JP2009191707A - Exhaust valve device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば車両用エンジンの排気通路を開閉する排気バルブとこれを開閉駆動する電動モータを備えた排気バルブ装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust valve device including, for example, an exhaust valve that opens and closes an exhaust passage of a vehicle engine and an electric motor that opens and closes the exhaust valve.
自動二輪車や自動車等の車両の排気管には、排気ブレーキバルブや暖気バルブとして機能するバタフライ型の排気バルブとこれを駆動するアクチュエータを備えた排気バルブ装置が設けられている。 An exhaust pipe of a vehicle such as a motorcycle or an automobile is provided with an exhaust valve device that includes a butterfly-type exhaust valve that functions as an exhaust brake valve and a warm-up valve and an actuator that drives the butterfly-type exhaust valve.
又、近年、多気筒エンジンを搭載した車両の燃費改善等を目的として、定常走行時に多気筒エンジンの一部の気筒を休止させることが行われるが、気筒数を切り替えるときに排気系に異音が発生することが知られている。そして、この異音は排気管を開閉して排気ガス流量をエンジンの運転状態に応じて制御することによって低減させることができることも知られており、そのためにエンジンの排気系に排気バルブ装置が設けられている。 In recent years, some cylinders of a multi-cylinder engine have been deactivated during steady running for the purpose of improving the fuel efficiency of a vehicle equipped with a multi-cylinder engine. Is known to occur. It is also known that this abnormal noise can be reduced by opening and closing the exhaust pipe and controlling the exhaust gas flow rate according to the operating state of the engine. For this purpose, an exhaust valve device is provided in the exhaust system of the engine. It has been.
ところで、特許文献1には、バルブハウジング内に回転自在に支持された回転軸に弁体を固定し、アクチュエータによって前記回転軸を回動させることによって排気通路を開閉する排気バルブ装置において、前記アクチュエータを、前記回転軸を回動させる減速機付電動モータと、回転軸の回動位置を検出する位置センサと、前記減速機付電動モータを駆動制御するコントローラとで構成することによって、弁体位置(バルブ開度)を無段階に制御するようにした排気バルブ装置が提案されている。
By the way,
又、特許文献2には、モータ駆動式スロットル弁装置において、モータを収容するハウジングに取り付けられた金属プレートに冷却水パイプを取り付け、該冷却水パイプにエンジン冷却水を流すことによってモータを冷却する構成が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載された排気バルブ装置においては、減速機にウォームギヤやハイポイドギヤが使用されているため、モータへの電源供給元が故障した場合には弁体が故障直前位置に固定され、弁体の位置(バルブ開度)によっては車両の走行に支障を来すという問題がある。又、排気熱の影響を回避する手段として断熱材と空気層を利用しているため、装置のコンパクト化が困難であるという問題もある。
However, in the exhaust valve device described in
更に、特許文献1に記載された排気バルブ装置では、アクチュエータ側の減速機からの出力軸とバルブの回転軸とを連結するフィンカップリング及びバルブハウジングと電動モータとの間に放熱性の良いアルミニウム系材料から成る遮熱板(インシュレータ)を介設することによって、排気通路からの高熱を遮断している。この構成においては、排気通路からの高熱を遮断することはできても、高温雰囲気中での熱の影響を回避することは困難である。
Further, in the exhaust valve device described in
特許文献2において提案された装置は排気ガスの一部を還流させるEGR制御装置であって、排気ガスを排気ガス通路によって吸気通路内に導く構成であり、排気ガス通路に冷却装置を設け、熱交換を行うことによって排気ガス熱を下げ、EGR弁に排気ガスを送り込む構成となっている。又、スロットル弁を駆動制御するための回路基板がカバー部に金属プレートを介して内装され、放熱される構成となっており、高温雰囲気中では金属プレートが樹脂カバーを貫通して外部に晒されることによって回路基板の放熱効果を高める構成となっている。更に、金属プレートに冷却水パイプを設け、冷却水により冷却効果を高める構成としている。
The device proposed in
上記構成の冷却装置を排気ガス通路に別途設ける場合、本構成の排気バルブ装置においては大型化を招くとともに、艤装上、冷却装置分のスペースを確保しなければならない等の問題が生じ、実用的には適用が困難である。又、金属プレートに冷却水パイプを設ける構成については、放熱効率が低く、排気系に適用するにはモータ等の制御装置を高温雰囲気中において雰囲気からの熱を遮断する必要がある。 When the cooling device having the above configuration is separately provided in the exhaust gas passage, the exhaust valve device having the above configuration causes a problem in that the size of the exhaust valve device is increased, and a space for the cooling device must be secured on the equipment. It is difficult to apply. In addition, the configuration in which the cooling water pipe is provided on the metal plate has low heat radiation efficiency, and it is necessary to block heat from the atmosphere in a high-temperature atmosphere in a control device such as a motor in order to apply it to the exhaust system.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、排気バルブ装置に装着される弁体の駆動源である電動モータ及び弁の開度を検出する開度検出手段等の排気バルブ装置を制御する制御装置の作動安定性確保のために、排気熱を十分放熱して熱的影響を排除するとともに、小型・コンパクト化を図ることができる排気バルブ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is an electric motor that is a drive source of a valve body mounted on the exhaust valve device, an opening degree detecting means that detects the opening degree of the valve, and the like. In order to ensure the operational stability of a control device that controls an exhaust valve device, it is intended to provide an exhaust valve device that can radiate exhaust heat sufficiently to eliminate thermal influences and can be reduced in size and size. .
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、排気通路が形成されたバルブボディに弁軸を回動可能に軸支し、該弁軸に前記排気通路を開閉する弁体を取り付けて成る排気バルブと、
駆動源である電動モータと該電動モータの回転を前記弁軸に伝達するギヤを収容して成る駆動ケースと、
前記排気バルブの開度を検出する開度検出手段と、
を備えた排気バルブ装置において、
前記駆動ケースの周縁部に冷却水通路を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a valve body is rotatably supported on a valve body in which an exhaust passage is formed, and a valve body for opening and closing the exhaust passage is attached to the valve shaft. An exhaust valve comprising:
A drive case containing an electric motor as a drive source and a gear for transmitting the rotation of the electric motor to the valve shaft;
An opening degree detecting means for detecting an opening degree of the exhaust valve;
In the exhaust valve device with
A cooling water passage is provided in a peripheral portion of the drive case.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記冷却水通路を前記駆動ケースの相対向する2面にそれぞれ形成し、両冷却水通路を互いに連通させたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the cooling water passage is formed on two opposing surfaces of the drive case, and the two cooling water passages communicate with each other.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記バルブボディと前記駆動ケースとの間に断熱材を挟んで締結したことを特徴とする。 A third aspect of the invention is characterized in that in the first or second aspect of the invention, a heat insulating material is sandwiched between the valve body and the drive case.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れかに記載の発明において、前記排気バルブを常時開き方向に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the urging means according to any one of the first to third aspects, wherein the urging means for urging the exhaust valve in a normally opening direction is provided.
請求項1記載の発明によれば、駆動ケースに形成された冷却水通路を流れる冷却水によって駆動ケースが強制的に冷却されるため、バルブボディの排気通路を流れる高温の排気ガスの熱(排気熱)を冷却水によって十分吸収して電動モータや開度検出手段への熱的悪影響を排除することができ、これらの作動安定性が高められる。又、排気熱の影響を回避する手段として空気層等を利用せず、駆動ケースを冷却水によって直接冷却するため、排気バルブ装置を小型・コンパクトに構成することができる。更に、駆動ケースの周縁部に冷却水通路を設けることによって雰囲気中の熱から電動モータや開度検出手段を断熱することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the drive case is forcibly cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage formed in the driving case, the heat (exhaust gas) of the hot exhaust gas flowing through the exhaust passage of the valve body. (Heat) can be sufficiently absorbed by the cooling water to eliminate the adverse thermal effects on the electric motor and the opening detection means, and the operational stability of these can be improved. Further, since the drive case is directly cooled by the cooling water without using an air layer or the like as means for avoiding the influence of the exhaust heat, the exhaust valve device can be configured to be small and compact. Furthermore, by providing a cooling water passage in the peripheral portion of the drive case, the electric motor and the opening degree detection means can be insulated from the heat in the atmosphere.
請求項2記載の発明によれば、冷却水通路を駆動ケースの相対向する2面にそれぞれ形成し、両冷却水通路を互いに連通させたため、駆動ケースの冷却面積が拡大し、該駆動ケースが両冷却水通路を流れる冷却水によって2面側から同時に冷却される。このため、駆動ケースの冷却効率が倍増し、該駆動ケースに収容された電動モータや駆動ケースに取り付けられた開度検出手段への熱的悪影響を一層効果的に排除してこれらの作動安定性を更に高めることができる。 According to the second aspect of the present invention, the cooling water passages are formed on the two opposing surfaces of the drive case, and the two cooling water passages are communicated with each other. It is simultaneously cooled from the two surfaces by the cooling water flowing through both cooling water passages. For this reason, the cooling efficiency of the drive case is doubled, and the thermal adverse effect on the electric motor housed in the drive case and the opening degree detection means attached to the drive case is more effectively eliminated, and these operational stability Can be further increased.
請求項3記載の発明によれば、バルブボディと駆動ケースとを断熱材を介して締結したため、バルブボディの排気通路を流れる高温の排気ガスから駆動ケースへの熱伝達が断熱材によって効果的に遮断され、電動モータや開度検出手段への熱的悪影響が排除されてこれらの作動安定性が高められる。
According to the invention described in
請求項4記載の発明によれば、付勢手段によって排気バルブを常時開き方向に付勢するようにしたため、電動モータや開度検出手段に異常が発生したような場合であっても排気バルブが開いており、排気通路が閉塞されて排気ガスの流れがチョークするという不具合の発生が防がれ、高いフェイルセーフ性が確保される。又、排気バルブのガタが付勢手段によって吸収されるため、該排気バルブの応答性が高められる。
According to the invention described in
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る排気バルブ装置を備えた車両用エンジンの排気系のシステム構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an exhaust system of a vehicle engine equipped with an exhaust valve device according to the present invention.
本実施の形態に係る車両用エンジン50は多気筒エンジンであって、その吸気側には吸気マニホールド51が接続され、排気側には排気マニホールド52が接続されている。尚、図示しないが、吸気マニホールド51には、スロットルボディやサージタンクを介してエアクリーナが接続されている。
The
そして、前記排気マニホールド52から延びる排気管には、触媒コンバータ53、本発明に係る排気バルブ装置1及びマフラー54が順次接続されている。
A
ところで、本発明に係る排気バルブ装置1は、制御装置(ECU)60によってその駆動が制御されるが、この制御装置60には、エンジン回転センサ61によって検出されるエンジン回転数、水温センサ62によって検出される冷却水温度、アクセル開度センサ63によって検出されるアクセル開度(スロットル開度)及び負荷センサ64によって検出されるエンジン負荷が入力され、これらに基づいて制御装置60は排気バルブ装置1を駆動制御する。
By the way, the
而して、吸気マニホールド51からエンジン50の各気筒に吸気(新気)が供給されると、この吸気に燃料が噴射されて混合気が形成され、この混合気は各気筒の燃焼室において燃焼に供せられる。この混合気の燃焼によって発生した高温の排気ガスは、エンジン50から排気マニホールド52へと排出され、排気マニホールド52から触媒コンバータ53を流れる過程で浄化される。その後、排気ガスは、前述のように制御装置60によって駆動が制御される排気バルブ装置1によって流量及び圧力が調整された後、マフラー54を通過することによって消音され、最後に大気に排出される。
Thus, when intake air (fresh air) is supplied from the
次に、本発明に係る前記排気バルブ装置1の詳細を図2〜図7に基づいて説明する。
Next, details of the
図2は本発明に係る排気バルブ装置の背面図、図3は同排気バルブ装置の右側面図(図1の矢視A方向の図)、図4は同排気バルブ装置の斜視図、図5は同排気バルブ装置の正面の水通路カバーを取り外して示す斜視図、図6は同排気バルブ装置の駆動ケース内部の構成を示す背面図、図7は同排気バルブ装置の分解斜視図である。 2 is a rear view of the exhaust valve device according to the present invention, FIG. 3 is a right side view of the exhaust valve device (a view in the direction of arrow A in FIG. 1), FIG. 4 is a perspective view of the exhaust valve device, and FIG. FIG. 6 is a perspective view showing the exhaust valve device with the water passage cover removed from the front, FIG. 6 is a rear view showing the configuration inside the drive case of the exhaust valve device, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the exhaust valve device.
本発明に係る排気バルブ装置1は、図2に示すように、排気バルブ2のバルブボディ3に駆動ケース4を締結し、排気バルブ2の開度を検出する開度検出手段である開度検出センサ5を前記駆動ケース5の端面(左端面)に締結して構成されている。
As shown in FIG. 2, the
上記排気バルブ2は、バルブボディ3に形成された断面円形の排気通路6を貫通して回動可能に軸支された弁軸7に、前記排気通路6を開閉する円板状の弁体8を2本のビス9によって取り付けて構成されている。そして、この排気バルブ2は、図2及び図3に示すように、バルブボディ3の端部に一体に形成された矩形フランジ部3aの四隅をボルト10によって前記駆動ケース4の端面(右端面)に締結することによって該駆動ケース4に取り付けられているが、バルブボディ3と駆動ケース4の間には断熱材11が介設されている。つまり、バルブボディ3と駆動ケース4とは間に断熱材11を挟んで互いに締結されている。
The
又、前記弁軸7は、その軸方向両端が不図示の軸受によって回動可能に支持されており、その一端部(図2の右端部)は駆動ケース4を貫通してその内部に臨んでいる(図6参照)。
The axial end of the
前記駆動ケース4内には、排気バルブ2の弁軸7とこれに取り付けられた弁体8を回動させて排気通路6を開閉するための駆動系が内蔵されている。即ち、図6に示すように、駆動ケース4内には駆動源である電動モータ12が収容されており、図7にも示すように該電動モータ12の出力軸12aの端部には小径のピニオン13が結着されている。又、駆動ケース4内には中間軸14が電動モータ12の出力軸12aと平行に配されており、この中間軸14には大径ギヤ15と小径ギヤ16が結着されている。そして、大径ギヤ15は、電動モータ12の出力軸12aに結着された前記ピニオン13に噛合している。
The
更に、排気バルブ2の前記弁軸7は、前述のように駆動ケース4を貫通してその内部に臨んでおり、図6及び図7に示すように、その端部にはセクタギヤ17が結着され、このセクタギヤ17は、中間軸14に結着された前記小径ギヤ16に噛合している。ここで、セクタギヤ17のボス部17aの外周には付勢手段であるリターンスプリング18が巻装されており、該リターンスプリング18の一端はセクタギヤ17に係止され、他端は駆動ケース4に係止され、弁軸7及びこれに取り付けられた弁体8(排気バルブ2)は、リターンスプリング18によって常時開き方向に付勢されている。
Further, as described above, the
又、図4及び図5に示すように、駆動ケース4の相対向する2面である背面(図4の手前側の面)と正面(図5の手前側の面)には冷却水通路19,20がそれぞれ形成されており、これらの冷却水通路19,20同士は駆動ケース4に形成された楕円状の連通孔21によって互いに連通している。そして、駆動ケース4の背面と正面には、図2〜図4に示すように、矩形プレート状の水通路カバー22,23がその周縁を複数本(図示例では8本)のビス24によって取り付けられており、駆動ケース4の両面に形成された冷却水通路19,20は水通路カバー22,23によってそれぞれ覆われ、その内部には水通路が形成されている。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, a cooling
更に、駆動ケース4の端面(図の下端面)にはL字状に屈曲した2本のニップル25,26が取り付けられており、一方のニップル25は駆動ケース4の背面側に形成された冷却水通路19に開口し、他方のニップル26は駆動ケース4の正面側に形成された冷却水通路20に開口している。尚、図示しないが、一方のニップル25は図1に示すエンジン50から冷却水を供給され、他方のニップル26からエンジン50へ戻される。
Furthermore, two
そして、駆動ケース4のバルブボディ3が取り付けられる側とは反対側の端面(左端面)には前記開度検知センサ5が4本のビス27によって取り付けられており、図示しないが、この開度検知センサ5の入力軸は、排気バルブ2の弁軸7に連結されている。尚、開度検知センサ5は、磁気センサであって、弁軸7の回動による磁束密度や磁気抵抗の変化を出力電圧の変化として出力し、その出力信号を図1に示す制御装置60に送信するものである。開度検出センサ5としては、磁気センサ以外に接触式センサ等を使用することができる。
The opening
而して、以上のように構成された排気バルブ装置1において、電動モータ12が図1に示す制御装置60によって駆動されると、その出力軸12aの回転はピニオン13、大径ギヤ15、小径ギヤ16及びセクタギヤ17を経て減速されて弁軸7に伝達され、該弁軸7とこれに取り付けられた弁体8が同方向に同角度だけ回動する。このように、弁体8がバルブボディ3内で回動することによって、バルブボディ3内の排気通路6を流れる排気ガスの流量と圧力が調整されるが、弁軸7の回動角、つまり、排気バルブ2の開度は開度検出センサ5によって検出され、前述のようにその検出信号は図1に示す制御装置60にフィードバックされる。すると、制御装置60は、開度検出信号から入力される検出信号から排気バルブ2の開度を求め、その開度が設定値に等しくなるよう電動モータ12をフィードバック制御する。
Thus, in the
又、図1に示すエンジン50の冷却水が排気バルブ装置1へと供給され、この冷却水は、一方のニップル25から駆動ケース4の背面側に形成された冷却水通路19に流入し、該冷却水通路19を流れる過程で駆動ケース4を冷却する。そして、駆動ケース4を冷却した冷却水は、連通路21から他方(正面側)の冷却水通路20に流入し、該冷却水通路20を流れる過程で駆動ケース4を再び冷却した後、他方のニップル26から駆動ケース4外へと排出されエンジン50へと戻され、不図示のラジエータでの熱交換によって冷却された後、エンジン50と排気バルブ装置1を連続的に循環してこれらの冷却に供される。
Further, the cooling water of the
以上において、本実施の形態においては、駆動ケース4に形成された冷却水通路19,20を流れる冷却水によって駆動ケース4が強制的に冷却されるため、バルブボディ3の排気通路6を流れる高温の排気ガスの熱(排気熱)を冷却水によって十分吸収して電動モータ12や開度検出センサ5への熱的悪影響を排除することができ、これらの作動安定性が高められる。そして、排気熱の影響を回避する手段として空気層等を利用せず、駆動ケース4を冷却水によって直接冷却するため、排気バルブ装置1を小型・コンパクトに構成することができる。
As described above, in the present embodiment, the driving
又、本実施の形態では、冷却水通路19,20を駆動ケースの相対向する2面にそれぞれ形成し、両冷却水通路19,20を連通孔21によって互いに連通させたため、駆動ケース4の冷却面積が拡大し、該駆動ケース4が両冷却水通路19,20を流れる冷却水によって2面側から同時に冷却される。このため、駆動ケース4の冷却効率が倍増し、該駆動ケース4に収容された電動モータ12や駆動ケース4に取り付けられた開度検出センサ5への熱的悪影響を一層効果的に排除してこれらの作動安定性を更に高めることができる。
Further, in the present embodiment, the cooling
更に、本実施の形態では、バルブボディ3と駆動ケース4とを断熱材11を介して締結したため、バルブボディ3の排気通路6を流れる高温の排気ガスから駆動ケース4への熱伝達が断熱材11によって効果的に遮断され、電動モータ12や開度検出センサ5への熱的悪影響が排除されてこれらの作動安定性が高められる。このように排気熱の駆動ケース4への伝達が断熱材11によって遮断されるとともに、駆動ケース4がエンジン冷却水によって強制的に冷却されるため、該駆動ケース4に取り付けられた開度検出センサ5のカバーを樹脂で構成することができ、排気バルブ装置1のコストダウンを図ることもできる。
Furthermore, in this embodiment, since the
又、本実施の形態では、リターンスプリング18によって排気バルブ2を常時開き方向に付勢するようにしたため、電動モータ12や開度検出センサ5等に異常が発生したような場合であっても排気バルブ2が開いており、排気通路6が閉塞されて排気ガスの流れがチョークするという不具合の発生が防がれ、高いフェイルセーフ性が確保される。そして、排気バルブ2のガタが付勢手段によって吸収されるため、該排気バルブ2の応答性が高められる。
In the present embodiment, the
その他、本実施の形態では、排気バルブ2を開閉する駆動源として電動モータ12を用いたため、排気バルブ2を応答性良く開閉制御することができるとともに、エンジン50が停止中であっても排気バルブ2を開閉駆動することができ、その排気バルブ2の開度を開度検出センサ5によって高精度に検出することができる。
In addition, in the present embodiment, since the
本発明は、EGRクーラー通路切替バルブ装置、EGR投入量制御バルブ装置、ディーゼルエンジンのPM捕集するDPFの再生バルブ装置等の他のバルブ装置への適用が考えられる。 The present invention can be applied to other valve devices such as an EGR cooler passage switching valve device, an EGR injection amount control valve device, and a DPF regeneration valve device for collecting PM of a diesel engine.
1 排気バルブ装置
2 排気バルブ
3 バルブボディ
3a バルブボディの矩形フランジ部
4 駆動ケース
5 開度検出センサ(開度検出手段)
6 排気通路
7 弁軸
8 弁体
9 ビス
10 ボルト
11 断熱材
12 電動モータ
13 ピニオン
14 中間軸
15 大径ギヤ
16 小径ギヤ
17 セクタギヤ
17a セクタギヤのボス部
18 リターンスプリング(付勢手段)
19,20 冷却水通路
21 連通孔
22,23 水通路カバー
24 ビス
25,26 ニップル
27 ビス
50 エンジン
51 吸気マニホールド
52 排気マニホールド
53 触媒コンバータ
54 マフラー
60 制御装置(ECU)
61 エンジン回転センサ
62 水温センサ
63 アクセル開度センサ
64 負荷センサ
DESCRIPTION OF
6
19, 20
61
Claims (4)
駆動源である電動モータと該電動モータの回転を前記弁軸に伝達するギヤを収容して成る駆動ケースと、
前記排気バルブの開度を検出する開度検出手段と、
を備えた排気バルブ装置において、
前記駆動ケースの周縁部に冷却水通路を設けたことを特徴とする排気バルブ装置。 An exhaust valve that pivotally supports a valve shaft on a valve body in which an exhaust passage is formed, and a valve body that opens and closes the exhaust passage is attached to the valve shaft;
A drive case containing an electric motor as a drive source and a gear for transmitting the rotation of the electric motor to the valve shaft;
An opening degree detecting means for detecting an opening degree of the exhaust valve;
In the exhaust valve device with
An exhaust valve device, wherein a cooling water passage is provided in a peripheral portion of the drive case.
The exhaust valve device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an urging unit that urges the exhaust valve in the opening direction.
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