JP2006070851A - 流量制御用バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流用制御用バルブ装置において、バルブアッセンブリーの軽量化を図り、バルブシート漏れ量の調整を容易にすることを目的とする。
【解決手段】 ハウジング内を垂直方向に延在する中空ロッド１２の下端開口部には、バルブ１０の上面中央部に形成された突出部１０ａを圧入固定し、また、中空ロッド１２の上端開口部には、プラグ９の下面中央部に形成された突出部９ａを圧入固定する。そして、中空ロッド１２の上下動により、バルブ１０はハウジング内に設けられたバルブシート１１と着座または離隔する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関の流量制御用バルブ装置に関するものであり、特に排気ガス再循環系に設置される排気ガス再循環バルブ装置（ＥＧＲバルブ装置）に関する。

排気ガス再循環バルブ装置、即ちＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブ装置は、近年排気ガスの大流量化に伴い、排気ガス通路の拡大を目的として、排気ガスハウジング部の大型化が進んでいる。ＥＧＲバルブ装置はそのハウジング内に、ロッドと、そのロッドに取り付けられるバルブ（弁）と、バルブを受けるバルブシート（弁座）を備えている。ロッドはモータの回転により上下動するモータシャフトの稼動量と上方に付勢するリターンスプリングの付勢力によって上下動する。モータが回転するとロッドが上下動し、それに伴いバルブがバルブシートに着座（閉弁）、または離隔（開弁）する。開弁すると、排気ガスがハウジング部の排気還流通路を通って、排気ガス通路配管に流入する。従来は、バルブ、バルブシート、ロッド等の構成部品を全て切削加工品とすることで、寸法精度を確保していた。そして、これらの部品を組み立て調整することにより、バルブシート漏れ量を調整していた。

そこで、より製造、組み立てし易い構造を得ることを目的として、バルブを２つ有する構造（ダブルポペットタイプ）のＥＧＲバルブ装置において、第１バルブと一体となった第１ロッドと第２バルブと一体となった第２ロッドを圧入後に溶接して固定した構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ダブルポペットタイプのＥＧＲバルブ装置において、ロッドの線膨張係数とそれに関わる温度による伸びに着目して、排気ガスの温度が想定最高温度に達したときに両方のバルブがバルブシートに着座し、それ以外のときは一方のバルブのみがバルブシートに着座する構造が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−３２４８２３号公報 特開２００１−２８９３３２号公報

従来のＥＧＲバルブ装置は、以上のように切削加工による中実ロッドを用いて構成されているので、近年の排気ガスの大流量化に伴うバルブ外径とロッド長の拡大により、バルブアッセンブリー（ロッドとバルブを組み立てた構造）の重量増加を招いていた。その結果、バルブアッセンブリーの受ける負荷（エンジンの排気、吸気の圧力、振動）が大きくなり、モータの出力増加による耐圧性向上、重量軽減による耐振性の向上が課題となっていた。

また、従来のダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置では、二つのバルブとバルブシート間からの排気ガスの漏れ量を調整することが課題であった。例えば常温にてバルブシート漏れ量（バルブとバルブシートの隙間から排気ガスが漏れる量）が０の状態を狙う場合には、二つのバルブをバルブシートに同時にかつ確実に着座させなければならず、二つのバルブ間距離とバルブシート間距離が全く等しい場合以外には、必ず一方のバルブとバルブシートの間に隙間ができてしまい、漏れが発生していた。従って、バルブ、バルブシート、ロッドの構成部品を総切削にて製造し、寸法精度を確保した上で組み立てることによって、バルブシート漏れ量を調整していた。しかし、この手法は工数及びコストがかかり、特にロッドは耐食性を考慮してステンレス母材から、バルブの突出部、バルブ受け部、軸受け部を備えるように切削されるので、加工が大変複雑であった。また、このために各部品にロットばらつきや寸法ばらつきが生じ、狙いの漏れ量から大きく外れた場合の部品の修正が困難であるという課題があった。

一方、前述のバルブと一体のロッドを上下で圧入した場合（特許文献１参照）は、圧入時に、自由度があるので、バルブシートに着座させた状態で、位置決めができ、寸法精度は良好である。但し圧入後、信頼性向上の手段として実施される溶接工程では、トーチの設置、レーザー光を遮断しない等の設備の都合上から、溶接部周辺は、ある一定の空間を設定する必要があり、これによりハウジング形状に制限、またはハウジング分割といった形状複雑化を招く恐れがある。また、ロッドの軽量化などは一切意図されていない。同様に、排気ガス温度が想定最高温度に達したときに両方のバルブがバルブシートに着座する構造（特許文献２参照）でもロッドの軽量化は達成されていない。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、バルブアッセンブリーの軽量化を図り、バルブシート漏れ量の調整を容易としたＥＧＲバルブ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るＥＧＲバルブ装置は、そのハウジング内部にバルブシートと、バルブシートの中心部を挿通するように垂直方向に延在する中空ロッドと、中空ロッドに固定され、その上下動に伴いバルブシートと着座または離隔して排気ガス流量を調整するバルブとを備えている。

この発明によれば、ロッドを中空ロッドとしたので、従来のステンレス母材からの切削加工や鍛造により製造した中実ロッドに比べて、工数、コストの低減が可能であり、同時に大幅な軽量化を図ることができるという効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１はシングルタイプＥＧＲバルブ装置の構造を示す断面図である。ＥＧＲバルブ装置１は、排気ガスの再循環系中に配置される。このハウジング６には排気還流通路の一部を形成する通路７が規定されている。ＥＧＲバルブ装置１の上部を構成する部分にはバルブ駆動用のモータ２が配設されている。なお、図示しないが、バルブ駆動用のモータ２のロータにはモータシャフトが螺合されており、ロータの回転に応じてモータシャフトが図１中上下方向に移動するようになっている。

モータシャフトの下端に対応してロッド１２の上端が位置付けられ、ハウジング６の縦方向中間位置付近に設けられたガイドシール（ブッシュ、または軸受け部品）２５と、それに取付けられたガイドシールカバー（ホルダ）８にロッド１２が挿通されて上下方向に延在している。ロッド１２の下端にはバルブ１０が取り付けられられている。一方、ロッド１２の上端にはスプリングシート（スプリングホルダ）４が配設され、このスプリングシート４の下には付勢手段であるリターンスプリング５が配設され、このリターンスプリング５によりロッド１２が上方向、即ちバルブ１０の閉動方向に付勢されている。

次にＥＧＲバルブ装置の動作について説明する。ＥＧＲバルブ装置１において、リターンスプリング５によってバルブ１０の閉弁方向に所定のリターントルクが付与されている。この状態において、バルブ駆動用のモータ２への通電に応じてバルブ１０の開弁方向にモータトルクが付与される。そして、これらリターントルクとモータトルクのトルクバランスによって、ロッド１２とそれに取り付けられたバルブ１０が上下し、通路が開閉制御される。バルブ１０が上側に移動してバルブシート（弁座）１１に着座すると、通路（排気還流通路）７が閉じられ、一方バルブ１０が下側に移動してバルブシート１１から離隔すると、通路７が開かれることとなる。

続いてバルブアッセンブリーの構造について説明する。図１において、中空ロッド１２の下端開口部には、バルブ１０の上面中央部に形成された突出部１０ａを圧入している。また、ロッド１２の上端開口部には、プラグ９の下面中央部に形成された突出部９ａを圧入している。

図３はシングルタイプＥＧＲバルブ装置のバルブアッセンブリー構造を示す断面図であり、図４は図３のバルブアッセンブリー構造のハウジングへの組み付けを示す断面図である。図３（ａ）はバルブアッセンブリーの組み立て前の状態を、図３（ｂ）は組み立て後の状態を示している。なお、バルブアッセンブリーの構成については図１と同じであるので説明を省略する。従来のロッドでは切削加工したロッドの端面（バルブ受け部）までバルブを圧入して位置決めを行っていた。また、バルブ受け部の手前には、バルブを通し易くするためのテーパー部が設けられていた。それに対して実施の形態１では、図３に示すように、バルブ１０、プラグ９等の締結部品をロッド１２に対して部品の端面まで圧入して位置決めを行っている。従って、ロッド各部に従来のような特別な加工を行う必要が無く、またバルブ１０またはプラグ９の端面までロッド１２を圧入、当接することのみで位置決めが行える。

以上のように実施の形態１によれば、中空ロッドを採用することにより従来の切削加工や鍛造で製造した中実ロッドに比べて、加工時の工数及びコストの低減と大幅な軽量化が図れるという効果がある。
また、結果としてバルブアッセンブリーも軽量化されるので、モータトルクの低減が図れると共に、良好な振動特性を得られるという効果がある。
更に、中空ロッドを切断して長さを調整することにより、バルブとバルブシートとの着座を確実にできるので、バルブシート漏れ量の調整を容易に行うことができる。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を説明する。ダブルポペットタイプにおいては、ロッドの全長がシングルタイプより長くなり、またバルブ受け部も二箇所必要になるために、従来の中実ロッドでは、寸法精度良く二箇所のバルブの受け部間の距離を確保する必要がある。このため加工が複雑化し、工数の増加、コストが高くなるという問題があった。そこで、実施の形態２では、中空ロッドを分割するので、各部の寸法精度を上げ易くすると共に加工も容易としている。

図２はダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置の構造を示す断面図である。ダブルポペットタイプについても、バルブとバルブシートが二組あること以外は基本的に同構造であるので、以下そのバルブアッセンブリー構造についてのみ説明する。中空ロッドは上側軸受け部１３、バルブ間固定部１４、下側軸受け部１５の三部材の接続ロッドで構成されている。プラグ９の片側の表面中央部には突出部９ａ、第１バルブ１７と第２バルブ１８にはその両面中央部にそれぞれ突出部１７ａ、１７ｂと１８ａ、１８ｂが設けられている。先ず、バルブ間固定部１４の上端開口部に第１バルブ１７の突出部１７ｂを、下端開口部には第２バルブ１８の突出部１８ａをそれぞれ圧入する。続いて、第１バルブ１７の突出部１７ａを上側軸受け部１３の下端開口部に圧入し、第２バルブ１８の突出部１８ｂを下側軸受け部１５の上端開口部に圧入する。最後に、上側軸受け部１３の上端開口部にプラグ９の突出部９ａを圧入して全体を一体構造とする。

次に、バルブアッセンブリー構造について説明する。図５はダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置のバルブアッセンブリー構造を示す断面図であり、図６は図５のバルブアッセンブリー構造のハウジングへの組み付けを示す断面図である。図５（ａ）はバルブアッセンブリーの組み立て前の状態を、図５（ｂ）は組み立て後の状態を示している。バルブアッセンブリーの構成については図２と同じであるので説明を省略する。ダブルポペットタイプにおいても中空ロッドを用いることにより、前述のシングルタイプの利点に加えて、中間のバルブ間固定部１４のみについて対象製品の専用部品を用い、上側軸受け部１３と下側軸受け部１５は他の製品の部品を流用することもできる。

続いて、バルブ間固定部１４によるバルブ間距離の設定方法について説明する。図７は、ダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置の中空ロッドによるバルブ間距離の設定方法を示す断面図である。通常、ハウジング、バルブシート、バルブ、ロッドの寸法精度によりバルブとバルブシート間の隙間、即ちバルブシート漏れ量が決定される。前記隙間を調整するにはバルブ間距離Ｌの設定が不可欠である。

実施の形態２では、中央のバルブ間固定部１４の両端開口部にそれぞれ第１バルブ１７と第２バルブ１８をその端面が当接するまで圧入するので、バルブ間固定部１４の長さのみでバルブ間距離Ｌを設定することできる。従って、万一寸法が外れていた場合でも、次回の組み立て以降は、バルブ間距離Ｌの異なるバルブ間固定部１４に変更することができ、修正の対応が早い。また、バルブ間固定部１４のみ交換すれば寸法合せすることができる。更には、バルブ間固定部１４の寸法公差によるランク選別を行い、最適なバルブ間固定部１４を選択することで、バルブシート漏れ規格不良品の発生を抑制することができる。

以上のように実施の形態２によれば、中空ロッドを採用することにより従来の切削加工や鍛造で製造した中実ロッドに比べて、工数及びコストの低減と大幅な軽量化が図れるという効果がある。
また、バルブアッセンブリーの組み立て時に、バルブやプラグ等の締結部品の端面まで中空ロッドを圧入、当接するだけで容易に位置決めできる。特にダブルポペットタイプでは、バルブ間固定部のバルブ間距離の設定のみにより、バルブシート漏れ量の調整を行えるという効果がある。
更に、ダブルポペットタイプでは上側軸受け部と下側軸受け部等の部品の共通化を図ることができるという効果がある。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を説明する。図８はダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置において、ロッドを分割し、任意の部分のロッドを中空ロッドにした図である。大型のＥＧＲバルブ装置では、ロッドはある程度の強度を要求されるので、中空ロッドでは強度が不足する場合がある。バルブ間固定部１４や下側軸受け部１５はその外径や肉厚を大きくすることで強度を上げることができる。しかし、上述の実施の形態１におけるロッド１２、実施の形態２におけるロッド１３の上部は、モータシャフトに接する関係上、耐摺動性を要求され、軸受けとのクリアランスの関係から、ロッド外径を大きくする程、軸受けからの漏れ量も増加するため、外径をある一定以上大きくすることができない場合がある。そこで実施の形態３では、上側軸受け部２３のみ中実ロッド（図８（ａ）参照）を選択し、或いは、上側軸受け部２３とバルブ間固定部２４を一体とした中実ロッド（図８（ｂ）参照）を選択し、残りのロッドを中空ロッドとして強度を保ちつつ軽量化を図っている。

図８（ａ）において、中実の上側軸受け部２３の下面中央部には、バルブ間固定部１４に圧入するための突出部２３ｂと、その直上に第１バルブ１７を圧入固定する部分であるバルブ受け部２３ａを設けている。その他の部分は実施の形態２と同じであるので説明を省略する。一方、図８（ｂ）においては、上側軸受け部２３と一体となった中実のバルブ間固定部２４の上方には、第１バルブ１７を圧入固定するためのバルブ受け部２４ａと、同様に下方には第２バルブ１８のためのバルブ受け部２４ｂが設けられている。更にバルブ間固定部２４の下面中央部には、下側軸受け部１５の上端開口部に圧入するための突出部２４ｃを設けている。

また、軸受け部の漏れ量抑制のためにロッド外径の縮小が求められる場合には、中空ロッドの使用が困難である。或いは、想定されるエンジンの負荷では中空ロッドの折れ曲がり等の発生が懸念される場合がある。上記のような場合にも、強度が必要な部分については切削加工または鍛造による中実ロッドを選択する一方、その他の部分は中空ロッドを選択し軽量化を図る、というような混在方式も利用可能である。なお、シングルタイプについてもロッドを分割し、任意の部分に中空ロッドを選択することが可能である。

以上のように実施の形態３によれば、ロッドや上側軸受け部等において、設計上要求される強度を保ちつつ、バルブアッセンブリー全体での軽量化を達成できるという効果がある。

実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を説明する。図９は、ＥＧＲバルブ装置の中空ロッドの密栓構造を示す断面図である。この開口部を開放状態とした場合には、ハウジング６の内部に流入した排気ガスが前記開口部に流入し、中空ロッド内部にカーボンが付着する可能性がある。そのまま長期間使用した場合には、カーボンが下側軸受け部１５の内部に堆積して重量増加を招き、ロッドを中空にしたことによる重量軽減効果が薄れてしまう可能性がある。そこで、実施の形態５では、ダブルポペットタイプの下側軸受け部１５や、シングルタイプ用のロッド１２の下端開口部にプラグ１６の上面中央部に形成した突出部１６ａを圧入して密栓構造とすることにより、中空ロッド内部への排気ガスの流入を防止している。

以上のように実施の形態４によれば、中空ロッド内部への排気ガスの流入を防止して、同内部へのカーボン堆積による重量増加を抑止する効果がある。

実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を説明する。中空ロッド、バルブ共にステンレスの同材を使用しているので、線膨張係数が同じであり高温時でも使用中に外れる恐れがない。しかし、ＥＧＲバルブ装置が大流量化するほど、ロッドやバルブの重量が増し、締結部に対してより信頼性が要求されることになる。そこで、実施の形態５では、締結部に対して溶接またはピン打ちを行うことにより、同部の強度の増加を図っている。

図１０は、ＥＧＲバルブ装置のロッドとバルブの固定方法を示す断面図である。最初に溶接による締結部の固定方法を説明する。第１バルブ１７の突出部１７ａを上側軸受け部１３の下端開口部に、突出部１７ｂをバルブ間固定部１４の上端開口部にそれぞれ圧入して締結部を形成する。その後、それぞれの締結部を溶接し、溶接部１９を形成している。

次にピン打ちによる締結部の固定方法を説明する。第２バルブ１８の突出部１８ａ、１８ｂの側方部分には貫通孔１８ｃ、１８ｄが穿設されている。それらが圧入されるバルブ間固定部１４の下端と、下側軸受け部１５の上端の側方部分にもそれぞれ貫通孔１４ａ、１５ａが穿説されている。突出部１８ａをバルブ間固定部１４の下端開口部に、突出部１８ｂを下側軸受け部の上端開口部にそれぞれ圧入し、貫通孔１８ｃと１４ａを、１８ｄと１５ａをそれぞれ位置合わせする。その後、位置合わせした上下の孔に対して、それぞれピン２０を打ち込んで締結部を固定している。

溶接の種類はＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザー溶接（ＹＡＧ、炭酸ガス）などから任意に選択することができるが、寸法精度を要求される部分なので溶接部１９の熱影響の少ないものが好ましい。一方、ピン２０の材質もステンレス鋼を含む各種鋼材などから選択することが可能である。また振動を考慮して、スプリングピンを選択するのも１つの手段である。なお、前記固定方法はロッドとバルブのみならず、ロッドとプラグの固定にも用いることができる。

以上のように実施の形態５によれば、分割された中空ロッドの各接続ロッドとバルブまたはプラグ等の締結部品を圧入後に溶接し、或いは側方からピンを打ち込むことにより締結部の強度が増すことができる。これにより、大流量かつ大差圧のＥＧＲバルブ装置、例えば、大型ディーゼル用のＥＧＲバルブ装置等でも高信頼性が確保できるという効果がある。

以上述べた実施の形態１〜５ではＥＧＲバルブ装置について説明したが、この発明はＥＧＲバルブ装置に限定されず、他の流量制御用バルブ装置にも同様に適用することができる。

この発明の実施の形態１に係るシングルタイプＥＧＲバルブ装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るシングルタイプＥＧＲバルブ装置のバルブアッセンブリー構造を示す断面図である。 図３のバルブアッセンブリー構造のハウジングへの組み付けを示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置のバルブアッセンブリー構造を示す断面図である。 図５のバルブアッセンブリー構造のハウジングへの組み付けを示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置の中空ロッドによるバルブ間距離の設定方法を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るダブルポペットタイプＥＧＲバルブ装置への中空ロッドの適用例を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係るＥＧＲバルブ装置の中空ロッドの密栓構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係るＥＧＲバルブ装置のロッドとバルブの固定方法を示す断面図である。

符号の説明

１ ＥＧＲバルブ装置、２ モータ、３ モータシャフト、４ スプリングシート、５ リターンスプリング、６ ハウジング、７ 通路、８ ガイドシールカバー、９ プラグ、９ａ 突出部、１０ バルブ、１０ａ 突出部、１１ バルブシート、１２ ロッド、１３ 上側軸受け部、１４ バルブ間固定部、１４ａ 貫通孔、１５ 下側軸受け部、１５ａ 貫通孔、１６ プラグ、１６ａ 突出部、１７ 第１バルブ、１７ａ 突出部、１７ｂ 突出部、１８ 第２バルブ、１８ａ 突出部、１８ｂ 突出部、１８ｃ 貫通孔、１８ｄ 貫通孔、１９ 溶接部、２０ ピン、２１ 第１バルブシート、２２ 第２バルブシート、２３ 上側軸受け部、２３ａ バルブ受け部、２３ｂ 突出部、２４ バルブ間固定部、２４ａ バルブ受け部、２４ｂ バルブ受け部、２４ｃ 突出部、２５ ガイドシール、Ｌ バルブ間距離。

Claims (6)

1. ハウジング内部に備えたバルブシートと、前記バルブシートの中心部を挿通するように前記ハウジング内を垂直方向に延在するロッドと、前記ロッドに固定されロッドの上下動に伴い前記バルブシートと着座または離隔することによりガス流量を制御するバルブとを備える流量制御用バルブ装置において、前記ロッドを中空ロッドとしたことを特徴とする流量制御用バルブ装置。
2. ハウジング内部に備えた第１、第２バルブシートと、前記第１、第２バルブシートの中心部を挿通するように前記ハウジング内を垂直方向に延在するロッドと、前記ロッドに固定されロッドの上下動に伴い前記バルブシートと着座または離隔することによりガス流量を制御する第１、第２バルブとを備える流量制御用バルブ装置において、
   前記ロッドを上側軸受け部、バルブ間固定部、下側軸受け部とに分割した中空ロッドで構成し、第１バルブは上側軸受け部とバルブ間固定部の間、第２バルブはバルブ間固定部と下側軸受け部の間に固定したことを特徴とする流量制御用バルブ装置。
3. 前記バルブまたはプラグの表面に突設した突出部を、前記ロッドの端面開口部に該バルブまたはプラグの表面が当接するまで圧入固定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の流量制御用バルブ装置。
4. 順次接続して所定長さのロッドとする複数の接続ロッドのうち、少なくとも１つが中空ロッドであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の流量制御用バルブ装置。
5. 前記ロッドまたは下側軸受け部の下端の開口部にプラグを圧入したことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の流量制御用バルブ装置。
6. 前記ロッドに前記バルブまたはプラグの突出部を圧入後に、ロッドとバルブまたはロッドとプラグを締結部材により固定したことを特徴とする請求項３から請求項５のうちのいずれか１項記載の流量制御用バルブ装置。

Images