JP5626270B2 - Ｅｇｒバルブ - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（燃料の燃焼により動力を発生させる内燃機関）の吸気側へ戻されるＥＧＲガス（排気ガスの一部）の量を調整するＥＧＲバルブに関する。

（従来技術）
ＥＧＲバルブの弁体がデポジットによって固着する不具合を回避する技術として、特許文献１に開示される技術が知られている。
特許文献１の技術は、電動アクチュエータの出力を用いて、エンジンの運転停止後に、弁体を「全閉位置（ＥＧＲ流路の内壁に対して弁体が垂直の位置：以下、全閉＝０°と称す）より所定開度だけ開いた開度位置（０°より＋側の開度）」または「全閉位置よりさらに所定開度だけ閉じた開度位置（０°より−側の開度）」に保持させるものである。

（従来技術の問題点）
ＥＧＲバルブの弁体は、内蔵するリターンスプリングによって常に０°の開度に向けて付勢されており、電動アクチュエータの通電が停止されると、全閉位置（０°）に戻される。
このため、エンジンの運転停止後に、弁体を「全閉位置より開いた開度位置」または「全閉位置よりさらに閉じた開度位置」に保持するには、
・ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）による電動アクチュエータの作動制御と、
・電動アクチュエータの作動に伴う電力消費と、
が必要になる。

このため、従来技術では、デポジットによる固着回避のために、エンジンの停止後にＥＣＵと電動アクチュエータを作動させておく必要があり、バッテリ寿命を縮める課題がある。
また、バッテリ消費を抑える目的で電動アクチュエータの通電を停止すると、弁体はリターンスプリングの付勢力によって全閉位置（０°）へ戻されるため、冷間時に弁体が固着する可能性が高まる。

特開２００４−１６２６６５号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン停止中に電動アクチュエータの通電を停止しても、弁体の固着を防ぐことのできるＥＧＲバルブを提供することにある。

リターンスプリングが弁体を停止させる初期位置（自戻り位置）は、「０°とは異なる開度」に設定される。特に、本発明においては、リターンスプリングが弁体を停止させる初期位置を、閉弁不感帯の範囲から外れた位置であって、ＥＧＲ流路の内壁に対して弁体が垂直な回動角を０°とし、この０°を基準にして、０°より開弁方向をプラス側、０°より開弁方向とは異なる方向をマイナス側とした場合、−１０°以下のマイナス側に設定されることを特徴とする。
これにより、エンジン停止に伴って電動アクチュエータの通電を停止すると、弁体がリターンスプリングによって「０°とは異なる開度、特に、−１０°以下のマイナス側」に保持される。

このため、デポジットによる固着回避のために、エンジンの停止後にＥＣＵと電動アクチュエータを作動させる必要がなく、エンジンの停止中にバッテリが消費する不具合を回避できる。
また、上述したように、電動アクチュエータの通電を停止しても、弁体がリターンスプリングによって「０°とは異なる開度、特に、−１０°以下のマイナス側」に保持されるため、冷間時における弁体の固着を防止することができる。

ＥＧＲバルブの断面図である。 （ａ）０°における弁体の説明図、（ｂ）初期位置の説明図である。 弁体開度に対する洩れ量のグラフである。 初期位置の説明図である。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
排気ガス再循環装置に用いられるＥＧＲバルブは、
・エンジンの排気通路から吸気通路へ排気ガスの一部であるＥＧＲガスを戻すＥＧＲ流路１が形成されるハウジング２と、
・ＥＧＲ流路１に固定されたノズル３内を開閉可能な弁体４と、
・この弁体４の外周縁に形成された環状溝の内部に嵌め入れられ、全閉時にノズル３と弁体４との隙間を塞ぐシールリング５と、
・弁体４の回動位置を初期位置へ向けて付勢するリターンスプリング６と、
・このリターンスプリング６の付勢力に抗して弁体４を駆動する電動アクチュエータ７と、
を備えて構成される。

実施形態１のＥＧＲバルブは、初期位置（リターンスプリング６による弁体４の停止位置）が、「０°とは異なる開度」で、且つ「閉弁不感帯の範囲内（シールリング５がノズル３の内壁に接してＥＧＲ流路１を塞ぐ範囲内）」に設定されるものである。
実施形態２のＥＧＲバルブは、リターンスプリング６がシングルスプリングを採用するものであり、且つ初期位置が−１０°以下のマイナス側に設定されるものである。

以下、上記した２つの実施形態に係るＥＧＲバルブについて、実施例として、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、実施形態１に対応する実施例１は、本発明が適用されていない例を示す参考例であり、実施形態２に対応する実施例２は、本発明が適用された例を示す。
なお、以下の実施例において、上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。

［実施例１］
図１〜図３を参照して実施例１を説明する。
排気ガス再循環装置は、エンジンの排出した排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるＥＧＲガスを混入させる周知の技術である。
排気ガス再循環装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路へ戻すＥＧＲ流路１の開閉および開度調整を行うＥＧＲバルブを備えるものであり、このＥＧＲバルブの開度が車両の走行状態に応じてＥＣＵによって制御される。

ＥＧＲバルブは、吸気通路における高負圧発生範囲（スロットルバルブの吸気下流側）へＥＧＲガスを戻す高圧ＥＧＲバルブであっても良いし、吸気通路における低負圧発生範囲（スロットルバルブの吸気上流側：例えばターボチャージャ搭載車両であればコンプレッサの吸気上流側）へＥＧＲガスを戻す低圧ＥＧＲバルブであっても良い。

ＥＧＲバルブの具体的な一例を、図１を参照して説明する。
なお、以下では、図１（ａ）の図示上側を上、図示下側を下と称して説明するが、この上下は実施例の説明のための方向であり、限定されるものではない。
ＥＧＲバルブは、
・内部にＥＧＲ流路１の一部を形成するハウジング２と、
・ＥＧＲ流路１中に配置される弁体４と、
・この弁体４と一体に回転するシャフト８と、
・このシャフト８を介して弁体４の回動位置を初期位置へ向けて付勢するリターンスプリング６と、
・シャフト８に回転力を付与して弁体４を駆動する電動アクチュエータ７と、
を備えて構成される。

ハウジング２は、アルミニウム合金のダイキャスト製であり、ハウジング２の内部に形成されるＥＧＲ流路１の内壁には、耐熱性、耐腐食性に優れた部材（例えば、ステンレス）によって設けられた円筒形状を呈したノズル３が固定配置されている。
このノズル３の内壁は、ハウジング２内のＥＧＲ流路１の内壁の一部を成す。

弁体４は、略円板形状を呈し、シャフト８の回動位置に応じてＥＧＲ流路１を開閉可能で、且つＥＧＲ流路１の開口面積を可変可能なバタフライバルブであり、ＥＧＲ流路１の開口面積を可変することで吸気通路へ戻されるＥＧＲ量の調整を行うものである。

シャフト８は、弁体４をＥＧＲ流路１の内部において回転可能に支持するものである。この実施例のシャフト８の軸線は、ＥＧＲ流路１の中心線（ノズル３の中心線）に対して傾斜配置される。
そして、シャフト８の下端部に弁体４が傾斜した状態で固定されるものであり、シャフト８がＥＧＲ流路１の内部で弁体４を片持ち支持するものである。

シャフト８は、ＥＧＲ流路１の上側のみに配置された２つの軸受１１によって回転自在に支持される。なお、軸受１１は、ボールベアリング、ローラベアリング等の転がりベアリング、あるいはメタルベアリング等の滑りベアリングであり、ハウジング２に形成されたベアリング収容穴の内部に圧入等の結合手段によって固定されて、内周に挿通されたシャフト８を回転自在に支持する。
また、ハウジング２とシャフト８の間には、ＥＧＲガスの洩れ出しを防ぐシール部材１２が配置される。なお、図１では、独立したシール部材１２を設けているが、図１とは異なり、シール機能が組み合わされた軸受１１を用いても良い。

電動アクチュエータ７は、ハウジング２の上部に配置されて、シャフト８を回動駆動するものであり、
・通電により回転動力を発生する電動モータ（例えば、通電量に応じた回転トルクを発生する周知の直流モータ）と、
・この電動モータの回転トルクを増幅してシャフト８に伝達する減速装置１３（例えば、複数の歯車を組み合わせた歯車式減速機）と、
・弁体４（シャフト８）の開度を検出する回転角センサ１４（例えば、シャフト８の角度を非接触で検出する磁気回転角センサ）と、
を備えて構成される。

そして、電動モータがＥＣＵによって通電制御されることで、弁体４（シャフト８）の開度、即ちエンジンに戻されるＥＧＲ量の調整が行われる。
具体的に、ＥＣＵは、マイクロコンピュータを搭載した周知の電子制御装置であり、回転角センサ１４によって検出される実際の弁体４（シャフト８）の開度が、車両走行状態に応じて算出された目標開度となるように、電動モータを通電制御するように設けられている。

リターンスプリング６は、シャフト８の周囲に同軸的に配置されたねじりコイルバネであり、電動アクチュエータ７とともにハウジング２の上部に配置される。
具体的に、リターンスプリング６の下端がハウジング２に固定され、リターンスプリング６の上端が減速装置１３における最終ギヤ１５（シャフト８と一体に回動する部材）に固定される。
リターンスプリング６は、弁体４を初期位置（自戻り位置）に向けて付勢する。この実施例の初期位置は、「０°とは異なる開度」に設定される。即ち、電動アクチュエータ７の通電停止中は、リターンスプリング６の復元力により、弁体４が「０°とは異なる初期位置」に保持される。
なお、初期位置は、リターンスプリング６の中立点（バネの自由長状態）を用いて設定しても良いし、回動部材と固定部材の当接によるメカニカルストッパ（例えば、最終ギヤ１５とハウジング２と当接箇所）を用いて設定しても良い。

エンジンの始動時には、エンジンの始動性を高めるために、ＥＧＲバルブを閉じることが要求される。このため、リターンスプリング６が弁体４を押し戻す初期位置は、閉弁位置に設定される。
ここで、図２（ａ）に示すように、ノズル３の内壁に対して弁体４が垂直な回動角を０°とした場合、この実施例のＥＧＲバルブは、図２（ｂ）に示すように、リターンスプリング６が弁体４を押し戻す初期位置が、「０°とは異なる開度」で、且つ「閉弁不感帯の範囲内」に設定される。

この「閉弁不感帯の範囲」について説明する。
弁体４は、上述したように、開度に応じてＥＧＲ量の調整を行うものであり、弁体４の外周縁には、弁体４とノズル３との隙間を無くすシールリング５が組み付けられている。
このシールリング５は、略円板形状を呈する弁体４の外周縁に、全周に亘って形成された環状溝に嵌め入れられるものである。

シールリング５は、ステンレス等の金属材料によって形成された断面が四角形状の線材（例えば、角部がＲ形状に面取り加工された断面が略矩形の線材）を円環状に設けたものであり、周方向の１箇所に、合口（周方向の分離部）が設けられている。なお、シールリング５は、金属材料に限定されるものではなく、耐熱性、耐油性、耐摩耗性に優れた樹脂材料によって設けても良い。

シールリング５の自由長において、合口における周方向の隙間距離は、少量離間するように設けられており、全閉位置においてシールリング５の外周縁がノズル３の内壁に押し当てられる。
このため、図２（ｂ）に示すように、弁体４が０°に対して＋側および−側に所定角度範囲内で回動しても、シールリング５の外周縁がノズル３の内壁に接して、実質的に閉弁状態が保たれる。このように、弁体４が回動しても実質的に閉弁状態が保たれる範囲が「閉弁不感帯の範囲」である。

具体的に、この実施例における「閉弁不感帯の範囲」は、図３に示すように、０°を中心とした±約５°の範囲である。
そこで、この実施例では、初期位置の狙い開度を、−５°または＋５°の一方に設定している。
ここで、狙い開度に対するバラツキ範囲は、±２．４°の範囲内に抑えられる。このため、この実施例における初期位置の狙い開度は、「−５°±２．４°」または「＋５°±２．４°」の一方に設定される。

（実施例１の効果１）
この実施例のＥＧＲバルブは、上述したように、リターンスプリング６による弁体４の停止位置（初期位置）が「０°とは異なる開度」に設定される。
これにより、エンジン停止に伴って電動アクチュエータ７の通電を停止しても、弁体４がリターンスプリング６の復元力によって「０°とは異なる開度」に保持される。

このため、デポジットαによる弁体４の固着回避のために、エンジンの停止後にＥＣＵと電動アクチュエータ７を作動させる必要がなく、エンジン停止中にバッテリが消費する不具合を回避できる。
また、上述したように、電動アクチュエータ７の通電を停止しても、弁体４がリターンスプリング６の復元力によって「０°とは異なる開度」に保持されるため、冷間時に弁体４がデポジットαにより固着する不具合を防止できる。

（実施例１の効果２）
この実施例のＥＧＲバルブは、上述したように、リターンスプリング６による弁体４の停止位置（初期位置）が、「閉弁不感帯の範囲内（具体的には、−５°〜＋５°の範囲：但し０°を除く）」に設定される。
即ち、弁体４の停止位置（初期位置）が「０°とは異なる開度」であっても、実質的な閉弁状態が確保される。
このため、仮に冷間時に弁体４が固着した場合であっても、実質的な閉弁状態が保たれるため、エンジンの始動性を確保することができる。

（実施例１の効果３）
この実施例のＥＧＲバルブは、リターンスプリング６による弁体４の停止位置（初期位置）が、ＥＧＲバルブに要求される「洩れ量許容値の半分以下の範囲内」に設定される。具体的には、上述したように、狙い開度に対するバラツキ範囲を±２．４°の範囲内に抑えることで、電動アクチュエータ７の通電停止時における洩れ量が、洩れ量許容値の半分以下に抑えられる。

このように、バラツキ範囲を考慮して、リターンスプリング６による弁体４の停止位置（初期位置）を、ＥＧＲバルブに要求される洩れ量許容値の半分以下に設定しているため、仮に冷間時に弁体４が固着した場合であっても、ＥＧＲガスの洩れ量をエンジンの燃焼に影響の無い範囲内に収めることができ、エンジンの始動性を確保することができる。

（実施例１の効果４）
この実施例のＥＧＲバルブは、エンジンの運転中に、何らかの理由で弁体４の開度制御ができなくなった場合でも、弁体４がリターンスプリング６の付勢力によって「閉弁不感帯の範囲内（具体的には洩れ量許容値の半分以下の範囲内）」に戻される。このため、予期せぬ不具合が生じた場合でも、エンジンの燃焼状態を良好に保つことができる。

［実施例２］
図４を参照して実施例２を説明する。なお、以下の実施例２において上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。

（実施例２の背景技術）
この実施例２の特徴技術を説明する前に、この実施例２の背景技術を説明する。
従来技術の一例として、「デポジット掻き落とし」を実施する排気ガス再循環装置が知られている。
従来技術における「デポジット掻き落とし」は、エンジン停止時にＥＣＵが電動アクチュエータ７をコントロールして、
・弁体４を０°よりプラス側に回動させるプラス回動と、
・弁体４を０°よりマイナス側に回動させるマイナス回動と、
を交互に行うものである。
この「交互回動作動」により、デポジットαを掻き落として、エンジン停止中に冷えたデポジットαによって弁体４が閉弁固着する不具合や、開弁時のトルク上昇を回避することができる。

なお、効果的なデポジットαの掻き落としには、プラス回動とマイナス回動の回動範囲を±１０°以上が要求される。
具体的なマイナス回動の一例として、従来技術では−１２°〜−３０°が実施されている。

上記「デポジット掻き落とし」を実施するためには、上述した「マイナス回動」を実施する必要がある。
このため、リターンスプリング６には、
・プラス側に回動している弁体４を０°へ戻す第１スプリングと、
・マイナス側に回動している弁体４を０°へ戻す第２スプリング（第１スプリングとは逆巻きのデフォルトスプリング）」と、
を組み合わせたダブルスプリングが採用される。

即ち、リターンスプリング６がシングルスプリングのＥＧＲバルブでは、「デポジット掻き落とし」を実施することができなかった。
そこで、「デポジット掻き落とし」を実施可能にするためには、
・ＥＣＵによる制御内容の変更、
・リターンスプリング６のダブルスプリング化、
などが必要になる。
即ち、「デポジット掻き落とし」を実施するには、変更に伴い多大な費用と工数が必要になってしまう。

（実施例２の特徴技術）
この実施例２は、上記の問題点を回避するものであり、
・リターンスプリング６がシングルスプリングを採用し、
・ＥＣＵが「プラス回動とマイナス回動の交互作動制御」を行うことなく、
「デポジット掻き落とし」を実施するものである。

具体的に、この実施例２のＥＧＲバルブは、リターンスプリング６が弁体４を停止させる初期位置（自戻り位置）を、「−１０°以下のマイナス側（例えば、−１０°〜−３０°における任意の角度）」に設定するものである。
なお、初期位置は、実施例１と同様、リターンスプリング６の中立点（バネの自由長状態）によって設定するものであっても良いし、メカニカルストッパ（例えば、最終ギヤ１５とハウジング２と当接箇所）を用いて設定するものであっても良い。

即ち、初期位置を０°から所定角度θだけマイナス側に設定した場合（符号、図４参照）、イグニッションスイッチがＯＮされて、ＥＣＵが弁体４を初期位置からθだけプラス側に回動することで、弁体４が０°に設定されるものである。
なお、ＥＣＵは、弁体４を「０°から全開位置の範囲」で開度制御するものであり、イグニッションスイッチがＯＦＦされると、リターンスプリング６のバネ力により、弁体４が０°よりマイナス側へ回動して初期位置（−１０°以下のマイナス側）へ戻される。

（実施例２の効果１）
この実施例２は、イグニッションスイッチがＯＦＦされると、リターンスプリング６のバネ力により、弁体４が「−１０°以下のマイナス側」へ回動して、弁体４がマイナス側の回動範囲のデポジットαを掻き落とす。
このように、初期位置を「−１０°以下のマイナス側」に設定するのみで、ＥＣＵに特別な制御を施すことなく、且つリターンスプリング６がシングルスプリングのままで「デポジット掻き落とし」を行うことができる。即ち、「デポジット掻き落とし」を低コストで実施できる。

（実施例２の効果２）
この実施例２は、初期位置が「−１０°以下のマイナス側」に設定されるため、次にイグニッションスイッチがＯＮされるまでの冷間時に、シールリング５がノズル３から離れた状態で維持される。
このため、冷間時に弁体４がデポジットαにより固着する不具合を、より確実に防ぐことができる。

本発明をＥＧＲバルブに適用する例を示したが、排気によるデポジットαによって固着する可能性のあるウエストゲートバルブに対して本発明は利用可能性がある。

１ ＥＧＲ流路
３ ノズル（ＥＧＲ流路の一部）
４ 弁体
６ リターンスプリング
７ 電動アクチュエータ

Claims (2)

1. エンジンの排気通路から吸気通路へ排気の一部であるＥＧＲガスを戻すＥＧＲ流路（１）の開閉および開度調整を行う弁体（４）と、
   この弁体（４）の回動位置を初期位置へ向けて付勢するリターンスプリング（６）と、
   このリターンスプリング（６）の付勢力に抗して前記弁体（４）を駆動する電動アクチュエータ（７）と、
   を具備するＥＧＲバルブにおいて、
   前記リターンスプリング（６）が前記弁体（４）を停止させる初期位置は、
   閉弁不感帯の範囲から外れた位置であって、
   前記ＥＧＲ流路（１）の内壁に対して前記弁体（４）が垂直な回動角を０°とし、この０°を基準にして、０°より開弁方向をプラス側、０°より開弁方向とは異なる方向をマイナス側とした場合、−１０°以下のマイナス側に設定されることを特徴とするＥＧＲバルブ。
2. 請求項１に記載のＥＧＲバルブにおいて、
   前記リターンスプリング（６）は、一方向のみに巻かれたシングルスプリングであることを特徴とするＥＧＲバルブ。

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