JP6711766B2 - 排気ガス再循環バルブ - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス再循環バルブに関し、一層詳細には、内燃機関の排気系から吸気系へと排気ガスを再循環させる流路を切換可能な排気ガス再循環バルブに関する。

本出願人は、内燃機関から排出される排気ガスを吸気系へと再循環させることにより、前記排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の有害成分を減少させることが可能な排気ガス再循環システムに用いられ、前記排気ガスの吸気系への供給状態を切り替えるための排気ガス再循環バルブを提案している（特許文献１参照）。

この排気ガス再循環バルブは、ボディと、該ボディにおける弁体の軸線方向に沿った変位をガイドするガイド部材と、前記弁体を駆動する駆動部と、前記弁体と駆動部とを連結する連結機構とを備えている。このボディには、排気ガスの供給される入口ポートと、前記排気ガスの排出される出口ポートとを有し、入口ポートには環状の弁座が設けられ、そのシート面に弁体が着座することで排気ガスの流通が遮断された弁閉状態としている。

特開２００４−３０１０８６号公報

本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、弁開時に流通する排気ガスの流量を増加させることが可能な排気ガス再循環バルブを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、排気ガスの流通する通路及び弁座を有したボディと、ボディに連結されるハウジングと、ハウジングの内部に設けられ通電作用下に軸方向に沿って移動する可動部材と、可動部材に連結され弁座に離間・着座することにより通路を開閉する弁体とを備え、弁体がボディから離間する方向に変位することで弁開する排気ガス再循環バルブにおいて、
弁座は、円環状に形成され排気ガスの供給されるボディの流入口に設けられ、
中央に形成され軸方向に沿って貫通した弁孔と、
軸方向に沿った一端部側に形成され前記弁体の着座するシート部と、
軸方向に沿った他端部側に形成されシート部に対して流入口の開口部側に延在する整流部と、
を備え、
整流部は軸方向に沿って延在し、その内周径が、シート部における弁体の着座部位の内周径、弁体の最大外周径のいずれよりも大きく一定径で形成され、
整流部における上流側となる端部は、弁体が最も弁開した全開状態において、弁体の外周面との間のクリアランスが、着座部位と外周面とのクリアランスと略同一となるように形成されることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガス再循環バルブを構成するボディの流入口に弁座が設けられ、この弁座は、軸方向に沿った一端部側に弁体の着座するシート部が形成され、軸方向に沿った他端部側にはシート部に対して流入口の開口部側に延在する整流部が形成されると共に、その中央には弁孔が軸方向に沿って貫通している。

従って、弁体が弁座のシート部から離間した弁開時において、排気ガスの流入する流入口側に向かって延在した整流部によって弁体との間のクリアランスが好適にコントロールされ、両者の間を流れる排気ガスが好適に整流される。その結果、弁座に整流部を有していない従来の排気ガス再循環バルブと比較し、流入口から通路へと流れる排気ガスの流量を増加させることができる。

さらにまた、弁体は、可動部材に連結される軸部と、軸部の端部に形成され弁座に着座自在な弁部と、を有し、弁部を、軸部から離間する方向に向かって徐々に拡径するテーパ状に形成するとよい。

またさらに、弁座を、流入口に対して弁体が弁閉する際の変位方向へ移動規制した状態で固定するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、ボディの流入口に設けられる弁座が、軸方向に沿った一端部側に形成され弁体の着座するシート部と、軸方向に沿った他端部側に形成されシート部に対して流入口の開口部側に延在する整流部とを有し、弁体が弁座のシート部から離間した弁開時において、排気ガスの流入する流入口側に向かって延在した整流部によって弁体との間のクリアランスが好適にコントロールされ、両者の間を流れる排気ガスが好適に整流される。その結果、弁座に整流部を有していない従来の排気ガス再循環バルブと比較し、流入口から通路へと流れる排気ガスの流量を増加させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環バルブの全体断面図である。 図１の排気ガス再循環バルブにおける弁体の弁部近傍を示す拡大断面図である。 図２の排気ガス再循環バルブにおける弁開状態を示す拡大断面図である。 排気ガス再循環バルブにおける弁体の弁開度と流通する排気ガスの流量との関係を示す特性曲線図である。

本発明に係る排気ガス再循環バルブについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環バルブを示す。

この排気ガス再循環バルブ１０は、図１に示されるように、ボディ１２と、該ボディ１２に連結され弁体１４の変位を案内するガイド部１６と、通電作用下に前記弁体１４を軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って移動させる駆動部１８と、該駆動部１８のプランジャ（可動部材）２０と前記弁体１４とを連結する連結機構２２と、前記弁体１４の軸方向に沿った開度を検出するためのセンサ部２４とを含む。

ボディ１２の下部には、その中央に開口し図示しない内燃機関の排気系と接続される入口ポート（流入口）２６と、該入口ポート２６から離間して開口し前記内燃機関の吸気系と接続される出口ポート２８とが形成される。また、入口ポート２６の上方（矢印Ａ方向）には連通室３０が形成され、該連通室３０の側部に接続された湾曲状の循環通路（通路）３２を介して入口ポート２６と出口ポート２８とが連通している。なお、連通室３０は、入口ポート２６の上部からボディ１２の上面に開口するように形成される。

入口ポート２６は、図１〜図３に示されるように、最もボディ１２の下方（矢印Ｂ方向）に形成された第１孔部３４と、該第１孔部３４の上方（矢印Ａ方向）に形成され縮径した第２孔部３６とからなり、該第２孔部３６が連通室３０と接続されている。すなわち、入口ポート２６は、連通室３０側（矢印Ａ方向）に向かって段階的に縮径する段付状に形成される。そして、入口ポート２６の第２孔部３６には環状の弁座３８が装着される。

この弁座３８は、例えば、円環状に形成され、一端部側（矢印Ａ方向）に形成され弁体１４の弁部５４が着座するシート部４０と、前記シート部４０の他端部側（矢印Ｂ方向）に形成される脚部（整流部）４２とを有し、前記シート部４０及び脚部４２の中心には軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通する弁孔４４が形成される。

シート部４０は、略一定の外周径で形成されると共に、内周側に形成された弁孔４４が一端部から脚部４２側（矢印Ｂ方向）に向かって徐々に縮径している。換言すれば、シート部４０は、一端部から他端部側（矢印Ｂ方向）に向かって徐々に弁孔４４側（径方向内側）への膨出量が大きくなるように形成される。

そして、最も径方向内側に突出したシート部４０の他端部には、後述する弁体１４の弁部５４が当接するシート面４６が形成される。このシート面４６が、シート部４０において最も小さな内周径Ｄ１（図３参照）で形成される。

脚部４２は、シート部４０と略同一の外周径で形成されると共に、その弁孔４４の内周径Ｄ２は、前記シート部４０の弁孔４４より拡径した一定径で形成され、軸方向に沿って所定長さで形成される。すなわち、弁孔４４は、シート部４０側（矢印Ａ方向）となるシート面４６の内周径Ｄ１に対して入口ポート２６の開口部側となる脚部４２側（矢印Ｂ方向）の内周径Ｄ２の方が大きく形成されている（Ｄ１＜Ｄ２）。

また、脚部４２は、図３に示される弁体１４がシート部４０から離間し下方（矢印Ｂ方向）へ最も移動した全開時において、後述する弁体１４における弁部５４と該脚部４２の下端４２ａとの間のクリアランスＣ２と、前記弁部５４とシート面４６とのクリアランスＣ１とが略同一となる長さに設定される（Ｃ１≒Ｃ２）。すなわち、脚部４２における下端４２ａの位置は、弁体１４の全開時におけるクリアランスに応じて適宜設定される。

そして、弁座３８は、入口ポート２６の第１孔部３４側からシート部４０の外周面が第２孔部３６の内周面に摺接するように挿入され、前記シート部４０の一端部が第２孔部３６と連通室３０との境界となる段部４８に係止された状態で溶接等によって固定される。これにより、弁座３８が入口ポート２６において軸方向（矢印Ａ方向）に位置決めされる。

また、入口ポート２６において脚部４２が第１孔部３４に収納され、その外周面と第１孔部３４との間に環状の空間部５０が形成される。この空間部５０は、例えば、排気ガス再循環バルブ１０を組み付ける際、前記空間部５０に対して組付用治具Ｅ（図２中、二点鎖線形状参照）が軸方向に沿って挿入されることで位置決めを行うインロー孔として利用される。なお、弁座３８は、入口ポート２６内に収納され軸方向（矢印Ｂ方向）に突出することがない。

弁体１４は、図１〜図３に示されるように、例えば、長尺に形成された軸部５２と、該軸部５２の下端に形成され径方向外側へと拡径した弁部５４とからなり、前記軸部５２がボディ１２、ガイド部１６及び駆動部１８の中央に沿って鉛直方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に延在するように収納される。なお、弁体１４の上端部は、後述するセンサ部２４に連結されることで前記弁体１４の開度が検出される。

また、軸部５２の軸方向に沿った途中には、径方向内側に縮径した切欠部５６が形成され、後述する連結機構２２の第１リテーナ９２が装着される。

弁部５４は、軸部５２の下端部から下方（矢印Ｂ方向）に向かって徐々に径方向外側へと拡径した断面三角形状に形成され、テーパ状の外周面５４ａを有している。図３に示されるように、この弁部５４において最大径となる下端の外周径Ｄ３は、弁孔４４におけるシート面４６の内周径Ｄ１より大きく、且つ、脚部４２の内周径Ｄ２より小さく形成される（Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２）。そして、弁体１４は、軸部５２及び弁部５４が弁座３８の弁孔４４に挿通され、前記弁部５４の外周面５４ａがシート部４０のシート面４６に対して着座又は下方へと離間することで入口ポート２６の開閉を行う。また、弁部５４の下端は、シート部４０に着座した弁閉状態において弁座３８の脚部４２に臨むように配置される。

一方、図１に示されるように、ボディ１２の上部には、例えば、金属製材料からなる有底状のハウジング５８が設けられボルト６０によって連結される。このハウジング５８は、例えば、円筒状に形成され、その内部には連結機構２２及び駆動部１８が収納されると共に、その底壁中央に開口した孔部５８ａを介してガイド部１６のホルダ６４が設けられる。

ガイド部１６は、例えば、ボディ１２とハウジング５８との間に設けられ、弁体１４の軸部５２を保持する円筒状のガイド体６２と、該ガイド体６２の外周側を囲繞するように設けられるホルダ６４と、前記ホルダ６４の下面とボディ１２との間に挟持される薄板状のカバー６６とからなる。そして、ホルダ６４の下端部がボディ１２とハウジング５８との間に挟持されることで固定される。

このガイド体６２の略中央部には弁体１４の軸部５２が変位自在に挿通され、カバー６６は下方に向かって膨出したカップ状に形成され、その上端部がボディ１２とホルダ６４との間に挟持される。

駆動部１８は、ハウジング５８の内部に配設され、略円柱状の内孔を有する第１及び第２支持部材６８、７０と、第１支持部材６８と第２支持部材７０の間に設けられコイル７２の巻回されたボビン７４と、前記第１及び第２支持部材６８、７０の内周側を覆うスリーブ７６と、前記スリーブ７６の内部に沿って移動自在に設けられるプランジャ２０とを含む。

第１支持部材６８は、弁体１４の軸線に略直交するように延在すると共に、ハウジング５８の上部にその端部が固定される第１周縁部７８と、前記弁体１４に沿って延在する筒状の第１膨出部８０とからなる。

一方、第２支持部材７０は、弁体１４の軸線に略直交するように延在すると共に、前記ハウジング５８の下部に端部が固定される第２周縁部８２と、前記弁体１４に沿って延在し、且つ、前記第１支持部材６８の第１膨出部８０と対向する筒状の第２膨出部８４とからなる。

また、第１支持部材６８と第２支持部材７０とによって囲繞された空間には、弁体１４を駆動するためのコイル７２が配設される。このコイル７２は、後述する端子１０６に対して電気的に接続され、樹脂製材料からなるボビン７４に巻回される。なお、ボビン７４は、第１支持部材６８と第２支持部材７０との間に保持される。

さらに、第１支持部材６８及び第２支持部材７０の内周側には、非磁性材料でカップ状に形成されたスリーブ７６が設けられ、その下端中央には弁体１４の軸部５２が挿通される挿通孔８６が形成される。

このスリーブ７６の内部には、磁性体からなる円筒状のプランジャ２０が摺動自在に設けられ、前記プランジャ２０の内周側には、その軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った中央近傍から径方向内側に突出したフランジ部８８が形成され、該フランジ部８８の内部に弁体１４の軸部５２が挿通される。

このプランジャ２０のフランジ部８８と弁体１４の切欠部５６との間には、前記プランジャ２０と弁体１４とを連結する連結機構２２が設けられている。

この連結機構２２は、例えば、フランジ部８８の上面側に配設される環状の第１スプリングホルダ９０と、前記フランジ部８８の下面側に配設される第１リテーナ９２と、前記弁体１４における第１リテーナ９２より下方に設けられる第２リテーナ９４とからなる。

第１スプリングホルダ９０はフランジ部８８の上面側に配設され、その内周端及び外周端がそれぞれ上方に向かって折曲されている。そして、第１スプリングホルダ９０とセンサ部２４に設けられた第２スプリングホルダ９６との間に、第１スプリング９８が介装されている。前記第１スプリング９８は、プランジャ２０を下方（矢印Ｂ方向）に押圧する方向に付勢している。

第１リテーナ９２は、プランジャ２０より小径な略円盤状に形成され、その略中央部に形成された係着孔を介して弁体１４の切欠部５６に装着される。この第１リテーナ９２の下面にはスリーブ７６との間に第２スプリング１００が介装されると共に、前記第２スプリング１００の内側には第２リテーナ９４との間に第３スプリング１０２が介装されている。すなわち、プランジャ２０のフランジ部８８は、第１スプリング９８による下方への弾発力と、第２スプリング１００による上方への弾発力との作用下に挟持されている。

センサ部２４は、ハウジング５８の上部に装着されるセンサケース１０４を有し、その内部には弁体１４の軸方向に沿った弁開度を検出可能なセンサユニット（図示せず）が収納されている。また、センサケース１０４の側部には、所定長だけ突出し内部に端子１０６の収納されたコネクタ部１０８が形成され、前記端子１０６は図示しないリード線を介してコイル７２と接続される。そして、コネクタ部１０８には、図示しない電源に接続されたカプラが接続されることで該電源からの電流がコイル７２へと供給される。

また、センサ部２４で検出された弁体１４の弁開度は、検出信号に変換されコネクタ部１０８の端子１０６を介して図示しないコントローラへと出力される。

本発明の実施の形態に係る排気ガス再循環バルブ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、以下の説明では、図１に示される弁体１４の弁部５４が弁座３８のシート部４０に着座し、入口ポート２６と出口ポート２８との連通が遮断された弁閉状態を初期状態として説明する。

このような図１に示す弁閉状態において、図示しない電源に接続されたコネクタ部１０８を通じて駆動部１８のコイル７２に電流を供給することで、前記コイル７２の励磁作用下に磁界が発生しプランジャ２０がスリーブ７６の内周面に沿って下方（矢印Ｂ方向）へと移動する。

そして、プランジャ２０が、そのフランジ部８８を介して第１リテーナ９２を押圧することにより、第２スプリング１００の弾発力に抗しながら前記プランジャ２０が下方（矢印Ｂ方向）へ変位する。その際、前記第１リテーナ９２と連結された弁体１４の軸部５２が、ガイド部１６のガイド作用下に下方（矢印Ｂ方向）に変位し、図３に示されるように、この弁体１４の弁部５４が弁座３８のシート部４０から離間することによって、入口ポート２６と出口ポート２８とが連通された弁開状態となる。

また、このプランジャ２０は、コイル７２の励磁作用下に生じる下方への押圧力と第２スプリング１００の弾発力がつり合う位置で停止する。すなわち、弁部５４の開閉量（弁開度）は、コイル７２に供給される電流量によって決定される。

これにより、内燃機関の排気系から供給された排気ガスが入口ポート２６から弁座３８の弁孔４４、連通室３０及び循環通路３２を通じて出口ポート２８へと流れ、前記内燃機関の吸気系へと供給される。この際、排気ガスは、図３に示されるように、テーパ状に形成された弁体１４における弁部５４の外周面５４ａに沿って流れることで弁座３８の弁孔４４へと好適に導かれ、しかも、弁座３８のシート部４０に対して他端部側（矢印Ｂ方向）に延在した脚部４２を有し、弁開時における弁部５４の外周面５４ａとシート面４６との間のクリアランスＣ１、前記外周面５４ａと脚部４２の下端４２ａとの間のクリアランスＣ２とが略同一となるため、脚部４２の弁孔４４と弁部５４との間を通じてシート部４０側へと好適に導かれる。なお、上述したクリアランスＣ２は、脚部４２において弁部５４に対する離間距離が最小となる下端４２ａとの間のものとなる。

その結果、弁座３８に対する弁部５４の弁開度と排気ガスの流量との関係を示した図４の特性曲線図から諒解されるように、整流部として機能する脚部を有しておらず、弁開時における弁体と弁座との間のクリアランスが大きくなる従来技術に係る排気ガス再循環バルブの特性曲線Ｌ´（図中、破線参照）と比較し、本願発明の特性曲線Ｌ（図中、実線参照）では、排気ガスを入口ポート２６へと円滑に導くことで該入口ポート２６から出口ポート２８へと流れる排気ガスの流量を増加させることが可能となる。換言すれば、弁座３８における上流側に脚部４２を設け、弁体１４の外周面５４ａとの間のクリアランスＣ１、Ｃ２をコントロールすることで、両者の間を流れる排気ガスを整流し、入口ポート２６へと導くことができるため流量の増加が可能となる。

また、この排気ガスの流量は、弁座３８に対する弁体１４の弁開度、すなわち、下方への離間距離が大きくなるほど増加していることがわかる。

次に、図示しない電源からコイル７２への電流の供給を停止すると、第２スプリング１００の弾発力によってプランジャ２０が上昇し、これに伴って弁体１４は、ガイド部１６のガイド作用下に上方（矢印Ａ方向）へ移動する。そして、弁体１４の弁部５４が弁座３８のシート部４０に着座し、入口ポート２６が閉塞された弁閉状態となる。この弁部５４が弁座３８のシート部４０へと着座する際、該弁座３８には連通室３０側（矢印Ａ方向）へ押圧力が付与されるが、前記弁座３８が入口ポート２６の段部４８に係止され連通室３０側への移動が規制されているため、前記弁座３８がボディ１２に対して脱抜してしまうことがなく入口ポート２６の所定位置で確実に維持される。すなわち、段部４８が弁座３８の抜け止めとして機能する。

以上のように、本実施の形態では、ボディ１２の下部に開口した入口ポート２６に対し弁座３８を装着し、弁体１４の弁部５４が着座するシート部４０を設けると共に、該シート部４０に対して前記入口ポート２６の開口部側（矢印Ｂ方向）に延在した脚部４２を設けている。このような構成とすることにより、駆動部１８の駆動作用下に弁体１４の弁部５４が弁座３８のシート部４０から下方へと離間した弁開時において、テーパ状に形成された弁部５４の外周面５４ａとシート面４６及び脚部４２の下端４２ａとの間のそれぞれのクリアランスＣ１、Ｃ２を略同一にできるため、両者の間を流れる排気ガスが好適に整流され、脚部を有していない従来の排気ガス再循環バルブと比較し、入口ポート２６から出口ポート２８へと流れる排気ガスの流量を増加させることができる。

また、入口ポート２６において、弁座３８を第２孔部３６と連通室３０との境界に設けられた段部４８によって係止し、前記連通室３０側（矢印Ａ方向）への移動を規制しているため、前記弁座３８に対して弁体１４の弁部５４が下方から着座し上方（矢印Ａ方向）への押圧力が付与された場合でも、段部４８によって前記弁座３８の入口ポート２６からの脱抜が確実に防止される。

さらに、入口ポート２６には、最も下方に開口した第１孔部３４の内周面と弁座３８の外周面５４ａとの間に空間部５０が設けられている。例えば、駆動部１８を含むハウジング５８とボディ１２とを組み付ける際、空間部５０に組付用治具Ｅ（図２参照）を挿入して前記第１孔部３４の内周面に係合させることで確実に位置決めできると共に、前記組付用治具Ｅが前記弁座３８に対して接触してしまうことが回避される。

さらにまた、弁座３８は、上述したようにシート部４０と脚部４２とが一体的に形成される場合に限定されるものではなく、前記シート部４０と前記脚部４２とをそれぞれ別部材から構成してもよい。

またさらに、弁座３８におけるシート部４０は、その弁孔４４の内周径が軸方向に沿って一定となるように形成されていてもよい。

なお、本発明に係る排気ガス再循環バルブは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…排気ガス再循環バルブ １２…ボディ
１４…弁体 １６…ガイド部
２６…入口ポート ３０…連通室
３４…第１孔部 ３６…第２孔部
３８…弁座 ４０…シート部
４２…脚部 ４４…弁孔
４８…段部 ５０…空間部
５４…弁部 ５４ａ…外周面
５８…ハウジング ７２…コイル

Claims (3)

1. 排気ガスの流通する通路及び弁座を有したボディと、該ボディに連結されるハウジングと、該ハウジングの内部に設けられ通電作用下に軸方向に沿って移動する可動部材と、前記可動部材に連結され前記弁座に離間・着座することにより前記通路を開閉する弁体とを備え、前記弁体が前記ボディから離間する方向に変位することで弁開する排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記弁座は、円環状に形成され前記排気ガスの供給される前記ボディの流入口に設けられ、
   中央に形成され軸方向に沿って貫通した弁孔と、
   前記軸方向に沿った一端部側に形成され前記弁体の着座するシート部と、
   前記軸方向に沿った他端部側に形成され前記シート部に対して前記流入口の開口部側に延在する整流部と、
   を備え、
   前記整流部は前記軸方向に沿って延在し、その内周径が、前記シート部における前記弁体の着座部位の内周径、該弁体の最大外周径のいずれよりも大きく一定径で形成され、
   前記整流部における上流側となる端部は、前記弁体が最も弁開した全開状態において、該弁体の外周面との間のクリアランスが、前記着座部位と前記外周面とのクリアランスと略同一となるように形成されることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
2. 請求項１記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記弁体は、前記可動部材に連結される軸部と、
   前記軸部の端部に形成され前記弁座に着座自在な弁部と、
   を有し、
   前記弁部は、前記軸部から離間する方向に向かって徐々に拡径するテーパ状に形成される排気ガス再循環バルブ。
3. 請求項１又は２記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記弁座は、前記流入口に対して前記弁体が弁閉する際の変位方向への移動規制された状態で固定されることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。

Images