JP2008267151A - バルブ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の移動量と通過流量との関係を線形とするバルブ構造を提供する。
【解決手段】本発明は、流体が通過する流路３の開口面積が大きくなるほどバルブ１前後の前記流路内の圧力差が小さくなる流路３の流量を調整するバルブ構造において、前記流路３の開口面積を規定する前記バルブ１の弁体２の移動量に対する流体の流量の変化率が線形となるように、前記弁体２の移動量に対する流体が通過する前記流路３の開口面積の変化率を非線形となるように形成したバルブ構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブ構造の改良に関するものである。

ディーゼルエンジンの吸気側と排気側とを連通する流路に設けられたＥＧＲバルブのように、上流側と下流側との圧力差が小さい流路の設けられたバルブでは、バルブの移動量（リフト量）に対して流路の開口面積を通過する流体の流量は、図５に示すように、移動量が小さく、バルブ前後の圧力差が大きい領域ほど流量の変化率が大きく、移動量が大きく、圧力差が小さいほど流量の変化率が小さくなるような非線形性を有し、一方、移動量に対する流路の流体が通過する開口面積で見ると図６に示すように線形性を有している。

このようなバルブ特性を有するバルブの場合には、バルブ閉状態からのバルブの移動量が少ない、開口面積が小さい場合に移動量の変化に対する流量の変化量が大きいため、制御が困難になることになる。

このような課題に対して、特許文献１に記載の技術は、バルブの移動量に対して流量の変化を線形とするような構成を提案している。

この技術は、バルブの移動量に対する流量特性の異なる複数のバルブを設け、これらを組み合わせることで、バルブの移動量に対する流量特性を線形にするものである。
特開2005-214043号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、複数のバルブを制御する必要があるため、制御が複雑になると共に、部品点数の増加やレイアウト性が問題となる虞がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決するバルブ構造を提供することを目的とする。

第１の発明は、流体が通過する流路の開口面積が大きくなるほどバルブ前後の前記流路内の圧力差が小さくなる流路の流量を調整するバルブ構造において、前記流路の開口面積を規定する前記バルブの弁体の移動量に対する流体の流量の変化率が線形となるように、前記弁体の移動量に対する流体が通過する前記流路の開口面積の変化率を非線形となるように形成したバルブ構造である。

第２の発明は、第１の発明において、前記バルブが、ディーゼルエンジンの吸気側と排気側とを連結する流路に設置されるＥＧＲバルブであるバルブ構造である。

第３の発明は、第１の発明において、前記流路を閉止した状態から前記弁体の移動量が大きくなるほど前記流路の開口面積が２次曲線的に増加するバルブ構造である。

第４の発明は、第３の発明において、前記バルブがゲートバルブであり、前記弁体が設置される前記流路の形状は、前記弁体が前記流路を閉止した状態からの移動量が大きいほど前記流路の開口面積が２次曲線的に増加する形状としたバルブ構造である。

第５の発明は、第３の発明において、前記バルブがゲートバルブであり、前記弁体の形状は、前記弁体が前記流路を閉止した状態からの移動量が大きいほど前記流路の開口面積が２次曲線的に増加する形状としたバルブ構造である。

第１から第３の発明では、弁体の移動量に対するバルブを通過する流体の流量の変化率が一定となるため、バルブの流量制御性が向上する。また、第４の発明では、流路の形状を変更するのみであり、部品点数の増加やレイアウト性の悪化を招くこともない。第５の発明では、バルブの構成変更するのみであり、部品点数の増加やレイアウト性の悪化を招くこともなく、流路の形状の変更を必要としない。

図１は、本発明のバルブ構造を示す模式図である。

図１に示すバルブは、いわゆるゲートバルブに本発明のバルブ構造を適用したものである。バルブ１は、例えば、ディーゼルエンジンの吸気側と排気側とを連通し、排気ガスを吸気側へと還流するＥＧＲ流路に設置されるＥＧＲバルブであり、流体が流通する流路３としての貫通孔を備え、不図示のＥＧＲ流路に連通するハウジング６と、ハウジング６内の流路３を開閉する四角形平板状の弁体２と、弁体２とによって流体が流通する開口部４の形状を規定するシート部５とからなり、ハウジング６は、弁体２を不図示の構成により流体の流れ方向に直交する方向に摺動可能に支持する。弁体２が移動することにより、その移動量に応じて開口部４の開口面積が規定され、流体の流量が制御される。

図１において、図１（ａ）は、弁体２の移動量により規定される開口部４の開口面積が最大状態（開口度１００％）の場合を示し、図１（ｂ）は、任意の開口面積に制限している状態を示す。

本発明のバルブ１が設置される流路３は、例えばディーゼルエンジンのＥＧＲ流路に設置されたＥＧＲバルブのようなバルブ１の開度によって圧力差が変化する流路であって、流路３の開口面積が小さく、バルブ１前後の圧力差が大きい領域では流路３を通過する流体の流量の変化率が大きくなり、開口面積が大きく、つまり圧力差が小さい領域では流体の流量の変化率が小さくなる流路３である。本発明のバルブ１は、このような流路３に設置され、弁体２の移動量に対して流路３を通過する流体の流量の変化率が一定となるバルブ構成を備えたものである。

図１において、シート部５の形状は、弁体２の中心を通る水平方向の線に対して上下に対称に形成される。具体的な構成としては、開口部４の形状を画成する上側の曲線を例として説明すると、弁体２が開口部４を閉止する方向の端部では曲線が水平線に交わり、弁体２が開口部４を開口する方向に移動するに従って２次曲線的に広がる曲線で形成される。下側の曲線は上側の曲線を水平線に対称に形成される。

このような開口部４の形状とすることで、弁体２の移動量が大きくなるほどに、開口部４の開口面積が０（全閉状態）から最大状態（全開状態）へと２次曲線的に増加するように構成される。つまり、弁体２の移動量が小さい領域では開口面積の変化率が小さく、移動量が大きくなるほど開口面積の変化率が大きくなるような２次曲線的な特性とする。

ここで、バルブ１のバルブ特性について説明すると、図２は、弁体２の移動量と流路３を通過する流量との関係を示し、図３は、弁体２の移動量と開口部４の開口面積との関係を示す図である。これらの特性図は、発明者らの解析結果に基づくものである。弁体２の前後での流路３内の圧力差が弁体２の開口面積が小さいほど大きく、大きくなるほどに小さくなる場合において、本発明のバルブ構造は、図２に示すような弁体２の移動量に対してバルブ通過ガス流量の変化率が一定値となるように、図３に示すような弁体２の移動量に対する開口部４の開口面積が設定されている。つまり、図２に示す特性を達成するために前述の通り、図３に示すように開口部４が閉状態から開状態へ弁体２の移動量が大きくなるほど、言い換えるとバルブ１の弁体２の前後での圧力差が小さくなるほどに開口部４の開口面積の変化量が２次曲線的に増加する構成とした。

このように本発明のバルブ構造では、バルブ１の弁体２の移動量に対するバルブ１を通過する流体の流量の変化が一定（線形）となるように、シート部５の形状を変化させてバルブ１の移動量に対する開口部４の開口面積の変化量が非線形、たとえば２次曲線的に増加する特性としたので、制御が簡単で、かつ部品点数の増加やレイアウト性の悪化を招くことがない。

図４は、弁体１２の移動量と開口部１３を通過する流体の流量との関係が線形関係となる他のバルブ構成の模式図である。

このバルブ１１では、シート部を設けることなく、弁体１２の構成のみで、前述の流量特性を達成することができる点に特徴を有する。図４は、流路１４の断面形状を中空四角形断面として説明する。バルブ１１は、弁体１２と、流路１４としての貫通孔が形成され、この流路１４に直交する方向に弁体１２を摺動可能に支持するハウジング１５を備え、弁体１２は、流路閉止部１６と通過面積制限部１７とから構成される。このバルブ１１は、第１の実施形態のバルブ１と同様に、たとえばディーゼルエンジンのＥＧＲ流路に設置されるＥＧＲバルブである。

図４では、開口部１３の開口面積が任意の開口面積とした状態を示しており、この状態から弁体１２が左側に移動し、流路閉止部１６が流路３を閉止すると、流路３は全閉状態となり、流体の通過が禁止される。弁体１２が全閉状態から図中右側へと移動すると通過面積制限部１７の形状に応じて流路３の開口部１３が開口する。通過面積制限部１７の形状は、図に示すように略扇状に形成され、この形状により弁体１２が右側へと移動するほどに開口部１３の開口面積が２次曲線的に大きくなるように形成されている。

このような弁体１２の形状とすることにより、バルブ１１の弁体１２の移動量と開口部１３の開口面積との関係が閉状態から弁体１２の移動量が大きくなるほどに開口部１３の開口面積の変化率が２次曲線的に大きくなるような構成とし、バルブ１１の弁体１２の移動量に対するバルブ１１を通過する流体の流量の変化率が一定とすることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のバルブ構造の模式図である。 本発明のバルブ構造のバルブ通過ガス流量とバルブの弁体移動量の特性図である。 同じく流路の開口面積と弁体移動量の特性図である。 他のバルブ構造の模式図である。 従来のバルブ構造のバルブ通過ガス流量とバルブの弁体移動量の特性図である。 同じく流路の開口面積と弁体移動量の特性図である。

符号の説明

１ バルブ
２ 弁体
３ 流路
４ 開口部
５ シート部
６ ハウジング
１１ バルブ
１２ 弁体
１３ 開口部
１４ 流路
１５ ハウジング
１６ 流路閉止部
１７ 開口面積制限部

Claims (5)

1. 流体が通過する流路の開口面積が大きくなるほどバルブ前後の前記流路内の圧力差が小さくなる流路の流量を調整するバルブ構造において、
   前記流路の開口面積を規定する前記バルブの弁体の移動量に対する流体の流量の変化率が線形となるように、前記弁体の移動量に対する流体が通過する前記流路の開口面積の変化率を非線形となるように形成したことを特徴とするバルブ構造。
2. 前記バルブは、ディーゼルエンジンの吸気側と排気側とを連結する流路に設置されるＥＧＲバルブであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ構造。
3. 前記流路を閉止した状態から前記弁体の移動量が大きくなるほど前記流路の開口面積が２次曲線的に増加することを特徴とする請求項１に記載のバルブ構造。
4. 前記バルブはゲートバルブであり、
   前記弁体が設置される前記流路の形状は、前記弁体が前記流路を閉止した状態からの移動量が大きいほど前記流路の開口面積が２次曲線的に増加する形状としたことを特徴とする請求項３に記載のバルブ構造。
5. 前記バルブはゲートバルブであり、
   前記弁体の形状は、前記弁体が前記流路を閉止した状態からの移動量が大きいほど前記流路の開口面積が２次曲線的に増加する形状としたことを特徴とする請求項３に記載のバルブ構造。