JP6107611B2 - Ｅｇｒバルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関より排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側に還流させるための排気再循環（ＥＧＲ）システムに用いられるＥＧＲバルブ装置に関する。

ＥＧＲシステムに係る従来技術として特許文献１が公知である。
同文献１に開示されたＥＧＲシステムは、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの下流側（吸気側）と上流側（排気側）とを連通するリターン通路を有し、このリターン通路に逆止弁設けられている。逆止弁は、ＥＧＲクーラの下流側に接続されるリターン通路の吸気側からＥＧＲクーラの上流側に接続されるリターン通路の排気側に向かってＥＧＲガスを流すことができる。
これにより、ＥＧＲバルブが全閉状態の時に排気脈動により排気圧力（ＥＧＲガスの圧力）が上昇すると、逆止弁が開弁してリターン通路の吸気側から排気側へ向かってＥＧＲガスを戻すことができる。よって、ＥＧＲガスが露点温度以下に冷却される前にＥＧＲクーラを通過させることができるので、ＥＧＲクーラを含む排気ガス循環通路での凝縮水の発生を抑制することが可能である。

特開２０１２−１６３０８２号公報

ところが、上記の従来技術では、ＥＧＲバルブの全閉時にＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの全量がリターン通路を通ってＥＧＲクーラの上流側（排気側）へ流れることはなく、ＥＧＲクーラを通過したＥＧＲガスの一部はＥＧＲバルブまで到達する。よって、ＥＧＲクーラで冷却されたＥＧＲガスの一部が全閉状態にあるＥＧＲバルブの手前で滞留し、露点温度以下まで冷却されて凝縮水が発生することがある。その結果、ＥＧＲハウジングに形成されるＥＧＲ通路内に凝縮水が溜まることで腐食が発生し、その腐食によりＥＧＲシステムの性能を損なう恐れがあった。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ＥＧＲバルブの全閉時にＥＧＲ通路内に凝縮水が溜まることを防止することにより、ＥＧＲシステムの性能低下を回避できるＥＧＲバルブ装置を提供することにある。

請求項１に係る本発明は、内燃機関より排出される排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと言う）を内燃機関の吸気側へ還流させるための排ガス還流通路に配設され、排ガス還流通路の一部を形成するＥＧＲ通路を有するＥＧＲハウジングと、ＥＧＲ通路の内部に配設される弁体を有し、この弁体の開度に応じてＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブとを備えるＥＧＲバルブ装置であって、ＥＧＲハウジングに形成され、弁体より上流側のＥＧＲ通路から分岐して内燃機関の吸気側に通じるバイパス通路と、ＥＧＲハウジングに組み込まれてバイパス通路を開閉可能に設けられるバイパス弁とを有し、バイパス弁は、弁体がＥＧＲ通路を全閉するバルブ全閉時にバイパス通路を開き、弁体がＥＧＲ通路を開くバルブ開弁時にバイパス通路を閉じる。
また、バイパス弁は、ＥＧＲ通路から分岐するバイパス通路の上流側端部または内燃機関の吸気側に接続される下流側端部に配設されることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＥＧＲバルブがＥＧＲ通路を全閉するバルブ全閉時にバイパス弁が開弁する、つまりバイパス通路を開くことで、ＥＧＲ通路へ流入する凝縮水をバイパス通路へ逃がすことができる。これにより、バルブ全閉時において弁体より上流側（排気側）のＥＧＲ通路内に凝縮水が溜まることはなく、ＥＧＲ通路内の腐食を防止できるので、ＥＧＲシステムの性能低下を回避できる。
また、ＥＧＲバルブがＥＧＲ通路を開くバルブ開弁時には、バイパス弁が閉弁する、つまりバイパス通路を閉じるので、ＥＧＲガスがバイパス通路を流れることはなく、弁体の開度に応じてＥＧＲ通路を流れることができる。

実施例１に係るＥＧＲバルブ装置の断面図である。 図１に示すバイパス弁の断面図である。 図１に示すバイパス弁のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図１に示すバイパス弁（開弁状態）の作動説明図である。 図１に示すバイパス弁（閉弁状態）の作動説明図である。 排気再循環システムの全体図である。 実施例２に係るＥＧＲバルブ装置の断面図である。 図７に示すバイパス弁の断面図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
ＥＧＲバルブ装置１は、図６に示すように、エンジン２の燃焼室より排出される排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気側に還流させるためのＥＧＲシステムに用いられる。
ＥＧＲシステムは、エンジン２の吸気通路３と排気通路４とを連通する排ガス還流通路５を有し、この排ガス還流通路５にＥＧＲクーラ６と本発明のＥＧＲバルブ装置１とが配設される。ＥＧＲクーラ６は、例えば、エンジン冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却する水冷式熱交換器である。

ＥＧＲバルブ装置１は、排ガス還流通路５においてＥＧＲクーラ６より下流側（ＥＧＲガスの流れ方向における下流側）に配設される。
このＥＧＲバルブ装置１は、図１に示すように、ＥＧＲ通路７を形成するＥＧＲハウジング８と、ＥＧＲ通路７を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ９と、後述するバイパス通路１０およびバイパス弁１１等を備える。
ＥＧＲハウジング８は、例えばアルミダイカストにより製造され、図１に示す右側端面（ＩＮ側端面と呼ぶ）から左側端面（ＯＵＴ側端面と呼ぶ）までＥＧＲハウジング８の内部をＥＧＲ通路７が貫通して形成される。
ＥＧＲ通路７が開口するＥＧＲハウジング８のＩＮ側端面には、ＥＧＲバルブ装置１より上流側の排ガス還流通路５ａが接続され、ＥＧＲハウジング８のＯＵＴ側端面には、ＥＧＲバルブ装置１より下流側の排ガス還流通路５ｂが接続される。つまり、ＥＧＲ通路７は、排ガス還流通路５の一部を形成している。また、ＥＧＲ通路７の一部には、金属製（例えばステンレス製）の円筒ノズル１２が挿入されている。

ＥＧＲバルブ９は、二つの軸受１３、１４を介してＥＧＲハウジング８に回転自在に支持されるシャフト９ａと、シャフト９ａの一方の端部に固定される円板状の弁体９ｂとを有し、この弁体９ｂがシャフト９ａと一体に回転してＥＧＲ通路７の開口面積を可変する。なお、二つの軸受１３、１４の具体例として、図１では軸受１３にボールベアリング、軸受１４に滑り軸受が用いられている。
シャフト９ａは、他方の端部にバルブギヤ１５が取り付けられ、図示しないモータのトルクがギヤトレインを介して伝達される。

ギヤトレインは、バルブギヤ１５を含む複数の歯車によって構成される動力伝達手段であり、モータのトルクを増幅してシャフト９ａに伝達する。
弁体９ｂは、円筒ノズル１２の内周に配置されてＥＧＲ通路７を全閉するバルブ全閉位置と、ＥＧＲ通路７の開口面積が最大となるバルブ全開位置との間で回動する。弁体９ｂの外周には、例えばステンレス製のシールリング９ｃが装着されている。シールリング９ｃには、バルブ全閉時に円筒ノズル１２の内周と弁体９ｂの外周との間に生じる隙間を塞ぐシール機能を持たせている。

ＥＧＲバルブ９の制御は、電子制御装置であるＥＣＵ（図示せず）によって行われる。
ＥＣＵは、アクセル開度やエンジン回転数等から把握されるエンジン２の運転状態に応じてＥＧＲバルブ９の目標開度を演算し、回転角センサによって検出されるＥＧＲバルブ９の実開度が目標開度と一致するようにモータへの供給電力をフィードバック制御する。
回転角センサは、図１に示すように、バルブギヤ１５の内周に装着される永久磁石１６の内側にホールＩＣ１７を配置して構成される。ホールＩＣ１７は、バルブギヤ１５と共に永久磁石１６が回転することで、ホール素子を貫く磁束密度に比例した電気信号（電圧）をＥＣＵへ出力する。

次に、本発明に係るバイパス通路１０およびバイパス弁１１について説明する。
バイパス通路１０は、ＥＧＲバルブ９の弁体９ｂより上流側（以下、ＩＮ側と呼ぶ）のＥＧＲ通路７から分岐してＥＧＲハウジング８のＯＵＴ側端面まで形成される。つまり、バイパス通路１０の上流端が弁体９ｂよりＩＮ側のＥＧＲ通路７に開口し、バイパス通路１０の下流端がＥＧＲハウジング８のＯＵＴ側端面に開口している。
ＥＧＲハウジング８のＯＵＴ側端面には、図６に示すように、エンジン２の吸気通路３に通じる連通管１８が接続される。すなわち、バイパス通路１０の下流端は、連通管１８を介してエンジン２の吸気通路３に連通している。

ＥＧＲ通路７から分岐するバイパス通路１０の分岐口には、図２に示すように、バイパス弁１１を組み付けるための組み付け穴が形成される。
組み付け穴は、バイパス通路１０の上流端に形成されてＥＧＲ通路７に開口するプレート固定穴１９と、このプレート固定穴１９の下流側（図示下側）に穿設される弁可動室２０と、この弁可動室２０より下流側に形成されるスプリング保持穴２１とを有する。
バイパス弁１１は、プレート固定穴１９に嵌合して圧入等により固定される固定プレート２２と、弁可動室２０に配設される弁プレート２３と、この弁プレート２３を閉弁方向（図示上方向）へ付勢するスプリング２４とを有する。

固定プレート２２は、スプリング２４により閉弁方向へ付勢される弁プレート２３を閉位置に保持するストッパ機能を有する。また、固定プレート２２の中央部には、板厚方向に貫通してＥＧＲ通路７と弁可動室２０とを連通するが開口している。
弁プレート２３は、例えば円板形状を有し、その外径が固定プレート２２に形成される連通孔２２ａの内径より大きく、且つ、弁可動室２０の内径より小さく形成される。この弁プレート２３は、固定プレート２２に当接して連通孔２２ａを閉じる閉位置（図５に示す位置）と、固定プレート２２から離れて連通孔２２ａを開く開位置（図４に示す位置）との間で弁可動室２０の内部を可動する。

弁プレート２３の反固定プレート側の表面（図２の下側表面）には、弁プレート２３の周方向に等間隔に配置される複数の脚部２３ａが設けられる。この脚部２３ａは、図３に示すように、弁プレート２３の外周縁に沿って円弧状に形成され、周方向に隣り合う脚部２３ａ同士の間に所定の空間が確保されている。この脚部２３ａを有する弁プレート２３は、ＥＧＲガスの圧力を受けて開弁方向へ押し下げられた時に、脚部２３ａの下端面が弁可動室２０の底面に当接することで開位置に保持される。
スプリング２４は、複数の脚部２３ａの内周に配置され、図２に示す上側の端部が弁プレート２３の反固定プレート側の表面に当接し、下側の端部がスプリング保持穴２１の段差面に当接して、弁プレート２３を閉弁方向へ付勢している。

〔実施例１の作用および効果〕
ＥＧＲバルブ９がＥＧＲ通路７を全閉するバルブ全閉時には、弁プレート２３に掛かるＥＧＲガスの圧力がスプリング２４の付勢力に打ち勝つことで、図４に示すように、弁プレート２３が開弁方向へ移動して開位置に保持される。弁プレート２３が開位置に保持されると、固定プレート２２の連通孔２２ａを通じてＥＧＲ通路７と弁可動室２０とが連通する。すなわち、バイパス弁１１がバイパス通路１０を開くことにより、弁体９ｂよりＩＮ側のＥＧＲ通路７へ流入する凝縮水をバイパス通路１０へ逃がすことができる。

また、ＥＧＲバルブ９がＥＧＲ通路７を開くバルブ開弁時において、弁プレート２３に掛かるＥＧＲガスの圧力がスプリング２４の付勢力より小さくなると、図５に示すように、弁プレート２３が固定プレート２２に当接して閉位置に保持される。この閉位置では、弁プレート２３が固定プレート２２の連通孔２２ａを閉じることにより、ＥＧＲ通路７と弁可動室２０との間が遮断される。すなわち、バイパス弁１１がバイパス通路１０を閉じることにより、ＥＧＲガスがバイパス通路１０を通ってエンジン２の吸気側へ流れることを防止できる。

上記のように、ＥＧＲバルブ９がＥＧＲ通路７を全閉するバルブ全閉時には、バイパス弁１１がバイパス通路１０を開くことで凝縮水をバイパス通路１０へ逃がすことができるので、弁体９ｂよりＩＮ側のＥＧＲ通路７内に凝縮水が溜まることを防止できる。その結果、ＥＧＲ通路７内の腐食を防止できるため、ＥＧＲシステムの性能低下を回避できる。
また、ＥＧＲバルブ９がＥＧＲ通路７を開くバルブ開弁時において、弁プレート２３に係るＥＧＲガスの圧力がスプリング２４の付勢力より小さい時は、バイパス弁１１がバイパス通路１０を閉じるので、ＥＧＲガスがバイパス通路１０を流れることを防止できる。

以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
〔実施例２〕
この実施例２は、バイパス弁１１をサブアッセンブリとして一体的に構成した事例である。具体的には、図８に示すように、プレート固定穴１９、弁可動室２０、およびスプリング保持穴２１を形成する弁ハウジング２５を有し、この弁ハウジング２５に固定プレート２２、弁プレート２３、およびスプリング２４が一体的に組み付けられてサブアッセンブリとして構成される。
このサブアッセンブリ化されたバイパス弁１１は、図７に示すように、ＥＧＲ通路７から分岐するバイパス通路１０の上流側端部（バイパス通路１０の分岐口）に形成される取付け孔２６に嵌合してＥＧＲハウジング８に組み付けられる。
この実施例２の事例では、バイパス弁１１をサブアッセンブリ化することでＥＧＲハウジング８へのバイパス弁１１の組み付けが容易になる。

〔変形例〕
実施例１、２では、バイパス弁１１をバイパス通路１０の上流側端部（分岐口）に配設した事例を記載したが、ＥＧＲハウジング８のＯＵＴ側端面に開口するバイパス通路１０の下流側端部に配設することも可能である。但し、バイパス弁１１をバイパス通路１０の下流側端部に配設する場合は、弁プレート２３に対して複数の脚部２３ａおよびスプリング２４の配置を実施例１、２の場合と反対側（固定プレート２２側）に設定する。

実施例１、２に記載したバイパス弁１１において、弁プレート２３の反固定プレート側の表面にスプリング２４の内周側をガイドするガイド壁を設けることもできる。この場合、スプリング２４の外周側が複数の脚部２３ａによって保持され、スプリング２４の内周側がガイド壁によって保持されるので、スプリング２４の姿勢を常に安定した状態で保持できる。
実施例１では、バイパス通路１０の下流端が連通管１８を介してエンジン２の吸気通路３に連通する構成を記載している。つまり、連通管１８の下流端がエンジン２の吸気通路３に接続されるが、ＥＧＲハウジング８のＯＵＴ側端面に接続される排ガス還流通路５ｂに連通管１８の下流端を接続する構成でもよい。

１ ＥＧＲバルブ装置
２ エンジン（内燃機関）
５ 排ガス還流通路
７ ＥＧＲ通路
８ ＥＧＲハウジング
９ ＥＧＲバルブ
９ａ シャフト（ＥＧＲバルブ）
９ｂ 弁体（ＥＧＲバルブ）
１０ バイパス通路
１１ バイパス弁
２２ 固定プレート
２３ 弁プレート
２４ スプリング
２５ 弁ハウジング
２６ 取付け孔

Claims (5)

1. 内燃機関（２）より排出される排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと言う）を前記内燃機関（２）の吸気側へ還流させるための排ガス還流通路（５）に配設され、前記排ガス還流通路（５）の一部を形成するＥＧＲ通路（７）を有するＥＧＲハウジング（８）と、
   前記ＥＧＲ通路（７）の内部に配設される弁体（９ｂ）を有し、この弁体（９ｂ）の開度に応じて前記ＥＧＲ通路（７）を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ（９）とを備えるＥＧＲバルブ装置（１）であって、
   前記ＥＧＲハウジング（８）に形成され、前記弁体（９ｂ）より上流側の前記ＥＧＲ通路（７）から分岐して前記内燃機関（２）の吸気側に通じるバイパス通路（１０）と、
   前記ＥＧＲハウジング（８）に組み込まれて前記バイパス通路（１０）を開閉可能に設けられるバイパス弁（１１）とを有し、
   前記バイパス弁（１１）は、前記弁体（９ｂ）が前記ＥＧＲ通路（７）を全閉するバルブ全閉時に前記バイパス通路（１０）を開き、前記弁体（９ｂ）が前記ＥＧＲ通路（７）を開くバルブ開弁時に前記バイパス通路（１０）を閉じ、
   前記バイパス弁（１１）は、前記ＥＧＲ通路（７）から分岐する前記バイパス通路（１０）の上流側端部または前記内燃機関（２）の吸気側に接続される下流側端部に配設されることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
2. 内燃機関（２）より排出される排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと言う）を前記内燃機関（２）の吸気側へ還流させるための排ガス還流通路（５）に配設され、前記排ガス還流通路（５）の一部を形成するＥＧＲ通路（７）を有するＥＧＲハウジング（８）と、
   前記ＥＧＲ通路（７）の内部に配設される弁体（９ｂ）を有し、この弁体（９ｂ）の開度に応じて前記ＥＧＲ通路（７）を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ（９）とを備えるＥＧＲバルブ装置（１）であって、
   前記ＥＧＲハウジング（８）に形成され、前記弁体（９ｂ）より上流側の前記ＥＧＲ通路（７）から分岐して前記内燃機関（２）の吸気側に通じるバイパス通路（１０）と、
   前記ＥＧＲハウジング（８）に組み込まれて前記バイパス通路（１０）を開閉可能に設けられるバイパス弁（１１）とを有し、
   前記バイパス弁（１１）は、前記弁体（９ｂ）が前記ＥＧＲ通路（７）を全閉するバルブ全閉時に前記バイパス通路（１０）を開き、前記弁体（９ｂ）が前記ＥＧＲ通路（７）を開くバルブ開弁時に前記バイパス通路（１０）を閉じ、
   前記バイパス弁（１１）は、前記バイパス通路（１０）を閉じる閉位置と前記バイパス通路（１０）を開く開位置との間で可動する弁プレート（２３）と、この弁プレート（２３）を閉弁方向へ付勢するスプリング（２４）と、このスプリング（２４）に付勢される前記弁プレート（２３）を前記閉位置に保持する固定プレート（２２）とを有し、
   前記バルブ全閉時には、前記弁プレート（２３）に掛かるＥＧＲガスの圧力が前記スプリング（２４）の付勢力に打ち勝つことで前記弁プレート（２３）が前記開位置へ移動し、前記バルブ開弁時には、前記弁プレート（２３）に掛かるＥＧＲガスの圧力が前記スプリング（２４）の付勢力より小さくなると、前記弁プレート（２３）が前記スプリング（２４）に付勢されて前記閉位置へ移動し、
   前記バイパス弁（１１）は、弁ハウジング（２５）を有し、この弁ハウジング（２５）に前記弁プレート（２３）、前記スプリング（２４）、および前記固定プレート（２２）が組み付けられてサブアッセンブリとして一体的に構成されていることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
3. 請求項１に記載したＥＧＲバルブ装置（１）において、
   前記バイパス弁（１１）は、前記バイパス通路（１０）を閉じる閉位置と前記バイパス通路（１０）を開く開位置との間で可動する弁プレート（２３）と、この弁プレート（２３）を閉弁方向へ付勢するスプリング（２４）と、このスプリング（２４）に付勢される前記弁プレート（２３）を前記閉位置に保持する固定プレート（２２）とを有し、
   前記バルブ全閉時には、前記弁プレート（２３）に掛かるＥＧＲガスの圧力が前記スプリング（２４）の付勢力に打ち勝つことで前記弁プレート（２３）が前記開位置へ移動し、前記バルブ開弁時には、前記弁プレート（２３）に掛かるＥＧＲガスの圧力が前記スプリング（２４）の付勢力より小さくなると、前記弁プレート（２３）が前記スプリング（２４）に付勢されて前記閉位置へ移動することを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
4. 請求項３に記載したＥＧＲバルブ装置（１）において、
   前記バイパス弁（１１）は、弁ハウジング（２５）を有し、この弁ハウジング（２５）に前記弁プレート（２３）、前記スプリング（２４）、および前記固定プレート（２２）が組み付けられてサブアッセンブリとして一体的に構成されていることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
5. 請求項２または請求項４に記載したＥＧＲバルブ装置（１）において、
   前記ＥＧＲハウジング（８）は、前記ＥＧＲ通路（７）から分岐する前記バイパス通路（１０）の上流側端部に取付け孔（２６）が形成され、
   サブアッセンブリとして一体的に構成された前記バイパス弁（１１）は、前記弁ハウジング（２５）を前記取付け孔（２６）に嵌合して前記ＥＧＲハウジング（８）に装着されることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。

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