JP6698419B2

JP6698419B2 - 排気還流弁

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Publication number: JP6698419B2
Application number: JP2016093329A
Authority: JP
Inventors: 貴樹稲垣; 吉岡　衛; 衛吉岡; 成人伊東
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-05-06
Also published as: DE112017002343T5; WO2017191718A1; US10655572B2; CN109072826B; JP2017201161A; US20190203673A1; CN109072826A

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。このＥＧＲ弁は、二重偏心弁より構成される弁部を備える。図１２に、全閉状態の弁部６１を断面図により示す。図１３に、低開度域での開弁状態の弁部６１を断面図により示す。図１４に、全開状態の弁部６１を断面図により示す。この弁部６１は、内部に流路６２を有する弁ハウジング６３を含み、流路６２の中には弁座６４、弁体６５及び回転軸６６の先端部が配置される。回転軸６６は、その先端に形成されたピン６６ａを自由端として弁ハウジング６３に片持ち支持される。弁体６５は、このピン６６ａに固定される。図１２〜図１４において、弁座６４より上側の流路６２が、ＥＧＲガスの上流側に当たり、弁座６４より下側の流路６２がＥＧＲガスの下流側に当たる。

より詳細には、図１２〜図１４に示すように、弁座６４は環状をなし、弁孔６７と弁孔６７の縁部に形成された環状のシート面６７ａとを含む。弁体６５は円板状をなし、その外周に弁座６４のシート面６７ａに対応する環状のシール面６５ａが形成される。また、ピン６６ａの軸線Ｌｐは、回転軸６６の軸線Ｌ１に対して平行に延びると共に、回転軸６６の径方向へ偏心して配置される。そして、図１２に示すように、弁体６５が弁座６４に着座した全閉状態から、回転軸６６がその軸線Ｌ１を中心に回転されることにより、図１３に示すように、弁体６５が開弁方向へ回動され、シール面６５ａがシート面６７ａから離れ、流路６２が開かれる。その後、弁体６５が更に回動されることにより、図１４に示すように、弁体６５が全開状態まで開弁される。

ここで、環状の弁座６４は、流路６２に形成された段部６２ａに圧入されて固定される。この圧入状態において、弁座６４は、シート面６７ａに隣接して環状の平坦な上面６４ａを有する。この上面６４ａは流路６２に面して配置される。一方、弁座６４の平坦な下面６４ｂは、段部６２ａに圧入されているので流路６２に面していない。

特許第５７５９６４６号公報

ところが、特許文献１に記載のＥＧＲ弁では、弁座６４のシート面６７ａに隣接した平坦な上面６４ａが流路６２に面しているので、図１２及び図１３に示すように、弁体６５が全閉状態から開弁動作する過程で、弁体６５の右側部分（第１の側部）７１は弁座６４のシート面６７ａから下方へ回動し、弁体６５の左側部分（第２の側部）７２は弁座６４のシート面６７ａから上方へ回動する。このとき、弁体６５の第２の側部７２は、図１３に示すように、開弁と同時に弁座６４の上面６４ａから流路６２の上流側へ移動し始める。これに対し、弁体６５の第１の側部７１は、開弁後、ある開度範囲（低開度域）では、弁座６４の上面６４ａと下面６４ｂとの間を移動し、その後、弁座６４の下面６４ｂよりも下流側へ移動することになる。従って、図１３に示すように、開弁直後の低開度域では、弁体６５の第２の側部７２の開口面積ＳＢが、第１の側部７１の開口面積ＳＡよりも大きくなる。このため、低開度域では、ＥＧＲガスの流量角度分解能（ＥＧＲガス流量の弁体６５の回動角度に対する分解能）の向上が十分ではなかった。一方、図１４に示すように、低開度域を超えた高開度域（全開状態）では、上流側から流れてくるＥＧＲガスが、弁座６４と弁体６５の間を通過するが、弁座６４の上面６４ａの内縁に角部があることから、その角部にてＥＧＲガスの流れに剥離が生じ、ＥＧＲガスの圧損が増大する。このため、ＥＧＲ弁を通過するＥＧＲガス流量を増大させることができなかった。

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、低開度域では排気還流ガスの流量角度分解能を向上させ、高開度域では排気還流ガスの流量増を図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、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、弁座は、弁孔に形成された環状のシート面を含むことと、流路に配置され、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体は、円板状をなし、シート面に対応する環状のシール面が外周に形成されることと、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、流路は、弁座を境として弁座より上流側の流路と弁座より下流側の流路を含み、弁体は、上流側の流路に配置されることと、回転軸の軸線は、弁体及び弁孔の径方向と平行に伸び、弁孔の中心から弁孔の径方向へ偏心して配置され、弁体のシール面が、回転軸の軸線から弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置されることとを備え、弁体が弁座に着座してシール面がシート面に接触する全閉状態から、弁体を、回転軸の軸線を中心に回転させることにより、弁体のシール面が、弁座のシート面に接触する全閉位置とシート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成された排気還流弁において、弁座の弁孔は、シート面より排気還流ガスの上流側にて、上流側へ向けて拡径されるテーパ状の上流側流量調整部を含み、弁体は、回転軸の軸線に沿った仮想面を境として第１の側部と第２の側部に分けられ、弁体が全閉状態から開弁動作するときに、第１の側部がシート面から排気還流ガスの下流側へ向けて回動し、第２の側部がシート面から上流側流量調整部へ向けて回動するように構成され、弁体の全閉状態における弁開度を０％とし、弁体の開弁動作に伴い弁開度が増加し、弁体の全開状態における弁開度を１００％とすると、弁孔の軸線方向における上流側流量調整部の高さ寸法が、第２の側部のシール面が上流側流量調整部より上流へ移動し始めるときの弁開度により規定され、その弁開度が３０〜４０％に設定されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、弁体が全閉状態から開弁動作するとき、弁体の一部が、弁座のシート面から上流へ向けて移動する。このとき、弁開度の低開度域では、弁体の一部が上流側流量調整部と対向しながら移動し、低開度域を過ぎた中開度域及び高開度域では、弁体の一部が弁孔より上流において移動する。従って、シート面より上流の弁孔において、低開度域では、弁体と弁孔の上流側流量調整部との間で排気還流ガスの流量がより微量に絞られ、中開度域及び高開度域では、その流量の絞りが解放され、上流側流量調整部にて排気還流ガスが下流へ向けて滑らかに案内される。すなわち、中開度域及び高開度域では、排気還流ガスの流れの剥離が低減し、排気還流ガスの圧損が低減する。また、弁孔の上流側流量調整部の高さ寸法が、弁体の弁開度の３０〜４０％に設定されるので、３０〜４０％以下の弁開度が低開度域となり、この範囲では排気還流ガスの流量が絞られる。一方、４０％を超える弁開度が中開度域及び高開度域となり、この範囲では上流側流量調整部にて排気還流ガスが下流へ向けて滑らかに案内される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、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、弁座は、弁孔に形成された環状のシート面を含むことと、流路に配置され、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体は、円板状をなし、シート面に対応する環状のシール面が外周に形成されることと、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、流路は、弁座を境として弁座より上流側の流路と弁座より下流側の流路を含み、弁体は、上流側の流路に配置されることと、回転軸の軸線は、弁体及び弁孔の径方向と平行に伸び、弁孔の中心から弁孔の径方向へ偏心して配置され、弁体のシール面が、回転軸の軸線から弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置されることとを備え、弁体が弁座に着座してシール面がシート面に接触する全閉状態から、弁体を、回転軸の軸線を中心に回転させることにより、弁体のシール面が、弁座のシート面に接触する全閉位置とシート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成された排気還流弁において、弁座の弁孔は、シート面より排気還流ガスの上流側にて、上流側へ向けて拡径されるテーパ状の上流側流量調整部を含み、弁座の弁孔は、シート面より排気還流ガスの下流側に位置し、最小内径を有する内径部と、内径部より下流側に位置し、下流側へ向けて拡径されるテーパ状の下流側流量調整部とを含み、弁孔の軸線方向における、シート面と上流側流量調整部とがなす第１の角度、シート面と内径部とがなす第２の角度、内径部と下流側流量調整部とがなす第３の角度のそれぞれが２０°以内に設定されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、弁体が全閉状態から開弁動作するとき、弁体の一部が、弁座のシート面から上流へ向けて移動する。このとき、弁開度の低開度域では、弁体の一部が上流側流量調整部と対向しながら移動し、低開度域を過ぎた中開度域及び高開度域では、弁体の一部が弁孔より上流において移動する。従って、シート面より上流の弁孔において、低開度域では、弁体と弁孔の上流側流量調整部との間で排気還流ガスの流量がより微量に絞られ、中開度域及び高開度域では、その流量の絞りが解放され、上流側流量調整部にて排気還流ガスが下流へ向けて滑らかに案内される。すなわち、中開度域及び高開度域では、排気還流ガスの流れの剥離が低減し、排気還流ガスの圧損が低減する。また、弁体が全閉状態から開弁動作するとき、弁体の一部が、弁孔のシート面から下流へ向けて移動する。このとき、弁体の一部が、内径部及び下流側流量調整部と対向しながら移動し、その後、弁孔より下流において移動する。従って、シート面より下流の弁孔において、弁体の一部が内径部及び下流側流量調整部と対向するときは、弁体と内径部及び下流側流量調整部との間で排気還流ガスの流量がより微量に絞られ、弁体の一部が弁孔より下流において移動するときは、内径部及び下流側流量調整部にて排気還流ガスが下流へ向けて滑らかに案内される。更に、第１の角度、第２の角度及び第３の角度のそれぞれが２０°以内に設定されるので、シート面と上流側流量調整部との境界、シート面と内径部との境界、内径部と下流側流量調整部との境界のそれぞれが比較的緩やかな角部となる。これにより、それら角部での排気還流ガスの流れの剥離が低減し、排気還流ガスの圧損が低減する。

請求項１に記載の発明によれば、排気還流弁につき、低開度域では排気還流ガスの流量角度分解能を向上させることができ、中開度域及び高開度域では排気還流ガスの流量を増加させることができる。また、シート面より上流の弁孔において、弁開度が３０〜４０％以下となる低開度域では排気還流ガスの流量角度分解能を向上させることができ、弁開度が４０％を超える中開度域及び高開度域では排気還流ガスの流量を増加させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、排気還流弁につき、低開度域では排気還流ガスの流量角度分解能を向上させることができ、中開度域及び高開度域では排気還流ガスの流量を増加させることができる。また、低開度域では排気還流ガスの流量角度分解能を更に向上させることができ、中開度域及び高開度域では排気還流ガスの流量を更に増加させることができる。更に、中開度域及び高開度域では排気還流ガスの流量の更なる増加を図ることができる。

一実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す斜視図。一実施形態に係り、全閉状態における弁部を一部破断して示す斜視図。一実施形態に係り、全開状態における弁部を一部破断して示す斜視図。一実施形態に係り、全閉状態におけるＥＧＲ弁を示す平断面図。一実施形態に係り、全閉状態における弁部を示す断面図。一実施形態に係り、低開度域での開弁状態における弁部を示す断面図。一実施形態に係り、全開状態における弁部を示す断面図。一実施形態に係り、図７の鎖線四角で囲んだ部分を示す拡大断面図。一実施形態に係り、全開状態における弁部でのＥＧＲガスの流速分布を示す解析図。一実施形態に係り、対比例につき、全開状態における弁部でのＥＧＲガスの流速分布を示す解析図。一実施形態に係り、ＥＧＲ弁の弁開度に対するＥＧＲガスの流量特性を示すグラフ。従来例に係り、全閉状態における弁部を示す断面図。従来例に係り、低開度域での開弁状態における弁部を示す断面図。従来例に係り、全開状態における弁部を示す断面図。

以下、本発明における排気還流弁（ＥＧＲ弁）を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態のＥＧＲ弁は、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（ＥＧＲガス）として吸気通路へ流してエンジンへ還流するための排気還流通路（ＥＧＲ通路）に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調節するために使用される。このＥＧＲ弁は、開度可変な電動弁により構成される。このＥＧＲ弁につき、大流量、高応答及び高分解能の特性を有する基本構造として、例えば、特許第５７５９６４６号公報に記載される「二重偏心弁」の構成が採用される。

図１に、この実施形態のＥＧＲ弁１を斜視図により示す。ＥＧＲ弁１は、二重偏心弁より構成される弁部６と、モータ２２（図４参照）を内蔵したモータ部７と、複数のギヤ３１〜３３（図４参照）を内蔵した減速機構部８とを備える。弁部６は、内部にＥＧＲガスが流れる流路１１を有する管部９を含む。この流路１１の中には、弁座１２、弁体１３及び回転軸１４の一部が配置される。回転軸１４には、モータ２２（図４参照）の回転力が複数のギヤ３１〜３３（図４参照）を介して伝達されるようになっている。

図２に、弁体１３が弁座１２に着座した全閉状態における弁部６を一部破断して斜視図により示す。図３に、弁体１３が弁座１２から最も離れた全開状態における弁部６を一部破断して斜視図により示す。図２、図３に示すように、流路１１には段部１１ａが形成され、その段部１１ａに弁座１２が圧入され、固定される。弁座１２は、円環状をなし、中央に弁孔１６を含む。弁孔１６の軸線方向中間部には、環状のシート面１６ａが形成される。弁座１２に着座可能に設けられた弁体１３は、円板状をなし、その外周には、シート面１６ａに対応する環状のシール面１３ａが形成される。弁体１３は回転軸１４の先端部に固定され、回転軸１４と一体的に回動するようになっている。回転軸１４は、その先端に弁体１３が取り付けられる取付部としてのピン１４ａを含み、弁体１３を開閉するために回転されるようになっている。図２、図３において、弁座１２を境として弁座１２より上側の流路１１がＥＧＲガスの上流側を示し、弁座１２より下側の流路１１がＥＧＲガスの下流側を示す。そして、この実施形態で、弁体１３は、上流側の流路１１に配置される。このＥＧＲ弁１は、図２に示すように、弁体１３が弁座１２に着座してシール面１３ａがシート面１６ａに接触する全閉状態から、回転軸１４を回転させることにより、図３に示すように、弁体１３が回動して全開状態まで開弁動作するように構成される。

図４に、全閉状態のＥＧＲ弁１を平断面図により示す。このＥＧＲ弁１は、主要な構成要素として、弁座１２、弁体１３及び回転軸１４の他に、ボディ２１、モータ２２、減速機構２３及び戻し機構２４を備える。この実施形態で、ボディ２１は、流路１１及び管部９を含むアルミ製の弁ハウジング２５と、同弁ハウジング２５の開口端を閉鎖する合成樹脂製のエンドフレーム２６とを含む。回転軸１４及び弁体１３は、弁ハウジング２５に設けられる。回転軸１４は、その先端から突出するピン１４ａを含む。回転軸１４は、ピン１４ａを有する先端側を自由端とし、その先端側が流路１１に配置される。また、回転軸１４は、その基端側に沿って離れて配置された２つの軸受（第１軸受２７と第２軸受２８）を介して弁ハウジング２５に対し回転可能に片持ち支持される。第１軸受２７はボールベアリングにより構成され、第２軸受２８はニードルベアリングにより構成される。弁体１３は、ピン１４ａに固定されて流路１１内に配置される。

図４において、エンドフレーム２６は、弁ハウジング２５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２６の内側には、回転軸１４の基端に対応して配置され、弁体１３の開度を検出するための開度センサ２９が設けられる。このセンサ２９は、ホールＩＣ等により構成され、回転軸１４の回転角度を弁開度として検出するように構成される。回転軸１４の基端部には、メインギヤ３１が固定される。メインギヤ３１と弁ハウジング２５との間には、弁体１３を閉方向へ付勢するためのリターンスプリング３０が設けられる。メインギヤ３１の裏側には、凹部３１ａが形成され、その凹部３１ａに磁石３６が収容される。この磁石３６は、その上から板ばねより形成される押さえ板３７によりメインギヤ３１に押さえ付けられて固定される。従って、メインギヤ３１が、弁体１３及び回転軸１４と一体的に回転することにより、磁石３６の磁界が変化し、その磁界の変化を開度センサ２９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２２は、弁ハウジング２５に形成された収容凹部２５ａに収容されて固定される。すなわち、モータ２２は、収容凹部２５ａに収容された状態で、その両端に設けられた留め板３８と板ばね３９を介して弁ハウジング２５に固定される。モータ２２は、弁体１３を開閉駆動するために減速機構２３を介して回転軸１４に駆動連結される。すなわち、モータ２２の出力軸（図示略）上には、モータギヤ３３が固定される。このモータギヤ３３は、中間ギヤ３２を介してメインギヤ３１に駆動連結される。中間ギヤ３２は、大径ギヤ３２ａと小径ギヤ３２ｂを含む二段ギヤであり、ピンシャフト３４を介して弁ハウジング２５に回転可能に支持される。大径ギヤ３２ａには、モータギヤ３３が連結され、小径ギヤ３２ｂには、メインギヤ３１が連結される。この実施形態では、メインギヤ３１と中間ギヤ３２が、軽量化のために樹脂材料より形成される。

加えて、図４に示すように、弁ハウジング２５とエンドフレーム２６との接合部分には、ゴム製のガスケット４０が設けられる。ガスケット４０は、エンドフレーム２６の開口端面の外周に形成された周溝に配置される。このように、弁ハウジング２５とエンドフレーム２６との間にガスケット４０が設けられることで、モータ部７と減速機構部８の内部が大気に対して密閉可能に設けられる。

従って、図２に示すように、弁体１３の全閉状態から、モータ２２が通電により作動し、モータギヤ３３が回転することにより、その回転が中間ギヤ３２により減速されてメインギヤ３１に伝達される。これにより、回転軸１４及び弁体１３が、リターンスプリング３０の付勢力に抗して回動され、流路１１が開かれる。すなわち、弁体１３が開弁される。また、弁体１３をある開度に保持するために、モータ２２に通電により回転力を発生させることにより、その回転力がモータギヤ３３、中間ギヤ３２及びメインギヤ３１を介し保持力として回転軸１４及び弁体１３に伝達される。この保持力がリターンスプリング３０の付勢力に均衡することにより、弁体１３がある開度に保持される。

図５に、全閉状態における弁部６を断面図により示す。図６に、低開度域での開弁状態における弁部６を断面図により示す。図７に、全開状態における弁部６を断面図により示す。図５〜図７に示すように、回転軸１４の軸線Ｌ１は、弁体１３及び弁孔１６の径方向と平行に伸び、弁孔１６の中心Ｐ１から弁孔１６の径方向へ偏心して配置される。また、弁体１３のシール面１３ａが、回転軸１４の軸線Ｌ１から弁体１３の軸線Ｌ２が伸びる方向（下方）へ偏心して配置される。また、弁体１３を、回転軸１４の軸線Ｌ１を中心に回転軸１４と共に回動させることにより、弁体１３のシール面１３ａが、弁座１２のシート面１６ａに接触する全閉位置（図５参照）とシート面１６ａから最も離れる全開位置（図７参照）との間で移動可能に構成される。

図５〜図７に示すように、弁体１３は、その板面１３ｂから突出して回転軸１４に固定される略円柱状の突部１３ｃを含む。この突部１３ｃは、回転軸１４の軸線Ｌ１から回転軸１４の径方向へずれた位置にてピン１４ａに固定される。突部１３ｃには組付孔１３ｄが形成され、ピン１４ａがこの組付孔１３ｄに圧入されることにより、突部１３ｃがピン１４ａに固定される。また、突部１３ｃは、弁体１３の軸線Ｌ２上に配置され、突部１３ｃを含む弁体１３が、弁体１３の軸線Ｌ２を中心に２回対称形状をなすように形成される。

この実施形態では、図５に示す全閉状態から弁体１３が開弁方向（図５に示す矢印Ｆ１の方向、すなわち図５において時計方向）へ回動し始めると同時に、弁体１３のシール面１３ａが、弁座１２のシート面１６ａから離れ始めると共に、回転軸１４の軸線Ｌ１を中心とする回動軌跡Ｔ１，Ｔ２に沿って移動し始めるようになっている。

図５〜図７に示すように、弁体１３は、回転軸１４の軸線Ｌ１に沿って伸びると共に、弁体１３の軸線Ｌ２の方向と平行に伸びる仮想面Ｖ１を境として第１の側部５１（図５〜図７において網掛けを付して示す右側の部分。）と第２の側部５２（図５〜図７において網掛けを付さない左側の部分。）に二分される。そして、図５に示す全閉状態から弁体１３が矢印Ｆ１に示す開弁方向へ回動するとき、第１の側部５１は弁孔１６の下流側へ向けて回動し、第２の側部５２は弁孔１６の上流側へ向けて回動するように構成される。これと共に、弁体１３のシール面１３ａが、回転軸１４の軸線Ｌ１を中心にした回動軌跡Ｔ１，Ｔ２に沿って回動するようになっている。

ここで、この実施形態では、図２、図３、図５〜図７に示すように、円環状をなす弁座１２が、流路１１に形成された段部１１ａに圧入されることにより、弁座１２が流路１１の中にて弁ハウジング２５に固定される。この圧入状態において、弁座１２の外周下部と弁ハウジング２５との間には、隙間Ｇ１が設けられる。この実施形態では、弁座１２の外周下部に凹みを形成することで、この隙間Ｇ１を設けることができる。

次に、弁座１２の弁孔１６の形状について詳しく説明する。図８に、図７の鎖線四角Ｓ１で囲んだ部分を拡大断面図により示す。図８に示すように、弁座１２は、その弁孔１６の軸線Ｌ３方向の中間部が括れるように形成される。この中間部にシート面１６ａが形成される。弁孔１６は、シート面１６ａよりＥＧＲガスの上流側にて、上流側へ向けて拡径されるテーパ状の上流側流量調整部１６ｂを含む。また、弁孔１６は、シート面１６ａよりＥＧＲガスの下流側に、最小内径を有する内径部１６ｃと、その内径部１６ｃより下流側に位置し、下流側へ向けて拡径されるテーパ状の下流側流量調整部１６ｄとを含む。ここで、図２、図３、図５〜図７に示すように、弁座１２のシート面１６ａと弁体１３のシール面１３ａは、それぞれ弁孔１６及び弁体１３の全周にわたって同一形状をなすように形成される。すなわち、シート面１６ａの幅や断面形状と、シール面１３ａの幅や断面形状は、それぞれ弁孔１６及び弁体１３の全周にわたって同じに形成される。弁孔１６の上流側流量調整部１６ｂ、内径部１６ｃ及び下流側流量調整部１６ｄについても同様である。

ここで、弁孔１６の軸線Ｌ３方向における、シート面１６ａと上流側流量調整部１６ｂとがなす第１の角度α１、シート面１６ａと内径部１６ｃとがなす第２の角度α２、内径部１６ｃと下流側流量調整部１６ｄとがなす第３の角度α３のそれぞれが２０°以内に設定される。ここで、第２の角度α２は、弁孔１６の軸線Ｌ３に対するシート面１６ａの角度（シート面角度）β１でもあり、第１の角度α１と第２の角度α２との和は、同じく軸線Ｌ３に対する上流側流量調整部１６ｂの角度（上流側流量調整部角度）β２（＞β１）である。この実施形態では、シート面角度β１を「１０〜３０°」の範囲内の角度に設定することができる。

また、この実施形態では、図５〜図７に示すように、弁体１３が全閉状態から開弁動作するときに、第１の側部５１がシート面１６ａから下流側流量調整部１６ｄへ向けて回動し、第２の側部５２がシート面１６ａから上流側流量調整部１６ｂへ向けて回動するように構成される。ここで、弁体１３の全閉状態における弁開度を「０％」とし、弁体１３の開弁動作に伴い弁開度が増加し、弁体１３の全開状態における弁開度を「１００％」とする。そして、弁孔１６の軸線Ｌ３方向における上流側流量調整部１６ｂの高さ寸法Ｈ１は、第２の側部５２のシール面１３ａが上流側流量調整部１６ｂより上流の流路１１へ移動し始めるときの弁開度により規定され、その弁開度が「３０〜４０％」の範囲の値に設定される。この実施形態では、例えば「４０％」に設定することができる。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁１の構成によれば、弁体１３が回転軸１４の軸線Ｌ１を中心に回動することにより、弁体１３は、そのシール面１３ａが弁座１２のシート面１６ａに接触する全閉位置と、シール面１３ａがシート面１６ａから最も離れる全開位置との間で移動する。そして、弁体１３が全閉位置に配置された状態（全閉状態）では、弁座１２の弁孔１６が弁体１３により塞がれ、弁孔１６におけるＥＧＲガスの流れが遮断される。このとき、弁体１３と弁座１２との間が、シール面１３ａとシート面１６ａとの接触により封止されるので、弁座１２を弁体１３に押さえ付ける特別な弾性部材を設けることなく、ＥＧＲガスの漏れが防止される。すなわち、弁座１２に弁体１３を押し当てるための特別な弾性部材を設けることなく、弁座１２のシート面１６ａと弁体１３のシール面１３ａとの構成のみにより、ＥＧＲ弁１の全閉状態におけるシール性を確保することができる。

この実施形態の構成によれば、弁体１３が全閉状態から回動して開弁動作するとき、弁体１３の一部（第２の側部５２）が、弁座１２のシート面１６ａから上流へ向けて移動する。このとき、弁開度の低開度域では、弁体１３の第２の側部５２が、上流側流量調整部１６ｂと対向しながら移動し、低開度域を過ぎた中開度域及び高開度域では、その第２の側部５２が弁孔１６より上流において移動することになる。従って、シート面１６ａより上流の弁孔１６において、低開度域では、弁体１３と上流側流量調整部１６ｂとの間でＥＧＲガスの流量が微量に絞られ、中開度域及び高開度域では、その流量の絞りが解放され、上流側流量調整部１６ｂにてＥＧＲガスが下流へ向けて円滑に案内される。すなわち、中開度域及び高開度域では、ＥＧＲガスの流れの剥離が低減し、ＥＧＲガスの圧損が低減する。このため、ＥＧＲ弁１につき、低開度域ではＥＧＲガスの流量角度分解能を向上させることができ、中開度域及び高開度域ではＥＧＲガスの流量を増加させることができる。

この実施形態の構成によれば、上流側流量調整部１６ｂの高さ寸法Ｈ１が、弁体１３の弁開度の４０％に設定されるので、４０％以下の弁開度が低開度域となり、この範囲でＥＧＲガスの流量が絞られる。一方、４０％を超える弁開度が中開度域及び高開度域となり、この範囲では上流側流量調整部１６ｂにてＥＧＲガスが下流へ向けて滑らかに案内される。このため、シート面１６ａより上流の弁孔１６において、弁開度が４０％以下となる低開度域ではＥＧＲガスの流量角度分解能を向上させることができ、弁開度が４０％を超える高開度域ではＥＧＲガスの流量を増加させることができる。

また、この実施形態の構成によれば、弁座１２の弁孔１６において、シート面１６ａの下流側に内径部１６ｃ及び下流側流量調整部１６ｄが配置されるので、弁体１３が全閉状態から開弁動作するとき、弁体１３の一部（第１の側部５１）が、弁孔１６のシート面１６ａから下流へ向けて移動する。このとき、弁体１３の第１の側部５１が、内径部１６ｃ及び下流側流量調整部１６ｄと対向しながら移動し、その後、弁孔１６より下流において移動することになる。従って、シート面１６ａより下流の弁孔１６において、弁体１３の第１の側部５１が内径部１６ｃ及び下流側流量調整部１６ｄと対向するときは、弁体１３と内径部１６ｃ及び下流側流量調整部１６ｄとの間でＥＧＲガスの流量がより微量に絞られ、第１の側部５１が弁孔１６より下流において移動するときは、内径部１６ｃ及び下流側流量調整部１６ｄにてＥＧＲガスが下流へ向けて滑らかに案内される。この意味で、ＥＧＲ弁１につき、低開度域ではＥＧＲガスの流量角度分解能を更に向上させることができ、中開度域及び高開度域では、ＥＧＲガスの流量を更に増加させることができる。

この実施形態の構成によれば、第１の角度α１、第２の角度α２及び第３の角度α３のそれぞれが２０°以内に設定されるので、シート面１６ａと上流側流量調整部１６ｂとの境界、シート面１６ａと内径部１６ｃとの境界、内径部１６ｃと下流側流量調整部１６ｄとの境界のそれぞれが比較的緩やかな角部となる。これにより、それら角部でのＥＧＲガスの流れの剥離が低減し、排気還流ガスの圧損が低減する。このため、ＥＧＲ弁１につき、中開度域及び高開度域ではＥＧＲガス流量の更なる増加を図ることができる。

図９に、この実施形態に係り、弁体１３の全開状態における弁部６でのＥＧＲガスの流速分布を解析図により示す。図１０に、対比例（従来例）として、同じく弁体６５の全開状態における弁部でのＥＧＲガスの流速分布を解析図により示す。この実施形態では、図９において、鎖線四角Ｓ２，Ｓ３で囲んで示すように、弁座１２の弁孔１６では、その内壁でＥＧＲガスの流れに剥離が生じ難く、ＥＧＲガスが比較的滑らかに流れることがわかる。これに対し、対比例では、図１０において、鎖線四角Ｓ４，Ｓ５で囲んで示すように、弁座６４の弁孔６７では、その内壁でＥＧＲガスの流れに大きな剥離が生じ、ＥＧＲガスが少し流れ難いことがわかる。この比較からもわかるように、この実施形態では、弁孔１６において、ＥＧＲガスの流れの剥離が低減し、これによってＥＧＲガスの圧損が低減するので、ＥＧＲガスの流量を増加させることができる。

図１１に、ＥＧＲ弁の弁開度に対するＥＧＲガスの流量の関係を、本実施形態と従来例とを比較してグラフにより示す。図１１に示すように、弁開度が「０〜４０％」となる低開度域において、本実施形態では従来例よりも流量を低減することができ、「４０％」を超える中開度域及び高開度域において、本実施形態では従来例よりも流量を増加できることがわかる。

この実施形態の構成によれば、弁座１２の外周下部と弁ハウジング２５との間に隙間Ｇ１が設けられるので、弁座１２を段部１１ａに圧入するときに、弁座１２にかかる荷重が低減され、弁座１２の変形、特にはシート面１６ａの変形を抑えることができる。この実施形態では、弁座１２の外周下部と弁ハウジング２５との間に隙間Ｇ１が設けられるが、シート面１６ａの高さに対応する弁座１２の外周部まで弁ハウジング２５との間に隙間Ｇ１を設けることが好ましい。これにより、弁座１２の段部１１ａへの圧入時に、シート面１６ａの高さに対応する弁座１２の外周部にかかる荷重が低減され、シート面１６ａの変形をより有効に抑えることができる。更に、弁座１２の段部１１ａへの圧入時には、削れ粉が生じることがあるが、この削れ粉を隙間Ｇ１に溜めることができる。このため、削れ粉が段部１１ａと弁座１２との間に挟まれて弁座１２の高さが変わってしまうことを防止することができる。

加えて、この実施形態の構成によれば、弁体１３が全閉状態から開弁し始めるとき、あるいは、弁体１３が弁座１２に着座するときは、シール面１３ａがシート面１６ａに摺接することがない。このため、弁体１３と弁座１２との擦れが抑えられ、弁体１３を速やかに開弁動作又は閉弁動作することができ、弁体１３のシール面１３ａと弁座１２のシート面１６ａとの摩耗を低減することができる。この結果、ＥＧＲ弁１につき、開弁及び閉弁の応答性と耐久性を向上させることができる。

また、この実施形態の構成によれば、流路１１において、弁体１３が弁座１２よりもＥＧＲガスの上流側に配置されるので、弁体１３の全閉状態では、ＥＧＲガスの圧力が弁体１３を弁座１２へ押し付ける方向へ作用することになる。このため、弁座１２と弁体１３との間、すなわちシート面１６ａとシール面１３ａとの間のシール性を更に向上させることができる。

なお、この発明は前記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に変更して実施することができる。

（１）前記実施形態では、弁座１２の弁孔１６において、シート面１６ａより下流に内径部１６ｃ及び下流側流量調整部１６ｄを設けたが、これらを省略することもできる。

（２）前記実施形態では、上流側流量調整部の高さ寸法を、弁開度で「４０％」に設定したが、「３０〜４０％」の範囲内の任意の値に設定することができる。

この発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに装備されるＥＧＲ装置に利用することができる。

１ＥＧＲ弁
１１流路
１２弁座
１３弁体
１３ａシール面
１４回転軸
１４ａピン（取付部）
１６弁孔
１６ａシート面
１６ｂ上流側流量調整部
１６ｃ内径部
１６ｄ下流側流量調整部
２５弁ハウジング
５１第１の側部
５２第２の側部

Claims

ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、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、
前記弁座は、前記弁孔に形成された環状のシート面を含むことと、
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、
前記弁体は、円板状をなし、前記シート面に対応する環状のシール面が外周に形成されることと、
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、
前記流路は、前記弁座を境として前記弁座より上流側の流路と前記弁座より下流側の流路を含み、前記弁体は、前記上流側の流路に配置されることと、
前記回転軸の軸線は、前記弁体及び前記弁孔の径方向と平行に伸び、前記弁孔の中心から前記弁孔の径方向へ偏心して配置され、前記弁体の前記シール面が、前記回転軸の前記軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置されることと
を備え、前記弁体が前記弁座に着座して前記シール面が前記シート面に接触する全閉状態から、前記弁体を、前記回転軸の軸線を中心に回転させることにより、前記弁体の前記シール面が、前記弁座の前記シート面に接触する全閉位置と前記シート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成された排気還流弁において、
前記弁座の前記弁孔は、前記シート面より前記排気還流ガスの上流側にて、前記上流側へ向けて拡径されるテーパ状の上流側流量調整部を含み、
前記弁体は、前記回転軸の前記軸線に沿った仮想面を境として第１の側部と第２の側部に分けられ、前記弁体が前記全閉状態から開弁動作するときに、前記第１の側部が前記シート面から前記排気還流ガスの下流側へ向けて回動し、前記第２の側部が前記シート面から前記上流側流量調整部へ向けて回動するように構成され、
前記弁体の前記全閉状態における弁開度を０％とし、前記弁体の開弁動作に伴い前記弁開度が増加し、前記弁体の全開状態における前記弁開度を１００％とすると、前記弁孔の軸線方向における前記上流側流量調整部の高さ寸法が、前記第２の側部の前記シール面が前記上流側流量調整部より上流へ移動し始めるときの前記弁開度により規定され、その弁開度が３０〜４０％に設定される
ことを特徴とする排気還流弁。
ハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、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、
前記弁座は、前記弁孔に形成された環状のシート面を含むことと、
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、
前記弁体は、円板状をなし、前記シート面に対応する環状のシール面が外周に形成されることと、
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、
前記流路は、前記弁座を境として前記弁座より上流側の流路と前記弁座より下流側の流路を含み、前記弁体は、前記上流側の流路に配置されることと、
前記回転軸の軸線は、前記弁体及び前記弁孔の径方向と平行に伸び、前記弁孔の中心から前記弁孔の径方向へ偏心して配置され、前記弁体の前記シール面が、前記回転軸の前記軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置されることと
を備え、前記弁体が前記弁座に着座して前記シール面が前記シート面に接触する全閉状態から、前記弁体を、前記回転軸の軸線を中心に回転させることにより、前記弁体の前記シール面が、前記弁座の前記シート面に接触する全閉位置と前記シート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成された排気還流弁において、
前記弁座の前記弁孔は、前記シート面より前記排気還流ガスの上流側にて、前記上流側へ向けて拡径されるテーパ状の上流側流量調整部を含み、
前記弁座の前記弁孔は、前記シート面より前記排気還流ガスの下流側に位置し、最小内径を有する内径部と、前記内径部より前記下流側に位置し、前記下流側へ向けて拡径されるテーパ状の下流側流量調整部とを含み、
前記弁孔の軸線方向における、前記シート面と前記上流側流量調整部とがなす第１の角度、前記シート面と前記内径部とがなす第２の角度、前記内径部と前記下流側流量調整部とがなす第３の角度のそれぞれが２０°以内に設定される
ことを特徴とする排気還流弁。