(57)【要約】  ＥＧＲバルブ装置（１）は、内部を排気ガスが通過するバルブハウジング（２）と、バルブハウジング（２）内に収容されたバルブ体としてのポペットバルブ（３）と、ポペットバルブ（３）を開閉駆動させる油圧サーボ駆動装置（４）とを備えている。この油圧サーボ駆動装置（４）は、３ポート式（図２）または４ポート式のサーボバルブで構成される。
2008081803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を排気ガスが通過するバルブハウジングと、
バルブハウジング内に収容されたバルブ体と、
バルブ体を開閉駆動させる油圧サーボ駆動装置とを備えている
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、
前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側にのみ、圧油が流入する油圧室が設けられており、
前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記油圧室を連通させるピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが設けられ、
前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、
前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動される
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記サーボピストンは、前記プレッシャポート内の油圧が作用する大径部と小径部とを備え、かつ前記大径部と小径部との受圧面積の差により前記一端側に移動する
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、
前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側および他端側には、圧油が流入する第１油圧室および第２油圧室がそれぞれ設けられており、
前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記第１油圧室を連通させる第１ピストンポートと、前記センターホールおよび前記第２油圧室を連通させる第２ピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが個別に設けられ、
前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、
前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動される
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記バルブ体は、ポペットバルブまたはバタフライバルブである
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記バルブ体はバタフライバルブとされ、
前記バルブハウジングには、冷却媒体が流入する流入部が設けられている
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記冷却媒体は、前記油圧サーボ装置で用いられる油である
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のＥＧＲバルブ装置において、１５％以上のＥＧＲ率で使用される
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス再循環）バルブ装置に係り、特にＥＧＲバルブを動作させるアクチュエータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する対策としてＥＧＲが知られている。ＥＧＲでは、エンジンからの排気ガスの一部が排気管からＥＧＲ配管を通って給気管に戻される。この際、ＥＧＲ配管または排気管とＥＧＲ配管との分岐部分にはＥＧＲバルブ装置が設けられる。このＥＧＲバルブ装置を構成するバルブ体の開閉をエンジンの運転状態に応じて制御することで、適切な排気ガス量を適切なタイミングで給気管に戻すようにしている。【０００３】
このようなＥＧＲバルブ装置のバルブ体は、バルブスプリングによって閉じ側に付勢されているとともに、その基端側が油圧ピストンに連結されている。従って、バルブ体を開く時には、バルブスプリングの付勢力、排気ガスの圧力、あるいは排気ガスの流体力に抗した油圧力で油圧ピストンを移動させ、バルブ体をリフトさせる（例えば特許文献１）。また、それらの付勢力や、排気ガスの圧力、流体力とつり合う油圧力を保持することで、バルブ体の開度が維持される。【０００４】
【特許文献１】国際公開番号第０５／０９５８３４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のＥＧＲバルブ装置では、バルブ体の推力である油圧力とバルブ体側の反力（バルブスプリングの付勢力、排気ガスの圧力、および排気ガスの流体力）とがつり合う構造であるため、排気脈動によって排気ガスの圧力や流体力が頻繁に変化すると、油圧力をその変化に対して瞬時に対応させることができず、バルブ体にハンチングが生じて開度を一定に維持することが困難となる。特にバルブ体のリフト量を小さくし、比較的小さい開度に維持しようとした場合には、ハンチングによる開度変化、すなわち排気ガスの流量変化が顕著となり、無視することができない。【０００６】
また、近年、排気ガス規制が厳しくなる状況では、ＥＧＲ率をより大きくすることが望まれており、より多くの排気ガスを再循環させるためにバルブ体を大きくする傾向にある。その一方で、エンジンの低負荷域、低回転数域での窒素酸化物の低減も要求されており、バルブ体を小さな開度に維持した状態での排気ガスの流量制御が望まれている。しかしながら、バルブ体を大きくすると、排気ガスの圧力変動や流体力の変動の影響を一層受けやすくなるため、バルブ体の開度を小さく維持することはますます困難になり、流量を緻密に制御できないという問題がある。【０００７】
本発明の目的は、バルブ体の開度を小さく維持した状態での排気ガスの流量を緻密に制御できるＥＧＲバルブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＥＧＲバルブ装置は、内部を排気ガスが通過するバルブハウジングと、バルブハウジング内に収容されたバルブ体と、バルブ体を開閉駆動させる油圧サーボ駆動装置とを備えていることを特徴とする。【０００９】
本発明では、バルブ体を油圧サーボ駆動装置にて駆動するため、バルブ体を開度が絞られた状態に維持させようとした場合には、排気脈動で変動する排気ガスの圧力や流体力に影響されない大きな油圧力でバルブ体を維持でき、排気ガスの流量を緻密に制御できる。【００１０】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側にのみ、圧油（圧力がかかった状態の作動油）が流入する油圧室が設けられており、前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記油圧室を連通させるピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが設けられ、前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動されることが好ましい。【００１１】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記サーボピストンは、前記プレッシャポート内の油圧が作用する大径部と小径部とを備え、かつ前記大径部と小径部との受圧面積の差により前記一端側に移動することが好ましい。【００１２】
本発明では、油圧サーボ駆動措置として、３ポート式サーボバルブの構造となるため、ハウジングを小さくできるなど、油圧サーボ駆動装置を小型化できる。
本発明では、受圧面積の差によってサーボピストンが一方側へ移動するため、例えばサーボピストンをバルブ体が閉じるように移動させる場合に、スプリングのような付勢手段を不要にでき、小型化できる。【００１３】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側および他端側には、圧油が流入する第１油圧室および第２油圧室がそれぞれ設けられており、前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記第１油圧室を連通させる第１ピストンポートと、前記センターホールおよび前記第２油圧室を連通させる第２ピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが個別に設けられ、前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動されることが好ましい。【００１４】
本発明では、油圧サーボ駆動措置として、４ポート式サーボバルブの構造となるため、サーボピストンをバルブ体が開く方向へ移動させる場合、およびバルブ体が閉じるように移動させる場合の両方において、常にバルブ体に対して大きな油圧力で抗することができ、排気ガスの排気脈動により影響されることなくバルブ体を開閉駆動できる。【００１５】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記バルブ体は、ポペットバルブまたはバタフライバルブであることが好ましい。【００１６】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記バルブ体はバタフライバルブとされ、前記バルブハウジングには、冷却媒体が流入する流入部が設けられていることが好ましい。【００１７】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記冷却媒体は、前記油圧サーボ装置で用いられる油であることが好ましい。【００１８】
本発明では、比較的知られたポペットバルブやバタフライバルブで弁体を構成するので、構造が複雑にならず、組立性も良好である。
本発明では、バルブ体をバタフライバルブとした場合において、冷却媒体用の流入部をバルブハウジング内の駆動シャフト近傍に設けることで、駆動シャフト周りを効果的に冷却でき、駆動シャフトとバルブハウジングとの間に介装されるＯリングなどの耐久性を確実に向上させることができて、シール性を良好に維持できる。
本発明では、冷却媒体として油圧サーボ駆動装置で用いられる油を使用するから、駆動シャフト回りを冷却するための専用の冷却媒体を用意する必要がないうえ、そのような専用の冷却媒体をＥＧＲバルブ装置の外部間で流出入させるといった構造も不要にでき、ＥＧＲバルブ装置全体をコンパクトにできる。【００１９】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、１５％以上のＥＧＲ率で使用されることが好ましい。【００２０】
本発明では、従来に比してより大きなＥＧＲ率を達成でき、窒素酸化物の排出量を確実に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＧＲバルブを示す全体斜視図であり、バルブ体が閉じられた状態を示す図。
【図２】前記第１実施形態のＥＧＲバルブ装置の断面図であり、図１のII−II線矢視図。
【図３】前記第１実施形態でのバルブ体が開けられた状態を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す断面図。
【図５】本発明の第３実施形態を示す断面図。
【図６】本発明の第４実施形態を示す断面図。
【図７】本発明の第５実施形態を示す断面図。
【図８】前記第５実施形態の要部を示す斜視図。
【図９】本発明の第６実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１…ＥＧＲバルブ装置、２…バルブハウジング、３…バルブ体であるポペットバルブ、４…油圧サーボ駆動装置、１４…ハウジング、１６…サーボピストン、１７…センターホール、１８…パイロットスプール、２０…油圧室、２９…プレッシャポート、３１…ピストンポート、３３…切換手段である第１スプールランド、３４…切換手段である第２スプールランド、３８，６１…リターンポート、４８…大径部、４９…小径部、５１…バルブ体であるバタフライバルブ、５３…駆動シャフト、６２…第１油圧室、６３…第２油圧室、６６…第１ピストンポート、６７…第２ピストンポート、７２…流入部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るＥＧＲバルブ装置１の外観斜視図であり、バルブ体としてのポペットバルブ３が閉じた状態を示す図である。図２は、ＥＧＲバルブ装置１の断面図であり、図１のII−II線矢視図。なお、後述する第２実施形態以降においては、以下に説明する第１実施形態と同様な構成部材には同じ符号を付し、第２実施形態以降での説明を省略または簡略化する。【００２４】
図１において、ＥＧＲバルブ装置１は、図示しない可変ターボ過給機付のディーゼルエンジンに搭載されるＥＧＲシステムを構成するものである。より詳しく説明すると、ＥＧＲシステムは、排気マニホールドと給気管とを連通させるＥＧＲ配管と、このＥＧＲ配管の途中に取り付けられるＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラの下流側、すなわちＥＧＲ配管の出口側に取り付けられるＥＧＲバルブ装置１と、ＥＧＲバルブ装置１の開度制御を行うコントローラとを備えて構成されている。【００２５】
ディーゼルエンジンからの排気ガスの大部分は、排気マニホールドを含む排気管を通して可変ターボ過給機に送られ、その後に排気されるが、排気マニホールドにおいて排気ガスの一部は、ＥＧＲ配管に入り込んでＥＧＲクーラで冷却された後、ＥＧＲバルブ装置１によってその流量が調整されて給気管側に戻される。給気管に戻された排気ガスは、アフタークーラを通過した給気（可変ターボ過給機にて過給された吸気）と混ざり合い、吸気マニホールドを通してエンジンの各シリンダに送られる。なお、戻される排気ガスの流量調整は、ＥＧＲバルブ装置１でのバルブ開度をエンジンの運転状況に応じてコントローラにて制御することで行われる。【００２６】
具体的にＥＧＲバルブ装置１は、内部を排気ガスが流れるバルブハウジング２を備えている。また、ＥＧＲバルブ装置１は、バルブハウジング２内に配置された円形のポペットバルブ３と、バルブハウジング２に固定されてポペットバルブ３の開閉駆動を行う油圧サーボ駆動装置４とを備えている。本実施形態のＥＧＲバルブ装置１は、従来よりも大きなＥＧＲ率、すなわちＥＧＲ率１５％以上で使用される。このため、ポペットバルブ３としても、従来よりも大きいものが用いられている。従来のＥＧＲバルブ装置で達成されるＥＧＲ率は、凡そ１０〜１３％が一般的であり、本実施形態のＥＧＲバルブ装置１では、従来を越えるＥＧＲ率を達成できる。ここで、ＥＧＲ率は以下の式で定義される。
ＥＧＲ率 ＝ （再循環ガス量）／（シリンダ排出ガス量）【００２７】
バルブハウジング２には、ＥＧＲ配管にボルト止め等される入口フランジ５が設けられている。ポペットバルブ３を開くことで入口フランジ５から入り込む排気ガス（図１中の白抜き矢印参照）は、バルブハウジング２内を通り、図２に示す出口孔６からＥＧＲ配管の下流側に流出する（図１中の黒塗り矢印参照）。バルブハウジング２内において、入口フランジ５の奥側には円形の弁座７が設けられている。弁座７にポペットバルブ３が当接することで入口フランジ５が閉められる。【００２８】
バルブハウジング２にはさらに、ポペットバルブ３のバルブステム８が貫通する隔壁部９が設けられている。隔壁部９を境にして入口フランジ５とは反対側には油室１０が設けられ、油室１０に臨む隔壁部９には受座１１が設けられている。受座１１にはバルブスプリング１２の一端が当接されている。ポペットバルブ３のバルブステム８の端部には、楔作用にて受部材１３が取り付けられており、バルブスプリング１２の他端が受部材１３に当接されている。つまり、受座１１と受部材１３との間で挟持されたバルブスプリング１２によりポペットバルブ３は、それ自身が閉まる方向で図中の右側に付勢されている。
【００２９】
以下には、油圧サーボ駆動装置４について詳説する。
油圧サーボ駆動装置４は、前記バルブハウジング２にＯリング９９を介して取り付けられた断面Ｌ字形のハウジング１４を備えている。ハウジング１４の内部には、ポペットバルブ３の開閉方向に沿って貫通したシリンダ室１５が設けられている。シリンダ室１５の軸中心とポペットバルブ３の軸中心とは一直線上にある。【００３０】
ハウジング１４のシリンダ室１５内には、貫通方向に沿って摺動するサーボピストン１６が配置されている。サーボピストン１６には、内部を摺動方向に沿って貫通するセンターホール１７が設けられ、センターホール１７内にはパイロットスプール１８が摺動自在に配置されている。シリンダ室１５は、その中程の段差部分まで押し込められた仕切部材１９により左右二室に分かれており、その一方にはサーボピストン１６が配置されているとともに、油圧室２０が形成される。他方はパイロット油圧室２１となっている。パイロットスプール１８は仕切部材１９を貫通しており、その基端側がパイロット油圧室２１内に位置し、先端側がサーボピストン１６のセンターホール１７内に位置している。【００３１】
先ず、パイロットスプール１８において、その基端部分には保持部材２２が螺合されている。また、前記仕切部材１９には受座２３が設けられている。これらの保持部材２２および受座２３間にはスプリング２４が挟持されている。このスプリング２４によりパイロットスプール１８は、ポペットバルブ３から離間する方向へ付勢されている。さらに、パイロットスプール１８の基端には、当該パイロットスプール１８の位置を検出するストロークセンサ２５の可動子２５Ａが螺合されている。ストロークセンサ２５の本体部分は、可動子２５Ａに対応したマグネットを備えた構成であり、ハウジング１４の一端側を塞ぐ閉塞部材２６に固定されている。【００３２】
なお、仕切部材１９は、閉塞部材２６により押さえ込まれるようになっている。また、仕切部材１９の外周、および閉塞部材２６の外周にはそれぞれ、Ｏリング１００，１０１が取り付けられ、シリンダ室１５の内周面との間をシールしている。Ｏリング１００により、油圧室２０およびパイロット油圧室２１間での圧油の移動を抑制し、また、Ｏリング１０１により、パイロット油圧室２１から圧油が外部に漏れるのを防止している。【００３３】
パイロット油圧室２１には、ハウジング１４内に設けられたパイロット流路２７が連通している。このパイロット流路２７を通してパイロット油圧室２１に圧油が供給されると、その油圧によってパイロットスプール１８がポペットバルブ３側に移動する。反対に、パイロット油圧室２１からパイロット流路２７を通して圧油を抜くと、スプリング２４の付勢力によりパイロットスプール１８が戻される。圧油の流入出は比例制御弁２８によって切り換えられるが、その構造については後述する。【００３４】
一方、サーボピストン１６において、その摺動方向の略中央には、内部のセンターホール１７と外部とを連通させる一対のプレッシャポート２９が径方向に対向して穿設されている。プレッシャポート２９の外側は、サーボピストン１６の外周に周方向に沿って連続して形成された幅広の浅溝３０に開口している。また、サーボピストン１６の一端側には、センターホール１７と油圧室２０と連通させる一対のピストンポート３１が穿設されている。【００３５】
ここで、ハウジング１４には、シリンダ室１５と連通したポンプ流路３２が設けられている。浅溝３０の幅寸法や、ポンプ流路３２とシリンダ室１５との連通位置は、サーボピストン１６が摺動ストローク中のいずれの位置にある場合でも、ポンプ流路３２が浅溝３０に開口するように設定されている。従って、ポンプ流路３２を通して供給される圧油は常時、プレッシャポート２９に流入することになる。これに対して、センターホール１７内に位置するパイロットスプール１８の外周には、ポペットバルブ３側から切換手段としての第１スプールランド３３および第２スプールランド３４が設けられている。【００３６】
プレッシャポート２９に流入している圧油が、パイロットスプール１８の第１、第２スプールランド３３，３４間の溝部分を介してピストンポート３１に流れると、ピストンポート３１から油圧室２０に圧油が流れ、油圧室２０が拡張されてサーボピストン１６がポペットバルブ３側に移動する。この際、サーボピストン１６に螺合された封止部材３５には、バルブステム８の端部が当接しているため、サーボピストン１６の移動量に応じたリフト量でポペットバルブ３が開く。このような構成では、ポペットバルブ３側から受けるサーボピストン１６への反力（バルブスプリング１２の付勢力、排気ガスの圧力および流体力）は、パイロットスプール１８には全く伝達されない。【００３７】
サーボピストン１６の戻りは、油圧室２０から圧油が抜かれることで実現される。すなわち、パイロットスプール１８内にはリターン流路３６が設けられ、また、第２スプールランド３４の外側では、リターン流路３６とパイロットスプール１８の外部とが連通している。サーボピストン１６の一端側において、センターホール１７の開口部分はリターンポート３８になっている。油圧室２０とリターン流路３６とがリターンポート３８を介して連通することで、圧油はリターン流路３６を流れ、封止部材３５の流出路３９を通って油室１０に流出する。油室１０内の圧油は、ハウジング１４に設けられたドレインポート４０からドレインされる。【００３８】
このことで油圧室２０には圧力が立たなくなるため、バルブスプリング１２の付勢力によりポペットバルブ３ごとサーボピストン１６が戻される。つまり本実施形態では、サーボピストン１６およびパイロットスプール１８を含んでサーボ駆動の３ポート式サーボバルブを構成しており、この３ポート式サーボバルブにてポペットバルブ３が開閉される。なお、ポペットバルブ３、サーボピストン１６、およびパイロットスプール１８の動きについては、図３をも参照して後述する。【００３９】
ハウジング１４に設けられたパイロット流路２７およびポンプ流路３２は、ハウジング１４に一体に設けられた制御弁取付部４１を通ってパイロット油圧室２１およびシリンダ室１５まで延設されている。制御弁取付部４１は比例制御弁２８が取り付けられる部分であり、制御弁取付部４１がハウジング１４に設けられていることで、比例制御弁２８と油圧サーボ駆動装置４とが一体に設けられているのである。ただし、比例制御弁２８は、油圧サーボ駆動装置４に対して別体とされ、独立した位置に設けられていてもよい。【００４０】
制御弁取付部４１において、ポンプ流路３２の基端は、ポンプポート４２（図２では一部を断面して示してある）と連通している。ポンプポート４２に流入する図示しない昇圧ポンプからの圧油は、ポンプ流路３２を通り、シリンダ室１５内のサーボピストン１６に設けられたプレッシャポート２９に供給される。一方で、ポンプポート４２から流入した圧油の一部は、比例制御弁２８のスプール収容部４３に流入し、比例制御弁２８の切換操作によってパイロット流路２７に流れる。つまり、パイロット流路２７の基端は、スプール収容部４３と連通している。【００４１】
スプール収容部４３内には、比例制御弁２８を構成するスプール４４が移動自在に収容されている。スプール４４の移動は、コントローラからの制御信号によって行われる。スプール４４には、第１、第２スプールランド４５，４６が設けられ、この間の溝部分に圧油が流入する。このスプール４４の位置により、流入した圧油が溝部分で留まる場合と、パイロット流路２７に流れる場合とに切り換えられる。図２には、圧油が溝部分に留まっている状態が示されており、この状態では、スプール収容部４３がハウジング１４内のドレイン流路４７と連通し、パイロット油圧室２１にあった圧油はパイロット流路２７からドレイン流路４７に流出し、油室１０を通ってドレインポート４０からドレインされる。【００４２】
図２に示した状態は前述したように、パイロット油圧室２１の圧油が抜けた状態であり、パイロットスプール１８は、スプリング２４の付勢力によって図中の最も右側に位置している。また、この状態では、サーボピストン１６が仕切部材１９に当接するまで移動しており、油圧室２０の圧油の大部分がドレインされ、油圧室２０が最も縮小した状態にある。従って、ポペットバルブ３には油圧力が作用しておらず、バルブスプリング１２によって閉じられている。【００４３】
以上のような構成のＥＧＲバルブ装置１において、油圧サーボ駆動装置４を駆動するための圧油としてはエンジンオイルが用いられる。エンジンオイルの一部は、昇圧ポンプによってオイルパンからポンプポート４２に供給される。そして、ドレインポート４０からドレインされたエンジンオイルは、戻り用の油路を通ってオイルパンに戻る。昇圧ポンプなどは、エンジン本体に取り付けられている。なお、昇圧ポンプの故障等により、油圧サーボ駆動装置４につながる配管内の圧油がなくなった時には、バルブスプリング１２の付勢力によってポペットバルブ３が閉じ側（好ましくは全閉）で維持されるようになっている。【００４４】
次に、油圧サーボ駆動装置４の動きを中心にＥＧＲバルブ装置１での動作について説明する。
図２の状態から、ポペットバルブ３を所定のリフト量で開ける場合には、そのリフト量に応じた制御信号を比例制御弁２８に出力する。この制御信号により比例制御弁２８では、図３に示すように、スプール４４がドレイン流路４７側に移動し、第１、第２スプールランド４５，４６間の溝部分がパイロット流路２７と連通し、その溝部分に流入されている圧油（ポンプ流路３２から一部が分岐した圧油）がパイロット圧油としてパイロット流路２７を流れ、パイロット油圧室２１に流入する。このことにより、パイロットスプール１８はポペットバルブ３側に移動する。【００４５】
このパイロットスプール１８の移動に伴い、パイロットスプール１８に設けられた第１、第２スプールランド３３，３４間の溝部分を通して、サーボピストン１６のプレッシャポート２９とピストンポート３１とが連通するようになり、プレッシャポート２９に供給されていた圧油がピストンポート３１に回って油圧室２０に流入する。従って、油圧室２０は流入した圧油によって拡張するため、サーボピストン１６がバルブスプリング１２の付勢力およびポペットバルブ３に作用する排気ガスの圧力や流体力に抗して、そのポペットバルブ３を開ける。【００４６】
この際、サーボピストン１６がパイロットスプール１８を追い越そうとすると、第１スプールランド３３にてプレッシャポート２９が閉ざされるため、それ以上は油圧室２０に圧油が供給されなくなり、サーボピストン１６は停止し、追い越すことはない。結果としてサーボピストン１６は、パイロットスプール１８の移動に追従するように移動し、また、パイロットスプール１８の停止によって同様に停止する。【００４７】
パイロットスプール１８を越えてサーボピストン１６が移動することはないから、ポペットバルブ３を全開に至らない途中のリフト量に維持する場合でも、大きな油圧力をサーボピストン１６に作用させることができる。実際に、プレッシャポート２９に供給される圧油の油圧力は、バルブスプリング１２の付勢力や、排気ガスの圧力および流体力を合わせた力よりも十分に大きい。【００４８】
このため、排気脈動により排気ガスの圧力および流体力が変動しても、その変動によってサーボピストン１６がふらつくことはなく、従来よりも大きなポペットバルブ３を少ないリフト位置に維持させても、ポペットバルブ３にハンチングが発生せず、排気ガスの流量制御を緻密に行える。従って、このような油圧サーボ駆動装置４は、ポペットバルブ３を全閉または全開のいずれかに駆動するだけではなく、任意の開度、特にリフト量を小さくすることで開度を絞った状態に維持する場合でも、好適に用いることができる。【００４９】
しかも、本実施形態の油圧サーボ駆動装置４では、ポペットバルブ３側から受けるサーボピストン１６への反力は、パイロットスプール１８には伝達されない構造であるから、パイロットスプール１８の位置を精度良く制御でき、サーボピストン１６を正確なストロークだけ移動させて、ポペットバルブ３の開度制御を正確に行える。なお、パイロットスプール１８の位置は、ストロークセンサ２５からの検出信号によりコントローラにて監視され、比例制御弁２８への制御信号としてフィードバックされる。【００５０】
一方、ポペットバルブ３を閉じる場合には、比例制御弁２８への制御信号をオフにしてスプール４４を戻し、パイロット流路２７をドレイン流路４７に連通させる。これによってパイロット油圧室２１では圧力が立たなくなるため、パイロットスプール１８はスプリング２４によって戻され、パイロット油圧室２１内の圧油がドレインされる。【００５１】
そして、パイロットスプール１８が戻り方向に移動すると、パイロットスプール１８のリターン流路３６とサーボピストン１６のリターンポート３８とが連通するため、油圧室２０内の圧油がリターン流路３６および油室１０を通ってドレインされる。このことにより、油圧室２０には油圧が立たなくなるため、ポペットバルブ３はバルブスプリング１２および排気ガスによって閉じ側に移動し、サーボピストン１６を戻す。【００５２】
この際にも、サーボピストン１６がパイロットスプール１８を追い越そうとすると、プレッシャポート２９とピストンポート３１とが連通して圧油が油圧室２０に流入することになるから、サーボピストン１６は戻る方向とは反対側（ポペットバルブ３を開こうとする側）に動こうとし、やはり追い越すことはできない。また、前述したように、パイロットスプール１８を越えて反対側にも移動できない。従って、サーボピストン１６は、戻る場合においても、パイロットスプール１８の移動に追従して戻り、パイロットスプール１８が停止することで同様に停止する。【００５３】
さらに、パイロットスプール１８が図中の最も右側に移動した位置に併せて、サーボピストン１６が仕切部材１９に当接するとともに、油圧室２０とリターン流路３６との連通が閉ざされ、ポペットバルブ３が閉じる。そして、次の開き側への動作に移る。なお、サーボピストン１６が仕切部材１９に当接している状態では、ポペットバルブ３が完全に閉じている必要があるため、バルブステム８とサーボピストン１６側の封止部材３５との間には、僅かにクリアランスを持たせることが望ましい。【００５４】
〔第２実施形態〕
図４には、本発明の第２実施形態が示されている。本実施形態では、サーボピストン１６の形状、およびバルブスプリングを用いていないことが前記第１実施形態とは大きく異なっている。【００５５】
本実施形態のサーボピストン１６は、プレッシャポート２９を境にして油圧室２０側が大径部４８とされ、ポペットバルブ３側が小径部４９とされている。従って、シリンダ室１５の内径も、大径部４８が摺動する部分と小径部４９が摺動する部分とでは径寸法が異なる。このような構成では、大径部４８の方が小径部４９よりもプレッシャポート２９に流入している圧油の受圧面積が大きい。【００５６】
従って、油圧室２０内の圧油を抜いて、サーボピストン１６を油圧室２０側に戻す場合（ポペットバルブ３を閉じ方向に動かす場合）には、プレッシャポート２９での受圧面積の差によってサーボピストン１６は戻ることになり、バルブスプリングによってサーボピストン１６を戻す必要がない。【００５７】
また、以上のことにより、バルブスプリングを不要にできるため、ポペットバルブ３のバルブステム８の端部は、封止部材３５の嵌合溝５０に嵌合される構造となっており、サーボピストン１６の移動に連動してポペットバルブ３が開閉するようになっている。【００５８】
〔第３実施形態〕
図５には、本発明の第３実施形態が示されている。本実施形態での大きな特徴の一つは、バルブ体としてバタフライバルブ５１が採用されている点である。バタフライバルブ５１は、ＥＧＲ配管の途中に設けられるバルブハウジング５２の排気ガス流路内に回動自在に収容されている。バタフライバルブ５１の駆動シャフト５３は、バルブハウジング５２の外部に突設されている。駆動シャフト５３の端部には、その軸線に対して直交する方向に延びたアーム５４が取り付けられており、アーム５４とバタフライバルブ５１が一体で回動する。【００５９】
アーム５４において、駆動シャフト５３との取付部分を挟んで一端側には連結ピン５５が設けられ、連結ピン５５にはリンク５６の一端側が回動自在に連結されている。リンク５６の他端側は、サーボピストン１６側の封止部材３５に設けられた連結ピン５７に回動自在に連結されている。また、アーム５４の他端側にはスプリング５８の一端が取り付けられ、サーボピストン１６を油圧室２０側に戻す方向、すなわちバタフライバルブ５１を閉じる方向に付勢している。スプリング５８の他端は、配管やエンジン本体など、任意の固定部材に取り付けられる。【００６０】
サーボピストン１６では、封止部材３５側が外部に露出しており、封止部材３５はＯリング１０２を介してサーボピストン１６に螺合され、センターホール１７を封止している。また、ハウジング１４の同じ側の端部は、オイルシール１０３を介して閉塞部材５９で閉塞されている。ハウジング１４にはパイロットポート６０、およびシリンダ室１５と連通したドレインポート４０が設けられている。パイロットポート６０には、ハウジング１４から離れた位置に設けられた比例制御弁からのパイロット配管が接続される。ドレインポート４０は、サーボピストン１６に設けられた別のリターンポート６１を介してセンターホール１７と連通し、センターホール１７から戻る圧油をタンクに戻す。このようなハウジング１４も、エンジン本体等の適宜な固定部材にブラケット等を介して取り付けられる。【００６１】
本実施形態によれば、サーボピストン１６の動きは、リンク５６およびアーム５４で構成されたリンク機構を介してバタフライバルブ５１に伝達され、その開閉を行う。この際、バタフライバルブ５１を開ける側へのサーボピストン１６の移動は、ポンプポート４２からプレッシャポート２９に導入されるポンプ圧によって行われ、閉じる側への移動は主に、スプリング５８の付勢力によって行われる。【００６２】
〔第４実施形態〕
図６に示す第４実施形態では、サーボピストン１６として、大径部４８および小径部４９を備えたものが用いられている。従って、サーボピストン１６の戻り側への移動は、大径部４８および小径部４９での受圧面積の差で行われるようになり、本実施形態では前記第３実施形態のようなスプリングは用いられていない。他の構成は前記第３実施形態と略同じであり、例えばバルブ体としては、バタフライバルブ５１が用いられている。【００６３】
〔第５実施形態〕
図７には、本発明の第５実施形態が示されている。本実施形態では、サーボ駆動の４ポート式サーボバルブを用いてＥＧＲバルブ装置１が構成されていることが特徴である。このＥＧＲバルブ装置１では、サーボピストン１６およびパイロットスプール１８の形状が４ポート式に対応した形状とされているとともに、シリンダ室１５内には、サーボピストン１６の両側にそれぞれ第１油圧室６２（図７では、最も縮小された状態が示されている）および第２油圧室６３が形成されている。バルブ体としては、駆動シャフト５３を有するバタフライバルブ５１が用いられている。【００６４】
４ポート式の場合でも、サーボピストン１６には、センターホール１７とハウジング１４のドレインポート４０とを連通させて、センターホール１７内の圧油をタンクに戻すリターンポート６１が設けられている。このリターンポート６１の外側は、シリンダ室１５側の浅溝６５を介してドレインポート４０と連通している。サーボピストン１６のストローク内ではやはり、リターンポート６１とドレインポート４０とが常時連通する。【００６５】
サーボピストン１６には加えて、図７中に点線で示すように、センターホール１７と図中右側の第１油圧室６２とを連通させる第１ピストンポート６６、およびセンターホール１７と左側の第２油圧室６３とを連通させる第２ピストンポート６７が設けられている。この際、第１ピストンポート６６のセンターホール１７側の開口部分は、プレッシャポート２９よりも左側に位置し、第２ピストンポート６７のセンターホール１７側の開口部分は、プレッシャポート２９よりも右側に位置している。第１、第２ピストンポート６６，６７はそれぞれ、プレッシャポート２９およびリターンポート６１に対して連通しない位置にずれて設けられている。【００６６】
サーボピストン１６の端部は、封止部材３５を介してハウジング１４のシリンダ室１５を塞ぐ閉塞部材５９に当接し、当接した位置がサーボピストン１６の最大ストローク位置となる。ここで、閉塞部材５９は、Ｏリング１０４を介してハウジング１４に取り付けられている。第２油圧室６３内において、閉塞部材５９と封止部材３５との間にはスプリング６８が配置され、サーボピストン１６の戻り側への移動をアシストしている。昇圧ポンプの故障等により、油圧サーボ駆動装置４につながる配管内の圧油がなくなった時でも、スプリング６８の付勢力によってバタフライバルブ５１が閉じ側（好ましくは全閉）で維持されるようになっている。【００６７】
パイロットスプール１８はやはり、略中央部分に第１、第２スプールランド３３，３４を備えている。パイロットスプール１８の内部には、一端が開口したリターン流路３６が設けられており、第１スプールランド３３の外側の溝部分とリターン流路３６とが連通し、第２スプールランド３４の外側の溝部分とリターン流路３６とが同様に連通している。さらに、リターン流路３６の一端が開口していることで、このリターン流路３６、リターンポート６１、ドレインポート４０が連通している。【００６８】
このような油圧サーボ駆動装置４においても、パイロットスプール１８がサーボピストン１６に対して移動すると、それに追従してサーボピストン１６も移動する。この際、パイロットスプール１８は、サーボピストン１６内を軸方向に摺動するだけであるから、バタフライバルブ５１側からの反力は、パイロットスプール１８には一切作用しない。【００６９】
油圧サーボ駆動装置４の動きについて具体的に説明する。図７では、パイロット油圧室２１には圧油が供給されておらず、パイロットスプール１８およびサーボピストン１６の両方が共に最も戻り側にある。従って、この状態においては、サーボピストン１６の端部は仕切部材１９に当接している。また、この位置では、パイロットスプール１８の第１スプールランド３３が、サーボピストン１６の第１ピストンポート６６よりも右側にずれている。このため、第１油圧室６２は、リターン流路３６を通してリターンポート６１に連通し、第１油圧室６２内の圧油が全てドレインされている。【００７０】
一方、第２スプールランド３４も第２ピストンポート６７に対して右側にずれており、プレッシャポート２９と第２ピストンポート６７とが連通している。このため、プレッシャポート２９および第２ピストンポート６７を通して第２油圧室６３に圧油が供給されている。【００７１】
この状態から、パイロット油圧室２１内に圧油供給して所定のパイロット圧まで上げると、パイロット圧とスプリング２４とがつり合う位置までパイロットスプール１８が移動する。この時、第１スプールランド３３は第１ピストンポート６６の左側にずれるため、第１ピストンポート６６とプレッシャポート２９とが連通し、第１油圧室６２に圧油が供給される。【００７２】
これと同時に、第２スプールランド３４も第２ピストンポート６７の左側にずれるため、第２ピストンポート６７とリターン流路３６が連通し、第２油圧室６３内にあった圧油がドレインされ、よってサーボピストン１６がパイロットスプール１８に追従して移動する。このサーボピストン１６の移動は、第１、第２スプールランド３３，３４によって第１、第２ピストンポート６６，６７が閉じられた時点で終了し、サーボピストン１６はパイロットスプール１８の停止位置に応じた位置で同様に停止する。サーボピストン１６がパイロットスプール１８を追い越して移動することはない。【００７３】
なお、パイロット油圧室２１に供給された圧油の一部は、仕切部材１９の筒部１９Ａと保持部材２２との間に形成されている僅かな隙間や、筒部１９Ａとパイロットスプール１８の右端側外周部分との間に形成されている僅かな隙間を通して、その左方に区画されている領域、すなわちサーボピストン１６のセンターホール１７内周と、パイロットスプール１８の外周と、筒部１９Ａの先端とで区画される領域に入り込む。【００７４】
続いて、サーボピストン１６を戻す場合には、パイロット圧を抜けばよく、こうすることで再度、第１ピストンポート６６がリターン流路３６と連通し、第１油圧室６２内の圧油がドレインされ、サーボピストン１６が戻り側に移動する。この移動はやはり、第１、第２スプールランド３３，３４によって第１、第２ピストンポート６６，６７が閉じられた時点で終了し、サーボピストン１６はパイロットスプール１８の停止位置に応じた位置で同様に停止し、パイロットスプール１８を追い越して戻ることもない。【００７５】
ただし、パイロット圧が全く立たない状態では、サーボピストン１６は最終的に、図７に示すように、仕切部材１９に当接する位置まで移動するため、第１、第２スプールランド３３，３４および第１、第２ピストンポート６６，６７の位置関係は、前述の通りとなる。【００７６】
ところで、本実施形態において、油圧サーボ駆動装置４のハウジング１４は、バルブハウジング５２に固定されている。ハウジング１４には、サーボピストン１６の溝部６４の移動範囲に対応した位置に開口部６９が設けられており、バルブハウジング５２から突出した駆動シャフト５３が開口部６９に位置している。駆動シャフト５３の端部には、図８にも示すように、アーム５４が設けられている。【００７７】
アーム５４には溝部６４側に突出した連結ピン７０が設けられ、この連結ピン７０にはスライダ７１が嵌め込まれ、スライダ７１が溝部６４に摺動自在に嵌合している。このような構成では、サーボピストン１６が移動すると、それに伴ってスライダ７１が移動するとともに溝部６４に沿って摺動する。このスライダ７１の動きと連結ピン７０の回動とにより、アーム５４の円弧動を許容しつつ、駆動シャフト５３を回動させることが可能であり、バタフライバルブ５１を開閉させることができる。【００７８】
また、バルブハウジング５２のハウジング１４に当接される側面には、開口部６９に対応し、かつ駆動シャフト５３を囲むように環状の深溝とされた流入部７２が設けられている。流入部７２とサーボピストン１６のリターンポート６１とは、浅溝６５および開口部６９を介して連通している。従って、リターンポート６１から流出した圧油は一旦、浅溝６５を通って開口部６９や流入部７２内に滞留することになり、駆動シャフト５３周りの他、スライダ７１の溝部６４内での摺動部分や、連結ピン７０とスライダ７１との連結部分が冷却される。【００７９】
この際、ハウジング１４とバルブハウジング５２との間には、流入部７２の周囲を覆うようにＯリング１０５が介装され、駆動シャフト５３とこの挿通孔７３の内周面との間にもＯリング１０６が介装され、圧油が外部に漏れだしたり、排気ガス中に漏れ出したりするのを防止している。【００８０】
そして、本実施形態では、駆動シャフト５３周りをより効率よく冷却するために、各ハウジング１４，５２には、プレッシャポート２９に流入する圧油の一部を流入部７２内に引き込む引込流路７５，７６が設けられている。バルブハウジング５２側の引込流路７６内には絞り７７が設けられ、引き込まれた圧油が挿通孔７３を形成している部分に噴射するようになっている。駆動シャフト５３周りを冷却することで、Ｏリング１０６を耐熱温度以下に維持させることが可能であり、駆動シャフト５３の挿通部分でのシール性を良好に維持できる。図中の符号１０７は、各ハウジング１４，５２間において、引込流路７５，７６から圧油が漏れるのを防止するためのＯリングである。【００８１】
このような噴射機構は、図示および説明を省略したが、前述した第１、第２実施形態でのＥＧＲバルブ装置１にも設けられており、圧油が油室１０に噴出することで、バルブステム８自身の摺動部分や、バルブステム８が挿通されたガイド部分を冷却するようになっている。【００８２】
〔第６実施形態〕
図９には、本発明の第６実施形態として、ポペットバルブ３と４ポート式サーボバルブを用いた油圧サーボ駆動装置４との組み合わせが示されている。本実施形態では、バルブハウジング２が中間ハウジング７４に固定され、この中間ハウジング７４に油圧サーボ駆動装置４のハウジング１４が固定されている。サーボピストン１６の溝部６４にはアーム８０が固定され、アーム８０の先端に設けられた押圧部８１によりポペットバルブ３を押圧する。【００８３】
また、押圧部８１の反対側には、ストロークセンサ２５の可動子２５Ａが螺合しており、ポペットバルブ３のリフト量をパイロットスプール１８を介してではなく、同一軸線上にあるストロークセンサ２５で直接的に検出できるようになっている。なお、アーム８０の先端にバルブステム８を嵌合保持させてもよく、このような場合には、アーム８０の先端に連れられてポペットバルブ３が移動するため、バルブスプリング１２を省略できる。【００８４】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。【００８５】
例えば、前記第６実施形態では、ポペットバルブ３のリフト量をストロークセンサ２５で直接検出できる構成であったが、バルブ体としてバタフライバルブを用いた場合には、その駆動シャフトを角度センサ等にて直接検出してもよい。【００８６】
また、前記各実施形態では、ストロークセンサ２５でポペットバルブ３のリフト量を検出できる構成としていたが、本発明のＥＧＲバルブ装置はストロークセンサが無くてもよい。このような構成であっても、コントローラの制御信号によりポペットバルブ３のリフト量を調整でき、バルブ体の開度を小さく維持した状態での排気ガスの流量を制御できる。【００８７】
前記各実施形態のＥＧＲバルブ装置１を、ＥＧＲ配管の出口側に設けることで、排気ガスの一部を給気管側に戻す場合の流量制御を行う装置として説明したが、本発明のＥＧＲバルブ装置としては、ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路を設けるときなど、排気ガスを当該バイパス通路を通す場合と、ＥＧＲクーラ側を通す場合とで切り換えるために用いられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明のＥＧＲバルブ装置は、バルブ体の開度を小さく維持した状態での排気ガスの流量を緻密に制御するのに利用できる。
【図１】
2008081803.tif 000003
【図２】
2008081803.tif 000004
【図３】
2008081803.tif 000005
【図４】
2008081803.tif 000006
【図５】
2008081803.tif 000007
【図６】
2008081803.tif 000008
【図７】
2008081803.tif 000009
【図８】
2008081803.tif 000010
【図９】
2008081803.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月5日(2009.6.5)
【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】
本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス再循環）バルブ装置に係り、特にＥＧＲバルブを動作させるアクチュエータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する対策としてＥＧＲが知られている。ＥＧＲでは、エンジンからの排気ガスの一部が排気管からＥＧＲ配管を通って給気管に戻される。この際、ＥＧＲ配管または排気管とＥＧＲ配管との分岐部分にはＥＧＲバルブ装置が設けられる。このＥＧＲバルブ装置を構成するバルブ体の開閉をエンジンの運転状態に応じて制御することで、適切な排気ガス量を適切なタイミングで給気管に戻すようにしている。
【０００３】
このようなＥＧＲバルブ装置のバルブ体は、バルブスプリングによって閉じ側に付勢されているとともに、その基端側が油圧ピストンに連結されている。従って、バルブ体を開く時には、バルブスプリングの付勢力、排気ガスの圧力、あるいは排気ガスの流体力に抗した油圧力で油圧ピストンを移動させ、バルブ体をリフトさせる（例えば特許文献１）。また、それらの付勢力や、排気ガスの圧力、流体力とつり合う油圧力を保持することで、バルブ体の開度が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開番号第０５／０９５８３４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のＥＧＲバルブ装置では、バルブ体の推力である油圧力とバルブ体側の反力（バルブスプリングの付勢力、排気ガスの圧力、および排気ガスの流体力）とがつり合う構造であるため、排気脈動によって排気ガスの圧力や流体力が頻繁に変化すると、油圧力をその変化に対して瞬時に対応させることができず、バルブ体にハンチングが生じて開度を一定に維持することが困難となる。特にバルブ体のリフト量を小さくし、比較的小さい開度に維持しようとした場合には、ハンチングによる開度変化、すなわち排気ガスの流量変化が顕著となり、無視することができない。
【０００６】
また、近年、排気ガス規制が厳しくなる状況では、ＥＧＲ率をより大きくすることが望まれており、より多くの排気ガスを再循環させるためにバルブ体を大きくする傾向にある。その一方で、エンジンの低負荷域、低回転数域での窒素酸化物の低減も要求されており、バルブ体を小さな開度に維持した状態での排気ガスの流量制御が望まれている。しかしながら、バルブ体を大きくすると、排気ガスの圧力変動や流体力の変動の影響を一層受けやすくなるため、バルブ体の開度を小さく維持することはますます困難になり、流量を緻密に制御できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、バルブ体の開度を小さく維持した状態での排気ガスの流量を緻密に制御できるＥＧＲバルブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＥＧＲバルブ装置は、内部を排気ガスが通過するバルブハウジングと、前記バルブハウジング内に収容されたバルブ体と、前記バルブ体を開閉駆動させる油圧サーボ駆動装置とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、バルブ体を油圧サーボ駆動装置にて駆動するため、バルブ体を開度が絞られた状態に維持させようとした場合には、排気脈動で変動する排気ガスの圧力や流体力に影響されない大きな油圧力でバルブ体を維持でき、排気ガスの流量を緻密に制御できる。
【００１０】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側にのみ、圧油（圧力がかかった状態の作動油）が流入する油圧室が設けられており、前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記油圧室を連通させるピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが設けられ、前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動されることが好ましい。
【００１１】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記サーボピストンは、前記プレッシャポート内の油圧が作用する大径部と小径部とを備え、かつ前記大径部と小径部との受圧面積の差により前記一端側に移動することが好ましい。
【００１２】
本発明では、油圧サーボ駆動措置として、３ポート式サーボバルブの構造となるため、ハウジングを小さくできるなど、油圧サーボ駆動装置を小型化できる。
本発明では、受圧面積の差によってサーボピストンが一方側へ移動するため、例えばサーボピストンをバルブ体が閉じるように移動させる場合に、スプリングのような付勢手段を不要にでき、小型化できる。
【００１３】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側および他端側には、圧油が流入する第１油圧室および第２油圧室がそれぞれ設けられており、前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記第１油圧室を連通させる第１ピストンポートと、前記センターホールおよび前記第２油圧室を連通させる第２ピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが個別に設けられ、前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動されることが好ましい。
【００１４】
本発明では、油圧サーボ駆動措置として、４ポート式サーボバルブの構造となるため、サーボピストンをバルブ体が開く方向へ移動させる場合、およびバルブ体が閉じるように移動させる場合の両方において、常にバルブ体に対して大きな油圧力で抗することができ、排気ガスの排気脈動により影響されることなくバルブ体を開閉駆動できる。
【００１５】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記パイロットスプールを前記パイロット圧に抗して摺動させる方向に付勢するスプリングが、当該パイロットスプールと前記ハウジングとの間に配置されていることが好ましい。
【００１６】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記バルブ体は、ポペットバルブまたはバタフライバルブであることが好ましい。
【００１７】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記バルブ体はバタフライバルブとされ、前記バルブハウジングには、冷却媒体が流入する流入部が設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、前記冷却媒体は、前記油圧サーボ駆動装置で用いられる油であることが好ましい。
【００１９】
本発明では、比較的知られたポペットバルブやバタフライバルブで弁体を構成するので、構造が複雑にならず、組立性も良好である。
本発明では、バルブ体をバタフライバルブとした場合において、冷却媒体用の流入部をバルブハウジング内の駆動シャフト近傍に設けることで、駆動シャフト周りを効果的に冷却でき、駆動シャフトとバルブハウジングとの間に介装されるＯリングなどの耐久性を確実に向上させることができて、シール性を良好に維持できる。
本発明では、冷却媒体として油圧サーボ駆動装置で用いられる油を使用するから、駆動シャフト回りを冷却するための専用の冷却媒体を用意する必要がないうえ、そのような専用の冷却媒体をＥＧＲバルブ装置の外部間で流出入させるといった構造も不要にでき、ＥＧＲバルブ装置全体をコンパクトにできる。
【００２０】
本発明のＥＧＲバルブ装置において、１５％以上のＥＧＲ率で使用されることが好ましい。
【００２１】
本発明では、従来に比してより大きなＥＧＲ率を達成でき、窒素酸化物の排出量を確実に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＥＧＲバルブを示す全体斜視図であり、バルブ体が閉じられた状態を示す図。
【図２】前記第１実施形態のＥＧＲバルブ装置の断面図であり、図１のII−II線矢視図。
【図３】前記第１実施形態でのバルブ体が開けられた状態を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す断面図。
【図５】本発明の第３実施形態を示す断面図。
【図６】本発明の第４実施形態を示す断面図。
【図７】本発明の第５実施形態を示す断面図。
【図８】前記第５実施形態の要部を示す斜視図。
【図９】本発明の第６実施形態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るＥＧＲバルブ装置１の外観斜視図であり、バルブ体としてのポペットバルブ３が閉じた状態を示す図である。図２は、ＥＧＲバルブ装置１の断面図であり、図１のII−II線矢視図。なお、後述する第２実施形態以降においては、以下に説明する第１実施形態と同様な構成部材には同じ符号を付し、第２実施形態以降での説明を省略または簡略化する。
【００２４】
図１において、ＥＧＲバルブ装置１は、図示しない可変ターボ過給機付のディーゼルエンジンに搭載されるＥＧＲシステムを構成するものである。より詳しく説明すると、ＥＧＲシステムは、排気マニホールドと給気管とを連通させるＥＧＲ配管と、このＥＧＲ配管の途中に取り付けられるＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラの下流側、すなわちＥＧＲ配管の出口側に取り付けられるＥＧＲバルブ装置１と、ＥＧＲバルブ装置１の開度制御を行うコントローラとを備えて構成されている。
【００２５】
ディーゼルエンジンからの排気ガスの大部分は、排気マニホールドを含む排気管を通して可変ターボ過給機に送られ、その後に排気されるが、排気マニホールドにおいて排気ガスの一部は、ＥＧＲ配管に入り込んでＥＧＲクーラで冷却された後、ＥＧＲバルブ装置１によってその流量が調整されて給気管側に戻される。給気管に戻された排気ガスは、アフタークーラを通過した給気（可変ターボ過給機にて過給された吸気）と混ざり合い、吸気マニホールドを通してエンジンの各シリンダに送られる。なお、戻される排気ガスの流量調整は、ＥＧＲバルブ装置１でのバルブ開度をエンジンの運転状況に応じてコントローラにて制御することで行われる。
【００２６】
具体的にＥＧＲバルブ装置１は、内部を排気ガスが流れるバルブハウジング２を備えている。また、ＥＧＲバルブ装置１は、バルブハウジング２内に配置された円形のポペットバルブ３と、バルブハウジング２に固定されてポペットバルブ３の開閉駆動を行う油圧サーボ駆動装置４とを備えている。本実施形態のＥＧＲバルブ装置１は、従来よりも大きなＥＧＲ率、すなわちＥＧＲ率１５％以上で使用される。このため、ポペットバルブ３としても、従来よりも大きいものが用いられている。従来のＥＧＲバルブ装置で達成されるＥＧＲ率は、凡そ１０〜１３％が一般的であり、本実施形態のＥＧＲバルブ装置１では、従来を越えるＥＧＲ率を達成できる。ここで、ＥＧＲ率は以下の式で定義される。
ＥＧＲ率 ＝ （再循環ガス量）／（シリンダ排出ガス量）
【００２７】
バルブハウジング２には、ＥＧＲ配管にボルト止め等される入口フランジ５が設けられている。ポペットバルブ３を開くことで入口フランジ５から入り込む排気ガス（図１中の白抜き矢印参照）は、バルブハウジング２内を通り、図２に示す出口孔６からＥＧＲ配管の下流側に流出する（図１中の黒塗り矢印参照）。バルブハウジング２内において、入口フランジ５の奥側には円形の弁座７が設けられている。弁座７にポペットバルブ３が当接することで入口フランジ５が閉められる。
【００２８】
バルブハウジング２にはさらに、ポペットバルブ３のバルブステム８が貫通する隔壁部９が設けられている。隔壁部９を境にして入口フランジ５とは反対側には油室１０が設けられ、油室１０に臨む隔壁部９には受座１１が設けられている。受座１１にはバルブスプリング１２の一端が当接されている。ポペットバルブ３のバルブステム８の端部には、楔作用にて受部材１３が取り付けられており、バルブスプリング１２の他端が受部材１３に当接されている。つまり、受座１１と受部材１３との間で挟持されたバルブスプリング１２によりポペットバルブ３は、それ自身が閉まる方向で図中の右側に付勢されている。
【００２９】
以下には、油圧サーボ駆動装置４について詳説する。
油圧サーボ駆動装置４は、前記バルブハウジング２にＯリング９９を介して取り付けられた断面Ｌ字形のハウジング１４を備えている。ハウジング１４の内部には、ポペットバルブ３の開閉方向に沿って貫通したシリンダ室１５が設けられている。シリンダ室１５の軸中心とポペットバルブ３の軸中心とは一直線上にある。
【００３０】
ハウジング１４のシリンダ室１５内には、貫通方向に沿って摺動するサーボピストン１６が配置されている。サーボピストン１６には、内部を摺動方向に沿って貫通するセンターホール１７が設けられ、センターホール１７内にはパイロットスプール１８が摺動自在に配置されている。シリンダ室１５は、その中程の段差部分まで押し込められた仕切部材１９により左右二室に分かれており、その一方にはサーボピストン１６が配置されているとともに、油圧室２０が形成される。他方はパイロット油圧室２１となっている。パイロットスプール１８は仕切部材１９を貫通しており、その基端側がパイロット油圧室２１内に位置し、先端側がサーボピストン１６のセンターホール１７内に位置している。
【００３１】
先ず、パイロットスプール１８において、その基端部分には保持部材２２が螺合されている。また、前記仕切部材１９には受座２３が設けられている。これらの保持部材２２および受座２３間にはスプリング２４が挟持されている。このスプリング２４によりパイロットスプール１８は、ポペットバルブ３から離間する方向へ付勢されている。さらに、パイロットスプール１８の基端には、当該パイロットスプール１８の位置を検出するストロークセンサ２５の可動子２５Ａが螺合されている。ストロークセンサ２５の本体部分は、可動子２５Ａに対応したマグネットを備えた構成であり、ハウジング１４の一端側を塞ぐ閉塞部材２６に固定されている。
【００３２】
なお、仕切部材１９は、閉塞部材２６により押さえ込まれるようになっている。また、仕切部材１９の外周、および閉塞部材２６の外周にはそれぞれ、Ｏリング１００，１０１が取り付けられ、シリンダ室１５の内周面との間をシールしている。Ｏリング１００により、油圧室２０およびパイロット油圧室２１間での圧油の移動を抑制し、また、Ｏリング１０１により、パイロット油圧室２１から圧油が外部に漏れるのを防止している。
【００３３】
パイロット油圧室２１には、ハウジング１４内に設けられたパイロット流路２７が連通している。このパイロット流路２７を通してパイロット油圧室２１に圧油が供給されると、その油圧によってパイロットスプール１８がポペットバルブ３側に移動する。反対に、パイロット油圧室２１からパイロット流路２７を通して圧油を抜くと、スプリング２４の付勢力によりパイロットスプール１８が戻される。圧油の流入出は比例制御弁２８によって切り換えられるが、その構造については後述する。
【００３４】
一方、サーボピストン１６において、その摺動方向の略中央には、内部のセンターホール１７と外部とを連通させる一対のプレッシャポート２９が径方向に対向して穿設されている。プレッシャポート２９の外側は、サーボピストン１６の外周に周方向に沿って連続して形成された幅広の浅溝３０に開口している。また、サーボピストン１６の一端側には、センターホール１７と油圧室２０と連通させる一対のピストンポート３１が穿設されている。
【００３５】
ここで、ハウジング１４には、シリンダ室１５と連通したポンプ流路３２が設けられている。浅溝３０の幅寸法や、ポンプ流路３２とシリンダ室１５との連通位置は、サーボピストン１６が摺動ストローク中のいずれの位置にある場合でも、ポンプ流路３２が浅溝３０に開口するように設定されている。従って、ポンプ流路３２を通して供給される圧油は常時、プレッシャポート２９に流入することになる。これに対して、センターホール１７内に位置するパイロットスプール１８の外周には、ポペットバルブ３側から切換手段としての第１スプールランド３３および第２スプールランド３４が設けられている。
【００３６】
プレッシャポート２９に流入している圧油が、パイロットスプール１８の第１、第２スプールランド３３，３４間の溝部分を介してピストンポート３１に流れると、ピストンポート３１から油圧室２０に圧油が流れ、油圧室２０が拡張されてサーボピストン１６がポペットバルブ３側に移動する。この際、サーボピストン１６に螺合された封止部材３５には、バルブステム８の端部が当接しているため、サーボピストン１６の移動量に応じたリフト量でポペットバルブ３が開く。このような構成では、ポペットバルブ３側から受けるサーボピストン１６への反力（バルブスプリング１２の付勢力、排気ガスの圧力および流体力）は、パイロットスプール１８には全く伝達されない。
【００３７】
サーボピストン１６の戻りは、油圧室２０から圧油が抜かれることで実現される。すなわち、パイロットスプール１８内にはリターン流路３６が設けられ、また、第２スプールランド３４の外側では、リターン流路３６とパイロットスプール１８の外部とが連通している。サーボピストン１６の一端側において、センターホール１７の開口部分はリターンポート３８になっている。油圧室２０とリターン流路３６とがリターンポート３８を介して連通することで、圧油はリターン流路３６を流れ、封止部材３５の流出路３９を通って油室１０に流出する。油室１０内の圧油は、ハウジング１４に設けられたドレインポート４０からドレインされる。
【００３８】
このことで油圧室２０には圧力が立たなくなるため、バルブスプリング１２の付勢力によりポペットバルブ３ごとサーボピストン１６が戻される。つまり本実施形態では、サーボピストン１６およびパイロットスプール１８を含んでサーボ駆動の３ポート式サーボバルブを構成しており、この３ポート式サーボバルブにてポペットバルブ３が開閉される。なお、ポペットバルブ３、サーボピストン１６、およびパイロットスプール１８の動きについては、図３をも参照して後述する。
【００３９】
ハウジング１４に設けられたパイロット流路２７およびポンプ流路３２は、ハウジング１４に一体に設けられた制御弁取付部４１を通ってパイロット油圧室２１およびシリンダ室１５まで延設されている。制御弁取付部４１は比例制御弁２８が取り付けられる部分であり、制御弁取付部４１がハウジング１４に設けられていることで、比例制御弁２８と油圧サーボ駆動装置４とが一体に設けられているのである。ただし、比例制御弁２８は、油圧サーボ駆動装置４に対して別体とされ、独立した位置に設けられていてもよい。
【００４０】
制御弁取付部４１において、ポンプ流路３２の基端は、ポンプポート４２（図２では一部を断面して示してある）と連通している。ポンプポート４２に流入する図示しない昇圧ポンプからの圧油は、ポンプ流路３２を通り、シリンダ室１５内のサーボピストン１６に設けられたプレッシャポート２９に供給される。一方で、ポンプポート４２から流入した圧油の一部は、比例制御弁２８のスプール収容部４３に流入し、比例制御弁２８の切換操作によってパイロット流路２７に流れる。つまり、パイロット流路２７の基端は、スプール収容部４３と連通している。
【００４１】
スプール収容部４３内には、比例制御弁２８を構成するスプール４４が移動自在に収容されている。スプール４４の移動は、コントローラからの制御信号によって行われる。スプール４４には、第１、第２スプールランド４５，４６が設けられ、この間の溝部分に圧油が流入する。このスプール４４の位置により、流入した圧油が溝部分で留まる場合と、パイロット流路２７に流れる場合とに切り換えられる。図２には、圧油が溝部分に留まっている状態が示されており、この状態では、スプール収容部４３がハウジング１４内のドレイン流路４７と連通し、パイロット油圧室２１にあった圧油はパイロット流路２７からドレイン流路４７に流出し、油室１０を通ってドレインポート４０からドレインされる。
【００４２】
図２に示した状態は前述したように、パイロット油圧室２１の圧油が抜けた状態であり、パイロットスプール１８は、スプリング２４の付勢力によって図中の最も右側に位置している。また、この状態では、サーボピストン１６が仕切部材１９に当接するまで移動しており、油圧室２０の圧油の大部分がドレインされ、油圧室２０が最も縮小した状態にある。従って、ポペットバルブ３には油圧力が作用しておらず、バルブスプリング１２によって閉じられている。
【００４３】
以上のような構成のＥＧＲバルブ装置１において、油圧サーボ駆動装置４を駆動するための圧油としてはエンジンオイルが用いられる。エンジンオイルの一部は、昇圧ポンプによってオイルパンからポンプポート４２に供給される。そして、ドレインポート４０からドレインされたエンジンオイルは、戻り用の油路を通ってオイルパンに戻る。昇圧ポンプなどは、エンジン本体に取り付けられている。なお、昇圧ポンプの故障等により、油圧サーボ駆動装置４につながる配管内の圧油がなくなった時には、バルブスプリング１２の付勢力によってポペットバルブ３が閉じ側（好ましくは全閉）で維持されるようになっている。
【００４４】
次に、油圧サーボ駆動装置４の動きを中心にＥＧＲバルブ装置１での動作について説明する。
図２の状態から、ポペットバルブ３を所定のリフト量で開ける場合には、そのリフト量に応じた制御信号を比例制御弁２８に出力する。この制御信号により比例制御弁２８では、図３に示すように、スプール４４がドレイン流路４７側に移動し、第１、第２スプールランド４５，４６間の溝部分がパイロット流路２７と連通し、その溝部分に流入されている圧油（ポンプ流路３２から一部が分岐した圧油）がパイロット圧油としてパイロット流路２７を流れ、パイロット油圧室２１に流入する。このことにより、パイロットスプール１８はポペットバルブ３側に移動する。
【００４５】
このパイロットスプール１８の移動に伴い、パイロットスプール１８に設けられた第１、第２スプールランド３３，３４間の溝部分を通して、サーボピストン１６のプレッシャポート２９とピストンポート３１とが連通するようになり、プレッシャポート２９に供給されていた圧油がピストンポート３１に回って油圧室２０に流入する。従って、油圧室２０は流入した圧油によって拡張するため、サーボピストン１６がバルブスプリング１２の付勢力およびポペットバルブ３に作用する排気ガスの圧力や流体力に抗して、そのポペットバルブ３を開ける。
【００４６】
この際、サーボピストン１６がパイロットスプール１８を追い越そうとすると、第１スプールランド３３にてプレッシャポート２９が閉ざされるため、それ以上は油圧室２０に圧油が供給されなくなり、サーボピストン１６は停止し、追い越すことはない。結果としてサーボピストン１６は、パイロットスプール１８の移動に追従するように移動し、また、パイロットスプール１８の停止によって同様に停止する。
【００４７】
パイロットスプール１８を越えてサーボピストン１６が移動することはないから、ポペットバルブ３を全開に至らない途中のリフト量に維持する場合でも、大きな油圧力をサーボピストン１６に作用させることができる。実際に、プレッシャポート２９に供給される圧油の油圧力は、バルブスプリング１２の付勢力や、排気ガスの圧力および流体力を合わせた力よりも十分に大きい。
【００４８】
このため、排気脈動により排気ガスの圧力および流体力が変動しても、その変動によってサーボピストン１６がふらつくことはなく、従来よりも大きなポペットバルブ３を少ないリフト位置に維持させても、ポペットバルブ３にハンチングが発生せず、排気ガスの流量制御を緻密に行える。従って、このような油圧サーボ駆動装置４は、ポペットバルブ３を全閉または全開のいずれかに駆動するだけではなく、任意の開度、特にリフト量を小さくすることで開度を絞った状態に維持する場合でも、好適に用いることができる。
【００４９】
しかも、本実施形態の油圧サーボ駆動装置４では、ポペットバルブ３側から受けるサーボピストン１６への反力は、パイロットスプール１８には伝達されない構造であるから、パイロットスプール１８の位置を精度良く制御でき、サーボピストン１６を正確なストロークだけ移動させて、ポペットバルブ３の開度制御を正確に行える。なお、パイロットスプール１８の位置は、ストロークセンサ２５からの検出信号によりコントローラにて監視され、比例制御弁２８への制御信号としてフィードバックされる。
【００５０】
一方、ポペットバルブ３を閉じる場合には、比例制御弁２８への制御信号をオフにしてスプール４４を戻し、パイロット流路２７をドレイン流路４７に連通させる。これによってパイロット油圧室２１では圧力が立たなくなるため、パイロットスプール１８はスプリング２４によって戻され、パイロット油圧室２１内の圧油がドレインされる。
【００５１】
そして、パイロットスプール１８が戻り方向に移動すると、パイロットスプール１８のリターン流路３６とサーボピストン１６のリターンポート３８とが連通するため、油圧室２０内の圧油がリターン流路３６および油室１０を通ってドレインされる。このことにより、油圧室２０には油圧が立たなくなるため、ポペットバルブ３はバルブスプリング１２および排気ガスによって閉じ側に移動し、サーボピストン１６を戻す。
【００５２】
この際にも、サーボピストン１６がパイロットスプール１８を追い越そうとすると、プレッシャポート２９とピストンポート３１とが連通して圧油が油圧室２０に流入することになるから、サーボピストン１６は戻る方向とは反対側（ポペットバルブ３を開こうとする側）に動こうとし、やはり追い越すことはできない。また、前述したように、パイロットスプール１８を越えて反対側にも移動できない。従って、サーボピストン１６は、戻る場合においても、パイロットスプール１８の移動に追従して戻り、パイロットスプール１８が停止することで同様に停止する。
【００５３】
さらに、パイロットスプール１８が図中の最も右側に移動した位置に併せて、サーボピストン１６が仕切部材１９に当接するとともに、油圧室２０とリターン流路３６との連通が閉ざされ、ポペットバルブ３が閉じる。そして、次の開き側への動作に移る。なお、サーボピストン１６が仕切部材１９に当接している状態では、ポペットバルブ３が完全に閉じている必要があるため、バルブステム８とサーボピストン１６側の封止部材３５との間には、僅かにクリアランスを持たせることが望ましい。
【００５４】
〔第２実施形態〕
図４には、本発明の第２実施形態が示されている。本実施形態では、サーボピストン１６の形状、およびバルブスプリングを用いていないことが前記第１実施形態とは大きく異なっている。
【００５５】
本実施形態のサーボピストン１６は、プレッシャポート２９を境にして油圧室２０側が大径部４８とされ、ポペットバルブ３側が小径部４９とされている。従って、シリンダ室１５の内径も、大径部４８が摺動する部分と小径部４９が摺動する部分とでは径寸法が異なる。このような構成では、大径部４８の方が小径部４９よりもプレッシャポート２９に流入している圧油の受圧面積が大きい。
【００５６】
従って、油圧室２０内の圧油を抜いて、サーボピストン１６を油圧室２０側に戻す場合（ポペットバルブ３を閉じ方向に動かす場合）には、プレッシャポート２９での受圧面積の差によってサーボピストン１６は戻ることになり、バルブスプリングによってサーボピストン１６を戻す必要がない。
【００５７】
また、以上のことにより、バルブスプリングを不要にできるため、ポペットバルブ３のバルブステム８の端部は、封止部材３５の嵌合溝５０に嵌合される構造となっており、サーボピストン１６の移動に連動してポペットバルブ３が開閉するようになっている。
【００５８】
〔第３実施形態〕
図５には、本発明の第３実施形態が示されている。本実施形態での大きな特徴の一つは、バルブ体としてバタフライバルブ５１が採用されている点である。バタフライバルブ５１は、ＥＧＲ配管の途中に設けられるバルブハウジング５２の排気ガス流路内に回動自在に収容されている。バタフライバルブ５１の駆動シャフト５３は、バルブハウジング５２の外部に突設されている。駆動シャフト５３の端部には、その軸線に対して直交する方向に延びたアーム５４が取り付けられており、アーム５４とバタフライバルブ５１が一体で回動する。
【００５９】
アーム５４において、駆動シャフト５３との取付部分を挟んで一端側には連結ピン５５が設けられ、連結ピン５５にはリンク５６の一端側が回動自在に連結されている。リンク５６の他端側は、サーボピストン１６側の封止部材３５に設けられた連結ピン５７に回動自在に連結されている。また、アーム５４の他端側にはスプリング５８の一端が取り付けられ、サーボピストン１６を油圧室２０側に戻す方向、すなわちバタフライバルブ５１を閉じる方向に付勢している。スプリング５８の他端は、配管やエンジン本体など、任意の固定部材に取り付けられる。
【００６０】
サーボピストン１６では、封止部材３５側が外部に露出しており、封止部材３５はＯリング１０２を介してサーボピストン１６に螺合され、センターホール１７を封止している。また、ハウジング１４の同じ側の端部は、オイルシール１０３を介して閉塞部材５９で閉塞されている。ハウジング１４にはパイロットポート６０、およびシリンダ室１５と連通したドレインポート４０が設けられている。パイロットポート６０には、ハウジング１４から離れた位置に設けられた比例制御弁からのパイロット配管が接続される。ドレインポート４０は、サーボピストン１６に設けられた別のリターンポート６１を介してセンターホール１７と連通し、センターホール１７から戻る圧油をタンクに戻す。このようなハウジング１４も、エンジン本体等の適宜な固定部材にブラケット等を介して取り付けられる。
【００６１】
本実施形態によれば、サーボピストン１６の動きは、リンク５６およびアーム５４で構成されたリンク機構を介してバタフライバルブ５１に伝達され、その開閉を行う。この際、バタフライバルブ５１を開ける側へのサーボピストン１６の移動は、ポンプポート４２からプレッシャポート２９に導入されるポンプ圧によって行われ、閉じる側への移動は主に、スプリング５８の付勢力によって行われる。
【００６２】
〔第４実施形態〕
図６に示す第４実施形態では、サーボピストン１６として、大径部４８および小径部４９を備えたものが用いられている。従って、サーボピストン１６の戻り側への移動は、大径部４８および小径部４９での受圧面積の差で行われるようになり、本実施形態では前記第３実施形態のようなスプリングは用いられていない。他の構成は前記第３実施形態と略同じであり、例えばバルブ体としては、バタフライバルブ５１が用いられている。
【００６３】
〔第５実施形態〕
図７には、本発明の第５実施形態が示されている。本実施形態では、サーボ駆動の４ポート式サーボバルブを用いてＥＧＲバルブ装置１が構成されていることが特徴である。このＥＧＲバルブ装置１では、サーボピストン１６およびパイロットスプール１８の形状が４ポート式に対応した形状とされているとともに、シリンダ室１５内には、サーボピストン１６の両側にそれぞれ第１油圧室６２（図７では、最も縮小された状態が示されている）および第２油圧室６３が形成されている。バルブ体としては、駆動シャフト５３を有するバタフライバルブ５１が用いられている。
【００６４】
４ポート式の場合でも、サーボピストン１６には、センターホール１７とハウジング１４のドレインポート４０とを連通させて、センターホール１７内の圧油をタンクに戻すリターンポート６１が設けられている。このリターンポート６１の外側は、シリンダ室１５側の浅溝６５を介してドレインポート４０と連通している。サーボピストン１６のストローク内ではやはり、リターンポート６１とドレインポート４０とが常時連通する。
【００６５】
サーボピストン１６には加えて、図７中に点線で示すように、センターホール１７と図中右側の第１油圧室６２とを連通させる第１ピストンポート６６、およびセンターホール１７と左側の第２油圧室６３とを連通させる第２ピストンポート６７が設けられている。この際、第１ピストンポート６６のセンターホール１７側の開口部分は、プレッシャポート２９よりも左側に位置し、第２ピストンポート６７のセンターホール１７側の開口部分は、プレッシャポート２９よりも右側に位置している。第１、第２ピストンポート６６，６７はそれぞれ、プレッシャポート２９およびリターンポート６１に対して連通しない位置にずれて設けられている。
【００６６】
サーボピストン１６の端部は、封止部材３５を介してハウジング１４のシリンダ室１５を塞ぐ閉塞部材５９に当接し、当接した位置がサーボピストン１６の最大ストローク位置となる。ここで、閉塞部材５９は、Ｏリング１０４を介してハウジング１４に取り付けられている。第２油圧室６３内において、閉塞部材５９と封止部材３５との間にはスプリング６８が配置され、サーボピストン１６の戻り側への移動をアシストしている。昇圧ポンプの故障等により、油圧サーボ駆動装置４につながる配管内の圧油がなくなった時でも、スプリング６８の付勢力によってバタフライバルブ５１が閉じ側（好ましくは全閉）で維持されるようになっている。
【００６７】
パイロットスプール１８はやはり、略中央部分に第１、第２スプールランド３３，３４を備えている。パイロットスプール１８の内部には、一端が開口したリターン流路３６が設けられており、第１スプールランド３３の外側の溝部分とリターン流路３６とが連通し、第２スプールランド３４の外側の溝部分とリターン流路３６とが同様に連通している。さらに、リターン流路３６の一端が開口していることで、このリターン流路３６、リターンポート６１、ドレインポート４０が連通している。
【００６８】
このような油圧サーボ駆動装置４においても、パイロットスプール１８がサーボピストン１６に対して移動すると、それに追従してサーボピストン１６も移動する。この際、パイロットスプール１８は、サーボピストン１６内を軸方向に摺動するだけであるから、バタフライバルブ５１側からの反力は、パイロットスプール１８には一切作用しない。
【００６９】
油圧サーボ駆動装置４の動きについて具体的に説明する。図７では、パイロット油圧室２１には圧油が供給されておらず、パイロットスプール１８およびサーボピストン１６の両方が共に最も戻り側にある。従って、この状態においては、サーボピストン１６の端部は仕切部材１９に当接している。また、この位置では、パイロットスプール１８の第１スプールランド３３が、サーボピストン１６の第１ピストンポート６６よりも右側にずれている。このため、第１油圧室６２は、リターン流路３６を通してリターンポート６１に連通し、第１油圧室６２内の圧油が全てドレインされている。
【００７０】
一方、第２スプールランド３４も第２ピストンポート６７に対して右側にずれており、プレッシャポート２９と第２ピストンポート６７とが連通している。このため、プレッシャポート２９および第２ピストンポート６７を通して第２油圧室６３に圧油が供給されている。
【００７１】
この状態から、パイロット油圧室２１内に圧油供給して所定のパイロット圧まで上げると、パイロット圧とスプリング２４とがつり合う位置までパイロットスプール１８が移動する。この時、第１スプールランド３３は第１ピストンポート６６の左側にずれるため、第１ピストンポート６６とプレッシャポート２９とが連通し、第１油圧室６２に圧油が供給される。
【００７２】
これと同時に、第２スプールランド３４も第２ピストンポート６７の左側にずれるため、第２ピストンポート６７とリターン流路３６が連通し、第２油圧室６３内にあった圧油がドレインされ、よってサーボピストン１６がパイロットスプール１８に追従して移動する。このサーボピストン１６の移動は、第１、第２スプールランド３３，３４によって第１、第２ピストンポート６６，６７が閉じられた時点で終了し、サーボピストン１６はパイロットスプール１８の停止位置に応じた位置で同様に停止する。サーボピストン１６がパイロットスプール１８を追い越して移動することはない。
【００７３】
なお、パイロット油圧室２１に供給された圧油の一部は、仕切部材１９の筒部１９Ａと保持部材２２との間に形成されている僅かな隙間や、筒部１９Ａとパイロットスプール１８の右端側外周部分との間に形成されている僅かな隙間を通して、その左方に区画されている領域、すなわちサーボピストン１６のセンターホール１７内周と、パイロットスプール１８の外周と、筒部１９Ａの先端とで区画される領域に入り込む。
【００７４】
続いて、サーボピストン１６を戻す場合には、パイロット圧を抜けばよく、こうすることで再度、第１ピストンポート６６がリターン流路３６と連通し、第１油圧室６２内の圧油がドレインされ、サーボピストン１６が戻り側に移動する。この移動はやはり、第１、第２スプールランド３３，３４によって第１、第２ピストンポート６６，６７が閉じられた時点で終了し、サーボピストン１６はパイロットスプール１８の停止位置に応じた位置で同様に停止し、パイロットスプール１８を追い越して戻ることもない。
【００７５】
ただし、パイロット圧が全く立たない状態では、サーボピストン１６は最終的に、図７に示すように、仕切部材１９に当接する位置まで移動するため、第１、第２スプールランド３３，３４および第１、第２ピストンポート６６，６７の位置関係は、前述の通りとなる。
【００７６】
ところで、本実施形態において、油圧サーボ駆動装置４のハウジング１４は、バルブハウジング５２に固定されている。ハウジング１４には、サーボピストン１６の溝部６４の移動範囲に対応した位置に開口部６９が設けられており、バルブハウジング５２から突出した駆動シャフト５３が開口部６９に位置している。駆動シャフト５３の端部には、図８にも示すように、アーム５４が設けられている。
【００７７】
アーム５４には溝部６４側に突出した連結ピン７０が設けられ、この連結ピン７０にはスライダ７１が嵌め込まれ、スライダ７１が溝部６４に摺動自在に嵌合している。このような構成では、サーボピストン１６が移動すると、それに伴ってスライダ７１が移動するとともに溝部６４に沿って摺動する。このスライダ７１の動きと連結ピン７０の回動とにより、アーム５４の円弧動を許容しつつ、駆動シャフト５３を回動させることが可能であり、バタフライバルブ５１を開閉させることができる。
【００７８】
また、バルブハウジング５２のハウジング１４に当接される側面には、開口部６９に対応し、かつ駆動シャフト５３を囲むように環状の深溝とされた流入部７２が設けられている。流入部７２とサーボピストン１６のリターンポート６１とは、浅溝６５および開口部６９を介して連通している。従って、リターンポート６１から流出した圧油は一旦、浅溝６５を通って開口部６９や流入部７２内に滞留することになり、駆動シャフト５３周りの他、スライダ７１の溝部６４内での摺動部分や、連結ピン７０とスライダ７１との連結部分が冷却される。
【００７９】
この際、ハウジング１４とバルブハウジング５２との間には、流入部７２の周囲を覆うようにＯリング１０５が介装され、駆動シャフト５３とこの挿通孔７３の内周面との間にもＯリング１０６が介装され、圧油が外部に漏れだしたり、排気ガス中に漏れ出したりするのを防止している。
【００８０】
そして、本実施形態では、駆動シャフト５３周りをより効率よく冷却するために、各ハウジング１４，５２には、プレッシャポート２９に流入する圧油の一部を流入部７２内に引き込む引込流路７５，７６が設けられている。バルブハウジング５２側の引込流路７６内には絞り７７が設けられ、引き込まれた圧油が挿通孔７３を形成している部分に噴射するようになっている。駆動シャフト５３周りを冷却することで、Ｏリング１０６を耐熱温度以下に維持させることが可能であり、駆動シャフト５３の挿通部分でのシール性を良好に維持できる。図中の符号１０７は、各ハウジング１４，５２間において、引込流路７５，７６から圧油が漏れるのを防止するためのＯリングである。
【００８１】
このような噴射機構は、図示および説明を省略したが、前述した第１、第２実施形態でのＥＧＲバルブ装置１にも設けられており、圧油が油室１０に噴出することで、バルブステム８自身の摺動部分や、バルブステム８が挿通されたガイド部分を冷却するようになっている。
【００８２】
〔第６実施形態〕
図９には、本発明の第６実施形態として、ポペットバルブ３と４ポート式サーボバルブを用いた油圧サーボ駆動装置４との組み合わせが示されている。本実施形態では、バルブハウジング２が中間ハウジング７４に固定され、この中間ハウジング７４に油圧サーボ駆動装置４のハウジング１４が固定されている。サーボピストン１６の溝部６４にはアーム８０が固定され、アーム８０の先端に設けられた押圧部８１によりポペットバルブ３を押圧する。
【００８３】
また、押圧部８１の反対側には、ストロークセンサ２５の可動子２５Ａが螺合しており、ポペットバルブ３のリフト量をパイロットスプール１８を介してではなく、同一軸線上にあるストロークセンサ２５で直接的に検出できるようになっている。なお、アーム８０の先端にバルブステム８を嵌合保持させてもよく、このような場合には、アーム８０の先端に連れられてポペットバルブ３が移動するため、バルブスプリング１２を省略できる。
【００８４】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００８５】
例えば、前記第６実施形態では、ポペットバルブ３のリフト量をストロークセンサ２５で直接検出できる構成であったが、バルブ体としてバタフライバルブを用いた場合には、その駆動シャフトを角度センサ等にて直接検出してもよい。
【００８６】
また、前記各実施形態では、ストロークセンサ２５でポペットバルブ３のリフト量を検出できる構成としていたが、本発明のＥＧＲバルブ装置はストロークセンサが無くてもよい。このような構成であっても、コントローラの制御信号によりポペットバルブ３のリフト量を調整でき、バルブ体の開度を小さく維持した状態での排気ガスの流量を制御できる。
【００８７】
前記各実施形態のＥＧＲバルブ装置１を、ＥＧＲ配管の出口側に設けることで、排気ガスの一部を給気管側に戻す場合の流量制御を行う装置として説明したが、本発明のＥＧＲバルブ装置としては、ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路を設けるときなど、排気ガスを当該バイパス通路を通す場合と、ＥＧＲクーラ側を通す場合とで切り換えるために用いられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明のＥＧＲバルブ装置は、バルブ体の開度を小さく維持した状態での排気ガスの流量を緻密に制御するのに利用できる。
【符号の説明】
【００８９】
１…ＥＧＲバルブ装置、２…バルブハウジング、３…バルブ体であるポペットバルブ、４…油圧サーボ駆動装置、１４…ハウジング、１６…サーボピストン、１７…センターホール、１８…パイロットスプール、２０…油圧室、２９…プレッシャポート、３１…ピストンポート、３３…切換手段である第１スプールランド、３４…切換手段である第２スプールランド、３８，６１…リターンポート、４８…大径部、４９…小径部、５１…バルブ体であるバタフライバルブ、５３…駆動シャフト、６２…第１油圧室、６３…第２油圧室、６６…第１ピストンポート、６７…第２ピストンポート、７２…流入部。
【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】
内部を排気ガスが通過するバルブハウジングと、
前記バルブハウジング内に収容されたバルブ体と、
前記バルブ体を開閉駆動させる油圧サーボ駆動装置とを備えている
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、
前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側にのみ、圧油が流入する油圧室が設けられており、
前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記油圧室を連通させるピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが設けられ、
前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、
前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動される
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記サーボピストンは、前記プレッシャポート内の油圧が作用する大径部と小径部とを備え、かつ前記大径部と小径部との受圧面積の差により前記一端側に移動する
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記油圧サーボ駆動装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に摺動自在に収容されるサーボピストンと、前記サーボピストンのセンターホール内に収容されてパイロット圧によって摺動するパイロットスプールとを備え、
前記ハウジング内での前記サーボピストンの一端側および他端側には、圧油が流入する第１油圧室および第２油圧室がそれぞれ設けられており、
前記サーボピストンには、外部からの圧油を前記センターホール内に流入させるプレッシャポートと、前記センターホールおよび前記第１油圧室を連通させる第１ピストンポートと、前記センターホールおよび前記第２油圧室を連通させる第２ピストンポートと、前記油圧室の圧油を外部に流出させるリターンポートとが個別に設けられ、
前記パイロットスプールには、前記各ポートの連通形態を切り換える切換手段が設けられ、
前記バルブ体は、前記サーボピストンの移動に連動して開閉駆動される
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記パイロットスプールを前記パイロット圧に抗して摺動させる方向に付勢するスプリングが、当該パイロットスプールと前記ハウジングとの間に配置されている
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記バルブ体は、ポペットバルブまたはバタフライバルブである
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記バルブ体はバタフライバルブとされ、
前記バルブハウジングには、冷却媒体が流入する流入部が設けられている
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＥＧＲバルブ装置において、
前記冷却媒体は、前記油圧サーボ駆動装置で用いられる油である
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のＥＧＲバルブ装置において、１５％以上のＥＧＲ率で使用される
ことを特徴とするＥＧＲバルブ装置。
【国際調査報告】
2008081803.tif 000012
2008081803.tif 000013
2008081803.tif 000014
2008081803.tif 000015