JP6590745B2 - 排気還流弁 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンから排出される排気の一部を排気還流ガスとしてエンジンへ還流する排気還流通路に設けられ、排気還流ガスの流量を調節するために使用される排気還流弁に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される二重偏心弁を備えた排気還流弁（Exhaust Gas Recirculation Valve：ＥＧＲ弁）が知られている。図１２に、この種のＥＧＲ弁９０を縦断面図により示す。図１２に示すように、このＥＧＲ弁９０は、二重偏心弁より構成される弁部３１と、モータを内蔵したモータ部（図示略）と、複数のギヤ（減速機構）４３を内蔵した減速機構部３３とを備える。弁部３１は、内部に流路３６を有する管部３７を含み、流路３６の中には弁座３８、弁体３９及び回転軸４０の先端部に設けられたピン４０ａが配置される。回転軸４０の基端部４０ｂには、モータの回転力が減速機構４３を介して伝達される。このＥＧＲ弁９０は、流路３６及び管部３７を含む弁ハウジング４５と、エンドフレーム４６とを含む。回転軸４０は、ピン４０ａを自由端とし、そのピン４０ａが流路３６に配置される。回転軸４０の基端部４０ｂは、互いに離れて配置された第１軸受４７と第２軸受４８を介し、弁ハウジング４５に対して回転可能に片持ち支持される。弁体３９は、ピン４０ａに固定される。回転軸４０の基端部４０ｂには、減速機構４３を構成するメインギヤ５１が固定される。メインギヤ５１と弁ハウジング４５との間には、弁体３９を閉方向へ付勢するリターンスプリング５０が設けられる。従って、弁体３９が弁座３８に着座する全閉状態から、モータの回転力が減速機構４３を介してメインギヤ５１に伝達される。これにより、回転軸４０及び弁体３９が、リターンスプリング５０の付勢力に抗して回動され、弁体３９が開弁動作して流路３６が開かれる。

特許第５７５９６４６号公報

ところが、上記した従来のＥＧＲ弁９０において、第１軸受４７と第２軸受４８には、回転軸４０との間に設計上不可避なガタ（隙間）が存在する。そのため、弁体３９が弁座３８に着座する全閉状態において、弁体３９に流路３６を通じて開弁方向の圧力が作用することにより、ガタの分だけ弁体３９が弁座３８から浮き上がり、その隙間からＥＧＲガスが吸気通路へ洩れたり、吸気が排気通路へ洩れたりするおそれがある。例えば、図１２において、弁座３８を境にその上側を排気通路に通じる排気側とし、その下側を吸気通路に通じる吸気側とする。ここで、エンジンの過給時には、吸気側から弁体３９に過大な過給圧が作用することにより、上記ガタの分だけ弁体３９が弁座３８から浮き上がるおそれがある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、全閉時に弁体の弁座からの浮き上がりを防止し、弁体と弁座との間からの気体の洩れを防止することを可能とした排気還流弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流してエンジンへ還流する排気還流通路に設けられ、排気還流ガスの流量を調節するための排気還流弁であって、ハウジングと、ハウジングに設けられ、排気還流ガスが流れる流路と、流路に配置され、弁孔を含む弁座と、流路に配置され、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体が取り付けられる取付部を含み、弁体を開閉するために回転される回転軸と、回転軸は、取付部を自由端とし、取付部の反対側を基端部とし、取付部が流路に配置され、基端部にてハウジングに片持ち支持されることと、ハウジングにて回転軸を回転可能に支持するための軸受とを備え、弁体が弁座に着座する全閉状態から回転軸を回転させることにより弁体を開弁動作させるように構成した排気還流弁において、弁座に着座した弁体を弁座から離間させようと弁体に作用する圧力に抗して弁体を弁座に押圧するために回転軸をその直径方向に付勢する付勢手段を備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、排気還流弁の全閉時に、付勢手段により、回転軸がその直径方向に付勢されるので、弁体を弁座から離間させようとする圧力が弁体に作用しても、弁体が弁座に押圧されて弁座に密着する。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、軸受は、互いに離れて配置された第１軸受及び第２軸受を含み、第２軸受が第１軸受よりも弁体に近い側に配置されることと、付勢手段は、第２軸受よりも弁体に近い位置に配置されることと、付勢手段により第１軸受を支点として回転軸に作用する押圧モーメントが、弁体を弁座から離間させようと第１軸受を支点として回転軸に作用する離間モーメントよりも大きくなるように設定されることとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成において、第１軸受と第２軸受には、回転軸との間に設計上不可避なガタ（隙間）が存在する。このため、全閉状態において、弁体に流路を通じて圧力が作用することにより、ガタの分だけ弁体が弁座から浮き上がるおそれがある。上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、付勢手段により回転軸に作用する押圧モーメントが、弁体を弁座から離間させようと回転軸に作用する離間モーメントよりも大きくなるように設定されるので、全閉時に、てこの原理により、弁体が弁座に効果的に押し付けられる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、流路は、弁座を境として排気通路に通じる排気側と吸気通路に通じる吸気側とに分けられ、排気側にて弁体と回転軸が配置されると共に、弁体が弁座に着座可能に設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、流路の排気側にて弁体と回転軸が配置されると共に、弁体が弁座に着座可能に設けられる。従って、全閉時には、排気側に作用する排気の圧力が、弁体が弁座に着座する方向に作用し、あるいは、吸気側に作用する吸気負圧が、弁体が弁座に着座する方向に作用する。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、流路は、弁座を境として排気通路に通じる排気側と吸気通路に通じる吸気側とに分けられ、吸気側にて弁体と回転軸が配置されると共に、弁体が弁座に着座可能に設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、流路の吸気側にて弁体と回転軸が配置されると共に、弁体が弁座に着座可能に設けられる。従って、全閉時には、流路の吸気側と排気側との間の圧力差が、弁体が弁座に着座する方向に作用する。また、全閉時には、弁体と回転軸が排気還流ガスに曝されない。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、付勢手段は、ハウジングに設けられ、回転軸を付勢するためのスプリングと、スプリングと回転軸との間に介在された接触部材とを含むことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の作用に加え、スプリングと回転軸との間に接触部材が介在され、スプリングが回転軸に直接接触することがない。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、付勢手段は、ハウジングにて回転軸へ向けて往復動可能に設けられたピストンと、ピストンを回転軸へ向けて付勢するために、排気還流通路に作用する圧力をピストンに供給するための圧力供給通路と、ピストンよりも流路に近い位置にて回転軸とハウジングとの間に設けられたシール部材とを含むことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の作用に加え、排気還流通路に吸気圧力（過給圧）などの圧力が作用するときだけ、圧力供給通路を介してピストンに圧力が供給される。従って、ピストンに圧力が供給されないときは、ピストンが回転軸へ向けて付勢されない。

請求項１に記載の発明によれば、全閉時に弁体の弁座からの浮き上がりを防止することができ、弁体と弁座との間からの気体の洩れを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、全閉時に弁体の弁座からの浮き上がりを効果的に防止することができ、弁体と弁座との間からの吸気の洩れを効果的に防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、流路の排気側に作用する排気圧力又は流路の吸気側に作用する吸気負圧を利用し、全閉時における排気還流弁からの排気還流ガス洩れを効果的に防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、流路の吸気側に作用する過給圧を利用し、全閉時における排気還流弁での排気還流ガスの漏れを効果的に防止することができる。また、排気還流ガス中の異物が、回転軸に付着したり、回転軸とハウジングとの間に侵入したりすることを極力防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、付勢手段による回転軸の回転フリクションを軽減することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の効果に加え、必要時以外は、付勢手段による回転軸の回転フリクションを軽減することができる。

第１実施形態に係り、エンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す斜視図。 第１実施形態に係り、全閉状態における弁部を一部破断して示す斜視図。 第１実施形態に係り、全開状態における弁部を一部破断して示す斜視図。 第１実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す平断面図。 第１実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す図５のＡ−Ａ線断面図。 第１実施形態に係り、エンジン回転速度に対する吸気側圧力、排気側圧力及び吸排差圧の関係を示すグラフ。 第１実施形態に係り、エンジン回転速度に対する吸排差圧、軸モーメント（従来例）、軸モーメント（本実施形態）の関係の一例を示す表。 第１実施形態に係り、エンジン回転速度に対する軸モーメント（従来例）、軸モーメント（本実施形態）の関係の一例を示すグラフ。 第２実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す図６に準ずる断面図。 第３実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す図６に準ずる断面図。 従来例に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、この発明の排気還流弁（ＥＧＲ弁）をガソリンエンジンシステムに具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のエンジンシステムを概略構成図により示す。自動車に搭載されたガソリンエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１には、その各気筒へ吸気を導入するための吸気通路２と、各気筒から排気を導出するための排気通路３が設けられる。吸気通路２と排気通路３には、過給機５が設けられる。吸気通路２には、エアクリーナ４、過給機５のコンプレッサ５ａ、インタークーラ６、スロットル装置７及び吸気マニホルド８が設けられる。スロットル装置７は、バタフライ式のスロットル弁７ａが開閉されることにより、吸気通路２の吸気量を調節するようになっている。吸気マニホルド８は、サージタンク８ａと、サージタンク８ａからエンジン１の各気筒へ分岐する複数の分岐通路８ｂとを含む。排気通路３には、過給機５のタービン５ｂと、排気を浄化する触媒１０が設けられる。エンジン１は周知の構成を備え、燃料と吸気との混合気を燃焼し、燃焼後の排気を排気通路３へ排出するようになっている。過給機５は、タービン５ｂが排気の流れにより回転動作し、それに連動してコンプレッサ５ａが回転することにより、吸気通路２の吸気を昇圧させるようになっている。

このエンジンシステムは、排気還流装置（ＥＧＲ装置）２１を備える。この装置２１は、エンジン１から排気通路３へ排出される排気の一部を排気還流ガス（ＥＧＲガス）として吸気通路２へ流して各気筒へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）２２と、ＥＧＲ通路２２に設けられ、ＥＧＲガスを浄化するための排気還流触媒（ＥＧＲ触媒）２３と、ＥＧＲ触媒２３より下流のＥＧＲ通路２２に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するための排気還流クーラ（ＥＧＲクーラ）２４と、ＥＧＲクーラ２４より下流のＥＧＲ通路２２に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調節するための排気還流弁（ＥＧＲ弁）２５とを含む。ＥＧＲ通路２２は、入口２２ａと複数の出口２２ｂを含む。ＥＧＲ通路２２の下流側には、複数の出口２２ｂを有するＥＧＲ分配管２６が設けられる。ＥＧＲ分配管２６は、吸気マニホルド８の分岐通路８ｂに設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ通路２２の入口２２ａは、エンジン１とタービン５ｂとの間の排気通路３に接続される。ＥＧＲ分配管２６の複数の出口２２ｂは、各分岐通路８ｂのそれぞれに接続される。複数の出口２２ｂが各分岐通路８ｂに接続されるのは、ＥＧＲガスを各分岐通路８ｂを介して各気筒へ均等に導入するためである。

この実施形態で、ＥＧＲ弁２５は、開度可変な電動弁により構成される。このＥＧＲ弁２５として、大流量、高応答及び高分解能の特性を有することが望ましい。そこで、この実施形態では、ＥＧＲ弁２５の構造として、例えば、特許第５７５９６４６号公報に記載される「二重偏心弁」を基本構成として採用することができる。この二重偏心弁は、大流量制御に対応して構成される。

ここで、この二重偏心弁を含む電動式のＥＧＲ弁２５の概略構成について以下に説明する。図２に、このＥＧＲ弁２５を斜視図により示す。ＥＧＲ弁２５は、二重偏心弁より構成される弁部３１と、モータ４２（図５参照）を内蔵したモータ部３２と、複数のギヤ５１〜５３（図５参照）を内蔵した減速機構部３３とを備える。弁部３１は、内部にＥＧＲガスが流れる流路３６を有する管部３７を含み、流路３６の中には弁座３８、弁体３９及び回転軸４０の先端部が配置される。回転軸４０には、モータ４２（図５参照）の回転力が複数のギヤ５１〜５３（図５参照）を介して伝達されるようになっている。

図３に、弁体３９が弁座３８に着座する全閉状態における弁部３１を一部破断して斜視図により示す。図４に、弁体３９が弁座３８から最も離れた全開状態における弁部３１を一部破断して斜視図により示す。図３、図４に示すように、流路３６には段部３６ａが形成され、その段部３６ａに弁座３８が組み込まれる。弁座３８は、円環状をなし、中央に弁孔３８ａを有する。弁孔３８ａの縁部には、環状のシート面３８ｂが形成される。弁体３９は、円板状をなし、その外周には、シート面３８ｂに対応する環状のシール面３９ａが形成される。弁体３９は回転軸４０の先端部に固定され、回転軸４０と一体的に回動するようになっている。図３、図４において、弁体３９より上の流路３６は、ＥＧＲガスの流れの上流側を示し、弁座３８より下の流路３６は、ＥＧＲガスの流れの下流側を示す。すなわち、流路３６において弁体３９は、弁座３８よりもＥＧＲガスの流れの上流側に配置される。この実施形態で、流路３６の上流側は、ＥＧＲ通路２２を介して排気通路３に通じる「排気側」となり、流路３６の下流側は、ＥＧＲ通路２２を介して吸気通路２（吸気マニホルド８）に通じる「吸気側」となる。

図５に、全閉状態のＥＧＲ弁２５を平断面図により示す。図６に、全閉状態のＥＧＲ弁２５を図５のＡ−Ａ線断面図により示す。図５、図６に示すように、このＥＧＲ弁２５は、主要な構成要素として、回転軸４０と弁体３９の他に、ボディ４１、モータ４２、減速機構４３及び戻し機構４４を備える。

この実施形態で、ボディ４１は、流路３６と管部３７を含むアルミ製の弁ハウジング４５と、同ハウジング４５の開口端を閉鎖する合成樹脂製のエンドフレーム４６とを含む。回転軸４０及び弁体３９は、弁ハウジング４５に設けられる。すなわち、回転軸４０は、その先端部に弁体３９を取り付けるためのピン４０ａを含む。ピン４０ａは、本発明の取付部の一例に相当する。回転軸４０は、ピン４０ａがある先端部を自由端とし、その先端部が弁体３９と共に流路３６に配置される。この実施形態では、流路３６の排気側にて弁体３９と回転軸４０の先端部が配置されると共に、弁体３９が弁座３８に着座可能に設けられる。また、回転軸４０は、ピン４０ａの反対側を基端部４０ｂとし、その基端部４０ｂにて弁ハウジング４５に片持ち支持され、２つの軸受４７，４８を介して回転可能に支持される。回転軸４０の基端部４０ｂは、互いに離れて配置された２つの軸受、すなわち第１軸受４７と第２軸受４８を介して弁ハウジング４５に支持される。第２軸受４８は、第１軸受４７よりも弁体３９に近い側に配置される。第２軸受４８に隣接して回転軸４０と弁ハウジング４５との間には、ゴムシール６１が設けられる。第１軸受４７及び第２軸受４８は、それぞれボールベアリングにより構成される。弁体３９は、ピン４０ａに対して溶接により固定され、流路３６内に配置される。

図５において、エンドフレーム４６は、弁ハウジング４５に対し複数のクリップ（図示略）により固定される。エンドフレーム４６の内側には、回転軸４０の基端に対応して配置され、弁体３９の開度（弁開度）を検出するための開度センサ４９が設けられる。また、回転軸４０の基端部４０ｂには、メインギヤ５１が固定される。メインギヤ５１と弁ハウジング４５との間には、弁体３９を閉方向へ付勢するためのリターンスプリング５０が設けられる。メインギヤ５１の裏側には、凹部５１ａが形成され、その凹部５１ａに磁石５６が収容される。この磁石５６は、その上から押さえ板５７により押さえ付けられて固定される。従って、メインギヤ５１が、弁体３９及び回転軸４０と一体的に回転することにより、磁石５６の磁界が変化し、その磁界の変化を開度センサ４９が弁開度として検出するようになっている。

この実施形態で、モータ４２は、弁ハウジング４５に形成された収容凹部４５ａに収容される。モータ４２は、収容凹部４５ａにて、留め板５８と板ばね５９を介して弁ハウジング４５に固定される。モータ４２は、弁体３９を開閉するために減速機構４３を介して回転軸４０に駆動連結される。すなわち、モータ４２の出力軸（図示略）上に固定されたモータギヤ５３が、中間ギヤ５２を介し、メインギヤ５１に駆動連結される。中間ギヤ５２は、大径ギヤ５２ａと小径ギヤ５２ｂを含む二段ギヤにより構成される。中間ギヤ５２は、ピンシャフト５４を介して弁ハウジング４５に回転可能に支持される。大径ギヤ５２ａには、モータギヤ５３が連結され、小径ギヤ５２ｂには、メインギヤ５１が連結される。この実施形態では、各ギヤ５１〜５３により減速機構４３が構成される。メインギヤ５１と中間ギヤ５２は、軽量化のために樹脂材料により形成される。

図５に示すように、弁ハウジング４５とエンドフレーム４６との接合部分には、ゴム製のガスケット６０が設けられる。このガスケット６０により、モータ部３２と減速機構部３３の内部が大気に対して密閉される。

従って、図３に示すように、弁体３９の全閉状態から、モータ４２が作動し、モータギヤ５３が回転することにより、その回転が中間ギヤ５２により減速されてメインギヤ５１に伝達される。これにより、回転軸４０及び弁体３９が、リターンスプリング５０の付勢力に抗して回動され、流路３６が開かれる。すなわち、弁体３９が開弁される。また、弁体３９をある開度に保持するために、モータ４２に回転力を発生させることにより、その回転力が保持力としてモータギヤ５３、中間ギヤ５２及びメインギヤ５１介し回転軸４０に伝達される。この保持力がリターンスプリング５０の付勢力に均衡することにより、弁体３９がある開度に保持される。

ここで、図６に示すように、弁体３９が弁座３８に着座する全閉状態において、流路３６の吸気側に吸気通路２から過大な過給圧が作用することがある。この場合、弁体３９が弁座３８から浮き上がり、吸気が流路３６の排気側へ洩れ、排気通路３へ流れて、バックファイア等が発生するおそれがある。そこで、このＥＧＲ弁２５には、全閉状態において、過給圧等による弁体３９の浮き上がりを防止すべく、弁体３９を弁座３８に押圧するために、回転軸４０をその直径方向に付勢する付勢装置７１が設けられる。この付勢装置７１は、本発明の付勢手段の一例に相当する。

図６に示すように、この付勢装置７１は、第２軸受４８よりも弁体３９に近い位置にて弁ハウジング４５に配置される。付勢装置７１は、回転軸４０を付勢するためのスプリング７２と、スプリング７２と回転軸４０との間に介在されるボール７３とを含む。ボール７３は、本発明の接触部材の一例に相当する。スプリング７２とボール７３は、弁ハウジング４５に形成された組み付け孔７４に収容され、プラグ７５により抜け止めされる。スプリング７２と回転軸４０の間にボール７３が介在するのは、回転軸４０を付勢する部材を、回転軸４０の外周に点接触させるためである。点接触させることで、ボール７３と回転軸４０との接触面積を減らし、回転軸４０の回転フリクションを軽減する機能を有する。プラグ７５は、組み付け孔７４を塞ぎ、スプリング７２の端面を保持する機能を有する。

ここで、図６において、回転軸４０には、スプリング７２により、第１軸受４７を支点とする押圧モーメントＭＰが作用する。また、弁体３９には、流路３６の吸気側に作用する吸気側圧力と流路３６の排気側に作用する排気側圧力との圧力差（以下、「吸排差圧」という。）が作用し、その吸排差圧が回転軸４０にも作用する。従って、回転軸４０には、この吸排差圧により、弁体３９を弁座３８から離間させようと第１軸受４７とする離間モーメントＭＥが作用する。この実施形態では、押圧モーメントＭＰが離間モーメントＭＥよりも大きくなるように、スプリング７２の付勢力（ばね力）が設定されている。

ここで、押圧モーメントＭＰは、図６において、第１軸受４７と付勢装置７１との間の第１の距離Ｌ１と、スプリング７２のばね力との積で求めることができる。一方、離間モーメントＭＥは、図６において、第１軸受４７から弁体３９までの第２の距離Ｌ２と、弁体３９に作用する吸排差圧との積で求めることができる。図７に、エンジン回転速度に対する吸気側圧力、排気側圧力及び吸排差圧の関係をグラフにより示す。このグラフから、吸排差圧が負の値になる、すなわち吸気側圧力が排気側圧力よりも大きくなるのは、エンジン回転速度が「約１０００〜２７００（ｒｐｍ）」となる範囲であることがわかる。この吸排差圧は、例えば、「２０００（ｒｐｍ）」では「１２ｋＰａ」程度になる。従って、この実施形態では、この範囲の吸排差圧に対抗できるように、スプリング７２のばね力を設定できればよいことになる。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁２５の構成によれば、その全閉時に、付勢装置７１により、回転軸４０がその直径方向に付勢される。従って、弁体３９を弁座３８から離間させようとする圧力（吸排差圧）が弁体３９に作用しても、弁体３９が弁座３８に押圧されて弁座３８に密着する。このため、全閉時に弁体３９の弁座３８からの浮き上がりを防止することができ、弁体３９と弁座３８との間からの吸気の洩れを防止することができる。この結果、吸気が排気通路３へ流れることによるバックファイア等の発生を防止することができる。

この実施形態の構成によれば、付勢装置７１により回転軸４０に作用する押圧モーメントＭＰが、弁体３９を弁座３８から離間させようと回転軸４０に作用する離間モーメントＭＥよりも大きくなるように設定される。従って、全閉時に、てこの原理により、弁体３９が弁座３８に効果的に押し付けられる。このため、全閉時に弁体３９の弁座３８からの浮き上がりを効果的に防止することができ、弁体３９と弁座３８との間からの吸気の洩れを効果的に防止することができる。

図８に、エンジン回転速度に対する吸排差圧、軸モーメント（従来例）、軸モーメント（本実施形態）の関係の一例を表により示す。また、図９に、エンジン回転速度に対する軸モーメント（従来例）、軸モーメント（本実施形態）の関係の一例をグラフにより示す。ここで、「軸モーメント」とは、第１軸受４７を中心に回転軸４０に作用するモーメントを意味する。この表及びグラフから、従来例では、エンジン回転速度が「約１０００〜２７００（ｒｐｍ）」となる範囲で、軸モーメントが負の値になるのに対し、本実施形態では、エンジン回転速度の全範囲で軸モーメントが正の値となることがわかる。「負の値」の軸モーメントは、弁体３９を弁座３８から離間させる方向に作用することを意味する。これに対し、「正の値」の軸モーメントは、弁体３９を弁座３８に押し付ける方向に作用することを意味する。この実施形態では、押圧モーメントＭＰと離間モーメントＭＥとの差が軸モーメントとして回転軸４０に作用することになる。従って、この実施形態では、エンジン回転速度の全範囲で、弁体３９を弁座３８に押し付けて密着させることができる。

また、この実施形態の構成によれば、ＥＧＲ弁２５において、流路３６の排気側にて弁体３９と回転軸４０が配置されると共に、弁体３９が弁座３８に着座可能に設けられる。従って、全閉時には、流路３６の排気側に作用する排気圧力が、弁体３９が弁座３８に着座する方向に作用し、あるいは、流路３６の吸気側に作用する吸気負圧が、弁体３９が弁座３８に着座する方向に作用することになる。このため、流路３６の排気側に作用する排気圧力又は流路３６の吸気側に作用する吸気負圧を利用し、全閉時におけるＥＧＲ弁２５からのＥＧＲガス洩れを効果的に防止することができる。

更に、この実施形態の付勢装置７１の構成によれば、スプリング７２と回転軸４０との間にボール７３が介在され、スプリング７２が回転軸４０に直接接触することがない。このため、付勢装置７１による回転軸４０の回転フリクションを軽減することができる。特に、この実施形態では、ボール７３が回転軸４０の外周に点接触するので、ボール７３と回転軸４０との接触面積を減らし、回転軸４０の回転フリクションを効果的に軽減することができる。

＜第２実施形態＞
次に、この発明の排気還流弁をエンジンシステムに具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。この実施形態では、ＥＧＲ弁２５に設けられる付勢装置７６の構成の点で第１実施形態と構成が異なる。

図１０に、全閉状態のＥＧＲ弁２５を図６に準ずる断面図により示す。図１０に示すように、この実施形態の付勢装置７６は、弁ハウジング４５にて回転軸４０へ向けて往復動可能に設けられたピストン７７と、ピストン７７と回転軸４０との間に介在されるボール７３と、ピストン７７をボール７３及び回転軸４０へ向けて付勢するために、ＥＧＲ通路２２に作用する圧力をピストン７７に供給するための圧力供給通路７８と、ピストン７７とボール７３よりも流路３６に近い位置にて回転軸４０と弁ハウジング４５との間に設けられたゴムシール６１とを含む。すなわち、この実施形態では、第１実施形態において、図５及び図６に示すように、第２軸受４８に隣接して設けられたゴムシール６１が、図１０に示すように、位置を換えて回転軸４０と弁ハウジング４５との間に設けられる。このゴムシール６１は、本発明のシール部材の一例に相当する。ピストン７７とボール７３は、組み付け孔７４に組み付けられたスリーブ７９に収容される。スリーブ７９は、筒部７９ａと、筒部７９ａの上端に形成された、通気孔を有する止めリング部７９ｂとを含む。ピストン７７とボール７３は、止めリング部７９ｂにより抜け止めされる。このゴムシール６１により、流路３６の排気側に作用する排気の圧力が、ピストン７７とボール７３に作用しないようになっている。ここで、ピストン７７は、吸気圧力が正圧のときは、その正圧によってボール７３及び回転軸４０の方向へ付勢される。このとき、流路３６の排気側に作用する排気の圧力は、ゴムシール６１によりシールされるので、ボール７３及びピストン７７に逆方向の圧力として作用することはない。一方、ピストン７７は、吸気圧力が負圧となるときは、その負圧によってボール７３から離れ、回転軸４０への付勢が解除され、回転軸４０の回転フリクションが軽減される。圧力供給通路７８の一端は組み付け孔７４に接続され、他端は流路３６の吸気側に通じるＥＧＲ通路２２に接続される。圧力供給通路７８は、ＥＧＲ弁２５に対して外装（外付け）される金属製パイプ等で構成することができる。この実施形態で、弁体３９に作用する吸排差圧は、最大で「２０ｋＰａ程度」であるが、付勢装置７６により回転軸４０に作用する付勢力は、最大で「９０ｋＰａ程度」となり、付勢力の方が格段に大きい。このため、ピストン７７の受圧面積は、弁体３９の受圧面積よりも小さくすることができる。

従って、この実施形態の構成によれば、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。第１実施形態と異なる付勢装置７６の構成については、以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、この実施形態では、ＥＧＲ通路２２に過給圧などの正圧が作用するときだけ、圧力供給通路７８を介してピストン７７に圧力が供給される。従って、ピストン７７に圧力が供給されないときは、ピストン７７が回転軸４０へ向けて付勢されない。このため、必要時以外は、付勢装置７６による回転軸４０の回転フリクションを軽減することができる。

＜第３実施形態＞
次に、この発明の排気還流弁をエンジンシステムに具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、ＥＧＲ弁２５に対するＥＧＲ通路２２の接続方向の点で第１実施形態と構成が異なる。図１１に、全閉状態のＥＧＲ弁２５を図６に準ずる断面図により示す。図１１に示すように、この実施形態では、ＥＧＲ弁２５の流路３６に対するＥＧＲ通路２２の接続方向が、第１実施形態と逆向きになっている。すなわち、図１１において、弁座３８より上の流路３６が「吸気側」となり、弁座３８より下の流路３６が「排気側」となっている。この場合、流路３６の吸気側にて弁体３９と回転軸４０の先端部が配置されると共に、弁体３９が弁座３８に着座可能に設けられる。

ここで、図１１に示すように、このＥＧＲ弁２５には、弁体３９が弁座３８に着座する全閉状態において、流路３６の吸気側が負圧となり排気側がほぼ大気圧となる場合がある。また、ＥＧＲ弁２５の全閉状態において、エンジン回転速度が高くなり流路３６の排気側の排気圧力が吸気側の吸気圧力より高くなる場合がある。この場合に、各軸受４７，４８でのガタの分だけ弁体３９が弁座３８から浮き上がり、排気が流路３６の吸気側へ洩れ、吸気通路２へ流れるおそれがある。排気が吸気通路２へ流れると、エンジン１が燃焼不安定になったり、アイドル回転速度が不安定になったり、出力不足になったりするおそれがある。そこで、この実施形態のＥＧＲ弁２５では、全閉状態において、弁体３９を弁座３８に押圧するために、回転軸４０をその直径方向に付勢する付勢装置７１が設けられる。

以上説明したこの実施形態の構成によれば、ＥＧＲ弁２５の全閉時に、付勢装置７１により、回転軸４０がその直径方向に付勢される。従って、流路３６の吸気側と排気側との間で、弁体３９を弁座３８から離間させようとする圧力（吸排差圧）が弁体３９に作用しても、弁体３９が弁座３８に押圧されて弁座３８に密着する。このため、全閉時に弁体３９の弁座３８からの浮き上がりを防止することができ、弁体３９と弁座３８との間からの排気の洩れを防止することができる。この結果、排気が吸気通路２へ流れて、エンジン１が燃焼不安定になったり、アイドル回転速度が不安定になったり、出力不足になったりすることを防止することができる。

また、この実施形態の構成によれば、流路３６の吸気側にて弁体３９と回転軸４０が配置されると共に、弁体３９が弁座３８に着座可能に設けられる。従って、全閉時には、流路３６の吸気側に作用する過給圧が、弁体３９が弁座３８に着座する方向に作用する。このため、流路３６の吸気側に作用する過給圧を利用し、全閉時におけるＥＧＲ弁２５でのＥＧＲガスの漏れを効果的に防止することができる。また、全閉時には、弁体３９と回転軸４０がＥＧＲガスに曝されない。このため、ＥＧＲガス中の異物が、回転軸４０に付着したり、回転軸４０と弁ハウジング４５との間に侵入したりすることを極力防止することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記第１及び第３の実施形態では、スプリング７２と回転軸４０との間に接触部材としてボール７３を設けたが、接触部材を、回転軸との接触面が球面をなす円柱状に形成することもできる。接触面を球面にすることで、接触部材を回転軸と点接触させて回転軸の回転フリクションを軽減することができる。

（２）前記第２実施形態では、付勢装置７６に、ピストン７７に加えてボール７３を設けたが、このボール７３を省略することができる。この場合、ピストンの回転軸と接触する端面を球面にすることで、ピストンを回転軸と点接触させることができる。点接触とすることで、回転軸の回転フリクションを軽減することができる。

（３）前記第２実施形態では、圧力供給通路７８をＥＧＲ弁２５の弁ハウジング４５に対して外装したが、この圧力供給通路を弁ハウジングに内装することができる。すなわち、弁ハウジングに圧力供給通路を形成することができる。この場合、圧力供給通路のＥＧＲ弁からの張り出しを無くすことができる。

この発明は、排気還流通路（ＥＧＲ通路）に設けられる排気還流弁（ＥＧＲ弁）に利用することができる。

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
２１ ＥＧＲ装置
２２ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
２５ ＥＧＲ弁（排気還流弁）
３６ 流路
３８ 弁座
３８ａ 弁孔
３９ 弁体
４０ 回転軸
４０ａ ピン（取付部）
４０ｂ 基端部
４５ 弁ハウジング
４７ 第１軸受
４８ 第２軸受
６１ ゴムシール（シール部材）
７１ 付勢装置（付勢手段）
７２ スプリング
７３ ボール（接触部材）
７６ 付勢装置（付勢手段）
７７ ピストン
７８ 圧力供給通路
ＭＰ 押圧モーメント
ＭＥ 離間モーメント

Claims (6)

1. エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガスとして吸気通路へ流してエンジンへ還流する排気還流通路に設けられ、前記排気還流ガスの流量を調節するための排気還流弁であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに設けられ、前記排気還流ガスが流れる流路と、
   前記流路に配置され、弁孔を含む弁座と、
   前記流路に配置され、前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、
   前記弁体が取り付けられる取付部を含み、前記弁体を開閉するために回転される回転軸と、
   前記回転軸は、前記取付部を自由端とし、前記取付部の反対側を基端部とし、前記取付部が前記流路に配置され、前記基端部にて前記ハウジングに片持ち支持されることと、
   前記ハウジングにて前記回転軸を回転可能に支持するための軸受と
   を備え、前記弁体が前記弁座に着座する全閉状態から前記回転軸を回転させることにより前記弁体を開弁動作させるように構成した排気還流弁において、
   前記弁座に着座した前記弁体を前記弁座から離間させようと前記弁体に作用する圧力に抗して前記弁体を前記弁座に押圧するために前記回転軸をその直径方向に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする排気還流弁。
2. 前記軸受は、互いに離れて配置された第１軸受及び第２軸受を含み、前記第２軸受が前記第１軸受よりも前記弁体に近い側に配置されることと、
   前記付勢手段は、前記第２軸受よりも前記弁体に近い位置に配置されることと、
   前記付勢手段により前記第１軸受を支点として前記回転軸に作用する押圧モーメントが、前記弁体を前記弁座から離間させようと前記第１軸受を支点として前記回転軸に作用する離間モーメントよりも大きくなるように設定されることと
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気還流弁。
3. 前記流路は、前記弁座を境として前記排気通路に通じる排気側と前記吸気通路に通じる吸気側とに分けられ、前記排気側にて前記弁体と前記回転軸が配置されると共に、前記弁体が前記弁座に着座可能に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気還流弁。
4. 前記流路は、前記弁座を境として前記排気通路に通じる排気側と前記吸気通路に通じる吸気側とに分けられ、前記吸気側にて前記弁体と前記回転軸が配置されると共に、前記弁体が前記弁座に着座可能に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気還流弁。
5. 前記付勢手段は、前記ハウジングに設けられ、前記回転軸を付勢するためのスプリングと、前記スプリングと前記回転軸との間に介在された接触部材とを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排気還流弁。
6. 前記付勢手段は、前記ハウジングにて前記回転軸へ向けて往復動可能に設けられたピストンと、前記ピストンを前記回転軸へ向けて付勢するために、前記排気還流通路に作用する圧力を前記ピストンに供給するための圧力供給通路と、前記ピストンよりも前記流路に近い位置にて前記回転軸と前記ハウジングとの間に設けられたシール部材とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気還流弁。

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