付勢部22とカムリンク機構として構成された連動部28(図3参照)とを備えていない。
また、本実施形態のバイパス弁体20には、第1貫通孔204と第2貫通孔205とが形成されている。第2貫通孔205は第1貫通孔204に対しEGR弁周方向Dacの一方側に並んで配置されている。
図22、図24に示すように、バイパス弁体20は、そのバイパス弁体20のスライドに伴って第1貫通孔204または第2貫通孔205を第2上流通路122に対して重複させることでその第2上流通路122を開く。その一方で、バイパス弁体20は、そのバイパス弁体20のスライドに伴って第1貫通孔204と第2貫通孔205との両方を第2上流通路122から外すことでその第2上流通路122を全閉にする。その第2上流通路122が全閉にされた状態は図24の(a)に示されている。
例えば、本実施形態のEGR弁体14とバイパス弁体20は、図24の(a)~(e)に示すように回転する。図24の(a)は、EGR弁体14が基準回転位置にあるときのEGR弁体14の姿勢とバイパス弁体20の姿勢とをそれぞれ示している。図24の(c)は、EGR弁体14が+90度の回転位置にあるときのEGR弁体14の姿勢とバイパス弁体20の姿勢とをそれぞれ示している。図24の(b)は、EGR弁体14が基準回転位置と+90度の回転位置との中間にあるときのEGR弁体14の姿勢とバイパス弁体20の姿勢とをそれぞれ示している。図24の(e)は、EGR弁体14が-90度の回転位置にあるときのEGR弁体14の姿勢とバイパス弁体20の姿勢とをそれぞれ示している。また、図24の(d)は、EGR弁体14が基準回転位置と-90度の回転位置との中間にあるときのEGR弁体14の姿勢とバイパス弁体20の姿勢とをそれぞれ示している。
この図24の(a)~(e)に示すように、バイパス弁体20の第1貫通孔204または第2貫通孔205が第2上流通路122に対して重複する重複量が大きくなるほど、第2上流通路122の開度も大きくなる。第2上流通路122に対する貫通孔204、205の重複量は、例えば、ドット状のハッチングが付された貫通孔重複領域Aovの大きさとして表される。なお、図24の(a)~(e)において、バイパス弁体20の姿勢は図20のXXIVa-XXIVa断面によって表され、EGR弁体14の姿勢は図20のXXIVb-XXIVb断面によって表されている。
また、上述した図6の内容は本実施形態でも同様である。従って、本実施形態でも第1実施形態と同様にエンジン71の暖機後においては、EGR弁体14は第1回転範囲RG1(図6参照)内で回転動作させられる。すなわち、図24の(a)~(c)は、エンジン71の暖機後におけるEGR弁体14の姿勢とバイパス弁体20の姿勢とを例示している。また、エンジン71の暖機中においては、EGR弁体14は第2回転範囲RG2(図6参照)内で回転動作させられる。すなわち、図24の(a)、(d)、(e)は、エンジン71の暖機中におけるEGR弁体14の姿勢とバイパス弁体20の姿勢とを例示している。
そして、本実施形態の通路開度特性は第1実施形態と同様であるので、本実施形態の連動部34も、第1実施形態の連動部28と同様に上記連動構造を備えていると言える。すなわち、本実施形態の連動部34も、第2上流通路122と下流通路123との両方が開かれているときに第2上流通路122の開度を下流通路123の開度に対し非線形の関係で連動させることが可能な連動構造を備えていると言える。
また、本実施形態でも第1実施形態と同様に、例えば、EGR弁体14は、図24の(a)に示すように基準回転位置になった場合には下流通路123を全閉にする。また、図24の(c)、(e)に示すようにEGR弁体14は+90度の回転位置になった場合でも-90度の回転位置になった場合でも、下流通路123を全開にする。
本実施形態では第1実施形態と同様に、図22に示すEGR弁付勢部16は、EGR弁体14が基準回転位置に戻るように、EGR弁軸15を介してEGR弁体14を常に付勢している。すなわち、EGR弁付勢部16は、EGR弁体14とバイパス弁体20とが図24の(a)に示す姿勢になるように、EGR弁体14とバイパス弁体20とを常に付勢している。その図24の(a)に示すバイパス弁体20の姿勢では、バイパス弁体20は第2上流通路122を全閉にする。それと共に、第2貫通孔205が第2上流通路122に対してEGR弁周方向Dac(図23参照)の一方側に位置し、且つ第1貫通孔204が第2上流通路122に対してEGR弁周方向Dacの他方側に位置する。
(1)上述したように、本実施形態によれば、バイパス弁体20は、第2上流通路122を横切って拡がり第1、第2貫通孔204、205が形成された板材で構成されている。バイパス弁体20は、EGR弁体14と一体回転することで第2上流通路122に対し交差する向きにスライドし、そのスライド動作に伴って第1貫通孔204または第2貫通孔205を第2上流通路122に対して重複させることでその第2上流通路122を開く。そして、バイパス弁体20の第1貫通孔204または第2貫通孔205が第2上流通路122に対して重複する重複量が大きくなるほど、第2上流通路122の開度も大きくなる。
従って、バイパス弁体20が例えばカムリンク機構を介してEGR弁体14の回転動作に対し連動させられる構成と比較して、バルブ装置10を構成する部品点数を削減することが可能である。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(他の実施形態)
(1)上述の各実施形態において、図1に示す内燃機関システム70で用いられる燃料は水素であるが、これは一例である。その内燃機関システム70は、例えばガソリンなどの化石燃料を動力発生用の燃料として用いるものであっても差し支えない。
(2)上述の第1実施形態では、図4、図5に示すように、EGR弁体14は、そのEGR弁体14が回転した際にEGR弁体14の一部が一時的に合流部124内に入る位置に配置されているが、これは一例である。例えば、EGR弁体14の形状またはEGR弁体14の可動範囲によっては、EGR弁体14の一部が常に合流部124内に入っていることも考え得る。
(3)上述の第1実施形態では、図2に示すように、カム軌道291はカム29の周縁の一部によって構成されているが、カム29の周縁ではなく、例えばカム29に設けられた溝または長孔によって構成されていても差し支えない。
(4)なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
10 バルブ装置
12 ハウジング
14 EGR弁体
20 バイパス弁体
28、34 連動部
80 EGRクーラー
121 第1上流通路
122 第2上流通路
123 下流通路
CLa EGR弁軸心

Claims (11)

  1. EGRガスの流量を増減するバルブ装置であって、
    EGRクーラー(80)で冷却された前記EGRガスが流入する第1上流通路(121)、前記EGRクーラーをバイパスした前記EGRガスが流入する第2上流通路(122)、および前記第1上流通路と前記第2上流通路とのガス流れ下流側に連結された下流通路(123)が形成されたハウジング(12)と、
    前記第2上流通路を開閉するバイパス弁体(20)と、
    前記下流通路に設けられ、EGR弁軸心(CLa)まわりに回転することにより前記下流通路を開閉するEGR弁体(14)と、
    前記EGR弁体の回転動作に対し前記バイパス弁体を連動させる連動部(28、34)とを備え、
    前記EGR弁体は、該EGR弁体が所定の基準回転位置から前記EGR弁軸心まわりに一方側へ回転する第1の場合と前記基準回転位置から前記EGR弁軸心まわりに他方側へ回転する第2の場合とで、前記基準回転位置からの回転量と前記下流通路の開度との関係が同じになるように構成され、
    前記連動部は、前記第2上流通路と前記下流通路との両方が開かれているときに前記第2上流通路の開度を前記下流通路の開度に対し非線形の関係で連動させることが可能な構造を備えている、バルブ装置。
  2. 前記EGR弁体は、前記基準回転位置にあるときには前記下流通路を全閉または全開にし、
    互いに連動して変化する前記第2上流通路の開度と前記下流通路の開度との関係は、前記第1の場合と前記第2の場合とで異なる、請求項1に記載のバルブ装置。
  3. 前記バイパス弁体は、前記第2上流通路に設けられ、バイパス弁軸心(CLb)まわりに回転することにより前記第2上流通路を開閉し、
    前記連動部(28)は、前記EGR弁体と共に回転しカム軌道(291)を有するカム(29)と、前記バイパス弁体と共に回転しカム従動子(302)を有する従動回転部(30)とを有し、
    前記従動回転部は、前記カム従動子を前記カム軌道に沿わせながら前記カムの回転動作に連動して回転する、請求項1または2に記載のバルブ装置。
  4. 前記バイパス弁体は、前記第2上流通路に設けられ、バイパス弁軸心(CLb)まわりに回転することにより前記第2上流通路を開閉し、
    前記連動部(28)は、前記EGR弁体と共に回転しカム軌道(291)を有するカム(29)と、前記バイパス弁体と共に回転しカム従動子(302)を有する従動回転部(30)とを有し、
    前記従動回転部は、前記カム従動子を前記カム軌道に沿わせながら前記カムの回転動作に連動して回転し、
    前記EGR弁体は、前記EGR弁軸心に垂直な方向に厚みを有する板状を成し、
    前記EGR弁軸心に平行な方向視において、前記下流通路は前記第2上流通路に対し垂直な向きで配置され、前記バイパス弁軸心は、前記下流通路の向きに沿った方向(D1)での前記第2上流通路の幅の中心に位置し、前記下流通路の向きに沿った前記方向での前記EGR弁軸心と前記第2上流通路の中心(Cb)との距離(Dx)は、前記第2上流通路の半径(Rb)以上、かつ前記EGR弁体の厚み(Teg)と前記第2上流通路の半径とを足し合わせた大きさ以下である、請求項1または2に記載のバルブ装置。
  5. 前記バイパス弁体は、前記第2上流通路に設けられ、バイパス弁軸心(CLb)まわりに回転することにより前記第2上流通路を開閉し、
    前記連動部(28)は、前記EGR弁体と共に回転しカム軌道(291)を有するカム(29)と、前記バイパス弁体と共に回転しカム従動子(302)を有する従動回転部(30)とを有し、
    前記従動回転部は、前記カム従動子を前記カム軌道に沿わせながら前記カムの回転動作に連動して回転し、
    前記第1上流通路は前記第2上流通路に対し交差する向きで配置され、
    前記ハウジングには、前記第1上流通路のガス流れ下流側と前記第2上流通路のガス流れ下流側と前記下流通路のガス流れ上流側とにそれぞれ連結された合流部(124)が形成され、
    前記合流部は、前記第1上流通路を該第1上流通路の向き(D1)に沿って延長して得られる空間(B1)と前記第2上流通路を該第2上流通路の向き(D2)に沿って延長して得られる空間(B2)とが重複した空間として形成され、
    前記EGR弁体は、該EGR弁体が回転した際に前記EGR弁体の一部が少なくとも一時的に前記合流部内に入る位置に配置されている、請求項1または2に記載のバルブ装置。
  6. 前記カム軌道は、前記カムが回転しても前記カム従動子を変位させない不感帯(291c、291d)を前記カム軌道の一部として含む、請求項3ないし5のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  7. 前記バイパス弁体は、開いていた前記第2上流通路を全閉にする場合には、常に、前記バイパス弁軸心の周方向(Dbc)の一方側へ回転することで前記第2上流通路を全閉にする、請求項3ないし6のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  8. 前記バイパス弁体は、前記バイパス弁軸心の周方向の前記一方側へ回転するように付勢されており、前記第2上流通路を全閉にした場合には前記第2上流通路に対し斜めの姿勢で該第2上流通路を塞ぐ、請求項7に記載のバルブ装置。
  9. 前記EGR弁体は、駆動源(24)によって回転動作させられ、前記駆動源の非駆動時には前記基準回転位置に戻るように付勢されており、前記基準回転位置にあるときには前記下流通路を全開にする、請求項1ないし8のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  10. 前記EGR弁体は、前記基準回転位置から前記EGR弁軸心まわりに前記一方側へ180度回転し、前記基準回転位置から前記EGR弁軸心まわりに前記他方側へも180度回転し、
    前記下流通路の全閉と全開との一方から他方へ変化する前記下流通路の開度と該下流通路の開度に連動する前記第2上流通路の開度との関係は、前記EGR弁体が前記基準回転位置から前記EGR弁軸心まわりに前記一方側へ90度回転する毎に切り替わり、前記EGR弁体が前記基準回転位置から前記EGR弁軸心まわりに前記他方側へ90度回転する毎にも切り替わる、請求項1ないし9のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  11. 前記バイパス弁体は、前記第2上流通路を横切って拡がり貫通孔(204、205)が形成された板材で構成され、前記EGR弁体と一体回転することで前記第2上流通路に対し交差する向きにスライドし、該スライドに伴って前記貫通孔を前記第2上流通路に対して重複させることで該第2上流通路を開き、
    前記貫通孔が前記第2上流通路に対して重複する重複量が大きくなるほど、前記第2上流通路の開度も大きくなる、請求項1または2に記載のバルブ装置。
JP2021128439A 2021-08-04 2021-08-04 バルブ装置 Pending JP2023023165A (ja)

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