JP6350263B2

JP6350263B2 - Ｅｇｒバルブ装置

Info

Publication number: JP6350263B2
Application number: JP2014257071A
Authority: JP
Inventors: 悠史都築
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: JP2016118120A

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ガスとして吸気側へ戻すための排気ガス再循環システムに用いられるＥＧＲバルブ装置に関する。

ＥＧＲバルブ装置に係る従来技術として特許文献１がある。
このＥＧＲバルブ装置は、ガス通路を形成するハウジングと、ガス通路に設けられるバルブシートと、このバルブシートに着座または離座することでガス通路を開閉するバルブと、このバルブを支持して軸方向に往復動するシャフトと、このシャフトとハウジングとの間を弾性的にシールするシール部材等を有する。
シャフトは、バルブのリフト量に合わせてシール部材の締め代が変化するように軸方向で異なる軸径を有している。例えば、バルブがガス通路を開く開弁時と、バルブがガス通路を閉じる閉弁時とで、シャフトに対するシール部材の締め代が変化するようにシャフトの軸径が設定される。

特開２０１３−１８５５４１号公報

ところで、軸方向で径が異なるシャフトに対してシール部材の締め代を変更するためには、シール部材に弾性の大きい材料（例えばゴム材）を使用する必要がある。しかし、ＮＯｘやＳＯｘ等の酸性物質を含むＥＧＲガスが露点温度以下まで冷却されると、酸性の凝縮水が発生するため、ゴム製のシール部材では耐久度に問題が生じる。つまり、シール部材の表面が酸性水に触れて劣化するだけでなく、シール部材が凝縮水を吸収して膨潤するため、ゴム材の弾性が低下して満足なシール性を確保できなくなる恐れがある。
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、バルブのリフト量に合わせてシャフトに対する締め代を変更でき、且つ、耐久性に優れたシール機能を有するＥＧＲバルブ装置を提供することにある。

本発明は、ＥＧＲガスが流れるガス通路を形成するハウジングと、ガス通路に設けられるバルブシートと、ハウジングに軸受を介して摺動可能に支持され、軸方向の一端側がガス通路内に突き出るシャフトと、ガス通路内でシャフトの端部に固定され、シャフトの軸方向移動によりバルブシートに対し垂直方向に移動してガス通路を開閉するバルブと、シャフトの軸方向で軸受より一端側に配置されてハウジングとシャフトとの間に生じる隙間をシールする軸シール部とを備えるＥＧＲバルブ装置であって、シャフトは、バルブのリフト量に応じて軸シール部の締め代が変化するように軸方向で異なる軸径を有し、軸シール部は、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）材をリング状に成形して設けられ、シャフトの外周に嵌合するシール部品と、ステンレス鋼板より形成されてシール部品に対し径方向に反力を蓄えた状態で組み付けられる板バネとで構成され、板バネの反力がシール部品に付与されてシャフトに対する締め代が確保され、シャフトは、バルブがバルブシートに着座してガス通路を閉じている閉弁時に軸シール部の締め代が大きくなり、バルブがバルブシートから離座してガス通路を開く開弁時に軸シール部の締め代が小さくなるように軸方向で径が異なることを特徴とする。

本発明の軸シール部は、ＰＴＦＥ材をリング状に成形したシール部品を使用するので、従来技術（特許文献１）に係るゴム製のシール部材と比較して耐久性が向上する。つまり、シール部品の材料であるＰＴＦＥ材は、酸に侵されることがなく安定しており、且つ膨潤することもない（凝縮水を吸収しない）ので、酸性の凝縮水が発生する環境下でもシール部品の劣化を小さくできる。
また、ステンレス製の板バネをシール部品と組み合わせることにより、その板バネの反力をシール部品に付与できるので、軸方向で軸径が変化するシャフトに対して十分なシール性を確保できる。

実施例１に係るＥＧＲバルブ装置の軸シール部を含む周辺構造の断面図である。（ａ）軸シール部の断面図、（ｂ）軸シール部の平面図である。締め代が大きい時の軸シール部を含む周辺構造の断面図である。締め代が小さい時の軸シール部を含む周辺構造の断面図である。実施例１に係るＥＧＲバルブ装置の内部構造を示す断面図である。図５に示すＥＧＲバルブ装置のＶＩ−ＶＩ断面図である。実施例１に係るＥＧＲバルブ装置のギヤトレインを示す平面図である。

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５に示すように、ガス通路２を形成するハウジング３と、このハウジング３に軸受４を介して軸方向に摺動自在に支持されるシャフト５と、このシャフト５に固定されてガス通路２を開閉可能に設けられるバルブ６と、シャフト５を駆動するアクチュエータ（後述する）等より構成される。
ガス通路２は、図６に示すように、ハウジング３の図示下端面に開口する入口２ａとハウジング３の図示右側面に開口する出口２ｂとの間を連通して形成され、入口２ａから出口２ｂに向かう通路途中で方向が変化している。
ハウジング３には、ガス通路２の途中に円環状のバルブシート７が固定される。このバルブシート７は、図５、図６に示すように、ガス通路２の入口２ａより図示上方に位置してガス通路２の入口２ａと同心上に配置される。

シャフト５は、図５に示すように、バルブシート７の中心を通る軸心方向（図示上下方向）に移動可能に配置され、軸方向の一端側がガス通路２内に突き出ている。
このシャフト５は、図１に示すように、軸方向で軸径が異なる第１の軸部５ａと第２の軸部５ｂとを有している。第１の軸部５ａは、シャフト５の他端側に設けられて軸受４に挿通されている。第２の軸部５ｂは、シャフト５の一端側に設けられて第１の軸部５ａより軸径が大きく形成される。第１の軸部５ａと第２の軸部５ｂとの間は、第１の軸部５ａの下端から第２の軸部５ｂの上端に向かって軸径が次第に大きくなるテーパ状に形成される。
バルブ６は、ガス通路２を全閉できる円板形状を有し、その円板形状の中心部でシャフト５の端部に固定されている。このバルブ６は、シャフト５が軸方向に駆動されることでバルブシート７に対し垂直方向（図５の上下方向）に移動して、バルブシート７に着座してガス通路２を全閉し、バルブシート７から離座することでガス通路２を開く。

シャフト５の軸方向で軸受４より一端側には、ハウジング３とシャフト５との間に生じる隙間を弾性的にシールする軸シール部８が取り付けられる。この軸シール部８は、バルブ６の開弁時にガス通路２を流れるＥＧＲガスの漏れを防止すると共に、ＥＧＲガスに含まれるカーボンデポジット等の異物が軸受４内の摺動隙間へ侵入することを防止する。
アクチュエータは、回転トルクを発生するモータ９（図６参照）と、このモータ９のトルクを増幅して出力軸１０に伝達するギヤトレインと、このギヤトレインより伝達される回転運動を直線運動に変換してシャフト５に伝達するスコッチヨーク機構と、バルブ６の閉弁方向へシャフト５を付勢するスプリング１１より構成される。
出力軸１０は、図５に示すように、シャフト５の軸方向と直交する向きに配置され、二列に配置されるベアリング１２を介してハウジング３に回転自在に支持されている。

ギヤトレインは、図７に示すように、モータ９の回転軸９ａに固定されるモータギヤ１３と、出力軸１０の一端側に固定される出力ギヤ１４と、モータギヤ１３の回転を出力ギヤ１４に伝達する中間ギヤ１５、１６とで構成される歯車減速手段である。中間ギヤ１５、１６は、モータギヤ１３に噛み合う大径ギヤ１５と、出力ギヤ１４に噛み合う小径ギヤ１６とを有し、両ギヤ１５、１６が同一軸心上に配置されて一体に回転する。なお、図中に示すギヤトレインの矢印は、シャフト５を押し下げてバルブ６を開弁方向へ駆動する時の回転方向を示している。

スコッチヨーク機構は、出力軸１０の他端側に固定されるレバー１７と、出力軸１０に対し偏心した位置でレバー１７に固定されるレバーピン１８と、このレバーピン１８に嵌合するフォロワ１９と、このフォロワ１９を受けるヨーク２０とで構成され、このヨーク２０がシャフト５の端部に圧入固定されている。このスコッチヨーク機構は、モータ９の回転が伝達されて出力軸１０が回転すると、レバーピン１８に嵌合するフォロワ１９が出力軸１０を中心として公転運動することにより、そのフォロワ１９を受けるヨーク２０が往復動してシャフト５を軸方向に移動させる。

スプリング１１は、エンジン停止時、すなわち、モータ９への電力供給が停止している時にバルブ６の閉弁方向へシャフト５を付勢している。また、エンジンの運転中に何らかの不具合によりモータ９への電力供給が遮断されると、スプリング１１の反力によってバルブ６を全閉位置へ戻すことができる。
ガス通路２を流れるＥＧＲガス流量は、バルブ６の実開度を制御して調整される。バルブ６の実開度は、電子制御装置であるＥＣＵ（図示せず）によって制御される。バルブ６の実開度とは、バルブ６がバルブシート７から離座してガス通路２を開く度合、つまりバルブリフト量であり、出力ギヤ１４の回転角度に対応する。

出力ギヤ１４の回転角度は、図７に示すように、全閉位置と全開位置との間で変化する。全閉位置とは、バルブ６がバルブシート７に着座してガス通路２を閉じる位置（図５、図６に示す位置）であり、全開位置とは、バルブ６がバルブシート７から離座してガス通路２を開いたときの最大リフト位置である。
この出力ギヤ１４の回転角度は、例えばホールＩＣを用いた周知の回転角センサ（図示せず）によって検出され、その検出情報がＥＣＵに出力される。
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の運転状態に応じてバルブ６の目標開度を演算し、バルブ６の実開度が目標開度と一致するようにモータ９への供給電力をフィードバック制御する。

続いて、本発明に係る軸シール部８について詳述する。
軸シール部８は、図２に示すように、リング状のシール部品２１と、このシール部品２１に組み込まれる板バネ２２とで構成される。
シール部品２１は、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）材をリング状に成形し、そのリング状の内周面にリップ２１ａが設けられる。リップ２１ａは、図２（ａ）に示すように、リング形状の内周面から内径方向へ断面山形に突出して設けられ、その先端部の内径がシャフト５に設けられる第２の軸部５ｂの軸径より小さく設定される。このリップ２１ａは、シール部品２１の高さ方向（図示上下方向）で中央部より図示下側へ偏った位置に設けられる。

このシール部品２１には、板バネ２２を組み込むためのバネ室２１ｂが全周に形成される。バネ室２１ｂは、図２（ａ）に示すように、断面形状が逆Ｕ字状を有する空洞状に形成され、シール部品２１の図示下端面に開口している。また、バネ室２１ｂの開口内周縁には、外径方向へ突き出る返し部２１ｃが設けられている。
板バネ２２は、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）より形成される。具体的には、略Ｖ字形状を有する複数のＶ字片が外径側のみ周方向に連なった状態で円環状にプレス成形された後、内径側と外径側との間を所定の曲率で折り曲げることにより形成される。
この板バネ２２は、図２（ａ）に示すように、シール部品２１のバネ室２１ｂに反力を蓄えた状態で組み込まれる。バネ室２１ｂに組み込んだ板バネ２２は、内径側の端部がシール部品２１の返し部２１ｃに係合することでバネ室２１ｂからの脱落が防止されている。

板バネ２２を組み込んだシール部品２１は、図１に示すように、ハウジング３に形成される軸シール空間３ａに収容されてシャフト５の外周に嵌合している。但し、バルブ６がガス通路２を閉じる閉弁時とガス通路２を開く開弁時とでシャフト５に対する軸シール部８の締め代が異なる。つまり、バルブ閉弁時は、図３に示すように、シール部品２１のリップ２１ａがシャフト５の第２の軸部５ｂの外周面に押圧され、バルブ開弁時は、図４に示すように、シール部品２１のリップ２１ａがシャフト５の第１の軸部５ａの外周面に押圧される。従って、シャフト５に対する軸シール部８の締め代は、バルブ閉弁時に大きく、バルブ開弁時に小さくなる。

〔実施例１の作用および効果〕
１）実施例１の軸シール部８は、ＰＴＦＥ材を使用したシール部品２１とステンレス鋼板より形成される板バネ２２とを組み合わせて構成されるので、従来技術（特許文献１）に係るゴム製のシール部材と比較して耐久性が向上する。つまり、シール部品２１の材料であるＰＴＦＥ材は、酸に侵されることがなく安定しており、且つ膨潤することもない（凝縮水を吸収しない）ので、酸性の凝縮水が発生する環境下でもシール部品２１の劣化を小さくできる。

２）シール部品２１に板バネ２２を組み込むことにより、軸方向で軸径が異なるシャフト５に対して十分なシール性を確保できる。すなわち、ゴム材と比較してＰＴＦＥ材の弾力性が低いため、ＰＴＦＥ材から成るシール部品２１を単独で使用すると、軸径の変化にシール性が追従できないこともある。これに対し、シール部品２１に板バネ２２を組み込むことにより、板バネ２２の反力をシール部品２１に付与できるので、軸径の変化に追従して十分なシール性を確保できる。

３）シャフト５に軸径の小さい第１の軸部５ａと軸径の大きい第２の軸部５ｂとを設けているので、バルブ６のリフト量に合わせてシャフト５に対する軸シール部８の締め代を変更できる。すなわち、バルブ６の前後差圧が大きくなる全閉時に第２の軸部５ｂの外周をシールすることで大きなシール力を得ることができる。これにより、吸気脈動の影響によるＥＧＲガスの漏れを防止できる。また、バルブ６の前後差圧が小さくなる開弁時に第１の軸部５ａの外周をシールすることで締め代を小さくできるので、シャフト５の移動に対する摺動抵抗を小さくできる。

４）スコッチヨーク機構は、シャフト５の軸線方向に対するレバー１７の角度が水平となった時に、バルブ６を開弁方向へ駆動する際に必要な開弁力、つまりシャフト５を押し下げるための力が最も小さくなる。よって、シャフト５に対する摺動抵抗が小さくなる開弁時に合わせてレバー１７の角度を水平に設定することで、スコッチヨーク機構を作動させるために必要なトルクを小さくできる。

〔変形例〕
実施例１では、スコッチヨーク機構を使用してシャフト５を軸方向に移動させているが、スコッチヨーク機構に替えてステッピングモータを使用することもできる。

１ＥＧＲバルブ装置
２ガス通路
３ハウジング
４軸受
５シャフト
６バルブ
７バルブシート
８軸シール部
２１シール部品
２２板バネ

Claims

ＥＧＲガスが流れるガス通路（２）を形成するハウジング（３）と、
前記ガス通路（２）に設けられるバルブシート（７）と、
前記ハウジング（３）に軸受（４）を介して摺動可能に支持され、軸方向の一端側が前記ガス通路（２）内に突き出るシャフト（５）と、
前記ガス通路（２）内で前記シャフト（５）の端部に固定され、前記シャフト（５）の軸方向移動により前記バルブシート（７）に対し垂直方向に移動して前記ガス通路（２）を開閉するバルブ（６）と、
前記シャフト（５）の軸方向で前記軸受（４）より一端側に配置されて前記ハウジング（３）と前記シャフト（５）との間に生じる隙間をシールする軸シール部（８）とを備えるＥＧＲバルブ装置（１）であって、
前記シャフト（５）は、前記バルブ（６）のリフト量に応じて前記軸シール部（８）の締め代が変化するように軸方向で異なる軸径を有し、
前記軸シール部（８）は、
ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）材をリング状に成形して設けられ、前記シャフト（５）の外周に嵌合するシール部品（２１）と、
ステンレス鋼板より形成されて前記シール部品（２１）に対し径方向に反力を蓄えた状態で組み付けられる板バネ（２２）とで構成され、
前記板バネ（２２）の反力が前記シール部品（２１）に付与されて前記シャフト（５）に対する締め代が確保され、
前記シャフト（５）は、前記バルブ（６）が前記バルブシート（７）に着座して前記ガス通路（２）を閉じている閉弁時に前記軸シール部（８）の締め代が大きくなり、前記バルブ（６）が前記バルブシート（７）から離座して前記ガス通路（２）を開く開弁時に前記軸シール部（８）の締め代が小さくなるように軸方向で径が異なることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
請求項１に記載したＥＧＲバルブ装置（１）において、
前記シール部品（２１）は、リング状の内周面にリップ（２１ａ）を有し、このリップ（２１ａ）が前記板バネ（２２）の反力を受けて前記シャフト（５）の外周面に押圧されていることを特徴とするＥＧＲバルブ装置。