(57)【要約】【課題】ＥＧＲ用流量制御弁の耐凝集水性や耐高温性を向上する。【解決手段】ＥＧＲ用流量制御弁６０は、ハウジング６１と、前記ハウジングに設けられ、排気還流用の流路５１と、前記流路に配置され、軸６２によって回転または移動されることで前記流路を開閉する弁体６３と、前記弁体が前記流路に接触して閉弁状態となったとき、前記弁体と前記流路との少なくとも一方の接触部位に設けられた弾性体のコーティング層６５と、を備え、前記コーティング層は、ゴム層６６と、前記ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層６７と、前記バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層６８と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（６１）と、
前記ハウジングに設けられ、排気還流用の流路（５１）と、
前記流路に配置され、軸（６２）によって回転または移動されることで前記流路を開閉する弁体（６３）と、
前記弁体が前記流路に接触して閉弁状態となったとき、前記弁体と前記流路との少なくとも一方の接触部位に設けられた弾性体のコーティング層（６５）と、
を備え、
前記コーティング層は、ゴム層（６６）と、前記ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層（６７）と、前記バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層（６８）と、を有する、
ＥＧＲ用流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲ用流量制御弁であって、
前記弁体は、軸によって回転されることで前記流路を開閉するロータリー式の弁体であり、
前記流路の端部は、前記弁体が閉弁したときに前記弁体と嵌合可能な形状を有し、
前記流路の前記端部に前記コーティング層を備える、
ＥＧＲ用流量制御弁。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＥＧＲ用流量制御弁であって、
さらに、
前記軸の外周を、封止するオイルシール（１０５）を備え、
前記オイルシールは、前記軸と接触する部分に前記コーティング層と同様の層を有する、
ＥＧＲ用流量制御弁。
【請求項４】
ハウジング（１０１）と、
前記ハウジングに設けられ、排気還流用の流路（１０６）と、
前記流路に配置され、軸（１０２）によって回転または移動されることで前記流路を開閉する弁体（１０３）と、
前記軸の外周を、封止するオイルシール（１０５）を備え、
前記オイルシールは、ゴム層と、前記ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、前記バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を有するコーティング層を有する、
ＥＧＲ用流量制御弁。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＥＧＲ用流量制御弁であって、
前記ゴム層は、フッ化ビニリデン系ゴム、水素化ニトリルゴム、ヒドリンゴムのいずれかのゴムで形成されている、ＥＧＲ用流量制御弁。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＥＧＲ用流量制御弁であって、
前記コーティング層は、前記弁体の開閉動作時に、他の部材と接触する接触部位のみに設けられている、ＥＧＲ用流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ用流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、自動車に用いられる弁装置が開示されている。この弁装置は、フラップの外周部にゴムシール部材を使い、弁を閉じたときに流路にゴムシール部材が密着するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１８−５０６８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）弁は、高温環境で使用され、機関停止時には、全閉にされ、排ガス中の水蒸気が凝集した凝集水にさらされる。排ガスには、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれるため、窒素酸化物が凝集水に溶け込むと、凝集水は、酸性になる。特許文献１に記載の弁装置をＥＧＲ用流量調整弁として用いようとすると、凝集水によってゴムシール部材に劣化が生じるおそれがあった。また、排ガスは高温であるため、ゴムシール部材が流路に粘着し、バルブ開弁時の開弁不良やゴムシール部材の破損が発生する懸念があった。しかし、これらを改善するための技術は、十分に検討されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態によれば、流量制御弁（６０）が提供される。この流量制御弁は、ハウジング（６１）と、前記ハウジングに設けられ、排気還流用の流路（５１）と、前記流路に配置され、軸（６２）によって回転または移動されることで前記流路を開閉する弁体（６３）と、  前記弁体が前記流路に接触して閉弁状態となったとき、前記弁体と前記流路との少なくとも一方の接触部位に設けられた弾性体のコーティング層（６５）と、を備え、前記コーティング層は、ゴム層（６６）と、前記ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層（６７）と、前記バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層（６８）と、を有する。この形態によれば、コーティング層は、ゴム層と、前記ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、前記バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を有するので、凝集水が生じてもゴム層を劣化させず、高温になっても、他の部材に粘着しない。すなわち、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】エンジンシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態のＥＧＲ用流量制御弁の吸気流路を破断して示す説明図である。
【図３】弁座の構成を示す説明図である。
【図４】コーティング層の断面構成を示す説明図である。
【図５】コーティング層の構成と評価結果を示す説明図である。
【図６】第２実施形態のＥＧＲ用流量制御弁の概略構成を示す説明図である。
【図７】第２実施形態のコーティング層構成を拡大して示す説明図である。
【図８】第３実施形態のＥＧＲ用流量制御弁の概略構成を示す説明図である。
【図９】第３実施形態のコーティング層構成を拡大して示す説明図である。
【図１０】第４実施形態のＥＧＲ用流量制御弁の概略構成を示す説明図である。
【図１１】第４実施形態のコーティング層構成を拡大して示す説明図である。
【図１２】第５実施形態のＥＧＲ用流量制御弁の概略構成を示す説明図である。
【図１３】第５実施形態のコーティング層構成を拡大して示す説明図である。
【図１４】第６実施形態のＥＧＲ用流量制御弁の概略構成を示す説明図である。
【図１５】第６実施形態のコーティング層構成を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
・第１実施形態：
エンジンシステム１０は、図１に示すように、制御部１５と、過給機４５付きの内燃機関であるエンジン２０と、吸気系３０と、排気系４０と、還流系５０とを備える。
【０００８】
エンジン２０は、シリンダー２１と、ピストン２２と、シリンダーヘッド２３と、燃焼室２４と、点火プラグ２５と、吸気バルブ２６と、排気バルブ２７と、を備える。燃焼室２４は、シリンダー２１と、ピストン２２と、シリンダーヘッド２３とに囲われた空間である。燃焼に必要な空気は、吸気バルブ２６を介して燃焼室２４に供給される。燃料は、吸気バルブ２６を介して燃焼室２４に供給されてもよく、インジェクタ（図示せず）を介して直接燃焼室に供給されてもよい。点火プラグ２５は、燃焼室２４に供給された燃料に着火する。燃焼後の排ガスは、排気バルブ２７から排出される。
【０００９】
吸気系３０は、吸気流路３１と、エアクリーナー３２と、過給機４５のコンプレッサ４７と、吸気管３３と、インタークーラー３４と、スロットル３５と、吸気マニホールド３６と、を備える。吸気流路３１は、エアクリーナー３２からエンジン２０までを繋ぐ流路である。エアクリーナー３２は、大気中の空気を取り入れるときに、塵や埃を取り除く。コンプレッサ４７は、排ガスの圧力を用いて空気を圧縮して、吸気管３３に送る。インタークーラー３４は、圧縮されて温度が上がった空気を冷却する。スロットル３５は、エンジン２０に供給する空気の量を調整する。吸気マニホールド３６は、エンジン２０の複数の気筒に空気を分配する。
【００１０】
排気系４０は、排ガス流路４１と、排気マニホールド４２と、排気管４３と、排気浄化ユニット４４と、過給機４５のタービン４６と、を備える。排ガス流路４１は、エンジン２０から大気までを繋ぐ排ガスの流路である。排気マニホールド４２は、複数の気筒から排出された排ガスをまとめてタービン４６に送る。タービン４６は、軸４８によりコンプレッサ４７に接続されており、排ガスの圧力により回転し、軸４８を介してコンプレッサ４７を駆動する。タービン４６の下流には、排気管４３が接続されており、排気管４３には、排気浄化ユニット４４が設けられている。排気浄化ユニット４４は、排ガスを浄化する。排ガスには、窒素酸化物ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯが含まれており、排気浄化ユニット４４は、これらを浄化する。なお、エンジン２０が自然吸気エンジンの場合には、過給機４５は、省略可能である。
【００１１】
還流系５０は、排ガスの一部を吸気系に還流する系であり、還流流路５１と、ＥＧＲ用流量制御弁６０（以下「流量制御弁６０」とも呼ぶ。）と、を備える。ＥＧＲは、Exhaust Gas Recirculation（排気再循環）の略である。還流流路５１は、排気浄化ユニット４４の下流側から、流量制御弁６０までを繋ぐ排気還流用の流路であり、還流管５２を備える。還流管５２には、ＥＧＲクーラー５３が設けられており、還流される排ガスの温度を低下させる。流量制御弁６０は、吸気系３０のエアクリーナー３２と、コンプレッサ４７との間に配置される三方弁である。
【００１２】
図２に示す流量制御弁６０は、ハウジング６１と、回転軸６２と、弁体６３と、弁座６４と、を備える。弁体６３は、回転軸６２の回転により回転軸６２周りに回転するロータリー式の弁体であり、弁座６４に着座していないときにはハウジング６１内の還流流路５１から吸気流路３１への排ガスの流れを可能とし、弁座６４に着座したときにはハウジング６１内の還流流路５１から吸気流路３１への排ガスの流れを遮断する。
【００１３】
図３は、弁座の構成を示している。図３に示すように、弁座６４は、還流流路５１の端部に設けられており、その端部の形状は、弁体６２が閉じたときに弁体６２と嵌合可能な形状である。弁座６４は、弁体６２と接触する接触部位である端部にコーティング層６５を備える。
【００１４】
図４に示すように、コーティング層６５は、基部６９側から弁体６２との接触側に向かって、ゴム層６６、フッ素樹脂のバインダー層６７、フッ素樹脂の表面層６８を順に備える。ゴム層６６のゴムは、例えば、フッ化ビニリデン系ゴム、水素化ニトリルゴム、ヒドリンゴム等の中から選択される。フッ素樹脂のバインダー層６７、フッ素樹脂の表面層６８を形成する場合、焼成温度は３００℃以上となる。本実施形態では、レーザーや赤外線を用いて局部的に短時間加熱を行い、下層のゴム層６６が３００℃以上の熱により劣化する前に焼成を完了するようにしている。そのため、ゴム層６６を劣化させることなくコーティング層６５を焼成できる。
【００１５】
流量制御弁６０では、排ガス中に含まれる水蒸気が結露して凝集水が生じる。排ガス中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれているため、排気浄化ユニット４４が設けられているものの凝集水に窒素酸化物が溶け込み、凝集水は、酸性となる。図５に示すように、ゴム層６６の上に、フッ素樹脂のバインダー層６７とフッ素樹脂の表面層６８とを形成した場合、コーティング層６５の耐凝集水性が向上すると共に、排ガスの高温によって加熱されてもコーティング層６５が弁体６２に粘着することが無く、耐高温性も向上した。なお、ゴム層６６を耐酸性ゴムで形成した場合、あるいはゴム層６６にコーティングをした場合には、少なくとも耐凝集水性を向上させることができる。
【００１６】
以上、第１実施形態によれば、流量制御弁６０は、流路５１の弁体６２と接触する部分に設けられた弾性体のコーティング層６５を備え、コーティング層６５は、ゴム層６６と、ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層６７と、バインダー層６７の上に形成されたフッ素樹脂の表面層６８と、を有するので、凝集水が生じ高温になる環境でも、凝集水によるゴム層６６の劣化や高温による粘着を抑制できる。すなわち、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。
【００１７】
上記第１実施形態では、流路５１の弁体６２と接触する部分にコーティング層６５を設けたが、弁体６２の流路５１に接触する部分、例えば、弁体６２の外縁部分にコーティング層６５を設けても良い。また、流路５１の弁体６２と接触する部分と、弁体６２の流路５１に接触する部分の両方にコーティング層６５を設けても良い。
【００１８】
また、コーティング層６５は、弁体６２の開閉動作時に、他の部材と接触する接触部位のみに設けられていてもよく、他の部材と接触する接触部位を越えて設けられていても良い。コーティング層６５が、弁体６２の開閉動作時に他の部材と接触する接触部位のみに設けられていている場合には、コーティング層６５を形成する範囲を少なくできるので使用する材料を少なくできる。一方、コーティング層６５が他の部材と接触する接触部位を越えて設けられている場合には、他の部材と接触する接触部位以外の範囲において、例えば凝集水による劣化を抑制できる。
【００１９】
・第２実施形態：
図６、図７に第２実施形態の流量制御弁７０を示す。この流量制御弁７０は、回転軸７２により回転するバタフライ弁である弁体７３によりハウジング７１に形成された流路７５を閉じたり、開いたりする。弁体７３の端部にはリップ７４が設けられており、弁体７３が閉じた時に、流路７５の内壁に接触する。リップ７４は、弾性体のコーティング層を備え、コーティング層は、ゴム層と、ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を有する。そのため、バタフライ弁である流量制御弁７０であっても、凝集水が生じ高温になる環境において、ゴム層の凝集水による劣化や高温による粘着を抑制できる。すなわち、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。
【００２０】
・第３実施形態：
図８、図９に第３実施形態の流量制御弁８０を示す。この流量制御弁８０は、回転軸８２により回転するバタフライ弁である弁体８３によりハウジング８１に形成された流路８４を閉じたり、開いたりする。流路８４には、溝８５が形成されており、溝８５には弾性体のシール部材８６が設置されている。シール部材８６を溝８５に設けるのは、弁体８３の開閉によりシール部材８６がずれるのを抑制するためである。なお、シール部材層８６を溝８５に設けない構成としてもよい。シール部材８６の流路８４内部側には、コーティング層８７が形成されている。弁体８３が閉じられると、弁体８３の外縁はコーティング層８７に接する。コーティング層８７は、ゴム層と、ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を有する。そのため、バタフライ弁である弁体８３を備える流量制御弁８０であっても、凝集水が生じ高温になる環境において、ゴム層の凝集水による劣化や高温による粘着を抑制できる。すなわち、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。
【００２１】
・第４実施形態：
図１０、図１１に第４実施形態の流量制御弁９０を示す。この流量制御弁９０は、回転軸９２により回転する弁体９３によりハウジング９１に形成された流路９５を閉じたり、開いたりする弁である。流路９５には、弁座９４が配置されており、弁座９４には弾性体のコーティング層９６が設置されている。弁体９３が閉じられると、弁体９３の外縁はコーティング層９６に接する。コーティング層９６は、ゴム層９７と、ゴム層９７の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層９８と、バインダー層９８の上に形成されたフッ素樹脂の表面層９９と、を有する。そのため、凝集水が生じ高温になる環境において、ゴム層９７の劣化や粘着を抑制できる。すなわち、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。なお、上記第２、第３、第４実施形態からわかるように、コーティング層は、弁体、流路のいずれに形成されていてもよい。また、コーティング層は、弁体、流路の両方に形成されていてもよい。
【００２２】
・第５実施形態：
図１２、図１３に第５実施形態の流量制御弁１００を示す。この流量制御弁１００は、軸１０２の端部に弁体１０３を有しており、軸１０２が軸１０２に沿った方向に移動することによりにより弁体１０３を弁座１０４に着座させ、弁座１０４から離間させることで、ハウジング１０１に形成されている流路１０６を閉じたり、開いたりする。流量制御弁１００は、図示しないが、弁体１０３近傍において、第１〜第４実施形態で説明したコーティング層を備える。流量制御弁１００は、さらに、流路１０６からハウジング１０１に向けて軸１０２が突き出ている部分にオイルシール１０５を備える。オイルシール１０５は、軸１０２と接する部分に第１実施形態から第４実施形態で説明したコーティング層と同様のコーティング層１０７、すなわち、ゴム層と、ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を有する。そのため、凝集水が生じ高温になる環境において、オイルシール１０５のゴム層の劣化や粘着を抑制できる。すなわち、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。なお、弁体１０３近傍において、第１〜第４実施形態で説明したコーティング層を備えなくてもよい。
【００２３】
・第６実施形態：
図１４、図１５に第６実施形態の流量制御弁１１０を示す。第６実施形態の流量制御弁１１０は、軸１１２の端部に弁体１１３を有しており、軸１１２が軸１１２周りに回転することによりにより弁体１１３を、弁座１１４に着座させ、弁座１１４から離間させることで、ハウジング１１１に形成されている流路を閉じたり、開いたりする。流量制御弁１００は、図示しないが、弁体１１３近傍において、第１〜第４実施形態で説明したコーティング層を備える。流量制御弁１１０は、さらに、流路からハウジング１１１に向けて軸１１２が突き出ている部分にオイルシール１１５を備える。オイルシール１１５は、軸１１２と接する部分に第１実施形態から第４実施形態で説明したコーティング層と同様のコーティング層１１６、すなわち、ゴム層と、ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を有する。そのため、凝集水が生じ高温になる環境でも、オイルシール１１５のゴム層の劣化や粘着を抑制できる。すなわち、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。第５、第６実施形態から分かるように、流路を開弁、閉弁する弁体や弁座のみならず、弁体を回転や移動させる軸のオイルシールにゴム層と、ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を設けても良い。なお、弁体１１３近傍において、第１〜第４実施形態で説明したコーティング層を備えなくてもよい。
【００２４】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【００２５】
（１）本発明の一形態によれば、流量制御弁（６０）が提供される。この流量制御弁は、ハウジング（６１）と、前記ハウジングに設けられ、排気還流用の流路（５１）と、前記流路に配置され、軸（６２）によって回転または移動されることで前記流路を開閉する弁体（６３）と、  前記弁体が前記流路に接触して閉弁状態となったとき、前記弁体と前記流路との少なくとも一方の接触部位に設けられた弾性体のコーティング層（６５）と、を備え、前記コーティング層は、ゴム層（６６）と、前記ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層（６７）と、前記バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層（６８）と、を有する。
【００２６】
（２）上記形態において、前記弁体は、軸によって回転されることで前記流路を開閉するロータリー式の弁体であり、前記流路の端部は、前記弁体が閉弁したときに前記弁体と嵌合可能な形状を有し、前記流路の前記端部に前記コーティング層を備えてもよい。この形態によれば、ロータリー式の弁体を有する流量制御弁であっても、高温になり凝集水が生じる環境で、コーティング層の劣化を抑制でき、耐凝集水性や耐高温性を向上できる。
【００２７】
（３）上記形態において、さらに、前記軸の外周を、封止するオイルシール（１０５）を備え、前記オイルシールは、前記軸と接触する部分に前記コーティング層と同様の層を有してもよい。この形態によれば、高温になり凝集水が生じる環境でも、オイルシールの劣化や粘着を抑制できる。
【００２８】
（４）本発明の一形態によれば、流量制御弁（１００）が提供される。この流量制御弁は、ハウジング（１０１）と、前記ハウジングに設けられ、排気還流用の流路（１０６）と、前記流路に配置され、軸（１０２）によって回転または移動されることで前記流路を開閉する弁体（１０３）と、前記軸の外周を、封止するオイルシール（１０５）を備え、前記オイルシールは、ゴム層と、前記ゴム層の上に形成されたフッ素樹脂のバインダー層と、前記バインダー層の上に形成されたフッ素樹脂の表面層と、を有するコーティング層を有する。この形態によれば、高温になり凝集水が生じる環境でも、オイルシールの劣化や粘着を抑制できる。
【００２９】
（５）上記形態において、前記ゴム層は、フッ化ビニリデン系ゴム、水素化ニトリルゴム、ヒドリンゴムのいずれかのゴムで形成されていてもよい。この形態によれば、高温になり凝集水が生じる環境においても、ゴム層として、フッ化ビニリデン系ゴム、水素化ニトリルゴム、ヒドリンゴムのいずれかのゴムを使用可能である。
【００３０】
（６）上記形態において、前記コーティング層は、前記弁体の開閉動作時に、他の部材と接触する接触部位のみに設けられていてもよい。この形態によれば、コーティング層の使用量を少なくできるので、コストを低減できる。
【００３１】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、流量制御弁の他、流量制御弁におけるシール構造、シールの保護方法等で実現することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  エンジンシステム    １５  制御部    ２０  エンジン    ２１  シリンダー    ２２  ピストン    ２３  シリンダーヘッド    ２４  燃焼室    ２５  点火プラグ    ２６  吸気バルブ    ２７  排気バルブ    ３０  吸気系    ３１  吸気流路    ３２  エアクリーナー    ３３  吸気管    ３４  インタークーラー    ３５  スロットル    ３６  吸気マニホールド    ４０  排気系    ４１  排ガス流路    ４２  排気マニホールド    ４３  排気管    ４４  排気浄化ユニット    ４５  過給機    ４６  タービン    ４７  コンプレッサ    ４８  軸    ５０  還流系    ５１  還流流路    ５２  還流管    ５３  ＥＧＲクーラー    ６０  ＥＧＲ用流量制御弁（流量制御弁）    ６１  ハウジング    ６２  回転軸    ６３  弁体    ６４  弁座    ６５  コーティング層    ６６  ゴム層    ６７  バインダー層    ６８  表面層    ６９  基部    ７０  流量制御弁    ７１  ハウジング    ７２  回転軸    ７３  弁体    ７４  リップ    ７５  流路    ８０  流量制御弁    ８１  ハウジング    ８２  回転軸    ８３  弁体    ８４  流路    ８５  溝    ８６  シール部材    ８７  コーティング層    ９０  流量制御弁    ９１  ハウジング    ９２  回転軸    ９３  弁体    ９４  弁座    ９５  流路    ９６  コーティング層    ９７  ゴム層    ９８  バインダー層    ９９  表面層    １００  流量制御弁    １０１  ハウジング    １０２  軸    １０３  弁体    １０４  弁座    １０５  オイルシール    １０６  流路    １０７  コーティング層    １１０  流量制御弁    １１１  ハウジング    １１２  軸    １１３  弁体    １１４  弁座    １１５  オイルシール    １１６  コーティング層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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