JPH0942071A - 排気ガス再循環制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ガス再循環制御弁において、印加圧力の
減圧装置を不要とし、かつ微小開度域を正確に制御で
き、しかも２ケのピストンでΔ位置制御を可能とする。 【構成】 空気圧により差動する第１ピストン１０１、
第２ピストン１０２を互いに自在に噛み合い連結させ、
第１圧力室１０６ａと第２圧力室１０６ｂを構成し、第
１ピストン連結爪１０１ａと、第２ピストンストッパ１
０２ａ、第２ピストン連結爪１０２ｂとシリンダヘッド
１０５のストッパ１０５ａとで、調節弁６の移動量を強
制的に規制する構造とし、第１圧力室１０６ａのみ圧力
が印加されたとき、第２ピストン１０２が上昇し、第１
ピストン１０１が下降する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両用内燃機関等の
排気ガス再循環システムに用いられる排気ガス再循環制
御弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、自動車などの内燃機関におい
て排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を低減す
るため、排気ガスの一部を機関吸気側へ戻し再燃焼させ
る、排気ガス再循環制御システムが用いられている。

【０００３】図１６は従来の排気ガス再循環制御バルブ
（以下ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブ
と称す）を使用した排気ガス再循環システムの説明図で
ある。 この図において、１は内燃機関、２は内燃機関
１の燃焼室、３は燃焼室２に連接されていて、排気ガス
が通る排気管、４はこの排気管３に接続され燃焼室２か
らの排気ガスの一部を取り込んで冷却するＥＧＲクー
ラ、５はＥＧＲクーラ４に接続され、ＥＧＲクーラ４で
冷却された排気ガスを導入し、機関１の吸気管（図示せ
ず）への排気ガス再循環量を調節する排気ガス再循環制
御弁（ＥＧＲバルブ）、１０は毎秒数十回のＯＮ−ＯＦ
Ｆを繰り返すデューティ信号がエンジンの負荷に応じた
デューティ比で、電気的に印加され、このデューティ比
に応じた圧力が前記排気ガス再循環制御弁５に供給され
るように調節する電磁弁、１１は自動車のコンプレッサ
からの圧縮空気を所定の圧力まで低下させ所定の圧力を
前記電磁弁１０に供給するための減圧弁である。

【０００４】ＥＧＲバルブ５は、調節弁６及び、シール
リング７とピストンリング８により隔離された圧力室９
を有し、圧力室９には図示しない車両の圧縮機から減圧
弁１１及びデューティ信号を受けて圧力を制御する電磁
弁１０を介して正圧力が与えられ、電磁弁１０が出力す
る圧力の値に応じてＥＧＲバルブ５の調節弁６の開度が
変わり、排気ガスの再循環量を制御するように構成され
ている。このように制御されて再循環する排気ガスは、
図示しない内燃機関の吸気管に送られて吸気と混合さ
れ、燃焼室内の温度を下げて排気ガス中の窒素酸化物を
低減させる。

【０００５】なお、排気管３から導かれた排気ガスは高
温であるが、ＥＧＲクーラで冷却されることによって排
気ガス再循環制御弁５に導かれるときには、排気ガス温
度は低減されているので、排気ガスからＥＧＲバルブに
伝わる熱が少なくなり、シールリング７、ピストンリン
グ８の熱による劣化が低減されている。

【０００６】図１７は上記従来のＥＧＲバルブ５の構造
を示す断面図である。図中、１２は内部に排気ガス通路
１５を有したハウジングであり、空気孔１２ａも設けら
れている。１３は機関１の排気管３から導入される排気
ガスの通路入口、１４は機関の吸気管（図示せず）に排
気ガスを導くための通路出口、１６は排気ガス通路１３
の途中でハウジング１２の内部に形成され調節弁６が当
接する環状の弁座である。１７はハウジング１２に装着
され調節弁６を上下方向に摺動させる摺動部材、１７ａ
はハウジング１２に装着された摺動部材１７の下部に敷
設され、かつ排気ガス用通路１５の上部に位置してお
り、排気ガス内に含まれるカーボン等のＥＧＲバルブ５
内への進入を防止するための筒状ホルダ、１７ｂはカー
ボン等の進入を防止し調節弁６の摺動部に付着したカー
ボン等を削り落とすために前記ホルダ１７ａに内蔵され
た金属繊維状フィルタである。

【０００７】１８はその中央部が調節弁６の上端部にナ
ット１８ａで固定された円盤状の押さえ板、１９はハウ
ジング１２と押さえ板１８との間に介在し、押さえ板１
８を上方へ押圧する圧縮スプリング、２０はボルト２０
ａにてハウジング１２に固定されたシリンダ、２２はシ
リンダ２０内を摺動するピストンである。なおシリンダ
２０とピストン２２の隙間には、気密を保持し圧力室９
を形成するためのシールリング７とピストン２２を安定
的に摺動させるためのピストンリング８を備え、前記圧
力室９へ制御用圧力を導くための圧力印加ポート２１を
有している。

【０００８】このように構成された従来の排気ガス再循
環制御弁５は、圧力印加ポート２１を通じて圧力室９に
導かれた空気圧の大きさに応じてピストン２２が押し下
げられ、その移動量に応じて調節弁６が開弁するため、
機関１の排気管３から導かれた排気ガスは、通路入り口
１３から排気ガス用通路１５に入り通路出口１４から吸
気管に導かれ、燃料と空気の混合気に混入し燃焼室２に
導かれ再燃焼する。

【０００９】このことによって排気ガス中の有害成分で
ある窒素酸化物（ＮＯx）が低減される。なお自動車用
コンプレッサの圧力は、通常５〜９kg／cm2と高圧であ
るため毎秒数十回のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す電磁弁１０
への直接印加では排気ガス再循環制御弁５の調節弁６の
微少及び中間開度制御が困難なため、減圧弁１１を介し
て所定の圧力に減圧した後、電磁弁１０に印加される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の様に構成された
従来の排気ガス再循環制御弁において、調節弁６の中間
開度制御は電磁弁１０によるデューティ制御で行われて
いるが、空圧源となるコンプレッサの圧力変化に伴い減
圧弁１１を介した圧力も変化するため、その影響で電磁
弁１０から圧力室９へ供給される圧力も変化し、機関の
ＮＯx低減および燃費向上の観点から最も高精度を必要
とする調節弁６の微少開度域（例えば１０％〜２０％開
度域）および中間開度域において開度が変化してしま
い、適切な排気ガス再循環が出来ないという問題点があ
った。

【００１１】また、中間開度制御では電磁弁１０から圧
力室９への圧力を制限しなければならないため調節弁６
の微少開度状態を安定的に保持することが困難であり、
排気脈動などによる影響で調節弁６の振動が発生し適切
な排気ガス量を再循環することが出来ないばかりでな
く、微少開弁状態では調節弁６と弁座１６が繰り返し衝
突するため、排気ガス再循環制御弁５の耐久性が著しく
低下するという問題点があった。

【００１２】この発明は以上のような問題点を解決する
ためになされたもので、入力する圧力が変動しても弁開
度が変化することなく、また、排気ガスの圧力の脈動に
対しても弁開度が変わることのない信頼性の高い排気ガ
ス再循環制御弁を得ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる排気ガ
ス再循環制御弁は、内燃機関の排気管より排気ガスを取
り入れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成す
ると共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有する
ハウジング、このハウジングに設けられたシリンダ、こ
のシリンダ内に移動可能に設けられた移動シリンダ、こ
の移動シリンダ内に移動可能に設けられ、上記弁機構の
弁開度を制御するピストン、上記移動シリンダ及びピス
トンをそれぞれの所定ストローク移動させるようそれぞ
れに圧力を導入する圧力導入手段を備えたものである。

【００１４】また、内燃機関の排気管より排気ガスを取
り入れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成す
ると共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有する
ハウジング、このハウジングに設けられたシリンダ、こ
のシリンダ内にそれぞれ移動可能に複数段設けられた移
動シリンダ、この複数段の移動シリンダ内に移動可能に
設けられ、上記弁機構の弁開度を制御するピストン、上
記複数段の移動シリンダ及びピストンをそれぞれの所定
ストローク移動させるようそれぞれに圧力を導入する圧
力導入手段を備えたものである。

【００１５】また、内燃機関の排気管より排気ガスを取
り入れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成す
ると共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有する
ハウジング、このハウジングに設けられたシリンダ、こ
のシリンダ内に移動可能に設けられ上記弁機構の弁開度
を制御する第１のピストン、上記シリンダ内に移動可能
に設けられ、上記第１のピストンに対して所定範囲摺動
可能に連結された第２のピストン、上記第１及び第２の
ピストンをそれぞれの所定ストローク移動させるようそ
れぞれに圧力を導入する圧力導入手段を備えたものであ
る。

【００１６】また、内燃機関の排気管より排気ガスを取
り入れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成す
ると共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有する
ハウジング、このハウジングに設けられたシリンダ、こ
のシリンダ内に移動可能に設けられた移動シリンダ、こ
の移動シリンダ内に移動可能に設けられ、上記弁機構の
弁開度を制御するピストン、上記シリンダ及び上記移動
シリンダにより構成される第１圧力室、上記移動シリン
ダ及び上記ピストンにより構成される第２圧力室、上記
移動シリンダ及びピストンをそれぞれの所定ストローク
移動させるように上記第１及び第２圧力室に圧力を導入
する圧力導入手段を備えたものである。

【００１７】また、移動シリンダ及びピストンのそれぞ
れの所定ストロークが、異なる値に設定されているもの
である。

【００１８】また、受圧面積が最大の移動シリンダまた
はピストンの移動ストロークの値が最小であるものであ
る。

【００１９】また、移動シリンダ及びピストンの内の少
なくとも一つが相対する二つの受圧面を有し、この二つ
の受圧面にかかる圧力をそれぞれ制御するものである。

【００２０】また、弁機構の弁とピストンとの当接面は
略球面形状もしくは略円錐形状であるものである。

【００２１】また、移動シリンダもしくはピストンに当
接し、この移動シリンダもしくはピストンの移動範囲を
所定ストロークに規制する当接部を設けたものである。
また、シリンダ下部でハウジング内に下部圧力室を設
け、この下部圧力室に圧力を印加もしくは密閉するもの
である。

【００２２】

【作用】以上のように構成された排気ガス再循環制御弁
は、圧力導入手段による圧力の導入によって、移動シリ
ンダとピストンとがそれぞれの所定ストローク移動する
ことにより、弁開度は段階的に調節されるので、必要な
弁開度を確実に得ることができ、また、それぞれの所定
ストロークを短くすることができるので、圧力導入手段
による圧力の変化の影響を受けにくいものである。

【００２３】また、複数段の移動シリンダによって、必
要な弁開度を複数段階で得ることができるものである。

【００２４】また、同じシリンダ内で連結され、互いに
所定範囲摺動可能な第１及び第２のピストンを設けたの
で、圧力導入手段による圧力の導入によって、第１及び
第２のピストンがそれぞれの所定ストローク移動するこ
とにより、弁開度は段階的に調節されるので、必要な弁
開度を確実に得ることができる。

【００２５】また、シリンダ及び移動シリンダにより構
成される第１圧力室内の圧力により移動シリンダを移動
させ、移動シリンダ及びピストンにより構成される第２
圧力室内の圧力によりピストンを移動させるので、第２
圧力室に圧力が導入された際には、移動シリンダとピス
トンとが逆方向に移動するので、細かい弁開度を確実に
得ることができる。

【００２６】また、移動シリンダ及びピストンのそれぞ
れの所定ストロークが、異なる値に設定されているの
で、それぞれの所定ストロークを組み合わせることによ
って、より多くの段階で弁開度を調節することができ
る。

【００２７】また、受圧面積が最大の移動シリンダまた
はピストンの所定ストロークの値が最小であるものであ
るので、弁開度の微調節に用いられる所定ストロークが
最小の移動シリンダもしくはピストンが保持される圧力
が大きくなる。

【００２８】また、移動シリンダ及びピストンの内の少
なくとも一つが相対する二つの受圧面を有し、この二つ
の受圧面にかかる圧力をそれぞれ制御するものであるの
で、どの方向に移動するときにでもすばやく動かすこと
ができると共に、移動終了時の衝撃を減少させることが
できる。

【００２９】また、弁機構の弁とピストンとの当接面は
略球面形状もしくは略円錐形状であるので、圧力の変動
や排気ガスの流量の変動により弁機構の弁とピストンと
の移動方向がずれたとしても、当接面においてこのずれ
を吸収することができる。

【００３０】また、移動シリンダもしくはピストンに当
接し、この移動シリンダもしくはピストンの移動範囲を
所定ストロークに規制する当接部を設けたものであるの
で、移動シリンダもしくはピストンが所定ストローク移
動した際に、当接部により確実に保持することができ
る。また、シリンダ下部でハウジング内に下部圧力室を
設け、この下部圧力室に圧力を印加もしくは密閉するも
のであるので、移動シリンダもしくはピストンの動作を
下部圧力室内の圧力を調節することにより、制御するこ
とができる。

【００３１】

【実施例】

実施例１．図１〜図３はこの発明の一実施例を示す断面
図であり、図１は動作前の状態を、図２は第１の移動シ
リンダが動作した状態を、図３は第１及び第２の移動シ
リンダが動作した状態を示すもので、図中従来のＥＧＲ
バルブを示す図５と同様の部分である６〜８、１２〜１
９及び１７ａ、１７ｂ、１８ａ、２０ａには同一符号を
付し、その説明を省略する。これらの図において、２３
はハウジング１２にネジ固定される円筒状のシリンダ、
２４はこのシリンダ２３内で移動可能に配設された円筒
状の第１移動シリンダで、第１移動シリンダ２４の下端
に設けられた鍔部２４ａが前記シリンダ２３の大径部２
３ａに嵌り込み、前記鍔部２４ａと前記ハウジング１２
の上端面１２ａの間には調節弁６が閉じた状態で図１に
示すように間隙が設けられていて、第１移動シリンダ２
４は移動量Ａ（第１移動シリンダ２４の所定ストロー
ク）の範囲で摺動可能である。

【００３２】２６は前記第１移動シリンダ２４のさらに
内部に移動可能に配設された円筒状の第２移動シリンダ
で、第２移動シリンダ２６は前記第１移動シリンダ２４
に設けられた第１ロッド２５と鍔部２４ｂとでその移動
範囲が限定され、図中に示す移動量Ｂ（第２移動シリン
ダ２６の所定ストローク）の範囲で摺動可能である。２
８は前記第２移動シリンダ２６の内部に移動可能に配設
された円筒状のピストンで、ピストン２８は第２シリン
ダ２６上端に設けられた第２ロッド２７及び第２シリン
ダ２６の下端に設けられた鍔部２６ａとでその移動範囲
が限定され、移動量Ｃ（ピストン２８の所定ストロー
ク）の範囲で摺動可能である。ここで、それらの各移動
量Ａ、Ｂ、Ｃは、後述するように組み合わせて様々な移
動量を得るために全て異なる値に設定されている。

【００３３】２９は前記シリンダ２３と第１移動シリン
ダ２４とで形成される圧力室９ａとバルブ２９ａを連通
する第１圧力導入ポート、３０は第１移動シリンダ２４
と第２移動シリンダ２６とで形成される圧力室９ｂとバ
ルブ３０ａを第１移動シリンダ２４の小径穴２４ｃを介
して連通する第２圧力導入ポート、３１は第２移動シリ
ンダ２６とピストン２８とで形成される圧力室９ｃとバ
ルブ３１ａを第１移動シリンダ２４の小径穴２４ｄと第
２移動シリンダの小径穴２６ｂを介して連通する第３圧
力導入ポートであり、各バルブ２９ａ〜３１ａは車両の
圧力源３３から圧力を受けるように構成されている。ま
た、３２は前記の各移動シリンダ２４、２６及びピスト
ン２８の下部と前記ハウジング１２との間に形成された
下部圧力室としての気密室９ｄとバルブ３２ａを連通す
る第４圧力導入ポートであり、バルブ３２ａも車両の圧
力源３３から圧力を受けるように構成されている。

【００３４】なお、前記の各バルブ２９ａ〜３１ａは各
圧力室９ａ〜９ｃに対し大気圧解放と圧力供給の二つの
モードを持ち、バルブ３２ａは気密室９ｄに対して大気
圧解放と圧力供給と閉鎖の三つのモードを持っている。

【００３５】以上のように構成されたＥＧＲバルブにお
いて、全てのバルブ２９ａ〜３２ａが大気圧開放になっ
た状態が図１であり、この状態ではバネ１９の押圧力に
より調節弁６は図中の上方に押し上げられ、弁座１６と
で構成する弁を閉じると同時にピストン２８を押し上
げ、ピストン２８は第２ロッド２７を介して第２移動シ
リンダ２６を押し上げ、第２移動シリンダ２６は第１ロ
ッド２５を介して第１移動シリンダ２４を押し上げてい
る。この図１の状態から、図２はバルブ２９ａのみが圧
力供給モードとなった状態を示すもので、圧力室９ａに
加わる圧力により第１移動シリンダ２４がハウジング１
２の上端面１２ａに当接するまで、すなわち移動量Ａだ
け押し下げられ、第１移動シリンダ２４は第１ロッド２
５、第２移動シリンダ２６、第２ロッド２７、ピストン
２８を介して調節弁６を移動量Ａ押し下げて、弁を開
く。さらに、図３はバルブ３０ａも圧力供給モードとな
った状態を示すもので、圧力室９ｂに圧力が加わる結
果、第２移動シリンダ２６が移動量Ｂだけ押し下げら
れ、第２移動シリンダ２６は第２ロッド２７、ピストン
２８を介して調節弁６を移動量Ｂ押し下げ、調節弁６は
合計の移動量Ａ＋Ｂ押し下げられて、図２の状態より更
に弁開度が大きくなる。

【００３６】さらにバルブ３１ａが圧力供給モードとな
ればピストン２８も移動し、調節弁６は移動量Ａ＋Ｂ＋
Ｃを押し下げられ、弁開度はＡ＋Ｂ＋Ｃとなって最大値
の開度となる。上記の各移動量の値を図に示すように、
Ａ＜Ｂ＜Ｃとし、さらに、Ａ＋Ｂ≠Ｃとすれば、ＥＧＲ
バルブは全閉から全開までの間に ０，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ＋Ｂ，Ａ＋Ｃ，Ｂ＋Ｃ，Ａ＋Ｂ＋
Ｃ， の８段階の弁開度が設定でき、圧力源３３の圧力の大き
さ及びその変化とは無関係に、各圧力室９ａ〜９ｃの圧
力をオンオフするだけで正確に８段階の弁開度が得られ
ることになる。

【００３７】また、バルブ３２ａは通常は大気圧開放と
され、各移動シリンダまたはピストンが下方に移動する
時にのみ閉鎖モードにすることにより、気密室９ｄには
これら移動部材の移動により体積が減少し、圧力上昇が
起きる結果、移動部材の移動速度が減速して移動部材と
固定部材の衝突による衝撃音及び衝撃力を低減させるこ
とができる。

【００３８】さらに、移動シリンダが多段となって移動
部材の慣性モーメントが大きくなっている場合では、Ｅ
ＧＲバルブが動作状態から全閉状態に戻る時、バネ１９
の力で全移動部材を元の位置まで移動させる（復元）の
に時間がかかってしまうが、バルブ３２ａを圧力供給モ
ードとすることにより、気密室９ｄに圧力が加わり、速
やかな移動部材の復元をさせることができる。すなわ
ち、バネ１９の弾性力の大きさにより、調節弁６が上位
置から下位置に移動する時に必要な力の大きさと、調節
弁６が下位置から上位置に移動する時、すなわち、調節
弁６の復元にかかる時間が変化するが、ここでは、バル
ブ３２ａのモード切り替えを行うことにより、気密室９
ｄ内の圧力を変化させて、バネ１９と共に、調節弁６の
移動時の必要な力及びそれにかかる時間を適切なものに
することができる。

【００３９】さらに、この実施例においては、前記の通
り各移動シリンダとピストンの各移動量Ａ，Ｂ，ＣをＡ
＜Ｂ＜Ｃの関係とし、受圧面積の最も大きい第１移動シ
リンダ２４の移動量を最も小さい移動量Ａとしたので、
弁開度が最小の状態（すなわち、第１移動シリンダ２４
が移動量Ａ移動した状態）の時は受圧面積が最大の第１
移動シリンダ２４にかかる圧力によりこの状態を保持す
るので、保持力が最大となり、排気ガスの圧力の脈動が
調節弁６に加わっても調節弁６の保持力が大きいので、
調節弁６が振動することなく、従って調節弁６と弁座１
６の衝突が起こることがない。

【００４０】また、上記実施例１においては、８段階制
御のものにつき説明したが、移動シリンダとピストンよ
りなる移動部材の数を増減することにより、制御段数を
変えることができる。すなわち、移動部材の数をＮとす
れば制御段数は２のＮ乗となり、制御段数の増加によ
り、より細かな制御をすることができ、連続制御に近づ
けることが可能である。また、この実施例１において
は、バルブ２９ａ〜３１ａは二つのモードをもつもので
あるが、閉鎖を加えた三つのモードをもつこととしても
よい。

【００４１】以上説明したように、この実施例１ではＥ
ＧＲバルブのシリンダの内部に移動シリンダを設け、最
も内側にある移動シリンダの内部にピストンを設け、こ
れらの移動部材を圧力によりそれぞれが異なる所定のス
トローク移動させ、その位置を保持するようにしたの
で、圧力の変動による弁開度の変動がなく、安定した高
精度の位置制御が可能になり、また、連続制御に劣るこ
とのない多段階の制御ができ、ＥＧＲバルブにおいて特
に重要な弁が微小開度の時であっても排気ガスの脈動に
よる振動を生ずることがなく、高性能で信頼度の高いＥ
ＧＲバルブを得ることができる。さらに、移動部材の移
動速度の制御ができるので、衝突音の発生やタイムラグ
を防止することができるものである。

【００４２】実施例２．以下この発明の実施例２につい
て説明する。図４〜７はこの発明の実施例２を示す断面
図であり、図４〜図７の順で調節弁６の弁開度が大きく
なっている。ここで、実施例１と同様の部分は同一符号
を付して説明を省略する。これらの図において、１０１
は調節弁６の上部に当接する円筒状の第１ピストン、１
０２は第１ピストン１０１及び後述のシリンダヘッド１
０５と互いに噛み合い、かつ互いに摺動可能に連結され
た第２ピストン、１０３は第２ピストン上部に配設され
た第２スプリング、１０４は前記第１ピストン１０１及
び第２ピストン１０２を摺動可能に内蔵するシリンダ、
１０５は前記シリンダ１０４の上部に締結ボルト１３３
で固定されたシリンダヘッド、１０６ａは第１ピストン
１０１、第２ピストン１０２及びシリンダ１０４で形成
される第１圧力室、１０６ｂは第２ピストン１０２、シ
リンダ１０４及びシリンダヘッド１０５にて形成される
第２圧力室であり、第１ピストン１０１及び第２ピスト
ン１０２は共に、シールリング７とピストンリング８と
が必要数設けられていて、各圧力室を気密に保つと共
に、摺動が滑かにされている。

【００４３】１０１ａは第１ピストン１０１に設けら
れ、第２ピストンと噛み合う連結爪、１０２ａは第２ピ
ストン下部に設けられ、連結爪１０１ａと噛み合うスト
ッパ、１０２ｂは第２ピストン１０２上部に設けられ、
シリンダヘッド１０５と噛み合う連結爪、１０５ａはシ
リンダヘッド１０５の下部に設けられ、第２ピストン１
０２の連結爪１０２ｂと噛み合うストッパである。シリ
ンダヘッド１０５下部のストッパ１０５ａと第２ピスト
ン１０２上部の連結爪１０２ｂとの最大の隙間をＤ、第
２ピストン１０２上部ストッパ１０２ｃとシリンダヘッ
ド下部ストッパ１０５ａとの最大の隙間をＥ、第１ピス
トン１０１上部連結爪１０１ａと第２ピストン１０２下
部ストッパ１０２ａとの最大の隙間をＦとする。

【００４４】また１０７は第１圧力室１０６ａに連通し
圧力を供給するための第１圧力導入ポート、１０８は第
２圧力室１０６ｂに連通し圧力を印加するための第２圧
力導入ポートである。また、１０５ｂはシリンダヘッド
１０５に設けられ、第２圧力導入ポート１０８と第２圧
力室１０６ｂとを連通させる小径部であり、１０１ｂは
第１ピストン１０１に設けられ、第１圧力導入ポート１
０７と第１圧力室１０６ａを連通させる小径部である。
なお、１０９は排気ガス再循環制御弁駆動用の空圧源と
なるポンプであり、自動車に搭載されている正圧コンプ
レッサ等が使用され、１１０および１１１は第１圧力導
入ポート１０７および第２圧力導入ポート１０８に接続
され、第１圧力室１０６ａおよび第２圧力室１０６ｂへ
の圧力印加をＯＮ−ＯＦＦ制御するための電磁弁であ
る。また、第１圧力導入ポート１０７、第２圧力導入ポ
ート１０８は、ネジ切りがしてあって、電磁弁１１１、
１１０からの圧力通路がねじ込み固定され、気密に保た
れるものである。

【００４５】次に上記のように構成された排気ガス再循
環制御弁の動作について説明する。まず、第４図に示さ
れるように、第１圧力室１０６ａ及び第２圧力室１０６
ｂ共に圧力が印加されていない場合、排気ガス再循環制
御弁の調節弁６は閉弁状態であり、排気ガス通路１３を
遮断している。

【００４６】次に図５は、電磁弁１１１がＯＮし電磁弁
１１０がＯＦＦの状態を示しており、第２圧力室１０６
ｂのみ圧力が印加されている。このとき、第２圧力室１
０６ｂ内の圧力が第１スプリング２２の弾性力より大き
くなり、第２ピストン１０２は第１ピストン１０１およ
び調節弁６を押し下げ、調節弁６が開弁する。その際図
中、第２ピストン１０２の上部連結爪１０２ｂとシリン
ダヘッド１０５の連結爪１０５ａが接触するため、調節
弁６の開弁量はＤに規制される。

【００４７】図６は、電磁弁１１０がＯＮし電磁弁１１
１がＯＦＦの状態を示しており、第１圧力室１０６ａの
み圧力が印加され、第２圧力室１０６ｂは大気解放され
る。この時、第１圧力室１０６ａ内の圧力が第２スプリ
ング１０３の弾性力より大きくなり、第２ピストンが図
中上方向に移動して、シリンダヘッド１０５のストッパ
ａに接触し移動を停止する。また、第１圧力室１０６ａ
内の圧力が第１スプリング１９の弾性力より大きくな
り、第１ピストン１０１が図中下方向に移動し、第２ピ
ストン１０２のストッパ１０２ａに接触停止する。この
時、調節弁６は第１ピストン１０１と第２ピストン１０
２の差動分（Ｆ−Ｅ）だけ下降し、開弁する。

【００４８】図７は、電磁弁１１０及び１１１共にＯＮ
状態を示しており、第１圧力室１０６ａ第２圧力室１０
６ｂ共に圧力が印加されている。この時第２ピストン１
０２の上下圧力はバランスするため第２スプリング１０
３の弾性力により、第２ピストンは下方へ押し下げられ
る。同時に第１ピストン１０１の下部空間１０６ｄはハ
ウジング１２に設けたポート１００により大気へ解放さ
れているため、第１圧力室１０６ａとの差圧により第１
ピストン１０１が図中下方向に移動する。そして、第１
ピストン１０１の連結爪１０１ａと第２ピストン１０２
下部のストッパ１０２ａ、及び第２ピストン１０２上部
の連結爪１０２ｂとシリンダヘッド１０５下部のストッ
パ１０５ａとがそれぞれ接触、停止したとき、調節弁６
は（Ｄ＋Ｆ）だけ下降し、調節弁６は全開となる。

【００４９】なお、この時第２ピストン１０２の下降力
は前述の通り第２スプリング１０３の弾性力のみであ
り、仮に、第２ピストン１０２のシールリング７やピス
トンリング８の摺動抵抗がこれを上回る場合でも、第２
ピストン１０２は第１ピストン１０１に連結されている
ため第２ピストン１０１の下降力により、強制的に第２
ピストン１０２を引き下げ得ることができる。すなわ
ち、第２スプリング１０２の弾性力がそれほど大きくな
くても、シールリング７またはピストンリング８の熱膨
張等により摺動抵抗が増加した場合において、確実に定
位置まで開弁させることができる。このとき、ピストン
リング８はシリンダ１０４との間に空気が通れる程度の
間隙を有するものとし、圧力室の形成はシールリング７
により行われる。

【００５０】以上のようにこの実施例２における排気ガ
ス再循環弁は、排気ガス再循環システムの機能上、最も
必要となる微少開度域を２段階に制御させ、その内何れ
か一方の制御は２ケのピストンを相反する方向に作動さ
せ、双方ピストンの相対移動距離差（差動ストローク）
を利用し、微少開度域の二位置を含む四位置制御とした
ものであり、２ケのピストンの作動組み合わせにより、
全閉全開含め計４位置の調節弁開度制御ができ、特に２
ケのピストンを相反方向に作動させたことにより、微少
開度域での２位置の制御を容易にしている。

【００５１】また、空圧源の圧力変化や、排気ガスの圧
力変動等に対して全く影響を受けることなく、正確な調
節弁開度が得られることから、高精度で信頼性の高い排
気ガス再循環制御が可能となる。

【００５２】実施例３．この発明の実施例３について説
明する。図８はこの実施例３を示す断面図である。この
図において、実施例２と同様である部分は同一符号を付
して説明を省略する。この実施例３においては、第１ピ
ストン１０１と第２ピストン１０２との径の大きさを異
ならせることとし、第２ピストン１０２の下方向ストロ
ーク規制を第２ピストン肩部２０２ｂとシリンダ１０４
の段部２０４ａにて、また上方向ストローク規制をシリ
ンダ１０４に締結されたシリンダヘッド１０５と第２ピ
ストン頭部端面１０２ｃによって行う形状としていると
ころである。

【００５３】また、第１ピストン２０１の内径部分に空
洞部２０１ｂを設けることにより、気密室２０６ａ内の
圧力調節を容易なものとしている。また、第２ピストン
２０２の内径を実施例２より大きくしているので、電磁
弁１１１が切替わり、気密室２０６ｂに圧力がかかり、
第２ピストン２０２がシリンダ２０４の段部２０４ａに
当接している時、すなわち、調節弁６が最小開度となっ
ている際に、第２ピストン２０２にかかる圧力大きくな
っているので、調節弁６の振動等を抑えることができ
る。また、実施例２のようにシリンダヘッド下部ストッ
パ１０５ａを設ける必要がないのでシリンダヘッド２０
５の形状を簡略化することができるので成形が容易にな
ると共に組み立ても容易になる。

【００５４】実施例４．図９〜１２はこの発明の実施例
４を示す正面図である。これらの図において、実施例１
と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。ま
ず、３０１は第１ピストン、３０２は第１ピストン３０
１を摺動可能に内蔵するとともに、互いに噛み合う連結
部を有する第２ピストン、３０４は前記第２ピストン３
０２を摺動自在に内蔵するシリンダ、３０３は第２ピス
トン３０２とシリンダ３０４間に配設した第２スプリン
グである。また、３０１ａは第１ピストン３０１の上部
設けられた連結爪、３０２ａは、第２ピストン３０２の
上部から下部方向に向って突設され、先端部で連結爪３
０１ａと当接して、互いの移動範囲を規制するストッパ
である。３０２ｂは第２ピストン３０２の上面部であ
り、シリンダ３０４と当接して、第２ピストン３０２の
移動範囲を規制する。３０２ｃは、ハウジング１２のス
トッパ１２ａと当接して第２ピストン３０２の移動範囲
を規制する第２ピストン３０２の下面部である。

【００５５】図１１は、電磁弁１１０がＯＮし電磁弁１
１１がＯＦＦの状態を示しており、第１圧力室３０６ａ
のみ圧力が印加され、第２圧力室３０６ｂは大気解放さ
れる。この時、第１圧力室３０６ａと第２圧力室３０６
ｂの差圧による第２ピストン３０２の発生力が第２スプ
リング３０３の発生力を上回ると第２ピストン３０２は
上昇し、シリンダヘッド３０５当接して上昇を停止す
る。また第１圧力室３０６ａの圧力上昇により発生する
第１ピストン３０１の発生力が第１スプリング２２の発
生力を上回ると第１ピストン３０１が下降し、その連結
爪３０１ａが第２ピストン３０２のストッパ３０２ａに
接触停止する。この時調節弁６は第１ピストン３０１と
第２ピストン３０２の差動分（Ｎ−Ｍ）だけ下降し、開
弁する。

【００５６】図１２は、電磁弁１１０および１１１共に
ＯＮ状態を示しており、第１圧力室３０６ａ及び第２圧
力室３０６ｂ共に圧力が印加されている。この時第２ピ
ストン３０２の上下圧力は同じになるため第２スプリン
グ３０３の反力のみにより、第２ピストン３０２は下方
へ押し下げられる。また第１ピストン３０１の下部空間
はハウジング１２に設けたポート１００により大気へ解
放されているため、第１圧力室３０６ａとの差圧により
第１ピストン下降方向に力が作用し、第１スプリング２
２の発生力を上回ると第１ピストン３０１が下降し、第
１ピストン３０１の連結爪３０１ａと第２ピストン３０
２の下部ストッパ３０２ａに当接し、停止する。従って
調節弁６は（Ｌ＋Ｎ）だけ下降し、排気ガス再循環制御
弁５は全開となる。

【００５７】図１３は、実施例４の排気ガス再循環制御
弁におけるバルブストローク（調節弁の開弁量を意味す
る）状態を表す概略特性図である。図１３中の実線は
第２圧力導入ポート３０８のみに圧力印加した状態を示
し、そのストロークはＬで規制される。図１３中の一
点鎖線は第１圧力導入ポート３０７のみに圧力印加した
状態を示し、そのストロークはＮ−Ｍで規制される。さ
らに図１３中は破線は第１圧力導入ポート３０７およ
び第２圧力導入ポート３０８の双方に圧力を印加した状
態であり、そのストロークはＬ＋Ｎで規制される。この
図に示されるように、コンプレッサ圧力（すなわち、車
両の圧縮機からの圧力）が図中斜線で示すＱの範囲内で
あれば、たとえ圧力が変動したとしても確実に動作する
ことがわかる。

【００５８】例えば、調節弁６の全開ストローク１５mm
とし、その１０％および２０％の微少開度で調節弁６を
規制する場合には、〔Ａ〕＝１．５mm，〔Ｂ〕＝１０．
５mm、〔Ｃ〕＝１３．５mmに設定することになる。この
ように、前記排気ガス再循環制御弁５における調節弁６
の開度は０％、１０％、２０％、１００％の４段階で確
実に制御され、空圧源の圧力変化や排気ガスの圧力変動
に関係なく各段階の開弁量を正確に保持できるため、排
気ガス再循環量を高精度で制御することが出来る。

【００５９】以上のようにこの実施例４においては、第
１ピストンを摺動可能に内蔵し、かつ第２ピストン内で
所定の範囲で移動可能に噛み合わせて、第１圧力室と第
２圧力室を構成し、両ピストンの差動を利用したことに
より、調節弁の４位置開弁を可能としたことにより、調
節弁の微少開度領域２位置を正確に制御できるだけでな
く、排気ガス再循環制御弁を小型化することが可能とな
る。

【００６０】実施例５．この発明の実施例５について説
明する。図１５及び図１６はいずれも調節弁６の上部と
第１ピストン１０１の下部とを示す部分拡大断面図であ
る。また、実施例２と同様の部分は同一符号を付して説
明を省略する。例えば、実施例２の図４に示したよう
に、調節弁６と第１ピストン１０１の当接面が平面であ
り、第１ピストン１０１に対する調節弁６片端の位置決
め機構が無い場合、第１スプリング２２の傾きによる偏
荷重等が原因で調節弁６と第１ピストン１０１の軸心が
ずれ易く、摺動部材１７に対し調節弁６の軸心が傾いた
状態で摺動するため、前記摺動部材１７の摺動を阻害す
るだけでなく、早期偏摩耗を発生させる原因となる。一
方、調節弁６と第１ピストン１０１の当接部を強固に拘
束することは、組み付け性が悪化し量産向きでなくな
る。

【００６１】従って、部品組み付けの際、両者当接位置
が自動的に決定され、しかも両者の軸線傾きに対する自
由度を持たせた当接方法が必要となる。図１４及び図１
５において、６は調節弁、６ａは前記調節弁６の片端で
あり略球面凸形状部である。１０１は調節弁６片端に当
接する第１ピストン、１０１ｄは前記第１ピストンの略
球面凹形状部であり、両凹凸部１０１ｄと６ａは互いに
当接する第１ピストンでありその当接部１０１ｄは略球
面凹形状を有している。両者は互いに回転自由に当接さ
れるため何れか一方の軸線が傾いても、当接位置がずれ
る事無くその傾きを許容するため必要以上の偏荷重増加
を防止でき、調節弁６や第１ピストン１０１の摺動を阻
害しない。また、特に実施例１のように、移動部材の図
中下部の圧力室９ｄにも圧力を加える場合には調節弁６
と上部の移動部材の軸線の傾きが大きくなるために、実
施例５の構成とすることは有効である。

【００６２】図１５は実施例５の他の実施例を示してお
り、調節弁６と第１ピストン１０１の当接部に互いに噛
み合う略円錐凹凸形状を設けたものである。なお１１２
は第１ピストン１０１に挿入もしくは圧入固定された当
接部材であり、例えば軽量化のため第１ピストン１０１
をアルミ材等の比較的軟らかい材質で構成し、当接部の
接触面積をそれほど大きく取れない場合、焼き入れもし
くは表面処理等で表面硬度を高めた当接部材１１２を用
いることにより当接部の変形や摩耗等の不具合発生を阻
止することができる。以上のように、この実施例５にお
いては調節弁と第１ピストンの当接部を回転自在に連結
したことにより、調節弁軸線と第１ピストンの軸線が傾
いた場合でも両者摺動抵抗への影響が少なく、また、調
節弁当接部の位置ずれが規制できるため、排気ガス再循
環制御弁の耐久性が向上する。

【００６３】また、上記実施例２から４において、実施
例１のように圧力室９ｄに圧力を加えたりすることとし
てもよい。

【００６４】

【発明の効果】この発明にかかる排気ガス再循環制御弁
は、入力する圧力が変動しても弁開度が変化することな
く、また、排気ガスの圧力の脈動に対しても弁開度が変
わることなく確実に且つ安定して動作することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施例１を示す断面図である。

【図３】 この発明の実施例１を示す断面図である。

【図４】 この発明の実施例２を示す断面図である。

【図５】 この発明の実施例２を示す断面図である。

【図６】 この発明の実施例２を示す断面図である。

【図７】 この発明の実施例２を示す断面図である。

【図８】 この発明の実施例３を示す断面図である。

【図９】 この発明の実施例４を示す断面図である。

【図１０】 この発明の実施例４を示す断面図である。

【図１１】 この発明の実施例４を示す断面図である。

【図１２】 この発明の実施例４を示す断面図である。

【図１３】 この発明の実施例４におけるコンプレッサ
圧力とバルブストロークとの関係を示す説明図である。

【図１４】 この発明の実施例５を示す断面図である。

【図１５】 この発明の実施例５を示す断面図である。

【図１６】 従来の排気ガス再循環システムを示すブロ
ック図である。

【図１７】 従来の排気ガス再循環弁を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２３…シリンダ、２４…第１移動シリンダ、２６…第２
移動シリンダ、２８…ピストン、１０１…第１ピスト
ン、１０２…第２ピストン、１０４…シリンダ、２０１
…第１ピストン、２０２…第２ピストン、２０４…シリ
ンダ、３０１…第１ピストン、３０２…第２ピストン、
３０４…シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 博記 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管より排気ガスを取り入
   れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成すると
   共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有するハウ
   ジング、このハウジングに設けられたシリンダ、このシ
   リンダ内に移動可能に設けられた移動シリンダ、この移
   動シリンダ内に移動可能に設けられ、上記弁機構の弁開
   度を制御するピストン、上記移動シリンダ及びピストン
   をそれぞれの所定ストローク移動させるようそれぞれに
   圧力を導入する圧力導入手段を備えた排気ガス再循環制
   御弁。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気管より排気ガスを取り入
   れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成すると
   共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有するハウ
   ジング、このハウジングに設けられたシリンダ、このシ
   リンダ内にそれぞれ移動可能に複数段設けられた移動シ
   リンダ、この複数段の移動シリンダ内に移動可能に設け
   られ、上記弁機構の弁開度を制御するピストン、上記複
   数段の移動シリンダ及びピストンをそれぞれの所定スト
   ローク移動させるようそれぞれに圧力を導入する圧力導
   入手段を備えた排気ガス再循環制御弁。
3. 【請求項３】 内燃機関の排気管より排気ガスを取り入
   れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成すると
   共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有するハウ
   ジング、このハウジングに設けられたシリンダ、このシ
   リンダ内に移動可能に設けられ上記弁機構の弁開度を制
   御する第１のピストン、上記シリンダ内に移動可能に設
   けられ、上記第１のピストンに対して所定範囲摺動可能
   に連結された第２のピストン、上記第１及び第２のピス
   トンをそれぞれの所定ストローク移動させるようそれぞ
   れに圧力を導入する圧力導入手段を備えた排気ガス再循
   環制御弁。
4. 【請求項４】 内燃機関の排気管より排気ガスを取り入
   れて吸気管に還流する排気ガス通路の一部を構成すると
   共に、排気ガスの還流量を制御する弁機構を有するハウ
   ジング、このハウジングに設けられたシリンダ、このシ
   リンダ内に所定ストローク移動可能に設けられた移動シ
   リンダ、この移動シリンダ内に所定ストローク移動可能
   に設けられ、上記弁機構の弁開度を制御するピストン、
   上記シリンダ及び上記移動シリンダにより構成される第
   １圧力室、上記移動シリンダ及び上記ピストンにより構
   成される第２圧力室、上記第１及び第２圧力室に圧力を
   導入する圧力導入手段を備えた排気ガス再循環制御弁。
5. 【請求項５】 移動シリンダ及びピストンのそれぞれの
   所定ストロークが、異なる値に設定されていることを特
   徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の排気ガ
   ス再循環制御弁。
6. 【請求項６】 最大受圧面積を有する移動シリンダまた
   はピストンの所定ストロークが他の移動シリンダもしく
   はピストンより短いことを特徴とする請求項１〜請求項
   ５のいずれかに記載の排気ガス再循環制御弁。
7. 【請求項７】 移動シリンダ及びピストンの内の少なく
   とも一つが相対する二つの受圧面を有し、この二つの受
   圧面にかかる圧力をそれぞれ制御することを特徴とする
   請求項１〜請求項６のいずれかに記載の排気ガス再循環
   制御弁。
8. 【請求項８】 弁機構の弁とピストンとの当接面は略球
   面形状もしくは略円錐形状であることを特徴とする請求
   項１〜請求項７のいずれかに記載の排気ガス再循環制御
   弁。
9. 【請求項９】 移動シリンダもしくはピストンに当接
   し、この移動シリンダもしくはピストンの移動範囲を所
   定ストロークに規制する当接部を設けたことを特徴とす
   る請求項１〜９のいずれかに記載の排気ガス再循環制御
   弁。
10. 【請求項１０】 シリンダ下部でハウジング内に下部圧
    力室を設け、この下部圧力室に圧力を印加もしくは密閉
    することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに
    記載の排気ガス再循環制御弁。