(57)【要約】  排気ガス循環バルブは、排気ガス入口２と排気ガス出口３を同一直線状に配置した排気通路４と、排気通路４から分岐するＥＧＲ通路７と、排気通路４とＥＧＲ通路７の分岐部分に回動自在に取り付けられたシャフト８と、シャフト８と一体に回動して排気通路４とＥＧＲ通路７を開閉する長円形状のバタフライバルブ９とを備える。
2012081049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを通す直線状の排気通路と、
前記排気通路から分岐して、前記排気ガスを吸気通路へ導く排気ガス循環通路と、
前記排気通路と前記排気ガス循環通路に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフトと、
前記シャフトを中心に両翼部が回動し、一方の片翼が前記排気通路を開弁するときに他方の片翼が前記排気ガス循環通路を閉弁し、前記一方の片翼が前記排気通路を絞るときに前記他方の片翼が前記排気ガス循環通路を開弁するバタフライバルブとを備える排気ガス循環バルブ。
【請求項２】
前記バタフライバルブは、前記シャフトの軸方向に直交する方向の直線部分およびその両端の円弧部分からなる長円形状であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス循環バルブ。
【請求項３】
前記バタフライバルブは、一方の片翼が前記排気通路を閉弁したときに前記排気通路内壁との間に隙間を形成するよう、前記シャフトを中心にした両翼部が非対称な長円形状であることを特徴とする請求項２記載の排気ガス循環バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガスを吸気系へ再循環させる排気ガス循環バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブは、排気通路と排気ガス循環通路の分岐部分に設置された弁体の開度を制御することにより、排気ガス循環通路を経由して吸気通路へ循環させる循環排気ガス量を調整する。【０００３】
例えば特許文献１に係るバルブ装置は、内燃エンジンからの排気が流入する入口筒と外部への出口筒および再循環装置への出口筒が交差する部位で構成されるハウジング内に、バタフライバルブが設けられている。このバタフライバルブはそれらの筒の接続部位の前方の、そこに流れる流体に対して邪魔になる位置にあり、モータで回動させることで流体の流れを制御し、再循環装置に流れる排気ガス量を制御する三方弁構造である。【０００４】
三方弁構造の他の例としては、例えば特許文献２，３がある。特許文献２に係る排気ガス処理装置は、１つの入口と２つ出口が形成された弁室内に支軸を支点にして回動するアームと、このアームの弁押え部に設ける支持棒と、アームの両側に支持棒で傾きの自由度をもつように支えたフラップ弁とから構成され、フラップ弁の表裏面で２つの出口を交互に開閉して排気ガス中の不純物捕集を交互に行うための三方弁構造である。【０００５】
また、特許文献３に係る排気ガス再循環装置は、並行するクーラ通路とバイパス通路の合流部にバタフライバルブが設けられ、各通路から合流部に流れ込む排気ガスの混合比を制御するための三方弁構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５１７５９５号公報
【特許文献２】特開平１０−１２１９９６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に係る三方弁構造は、バタフライバルブが排気ガスの流れに対して邪魔になる位置にあるため、流量および圧力の損失が生じる課題があった。さらに、排気ガスの入口筒と出口筒が直線上に配置されていないため、出口筒に接続する排気管を屈折させてマフラー位置へ引き戻したりする必要があり、ハウジングが大きくなったり、エンジンレイアウトの配管取り回し自由度が低下したりする課題もあった。【０００８】
特許文献２，３に係る三方弁構造は、排気ガス循環バルブを目的とした構造ではないので単純に適用はできない。また、特許文献１と同様にバルブが流体の流れに対して邪魔になる位置にあり、かつ、入口と出口が直線状に配置されていないため、上述の課題もある。【０００９】
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、排気ガスの通路を直線状にして流量損失を低減すると共に、排気ガス循環バルブを設置することによる排気管の屈折を生じさせない等してエンジンレイアウトの配管取り回し自由度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の排気ガス循環バルブは、排気ガスを通す直線状の排気通路と、排気通路から分岐して、排気ガスを吸気通路へ導く排気ガス循環通路と、排気通路と排気ガス循環通路に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフトと、シャフトを中心に両翼部が回動し、一方の片翼が排気通路を開弁するときに他方の片翼が排気ガス循環通路を閉弁し、一方の片翼が排気通路を絞るときに他方の片翼が排気ガス循環通路を開弁するバタフライバルブとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、排気通路を直線状にすることにより、排気ガスの圧損を抑えて流量損失を低減することができ、かつ、排気ガス循環バルブを設置することによる排気管の屈折を生じさせない等してエンジンレイアウトの配管取り回し自由度を向上させてコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る排気ガス循環バルブの外観斜視図であり、排気通路を開弁、ＥＧＲ通路を閉弁した状態を示す。
【図２】実施の形態１に係る排気ガス循環バルブの外観斜視図であり、排気通路を閉弁、ＥＧＲ通路を開弁した状態を示す。
【図３】実施の形態１に係る排気ガス循環バルブを適用するエンジン機構の構成例を示す図である。
【図４】図１に示すＡＡ線に沿って排気ガス循環バルブを切断した断面図であり、排気通路を開弁、ＥＧＲ通路を閉弁した状態を示す。
【図５】図１に示すＡＡ線に沿って排気ガス循環バルブを切断した断面図であり、排気通路を閉弁、ＥＧＲ通路を開弁した状態を示す。
【図６】排気通路の構成例を示す断面図であり、図６（ａ）は傾斜０度、図６（ｂ）は傾斜４５度、図６（ｃ）は傾斜９０度を示す。
【図７】排気通路の傾斜角度と通路内流量の関係を示すＣＦＤ解析結果である。
【図８】実施の形態１に係るバタフライバルブの長円形状を示す正面図である。
【図９】真円形状のバラフライバルブに対応したハウジング形状の排気ガス循環バルブの外観斜視図である。
【図１０】実施の形態１に係るバタフライバルブの変形例を示す正面図である。
【図１１】図１０に示す非対称形状のバタフライバルブを有する排気ガス循環バルブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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および図２に示すように、本実施の形態１に係る排気ガス循環バルブは、流体導入口としての排気ガス入口２と導出口としての排気ガス出口３およびＥＧＲガス出口６を形成したハウジング１の内部にバタフライ形状のバルブ（以下、バタフライバルブ）９を設けた三方弁構造であって、排気ガス入口２から導入された流体の流れる方向を排気ガス出口３またはＥＧＲガス出口６に切り替える。以下では、この排気ガス循環バルブを、図３に示すようなエンジン機構の排気ガス循環バルブ２７または排気ガス循環バルブ２９に適用する例を用いて説明する。
【００１４】
図３において、吸気通路２０を流れる空気がコンプレッサ２１で圧縮され、この圧縮空気が吸気通路２２を流れてエンジン燃焼室２３に供給される。エンジン燃焼室２３から排出された排気ガスは排気通路２５を通り、タービン２４を駆動させつつ外部へ排出される。タービン２４下流の排気通路２５を流れる低圧の排気ガスをコンプレッサ２１上流の吸気通路２０に循環させる低圧ＥＧＲ通路２６が形成され、排気ガス循環バルブ２７を設置して、排気通路２５から低圧ＥＧＲ通路２６へ循環させる排気ガスの流量を制御する。または、タービン２４上流、即ちエンジン燃焼室２３下流の排気通路２５を流れる高圧の排気ガスをエンジン燃焼室２３上流の吸気通路２２へ循環させる高圧ＥＧＲ通路２８が形成され、排気ガス循環バルブ２９を設置して、排気通路２５から高圧ＥＧＲ通路２８へ循環させる排気ガスの流量を制御する。
【００１５】
図４および図５は、図１に示すＡＡ線に沿って排気ガス循環バルブを切断した断面図である。なお、図１および図４は排気通路４側を開弁しＥＧＲ通路７側を閉弁した状態、図２および図５は排気通路４側を閉弁しＥＧＲ通路７側を開弁した状態を示す。
図１、図２、図４および図５に示す排気ガス循環バルブにおいて、ハウジング１には排気ガス入口２および排気ガス出口３を連通する直線状の排気通路４が形成されている。この排気通路４は図３に示す排気通路２５に連通して、排気ガス入口２から排気ガス出口３の方向へ排気ガスを流す。また、ハウジング１には排気通路４から分岐したＥＧＲ通路７が形成されている。ＥＧＲ通路７は、排気通路４の直線方向に対して略直交する方向に分岐させる。このＥＧＲ通路７は低圧ＥＧＲ通路２６（または高圧ＥＧＲ通路２８）に連通して、分岐口５からＥＧＲガス出口６の方向へ再循環させるガス（以下、ＥＧＲガス）を流す。ＥＧＲガス出口６を出たＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲ通路２６（または高圧ＥＧＲ通路２８）を通って吸気通路２０（または吸気通路２２）へ導出されることになる。
【００１６】
ハウジング１の排気通路４とＥＧＲ通路７とが分岐する分岐部分には軸受け部１０ａ，１０ｂが形成され、これら軸受け部１０ａ，１０ｂがシャフト８の軸方向両端部分を回動自在に支持することにより、分岐部分の通路内壁の位置にシャフト８が軸支される。このシャフト８には、長円形状のバタフライバルブ９が取り付けられている。また、分岐口５の開口部分のうちシャフト８が設置された部分を除いた残りの部分にはバタフライバルブ９の片翼部９ｂが着座するバルブシート５ａが形成されている。
なお、図示例では、シャフト８が両端部分に設けた軸受け部１０ａ，１０ｂにより両持ち支持されているが、いずれか一方に軸受け部を設けて片持ち支持するようにしてもよい。
【００１７】
不図示のアクチュエータによりシャフト８が回転駆動されると、このシャフト８に取り付けられたバタフライバルブ９も一体に回転する。バタフライバルブ９が一方方向に回転することによって一方の片翼部９ａが排気通路４を徐々に閉弁する方向に移動して開口面積を絞り、またそれと同時に、他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を徐々に開弁する。バタフライバルブ９が逆方向に回転することによって一方の片翼部９ａが排気通路４を徐々に開弁し、またそれと同時に、他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を徐々に閉弁する。
【００１８】
ここで、排気通路４の形状と流量および圧力の損失との関係を説明する。図６（ａ）は、本実施の形態１の排気通路４と同様に排気ガス入口２と排気ガス出口３とを直線上に配置した、傾斜０度の排気通路４、図６（ｂ）は途中で４５度傾斜させた排気通路４、図６（ｃ）は途中で９０度傾斜させた排気通路４の断面図である。図７は、図６に示す各傾斜角度の排気通路４について矢印の方向に流体を流したときの、通路内流量および通路内圧損のＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析結果である。各排気通路４はφ５０ｍｍ、地点Ｐ０，Ｐ１の差圧ΔＰは１０ｋＰａで一定とした。また、グラフの縦軸は流量［Ｌ／ｍｉｎ］、横軸は各排気通路４の傾斜角度［度］を示す。
図７のグラフより、傾斜０度の排気通路４の流量を１００％とした場合、排気通路４を４５度傾斜すると流量は約６２％まで減少し、９０度傾斜すると約５３％まで減少する。即ち、通路内圧損は傾斜がある程増加する。このように、流体は通路形状の影響を受けやすく、直線形状の通路が最も流量および圧力の損失が少ないことが分かる。
【００１９】
本実施の形態１では、排気通路４が直線構造となっているため、排気ガスの流量および圧力の損失が少ない。加えて、シャフト８を排気通路４とＥＧＲ通路７の分岐部分に配置しているため、シャフト８が排気ガスの流れに対して邪魔にならず、流量の損失を抑制することができる。また、排気通路４の開弁時にはバタフライバルブ９の一方の片翼部９ａが排気通路４内壁面に沿うと同時に他方の片翼部９ｂが分岐口５を閉塞するため、両翼部９ａ，９ｂとも排気通路４内の排気ガスの流れに対して邪魔にならず、流量の損失を抑制することができる。
また、排気ガス入口２と排気ガス出口３とが同一直線上に位置するため、排気ガス循環バルブを図３に示す排気通路２５の途中に配設した場合にこの排気通路２５を構成する排気管の屈折が生じない等、エンジンレイアウトの配管取り回し自由度が向上する。よって、エンジンのコンパクト化につながる。
【００２０】
図８は、バタフライバルブ９の形状を示す正面図である。バタフライバルブ９はシャフト８の軸方向に直交する方向の直線部分と、その両端の円弧部分とからなる長円形状である。この円弧部分の曲率半径は任意でよい。
図８の例では、バタフライバルブ９の長手方向の中心にシャフト８が固定され、シャフト８に対して両翼部９ａ，９ｂは対称形状になっている。片翼部９ａは排気通路４を閉塞する弁体、片翼部９ｂはＥＧＲ通路７を閉塞する弁体として機能する。このバタフライバルブ９は単純な長円形状であるため、板金等の板材を打ち抜き加工するなど容易に製作が可能である。なお、シャフト８とバタフライバルブ９は任意の取付方法で固定すればよく、例えばピンまたはネジ留めで固定する。
【００２１】
また、バタフライバルブ９は、円筒状の排気通路４を切断した断面円形に沿う円弧部分を有する長円形状であるため、ハウジング１においてバタフライバルブ９が開閉弁動作する際に通過する部分であるバルブ軌道通過部１１の拡径分を最小限に抑えることができる。よって、ハウジング１の小型化および軽量化を図ることができる。
これに対して、バタフライバルブ９を長円形状ではなく真円形状にした場合の排気ガス循環バルブを、図９に示す。バタフライバルブ９を真円、かつ、排気通路４の断面円形に沿う形状にしようとすると、バタフライバルブ９をシャフト８の軸方向に伸ばすことになる。すると、バルブ軌道通過部１１を確保するためにハウジング１も大きく拡径する必要がある。このため、ハウジング１が大型化し、かつ、重くなる。また、図示は省略するが、バタフライバルブ９を四角形状にしても同じようにハウジング１を大きく拡径する必要がある。
【００２２】
さらに、図４に示す排気通路４の開弁時、両翼部９ａ，９ｂの向きが排気ガスの流れ方向と同じであるため、シャフト８に発生するトルクは少ない。よって、容易に開閉弁動作が可能となる。また、発生したトルクは、排気通路４を開弁する方向に加わるので、ＥＧＲ通路７の閉弁を補助するフェールセーフの役割を果たす。
また、図５に示す排気通路４の閉弁時、バタフライバルブ９が排気ガスの圧力を受けてシャフト８にトルクが生じるが、両翼部９ａ，９ｂがシャフト８に対して対称形状であるため、かかる圧力が略等しくなりトルクが低減される。よって、容易に開閉弁動作が可能となる。
【００２３】
ここまで説明したバタフライバルブ９は、図５に示すようにシャフト８から片翼部９ａ先端までの長さｄ１を排気通路４の直径ｄ２より短くして、排気通路４を閉弁しても全閉はせず隙間（隙間量ｄ３）が残るようにした。これにより、ＥＧＲガスの取り込みと同時に排気通路４を絞り、スロットルバルブの機能を同時に果たすことができる。
片翼部９ａの長さｄ１は、バタフライバルブ９をシャフト８に対して非対称形状にすることにより容易に調節できるので、エンジン燃焼室２３の条件に合わせて任意の隙間量ｄ３、即ち最大ＥＧＲ量の調整が可能である。
【００２４】
図１０は、バタフライバルブ９の変形例を示す正面図であり、上述したように長さｄ１を変更して非対称形状に形成している。非対称形状のバタフライバルブ９は直線部分の寸法変更のみで製作可能であり、円弧部分の形状を変更する必要がない。よって、図８に示した対称形状のバタフライバルブ９と同様に単純な長円形状でよく、板金の打ち抜き加工等により容易に製作可能である。
【００２５】
図１１に、図１０で説明した非対称形状のバタフライバルブ９を有する排気ガス循環バルブの断面図を示す。排気通路４を閉塞する片翼部９ａの長さｄ１を長くして排気ガスを絞る程、ＥＧＲ通路７へ流入するＥＧＲガスの最大ＥＧＲ量が増加する。このように、バタフライバルブ９の形状変更によって排気ガスの絞り量を調節できるので、ハウジング１を変形する必要がない。
また、両翼部９ａ，９ｂの面積比を変更して排気通路４の閉弁時に両翼部９ａ，９ｂにかかる圧力を調整することにより、トルクの調整が容易にできる。従って、バタフライバルブ９に発生するトルクを更に低減可能となる。
【００２６】
以上より、実施の形態１によれば、排気ガス循環バルブを、排気ガスを通す直線状の排気通路４と、排気通路４から分岐して排気ガスを吸気通路２０（または吸気通路２２）へ導くＥＧＲ通路７と、排気通路４とＥＧＲ通路７に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフト８と、シャフト８を中心に両翼部９ａ，９ｂが回動し、一方の片翼部９ａが排気通路４を開弁するときに他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を閉弁し、一方の片翼部９ａが排気通路４を閉弁するときに他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を開弁するバタフライバルブ９とを備えるように構成した。このため、排気通路４を流れる排気ガスの圧損を抑えて流量損失を低減することができる。また、排気ガス循環バルブを設置することによる排気管の屈折を生じさせない等してエンジンレイアウトの配管取り回し自由度を向上させることができ、ひいてはエンジンのコンパクト化を図ることができる。さらに、弁体をバタフライ形状にしたのでトルクを低減できる。
【００２７】
また、実施の形態１によれば、バタフライバルブ９を、シャフト８の軸方向に直交する方向の直線部分およびその両端の円弧部分からなる長円形状にしたので、バルブ軌道通過部１１の拡径分を最小限に抑え、ハウジング１を小型化および軽量化することができる。また、バルブ形状が簡素化でき、安価かつ容易に製作できる。
【００２８】
また、実施の形態１によれば、バタフライバルブ９の長円形状の直線部分を寸法変更するのみで容易に非対称形状にすることができる。そして、バタフライバルブ９を、一方の片翼部９ａが排気通路４を閉弁したときに排気通路４の内壁との間に隙間を形成するよう、シャフト８を中心にした両翼部９ａ，９ｂが非対称な長円形状にすることにより、排気通路４の排気絞り量を調整することができ、また、トルクをさらに低減することができる。
【００２９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、この発明に係る排気ガス循環バルブは、図３に示すような低圧ＥＧＲ用の排気ガス循環バルブ２７に用いてもよいし、高圧ＥＧＲ用の排気ガス循環バルブ２９に用いてもよい。ただし、排気通路を直線状にすると共にシャフトおよびバタフライバルブを排気ガスの流れを邪魔しない位置に配置して大流量化を図ったので、低圧ＥＧＲ用の排気ガス循環バルブにより適している。
【符号の説明】
【００３１】
１  ハウジング、２  排気ガス入口、３  排気ガス出口、４  排気通路、５  分岐口、５ａ  バルブシート、６  ＥＧＲガス出口、７  ＥＧＲ通路、８  シャフト、９  バタフライバルブ、９ａ，９ｂ  片翼部、１０ａ，１０ｂ  軸受け部、１１  バルブ軌道通過部、２０，２２  吸気通路、２１  コンプレッサ、２３  エンジン燃焼室、２４  タービン、２５  排気通路、２６  低圧ＥＧＲ通路、２７，２９  排気ガス循環バルブ、２８  高圧ＥＧＲ通路。
【図１】
2012081049.tif 000003
【図２】
2012081049.tif 000004
【図３】
2012081049.tif 000005
【図４】
2012081049.tif 000006
【図５】
2012081049.tif 000007
【図６】
2012081049.tif 000008
【図７】
2012081049.tif 000009
【図８】
2012081049.tif 000010
【図９】
2012081049.tif 000011
【図１０】
2012081049.tif 000012
【図１１】
2012081049.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月8日(2012.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガスを吸気系へ再循環させる排気ガス循環バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブは、排気通路と排気ガス循環通路の分岐部分に設置された弁体の開度を制御することにより、排気ガス循環通路を経由して吸気通路へ循環させる循環排気ガス量を調整する。
【０００３】
例えば特許文献１に係るバルブ装置は、内燃エンジンからの排気が流入する入口筒と外部への出口筒および再循環装置への出口筒が交差する部位で構成されるハウジング内に、バタフライバルブが設けられている。このバタフライバルブはそれらの筒の接続部位の前方の、そこに流れる流体に対して邪魔になる位置にあり、モータで回動させることで流体の流れを制御し、再循環装置に流れる排気ガス量を制御する三方弁構造である。
【０００４】
三方弁構造の他の例としては、例えば特許文献２，３がある。特許文献２に係る排気ガス処理装置は、１つの入口と２つ出口が形成された弁室内に支軸を支点にして回動するアームと、このアームの弁押え部に設ける支持棒と、アームの両側に支持棒で傾きの自由度をもつように支えたフラップ弁とから構成され、フラップ弁の表裏面で２つの出口を交互に開閉して排気ガス中の不純物捕集を交互に行うための三方弁構造である。
【０００５】
また、特許文献３に係る排気ガス再循環装置は、並行するクーラ通路とバイパス通路の合流部にバタフライバルブが設けられ、各通路から合流部に流れ込む排気ガスの混合比を制御するための三方弁構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５１７５９５号公報
【特許文献２】特開平１０−１２１９９６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に係る三方弁構造は、バタフライバルブが排気ガスの流れに対して邪魔になる位置にあるため、流量および圧力の損失が生じる課題があった。さらに、排気ガスの入口筒と出口筒が直線上に配置されていないため、出口筒に接続する排気管を屈折させてマフラー位置へ引き戻したりする必要があり、ハウジングが大きくなったり、エンジンレイアウトの配管取り回し自由度が低下したりする課題もあった。
【０００８】
特許文献２，３に係る三方弁構造は、排気ガス循環バルブを目的とした構造ではないので単純に適用はできない。また、特許文献１と同様にバルブが流体の流れに対して邪魔になる位置にあり、かつ、入口と出口が直線状に配置されていないため、上述の課題もある。
【０００９】
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、排気ガスの通路を直線状にして流量損失を低減すると共に、排気ガス循環バルブを設置することによる排気管の屈折を生じさせない等してエンジンレイアウトの配管取り回し自由度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の排気ガス循環バルブは、排気ガスを通す直線状の排気通路と、排気通路から分岐して、排気ガスを吸気通路へ導く排気ガス循環通路と、排気通路と排気ガス循環通路に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフトと、シャフトを中心に両翼部が回動し、一方の片翼が排気通路を開弁するときに他方の片翼が排気ガス循環通路を閉弁し、一方の片翼が排気通路を絞るときに他方の片翼が排気ガス循環通路を開弁するバタフライバルブとを備え、バタフライバルブは、バルブ設置位置を三方弁通路角部とし、シャフトの軸方向に直交する方向の直線部分およびその両端の円弧部分からなる長円形状であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、排気通路を直線状にすることにより、排気ガスの圧損を抑えて流量損失を低減することができ、かつ、排気ガス循環バルブを設置することによる排気管の屈折を生じさせない等してエンジンレイアウトの配管取り回し自由度を向上させてコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る排気ガス循環バルブの外観斜視図であり、排気通路を開弁、ＥＧＲ通路を閉弁した状態を示す。
【図２】実施の形態１に係る排気ガス循環バルブの外観斜視図であり、排気通路を閉弁、ＥＧＲ通路を開弁した状態を示す。
【図３】実施の形態１に係る排気ガス循環バルブを適用するエンジン機構の構成例を示す図である。
【図４】図１に示すＡＡ線に沿って排気ガス循環バルブを切断した断面図であり、排気通路を開弁、ＥＧＲ通路を閉弁した状態を示す。
【図５】図１に示すＡＡ線に沿って排気ガス循環バルブを切断した断面図であり、排気通路を閉弁、ＥＧＲ通路を開弁した状態を示す。
【図６】排気通路の構成例を示す断面図であり、図６（ａ）は傾斜０度、図６（ｂ）は傾斜４５度、図６（ｃ）は傾斜９０度を示す。
【図７】排気通路の傾斜角度と通路内流量の関係を示すＣＦＤ解析結果である。
【図８】実施の形態１に係るバタフライバルブの長円形状を示す正面図である。
【図９】真円形状のバラフライバルブに対応したハウジング形状の排気ガス循環バルブの外観斜視図である。
【図１０】実施の形態１に係るバタフライバルブの変形例を示す正面図である。
【図１１】図１０に示す非対称形状のバタフライバルブを有する排気ガス循環バルブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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および図２に示すように、本実施の形態１に係る排気ガス循環バルブは、流体導入口としての排気ガス入口２と導出口としての排気ガス出口３およびＥＧＲガス出口６を形成したハウジング１の内部にバタフライ形状のバルブ（以下、バタフライバルブ）９を設けた三方弁構造であって、排気ガス入口２から導入された流体の流れる方向を排気ガス出口３またはＥＧＲガス出口６に切り替える。以下では、この排気ガス循環バルブを、図３に示すようなエンジン機構の排気ガス循環バルブ２７または排気ガス循環バルブ２９に適用する例を用いて説明する。
【００１４】
図３において、吸気通路２０を流れる空気がコンプレッサ２１で圧縮され、この圧縮空気が吸気通路２２を流れてエンジン燃焼室２３に供給される。エンジン燃焼室２３から排出された排気ガスは排気通路２５を通り、タービン２４を駆動させつつ外部へ排出される。タービン２４下流の排気通路２５を流れる低圧の排気ガスをコンプレッサ２１上流の吸気通路２０に循環させる低圧ＥＧＲ通路２６が形成され、排気ガス循環バルブ２７を設置して、排気通路２５から低圧ＥＧＲ通路２６へ循環させる排気ガスの流量を制御する。または、タービン２４上流、即ちエンジン燃焼室２３下流の排気通路２５を流れる高圧の排気ガスをエンジン燃焼室２３上流の吸気通路２２へ循環させる高圧ＥＧＲ通路２８が形成され、排気ガス循環バルブ２９を設置して、排気通路２５から高圧ＥＧＲ通路２８へ循環させる排気ガスの流量を制御する。
【００１５】
図４および図５は、図１に示すＡＡ線に沿って排気ガス循環バルブを切断した断面図である。なお、図１および図４は排気通路４側を開弁しＥＧＲ通路７側を閉弁した状態、図２および図５は排気通路４側を閉弁しＥＧＲ通路７側を開弁した状態を示す。
図１、図２、図４および図５に示す排気ガス循環バルブにおいて、ハウジング１には排気ガス入口２および排気ガス出口３を連通する直線状の排気通路４が形成されている。この排気通路４は図３に示す排気通路２５に連通して、排気ガス入口２から排気ガス出口３の方向へ排気ガスを流す。また、ハウジング１には排気通路４から分岐したＥＧＲ通路７が形成されている。ＥＧＲ通路７は、排気通路４の直線方向に対して略直交する方向に分岐させる。このＥＧＲ通路７は低圧ＥＧＲ通路２６（または高圧ＥＧＲ通路２８）に連通して、分岐口５からＥＧＲガス出口６の方向へ再循環させるガス（以下、ＥＧＲガス）を流す。ＥＧＲガス出口６を出たＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲ通路２６（または高圧ＥＧＲ通路２８）を通って吸気通路２０（または吸気通路２２）へ導出されることになる。
【００１６】
ハウジング１の排気通路４とＥＧＲ通路７とが分岐する分岐部分には軸受け部１０ａ，１０ｂが形成され、これら軸受け部１０ａ，１０ｂがシャフト８の軸方向両端部分を回動自在に支持することにより、分岐部分の通路内壁の位置にシャフト８が軸支される。このシャフト８には、長円形状のバタフライバルブ９が取り付けられている。また、分岐口５の開口部分のうちシャフト８が設置された部分を除いた残りの部分にはバタフライバルブ９の片翼部９ｂが着座するバルブシート５ａが形成されている。
なお、図示例では、シャフト８が両端部分に設けた軸受け部１０ａ，１０ｂにより両持ち支持されているが、いずれか一方に軸受け部を設けて片持ち支持するようにしてもよい。
【００１７】
不図示のアクチュエータによりシャフト８が回転駆動されると、このシャフト８に取り付けられたバタフライバルブ９も一体に回転する。バタフライバルブ９が一方方向に回転することによって一方の片翼部９ａが排気通路４を徐々に閉弁する方向に移動して開口面積を絞り、またそれと同時に、他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を徐々に開弁する。バタフライバルブ９が逆方向に回転することによって一方の片翼部９ａが排気通路４を徐々に開弁し、またそれと同時に、他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を徐々に閉弁する。
【００１８】
ここで、排気通路４の形状と流量および圧力の損失との関係を説明する。図６（ａ）は、本実施の形態１の排気通路４と同様に排気ガス入口２と排気ガス出口３とを直線上に配置した、傾斜０度の排気通路４、図６（ｂ）は途中で４５度傾斜させた排気通路４、図６（ｃ）は途中で９０度傾斜させた排気通路４の断面図である。図７は、図６に示す各傾斜角度の排気通路４について矢印の方向に流体を流したときの、通路内流量および通路内圧損のＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析結果である。各排気通路４はφ５０ｍｍ、地点Ｐ０，Ｐ１の差圧ΔＰは１０ｋＰａで一定とした。また、グラフの縦軸は流量［Ｌ／ｍｉｎ］、横軸は各排気通路４の傾斜角度［度］を示す。
図７のグラフより、傾斜０度の排気通路４の流量を１００％とした場合、排気通路４を４５度傾斜すると流量は約６２％まで減少し、９０度傾斜すると約５３％まで減少する。即ち、通路内圧損は傾斜がある程増加する。このように、流体は通路形状の影響を受けやすく、直線形状の通路が最も流量および圧力の損失が少ないことが分かる。
【００１９】
本実施の形態１では、排気通路４が直線構造となっているため、排気ガスの流量および圧力の損失が少ない。加えて、シャフト８を排気通路４とＥＧＲ通路７の分岐部分に配置しているため、シャフト８が排気ガスの流れに対して邪魔にならず、流量の損失を抑制することができる。また、排気通路４の開弁時にはバタフライバルブ９の一方の片翼部９ａが排気通路４内壁面に沿うと同時に他方の片翼部９ｂが分岐口５を閉塞するため、両翼部９ａ，９ｂとも排気通路４内の排気ガスの流れに対して邪魔にならず、流量の損失を抑制することができる。
また、排気ガス入口２と排気ガス出口３とが同一直線上に位置するため、排気ガス循環バルブを図３に示す排気通路２５の途中に配設した場合にこの排気通路２５を構成する排気管の屈折が生じない等、エンジンレイアウトの配管取り回し自由度が向上する。よって、エンジンのコンパクト化につながる。
【００２０】
図８は、バタフライバルブ９の形状を示す正面図である。バタフライバルブ９はシャフト８の軸方向に直交する方向の直線部分と、その両端の円弧部分とからなる長円形状である。この円弧部分の曲率半径は任意でよい。
図８の例では、バタフライバルブ９の長手方向の中心にシャフト８が固定され、シャフト８に対して両翼部９ａ，９ｂは対称形状になっている。片翼部９ａは排気通路４を閉塞する弁体、片翼部９ｂはＥＧＲ通路７を閉塞する弁体として機能する。このバタフライバルブ９は単純な長円形状であるため、板金等の板材を打ち抜き加工するなど容易に製作が可能である。なお、シャフト８とバタフライバルブ９は任意の取付方法で固定すればよく、例えばピンまたはネジ留めで固定する。
【００２１】
また、バタフライバルブ９は、円筒状の排気通路４を切断した断面円形に沿う円弧部分を有する長円形状であるため、ハウジング１においてバタフライバルブ９が開閉弁動作する際に通過する部分であるバルブ軌道通過部１１の拡径分を最小限に抑えることができる。よって、ハウジング１の小型化および軽量化を図ることができる。
これに対して、バタフライバルブ９を長円形状ではなく真円形状にした場合の排気ガス循環バルブを、図９に示す。バタフライバルブ９を真円、かつ、排気通路４の断面円形に沿う形状にしようとすると、バタフライバルブ９をシャフト８の軸方向に伸ばすことになる。すると、バルブ軌道通過部１１を確保するためにハウジング１も大きく拡径する必要がある。このため、ハウジング１が大型化し、かつ、重くなる。また、図示は省略するが、バタフライバルブ９を四角形状にしても同じようにハウジング１を大きく拡径する必要がある。
【００２２】
さらに、図４に示す排気通路４の開弁時、両翼部９ａ，９ｂの向きが排気ガスの流れ方向と同じであるため、シャフト８に発生するトルクは少ない。よって、容易に開閉弁動作が可能となる。また、発生したトルクは、排気通路４を開弁する方向に加わるので、ＥＧＲ通路７の閉弁を補助するフェールセーフの役割を果たす。
また、図５に示す排気通路４の閉弁時、バタフライバルブ９が排気ガスの圧力を受けてシャフト８にトルクが生じるが、両翼部９ａ，９ｂがシャフト８に対して対称形状であるため、かかる圧力が略等しくなりトルクが低減される。よって、容易に開閉弁動作が可能となる。
【００２３】
ここまで説明したバタフライバルブ９は、図５に示すようにシャフト８から片翼部９ａ先端までの長さｄ１を排気通路４の直径ｄ２より短くして、排気通路４を閉弁しても全閉はせず隙間（隙間量ｄ３）が残るようにした。これにより、ＥＧＲガスの取り込みと同時に排気通路４を絞り、スロットルバルブの機能を同時に果たすことができる。
片翼部９ａの長さｄ１は、バタフライバルブ９をシャフト８に対して非対称形状にすることにより容易に調節できるので、エンジン燃焼室２３の条件に合わせて任意の隙間量ｄ３、即ち最大ＥＧＲ量の調整が可能である。
【００２４】
図１０は、バタフライバルブ９の変形例を示す正面図であり、上述したように長さｄ１を変更して非対称形状に形成している。非対称形状のバタフライバルブ９は直線部分の寸法変更のみで製作可能であり、円弧部分の形状を変更する必要がない。よって、図８に示した対称形状のバタフライバルブ９と同様に単純な長円形状でよく、板金の打ち抜き加工等により容易に製作可能である。
【００２５】
図１１に、図１０で説明した非対称形状のバタフライバルブ９を有する排気ガス循環バルブの断面図を示す。排気通路４を閉塞する片翼部９ａの長さｄ１を長くして排気ガスを絞る程、ＥＧＲ通路７へ流入するＥＧＲガスの最大ＥＧＲ量が増加する。このように、バタフライバルブ９の形状変更によって排気ガスの絞り量を調節できるので、ハウジング１を変形する必要がない。
また、両翼部９ａ，９ｂの面積比を変更して排気通路４の閉弁時に両翼部９ａ，９ｂにかかる圧力を調整することにより、トルクの調整が容易にできる。従って、バタフライバルブ９に発生するトルクを更に低減可能となる。
【００２６】
以上より、実施の形態１によれば、排気ガス循環バルブを、排気ガスを通す直線状の排気通路４と、排気通路４から分岐して排気ガスを吸気通路２０（または吸気通路２２）へ導くＥＧＲ通路７と、排気通路４とＥＧＲ通路７に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフト８と、シャフト８を中心に両翼部９ａ，９ｂが回動し、一方の片翼部９ａが排気通路４を開弁するときに他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を閉弁し、一方の片翼部９ａが排気通路４を閉弁するときに他方の片翼部９ｂがＥＧＲ通路７を開弁するバタフライバルブ９とを備えるように構成した。このため、排気通路４を流れる排気ガスの圧損を抑えて流量損失を低減することができる。また、排気ガス循環バルブを設置することによる排気管の屈折を生じさせない等してエンジンレイアウトの配管取り回し自由度を向上させることができ、ひいてはエンジンのコンパクト化を図ることができる。さらに、弁体をバタフライ形状にしたのでトルクを低減できる。
【００２７】
また、実施の形態１によれば、バタフライバルブ９を、シャフト８の軸方向に直交する方向の直線部分およびその両端の円弧部分からなる長円形状にしたので、バルブ軌道通過部１１の拡径分を最小限に抑え、ハウジング１を小型化および軽量化することができる。また、バルブ形状が簡素化でき、安価かつ容易に製作できる。
【００２８】
また、実施の形態１によれば、バタフライバルブ９の長円形状の直線部分を寸法変更するのみで容易に非対称形状にすることができる。そして、バタフライバルブ９を、一方の片翼部９ａが排気通路４を閉弁したときに排気通路４の内壁との間に隙間を形成するよう、シャフト８を中心にした両翼部９ａ，９ｂが非対称な長円形状にすることにより、排気通路４の排気絞り量を調整することができ、また、トルクをさらに低減することができる。
【００２９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ハウジング、２  排気ガス入口、３  排気ガス出口、４  排気通路、５  分岐口、５ａ  バルブシート、６  ＥＧＲガス出口、７  ＥＧＲ通路、８  シャフト、９  バタフライバルブ、９ａ，９ｂ  片翼部、１０ａ，１０ｂ  軸受け部、１１  バルブ軌道通過部、２０，２２  吸気通路、２１  コンプレッサ、２３  エンジン燃焼室、２４  タービン、２５  排気通路、２６  低圧ＥＧＲ通路、２７，２９  排気ガス循環バルブ、２８  高圧ＥＧＲ通路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを通す直線状の排気通路と、
前記排気通路から分岐して、前記排気ガスを吸気通路へ導く排気ガス循環通路と、
前記排気通路と前記排気ガス循環通路に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフトと、
前記シャフトを中心に両翼部が回動し、一方の片翼が前記排気通路を開弁するときに他方の片翼が前記排気ガス循環通路を閉弁し、前記一方の片翼が前記排気通路を絞るときに前記他方の片翼が前記排気ガス循環通路を開弁するバタフライバルブとを備え、
前記バタフライバルブは、バルブ設置位置を三方弁通路角部とし、前記シャフトの軸方向に直交する方向の直線部分およびその両端の円弧部分からなる長円形状であることを特徴とする排気ガス循環バルブ。
【請求項２】
前記バタフライバルブは、一方の片翼が前記排気通路を閉弁したときに前記排気通路内壁との間に隙間を形成するよう、前記シャフトを中心にした両翼部が非対称な長円形状であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス循環バルブ。
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月23日(2013.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明の排気ガス循環バルブは、排気ガスを通す直線状の排気通路と、排気通路から分岐して、排気ガスを吸気通路へ導く排気ガス循環通路と、排気通路と排気ガス循環通路に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフトと、シャフトを中心に両翼部が回動し、一方の片翼が排気通路を開弁するときに他方の片翼が排気ガス循環通路を閉弁し、一方の片翼が排気通路を絞るときに他方の片翼が排気ガス循環通路を開弁するバタフライバルブとを備え、バタフライバルブは、シャフトを三方弁通路角部に設け、シャフトの軸方向に直交する方向の直線部分およびその両端の円弧部分からなる長円形状であるとともに、排気通路を閉弁するときに一方の片翼が排気通路内壁との間に隙間を形成するようにして、両翼部がシャフトを中心にした非対称な長円形状であることを特徴とするものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを通す直線状の排気通路と、
前記排気通路から分岐して、前記排気ガスを吸気通路へ導く排気ガス循環通路と、
前記排気通路と前記排気ガス循環通路に分岐する通路内壁に位置する回動自在なシャフトと、
前記シャフトを中心に両翼部が回動し、一方の片翼が前記排気通路を開弁するときに他方の片翼が前記排気ガス循環通路を閉弁し、前記一方の片翼が前記排気通路を絞るときに前記他方の片翼が前記排気ガス循環通路を開弁するバタフライバルブとを備え、
前記バタフライバルブは、前記シャフトを三方弁通路角部に設け、前記シャフトの軸方向に直交する方向の直線部分およびその両端の円弧部分からなる長円形状であるとともに、前記排気通路を閉弁するときに一方の片翼が前記排気通路内壁との間に隙間を形成するようにして、両翼部が前記シャフトを中心にした非対称な長円形状であることを特徴とする排気ガス循環バルブ。
【国際調査報告】
2012081049.tif 000014
2012081049.tif 000015
2012081049.tif 000016
2012081049.tif 000017