JP6177114B2 - 排気ガス再循環バルブ - Google Patents

Description

この発明は、車両に搭載される排気ガス再循環（ＥＧＲ；Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブに関するものである。

従来のＥＧＲバルブは、直動方向に動作してガス量を調整するポペット式の弁体を有する（例えば、特許文献１参照）。ポペット式の場合、弁体を開方向に動作させるモータトルクと、弁体を閉方向に付勢するリターントルクとのバランスで直動方向の動作量を制御していた。

国際公開第９９／５７４２８号パンフレット

従来のＥＧＲバルブは以上のように構成されているので、弁体の直動方向の動作量を確保するための空間、およびリターントルクを発生させるコイルバネを設置するための空間が必要となり、直動方向の小型化が制約されるという課題があった。
また、ポペット式の弁体がガス流路内に存在するため、圧力損失が大きいという課題もあった。

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、排気ガス再循環バルブの小型化および圧損の低減を目的とする。

この発明に係る排気ガス再循環バルブは、内燃機関の排気ガス還流路に連通する排気ガス通路および当該排気ガス通路へ貫通する貫通穴を有するハウジングと、排気ガス通路内に設置されて円形状に開口した弁座と、弁座の開口の中心から径方向に偏心した回転中心まわりに回転して当該開口を開閉する弁体と、駆動源の回転力を受けて弁体を回転させる弁軸と、貫通穴内で弁軸を回転自在に軸支する軸受とを備え、弁座の開口は、内周縁部がＲ形状に形成されており、弁体は、外周面がテーパ形状であって開口の内周縁部に線接触し、弁軸は、駆動源の回転力を受けて回転および直動動作を行い、当該直動動作の距離は、弁体のテーパ形状の高さより大きいものである。

この発明によれば、弁体が、弁座の開口の中心から径方向に偏心した回転中心まわりに回転して当該開口を開閉するようにしたので、従来の直動式の排気ガス再循環バルブのような直動方向の高さ寸法が不要なため、小型化できる。また、開弁時、弁体が弁座の開口から退避するので、従来の直動式の排気ガス再循環バルブに比べて圧損を小さくできる。さらに、従来のポペット式のＥＧＲバルブと同程度の気密性能を確保しつつ、弁体の開閉動作をスムーズにできる。

この発明の実施の形態１に係るＥＧＲバルブの構成を示す断面図である。 実施の形態１に係るＥＧＲバルブの開弁状態を示す図である。 実施の形態１に係るＥＧＲバルブを図１の矢印Ａの方向から見た図である。 実施の形態１に係るＥＧＲバルブのうち、図１の枠Ｂ内を拡大した図である。

実施の形態１．
図１に、実施の形態１に係るＥＧＲバルブ１の閉弁状態を示し、図２に開弁状態（全開）を示す。図３は、ＥＧＲバルブ１を図１の矢印Ａの方向から見た図である。ＥＧＲバルブ１のハウジング３には、内燃機関の排気ガス還流路に連通する排気ガス通路４と、排気ガス通路４に貫通する貫通穴１１が形成されている。排気ガス通路４には円形状に開口した弁座１２が設置されており、弁座１２の開口を円板状の弁体５が開閉することにより排気ガス通路４を流れる排気ガス量を制限する。

貫通穴１１の内部には軸受６ａ，６ｂが設置され、これら軸受６ａ，６ｂが弁軸７を回転自在に軸支している。弁軸７は、その軸心Ｏ１が弁体５の中心Ｏ２から径方向に偏心して接続されている。従って、弁体５は、弁座１２の開口の中心（Ｏ２と同じ位置）から径方向に偏心した回転中心（Ｏ１と同じ位置）まわりに回転して、弁座１２の開口を開閉する。
なお、軸受６ａ，６ｂは、２部材ではなく１部材であってもよい。

ハウジング３の上部には、駆動源となるモータ２（例えば、ＤＣモータ）が設けられている。なお、図１ではモータ２の一部を省略してある。
コイル状のスプリング９の一端をモータ２のロータ８に取り付け、もう一端を弁軸７に取り付けて、ロータ８と弁軸７とをスプリング９で連結させることにより、ロータ８の回転力を弁軸７に伝達する。モータ２を正転・逆転方向に動作させることにより、弁軸７を軸心Ｏ１まわりに回転させ、弁体５の開度を調整して排気ガス通路４を流れる排気ガス量を制御する。このスプリング９は、弁軸７を閉弁方向に付勢しており、モータ２に異常が生じた場合にフェイルセーフとして働く。
モータ２の回転力により弁体５を回転させる量は、弁体５の回転量によって変化する弁座１２の開口面積の増加が緩やかになる点、例えば１５０°（図３）を最大とする。

また、弁軸７と軸受６ａ，６ｂの間に排気ガス中の煤固体成分（以下、デポジットと呼ぶ）が詰まって固着しないように、弁軸７の外周側にシール１０を設置して隙間を塞ぐ。軸受６ａは、シール１０のホルダを兼ねている。
さらに、排気ガス通路４からシール１０へのデポジットの流入を抑制するために、貫通穴１１のシール１０より排気ガス通路４側の内径をできるだけ小さくすることが好ましい。そこで、貫通穴１１のシール１０より排気ガス通路４側の内径を縮径して縮径部１１ａを形成し、縮径部１１ａと弁軸７との隙間を狭めて排気ガスが吹き抜けにくい構造にする。この縮径部１１ａの内径は、軸受６ａ，６ｂの内径よりわずかに大きい径（例えば、１００μｍ以下）にする。
これらシール１０と縮径部１１ａとが吹き抜け防止構造を構成する。

なお、縮径部１１ａは、シール１０の有無に関わらず設置が可能である。シール１０の有無に関わらず、縮径部１０ａは、貫通穴１１の入り口（一番排気ガス通路４側）に設置すればよい。

この実施の形態１では、弁体５を、上記特許文献１のような従来のポペット式ＥＧＲバルブと同様の形状で構成し、従来のものと同程度の気密性能が確保できるようにする。
ここでは、図４に示す弁体５と弁座１２の拡大図を参照して説明する。上記の従来のポペット式ＥＧＲバルブと同様の形状とは、弁体５の外周面に設けられたテーパ形状５ａと、弁座１２の開口の内周縁部に設けられた１周にわたるＲ形状１２ａとで構成される、線接触状態を実現する形状のことである。これにより、弁座１２に対して弁体５が傾斜していたとしても、テーパ形状５ａの全周がＲ形状１２ａに線接触して気密性能が確保される。

ただし、この形状を実施するためには、テーパ形状５ａの高さ寸法Ｃだけ弁体５を上下動させる必要がある。一般的なサイズのＥＧＲバルブ１ならテーパ形状５ａの高さ寸法Ｃは１ｍｍになり、弁体５を１ｍｍ程度、上下動させる必要がある。
この上下動をモータ２の回転力で実現させる場合、例えば弁軸７と軸受６ｂとにネジ構造１３を設ける。図１では、弁軸７の外周面に雄ネジ、軸受６ｂの内周面に雌ネジを設けている。先に説明したように弁体５を最大１５０°回転動作可能に構成する場合には、２．４ｍｍリードのネジ構造１３を設ける必要がある。

このネジ構造１３により、弁軸７が開弁方向に回転するにつれて軸方向に下がり、弁体５が回転しながら弁座１２から離れていくので、弁体５が弁座１２にぶつからない。閉弁時は、弁軸７が閉弁方向に回転するにつれて軸方向に上がり、弁体５が回転しながら弁座１２へ接近していくので、弁体５が隙間無く弁座１２に着座する。

ネジ構造１３は、モータ２の回転力を弁軸７の直動動作に変換する変換部を構成し、上述したスプリング９は、モータ２の回転力を弁軸７の回転動作に変換する変換部を構成する。なお、スプリング９は、モータ２の内部に収容できるので、ＥＧＲバルブ１の大型化を招かない。

以上より、実施の形態１によれば、ＥＧＲバルブ１は、内燃機関の排気ガス還流路に連通する排気ガス通路４および当該排気ガス通路４へ貫通する貫通穴１１を有するハウジング３と、排気ガス通路４内に設置されて円形状に開口した弁座１２と、弁座１２の開口の中心から径方向に偏心した回転中心まわりに回転して当該開口を開閉する弁体５と、モータ２の回転力を受けて弁体５を回転させる弁軸７と、貫通穴１１内で弁軸７を回転自在に軸支する軸受６ａ，６ｂとを備える構成にした。
このため、従来の直動式のＥＧＲバルブに比べて、弁体５が排気ガスの流れを邪魔せず、圧損を小さくできる。
また、従来の直動式のＥＧＲバルブは、閉弁方向のリターントルクを付勢するためのコイルバネに、直動する弁軸の全ストローク量、例えば１０ｍｍ以上の高さ寸法が求められるため、コイルバネを設置する高さ寸法が必要であった。これに対し、実施の形態１のＥＧＲバルブ１には直動方向の高さ寸法が不要なため、小型化できる。

また、実施の形態１によれば、弁座１２の開口の内周縁部をＲ形状１２ａにし、弁体５の外周面をテーパ形状５ａにしてＲ形状１２ａに線接触するように構成した。このため、従来のポペット式のＥＧＲバルブと同程度の気密性能が確保できる。

また、実施の形態１によれば、弁軸７が、モータ２の回転力を受けて回転および直動動作を行うようにし、当該直動動作の距離を、弁体５のテーパ形状５ａの高さ寸法Ｃより大きく構成した。これにより、気密性能を確保しつつ、弁体５の開閉動作をスムーズにできる。

また、実施の形態１によれば、排気ガス通路４と貫通穴１１内の軸受６ａ，６ｂとの間に、排気ガスの吹き抜けを防止する吹き抜け防止構造を設けたので、弁軸７の固着を防止できる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ ＥＧＲバルブ、２ モータ、３ ハウジング、４ 排気ガス通路、５ 弁体、５ａ テーパ形状、６ａ，６ｂ 軸受、７ 弁軸、８ ロータ、９ スプリング、１０ シール、１１ 貫通穴、１１ａ 縮径部、１２ 弁座、１２ａ Ｒ形状、１３ ネジ構造。

Claims (7)

1. 内燃機関の排気ガス還流路に連通する排気ガス通路および当該排気ガス通路へ貫通する貫通穴を有するハウジングと、
   前記排気ガス通路内に設置されて円形状に開口した弁座と、
   前記弁座の開口の中心から径方向に偏心した回転中心まわりに回転して当該開口を開閉する弁体と、
   駆動源の回転力を受けて前記弁体を回転させる弁軸と、
   前記貫通穴内で前記弁軸を回転自在に軸支する軸受とを備え、
   前記弁座の開口は、内周縁部がＲ形状に形成されており、
   前記弁体は、外周面がテーパ形状であって前記開口の内周縁部に線接触し、
   前記弁軸は、前記駆動源の回転力を受けて回転および直動動作を行い、当該直動動作の距離は、前記弁体のテーパ形状の高さより大きいことを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
2. 前記駆動源の回転力を、前記弁軸の回転および直動動作に変換する変換部を備えることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環バルブ。
3. 前記変換部は、前記駆動源の回転力を前記弁軸に伝達すると共に前記弁軸を閉弁方向に付勢するスプリングを有することを特徴とする請求項２記載の排気ガス再循環バルブ。
4. 前記変換部は、前記弁軸の外周面と、前記弁軸が挿通された前記貫通穴の内周面とに設けられて、前記駆動源の回転力を直動動作に変換するネジ構造を有することを特徴とする請求項２または請求項３記載の排気ガス再循環バルブ。
5. 前記排気ガス通路と前記貫通穴内の前記軸受との間に、排気ガスの吹き抜けを防止する吹き抜け防止構造を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の排気ガス再循環バルブ。
6. 前記吹き抜け防止構造は、前記弁軸の外周面と、前記弁軸が挿通された前記貫通穴の内周面との間の隙間をふさぐシールを有することを特徴とする請求項５記載の排気ガス再循環バルブ。
7. 前記吹き抜け防止構造は、前記貫通穴の内径のうち、前記排気ガス通路側の内径を縮径した縮径部を有することを特徴とする請求項５記載の排気ガス再循環バルブ。

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