(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガス通路を有するハウジングと、該ハウジングのガス通路内に配設されたバタフライ弁と、該バタフライ弁の弁軸にそのロータを直結して配設されたロータリソレノイドと、を備え、該ロータリソレノイドにより該バタフライ弁を開閉駆動する排気ガス還流制御装置であって、
該弁軸に近い該バタフライ弁と内壁の隙間が広く形成され、
該バタフライ弁には、全閉時に該弁体が着座する弁座部が該ガス通路の内壁に突設され、
該弁座部に当接する閉弁位置から通路の流通方向に沿った開弁位置まで該バタフライ弁が回動可能とされ、
該バタフライ弁の弁体の熱膨張率が前記ハウジングの熱膨張率より大きく設定され
該ロータリソレノイドの非通電時、該バタフライ弁の弁体が全閉位置から所定の開度だけ開弁して停止することを特徴とする排気ガス還流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを吸気系に還流させる排気ガス還流制御装置に関し、特にロータリソレノイドにより駆動されるバタフライ弁を使用した排気ガス還流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排気ガス還流制御装置として、排気ガスの還流通路にリフト式のポペット弁を配設し、リニア型のアクチュエータ（モータ）により、ポペット弁をその軸方向に移動させ、バルブの開度を変えて排気ガスの再循環量を制御する装置が、知られている（例えば、特開平１−２０３６４６号公報等参照）。この排気ガス還流制御装置は、弁ハウジングに形成した弁室内に、弁軸の先端に弁体を取り付けたリフト式のポペット弁を配設し、弁ハウジング上にリニア型のモータを取り付け、このモータによりポペット弁を軸方向に直線移動させ、バルブの開度を変える構造である。
【０００３】
つまり、このリニア型のモータは、ステータの内側に回転可能に支持されたロータ内に軸孔が形成され、その軸孔の内周部に雌ねじが設けられると共に、出力軸の外周におねじが設けられ、そのおねじを軸孔の雌ねじに螺合するように、ロータ内に出力軸を回転を阻止して挿入・螺合させ、ロータの回転時、その回転運動をねじの螺合により出力軸の直線運動に変換し、弁軸つまり弁体を軸方向に動かして、ポペット弁の開度を変えるように動作する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の従来の排気ガス還流制御装置は、リニア型のモータにより、そのロータを回転させ、ロータ内に螺合する出力軸を、ねじ機構を介して軸方向に移動させ、これによりリフト式のポペット弁を直線的に動かしてバルブの開度を制御することから、比較的精度の高い再循環ガス量の制御を行なうことができるものの、ロータの回転運動をねじ機構を介して出力軸の直線運動に変換してバルブの開度を変えるために、バルブの開閉速度が比較的遅く、バルブを全閉と全開の間で駆動する場合、応答速度が遅くなって、高速でバルブの全閉・全開制御を行ないにくいという問題があった。
【０００５】
一方、従来、実開昭５９−１８４３５６号公報等において、バタフライ弁を用いた排気ガス還流制御装置も、提案されている。このバタフライ弁式の排気ガス還流制御装置は、ガス通路内にバタフライ弁を配設し、外側に設置したステップモータによりバタフライ弁を回動してその開度を制御する構造である。
【０００６】
しかし、この種のバタフライ弁は、通常、円盤状に形成され、円筒形のガス通路内に、その通路の横断方向に設けられた弁軸により、回動可能に軸支される構造のため、弁軸に近い部分の弁体の縁部とガス通路の内壁との隙間が、弁の開度が比較的小さい状態において、非常に狭くなる。このために、弁体と通路内壁との間に、デポジット（排気ガス中に含まれる不完全燃焼物等の堆積物）が堆積し易く、そのデポジットを弁体が閉鎖時にかみ込むと、バタフライ弁が全閉位置で固着した状態となり、動作不良を生じる恐れがあった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、応答速度が速く、デポジットによる弁体の固着を防止することができる排気ガス還流制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の排気ガス還流制御装置は、内部にガス通路を有するハウジングと、ハウジングのガス通路内に配設されたバタフライ弁と、バタフライ弁の弁軸にそのロータを直結して配設されたロータリソレノイドと、を備え、ロータリソレノイドによりバタフライ弁を開閉駆動する排気ガス還流制御装置であって、弁軸に近いバタフライ弁と内壁の隙間が広く形成され、バタフライ弁には、全閉時に弁体が着座する弁座部がガス通路の内壁に突設され、弁座部に当接する閉弁位置から通路の流通方向に沿った開弁位置までバタフライ弁が回動可能とされ、バタフライ弁の弁体の熱膨張率がハウジングの熱膨張率より大きく設定され、ロータリソレノイドの非通電時、バタフライ弁の弁体が全閉位置から所定の開度だけ開弁して停止することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
このような構成の排気ガス還流制御装置では、内燃機関の停止中、ロータリソレノイドは非通電状態であり、バタフライ弁の弁体は、全閉位置から所定の開度だけ開弁して停止している。このため、ガス通路内のバタフライ弁の弁体の縁部等にデポジット（排気ガス中に含まれる不完全燃焼物等の堆積物）が堆積していたとしても、デポジットの固着に起因した弁体の噛み付きを防止することができる。  内燃機関を始動すると、ロータリソレノイドに通電が行なわれ、バタフライ弁の弁体がロータリソレノイドにより全閉位置まで、或は制御された開度状態まで駆動されるが、ロータリソレノイドのロータは、ねじ機構等を介さず、バタフライ弁の弁軸に直結されているから、応答性良くつまり極めて速い応答速度で、弁体を所定位置に回転させることができる。
【００１１】
バタフライ弁は、その構造上、バルブの上流側と下流側でガス圧力に大きな差圧がある場合であっても、その差圧が弁体の両側に相反方向に作用することにより相殺され、ロータリソレノイドの駆動力が比較的小さい場合であっても、確実に閉弁または開弁することができ、ロータリソレノイドの小型化が可能である。
【００１２】
一方、バタフライ弁には、全閉時にその弁体が着座する弁座部をガス通路の内壁に突出して設けた場合、弁体とガス通路の内壁間に生じる全閉時付近の隙間を比較的広く設定することができ、これによって、デポジットの付着による弁体の噛み付きをさらに防止することができる。
【００１３】
また、バタフライ弁の弁体の熱膨張率を、ハウジングの熱膨張率より大きく設定しているため、機関停止中の冷間時の弁体の収縮率をハウジングより大きくして、ガス通路の内壁との隙間が広くなるように作用し、それによっても、弁体のデポジットによる固着を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は排気ガス還流制御装置の平面図を示し、図２、図３は同装置の断面図を示している。図において１は装置のハウジングであり、アルミニウム合金のダイキャストにより一体形成され、内部にガス通路２が縦に貫通して設けられる。このガス通路２は図２、図３において上部が入口側、下部が出口側であり、ハウジング１の上下には内燃機関の排気ガス還流通路への接続用に、フランジ部１ａ，１ｂが形成され、ハウジング１内の上部に冷却水路３が形成され、冷却水路３には接続パイプ３ａが外部に突出して接続される。
【００１５】
図２、図３に示すように、ガス通路２内にバタフライ弁４が設けられる。バタフライ弁４は、ガス通路２内の横断方向に配設された弁軸５に円盤状の弁体６を固定して構成される。ガス通路２は横断面が円形に形成され、通路内径より小径に形成された円形の弁体６が、その中央部を弁軸５に固定ねじ６ａにより固定される。弁体６の熱膨張率はハウジング１の熱膨張率より大きくすることが望ましく、例えばハウジング１として線膨張率21.0×10-6/ ℃のＡＤＣ１２を使用した場合、バタフライ弁４の弁体６には、例えば線膨張率23.0×10-6/ ℃のＡ２０１７を使用することができる。
【００１６】
一方、ガス通路２内の内壁の閉弁位置には、図３、図６に示すように、閉弁時に弁体６の縁部が当接する弁座部２ａ，２ｂが半円弧状に突設され、弁座部２ａは入口側に、弁座部２ｂは出口側にずれて位置し、中央部を弁軸５で二分される弁体６の両側が、弁座部２ａ，２ｂに相反方向から当接可能である。
【００１７】
バタフライ弁は、一般に、ハウジング側の内壁に弁座部は設けられてなく、閉弁時、弁体の縁部が内壁に接触して閉鎖する構造のため、弁体が僅かに開いた状態のとき、弁体の弁軸に近い縁部の隙間が非常に狭く形成される。しかし、本発明のバタフライ弁４は弁軸５に近い縁部の隙間を比較的広く形成し、内壁に弁座部２ａ，２ｂを設けることにより、閉弁時の閉鎖性（密閉性）を良好にしている。このバタフライ弁４の弁体６は、図３に示すように、弁座部２ａ，２ｂに当接する閉弁位置から通路の流通方向に沿った開弁位置まで回動可能である。
【００１８】
図２に示すように、バタフライ弁４の弁軸５の両端は、ハウジング１内に進入し、その内部に配設された軸受７により回転自在に支持される。弁軸５の左端部には固定ナット８ａによってレバー８が固定される。このレバー８はバタフライ弁４の閉弁位置を設定するためのもので、図８に示すごとく、レバー８に対向してねじ式のストッパ９が調節可能に設けられ、閉弁位置でレバー８がストッパ９に当りバタフライ弁４が停止する。レバー８とストッパ９の部分は、図５のように、カバー２０で覆われる。
【００１９】
弁軸５の右端部には、ロータリソレノイド１０のロータ１１が固定ナット１３により固定され、バタフライ弁４はロータリソレノイド１０により直接駆動するつまり直接回転駆動方式を採用している。ロータリソレノイド１０のロータ１１の外周部には、例えば２個のマグネット１２がＳ極・Ｎ極を１８０°の対向位置に配置して取り付けられる。
【００２０】
ロータリソレノイド１０のステータ１４は、積層鋼板を積層してなるコア１５をロータ１１の周囲に配設すると共に、上方に励磁コイル１６の巻装部を設けて形成され、図４、図７に示すように、上部に励磁コイル１６がボビンを介して巻装される。ステータ１４のコア１５のロータ１１との対向位置には、図２に示すように、極歯１７ａ，１７ｂが上下に分かれて形成される。ステータ１４は、ロータ１１のマグネット１２の周囲に極歯１７ａ，１７ｂを配置するように、リテーナ２１（図２）を介してハウジング１の側部に、固定ねじ１８を用いて取り付けられる（図４）。
【００２１】
このロータリソレノイド１０は、ロータ１１にマグネット１２が使用され、その周囲にステータ１４の極歯１７ａ，１７ｂが配置されるため、非通電時には、ディテントトルクが生じると共に、ロータ１１がステータ１４に対し常に一定の角度位置で停止する構造であるが、非通電時のロータ１１の停止位置は、ロータ１１に直結されるバタフライ弁４が僅かに開いた状態（弁体６が全閉位置から２５°開いた状態）となるように設定される。
【００２２】
ロータリソレノイド１０の励磁コイル１６は、例えば２つに分割されて巻装され、閉弁時と開弁時には、例えば各コイルの通電方向と通電時間幅（デューティ比）を変えることにより、ロータ１１つまり弁軸５に対し閉弁方向と開弁方向の相反方向に回転トルクを生じさせ、弁軸５を所定の角度だけ回転駆動する。なお、デューティ比の制御ではなく、コイルへの電流量を制御して回転角度を制御することもできる。励磁コイル１６の端部はロータリソレノイド１０の上部に設けたコネクタ１９の端子に接続され、そのコネクタ１９を介して図示しない制御回路に接続される。
【００２３】
このようなロータリソレノイド１０は、マグネット１２を備えたロータ１１とステータ１４の極歯１７ａ，１７ｂの配置との関係から、非通電時のロータ１１の停止位置が、常に一定の角度位置となるから、戻りばねを必要とせず、また、角度検出用センサも不要として、構造を簡単化することができる。
【００２４】
上記構成の排気ガス還流制御装置は、図示しない内燃機関の排気管と吸気管の間に接続された排気ガス還流管に、ハウジング１のフランジ部１ａ，１ｂを介して装着される。内燃機関が停止中で、エンジンキーがオフの状態では、ロータリソレノイド１０は非通電状態であるから、そのロータ１１のマグネット１２とステータ１４の極歯１７ａ，１７ｂとの関係から、ロータ１１つまりバタフライ弁４の弁体６は、その閉弁位置より僅かに開いた位置（開度２５°）で停止している。
【００２５】
従って、バタフライ弁４の弁体６の縁部や弁座部２ａ，２ｂ上にデポジット（排気ガス中に含まれる不完全燃焼物等の堆積物）が堆積している場合であっても、弁体６がそのデポジットにより固着することは防止できる。また、ハウジング１の内壁の閉弁位置に弁座部２ａ，２ｂを設け、全閉付近の弁体６の縁部と内壁との隙間（弁軸５に近い部分）を比較的広く設定しているから、その部分に堆積したデポジットによる弁体６の固着を防止できる。
【００２６】
さらに、弁体６の熱膨張率がハウジング１のそれより大きく設定されているから、機関停止中の冷間状態における弁体６の収縮率はハウジングより大きく、ガス通路２の内壁との隙間を広くするように作用するから、それによっても、デポジットによる弁体６の固着を防止できる。
【００２７】
この状態で、内燃機関を始動すると、冷間時には、排気ガスの再循環を行なわないから、図示しない制御回路は、バタフライ弁４を閉弁するようにロータリソレノイド１０が駆動制御する。即ち、ロータリソレノイド１０の励磁コイル１６への通電を制御して、そのロータ１１を図３の反時計方向に回転駆動するようにし、バタフライ弁４を閉弁側に回転させる。
【００２８】
これにより、弁体６は閉弁方向に回転し、レバー８がストッパ９に当接して、弁体６の上側縁部がガス通路２内の弁座部２ｂに当接し、全閉位置で停止する。このとき、バタフライ弁４は、ロータリソレノイド１０により直接駆動されるから、従来のポペット弁のようにねじ機構を介してモータにより減速駆動するものに比べ、素速い応答性をもって直ちに閉弁することができる。
【００２９】
またこの際、上述のように、全閉付近の弁体６の縁部と内壁との隙間（弁軸５に近い部分）が比較的広く設定されるから、その部分に堆積し易いデポジットによる弁体６の固着を防止することができる。さらに、バタフライ弁４はその構造上、バルブの上流側と下流側でガス圧力に大きな差圧がある場合であっても、その差圧は弁体６の両側に相反方向に作用して相殺されるから、ロータリソレノイド１０の駆動力が比較的小さい場合であっても、確実に閉弁することができ、小形で簡単な構造のロータリソレノイド１０の使用が可能となる。
【００３０】
内燃機関の運転に伴い、機関の温度が上昇すると、制御回路は、機関の回転数、冷却水の温度等の検出データに基づき、バタフライ弁４の目標開度を算出し、その目標開度を実現するように、目標制御量を決定し、目標制御量に基づきロータリソレノイド１０の励磁コイル１６に通電し、ロータ１１を回転させる。これにより、バタフライ弁４の弁軸５が回転して、弁体６が開弁方向に制御された角度だけ回動し、バタフライ弁４が開弁制御される。
【００３１】
この際、上記のように、ロータリソレノイド１０によりバタフライ弁４が直接駆動されるため、つまり、従来のポペット弁のようにねじ機構を介してモータにより減速駆動するものに比べ、素速い応答性をもって直ちに開弁することができる。また、全閉付近の弁体６の縁部と内壁との隙間（弁軸５に近い部分）を比較的広く設定しているから、その部分に堆積したデポジットによる弁体６の固着を防止し、良好に開弁することができる。さらに、バルブの上流側と下流側の差圧は、弁体６の両側に相反方向に作用するから、比較的小形のロータリソレノイド１０の駆動力で、確実に開弁することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気ガス還流制御装置によれば、ロータリソレノイドのロータをバタフライ弁の弁軸に直結して駆動する構造を採用するから、極めて速い応答速度で、弁体を所定位置に回転させることができる。また、ロータリソレノイドの非通電時、バタフライ弁の弁体が全閉位置から所定の開度だけ開弁して停止するため、弁体の縁部と内壁間のデポジットの付着を防止し、弁体のデポジットによる噛み付きを防止し、比較的小型で簡単な構造のロータリソレノイドであっても、弁体を確実に開閉駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す排気ガス還流制御装置の平面図である。
【図２】図１のII-II 断面図である。
【図３】図１のIII-III 断面図である。
【図４】同装置の右側面図である。
【図５】同装置の左側面図である。
【図６】バタフライ弁４を除いた状態の平面図である。
【図７】ロータリソレノイド１０のステータ１４を外した状態の右側面図である。
【図８】カバー２０を外した状態の左側面図である。
【符号の説明】
１−ハウジング
２−ガス通路
２ａ，２ｂ−弁座部
４−バタフライ弁
５−弁軸
６−弁体
１０−ロータリソレノイド
１１−ロータ
１２−マグネット
１４−ステータ
１５−コア
１６−励磁コイル
１７ａ，１７ｂ−極歯
【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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