(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路から吸気経路へ排気ガスを還流させる排気還流経路に介設されるバルブハウジングと、前記バルブハウジング内のダイアフラム室を第１圧力室及び第２圧力室に仕切るダイアフラムと、前記ダイアフラムに付勢されて前記排気ガスの還流量を制御する弁体と、前記弁体を弁閉方向へ付勢する弾性付勢手段と、高排気圧時に前記弁体に作用する排気圧による開弁圧力を凌駕して前記弁体を弁閉位置に保持する高排気圧時閉弁手段とを備える排気ガス還流装置において、
前記高排気圧時閉弁手段は、前記ダイアフラム室に配設されて前記第１圧力室から第３圧力室を仕切るとともに高排気圧時に前記第３圧力室に過給圧が加えられた前記吸気経路から導入される過給圧力または前記排気経路から導入される排気圧力により付勢されて前記弁体を弁閉位置に保持する弁閉ダイアフラムを備えることを特徴とする排気ガス還流装置。
【請求項２】
前記弁閉ダイアフラムは前記弾性付勢手段をなすコイルスプリングを通じて前記ダイアフラムを付勢する請求項１記載の排気ガス還流装置。
【請求項３】
内燃機関の排気経路から吸気経路へ排気ガスを還流させる排気還流経路に介設されるバルブハウジングと、前記バルブハウジング内のダイアフラム室を第１圧力室及び第２圧力室に仕切るダイアフラムと、前記ダイアフラムに付勢されて前記排気ガスの還流量を制御する弁体と、前記弁体を弁閉方向へ付勢する弾性付勢手段と、高排気圧時に前記弁体に作用する排気圧による開弁圧力を凌駕して前記弁体を弁閉位置に保持する高排気圧時閉弁手段とを備える排気ガス還流装置において、
前記高排気圧時閉弁手段は、前記ダイアフラムに装着された第１の磁性部材と、前記磁性部材に近接する位置にて前記バルブハウジングに固定されるとともに高排気圧時に通電されて前記弁体を弁閉位置に保持する電磁石または前記第１の磁性部材と磁気的に吸引し合う第２の磁性部材とを備えることを特徴とする排気ガス還流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御圧力により作動する排気ガス還流弁を用いて排気ガスをエンジンの排気側から吸入側への排気ガス還流量を制御する排気ガス還流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主にＮＯｘの発生量を抑えるために排気ガスの一部を吸気経路側に還流して燃焼温度を抑えるようにした排気ガス還流装置では、通常、排気ガス還流量制御用の制御弁が還流経路中に介設される。
この排気ガス還流弁は過給時や排気ブレーキ作動時などの高排気圧時に出力向上や還流量の過大化防止などの理由により閉弁されるが、高排気圧により弁体が開弁方向へ付勢されて弁座から浮き上がり、排気ガスの還流を生じてしまうという問題があり、この問題の解決のために下記の２つの技術が提案されている。
【０００３】
実開平５−１８４５号公報は、内燃機関の排気経路から吸気経路へ排気ガスを還流させる排気還流経路に介設された電磁制御弁の弁体リフト量により排気ガス還流量を制御する排気ガス還流弁において、弁軸にダイアフラムを結合し、このダイアフラムの一面側の負圧室に制御用の負圧（制御負圧）を、他面側の大気圧室に大気圧を作用させ、またこれらの差圧を補償するべくダイアフラムを弁閉方向にスプリングで付勢し、更にこのダイアフラムの他面に逆止弁又は電磁弁を通じて排気圧を作用させることにより、過給時などの排気圧増大時にダイアフラムを通じて弁体を弁閉方向に付勢して弁体がこの高排気圧により浮き上がるのを防止し、排気ガスの不所望な還流を阻止することを提案している。
【０００４】
特開平５−３２１７６９号公報は、排気ガス還流弁の弁体に作用する排気圧が弁体を弁閉方向へ付勢するように構成することにより、高排気圧時における上記弁体浮き上がりを阻止する排気ガス還流弁を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の公報による弁体浮き上がり阻止方式では、負圧室に排気圧を導入して高排気圧時の弁体浮き上がりを防止するので、負圧室は大気圧室に対してＥＧＲオン（開弁）時に負圧となり、ＥＧＲオフ（高排気圧）時に正圧となるので、ダイアフラムの湾曲周縁部がこの圧力反転の度に反転してその耐久性が著しく劣化してしまうという問題が生じた。
【０００６】
一方、後者の公報による弁体浮き上がり阻止方式では、ＥＧＲオン（開弁）時に弁孔を貫通する弁軸により、弁孔の有効断面積が減少して流体抵抗が増大するために排気ガス還流量が減少するという問題があり、更に、弁体と弁座との間の隙間を通じて排気ガスが求心方向すなわち弁軸に向けて偏向されるため弁軸に排気ガス中の固形物が堆積しやすく、流体抵抗の増大による排気ガス還流量の低下が促進されるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ダイアフラムの耐久性低下及び堆積物による排気ガス還流量の減少を抑止しつつ、高排気圧時の弁体浮き上がりを阻止することができる排気ガス還流装置を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の装置によれば、排気ガス還流弁の弁体を付勢する弁閉ダイアフラムを設け、この弁閉ダイアフラムの一面に対して高排気圧時に排気圧などの高圧を作用させて、弁体の浮き上がりを防止する。このようにすれば、ダイアフラムの耐久性低下や排気ガス還流量の減少を招くことなく高排気圧時の弁体浮き上がりを阻止することができる。また、ＥＧＲ量制御用のダイアフラムや弁閉ダイアフラムに掛かる差圧が反転することがなく、これらダイアフラムの湾曲周縁部が反転することがない。
【０００９】
請求項２記載の装置によれば、弁閉ダイアフラムを弾性付勢手段を通じてダイアフラムに弾性結合するので、構造が簡素となる。
請求項３記載の装置によれば、排気ガス還流弁の弁体を付勢するダイアフラムに例えば磁石や軟磁性体のような第１の磁性部材を設け、この第１の磁性部材に近接して電磁石を配設し、高排気圧時にこの電磁石へ通電して第１の磁性部材を弁閉方向へ電磁付勢（吸引又は反発）して弁体の浮き上がりを防止する。このようにすれば、ダイアフラムの耐久性低下や排気ガス還流量の減少を招くことなく高排気圧時の弁体浮き上がりを阻止することができる。また、ＥＧＲ量制御用のダイアフラムに掛かる差圧が反転することがなく、これらダイアフラムの湾曲周縁部が反転することがない。
【００１０】
又は、第１の磁性部材に近接して第１の磁性部材と磁気的に吸引し合う第２の磁性部材を配設する。このようにすれば、弁閉状態において、両磁性部材間の磁気吸引力は大きくなり、高排気圧時の弁体浮き上がりを抑止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
実施例１の排気ガス還流装置を図１及び図２を参照して説明する。
この排気ガス還流装置は、内燃機関１００の排気経路１０１から吸気経路１０２へ排気ガスを還流させる排気還流経路１０３に介設される排気ガス還流弁２００を有している。
【００１３】
排気ガス還流弁２００は、ダイアフラム室をもつケーシング２０１と、ケーシング２０１の下部に固定されて内部に弁室を有するハウジング１とを有する。ケーシング２０１は、下部から上部へ順に第１ケース８、第２ケース９、カバー１４からなる。ケーシング２０１とハウジング１とは本発明でいうバルブハウジングを構成している。
【００１４】
上記弁室に面してハウジング１に嵌入された弁座６には図１に示す弁閉時に弁体５が接しており、弁体５はシャフト（弁軸）４の下端部に固定されている。シャフト（弁軸）４は軸心に沿って上方へ延設されており、シャフト４の上端部は上記ダイアフラム室内にて第１ダイアフラム（ダイアフラム）７の中央部に固定されている。３はシャフト４を摺動自在に保持する軸受、１８は軸受３を固定するための軸受ホルダであり、軸受ホルダ１８はハウジング１と第１ケース８との間に挟設されている。
【００１５】
第１ダイアフラム７の周縁部は第１、第２ケース８、９をかしめる際にそれらに固定されており、第１ダイアフラム７の下側に大気圧室１０を、その上側に負圧室１１を区画形成している。同様に、第２ケース９とカバー１４とをかしめる際に第２ダイアフラム（弁閉ダイアフラム）１５の周縁部がそれらに固定され、第２ダイアフラム１５の下側に負圧室１１を、その上側に加圧室１３を区画形成している。第１ダイアフラム７の両面にはプレート７１、７２が個別に固定され、第２ダイアフラム１５の両面にはスプリングホルダ７３及びプレート７４が固定されている。
【００１６】
第１ダイアフラム７及び第２ダイアフラム１５はスプリング（弾性付勢手段）１２を介して弾性結合しており、プレート７４の一端は図１ではスプリング１２に付勢されてカバー１４に当接している。すなわち、プレート７４は第２ダイアフラム１５の弁開方向（上方）への許容レベル以上の変位を規制するストッパとしての機能を有している。１９、２０は摺動部分を排気ガス中の固形物などから保護するための筒体である。
【００１７】
排気ガス還流弁２００の大気圧室１０には大気圧が導入されており、負圧室１１には配管１０４及び電磁制御二方弁３０１を通じて真空ポンプＶ／Ｐから負圧が導入されるとともに、オリフィス３０３を通じて大気圧が導入されている。加圧室１３には配管１０５及び電磁制御二方弁３０２を通じて吸気圧（過給圧）が導入されるとともに、オリフィス３０４を通じて大気圧が導入されている。スプリング１２は両ダイアフラム７、１５を弾性結合するとともに、負圧室１１の負圧が大気圧又はそれに近い場合に、弁体５を弁座６に押し付けて閉弁する。なお、オリフィス３０３、３０４は第２ケース９又はカバー１４に開口した小孔とすることができる他、負圧室１１や加圧室１３と電磁制御二方弁３０１、３０２とを接続する配管に開口して形成してもよい。３００は電磁制御二方弁３０１、３０２を制御するコントローラである。
【００１８】
この排気ガス還流装置の動作を以下に説明する。
まず、排気圧が高くなく、排気ガス還流を行う場合（ＥＧＲオン時）について説明する。この場合には電磁制御二方弁３０２を閉鎖して加圧室１３を大気圧とした状態で電磁制御二方弁３０１の開度を制御して負圧室１１の制御負圧を所望値に設定する。これにより、第２ダイアフラム１５より有効受圧面積が広い第１ダイアフラム７にかかる差圧に付勢されて弁体５が弁開方向にリフトアップされ、所望の流量の排気ガスが排気経路１０１から吸気経路１０２に還流される。
【００１９】
次に排気圧が増大した場合（例えばターボチャージャーの作動により吸気経路１０２に過給圧が加えられる場合、ＥＧＲオフ時）について説明する。
コントローラ３００は、エンジン制御装置（ＥＣＵ、図示せず）からの入力信号により吸気圧（過給圧）が所定レベルを超えることを検出すると、電磁制御二方弁３０１を閉じて負圧室１１を大気圧として第１ダイアフラム７に作用する差圧を０とし、更に電磁制御二方弁３０２を開いて加圧室１３に過給圧を加えて、第２ダイアフラム１５を下方に付勢し、弁体５の浮き上がりを確実に阻止する。
【００２０】
なお、この実施例の変形態様として加圧室１３に電磁制御二方弁３０２及びエアフィルタを通じて高排気圧時に排気圧を導入して第２ダイアフラム１５を弁閉方向へ付勢して同様の機能を実現することもできる。
以下、この実施例の効果を説明する。
まず、負圧室１１に隣接して加圧室１３及び第２ダイアフラム１５を増設したので、従来のように負圧室１１に正圧を導入する必要がなく第１ダイアフラム７の反転を回避しつつ、弁体５の浮き上がりを阻止することができる。
【００２１】
第２ダイヤフラム１５の上側のプレート７４を上方に折り曲げて第２ダイアフラム１５を作動させない場合にスプリング１２を支承するストッパとして働かせるので、部品数を削減できるとともに第２ダイアフラム１５が弁開方向へ湾曲し過ぎるのを防止することができる。
（実施例２）
図３に示すこの実施例は、実施例１（図２参照）において、電磁制御二方弁３０２から出た配管１０５をエアフィルタ３０５を通じて排気経路１０１に連通させて、過給圧の代わりに排気圧を用いて第２ダイアフラム１５を作動させるようにしたものであって、その動作自体は実施例１と同じである。ただし、排気圧がそれほど高くない場合（ＥＧＲオン時）には第１ダイアフラム７による付勢力が第２ダイアフラム１５によるそれより優勢であるので、第２ダイアフラム１５は最上位置に維持される。また、弁閉時には電磁制御二方弁３０１は閉じられ、有効受圧面積が大きな第１ダイアフラム７にかかる差圧により弁体５に開弁方向の付勢力が働くのを防止する点で、実施例１の場合と同じである。
【００２２】
なお、この実施例では、実施例１とは異なって加圧室１３にオリフィス３０４を通じて大気圧を導入する必要がないが、エアフィルタ３０５の汚損増大を許容するならそれも可能である。
（実施例３）
他の実施例を図４を参照して説明する。ただし、実施例１（図１参照）の構成要素と共通機能を有する構成要素には理解を簡単とするために同一符号を付す。
【００２３】
この実施例に用いた排気ガス還流弁４００は、実施例１の排気ガス還流弁２００（図１参照）から、第２ダイアフラム１５、第２ケース９を省略し、第１ダイアフラム７をカバー１４とケース８とをかしめる際に固定する点が異なっている。
また、第１ダイアフラム７の下面に固定したプレート７１を軟鉄製とするとともに、ケース８に固定した台８１上にリング状の電磁石５００を固定した点が異なっている。この電磁石５００は、上面にリング状のスロットを有するヨーク５０１と、このスロットに収容されたコイル５０３とからなり、ヨーク５０１の上端面（磁極面）はプレート７１に近接して対向している。
【００２４】
以下、この装置の動作を説明する。
まず、排気圧が高くなく、排気ガス還流を行う場合（ＥＧＲオン時）について説明する。この場合には電磁制御二方弁３０１の開度を制御して負圧室１１の制御負圧を所望値に設定する。これにより、実施例１の場合と同様に排気ガス還流量を制御することができる。
【００２５】
排気圧が増大した場合（例えばターボチャージャーの作動により吸気経路１０２に過給圧が加えられる場合）には、コントローラ３００は、そのエンジン制御装置（ＥＣＵ、図示せず）からの入力信号により吸気圧又は排気圧が所定レベルを超えることを検出すると、電磁制御二方弁３０１を閉じて負圧室１１を大気圧とし、更に電磁石５００に通電してプレート７１を下方へ吸引し、これによりダイアフラム７を強力に下方に付勢し、弁体５の浮き上がりを確実に阻止する。
【００２６】
図５に電磁石の変形態様を説明する。
この実施例の電磁石５００は、周縁部がケース８とカバー１４とをかしめる際に一緒にかしめられる軟鉄薄板からなる円板５０１からなり、この円板５０１の径方向中央部分には上方向へ開口するリング状のスロット５０２がプレス成形により形成され、このスロット５０２にコイル５０３が収容されている。円板５０１はプレート７１に近接して対面しており、コイル５０３に通電すると両者が吸引しあって弁体５の浮き上がりが阻止される。
【００２７】
このような構成とすれば、簡素な構成にて電磁石５００を実現することができる。なお、スロット５０２は一重ではなく多重に構成することができまたは各種形状に形成できることは当然である。また、通電電流量の制御により弁開度の制御も行うことができる。
また、この実施例の弁構造は、ダイアフラムによる弁開度調節とともに通電電流量のデューティ制御などによる弁開度調節を行うことができる小型の複合弁として各種用途に応用できるものである。
【００２８】
特に、本実施例の弁構造によれば、排気圧が高い場合に排気ガス還流弁を確実に閉鎖することにより、例えば排気ブレーキ作動時において排気ガス還流を阻止して排気ブレーキの効果を減殺することがなく、高過給時に不所望な排気ガス還流が生じて出力低下を生じることがなく、弁軸が弁孔を貫通することがないので弁孔周辺にカーボンなどの固形物が堆積することがないなどの優れた効果を奏することができる。
【００２９】
なお、上記各実施例におけるＥＧＲオフ条件はコントローラ３００に予め設定された設定値とコントローラ３００への入力値との比較結果により判定されるが、この判定動作自体は本発明の要旨ではないので、詳述しない。
（実施例４）
他の実施例を図６を参照して説明する。ただし、実施例３（図４参照）の構成要素と共通機能を有する構成要素には理解を簡単とするために同一符号を付す。
【００３０】
この実施例に用いた排気ガス還流弁６００は、実施例３の排気ガス還流弁４００（図４参照）から、台８１及び電磁石５００を省略し、ケース８の底面に輪状の永久磁石（第２の磁性部材）６０１を固定し、この永久磁石６０１の直上に近接して押え板７１に輪状の磁性部材（第１の磁性部材）６０２を固定したものである。なお、永久磁石６０１の頂面は磁極面となっている。永久磁石６０１及び磁性部材６０２は本発明でいう高排気圧時閉弁手段を構成している。
【００３１】
以下、この装置の動作を説明する。
永久磁石６０１と磁性部材６０２との間のギャップは弁開時に大きく、弁閉時に最小となる。よく知られているように磁気回路におけるギャップ長と両者間の磁気吸引力にはギャップ長の縮小につれて磁気吸引力が急激に増大する傾向がある。
【００３２】
したがって、本実施例の排気ガス還流弁６００では、弁閉時における磁気吸引力の作用により弁体５に作用する排気圧が多少増大しても弁体５の浮き上がりが阻止され、排気ガスの還流を阻止できる。
なお、本実施例において、輪状の磁性部材（第１の磁性部材）６０２を省略して軟鉄板からなる押さえ板７１を永久磁石６０１に近接配置すれば、押さえ板７１を第１の磁性部材として機能させることができる。また、磁性部材６０２又は押さえ板７１を永久磁石とし、永久磁石６０１を軟磁性材料で製造してもよい。更に、磁性部材６０２と永久磁石６０１の両方を永久磁石とすることもできる。ただし、この場合、両者は互いに吸引するように磁化されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１、２の排気ガス還流装置に用いる排気ガス還流弁２００の断面図である。
【図２】図１の排気ガス還流弁２００を用いた実施例１の排気ガス還流装置のブロック図である。
【図３】図１の排気ガス還流弁２００を用いた実施例２の排気ガス還流装置のブロック図である。
【図４】実施例３の排気ガス還流装置に用いる排気ガス還流弁４００の断面図である。
【図５】実施例３の排気ガス還流弁４００の電磁石の変形態様を示す断面図である。
【図６】実施例３の排気ガス還流装置に用いる排気ガス還流弁６００の断面図である。
【符号の説明】
１０１は排気経路、１０２は吸気経路、１０３は排気還流経路、１はバルブハウジング、１１は負圧室（第１圧力室）、１０は大気圧室（第２圧力室）、７は第１ダイアフラム（ダイアフラム）、５は弁体、１２はスプリング（弾性付勢手段）、１５は第２ダイアフラム（弁閉ダイアフラム、高排気圧時閉弁手段）、１３は加圧室（第３圧力室）、７１はホルダ（磁性部材）、５００は電磁石、３００はコントローラ（通電制御回路）。
【図１】
0003584590.tif 000002
【図２】
0003584590.tif 000003
【図３】
0003584590.tif 000004
【図４】
0003584590.tif 000005
【図５】
0003584590.tif 000006
【図６】
0003584590.tif 000007