JP4879355B2

JP4879355B2 - Ｅｇｒバルブ装置

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Publication number: JP4879355B2
Application number: JP2010532779A
Authority: JP
Inventors: 智広奥村; 帥男三好; 晴夫綿貫; 暁長谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: US20110088670A1; DE112009001932T5; US8511290B2; WO2010041368A1; DE112009001932B4; CN102089512B; JPWO2010041368A1; CN102089512A; KR20110010827A; KR101254926B1

Description

この発明は、内燃機関において燃焼後の排気ガスの一部を吸気側へ導いて循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブ装置に関するものである。

ＥＧＲバルブ装置は、例えば特許文献１に開示されているように、１つ以上の排気ガス流入口と１つ以上の排気ガス流出口を有し、それらの排気ガス流入口と排気ガス流出口に連続した排気ガス通路を形成しているバルブハウジングと、このバルブハウジングの内周面に配置されたバルブシートと、バルブハウジングに組み付けられたバルブシャフトと、このバルブシャフトに取り付けられ、バルブシャフトの一方向移動時にバルブシートに同時に当接するバルブとを備え、バルブシートに着座させているバルブを開弁させることで、排気ガス流出口から排出した排気ガスをエンジンに吸気させるようにして循環させるものである。ＥＧＲバルブ装置のバルブシート１４０は、例えば、図７に示すように、中央に穴を設けた略円盤状のステンレスなどからなる平板であり、その外周部とアルミニウムなどからなるハウジング１１０とを、インサート鋳造などにより一体的に取り付け固定されている。
このようなＥＧＲバルブ装置において、排気ガス通路の温度は、エンジンの条件により低温においては約−４０℃、高温においては約１００℃から７００℃にも達する場合があり、線膨張係数の異なる材料のインサート鋳造された部品に大きな隙間が生じる。例えば、低温＝−４０℃、高温＝３５０℃の温度下に各１時間おく状態を１サイクルとして、これを１００サイクル行うと、線膨張係数の異なる材料を用いたインサート部品には約１００μｍの大きな隙間ｓ０が発生し、この隙間ｓ０により、バルブシート１４０のガタつきが発生する。

特開２００５−２５６８０３号公報

従来のＥＧＲバルブ装置は、以上のように構成されており、排気ガス通路の温度の影響を受け、バルブシートの材料とハウジングの材料との線膨張係数の差によりガタつきが発生するという課題があった。
また、バルブシートのガタつきにより、バルブ閉弁時の排気ガス漏れが大きくなり、さらに、バルブシートが脱落するなどして破損してしまうという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、バルブシートのガタつきを防止するとともに、排気ガス漏れやバルブシートの破損を防止するＥＧＲバルブ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るＥＧＲバルブ装置は、ハウジングと一体的にインサート鋳造されるバルブシートの外周部に軸対称又は均等に複数の凹部又は凸部を設けたものである。

この発明のＥＧＲバルブ装置は、ハウジングと一体的に形成されるバルブシートの外周部に軸対称又は均等に複数の凹部又は凸部を設けたので、ハウジングとバルブシートの線膨張係数に差があり、熱履歴を受けても、両者間の隙間が小さい部分を形成することができ、バルブシートのガタつきを防止するとともに、排気ガス漏れやバルブシートの破損を防止することができる。

この発明の実施の形態１によるＥＧＲバルブの一部を切り欠いた縦断面図である。この発明の実施の形態１によるバルブシートの平面図（ａ）、Ａ−Ａ線断面図（ｂ）、ａ部分の拡大図（ｃ）である。この発明の実施の形態１による他の例のバルブシートの平面図（ａ）、（ｂ）である。この発明の実施の形態２によるバルブシートの平面図（ａ）、Ｂ−Ｂ線断面図（ｂ）、ｂ部分の拡大図（ｃ）である。この発明の実施の形態３によるバルブシートの例を示す平面図（ａ）〜（ｄ）である。この発明の実施の形態３によるバルブシートの一例の平面図（ａ）、Ｃ−Ｃ線断面図（ｂ）、ｃ部分の拡大図（ｃ）である。従来のバルブシートの例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、ＥＧＲバルブ装置１の一部を切り欠いた縦断面図である。このＥＧＲバルブ装置１のハウジング１０は、１つの排気ガス流入口２１及び２つの排気ガス流出口２２，２３を備えており、それらを繋ぐ排気ガス通路２０において、流入口２１から流出口２２へ分岐する部分及び流入口２１から流出口２３へ分岐する部分にそれぞれバルブシート４０がインサート鋳造により一体的に形成されて設けられている。このバルブシート４０の詳細については後述する。

ハウジング１０の中心軸上には軸受け５０を介して支持軸６０が軸線方向に摺動可能に取り付けられており、この支持軸６０には、それぞれのバルブシート４０に対応するようにバルブ３０が取り付けられている。また、支持軸６０の上部のホルダ６１とハウジング１０の間には、常時、バルブ３０を閉弁方向に付勢するバネ（付勢部材）７０が設けられている。

また、ハウジング１０には、アクチュエータとしてのモータ８０が装着されており、このモータ８０のモータシャフト８０ａにより支持軸６０を軸線方向に駆動させる。

ＥＧＲバルブ装置１は、以上のように構成されており、図示しないエンジン等の内燃機関が稼動すると、モータ８０が駆動し、ロータ中心のねじ穴に螺合するモータシャフト８０ａがロータの回転によって支持軸６０の軸線方向に移動する。そして、モータシャフト８０ａは支持軸６０の上端部に当接して、該支持軸６０をバネ７０の付勢力に抗して軸線方向に移動させる。
支持軸６０が移動すると、バルブ３０とバルブシート４０との間に開口通路を形成し、支持軸６０の移動量により排気ガス通路２０の開度が調節され排気ガス循環量を調整する。

ここで、バルブシート４０について説明する。
図２（ａ）は、バルブシート４０の平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるａ部分の拡大図である。
バルブシート４０は、図２（ａ）に示すように、中央に穴の開いた円盤状平板の外周部に均等に１２個の矩形状の凸部４１を歯車状に形成したものであり、図２（ｂ）に示すように、その凸部４１はバルブシート４０の外径を小さくする向きに折り曲げられている。例えば、図示のように凸部４１がバルブシート面に対し略直交して折り曲げられている。
凸部４１は、バルブシート４０の外周部とともにハウジング１０にインサート鋳造され、バルブシート４０がハウジング１０に一体的に成形される。

このＥＧＲバルブ装置１に低温〜高温の熱履歴をかけたとき、バルブシート４０のガタつきの程度はハウジング１０とバルブシート４０の線膨張係数の差が大きく、また外径が大きいほど発生しやすい。この熱履歴により、ハウジング１０とバルブシート４０の直径方向の隙間が大きくなるが、凸部４１の周方向（幅方向）に発生する隙間は直径方向に比べて小さくなる。
例えば低温が−４０℃、高温が３５０℃で各１時間の熱サイクルを１００サイクルした場合であっても、図２（ｃ）に示すようにアルミニウム製ハウジング１０及びステンレス製バルブシート４０の線膨張係数の差により、直径方向の隙間ａ１が大きくなるが、周方向の隙間ａ２は直径方向の隙間ａ１に比べてとても小さい。そして、均等に設けられた他の凸部４１の隙間ａ１による移動可能な方向が異なるため、各凸部４１の相乗効果によってバルブシート４０は動くことが無く、バルブシート４０の回り止めを行うとともにガタつきの発生を防止する。

なお、上記バルブシート４０の外周部に１２個の矩形状の凸部４１を均等に配置したものを示したが、凸部４１の個数は１２個に限定されるものではなく、ガタつきを防止するために必要な個数が適宜決められるものである。
例えば、図３（ａ）は３個の矩形状の凸部４１を設けたバルブシート４０の平面図、図３（ｂ）は４個の矩形状の凸部４１を２個一組として軸対称に配置したバルブシート４０の平面図である。
図３（ａ）のようにバブルシート４０の外周部に矩形状の凸部４１を均等に３個設けたものであっても、また、図３（ｂ）のように矩形状の凸部４１を２個一組として軸対称に４個配置したものであっても、図２のバルブシート４０と同様にそれぞれの矩形状の凸部４１とハウジング１０との大きな隙間ａ１を有する方向が異なるため、バルブシート４０を回り止めするとともに、ガタつきの発生を防止することができる。

以上のように、実施の形態１のＥＧＲバルブ装置１によれば、バルブシート４０の外周部に少なくとも３個以上の矩形状の凸部４１を設けて、この凸部４１を含むバルブシート４０の外周部をハウジング１０にインサート鋳造して一体的に構成しているので、バルブシート４０のガタつきを防止し、その結果、排気ガス漏れやバルブシート４０の破損を防止することができ、ＥＧＲバルブ装置１を長寿命化することができる。

なお、実施の形態１のバルブシート４０に設けられた矩形状の凸部４１が途中で折り曲げられている構成を示したが、凸部４１を折り曲げないものであっても同様の効果を得ることができる。ただし、凸部４１を折り曲げることで、ＥＧＲバルブ装置１の外径を小さくすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、バルブシート４０の外周部に矩形状の凸部４１を設ける構成を説明したが、実施の形態２は、図１における凸部４１に換えて矩形状の凹部４２を設ける構成について説明する。
図４（ａ）は、バルブシート４０の平面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるｂ部分の拡大図である。
なお、図１から図３と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明は省略する。

バルブシート４０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、中央に穴の開いた円盤状平板の外周部に均等に４個の矩形状の凹部４２を設けたものであり、この凹部４２及びバルブシート４０の外周部がハウジング１０にインサート鋳造されることで、バルブシート４０はハウジング１０に一体的に成形される。

このように構成することで、図４（ｃ）に示すように、アルミニウム製ハウジング１０及びステンレス製バルブシート４０の線膨張係数の差により、直径方向の隙間ｂ１が大きくなるが、周方向の隙間ｂ２は直径方向の隙間ｂ１に比べてとても小さい。そして、均等に設けられた他の矩形状の凹部４２の隙間ｂ１による移動可能な方向が異なるため、各凹部４２の相乗効果によってバルブシート４０は動くことが無く、バルブシート４０の回り止めを行うとともにガタつきの発生を防止する。

以上のように、実施の形態２のＥＧＲバルブ装置１によれば、バルブシート４０の外周部に４個の矩形状の凹部４２を均等に設けて、凹部４２を含む外周部をハウジング１０にインサート鋳造して一体的に構成しているので、バルブシート４０のガタつきを防止し、その結果、排気ガス漏れやバルブシート４０の破損を防止することができ、ＥＧＲバルブ装置１を長寿命化することができる。

なお、実施の形態２のバルブシート４０は、その外周部に均等に４個の凹部４２を設ける構成であるとしたが、矩形状の凹部４２の数は実施の形態１と同様に少なくとも３つ以上設けることで同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１，２において、バルブシート４０の外周部に少なくとも３個以上の矩形状の凸部４１又は凹部４２を設ける構成について説明したが、実施の形態３では、非矩形状の凸部４１又は凹部４２をバルブシート４０の外周部に軸対称に設ける構成について説明する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、バルブシート４０の外周部に設ける凸部又は凹部の形状の例を示す図であり、図６は、楔形凹部４２ａを採用したバルブシート４０の（ａ）が平面図、（ｂ）がＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）が（ａ）におけるｃ部分の拡大図である。
なお、図１から図４と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明は省略する。

バルブシート４０は、図２に示す矩形状の凸部４１に換えて、図５（ａ）に示すような楔形の幅が大きい方の一端が突出するように形成された非矩形状としての楔形凸部４１ａ、又は、図５（ｂ）に示すような非矩形状としての略円形凸部４１ｂを備えている。
また、図４に示す凹部４２に換えて、図５（ｃ）に示すような楔形の幅が大きい方の一端が深さ方向になるように形成された非矩形状としての楔形凹部４２ａ、又は、図５（ｄ）に示すような非矩形状としての略円形凹部４２ｂを備えている。
このように、上記非矩形状の凸部及び凹部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂのいずれかが、バルブシート４０外周部に軸対称に設けられている。

次に、具体例として図６に示すようにバルブシート４０に非矩形状としての楔形凹部４２ａを設けた構成を用いて説明する。
バルブシート４０の外周部には、図６（ａ），（ｂ）に示すように楔形凹部４２ａが軸対称に形成されており、この楔形凹部４２ａには、例えばアルミニウム製のハウジング１０のアルミニウムが充填されている。このハウジング１０のアルミニウムとバルブシート４０のステンレスとの線膨張係数の差により外形（直径方向）に隙間ｃ１ができるが、バルブシート４０の楔形凹部４２ａがテーパー状に形成されているため、幅（周方向）に形成される隙間ｃ２は極めて小さい。
したがって、バルブシート４０は、図６（ｃ）に示すように隙間ｃ２が極めて小さいため、周方向には動かないとともに、軸対称に設けた楔形凹部４２ａのテーパー面でハウジング１０とほぼ密着することにより直径方向にも動かないように固定される。

以上のように、実施の形態３のバルブシート４０の外周部に非矩形状の楔形状または略円形状の凸部または凹部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを軸対称に設けて、バルブシート４０の外周部をインサート鋳造して、ハウジング１０に一体的に構成しているので、バルブシート４０のガタつきを防止する。その結果、排気ガス漏れや脱落等によるバルブシート４０の破損を防止することができ、ＥＧＲバルブ装置１を長寿命化することができる。

なお、実施の形態３において、非矩形状の凸部又は凹部として楔形状、略円形状を示したが、この形状に限るものではなく、バルブシート４０の外周部にテーパー面又は円弧面が形成される形状であれば同様の効果が得られる。

以上のように、この発明におけるＥＧＲバルブ装置は、インサート鋳造によりハウジングに一体的に形成されるバルブシートの外周部に複数の凸部又は凹部を設けて構成されているので、凸部又は凹部がハウジングに埋め込まれることにより、バルブシートとハウジングとの線膨張係数の差により生じるバルブシートのガタつきを防止することができる。その結果、排気ガス漏れの防止や脱落等によるバルブシートの破損を防止することができ、ＥＧＲバルブ装置を長寿命化することができる。

なお、凹部４２の幅は、鋳造時の湯流れを考慮すると３〜５ｍｍが好ましい。この幅が３ｍｍ未満の場合は湯流れ不良により隙間が大きくなり、５ｍｍより大きい場合は熱履歴による周方向の隙間ｂ２、ｃ２が大きくなるため、ガタ防止の効果が現れにくくなる。

また、ハウジングとバルブシートとの線膨張係数の差は約１５×１０^−６／℃以内が好ましい。この線膨張係数の差が大き過ぎる場合、バルブシートとハウジングとの隙間が大きくなり、ガタ防止のための効果が現れにくくなる。

また、説明のために、各図における隙間の寸法は、実際の隙間より大きく示している。

この発明に係るＥＧＲバルブ装置は、ハウジングとバルブシートの線膨張係数に差があり、熱履歴を受けても、両者間の隙間が小さい部分を形成することができ、バルブシートのガタツキを防止すると共に排気ガス漏れやバルブシートの破損を防止することができる。そのため、内燃機関において燃焼後の排気ガスの一部を吸気側へ導いて循環させるＥＧＲバルブ装置等に用いるのに適している。

Claims

内部に排気ガス通路を形成するハウジングと、
前記ハウジング内に軸受けを介して摺動可能に支持される支持軸と、
前記排気ガス通路を開閉するように前記支持軸に配置されるバルブと、
前記支持軸を前記バルブが閉弁する方向に付勢する付勢部材と、
前記ハウジングと一体的にインサート鋳造され、前記バルブが当接して前記排気ガス通路を閉弁するバルブシートと、
前記支持軸を開弁する方向に駆動させるアクチュエータとを備え、
インサート鋳造される前記バルブシートの外周部に軸対称又は均等に複数の凹部又は凸部を設けたことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
バルブシートの外周部に設けた凹部又は凸部は、矩形状又は非矩形状であることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲバルブ装置。
バルブシートの外周部に設けた凸部は、該バルブシートの外径が小さくなる向きに折り曲げられたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲバルブ装置。
バルブシートの外周部に設けた凹部の幅寸法は、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲバルブ装置。