JP6768427B2 - 二重偏心弁 - Google Patents

Description

この発明は、弁体の回動中心である回転軸の軸線が弁体のシール面から離れて配置され
る（一次偏心）と共に、弁体の軸線から離れて配置される（二次偏心）二重偏心弁に関す
る。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される二重偏心弁が知られている。この二重偏心弁は、全閉時におけるシール性向上と、弁体の回動時に弁体と弁座との引き摺りによる摩耗の防止を図るために構成される。すなわち、この二重偏心弁は、弁孔と弁孔の縁部に形成されたシート面を含む弁座と、シート面に対応するシール面が外周に形成された弁体と、弁体を回動させるための回転軸と、回転軸を回転駆動させる駆動機構と、回転軸を支持する軸受とを備える。ここで、軸受を支点として弁体と回転軸の弁体側を弁座の方向へ押圧するために、回転軸の駆動機構側に付勢力を加えるように構成される。そして、全閉時に弁体と弁座との間に異物が噛み込まれて回転軸がロックされるのを防止するために、回転軸をハウジングにて片持ち支持することにより、弁体と弁座との間で多少の軸受ガタを許容するようになっている。また、全閉時に弁体と弁座との間からガス漏れを防止するために、軸受ガタを利用し、駆動機構により弁体を弁座に接触させてシールするようになっている。

ところで、このように構成された二重偏心弁を、例えば、過給機を備えたエンジンシステムにおいて、排気還流（ＥＧＲ）通路を流れるＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲ弁に採用することが考えられる。

国際公開第２０１６／００２５９９号

ところが、上記したように二重偏心弁をＥＧＲ弁に採用した場合、弁体の全閉時に、吸気通路側から過給圧がＥＧＲ通路を介して弁体を開弁させる方向へ作用すると、弁体が弁座から浮き上がり、新気が排気通路側へ流れるおそれがある。その結果、排気通路に設けられる触媒へ新気が流れて、触媒の排気浄化性能を低下させるおそれがあった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、全閉時に弁体を弁座から浮き上がらせる力が弁体に作用しても、弁体と弁座との間を封止して、弁体と弁座との間からの流体の漏れを防止することを可能とした二重偏心弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、円環状をなし、弁孔と弁孔に形成された環状のシート面を含む弁座と、円板状をなし、シート面に対応する環状のシール面が外周に形成された弁体と、流体が流れる流路を含むハウジングと、弁座と弁体が流路に配置されることと、流路は、弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、上流側流路に弁体が配置されることと、弁体を回動させるための回転軸と、回転軸をハウジングにて回転可能に支持するための軸受と、回転軸の軸線が弁体のシール面から離れて配置されると共に、弁体の軸線から離れて配置されることと、弁体は、回転軸の軸線から弁体の軸線が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境とする第１の側部と第２の側部を含み、弁体が弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ回動するときに、第１の側部が下流側流路へ向けて回動し、第２の側部が上流側流路へ向けて回動することとを備えた二重偏心弁において、全閉状態の弁体に対し、開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、第１の側部であって弁体の軸線方向一端側の面に係合可能に設けられた閉弁ストッパと、弁体が全閉状態にあるとき、第１の側部であって弁体の軸線方向一端側の面と閉弁ストッパとの間に所定の隙間が設けられることと、全閉状態の弁体を閉弁方向へ回動付勢するための回動付勢手段とを備え、回転軸は、その先端を自由端とし、先端の反対側である基端部にて軸受を介してハウジングに片持ち支持され、回動付勢手段は、回転軸の基端部とハウジングとの間に設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、全閉状態の弁体に対し、開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、閉弁ストッパが、弁体の第１の側部に係合可能に設けられる。従って、全閉状態の弁体が弁座から浮き上がろうとしても、弁体の第１の側部が閉弁ストッパに接触して浮き上がりが規制される。また、全閉状態の弁体は、回動付勢手段により、閉弁方向へ回動付勢される。従って、弁体は、第１の側部の閉弁ストッパとの接触部を支点として、閉弁方向へ回動付勢され、弁体が微動してそのシール面が弁座のシート面に接触する。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁体が全閉状態となり、かつ、下流側流路に高圧流体が作用するときに、弁体を更に閉弁方向へ回動付勢するための別の回動付勢手段を更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、弁体が全閉状態となり、かつ、下流側流路に高圧流体が作用するときには、別の回動付勢手段により弁体が更に閉弁方向へ付勢される。従って、高圧流体の作用による弁体の弁座からの浮き上がりが閉弁ストッパにより規制されるときには、弁体が微動してそのシール面が弁座のシート面に接触する。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、閉弁ストッパは、弁体の平面視において、弁体の軸線を中心にして、弁体の軸線から第１の側部へ向けて回転軸の軸線と直交する方向へ延びる第１の仮想線から、弁体の軸線から回転軸の先端部へ向けて回転軸の軸線と平行に延びる第２の仮想線までの角度範囲の中で、弁体の外周に隣接して配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、閉弁ストッパが、第１の仮想線から第２の仮想線までの角度範囲の中で弁体の外周に隣接して配置される。従って、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、回転軸を中心にした回動方向における弁体の微動と弁体の軸線方向における弁体の微動の少なくとも一方が規制される。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間に配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、閉弁ストッパが前記角度範囲の中間に配置されるので、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、回転軸を中心にした回動方向における弁体の微動と弁体の軸線方向における弁体の微動の両方が最大限に規制される。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも第１の仮想線の側に配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、回転軸を中心にした回動方向における弁体の微動が主として規制される。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも第２の仮想線の側に配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、弁体が閉弁ストッパに接触することにより、弁体の軸線方向における弁体の微動が主として規制される。

請求項１に記載の発明によれば、全閉時に弁体を弁座から浮き上がらせる力が弁体に作用しても、弁体と弁座との間を封止することができ、弁体と弁座との間からの流体の漏れを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、全閉時に弁体を弁座から浮き上がらせる高圧流体の圧力が弁体に作用しても、弁体と弁座との間を封止することができ、弁体と弁座との間からの高圧流体の漏れを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、全閉時における弁体の弁座からの浮き上がりを効果的に抑えることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、全閉時における弁体の弁座からの浮き上がりを最も効果的に抑えることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、回転軸を中心にした回動方向における弁体の弁座からの浮き上がりを抑えることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、弁体の軸線方向における弁体の弁座からの浮き上がりを抑えることができる。特に、低開度域での流体の流量特性（流量分解能）を向上させることができる。

第１実施形態に係り、ガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す斜視図。 第１実施形態に係り、全閉状態における弁部を一部破断して示す斜視図。 第１実施形態に係り、全開状態における弁部を一部破断して示す斜視図。 第１実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す平断面図。 第１実施形態に係り、全閉状態における弁座、弁体、回転軸及びメインギヤの関係を示す断面図。 第１実施形態に係り、回動付勢手段の電気的構成を示すブロック図。 第１実施形態に係り、回動付勢制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、弁座及び弁体等を示す断面図。 第１実施形態に係り、弁座及び弁体等を示す断面図。 第１実施形態に係り、弁座及び第２の側部の一部を示す拡大断面図。 第１実施形態に係り、弁座及び第１の側の部一部を示す拡大断面図。 第２実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁の一部を示す平断面図。 第２実施形態に係り、全閉状態におけるＥＧＲ弁の一部を示す側断面図。 第２実施形態に係り、閉弁ストッパの位置が「−４５°」であって、弁体に作用する圧力とＥＧＲ弁の洩れ流量との関係を示すグラフ。 第２実施形態に係り、閉弁ストッパの位置が「９０°」であって、弁体に作用する圧力とＥＧＲ弁の洩れ流量との関係を示すグラフ。 第２実施形態に係り、閉弁ストッパの位置が「１３０°」であって、弁体に作用する圧力とＥＧＲ弁の洩れ流量との関係を示すグラフ。 第３実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁の一部を示す平断面図。 第３実施形態に係り、ＥＧＲ弁の開度に対するＥＧＲガス流量の特性を示すグラフ。 第４実施形態に係り、ＤＣモータ式ポペット弁を含むＥＧＲ弁を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、この発明の二重偏心弁を含む排気還流弁（ＥＧＲ弁）に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のガソリンエンジンシステムを概略構成図により示す。自動車に搭載されたガソリンエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１には、その各気筒へ吸気を導入するための吸気通路２と、各気筒から排気を導出するための排気通路３が設けられる。吸気通路２と排気通路３には、過給機５が設けられる。吸気通路２には、エアクリーナ４、過給機５のコンプレッサ５ａ、インタークーラ６、スロットル装置７及び吸気マニホルド８が設けられる。スロットル装置７は、バタフライ式のスロットル弁７ａが開閉されることにより、吸気通路２の吸気量を調節するようになっている。吸気マニホルド８は、サージタンク８ａと、サージタンク８ａからエンジン１の各気筒へ分岐する複数の分岐通路８ｂとを含む。排気通路３には、過給機５のタービン５ｂと、排気を浄化するために直列に配置された第１の触媒９及び第２の触媒１０が設けられる。エンジン１は周知の構成を備え、燃料と吸気との混合気を燃焼し、燃焼後の排気を排気通路３へ排出するようになっている。過給機５は、タービン５ｂが排気の流れにより回転動作し、それに連動してコンプレッサ５ａが回転することにより、吸気通路２の吸気を昇圧させるようになっている。

このエンジンシステムは、排気還流装置（ＥＧＲ装置）２１を備える。この装置２１は、エンジン１から排気通路３へ排出される排気の一部を排気還流ガス（ＥＧＲガス）として吸気通路２へ流して各気筒へ還流させるための排気還流通路（ＥＧＲ通路）２２と、ＥＧＲ通路２２に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するための排気還流クーラ（ＥＧＲクーラ）２３と、ＥＧＲクーラ２３より下流のＥＧＲ通路２２に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調節するための排気還流弁（ＥＧＲ弁）２４とを含む。ＥＧＲ通路２２は、入口２２ａと複数の出口２２ｂを含む。ＥＧＲ通路２２の下流側には、複数の出口２２ｂを有するＥＧＲ分配管２５が設けられる。ＥＧＲ分配管２５は、吸気マニホルド８の分岐通路８ｂに設けられる。この実施形態で、ＥＧＲ通路２２の入口２２ａは、排気通路３にて直列に配置された２つの触媒９，１０の間に接続される。ＥＧＲ分配管２５の複数の出口２２ｂは、各分岐通路８ｂのそれぞれに連通する。複数の出口２２ｂが各分岐通路８ｂにそれぞれ連通するのは、ＥＧＲガスを各分岐通路８ｂを介して各気筒へ均等に導入するためである。

この実施形態で、ＥＧＲ弁２４は、開度可変な電動弁により構成される。このＥＧＲ弁２４として、大流量、高応答及び高分解能の特性を有することが望ましい。そこで、この実施形態では、ＥＧＲ弁２４の構造として、例えば、特許第５７５９６４６号公報に記載される「二重偏心弁」を基本構成として採用することができる。この二重偏心弁は、大流量制御に対応して構成される。

ここで、この二重偏心弁を含む電動式のＥＧＲ弁２４の基本構成について以下に説明する。図２に、このＥＧＲ弁２４を斜視図により示す。ＥＧＲ弁２４は、二重偏心弁より構成される弁部３１と、モータ４２（図５参照）を内蔵したモータ部３２と、減速機構４３（図５参照）を内蔵した減速機構部３３とを備える。弁部３１は、内部にＥＧＲガスが流れる流路３６を有する管部３７を含み、流路３６の中には弁座３８、弁体３９及び回転軸４０の先端部が配置される。回転軸４０には、モータ４２（図５参照）の回転力が減速機構４３（図５参照）を介して伝達されるようになっている。

図３に、弁体３９が弁座３８に着座する全閉位置に配置された全閉状態における弁部３１を一部破断して斜視図により示す。図４に、弁体３９が弁座３８から最も離れた全開状態における弁部３１を一部破断して斜視図により示す。図３、図４に示すように、流路３６には段部３６ａが形成され、その段部３６ａに弁座３８が組み込まれる。弁座３８は、円環状をなし、中央に弁孔３８ａを有する。弁孔３８ａの縁部には、環状のシート面３８ｂが形成される。弁体３９は、円板状をなし、その外周には、シート面３８ｂに対応する環状のシール面３９ａが形成される。弁体３９は回転軸４０の先端に固定されて回転軸４０と一体的に回動するようになっている。図３、図４において、流路３６は、弁座３８を境として上流側流路３６Ａと下流側流路３６Ｂに分かれる。図３、図４においては、弁座３８より上の流路３６がＥＧＲガスの流れの上流側流路３６Ａを示し、弁座３８より下の流路３６がＥＧＲガスの流れの下流側流路３６Ｂを示す。そして、弁体３９は、上流側流路３６Ａに配置される。この実施形態で、上流側流路３６Ａは、ＥＧＲ通路２２を介して排気通路３に通じる「排気側」であり、下流側流路３６Ｂは、ＥＧＲ通路２２を介して吸気通路２（吸気マニホルド８）に通じる「吸気側」である。

図５に、全閉状態のＥＧＲ弁２４を平断面図により示す。図５に示すように、このＥＧＲ弁２４は、主要な構成要素として、弁座３８、弁体３９及び回転軸４０の他に、ボディ４１、モータ４２、減速機構４３及び戻し機構４４を備える。ボディ４１は、流路３６と管部３７を含むアルミ製の弁ハウジング４５と、同ハウジング４５の開口端を閉鎖する合成樹脂製のエンドフレーム４６とを含む。回転軸４０及び弁体３９は、弁ハウジング４５に設けられる。すなわち、回転軸４０は、その先端に弁体３９を取り付けるためのピン４０ａを含む。回転軸４０は、ピン４０ａがある先端を自由端とし、先端部が弁体３９と共に上流側流路３６Ａに配置される。この実施形態では、上流側流路３６Ａにて、弁体３９と回転軸４０の先端部が配置されると共に、弁体３９が弁座３８に着座可能に設けられる。また、回転軸４０は、ピン４０ａの反対側を基端部４０ｂとし、その基端部４０ｂにて弁ハウジング４５に片持ち支持される。また、回転軸４０の基端部４０ｂは、互いに離れて配置された２つの軸受、すなわち第１軸受４７と第２軸受４８を介して弁ハウジング４５に回転可能に支持される。第２軸受４８に隣接して回転軸４０と弁ハウジング４５との間には、ゴムシール６１が設けられる。第１軸受４７及び第２軸受４８は、それぞれボールベアリングにより構成される。弁体３９は、その軸線Ｌ２（図６参照）上にて上方（上流側流路３６Ａ）へ突出する突部３９ｂを含み、この突部３９ｂにピン孔３９ｃが形成される。弁体３９は、このピン孔３９ｃにピン４０ａを圧入し溶接することにより回転軸４０に固定される。

図５において、エンドフレーム４６は、弁ハウジング４５に対し複数のクリップ（図示略）により固定される。エンドフレーム４６の内側には、回転軸４０の基端に対応して配置され、弁体３９の開度（弁開度）を検出するための開度センサ４９が設けられる。また、回転軸４０の基端部４０ｂには、メインギヤ５１が固定される。メインギヤ５１と弁ハウジング４５との間には、弁体３９を閉弁方向へ回動付勢するためのリターンスプリング５０が設けられる。この実施形態で、リターンスプリング５０は、本発明の回動付勢手段の一例に相当する。メインギヤ５１の裏側には、凹部５１ａが形成され、その凹部５１ａに磁石５６が収容される。この磁石５６は、その上から押さえ板５７により押さえ付けられて固定される。従って、メインギヤ５１が、弁体３９及び回転軸４０と一体的に回転することにより、磁石５６の磁界が変化し、その磁界の変化を開度センサ４９が弁開度として検出するようになっている。

図５に示すように、モータ４２は、弁ハウジング４５に形成された収容凹部４５ａに収容される。モータ４２は、収容凹部４５ａにて、留め板５８と板ばね５９を介して弁ハウジング４５に固定される。モータ４２は、弁体３９を開閉するために減速機構４３を介して回転軸４０に駆動連結される。すなわち、モータ４２の出力軸（図示略）上に固定されたモータギヤ５３が、中間ギヤ５２を介し、メインギヤ５１に駆動連結される。中間ギヤ５２は、大径ギヤ５２ａと小径ギヤ５２ｂを含む二段ギヤにより構成される。中間ギヤ５２は、ピンシャフト５４を介して弁ハウジング４５に回転可能に支持される。大径ギヤ５２ａには、モータギヤ５３が連結され、小径ギヤ５２ｂには、メインギヤ５１が連結される。この実施形態では、各ギヤ５１〜５３により減速機構４３が構成される。メインギヤ５１と中間ギヤ５２は、軽量化のために樹脂材料により形成される。弁ハウジング４５とエンドフレーム４６との接合部分には、ゴム製のガスケット６０が設けられる。このガスケット６０により、モータ部３２と減速機構部３３の内部が大気に対して密閉される。

従って、図３に示すように、全閉状態から、モータ４２が作動し、モータギヤ５３が回転することにより、その回転が中間ギヤ５２により減速されてメインギヤ５１に伝達される。これにより、回転軸４０及び弁体３９が、リターンスプリング５０の付勢力に抗して回動され、流路３６が開かれる。すなわち、弁体３９が開弁される。弁体３９を閉弁させる場合は、モータ４２がモータギヤ５３を逆転させることになる。また、弁体３９をある開度に保持するためには、モータ４２に回転力を発生させ、その回転力を保持力としてモータギヤ５３、中間ギヤ５２及びメインギヤ５１を介して回転軸４０に伝達する。この保持力がリターンスプリング５０の付勢力に均衡することにより、弁体３９がある開度に保持される。

ここで、図３に示す全閉状態において、下流側流路３６Ｂに吸気通路２から過大な過給圧が作用することがある。この場合、弁体３９が弁座３８から浮き上がり、吸気が上流側流路３６Ａへ漏れて排気通路３へ流れるおそれがある。この結果、排気通路３では、触媒９，１０が劣化したり、バックファイア等が発生したりするおそれがある。この実施形態で、この弁体３９の浮き上りは、回転軸４０が二つの軸受４７，４８を介して弁ハウジング４５に支持され、それら軸受４７，４８に構造上、ミクロン単位のガタが存在することにより起こり得るものである。そこで、このＥＧＲ弁２４には、全閉時に過大な過給圧の作用による弁体３９の浮き上がりを防止するための構成が設けられる。

図６には、全閉状態における弁座３８、弁体３９、回転軸４０及びメインギヤ５１の関係を断面図により示す。図６において、回転軸４０の軸線（主軸線）Ｌ１は、弁体３９のシール面３９ａから離れて配置されると共に、弁体３９の軸線Ｌ２から離れて配置される。ここで、回転軸４０のピン４０ａの軸線（副軸線Ｌ３）は、主軸線Ｌ１に対し平行に伸びると共に、主軸線Ｌ１から回転軸４０の半径方向へ偏して配置される。弁体３９は、主軸線Ｌ１から弁体３９の軸線Ｌ２が伸びる方向と平行に伸びる仮想面Ｖ１を境とする第１の側部３９Ａ（図６において網掛け（紗）を付して示す部分）と第２の側部３９Ｂ（図６において網掛け（紗）を付さない部分）を含む。そして、弁体３９が全閉状態から、回転軸４０の主軸線Ｌ１を中心にして、開弁方向（図６の時計方向）Ｆ１へ回動するとき、第１の側部３９Ａは下流側流路３６Ｂへ向けて回動し、第２の側部３９Ｂは上流側流路３６Ａへ向けて回動するようになっている。開弁状態から弁体３９を全閉状態へ閉弁するときは、開弁方向Ｆ１とは逆向きの閉弁方向（図６の反時計方向）へ回動するようになっている。

なお、図６に示すように、メインギヤ５１の回転軌跡上には、メインギヤ５１の回転を規制するギヤストッパ６３が設けられる。このギヤストッパ６３は、弁ハウジング４５に設けられる。ここで、弁体３９が全閉状態のときは、メインギヤ５１とギヤストッパ６３との間に所定の隙間Ｇ１が設定される。従って、メインギヤ５１は、全閉状態から、ギヤストッパ６３に当接するまで更に回動が許容される。これによって全閉状態における弁体３９の閉弁方向への更なる回動が許容される。

上記した弁座３８、弁体３９、回転軸４０及びメインギヤ５１の配置関係を前提として、図３〜図６に示すように、弁座３８には、全閉状態の弁体３９に対し、開弁方向Ｆ１とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するための閉弁ストッパ６５が設けられる。閉弁ストッパ６５は、弁体３９の外周に隣接して配置され、弁体３９の第１の側部３９Ａの上面に係合可能に設けられる。閉弁ストッパ６５は、Ｌ形状をなし、その短辺部６５ａが弁座３８の上面に固定され、長辺部６５ｂが第１の側部３９Ａの上面に接触可能に配置される。ここで、閉弁ストッパ６５は、例えば、溶接により弁座３８に固定することができる。弁体３９が全閉状態にあるとき、第１の側部３９Ａの上面と閉弁ストッパ６５の長辺部６５ｂとの間には、わずかな隙間Ｇ２が設けられる。図６に示す隙間Ｇ２は、便宜上、実際の寸法よりも大きく示される。図５に示すように、この実施形態では、閉弁ストッパ６５は、弁体３９の平面視において、弁体３９の軸線Ｌ２を中心にして、弁体３９の軸線Ｌ２から第１の側部３９Ａへ向けて回転軸４０の主軸線Ｌ１と直交する方向へ延びる第１の仮想線Ｌ１０上に配置される。すなわち、この実施形態で、閉弁ストッパ６５は、後述する角度範囲θ１（図１３参照）の中間よりも第１の仮想線Ｌ１０の側に配置される。

また、この実施形態では、全閉状態の弁体３９を更に閉弁方向へ回動付勢するための別の回動付勢手段が設けられる。図７に、その別の回動付勢手段の電気的構成をブロック図により示す。図７に示すように、この実施形態では、ＥＧＲ弁２４の開閉を制御するためのコントローラ７０と、吸気マニホルド８のサージタンク８ａの中の吸気圧力ＰＭを検出するための吸気圧センサ７１（図１参照）とを備える。コントローラ７０には、吸気圧センサ７１とＥＧＲ弁２４が接続される。そして、コントローラ７０は、ＥＧＲ弁２４に対し、次のような回動付勢制御を実行するようになっている。この実施形態で、ＥＧＲ弁２４のモータ４２、減速機構４３及びコントローラ７０により、本発明の別の回動付勢手段の一例が構成される。

図８に、この回動付勢制御の内容をフローチャートにより示す。処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、コントローラ７０は、ＥＧＲ弁２４が全閉状態であるか否かを判断する。コントローラ７０は、この判断を、ＥＧＲ弁２４を全閉制御中であるか否かを判断することで行うことができる。コントローラ７０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻す。

ステップ１１０では、コントローラ７０は、吸気圧センサ７１で検出される吸気圧力ＰＭを取り込む。

次に、ステップ１２０で、コントローラ７０は、吸気圧力ＰＭが所定値Ｐ１より高いか否かを判断する。ここで、所定値Ｐ１は、過給機５の動作により吸気マニホルド８に高圧の過給圧が作用したときを想定して設定された値である。コントローラ７０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１３０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１００へ戻す。

そして、ステップ１３０では、コントローラ７０は、ＥＧＲ弁２４の弁体３９を全閉状態から更に閉弁方向へ回動させるためにモータ４２を制御する。この実施形態において、コントローラ７０は、例えば、モータ４２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することができる。すなわち、モータ４２に対する電流のデューティ比ＤＵＴＹを変えることにより、モータ４２の出力を制御するようになっている。その後、コントローラ７０は処理をステップ１００へ戻す。

上記制御によれば、コントローラ７０は、弁体３９が全閉状態となり、かつ、下流側流路３６Ｂに高圧の吸気、すなわち過給圧が作用するときに、弁体３９を全閉状態から更に閉弁方向へ回動付勢するためにモータ４２を制御するようになっている。

以上説明したこの実施形態の二重偏心弁を含むＥＧＲ弁２４によれば、全閉状態の弁体３９に対し、開弁方向Ｆ１とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、閉弁ストッパ６５が、弁体３９の第１の側部３９Ａに係合可能に設けられる。従って、例えば、下流側流路３６Ｂに過給圧が作用して、全閉状態の弁体３９が弁座３８から浮き上がろうとしても、図９に示すように、弁体３９の第１の側部３９Ａが閉弁ストッパ６５に接触して弁体３９の浮き上がりが規制される。すなわち、弁体３９が閉弁ストッパ６５に接触することにより、回転軸４０を中心にした回動方向における弁体３９の微動が主として規制される。このとき、図９に示すように、第１の側部３９Ａは閉弁ストッパ６５に接触するが、第１の側部３９Ａと第２の側部３９Ｂの両方で、シール面３９ａが弁座３８のシート面３８ｂから離れることになる。図９における弁座３８と弁体３９との間の距離は、便宜上誇張的に示されたものである。また、全閉状態の弁体３９は、リターンスプリング５０により、閉弁方向へ回動付勢される。図９は、弁座３８及び弁体３９等を示す断面図である。

従って、図１０に示すように、弁体３９は、その第１の側部３９Ａの閉弁ストッパ６５との接触部Ｃ１を支点として、閉弁方向へ回動付勢され、弁体３９が横方向へ微動してシール面３９ａが弁座３８のシート面３８ｂに接触する。すなわち、図１１に示すように、第２の側部３９Ｂのシール面３９ａが弁座３８のシート面３８ｂに接触すると、そのシート面３８ｂのテーパに沿って弁体３９が横方向へ移動することになる。これにより、図１２に示すように、第１の側部３９Ａでもシール面３９ａが弁座３８のシート面３８ｂに接触することになり、弁体３９と弁座３８との間でシール面３９ａの全周がシート面３８ｂの全周と線接触又は面接触する。このため、全閉時に、回転軸４０を中心にした回動方向において、弁体３９を弁座３８から浮き上がらせる力が弁体３９に作用しても、その浮き上がりを抑えることができ、弁体３９と弁座３８との間を封止することができ、弁体３９と弁座３８との間からの吸気の漏れを防止することができる。この結果、吸気が排気通路３へ流れることがなく、バックファイア等の発生を防止することができる。図１０は、弁座３８及び弁体３９等を示す断面図である。図１１は、弁座３８及び第２の側部３９Ｂの一部を示す拡大断面図である。図１２は、弁座３８及び第１の側部３９Ａの一部を示す拡大断面図である。

この実施形態の構成によれば、弁体３９が全閉状態となり、かつ、下流側流路３６Ｂに高圧の過給圧が作用するときには、コントローラ７０とモータ４２等により弁体３９が更に閉弁方向へ回動付勢される。従って、高圧の過給圧の作用による弁体３９の弁座３８からの浮き上がりが規制されるときは、上記と同様に弁体３９が横方向へ微動してそのシール面３９ａが弁座３８のシート面３８ｂに接触する。このため、全閉時に弁体３９を弁座３８から浮き上がらせる高圧の過給圧が弁体３９に作用しても、弁体３９と弁座３８との間を封止することができ、弁体３９と弁座３８との間からの吸気の漏れを防止することができる。

また、この実施形態の構成によれば、上流側流路３６Ａに弁体３９と回転軸４０の先端部が配置されると共に、弁体３９が弁座３８に着座可能に設けられる。従って、全閉時に、上流側流路３６Ａに作用する排気圧力が、弁体３９が弁座３８に着座する方向に作用する。このため、全閉時には、上流側流路３６Ａに作用する排気圧力を利用してＥＧＲ弁２４からの吸気通路２へのＥＧＲガス漏れを効果的に防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、この発明の二重偏心弁を含むＥＧＲ弁に具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明では、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、閉弁ストッパ６５の配置の点で第１実施形態と構成が異なる。図１３に、全閉状態のＥＧＲ弁２４の一部を平断面図により示す。この実施形態では、図１３に示すように、閉弁ストッパ６５は、弁体３９の平面視において、弁体３９の軸線Ｌ２を中心にして、弁体３９の軸線Ｌ２から第１の側部３９Ａへ向けて回転軸４０の主軸線Ｌ１と直交する方向へ延びる第１の仮想線Ｌ１０から、弁体３９の軸線Ｌ２から回転軸４０の先端部へ向けて回転軸４０の主軸線Ｌ１と平行に延びる第２の仮想線Ｌ２０までの角度範囲θ１の中で、弁体３９の外周に隣接して配置される。特に、この実施形態で、閉弁ストッパ６５は、角度範囲θ１の中間に配置される。ここで、角度範囲θ１の中間として、例えば、図１３において、第１の仮想線Ｌ１０を基準位置（０°）とした時計方向「４５°」の位置の他、基準位置（０°）から時計方向へ「４０°〜５０°」の範囲の位置を含むものとする。

この実施形態の構成によれば、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、閉弁ストッパ６５が、第１の仮想線Ｌ１０から第２の仮想線Ｌ２０までの角度範囲θ１の中で、弁体３９の外周に隣接して配置される。従って、弁体３９が閉弁ストッパ６５に接触することにより、回転軸４０を中心にした回動方向における弁体３９の微動と、弁体３９の軸線Ｌ２の方向における弁体３９の微動の少なくとも一方が規制される。このため、全閉時における弁体３９の弁座３８からの浮き上がりを効果的に抑えることができる。特に、この実施形態では、閉弁ストッパ６５が、角度範囲θ１の中間に配置されるので、弁体３９が閉弁ストッパ６５に接触することにより、回転軸４０を中心にした回動方向における弁体３９の微動と、弁体３９の軸線Ｌ２の方向における弁体の微動の両方が最大限に規制されることになる。このため、全閉時に弁体３９を弁座３８から浮き上がらせる高圧の過給圧が弁体３９に作用しても、弁体３９と弁座３８との間を効果的に封止することができ、弁体３９と弁座３８との間からの高圧の吸気の漏れを効果的に防止することができる。

図１４に、全閉状態におけるＥＧＲ弁２４の一部を側断面図により示す。図１４に示すように、この実施形態では、弁体３９を先端部に固定した回転軸４０が、弁ハウジング４５にて二つの軸受４７，４８により片持ち支持される。従って、回転軸４０と二つの軸受４７，４８との間には、不可避な多少の軸受ガタが存在する。このため、弁体３９と弁座３８との間には、弁体３９の上下方向（図１４の上下方向）において多少のガタが存在する。ここで、弁体３９の上下方向の浮き上がりを防止するには、図１４に黒三角で示す位置（回転軸４０の主軸線Ｌ１の延長線上の位置）にて、弁体３９を抑えるときに最も小さい力（トルク）で抑えることができる。ただし、この位置は、弁体３９の回動方向（開閉方向）の浮き上がりを防止するには、最も劣る位置となる。一方、弁体３９の回動方向の浮き上がりを防止するには、図１３に黒三角で示す位置（第１の仮想線Ｌ１０上、かつ、弁体３９の軸線Ｌ２から最も遠い位置）にて、弁体３９を抑えるときに最も小さい力（トルク）で抑えることができる。そこで、この実施形態では、閉弁ストッパ６５を、角度範囲θ１の中間に配置することで、弁体３９の上下方向における浮き上がりと、弁体３９の回動方向における浮き上がりの双方に対し、複合的により小さい力（トルク）で弁体３９の浮き上がりを抑えることができるようになっている。

図１５〜図１７には、弁体３９に加わる圧力（過給圧）に対する、弁座３８と弁体３９との間からの吸気の洩れ流量の関係をグラフにより示す。図１５〜図１７において、「黒丸」「白丸」「黒四角」は、モータ４２に供給される電流のデューティ比ＤＵＴＹの違い（黒丸：０％、白丸：１０％、黒四角：２０％）を示す。また、図１５は、閉弁ストッパが、図１４において第１の仮想線Ｌ１０を基準に反時計方向「−４５°」に位置する場合を示し、図１６は、「０°」に位置する場合（第１実施形態の場合）を示し、図１７は、時計方向へ「４５°」（角度範囲θ１の中間）に位置する場合を示す。図１５に示す「−４５°」の場合では、洩れ流量を所定の基準値Ｑ１以下に抑えるには、最大でも「１１０ｋＰａ」の圧力にしか対抗することができず、図１６に示す「０°」の場合では、同じく最大でも「１４０ｋＰａ」の圧力にしか対抗することができない。これに対し、本実施形態のように、図１７に示す「４５°」の場合では、洩れ流量を基準値Ｑ１以下に抑えるために、最大で「２６０ｋＰａ」もの圧力に対抗することができる。このように、本実施形態の構成によれば、閉弁ストッパ６５を角度範囲θ１の中間に配置したので、第１実施形態の場合に比べ、２倍の過給圧に対抗して弁体３９の浮き上がりを効果的に抑えられることがわかる。

＜第３実施形態＞
次に、この発明の二重偏心弁を含むＥＧＲ弁に具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、閉弁ストッパ６５の配置の点で前記各実施形態と構成が異なる。図１８に、全閉状態のＥＧＲ弁２４の一部を平断面図により示す。この実施形態では、図１８に示すように、閉弁ストッパ６５は、弁体３９の平面視において、弁体３９の軸線Ｌ２を中心にして、第１の仮想線Ｌ１０から第２の仮想線Ｌ２０までの角度範囲θ１の中で、弁体３９の外周に隣接して配置される。特に、この実施形態で、閉弁ストッパ６５は、角度範囲θ１の中間よりも第２の仮想線Ｌ２０の側であって、一例として基準位置（０°）から時計方向へ「６０°」の位置に配置される。この実施形態では、弁体３９の平面視において、主軸線Ｌ１よりも第１の側部３９Ａの側にて、長辺部６５ｂが主軸線Ｌ１と直交する向きに閉弁ストッパ６５が配置される。

この実施形態の構成によれば、第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、閉弁ストッパ６５が、角度範囲θ１の中間よりも第２の仮想線Ｌ２０の側であって、一例として基準位置（０°）から時計方向へ「６０°」の位置に配置されるので、弁体３９が閉弁ストッパ６５に接触することにより、弁体３９の軸線Ｌ２の方向における弁体３９の微動が主として規制される。このため、弁体３９の軸線Ｌ２の方向における弁体３９の弁座３８からの浮き上がりを抑えることができる。特に、ＥＧＲ弁２４の低開度域でのＥＧＲガスの流量特性（流量分解能）を向上させることができる。

図１９に、一例として、ＥＧＲ弁２４の開度に対するＥＧＲガスの流量の特性をグラフにより示す。このグラフにおいて、曲線の線種の違いは閉弁ストッパ６５の配置（基準位置（０°）からの角度）の違いを示す。すなわち、太い実線は基準位置「０°」の場合（第１実施形態）を示し、太い１点鎖線は「３５°」の場合を示し、太い２点鎖線は「４５°」の場合（第２実施形態）を示し、太い破線は「６０°」の場合（第３実施形態）を示す。このグラフに示すように、低開度域（例えば「０.５°〜１.５°」）では、基準位置（０°）からの角度が増えるほど、ＥＧＲガスの流量分解能が高くなることがわかる。そして、この実施形態と同様「６０°」の場合で、流量分解能が最も高くなることがわかる。

＜第４実施形態＞
次に、ポペット弁を含むＥＧＲ弁に関する第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

二重偏心弁ではなくポペット弁をＥＧＲ弁に採用した場合も、弁体と弁座の位置関係によっては二重偏心弁の場合と同様の問題が考えられる。そこで、この実施形態では、ポペット弁をＥＧＲ弁に採用した場合について説明する。

この実施形態では、ＥＧＲ弁の構成が前記各実施形態と異なる。図２０に、この実施形態のＤＣモータ式ポペット弁を含むＥＧＲ弁８１を断面図により示す。この実施形態のＥＧＲ弁８１は、ポペット弁を含む構成となっている。すなわち、図２０に示すように、ＥＧＲ弁８１は、流路８２を有するハウジング８３と、流路８２に設けられた弁座８４と、弁座８４に対して着座可能に設けられた弁体８５と、弁体８５を直進的に往復運動（ストローク運動）させるための弁軸８６と、弁体８５と共に弁軸８６をその軸線方向へストローク運動させるためのＤＣモータ８７とを備える。

弁体８５は、弁軸８６の下端部に固定され、弁軸８６の上端部には、スプリング受け８８が設けられる。スプリング受け８８とハウジング８３との間には、弁体８５が弁座８４に着座する方向、すなわち閉弁方向へ弁体８５と弁軸８６を付勢する閉弁スプリング８９（閉弁付勢手段）が設けられる。ハウジング８３には、弁軸８６を軸線方向へ移動可能に支持するためのスラスト軸受９０が設けられる。また、スラスト軸受９０に隣接して、ハウジング８３には、シール部材９１が設けられる。

ＤＣモータ８７は、主として電磁コイル９２、磁石９３を含む回転子９４及び回転軸９５を備える。回転子９４は、ラジアル軸受９６を介してハウジング８３に回転可能に支持される。電磁コイル９２は、回転子９４の周囲にてハウジング８３に固定される。回転軸９５は、弁軸８６と同軸上に配置され、その下端部が弁軸８６を押圧可能に設けられる。回転軸９５の上部には、雄ねじ９７が設けられる。回転子９４の中心には、雄ねじ９７と螺合する雌ねじ９８が設けられる。そして、このＥＧＲ弁８１は、ＤＣモータ８７を駆動させて、すなわち電磁コイル９２を励磁させて回転子９４を回転させることにより、その回転運動を雌ねじ９８と雄ねじ９７を介して回転軸９５のストローク運動に変換し、その下端部で弁軸８６を押圧することにより、弁座８４に対する弁体８５の開度を調節するようになっている。ＥＧＲ弁８１の全閉時には、弁体８５が弁座８４に着座して閉弁する。

弁座８４は、円環状をなし、弁孔８４ａと弁孔８４ａに形成された環状のシート面８４ｂを含む。弁体８５は、略円錐台形状をなし、シート面８４ｂに対応する環状のシール面８５ａが外周に形成される。流路８２は、弁座８４を境に上流側流路８２Ａ（下側）と下流側流路８２Ｂ（上側）に分かれ、弁体８５は、上流側流路８２Ａに配置される。上流側流路８２Ａは、ＥＧＲ通路を介して排気通路に接続される。下流側流路８２Ｂは、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に接続される。この実施形態では、全閉状態の弁体８５の、閉弁方向へ向かう移動を規制するために、弁座８４が弁体８５に係合可能に設けられる（閉弁規制手段）。

なお、この実施形態では、図１に示すガソリンエンジンシステムにおいて、ＥＧＲ弁２４の代わりに、このＥＧＲ弁８１が使用される。また、この実施形態では、図７に示すブロック図において、ＥＧＲ弁２４の代わりに、このＥＧＲ弁８１が使用される。すなわち、コントローラ７０は、弁体８５が全閉状態となり、かつ、下流側流路８２Ｂに高圧の過給圧が作用するときに、弁体８５を全閉状態から更に閉弁方向へ付勢するためにＤＣモータ８７を制御するようになっている（別の閉弁付勢手段）。

以上説明したように、この実施形態におけるポペット式のＥＧＲ弁８１の構成によれば、全閉状態の弁体８５は、弁座８４に係合することで、その閉弁方向（上方向）へ向かう移動が規制される。また、その全閉状態では、弁体８５が閉弁スプリング８９によって閉弁方向へ付勢される。従って、下流側流路８２Ｂに多少の吸気圧（正圧）が作用しても、弁体８５の全閉状態が保たれ、弁座８４からの弁体８５の浮き上がりが規制される。また、弁体８５が全閉状態となり、かつ、下流側流路８２Ｂに高圧の過給圧が作用するときは、ＤＣモータ８７がコントローラ７０により制御されて、弁体８５が更に閉弁方向へ付勢される。従って、全閉状態の弁体８５に高圧の過給圧が作用しても、弁体８５の弁座８４からの浮き上がりが規制され、弁体８５のシール面８５ａと弁座８４のシート面８４ｂとの接触が保たれる。このため、全閉時の弁体８５に高圧の過給圧が作用しても、弁体８５と弁座８４との間を封止することができ、弁体８５と弁座８４との間からの吸気の漏れを防止することができる。また、過給圧による弁体８５の浮き上がりを防止できるため、閉弁スプリング８９とＤＣモータ８７とを協働させることによって、両者８９，８７それぞれを大型化及び高性能化する必要がなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記第１実施形態では、弁体３９が全閉状態となり、かつ、下流側流路３６Ｂに所定値Ｐ１より高い吸気圧力ＰＭ（過給圧）が作用したときだけ、コントローラ７０とモータ４２等（別の回動付勢手段）がＥＧＲ弁２４を制御して弁体３９を更に閉弁方向へ回動付勢するように構成した。これに対し、弁体が全閉状態となったときはいつでも、コントローラとモータ等（回動付勢手段）が弁体を更に閉弁方向へ回動付勢するように構成することもできる。

（２）前記第１実施形態では、本発明の二重偏心弁をＥＧＲ弁２４に具体化したが、ＥＧＲ弁に限らず、流体の流量を調節するものであれば各種の流量調節弁に本発明の二重偏心弁を具体化することができる。

この発明は、例えば、エンジンに装備されるＥＧＲ装置のＥＧＲ弁に利用することができる。

２４ ＥＧＲ弁
３６ 流路
３６Ａ 上流側流路
３６Ｂ 下流側流路
３８ 弁座
３８ａ 弁孔
３８ｂ シート面
３９ 弁体
３９ａ シール面
３９Ａ 第１の側部
３９Ｂ 第２の側部
４０ 回転軸
４０ａ ピン
４２ モータ（別の回動付勢手段）
４３ 減速機構（別の回動付勢手段）
４５ 弁ハウジング
４７ 第１軸受
４８ 第２軸受
５０ リターンスプリング（回動付勢手段）
６５ 閉弁ストッパ
７０ コントローラ（別の回動付勢手段）
Ｌ１ 主軸線（回転軸の軸線）
Ｌ２ 軸線（弁体の軸線）
Ｌ３ 副軸線（ピンの軸線）
Ｌ１０ 第１の仮想線
Ｌ２０ 第２の仮想線
θ１ 角度範囲
Ｖ１ 仮想面

Claims (6)

1. 円環状をなし、弁孔と前記弁孔に形成された環状のシート面を含む弁座と、
   円板状をなし、前記シート面に対応する環状のシール面が外周に形成された弁体と、
   流体が流れる流路を含むハウジングと、
   前記弁座と前記弁体が前記流路に配置されることと、
   前記流路は、前記弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、前記上流側流路に前記弁体が配置されることと、
   前記弁体を回動させるための回転軸と、
   前記回転軸を前記ハウジングにて回転可能に支持するための軸受と、
   前記回転軸の軸線が前記弁体の前記シール面から離れて配置されると共に、前記弁体の軸線から離れて配置されることと、
   前記弁体は、前記回転軸の軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境とする第１の側部と第２の側部を含み、前記弁体が前記弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ回動するときに、前記第１の側部が前記下流側流路へ向けて回動し、前記第２の側部が前記上流側流路へ向けて回動することと
   を備えた二重偏心弁において、
   前記全閉状態の前記弁体に対し、前記開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、前記第１の側部であって前記弁体の軸線方向一端側の面に係合可能に設けられた閉弁ストッパと、
   前記弁体が全閉状態にあるとき、前記第１の側部であって前記弁体の軸線方向一端側の面と前記閉弁ストッパとの間に所定の隙間が設けられることと、
   前記全閉状態の前記弁体を前記閉弁方向へ回動付勢するための回動付勢手段と
   を備え、
   前記回転軸は、その先端を自由端とし、前記先端の反対側である基端部にて前記軸受を介して前記ハウジングに片持ち支持され、
   前記回動付勢手段は、前記回転軸の前記基端部と前記ハウジングとの間に設けられる
   ことを特徴とする二重偏心弁。
2. 前記弁体が前記全閉状態となり、かつ、前記下流側流路に高圧流体が作用するときに、前記弁体を更に前記閉弁方向へ回動付勢するための別の回動付勢手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の二重偏心弁。
3. 前記閉弁ストッパは、前記弁体の平面視において、前記弁体の軸線を中心にして、前記弁体の軸線から前記第１の側部へ向けて前記回転軸の軸線と直交する方向へ延びる第１の仮想線から、前記弁体の軸線から前記回転軸の先端部へ向けて前記回転軸の軸線と平行に延びる第２の仮想線までの角度範囲の中で、前記弁体の外周に隣接して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の二重偏心弁。
4. 前記閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の二重偏心弁。
5. 前記閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも前記第１の仮想線の側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の二重偏心弁。
6. 前記閉弁ストッパは、前記角度範囲の中間よりも前記第２の仮想線の側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の二重偏心弁。

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