JP2011169213A - 排気ガス再循環バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス再循環バルブにおいて、弁体と弁座との間に異物が噛み込んだ場合の排気ガスの漏れ量を低減するとともに、異物の噛み込みを検出しやすくする。
【解決手段】排気ガス再循環バルブは、弁体４が、垂直方向他端側に向かうにつれて径小となる円錐状のシール面２３を有し、シール面２３上には、着座時に弁座１１に当接するシール部２４が形成されている。シール部２４における水平方向に対するシール面２３の傾斜角θ１は４５〜５０°であり、シール部２４よりも内周側の傾斜角θ２は、シール部２４での傾斜角θ１よりも大きい。これによれば、異物の噛み込みにより、弁体４が開側へ移動してしまった場合でも、弁孔３の流路面積が小さくて済むため、排気ガスの漏れ量を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガスの一部を吸気管内に再循環させるための排気ガス再循環装置に用いられ、吸気管内に供給する排気ガスの流量を調整する排気ガス再循環バルブに関する。

排気ガス再循環バルブは、内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関への吸入空気に混入させる排気ガス再循環装置に適用され、吸入空気に混入させる排気ガスの流量を調整するものである。
従来より、排気ガス再循環バルブは、内部に弁孔が形成されるとともに、弁孔の周囲に形成された弁座を有するハウジングと、弁孔の開口面に対して垂直方向に往復移動可能に設けられて、弁座に離着座することで、弁孔を開閉するポペット式の弁体とを備えるものがある。

ところで、排気ガスには様々な異物が混入しているため、排気ガス再循環バルブでは、閉弁時における弁体と弁座との間の異物噛み込みによる排気ガスの漏れが問題となることがある。
そこで、異物噛み込みを検知するための技術や、噛み込んだ異物を潰して排気ガスの漏れを低減しようとする技術が開示されている。

例えば、特許文献１では、モーターシャフトが駆動し、バルブシャフトを押し動かすことで弁体を移動させるが、そのモーターシャフトとバルブシャフトとが当接するまでの隙間から、弁体と弁座との間の異物噛み込みを検知している。

しかしながら、特許文献１の技術では、モーターシャフトとバルブシャフトも排気ガスにさらされているため、モーターシャフトとバルブシャフトとの間にも異物が噛み込む虞があり、その場合には、弁体と弁座との間の異物噛み込みを正確に検知することができない。

また、特許文献２では、弁体を駆動するアクチュエータのトルクを用いて弁体と弁座との間に噛み込んだ異物を噛み切ったり、押し潰したりする技術が開示されている。しかし、異物が硬い場合には確実に噛み切ることができず、異物噛み込みによる排気ガスの漏れが生じてしまう。

また、弁体の開側への移動量（開弁量）を磁気センサ等のセンサによって検出することで異物の噛み込みを検出する方法もある。すなわち、弁体が着座していなければならないときにセンサが開弁を検出している場合は、異物が噛み込んでいるとみなす。

しかし、排気ガス再循環バルブは多部品を組み立ててなる構成体であるため、部品の寸法公差の積上げや部品間の隙間等の影響で、開弁量が微小な領域では、開弁を検出できない不感領域となってしまう。このため、不感領域を超える開弁量でしか異物の噛み込みを検出できない。そして、不感領域を超える開弁量の際の弁孔の流路面積は大きく、排気ガスの漏れ量が大きくなってからしか異物の噛み込みを検出できないという問題がある。

特開２００５−２９９５１４号公報 特開２００７−３０９１１５号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガス再循環バルブにおいて、弁体と弁座との間に異物が噛み込んだ場合の排気ガスの漏れ量を低減するとともに、異物の噛み込みを検出しやすくすることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の排気ガス再循環バルブは、内部に弁孔が形成されるとともに、弁孔の周囲に形成された弁座を有するハウジングと、弁孔の開口面に対して垂直方向に往復移動可能に設けられて、弁座の垂直方向一端側に離着座することで、弁孔を開閉するポペット式の弁体とを備える。

また、弁体は、垂直方向他端側に向かうにつれて径小となる円錐状のシール面を有し、シール面上には、着座時に弁座に当接するシール部が形成されている。
そして、シール部における水平方向に対するシール面の傾斜角θ１は４５〜５０°であり、シール部よりも内周側の傾斜角は、傾斜角θ１よりも大きい。

弁体が垂直方向他端側（閉側）に向かうにつれて径小となるように円錐状に形成されている場合、弁体が離座して開側に移動する際、弁体により開かれる弁孔の流路面積が徐々に広くなり、流量が増加する。この流路面積の拡大勾配（流量増加勾配）は、シール部よりも内周側の弁孔を塞いでいる部分の形状に依存する。
そこで、シール部よりも内周側において、水平方向に対するシール面の傾斜角θ１を大きくすることで、小開弁量領域での弁体の垂直方向一端側（開側）への移動量（開弁量）に対する流路面積の拡大勾配を小さくすることがきできる。

これによれば、弁体を閉側に移動させた際に、シール部よりも内周側（一般的に異物が特に噛み込みやすいとされている部分）に異物が噛みこんで、弁体が開側へ移動してしまった場合でも、弁孔の流路面積が小さくて済むため、排気ガスの漏れ量を低減することができる。

また、開弁量に対する流路面積の拡大勾配を小さくすることができるということは、わずかな流路面積の拡大に対しても開弁量が大きく変化することになる。
このため、異物噛み込みによるわずかな流路拡大時においても、開弁量は大きくなるため、不感領域を超えて、異物の噛み込みを検出することが可能になる。すなわち、不感領域を超える開弁量における弁孔の流路面積は小さく、排気ガスの漏れ量が少ないうちに異物の噛み込みを検出することができる。

また、シール部における水平方向に対するシール面の傾斜角θ１を４５〜５０°としている。シール部での傾斜角θ１が大きい場合には、着座時に弁体が弁座に嵌り込んで固着する虞があり、シール部での傾斜角θ１が小さい場合には、着座時に弁体と弁座との衝突によりシール面の荒れが大きくなる虞がある。
そこで、シール部での傾斜角θ１を４５〜５０°とすることにより、着座時の弁体の弁座への固着、および、シール面の荒れを抑制することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の排気ガス再循環バルブによれば、シール面は、凹面状に形成されている。
これによれば、請求項１と同様の効果に加えて、シール面を凹面状とすることで、開弁量に対する流路面積の拡大勾配をなめらかにすることができ、制御しやすくなる。

排気ガス再循環バルブの断面図である（実施例１）。 （ａ）は図１の要部拡大図であり、（ｂ）は弁体の移動に関する説明図である（実施例１）。 異物噛み込み時の弁体の移動に関する説明図である（実施例１）。 （ａ）は開弁量と流量との相関を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の開弁量が小さい領域を拡大した相関図である（実施例１）。 排気ガス再循環バルブの要部拡大断面図である（実施例２）。

本発明を実施するための形態の排気ガス再循環バルブは、内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関への吸入空気に混入させる排気ガス再循環装置に適用され、吸入空気に混入させる排気ガスの流量を調整する。

この排気ガス再循環バルブは、内部に弁孔が形成されるとともに、弁孔の周囲に形成された弁座を有するハウジングと、弁孔の開口面に対して垂直方向に往復移動可能に設けられて、弁座の垂直方向一端側に離着座することで、弁孔を開閉するポペット式の弁体とを備える。

また、弁体は、垂直方向他端側に向かうにつれて径小となる円錐状のシール面を有し、シール面上には、着座時に弁座に当接するシール部が形成されている。
そして、シール部における水平方向に対するシール面の傾斜角θ１は４５〜５０°であり、シール部よりも内周側の傾斜角は、傾斜角θ１よりも大きい。

〔実施例１の構成〕
実施例１の排気ガス再循環バルブ１の構成を、図１〜図４を用いて説明する。
排気ガス再循環バルブ１は、内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関への吸入空気に混入させる排気ガス再循環装置に適用され、吸入空気に混入させる排気ガスの流量を調整するものである。
排気ガス再循環装置は、内燃機関からの排気ガスを排出するための排気管と、内燃機関へ吸入空気を供給するための吸気管とを接続する還流管を有し、排気ガス再循環バルブ１は還流管の途中に配設されている。

排気ガス再循環バルブ１は、還流管の途中に接続されるハウジング２と、ハウジング２に形成された弁孔３を開閉する弁体４と、弁体４を移動させるための駆動力を発生させるためのアクチュエータ５とを備える。

ハウジング２は、内部に還流路８を形成するとともに、還流路８の排気管側（以下、還流路上流９）と、還流路８の吸気管側（以下、還流路下流１０）との間に、略円形の弁孔３が形成されている。そして、弁孔３の周囲には弁座１１が設けられている。

弁体４は、ポペット式であり、弁孔３の開口面に対して垂直方向に往復移動可能に設けられて、弁座１１に離着座することで、弁孔３を開閉する。
弁体４は、弁軸１３の一端に設けられており、アクチュエータ５の駆動力が弁軸１３に伝達され、弁体４が弁軸１３と一体的に垂直方向へ往復移動する。

本実施例では、弁体４が垂直方向一端側へ移動すると弁体４が弁座１１の垂直方向一端面から離座して開弁し、垂直方向他端側へ移動すると弁体４が弁座１１の垂直方向一端面に着座して閉弁する。
そして、弁孔３が開かれると、排気ガスが、還流路上流９→弁孔３→還流路下流１０へと流れ、吸気管へと供給される。

アクチュエータ５は、回転駆動力を発生させるモータ１５と、モータ１５による回転駆動力を垂直方向への駆動力に変換する駆動変換部１６とを有する。駆動変換部１６は、弁軸１３の他端側に設けられたシャフト１７を有している。そして、モータ１５による回転駆動力がギヤ部を介してシャフト１７に伝達され、シャフト１７の回転がシャフト１７に形成されたリードねじにより、垂直方向への移動に変換されることで、弁軸１３は垂直方向に移動する。

また、排気ガス再循環バルブ１は、回転位置に基づいて弁体４の垂直方向一端側（開側）への移動量（開弁量）を検出する回転位置検出装置２０を有する。回転位置検出装置２０は磁気センサ２１を用いた周知のものである。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の排気ガス再循環バルブ１によれば、弁体４は、垂直方向他端側に向かうにつれて径小となる円錐状のシール面２３を有し、シール面２３上には、着座時に弁座１１に当接するシール部２４が形成されている（図１参照）。

シール面２３は、シール部２４での接線の水平方向に対する傾斜角θ１が４５〜５０°となるような一連の凹面として形成されている。このため、シール部２４よりも内周側の傾斜角θ２は、シール部２４での傾斜角θ１よりも大きくなっている（図２（ａ）参照）。

〔実施例１の作用効果〕
実施例１の作用効果を、以下に説明する比較例と比べつつ説明する。
比較例の弁体４は、シール面２３が全て同一の傾斜角θ１となっており、弁体４の断面形状において、弁体４の外周が直線状の傾斜に形成されている（図２（ｂ）参照）。
これに対し、実施例１の弁体４は、弁体４の断面形状において、シール面２３が凹状に形成されている。

図２（ｂ）に示すように、実施例１と比較例とで、小開弁量領域における、同一開弁量での弁孔３の最小流路面積を比較すると、実施例１ではシール部２４より内周のシール面２３の傾斜角θ２を大きくしてあるため、比較例の場合よりも最小流路面積が小さくなる。

このため、実施例１では比較例の場合よりも、小開弁量領域における開弁量に対する流量（流路面積に依存）の増加量が小さくなる（図４参照）。すなわち、実施例１の弁体形状では、小開弁量領域での弁体４の開弁量に対する流路面積の拡大勾配を小さくすることができる。

これによれば、実施例１では、閉弁時に、シール部２４よりも内周側（一般的に異物が特に噛み込みやすいとされている部分）に異物が噛みこんで、弁体４が開側へ移動してしまった場合でも、比較例よりも、弁孔３の流路面積が小さくて済み、排気ガスの漏れ量を低減することができる。

また、シール部２４の内周側のシール面２３と弁座１１との間に異物が噛み込んだ場合の開弁量を、実施例１と比較例とで比べる。例として、同じ径の球状の異物を噛み込んだモデルで比較する（図３参照）。

この異物を噛み込んだ際に、漏れ量が最大となる状態（弁体４と弁座１１の最短距離が異物の直径に一致する状態）での開弁量は、実施例１の方が比較例よりも大きい。このことは、図４（ａ）、（ｂ）に示す開弁量と流量の相関からも明らかである。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１では比較例の場合よりも、小開弁量領域における開弁量に対する流路面積の拡大勾配を小さくすることができる。すなわち、小開弁量領域では、わずかな流路面積の拡大に対しても開弁量が大きく変化することになる。
このため、小開弁量領域では、同一流量（漏れ量）で比較すると、実施例１の方が比較例の場合よりも、開弁量が大きくなる（図４（ｂ）参照）。

この排気ガス再循環バルブ１における異物の噛み込み検出は、弁体４の開弁量を回転位置検出装置２０によって検出することでなされる。すなわち、弁体４が着座していなければならないときに回転位置検出装置２０が開弁を検出している場合、異物が噛み込んでいるとみなす。
しかし、排気ガス再循環バルブ１は多部品を組み立ててなる構成体であるため、部品の寸法公差の積上げや部品間の隙間等の影響で、開弁量が微小な領域では、開弁を検出できない不感領域となってしまう（図４（ｂ）参照）。

ここで、実施例１は比較例よりも、同一流量での開弁量が大きくなるため、同じ大きさの異物を噛み込んだ場合に、比較例では開弁量が不感領域内であるため開弁を検出できず、異物の噛み込みを検出できないのに対し、実施例１では開弁量が不感領域を超えるため、異物の噛み込みを検出することができる。
つまり、実施例１は比較例の場合よりも、不感領域を超える開弁量における流量が小さく、排気ガスの漏れ量が少ないうちに異物の噛み込みを検出することができる。

以上のように、実施例１は比較例よりも、弁体４と弁座１１との間に異物が噛み込んだ場合の排気ガスの漏れ量を低減することができるとともに、異物の噛み込みを検出しやすくできる。

また、実施例１では、シール部２４における水平方向に対するシール面２３の傾斜角θ１を４５〜５０°としている。シール部２４での傾斜角θ１が大きい場合には、着座時に弁体４が弁座１１に嵌り込んで固着する虞があり、シール部２４での傾斜角θ１が小さい場合には、着座時に弁体４と弁座１１との衝突によりシール面２３の荒れが大きくなる虞がある。
そこで、シール部２４での傾斜角θ１を４５〜５０°とすることにより、着座時の弁体４の弁座１１への固着、および、シール面２３の荒れを抑制することができる。

〔実施例２の構成〕
実施例２の排気ガス再循環バルブ１の構成を、実施例１とは異なる点を中心に、図５を用いて説明する。
実施例２の排気ガス再循環バルブ１は、シール面２３が２段のテーパ面２６、２７で形成されている。

シール部２４を含む垂直方向一端側のテーパ面２６は、傾斜角θ１が４５〜５０°に設定されている。また、シール部２４の内周側のテーパ面２７は、傾斜角θ１よりも大きい傾斜角θ２に設定されている。

これにより、実施例２でも実施例１と同様の作用効果を奏することができる。なお、開弁量の増加に伴う流量変化を滑らかにして制御しやすくする観点では、実施例２の弁体形状（二段テーパ）よりも、実施例１の弁体形状（凹面）の方が好ましい。

１ 排気ガス再循環バルブ
２ ハウジング
３ 弁孔
４ 弁体
１１ 弁座
２３ シール面
２４ シール部

Claims (2)

1. 内燃機関から排出される排気ガスの一部を前記内燃機関への吸入空気に混入させる排気ガス再循環装置に適用され、吸入空気に混入させる排気ガスの流量を調整する排気ガス再循環バルブであって、
   内部に弁孔が形成されるとともに、前記弁孔の周囲に形成された弁座を有するハウジングと、
   前記弁孔の開口面に対して垂直方向に往復移動可能に設けられて、前記弁座の垂直方向一端側に離着座することで、前記弁孔を開閉するポペット式の弁体とを備え、
   前記弁体は、垂直方向他端側に向かうにつれて径小となる円錐状のシール面を有し、
   前記シール面上には、着座時に前記弁座に当接するシール部が形成され、
   前記シール部における水平方向に対する前記シール面の傾斜角θ１は４５〜５０°であり、
   前記シール部よりも内周側の傾斜角は、前記傾斜角θ１よりも大きいことを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
2. 請求項１に記載の排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記シール面は、凹面状に形成されていることを特徴とする排気ガス再循環バルブ。

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