CN107076034A - 阀装置 - Google Patents

Abstract

阀装置具备：阀身(4)，形成连通到内燃机的燃烧室的流体流路(3)；阀门(2)，旋转自如地收容在流体流路内，改变流体流路的开度；全开位置；全闭位置；中间位置，是全开位置与全闭位置之间的规定的阀门位置；电动致动器(5)，使阀门朝向闭侧或开侧旋转驱动；阀门施力部(28)，将阀门从全闭位置朝向开侧施力；ACT控制部(6)，控制电动致动器的驱动。阀门施力部的整定载荷比仅通过阀门施力部的施力能够从全闭位置回位到中间位置的整定载荷小；ACT控制部在进行了使内燃机的运转停止的IG开关(24)的断开操作的时点的阀门位置处于比中间位置靠闭侧的情况下，在IG开关的断开操作后，由电动致动器使阀门移动到中间位置。

Description

阀装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2014年11月20日提出的日本专利申请第2014-235685号，在此引用其全部内容。

技术领域

本公开涉及用来将与内燃机的燃烧室连通的流体流路开闭的阀装置。

背景技术

以往，已知有具备形成连通到内燃机的燃烧室的流体流路的阀身、和转动自如地支承在阀身内并且被致动器驱动的阀门的阀装置。这样的阀装置，有改变向燃烧室的吸入空气量的节流阀装置、及改变从排气通路向吸气通路再循环的排气气体量的EGR阀装置等。

并且，作为阀装置，有具备使阀门受到开侧施力的弹簧(以下称作开弹簧)和使阀门受到闭侧施力的弹簧(以下称作闭弹簧)的W弹簧构造的阀装置(例如，参照专利文献1)。

在该阀装置中，在比规定的中间位置(设定在全闭位置与全开位置之间的规定的阀门位置)靠闭侧，开弹簧的施力作用在阀门轴上，在比中间位置靠开侧，闭弹簧的施力作用在阀门轴上。并且，在没有致动器的驱动力的状态下，阀门成为在弹簧的施力下留在中间位置的构造(构造的详细情况例如参照专利文献1)。

即，如图10所示，在被施加了闭弹簧的施力的区域中致动器的驱动力被解除的情况下，阀门仅在由闭弹簧的施力产生的转矩作用下向中间位置回位(参照图10的从全开位置朝向中间位置的双点划线)。此外，在被施加开弹簧的施力的区域中致动器的驱动力被解除的情况下，阀门仅在由开弹簧的施力产生的转矩作用下向中间位置回位(参照图10的从全闭位置朝向中间位置的双点划线)。

另外，在图10中，将比绕阀门轴的负荷转矩为零的位置更向开侧的旋转转矩表述为正侧(纵轴上方)，将向闭侧的旋转转矩表述为负侧(纵轴下方)。在本说明书中，与正侧负侧无关，而将绝对值的大小作为向各方向的转矩的大小而进行说明。

在致动器的驱动力解除从而阀门向中间位置回位的情况下，在阀门轴上向阻碍由于弹簧的施力而要向中间位置返回的方向上作用阻力(摩擦力或马达制动转矩)。因而，成为以从弹簧的施力减去阻力后的转矩向中间位置返回。

因此，开弹簧及闭弹簧的整定载荷分别被设定为即使在有阻力的情况下也仅通过自身的施力就能够回位到中间位置那样的整定载荷。即，从开侧及从闭侧都没有致动器的驱动力而能够以自力回位的位置(自力回位位置)是中间位置。

在这样的构造的阀装置中，为了使阀门从中间位置向开侧运动，需要由致动器施加超过阻碍闭弹簧的施力及阀门的旋转的阻力(摩擦力等)的转矩(参照图10的从中间位置朝向全开的粗实线)。此外，为了使阀门从中间位置向闭侧运动，需要由致动器施加超过阻碍开弹簧的施力及阻力的转矩(参照图10的从中间位置朝向全闭的粗实线)。

并且，需要的转矩越大，向致动器供给的电力越大。即，弹簧的施力或阻力越大，向致动器供给的电力越大。特别是在必须将阀门在全闭位置长时间保持的阀装置的情况下，如果开弹簧的施力或阻力较大，则致动器有可能烧毁。这是因为，为了将阀门维持在全闭位置所需要的全闭维持所需转矩变大。因此，希望使开弹簧的施力变小防止致动器烧毁。

但是，如果使开弹簧的施力变小，则仅通过开弹簧的施力不能回位到规定的中间位置，在比中间位置靠闭侧就停止了。

在中间位置被设定为能够防止阀门的结冰固粘的位置的情况下，如果仅回位到比中间位置靠闭侧，则发生阀门的结冰固粘。另外，所谓阀门的结冰固粘，是指在IG开关(点火开关)断开后、在低温环境下包含在流体流路内的吸气或排气中的水分冷凝、通过该水分在阀门与阀身之间冻结而使阀门变得不能动的现象。

因此，在IG开关断开后，想要尽可能避免阀门在比中间位置靠闭侧停止的状况。即，想要使得即使是在有IG开关断开指令的时点阀门处于比中间位置靠闭侧的情况下、在IG开关断开后阀门也必定回位到中间位置。

因而，希望防止致动器烧毁，另一方面，希望使IG开关断开后的阀门位置尽可能成为中间位置，要求能够实现这两方的构造。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2008-19825号公报

发明内容

本公开是为了解决上述问题而做出的，其目的是在阀装置中满足想要防止致动器烧毁和想要使IG开关断开后的阀门位置尽可能成为中间位置这两方希望。

为了达到上述目的，本公开的1个技术方案的阀装置具备：阀身，形成连通到内燃机的燃烧室的流体流路；阀门，旋转自如地收容在流体流路内，能够改变上述流体流路的开度；全开位置，是流体流路的流路面积为最大的阀门位置；全闭位置，是流体流路的流路面积为最小的阀门位置；中间位置，是全开位置与全闭位置之间的规定的阀门位置；电动致动器，使阀门朝向闭侧或开侧旋转驱动；阀门施力部，将阀门从全闭位置朝向开侧施力；以及ACT控制部，控制电动致动器的驱动。

阀门施力部的整定载荷比仅通过阀门施力部的施力能够从全闭位置回位到中间位置的整定载荷小；ACT控制部在进行了使内燃机的运转停止的IG开关的断开操作的时点的阀门位置处于比中间位置靠闭侧的情况下，在IG开关的断开操作后，由电动致动器使阀门移动到中间位置。

由此，能够使阀门施力部的整定载荷比以往小，所以能够降低将阀门在全闭位置保持的情况下需要的向电动致动器的供给电力。因而，能够防止电动致动器的烧毁。但是，作为与其相反的结构，在本技术方案中，为仅通过阀门施力部阀门不能向中间位置回位的结构。所以，在本技术方案中，为在IG开关的断开操作后由电动致动器使阀门移动到中间位置的结构。

因此，在本技术方案中，能够满足希望防止致动器烧毁和希望尽可能使IG开关断开后的阀门位置为中间位置这两者。

附图说明

关于本公开的上述目的及其他目的、特征及优点，一边参照附图一边通过下述详细的记述会变得明确。

图1是表示阀装置的整体结构的剖视图(实施例)。

图2是表示阀装置的将机壳罩拆下的状态的内部构造的图(实施例)。

图3是说明阀门的中间位置的说明图(实施例)。

图4是表示阀装置的弹簧支承构造的立体图(实施例)。

图5是表示阀门位置与绕阀门轴的负荷转矩的相关的相关图(实施例)。

图6是阀装置的示意图(实施例)。

图7是阀装置的示意图(实施例)。

图8是阀装置的示意图(实施例)。

图9是阀装置的控制流程图(实施例)。

图10是表示阀门位置与绕阀门轴的负荷转矩的相关的相关图(以往例)。

具体实施方式

通过以下的实施例详细地说明本公开。

以下叙述实施例的结构。使用图1至图9说明本实施例的阀装置1。本实施例的阀装置1是柴油发动机用节流阀装置，是用来调整向内燃机的燃烧室的吸入空气量的阀装置。

阀装置1具备：对应于驾驶者的加速器操作量而被驱动的蝶形阀门类型的阀门2，形成向内燃机的吸气通路3并且收容阀门2的阀身4，驱动阀门2的马达5，以及控制马达5的驱动的ACT控制部6。

阀身4由金属形成，具有：形成吸气通路3并且收容阀门2的筒部8，以及用来容纳将马达5的驱动力向阀门2传递的齿轮减速装置9的齿轮箱部10。

并且，在齿轮箱部10的开口端面上，接合着树脂制的机壳罩11，在机壳罩11与齿轮箱部10之间形成有收容齿轮减速装置9的齿轮室12。另外，在齿轮室12中，收容着检测阀门2的开度(阀门位置)的位置传感器13。

阀门2是固定在阀门轴16上的蝶形阀门，由金属材料或树脂材料形成为圆板状。阀门轴16由金属材料形成，以筒部8的径向为轴向，转动自如地支承在阀身4上。

马达5是如果被通电则阀门轴16能够向正反旋转的电动式的致动器。齿轮减速装置9将马达5的旋转速度减速为规定的阀门轴16的旋转速度，具有固定在阀门轴16上的阀门齿轮18、与该阀门齿轮18啮合而旋转的中间齿轮19、和固定在马达5的输出轴上的小齿轮20，将阀门2旋转驱动。

阀门轴16其一端侧(距阀门2较远侧)突出到齿轮室12内，在阀门轴16的一端上固定着阀门齿轮18。即，阀门齿轮18从马达5受到驱动力而旋转，由此阀门齿轮18、阀门轴16及阀门2成为一体地旋转。

在阀身4上，设有全开挡块(未图示)和全闭挡块22(参照图6)，该全开挡块与阀门齿轮18抵接而限制阀门轴16向开侧的移动极限位置，该全闭挡块22与阀门齿轮18抵接而限制阀门轴16向闭侧的移动极限位置，通过各挡块，阀门2的可动范围被设定。

马达5被ACT控制部6通电控制。在本实施例中，引擎控制装置(引擎控制单元(ECU))作为ACT控制部6发挥功能。ACT控制部6接受来自IG开关24、位置传感器13等的输入，进行马达5的通电控制。

此外，阀装置1具备闭弹簧27、开弹簧(阀门施力部)28、各弹簧的弹簧座30、31、32、及开启器33。

闭弹簧27向阀门2施加闭侧的施力。即，将阀门2在从全开位置向闭侧运动的方向上施力。开弹簧28向阀门2施加开侧的施力。即，将阀门2在从全闭位置向开侧运动的方向上施力。

另外，所谓全开位置，是在阀门2的可动范围中流量面积为最大的阀门位置，所谓全闭位置，是在阀门2的可动范围中流量面积为最小的阀门位置。此外，在该阀装置1中，将全闭位置与全开位置之间的规定的阀门位置设定为中间位置(参照图3)。

在本实施例中，该中间位置是作为能够避免在低温环境下由于吸气中含有的水分冷凝而发生的阀与阀身之间的结冰固粘的阀门位置而被设定的位置。

闭弹簧27和开弹簧28分别为扭力弹簧。闭弹簧27和开弹簧28同轴地配设在阀门轴16的外周。从阀门轴16的轴向的一端侧(距阀门2较远侧)起依次配设有开弹簧28、闭弹簧27。

更具体地讲，闭弹簧27和开弹簧28配设在设于阀门轴16的外周上的第1导引部37及第2导引部38的外周。第1导引部37形成在齿轮室12内，是以将轴支承阀门轴16的轴承39配设在内部的方式设在阀身4上的筒部。第2导引部38是设在阀门齿轮18上的筒部。该筒部朝向阀门齿轮18的形成齿轮齿的齿轮部40的轴向另一端侧突出，将阀门轴16包围。

闭弹簧27的一端与开弹簧28的另一端结合，形成U字状的结合部42。结合部42被向外周侧弯曲而向径向外侧突出(参照图4)。另外，在本实施例中，在闭弹簧27与开弹簧28之间配置有结合部42，但闭弹簧27与开弹簧28的关系并不限定于具有结合部42的构造。例如，也可以是闭弹簧27和开弹簧28分别形成、各自的端部被后述的开启器33推压的构造。

弹簧座30设在阀门齿轮18上，将开弹簧28的一端28a卡止(参照图4)。弹簧座31设在阀身4上，将闭弹簧27的另一端27a卡止(参照图4)。

弹簧座32设在阀身4上，当阀门2处于比中间位置靠闭侧时将结合部42卡止。并且，当阀门2处于比中间位置靠开侧时，结合部42被后述的开启器33卡止。在中间位置，为结合部42被弹簧座32(以下称作中间挡块32)及开启器33双方卡止的状态。

开启器33设在阀门齿轮18上，抵抗闭弹簧27的施力而使阀门2向比中间位置更靠开侧旋转。开启器33设为与阀门齿轮18一体地旋转，在比中间位置靠开侧卡止到结合部42上，随着阀门齿轮18的旋转，将结合部42抵抗闭弹簧27的施力而推压，将阀门2向开方向驱动。

以下说明阀门2的驱动。在使阀门2从中间位置向全开位置运动的情况下，马达5的驱动力被传递给阀门齿轮18。由此，阀门齿轮18和阀门2转动。此时，开启器33抵抗闭弹簧27的施力而推压结合部42。在此期间中，开弹簧28的施力不对阀门2干预。这是因为，开弹簧28的一端28a被卡止在阀门齿轮18的弹簧座30上，开弹簧28的另一端(结合部42)是被卡止在开启器33的状态，在此期间中没有相对旋转，开弹簧28没有被扭转。

在使阀门2从中间位置向全闭位置运动的情况下，马达5的驱动力被传递给阀门齿轮18。由此，阀门齿轮18和阀门2转动。此时，在结合部42卡止在中间挡块32上的状态下，阀门齿轮18向闭侧转动，所以开弹簧28被扭转，在阀门轴16上作用开弹簧28的施力。另外，开启器33由于与阀门齿轮18一体地向闭侧旋转，所以从结合部42离开。在此期间，闭弹簧27的施力不对阀门2干预。这是因为，闭弹簧27的一端27a及另一端(结合部42)都在被卡止在阀身4上的状态下没有被扭转。

在本实施例中，通过由ACT控制部6进行通电控制，除了阀门2的转动以外，还能够将阀门2维持在全闭位置或全开位置。

使用图5～图9说明本实施例的特征。本实施例的阀装置具有以下的2个特征。(1)开弹簧28的整定载荷比仅通过开弹簧28的施力能够从全闭位置回位到中间位置的整定载荷小。(2)ACT控制部6在进行了将内燃机的驾驶停止的IG开关24的断开操作的时点的阀门位置处于比中间位置更靠闭侧的情况下，在IG开关24的断开操作后，由马达5使阀门2向中间位置移动。

首先，对(1)的特征进行说明。在通过马达5的驱动力的解除而由弹簧27、28向中间位置回位的情况下，在阀门轴16上在阻碍由弹簧27、28的施力要向中间位置返回的方向上作用阻力(摩擦力或马达制动转矩)。因此，开弹簧28及闭弹簧27的整定载荷分别通常被设定为即使在有阻力的情况下也仅通过由自身的施力产生的转矩就能够回位到中间位置那样的整定载荷(参照图10)。

即，如果通过马达5的驱动力，开启器33将结合部42推压，从阀门2被转动到比中间位置靠开侧的状态将马达5的驱动力解除，则通过由闭弹簧27的施力产生的转矩，结合部42回位到与中间挡块32抵接的中间位置。此外，如果在结合部42被卡止在中间挡块32上的状态下，从由马达5的驱动力将阀门齿轮18转动到比中间位置靠闭侧的状态将马达5的驱动力解除，则通过由开弹簧28的施力产生的转矩，开启器33回位到与结合部42抵接的中间位置。

但是，在本实施例中，开弹簧28的施力比以往小，仅通过开弹簧28的施力不能克服阻力，为不能从全闭位置回位到中间位置的大小。

如图5所示，开弹簧28的施力从全闭位置到中间位置都作用在阀门轴16上，但如果在开弹簧28的施力下要向中间位置的方向返回，则发生阻力，所以从开弹簧28的施力减去阻力后的转矩成为要使由开弹簧28产生的阀门2向开侧返回的转矩(参照图5的从全闭位置朝向中间位置的双点划线)。在本实施例中，设定开弹簧28的整定载荷，以使得通过该转矩不能回位到中间位置。即，设定开弹簧28的整定载荷，以使开弹簧整定载荷比从全闭位置向中间位置方向返回时的阻力小。

因此，如图5所示，当通过由开弹簧28产生的要使阀门2向开侧返回的转矩从全闭位置朝向开侧时，在没到中间位置的紧前，绕阀门轴的负荷转矩为零，阀门2不能回位到中间位置。即，从全闭位置没有马达5的驱动力而能够以自力回位的位置(自力回位位置)为比中间位置靠闭侧。

另外，在图5中，将比绕阀门轴的负荷转矩为零的位置(自力回位位置)向开侧的旋转转矩表述为正侧(纵轴上方)，将比自力回位位置向闭侧的旋转转矩表述为负侧(纵轴下方)。在本说明书中，与正侧负侧无关，设绝对值的大小为向各方向的转矩的大小而进行说明。

将以上情况与实际的阀门2的运动对照而说明。图6～图8是表示阀装置1的绕阀门轴的弹簧构造的示意图。图6表示由马达5施加全闭维持所需转矩以上的转矩、阀门2处于全闭位置的状态。此时，由于是结合部42卡止在中间挡块32上、开弹簧28的一端28a与阀门齿轮18一起旋转的状态，所以开弹簧28被扭转，产生向开侧的施力。另外，所谓全闭维持所需转矩，是将阀门2维持在全闭位置所需要的转矩，由开弹簧28的施力和阻力决定。

图7表示从图6的状态将马达5的驱动力解除的情况下的状态。阀门2沿着图5的从全闭位置朝向中间位置的双点划线运动。但是，在中间位置的跟前，绕阀门轴的负荷转矩成为零。即，在比中间位置靠闭侧的位置(自力回位位置)处停止。

接着，对(2)的特征进行说明。(2)的特征用来弥补通过(1)的特征发生的事项。即，由于仅通过由开弹簧28的施力产生的转矩不能回位到中间位置，所以通过马达5回位到中间位置。

使用图9说明具体的控制流程。首先，在S1中，判定是否有IG开关的断开操作。在该判定为是的情况下向S2前进，确认该时点的阀门位置，并且在阀门位置处于比中间位置靠闭侧的情况下，控制马达5，使阀门2移动到中间位置。

接着，向S3前进，检查阀门2是否到达了中间位置，如果到达了中间位置，则向S4前进，停止向马达5的电力供给。

例如，假设当有IG开关24的断开操作时，如图6所示，阀门2处于全闭位置。在此情况下，在IG开关24的断开操作后，也继续向马达5的电力供给，通过马达5使阀门2驱动到中间位置(参照图8)。然后，将向马达5的电力供给停止。

另外，在马达5的电力供给停止后，在中间位置，通过闭弹簧27的施力与阻力的平衡，成为停止在中间位置的状态。

以下对本实施例的作用效果进行说明。在本实施例中，开弹簧28的整定载荷比仅通过开弹簧28的施力能够从全闭位置回位到中间位置的整定载荷小。为了使阀门2从中间位置向闭侧运动，需要由马达5施加超过开弹簧28的施力及阻力的转矩(参照图5的从中间位置朝向全闭的实线)。

需要的转矩越大，向马达5供给的电力越大。即，开弹簧的施力及阻力越大，向马达5供给的电力越大。特别在必须将阀门2在全闭位置长时间保持的阀装置1的情况下，如果开弹簧28的施力或阻力较大，则马达5有可能烧毁。

在本实施例中，由于能够使开弹簧28的施力比以往小，所以将阀门2维持在全闭位置所需要的转矩(全闭维持所需转矩)变小。因此，能够防止马达5的烧毁。

此外，ACT控制部6在进行了IG开关24的断开操作的时点的阀门位置处于比中间位置靠闭侧的情况下，在IG开关24的断开操作后，通过马达5使阀门2向中间位置移动。

由此，即使开弹簧28的施力变小，也能够可靠地使IG开关24的断开状态下的阀门位置成为中间位置。

特别是，在中间位置被设定为能够避免阀门2与阀身4之间的结冰固粘的阀门位置的情况下，通过使IG开关24的断开状态下的阀门位置可靠地成为中间位置，能够可靠地防止结冰固粘。

如以上这样，根据本实施例，能够满足想要使开弹簧28的施力变小而防止马达5的烧毁的希望、以及想要尽可能使IG开关24断开后的阀门位置成为中间位置的希望这两者。

另外，在万一进行了IG开关24的断开操作的时点的阀门位置处于比中间位置靠闭侧的情况下，即使陷入在IG开关24的断开操作后不能驱动马达5的异常状况，阀门2也会回位到作为全闭位置与中间位置之间的规定的阀门位置的自力回位位置，所以最低限度成为能够倒退行驶的状态。

另外，在本实施例中，由闭弹簧27将阀门2向闭侧施力，闭弹簧27的施力被设定为当马达5的驱动力被解除时能够从全开位置回位到中间位置的大小。因此，在进行了IG开关24的断开操作的时点的阀门位置处于比中间位置靠开侧的情况下，也可以与IG开关24的断开操作同时将向马达5的电力供给停止。

以下说明上述实施例的变形例。在本实施例中，具备闭弹簧27和开弹簧28两方，但也可以是仅具有开弹簧28的构造。

此外，阀装置1是节流阀装置，但并不限于此，例如也可以是改变从排气通路向吸气通路再循环的排气气体量的EGR阀装置。

本公开依据实施例进行了说明，但应理解的是本公开并不限定于该实施例或构造。本公开还包含各种变形例或等价范围内的变形。除此以外，各种组合及形态、还有在它们中仅包含一要素、其以上或其以下的其他的组合或形态也包含在本公开的范畴或思想范围中。

Claims (2)

1.一种阀装置，其特征在于，

具备：

阀身(4)，形成连通到内燃机的燃烧室的流体流路(3)；

阀门(2)，旋转自如地被收容在上述流体流路(3)内，能够改变上述流体流路(3)的开度；

全开位置，是上述流体流路(3)的流路面积为最大的阀门位置；

全闭位置，是上述流体流路(3)的流路面积为最小的阀门位置；

中间位置，是上述全开位置与上述全闭位置之间的规定的阀门位置；

电动致动器(5)，使上述阀门(2)朝向闭侧或开侧旋转驱动；

阀门施力部(28)，将上述阀门(2)从上述全闭位置朝向开侧施力；以及

ACT控制部(6)，控制上述电动致动器(5)的驱动；

上述阀门施力部(28)的整定载荷比仅通过上述阀门施力部(28)的施力能够从上述全闭位置回位到上述中间位置的整定载荷小；

上述ACT控制部(6)，在进行了使上述内燃机的运转停止的点火开关即IG开关(24)的断开操作的时点的阀门位置处于比上述中间位置靠闭侧的情况下，在上述IG开关(24)的断开操作后，由上述电动致动器(5)使上述阀门(2)移动到上述中间位置。

2.如权利要求1所述的阀装置，其特征在于，

上述流体流路(3)，是来自上述燃烧室的吸气或排气流通的流路；

上述中间位置，是作为能够避免由于在低温环境下在上述流体流路(3)内的吸气或排气中所包含的水分冷凝而发生的上述阀门(2)与上述阀身(4)之间的结冰固粘的阀门位置而被设定的位置。