JP2003161373A

JP2003161373A - バタフライバルブの開閉機構

Info

Publication number: JP2003161373A
Application number: JP2001360646A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Misawa; 昌宏三沢
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はバタフライバルブの開閉構造に関
し、簡単な構造でバタフライバルブに要求される全閉全
開時のモーメントを確保できる開閉機構を提供すること
を目的とする。【解決手段】回動軸を介して流路中に軸着されたバタ
フライバルブに、当該バルブを流路の全閉方向と全開方
向に開閉駆動するアクチュエータを連結すると共に、回
動軸に回動操作部を設け、バタフライバルブの周辺部に
配置したスプリング取付部と回動軸及び回動操作部のス
プリング連結部を結ぶ直線上がデッドポイントなるよう
に、リターンスプリングをスプリング取付部と回動操作
部のスプリング連結部との間に連結し、デッドポイント
を境にバタフライバルブに対するリターンスプリングの
バネ力の方向を切り替え、バタフライバルブを回転させ
るモーメントの方向を切り替えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＥＧＲ装置のＥＧ
Ｒバルブ等に使用するバタフライバルブの開閉機構に関
する。尚、本明細書に於て、「デッドポイント」とはバ
タフライバルブに対するリターンスプリングのバネ力
（反力）の切り替わり位置をいい、このデッドポイント
を境に、リターンスプリングによってバタフライバルブ
を回転させるモーメントの方向が変わって、バタフライ
バルブが正逆両方向へ振り分けられる。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃焼時に発生する
窒素酸化物（ＮＯ_X）を減少させるため、今日、排ガス
の一部を吸気系に排気還流（以下、「ＥＧＲ」という）
させるＥＧＲ装置が知られている。

【０００３】窒素酸化物は、高温の燃焼ガスのもとで空
気中の酸素と窒素が反応してできるため、ＥＧＲ装置は
ＥＧＲによって燃焼温度を下げることにより、Ｏ₂＋Ｎ₂
→２ＮＯの反応を抑制して窒素酸化物の排出量を減少さ
せるもので、自然吸気エンジンをはじめ、過給器付きエ
ンジンにも広く使用されている。ところで、図５に示す
ように、従来、過給器付きエンジンのＥＧＲ装置１は、
過給器のタービンの上流側排気管３とコンプレッサの下
流側吸気管との間にリードバルブ５を装着したＥＧＲパ
イプ７を接続すると共に、ＥＧＲパイプ７と上流側排気
管３との接続部にポペットタイプのＥＧＲバルブ９を備
えてなり、このＥＧＲ装置１は、ＥＧＲガスＧの圧力脈
動を利用してリードバルブ５を動かすことでＥＧＲガス
流量を確保するようになっている。

【０００４】しかし、上述したポペットタイプのＥＧＲ
バルブ９ではＥＧＲガスの圧力脈動が弱められてしまう
ため、ＥＧＲガス流量を必要量確保するには各部品を大
きくする等の対応が必要とされていた。そこで、昨今、
斯かるポペットタイプのＥＧＲバルブ９に代え、図６の
如くバタフライバルブ１１をＥＧＲバルブに用いたＥＧ
Ｒ装置１３が提案されている。

【０００５】而して、従来、例えばエキゾーストシャッ
タに使用されるバタフライバルブは、その開閉駆動にエ
アシリンダ等の駆動力の大きいアクチュエータを使用し
ている。このため、バタフライバルブに連結するリター
ンスプリングもセット力及びバネ定数の大きな使用が可
能となり、図７の如く例えばアクチュエータ１５の作動
時はその駆動力を使用し、また、非作動時は一点鎖線で
示すようにリターンスプリング１７の反力を使用して、
バタフライバルブに要求される全開時及び全閉時の十分
なモーメントを確保することができる。

【０００６】尚、図７に於て、１９はバタフライバルブ
の回動軸２１に設けた操作レバーで、当該操作レバー１
９を矢印方向へアクチュエータ１５で回動させることに
より、図示しないバタフライバルブが全閉全開方向に回
動する。そして、上述したバタフライバルブの開閉機構
をＥＧＲ装置のＥＧＲバルブに用いると、圧力脈動によ
る異常開弁やＥＧＲバルブの摩耗の抑制が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、ＥＧ
Ｒはエンジンの耐久性や出力，スモーク等の悪化を考慮
して比較的エンジンの低負荷領域で行われていたが、昨
今の規制強化によって高負荷領域を含む広い領域でＥＧ
Ｒが求められ、また、従来、行われていた低負荷領域に
於ても、ＥＧＲ率を上げてＥＧＲ流量を多くする必要が
生じる等、ＥＧＲバルブの細かい開閉制御が要求されて
いる。

【０００８】このため、バタフライバルブをＥＧＲバル
ブとして用いた場合、単にバタフライバルブの全開／全
閉を行う従来のエアシリンダに代え、ＥＧＲバルブの細
かい開閉制御を行うためにＤＣ−モータをアクチュエー
タとして採用することが提案されている。しかし乍ら、
斯様にアクチュエータにＤＣ−モータを用いた場合、そ
れ自体にエアシリンダのような大きな駆動力が確保でき
ないため、リターンスプリングのバネ力を大きくするこ
とができず、この結果、バタフライバルブに要求される
全閉時及び全開時のモーメントを確保することが困難で
あった。

【０００９】また、ＤＣ−モータの駆動力を仮に大きく
できたとしても、常にＤＣ−モータを駆動してバタフラ
イバルブにモーメントを発生させることはＤＣ−モータ
の発熱といった新たな不具合が発生し、また、ＤＣ−モ
ータ自体を大型化する必要がある等、現実的ではなかっ
た。本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、バタ
フライバルブをＥＧＲバルブ等に採用し、そして、従来
のエアシリンダに代え、バタフライバルブのアクチュエ
ータとしてＤＣ−モータ等を採用するに当たり、ＤＣ−
モータ等の駆動力を大きくすることなく、簡単な構造で
バタフライバルブに要求される全閉時及び全開時のモー
メントを確保することができるバタフライバルブの開閉
機構を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、請求項１に係るバタフライバルブの開閉機構は、回
動軸を介して流路中に軸着されたバタフライバルブに、
当該バタフライバルブを流路の全閉方向と全開方向に開
閉駆動するアクチュエータを連結すると共に、上記回動
軸に回動操作部を設け、バタフライバルブの周辺部に配
置したスプリング取付部と回動軸及び上記回動操作部の
スプリング連結部を結ぶ直線上がデッドポイントなるよ
うに、リターンスプリングを上記スプリング取付部と回
動操作部のスプリング連結部との間に連結し、上記デッ
ドポイントを境にバタフライバルブに対するリターンス
プリングのバネ力の方向を切り替え、バタフライバルブ
を回転させるモーメントの方向を切り替えるようにした
ことを特徴とする。

【００１１】そして、請求項２に係る発明は、請求項１
記載のバタフライバルブの開閉機構に於て、バタフライ
バルブは、車両の吸排気系に装着したＥＧＲ装置のＥＧ
Ｒバルブで、当該バタフライバルブは、回動軸を介して
ＥＧＲガス流路中に軸着されていることを特徴とし、請
求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載のバ
タフライバルブの開閉機構に於て、アクチュエータがＤ
Ｃ−モータであることを特徴とする。

【００１２】（作用）請求項１及び請求項３に係る発明
によれば、デッドポイントを境にバタフライバルブに対
するリターンスプリングのバネ力の方向が切り替わっ
て、バタフライバルブを回転させるモーメントの方向が
切り替わる。そして、ＤＣ−モータ等のアクチュエータ
の駆動でバタフライバルブが開閉制御され、流路の全
閉，全開状態でアクチュエータを停止させても、バタフ
ライバルブに対して要求される全閉時及び全開時のモー
メントがリターンスプリングで確保されて、流路の全
閉，全開状態が維持されることとなる。

【００１３】また、請求項２及び請求項３に係る発明に
よれば、デッドポイントを境にＥＧＲバルブに対するリ
ターンスプリングのバネ力の方向が切り替わって、ＥＧ
Ｒバルブを回転させるモーメントの方向が切り替わる。
そして、ＤＣ−モータ等のアクチュエータの駆動でＥＧ
Ｒバルブが開閉制御され、ＥＧＲガス流路の全閉，全開
状態でアクチュエータを停止させても、ＥＧＲバルブに
対して要求される全閉時及び全開時のモーメントがリタ
ーンスプリングで確保されて、ＥＧＲガス流路の全閉，
全開状態が維持されることとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき説明する。図１及び図２は請求項１乃至請求項３
に係る発明をＥＧＲバルブの開閉機構に適用した一実施
形態を示し、図中、２３は回動軸２５を介してＥＧＲパ
イプ２７内に軸着されたＥＧＲバルブで、当該ＥＧＲバ
ルブ２３はバタフライバルブからなり、回動軸２５はＥ
ＧＲパイプ２７の周壁２７ａを貫通して、当該周壁２７
ａに図示しない支持構造で支持されている。

【００１５】そして、ＥＧＲパイプ２７の周壁２７ａか
ら外方へ突出した回動軸２５に図示しないＤＣ−モータ
が連結されており、このＤＣ−モータによりＥＧＲバル
ブ２３が矢印Ａ，Ｂ方向へ開閉制御されて、ＥＧＲ率が
微調整できるようになっている。更に、図１に示すよう
に周壁２７ａから外方へ突出した回動軸２５には、操作
レバー（回動操作部）２９がＥＧＲバルブ２３に沿って
設けられており、ＤＣ−モータの駆動でＥＧＲバルブ２
３がＥＧＲパイプ２７のＥＧＲガス流路（以下、「ガス
流路」という）３１を全開するとき、操作レバー２９は
ＥＧＲバルブ２３と共にＥＧＲパイプ２７の軸方向に沿
って配置され、また、ＤＣ−モータの駆動でＥＧＲバル
ブ２３が全閉状態から矢印Ａ方向へ９０°回転してガス
流路３１を全閉するとき、操作レバー２９はＥＧＲパイ
プ２５の軸方向と直交するようになっている。

【００１６】そして、図２に示すように操作レバー２９
先端のスプリング連結部３３と、回動軸２５を挟んで当
該スプリング連結部３３と反対側に配置したバタフライ
バルブ２３周辺（例えば、ＥＧＲパイプ２７の外周）の
スプリング取付部３５との間に、１本のリターンスプリ
ング（引張バネ）３７が張架されている。図示するよう
にリターンスプリング３７は、スプリング取付部３５と
回動軸２５及び操作レバー２９先端のスプリング連結部
３３を結ぶ直線上がデッドポイントとなるレイアウトで
スプリング連結部３３とスプリング取付部３５との間に
連結されており、デッドポイントを境にＥＧＲバルブ２
３に対するリターンスプリング３７のバネ力（反力）の
方向が切り替わって、ＥＧＲバルブ２３を回転させるモ
ーメントの方向が切り替わるようになっている。

【００１７】そして、図１に示すＥＧＲバルブ２３の全
閉，全開状態は、夫々、ＤＣ−モータを停止してリター
ンスプリング３７のバネ力のみで維持され、このとき、
操作レバー２９はＥＧＲパイプ２７の外周に突設したス
トッパ３８ａ，３８ｂに夫々圧接して、リターンスプリ
ング３７によるＥＧＲバルブ２３の過回転が規制されて
いる。

【００１８】このため、図２に示すようにバタフライバ
ルブ２３を全閉状態から全開方向に回転させるモーメン
トの方向を「＋」とすると、ＥＧＲバルブ２３を全閉，
全開状態に維持するために例えば図３の如きモーメント
が要求され、このモーメントは、夫々、リターンスプリ
ング３７のセット力を変更することで仕様に応じた最適
設計が可能である。

【００１９】そして、図２の如きレイアウトでリターン
スプリング３７をセットしたことで、図３のモーメント
は、例えば全閉状態にあるＥＧＲバルブ２３をＤＣ−モ
ータで矢印Ｂ方向へ回転させるに従い図４の如く変化
し、デッドポイントを境にＥＧＲバルブ２３に対するリ
ターンスプリング３７のバネ力の方向が切り替わって、
モーメントの方向が切り替わることとなる。そして、Ｅ
ＧＲバルブ２３の全閉状態からデッドポイントに至る図
４のＰ点からＱ点までのモーメントの傾き、及び全開状
態からデッドポイントに至る図４のＳ点からＴ点のモー
メントの傾きは、夫々、リターンスプリング３７のバネ
定数を変更することで最適設計が可能である。

【００２０】従って、ＥＧＲバルブ２３の開閉制御によ
ってＥＧＲ率を細かく制御するには、図４のＰ点からＱ
点及びＳ点からＴ点までのモーメントに抗する駆動力で
ＤＣ−モータを作動させればよく、また、ＥＧＲバルブ
２３の全閉，全開状態でＤＣ−モータを停止させれば、
操作レバー２９が夫々リターンスプリング３７のバネ力
でストッパ３８ａ，３８ｂに圧接し、ＥＧＲバルブ２３
に図３のモーメントが作用してガス流路３１の全閉，全
開状態が維持されることとなる。

【００２１】本実施形態に係るＥＧＲバルブ２３の開閉
機構３９はこのように構成されているから、リターンス
プリング３７のバネ力に抗する駆動力、換言すれば図４
のＰ点からＱ点及びＳ点からＴ点までのモーメントに抗
する駆動力でＤＣ−モータを駆動させれば、ＥＧＲバル
ブ２３が矢印Ａ，Ｂ方向へ細かく開閉制御されてＥＧＲ
率が細かく制御されることとなる。

【００２２】そして、ＥＧＲバルブ２３の全閉，全開状
態でＤＣ−モータを停止させれば、リターンスプリング
３７のバネ力で操作レバー２９がストッパ３８ａ，３８
ｂに圧接し、ＥＧＲバルブ２３に図３に示すモーメント
が作用してガス流路３１の全閉，全開状態が維持され
る。このように、本実施形態によれば、リターンスプリ
ング３７を図２の如きレイアウトでスプリング取付部３
５とスプリング連結部３３との間に張架して、ＥＧＲバ
ルブ２３を全閉，全開状態に維持するに足る図３のモー
メントを仕様に応じ設定しておけば、ＤＣ−モータの大
きな駆動力が不要になると共に、全閉または全開状態で
ＤＣ−モータを常時駆動させてモーメントを発生させて
おく必要もなく、この結果、バタフライバルブをＥＧＲ
バルブ等に採用し、そして、従来のエアシリンダに代
え、バタフライバルブのアクチュエータとしてＤＣ−モ
ータを採用するに当たり、ＤＣ−モータの駆動力を大き
くすることなく、簡単な構造でバタフライバルブに対し
て要求される全閉時及び全開時のモーメントを確保する
ことが可能となった。

【００２３】また、本実施形態によれば、リターンスプ
リングのセット荷重やバネ定数，デッドポイントの変更
で、最適設計が可能である。尚、上記実施形態は、本発
明をＥＧＲバルブの開閉機構に適用したものであるが、
バタフライバルブを用いた従来周知のエキゾーストシャ
ッタ等に於けるバタフライバルブの開閉機構等にも適用
できるものである。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に係る発明
によれば、アクチュエータの大きな駆動力が不要とな
り、簡単な構造でバタフライバルブに対して要求される
全閉時及び全開時のモーメントを確保することが可能と
なった。而も、本発明によれば、リターンスプリングの
セット荷重やバネ定数，デッドポイントの変更で最適設
計が可能である。そして、請求項２及び請求項３に係る
発明によれば、排ガス規制に応じたＥＧＲ率の微調整が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１乃至請求項３に係る発明をバタフライ
バルブを用いたＥＧＲバルブの開閉機構に適用した一実
施形態の概略図である。

【図２】請求項１乃至請求項３に係る発明をバタフライ
バルブを用いたＥＧＲバルブのの開閉機構に適用した一
実施形態の動作を示す概略図である。

【図３】ガス流路の全開，全閉時にＥＧＲバルブに要求
されるモーメントの説明図である。

【図４】ＥＧＲバルブの開閉に伴うモーメントの変化を
示す説明図である。

【図５】ポペットタイプのＥＧＲバルブを用いた従来の
ＥＧＲ装置の構成図である。

【図６】バタフライバルブを用いたＥＧＲ装置の構成図
である。

【図７】従来のバタフライバルブの開閉機構の動作説明
図である。

【符号の説明】

２３ＥＧＲバルブ２５回動軸２７ＥＧＲパイプ２９操作レバー３１ガス流路３３スプリング連結部３５スプリング取付部３７リターンスプリング３９開閉機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回動軸を介して流路中に軸着されたバタ
フライバルブに、当該バタフライバルブを流路の全閉方
向と全開方向に開閉駆動するアクチュエータを連結する
と共に、上記回動軸に回動操作部を設け、バタフライバルブの周
辺部に配置したスプリング取付部と回動軸及び上記回動
操作部のスプリング連結部を結ぶ直線上がデッドポイン
トなるように、リターンスプリングを上記スプリング取
付部と回動操作部のスプリング連結部との間に連結し、上記デッドポイントを境にバタフライバルブに対するリ
ターンスプリングのバネ力の方向を切り替え、バタフラ
イバルブを回転させるモーメントの方向を切り替えるよ
うにしたことを特徴とするバタフライバルブの開閉機
構。
【請求項２】バタフライバルブは、車両の吸排気系に
装着したＥＧＲ装置のＥＧＲバルブで、当該バタフライ
バルブは、回動軸を介してＥＧＲガス流路中に軸着され
ていることを特徴とする請求項１記載のバタフライバル
ブの開閉機構。
【請求項３】アクチュエータは、ＤＣ−モータである
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のバタフ
ライバルブの開閉機構。