JP5769809B2 - 内燃機関用の排ガス再循環弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の排ガス再循環弁（ＥＧＲバルブ）であって、排ガス流入部と排ガス流出部とを備えたハウジングと、弁閉鎖体と、弁ロッドとが設けられていて、該弁ロッドに前記弁閉鎖体が固定されており、該弁ロッドはアクチュエータを介して運動可能であり、前記排ガス流入部と前記排ガス流出部との間に弁座が設けられていて、該弁座へ前記弁閉鎖体が前記弁ロッドの運動によって降下可能であり、かつ該弁座から前記弁閉鎖体が逆向きの運動によって持上げ可能であり、ガイドブシュが設けられていて、該ガイドブシュを介して、前記弁ロッドが前記ハウジング内に案内されており、さらにシールリングが設けられていて、該シールリングは前記ガイドブシュの、前記弁閉鎖体とは反対の側の端部に配置されている、内燃機関用の排ガス再循環弁に関する。

内燃機関の排ガス中の環境に有害な成分、特に窒素酸化物を低減させるために、内燃機関のその都度の運転状態に適合された排ガス量を再循環させる排ガス再循環弁は、一般に知られていて、多数の出願に記載されている。排ガス再循環弁は一般にアクチュエータを有し、このアクチュエータは弁ロッドに作用結合されている。この弁ロッドはガイドブシュを介して弁のハウジング内に案内される。弁ロッドの、アクチュエータとは反対の側の端部は、少なくとも１つの弁閉鎖体を有し、この弁閉鎖体は相応する弁座に対応している。たいていの排ガス再循環弁は、弁が閉鎖された状態において前記ガイドブシュが、新空気を含む範囲に配置されていて、弁閉鎖体によって排ガス側から分離されているように構成されている。しかし、弁が開放されると、すなわち弁閉鎖体が弁座から持ち上げられると、排ガスは吸気管の方向に流れるので、煤含有の排ガスまたは別様に粘結性および粘着性の物質により負荷された排ガスと、ガイドブシュとの接続が生じ、これにより、とりわけ温度差に基づいて、弁ロッド外面もしくはガイドブシュ内面に付着物が形成され、これらの付着物は弁の機能を損なう恐れがある。

弁ロッド外面もしくはガイドボディ内面におけるこのような付着物を回避し、しかもそれと同時にアクチュエータの範囲に位置する電気的な構成部分、たとえば電磁石、電動モータまたはポテンショメータにおける排ガス成分による機能故障を阻止するために、種々の提案が成されている。

アクチュエータの範囲への汚染物質の侵入を回避するためには、たとえばドイツ連邦共和国特許第１０３３６９７６号明細書に基づき、半径方向シールリングによる弁ロッドシールが知られている。しかし、この半径方向シールリングは既に短い使用時間の後に摩耗し、そのシール機能を失ってしまう。なぜならば、ガイドブシュと弁ロッドとの間の付着物が、シールリングに隣接した範囲において弁ロッドに、掻き傷状の溝筋形成（Riefenbildung）を生ぜしめるからである。このような、場合によってはシャープなエッジとなる溝筋は、シールリングに沿って案内され、このシールリングにおいてやはり小さな亀裂を生ぜしめる恐れがある。これにより、不シール性（不密性）の他に、弁のひっかかりも生じる結果となる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３３８１９２号明細書には、シール部材の別の形態が提案されている。同ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書に開示されている弁では、清浄ガス側の範囲にリブが配置されており、このリブにより、ガイドボディを熱放射線および汚染に対して防護しようとしている。付加的に、弁ロッドは弾性的なダイヤフラムに結合されており、このダイヤフラムにより、作動室を排ガス流出部に対してシールしようとしている。しかし、このような構成は構造の点で極めて手間がかかる。なぜならば、弁ボディをシールするために、複数の付加的な構成部分が使用されなければならないからである。特に、作動室をシールするダイヤフラムの配置は、付加的な組付け手間を必要とし、そしてリブを備えたハウジングの製造は、リブなしのハウジングに比べて高いコストを必要とする。さらに、ガイドブシュと弁ロッドとの間の範囲には、付着物が溜まり、このような付着物は弁のひっかかりを招く。

相応して、公知の構成では、ガイドブシュと弁ロッドとの間に侵入した汚染粒子が、弁ロッドにおけるバリ形成および溝筋形成または付着物自体により弁の機能故障を生ぜしめるという欠点がある。これにより、アクチュエータのシールドも、汚染粒子によって妨げられる恐れがあり、その結果、電気的な構成部分の故障が生じる恐れがある。

したがって、組付けにかかる手間が少ないと同時に、弁の機能故障なしに長い寿命が確保されるような排ガス再循環弁を提供するという課題が課せられる。シールエレメントにおける損傷ならびに弁ロッドにおける付着物または掻き傷状の溝筋によるひっかかりも阻止されることが望まれる。

上記課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。ガイドブシュの、シールリングに向けられた第１の区分、つまりシールリング寄りの第１の区分で、弁ロッドとガイドブシュとの間に、環状のギャップが形成されていることにより、この範囲では、弁ロッドとガイドブシュとの間に摩擦が生じないことが達成される。これにより、この範囲では、半径方向シールリングの破壊を招く恐れのある掻き傷状の溝筋も形成されない。

前記ギャップの高さもしくは長さが、弁閉鎖体の最大行程高さもしくは最大行程長さよりも大きいか、またはこれに等しいと有利である。これにより、ガイドブシュのガイド範囲内をスライドする区分、つまり互いに沿った直接的なスライド運動により掻き傷状の溝筋およびエッジが形成される恐れのある区分が、弁の閉弁時にシールリングと接触する危険が排除される。これにより、シールリングのシール性および寿命が高められる。

本発明の改良形では、前記第１の区分に、ガイドブシュのガイド区分が続いており、該ガイド区分の、弁閉鎖体寄りの端部が、シャープなエッジとして形成されている。このシャープなエッジは、掻取りエッジとして働く。この掻取りエッジでは、弁の閉弁時に弁ロッドの付着物が削り落とされ、これにより、比較的短いスライド範囲への汚染物の侵入が十分に回避される。

本発明の別の有利な構成では、前記ガイド区分に、弁閉鎖体に向かう方向で第３の区分が隣接しており、該第３の区分でガイドブシュと弁ロッドとの間に、第２のギャップが形成されており、この場合、ガイドブシュの、弁閉鎖体寄りの端部がくびれ部を有し、該くびれ部によって前記第２のギャップが減じられる。この第２のギャップ内には、スライド範囲において弁ロッドまたはガイドブシュに溝筋を発生させる摩擦を生ぜしめることなしに、汚染物が捕集され得る。付加的に、排ガスにより流通される室に突入している前記第３の区分は、弁ロッドのためのシールドとして働く。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記ガイド区分の軸方向の端部が、２つのガイド範囲を有し、すなわち前記ガイド区分の軸方向の両端部にそれぞれ１つのガイド範囲が設けられており、両ガイド範囲の間に別のギャップが形成されている。これにより、摩擦を発生させる恐れのあるスライド範囲が著しく減少され、付着物を捕集するための付加的な空間が提供される。それにもかかわらず、２つのガイド範囲により、弁ロッドのきれいなガイドが確保される。前記ガイド範囲は、より大きな摩擦面を回避するために短く形成されていると有利である。ひっかかりを一層容易に解除することができる。

前記両ガイド範囲の軸方向高さもしくは軸方向長さが、弁閉鎖体の最大行程高さもしくは最大行程長さよりも小さいか、またはこれに等しいと有利である。これにより、ガイド範囲に存在する汚染物は、弁の操作時にその都度、ガイド範囲外の範囲へ搬送され得るようになる。

これに対する改良形では、前記両ガイド範囲の両軸方向端部のうちの少なくとも一方の軸方向端部が、シャープなエッジ状に形成されている。これらのエッジは掻取りエッジとして働く。掻取りエッジを介して、汚染物は弁ロッドの運動時に弁ロッドから削り取られ、これによりスライド範囲内への侵入が十分に阻止される。このことは、低減された摩擦をもたらし、ひいては溝筋形成の回避をもたらす。

弁ロッドに環状のアンダカット部もしくは凹部が形成されていると有利である。この凹部は、当該排ガス再循環弁の閉弁された状態で直接に前記ガイド区分に隣接しているか、または前記ガイド区分との短い重なりもしくはオーバラップを有する。弁ロッドのこの区分も、掻き取られた不純物を収容するために働き、ひいては弁ロットとガイドブシュとの間に挟まった粒子との摩擦による損傷を回避するために役立つ。

したがって、弁の機能故障が最小限に抑えられる排ガス再循環弁が提供され、この場合、弁ロッドに沿った長寿命のシール性が確保され、摩擦を伴うガイド範囲内の不純物が十分に回避され、これにより排ガス再循環弁のひっかかりも阻止される。

以下に、本発明による排ガス再循環弁の２つの実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明の第１実施形態による排ガス再循環弁の一部を側方から見た断面図である。 本発明の第２実施形態による排ガス再循環弁の一部を側方から見た断面図である。

図１に示した排ガス再循環弁（ＥＧＲバルブ）は、差込み弁として形成されている。この差込み弁は、排ガス再循環通路に、相応して形成された開口内に公知の形態で組み込むことができる。排ガス再循環弁はハウジング２を有し、このハウジング２には、排ガス流入部４と排ガス流出部６とが形成されている。

排ガス流入部４と排ガス流出部６との間には、制御されるべき流通横断面が設けられている。この流通横断面は、ハウジング２内に配置された弁座８によって取り囲まれており、この弁座８は弁閉鎖体１０と協働する。弁閉鎖体１０は弁ロッド１２に不動に取り付けられており、この弁ロッド１２はガイドブシュ１４内に並進的に移動可能にスライド式に支承されている。この場合、弁ロッド１２はクロムメッキされて形成される。弁ロッド１２は、特殊鋼から製造されたガイドブシュ１４内をスライドする。ガイドブシュ１４は、ハウジング２に、相応して加工成形された貫通孔１６内に固定されている。この貫通孔１６は段部１７を備えており、この段部１７は、貫通孔１６内でのガイドブシュ１４の軸方向位置を確保して、ガイドブシュ１４が弁閉鎖体１０に向かう方向に運動することを防止している。

この貫通孔１６の内部で、ガイドブシュ１４の、弁閉鎖体１０とは反対の側には、支持リング２０を備えたリップシールリング１８が配置されている。

弁ロッド１２の、弁閉鎖体１０とは反対の側の端部には、直接にまたは間接的に、特に電動モータ式のアクチュエータ（図示しない）が接続されている。このアクチュエータを介して弁ロッド１２は並進的に運動可能となる。

アクチュエータの側で弁ロッド１２を取り囲むように、ハウジング２には、環状の切欠き２２が形成されている。この切欠き２２は弁ロッド１２を同心的に取り囲んでいる。この切欠き２２の底部２４には、コイルばね２６が支持されている。このコイルばね２６は同じく弁ロッド１２を取り囲んでいる。コイルばね２６の反対の側の端部は、ばね受け２８に支持されている。このばね受け２８は弁ロッド１２に対して軸方向移動不能に弁ロッド１２に固定されている。コイルばね２６は底部２４とばね受け２８との間でプリロードもしくは予荷重をかけられているので、弁閉鎖体１０は、ばね力によって弁座８に押圧される。

本発明によれば、ガイドブシュ１４が、リップシールリング１８寄りの第１の区分３０を有する。この第１の区分３０の内径は、弁ロッド１２の外径よりも大きく形成されているので、第１の区分３０では、弁ロッド１２とガイドブシュ１４との間に同心的な環状のギャップ３２が存在している。このギャップ３２の軸方向の延在長さは、少なくとも弁閉鎖体１０の最大行程と同じ長さに形成されている。

この第１の区分３０には、第２の区分が続いている。第２の区分はガイド区分３４として働く。ガイド区分３４内には、弁ロッド１２がスライド式に支承されている。このガイド区分３４には、本実施形態では、拡張された区分３６が新たに続いている。この拡張された区分３６の、弁閉鎖体１０寄りの端部は、くびれ部３８を有する。このくびれ部３８は、弁ロッド１２に対して同心的に配置された環状の第２のギャップ４０を半径方向で画成している。

ところで、アクチュエータがばね力に抗して作動させられると、弁ロッド１２は弁閉鎖体１０の方向でスライド式にガイドブシュ１４内で運動させられるので、弁閉鎖体１０は弁座８から持ち上げられる。これにより、自由な流通横断面が形成され、この自由な流通横断面を通じて、粒子を含む排ガスは排ガス流入部４から排ガス流出部６に向かう方向に流通することができる。このことは、特に存在する排ガス脈動に基づいて、アクチュエータへ向かう方向での圧力降下を生ぜしめる状態が発生し得ることを招く。その結果、少量の排ガスが弁ロッド１２に沿ってアクチュエータの方向へ流れる。この排ガス中には、汚染物が存在しており、この汚染物は弁ロッド１２またはガイドブシュ１４に付着する。これにより、弁の運動時には、弁の任意の位置においてガイド区分内をスライドする範囲に、所要の小さな許容誤差に基づいて掻き傷状の溝筋（Riefen）が発生する恐れがある。しかし、これらの溝筋はもはやリップシールリング１８とは接触し得ない。なぜならば、弁ロッド１２の、リップシールリング１８と接触する区分は、いかなる位置においても、ガイド区分３４内をスライドしないからである。したがって、弁ロッド１２のこの区分には、リップシールリング１８の破壊を招くような掻き傷状の溝筋も形成されない。その代わりに、第１のギャップ３２には、存在する不純物を捕集するために十分な空間が存在している。同じことはギャップ４０にも云える。また、前記運動によってガイド区分３４から不純物を除去して、それぞれギャップ３２，４０内に溜めることも可能となる。

図２に示した排ガス再循環弁は、第１の実施形態を改良した改良形を形成している。同一の構成部分に対しては、同じ符号が使用される。

第１実施形態に比べて、弁ロッド１２およびガイドブシュ１４において変更が行われている。図１に示した構成における、長尺につながったガイド区分３４では、特にガイド区分３４の中央部に煤が溜まり易い。この煤はもはや搬出されず、最後には高められた摩擦を生ぜしめる。したがって、図２に示した第２実施形態では、第１実施形態の比較的長尺なガイド区分３４が２つのガイド範囲４２，４４に分割されている。両ガイド範囲４２，４４は、ガイド区分３４の軸方向の両端部に配置されていて、できるだけ短尺に形成されている。両ガイド範囲４２，４４の間には、ガイドブシュ１４の内径を拡大させることによって、ガイド範囲４２，４４に対して相対的に長いギャップ４５が形成されている。両ガイド範囲４２，４４の間のこの間隔は、弁ロッド１２の傾動もしくは傾倒を阻止するために必要となる。ガイド部を、十分に大きな間隔を持って互いに対峙して位置する２つのガイド範囲４２，４４に減少させることにより、ロッドを有するガイドジオメトリ（幾何学的なガイド形状）が維持される。ガイド範囲４２，４４の軸方向の端部は、掻取りエッジとして働くエッジ４６，４８，５０，５２を有する。弁ロッド１２に沿って存在する汚染物は、弁ロッド１２の運動時にこれらのエッジ４６，４８，５０，５２において掻き取られ、したがって汚染物の大部分はガイド範囲４２，４４には全く侵入せず、ギャップ３２，４０，４５内に捕集される。この場合、弁行程に対して相対的にはるかに短い両ガイド範囲４２，４４により、ガイド部に対する弁ロッド１２のいずれの接触個所も、全行程時には短い各ガイド範囲４２，４４の全長を完全に通過して越えることが達成され、ひいては粒子が接触範囲から十分に搬出され得ることも達成される。さらに、弁ロッド１２の運動時および両構成部分の直接的な接触時での前記ガイド範囲４２，４４における比較的高い半径方向力成分もしくは半径方向分力により、粒子溜まりも同じく低減される。

弁閉鎖体１０寄りに設置されたガイド範囲４４は、排ガスにより流通される室の内部に位置している。排ガス再循環弁の閉弁された状態では、この第２のガイド範囲４４に直接に隣接して、またはこの第２のガイド範囲４４に対して僅かな重なりを持って、弁ロッド１２にアンダカット部もしくは凹部５４が設けられている。この凹部５４も、不純物を収容するために働き、そして第２のガイド範囲４４内への真っ直ぐな流入を困難にする渦流形成を生ぜしめる。

前記実施形態により、排ガス再循環弁の寿命が高められ得ることが判る。なぜならば、機械的な負荷（損傷）を受ける範囲が減じられるからである。摩擦の大部分が回避されるので、リップシールリングのシール性が維持されると共に、スライド範囲の減少によってひっかかりも十分に阻止される。

念のため付言しておくと、特許請求の範囲の保護範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、特に掻取りエッジの個数または構成部分のサイズ寸法に関して種々の構造上の変更が考えられる。

Claims (7)

1. 内燃機関用の排ガス再循環弁であって、
   排ガス流入部（４）と排ガス流出部（６）とを備えたハウジング（２）と、
   弁閉鎖体（１０）と、
   弁ロッド（１２）と、が設けられていて、
   該弁ロッド（１２）に前記弁閉鎖体（１０）が固定されており、
   該弁ロッド（１２）はアクチュエータを介して運動可能であり、
   前記排ガス流入部（４）と前記排ガス流出部（６）との間に弁座（８）が設けられていて、該弁座（８）へ前記弁閉鎖体（１０）が前記弁ロッド（１２）の運動によって降下可能であり、かつ該弁座（８）から前記弁閉鎖体（１０）が逆向きの運動によって持上げ可能であり、
   ガイドブシュ（１４）が設けられていて、該ガイドブシュ（１４）を介して、前記弁ロッド（１２）が前記ハウジング（２）内に案内されており、
   さらにシールリング（１８）が設けられていて、該シールリング（１８）は前記ガイドブシュ（１４）の、前記弁閉鎖体（１０）とは反対の側の端部に配置されている、内燃機関用の排ガス再循環弁において、
   前記ガイドブシュ（１４）の、前記シールリング（１８）寄りの第１の区分（３０）で、前記弁ロッド（１２）と前記ガイドブシュ（１４）との間に、環状のギャップ（３２）が形成されており、前記ギャップ（３２）が形成されている前記第１の区分に、減じられた直径のガイド区分（３４）が隣接しており、該ガイド区分（３４）内に前記弁ロッド（１２）がスライド式に支承されており、
   前記ギャップ（３２）の高さが、前記弁閉鎖体（１０）の最大行程高さよりも大きいか、または該最大行程高さに等しいことを特徴とする、内燃機関用の排ガス再循環弁。
2. 前記ガイド区分（３４）の、前記弁閉鎖体（１０）寄りの端部に、シャープなエッジ（５２）が形成されている、請求項１記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。
3. 前記ガイド区分（３４）に、前記弁閉鎖体（１０）に向かう方向で第３の区分（３６）が隣接しており、該第３の区分（３６）で前記ガイドブシュ（１４）と前記弁ロッド（１２）との間に、第２のギャップ（４０）が形成されており、
   前記ガイドブシュ（１４）の、前記弁閉鎖体（１０）寄りの端部がくびれ部（３８）を有し、該くびれ部（３８）と前記弁ロッド（１２）との間の環状の第３のギャップは、半径方向において、前記第２のギャップ（４０）よりも小さく形成されている、請求項２記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。
4. 前記ガイド区分（３４）の軸方向の端部が、２つのガイド範囲（４２，４４）を有し、両ガイド範囲（４２，４４）の間に別のギャップ（４５）が形成されている、請求項２または３記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。
5. 前記両ガイド範囲（４２，４４）の軸方向高さが、前記弁閉鎖体（１０）の最大行程高さよりも小さいか、または該最大行程高さに等しい、請求項４記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。
6. 前記両ガイド範囲（４２，４４）の両軸方向端部のうちの少なくとも一方の軸方向端部が、シャープなエッジ（４６，４８，５０，５２）を有する、請求項４または５記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。
7. 前記弁ロッド（１２）に環状の凹部（５４）が形成されており、該凹部（５４）は、当該排ガス再循環弁の閉弁された状態で直接に前記ガイド区分（３４）に隣接しているか、または前記ガイド区分（３４）との短い重なりを有する、請求項２から６までのいずれか１項記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

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