JP3940862B2 - Exhaust gas recirculation control valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる複座弁による排気圧力相殺機構を備えた排気ガス還流制御弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
排気ガス還流装置(EGR装置)を搭載した車両では、近年の排気ガス規制の強化に伴って、排気ガス還流量(EGR量)を大流量で且つ制御良く制御する必要がある。しかし、EGR量を大流量化すると、排気ガス還流制御弁(EGR弁)の弁体に加わる排気圧力が非常に大きくなるため、この排気圧力に抗して弁体を開弁させるためには、相当に強力なリニアソレノイド等のアクチュエータが必要となり、アクチュエータの大型化・高コスト化を招いてしまう。
【0003】
この対策として、いわゆる複座弁による排気圧力相殺機構を備えたEGR弁が提案されている。このものは、図12に示すように、弁ハウジング11内に2つの弁座12,13を対向させて配置し、両弁座12,13の中心に1本の弁シャフト14を貫通させると共に、該弁シャフト14に2つの弁体15,16を固定し、該弁シャフト14をリニアソレノイド等のアクチュエータで駆動することで、各弁体15,16で各弁座12,13の開口を開閉するようにしている。
【0004】
この場合、EGR配管を流れる排気ガスは、図12に矢印で示すように、弁ハウジング11の流入ポート17から弁体15,16間の空間に流入し、開弁時には、両弁座12,13の開口から弁ハウジング11内に流れ、流出ポート18から流出する。この構成では、両弁体15,16に加わる排気圧力F1 ,F2 が反対向きになるため、排気圧力F1 ,F2 が相殺され、排気圧力F1 ,F2 の影響を受けずに両弁体15,16を駆動することができる。
【0005】
この構成では、両弁体15,16の間隔と両弁座12,13の間隔を正確に一致させる必要があるが、実際には、組立誤差により両者の間隔を正確に合わせることは困難である。また、仮に、組立時に両者の間隔を正確に合わせることができたとしても、EGR弁は高温の排気ガス中で使用されるため、各部の熱膨張差により両者の間隔に誤差が生じてしまう。従って、上記構成では、組立誤差や熱膨張差により2つの弁体15,16を確実に2つの弁座12,13に着座させることは困難であり、弁漏れが発生しやすい。
【0006】
この対策として、図13に示すように、一方の弁体15を弁シャフト14に摺動可能に挿通支持させると共に、両弁体15,16間にスプリング19を介在させ、閉弁時には、スプリング19の弾発力により弁体15を弁座12に着座させるようにすることが考えられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成のように、一方の弁体15を弁シャフト14に摺動可能にすると、排気圧力F1 ,F2 を相殺できない。すなわち、弁シャフト14に固定されていない上方の弁体15に加わる排気圧力F1 は、弁座12で受け支えられ、弁シャフト14には伝わらない。これに対し、弁シャフト14に固定されている下方の弁体16に加わる排気圧力F2 は弁シャフト14に伝わるため、排気圧力F2 が弁シャフト14を押し下げる方向に働く。更に、上方の弁体15を付勢するスプリング19の弾発力も下方の弁体16を介して弁シャフト14を押し下げる方向に働く。このため、弁シャフト14を閉弁方向(上方)に付勢するスプリング20のばね力を、排気圧力F2 とスプリング19のばね力とに打ち勝つ大きさに増加させる必要がある。このため、開弁時にスプリング20のばね力に抗して弁シャフト14を押し下げるアクチュエータの駆動力を、排気圧力F2 とスプリング19の弾発力との合力分だけ増加させる必要があり、相当に強力なアクチュエータが必要となる。従って、上記構成では、複座弁方式のEGR弁本来の目的であるアクチュエータの負荷軽減、小型化を達成できない。
【0008】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、複座弁方式を採用しながら、組立誤差や熱膨張差による弁漏れを防止できると共に、複座弁方式の本来の目的であるアクチュエータの負荷軽減、小型化を達成できる排気ガス還流制御弁を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の排気ガス還流制御弁は、2つの弁体を備えた複座弁方式を採用し、一方の弁体の少なくとも一部を弾性変形可能に構成し、その弾性変形可能な弁体は、リーフスプリング状又は放射状に形成された板ばねを用い、この板ばねの開口部を変形容易な部材で閉鎖した構成としている。この構成によれば、組立誤差や熱膨張差による両弁体の間隔と両弁座の間隔との誤差を一方の弁体の弾性変形により吸収できて、2つの弁体を同時に2つの弁座に着座させることができ、弁漏れを防止できる。しかも、弾性変形可能な弁体は弁シャフトに固定されているため、弾性変形可能な弁体に加わる排気圧力が弁シャフトにも働く。これにより、2つの弁体を介して弁シャフトに働く排気圧力が相殺され、弁シャフトを駆動するアクチュエータの負荷を軽減でき、アクチュエータの小型化を実現できる。
【0010】
この場合、請求項2のように、2つの弁座の間隔を保持する部材と弁シャフトとを同等の熱膨張係数を有する材料で形成しても良い。このようにすれば、両弁体の間隔と両弁座の間隔との熱膨張差が無くなり、より確実に弁漏れを防止できる。
【0011】
ところで、排気ガス還流制御弁は高温の排気ガス中で使用されるため、弁体は耐熱性が要求され、その観点から、一般に金属製の弁体が用いられている。従って、弾性変形可能な弁体も、耐熱性の観点から金属弾性材で形成することが好ましい。しかし、弁体全体を厚い金属弾性板材で形成すると、弁体の弾性力が大きくなって、それがアクチュエータの負荷を増大させる要因となる。これを避けるために、弁体全体を薄く形成しすぎると、弁体の耐久性が低下し、弁体と弁座との衝突の繰り返しで弁体の着座面が摩耗した時に、弁体の着座面に穴が開いて弁漏れが発生しやすい。
【0012】
この対策として、請求項1に係る発明では、弾性変形可能な弁体は、リーフスプリング状又は放射状に形成された板ばねを用い、この板ばねの開口部を変形容易な部材で閉鎖した構成としている。このようにすれば、弁体の着座面等、耐摩耗性や機械的強度が要求される部分に、適度な厚みの板ばねを延在させた適度な弾性力の弁体を形成でき、アクチュエータの負荷を軽減しながら、弁体の摩耗による弁体の穴開きを防止でき、負荷軽減と弁体の耐久性向上とを両立させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関連する参考例(1)を図1に基づいて説明する。排気ガス還流制御弁(EGR弁)の弁ハウジング21は例えばアルミダイカストにより形成され、その内部にEGRガス通路27が形成されている。このEGRガス通路27の入口側に形成された弁座収納部21a内に、2つの弁座22,23が上下に対向するように組み付けられている。上方の弁座22は、下方に延びる囲壁部22aを一体に有する箱型の弁座であり、その囲壁部22aの下端に下方の弁座23が溶接等により固定されている。両弁座22,23で囲まれた空間がEGRガス流入室24となり、このEGRガス流入室24の側壁部に、EGR配管を通して流れてくるEGRガスが流入する流入ポート25が形成されている。EGRガス通路27の出口側には、開弁時に両弁座22,23の開口から流れ出るEGRガスを吸気管(図示せず)側へ流出させる流出ポート26が形成されている。
【0019】
弁ハウジング21には、EGRガス通路27の上方にスプリング室28が形成され、その上方にアクチュエータ室29が形成され、このアクチュエータ室29内にリニアソレノイド、ステップモータ等のアクチュエータ30がプランジャ31を下向きにして取り付けられている。このプランジャ31の真下には、弁シャフト32がスプリング室28を貫通するように配置され、この弁シャフト32の下部が2つの弁座22,23の中心を貫通している。この弁シャフト32は、スプリング室28の底部に固定された軸受33に上下方向に摺動可能に支持され、該弁シャフト32の上端に嵌着固定された皿状のスプリング受け部材34とスプリング室28の底壁部との間にスプリング35が装着され、このスプリング35の弾発力によって弁シャフト32が上方(閉弁方向)に付勢され、該弁シャフト32の上端がアクチュエータ30のプランジャ31の下端に当接している。
【0020】
2つの弁座22,23に対応して、弁シャフト32の下部には2つの弁体36,37が固定されている。下方の弁体37は、従来と同じく、耐熱性・対摩耗性のある金属(ステンレス鋼等)で厚く形成されているが、上方の弁体36は、薄いステンレス板等、耐熱性・対摩耗性のある弾性板材で弾性変形可能に形成されている。この場合、上方の弁体36の弾性変形を容易にするために、上方の弁体36には波形が同心状に形成されている。
【0021】
また、両弁体36,37の間隔と両弁座22,23の間隔との熱膨張差を無くすために、2つの弁座22,23の間隔を保持する部材(弁座22の囲壁部22a)と弁シャフト32とを、同等の熱膨張係数を有する材料(本参考例ではステンレス鋼)で形成している。また、2つの弁体36,37に作用する排気圧力F1 ,F2 の差圧を利用してセルフシール効果を持たせるために、上方の弁座22の開口径D1 を下方の弁座23の開口径D2 よりも若干大きく形成し、上方の弁体36に働く上向きの排気圧力F1 が下方の弁体37に働く下向きの排気圧力F2 より若干大きくなるようになっている。
【0022】
以上のように構成したEGR弁では、アクチュエータ30の通電時に、プランジャ31が下方に突出して、弁シャフト32をスプリング35の弾発力に抗して押し下げることで、2つの弁体36,37を2つの弁座22,23から下方に離間させて両弁座22,23の開口を開放する。これにより、弁ハウジング21の流入ポート25からEGRガス流入室24内に流入するEGRガスを、両弁座22,23の開口からEGRガス通路27内に流入させ、流出ポート26から吸気管側へ流出させる。
【0023】
一方、アクチュエータ30の非通電時には、スプリング35の弾発力によって弁シャフト32を引き上げ、2つの弁体36,37を2つの弁座22,23に確実に着座させる。つまり、上方の弁体36を弾性変形可能に形成しているので、仮に、組立誤差や熱膨張差によって両弁体36,37の間隔と両弁座22,23の間隔とが正確に一致しなくても、その誤差を上方の弁体36の弾性変形により吸収でき、2つの弁体36,37を2つの弁座22,23に同時に着座させることができて、弁漏れを防止できる。
【0024】
しかも、弾性変形可能な弁体36は弁シャフト32に固定されているため、弾性変形可能な弁体36に加わる排気圧力F1 が弁シャフト32にも働く。これにより、2つの弁体36,37を介して弁シャフト32に働く排気圧力F1 ,F2 が相殺され、弁シャフト32を駆動するアクチュエータ30の負荷を軽減でき、アクチュエータ30の小型化を実現できる。
【0025】
この場合、2つの弁座22,23の開口径D1 ,D2 を同一に形成して、2つの弁体36,37に働く排気圧力F1 ,F2 を完全に相殺させるようにしても良いが、本参考例のように、上方の弁座22の開口径D1 を下方の弁座23の開口径D2 より若干大きく形成しても良い。このようにすれば、上方の弁体36に働く上向きの排気圧力F1 が下方の弁体37に働く下向きの排気圧力F2 より若干大きくなり、その排気圧力F1 ,F2 の差圧を利用してセルフシール効果を持たせることができる。
【0026】
更に、2つの弁座22,23の間隔を保持する弁座22の囲壁部22aと弁シャフト32とを、同等の熱膨張係数を有する材料(本参考例ではステンレス鋼)で形成しているため、両弁体36,37の間隔と両弁座22,23の間隔との熱膨張差が無くなる。従って、本参考例では、両弁体36,37の間隔と両弁座22,23の間隔とがずれる要因は、組立誤差のみとなり、両者のずれが少なくなる。これにより、2つの弁体36,37の同時着座が一層確実なものとなり、弁漏れ防止性能を更に向上できる。
【0027】
但し、本発明は、2つの弁座22,23の間隔を保持する部材(囲壁部22a)と弁シャフト32とを、熱膨張係数の異なる材料で形成しても良く、この場合でも、熱膨張差を上方の弁体36の弾性変形により吸収できるので、2つの弁体36,37を同時に着座させることができる。
【0028】
弾性変形可能な弁体36は、図1に示す形状に限定されず、種々の形状が考えられる。
例えば、図2及び図3に示す参考例(2),(3)の弾性変形可能な弁体38,39は、共に薄いステンレス板で蛇腹状に形成され、その下端部のみが弁シャフト32に固定され、蛇腹部分が上下方向に伸縮可能となっている。
【0029】
図1乃至図3に示す弾性変形可能な弁体36,38,39は、いずれも、弁体全体が同一の弾性板材で一体に形成されているが、弾性部材と非弾性部材とを組み合わせて1つの弾性変形可能な弁体を構成しても良い。
【0030】
例えば、図4に示す参考例(4)の弾性変形可能な弁体40は、薄いステンレス板等で形成した弾性変形可能な蛇腹部41の上端に、弁座22に着座するリング状の着座部材42を溶接等で固着し、該蛇腹部41の下端に円板状の支持部材43を溶接等で固着し、この支持部材43を弁シャフト32に嵌着固定している。この場合、蛇腹部41のみが弾性変形し、着座部材42と支持部材43は変形しない。このようにすれば、耐摩耗性や機械的強度が要求される部分(着座部材42と支持部材43)を耐摩耗性や機械的強度に優れた材料で形成でき、耐久性を向上できる。
【0031】
ところで、弁体の弾性力は、アクチュエータ30の負荷を増大させる要因となるため、弁体の弾性力は小さい方が好ましい。しかし、弁体の弾性力を小さくするために、弁体全体を薄く形成しすぎると、弁体の耐久性が低下し、弁体と弁座との衝突の繰り返しで弁体の着座面が摩耗した時に、弁体の着座面に穴が開いて弁漏れが発生しやすい。
【0032】
この対策として、図5に示す本発明の実施形態(1)の弾性変形可能な弁体45は、リーフスプリング状に形成された皿状の板ばね46を用い、この板ばね46の下面に変形容易な皿状の金属薄膜47を貼り合わせることで、該板ばね46の開口部48を金属薄膜47で塞いでいる。板ばね46は、弁シャフトに嵌着される中央の嵌着部46aと外周の着座面部46bとを共に円環状に形成し、嵌着部46aと着座面部46bとの間に複数本のアーム部46cを等ピッチで形成している。各アーム部46cは、放射状(直線状)に形成しても良いが、図5に示すように曲線形状に形成して各アーム部46cを長くすれば、各アーム部46cが弾性変形しやすくなる。
【0033】
このようにすれば、耐摩耗性や機械的強度が要求される部分である着座面部46bと固定部46aに、適度な厚みの板ばねを延在させた適度な弾性力の弁体45を形成でき、アクチュエータの負荷を軽減しながら、弁体45の摩耗による弁体45の穴開きを防止でき、負荷軽減と弁体45の耐久性向上とを両立させることができる。
【0034】
一方、図6に示す実施形態(2)の弾性変形可能な弁体49は、放射状に形成された皿状の板ばね50を用い、この板ばね50の下面に変形容易な皿状の金属薄膜51を貼り合わせることで、該板ばね50のスリット52(開口部)を金属薄膜51で塞いでいる。このようにしても、アクチュエータの負荷軽減と弁体49の耐久性向上とを両立させることができる。
【0035】
上記実施形態(1),(2)の弁体45,49は、図1のEGR弁に用いても良く、また、図7に示す実施形態(3)のEGR弁に用いても良い(図7は図5の弁体45を用いたEGR弁の構成例を示している)。
【0036】
このEGR弁の弁ハウジング60は、円筒状の吸気通路61を有し、この吸気通路61が内燃機関の吸気管(図示せず)の途中に連結され、該吸気管を流れる吸入空気が吸気通路61を通ってスロットルバルブ(図示せず)側に流れる。弁ハウジング60の吸気通路61の下方には、EGRガス流入室62が形成され、このEGRガス流入室62の側壁には、EGR配管(図示せず)を通って流れてくるEGRガスが流入する流入ポート63が形成され、該EGRガス流入室62の上面部と下面部には、それぞれ弁座64,65が上下に対向するように設けられている。
【0037】
上方の弁座64は、弁ハウジング60に一体に形成され、下方の弁座65は、ステンレス鋼等により形成され、EGRガス流入室62の下面に固着されている。上方の弁座64の開口は吸気通路61に連通し、該弁座64の上方部には、吸気通路61内を流れる吸入空気の風圧が弁座64の開口に作用するのを防ぐ防風フード部66が形成されている。下方の弁座65の開口は、弁ハウジング60の下部に形成されたEGRガス通路67を介して吸気管のEGRガス導入口(図示せず)につながっている。従って、2つの弁座64,65の開口を通ったEGRガスは、共に吸気管内に流れ込む。
【0038】
2つの弁座64,65を貫通する弁シャフト32には、2つの弁体45,37が固定されている。弁シャフト32の駆動系は、図1と同じ構成であり、図1と同一符号を付して説明を省略する。尚、上方の弾性変形可能な弁体45は、前記各実施形態のいずれの弁体を用いても良い。
【0039】
一方、図8に示す実施形態(4)は、弾性変形可能な弁体(以下「弾性弁体」という)71を除いて、図7に示す実施形態(3)と同じ構造である。弾性弁体71は、ステンレス薄板等の弾性薄板により形成された皿型の板ばね72の中央部分を、例えば鉄板等の剛性板により形成された2枚の円形のセンタープレート73で挟み付けて構成したものである。この弾性弁体71は、弁シャフト32に下方から挿通され、その下方に圧入されたスリーブ74と弁シャフト32の段部32aとの間に挟み付け固定されている。これにより、センタープレート73は弁シャフト32に固定され、“非弾性部”となる。一方、板ばね72のうちセンタープレート73から外側に突出した部分は、“非弾性部”で支持された“弾性部”となり、上下方向に弾性変形可能である。
【0040】
この場合、弾性弁体71の有効受圧面積であるセンタープレート73の受圧面積(投影面積)は、弁シャフト32の下端に固着された他方の弁体(以下「剛性弁体」という)37の受圧面積と略同一に形成されている。センタープレート73と剛性弁体37の受圧面(弁座65の開口部)が共に円形の場合には、両者の直径D1,D2を略同一に形成すれば良い。その他の構成は、図7に示す実施形態(3)と同じであるので、図7と同一符号を付して説明を省略する。
【0041】
図8に示すように、2つの弁体71,37が弁座64,65に着座した状態では、各弁体71,37に次のような排気圧力による荷重が加わる。
弾性弁体71側に加わる荷重は、弾性弁体71の有効受圧面積であるセンタープレート73の受圧面積×排気圧力となる。
一方、剛性弁体37側に加わる荷重は、剛性弁体37の受圧面積×排気圧力となる。
【0042】
この場合、センタープレート73の受圧面積が剛性弁体37の受圧面積と略同一に形成されているので、弾性弁体71側に加わる荷重と剛性弁体37側に加わる荷重が略同一となり、両者が釣り合った状態となる。従って、排気圧力が高圧になった時でも、両弁体73,37から弁シャフト32に加わる力の均衡を保つことができて、剛性弁体37の浮き上がりによる弁漏れを少なくすることができる。しかも、弾性弁体73の外周部の板ばね72が弾性変形可能であるため、前記各実施形態と同じく、2つの弁体73,37の同時着座も容易である。
【0043】
本発明者は、上記実施形態(4)で用いた弾性弁体71の弁漏れ防止性能を評価する試験を行ったので、その試験結果を図9(a)に示す。この試験では、弾性弁体71のセンタープレート73の直径D1を15mmとすると共に、弁座64の開口径D3を18mmとし、剛性弁体37の受圧面の直径D2を16mmとした。この構造では、図9(a)に示すように、排気圧力を上限圧力である2kgf/cm2 に高めた時でも、弁漏れを目標値である8リットル/分以下に抑えることができた。
【0044】
一方、図9(b)に示す比較例では、スパイラル形状の板ばねに金属薄膜を貼り合わせて構成した弾性弁体を用いた。比較例でも、排気圧力が1.4kgf/cm2 以下の領域では、弁漏れが目標値である8リットル/分以下であったが、排気圧力が約1.4kgf/cm2 を越えると、弁漏れが急激に増大して目標値を満足できなかった。
【0045】
以上の試験結果から、実施形態(4)の構造では、高圧時でも高い弁漏れ防止性能を維持できることが確認された。
尚、上記各実施形態では、上方の弁体を弾性変形可能に形成したが、下方の弁体を弾性変形可能に形成しても良い。
【0046】
図10及び図11に示す実施形態(5)では、剛性弁体37を上方に配置し、弾性弁体81を下方に配置している。弾性弁体81は、薄いステンレス板等、耐熱性・対摩耗性のある弾性板材で皿状に形成され、弁シャフト32にスリーブ82で固定されている。この弾性弁体81が着座する円環状の弁座(以下「弾性弁座」という)83は、薄いステンレス板等、耐熱性・対摩耗性のある弾性板材で弾性変形可能に形成されている。この弾性弁座83の開口面積(開口径)は上方の弁座64の開口面積(開口径)とほぼ同一に設定されている。その他の構成は図7に示す実施形態(3)と同じであるので、図7と同一符号を付して説明を省略する。
【0047】
次に、本実施形態(5)のEGR弁の閉弁特性・開弁特性について説明する。閉弁状態の時に、高圧の排気圧力で弾性弁体81が開弁方向(下方)に弾性変形したとしても、これに追従して弾性弁座83も高圧の排気圧力で開弁方向に弾性変形して、弾性弁体81と弾性弁座83との密着状態が維持される。これにより、排気圧力が高圧になった時でも、弁漏れが有効に防止されて、閉弁性能が向上する。
【0048】
閉弁状態の時に、弁シャフト32(両弁体37,81)に加わる荷重には、次の3種類の荷重Fs ,Fv ,Fn がある。
(1)弁シャフト32を閉弁方向(上方)に付勢するスプリング35による閉弁方向の荷重Fs
(2)剛性弁体37と弾性弁体81の有効受圧面積の差と排気圧力とで発生する閉弁方向の荷重Fv (両弁体37,81に働く排気圧力による荷重の差)
(3)弾性弁座83が排気圧力で開弁方向に弾性変形することで、弾性弁座83から弾性弁体83に働く開弁方向の荷重Fn
【0049】
ここで、閉弁時の弁漏れを抑制するには、次の▲1▼式のように、閉弁方向の荷重(Fs +Fv )が開弁方向の荷重Fn よりも大きくなるように設定する必要がある。
▲1▼ Fs +Fv >Fn (弁漏れを抑制するための条件)
【0050】
仮に、下方の弁体81の有効受圧面積が上方の剛性弁体37の有効受圧面積よりも大きいとすると、上記(1) 式において、排気圧力による荷重Fv は負の値(つまり開弁方向の荷重)になるが、本実施形態(5)のように、下方の弁体81を弾性弁体とし、両弁座64,83の開口面積(開口径)をほぼ同一に設定した場合には、弾性弁体81の有効受圧面積が剛性弁体37の有効受圧面積よりも小さくなり、排気圧力による荷重Fv は正の値(つまり閉弁方向の荷重)になる。
【0051】
この場合、図11に示すように、スプリング35による閉弁方向の荷重Fs は排気圧力が変化しても一定であるが、排気圧力による閉弁方向の荷重Fv は、排気圧力が高くなるに従って大きくなり、それによって、閉弁方向の総荷重(Fs +Fv )が大きくなる。もし、弁座83を剛体構造とした場合には、開弁方向の荷重Fn が0であるため、排気圧力の上昇により閉弁方向の総荷重(Fs +Fv )が大きくなると、閉弁状態から開弁する際に必要となるアクチュエータの駆動力が大きくなるため、開弁特性(駆動力と弁体リフト量との関係)が排気圧力の変化によって変化してしまい、安定した開弁特性が得られない。
【0052】
これに対し、本実施形態(5)では、弾性弁体81が着座する弁座として、弾性弁座83を用いているため、弾性弁座83が排気圧力で開弁方向に弾性変形することで、弾性弁座83から弾性弁体83に開弁方向の荷重Fn が働く。この開弁方向の荷重Fn は、図11に示すように排気圧力が高くなるに従って大きくなるため、排気圧力による閉弁方向の荷重Fv の増大分が開弁方向の荷重Fn の増大分によってほぼ相殺され、次の(2)式が成立する。
【0053】
▲2▼ Fv −Fn =Δf=ほぼ一定 (開弁特性向上のための条件)
この▲2▼式が成立すれば、排気圧力が変化しても、排気圧力による荷重の合計値(Fv −Fn )がほぼ一定となって、閉弁状態から開弁する際に必要となる駆動力(Fs +Fv −Fn )がほぼ一定となり、開弁特性(駆動力と弁体リフト量との関係)が排気圧力の変化に左右されず、安定した開弁特性が得られ、高精度なEGR制御が可能となる。
【0054】
このように、本実施形態(5)では、上記(1) 式及び(2) 式の関係が同時に成立するため、排気圧力の全変動域(エンジンの全負荷域)で、閉弁時の弁漏れ抑制と開弁特性向上の双方を実現することができる。しかも、一方の弁体81と弁座83が共に弾性変形可能であるため、前記各実施形態と同じく、2つの弁体81,37の同時着座も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に関連する参考例(1)のEGR弁を示す縦断面図
【図2】 本発明に関連する参考例(2)の弁体と弁座の構造を示す縦断面図
【図3】 本発明に関連する参考例(3)の弁体と弁座の構造を示す縦断面図
【図4】 本発明に関連する参考例(4)の弁体と弁座の構造を示す縦断面図
【図5】 本発明の実施形態(1)を示し、(a)は弾性変形可能な弁体の平面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は金属薄膜の平面図
【図6】 本発明の実施形態(2)を示し、(a)は弾性変形可能な弁体の縦断面図、(b)は放射状の板ばねの平面図、(c)は(b)のE−E断面図、(d)は金属薄膜の平面図、(e)は(d)のF−F断面図
【図7】 本発明の実施形態(3)のEGR弁を示す縦断面図
【図8】 本発明の実施形態(4)のEGR弁の主要部の構造を示す縦断面図
【図9】 (a)は実施形態(4)の弁漏れ特性を示す図、(b)は比較例の弁漏れ特性を示す図
【図10】 本発明の実施形態(5)のEGR弁の主要部の構造を示す縦断面図
【図11】 弁シャフトに加わる荷重Fs ,Fv ,Fn と排気圧力との関係を示す図
【図12】 従来の複座弁型のEGR弁を示す縦断面図
【図13】 従来の改良された複座弁型のEGR弁を示す縦断面図
【符号の説明】
21…弁ハウジング、22,23…弁座、25…流入ポート、26…流出ポート、27…EGRガス通路、30…アクチュエータ、31…プランジャ、32…弁シャフト、33…軸受、35…スプリング、36〜40,41…蛇腹部、42…着座部材、45…弁体、46…板ばね、47…金属薄膜(変形容易な部材)、48…開口部、46b…着座面部、49…弁体、50…板ばね、51…金属薄膜(変形容易な部材)、52…スリット(開口部)、60…弁ハウジング、61…吸気通路、62…EGRガス流入室、63…流入ポート、64,65…弁座、67…EGRガス通路、71…弾性弁体(弾性変形可能な弁体)、72…板ばね、73…センタープレート、81…弾性弁体、83…弾性弁座。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas recirculation control valve having an exhaust pressure canceling mechanism using a so-called double seat valve.
[0002]
[Prior art]
In a vehicle equipped with an exhaust gas recirculation device (EGR device), it is necessary to control the exhaust gas recirculation amount (EGR amount) with a large flow rate and with good control in accordance with recent tightening of exhaust gas regulations. However, if the EGR amount is increased, the exhaust pressure applied to the valve body of the exhaust gas recirculation control valve (EGR valve) becomes very large. In order to open the valve body against this exhaust pressure, A considerably strong actuator such as a linear solenoid is required, which leads to an increase in size and cost of the actuator.
[0003]
As a countermeasure, an EGR valve provided with an exhaust pressure canceling mechanism using a so-called double seat valve has been proposed. As shown in FIG. 12, two
[0004]
In this case, the exhaust gas flowing through the EGR pipe flows into the space between the
[0005]
In this configuration, the distance between the
[0006]
As a countermeasure against this, as shown in FIG. 13, one
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, if one of the
[0008]
The present invention has been made in consideration of such circumstances. Accordingly, the object of the present invention is to prevent valve leakage due to assembly errors and thermal expansion differences while adopting the double seat valve system, and It is an object of the present invention to provide an exhaust gas recirculation control valve that can reduce the load on the actuator and reduce the size, which is the original purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the exhaust gas recirculation control valve according to
[0010]
In this case, as in
[0011]
By the way, since the exhaust gas recirculation control valve is used in high-temperature exhaust gas, the valve body is required to have heat resistance. From this point of view, a metal valve body is generally used. Therefore, the elastically deformable valve body is preferably formed of a metal elastic material from the viewpoint of heat resistance. However, if the entire valve body is formed of a thick metal elastic plate material, the elastic force of the valve body increases, which increases the actuator load. To avoid this, if the entire valve body is made too thin, the durability of the valve body will be reduced, and when the seating surface of the valve body is worn due to repeated collisions between the valve body and the valve seat, There is a hole in the surface and valve leakage is likely to occur.
[0012]
As a countermeasure, the claims In the invention according to 1, The elastically deformable valve body uses a leaf spring or a leaf spring formed in a radial shape, and the opening of the leaf spring is closed with an easily deformable member. ing . In this way, a valve body with a moderate elasticity can be formed by extending a leaf spring of a moderate thickness on a portion where wear resistance and mechanical strength are required, such as a seating surface of the valve body, and an actuator While reducing the load of the valve body, it is possible to prevent the valve body from being punctured due to wear of the valve body, and to achieve both reduction of the load and improvement of the durability of the valve body.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention Reference examples related to (1) will be described with reference to FIG. The valve housing 21 of the exhaust gas recirculation control valve (EGR valve) is formed by, for example, aluminum die casting, and an EGR gas passage 27 is formed therein. Two
[0019]
In the valve housing 21, a
[0020]
Corresponding to the two
[0021]
Further, in order to eliminate the difference in thermal expansion between the distance between the
[0022]
In the EGR valve configured as described above, when the actuator 30 is energized, the
[0023]
On the other hand, when the actuator 30 is not energized, the
[0024]
Moreover, since the elastically
[0025]
In this case, the opening diameters D1 and D2 of the two
[0026]
Furthermore, the surrounding
[0027]
However, in the present invention, the member (
[0028]
The elastically
For example, as shown in FIGS. Reference example The elastically
[0029]
The elastically
[0030]
For example, as shown in FIG. Reference example In the elastically
[0031]
By the way, since the elastic force of a valve body becomes a factor which increases the load of the actuator 30, it is preferable that the elastic force of a valve body is small. However, if the entire valve body is made too thin in order to reduce the elastic force of the valve body, the durability of the valve body will decrease, and the seating surface of the valve body will wear due to repeated collisions between the valve body and the valve seat. When this happens, a hole is made in the seating surface of the valve body and valve leakage is likely to occur.
[0032]
As a countermeasure, it is shown in FIG. Of the present invention Embodiment ( 1 The elastically
[0033]
In this way, the
[0034]
On the other hand, the embodiment shown in FIG. 2 The elastically
[0035]
The above embodiment ( 1 ), ( 2 ) May be used for the EGR valve of FIG. 1, and the embodiment shown in FIG. 3 (FIG. 7 shows a configuration example of an EGR valve using the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
Two
[0039]
On the other hand, the embodiment shown in FIG. 4 ) Is an embodiment shown in FIG. 7 except for an elastically deformable valve body (hereinafter referred to as “elastic valve body”) 71. 3 ). The
[0040]
In this case, the pressure receiving area (projected area) of the
[0041]
As shown in FIG. 8, in the state where the two
The load applied to the
On the other hand, the load applied to the
[0042]
In this case, since the pressure receiving area of the
[0043]
The inventor described the above embodiment ( 4 Since the test which evaluates the valve-leakage prevention performance of the
[0044]
On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 9B, an elastic valve element constituted by bonding a metal thin film to a spiral leaf spring was used. Even in the comparative example, the exhaust pressure is 1.4 kgf / cm. 2 In the following region, the valve leakage was the target value of 8 liters / minute or less, but the exhaust pressure was about 1.4 kgf / cm. 2 Exceeding the value, the valve leakage increased rapidly and the target value could not be satisfied.
[0045]
From the above test results, the embodiment ( 4 ), It was confirmed that high valve leakage prevention performance can be maintained even at high pressure.
In the above embodiments, the upper valve body is formed to be elastically deformable, but the lower valve body may be formed to be elastically deformable.
[0046]
Embodiment shown in FIGS. 10 and 11 ( 5 ), The
[0047]
Next, this embodiment ( 5 The valve closing characteristics and valve opening characteristics of the EGR valve will be described. Even when the
[0048]
The loads applied to the valve shaft 32 (both
(1) The load Fs in the valve closing direction by the
(2) Load Fv in the valve closing direction generated by the difference in effective pressure receiving area between the
(3) The valve opening direction load Fn acting on the
[0049]
Here, in order to suppress valve leakage when the valve is closed, it is necessary to set the load in the valve closing direction (Fs + Fv) to be larger than the load Fn in the valve opening direction as shown in the following equation (1). There is.
(1) Fs + Fv> Fn (Conditions for suppressing valve leakage)
[0050]
Assuming that the effective pressure receiving area of the
[0051]
In this case, as shown in FIG. 11, the load Fs in the valve closing direction by the
[0052]
In contrast, this embodiment ( 5 ), Since the
[0053]
(2) Fv−Fn = Δf = almost constant (conditions for improving valve opening characteristics)
If equation (2) is satisfied, the total load value (Fv−Fn) due to the exhaust pressure becomes substantially constant even when the exhaust pressure changes, and the drive required for opening the valve from the closed state is required. The force (Fs + Fv-Fn) is almost constant, and the valve opening characteristics (relationship between the driving force and the valve lift) are not affected by changes in the exhaust pressure, and stable valve opening characteristics are obtained and highly accurate EGR. Control becomes possible.
[0054]
Thus, this embodiment ( 5 ), The relationship between the above formulas (1) and (2) is established at the same time. Therefore, both the suppression of valve leakage during valve closing and the improvement of the valve opening characteristics in the total exhaust pressure fluctuation range (full engine load range). Can be realized. In addition, since both the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention. Reference examples related to (1) Longitudinal sectional view showing the EGR valve
FIG. 2 Reference examples related to (2) Longitudinal sectional view showing the structure of valve body and valve seat
FIG. 3 Reference examples related to (3) Longitudinal sectional view showing the structure of valve body and valve seat
FIG. 4 The present invention Reference examples related to (4) Longitudinal sectional view showing the structure of valve body and valve seat
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention ( 1 (A) is a plan view of an elastically deformable valve body, (b) is a cross-sectional view taken along line AA of (a), and (c) is a plan view of a metal thin film.
FIG. 6 shows an embodiment of the present invention ( 2 (A) is a longitudinal sectional view of an elastically deformable valve body, (b) is a plan view of a radial leaf spring, (c) is an EE sectional view of (b), and (d) is a metal Plan view of thin film, (e) is FF cross section of (d)
FIG. 7 shows an embodiment of the present invention ( 3 ) Longitudinal sectional view showing EGR valve
FIG. 8 shows an embodiment ( 4 ) Is a longitudinal sectional view showing the structure of the main part of the EGR valve
FIG. 9A is an embodiment ( 4 The figure which shows the valve leakage characteristic of (), (b) is the figure which shows the valve leakage characteristic of the comparative example
FIG. 10 shows an embodiment of the present invention ( 5 ) Is a longitudinal sectional view showing the structure of the main part of the EGR valve
FIG. 11 is a graph showing the relationship between loads Fs, Fv, Fn applied to the valve shaft and exhaust pressure.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a conventional double seat valve type EGR valve.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a conventional improved double seat valve type EGR valve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Valve housing, 22, 23 ... Valve seat, 25 ... Inflow port, 26 ... Outflow port, 27 ... EGR gas passage, 30 ... Actuator, 31 ... Plunger, 32 ... Valve shaft, 33 ... Bearing, 35 ... Spring, 36 -40, 41 ... bellows part, 42 ... seating member, 45 ... valve body, 46 ... leaf spring, 47 ... metal thin film (member that can be easily deformed), 48 ... opening, 46b ... seating surface part, 49 ... valve body, 50 ... Plate spring, 51 ... Metal thin film (easy deformable member), 52 ... Slit (opening), 60 ... Valve housing, 61 ... Intake passage, 62 ... EGR gas inflow chamber, 63 ... Inlet port, 64, 65 ... Valve Seat, 67 ... EGR gas passage, 71 ... Elastic valve element (elastically deformable valve element), 72 ... Plate Right, 73 ... Center play G 81: elastic valve body, 83: elastic valve seat.
Claims (2)
一方の弁体の少なくとも一部を弾性変形可能に構成し、その弾性変形可能な弁体は、リーフスプリング状又は放射状に形成された板ばねを用い、この板ばねの開口部を変形容易な部材で閉鎖した構成としたことを特徴とする排気ガス還流制御弁。Two valve seats are arranged facing each other in the valve housing, one valve shaft is passed through the center of both valve seats, two valve bodies are fixed to the valve shafts, and the valve shafts are arranged in the axial direction. In the exhaust gas recirculation control valve that seats or separates each valve body from each valve seat by
At least a part of one valve body is configured to be elastically deformable, and the elastically deformable valve body uses a leaf spring formed in a leaf spring shape or a radial shape, and an opening of the leaf spring is easily deformable. An exhaust gas recirculation control valve, characterized in that it is closed at the end.
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