WO2017208603A1 - 二重偏心弁 - Google Patents

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WO2017208603A1
WO2017208603A1 PCT/JP2017/013183 JP2017013183W WO2017208603A1 WO 2017208603 A1 WO2017208603 A1 WO 2017208603A1 JP 2017013183 W JP2017013183 W JP 2017013183W WO 2017208603 A1 WO2017208603 A1 WO 2017208603A1
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WO
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valve
valve body
flow path
fully closed
seat
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PCT/JP2017/013183
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English (en)
French (fr)
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貴樹 稲垣
直 北村
河井 伸二
成人 伊東
吉岡 衛
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愛三工業株式会社
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/02Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with screw-spindle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor

Definitions

  • the axis of the rotary shaft which is the center of rotation of the valve body, is arranged away from the sealing surface of the valve body (primary eccentricity), and is arranged away from the axis of the valve body (secondary eccentricity). It relates to a heavy eccentric valve.
  • this double eccentric valve is configured to improve the sealing performance when fully closed and to prevent wear due to drag between the valve body and the valve seat when the valve body rotates. That is, this double eccentric valve has a valve seat including a valve hole and a seat surface formed at an edge of the valve hole, a valve body having a seal surface corresponding to the seat surface formed on the outer periphery, and a valve body.
  • the biasing force is applied to the drive mechanism side of the rotary shaft. Then, in order to prevent foreign matter from being caught between the valve body and the valve seat when fully closed and the rotating shaft is locked, the rotating shaft is cantilevered by the housing, Some bearing play is allowed between the seats. Further, in order to prevent gas leakage from between the valve body and the valve seat when fully closed, a bearing play is used to seal the valve body in contact with the valve seat by a drive mechanism.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and the purpose thereof is to provide a clearance between the valve body and the valve seat even when a force that lifts the valve body from the valve seat acts on the valve body when fully closed.
  • An object of the present invention is to provide a double eccentric valve that can be sealed to prevent leakage of fluid from between a valve body and a valve seat.
  • one aspect of the present invention is an annular shape, a valve seat including a valve hole and an annular seat surface formed in the valve hole, a disk shape, a seat surface A valve body having an annular sealing surface corresponding to the outer periphery, a housing including a flow path through which a fluid flows, the valve seat and the valve body disposed in the flow path, and the flow path
  • the flow path is divided into an upstream flow path and a downstream flow path, a valve body is disposed in the upstream flow path, a rotation shaft for rotating the valve body, and the rotation shaft is rotatably supported by the housing
  • the axis of the rotary shaft is arranged away from the sealing surface of the valve body, and the valve body is arranged away from the axis of the valve body.
  • valve body Whether the valve body is in a fully closed state including the first side and the second side with a virtual plane extending parallel to the direction of extension as the boundary, and the valve body is seated on the valve seat A double comprising: the first side portion rotating toward the downstream flow path and the second side portion rotating toward the upstream flow path when rotating in the valve opening direction;
  • the valve closing stopper provided to be engageable with the first side portion in order to restrict the rotation toward the valve closing direction opposite to the valve opening direction with respect to the fully closed valve body.
  • a first rotation biasing means for biasing the fully closed valve body in the valve closing direction.
  • the valve closing stopper is provided with the first valve body in order to regulate the rotation in the valve closing direction opposite to the valve opening direction with respect to the fully closed valve body. It is provided in the side part so that engagement is possible. Therefore, even when the fully closed valve body is about to lift from the valve seat, the first side portion of the valve body comes into contact with the valve closing stopper and the lifting is restricted. Further, the fully closed valve body is urged to rotate in the valve closing direction by the first rotation urging means. Therefore, the valve body is urged to rotate in the valve closing direction with the contact portion with the valve closing stopper on the first side as a fulcrum, so that the valve body is finely moved and its sealing surface contacts the seat surface of the valve seat. To do.
  • the gist of the present invention is to further include second rotation urging means for urging the rotation.
  • the second rotation bias The valve body is further urged in the valve closing direction by the means. Therefore, when the lift of the valve body from the valve seat due to the action of the high-pressure fluid is restricted by the valve closing stopper, the valve body finely moves and the seal surface comes into contact with the seat surface of the valve seat.
  • the valve closing stopper is arranged in a plan view of the valve body from the axis of the valve body around the axis of the valve body.
  • a second imaginary line extending in parallel with the axis of the rotation axis from the first imaginary line extending in a direction orthogonal to the axis of the rotation axis toward the side portion of 1 toward the tip of the rotation axis from the axis of the valve body It is intended to be disposed adjacent to the outer periphery of the first side portion of the valve body within the above angle range.
  • the valve closing stopper has a valve body within an angle range from the first imaginary line to the second imaginary line. Is disposed adjacent to the outer periphery of the first side. Therefore, when the valve body comes into contact with the valve closing stopper, at least one of fine movement of the valve body in the rotation direction around the rotation shaft and fine movement of the valve body in the axial direction of the valve body is restricted.
  • valve closing stopper is arranged in the middle of the angular range.
  • the valve closing stopper is disposed in the middle of the angular range. Both the fine movement of the valve body in the rotation direction centering on the valve body and the fine movement of the valve body in the axial direction of the valve body are regulated to the maximum extent.
  • valve closing stopper is arranged on the first imaginary line side from the middle of the angle range.
  • the valve body comes into contact with the valve closing stopper, so that fine movement of the valve body in the rotation direction around the rotation axis is mainly restricted. Is done.
  • valve closing stopper is arranged on the second imaginary line side from the middle of the angle range.
  • valve body comes into contact with the valve closing stopper, whereby fine movement of the valve body in the axial direction of the valve body is mainly restricted.
  • a valve seat including an annular seat surface including an annular seat surface formed in the valve hole, and an annular seal surface corresponding to the seat surface, having a substantially conical shape.
  • a valve body formed on the outer periphery, a housing including a flow path through which fluid flows, the valve seat and the valve body are disposed in the flow path, and the flow path is downstream of the upstream flow path with the valve seat as a boundary.
  • the valve body is divided into side flow paths, the valve body is arranged in the upstream flow path, the valve shaft for reciprocating the valve body in a straight line, and the bearing for supporting the valve shaft so as to be movable in the axial direction And in the poppet valve provided with the valve body that moves toward the upstream flow path when moving in the valve opening direction from the fully closed state seated on the valve seat, with respect to the valve body in the fully closed state, In order to restrict movement in the valve closing direction, the valve seat is provided so as to be engageable with the valve body, and the fully closed valve body is closed. A first valve closing biasing means for biasing in the direction, and when the valve body is fully closed and the high pressure fluid acts on the downstream flow path, the valve body is further biased in the valve closing direction.
  • the second valve closing urging means is provided.
  • both the first valve closing biasing means and the second valve closing biasing means cooperate to increase the size and performance of each of them. There is no need, and miniaturization and cost reduction can be achieved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a gasoline engine system according to a first embodiment.
  • Sectional drawing which concerns on 1st Embodiment and shows the relationship between the valve seat in a fully closed state, a valve body, a rotating shaft, and a main gear.
  • FIG. 10 is a plan sectional view showing a part of a fully closed EGR valve according to the second embodiment.
  • the graph which shows the relationship between the pressure which acts on a valve body, and the leakage flow volume of an EGR valve is related to 2nd Embodiment, and the position of a valve-closing stopper is "90 degree".
  • FIG. 10 is a plan sectional view showing a part of an EGR valve in a fully closed state according to a third embodiment.
  • the graph which shows the characteristic of EGR gas flow volume with respect to 3rd Embodiment with respect to the opening degree of an EGR valve.
  • a sectional view showing an EGR valve concerning a 4th embodiment and including a DC motor type poppet valve.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the gasoline engine system of this embodiment.
  • a gasoline engine system mounted on an automobile includes a reciprocating engine 1.
  • the engine 1 is provided with an intake passage 2 for introducing intake air into each cylinder and an exhaust passage 3 for deriving exhaust gas from each cylinder.
  • a supercharger 5 is provided in the intake passage 2 and the exhaust passage 3.
  • the intake passage 2 is provided with an air cleaner 4, a compressor 5 a of the supercharger 5, an intercooler 6, a throttle device 7, and an intake manifold 8.
  • the throttle device 7 adjusts the amount of intake air in the intake passage 2 by opening and closing a butterfly throttle valve 7a.
  • Intake manifold 8 includes a surge tank 8 a and a plurality of branch passages 8 b that branch from surge tank 8 a to each cylinder of engine 1.
  • the exhaust passage 3 is provided with a turbine 5b of the supercharger 5 and a first catalyst 9 and a second catalyst 10 arranged in series to purify the exhaust.
  • the engine 1 has a known configuration, combusts a mixture of fuel and intake air, and discharges the exhaust after combustion to the exhaust passage 3.
  • the turbine 5 b rotates by the flow of exhaust gas
  • the compressor 5 a rotates in conjunction with the rotation of the turbine 5 b, thereby boosting the intake air in the intake passage 2.
  • This engine system includes an exhaust gas recirculation device (EGR device) 21.
  • This device 21 includes an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 22 for flowing a part of exhaust discharged from the engine 1 to the exhaust passage 3 as exhaust gas recirculation gas (EGR gas) to the intake passage 2 and recirculating to each cylinder.
  • the exhaust gas recirculation cooler (EGR cooler) 23 for cooling the EGR gas provided in the EGR passage 22 and the exhaust gas recirculation valve provided in the EGR passage 22 downstream from the EGR cooler 23 for adjusting the flow rate of the EGR gas (EGR valve) 24.
  • the EGR passage 22 includes an inlet 22a and a plurality of outlets 22b.
  • An EGR distribution pipe 25 having a plurality of outlets 22 b is provided on the downstream side of the EGR passage 22.
  • the EGR distribution pipe 25 is provided in the branch passage 8 b of the intake manifold 8.
  • the inlet 22 a of the EGR passage 22 is connected between two catalysts 9 and 10 arranged in series in the exhaust passage 3.
  • the plurality of outlets 22b of the EGR distribution pipe 25 communicate with each of the branch passages 8b.
  • the plurality of outlets 22b communicate with the respective branch passages 8b in order to introduce EGR gas evenly into the respective cylinders through the respective branch passages 8b.
  • the EGR valve 24 is constituted by a motorized valve having a variable opening.
  • the EGR valve 24 desirably has characteristics of a large flow rate, high response, and high resolution. Therefore, in this embodiment, as a structure of the EGR valve 24, for example, a “double eccentric valve” described in Japanese Patent No. 5759646 can be adopted as a basic configuration. This double eccentric valve is configured for large flow control.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the EGR valve 24.
  • the EGR valve 24 includes a valve unit 31 constituted by a double eccentric valve, a motor unit 32 incorporating a motor 42 (see FIG. 5), and a deceleration mechanism unit 33 incorporating a deceleration mechanism 43 (see FIG. 5).
  • the valve part 31 includes a pipe part 37 having a flow path 36 through which EGR gas flows. Inside the flow path 36, a valve seat 38, a valve body 39, and a distal end part 40 c of the rotating shaft 40 are disposed. The rotating force of the motor 42 (see FIG. 5) is transmitted to the rotating shaft 40 via the speed reduction mechanism 43 (see FIG. 5).
  • FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the valve portion 31 in the fully closed state in which the valve body 39 is disposed at the fully closed position where the valve body 39 is seated on the valve seat 38.
  • FIG. 4 is a perspective view of the valve portion 31 in a fully opened state where the valve body 39 is farthest from the valve seat 38.
  • a step 36 a is formed in the flow path 36, and a valve seat 38 is incorporated in the step 36 a.
  • the valve seat 38 has an annular shape and has a valve hole 38a in the center.
  • An annular seat surface 38b is formed at the edge of the valve hole 38a.
  • the valve body 39 has a disk shape, and an annular seal surface 39a corresponding to the seat surface 38b is formed on the outer periphery thereof.
  • the valve body 39 is fixed to the distal end portion 40 c of the rotating shaft 40 and is rotated integrally with the rotating shaft 40.
  • the flow path 36 is divided into an upstream flow path 36AA and a downstream flow path 36BB with a valve seat 38 as a boundary.
  • the flow path 36 above the valve seat 38 indicates the upstream flow path 36AA of the EGR gas flow
  • the flow path 36 below the valve seat 38 indicates the downstream flow path of the EGR gas flow.
  • 36BB is shown.
  • the valve body 39 is arrange
  • the upstream flow path 36AA is an “exhaust side” communicating with the exhaust passage 3 via the EGR passage 22, and the downstream flow path 36BB is connected to the intake passage 2 (intake manifold 8) via the EGR passage 22. ) Leading to “intake side”.
  • FIG. 5 shows a plan view of the EGR valve 24 in the fully closed state.
  • the EGR valve 24 includes a body 41, a motor 42, a speed reduction mechanism 43, and a return mechanism 44 in addition to the valve seat 38, the valve body 39 and the rotating shaft 40 as main components.
  • the body 41 includes an aluminum valve housing 45 including a flow path 36 and a pipe portion 37, and a synthetic resin end frame 46 that closes an open end of the housing 45.
  • the rotating shaft 40 and the valve body 39 are provided in the valve housing 45. That is, the rotating shaft 40 includes a pin 40a for attaching the valve body 39 to the tip portion 40c.
  • the rotating shaft 40 has a distal end portion 40c with a pin 40a as a free end, and the distal end portion 40c is disposed in the upstream flow path 36AA together with the valve body 39.
  • the valve body 39 and the tip end portion 40c of the rotary shaft 40 are disposed in the upstream flow path 36AA, and the valve body 39 is provided so as to be seated on the valve seat 38.
  • the rotating shaft 40 has a base end portion 40b on the opposite side of the pin 40a, and is cantilevered by the valve housing 45 at the base end portion 40b.
  • the base end portion 40 b of the rotating shaft 40 is rotatably supported by the valve housing 45 via two bearings arranged apart from each other, that is, a first bearing 47 and a second bearing 48.
  • a rubber seal 61 is provided between the rotary shaft 40 and the valve housing 45 adjacent to the second bearing 48.
  • the first bearing 47 and the second bearing 48 are each constituted by a ball bearing.
  • the valve body 39 includes a protrusion 39b that protrudes upward (upstream flow path 36AA) on its axis L2 (see FIG. 6), and a pin hole 39c is formed in the protrusion 39b.
  • the valve body 39 is fixed to the rotating shaft 40 by press-fitting and welding a pin 40a into the pin hole 39c.
  • the end frame 46 is fixed to the valve housing 45 by a plurality of clips (not shown). Inside the end frame 46, an opening degree sensor 49 that is disposed corresponding to the base end of the rotating shaft 40 and detects the opening degree (valve opening degree) of the valve body 39 is provided.
  • a main gear 51 is fixed to the base end portion 40 b of the rotating shaft 40.
  • a return spring 50 is provided between the main gear 51 and the valve housing 45 to urge the valve body 39 to rotate in the valve closing direction.
  • the return spring 50 corresponds to an example of the first rotation biasing means of the present invention.
  • a recess 51a is formed on the back side of the main gear 51, and the magnet 56 is accommodated in the recess 51a.
  • the magnet 56 is pressed and fixed by a pressing plate 57 from above. Therefore, when the main gear 51 rotates integrally with the valve body 39 and the rotating shaft 40, the magnetic field of the magnet 56 changes, and the opening sensor 49 detects the change of the magnetic field as the valve opening. Yes.
  • the motor 42 is housed in a housing recess 45 a formed in the valve housing 45.
  • the motor 42 is fixed to the valve housing 45 via the retaining plate 58 and the leaf spring 59 in the housing recess 45a.
  • the motor 42 is drivingly connected to the rotary shaft 40 via the speed reduction mechanism 43 in order to open and close the valve body 39. That is, the motor gear 53 fixed on the output shaft (not shown) of the motor 42 is drivingly connected to the main gear 51 via the intermediate gear 52.
  • the intermediate gear 52 includes a two-stage gear including a large diameter gear 52a and a small diameter gear 52b.
  • the intermediate gear 52 is rotatably supported by the valve housing 45 via the pin shaft 54.
  • a motor gear 53 is connected to the large diameter gear 52a, and a main gear 51 is connected to the small diameter gear 52b.
  • a reduction mechanism 43 is constituted by the gears 51 to 53.
  • the main gear 51 and the intermediate gear 52 are formed of a resin material for weight reduction.
  • a rubber gasket 60 is provided at the joint between the valve housing 45 and the end frame 46. The gasket 60 seals the inside of the motor unit 32 and the speed reduction mechanism unit 33 from the atmosphere.
  • an excessive supercharging pressure may act on the downstream side flow path 36BB from the intake passage 2.
  • the valve body 39 may be lifted from the valve seat 38, and intake air may leak into the upstream flow path 36 ⁇ / b> AA and flow into the exhaust passage 3.
  • the catalysts 9 and 10 may be deteriorated or a backfire or the like may occur.
  • the lift of the valve body 39 is such that the rotary shaft 40 is supported by the valve housing 45 via two bearings 47 and 48, and the bearings 47 and 48 have a backlash in units of microns due to the structure. Can happen. Therefore, the EGR valve 24 is provided with a configuration for preventing the valve body 39 from being lifted by the action of excessive supercharging pressure when fully closed.
  • FIG. 6 is a sectional view showing the relationship among the valve seat 38, the valve body 39, the rotating shaft 40, and the main gear 51 in the fully closed state.
  • the axis (main axis) L ⁇ b> 1 of the rotary shaft 40 is disposed away from the seal surface 39 a of the valve body 39 and is disposed away from the axis L ⁇ b> 2 of the valve body 39.
  • the axis (secondary axis L3) of the pin 40a of the rotating shaft 40 extends in parallel to the main axis L1 and is arranged so as to be offset from the main axis L1 in the radial direction of the rotating shaft 40.
  • the valve body 39 is a portion indicated by a first side 39AA (shaded (dots) in FIG. 6) with a virtual plane V1 extending in parallel with the direction in which the axis L2 of the valve body 39 extends from the main axis L1. ) And the second side portion 39BB (the portion not shaded in FIG. 6).
  • first side portion 39AA is in the downstream side flow.
  • second side portion 39BB is rotated toward the upstream flow path 36AA while rotating toward the path 36BB.
  • the valve element 39 is closed from the open state to the fully closed state, the valve element 39 is rotated in the valve closing direction (counterclockwise in FIG. 6) opposite to the valve opening direction F1.
  • a gear stopper 63 that restricts the rotation of the main gear 51 is provided on the rotation locus of the main gear 51.
  • the gear stopper 63 is provided on the valve housing 45.
  • a predetermined gap G ⁇ b> 1 is set between the main gear 51 and the gear stopper 63. Therefore, the main gear 51 is further allowed to rotate from the fully closed state until it contacts the gear stopper 63. This allows further rotation of the valve body 39 in the fully closed state in the valve closing direction.
  • valve seat 38 is opened with respect to the fully closed valve body 39 as shown in FIGS.
  • a valve closing stopper 65 is provided for restricting the rotation toward the valve closing direction opposite to the valve direction F1.
  • the valve closing stopper 65 is disposed adjacent to the outer periphery of the first side portion 39AA of the valve body 39 in a plan view of the valve body 39, and is provided to be engageable with the upper surface of the first side portion 39AA.
  • the valve closing stopper 65 has an L shape, and its short side portion 65a is fixed to the upper surface of the valve seat 38, and the long side portion 65b is disposed so as to be in contact with the upper surface of the first side portion 39AA.
  • the valve closing stopper 65 can be fixed to the valve seat 38 by welding, for example.
  • a slight gap G2 is provided between the upper surface of the first side portion 39AA and the long side portion 65b of the valve closing stopper 65.
  • the gap G2 shown in FIG. 6 is shown larger than the actual size for convenience. As shown in FIG.
  • the valve closing stopper 65 has a first side portion 39AA from the axis L2 of the valve body 39 around the axis L2 of the valve body 39 in the plan view of the valve body 39. Is arranged on a first imaginary line L10 extending in a direction orthogonal to the main axis L1 of the rotary shaft 40. That is, in this embodiment, the valve closing stopper 65 is arranged on the first imaginary line L10 side (position closer to the first imaginary line L10) than the middle of an angle range ⁇ 1 (see FIG. 13) described later. .
  • FIG. 7 is a block diagram showing the electrical configuration of the second rotation urging means.
  • An intake pressure sensor 71 and the EGR valve 24 are connected to the controller 70. Then, the controller 70 performs the following rotation urging control on the EGR valve 24.
  • the motor 42, the speed reduction mechanism 43, and the controller 70 of the EGR valve 24 constitute an example of the second rotation urging means of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the contents of the rotation bias control.
  • the controller 70 determines whether or not the EGR valve 24 is in a fully closed state. The controller 70 can make this determination by determining whether or not the EGR valve 24 is being fully closed. If this determination result is affirmative, the controller 70 proceeds to step 110, and if this determination result is negative, the controller 70 returns the process to step 100.
  • step 110 the controller 70 takes in the intake pressure PM detected by the intake pressure sensor 71.
  • step 120 the controller 70 determines whether or not the intake pressure PM is higher than a predetermined value P1.
  • the predetermined value P1 is a value set on the assumption that a high supercharging pressure is applied to the intake manifold 8 by the operation of the supercharger 5. If this determination result is affirmative, the controller 70 proceeds to step 130, and if this determination result is negative, the controller 70 returns the process to step 100.
  • step 130 the controller 70 controls the motor 42 to further rotate the valve body 39 of the EGR valve 24 from the fully closed state to the valve closing direction.
  • the controller 70 can control the motor 42 by PWM (PulseulationWidth Modulation), for example. That is, the output of the motor 42 is controlled by changing the duty ratio (DUTY) of the current to the motor 42. Thereafter, the controller 70 returns the process to step 100.
  • PWM PulseulationWidth Modulation
  • the controller 70 further moves the valve body 39 from the fully closed state when the valve body 39 is fully closed and high pressure intake air, that is, supercharging pressure, acts on the downstream flow path 36BB.
  • the motor 42 is controlled to urge the rotation in the valve closing direction.
  • the valve body 39 in the fully closed state is restricted from turning in the valve closing direction opposite to the valve opening direction F1.
  • a valve closing stopper 65 is provided so as to be engageable with the first side portion 39AA of the valve body 39. Therefore, for example, even if the supercharging pressure acts on the downstream side flow path 36BB and the valve body 39 in the fully closed state tries to float up from the valve seat 38, as shown in FIG.
  • the side portion 39AA comes into contact with the valve closing stopper 65 and the lifting of the valve body 39 is restricted. That is, when the valve body 39 comes into contact with the valve closing stopper 65, the fine movement of the valve body 39 in the rotation direction around the rotation shaft 40 is mainly restricted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the valve seat 38, the valve body 39, and the like.
  • the valve body 39 is urged to rotate in the valve closing direction with the contact portion C1 of the first side portion 39AA with the valve closing stopper 65 as a fulcrum.
  • the seal surface 39 a comes into contact with the seat surface 38 b of the valve seat 38 by fine movement in the direction. That is, as shown in FIG. 11, when the seal surface 39a of the second side portion 39BB comes into contact with the seat surface 38b of the valve seat 38, the valve body 39 moves laterally along the taper of the seat surface 38b. become. As a result, as shown in FIG.
  • the seal surface 39 a comes into contact with the seat surface 38 b of the valve seat 38 even in the first side portion 39 ⁇ / b> AA, and the seal surface 39 a between the valve body 39 and the valve seat 38.
  • the entire circumference makes line contact or surface contact with the entire circumference of the sheet surface 38b.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the valve seat 38, the valve body 39, and the like.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view showing part of the valve seat 38 and the second side portion 39BB.
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the valve seat 38 and the first side portion 39AA.
  • the valve body 39 when the valve body 39 is fully closed and a high boost pressure is applied to the downstream flow path 36BB, the valve body 39 is further closed by the controller 70, the motor 42, and the like. It is urged to rotate in the direction. Therefore, when the lift of the valve body 39 from the valve seat 38 due to the action of the high supercharging pressure is restricted, the valve body 39 is finely moved in the lateral direction as described above, and the seal surface 39a of the valve seat 38 is It contacts the sheet surface 38b. For this reason, even if a high supercharging pressure that lifts the valve body 39 from the valve seat 38 when fully closed acts on the valve body 39, the valve body 39 and the valve seat 38 can be sealed. Leakage of intake air from between the body 39 and the valve seat 38 can be prevented.
  • the valve body 39 and the distal end portion 40c of the rotating shaft 40 are disposed in the upstream flow path 36AA, and the valve body 39 is provided so as to be seated on the valve seat 38. Therefore, when fully closed, the exhaust pressure acting on the upstream flow path 36AA acts in the direction in which the valve body 39 is seated on the valve seat 38. For this reason, when fully closed, EGR gas leakage from the EGR valve 24 to the intake passage 2 can be effectively prevented by using the exhaust pressure acting on the upstream flow path 36AA.
  • FIG. 13 is a plan sectional view showing a part of the EGR valve 24 in the fully closed state.
  • the valve closing stopper 65 has a first side portion 39AA from the axis L2 of the valve body 39 around the axis L2 of the valve body 39 in the plan view of the valve body 39. From the first imaginary line L10 extending in the direction orthogonal to the main axis L1 of the rotating shaft 40 toward the axis, parallel to the main axis L1 of the rotating shaft 40 from the axis L2 of the valve body 39 toward the tip 40c of the rotating shaft 40.
  • the valve closing stopper 65 is disposed in the middle of the angle range ⁇ 1.
  • the middle of the angle range ⁇ 1 for example, in FIG. 13, in addition to the position of “45 °” in the clockwise direction with the first imaginary line L10 as the reference position (0 °), the clock from the reference position (0 °) is used. It shall include positions in the range of “40 ° -50 °” in the direction.
  • the valve closing stopper 65 is disposed adjacent to the outer periphery of the valve body 39 in the angle range ⁇ 1 from the first imaginary line L10 to the second imaginary line L20. Therefore, when the valve body 39 comes into contact with the valve closing stopper 65, at least fine movement of the valve body 39 in the rotation direction around the rotation shaft 40 and fine movement of the valve body 39 in the direction of the axis L2 of the valve body 39 are at least. One is regulated. For this reason, the floating of the valve body 39 from the valve seat 38 when fully closed can be effectively suppressed.
  • valve closing stopper 65 is disposed in the middle of the angle range ⁇ 1
  • the valve in the rotation direction around the rotation shaft 40 is provided.
  • Both the fine movement of the body 39 and the fine movement of the valve body in the direction of the axis L2 of the valve body 39 are regulated to the maximum extent. For this reason, even when a high supercharging pressure that lifts the valve body 39 from the valve seat 38 when fully closed acts on the valve body 39, the gap between the valve body 39 and the valve seat 38 can be effectively sealed. It is possible to effectively prevent leakage of high-pressure intake air from between the valve body 39 and the valve seat 38.
  • FIG. 14 is a side sectional view showing a part of the EGR valve 24 in the fully closed state.
  • the rotary shaft 40 having the valve body 39 fixed to the tip end portion 40 c is cantilevered by two bearings 47 and 48 in the valve housing 45. Therefore, there is some inevitable bearing play between the rotary shaft 40 and the two bearings 47 and 48. For this reason, there is some backlash between the valve body 39 and the valve seat 38 in the vertical direction of the valve body 39 (vertical direction in FIG. 14).
  • valve body 39 (the position on the extension line of the main axis L1 of the rotating shaft 40). It can be suppressed with a small force (torque). However, this position is the inferior position in order to prevent the valve body 39 from lifting in the rotation direction (opening / closing direction). On the other hand, in order to prevent the valve body 39 from lifting in the rotational direction, at the position indicated by the black triangle in FIG. 13 (on the first imaginary line L10 and the position farthest from the axis L2 of the valve body 39), When the valve body 39 is suppressed, it can be suppressed with the smallest force (torque).
  • valve closing stopper 65 in the middle of the angle range ⁇ 1, both the uplift in the vertical direction of the valve body 39 and the uplift in the rotation direction of the valve body 39 are combined.
  • the lift of the valve body 39 can be suppressed with a smaller force (torque).
  • 15 to 17 are graphs showing the relationship between the flow rate of the intake air from between the valve seat 38 and the valve body 39 with respect to the pressure applied to the valve body 39 (supercharging pressure).
  • 15 to 17 “black circle”, “white circle”, and “black square” indicate differences in the duty ratio (DUTY) of current supplied to the motor 42 (black circle: 0%, white circle: 10%, black square: 20%).
  • 15 shows a case where the valve closing stopper is located in the counterclockwise direction “ ⁇ 45 °” with reference to the first imaginary line L10 in FIG. 14, and
  • FIG. 16 shows a case where the valve closing stopper is located at “0 °”. (In the case of the first embodiment) is shown, and FIG.
  • the valve closing stopper 65 is disposed in the middle of the angle range ⁇ 1, and therefore, the valve body 39 counters the supercharging pressure twice as compared with the case of the first embodiment. It can be seen that the floating of the can be effectively suppressed.
  • FIG. 18 is a plan sectional view showing a part of the EGR valve 24 in the fully closed state.
  • the valve closing stopper 65 has a first imaginary line L ⁇ b> 10 to a second imaginary line L ⁇ b> 20 centering on the axis L ⁇ b> 2 of the valve element 39 in the plan view of the valve element 39. Is disposed adjacent to the outer periphery of the valve body 39 within the angular range ⁇ 1.
  • the valve closing stopper 65 is closer to the second imaginary line L20 than the middle of the angle range ⁇ 1, and as an example is a position “60 °” clockwise from the reference position (0 °). Placed in.
  • the valve closing stopper 65 in the plan view of the valve body 39, is disposed in the direction in which the long side portion 65b is orthogonal to the main axis L1 on the first side portion 39AA side with respect to the main axis L1. .
  • the valve closing stopper 65 is closer to the second imaginary line L20 than the middle of the angle range ⁇ 1, and as an example, is “60 °” clockwise from the reference position (0 °). Since the valve body 39 is in contact with the valve closing stopper 65, the fine movement of the valve body 39 in the direction of the axis L2 of the valve body 39 is mainly restricted. For this reason, the lift of the valve body 39 from the valve seat 38 in the direction of the axis L2 of the valve body 39 can be suppressed. In particular, the flow rate characteristic (flow rate resolution) of the EGR gas in the low opening range of the EGR valve 24 can be improved.
  • FIG. 19 shows, as an example, a graph showing the flow rate characteristics of the EGR gas with respect to the opening degree of the EGR valve 24.
  • the difference in the line type of the curve indicates the difference in the arrangement of the valve closing stopper 65 (angle from the reference position (0 °)). That is, a thick solid line indicates the case of the reference position “0 °” (first embodiment), a thick one-dot chain line indicates the case of “35 °”, and a thick two-dot chain line indicates the case of “45 °” (second case). Embodiment), and a thick broken line indicates a case of “60 °” (third embodiment).
  • FIG. 20 is a sectional view showing an EGR valve 81 including the DC motor type poppet valve of this embodiment.
  • the EGR valve 81 of this embodiment includes a poppet valve. That is, as shown in FIG. 20, the EGR valve 81 includes a housing 83 having a flow path 82, a valve seat 84 provided in the flow path 82, and a valve body 85 provided so as to be seated on the valve seat 84. And a valve shaft 86 for causing the valve body 85 to reciprocate (stroke) in a straight line, and a DC motor 87 for moving the valve shaft 86 in the axial direction together with the valve body 85.
  • the valve body 85 is fixed to the lower end portion of the valve shaft 86, and a spring receiver 88 is provided on the upper end portion of the valve shaft 86. Between the spring receiver 88 and the housing 83, a valve closing spring 89 (first valve closing) that biases the valve body 85 and the valve shaft 86 in the direction in which the valve body 85 is seated on the valve seat 84, that is, in the valve closing direction. Biasing means) is provided.
  • the housing 83 is provided with a thrust bearing 90 for supporting the valve shaft 86 so as to be movable in the axial direction. Further, a seal member 91 is provided in the housing 83 adjacent to the thrust bearing 90.
  • the DC motor 87 mainly includes an electromagnetic coil 92, a rotor 94 including a magnet 93, and a rotating shaft 95.
  • the rotor 94 is rotatably supported by the housing 83 via a radial bearing 96.
  • the electromagnetic coil 92 is fixed to the housing 83 around the rotor 94.
  • the rotating shaft 95 is disposed coaxially with the valve shaft 86, and a lower end portion thereof is provided so as to press the valve shaft 86.
  • a male screw 97 is provided on the upper portion of the rotation shaft 95.
  • a female screw 98 that is screwed with the male screw 97 is provided.
  • the EGR valve 81 drives the DC motor 87, that is, excites the electromagnetic coil 92 to rotate the rotor 94, thereby rotating the rotational movement of the rotary shaft 95 through the female screw 98 and the male screw 97.
  • the degree of opening of the valve body 85 relative to the valve seat 84 is adjusted by converting the movement into a motion and pressing the valve shaft 86 at the lower end thereof.
  • the valve seat 84 has an annular shape and includes a valve hole 84a and an annular seat surface 84b formed in the valve hole 84a.
  • the valve body 85 has a substantially truncated cone shape, and an annular seal surface 85a corresponding to the seat surface 84b is formed on the outer periphery.
  • the flow path 82 is divided into an upstream flow path 82A (lower side) and a downstream flow path 82B (upper side) with the valve seat 84 as a boundary, and the valve body 85 is disposed in the upstream flow path 82A.
  • the upstream flow path 82A is connected to the exhaust passage via the EGR passage.
  • the downstream channel 82B is connected to the intake passage via the EGR passage.
  • the valve seat 84 is provided so as to be engageable with the valve body 85 (valve closing regulating means).
  • this EGR valve 81 is used instead of the EGR valve 24 in the gasoline engine system shown in FIG. Further, in this embodiment, this EGR valve 81 is used instead of the EGR valve 24 in the block diagram shown in FIG. That is, the controller 70 further biases the valve body 85 from the fully closed state to the valve closing direction when the valve body 85 is fully closed and a high boost pressure is applied to the downstream flow path 82B. Therefore, the DC motor 87 is controlled (second valve closing urging means).
  • the valve body 85 in the fully closed state is engaged with the valve seat 84 to move in the valve closing direction (upward direction). Heading is restricted.
  • the valve body 85 In the fully closed state, the valve body 85 is biased in the valve closing direction by the valve closing spring 89. Therefore, even if some intake pressure (positive pressure) acts on the downstream flow path 82 ⁇ / b> B, the valve body 85 is kept in the fully closed state, and the lift of the valve body 85 from the valve seat 84 is restricted.
  • the DC motor 87 is controlled by the controller 70, and the valve body 85 is further moved in the valve closing direction.
  • valve body 85 is prevented from being lifted from the valve seat 84, and the seal surface 85a of the valve body 85 and the seat surface 84b of the valve seat 84 are controlled. Contact with is maintained. For this reason, even if a high supercharging pressure acts on the valve body 85 when fully closed, the space between the valve body 85 and the valve seat 84 can be sealed. Leakage of the intake air from the can be prevented. Further, since the valve body 85 can be prevented from being lifted by the supercharging pressure, the valve closing spring 89 and the DC motor 87 can be cooperated, so that both the 89 and 87 need not be increased in size and performance, and the size can be reduced. And cost reduction can be achieved.
  • the controller 70 and the motor 42 controls the EGR valve 24 to further urge the valve body 39 in the valve closing direction.
  • the controller and the motor are configured to further bias the valve body in the valve closing direction. You can also.
  • the double eccentric valve according to the present invention is embodied in the EGR valve 24.
  • the double eccentric valve of the invention can be embodied.
  • the present invention can be used for, for example, an EGR valve of an EGR device mounted on an engine.

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Abstract

二重偏心弁を含むEGR弁は、弁座(38)、弁体(39)、回転軸(40)及び流路を備える。流路は、弁座(38)を境に上流側流路と下流側流路に分かれ、上流側流路に弁体(39)が配置される。弁体(39)は、回転軸(40)の軸線(L1)から弁体(39)の軸線(L2)が伸びる方向と平行に伸びる仮想面(V1)を境とする第1の側部(39AA)と第2の側部(39BB)を含む。弁体(39)が全閉状態から開弁方向へ回動するとき、第1の側部(39AA)は下流側流路へ回動し、第2の側部(39BB)は上流側流路へ回動する。全閉状態の弁体39の閉弁方向への回動を規制するために閉弁ストッパ(65)が第1の側部(39AA)に係合可能に設けられる。また、全閉状態の弁体(39)を閉弁方向へ回動付勢する閉弁スプリング(第1の回動付勢手段)が設けられる。

Description

二重偏心弁
 この発明は、弁体の回動中心である回転軸の軸線が弁体のシール面から離れて配置される(一次偏心)と共に、弁体の軸線から離れて配置される(二次偏心)二重偏心弁に関する。
 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が知られている。この二重偏心弁は、全閉時におけるシール性向上と、弁体の回動時に弁体と弁座との引き摺りによる摩耗の防止を図るために構成される。すなわち、この二重偏心弁は、弁孔と弁孔の縁部に形成されたシート面を含む弁座と、シート面に対応するシール面が外周に形成された弁体と、弁体を回動させるための回転軸と、回転軸を回転駆動させる駆動機構と、回転軸を支持する軸受とを備える。ここで、軸受を支点として弁体と回転軸の弁体側を弁座の方向へ押圧するために、回転軸の駆動機構側に付勢力を加えるように構成される。そして、全閉時に弁体と弁座との間に異物が噛み込まれて回転軸がロックされるのを防止するために、回転軸をハウジングにて片持ち支持することにより、弁体と弁座との間で多少の軸受ガタを許容するようになっている。また、全閉時に弁体と弁座との間からガス漏れを防止するために、軸受ガタを利用し、駆動機構により弁体を弁座に接触させてシールするようになっている。
 ところで、このように構成された二重偏心弁を、例えば、過給機を備えたエンジンシステムにおいて、排気還流(EGR)通路を流れるEGRガス流量を調節するEGR弁に採用することが考えられる。
国際公開第2016/002599号
 ところが、上記したように二重偏心弁をEGR弁に採用した場合、弁体の全閉時に、吸気通路側から過給圧がEGR通路を介して弁体を開弁させる方向へ作用すると、弁体が弁座から浮き上がり、新気が排気通路側へ流れるおそれがある。その結果、排気通路に設けられる触媒へ新気が流れて、触媒の排気浄化性能を低下させるおそれがあった。
 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、全閉時に弁体を弁座から浮き上がらせる力が弁体に作用しても、弁体と弁座との間を封止して、弁体と弁座との間からの流体の漏れを防止することを可能とした二重偏心弁を提供することにある。
 (1)上記目的を達成するために、本発明の一態様は、円環状をなし、弁孔と弁孔に形成された環状のシート面を含む弁座と、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た弁体と、流体が流れる流路を含むハウジングと、弁座と弁体が流路に配置されることと、流路は、弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、上流側流路に弁体が配置されることと、弁体を回動させるための回転軸と、回転軸をハウジングにて回転可能に支持するための軸受と、回転軸の軸線が弁体のシール面から離れて配置されると共に、弁体の軸線から離れて配置されることと、弁体は、回転軸の軸線から弁体の軸線が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境とする第1の側部と第2の側部を含み、弁体が弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ回動するときに、第1の側部が下流側流路へ向けて回動し、第2の側部が上流側流路へ向けて回動することとを備えた二重偏心弁において、全閉状態の弁体に対し、開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、第1の側部に係合可能に設けられた閉弁ストッパと、全閉状態の弁体を閉弁方向へ回動付勢するための第1の回動付勢手段とを備えたことを趣旨とする。
 上記(1)の構成によれば、全閉状態の弁体に対し、開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、閉弁ストッパが、弁体の第1の側部に係合可能に設けられる。従って、全閉状態の弁体が弁座から浮き上がろうとしても、弁体の第1の側部が閉弁ストッパに接触して浮き上がりが規制される。また、全閉状態の弁体は、第1の回動付勢手段により、閉弁方向へ回動付勢される。従って、弁体は、第1の側部の閉弁ストッパとの接触部を支点として、閉弁方向へ回動付勢され、弁体が微動してそのシール面が弁座のシート面に接触する。
 (2)上記目的を達成するために、上記(1)の構成において、弁体が全閉状態となり、かつ、下流側流路に高圧流体が作用するときに、弁体を更に閉弁方向へ回動付勢するための第2の回動付勢手段を更に備えたことを趣旨とする。
 上記(2)の構成によれば、上記(1)の構成の作用に加え、弁体が全閉状態となり、かつ、下流側流路に高圧流体が作用するときには、第2の回動付勢手段により弁体が更に閉弁方向へ付勢される。従って、高圧流体の作用による弁体の弁座からの浮き上がりが閉弁ストッパにより規制されるときには、弁体が微動してそのシール面が弁座のシート面に接触する。
 (3)上記目的を達成するために、上記(1)又は(2)の構成において、閉弁ストッパは、弁体の平面視において、弁体の軸線を中心にして、弁体の軸線から第1の側部へ向けて回転軸の軸線と直交する方向へ延びる第1の仮想線から、弁体の軸線から回転軸の先端部へ向けて回転軸の軸線と平行に延びる第2の仮想線までの角度範囲の中で、弁体の第1の側部の外周に隣接して配置されることを趣旨とする。
 上記(3)の構成によれば、上記(1)又は(2)の構成の作用に加え、閉弁ストッパが、第1の仮想線から第2の仮想線までの角度範囲の中で弁体の第1の側部の外周に隣接して配置される。従って、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、回転軸を中心にした回動方向における弁体の微動と弁体の軸線方向における弁体の微動の少なくとも一方が規制される。
 (4)上記目的を達成するために、上記(3)の構成において、閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間に配置されることを趣旨とする。
 上記(4)の構成によれば、上記(3)の構成の作用に加え、閉弁ストッパが前記角度範囲の中間に配置されるので、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、回転軸を中心にした回動方向における弁体の微動と弁体の軸線方向における弁体の微動の両方が最大限に規制される。
 (5)上記目的を達成するために、上記(3)の構成において、閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも第1の仮想線の側に配置されることを趣旨とする。
 上記(5)の構成によれば、上記(3)の構成の作用に加え、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、回転軸を中心にした回動方向における弁体の微動が主として規制される。
 (6)上記目的を達成するために、上記(3)の構成において、閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも第2の仮想線の側に配置されることを趣旨とする。
 上記(6)の構成によれば、上記(3)の構成の作用に加え、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、弁体の軸線方向における弁体の微動が主として規制される。
 (7)上記目的を達成するために、円環状をなし、弁孔と弁孔に形成された環状のシート面を含む弁座と、略円錐形状をなし、シート面に対応する環状のシール面が外周に形成された弁体と、流体が流れる流路を含むハウジングと、弁座と弁体が流路に配置されることと、流路は、弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、上流側流路に弁体が配置されることと、弁体を直進的に往復運動させるための弁軸と、弁軸をその軸線方向へ移動可能に支持するための軸受と、弁体は、弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ移動するときに上流側流路へ向けて移動することとを備えたポペット弁において、全閉状態の弁体に対し、閉弁方向へ向かう移動を規制するために、弁座が弁体に係合可能に設けられることと、全閉状態の弁体を閉弁方向へ付勢するための第1の閉弁付勢手段と、弁体が全閉状態となり、かつ、下流側流路に高圧流体が作用するときに、弁体を更に閉弁方向へ付勢するための第2の閉弁付勢手段とを備えたことを趣旨とする。
 上記(7)の構成によれば、第1の閉弁付勢手段により弁体が全閉状態となり、かつ、下流側流路に高圧流体が作用するときに、第2の閉弁付勢手段により、弁体が弁座に係合する閉弁方向へ更に付勢される。従って、高圧流体の作用による弁体の弁座からの浮き上がりが規制される。
 上記(1)の構成によれば、全閉時に弁体を弁座から浮き上がらせる力が弁体に作用しても、弁体と弁座との間を封止することができ、弁体と弁座との間からの流体の漏れを防止することができる。
 上記(2)の構成によれば、全閉時に弁体を弁座から浮き上がらせる高圧流体の圧力が弁体に作用しても、弁体と弁座との間を封止することができ、弁体と弁座との間からの高圧流体の漏れを防止することができる。
 上記(3)の構成によれば、上記(1)又は(2)の構成の効果に加え、全閉時における弁体の弁座からの浮き上がりを効果的に抑えることができる。
 上記(4)の構成によれば、上記(3)の構成の効果に加え、全閉時における弁体の弁座からの浮き上がりを最も効果的に抑えることができる。
 上記(5)の構成によれば、上記(3)の構成の効果に加え、回転軸を中心にした回動方向における弁体の弁座からの浮き上がりを抑えることができる。
 上記(6)の構成によれば、上記(3)の構成の効果に加え、弁体の軸線方向における弁体の弁座からの浮き上がりを抑えることができる。特に、低開度域での流体の流量特性(流量分解能)を向上させることができる。
 上記(7)の構成によれば、全閉時の弁体に高圧流体の圧力が作用しても、弁体と弁座との間を封止することができ、弁体と弁座との間からの流体の漏れを効果的に防止することができる。また、過給圧による弁体の浮き上がりを防止できるため、第1の閉弁付勢手段と第2の閉弁付勢手段とを協働させることによって、両者それぞれを大型化及び高性能化する必要がなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
第1実施形態に係り、ガソリン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、全閉状態における弁座、弁体、回転軸及びメインギヤの関係を示す断面図。 第1実施形態に係り、第2の回動付勢手段の電気的構成を示すブロック図。 第1実施形態に係り、回動付勢制御の内容を示すフローチャート。 第1実施形態に係り、弁座及び弁体等を示す断面図。 第1実施形態に係り、弁座及び弁体等を示す断面図。 第1実施形態に係り、弁座及び第2の側部の一部を示す拡大断面図。 第1実施形態に係り、弁座及び第1の側の部一部を示す拡大断面図。 第2実施形態に係り、全閉状態のEGR弁の一部を示す平断面図。 第2実施形態に係り、全閉状態におけるEGR弁の一部を示す側断面図。 第2実施形態に係り、閉弁ストッパの位置が「-45°」であって、弁体に作用する圧力とEGR弁の洩れ流量との関係を示すグラフ。 第2実施形態に係り、閉弁ストッパの位置が「90°」であって、弁体に作用する圧力とEGR弁の洩れ流量との関係を示すグラフ。 第2実施形態に係り、閉弁ストッパの位置が「130°」であって、弁体に作用する圧力とEGR弁の洩れ流量との関係を示すグラフ。 第3実施形態に係り、全閉状態のEGR弁の一部を示す平断面図。 第3実施形態に係り、EGR弁の開度に対するEGRガス流量の特性を示すグラフ。 第4実施形態に係り、DCモータ式ポペット弁を含むEGR弁を示す断面図。
<第1実施形態>
 以下、この発明の二重偏心弁を含む排気還流弁(EGR弁)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、この実施形態のガソリン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、排気を浄化するために直列に配置された第1の触媒9及び第2の触媒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ための排気還流通路(EGR通路)22と、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)23と、EGRクーラ23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)24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25が設けられる。EGR分配管25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、排気通路3にて直列に配置された2つの触媒9,10の間に接続される。EGR分配管25の複数の出口22bは、各分岐通路8bのそれぞれに連通する。複数の出口22bが各分岐通路8bにそれぞれ連通するのは、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24は、開度可変な電動弁により構成される。このEGR弁24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24の構造として、例えば、日本特許第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24の基本構成について以下に説明する。図2に、このEGR弁24を斜視図により示す。EGR弁24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、減速機構43(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40cが配置される。回転軸40には、モータ42(図5参照)の回転力が減速機構43(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に着座する全閉位置に配置された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40cに固定されて回転軸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、流路36は、弁座38を境として上流側流路36AAと下流側流路36BBに分かれる。図3、図4においては、弁座38より上の流路36がEGRガスの流れの上流側流路36AAを示し、弁座38より下の流路36がEGRガスの流れの下流側流路36BBを示す。そして、弁体39は、上流側流路36AAに配置される。この実施形態で、上流側流路36AAは、EGR通路22を介して排気通路3に通じる「排気側」であり、下流側流路36BB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」である。
 図5に、全閉状態のEGR弁24を平断面図により示す。図5に示すように、このEGR弁24は、主要な構成要素として、弁座38、弁体39及び回転軸40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。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40cに弁体39を取り付けるためのピン40aを含む。回転軸40は、ピン40aがある先端部40cを自由端とし、先端部40cが弁体39と共に上流側流路36AAに配置される。この実施形態では、上流側流路36AAにて、弁体39と回転軸40の先端部40c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に片持ち支持される。また、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に回転可能に支持される。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、その軸線L2(図6参照)上にて上方(上流側流路36AA)へ突出する突部39bを含み、この突部39bにピン孔39cが形成される。弁体39は、このピン孔39cにピン40aを圧入し溶接することにより回転軸40に固定される。
 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を閉弁方向へ回動付勢するためのリターンスプリング50が設けられる。この実施形態で、リターンスプリング50は、本発明の第1の回動付勢手段の一例に相当する。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。
 図5に示すように、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。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、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。弁体39を閉弁させる場合は、モータ42がモータギヤ53を逆転させることになる。また、弁体39をある開度に保持するためには、モータ42に回転力を発生させ、その回転力を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を介して回転軸40に伝達する。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3に示す全閉状態において、下流側流路36BB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、吸気が上流側流路36AAへ漏れて排気通路3へ流れるおそれがある。この結果、排気通路3では、触媒9,10が劣化したり、バックファイア等が発生したりするおそれがある。この実施形態で、この弁体39の浮き上りは、回転軸40が二つの軸受47,48を介して弁ハウジング45に支持され、それら軸受47,48に構造上、ミクロン単位のガタが存在することにより起こり得ることである。そこで、このEGR弁24には、全閉時に過大な過給圧の作用による弁体39の浮き上がりを防止するための構成が設けられる。
 図6には、全閉状態における弁座38、弁体39、回転軸40及びメインギヤ51の関係を断面図により示す。図6において、回転軸40の軸線(主軸線)L1は、弁体39のシール面39aから離れて配置されると共に、弁体39の軸線L2から離れて配置される。ここで、回転軸40のピン40aの軸線(副軸線L3)は、主軸線L1に対し平行に伸びると共に、主軸線L1から回転軸40の半径方向へ偏して配置される。弁体39は、主軸線L1から弁体39の軸線L2が伸びる方向と平行に伸びる仮想面V1を境とする第1の側部39AA(図6において網掛け(ドット)を付して示す部分)と第2の側部39BB(図6において網掛け(ドット)を付さない部分)を含む。そして、弁体39が全閉状態から、回転軸40の主軸線L1を中心にして、開弁方向(図6の時計方向)F1へ回動するとき、第1の側部39AAは下流側流路36BBへ向けて回動し、第2の側部39BBは上流側流路36AAへ向けて回動するようになっている。開弁状態から弁体39を全閉状態へ閉弁するときは、開弁方向F1とは逆向きの閉弁方向(図6の反時計方向)へ回動するようになっている。
 なお、図6に示すように、メインギヤ51の回転軌跡上には、メインギヤ51の回転を規制するギヤストッパ63が設けられる。このギヤストッパ63は、弁ハウジング45に設けられる。ここで、弁体39が全閉状態のときは、メインギヤ51とギヤストッパ63との間に所定の隙間G1が設定される。従って、メインギヤ51は、全閉状態から、ギヤストッパ63に当接するまで更に回動が許容される。これによって全閉状態における弁体39の閉弁方向への更なる回動が許容される。
 上記した弁座38、弁体39、回転軸40及びメインギヤ51の配置関係を前提として、図3~図6に示すように、弁座38には、全閉状態の弁体39に対し、開弁方向F1とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するための閉弁ストッパ65が設けられる。閉弁ストッパ65は、弁体39の平面視において弁体39の第1の側部39AAの外周に隣接して配置され、その第1の側部39AAの上面に係合可能に設けられる。閉弁ストッパ65は、L形状をなし、その短辺部65aが弁座38の上面に固定され、長辺部65bが第1の側部39AAの上面に接触可能に配置される。ここで、閉弁ストッパ65は、例えば、溶接により弁座38に固定することができる。弁体39が全閉状態にあるとき、第1の側部39AAの上面と閉弁ストッパ65の長辺部65bとの間には、わずかな隙間G2が設けられる。図6に示す隙間G2は、便宜上、実際の寸法よりも大きく示される。図5に示すように、この実施形態では、閉弁ストッパ65は、弁体39の平面視において、弁体39の軸線L2を中心にして、弁体39の軸線L2から第1の側部39AAへ向けて回転軸40の主軸線L1と直交する方向へ延びる第1の仮想線L10上に配置される。すなわち、この実施形態で、閉弁ストッパ65は、後述する角度範囲θ1(図13参照)の中間よりも第1の仮想線L10の側(第1の仮想線L10に近い位置)に配置される。
 また、この実施形態では、全閉状態の弁体39を更に閉弁方向へ回動付勢するための第2の回動付勢手段が設けられる。図7に、その第2の回動付勢手段の電気的構成をブロック図により示す。図7に示すように、この実施形態では、EGR弁24の開閉を制御するためのコントローラ70と、吸気マニホルド8のサージタンク8aの中の吸気圧力PMを検出するための吸気圧センサ71(図1参照)とを備える。コントローラ70には、吸気圧センサ71とEGR弁24が接続される。そして、コントローラ70は、EGR弁24に対し、次のような回動付勢制御を実行するようになっている。この実施形態で、EGR弁24のモータ42、減速機構43及びコントローラ70により、本発明の第2の回動付勢手段の一例が構成される。
 図8に、この回動付勢制御の内容をフローチャートにより示す。処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ100で、コントローラ70は、EGR弁24が全閉状態であるか否かを判断する。コントローラ70は、この判断を、EGR弁24を全閉制御中であるか否かを判断することで行うことができる。コントローラ70は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ110へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ100へ戻す。
 ステップ110では、コントローラ70は、吸気圧センサ71で検出される吸気圧力PMを取り込む。
 次に、ステップ120で、コントローラ70は、吸気圧力PMが所定値P1より高いか否かを判断する。ここで、所定値P1は、過給機5の動作により吸気マニホルド8に高圧の過給圧が作用したときを想定して設定された値である。コントローラ70は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ130へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ100へ戻す。
 そして、ステップ130では、コントローラ70は、EGR弁24の弁体39を全閉状態から更に閉弁方向へ回動させるためにモータ42を制御する。この実施形態において、コントローラ70は、例えば、モータ42をPWM(Pulse Width Modulation)制御することができる。すなわち、モータ42に対する電流のデューティ比(DUTY)を変えることにより、モータ42の出力を制御するようになっている。その後、コントローラ70は処理をステップ100へ戻す。
 上記制御によれば、コントローラ70は、弁体39が全閉状態となり、かつ、下流側流路36BBに高圧の吸気、すなわち過給圧が作用するときに、弁体39を全閉状態から更に閉弁方向へ回動付勢するためにモータ42を制御するようになっている。
 以上説明したこの実施形態の二重偏心弁を含むEGR弁24によれば、全閉状態の弁体39に対し、開弁方向F1とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、閉弁ストッパ65が、弁体39の第1の側部39AAに係合可能に設けられる。従って、例えば、下流側流路36BBに過給圧が作用して、全閉状態の弁体39が弁座38から浮き上がろうとしても、図9に示すように、弁体39の第1の側部39AAが閉弁ストッパ65に接触して弁体39の浮き上がりが規制される。すなわち、弁体39が閉弁ストッパ65に接触することにより、回転軸40を中心にした回動方向における弁体39の微動が主として規制される。このとき、図9に示すように、第1の側部39AAは閉弁ストッパ65に接触するが、第1の側部39AAと第2の側部39BBの両方で、シール面39aが弁座38のシート面38bから離れることになる。図9における弁座38と弁体39との間の距離は、便宜上誇張的に示されたものである。また、全閉状態の弁体39は、リターンスプリング50により、閉弁方向へ回動付勢される。図9は、弁座38及び弁体39等を示す断面図である。
 従って、図10に示すように、弁体39は、その第1の側部39AAの閉弁ストッパ65との接触部C1を支点として、閉弁方向へ回動付勢され、弁体39が横方向へ微動してシール面39aが弁座38のシート面38bに接触する。すなわち、図11に示すように、第2の側部39BBのシール面39aが弁座38のシート面38bに接触すると、そのシート面38bのテーパに沿って弁体39が横方向へ移動することになる。これにより、図12に示すように、第1の側部39AAでもシール面39aが弁座38のシート面38bに接触することになり、弁体39と弁座38との間でシール面39aの全周がシート面38bの全周と線接触又は面接触する。このため、全閉時に、回転軸40を中心にした回動方向において、弁体39を弁座38から浮き上がらせる力が弁体39に作用しても、その浮き上がりを抑えることができ、弁体39と弁座38との間を封止することができ、弁体39と弁座38との間からの吸気の漏れを防止することができる。この結果、吸気が排気通路3へ流れることがなく、バックファイア等の発生を防止することができる。図10は、弁座38及び弁体39等を示す断面図である。図11は、弁座38及び第2の側部39BBの一部を示す拡大断面図である。図12は、弁座38及び第1の側部39AAの一部を示す拡大断面図である。
 この実施形態の構成によれば、弁体39が全閉状態となり、かつ、下流側流路36BBに高圧の過給圧が作用するときには、コントローラ70とモータ42等により弁体39が更に閉弁方向へ回動付勢される。従って、高圧の過給圧の作用による弁体39の弁座38からの浮き上がりが規制されるときは、上記と同様に弁体39が横方向へ微動してそのシール面39aが弁座38のシート面38bに接触する。このため、全閉時に弁体39を弁座38から浮き上がらせる高圧の過給圧が弁体39に作用しても、弁体39と弁座38との間を封止することができ、弁体39と弁座38との間からの吸気の漏れ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、上流側流路36AAに弁体39と回転軸40の先端部40c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、上流側流路36AA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する。このため、全閉時には、上流側流路36AAに作用する排気圧力を利用してEGR弁24からの吸気通路2へのEGRガス漏れを効果的に防止することができる。
<第2実施形態>
 次に、この発明の二重偏心弁を含むEGR弁に具体化した第2実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
 なお、以下の説明では、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、閉弁ストッパ65の配置の点で第1実施形態と構成が異なる。図13に、全閉状態のEGR弁24の一部を平断面図により示す。この実施形態では、図13に示すように、閉弁ストッパ65は、弁体39の平面視において、弁体39の軸線L2を中心にして、弁体39の軸線L2から第1の側部39AAへ向けて回転軸40の主軸線L1と直交する方向へ延びる第1の仮想線L10から、弁体39の軸線L2から回転軸40の先端部40cへ向けて回転軸40の主軸線L1と平行に延びる第2の仮想線L20までの角度範囲θ1の中で、弁体39の外周に隣接して配置される。特に、この実施形態で、閉弁ストッパ65は、角度範囲θ1の中間に配置される。ここで、角度範囲θ1の中間として、例えば、図13において、第1の仮想線L10を基準位置(0°)とした時計方向「45°」の位置の他、基準位置(0°)から時計方向へ「40°~50°」の範囲の位置を含むものとする。
 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。加えて、この実施形態では、閉弁ストッパ65が、第1の仮想線L10から第2の仮想線L20までの角度範囲θ1の中で、弁体39の外周に隣接して配置される。従って、弁体39が閉弁ストッパ65に接触することにより、回転軸40を中心にした回動方向における弁体39の微動と、弁体39の軸線L2の方向における弁体39の微動の少なくとも一方が規制される。このため、全閉時における弁体39の弁座38からの浮き上がりを効果的に抑えることができる。特に、この実施形態では、閉弁ストッパ65が、角度範囲θ1の中間に配置されるので、弁体39が閉弁ストッパ65に接触することにより、回転軸40を中心にした回動方向における弁体39の微動と、弁体39の軸線L2の方向における弁体の微動の両方が最大限に規制されることになる。このため、全閉時に弁体39を弁座38から浮き上がらせる高圧の過給圧が弁体39に作用しても、弁体39と弁座38との間を効果的に封止することができ、弁体39と弁座38との間からの高圧の吸気の漏れを効果的に防止することができる。
 図14に、全閉状態におけるEGR弁24の一部を側断面図により示す。図14に示すように、この実施形態では、弁体39を先端部40cに固定した回転軸40が、弁ハウジング45にて二つの軸受47,48により片持ち支持される。従って、回転軸40と二つの軸受47,48との間には、不可避な多少の軸受ガタが存在する。このため、弁体39と弁座38との間には、弁体39の上下方向(図14の上下方向)において多少のガタが存在する。ここで、弁体39の上下方向の浮き上がりを防止するには、図14に黒三角で示す位置(回転軸40の主軸線L1の延長線上の位置)にて、弁体39を抑えるときに最も小さい力(トルク)で抑えることができる。ただし、この位置は、弁体39の回動方向(開閉方向)の浮き上がりを防止するには、最も劣る位置となる。一方、弁体39の回動方向の浮き上がりを防止するには、図13に黒三角で示す位置(第1の仮想線L10上、かつ、弁体39の軸線L2から最も遠い位置)にて、弁体39を抑えるときに最も小さい力(トルク)で抑えることができる。そこで、この実施形態では、閉弁ストッパ65を、角度範囲θ1の中間に配置することで、弁体39の上下方向における浮き上がりと、弁体39の回動方向における浮き上がりの双方に対し、複合的により小さい力(トルク)で弁体39の浮き上がりを抑えることができるようになっている。
 図15~図17には、弁体39に加わる圧力(過給圧)に対する、弁座38と弁体39との間からの吸気の洩れ流量の関係をグラフにより示す。図15~図17において、「黒丸」「白丸」「黒四角」は、モータ42に供給される電流のデューティ比(DUTY)の違い(黒丸:0%、白丸:10%、黒四角:20%)を示す。また、図15は、閉弁ストッパが、図14において第1の仮想線L10を基準に反時計方向「-45°」に位置する場合を示し、図16は、「0°」に位置する場合(第1実施形態の場合)を示し、図17は、時計方向へ「45°」(角度範囲θ1の中間)に位置する場合を示す。図15に示す「-45°」の場合では、洩れ流量を所定の基準値Q1以下に抑えるには、最大でも「110kPa」の圧力にしか対抗することができず、図16に示す「0°」の場合では、同じく最大でも「140kPa」の圧力にしか対抗することができない。これに対し、本実施形態のように、図17に示す「45°」の場合では、洩れ流量を基準値Q1以下に抑えるために、最大で「260kPa」もの圧力に対抗することができる。このように、本実施形態の構成によれば、閉弁ストッパ65を角度範囲θ1の中間に配置したので、第1実施形態の場合に比べ、2倍の過給圧に対抗して弁体39の浮き上がりを効果的に抑えられることがわかる。
<第3実施形態>
 次に、この発明の二重偏心弁を含むEGR弁に具体化した第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、閉弁ストッパ65の配置の点で前記各実施形態と構成が異なる。図18に、全閉状態のEGR弁24の一部を平断面図により示す。この実施形態では、図18に示すように、閉弁ストッパ65は、弁体39の平面視において、弁体39の軸線L2を中心にして、第1の仮想線L10から第2の仮想線L20までの角度範囲θ1の中で、弁体39の外周に隣接して配置される。特に、この実施形態で、閉弁ストッパ65は、角度範囲θ1の中間よりも第2の仮想線L20の側であって、一例として基準位置(0°)から時計方向へ「60°」の位置に配置される。この実施形態では、弁体39の平面視において、主軸線L1よりも第1の側部39AAの側にて、長辺部65bが主軸線L1と直交する向きに閉弁ストッパ65が配置される。
 この実施形態の構成によれば、第2実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、閉弁ストッパ65が、角度範囲θ1の中間よりも第2の仮想線L20の側であって、一例として基準位置(0°)から時計方向へ「60°」の位置に配置されるので、弁体39が閉弁ストッパ65に接触することにより、弁体39の軸線L2の方向における弁体39の微動が主として規制される。このため、弁体39の軸線L2の方向における弁体39の弁座38からの浮き上がりを抑えることができる。特に、EGR弁24の低開度域でのEGRガスの流量特性(流量分解能)を向上させることができる。
 図19に、一例として、EGR弁24の開度に対するEGRガスの流量の特性をグラフにより示す。このグラフにおいて、曲線の線種の違いは閉弁ストッパ65の配置(基準位置(0°)からの角度)の違いを示す。すなわち、太い実線は基準位置「0°」の場合(第1実施形態)を示し、太い1点鎖線は「35°」の場合を示し、太い2点鎖線は「45°」の場合(第2実施形態)を示し、太い破線は「60°」の場合(第3実施形態)を示す。このグラフに示すように、低開度域(例えば「0.5°~1.5°」)では、基準位置(0°)からの角度が増えるほど、EGRガスの流量分解能が高くなることがわかる。そして、この実施形態と同様「60°」の場合で、流量分解能が最も高くなることがわかる。
<第4実施形態>
 次に、ポペット弁を含むEGR弁に関する第4実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
 二重偏心弁ではなくポペット弁をEGR弁に採用した場合も、弁体と弁座の位置関係によっては二重偏心弁の場合と同様の問題が考えられる。そこで、この実施形態では、ポペット弁をEGR弁に採用した場合について説明する。
 この実施形態では、EGR弁の構成が前記各実施形態と異なる。図20に、この実施形態のDCモータ式ポペット弁を含むEGR弁81を断面図により示す。この実施形態のEGR弁81は、ポペット弁を含む構成となっている。すなわち、図20に示すように、EGR弁81は、流路82を有するハウジング83と、流路82に設けられた弁座84と、弁座84に対して着座可能に設けられた弁体85と、弁体85を直進的に往復運動(ストローク運動)させるための弁軸86と、弁体85と共に弁軸86をその軸線方向へストローク運動させるためのDCモータ87とを備える。
 弁体85は、弁軸86の下端部に固定され、弁軸86の上端部には、スプリング受け88が設けられる。スプリング受け88とハウジング83との間には、弁体85が弁座84に着座する方向、すなわち閉弁方向へ弁体85と弁軸86を付勢する閉弁スプリング89(第1の閉弁付勢手段)が設けられる。ハウジング83には、弁軸86を軸線方向へ移動可能に支持するためのスラスト軸受90が設けられる。また、スラスト軸受90に隣接して、ハウジング83には、シール部材91が設けられる。
 DCモータ87は、主として電磁コイル92、磁石93を含む回転子94及び回転軸95を備える。回転子94は、ラジアル軸受96を介してハウジング83に回転可能に支持される。電磁コイル92は、回転子94の周囲にてハウジング83に固定される。回転軸95は、弁軸86と同軸上に配置され、その下端部が弁軸86を押圧可能に設けられる。回転軸95の上部には、雄ねじ97が設けられる。回転子94の中心には、雄ねじ97と螺合する雌ねじ98が設けられる。そして、このEGR弁81は、DCモータ87を駆動させて、すなわち電磁コイル92を励磁させて回転子94を回転させることにより、その回転運動を雌ねじ98と雄ねじ97を介して回転軸95のストローク運動に変換し、その下端部で弁軸86を押圧することにより、弁座84に対する弁体85の開度を調節するようになっている。EGR弁81の全閉時には、弁体85が弁座84に着座して閉弁する。
 弁座84は、円環状をなし、弁孔84aと弁孔84aに形成された環状のシート面84bを含む。弁体85は、略円錐台形状をなし、シート面84bに対応する環状のシール面85aが外周に形成される。流路82は、弁座84を境に上流側流路82A(下側)と下流側流路82B(上側)に分かれ、弁体85は、上流側流路82Aに配置される。上流側流路82Aは、EGR通路を介して排気通路に接続される。下流側流路82Bは、EGR通路を介して吸気通路に接続される。この実施形態では、全閉状態の弁体85の、閉弁方向へ向かう移動を規制するために、弁座84が弁体85に係合可能に設けられる(閉弁規制手段)。
 なお、この実施形態では、図1に示すガソリンエンジンシステムにおいて、EGR弁24の代わりに、このEGR弁81が使用される。また、この実施形態では、図7に示すブロック図において、EGR弁24の代わりに、このEGR弁81が使用される。すなわち、コントローラ70は、弁体85が全閉状態となり、かつ、下流側流路82Bに高圧の過給圧が作用するときに、弁体85を全閉状態から更に閉弁方向へ付勢するためにDCモータ87を制御するようになっている(第2の閉弁付勢手段)。
 以上説明したように、この実施形態におけるポペット式のEGR弁81の構成によれば、全閉状態の弁体85は、弁座84に係合することで、その閉弁方向(上方向)へ向かう移動が規制される。また、その全閉状態では、弁体85が閉弁スプリング89によって閉弁方向へ付勢される。従って、下流側流路82Bに多少の吸気圧(正圧)が作用しても、弁体85の全閉状態が保たれ、弁座84からの弁体85の浮き上がりが規制される。また、弁体85が全閉状態となり、かつ、下流側流路82Bに高圧の過給圧が作用するときは、DCモータ87がコントローラ70により制御されて、弁体85が更に閉弁方向へ付勢される。従って、全閉状態の弁体85に高圧の過給圧が作用しても、弁体85の弁座84からの浮き上がりが規制され、弁体85のシール面85aと弁座84のシート面84bとの接触が保たれる。このため、全閉時の弁体85に高圧の過給圧が作用しても、弁体85と弁座84との間を封止することができ、弁体85と弁座84との間からの吸気の漏れを防止することができる。また、過給圧による弁体85の浮き上がりを防止できるため、閉弁スプリング89とDCモータ87とを協働させることによって、両者89,87それぞれを大型化及び高性能化する必要がなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
 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実施形態では、弁体39が全閉状態となり、かつ、下流側流路36BBに所定値P1より高い吸気圧力PM(過給圧)が作用したときだけ、コントローラ70とモータ42等(第2の回動付勢手段)がEGR弁24を制御して弁体39を更に閉弁方向へ回動付勢するように構成した。これに対し、弁体が全閉状態となったときはいつでも、コントローラとモータ等(第1の回動付勢手段)が弁体を更に閉弁方向へ回動付勢するように構成することもできる。
 (2)前記第1実施形態では、本発明の二重偏心弁をEGR弁24に具体化したが、EGR弁に限らず、流体の流量を調節するものであれば各種の流量調節弁に本発明の二重偏心弁を具体化することができる。
 この発明は、例えば、エンジンに装備されるEGR装置のEGR弁に利用することができる。
24 EGR弁
36 流路
36AA 上流側流路
36BB 下流側流路
38 弁座
38a 弁孔
38b シート面
39 弁体
39a シール面
39AA 第1の側部
39BB 第2の側部
40 回転軸
40a ピン
40c 先端部
42 モータ(第2の回動付勢手段)
43 減速機構(第2の回動付勢手段)
45 弁ハウジング
47 第1軸受
48 第2軸受
50 リターンスプリング(第1の回動付勢手段)
65 閉弁ストッパ
70 コントローラ(第2の回動付勢手段)
L1 主軸線(回転軸の軸線)
L2 軸線(弁体の軸線)
L3 副軸線(ピンの軸線)
L10 第1の仮想線
L20 第2の仮想線
θ1 角度範囲
V1 仮想面

Claims (7)

  1.  円環状をなし、弁孔と前記弁孔に形成された環状のシート面を含む弁座と、
     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た弁体と、
     流体が流れる流路を含むハウジングと、
     前記弁座と前記弁体が前記流路に配置されることと、
     前記流路は、前記弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、前記上流側流路に前記弁体が配置されることと、
     前記弁体を回動させるための回転軸と、
     前記回転軸を前記ハウジングにて回転可能に支持するための軸受と、
     前記回転軸の軸線が前記弁体の前記シール面から離れて配置されると共に、前記弁体の軸線から離れて配置されることと、
     前記弁体は、前記回転軸の軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境とする第1の側部と第2の側部を含み、前記弁体が前記弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ回動するときに、前記第1の側部が前記下流側流路へ向けて回動し、前記第2の側部が前記上流側流路へ向けて回動することと
    を備えた二重偏心弁において、
     前記全閉状態の前記弁体に対し、前記開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、前記第1の側部に係合可能に設けられた閉弁ストッパと、
     前記全閉状態の前記弁体を前記閉弁方向へ回動付勢するための第1の回動付勢手段と
    を備えたことを特徴とする二重偏心弁。
  2.  前記弁体が前記全閉状態となり、かつ、前記下流側流路に高圧流体が作用するときに、前記弁体を更に前記閉弁方向へ回動付勢するための第2の回動付勢手段を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の二重偏心弁。
  3.  前記閉弁ストッパは、前記弁体の平面視において、前記弁体の軸線を中心にして、前記弁体の軸線から前記第1の側部へ向けて前記回転軸の軸線と直交する方向へ延びる第1の仮想線から、前記弁体の軸線から前記回転軸の先端部へ向けて前記回転軸の軸線と平行に延びる第2の仮想線までの角度範囲の中で、前記弁体の前記第1の側部の外周に隣接して配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の二重偏心弁。
  4.  前記閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間に配置されることを特徴とする請求項3に記載の二重偏心弁。
  5.  前記閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも前記第1の仮想線の側に配置されることを特徴とする請求項3に記載の二重偏心弁。
  6.  前記閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも前記第2の仮想線の側に配置されることを特徴とする請求項3に記載の二重偏心弁。
  7.  円環状をなし、弁孔と前記弁孔に形成された環状のシート面を含む弁座と、
     略円錐形状をなし、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た弁体と、
     流体が流れる流路を含むハウジングと、
     前記弁座と前記弁体が前記流路に配置されることと、
     前記流路は、前記弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、前記上流側流路に前記弁体が配置されることと、
     前記弁体を直進的に往復運動させるための弁軸と、
     前記弁軸をその軸線方向へ移動可能に支持するための軸受と、
     前記弁体は、前記弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ移動するときに前記上流側流路へ向けて移動することと
    を備えたポペット弁において、
     前記全閉状態の前記弁体に対し、閉弁方向へ向かう移動を規制するために、前記弁座が前記弁体に係合可能に設けられることと、
     前記全閉状態の前記弁体を前記閉弁方向へ付勢するための第1の閉弁付勢手段と、
     前記弁体が前記全閉状態となり、かつ、前記下流側流路に高圧流体が作用するときに、前記弁体を更に前記閉弁方向へ付勢するための第2の閉弁付勢手段と
    を備えたことを特徴とするポペット弁。
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