JP2022003237A - Ｅｇｒ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】内開弁式のＥＧＲ弁において、全閉時に弁体に吸気負圧又は排圧が作用しても、雄ねじと雌ねじとの間のバックラッシの存在にかかわらず弁体の開弁を防止すること。【解決手段】ＥＧＲ弁31は、ハウジング33の流路32に設けられる弁座34、弁座34の上流側に位置する弁体35、弁体35が設けられる弁軸36、弁軸36に設けられる雄ねじ38、弁軸36を往復運動させるステップモータ37、ステップモータ37のロータ53に設けられ雄ねじ38に螺合する雌ねじ61、弁体35と弁軸36を弁座34から遠ざかる方向へ付勢する弁体スプリング62を備える。雄ねじ山は弁座34へ向く第１雄ねじ山面と反対側の第２雄ねじ山面を含み、雌ねじ山は弁座34へ向く第１雌ねじ山面と反対側の第２雌ねじ山面を含む。【選択図】 図１

Description

この明細書に開示される技術は、ＥＧＲガスを還流するためのＥＧＲ通路に設けられる内開弁式のＥＧＲ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に記載される内開弁式のＥＧＲ弁が知られている。このＥＧＲ弁は、流路を有するハウジングと、流路に設けられた弁座と、弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、一端部に弁体が設けられた弁軸と、弁軸をその軸線方向へ往復運動させるためのアクチュエータとを備える。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、弁体は下流側流路にて弁座に着座可能に配置される。アクチュエータは雄ねじを有する駆動軸と、駆動軸を軸線方向へ往復動させるために雄ねじに螺合される雌ねじを有するロータと、ロータを回転させるコイルとを含む。雄ねじと雌ねじとの間には、駆動軸の軸線方向において所定のバックラッシが設けられる。駆動軸には、弁体を閉弁方向へ付勢する閉弁スプリングが設けられる。弁軸と駆動軸との間には、電磁クラッチが設けられる。このＥＧＲ弁では、その全閉時に、下流側流路に吸気負圧が作用したり、上流側流路に排圧が作用したりすると、弁体が開く方向へ移動するので、吸気負圧や排圧に対抗して弁体を閉弁方向へ付勢する閉弁スプリングが設けられる。

ここで、内開弁式のＥＧＲ弁は、その開弁時に弁軸が弁座の弁孔から離れるので、外開弁式のＥＧＲ弁に比べて次のようなメリットがある。すなわち、弁体の外径を等しくした場合、内開弁式では、ＥＧＲガスの最大流量が外開弁式よりも増加する。そのため、内開弁式では、所定の最大流量を得るための弁体の外径を外開弁式よりも小さくすることができ、結果として、低流量域の流量分解能を向上させることができる。このようなメリットが得られることから、内開弁式のＥＧＲ弁の利用の要請が高まっている。

特開２０１０−２７５９４１号公報

ところが、特許文献１に記載の内開弁式のＥＧＲ弁では、その全閉時には、閉弁スプリングの付勢力により駆動軸が閉弁方向へ押され、雄ねじのねじ山が雌ねじのねじ山に当たった状態で弁体が弁座に着座することになる。この状態で、雌ねじと雄ねじとの間には、駆動軸が開弁方向へ動き得るバックラッシ（隙間）が存在している。このため、弁体に吸気負圧又は排圧が作用すると、弁体から弁軸を介して駆動軸へ開弁方向の力が作用し、バックラッシの分だけ雄ねじが移動し、弁体が微小に開弁してしまうことになる。この結果、ＥＧＲガスが下流側流路へ漏れ、不要なＥＧＲガスが吸気通路へ流れてしまうおそれがある。

上記問題の対応策として、閉弁スプリングの付勢力（張力）を、吸気負圧や排圧に対抗できる程度に増大させることが考えられるが、閉弁スプリングが大型化したり、雄ねじと雌ねじとの間で摩耗が増加したりするおそれがあるので、好ましくない。

この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内開弁式のＥＧＲ弁において、全閉時に弁体に吸気負圧又は排圧が作用しても、雄ねじと雌ねじとの間のバックラッシの存在にかかわらず弁体の開弁を防止することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の技術は、流路を有するハウジングと、流路に設けられた弁座と、弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、弁体が設けられた弁軸と、弁軸は、一端部と他端部とを含み、一端部に弁体が固定され、他端部に雄ねじが設けられることと、弁軸をその軸線方向へ往復運動させるためのアクチュエータと、アクチュエータは、雄ねじに螺合される雌ねじを有するロータを含むことと、流路は、弁座を境としてロータに近い側と遠い側に分かれ、近い側にて弁体が弁座に着座可能に配置されることと、雄ねじは、弁軸の軸線方向において螺旋状に連なる雄ねじ山を有し、雄ねじ山は、弁座の方へ向いた第１雄ねじ山面と、その第１雄ねじ山面の反対側に位置する第２雄ねじ山面を含むことと、雌ねじは、弁軸の軸線方向において螺旋状に連なる雌ねじ山を有し、雌ねじ山は、弁座の方へ向いた第１雌ねじ山面と、その第１雌ねじ山面の反対側に位置する第２雌ねじ山面を含むことと、雄ねじと雌ねじとの間には、弁軸の軸線方向において所定のバックラッシが設けられることと、弁体を弁軸と共に弁座から遠ざかる方向へ付勢するための弁体スプリングとを備えたことを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、ＥＧＲ弁を全閉にするためにアクチュエータを駆動させてロータを回転させることにより、その回転運動が雌ねじと雄ねじを介して弁軸と弁体が軸線方向へ移動し、弁体が弁座に着座した全閉状態となる。このとき、弁体スプリングの付勢力により、雌ねじの第１雌ねじ山面に雄ねじの第２雄ねじ山面が係合した状態となる。この係合状態では、弁軸が弁体スプリングの付勢力により弁座から遠ざかる方向へ付勢されるので、バックラッシを介することなく雄ねじ山が雌ねじ山に当接し、弁軸の移動が阻止される。従って、下流側流路に弁体を引き上げようとする吸気負圧が作用したり、上流側流路に弁体を押し上げようとする排圧が作用したりしても、弁体の開弁が阻止される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、弁座は、弁体が着座した状態で弁体の閉弁方向への移動を規制する閉弁ストッパとして機能することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、弁体が弁座に着座した状態で弁座が閉弁ストッパとして機能するので、弁軸等に閉弁ストッパを別途設ける必要がない。

請求項１に記載の技術によれば、内開弁式のＥＧＲ弁において、その全閉時に弁体に吸気負圧又は排圧が作用しても、雄ねじと雌ねじの間のバックラッシが開弁側にない状態なので弁体の開弁を防止することができる。

請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、閉弁ストッパを設けない分だけＥＧＲ弁の構成を簡略化することができる。

一実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す断面図。 一実施形態に係り、全開状態のＥＧＲ弁を示す断面図。 一実施形態に係り、ＥＧＲ弁につき、全閉状態における図１の１点鎖線四角の部分を示す拡大断面図。 一実施形態に係り、図３における雄ねじと雌ねじの螺合状態の一部を示す拡大断面図。 一実施形態に係り、ＥＧＲ弁につき、全開状態における図２の１点鎖線四角の部分を示す拡大断面図。 一実施形態に係り、図５における雄ねじと雌ねじの螺合状態の一部を示す拡大断面図。 従来例に係り、内開弁式のＥＧＲ弁の全閉状態における雄ねじと雌ねじの螺合状態の一部を示す拡大断面図。 従来例に係り、内開弁式のＥＧＲ弁の全閉時であって、下流側流路に吸気負圧が作用した状態における雄ねじと雌ねじの螺合状態の一部を示す拡大断面図。

以下、ＥＧＲ弁を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、全閉状態のＥＧＲ弁３１を断面図により示す。図２に、全開状態のＥＧＲ弁３１を断面図により示す。図１、図２に示すように、ポペット式であって内開弁式のＥＧＲ弁３１は、流路３２を有するハウジング３３と、流路３２に設けられた弁座３４と、弁座３４に対して着座可能に設けられた弁体３５と、弁体３５が設けられた弁軸３６と、弁軸３６をその軸線方向へ往復運動（ストローク運動）させるためのステップモータ３７とを備える。ステップモータ３７は、この開示技術におけるアクチュエータの一例に相当する。

弁軸３６は、ハウジング３３を垂直に貫通して配置される。弁軸３６は、一端部（下端部）と他端部（上端部）を含み、下端部に弁体３５が固定され、上端部に雄ねじ３８が設けられる。弁軸３６には、雄ねじ３８に隣接してその下側にフランジ状のスプリング受け３９が設けられる。弁軸３６のスプリング受け３９より下側には、横断面が略小判形状をなす二面幅部３６ａが設けられる。

ハウジング３３において、流路３２の両端は、ＥＧＲガスが導入される入口３２ａと、ＥＧＲガスが導出される出口３２ｂとなっている。入口３２ａは上流側のＥＧＲ通路２２に接続され、出口３２ｂは下流側のＥＧＲ通路２２に接続される。弁座３４は、流路３２に連通する弁孔３４ａを有する。弁孔３４ａは、下側（上流側）へ向けて拡径するテーパ形状を有する。流路３２は、弁座３４を境として下側（上流側）の上流側流路３２ｃと上側（下流側）の下流側流路３２ｄとに分かれる。この実施形態で、弁体３５は、下流側流路３２ｄにて弁座３４に着座可能に配置される。換言すると、流路３２は、弁座３４を境としてステップモータ３７に近い側（下流側）と遠い側（上流側）に分かれ、その近い側（下流側）にて弁体３５が弁座３４に着座可能に配置される。

弁体３５は、略円錐台形状をなし、その小径部側が弁孔３４ａに嵌入する形で弁座３４に対し着座可能及び離間可能に設けられる。ハウジング３３には、弁軸３６を軸線方向へストローク運動可能に支持案内するための、第１スラスト軸受４１と第２スラスト軸受４２が設けられる。第１スラスト軸受４１の内周には、横断面が略小判形状をなし弁軸３６の二面幅部３６ａに係合可能な回転規制部４１ａが形成される。二面幅部３６ａと回転規制部４１ａとが整合することで、弁軸３６のストローク運動が案内されると共に、弁軸３６の回転が規制される。

ステップモータ３７は、コイル５１を有するステータ５２と、ステータ５２の内側に設けられたロータとしてのマグネットロータ５３とを含む。これらの部材５１〜５３等は、樹脂製のケーシング５４によりモールドされて覆われる。ケーシング５４には、横へ突出したコネクタ５５が形成される。コネクタ５５には、コイル５１から延びる端子５６が設けられる。

マグネットロータ５３は、ロータ本体５７と、ロータ本体５７の外側に一体的に設けられた円筒状のプラスチックマグネット５８とを含む。ロータ本体５７の上端部外周には、ケーシング５４との間に第１ラジアル軸受５９が設けられる。プラスチックマグネット５８の下端部内周には、第１スラスト軸受４１との間に第２ラジアル軸受６０が設けられる。これら第１及び第２のラジアル軸受５９，６０によりマグネットロータ５３がステータ５２の内側にて回転可能に支持される。ロータ本体５７の中心には、弁軸３６の雄ねじ３８に螺合される雌ねじ６１が設けられる。

図３に、ＥＧＲ弁３１につき、全閉状態における図１の１点鎖線四角Ｓ１の部分を拡大断面図により示す。図４に、図３における雄ねじ３８と雌ねじ６１の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。図５に、ＥＧＲ弁３１につき、全開状態における図２の１点鎖線四角Ｓ２の部分を拡大断面図により示す。図６に、図５における雄ねじ３８と雌ねじ６１の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。図３〜図６に示すように、雄ねじ３８は、弁軸３６の軸線方向において螺旋状に連なる雄ねじ山３８ａを有する。この雄ねじ山３８ａは、弁座３４の方（下方）へ向いた第１雄ねじ山面３８ａａと、その第１雄ねじ山面３８ａａの反対側（上側）に位置する第２雄ねじ山面３８ａｂを含む。また、雌ねじ６１は、弁軸３６の軸線方向において螺旋状に連なる雌ねじ山６１ａを有する。この雌ねじ山６１ａは、弁座３４の方（下方）へ向いた第１雌ねじ山面６１ａａと、その第１雌ねじ山面６１ａａの反対側（上側）に位置する第２雌ねじ山面６１ａｂを含む。そして、図４、図６に示すように、この雄ねじ３８と雌ねじ６１との間には、弁軸３６の軸線方向において所定のバックラッシ６５（あそび）が設けられる。

ここで、弁軸３６のスプリング受け３９と下側の第２ラジアル軸受６０との間、すなわち、スプリング受け３９とハウジング３３との間には、弁体３５を弁軸３６と共に弁座３４から遠ざかる方向（図１〜図６の上方）へ付勢するための弁体スプリング６２が設けられる。また、マグネットロータ５３（プラスチックマグネット５８）と第２ラジアル軸受６０との間には、マグネットロータ５３を弁座３４から遠ざかる方向へ付勢するためのロータスプリング６３が設けられる。

ハウジング３３と弁軸３６との間には、ハウジング３３と弁軸３６との間をシールするための略円筒形をなすリップシール４３が、第２スラスト軸受４２に隣接して設けられる。また、ハウジング３３と弁軸３６との間には、ハウジング３３と弁軸３６との間をデポジットからガードするための略円筒形をなすデポガードプラグ４４が、リップシール４３に隣接して設けられる。

このＥＧＲ弁３１は、ステップモータ３７を駆動させてマグネットロータ５３を回転させることにより、その回転運動を雌ねじ６１と雄ねじ３８を介して弁軸３６と弁体３５のストローク運動に変換し、弁座３４に対する弁体３５の開度を調節するようになっている。すなわち、このＥＧＲ弁３１は、ステップモータ３７により、弁体スプリング６２の付勢力に抗して、弁体３５と共に弁軸３６をストローク運動させて弁体３５を弁座３４に着座させることで全閉状態となる。そして、その全閉状態から、マグネットロータ５３が一方向へ回転することにより、雄ねじ３８と雌ねじ６１の螺合関係により、弁体スプリング６２の付勢力と共に、弁軸３６が弁体３５と共にスラスト方向である図２の上方向へストローク運動する。これにより、弁体３５が弁座３４から離れて開弁し、更に、全開状態となる。

一方、図２に示すように、弁体３５が弁座３４から最も離れた全開状態から、マグネットロータ５３が反対方向へ回転することにより、雄ねじ３８と雌ねじ６１の螺合関係により、弁体スプリング６２の付勢力に抗して、弁軸３６が弁体３５と共にスラスト方向である図２の下方向へストローク運動する。これにより、弁体３５が弁座３４に着座して全閉となり、更に、その全閉が保たれる全閉状態となる。このとき、弁座３４が弁体３５の閉弁ストッパと機能することになり、ロータ本体５７の回転が規制されると共に、弁軸３６及び弁体３５のストローク運動が規制される。このときの弁軸３６の位置が初期位置として規定される。

［ＥＧＲ弁の作用及び効果について］
以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁３１の構成によれば、ＥＧＲ弁３１を全閉にするためにステップモータ３７を駆動させてマグネットロータ５３を回転させることにより、その回転運動が雌ねじ６１と雄ねじ３８を介して弁軸３６と弁体３５が軸線方向へ移動し、弁体３５が弁座３４に着座した全閉状態となる。このとき、弁体スプリング６２の付勢力により、雌ねじ６１の第１雌ねじ山面６１ａａに雄ねじ３８の第２雄ねじ山面３８ａｂが係合した状態となる。図４に示すように、この係合状態では、弁軸３６が弁体スプリング６２の付勢力Ｆ１により弁座３４から遠ざかる方向（図４の上方向）へ付勢されるので、バックラッシ６５を介することなく雄ねじ山３８ａが雌ねじ山６１ａに当接し、弁軸３６の上方向への移動が阻止される。従って、下流側流路３２ｄに弁体３５を引き上げようとする吸気負圧が作用したり、上流側流路３２ｃに弁体３５を押し上げようとする排圧が作用したりしても、弁体３５の開弁が阻止される。このため、内開弁式のＥＧＲ弁３１において、その全閉時に弁体３５に吸気負圧又は排圧が作用しても、雄ねじ３８と雌ねじ６１の間のバックラッシ６５が開弁側にない状態なので弁体３５の開弁を防止することができる。この結果、ステップモータ３７（アクチュエータ）を特に高出力化及び大型化することなく、弁体３５を全閉状態に保持することができる。

ここで、図７に、従来例に係り、内開弁式のＥＧＲ弁の全閉時における雄ねじ１３８と雌ねじ１６１の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。図８に、従来例に係り、内開弁式のＥＧＲ弁の全閉時であって、下流側流路に吸気負圧が作用した状態における雄ねじ１３８と雌ねじ１６１の螺合状態の一部を拡大断面図により示す。従来例の内開弁式のＥＧＲ弁において、弁体が弁座に着座した全閉状態では、図７に示すように、雄ねじ山１３８ａの第１雄ねじ山面１３８ａａが雌ねじ山１６１ａの第２雌ねじ山面１６１ａｂに係合する状態となる。雄ねじ山１３８ａの第１雄ねじ山面１３８ａａが雌ねじ山１６１ａの第２雌ねじ山面１６１ａｂに係合するのは、閉弁スプリングの付勢力Ｆ２によって弁体が弁軸と共に弁座の方向（図７の下方向）へ付勢されることによる。

ここで、エンジンの運転時には、ＥＧＲ弁の下流側流路に吸気通路から吸気負圧が作用することがある。この場合、従来例の内開弁式のＥＧＲ弁では、その吸気負圧が閉弁スプリングの付勢力より大きいと、図７に示す雄ねじ１３８と雌ねじ１６１との間のバックラッシ１６５の分だけ駆動軸の移動が許容され、駆動軸と共に弁体が吸気負圧により引き上げられて弁座から離間（開弁）し、上流側流路から下流側流路へＥＧＲガスが漏れて吸気通路へ流れるおそれがある。この結果、不要なＥＧＲガスがエンジンへ流れ、エンジンで失火が発生するおそれがある。全閉状態の弁体に上流側流路から過大な排圧が作用する場合も上記と同様である。

これに対し、この実施形態のＥＧＲ弁３１では、その全閉状態において下流側流路３２ｄから吸気負圧が弁体３５に作用しても、弁体３５が弁座３４から離間（開弁）することがない。その理由は、雄ねじ３８が雌ねじ６１に係合して上方向（開弁方向）への移動が阻止され、吸気負圧に対抗して弁体３５の動きがロックされるからである。すなわち、ＥＧＲ弁３１では、図４に示すように、弁体スプリング６２の付勢力Ｆ１により、弁体３５と共に弁軸３６が弁座３４から遠ざかる方向に付勢されるので、雄ねじ３８の第２雄ねじ山面３８ａｂが雌ねじ６１の第１雌ねじ山面６１ａａに係合し、弁体３５と共に弁軸３６のステップモータ３７（上方）へ向かう移動が阻止されるからである。この全閉状態では、弁体３５を開弁させるためにマグネットロータ５３を回転させない限り、弁軸３６が上方へ移動することはなく、ＥＧＲ弁３１は、結果的に弁体スプリング６２の付勢力により全閉状態に保たれる。

また、この実施形態では、弁体３５が弁座３４に着座した状態で弁座３４が閉弁ストッパとして機能するので、弁軸３６等に閉弁ストッパを別途設ける必要がない。このため、閉弁ストッパを設けない分だけＥＧＲ弁３１の構成を簡略化することができる。

なお、この開示技術は前記実施形態に限定されるものではなく、開示技術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。

例えば、前記実施形態におけるＥＧＲ弁３１の形態は一例を示すものであり、その形態を変更することができる。

この開示技術は、ガソリンエンジンシステムやディーゼルエンジンシステムに設けられるＥＧＲ装置に利用することができる。

３１ ＥＧＲ弁
３２ 流路
３２ｃ 上流側流路
３２ｄ 下流側流路
３３ ハウジング
３４ 弁座
３５ 弁体
３６ 弁軸
３７ ステップモータ（アクチュエータ）
３８ 雄ねじ
３８ａ 雄ねじ山
３８ａａ 第１雄ねじ山面
３８ａｂ 第２雄ねじ山面
５３ マグネットロータ（ロータ）
６１ 雌ねじ
６１ａ 雌ねじ山
６１ａａ 第１雌ねじ山面
６１ａｂ 第２雌ねじ山面
６２ 弁体スプリング
６５ バックラッシ

Claims (2)

1. 流路を有するハウジングと、
   前記流路に設けられた弁座と、
   前記弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、
   前記弁体が設けられた弁軸と、
   前記弁軸は、一端部と他端部とを含み、前記一端部に前記弁体が固定され、前記他端部に雄ねじが設けられることと、
   前記弁軸をその軸線方向へ往復運動させるためのアクチュエータと、
   前記アクチュエータは、前記雄ねじに螺合される雌ねじを有するロータを含むことと、
   前記流路は、前記弁座を境として前記ロータに近い側と遠い側に分かれ、前記近い側にて前記弁体が前記弁座に着座可能に配置されることと、
   前記雄ねじは、前記弁軸の前記軸線方向において螺旋状に連なる雄ねじ山を有し、前記雄ねじ山は、前記弁座の方へ向いた第１雄ねじ山面と、その第１雄ねじ山面の反対側に位置する第２雄ねじ山面を含むことと、
   前記雌ねじは、前記弁軸の前記軸線方向において螺旋状に連なる雌ねじ山を有し、前記雌ねじ山は、前記弁座の方へ向いた第１雌ねじ山面と、その第１雌ねじ山面の反対側に位置する第２雌ねじ山面を含むことと、
   前記雄ねじと前記雌ねじとの間には、前記弁軸の前記軸線方向において所定のバックラッシが設けられることと、
   前記弁体を前記弁軸と共に前記弁座から遠ざかる方向へ付勢するための弁体スプリングと
   を備えたことを特徴とするＥＧＲ弁。
2. 請求項１に記載のＥＧＲ弁において、
   前記弁座は、前記弁体が着座した状態で前記弁体の閉弁方向への移動を規制する閉弁ストッパとして機能する
   ことを特徴とするＥＧＲ弁。

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