JP5304825B2 - Egrバルブ - Google Patents
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Description
EGR装置は、
・エンジンの排気通路からEGRガスを吸気通路へ導くためのEGR流路と、
・このEGR流路内の吸気側へ戻されるEGRガス量調整を弁開度を調整することで行なうEGRバルブと、
・このEGRバルブの開度制御(具体的には、EGRバルブに搭載される電動アクチュエータの通電制御)を行なうECU(エンジン・コントロール・ユニットの略)と、
を備える。
EGRバルブ1は、シャフト10に対してバタフライバルブ6(略円盤形状を呈する弁体)が傾斜配置されるものであり、バタフライバルブ6の外周縁には、閉弁時の漏れを防ぐシールリング8が設けられる。ここで、ガス通路2内は、EGRガスが流れる過酷な強酸性の凝縮水が発生する環境下である。このため、シールリング8は、耐酸性に優れるステンレス等の金属によって設けられる。
このため、従来のEGRバルブ1では、シールリング8と接触する箇所にステンレス製のボア環(円筒ノズル)9を配置して、シールリング8と摺接する箇所の腐食と摩耗を抑えている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、ステンレス同士の擦れ合いは、ステンレスとアルミニウムの擦れ合いよりも摩耗が抑えられるものの、耐摩耗性に優れた組み合わせではない。
なお、EGRバルブ1の閉弁時に摩耗箇所からEGRガスが漏れると、規定の新気量(ECUが要求する空気量)が確保できなくなる。その結果、エンジンの出力が低下したり、エンストするなどの不具合が懸念される。
請求項1のEGRバルブは、ボア環を「外側金属環+内側樹脂環」の2重構造に設けたものであり、外側金属環を用いてボア環をバルブボディに固定し、シールリングとの摺接に内側樹脂環を用いるものである。
これにより、シールリングが樹脂製の内側樹脂環と摺動するため、摺動箇所の摩耗が抑えられる。即ち、EGRバルブが長期に使用されても、摩耗の発生を抑えることができ、EGRバルブの信頼性を高めることができる。
さらに、請求項1の内側樹脂環は、バルブボディに形成されたボディ凸部と、外側金属環に形成された金属環凸部との間に挟まれるものである。
このように、内側樹脂環がボディ凸部と金属環凸部に挟まれることにより、外側金属環に対する内側樹脂環の圧入代が、クリープや線膨張によって小さくなったとしても、内側樹脂環を所定の組付け位置に確実に保つことができる。即ち、長期にわたって使用しても、内側樹脂環の位置ズレや、内側樹脂環が外れる不具合を回避することができる。
請求項2の手段の内側樹脂環は、外側金属環の内周面に圧入された後、内側樹脂環の内周面が切削研摩されたものである。
これにより、シールリングが摺接する内側樹脂環の内径寸法や真円度の精度を高めることができ、精度低下による弁漏れを防ぐことができる。
請求項3の手段は、内側樹脂環が設けられた外側金属環を、バルブボディのガス通路内に圧入により固定したものである。
このように設けることにより、圧入によって生じる負荷を外側金属環が受け止めるため、圧入によって生じる負荷により内側樹脂環の内径寸法や真円度の精度が低下するのを防ぐことができる。
請求項4の手段の内側樹脂環においてシールリングが摺接する摺動面は、バタフライバルブの回転中心を球中心点とした球面である。
これにより、閉弁時にバタフライバルブの開度が少量ズレても、シールリングが全周にわたって内側樹脂環(具体的には摺動面)に当接することができ、EGRガスの漏れを防ぐことができる。
また、シールリングと内側樹脂環との摺動面積が増えるため、シールリングと内側樹脂環の摺動による摩耗を、さらに抑えることができる。
EGRバルブ1は、
(a)EGRガスを流すガス通路2が内部に形成されるアルミニウム(アルミニウム合金を含む)製のバルブボディ3と、
(b)ガス通路2の内壁に固定配置される筒形状を呈する金属製の外側金属環4と、
(c)この外側金属環4の内周壁に設けられた筒形状を呈する樹脂製の内側樹脂環5と、
(d)この内側樹脂環5の内側を開閉するバタフライバルブ6と、
(e)このバタフライバルブ6の外周縁に形成されたシール嵌合溝7の内部に嵌め入れられ、バタフライバルブ6が内側樹脂環5を閉塞する際にバタフライバルブ6と内側樹脂環5の隙間を塞ぐ金属製のシールリング8と、
を具備する。
実施例1を図1、図2を参照して説明する。
EGR装置は、エンジンの排出した排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジンの吸気側に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるEGRガスを混入させる周知の技術である。
EGR装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路へ戻すEGR流路と、このEGR流路内のガス量調整を弁開度調整にて行なうEGRバルブ1とを少なくとも備え、このEGRバルブ1の開度が車両の走行状態に応じてECUによって制御される。
なお、以下では、図1の図示上側を上、図示下側を下、図示右側を右、図示左側を左と称して説明するが、この上下左右は実施例の説明のための方向であって限定されるものではない。
EGRバルブ1は、
・内部にEGR流路の一部を成すガス通路2が形成されるバルブボディ3と、
・ガス通路2の内壁に固定配置されるボア環9と、
・このボア環9内を開閉するバタフライバルブ6と、
・バルブボディ3に対してバタフライバルブ6を回転可能に支持するシャフト10と、
・シャフト10に開弁方向の駆動力を与える電動アクチュエータ11と、
を具備する。
(i)略円筒形状を呈する金属製の外側金属環4と、
(ii)この外側金属環4内に圧入固定された円筒形状を呈する樹脂製の内側樹脂環5と、
で構成される。
そして、外側金属環4の外周壁面をガス通路2の内壁に圧入固定することで、「外側金属環4+内側樹脂環5」からなるボア環9がバルブボディ3の内部に固定配置されるものである。
外側金属環4は、例えばステンレス製の円筒体であり、外側金属環4の上側の外径寸法は、ガス通路2の内壁における圧入径寸法より僅かに小径に設けられている。このため、外側金属環4をガス通路2内に圧入した際、外側金属環4の上側は、ガス通路2の内壁に対して少量の隙間を隔てるものである。
外側金属環4の下側の外径寸法は、圧入壁13の圧入径寸法より僅かに大径に設けられている。このため、外側金属環4をガス通路2内に圧入する際、外側金属環4の下側が圧入壁13に圧入される。即ち、外側金属環4の下側の軸方向長により、バルブボディ3に対する圧入長の設定が行なわれるものである。
このボディ凸部14は、ガス通路2の内側に向かって突出する環状凸部であり、ボア環9の位置決め突起の機能に加え、内側樹脂環5が上方へ移動するのを阻止する機能を備えている。具体的に、ボディ凸部14の内径寸法は、内側樹脂環5の内径寸法より大きく、且つ内側樹脂環5の外径寸法以下に設けられている。
この金属環凸部15は、内径方向へ向かって突出する環状凸部であり、内側樹脂環5の位置決め突起の機能はもちろん、内側樹脂環5が下方へ移動するのを阻止する機能を備えている。具体的に、金属環凸部15の内径寸法は、内側樹脂環5の内径寸法より大きく、且つ内側樹脂環5の外径寸法以下に設けられている。
即ち、ボア環9がガス通路2の内部に圧入された状態において、内側樹脂環5は、バルブボディ3に形成されたボディ凸部14と、外側金属環4に形成された金属環凸部15との間に挟まれるものである。
この内側樹脂環5は、上述したように、外側金属環4の内周壁に圧入固定された円筒体であり、耐熱性、耐腐食性などに優れた硬質の樹脂(例えば、非熱可塑性のポリイミド樹脂等)によって設けられている。
一方、内側樹脂環5の内周面は、外側金属環4に圧入された後、切削研摩加工により一定径(後述するシールリング8の自由長の外径寸法より僅かに小径)の平滑面に仕上げられている。
このバタフライバルブ6は、略円盤形状を呈し、耐熱性、耐腐食性に優れた部材(例えば、ステンレスなど)によって設けられる。
また、バタフライバルブ6は、シャフト10の左端に溶接等の結合技術によって固定されて、シャフト10によって片持ち支持されるものである。
シールリング8は、バタフライバルブ6の外周縁に全周にわたって形成されたシール嵌合溝7に嵌め入れられている。このシールリング8は、ステンレス等の金属材料によって形成された断面が四角形状の線材を円環状に設けたものであり、周方向の1箇所に内側樹脂環5の内径とシールリング8の自由長の外径との差分を吸収するための合口(周方向の分離部)が設けられている。なお、シールリング8は、例えばステンレスメッシュ製のリング部材で設けるなど、合口を有しないものであっても良い。
シャフト10は、耐熱性、耐腐食性に優れた部材(例えば、ステンレスなど)よりなる略円柱棒状体であり、バタフライバルブ6はシャフト10の軸線に対して傾斜配置されるものである。
なお、バルブボディ3の内部には、エンジン冷却水が循環する冷却水循環路18が設けられており、EGRガスの熱が電動アクチュエータ11側へ伝達するのを抑えるように設けられている。
(i)通電により回転動力を発生する電動モータ(例えば、通電量に応じた回転トルクを発生する周知の直流モータ)と、
(ii)この電動モータの回転トルクを増幅してシャフト10に伝達する減速装置20(例えば、複数のギヤを組み合わせた歯車式減速機)と、
(iii)バタフライバルブ6を全閉側へ戻す力をシャフト10に付与するリターンスプリング21と、
(iv)シャフト10の角度からバタフライバルブ6の開度を検出する回転角センサ22(例えば、シャフト10の角度を非接触で検出する磁気回転角センサ)と、
を備える。
なお、図1に示す符号23は、バルブボディ3の右部に締結されて電動アクチュエータ11を収容するカバーである。
具体的にECUは、マイクロコンピュータを搭載した周知の電子制御装置であり、回転角センサ22によって検出される実際のバタフライバルブ6(シャフト10)の開度が、車両走行状態に応じて算出された目標開度となるように、ECUが電動モータを通電制御するものである。
この実施例のEGRバルブ1は、上述したように、ボア環9を「外側金属環4+内側樹脂環5」の2重構造で設けたものであり、外側金属環4を用いてボア環9をバルブボディ3に固定し、シールリング8との摺接に内側樹脂環5を用いるものである。
これにより、ステンレス製のシールリング8が樹脂製の内側樹脂環5と摺動することになり、シールリング8とボア環9との摺動箇所の摩耗を抑えることができる。このため、EGRバルブ1が長期に使用されても、摩耗の発生を抑えることができ、EGRバルブ1の信頼性を高めることができる。
この実施例のEGRバルブ1は、上述したように、内側樹脂環5を外側金属環4の内周面に圧入して固定したものである。
即ち、内側樹脂環5を外側金属環4とは別に形成するものである。
このため、外側金属環4の内側に射出成形が困難な樹脂材料であっても、内側樹脂環5として用いることができる。
この実施例のEGRバルブ1は、上述したように、内側樹脂環5を外側金属環4の内周面に圧入した後に、内側樹脂環5の内周面を切削研摩したものである。
これにより、シールリング8が摺接する内側樹脂環5の内径寸法や真円度の精度を高めることができ、内側樹脂環5の精度低下による弁漏れの発生を防ぐことができる。
この実施例のEGRバルブ1は、上述したように、内側樹脂環5が設けられた外側金属環4を、ガス通路2内に圧入により固定したものである。
このように設けることにより、ガス通路2内への圧入によって生じる負荷を外側金属環4が受け止めるため、圧入によって生じる負荷により内側樹脂環5の内径寸法や真円度の精度が低下するのを防ぐことができる。
この実施例のEGRバルブ1は、上述したように、外側金属環4がガス通路2に圧入されることにより、内側樹脂環5がバルブボディ3に形成されたボディ凸部14と、外側金属環4に形成された金属環凸部15との間に挟まれるものである。
このように、内側樹脂環5がボディ凸部14と金属環凸部15に挟まれることにより、外側金属環4に対する内側樹脂環5の圧入代が、クリープや線膨張によって小さくなったとしても、内側樹脂環5を所定の組付け位置に確実に保つことができる。即ち、長期にわたって使用しても、内側樹脂環5の位置ズレや、内側樹脂環5が外れる不具合を回避することができる。
実施例2を図3を参照して説明する。なお、以下の実施例において上記実施例1と同一符号は同一機能物を示すものである。
この実施例2は、内側樹脂環5においてシールリング8が摺接する摺動面24を、バタフライバルブ6の回転中心を球中心点とした球面(図3中の2点鎖線α参照)に設けたものである。この摺動面24は、内側樹脂環5を外側金属環4の内周面に圧入した後に、切削研摩加工により形成したものであり、摺動面24は高精度で滑らかな面に仕上げられている。
なお、具体的な球面の内径寸法(直径寸法)は、シールリング8の自由長の外径寸法より僅かに小径に設けられており、閉弁時にシールリング8が全周にわたって摺動面24に接するように設けられている。
このように、内側樹脂環5においてシールリング8が摺接する摺動面24を、バタフライバルブ6の回転中心を球中心点とした球面に設けることにより、閉弁時にバタフライバルブ6の開度が少量ズレても、シールリング8が全周にわたって内側樹脂環5に当接する。このため、EGRガスの漏れを防ぐことができ、EGRバルブ1の信頼性を高めることができる。
また、内側樹脂環5においてシールリング8が摺接する摺動面24を、バタフライバルブ6の回転中心を球中心点とした球面に設けることにより、シールリング8と内側樹脂環5との摺動面積が増える。このため、シールリング8と内側樹脂環5の摺動による摩耗を、さらに抑えることができ、長期にわたって摩耗箇所からEGRガスが漏れる不具合を回避することができる。
あるいは、外側金属環4の内部に内側樹脂環5を射出成形することで、外側金属環4の内部に内側樹脂環5を設けても良い。なお、外側金属環4の内部に内側樹脂環5を射出成形する際には、外側金属環4と内側樹脂環5が接する面に環状溝や凹凸を設けて、外側金属環4と内側樹脂環5が接する距離を長くして、外側金属環4と内側樹脂環5の接合箇所からEGRガスが漏れるのを防ぐように設けても良い。
2 ガス通路
3 バルブボディ
4 外側金属環
5 内側樹脂環
6 バタフライバルブ
7 シール嵌合溝
8 シールリング
9 ボア環
14 ボディ凸部
15 金属環凸部
24 内側樹脂環においてシールリングが摺接する摺動面
Claims (4)
- エンジンの排気通路から吸気通路へEGRガスを戻すEGR流路の一部を成すガス通路(2)が内部に形成されるアルミニウム製のバルブボディ(3)と、
前記ガス通路(2)の内壁に固定配置される筒形状を呈する金属製の外側金属環(4)と、
この外側金属環(4)の内周壁に設けられた筒形状を呈する樹脂製の内側樹脂環(5)と、
この内側樹脂環(5)の内側を開閉するバタフライバルブ(6)と、
このバタフライバルブ(6)の外周縁に形成されたシール嵌合溝(7)の内部に嵌め入れられ、前記バタフライバルブ(6)が前記内側樹脂環(5)を閉塞する際に前記バタフライバルブ(6)と前記内側樹脂環(5)の隙間を塞ぐシールリング(8)と、
を具備し、
前記内側樹脂環(5)は、前記外側金属環(4)の内周面に圧入により固定されるとともに、
前記内側樹脂環(5)は、前記バルブボディ(3)に形成されたボディ凸部(14)と、前記外側金属環(4)に形成された金属環凸部(15)との間に挟まれることを特徴とするEGRバルブ。 - 請求項1に記載のEGRバルブ(1)において、
前記内側樹脂環(5)は、前記外側金属環(4)の内周面に圧入された後、前記内側樹脂環(5)の内周面が切削研摩されていることを特徴とするEGRバルブ。 - 請求項2に記載のEGRバルブ(1)において、
前記内側樹脂環(5)が設けられた前記外側金属環(4)は、前記バルブボディ(3)の前記ガス通路(2)内に圧入により固定されていることを特徴とするEGRバルブ。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のEGRバルブ(1)において、
前記内側樹脂環(5)において前記シールリング(8)が摺接する摺動面(24)は、前記バタフライバルブ(6)の回転中心を球中心点とした球面であることを特徴とするEGRバルブ。
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