JP6789077B2 - 排気還流弁 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンシステムに設けられ、排気還流通路を流れる排気還流ガスの流量を調節するための排気還流弁に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される二重偏心弁を含む排気還流弁（ＥＧＲ弁）が知られている。この二重偏心弁は、全閉時におけるシール性向上と、弁体の回動時に弁体と弁座との引き摺りによる摩耗の防止を図るように構成される。すなわち、二重偏心弁は、弁孔と弁孔の縁部に形成されたシート面を含む弁座と、シート面に対応するシール面が外周に形成された弁体と、弁体を回動させる回転軸と、回転軸を回転駆動させる駆動機構と、回転軸を支持する軸受とを備える。弁座と弁体は、弁ハウジングに形成された流路に配置される。流路は、弁座を境として流体の流れに対し上流側流路と下流側流路に分かれ、弁体は上流側流路に配置される。

ここで、図９に、ＥＧＲ弁の一部を断面図により示す。流路５１に隣接して、回転軸５２と弁ハウジング５３との間には、ゴム製のリップシール５４が設けられる。リップシール５４は、そのリップシール５４よりも流路５１の側にて弁ハウジング５３の一部に形成されたデポガード５５により流路５１から隔てられる。このデポガード５５により、流路５１からリップシール５４の側へデポジットが侵入するのを防止するようになっている。回転軸５２とデポガード５５との間には、デポジットの侵入を規制し、回転軸５２の回転を許容する程度の隙間５６が形成される。また、弁ハウジング５３において、デポガード５５とリップシール５４との間には、隙間５６を入口とする袋空間５７が形成される。ここで、回転軸５２をＳＵＳで形成し、弁ハウジング５３をアルミで形成することができる。図９において、「５８」は、流路５１に設けられた弁座の一部を示し、「５９」は、回転軸５２の先端部に固定された弁体の一部を示す。

国際公開第２０１６／００２５９９号

ところで、特許文献１に記載のＥＧＲ弁では、図９に示すように、回転軸５２が水平に伸びるようにＥＧＲ弁を自動車に配置して使用する場合を想定することができる。このため、例えば、エンジンの低温始動時に、流路５１からＥＧＲガスが隙間５６を通じて袋空間５７に侵入すると、袋空間５７の中で凝縮水が発生し、その凝縮水が排出されずに袋空間５７に残留するおそれがある。この凝縮水が強酸化すると、弁ハウジング５３の袋空間５７を形成する部分で腐食が発生、進行するおそれがあり、リップシール５４のシール機能が損なわれるおそれがある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シール部材より流路側にて袋空間を形成するハウジングの一部で凝縮水による腐食の発生を防止することを可能とした排気還流弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、排気還流ガスが流れる流路を含むハウジングと、流路に配置され、弁孔を含む弁座と、流路にて弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体を弁座に対して開閉するために回転される回転軸と、ハウジングにて回転軸を回転可能に支持するための軸受と、流路と軸受との間にて回転軸とハウジングとの間に設けられた弾性体からなるシール部材と、流路とシール部材との間にて回転軸とハウジングとの間に形成された袋空間とを備え、弁体が弁座に着座した全閉状態から回転軸を回転させることにより弁体が開弁動作するように構成された排気還流弁において、排気還流弁は、車両搭載状態において、回転軸が水平に延びるように配置され、ハウジングには、少なくとも袋空間の最下部に対応して、袋空間から流路へ連通する水抜き通路が設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、ハウジングの袋空間にて凝縮水が発生しても、その凝縮水が、少なくとも袋空間の最下部に対応して設けられた水抜き通路を介して、袋空間から流路へ排出される。従って、袋空間に残留する凝縮水が減少する。仮に、凝縮水中の微少酸化物が袋空間に残っても、次に袋空間で発生する凝縮水により、微少酸化物が薄められて水抜き通路を介して流路へ排出される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ハウジングは、流路とシール部材との間の第１内壁部と、第１内壁部に連続すると共にシール部材の径方向外周面が接触する第２内壁部とを含み、第１内壁部と、第２内壁部の少なくとも流路の側の一部とに防錆被膜が形成されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、第１内壁部と、第２内壁部の少なくとも流路の側の一部とに防錆被膜が形成されるので、袋空間に微少酸化物が残留しても第１内壁部の腐食が防錆被膜により抑えられる。また、袋空間から、シール部材と第２内壁部との間への凝縮水の侵入が防錆被膜により抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、防錆被膜の先端部であって、シール部材の径方向外周面が接触する部分がテーパに形成されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、シール部材を回転軸とハウジングとの間に組み付けるとき、第２内壁部に形成された防錆被膜の先端部からシール部材を防錆被膜の方向へ移動させる。このとき、防錆被膜の先端部がテーパをなすので、シール部材の径方向外周面が防錆被膜の方へ滑らかに移動する。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、防錆被膜は、樹脂系材料により形成されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２又は３に記載の発明の作用に加え、防錆被膜が樹脂系材料により形成されるので、防錆被膜を形成するための第２内壁部上への材料塗布が容易となる。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明において、袋空間において、回転軸と第１内壁部との間に、回転軸と一体に回転する羽根が設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の作用に加え、弁体を開閉させるとき、回転軸と共に羽根が回転し、その羽根が第１内壁部に摺接することにより、第１内壁部に付着したカーボンが袋空間へ掃い落される。

請求項１に記載の発明によれば、シール部材より流路側にて袋空間を形成するハウジングの一部で凝縮水による腐食の発生を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、袋空間を形成する第１内壁部と、シール部材の径方向外周面が接触する第２内壁部１９とにおいて、凝縮水による腐食の発生を防止することができる。また、回転軸とハウジングとの間においてシール部材の位置ずれを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、回転軸とハウジングとの間へのシール部材の組み付け性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の発明の効果に加え、第２内壁部上における防錆被膜の形成を容易化することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、袋空間でのカーボンの堆積を防止することができる。

第１実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す縦断面図。 第１実施形態に係り、図１の鎖線四角の中を示す拡大断面図。 第１実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す図２のＡ−Ａ線断面図。 第２実施形態に係り、ＥＧＲ弁の一部を示す、図２に準ずる拡大断面図。 第３実施形態に係り、ＥＧＲ弁の一部を示す断面図。 第３実施形態に係り、図５の鎖線四角の中を示す拡大断面図。 第４実施形態に係り、ＥＧＲ弁の一部を示す拡大断面図。 第４実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す図７のＢ−Ｂ線断面図。 従来例に係り、ＥＧＲ弁の一部を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、この発明の排気還流弁を自動車のガソリンエンジンシステムに具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、排気還流弁（ＥＧＲ弁）１を縦断面図により示す。図１は、自動車のエンコパの中に設けられたＥＧＲ弁１の配置状態を示し、上側が天を示し、下側が地を示す。このＥＧＲ弁１は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を排気還流ガス（ＥＧＲガス）として吸気通路へ流してエンジンへ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）にて、ＥＧＲガス流量を調節するために設けられる。

この実施形態で、ＥＧＲ弁１は、開度可変な電動弁により構成される。ＥＧＲ弁１としては、大流量、高応答及び高分解能の特性を有することが望ましい。そこで、この実施形態では、ＥＧＲ弁１の構造として、例えば、特許第５７５９６４６号公報に記載される「二重偏心弁」を基本構成として採用することができる。この二重偏心弁は、大流量制御に対応して構成される。

このＥＧＲ弁１は、二重偏心弁より構成される弁部２と、モータを内蔵したモータ部（図示略）と、複数のギヤを含む減速機構部３とを備える。弁部２は、ＥＧＲガスが流れる流路６を含み、流路６の中には、弁座７、弁体８及び回転軸９の先端部が配置される。回転軸９には、モータの回転力が減速機構部３を介して伝達されるようになっている。

図１は、弁体８が弁座７に着座した全閉状態を示す。流路６の段部６ａには、弁座７が組み込まれる。弁座７は、円環状をなし、中央に弁孔７ａを有する。弁体８は、円板状をなし、弁座７に着座可能に設けられる。弁体８は回転軸９の先端部に固定される。回転軸９は、弁体８を弁座７に対して開閉するために回転される。図１において、流路６は、弁座７を境に、ＥＧＲガスの流れにおける上流側流路６Ａと下流側流路６Ｂに分かれる。この実施形態で、弁座７より下が上流側流路６Ａを示し、弁座７より上が下流側流路６Ｂを示す。弁体８と回転軸９は、上流側流路６Ａに配置される。上流側流路６Ａは、ＥＧＲ通路を介して排気通路に接続される。下流側流路６Ｂは、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に接続される。

図１に示すように、ＥＧＲ弁１は、主要な構成要素として、弁座７、弁体８及び回転軸９の他に、ハウジング１０を備える。ハウジング１０は、弁部２等を含むアルミ製の弁ハウジング１０Ａと、弁ハウジング１０Ａの開口端を閉鎖する合成樹脂製のエンドフレーム１０Ｂとを含む。弁座７、弁体８及び回転軸９は、弁ハウジング１０Ａに設けられる。弁体８は、回転軸９の自由端である先端部のピン９ａに固定される。また、回転軸９は、ピン９ａの反対側を基端部９ｂとし、その基端部９ｂにて弁ハウジング１０Ａに片持ち支持される。回転軸９の基端部９ｂは、互いに離れて配置された第１軸受１１と第２軸受１２を介して弁ハウジング１０Ａに回転可能に支持される。第２軸受１２は、第１軸受１１よりも流路６に近い側に配置される。この実施形態では、モータ部や減速機構部３等の詳しい説明は省略する。

従って、図１に示すように、弁体８が弁座７に着座した全閉状態から、回転軸９を回転（正転）させることにより、回転軸９と共に弁体８が回動し、弁座７に対して弁体８が開弁動作する。一方、弁体８の開弁状態から、回転軸９を逆転させることにより、回転軸９と共に弁体８が逆方向へ回動し、弁座７に対して弁体８が閉弁動作する。

図２に、図１の鎖線四角Ｓ１の中を拡大断面図により示す。図３に、ＥＧＲ弁１を図２のＡ−Ａ線断面図により示す。図１に示すように、ＥＧＲ弁１は、自動車での搭載状態において、回転軸９が水平に延びるように配置される。図１〜図３に示すように、流路６と第２軸受１２との間にて、回転軸９と弁ハウジング１０Ａとの間には、弾性体からなるリップシール１３が設けられる。弾性体には、天然ゴム又は合成ゴムなどのゴム類全般（エラストマー）を使用することができる。リップシール１３は、本発明のシール部材の一例に相当する。リップシール１３は、流路６に隣接して弁ハウジング１０Ａに形成されたデポガード１４を挟んで流路６から隔てられる。このデポガード１４の存在により、流路６からリップシール１３の側へのデポジットの侵入が抑えられる。回転軸９とデポガード１４との間には、デポジットの侵入を規制すると共に回転軸９の回転を許容する程度の隙間１５が形成される。また、弁ハウジング１０Ａにおいて、デポガード１４とリップシール１３との間にて回転軸９と弁ハウジング１０Ａとの間には、隙間１５を入口とする袋空間１６が形成される。この実施形態では、回転軸９は、ＳＵＳより形成され、弁ハウジング１０Ａは、アルミより形成される。

ここで、エンジンの低温始動時に、上流側流路６ＡからＥＧＲガスが隙間１５を通じて袋空間１６に侵入すると、袋空間１６の中で凝縮水が発生し、その凝縮水が排出されずに袋空間１６に残留するおそれがある。この凝縮水が強酸化すると、弁ハウジング１０Ａの袋空間１６を形成する部分で腐食が発生、進行するおそれがあり、リップシール１３のシール機能が損なわれるおそれがある。そこで、この実施形態のＥＧＲ弁１は、次のような腐食防止構造を備える。

図２、図３に示すように、この実施形態の腐食防止構造は、デポガード１４に孔状に形成された水抜き通路１７を備える。水抜き通路１７は、上流側流路６Ａと袋空間１６との間にて、袋空間１６の最下部に対応してデポガード１４に形成される。水抜き通路１７は、袋空間１６から上流側流路６Ａへ連通する。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁１の構成によれば、弁ハウジング１０Ａの袋空間１６にて凝縮水が発生しても、その凝縮水が、袋空間１６の最下部に設けられた水抜き通路１７を介して袋空間１６から上流側流路６Ａへ排出される。従って、袋空間１６に残留する凝縮水が減少する。また、仮に、凝縮水中の微少酸化物が袋空間１６に残っても、次に袋空間１６で発生する凝縮水により、微少酸化物が薄められ、水抜き通路１７を介して上流側流路６Ａへ排出される。このため、リップシール１３より流路６の側にて袋空間１６を形成する弁ハウジング１０Ａの一部で凝縮水による腐食の発生を防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、この発明のＥＧＲ弁を自動車のガソリンエンジンシステムに具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。この実施形態では、腐食防止構造の点で第１実施形態と構成が異なる。

この実施形態では、ＥＧＲ弁１が設けられるＥＧＲ通路として、その入口が触媒より下流の排気通路に接続されるタイプを想定する。このタイプのＥＧＲ通路には、デポジットがほとんど侵入せず、ＥＧＲ弁１の流路６にもデポジットがほとんど流れない。そこで、この実施形態のＥＧＲ弁１では、上流側流路６Ａと袋空間１６を隔てるデポガードを省略している。

図４に、ＥＧＲ弁１の一部を図２に準ずる拡大断面図により示す。図４に示すように、この実施形態では、弁ハウジング１０Ａの流路６に隣接する部分は、回転軸９の全周に対応して水抜き通路１７となっている。加えて、弁ハウジング１０Ａは、流路６とリップシール１３との間の第１内壁部１８（図４にＥ１で示す範囲の内壁部）と、第１内壁部１８に連続すると共にリップシール１３の径方向外周面１３ａが接触する第２内壁部１９（図４にＥ２で示す範囲の内壁部）とを含む。第１内壁部１８の大部分と、第２内壁部１９の流路６の側の一部とには、防錆被膜２０が形成される。この防錆被膜２０は、樹脂材料により形成される。この実施形態では、樹脂材料として、テフロン（登録商標）コートやエポキシ（カチオン）等の材料が使用される。これら材料を、第１内壁部１８及び第２内壁部１９に塗布し、焼き付けすることにより、防錆被膜２０を形成することができる。

但し、テフロンコートやエポキシ等の樹脂材料により形成される防錆被膜２０は、摩擦係数が比較的小さいことから、リップシール１３を組み付けたときに、リップシール１３に防錆被膜２０との間で滑りが生じ、リップシール１３が位置ずれするおそれがある。そこで、この実施形態では、リップシール１３の径方向外周面１３ａのうち、防錆被膜２０が接触する部分を、その外周面１３ａの流路６の側の半分とし、その外周面１３ａの第２軸受１２の側の半分は第２内壁部１９と直接接触するようになっている。

また、図４において、回転軸９の上側であって、弁座７と袋空間１６との間には、水抜き通路１７を狭める凸部２１が設けられる。この凸部２１により、リップシール１３が上流側流路６Ａへ抜けるのを防止するようになっている。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁１の構成によれば、袋空間１６で発生した凝縮水が水抜き通路１７を介して袋空間１６から上流側流路６Ａへ排出されるので、第１実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。加えて、この実施形態の構成によれば、第１内壁部１８と、第２内壁部１９の少なくとも流路６の側の一部とに防錆被膜２０が形成されるので、袋空間１６に微少酸化物が残留しても、第１内壁部１８の腐食が防錆被膜２０により抑えられる。また、袋空間１６から、リップシール１３と第２内壁部１９との間への凝縮水の侵入が、防錆被膜２０により抑えられる。このため、袋空間１６を形成する第１内壁部１８と、リップシール１３の径方向外周面１３ａが接触する第２内壁部１９とにおいて、凝縮水による腐食の発生を防止することができる。また、リップシール１３の径方向外周面１３ａの一部が防錆被膜２０ではなく、摩擦係数の比較的大きい第２内壁部１９に直接接触する。このため、回転軸９と弁ハウジング１０Ａとの間にて、リップシール１３の位置ずれを防止することができる。

また、この実施形態の構成によれば、防錆被膜２０が樹脂系材料により形成されるので、防錆被膜２０を形成するための、第２内壁部１９上への材料塗布が容易となる。このため、第２内壁部１９上における防錆被膜２０の形成を容易化することができる。

＜第３実施形態＞
次に、この発明のＥＧＲ弁を自動車のガソリンエンジンシステムに具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、腐食防止構造の点で前記第２実施形態と構成が異なる。図５に、ＥＧＲ弁１の一部を断面図により示す。図６に、図５の鎖線四角Ｓ２の中を拡大断面図により示す。図５、図６に示すように、この実施形態では、防錆被膜２０の先端部２０ａであって、リップシール１３の径方向外周面１３ａが接触する部分がテーパに形成される。ここでは、図６に示すように、防錆被膜２０の厚みαを「２０μ」程度に設定することができる。

従って、この実施形態の構成によれば、第２実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得ることができる。すなわち、リップシール１３を回転軸９と弁ハウジング１０Ａとの間に組み付けるときには、第２内壁部１９に形成された防錆被膜２０の先端部からリップシール１３を防錆被膜２０の方向へ移動させる。このとき、防錆被膜２０の先端部２０ａがテーパをなすので、リップシール１３の径方向外周面１３ａが防錆被膜２０の方へ滑らかに移動することになる。このため、回転軸９と弁ハウジング１０Ａとの間へのリップシール１３の組み付け性を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、この発明のＥＧＲ弁を自動車のガソリンエンジンシステムに具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、腐食防止構造の点で前記第２実施形態と構成が異なる。図７に、ＥＧＲ弁１の一部を拡大断面図により示す。図８に、ＥＧＲ弁１を図７のＢ−Ｂ線断面図により示す。図７、図８に示すように、この実施形態では、袋空間１６において、第１内壁部１８に形成された防錆被膜２０と回転軸９との間に、回転軸９と一体に回転する羽根２２が設けられる。図８に示すように、この羽根２２は、回転軸９を中心に等角度間隔に配置された４つの翼２２ａを備え、それら翼２２ａの外周が防錆被膜２０に接触可能に設けられる。この羽根２２は、上流側流路６Ａから、袋空間１６に侵入しようとするカーボンや、袋空間１６に生じた凝縮水を払い出すために、回転軸９と一体に回転するようになっている。

従って、この実施形態の構成によれば、第２実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得ることができる。すなわち、このＥＧＲ弁１では、弁体８を開閉させるときに、回転軸９と共に羽根２２が回転し、その羽根２２が第１内壁部１８に摺接することにより、第１内壁部１８に付着したカーボンが袋空間１６へ掃い落される。また、袋空間１６へ掃い落されたカーボンは、水抜き通路１７を介して上流側流路６Ａへ排出される。このため、袋空間１６でのカーボンの堆積を防止することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

（１）前記第２〜第４の実施形態では、流路６と袋空間１６との間からデポガード１４を省略したが、第２〜第４の実施形態の構成に対しデポガードを設けると共に、孔状の水抜き通路を設けてもよい。

（２）前記第４実施形態において、羽根２２の翼２２ａに傾斜を付けることで、掃い落されるカーボンを、水抜き通路１７へ向けて案内することができる。

（３）前記第２〜第４の実施形態では、リップシール１３の径方向外周面１３ａの一部を防錆被膜２０と接触させるように設けたが、リップシールの径方向外周面の全部を防錆被膜と接触させるように設けることもできる。

この発明は、エンジンに設けられる排気還流装置（ＥＧＲ装置）に利用することができる。

１ ＥＧＲ弁（排気還流弁）
６ 流路
６Ａ 上流側流路
７ 弁座
７ａ 弁孔
８ 弁体
９ 回転軸
１０ ハウジング
１０Ａ 弁ハウジング
１１ 第１軸受
１２ 第２軸受
１３ リップシール（シール部材）
１３ａ 径方向外周面
１４ デポガード
１５ 隙間
１６ 袋空間
１７ 水抜き通路
１８ 第１内壁部
１９ 第２内壁部
２０ 防錆被膜
２０ａ 先端部
２１ 凸部
２２ 羽根

Claims (5)

1. 排気還流ガスが流れる流路を含むハウジングと、
   前記流路に配置され、弁孔を含む弁座と、
   前記流路にて前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、
   前記弁体を前記弁座に対して開閉するために回転される回転軸と、
   前記ハウジングにて前記回転軸を回転可能に支持するための軸受と、
   前記流路と前記軸受との間にて前記回転軸と前記ハウジングとの間に設けられた弾性体からなるシール部材と、
   前記流路と前記シール部材との間にて前記回転軸と前記ハウジングとの間に形成された袋空間と
   を備え、前記弁体が前記弁座に着座した全閉状態から前記回転軸を回転させることにより前記弁体が開弁動作するように構成された排気還流弁において、
   前記排気還流弁は、車両搭載状態において、前記回転軸が水平に延びるように配置され、
   前記ハウジングには、少なくとも前記袋空間の最下部に対応して、前記袋空間から前記流路へ連通する水抜き通路が設けられる
   ことを特徴とする排気還流弁。
2. 前記ハウジングは、前記流路と前記シール部材との間の第１内壁部と、前記第１内壁部に連続すると共に前記シール部材の径方向外周面が接触する第２内壁部とを含み、
   前記第１内壁部と、前記第２内壁部の少なくとも前記流路の側の一部とに防錆被膜が形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気還流弁。
3. 前記防錆被膜の先端部であって、前記シール部材の前記径方向外周面が接触する部分がテーパに形成されることを特徴とする請求項２に記載の排気還流弁。
4. 前記防錆被膜は、樹脂系材料により形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の排気還流弁。
5. 前記袋空間において、前記回転軸と前記第１内壁部との間に、前記回転軸と一体に回転する羽根が設けられることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の排気還流弁。

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