JP6157595B2 - 改良された開口を備えたエンジン制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン制御弁に関する。このタイプの弁は、例えば、車両の熱エンジンのガス供給回路に取り付けられることができ、モータから排出された排気ガスの一部が取り出され、前記エンジンの上流に再注入可能なループにおいてＥＧＲ（排気ガス再循環）ガス流を調整する。このタイプの弁の動作原理は、流体を通過させることができる全開位置から流体を通過させることができない閉位置への移動が可能なシャッタの制御下での回転に基づく。本発明は、改良された開口機構を備えた流体循環弁に関する。

したがって、エンジン制御弁は、１つのシャッタを有し、このシャッタが回転軸に枢動可能に取り付けられることで、この回転軸がシャッタを第１の部分と第２の部分とに分割する。明記すべき点は、シャッタの第１の部分と第２の部分との間の境界を定める物理的制限がないことである。これらの２つの部分は、名目上、シャッタの回転軸を通り、前記シャッタに対して垂直方向に交差する平面によって分けられるものとされている。シャッタが組み付けられる弁の内部構造は、シールを含む。前記シャッタが閉位置にあるとき、前記シャッタの第１の部分はこのシールと接触状態になり、第２の部分は、シールとの間に１０分の数ミリメートルの隙間を残した状態で、前記シールと同一平面になる。

弁のシャッタの開口角度とガスの質量流量との関係を示すグラフである図１を参照すると、このタイプの弁によく起こる問題は、シャッタの開口角度が小さいとき、最初に、ガス流量は急速に上昇し、短い間停滞した後、シャッタの開口角度が大きくなり続ければ、再び規則的に増大する点である。実際に、シャッタの開口角度と弁を流れるガスの質量流量との関係を示す曲線１００は、最初、ほぼ０°〜５°の角度範囲内における流量の突然の増加に相当する第１の超急峻ゾーン１０１を示した後、横ばい状態であって、ほぼ５°〜１０°の角度範囲に相当する第２のゾーン１０２が続き、前記曲線１００は、最後に、ほぼ１０°より大きな角度範囲内におけるシャッタの開口と前記流量との関数が実質的に比例の推移を示す第３のほぼ線形ゾーン１０３を示す。グラフに示す２つの他の曲線１０５および１０６は、前記シャッタの可能な角度開口範囲全体にわたった、前記弁のシャッタの開口角度と、他のタイプの弁を流れるガスの質量流量との関係の線形変化を表す。これらの２つの曲線は、本発明による弁にとって望ましいガス流量の変化を示す。

本発明によるエンジン制御弁は、前記シャッタの開口角度が小さい場合のガス流量を制限するために構造的な修正を加えたシールを有する。このように、前記弁を流れるガス流量は、シャッタの角度開口範囲全体にわたって線形であることで、開口角度が非常に小さい場合に見られるこのような流量の突然の増加段階だけでなく、このような突然の増加の後に続くガス流量の停滞段階も回避する。これにより、本発明による弁により、ガス流量は、始まりが顕著でない滑らかな漸進的増加が確保されることで、既存の弁と比較した場合、ガス流量をより良好に制御することができる。

本発明は、内部導管の範囲を定める本体を有し、回転軸を有するシャッタを備えるエンジン制御弁であって、回転軸は、前記シャッタを第１の部分および第２の部分に分割し、前記シャッタは、流体が導管を流れることができるようにする全開位置と、前記流れを防止する閉位置との間を枢動可能なように前記導管内に取り付けられ、第１の部分がシールに突き合わせられている間、ガスが導管を流れるようにする開口が前記シールに設けられるエンジン制御弁に関する。シールは、前記開口を部分的に覆うように開口内に突出する拡張部を有する。シールのこのような拡張部の目的は、前記シャッタの最初の数度の開口にわたるガス流量の増加を低減させるために、シャッタが開くように枢動するとき、ガスの流域（flow area）を低減し、従って、前記流量のこのような突然の増加の後の停滞段階をなくすことである。したがって、シャッタの閉位置からの漸進的枢動に対応する弁の全開口段階にわたって、前記弁におけるガス流量の増加は、傾きの変化がない一定のものになる。シールは、例えば、環状または矩形状であり得、前記シールの開口は、導管のガス流域にほぼ対応する。用語「ほぼ」は、開口が、弁の前記ガスの流量特性を変化させることなく、導管のガス流域よりわずかに小さいものでありうることを意味する。シールの本来の開口の寸法を低減するように意図された拡張部は、シールに接合された別個の部品から作られてもよく、または前記シールと同時に製造されてもよく、シールとともに単一の部品を形成してもよい。シャッタの第１の部分は、弁を完全に気密閉鎖するために、理想的にシールを支持するように構成される。弁が閉位置にあるとき、拡張部は、ガスの流れ方向を考慮して前記第１の部分の上流に位置されることによってシャッタの第１の部分と接触する状態に戻ることで、前記拡張部は、前記流入ガスからシャッタの前記第１の部分を少なくとも部分的に保護する。

拡張部は、シールに平行な平面にのみ延伸する表面を形成するものであってもよい。

あるいは、拡張部は、シールと同じ平面にのみ延伸する表面を形成するものであってもよい。

拡張部は、開口内にのみ突出する表面を形成してもよい。

拡張部は、非可撓性表面を形成してもよい。

拡張部は、開口内に突出する縁部を規定してもよく、この縁部は、開口の２つの隣接する縁部と交差をなす方向に延伸するものであってもよい。

好適には、拡張部は、シールの開口を少なくとも１５％低減させる。実際、このような開口の低減は、特に、シャッタの最初の開口度に対して、シャッタの開口度と流量の値との間にある程度の比例関係を得るためには十分大きいものである必要がある。しかしながら、この低減は、弁の障害、すなわち、負の作用を及ぼしうるものであったり、弁におけるガスの流れ条件を妥協せざるをえないものであったりする障害を生じるほど大きいものであってはならない。

好ましくは、シールにより得られる開口は、拡張部が存在する場合、滑らかな輪郭を有する。実際、結果的に得られる低減された開口は、局所的な渦や不均一な圧力ゾーンを生じることによって弁におけるガス流に対して局所的な乱れを生じさせやすい先端部、突出縁部または鋭い窪みを有する不均一な輪郭を有するべきではない。

拡張部が存在する場合のシールにより得られる開口の全体形状は、少なくとも５つの辺と、３つの連続した直角とを有する多角形であってもよい。

あるいは、拡張部が存在する場合のシールにより得られる開口の全体形状は、少なくとも４つの辺と、３つの連続した直角とを有する多角形であってもよい。

好ましくは、開口は矩形であり、拡張部は、三角形であり、且つ、前記開口を取り囲むシールの少なくとも１つの縁部から突き出る。拡張部のこの形状は、製造が容易であり、解決しようとする問題に完全に適したものである。

好適には、拡張部は、直角三角形であり、開口を取り囲むシールの少なくとも２つの縁部に接合される。このようにして、拡張部は、弁のガス流に悪影響を及ぼしがちな切れ目や凸凹の縁部を生じることなく、シールの開口を低減させる助けとなる。

好ましくは、拡張部およびシールは、単一の部品を形成する。したがって、結果的に得られるシールは、高精度かつ制御された単一の作業で製造され得る。

好ましくは、シャッタが閉位置にあるとき、シールの拡張部の輪郭に対応する輪郭を有するゾーンに拡張部を配置することができるように、このゾーンにおいてシャッタの第１の部分からある材料が除去される。実際、シャッタが導管を塞ぐ閉位置にあるとき、第１の部分は、完全な気密性を確保するために、シールと密接かつ理想的に相互作用する必要がある。シャッタの第１の部分からこのように材料を除去することで、シャッタが弁の導管を塞いでいるとき、前記第１の部分に対してシールの拡張部を最適に配置することができる。開口の拡張部とシャッタの第１の部分とが密接に協働するこのような配置により、シャッタの開口角度が小さい場合にガス流量が突然増加することで生じる問題を最適に解消することができるようになる。

好適には、拡張部は、シャッタが閉位置にあるとき、シャッタの第１の部分と平坦に接触して係合してもよい。

好適には、シールは、シャッタの第２の部分と相互作用するように意図された延長部を有する。実際、シャッタの第２の部分は、シャッタが閉位置にあるとき、１０分の数ミリメートルの最小隙間を残した状態で、シールのこの延長部と同一平面になる。シールは全体的に平坦で薄いものとされる。本発明を理解しやすいようにするために、この延長部は、詳細な説明において記述されるシールの第２の部分に相当する。

好適には、シールの延長部は、第２の開口を有する。シャッタがシールに対して閉位置にあるとき、ガス流が前記第１の部分に衝突するため、前記シャッタの第１の部分の周囲に圧力の不均衡が生じることで、前記第１の部分は押圧されて、わずかに開く傾向がある。シールの延長部に位置する二次開口は、シャッタの第２の部分の後ろに窪みを生じることを意図したものであり、それは、前記窪みによって吸引される傾向がある。この第２の部分によって抑制される動きが第１の部分の動きに逆らうので、それは、閉位置にあるときに良好な気密性を確保するために、前記シャッタが変形しないようにすると共に結果的に線形プロファイルを保持することができるようにするための補償的役割を担う。

好ましくは、シールの延長部はリブを有し、二次開口は前記リブに形成される。二次開口がこのリブ内に形成されるということは、前記開口によって生じる前記窪み表面が増大し、シャッタの特に気密性のある閉鎖を確保する助けとなる。好ましくは、二次開口は、延長部の中央位置を占める。

本発明による弁は、特に、シャッタの低減された角度開口範囲にわたってガス流量の規則的な線形増加を与えることによって、シャッタの全開口範囲にわたってガス流量を良好に制御するという利点を有する。本発明による弁は、同じサイズを維持しながら、ガス流量のこのように改良された制御により、既存の調整弁より効率的であり、製造が容易であるという利点を有する。

本発明による弁の好ましい実施形態の詳細な記載は、添付の図面を参照しながら以下に与えられる。

上述したように、先行技術の調整弁を通過するガスの質量流量と、弁のシャッタの開口角度との関係を示すグラフ。 本発明によるエンジン制御弁のシールの斜視図。 本発明によるエンジン制御弁のシャッタの斜視図。 本発明によるエンジン制御弁のシャッタおよびシールの斜視図。

自動車の熱エンジンのガス回路は、特に、新しい空気が貫流する前記エンジンの上流ガス供給部分と、車外に放出される燃焼ガスが貫流する下流排気部分とを含む。一般に、このようなガス回路は、排気ガスと、流入する新しい空気とを混合できるように、下流排気部分を上流供給部分につなげる少なくとも１つの排気ガス再循環（ＥＧＲ）ループを含む。これらのＥＧＲループは、エンジンの全動作段階の間、永久的に開いたままではないため、当該ループを流れる排気ガス流を調整可能なＥＧＲ弁がそれぞれ取り付けられる。

本発明によるＥＧＲ弁は、ガス循環導管と、シャッタ１とを含み、シャッタ１は、回転軸２に旋回可能に取り付けられ、排気ガスが流れることができないようにする閉位置と、最大流量でこの流れを許容する全開位置との間で移動可能である。シャッタ１の制御機構は、前記シャッタ１が、これらの２つの端部位置の間の任意の中間位置に設定されるようにできる。

図３を参照すると、シャッタ１は、前記回転軸２が前記シャッタ１を第１の部分３および第２の部分４に分割するように、回転軸２に取り付けられる。前記部分３、４は平坦で薄いものであり、互いに対して連続的に配設される。好ましくは、それらは、単一の部品を形成する。これらの２つの部分３、４の幅は同じであり、前記幅は、回転軸２に沿って測定されたその寸法であり、第１の部分３は、第２の部分４より短く、この長さは、前記回転軸２に対して垂直の軸に沿って測定されたその寸法である。第１の部分３および第２の部分４は、互いに強固に接合されることで、回転軸２を中心に同時に旋回し、互いから１８０°に配設される。シャッタ１の第２の部分４は矩形であり、一定の厚みのものである。このシャッタ１の第１の部分３は、成形された厚みを有する実質的に矩形の接合部６が載置された一定の厚みの実質的に矩形の支持部５を含み、前記接合部６は、シャッタ１の第２の部分４を支持部５に接合する。実際、支持部５と接触した状態に位置付けられるこの接合部６は、理想的には、シャッタ１の第２の部分４を拡張し、接合部６と第２の部分４との間の接合平面７での厚みは同じであり、この接合部６の厚みは、接合平面７に垂直の方向に前記接合平面７から離れる方向に進むにつれ漸進的に低減する。なお、接合平面７は、シャッタ１の回転軸２に平行である。支持部５の寸法は、それらが接触する接合部６の寸法より大きいことから、シャッタ１の第１の部分３のＵ字状の周囲部分の厚みは、この支持部５の厚みと同じである。好ましくは、シャッタ１の第２の部分４および接合部６は、単一の部品を形成する。実際、「接合部」の概念は、この部分が必ずしも別個のものであるということを示唆せずに、可能な限り正確にシャッタ１を記載するという目的で含まれている。同じことが、シャッタ１の２つの部分３、４にも当てはまり、２つの部分３、４は、軸の両側に位置するシャッタ１の２つの部分に相当するが、必ずしも顕著で視覚的な物理的制限を有するものではない。

図２を参照すると、シャッタ１が弁内に配置されると、シャッタ１は、前記弁の内部構造に一体に接続されたシール８と協働して、シャッタ１が閉位置にあるときの前記弁の気密性を確保する。シール８は、第１の部分９と第２の部分１０とを区別可能な、全体が矩形状の平坦な薄い部品であり、前記第２の部分１０は、特許請求の範囲において延長部と呼ばれるものである。第１の部分９は矩形であり、前記シール８の長手軸に垂直の方向に延伸する。すなわち、シール８の長手軸と第１の部分９の長手軸は垂直である。この第１の部分９は、先行技術におけるシールの場合、矩形であると共に弁の導管におけるガスの流域寸法に近い寸法を有する開口を含む。本発明によるＥＧＲ弁の場合、この開口１１は、前記開口１１内に突出するシールの拡張部１２によって低減され、前記拡張部１２は直角三角形である。より詳細には、この拡張部１２の２つの垂直の辺１３、１４は、開口の境界を定める２つの垂直の縁部１５、１６と接触した状態にあり、前記辺１３、１４の各々は、それが支持される縁部１５、１６の長さより短い。好適には、この拡張部１２およびシール８は、同じ材料で作られ、単一の部品を形成し、前記辺１３、１４および前記縁部１５、１６は、完全な連続性を与え、区別できないものである。したがって、結果的に得られる開口１１は、短い長さにわたって一定の幅の端部１７を有し、前記幅は、一定の幅の前記端部１７から離れる方向に進むにつれ、前記開口１１の長さの残りに沿って漸進的に低減した後、最小の非ゼロ値に達する。シール８の第２の部分１０は矩形であり、前記シール８の長手軸に垂直な方向に延伸する。すなわち、シール８の長手軸および第２の部分１０の長手軸は垂直である。この第２の部分１０は、全体的に満たされ、シール８の第２の部分１０に平行に延伸する矩形のスロットの形状のリセス１８を有する。このスロット１８は、シール８の第２の部分１１の中央位置を占める。この第２の部分１０には、円形オリフィスに類似した二次開口１９が設けられ、そのオリフィス１９はスロット１８の中心に位置する。このオリフィス１９の寸法は、第１の部分９の開口１１の寸法より明らかに小さく、開口１１とオリフィス１９との表面積比は、１０〜２０の範囲で変動する。

図２を参照すると、シャッタ１の接合部６から材料が除去され、接合部６の輪郭は三角形であり、シール８の拡張部１２と同じ寸法を有する。このように、前記接合部６は、傾斜した縁部２０を有する。シャッタ１の第１の部分３は、弁の閉位置に位置すると、シール８の第１の部分９に対して位置付けられることで、シール８の拡張部１２は、材料がこのように除去されることによって形成された前記第１の部分３の形状に着座し得る。

図４を参照すると、シャッタ１は、第１の部分３がシール８の第１の部分９と協働し、第２の部分４がシール８の第２の部分１０と協働するように弁に取り付けられ、前記シャッタ１の回転軸２は、シール８の２つの部分９、１０の間の分割を形成する。シャッタ１が閉位置に戻ると、第１の部分３は、シール８の第１の部分９と接触状態になることで、シール８の拡張部１２は、除去された材料によって生じたシートにおいて前記第１の部分３と接触した状態になる。同時に、シャッタ１の第２の部分４は、数ミリメートルの隙間を残した状態で、シール８の第２の部分１０と同一平面になる。シール８の第２の部分１０に形成された二次開口１９により、シャッタ１の第１の部分３の動きを補償するために、シャッタの第２の部分４を吸引するように意図された窪みを作ることができる。実際、弁が閉じられた状態の配置にあるとき、シャッタ１の上流に位置するガスは、前記シャッタ１の第１の部分３に圧力をかけることで、第１の部分３が後方に押され、わずかに開く傾向があることで、ごくわずかな量のガスが貫流する。この窪みは、第１の部分３の方向とは反対の方向にシャッタ１の第２の部分４を動かす助けとなることで、前記シャッタ１は、線形プロファイルに保持されて、適切な気密性の閉鎖を確保できる。

したがって、シャッタ１の第１の部分３の適応されたプロファイルと組み合わせて、シール８の第１の部分９の開口１２がこのように低減されることで、シャッタ１の閉位置からシャッタ１の最初の開口度の間、ガス流を制限することができる。結果的に、ガス流量は、前記シャッタ１の全角度開口範囲にわたって、シャッタ１の開口度に対して線形に増加する。このような弁により、ガス流量は、シャッタ１の可能な開口範囲にわたってシャッタの開口角度に比例するようになる。

Claims (9)

1. 内部導管の範囲を定める本体を有し、回転軸（２）を有するシャッタ（１）を備えるエンジン制御弁であって、前記回転軸（２）は、前記シャッタ（１）を第１の部分（３）および第２の部分（４）に分割し、前記シャッタ（１）は、流体が前記導管を流れることができるようにする全開位置と、前記流れを防止する閉位置との間を枢動可能なように前記導管内に取り付けられ、前記閉位置で前記第１の部分（３）がシール（８）に突き合わせられ、
   ガスが前記導管を流れるようにする開口（１１）が前記シール（８）に設けられ、前記シール（８）は、前記開口（１１）を部分的に覆うように前記開口（１１）内に突出する拡張部（１２）を有し、
   前記開口（１１）は矩形であり、前記拡張部（１２）は、三角形であり、且つ、前記開口（１１）を取り囲む前記シール（８）の少なくとも１つの縁部（１５、１６）から突き出る、エンジン制御弁。
2. 前記シール（８）は単一の面に延伸する、請求項１に記載の弁。
3. 前記拡張部（１２）は、前記開口内に突出すると共に前記開口（１１）の２つの隣接する縁部との交差をなす方向に延伸する縁部を規定する、請求項２に記載の弁。
4. 前記拡張部（１２）は、前記シャッタが閉位置にあるとき、前記シャッタ（１）の前記第１の部分（３）と平坦に接触して係合する、請求項１から３のいずれか一項に記載の弁。
5. 前記拡張部（１２）は、直角三角形であり、且つ、前記開口（１１）を取り囲む前記シール（８）の少なくとも２つの縁部（１５、１６）に接合される、請求項１から４のいずれか一項に記載の弁。
6. 前記拡張部（１２）および前記シール（８）は、単一の部品を形成する、請求項１から５のいずれか一項に記載の弁。
7. 材料が、前記シール（８）の前記拡張部（１２）の輪郭に対応する輪郭を有するゾーンにおいて前記シャッタ（１）の前記第１の部分（３）から除去されて、前記シャッタ（１）が閉位置にある時、前記ゾーンに前記拡張部（１２）を配置することができる、請求項１から６のいずれか一項に記載の弁。
8. 前記シール（８）は、前記シャッタ（１）の前記第２の部分（４）と相互作用するように設計された延長部（１０）を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の弁。
9. 前記シール（８）の前記延長部（１０）は、二次開口（１９）を含む、請求項８に記載の弁。

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