JP2009103021A - 流路切替バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラム式アクチュエータを用いて弁体を３段階に開度調節可能とし、振動耐久性を向上させること。
【解決手段】流路切替バルブは下側アクチュエータ２９と上側アクチュエータ３０を含む。下側アクチュエータ２９は、ケース３３、ダイアフラム３６、作動ロッド３８、スプリング３９を含む。作動ロッド３８の下端部は弁体に連結される。上側アクチュエータ３０は、ケース５１、ダイアフラム５４、作動ロッド５６、スプリング５７を含む。上側の作動ロッド５６の下端には、下側の作動ロッド３８の上端が当接可能である。上側の圧力室５３と下側の負圧室３４は互いに連通する。各アクチュエータ２９，３０の各負圧室３４，５２には、負圧が供給可能である。各作動ロッド３８，５６は、ブッシュ４４，５８により振れ止めされる。下側のスプリング３９は上側のスプリング５７より付勢力が大きい。
【選択図】 図４

Description

この発明は、流体の流路を切り替えるために使用される流路切替バルブに関する。詳しくは、ダイアフラム式アクチュエータにより弁体を作動させる流路切替バルブに関する。

従来、ディーゼルエンジンなどでは排気中からＮＯｘを低減させるためにＥＧＲ（排気再循環）システムが採用されている。このＥＧＲシステムでは、高温の排気をそのまま吸気側に循環させると、高温で膨張した排気が吸気マニホールドに供給されるため、気筒内で排気の占める割合が増加してしまう。これにより、気筒内の空気量が減少し、燃焼効率が悪化すると共に、ＮＯｘなどの排気成分も悪化するという問題があった。

そこで、ＥＧＲシステムには、ＥＧＲ通路の一部に、冷却水との熱交換によって排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラが設けられることがある。このＥＧＲクーラは、高温の排気（ＥＧＲガス）をＥＧＲクーラで冷却した状態で、吸気マニホールドに再循環させるようになっている。ここで、ＥＧＲクーラ付きのＥＧＲシステムは、エンジン始動時や冷間時など冷却水の温度が低い場合に、ＥＧＲガスが過冷却となって、逆に気筒内の燃焼効率や排気成分の悪化を招くおそれがあった。そこで、冷却水温が通常時より低いエンジン始動時や冷間時などには、ＥＧＲクーラの通路を迂回して接続されたバイパス通路にＥＧＲガスを流して、ＥＧＲクーラで冷却しないＥＧＲガスを吸気マニホールドに再循環させるようになっている。つまり、ＥＧＲクーラを使用する場合と使用しない場合とを選択的に切り替えるようになっている。

ここで、ＥＧＲクーラの使用と不使用の切り替えのために流路切替バルブが使用される。この種のバルブとして、下記の特許文献１に記載されるように、ダイアフラム式アクチュエータを用いて弁体を選択的に開閉させるものが実用化されている。

特開２００５−２８２５２０号公報

ところが、特許文献１に記載の流路切替バルブでは、全開と全閉の２状態しか選択することができず、その中間の開度を選択することができなかった。このためＥＧＲガスをＥＧＲクーラにより冷却する場合と冷却しない場合しか選択することができず、ＥＧＲガス温度制御の自由度が小さかった。

ここで、ＥＧＲガス温度制御の自由度を高めるために、ステップモータ等の電動機を用いて弁体を無段階に開度調節させることが考えられる。しかし、この場合は高価な電動機が必要になるばかりでなく、電動機を制御するためのコントローラや弁体の開度を検出するセンサ等の付属品が必要となり、装置全体が高価で複雑なものとなってしまう。

この点、ダイアフラム式アクチュエータを用いて弁体を開閉させるタイプの流路切替バルブの方が、比較的安価で構成が簡単なものとなる。ところが、ダイアフラム式アクチュエータは、構造上、振動に弱い傾向にあった。このため、ガソリンエンジンよりも振動が大きいディーゼルエンジンに採用した場合に、振動耐久性の点で問題があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、ダイアフラム式のアクチュエータを用いて弁体を少なくとも３段階に開度調節可能とした流路切替バルブを提供することにある。この発明の第２の目的は、第１の目的に加え、振動耐久性に優れた流路切替バルブ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、ダイアフラム式のアクチュエータにより弁体を作動させることにより流体の流路を切り替える流路切替バルブであって、互いに積み重ねられた下側の第１アクチュエータ及び上側の第２アクチュエータと、第１アクチュエータは、第１ケースと、第１ケースの内部空間を第１負圧室として区画する第１ダイアフラムと、第１ダイアフラムに上部が固定された第１作動ロッドと、第１負圧室にて第１ケースと第１ダイアフラムとの間に介装された第１スプリングとを含むことと、第１作動ロッドは、第１ケースから下方へ延びると共に、弁体を作動させるために弁体に連結されることと、第２アクチュエータは、第２ケースと、第２ケースの内部空間を上側の第２負圧室と下側の第２圧力室とに区画する第２ダイアフラムと、第２ダイアフラムに上部が固定された第２作動ロッドと、第２負圧室にて第２ケースと第２ダイアフラムとの間に介装された第２スプリングとを含むことと、第２作動ロッドは、第２ケース及び第１ケースを貫通して第１負圧室へ延びると共に、第２作動ロッドの下端には、第１作動ロッドの上端が当接可能に設けられることと、第２圧力室と第１負圧室とが互いに連通することとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、第１及び第２のアクチュエータの各負圧室に負圧がかからない状態では、弁体が初期位置に配置される。この状態から、第１アクチュエータの第１負圧室に負圧がかかることにより、第１スプリングの付勢力に抗して第１ダイアフラムが第１作動ロッドと共に第１負圧室側へ変位する。これにより、弁体が初期位置から半開位置に切り替えられ、これにより流体の流路が一部だけ切り替えられる。このとき、第１作動ロッドの軸方向の変位は、その上端が第２作動ロッドの下端に当接することで規制される。その後、第１アクチュエータに加えて、第２アクチュエータの第２負圧室にも負圧がかかることにより、第２スプリングの付勢力に抗して第２ダイアフラムが第２作動ロッドと共に第２負圧室側へ変位する。このとき、第２圧力室の圧力変化は、相互に連通する第１負圧室の圧力変化により許容される。そして、第１作動ロッドが更に変位して、弁体が半開位置から全開位置に切り替えられ、これにより流体の流路が全面的に切り替えられる。

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、第２アクチュエータの上に積み重ねられた第３アクチュエータと、第３アクチュエータは、第３ケースと、第３ケースの内部空間を上側の第３負圧室と下側の第３圧力室とに区画する第３ダイアフラムと、第３ダイアフラムに上部が固定された第３作動ロッドと、第３負圧室にて第３ケースと第３ダイアフラムとの間に介装された第３スプリングとを含むことと、第３作動ロッドは、第３ケース及び第２ケースを貫通して第２負圧室へ延びると共に、第３作動ロッドの下端には、第２作動ロッドの上端が当接可能に設けられることと、第３圧力室と第２負圧室とが互いに連通することとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、第１〜第３のアクチュエータの各負圧室に負圧がかからない状態では、弁体が初期位置である第１の位置に配置される。この状態から、第１アクチュエータの第１負圧室に負圧がかかることにより、第１スプリングの付勢力に抗して第１ダイアフラムが第１作動ロッドと共に第１負圧室側へ変位する。これにより、弁体が第１の位置から第２の位置へ切り替えられ、これにより流体の流路が部分的に切り替えられる。このとき、第１作動ロッドの変位は、その上端が第２作動ロッドの下端に当接することで規制される。その後、第１アクチュエータに加えて、第２アクチュエータの第２負圧室にも負圧がかかることにより、第２スプリングの付勢力に抗して第２ダイアフラムが第２作動ロッドと共に第２負圧室側へ変位する。このとき、第２圧力室の圧力変化は、相互に連通する第１負圧室の圧力変化により許容される。そして、第１作動ロッドが更に変位して、弁体が第２の位置から第３の位置に切り替えられ、これにより流体の流路が更に部分的に切り替えられる。その後、第１及び第２のアクチュエータに加えて、第３アクチュエータの第３負圧室にも負圧がかかることにより、第３スプリングの付勢力に抗して第３ダイアフラムが第３作動ロッドと共に第３負圧室側へ変位する。このとき、第３圧力室の圧力変化は、相互に連通する第２負圧室の圧力変化により許容される。そして、第１作動ロッドが更に変位して、弁体が全面的に切り替えられる第４の位置に配置される。これにより流体の流路が第１の位置に対して全面的に切り替えられる。

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に記載の発明において、第１作動ロッド及び第２作動ロッドそれぞれのラジアル方向の振れを規制する第１振れ止め部材及び第２振れ止め部材を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、第１作動ロッドの変位は第１振れ止め部材により、第２作動ロッドの変位は第２振れ止め部材により、それぞれラジアル方向の振れが規制された状態で案内されるので、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムの振動が抑えられる。

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２に記載の発明において、第１作動ロッド、第２作動ロッド及び第３作動ロッドそれぞれのラジアル方向の振れを規制する第１振れ止め部材、第２振れ止め部材及び第３振れ止め部材を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２に記載の発明の作用に加え、第１作動ロッドの変位は第１振れ止め部材により、第２作動ロッドの変位は第２振れ止め部材により、第３作動ロッドの変位は第３振れ止め部材により、それぞれラジアル方向の振れが規制された状態で案内されるので、第１ダイアフラム、第２ダイアフラム及び第３ダイアフラムの振動が抑えられる。

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１又は３に記載の発明において、第１スプリングの付勢力が第２スプリングの付勢力より大きく設定されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は３に記載の発明の作用に加え、第１スプリングの付勢力が第２スプリングの付勢力より大きく設定されるので、第１作動ロッドが段階的にスムーズに変位する。

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２又は４に記載の発明において、第１スプリングの付勢力が第２スプリングの付勢力より大きく設定され、第２スプリングの付勢力が第３スプリングの付勢力より大きく設定されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２又は４に記載の発明の作用に加え、第１スプリングの付勢力が第２スプリングの付勢力より大きく設定され、第２スプリングの付勢力が第３スプリングの付勢力より大きく設定されるので、第１作動ロッドが段階的にスムーズに変位する。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の発明において、第１流路及び第２流路と、第１流路を開閉する第１弁体と、第２流路を開閉する第２弁体とを備え、第１作動ロッドが軸方向へ変位することにより、第１弁体と第２弁体が開閉して第１流路と第２流路との間で流体の流路が切り替えら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乃至６の何れか一つに記載の発明の作用に加え、第１作動ロッドが段階的に変位することにより、第１及び第２の弁体が段階的に開閉して第１及び第２の流路が段階的に切り替えられる。

上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の発明において、第１流路及び第２流路と、第１流路及び第２流路を開閉する１つの弁体とを備え、第１作動ロッドが軸方向へ変位することにより、弁体が開閉して第１流路と第２流路との間で流体の流路が切り替えら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乃至６の何れか一つに記載の発明の作用に加え、第１作動ロッドが段階的に変位することにより、１つの弁体が段階的に開閉して第１及び第２の流路が段階的に切り替えられる。

請求項１に記載の発明によれば、ダイアフラム式のアクチュエータを用いて弁体を３段階に開度調節することができる。

請求項２に記載の発明によれば、ダイアフラム式のアクチュエータを用いて弁体を４段階に開度調節することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムの振動耐久性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、第１ダイアフラム、第２ダイアフラム及び第３ダイアフラムの振動耐久性を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１又は３に記載の発明の効果に加え、弁体を３段階にスムーズに開度調節することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項２又は４に記載の発明の効果に加え、弁体を４段階にスムーズに開度調節することができる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れか一つに記載の発明の効果に加え、２つの弁体の開閉により流体の流路を段階的に切り替えることができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れか一つに記載の発明の効果に加え、１つの弁体の開閉により流体の流路を段階的に切り替えることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の流路切替バルブを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明の流路切替バルブをＥＧＲクーラ付きＥＧＲ装置におけるＥＧＲクーラバイパスバルブに具体化して説明する。

図１に、ディーゼルエンジン１に設けられたＥＧＲクーラ付きＥＧＲ装置２を概略構成図により示す。このＥＧＲ装置２は、エンジン１から排気マニホールド３に排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気マニホールド４に再循環させるためのものである。このＥＧＲ装置２は、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路５と、ＥＧＲガス流量を調節するためのＥＧＲバルブ６と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ７と、ＥＧＲクーラ７を迂回するようにＥＧＲ通路５に設けられたＥＧＲクーラバイパス通路８と、このバイパス通路８とＥＧＲ通路５との合流部に設けられたＥＧＲクーラバイパスバルブ（以下、単に「バイパスバルブ」と言う。）９とを備える。この実施形態で、バイパスバルブ９は、ＥＧＲガスの流れを、ＥＧＲクーラ７のみを流れる状態と、バイパス通路８のみを流れる状態と、ＥＧＲクーラ７とバイパス通路８の両方を流れる状態とに切り替えるようになっている。

ＥＧＲクーラ７には、エンジン１の冷却水を循環させるために冷却水循環用の配管（図示略）が接続される。ＥＧＲクーラ７は、高温のＥＧＲガスを冷却水と熱交換させて冷却するようになっている。バイパスバルブ９は、ダイアフラム式のアクチュエータにより作動する。このバイパスバルブ９には、負圧ポンプ１０から第１負圧配管１１と第２負圧配管１２を通じて負圧が供給される。これら負圧配管１１，１２の途中には、第１及び第２のバキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）１３，１４が設けられる。各ＶＳＶ１３，１４を選択的に開閉させてバイパスバルブ９のダイアフラム式のアクチュエータに対する負圧の供給を制御することで、バイパスバルブ９が作動する。ＥＧＲバルブ６及び各ＶＳＶ１３，１４は、電子制御装置（ＥＣＵ）１５により、エンジン運転状態に基づいて制御される。ＥＣＵ１５は、エンジン運転状態として、各種センサ（図示略）により検出されるエンジン１の冷却水温、エンジン回転速度及びスロットル開度をそれぞれ入力し、それらパラメータからエンジン運転状態を判断し、必要に応じて各ＶＳＶ１３，１４を選択的に開閉させるようになっている。ここで、各ＶＳＶ１３，１４の開閉モードとして、両ＶＳＶ１３，１４を共に閉弁させる初期モードと、第１ＶＳＶ１３を開弁し、第２ＶＳＶ１４を閉弁させる第１作動モードと、両ＶＳＶ１３，１４を共に開弁させる第２作動モードが予め設定されている。

次に、バイパスバルブ９の詳しい構成を説明する。図２に、バイパスバルブ９を平面図により示す。図３に、バイパスバルブ９を底面図により示す。図４に、２段アクチュエータを図２のＡ−Ａ線断面図により示す。図５に、流路ブロックを図３のＢ−Ｂ線断面図により示す。図６に、流路ブロックを図３のＣ−Ｃ線断面図により示す。図７に、図４の２段アクチュエータの状態変化を断面図により示す。図８に、図５の流路ブロックの状態変化を断面図により示す。図９に、図６の流路ブロックの状態変化を断面図により示す。図１０に、図７の２段アクチュエータの状態変化を断面図により示す。図１１に、図８の流路ブロックの状態変化を断面図により示す。図１２に、図９の流路ブロックの状態変化を断面図により示す。

図２，３に示すように、このバイパスバルブ９は、ＥＧＲクーラ７と、バイパス通路８にそれぞれ接続される流路ブロック２１と、流路ブロック２１の一側面にてブラケット２２を介して固定された２段アクチュエータ２３とを備える。流路ブロック２１には、バイパス通路８に連通するバイパス流路２４と、ＥＧＲクーラ７に連通するメイン流路２５とが横並びに形成される。本発明の第１流路に相当するバイパス通路２４には、バタフライ式の第１弁体２６が配置され、メイン通路２５には、同じくバタフライ式の第２弁体２７が配設される。両弁体２６，２７は、それぞれ共通の弁軸２８上にネジ２８ａにより固定される。この弁軸２８は、両流路２４，２５を貫通して、流路ブロック２１に回転可能に支持される。弁軸２８の一端部は、流路ブロック２１及びブラケット２２を貫通して外部へ突出する。図２，３は、それぞれ２段アクチュエータ２３に負圧を供給しない初期状態を示す。この初期状態で、第１弁体２６は全開状態となり、第２弁体２７は全閉状態となっている。

図２〜４に示すように、２段アクチュエータ２３は、互いに積み重ねられたダイアフラム式の第１アクチュエータ２９と第２アクチュエータ３０を含む。下側の第１アクチュエータ２９は、プレート３１を介してブラケット２２の頂部にネジ３２により固定される。第１アクチュエータ２９は、上下のカバー３３ａ，３３ｂをかしめ合わせてなる第１ケース３３と、第１ケース３３の内部空間を上側の第１負圧室３４と下側の第１圧力室３５とに区画する第１ダイアフラム３６と、第１ダイアフラム３６の中央部を上下に挟むシェル３７ａ，３７ｂと、それらシェル３７ａ，３７ｂの中央に上端部が固定された第１作動ロッド３８と、第１負圧室３４にて上カバー３３ａとシェル３７ａとの間に介装された第１スプリング３９とを備える。第１作動ロッド３８は、ブラケット２２を貫通して下方へ延びる。ブラケット２２の側面に突出する弁軸２８の一端部にはレバー４０が組み付けられる。このレバー４０の先端部には、ピン４１を介してリンクロッド４２が回転可能に支持される。このリンクロッド４２の先端側には、第１作動ロッド３８の下端部が組み付けられ、ナット４３で固定される。第１作動ロッド３８の下端部とリンクロッド４２は雄ネジと雌ネジの関係で位置調節可能に連結される。ブラケット２２の頂部内壁には、第１作動ロッド３８を摺動可能に支持する第１ブッシュ４４が設けられる。このブッシュ４４は、リテーナ４５を介してブラケット２２にネジ３２により固定される。第１ブッシュ４４とリテーナ４５との間にはＯリング４６が設けられる。第１ブッシュ４４は、第１作動ロッド３８のラジアル方向の振れを規制する本発明の第１振れ止め部材に相当する。図３に示すように、第１アクチュエータ２９の下カバー３３ｂには、第１圧力室３５を大気に開放する大気孔４７が形成される。図２，４に示すように、第１アクチュエータ２９の上カバー３３ａには、上記した第１負圧配管１１の一端部が接続される第１チューブ３３ｃが突設される。

図２〜４に示すように、上側の第２アクチュエータ３０は、第１アクチュエータ２９の上カバー３３ａの頂部に溶接等により固定される。第２アクチュエータ３０は、上下のカバー５１ａ，５１ｂをかしめ合わせてなる第２ケース５１と、第２ケース５１の内部空間を上側の第２負圧室５２と下側の第２圧力室５３とに区画する第２ダイアフラム５４と、第２ダイアフラム５４の中央部を上下に挟むシェル５５ａ，５５ｂと、それらシェル５５ａ，５５ｂの中央に上部が固定された第２作動ロッド５６と、第２負圧室５２にて上カバー５１ａとシェル５５ａとの間に介装された第２スプリング５７とを備える。第２作動ロッド５６は、第２ケース５１の下カバー５１ｂと第１ケース３３の上カバー３３ａを貫通して下方へ延び、第１アクチュエータ２９の第１負圧室３４の中に配置される。この第２作動ロッド５６の下端には、第１作動ロッド３８の上端が当接可能となっている。第１アクチュエータ２９の上カバー３３ａの頂部内壁には、第２作動ロッド５６を摺動可能に支持する第２ブッシュ５８が設けられる。このブッシュ５８は、リテーナ５９を介して上カバー３３ａに固定される。第２ブッシュ５８とリテーナ５９との間にはＯリング６０が設けられる。第２ブッシュ５８は、第２作動ロッド５６のラジアル方向の振れを規制する本発明の第２振れ止め部材に相当する。図４に示すように、第２アクチュエータ３０の下カバー５１ｂと、第１アクチュエータ２９の上カバー３３ａには、互いに連通する連通孔６１が形成される。この連通孔６１を介して、第１アクチュエータ２９の第１負圧室３４と、第２アクチュエータ３０の第２圧力室５３とが連通する。図２，４に示すように、第２アクチュエータ３０の上カバー５１ａには、上記した第２負圧配管１２の一端部を接続するための第２チューブ５１ｃが突設される。

この実施形態で、第１アクチュエータ２９の第１スプリング３９の付勢力（取り付け荷重）は、第２アクチュエータ３０の第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）より大きく設定される。例えば、この実施形態では、第１スプリング３９の付勢力（取り付け荷重）は「２３．６ Ｎ」であるのに対し、第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）は「１１．８ Ｎ」に設定される。

上記したように、各ＶＳＶ１３，１４が初期モードでそれぞれ閉弁されることにより、２段アクチュエータ３０が、図４に示す初期状態となる。すなわち、第１及び第２のアクチュエータ２９，３０の各負圧室３４，５２に負圧が供給されず、各アクチュエータ２９，３０の各ダイアフラム３６，５４が、それぞれ各スプリング３９，５７の付勢力により下方へ変位し、各作動ロッド３８，５６がそれぞれ最下位置に配置される。この初期状態では、リンクロッド４２が、第１作動ロッド３８により最下位置へ押し下げられ、レバー４０が下方へ傾けられる。このとき、第１弁体２６と第２弁体２７は、それぞれ図２，３に示す初期位置に保たれる。すなわち、第１弁体２６は、図５に示すようにバイパス通路２４を閉じる全閉状態となり、第２弁体２７は、図６に示すように、メイン通路２５を開く全開状態となる。この初期状態では、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの全てが、ＥＧＲクーラ７を流れることとなる。

また、各ＶＳＶ１３，１４が第１作動モードで開弁及び閉弁されることにより、２段アクチュエータ３０が、図７に示す第１作動状態となる。すなわち、第１アクチュエータ２９の第１負圧室３４のみに負圧が供給され、第１アクチュエータ２９の第１ダイアフラム３６が、第１スプリング３９の付勢力に抗して上方へ変位し、第１作動ロッド３８のみが上方へ変位する。このとき、第１作動ロッド３８の変位は、その上端が第２作動ロッド５６の下端に当接することで規制される。この第１作動状態では、リンクロッド４２が、第１作動ロッド３８と共に上方へ変位し、その分だけレバー４０が上方へ回動する。このとき、第１弁体２６と第２弁体２７は、それぞれ図８，９に示す半開位置に保たれる。すなわち、第１弁体２６は、図８に示すようにバイパス通路２４を半分開く半開状態となり、第２弁体２７は、図９に示すように、メイン通路２５を半分開く半開状態となる。この第１作動状態では、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの全てが、ＥＧＲクーラ７とバイパス通路２４の両方を流れることとなる。

一方、各ＶＳＶ１３，１４が第２作動モードでそれぞれ開弁されることにより、２段アクチュエータ３０が、図１０に示す第２作動状態となる。すなわち、第１及び第２のアクチュエータ２９，３０の各負圧室３４，５２にそれぞれ負圧が供給され、各アクチュエータ２９，３０の各ダイアフラム３６，５４が、それぞれ各スプリング３９，５７の付勢力に抗して上方へ変位し、各作動ロッド３８，５６が一体となって上方へ変位し、各作動ロッド３８，５６がそれぞれ最上位位置に配置される。この第２作動状態では、リンクロッド４２が、第１作動ロッド３８と共に更に上方へ変位し、その分だけレバー４０が更に上方へ回動する。このとき、第１弁体２６と第２弁体２７は、それぞれ図１１，１２に示す作動位置に保たれる。すなわち、第１弁体２６は、図１１に示すようにバイパス通路２４を全部開く全開状態となり、第２弁体２７は、図１２に示すようにメイン通路２５を全部閉じる全閉状態となる。この第２作動状態では、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの全てが、バイパス通路２４を流れることとなる。

以上説明したこの実施形態のバイパスバルブ９によれば、第１及び第２のＶＳＶ１３，１４の開閉を制御することにより、２段アクチュエータ２３を構成する第１及び第２のアクチュエータ２９，３０の各負圧室３４，５２に対する負圧の供給が切り替えられ、第１弁体２６及び第２弁体２７の開閉が切り替えられる。例えば、自動車の冷間始動時に、ＥＣＵ１５が第１及び第２のＶＳＶ１３，１４を共に開弁させることにより、第１及び第２のアクチュエータ２９，３０の各負圧室３４，５２にそれぞれ各チューブ３３ｃ，５１ｃを通じて負圧が供給され、２段アクチュエータ２３が第２作動状態となる。これにより、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの全てが、ＥＧＲクーラ７を通ることなくバイパス通路２４を流れることとなる。このため、エンジン１の冷間始動時には、ＥＧＲガスが過冷却となることを防止することができ、気筒内の燃焼効率や排気成分の悪化を防止することができる。その後、エンジン１の暖機が進み、ＥＣＵ１５が第２ＶＳＶ１４のみを閉弁させることにより、第２アクチュエータ３０の第２負圧室５２に負圧が供給されなくなり、第１アクチュエータ２９の第１負圧室３４のみに負圧が供給され、２段アクチュエータ２３が第１作動状態となる。これにより、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの一部がＥＧＲクーラ７を流れ、残りのＥＧＲガスがバイパス通路２４を流れることとなる。これにより、エンジン１の暖機の進行に伴いＥＧＲガスをある程度冷却することができる。その後、エンジン１の暖機が完了し、ＥＣＵ１５が１及び第２のＶＳＶ１３，１４の両方を閉弁させることにより、第１及び第２のアクチュエータ２９，３０の両負圧室３４，５２に負圧が供給されなくなり、２段アクチュエータ２３が初期状態となる。これにより、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの全部がＥＧＲクーラ７を流れて冷却される。これにより、エンジン１の暖機の完了により、ＥＧＲガスを更に冷却することができる。

つまり、この実施形態のバイパスバルブ９によれば、第１作動ロッド３８が段階的に変位することにより、レバー４０を介して弁軸２８が段階的に回転し、各弁体２６，２７が段階的に作動してＥＧＲガスの流路が段階的に切り替えられる。すなわち、各弁体２６，２７の開閉位置を３つのパターン、すなわち初期位置、半開位置及び作動位置に切り替えることができる。これは、仮に、２段アクチュエータ２３でなく通常の１段式のアクチュエータを使用した場合に、各弁体２６，２７を初期位置と作動位置の２位置の間でしか切り替えることができない。これに対し、本実施形態のように２段アクチュエータ２３を使用することで、各弁体２６，２７を初期位置と作動位置に加え、半開位置にも切り替えることができる。これにより、ＥＧＲクーラ７を通るＥＧＲガスの流量を３段階に切り替えることができ、ＥＧＲクーラ７によるＥＧＲガスの冷却度合いを３段階に切り替えることができる。つまり、この実施形態では、ＥＧＲガス温度制御の自由度を増大させることができる。その上、この実施形態のダイアフラム式のアクチュエータ２９，３０を用いて弁体２６，２７を開閉させるタイプのバイパスバルブ９は、ステップモータ等の電動機を用いて弁体を無段階に開度調節させるように構成したバイパスバルブと比べて、安価で構成が簡単なものとなる。

ここで、この実施形態の２段アクチュエータ２３によれば、第１作動ロッド３８には第１ブッシュ４４が設けられ、第２作動ロッド５６には第２ブッシュ５８が設けられるので、各作動ロッド３８，５６の変位が各ブッシュ４４，５８により案内されることとなる。また、自動車の走行に伴い各アクチュエータ２９，３０に振動が加わっても、各作動ロッド３８，５６が各ブッシュ４４，５８に保持されるので、各ダイアフラム３６，５４の振動が抑えられる。このため、各ダイアフラム３６，５４の振動耐久性を向上させることができ、２段アクチュエータ２３としての振動耐久性を向上させることができる。

また、この実施形態の２段アクチュエータ２３によれば、第１アクチュエータ２９の第１スプリング３９の付勢力（取り付け荷重）が、第２アクチュエータ３０の第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）より大きく設定されるので、第１作動ロッド３８が段階的にスムーズに変位する。すなわち、第１アクチュエータ２９の第１負圧室３４のみに負圧を供給した状態から、第１作動ロッド３８を更に変位させるために、第２アクチュエータ３０の第２負圧室５２に負圧を供給することにより、第１スプリング３９及び第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）の関係から、第２ダイアフラム５４をスムーズに上方へ変位させることができ、これによって第１作動ロッド３８をスムーズに変位させることが可能となる。この結果、各弁体２６，２７を３段階にスムーズに開度調節することができる。

更に、この実施形態のＥＧＲクーラバイパスバルブによれば、第１作動ロッド３８が段階的に変位することにより、第１及び第２の弁体２６，２７が段階的に開閉してバイパス流路２４とメイン流路２５が段階的に切り替えられる。このため、２つの弁体２６，２７の開閉によりＥＧＲガスの流路を段階的に切り替えることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の流路切替バルブを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、第１実施形態に同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。以下には、異なった点を中心に説明する。

図１３に、この実施形態のバイパスバルブ７１を一部破断して底面図により示す。図１４に、図１３の流路ブロックをＤ−Ｄ線断面図により示す。図１５に、図１４の流路ブロックの状態変化を断面図により示す。図１６に、図１５の流路ブロックの状態変化を断面図により示す。この実施形態のバイパスバルブ７１は、流路ブロック７２と弁体７３の構成の点で第１実施形態と異なる。この流路ブロック７２には、弁軸２８上に弁体７３が設けられ、その弁体７３により開閉されるメイン流路７４とバイパス流路７５が設けられる。すなわち、流路ブロック７２は、互いに隣接して設けられた第１流路としてのメイン流路７４及び第２流路としてのバイパス流路７５を含む。メイン流路７４及びバイパス流路７５を開閉するために弁軸２８には、１つの弁体７３がネジ２８ａにより固定される。図１４〜１６に示すように、弁体７３は、弁軸２８を中心に略く字状に折り曲げ形成され、弁体７３の各半分７３ａ，７３ｂがそれぞれ対応する流路７４，７５を開閉するようになっている。

そして、図１４に示す状態において、弁体７３はメイン流路７４を全開にすると共にバイパス流路７５を全閉にする初期位置に配置される。この状態で、弁体７３は、その一部が流路ブロック７２の内壁に当接することで初期位置が保たれる。初期位置から弁軸２８が所定角度だけ回動することにより、図１５に示すように、弁体７３がメイン流路７４とバイパス流路７５をそれぞれ半開にする半開位置に配置される。半開位置から弁軸２８が更に所定角度だけ回動することにより、図１６に示すように、弁体７３がメイン流路７４を全閉にすると共にバイパス流路７５を全開にする終期位置に配置される。この状態で、弁体７３は、その一部が流路ブロック７２の内壁に当接することで終期位置が保たれる。この実施形態で、流路ブロック７２を除くその他の構成は、第１実施形態のそれと同じである。

この実施形態のＥＧＲクーラバイパスバルブによれば、第１作動ロッド３８が段階的に変位することにより、１つの弁体７３が段階的に開閉してメイン流路７４とバイパス流路７５が段階的に切り替えられる。このため、１つの弁体７３の開閉によりＥＧＲガスの流路を段階的に切り替えることができる。

従って、この実施形態では、流路ブロック７２に、１つの弁体７３と、それに対応する２つの流路７４，７５を形成すればよく、流路ブロック７２を小型化することができる。その他の作用効果は、第１実施形態のそれと同じである。

［第３実施形態］
次に、本発明の流路切替バルブを具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１７に、この実施形態のバイパスバルブ８１の３段アクチュエータ８２を断面図により示す。このバイパスバルブ８１は、２段アクチュエータ２３を３段アクチュエータ８２にした点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、この３段アクチュエータ８２は、下から第１アクチュエータ２９及び第２アクチュエータ３０の他に、第２アクチュエータ３０の上に積み重ねられた第３アクチュエータ８３を備える。第１及び第２のアクチュエータ２９，３０の基本構成は、第１実施形態のそれと同じである。第３アクチュエータ８３は、上部カバー８４ａ及び下部カバー８４ｂよりなる第３ケース８４と、第３ケース８４の内部空間を上側の第３負圧室８５と下側の第３圧力室８６とに区画する第３ダイアフラム８７と、第３ダイアフラム８７を上下に挟んだシェル８８ａ，８８ｂと、第３ダイアフラム８７及び両シェル８８ａ，８８ｂに上部が固定された第３作動ロッド８９と、第３負圧室８５にて第３ケース８４と第３ダイアフラム８７との間に介装された第３スプリング９０とを備える。第３作動ロッド８９は、第３ケース８４及び第２ケース５１を貫通して第２アクチュエータ３０の第２負圧室５２へ延びる。この第３作動ロッド８９の下端には、第２作動ロッド５６の上端が当接可能に設けられる。第２アクチュエータ３０の上カバー５１ａの頂部内壁には、第３作動ロッド８９を摺動可能に支持する第３ブッシュ９１が設けられる。このブッシュ９１は 、リテーナ９２を介して上カバー５１ａに固定される。第３ブッシュ９１とリテーナ９２との間にはＯリング９３が設けられる。第３ブッシュ９１は、第３作動ロッド８９のラジアル方向の振れを規制する本発明の第３振れ止め部材に相当する。第３アクチュエータ８３の下カバー８４ｂと、第２アクチュエータ３０の上カバー５１ａには、互いに連通する連通孔９４が形成される。この連通孔９４を介して、第２アクチュエータ３０の第２負圧室５２と、第３アクチュエータ８３の第３圧力室８６とが連通する。第３アクチュエータ８３の上カバー８４ａには、第３の負圧配管（図示略）の一端部を接続するための第３チューブ８４ｃが突設される。第３チューブ８４ｃは、本発明の第３負圧ポートに相当する。

この実施形態で、第１アクチュエータ２９の第１スプリング３９の付勢力（取り付け荷重）は、第２アクチュエータ３０の第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）より大きく設定される。また、第２スプリング５７の付勢力（取付加重）は、第３アクチュエータ８３の第３スプリング９０の付勢力（取付加重）より大きく設定される。

従って、この実施形態のバイパスバルブ８２によれば、図１７に示すように、第１〜第３のアクチュエータ２９，３０，８３の各負圧室３４，５２，８５に負圧が供給されていない初期状態では、各弁体２６，２７が初期位置である第１の位置（図５，６に示す位置）に配置される。この初期状態では、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの全てが、ＥＧＲクーラ７を流れることとなる。

この初期状態から、第１アクチュエータ２９の第１負圧室３４に第１チューブ３３ｃを通じて負圧を供給することにより、第１スプリング３９の付勢力に抗して第１ダイアフラム３６が第１作動ロッド３８と共に第１負圧室３４の側へ変位する。これにより、各弁体２６，２７が第１の位置から第２の位置へ切り替えられ、これにより一部のＥＧＲガスの流路が切り替えられる。このとき、第１作動ロッド３８の変位は、その上端が第２作動ロッド５６の下端に当接することで規制される。この状態では、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの一部がバイパス通路８を流れ、残りがＥＧＲクーラ７を流れることとなる。

その後、第１アクチュエータ２９に加えて、第２アクチュエータ３０の第２負圧室５２にも第２チューブ５１ｃを通じて負圧を供給することにより、第２スプリング５７の付勢力に抗して第２ダイアフラム５４が第２作動ロッド５６と共に第２負圧室５２の側へ変位する。これにより、第１作動ロッド３８が更に変位して、各弁体２６，２７が第２の位置から第３の位置に切り替えられる。このとき、第１作動ロッド３８の変位は、ダイアフラム２作動ロッド５６の上端が第３作動ロッド８９の下端に当接することで規制される。これにより、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスのうち、バイパス通路８を流れるＥＧＲガスの量が増え、残りがＥＧＲクーラ７を流れることとなる。

その後、第１及び第２のアクチュエータ２９，３０に加えて、第３アクチュエータ８３の第３負圧室８５にも第３チューブ８４ｃを通じて負圧を供給することにより、第３スプリング９０の付勢力に抗して第３ダイアフラム８７が第３作動ロッド８９と共に第３負圧室８５の側へ変位する。これにより、第１作動ロッド３８が更に変位して、各弁体２６，２７が全面的に切り替えられる第４の位置（図１１，１２に示す位置）に配置される。これにより、ＥＧＲ通路５を流れるＥＧＲガスの全てが、バイパス通路８を流れることとなる。

つまり、この実施形態のバイパスバルブ８１によれば、第１作動ロッド３８が段階的に変位することにより、レバー４０を介して弁軸２８が段階的に回転し、各弁体２６，２７が段階的に作動してＥＧＲガスの流路が段階的に切り替えられる。すなわち、この実施形態では、各弁体２６，２７の開閉位置を４つのパターン、すなわち初期位置（第１の位置）、第２の位置、第３の位置及び第４の位置に切り替えることができる。これは、仮に、３段アクチュエータ８２でなく通常の１段式アクチュエータを使用した場合に、各弁体２６，２７を２位置の間でしか切り替えることができない。これに対し、本実施形態のように３段アクチュエータ８２を使用することで、各弁体２６，２７を初期位置と作動位置（第４の位置）に加え、その中間の第２及び第３の位置にも切り替えることができる。これにより、ＥＧＲクーラ７を通るＥＧＲガスの流量を４段階に切り替えることができ、ＥＧＲクーラ７によるＥＧＲガスの冷却度合いを４段階に切り替えることができる。

ここで、この実施形態の３段アクチュエータ８２によれば、第１作動ロッド３８には第１ブッシュ４４が設けられ、第２作動ロッド５６には第２ブッシュ５８が設けられ、第３作動ロッド８９には第３ブッシュ９１が設けられるので、各作動ロッド３８，５６，８９の変位が各ブッシュ４４，５８，９１により案内されることとなる。また、自動車の走行に伴い各アクチュエータ２９，３０，８３に振動が加わっても、各作動ロッド３８，５６，８９が各ブッシュ４４，５８，９１に保持されるので、各ダイアフラム３６，５４，８７の振動が抑えられる。このため、各ダイアフラム３６，５４，８７の振動耐久性を高めることができる。

また、この実施形態の３段アクチュエータ８１によれば、第１アクチュエータ２９の第１スプリング３９の付勢力（取り付け荷重）が、第２アクチュエータ３０の第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）より大きく設定され、第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）が第３アクチュエータ８３の第３スプリング９０の付勢力（取り付け荷重）より大きく設定されるので、第１作動ロッド３８が段階的にスムーズに変位する。すなわち、第１アクチュエータ２９の第１負圧室３４のみに負圧を供給した状態から、第１作動ロッド３８を更に変位させるために、第２アクチュエータ３０の第２負圧室５２に負圧を供給することにより、第１スプリング３９及び第２スプリング５７の付勢力（取り付け荷重）の関係から、第２ダイアフラム５４をスムーズに上方へ変位させることができる。また、第１及び第２のアクチュエータ２９，３０の第１及び第２の負圧室３４，５２に負圧を供給した状態から、第１作動ロッド３８を更に変位させるために、第３アクチュエータ８３の第３負圧室８５にも負圧を供給することにより、第１スプリング３９、第２スプリング５７及び第３スプリング９０の付勢力（取り付け荷重）の関係から、第３ダイアフラム８７をスムーズに上方へ変位させることができる。これによって第１作動ロッド３８をスムーズに変位させることが可能となる。この結果、各弁体２６，２７を４段階にスムーズに開度調節することができる。

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に変更して実施することもできる。

第１実施形態に係り、ＥＧＲクーラ付きＥＧＲ装置を示す概略構成図。 第１実施形態に係り、バイパスバルブを示す平面図。 第１実施形態に係り、バイパスバルブを示す底面図。 第１実施形態に係り、２段アクチュエータを示す図２のＡ−Ａ線断面図。 第１実施形態に係り、流路ブロックを示す図３のＢ−Ｂ線断面図。 第１実施形態に係り、流路ブロックを示す図３のＣ−Ｃ線断面図。 第１実施形態に係り、図４の状態変化を示す２段アクチュエータの断面図。 第１実施形態に係り、図５の状態変化を示す流路ブロックの断面図。 第１実施形態に係り、図６の状態変化を示す流路ブロックの断面図。 第１実施形態に係り、図７の状態変化を示す２段アクチュエータの断面図。 第１実施形態に係り、図８の状態変化を示す流路ブロックの断面図。 第１実施形態に係り、図９の状態変化を示す流路ブロックの断面図。 第２実施形態に係り、バイパスバルブを一部破断して示す底面図。 第２実施形態に係り、流路ブロックを示す図１３のＤ−Ｄ線断面図。 第２実施形態に係り、図１４の状態変化を示す流路ブロックの断面図。 第２実施形態に係り、図１５の状態変化を示す流路ブロックの断面図。 第３実施形態に係り、３段アクチュエータを示す断面図。

符号の説明

２３ ２段アクチュエータ
２４ バイパス流路（第１流路）
２５ メイン流路（第２流路）
２６ 第１弁体
２７ 第２弁体
２９ 第１アクチュエータ
３０ 第２アクチュエータ
３４ 第１負圧室
３６ 第１ダイアフラム
３８ 第１作動ロッド
３９ 第１スプリング
４４ 第１ブッシュ（第１振れ止め部材）
５２ 第２負圧室
５３ 第２圧力室
５４ 第２ダイアフラム
５６ 第２作動ロッド
５７ 第２スプリング
５８ 第２ブッシュ（第２振れ止め部材）
７３ 弁体
７４ メイン流路（第１流路）
７５ バイパス流路（第２流路）
８１ バイパスバルブ
８２ ３段アクチュエータ
８３ 第３アクチュエータ
８５ 第３負圧室
８６ 第３圧力室
８７ 第３ダイアフラム
８９ 第３作動ロッド
９０ 第３スプリング
９１ 第３ブッシュ（第３振れ止め部材）

Claims (8)

1. ダイアフラム式のアクチュエータにより弁体を作動させることにより流体の流路を切り替える流路切替バルブであって、
   互いに積み重ねられた下側の第１アクチュエータ及び上側の第２アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータは、第１ケースと、前記第１ケースの内部空間を第１負圧室として区画する第１ダイアフラムと、前記第１ダイアフラムに上部が固定された第１作動ロッドと、前記第１負圧室にて前記第１ケースと前記第１ダイアフラムとの間に介装された第１スプリングとを含むことと、
   前記第１作動ロッドは、前記第１ケースから下方へ延びると共に、前記弁体を作動させるために前記弁体に連結されることと、
   前記第２アクチュエータは、第２ケースと、前記第２ケースの内部空間を上側の第２負圧室と下側の第２圧力室とに区画する第２ダイアフラムと、前記第２ダイアフラムに上部が固定された第２作動ロッドと、前記第２負圧室にて前記第２ケースと前記第２ダイアフラムとの間に介装された第２スプリングとを含むことと、
   前記第２作動ロッドは、前記第２ケース及び前記第１ケースを貫通して前記第１負圧室へ延びると共に、前記第２作動ロッドの下端には、前記第１作動ロッドの上端が当接可能に設けられることと、
   前記第２圧力室と前記第１負圧室とが互いに連通することと
   を備えたことを特徴とする流路切替バルブ。
2. 前記第２アクチュエータの上に積み重ねられた第３アクチュエータと、
   前記第３アクチュエータは、第３ケースと、前記第３ケースの内部空間を上側の第３負圧室と下側の第３圧力室とに区画する第３ダイアフラムと、前記第３ダイアフラムに上部が固定された第３作動ロッドと、前記第３負圧室にて前記第３ケースと前記第３ダイアフラムとの間に介装された第３スプリングとを含むことと、
   前記第３作動ロッドは、前記第３ケース及び前記第２ケースを貫通して前記第２負圧室へ延びると共に、前記第３作動ロッドの下端には、前記第２作動ロッドの上端が当接可能に設けられることと、
   前記第３圧力室と前記第２負圧室とが互いに連通することと
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流路切替バルブ。
3. 前記第１作動ロッド及び前記第２作動ロッドそれぞれのラジアル方向の振れを規制する第１振れ止め部材及び第２振れ止め部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流路切替バルブ。
4. 前記第１作動ロッド、前記第２作動ロッド及び前記第３作動ロッドそれぞれのラジアル方向の振れを規制する第１振れ止め部材、第２振れ止め部材及び第３振れ止め部材を備えたことを特徴とする請求項２に記載の流路切替バルブ。
5. 前記第１スプリングの付勢力が前記第２スプリングの付勢力より大きく設定されたことを特徴とする請求項１又は３に記載の流路切替バルブ。
6. 前記第１スプリングの付勢力が前記第２スプリングの付勢力より大きく設定され、前記第２スプリングの付勢力が前記第３スプリングの付勢力より大きく設定されたことを特徴とする請求項２又は４に記載の流路切替バルブ。
7. 第１流路及び第２流路と、
   前記第１流路を開閉する第１弁体と、
   前記第２流路を開閉する第２弁体と
   を備え、前記第１作動ロッドが軸方向へ変位することにより、前記第１弁体と前記第２弁体が開閉して前記第１流路と前記第２流路との間で流体の流路が切り替えられることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の流路切替バルブ。
8. 第１流路及び第２流路と、
   前記第１流路及び前記第２流路を開閉する１つの弁体と
   を備え、前記第１作動ロッドが軸方向へ変位することにより、前記弁体が開閉して前記第１流路と前記第２流路との間で流体の流路が切り替えられることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の流路切替バルブ。

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