バルブユニット

【課題】バタフライ弁４が全閉位置に保持されている時の弁漏れを抑制できるバルブユニットを提供する。
【解決手段】弁漏れ防止手段は、バルブ通路２ａの内周に圧入固定されるノズル（第１のノズル１６と第２のノズル１７）と、このノズルに形成される周溝１８に配置される２個のシールリング１９、２０と、両シールリング１９、２０の間に配置されるバックアップリング２１とで構成される。２個のシールリング１９、２０は、バタフライ弁４が全閉位置に保持されている時に、縮径方向に作用する自己の弾性復元力により、リング内周面がバタフライ弁４の外周面に押圧されて密着している。バックアップリング２１は、両シールリング１９、２０に形成される合口隙間の間を遮断している。バタフライ弁４は、全閉位置が多少ばらついた場合でも、シールリング１９、２０との間に隙間が生じないように、径方向の外周面が球面状に形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路を流れる流体の流量をバタフライ弁によって調節するバルブユニットに関し、特に、内燃機関の排気ガス再循環装置に好適に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を抑制する手段として、排気の一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系に再循環させる排気ガス再循環装置が公知である。この排気ガス再循環装置は、ＥＧＲガスの量を増やすことでＮＯｘの量を減らすことができる反面、ＥＧＲガスを過剰に再循環させると、粒子状物質である黒鉛（ＰＭ）が発生しやすくなる。このため、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲガスの流量を適切に制御する必要があり、ＥＧＲガスの流量を調節できるＥＧＲバルブを備えている。
このＥＧＲバルブは、例えば、特許文献１に開示される様に、軸受を介してハウジングに回転自在に支持されるバルブシャフトと、このバルブシャフトに対し所定の角度だけ傾斜した状態でバルブシャフトの端部に固定されるバタフライ弁とを有し、このバタフライ弁の開度に応じてＥＧＲガスの流量が調節される。
【０００３】
また、特許文献１では、ハウジングに形成される通路（ＥＧＲ通路の一部）をバタフライ弁が全閉した時のシール性を確保するための弁漏れ防止手段を備えている。
この弁漏れ防止手段は、図８に示す様に、ハウジング１００に形成される通路１１０の内周面に周溝１２０が凹設され、この周溝１２０の内部に配置されるシールリング１３０と、周溝１２０の内部でシールリング１３０の片側（図示左側）に配置される保持リング１４０と、シールリング１３０を保持リング１４０側へ押圧する板ばね１５０とを備えている。シールリング１３０は、通路１１０を開閉するバタフライ弁１６０が全閉位置に保持されている時に、自己の弾性復元力により、バタフライ弁１６０の外周縁に押圧されて密着することにより、全閉時のシール性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平１１−５０２５８２号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示された従来技術では、バタフライ弁１６０の全閉時において、図８の右側から左側へ向かう空気の流れをシールすることは出来るが、逆向きの流れに対してはシール性が不十分である。つまり、図８の左側から右側へ向かって空気が流れる場合は、その空気の流れによる圧力によって、シールリング１３０が板ばね１５０の付勢力に抗して保持リング１４０から離れる方向へ押されるため、シールリング１３０と保持リング１４０との間に隙間が形成され、その隙間を通じて空気漏れが発生することが考えられる。
【０００６】
また、図８に示されるバタフライ弁１６０は、全閉時にシールリング１３０に当接する外周端の断面形状が曲率の大きい円弧状（図８から判断すると、バタフライ弁１６０の板厚の略１／２の寸法を曲率半径とする円弧状）に形成されているため、バタフライ弁１６０の全閉位置がばらつくと、シールリング１３０との間に隙間が生じて弁漏れを発生する恐れがある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、バタフライ弁が通路を全閉する全閉位置に保持されている時の弁漏れを抑制できるバルブユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（請求項１の発明）
本発明のバルブユニットは、流体が流れる通路を形成するバルブハウジングと、このバルブハウジングに軸受を介して回転自在に支持されるバルブシャフト、および、通路の内部に配置されてバルブシャフトの軸心方向に対し傾斜した状態でバルブシャフトの端部に取り付けられる円板状のバタフライ弁を有し、このバタフライ弁がバルブシャフトと一体に回転することにより、通路を流れる流体の流量を調節する流量制御弁と、バタフライ弁が通路を全閉する全閉位置に保持されている時に、流体の漏れを防止する弁漏れ防止手段とを備える。
弁漏れ防止手段は、通路の内周に圧入固定される円環状のノズルと、このノズルに保持されるリング集合体とを有し、ノズルは、通路を流れる流体の流れ方向に対し、上流側に配置される第１のノズルと下流側に配置される第２のノズルとに分割され、且つ、第１のノズルと第２のノズルとで協働して形成される周溝を有し、この周溝が半径方向の内方に開口して全周に形成されている。
【０００８】
リング集合体は、周溝内に収容されて第１のノズル側に配置される第１のシールリングと、周溝内に収容されて第２のノズル側に配置される第２のシールリングと、周溝内に収容されて第１のシールリングと第２のシールリングとの間に配置されるバックアップリングとを備え、第１、第２のシールリングは、それぞれ、円周方向の一部に合口隙間が形成され、バタフライ弁が全閉位置に保持されている時に、縮径方向に作用する自己の弾性復元力によりバタフライ弁の外周面を押圧して密着することでバタフライ弁との間をシールするシール面を有し、バックアップリングは、円周方向に連続したリング面を形成し、第１のシールリングに形成される合口隙間と第２のシールリングに形成される合口隙間との間をリング面によって遮断していることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、第１のシールリングと第２のシールリングとの間にバックアップリングを配置したことにより、バタフライ弁が通路を全閉する全閉位置に保持されている時に、第１、第２のシールリングに形成される合口隙間からの流体漏れを低減できる。
また、バックアップリングのリング面によって第１のシールリングに形成される合口隙間と第２のシールリングに形成される合口隙間との間が遮断されるので、通路を流れる流体の流れ方向に係わらず、全閉時の弁漏れを抑制できる。
さらには、バタフライ弁の外周を第１のシールリングと第２のシールリングとでシールできる、つまり、多段シール構造にできるので、全閉時の弁漏れを低減できる効果が増大する。
【００１０】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したバルブユニットにおいて、バタフライ弁は、径方向の外周面が球面状に形成されていることを特徴とする。
この場合、バタフライ弁の傾き等によって全閉位置が多少ばらついた場合でも、バタフライ弁の外周面が球面状であるため、弁漏れを防止できる。つまり、バタフライ弁の外周面が球面状であれば、全閉位置のばらつきに対して流量不感帯を作ることができる。よって、バタフライ弁の全閉位置が多少ばらついても、第１、第２のシールリングの各シール面とバタフライ弁の外周面との間に隙間が生じることはないので、シール性を確保でき、弁漏れを防止できる。
【００１１】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したバルブユニットは、内燃機関より排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に再循環させる排気ガス再循環装置に使用され、バルブハウジングに形成される通路は、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路の一部であり、流量制御弁は、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ制御弁であることを特徴とする。
本発明によれば、ＥＧＲ制御弁のバタフライ弁がＥＧＲ通路を全閉する全閉位置に保持されている時に、弁漏れを低減できるので、吸気通路に還流するＥＧＲガスの流量を、内燃機関の運転状態に応じて適切に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＥＧＲ制御弁と弁漏れ防止手段の構成を示す断面図である。
【図２】バルブユニットの断面図である。
【図３】バルブユニットの側面図である。
【図４】（ａ）第１のノズルの断面図、（ｂ）同ノズルの平面図である。
【図５】（ａ）第２のノズルの断面図、（ｂ）同ノズルの平面図である。
【図６】（ａ）シールリングの断面図、（ｂ）同リングの平面図である。
【図７】（ａ）バックアップリングの断面図、（ｂ）同リングの平面図である。
【図８】従来技術に係る弁漏れ防止手段の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
実施例１では、本発明のバルブユニットを内燃機関の排気ガス再循環装置に用いた一例を説明する。
排気ガス再循環装置は、例えば、自動車に搭載される内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し、このＥＧＲ通路を通じて内燃機関から排出された排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気通路に再循環させる装置である。なお、内燃機関は、例えば、燃料に軽油を使用するディーゼルエンジン、あるいは、ガソリンを使用するガソリンエンジンである。
バルブユニット１は、図２に示す様に、ＥＧＲ通路の一部を形成するバルブハウジング２と、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ制御弁と、このＥＧＲ制御弁を駆動するための駆動力を発生する電動アクチュエータ（図示せず）と、この電動アクチュエータの駆動力をＥＧＲ制御弁に伝達する動力伝達装置と、ＥＧＲ制御弁の回転角度を検出して、内燃機関の運転状態を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ（図示せず）へ出力する回転角検出手段等より構成される。
【００１５】
バルブハウジング２は、熱的に厳しい環境で使用されることから、高温に強い耐熱性材料、例えばアルミニウム合金を使用してダイカスト製造される。なお、以下の説明では、バルブハウジング２に形成される通路（ＥＧＲ通路の一部）をバルブ通路２ａと呼ぶ。
ＥＧＲ制御弁は、動力伝達装置を介して電動アクチュエータの駆動力が伝達されるバルブシャフト３と、このバルブシャフト３の端部に溶接等によって固定される円板状のバタフライ弁４とで構成される。
バルブ通路２ａには、図１に示す様に、バタフライ弁４がバルブ通路２ａを全閉する全閉位置に保持されている時に、ＥＧＲガスが吸気側へ漏れることを防止する弁漏れ防止手段（後述する）が配設される。
【００１６】
バルブシャフト３は、メタル軸受５とボールベアリング６を介してバルブハウジング２に回転自在に支持され、電動アクチュエータの駆動力が伝達される一方の軸端部と反対側である他方の軸端部がバルブ通路２ａの内部に突き出ている。なお、メタル軸受５とボールベアリング６との間には、オイルシール７が配設されている。
バタフライ弁４は、図２に示す様に、バルブ通路２ａの内部に配置されて、バルブシャフト３の軸心方向に対し所定の角度だけ傾斜した状態でバルブシャフト３の軸端部に取り付けられ、バルブシャフト３と一体に回転することによって、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調節する。このバタフライ弁４及びバルブシャフト３は、高温に強い耐熱性材料、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼によって形成されている。また、バタフライ弁４の径方向の外周面は、球面状に形成されている（図１参照）。
【００１７】
電動アクチュエータは、例えば、直流モータであり、回転角検出手段によって検出されるＥＧＲ制御弁の回転角度、つまり、バタフライ弁４の開度が、内燃機関の運転状態に応じて設定される制御目標値に一致するように、ＥＣＵによって直流モータに供給される電力がフィードバック制御される。
動力伝達装置は、直流モータの回転速度を減速してバルブシャフト３に伝達する歯車列によって構成される。この歯車列は、直流モータの出力軸（電機子軸）に取り付けられるピニオンギヤ（図示せず）と、このピニオンギヤに噛み合う中間減速ギヤ（図示せず）と、この中間減速ギヤと共通の中心軸に支持されて中間減速ギヤと一体に回転する小径ギヤ（図示せず）と、この小径ギヤに噛み合うバルブギヤ８（図２参照）とで構成され、このバルブギヤ８がバルブシャフト３の一方の軸端部に連結されている。
【００１８】
回転角検出手段は、図２に示す様に、バルブシャフト３の一方の軸端部に固定されるロータ９と、このロータ９に保持される２個の磁石１０と、この２個の磁石１０を挟んで円環状に磁気回路を形成するヨーク（図示せず）と、２個の磁石１０が発生する磁界の磁束密度に応じて電気信号を発生するホールＩＣ１１と、このホールＩＣ１１へ磁束を集束させるためのステータ１２等より構成される。
ホールＩＣ１１は、磁束密度に応じた電圧（ホール電圧）を出力するホール素子と、このホール素子の出力電圧を増幅する増幅回路等を半導体チップに集積化したＩＣ回路であり、センサカバー１３に組み付けられている。
センサカバー１３は、図３に示す様に、バルブハウジング２の図示上端面に装着され、スクリュ１４によってバルブハウジング２に固定されている。また、センサカバー１３には、ＥＣＵとの間をケーブル（図示せず）によって接続するための接続用コネクタ１５が設けられている。
【００１９】
続いて、上記の弁漏れ防止手段について説明する。
弁漏れ防止手段は、バルブ通路２ａの内周に圧入固定されるノズルと、このノズルに保持されるリング集合体とで構成される。
ノズルは、図１に示す様に、バルブ通路２ａを排気側から吸気側へ向かって流れるＥＧＲガスの流れ方向に対し、上流側（排気側）に配置される第１のノズル１６と、下流側（吸気側）に配置される第２のノズル１７とに分割され、且つ、第１のノズル１６と第２のノズル１７とで協働して形成される周溝１８を有し、この周溝１８が半径方向の内方に開口してノズルの全周に形成されている。
【００２０】
第１のノズル１６と第２のノズル１７は、図４、図５に示す様に、内周に丸孔１６ａ、１７ａが開口する円環状に設けられ、丸孔１６ａ、１７ａの直径、つまり、第１のノズル１６と第２のノズル１７の内径が、それぞれ、バタフライ弁４の外径より若干大きい寸法に設定されている。
第１のノズル１６は、図４（ａ）に示す様に、板厚方向（図示左右方向）の両側面、つまり、吸気側の側面と排気側の側面とが平行に形成され、且つ、吸気側の側面と排気側の側面との間で内径（丸孔１６ａの直径）が一定である。
第２のノズル１７は、図５（ａ）に示す様に、板厚方向の排気側（図示左側）に内径を拡大して形成された拡大内径部を有している。この拡大内径部は、第２のノズル１７の排気側に開口する円筒内周面１７ｂと、この円筒内周面１７ｂと直交する径方向側面１７ｃとで形成され、第１のノズル１６の吸気側の側面との間に上記の周溝１８を形成している。つまり、周溝１８は、第１のノズル１６の吸気側の側面〔図４（ａ）に示す右側の側面〕と第２のノズル１７の径方向側面１７ｃとで溝幅方向の両側面が形成され、第２のノズル１７の円筒内周面１７ｂによって周溝１８の底面が形成されている。
【００２１】
リング集合体は、２個のシールリング１９、２０と１個のバックアップリング２１から成る。２個のシールリング１９、２０は、図１に示す様に、ノズルに形成された周溝１８の内部で第１のノズル１６側に配置される第１のシールリング１９と、周溝１８の内部で第２のノズル１７側に配置される第２のシールリング２０である。
２個のシールリング１９、２０は、それぞれ、図６（ｂ）に示す様に、円周方向の一部に合口隙間１９ａ、２０ａを有するＣ字状に形成されている。この２個のシールリング１９、２０は、リング内径がバタフライ弁４の外径より若干小さく形成され、バタフライ弁４が図１に示す全閉位置に保持されている時に、縮径方向に作用する自己の弾性復元力により、リング内周面がバタフライ弁４の外周面に押圧されて密着している。つまり、図６（ａ）に示すリング内周面は、バタフライ弁４との間を全周シールするシール面１９ｂ、２０ｂを形成している。
【００２２】
バックアップリング２１は、図１に示す様に、周溝１８の内部で第１のシールリング１９と第２のシールリング２０との間に配置される。このバックアップリング２１は、図７（ｂ）に示す様に、合口隙間の無い完全なリング体であり、円周方向に連続したリング面２１ａを形成している。
このバックアップリング２１は、リング内径がバタフライ弁４の外径と干渉しない程度に若干小さく形成され、第１のシールリング１９と第２のシールリング２０との間に配置されることで、両シールリング１９、２０に形成される合口隙間１９ａ、２０ａの間をリング面２１ａによって遮断している。
【００２３】
なお、第１のノズル１６、第２のノズル１７、２個のシールリング１９、２０、および、バックアップリング２１は、それぞれ、高温に強い耐熱性材料、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼によって形成されている。
また、２個のシールリング１９、２０とバックアップリング２１の各板厚を合計したリング集合体の幅寸法は、ノズルに形成される周溝１８の幅寸法より若干小さく設定されている。一方、バタフライ弁４は、全閉位置に保持されている時に、球面状に形成された外周面が、２個のシールリング１９、２０の各シール面１９ｂ、２０ｂに密着できるだけの板厚寸法を有している。つまり、図１に示す様に、バタフライ弁４の板厚寸法ｔは、リング集合体の幅寸法より大きく形成されている。
【００２４】
（実施例１の効果）
実施例１に示すバルブユニット１は、ノズルに形成される周溝１８の内部に２個のシールリング１９、２０を配置しているので、バタフライ弁４がバルブ通路２ａを全閉する全閉位置に保持されている時に、バタフライ弁４の外周を第１のシールリング１９と第２のシールリング２０とでシールできる、つまり、多段シール構造にできるので、バルブ全閉時にＥＧＲガスの漏れを防止できる効果が大きく、ＥＧＲガスが吸入空気に混入することを防止できる。
【００２５】
また、第１のシールリング１９と第２のシールリング２０との間にバックアップリング２１を配置しているので、第１のシールリング１９に形成される合口隙間１９ａと第２のシールリング２０に形成される合口隙間２０ａとの間をバックアップリング２１のリング面２１ａによって遮断できる。これにより、バタフライ弁４が全閉位置に保持されている時に、内燃機関に吸入される吸入空気がバタフライ弁４の排気側へ漏れることを防止できると共に、ＥＧＲガスがバタフライ弁４の吸気側へ漏れることも防止できる。すなわち、バルブ通路２を排気側から吸気側へ流れる順方向の流れと、吸気側から排気側へ逆流する逆方向の流れの両方でバルブ全閉時の弁漏れを抑制できる。
【００２６】
さらに、バタフライ弁４の外周面が球面状に形成されているので、バタフライ弁４の傾き等によって全閉位置が多少ばらついた場合でも、バルブ全閉時の弁漏れを防止できる。つまり、バタフライ弁４の外周面が球面状であれば、全閉位置のばらつきに対して流量不感帯を作ることができる。これにより、バタフライ弁４の全閉位置が多少ばらついても２個のシールリング１９、２０の各シール面１９ｂ、２０ｂ（リング内周面）とバタフライ弁４の外周面との間に隙間が生じることはなく、２個のシールリング１９、２０によるシール性を確保できるので、弁漏れを防止できる。
【００２７】
（変形例）
実施例１では、本発明に係るバルブユニット１の流量制御弁を、排気ガス再循環装置のＥＧＲ制御弁として使用する一例を説明したが、例えば、内燃機関に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ、あるいは、吸気通路に吸気負圧を発生させるための吸気絞りバルブ等に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１バルブユニット
２バルブハウジング
２ａバルブ通路
３バルブシャフト（流量制御弁）
４バタフライ弁（流量制御弁）
５メタル軸受（軸受）
６ボールベアリング（軸受）
１６第１のノズル
１７第２のノズル
１８周溝
１９第１のシールリング
１９ａシールリングに形成される合口隙間
２０第２のシールリング
２０ａシールリングのシール面
２１バックアップリング
２１ａバックアップリングのリング面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる通路を形成するバルブハウジングと、
このバルブハウジングに軸受を介して回転自在に支持されるバルブシャフト、および、前記通路の内部に配置されて前記バルブシャフトの軸心方向に対し傾斜した状態で前記バルブシャフトの端部に取り付けられる円板状のバタフライ弁を有し、このバタフライ弁が前記バルブシャフトと一体に回転することにより、前記通路を流れる流体の流量を調節する流量制御弁と、
前記バタフライ弁が前記通路を全閉する全閉位置に保持されている時に、流体の漏れを防止する弁漏れ防止手段とを備えるバルブユニットであって、
前記弁漏れ防止手段は、
前記通路の内周に圧入固定される円環状のノズルと、
このノズルに保持されるリング集合体とを有し、
前記ノズルは、前記通路を流れる流体の流れ方向に対し、上流側に配置される第１のノズルと下流側に配置される第２のノズルとに分割され、且つ、前記第１のノズルと前記第２のノズルとで協働して形成される周溝を有し、この周溝が半径方向の内方に開口して全周に形成され、
前記リング集合体は、
前記周溝内に収容されて前記第１のノズル側に配置される第１のシールリングと、
前記周溝内に収容されて前記第２のノズル側に配置される第２のシールリングと、
前記周溝内に収容されて前記第１のシールリングと前記第２のシールリングとの間に配置されるバックアップリングとを備え、
前記第１、第２のシールリングは、それぞれ、円周方向の一部に合口隙間が形成され、前記バタフライ弁が全閉位置に保持されている時に、縮径方向に作用する自己の弾性復元力により前記バタフライ弁の外周面を押圧して密着することで前記バタフライ弁との間をシールするシール面を有し、
前記バックアップリングは、円周方向に連続したリング面を形成し、前記第１のシールリングに形成される合口隙間と前記第２のシールリングに形成される合口隙間との間を前記リング面によって遮断していることを特徴とするバルブユニット。
【請求項２】
請求項１に記載したバルブユニットにおいて、
前記バタフライ弁は、径方向の外周面が球面状に形成されていることを特徴とするバルブユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載したバルブユニットは、
内燃機関より排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に再循環させる排気ガス再循環装置に使用され、
前記バルブハウジングに形成される前記通路は、ＥＧＲガスを前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路の一部であり、
前記流量制御弁は、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ制御弁であることを特徴とするバルブユニット。

【図１】