WO2013105135A1 - 排気ガス循環バルブ - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に係る排気ガス処理装置は、排気ガス中の不純物採取を目的としたバルブであり、1つの入口と2つ出口が形成された弁室内に支軸を支点にして回動するアームと、このアームに取り付けられたフラップバルブとから構成され、フラップバルブの表裏面で2つの出口を交互に開閉して排気ガスの流れる方向を切り替えていた。
また、特許文献2に係る排気ガス再循環装置は、クーラのバイパスを目的としたバルブであり、EGR通路の途中に、EGRクーラを備えたクーラ通路と、EGRクーラを迂回するバイパス通路とを並行に設け、合流部にバタフライバルブを設置して各通路から流れる排気ガスの混合比を調整していた。
実施の形態1.
車両に搭載される排気ガス循環バルブとしては、ターボチャージャのタービン下流を流れる低圧の排気ガスをターボチャージャのコンプレッサ上流側の吸入空気通路へ循環させるためのバルブと、内燃機関から排出される高圧の排気ガスを内燃機関上流側の吸入空気通路へ循環させるためのバルブの2種類がある。
以下では、本実施の形態1に係るバルブを、前者の低圧用の排気ガス循環バルブに適用する場合を例に説明する。
このように、本実施の形態1に係る排気ガス循環バルブはEGRガス量を調整するEGRバルブとしての機能だけでなく、吸入空気量を調整する吸気バルブとしての機能も兼ね備えている。
あるいは、ポペットバルブ5の開閉ストロークは長くなるが、閉弁時のポペットバルブ5が吸入空気通路2に干渉しない位置に設置してもよい。
仮に、バルブシャフト6を吸入空気通路2に対して直角に設置した場合、図4の概略図に示すように、EGR通路3のEGRガスがポペットバルブ5の上端面に当たりながら合流部4、吸入空気通路2へと流れるため、圧力損失が大きくなる傾向がある。また、合流部4において吸入空気とEGRガスが衝突するため流体の乱れが大きく、流量損失も大きくなる傾向がある。さらに、吸入空気がEGR通路3へ逆流したり、EGRガスが吸入空気通路2の上流側へ逆流したりする場合がある。
図5は、ハウジング1の構成を示す断面図である。図6(a)はハウジング1を図5のAA線に沿って切断した断面図、図6(b)は図3に示すハウジング101を同位置で切断した断面図である。
図7(a)は本実施の形態1のハウジング1内の流体の流れを可視化した図であり、横断面Bの位置での流体の混合状態を図7(b)に示す。一方、図7(c)は図3に示すハウジング101内の流体の流れを可視化した図であり、横断面Cの位置での流体の混合状態を図7(d)に示す。
また、図8(a)は本実施の形態1の吸入空気通路2を流体の流れる方向に沿って切断した断面図であり、吸入空気通路2内の流れを可視化して示す。図8(b)は矢印Dの方向から見た流体の混合状態を示す。一方、図8(c)は楕円通路9を形成していない、円筒状の吸入空気通路2aを流体の流れる方向に沿って切断した断面図であり、吸入空気通路2a内の流れを可視化して示す。図8(d)は矢印Eの方向から見た流体の混合状態を示す。
これに対し、楕円通路9を形成しない場合は、図8(c)に示すように、吸入空気がポペットバルブ5と吸入空気通路2aの細い隙間を通過して吸入空気通路2aの中央へ回り込み、分散し辛い。そのため、図8(d)に示すように、EGRガスと吸入空気の混合割合が不均一になり易い。
一般に、三方弁構造では、EGRガスの流れと吸入空気の流れが互いに影響を及ぼし、いずれか一方の大流量の流れがもう一方の小流量の流れを抑制し、流量制御が困難となる可能性があった。そのため、ハウジング1の、吸入空気通路2とEGR通路3が合流する合流部4に、通路壁面とポペットバルブ5の側面の間の隙間を塞ぐガイド部10を設けることにより、吸入空気通路2の上流側からEGR通路3への吸入空気の逆流およびEGR通路3から吸入空気通路2の上流側へのEGRガスの逆流を防止できる。よって、合流時にEGRガスおよび吸入空気が互いに及ぼし合う影響を低減することができる。
図9は、本実施の形態1に係る排気ガス循環バルブの変形例を示す断面斜視図である。この変形例では、ハウジング1を、ハウジング1-1,1-2の2部品で構成している。吸入空気通路2、合流部4およびガス分散空間8等が設けられたハウジング1-2の中央の穴に、スプリング設置空間11、フィルタ14、軸受け部15およびバルブシート7等が設けられたハウジング1-1を落とし込み、ハウジング1を構成する。
なお、図1に示すハウジング1においても、バルブシャフト6の周面を吹き抜けた異物が溜まる箇所とハウジング1の外部とを連通する大気開放孔を形成して、異物等を外部へ排出すればよい。
なお、図1に示す排気ガス循環バルブの場合、例えば図9の軸受け部15に相当する軸受け部をハウジング1に設けて、バルブシャフト6を摺動自在に支持する構成にする。
図1に示す排気ガス循環バルブでは、EGR通路3が全開になっても吸入空気通路2を全閉せず、吸入空気通路2とポペットバルブ5の間に隙間を残すようにしたが、図10の変形例では隙間を残さないように構成する。具体的には、吸入空気通路2の内壁面のうち、ポペットバルブ5が接近する部位を肉盛りして凸部17とする。これにより、EGR通路3の開弁時に吸入空気通路2を全閉できるようになり、混合ガスに占めるEGRガス量の割合を大幅に増加することができる(即ち、吸入空気量を大幅に低減することができる)。
例えば、ポペットバルブ5の遮蔽部は、図1に示すような一方端面を半球状にした円柱形状以外の形状であってもよい。図11および図12にポペットバルブ5の変形例を示す。
図11の変形例では、ポペットバルブ5aを単なる円柱形状とし、先端を半球状にしない。この形状であっても、ポペットバルブ5aの一方端面でバルブシート7を遮蔽してEGR通路3を閉弁し、また、EGR通路3の開弁時には吸入空気通路2を遮蔽することによって混合ガスに占める吸入空気量の割合を低減できる。
ポペットバルブ5bがバルブシート7を遮蔽する閉弁時、遮蔽部5cの表裏面が吸入空気の流れる方向と平行な状態になっているため(図12(a))、吸入空気の流れを邪魔しない。EGR通路3の開弁時には、ポペットバルブ5bをバルブシート7から離間させながら遮蔽部5cを時計回りに90度回転させ、図12(a)から図12(b)の状態へ変位させる。このため、開弁時には遮蔽部5cの表裏面が吸入空気通路2を遮蔽して(図12(b))、混合ガスに占める吸入空気量の割合を低減できる。開弁時にはポペットバルブ5bをバルブシート7へ接近させながら遮蔽部5cを反時計回りに回転させ、図12(b)から図12(a)の状態へ変位させる。
Claims (10)
- 吸入空気をターボチャージャへ供給する吸入空気通路、および当該吸入空気通路に合流して、排気ガスを前記吸入空気に混合する排気ガス循環通路を有するハウジングと、
前記吸入空気通路と前記排気ガス循環通路の合流部に形成されたバルブシートと、
前記合流部に配置され、前記バルブシートに接離して前記排気ガス循環通路を開閉するポペットバルブと、
前記ポペットバルブを往復動作させるバルブシャフトと、
前記ポペットバルブの前記吸入空気通路を向く面から突出した形状であって、前記排気ガス循環通路を開弁したときに前記吸入空気通路に進入して遮蔽する遮蔽部とを備える排気ガス循環バルブ。 - 前記ポペットバルブの遮蔽部は円柱形状であって、前記吸入空気通路側の端面が半球状であることを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。
- 前記ポペットバルブの遮蔽部は中空であることを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。
- 前記ポペットバルブおよび前記バルブシャフトは、その軸方向が吸入空気通路に対して傾斜して設置され、
前記排気ガス循環通路は、前記軸方向と直交する方向に形成されたことを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。 - 前記合流部は、前記バルブシートから前記吸入空気通路までを連通する空間を有し、当該空間の通路径は前記バルブシートの開口径より大きいことを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。
- 前記合流部の内壁面に、前記ポペットバルブの遮蔽部側面と接するガイド部が突設されたことを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。
- 前記吸入空気通路の横断面は、前記バルブシャフトの軸方向を短軸にした略楕円形状であることを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。
- 前記ハウジングは、
前記バルブシャフトの一端部を摺動自在に支持する軸受け部と、
前記軸受け部より前記バルブシャフト先端側に、前記ハウジング内外を連通する大気開放孔とを有することを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。 - 前記ハウジングは、前記ポペットバルブから前記バルブシート側へ伸びる前記バルブシャフトの一端部と、前記ポペットバルブの遮蔽部から前記吸入空気通路側へ伸びる前記バルブシャフトの他端部とをそれぞれ摺動自在に支持する2箇所の軸受け部を有することを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。
- 前記吸入空気通路の、前記ポペットバルブの遮蔽部が接近する部位に凸部を設けたことを特徴とする請求項1記載の排気ガス循環バルブ。
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