JP7237251B2

JP7237251B2 - 排気ガス再循環バルブ

Info

Publication number: JP7237251B2
Application number: JP2022556332A
Authority: JP
Inventors: 拓朗頭井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: CN116324239A; WO2022085157A1; JPWO2022085157A1

Description

本開示は、排気ガス再循環バルブに関する。

内燃機関で発生した排気ガスの一部を吸気側へ導いて循環させる排気ガス再循環バルブが知られている。例えば、特許文献１には、ガス連通路を内部に有するバルブハウジングと、軸線方向に駆動してガス連通路を開閉するバルブとを備えた排気ガス再循環バルブが記載されている。

特開２００５－３２５７８５号公報

排気ガス通路が開状態になると、ハウジングの排気ガス流出口に対向する内壁面には、速い流れの排気ガスが衝突する。このため、内壁面に排気ガスの衝突によるエロージョンまたはコロージョンが発生するという課題があった。

本開示は上記課題を解決するものであり、排気ガスの衝突によるハウジングの内壁面の損傷を防ぐことができる排気ガス再循環バルブを得ることを目的とする。

本開示に係る排気ガス再循環バルブは、軸線方向に駆動して排気ガス通路を開閉する弁体と、排気ガス通路を内部に有し、排気ガス通路につながった排気ガス流出口が弁体の軸線方向に直交する方向に設けられたハウジングと、弁体の軸線方向からハウジングを閉塞するプラグ部材と、排気ガス流出口に対向するハウジングの内壁面の前方に設けられたカバー部材とを備える。カバー部材は、ハウジングとプラグ部材とに挟持されている。

本開示によれば、ハウジングの内壁面に向かう排気ガスの流れが、カバー部材によって遮断されるので、排気ガスの衝突によるハウジングの内壁面の損傷を防ぐことができる。

閉状態の排気ガス再循環バルブを示す断面図である。開状態の排気ガス再循環バルブを示す断面図である。開状態の排気ガス再循環バルブの流体解析結果を示すイメージ図である。図３のＹ方向の流速のみを示すイメージ図である。実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブを示す断面図である。図５の排気ガス再循環バルブの構成を示す部分断面斜視図である。実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブの変形例を示す断面図である。実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブの外観を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は、閉状態の排気ガス再循環バルブ１を示す断面図である。また、図２は、開状態の排気ガス再循環バルブ１を示す断面図である。排気ガス再循環バルブ１のハウジング２は、例えば、鋳鉄によって形成され、排気ガス通路３は、図１および図２に示すように、ハウジング２の内部に形成されている。排気ガス通路３は、排気ガス流入口４と、２つの排気ガス流出口５および排気ガス流出口６とにつながっている。

排気ガス再循環バルブ１は、例えば、排気ガス通路３における、排気ガス流入口４から排気ガス流出口５へ排気ガスを流出する経路と排気ガス流入口４から排気ガス流出口６へ排気ガスを流出する経路とを開閉する、いわゆるダブルポペット式のバルブである。

図１に示すように、弁体７が弁座８に接触することにより、排気ガス通路３が閉状態となり、図２示すように、弁体７が弁座８から離れることにより、排気ガス通路３が開状態となる。弁体７は、弁軸９に固定され、弁軸９と一体的に軸線方向に移動する。ハウジング２には、図１および図２において図示を省略した駆動源が取り付けられる。駆動源は、直流モータと、この直流モータの回転運動を出力軸の直動に変換する機構を有している。駆動源によって弁軸９が軸線方向に直動することによって、弁体７は、軸線方向に沿って移動する。弁軸９は、軸受け１０によって支持されている。

プラグ部材１１は、弁体７の軸線方向からハウジング２を閉塞する部材である。ハウジング２は、例えば、弁体７の軸線方向に孔部を有する。排気ガス再循環バルブ１の製造において、弁座８は、この孔部を通じて加工される。プラグ部材１１は、ハウジング２の孔部に取り付けられて、弁体７の軸線方向からハウジング２の排気ガス通路３を閉塞する。

ハウジング２において、排気ガス流出口５は、弁体７の軸線方向に直交する方向の箇所に設けられる。弁体７が弁座８から離れて排気ガス再循環バルブ１が開状態になると、排気ガス通路３における排気ガス流入口４から排気ガス流出口５への経路は、矢印Ａで示すように、排気ガスが流れ込む。

図３は、開状態の排気ガス再循環バルブ１の流体解析結果を示すイメージ図であり、排気ガスの流速分布を示している。図４は、図３のＹ方向の流速分布のみを示すイメージ図である。図３および図４の流速分布において、排気ガスの流れを示すイメージが濃い色であるほど、排気ガスの流れが速いことを示している。図４から明らかなように、排気ガス再循環バルブ１が開状態になると、矢印Ａで示した排気ガスは、排気ガス流出口５に対向するハウジング２の内壁面２Ａに対して速い流れで衝突している。

排気ガスがハウジング２の内壁面に衝突すると、衝突の瞬間に排気ガスの流体運動量が変化することによって衝撃圧が発生する。ハウジングの内壁面は、発生した排気ガスの衝撃圧に起因したエロージョンによって徐々に削り取られる。また、内燃機関が天然ガスを燃焼物とする場合、排気ガスには、多くの水蒸気成分が含まれる。この場合、鋳鉄のハウジング２の内壁面２Ａには、排気ガスの衝突によるエロージョンと排気ガスの水蒸気成分によるコロージョンとが発生する可能性がある。

図５は、実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブ１Ａを示す断面図である。図６は、排気ガス再循環バルブ１Ａの構成を示す部分断面斜視図であり、ハウジング２のみを断面で示している。図５および図６において、図１および図２と同一の構成要素には、同一の符号が付されている。排気ガス再循環バルブ１Ａは、前述した排気ガスの衝突によるエロージョンおよびコロージョンの発生を防ぐために、排気ガス再循環バルブ１の構成要素に加えて、カバー部材１２を備えている。

カバー部材１２は、例えば、ステンレスによって形成された部材であり、排気ガス流出口５に対向するハウジング２の内壁面２Ａの前方に設けられる。カバー部材１２は、カバー部１３および支持部１４によって構成される。図６に示すように、カバー部１３は、支持部１４に支持された状態で、内壁面２Ａの前方に配置される板状の部材である。支持部１４は、カバー部１３と一体に形成されたリング状の部材である。

プラグ部材１１は、図５および図６に示すように、ハウジング２の底面となる円板部と円板部の周縁部から軸線方向に延びた円筒部とを有する部材である。また、ハウジング２におけるプラグ部材１１が取り付けられる孔部には、ハウジング２の内部側の開口周縁部にフランジ部２Ｂが設けられている。フランジ部２Ｂは、上記孔部の上記開口周縁部から張り出した部分であり、フランジ部２Ｂにおける開口径は、プラグ部材１１の円板部よりも径が小さい。

支持部１４の外径は、プラグ部材１１が取り付けられるハウジング２の孔部の内径よりも小さく、かつ、フランジ部２Ｂにおける開口径よりも大きい。カバー部材１２は、カバー部１３が内壁面２Ａの前方になる向きで、支持部１４がフランジ部２Ｂに接触するまでハウジング２の孔部に挿入される。この後、プラグ部材１１は、円板部をハウジング２の内側に向けて、ハウジング２の孔部の内壁面と円筒部の外周部とが接触した状態で、円板部が支持部１４に接触するまでハウジング２の孔部に挿入される。これにより、図５に示すように、カバー部材１２は、ハウジング２とプラグ部材１１に挟持されて、ハウジング２に固定される。

カバー部１３が内壁面２Ａの前方に配置されているので、図４において矢印Ａで示した排気ガスの内壁面２Ａへ向かう流れは、カバー部１３によって遮断される。これにより、ハウジング２の内壁面２Ａに衝突する排気ガスの衝撃圧が緩和され、エロージョンの発生が抑えられる。また、ステンレス製のカバー部材１２によって、多くの水蒸気成分を含む排気ガスが、鋳鉄のハウジング２へ直撃することが抑えられ、コロージョンの発生も抑えられる。これにより、排気ガス再循環バルブ１Ａは、排気ガスの衝突によるハウジング２の内壁面２Ａの損傷を防ぐことができる。

なお、排気ガス流出口５に対向するハウジング２の内壁面２Ａ以外の部分、すなわち、排気ガス流出口５に近い側の内壁面では、開弁されたときに流入する排気ガスは、図４に示したように、内壁面２Ａへ向かう排気ガスよりも流速が小さい。内壁面への排気ガスの衝突により発生する衝撃圧は、排気ガスの流速に比例する。このため、排気ガス流出口５に対向する内壁面２Ａには、排気ガスが衝突することにより、排気ガス流出口５に近い側の内壁面よりも大きな衝撃圧が発生する。そこで、内壁面２Ａへ衝突する排気ガスの流れを遮断するために、カバー部材１２は、内壁面２Ａの前方に配置される。

なお、排気ガス再循環バルブ１Ａがダブルポペット式のバルブである場合を示したが、排気ガス再循環バルブ１Ａはポペット式のバルブであればよい。例えば、排気ガス再循環バルブ１Ａは、弁体７が一つのポペット式のバルブであってもよいし、弁体７が３つ以上のポペット式のバルブであってもよい。

ハウジング２には、図５に示すように、クーラント回路１５が設けられる。クーラント回路１５は、クーラントが流れる流路である。クーラントは、例えばエチレングリコールを主成分であり、エチレングリコールは、温まりやすく冷めにくいという特徴を有する。低温の環境下で内燃機関が始動された場合、クーラント回路１５を流れるクーラントは、ハウジング２の壁面を介して内燃機関からの熱を吸収し、クーラントの温度は、雰囲気温度の上昇よりも先に上昇する。温まったクーラントをクーラント回路１５に流すことで、クーラントからの熱によってハウジング２の内部の氷結が解除される。

図７は、排気ガス再循環バルブ１Ａの変形例である、排気ガス再循環バルブ１Ｂを示す断面図である。図７において、図１および図２と同一の構成要素には、同一の符号が付されている。排気ガス再循環バルブ１Ｂは、排気ガス再循環バルブ１Ａが備えるカバー部材１２の代わりに、カバー部材１２Ａを備える。

カバー部材１２Ａは、例えば、ステンレスによって形成された部材であり、カバー部材１２と同様に、ハウジング２の内壁面２Ａの前方に設けられる。カバー部材１２Ａは、カバー部１３と支持部１４Ａによって構成される。カバー部１３は、支持部１４Ａに支持された状態で、内壁面２Ａの前方に配置される板状の部材である。支持部１４Ａは、図５に示したプラグ部材１１として機能する部材である。すなわち、支持部１４Ａは、図７に示すように、ハウジング２の底面となる円板部と、円板部の周縁部から軸線方向に延びた円筒部とを有する部材である。カバー部１３は、支持部１４Ａの円板部と一体に形成されている。

カバー部材１２Ａは、支持部１４Ａの円板部をハウジング２の内側に向けて、ハウジング２の孔部の内壁面と円筒部の外周部とが接触した状態で円板部がフランジ部２Ｂに接触するまでハウジング２の孔部に挿入される。これにより、カバー部材１２Ａは、ハウジング２に固定される。カバー部材１２Ａは、プラグ部材１１としても機能するので、部品点数の増加が抑えられる。

図８は、排気ガス再循環バルブ１Ａの外観を示す斜視図である。図８において、駆動源１６は、ハウジング２に取り付けられる。駆動源１６は、直流モータと、この直流モータの回転運動を出力軸の直動に変換する機構とを有する。駆動源１６は、図５および図６に示した弁軸９を軸線方向に直動させるアクチュエータである。また、クーラント回路１５は、図８に示すように、直管の流路である。クーラントは、矢印Ｃで示すように、直管のクーラント回路１５を流れる。

例えば、クーラント回路が屈曲している場合、クーラントは、クーラント回路の屈曲部における内壁面に衝突する。クーラントが速い流れで上記屈曲部の内壁面に衝突すると、クーラント回路の内部においてもエロージョンまたはコロージョンが発生する。そこで、図８に示すように、クーラント回路１５を直管構造とすることにより、クーラントが速い流れでクーラント回路１５の内壁面に衝突することが抑えられ、エロージョンおよびコロージョンの発生が防止される。

以上のように、実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブ１Ａは、軸線方向に駆動して排気ガス通路３を開閉する弁体７と、排気ガス通路３を内部に有し、排気ガス通路３につながった排気ガス流出口５が弁体７の軸線方向に直交する方向に設けられたハウジング２と、排気ガス流出口５に対向するハウジング２の内壁面２Ａの前方に設けられたカバー部材１２とを備える。ハウジング２の内壁面２Ａに向かう排気ガスの流れがカバー部材１２によって遮断されるので、排気ガスの衝突によるハウジング２の内壁面２Ａの損傷を防ぐことができる。

実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブ１Ａにおいて、カバー部材１２は、ハウジング２とプラグ部材１１とに挟持される。既存のプラグ部材１１を利用してカバー部材１２をハウジング２に固定することが可能である。これにより、カバー部材１２の取り付けに必要な部品の増加が抑えられる。また、カバー部材１２は、プラグ部材１１と同様な手順で容易にハウジング２に取り付けることができる。

実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブ１Ｂにおいて、カバー部材１２Ａは、プラグ部材である支持部１４Ａと一体に形成されている。カバー部材１２Ａが、プラグ部材１１としても機能するので、カバー部材１２Ａの取り付けに必要な部品の増加が抑えられる。さらに、カバー部材１２Ａは、プラグ部材１１と同様な手順で容易にハウジング２に取り付けることができる。

なお、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。

本開示に係る排気ガス再循環バルブは、例えば天然ガスを燃焼物とした内燃機関に利用可能である。

１，１Ａ，１Ｂ排気ガス再循環バルブ、２ハウジング、２Ａ内壁面、２Ｂフランジ部、３排気ガス通路、４排気ガス流入口、５，６排気ガス流出口、７弁体、８弁座、９弁軸、１０軸受け、１１プラグ部材、１２，１２Ａカバー部材、１３カバー部、１４，１４Ａ支持部、１５クーラント回路、１６駆動源。

Claims

軸線方向に駆動して排気ガス通路を開閉する弁体と、
前記排気ガス通路を内部に有し、前記排気ガス通路につながった排気ガス流出口が前記弁体の軸線方向に直交する方向に設けられたハウジングと、
前記弁体の軸線方向から前記ハウジングを閉塞するプラグ部材と、
前記排気ガス流出口に対向する前記ハウジングの内壁面の前方に設けられたカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記ハウジングと前記プラグ部材とに挟持されている
ことを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
軸線方向に駆動して排気ガス通路を開閉する弁体と、
前記排気ガス通路を内部に有し、前記排気ガス通路につながった排気ガス流出口が前記弁体の軸線方向に直交する方向に設けられたハウジングと、
前記弁体の軸線方向から前記ハウジングを閉塞するプラグ部材と、
前記排気ガス流出口に対向する前記ハウジングの内壁面の前方に設けられたカバー部を有するカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、前記カバー部が前記プラグ部材と一体に形成された部材である
ことを特徴とする排気ガス再循環バルブ。