JPH09144608A

JPH09144608A - 排気ガス再循環装置

Info

Publication number: JPH09144608A
Application number: JP7305654A
Authority: JP
Inventors: Shigeiku Enomoto; 榎本　　滋郁; 康行 ▲榊▼原; Yasuyuki Sakakibara
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-03
Also published as: GB2307517A; GB9623905D0; GB2307517B; DE19648482A1

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関において、安価な小型のステッピン
グモータによって駆動されることができ、大径で許容流
量が大きく、開度の精度や制御に対する応答性が高いＥ
ＧＲバルブを備えている排気ガス再循環装置を提供する
こと。【解決手段】吸気管２５の吸気絞り弁３０の下流側に
は、排気ガス再循環路の末端の弁座３２が開口してお
り、ＥＧＲバルブ２４の弁体２９が弁座３２を開閉す
る。弁体２９は、ダイアフラム３９に作用する負圧室４
２と大気圧室４３との差圧による力と、スプリング６２
の付勢力との釣り合いによって駆動されるが、負圧室４
２の圧力はサーボ弁４６によって操作される。即ち、ス
テッピングモータ５３によってねじ伝動装置を介してサ
ーボ弁４６の弁体４６ａが上下方向に変位すると、負圧
室４２の圧力が変化してダイアフラム３９が変位し、そ
れと一体のシリンダ部材４５も弁体４６ａに追従して、
再び釣り合うまで移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は自動車等の内燃機
関の排気ガス再循環装置に関し、更に詳細には排気ガス
再循環装置に用いられる排気ガス再循環制御弁（ＥＧＲ
バルブ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気ガス再循環制御装置及びそれ
に用いられるＥＧＲバルブは図５に示すように構成され
ている（特開平６−１７３７８４）。図５において、１
は燃焼室２を有する内燃機関、３は燃焼室２に連設され
て排気ガスを導く排気管、４は排気管３に接続されて燃
焼室２からの排気ガスの一部を冷却するＥＧＲクーラ、
５はＥＧＲクーラ４によって冷却された排気ガスを導入
して機関１の吸気管（図示せず）への排気ガス再循環量
を調節するＥＧＲバルブである。また、６はＥＧＲバル
ブ５内に設けられ排気ガス通路の開度を調節する弁体、
７は負圧室８を形成して差圧により弁体６を作動させる
ゴム製のダイアフラムである。

【０００３】図６は図５に示すＥＧＲバルブ５の断面図
である。図６において、矢印９は排気ガスの流れを示
す。１０は鋳鉄により形成されて内部に排気ガス通路１
１を有するハウジング、１１ａは機関１の排気管３から
の排気ガス９が導かれる通路入口、１１ｂは機関１の吸
気管に排気ガス９を導く通路出口、１３は排気ガス通路
１１の途中でハウジング１０の内部に嵌合されて弁体６
が当接する環状の弁座である。

【０００４】更に、１４は弁体６と一体に形成されかつ
ハウジング１０に固着された摺動支持部材１５の内部を
上下方向に摺動する軸部、１６は摺動支持部材１５の下
部に取り付けられ、排気ガス通路１１の上部に位置して
排気ガス９内に含まれるカーボン等の侵入を防止する断
面コの字状のホルダ、１７および１８はそれぞれダイア
フラム７を挾持し、中央部が軸部１４の上端部１９に固
着された円板状の第１および第２の押え板である。

【０００５】また、２３はハウジング１０に螺着された
下側ケース、２０はケース２３の円周上にかしめによっ
て固着された上側ケースで、ダイアフラム７とこの上側
ケース２０によって負圧室８が形成されている。２１は
上側ケース２０と押え板１７との間に介在して押え板１
７を下方へ押圧する圧縮スプリング、２２は上側ケース
２０に貫通装着されて機関１の負圧発生装置からの負圧
を負圧制御弁で調圧した後の負圧を導入する負圧導入管
である。

【０００６】このような従来の排気ガス再循環制御装置
によると、排気管３から導入される排気ガスはＥＧＲク
ーラ４によって冷却された後にＥＧＲバルブ５に導かれ
る。そして、弁体６の位置によって再循環量の調節され
た排気ガスは吸気管に供給される。排気ガスが機関１内
で燃焼する混合気に加えられることによって、排気ガス
中の有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減される。なお、
排気管３から取り出された排気ガスは高温であるが、Ｅ
ＧＲクーラ４で冷却されることによって、ＥＧＲバルブ
５に導かれる時には排気ガスの温度は低下しているの
で、ダイアフラムが熱によって劣化するのを防止するこ
とができる。

【０００７】前述のＥＧＲバルブ５においては、機関１
の排気管３から導かれた排気ガス９は、通路入口１１ａ
から排気ガス通路１１に入る。その排気ガス９は、負圧
導入管２２を通じて負圧室８内に導かれた負圧の大きさ
に応じて作動する弁体６の位置による開度に応じて流量
が調節されて通路出口１１ｂから吸気管に導かれ、燃料
と空気との混合気にこの排気ガス９が混合され、燃焼室
２に導かれて燃焼される。これによって排気ガス中の有
害成分である窒素酸化物の量は前述のように低減され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、排気
ガス規制の強化に伴って、ＥＧＲバルブには流量の増大
と開度の精度向上、作動の応答性向上が要求されるよう
になった。しかし、前述のように構成された従来のＥＧ
Ｒバルブでは、ダイアフラムに作用する負圧室の圧力を
負圧制御弁によって制御するように構成されているた
め、圧力の正確なコントロールが困難であり、また、ダ
イアフラムを押圧するスプリングのバネ力の個体間のば
らつきによって弁体の開度がばらつくので、弁開度の精
度が低いという問題がある。

【０００９】そこで、カソリンエンジンでは、ステッピ
ングモータによって正確に弁開度をコントロールするこ
とができるＥＧＲバルブが製品化されている。しかし、
それをディーゼルエンジンに適用しようとすると、流量
を大きくするために弁体を大きくする必要があり、その
分だけステッピングモータに作用する排気の圧力が大き
くなるので応答性が悪化するという問題が起ってくる。
そのために、高価な大型のステッピングモータを使用す
ることが必要になる。

【００１０】従って、本発明の解決課題は、安価な小型
のステッピングモータを使用して許容流量が大きく、開
度の精度が高くて、応答性も高い、新規な構成のＥＧＲ
バルブを備えた排気再循環装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は請求項１のよう
に構成されているので、一例として、サーボ弁のサーボ
弁体が駆動手段に連結されると共に、シリンダ部材が隔
壁手段及び弁体に連結されている場合、駆動手段によっ
て駆動されて変位するサーボ弁体によって切り換えられ
るサーボ弁内の通路により、隔壁手段の一側の負圧室の
圧力が変化し、隔壁手段の他側との間の圧力バランスの
状態が変化するので、バランス状態が回復する方向に隔
壁手段の移動が生じ、それによって排気ガス再循環制御
弁の弁体も移動する。つまり、隔壁手段と弁体は駆動手
段が与える変位に対してサーボ弁を介して追従変位する
ことになる。したがって、駆動手段は、サーボ弁を構成
するサーボ弁体またはシリンダ部材のうちで、駆動手段
側となる部材を移動させることができればよいので、駆
動手段の力が比較的小さくて弁体を直接に駆動すること
ができない程度の大きさであっても、サーボ弁によって
操作される隔壁手段によって十分に大きな弁体駆動力が
発生する。

【００１２】請求項２の発明によれば、サーボ弁におい
てサーボ弁体とシリンダ部材との間にスプリングを設け
て、それらの一方を他方に対して付勢するため、駆動手
段とサーボ弁との確実な連動関係が得られる。また、駆
動手段とサーボ弁との間をプッシュロッドを介して連結
するようにすれば、多少の製作誤差があっても部材間の
整合を図ることができるので作動が円滑になる。更に請
求項４のように、シリンダ部材の中に、負圧室に対して
常時連通していると共に、負圧室をシリンダ部材に対す
るサーボ弁体の位置によって負圧源または大気の一方に
連通させるか或いは閉塞するための環状溝を形成する
と、サーボ弁の構成が好適なものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
１〜図４を用いて説明する。本発明の特徴とする排気ガ
ス再循環制御弁、すなわちＥＧＲバルブ２４は、吸気管
２５に取り付けられており、吸気管２５内を流れる吸入
空気２６中に、図示しない排気管からとり出した一部の
排気ガス２７を混合させて、吸入空気２６と排気ガス２
７の混合気２８を内燃機関の燃焼室へ供給する。３２
は、吸気管２５に嵌合されて、弁体２９が当接する開口
を形成する環状の弁座である。吸気管２５内へ流入する
排気ガス２７の量は、弁体２９の弁座３２に対する開度
及び、この場合、吸気管２５を開閉するためにＥＧＲバ
ルブ２４の開口位置よりも上流側に設ける吸気絞り弁３
０の開度によって決まる。

【００１４】この実施形態においては吸気絞り弁３０を
吸気管２５のＥＧＲバルブ２４の開口位置よりも上流側
に設けているので、その利点について説明する。吸気絞
り弁３０の開度を小さくすると、吸気絞り弁３０の下流
側（すなわち、ＥＧＲバルブ２４側）の圧力は低くなる
ので、弁体２９と弁座３２の隙間を通って通路３１に流
入する排気ガス２７の量は大きくなるため、弁体２９の
弁径を大きくしなくても大量のＥＧＲが可能となる。そ
の結果、従来技術の問題点の１つであった大量のＥＧＲ
のためにＥＧＲバルブの弁体の弁径を大きくすることに
よる応答性悪化という問題が解決される。

【００１５】３３は、弁体２９と一体となって、吸気管
２５に固着された摺動支持部材３４の内部を上下方向に
摺動する軸部であって、３５は、摺動支持部材３４の下
部に取り付けられ、排気ガス２７中に含まれるカーボン
等の侵入を防止する円筒状のシール部材、３６は、弁体
２９の上部に取り付けられ、同じく、カーボン等の侵入
を防止する円筒状のシール部材である。３７および３８
は、対になってゴム製のダイアフラム３９を上下から挾
持した状態で、図示しない手段によって相互に締結され
る円板状の第１および第２の押え板である。第２の押え
板３８の中央には軸部３３の上端部４０が取り付けられ
ている。４１はケースであって、吸気管２５に取り付け
られている。

【００１６】次に、ＥＧＲバルブ２４の要部の詳細を図
２に示す。ケース４１の内部には、負圧室４２と大気圧
室４３が設けられており、ダイアフラム３９によって、
仕切られている。ダイアフラム３９は、一般的には可動
の隔壁手段というべきものであって、他の例としてベロ
ーズやシリンダに挿入されたピストンのようなものに置
き換えることができる。大気圧室４３は、ケース４１に
設けられた大気導入通路４４によって大気に通じている
ため、常時、大気圧となっている。ダイアフラム３９は
負圧室４２内に装着されたスプリング６２によって常に
下方へ付勢されており、それによって弁体２９は弁座３
２に押し付けられる閉弁位置に向って付勢される。

【００１７】第１の押え板３７の上方にはシリンダ部材
４５が固定されており、シリンダ部材４５の内部には、
シリンダ部材４５と共にサーボ弁４６を構成するサーボ
弁体（スプール）４６ａが摺動自在に配設されている。
サーボ弁体４６ａはスプリング室４７に設けられたスプ
リング４８によって常に上方へ付勢されている。

【００１８】第１の押え板３７、第２の押え板３８には
第１の大気導入通路４９が設けてあり、シリンダ部材４
５には第２の大気導入通路５０が設けられていて、サー
ボ弁４６の側面に設けられた第１の環状溝５１に連通し
ている。したがって、第１の環状溝５１は常に大気圧と
なっている。

【００１９】ケース４１の上部には上板５２が固定され
ており、ケース４１と上板５２との間は図示しない適当
なシール材によって密封されて、圧力が洩れないように
なっている。ケース４１の上部において、上板５２には
公知のステッピングモータ５３が取り付けられている。
このステッピングモータ５３は、その中心開口内に上下
方向に摺動自在に支持されている軸５４の上下方向の位
置を段階的に変えることができる。そのために、ステッ
ピングモータ５３の中心において軸受６３及び６４によ
って回転可能に、しかし軸方向には移動しないように支
持された中空の筒体からなるロータ６５の内部にはスク
リュー６６が一体化されており、スクリュー６６の雌ね
じ溝が軸５４の外周に形成された雄ねじ溝と螺合して、
それによって回転運動を直線方向の運動に変換するねじ
伝動装置を構成している。軸５４の下方には、上板５２
に設けられた孔に摺動自在に、かつ液密にプッシュロッ
ド５５が挿入されて支持されている。プッシュロッド５
５は、スプリング４８のバネ力により、サーボ弁４６を
介して、常に上方に向って付勢されており、軸５４の下
端面と常に当接している。したがって、ステッピングモ
ータ５３の作動によりロータ６５が回転して軸５４がね
じの作用により上下方向に移動すると、それに合わせ
て、プッシュロッド５５とサーボ弁体４６ａが上下方向
に移動するようになっている。

【００２０】上板５２には第１の負圧導入通路５６が設
けてあり、図示しない機関本体側に設けられた負圧発生
装置からの負圧をプッシュロッド５５の周囲の第２の環
状溝５９に導入する。更に、負圧はプッシュロッド５５
に設けられた第２の負圧導入通路５７とサーボ弁体４６
ａに設けられた第３の負圧導入通路５８を通ってスプリ
ング室４７に導かれる。したがって、スプリング室４７
は機関の運転中は常に負圧となっている。なお、プッシ
ュロッド５５とサーボ弁体４６ａが一体ではなく分割さ
れているのは、加工や組付け上の誤差からそれらの軸線
が相互に少しずれても、正常に作動するようにしたため
である。

【００２１】シリンダ部材４５の内部において、サーボ
弁体４６ａの周囲には第３の環状溝６０が設けられ、通
路６１によって負圧室４２と連通している。図２に示す
サーボ弁体４６ａの位置の状態では、第３の環状溝６０
及び負圧室４２は第１の環状溝５１及びスプリング室４
７のいずれにも連通していないが、サーボ弁体４６ａが
図２に示す位置から上又は下へシリンダ部材４５に対し
て移動すると、そのどちらか一方と一時的に連通するこ
とができる。

【００２２】次に、本発明の図示実施形態のＥＧＲバル
ブ２４の作動を図３及び図４を用いて説明する。ステッ
ピングモータ５３を図示しない電子式制御装置等の指令
によって作動させて軸５４を上方に任意の距離だけ移動
させると、図３に示すようにスプリング４８の付勢力に
よって、ブッシュロッド５５とサーボ弁体４６ａが上方
に移動する。それによってサーボ弁４６の内部では第３
の環状溝６０とスプリング室４７が連通して、負圧室４
２が負圧となるので、ダイアフラム３９は下方から大気
圧によって上方へ押圧されて上昇し、スプリング６２の
バネ力に抗して、第３の環状溝６０とスプリング室４７
との連通が遮断されるまでシリンダ部材４５を上昇させ
る。ダイアフラム３９の上昇に伴って軸部３３も上昇す
るので、弁体２９は弁座３２から離れてＥＧＲバルブ２
４は開弁する。

【００２３】すなわち、ステッピングモータ５３の作動
によって決まる軸５４の移動量だけ弁体２９は上方へ移
動して、移動量に見合う開弁量を実現する。

【００２４】反対に、ステッピングモータ５３によって
軸５４を下方に移動させると、図４に示すように、スプ
リング４８の付勢力に抗して、プッシュロッド５５とサ
ーボ弁体４６ａが下方に移動する。それによって第３の
環状溝６０と第１の環状溝５１が連通し、負圧室４２に
は大気が導入されて大気圧に近くなるので、スプリング
６２の付勢力によって、第３の環状溝６０と第１の環状
溝５１との連通が遮断されるまで、ダイアフラム３９と
シリンダ部材４５が下方へ移動する。それに伴って軸部
３３も下降し、弁体２９は閉弁方向に動いてＥＧＲバル
ブ２４の開弁量を減少させ、最終的に弁座３２を閉塞し
て閉弁させる。

【００２５】本発明の実施形態におけるＥＧＲバルブ２
４は以上のような構成となっているため、軸５４に作用
する力は比較的弱いスプリング４８の力だけであるた
め、ステッピングモータ５３は小型で安価なもので十分
であり、そのようなものでも十分に高い応答性が得られ
る。また、大流量化するために弁体２９の径を大きくし
ても、軸５４に作用する力には実質的に変化がないの
で、ＥＧＲバルブ２４を容易に大径化して大流量化する
ことができる。更に、ステッピングモータ５３の作動に
よって軸５４の上下方向の位置は容易に高精度でコント
ロールすることができるため、軸５４に追従して移動す
る弁体２９の位置、したがってＥＧＲバルブ２４の開度
を精度よくコントロールすることができ、許容流量の増
大、精度及び応答性の向上を達成することができる。

【００２６】図７に本発明の第２の実施形態の要部を示
す。図７は第１の実施形態の要部を示す図２に対応する
ものであって、第２の実施形態は第１の実施形態と多く
の部分において共通の要素を備えているので、実質的に
同じ部分については同じ参照符号を付し、実質的に同様
な作用をするが構造としては多少異なるものについて
は、対応するものの参照符号ににダッシュを付して示し
ている。

【００２７】第１の実施形態に対して第２の実施形態の
特徴は、サーボ弁を構成するサーボ弁体とシリンダ部材
が位置的に入れ替わっていることであって、ステッピン
グモータ５３とスクリュー６６等からなる駆動手段によ
って直線的に駆動される軸５４と係合して駆動されるも
のはサーボ弁４６’のサーボ弁体ではなくシリンダ部材
４５’であり、サーボ弁体４６ｂは、ダイアフラム３９
及びＥＧＲバルブ２４の弁体２９の軸部３３の上端部４
０の側に取り付けられる。したがって、第１の負圧導入
通路５６から導入される負圧はシリンダ部材４５’の中
心に形成された第２の負圧導入通路６７によってスプリ
ング室４７’に常時伝えられる。また、大気圧は、弁体
の軸部３３に穿孔された第１の大気圧導入路４９’と、
サーボ弁体４６ｂに穿孔された第２の大気圧導入路６８
によって、シリンダ部材４５’の内部に形成された第１
の環状溝５１′に常時伝えられる。

【００２８】このように、第２の実施形態の構成は第１
の実施形態のそれと比べて多少異なっており、シリンダ
部材４５’がステッピングモータ５３によって駆動され
て先に移動すると共に、サーボ弁体４６ｂがそれに追従
して移動するようになっているが、サーボ弁としての作
動の原理は全く同じであって、奏する効果も同じである
から、更に詳細な説明は省略する。なお、本発明におい
ては、ステッピングモータ５３の代わりに、それ自体は
公知のサーボモータを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。

【図２】図１の要部を拡大して示す断面図である。

【図３】図２に示す要部の一つの作動状態を示す断面図
である。

【図４】図２に示す要部の他の一つの作動状態を示す断
面図である。

【図５】従来技術を示す断面図である。

【図６】従来技術の要部を拡大して示す断面図である。

【図７】本発明の第２の実施形態についてその要部を示
す断面図である。

【符号の説明】

５…ＥＧＲバルブ６…弁体７…ダイアフラム８…負圧室９…排気ガス２２…負圧導入管２４…排気ガス再循環制御弁（ＥＧＲバルブ）２６…吸入空気２７…排気ガス２９…弁体３０…吸気絞り弁３２…弁座３３…軸部３９…ダイアフラム４２…負圧室４３…大気圧室４５，４５’…シリンダ部材４６，４６’…サーボ弁４６ａ，４６ｂ…サーボ弁体４７，４７’…スプリング室４８，４８’…スプリング４９，４９’５０…大気導入通路５１，５１’…第１の環状溝５３…ステッピングモータ５４…軸５５…プッシュロッド５６，５７，５８…負圧導入通路５９，６０…環状溝６２…スプリング６０，６０’…第３の環状溝６５…ロータ６６…スクリュー（ねじ伝動装置）６７…第２の負圧導入通路６８…第２の大気導入通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気管から排気ガスの一部を
取り出して吸気管へ還流させるために前記排気管と前記
吸気管とを接続する排気ガス再循環路と、前記排気ガス
再循環路に設けられた排気ガス再循環制御弁とからな
り、前記排気ガス再循環制御弁は、少なくとも、前記排気ガス再循環路に設けられた開口からなる弁座
と、前記開口を開閉するために移動可能に支持された弁体
と、前記弁体を移動させるために前記弁体に連結されて、両
側に負圧室と大気圧室とを形成する可動の隔壁手段と、前記隔壁手段の一側の負圧室が拡大する方向に、且つ前
記弁体が前記弁座に近づく方向に前記隔壁手段を付勢す
る付勢手段と、制御手段からの指令を受けて作動することにより、連結
された被駆動体に任意の大きさの直線的な変位を与える
駆動手段と、シリンダ部材とその中に摺動自在に挿入されたサーボ弁
体とから構成され、前記サーボ弁体または前記シリンダ
部材の一方が前記駆動手段と連動するように連結される
と共に、他方が前記可動の隔壁手段及び前記弁体と連動
するように連結され、前記サーボ弁体と前記シリンダ部
材の相対的な位置関係に応じて通路を切り換えることに
よって、前記隔壁手段の一側の前記負圧室を負圧源また
は大気の一方に連通させるか、或いは前記負圧室を閉塞
することにより、前記隔壁手段及び前記弁体を前記駆動
手段に追従して移動させる可動のサーボ弁と、を包含していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
【請求項２】前記可動の隔壁手段がダイアフラムであ
り、前記付勢手段がスプリングであり、前記駆動手段が
ねじ伝動装置を備えたステッピングモータであり、前記
サーボ弁の前記サーボ弁体がねじ伝動装置から延びる軸
に対して連動するようにプッシュロッドを介して連結さ
れていると共に、前記サーボ弁の前記シリンダ部材が前
記ダイアフラムを介して前記弁体に連結されていて、前
記シリンダ部材が、前記ステッピングモータの駆動によ
って移動する前記サーボ弁体に追従して移動するように
構成されていることを特徴とする請求項１記載の排気ガ
ス再循環装置。
【請求項３】前記サーボ弁において、前記サーボ弁体
を前記シリンダ部材に対して一方向に付勢するスプリン
グを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の排
気ガス再循環装置。
【請求項４】前記サーボ弁において、前記シリンダ部
材の中に、前記隔壁手段の一側の負圧室に対して常時連
通していると共に、前記負圧室を前記シリンダ部材と前
記サーボ弁体の相対的な位置関係によって負圧源または
大気の一方に連通させるか或いは閉塞するための環状溝
を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載の排気ガス再循環装置。
【請求項５】排気ガス再循環路の下流側の開口が、前
記内燃機関の吸気管において吸気絞り弁の下流側に設け
られていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
かに記載の排気ガス再循環装置。