JP6501975B2 - 排気ガス再循環バルブ - Google Patents

Description

この発明は、排気ガスを吸気側へ再循環させる排気ガス再循環バルブに関するものである。

従来より、内燃機関で発生した排気ガスの一部を吸気側へ導いて循環させる排気ガス再循環バルブが知られている。例えば、特許文献１に記載の排気ガス再循環バルブでは、排気ガス流入口に対して、軸線方向の上下に並ぶ２つの排気ガス流出口が設けられている。従って、２つの排気ガス流出口の間に位置するハウジングの壁部が、排気ガス流入口に対向している。

特開２０１２−２６２７０号公報

排気ガス流入口にハウジングの壁部が対向している構造の場合、当該壁部に、排気ガス流入口から流れ込む高温の排気ガスが直撃する。当該壁部は、高温の排気ガスの直撃を受けて高温化するので、そうした高温に耐えられるように設計する必要があった。例えば、コストは掛かるが、高耐熱材でハウジングを構成するなどしていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排気ガス流入口にハウジングの壁部が対向している構造であっても、当該壁部の高温化を低減できる排気ガス再循環バルブを得ることを目的とする。

この発明に係る排気ガス再循環バルブは、排気ガス流入口と排気ガス流出口とをつなぐ通路を内部に有するハウジングと、ハウジングの内部に設けられ、通路を開閉する弁体とを備え、ハウジングは、排気ガス流入口に対向する壁部と、壁部に連続的又は断続的に枠状に並ぶ、排気ガス流入口に向けて凸のリブとを有することを特徴とするものである。

この発明によれば、排気ガス流入口に対向するハウジングの壁部にリブを設けることにより、排気ガス流入口にハウジングの壁部が対向している構造であっても、当該壁部の高温化を低減できる。

この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブを示す部分断面図である。 図１中のＡ方向から見たときの壁部の正面図である。 壁部周辺の排気ガスの様子を示す断面図である。 リブの変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブの変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る排気ガス再循環バルブを示す断面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブ１を示す部分断面図である。図１では、アクチュエータ部９とカバー部材１１とガスケット１０等については側面図として示している。また、図２は、図１中のＡ方向から見たときの壁部２４の正面図である。

排気ガス再循環バルブ１のハウジング２には、１つの排気ガス流入口２１と、２つの排気ガス流出口２２，２３が形成されている。そして、ハウジング２の内部は、排気ガス流入口２１と排気ガス流出口２２，２３とをつなぐ通路となっている。当該通路は、ハウジング２の内部に設けられた弁体３によって開閉される。図１は、当該通路が弁体３によって閉じられた状態を示している。
排気ガス流入口２１は、ハウジング２の壁部２４に対向している。壁部２４には、図２に示すように、図１中のＡ方向から見て円環状のリブ２５が形成されている。リブ２５は、排気ガス流入口２１に向けて凸となっている。

壁部２４から見て図１における上側に排気ガス流出口２２が形成され、下側に排気ガス流出口２３が形成されている。排気ガス流入口２１から排気ガス流出口２２へ向かう通路の途中、及び、排気ガス流入口２１から排気ガス流出口２３へ向かう通路の途中にはそれぞれ、円環状の弁座４がハウジング２に固定されている。

弁体３は、弁軸５に固定されており、弁軸５と一体的に軸方向に移動する。
弁軸５は、軸受６により支持されている。弁軸５の図１における上端部には、スプリングホルダ７が固定されている。スプリングホルダ７とハウジング２との間に設けられたスプリング８は、弁体３が弁座４に当接する方向に、弁軸５を付勢している。

ハウジング２には、モータ等を備えたアクチュエータ部９が取り付けられている。アクチュエータ部９の出力軸９１は、弁体３が弁座４から離れる方向に、弁軸５を移動させる。

ハウジング２では、排気ガス流出口２２，２３が形成されている側に、ガスケット１０を介してカバー部材１１が取り付けられている。カバー部材１１には、不図示の内燃機関の吸気側と接続するための接続部１２が設けられている。

排気ガス再循環バルブ１では、内燃機関が稼働すると、アクチュエータ部９の出力軸９１が弁軸５をスプリング８の付勢力に抗して図１における下方向に移動させる。これにより、弁体３と弁座４との間に流路が形成されて、排気ガス流入口２１から排気ガス流出口２２，２３へと排気ガスが流れる。

排気ガス流入口２１から排気ガス流出口２２，２３へと排気ガスが流れるときの、壁部２４周辺の排気ガスの様子を図３に示す。
排気ガス流入口２１からハウジング２の内部に入り込んだ排気ガスは、正面の壁部２４に衝突して、図３に示すような乱流を生じる。その後も引き続き排気ガス流入口２１から排気ガスがハウジング２の内部に入り込んでくるが、生じた乱流はリブ２５によって領域Ｂに留まることとなり、ハウジング２の内部に入り込んでくる排気ガスが壁部２４に直撃するのを抑制する。領域Ｂ内の乱流は、壁部２４との熱交換により温度が下げられ、壁部２４は、温度の下がった排気ガスを介して、高温の排気ガスを導入する排気ガス流入口２１と対向する。このように、領域Ｂには、リブ２５により留まる乱流によって、断熱バリア層が形成される。

一方、リブ２５が壁部２４に形成されていない場合、排気ガス流入口２１からハウジング２の内部に入り込んだ排気ガスが壁部２４に衝突して生じた乱流は、領域Ｂに留まることができなくなる。従って、その後に引き続いて排気ガス流入口２１からハウジング２の内部に入り込んでくる排気ガスは、壁部２４に直撃することとなり、断熱バリア層を形成するリブ２５を設けた場合に比べて、壁部２４が高温化する。

リブ２５を設けて断熱バリア層を形成することにより、壁部２４の高温化を低減することができ、ハウジング２の材料として、高耐熱材である鉄、ステンレス鋼等に代えて、耐熱温度は低いが低コストのアルミニウムを採用することが可能となる。アルミニウムは、鉄及びステンレスに比べて軽いので、排気ガス再循環バルブ１の軽量化にも寄与する。

なお、リブ２５は、Ａ方向から見たときの形状が枠状であれば、図２に示すような略真円形以外であってもよい。例えば、長径と短径が異なる楕円形、角丸の多角形等でもよい。また、Ａ方向から見たときに連続的なリブ２５ではなく、断続的なリブ２５つまり部分的にリブ２５が途切れていてもよい。要は、断熱バリア層を形成できるような、連続的又は断続的に枠状に並ぶリブ２５であればよい。

また、リブ２５は、その直径Ｃが、排気ガス流入口２１の直径Ｄよりも小さくなるように形成することが好ましい。直径Ｃ及び直径Ｄは、図１に示している。
直径Ｃを大径化させないことで、リブ２５を設けることによる排気ガス再循環バルブ１の流量特性への影響を抑えることができる。また、排気ガス流入口２１からハウジング２の内部に入り込んだ排気ガスは、圧力差によって排気ガス流出口２２，２３へ導かれるので、図３に示すようにラッパ状に流れが広がる。従って、排気ガス流入口２１からハウジング２の内部に入り込む排気ガスの一部は、壁部２４に正面から直撃するようには流れないので、リブ２５の直径Ｃが排気ガス流入口２１の直径Ｄよりも小さくても、壁部２４の高温化の低減には十分である。
図１中のＡ方向から見たときのリブ２５の形状が円形以外の場合も考慮すると、要は、リブ２５の内周面２６に囲まれて形成されるリブ２５の内側領域の外形が、排気ガス流入口２１の流路断面の外形よりも小さくなるようにすればよい。

また、図４の断面図に示すように、リブ２５の内周面２６が、壁部２４に近づくほどリブ２５の内周側に位置するような凹面であってもよい。このようにすることで、図３で示したように巻く乱流が、領域Ｂで生じやすくなる。
また、リブ２５の外周面２７が、壁部２４に近づくほどリブ２５の外周側に位置するような凹面であってもよい。このようにすることで、リブ２５の外周部分に乱流が生じやすくなる。当該乱流は、壁部２４のうちリブ２５の外周に位置する部分での高温化の低減に効果的である。

また、リブ２５が低すぎると断熱バリア層が適切に形成されにくくなるので、リブ２５の高さは２ｍｍ以上であることが好ましい。
また、リブ２５が高すぎると、開弁時にリブ２５と弁体３とが接近して流量が低下するなど流量特性に影響を及ぼすので、リブ２５の高さは５ｍｍ以下であることが好ましい。開弁時にリブ２５と弁体３とが接近しないように、壁部２４を弁軸５から遠ざかる位置つまりカバー部材１１の方向に移動させて設けてもよいが、従来の排気ガス再循環バルブの構造に対してリブ２５の形成に加え壁部２４の移動という設計変更を要するので、製造が煩雑となる。

また、上記では、弁体３及び弁座４をそれぞれ複数有するいわゆる多弁式のバルブを例に説明をした。しかしながら、排気ガス再循環バルブ１は、弁体３及び弁座４がそれぞれ１つずつ設けられたいわゆる単弁式のバルブであってもよい。
排気ガス再循環バルブ１を単弁式のバルブとした場合の例を、図５に示す。単弁式の場合も、排気ガス流入口２１に対向する壁部２４にリブ２５を設けることで断熱バリア層を形成し、壁部２４の高温化を低減することができる。

以上のように、この実施の形態１に係る排気ガス再循環バルブ１によれば、排気ガス流入口２１に対向する壁部２４にリブ２５を設けることで、断熱バリア層を形成する。これにより、排気ガス流入口２１にハウジング２の壁部２４が対向している構造であっても、壁部２４の高温化を低減できる。

また、リブ２５の内側領域の外形は、排気ガス流入口２１の流路断面の外形よりも小さいこととした。このようにすると、流量特性への影響を抑えながら、壁部２４の高温化を低減できる。

また、リブ２５の内周面２６は、壁部２４に近づくほど内周側に位置する凹面であることとした。このようにすると、乱流が生じやすくなる。

また、リブ２５の外周面２７は、壁部２４に近づくほど外周側に位置する凹面であることとした。このようにすると、乱流が生じやすくなる。

また、リブ２５の高さは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることとした。このようにすると、断熱バリア層が適切に形成されやすく、製造も煩雑にならない。

また、ハウジング２は、アルミニウム製であることとした。アルミニウム製のハウジング２は、低コストで軽量である。

実施の形態２．
図６に、この発明の実施の形態２に係る排気ガス再循環バルブ１の断面図を示す。なお、実施の形態１で既に説明した構成と同一又は相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、スプリング８、アクチュエータ部９等の一部の構成については、図１と同様であり、図示を省略している。
実施の形態２に係る排気ガス再循環バルブ１は、壁部２４の面のうち排気ガス流入口２１に対向する面の裏面２８に接触する水冷通路１３が設けられている点で、実施の形態１と異なる。
水冷通路１３を設けることにより、実施の形態１と比べて壁部２４の高温化を更に低減できる。

その際、水冷通路１３には、水冷通路１３を流れる冷却水が壁部２４の冷却をより効率的に行えるように、冷却水を壁部２４に向かわせる誘導部材が設けられていると尚よい。このような誘導部材として、図６では、仕切り１４を設けた場合を例示している。仕切り１４は、水冷通路１３を形成するハウジング２から、水冷通路１３の内部に向けて伸びる壁である。

仕切り１４が設けられていない場合、冷却水は入口１３ａから出口１３ｂに向かう際に、流れＥに沿う最短経路で流れようとしてしまう。このため、流れＥ付近で冷却水の流速が速く、壁部２４付近では冷却水の流速は低下する。従って、壁部２４の冷却を効率的に行うことが難しくなる。
一方、仕切り１４を設けることで、冷却水は入口１３ａから出口１３ｂに向かう際に、流れＦに沿う経路で流れることとなり、冷却水を壁部２４に向かわせることができる。このようにして、壁部２４付近での冷却水の流速を速め、壁部２４の冷却を効率的に行う。

なお、水冷通路１３の内部では、壁部２４からカバー部材１１に向けてフィン１５が伸びており、フィン１５は、壁部２４と冷却水との間での熱交換を促進する。
排気ガス流入口２１からハウジング２の内部に入り込む排気ガスの温度に応じて、仕切り１４又はフィン１５を適宜省略してもよい。

また、図６では、ハウジング２から水冷通路１３の内部に向けて仕切り１４を伸ばした場合の構成を示した。しかしながら、カバー部材１１から水冷通路１３の内部つまり壁部２４に向けて壁を伸ばすことで、仕切り１４と同様に冷却水を壁部２４に向かわせる誘導部材として当該壁を機能させてもよい。

以上のように、この実施の形態２に係る排気ガス再循環バルブ１によれば、水冷通路１３を設けることで、実施の形態１と比べて壁部２４の高温化を更に低減できる。

また、水冷通路１３に設けられ、水冷通路１３を流れる冷却水を壁部２４に向かわせる誘導部材を備えることとした。このようにすると、水冷通路１３を流れる冷却水の流速が壁部２４付近でも速くなって壁部２４の冷却が効率的に行われ、壁部２４の高温化を更に低減できる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態においての任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係る排気ガス再循環バルブは、排気ガス流入口にハウジングの壁部が対向している構造であっても、当該壁部の高温化を低減できるので、特に高温の排気ガスを再循環させる場合等に用いるのに適している。

１ 排気ガス再循環バルブ、２ ハウジング、３ 弁体、４ 弁座、５ 弁軸、６ 軸受、７ スプリングホルダ、８ スプリング、９ アクチュエータ部、１０ ガスケット、１１ カバー部材、１２ 接続部、１３ 水冷通路、１３ａ 入口、１３ｂ 出口、１４ 仕切り、１５ フィン、２１ 排気ガス流入口、２２，２３ 排気ガス流出口、２４ 壁部、２５ リブ、２６ 内周面、２７ 外周面、２８ 裏面、９１ 出力軸。

Claims (8)

1. 排気ガス流入口と排気ガス流出口とをつなぐ通路を内部に有するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に設けられ、前記通路を開閉する弁体とを備え、
   前記ハウジングは、
   前記排気ガス流入口に対向する壁部と、
   前記壁部に連続的又は断続的に枠状に並ぶ、前記排気ガス流入口に向けて凸のリブとを有することを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
2. 前記リブの内側領域の外形は、前記排気ガス流入口の流路断面の外形よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環バルブ。
3. 前記リブの内周面は、前記壁部に近づくほど内周側に位置する凹面であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環バルブ。
4. 前記リブの外周面は、前記壁部に近づくほど外周側に位置する凹面であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環バルブ。
5. 前記リブの高さは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環バルブ。
6. 前記壁部の面のうち前記排気ガス流入口に対向する面の裏面に接触する水冷通路を備えることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環バルブ。
7. 前記水冷通路に設けられ、前記水冷通路を流れる冷却水を前記壁部に向かわせる誘導部材を備えることを特徴とする請求項６記載の排気ガス再循環バルブ。
8. 前記ハウジングは、アルミニウム製であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環バルブ。

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