JP2010106796A - 排気ガス再循環バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】回転式アクチュエータを使用して弁体の全開から全閉への閉弁時間を短縮すること。
【解決手段】ＥＧＲバルブ１は、弁座４に着座可能な弁体５と、弁体５と一体の弁軸６と、弁体５と弁軸６を駆動するステッピングモータ８と、そのモータ８の出力軸７の回転を弁軸６の軸方向の動きに変換して弁軸６に伝達するカム機構９とを備える。カム機構９は、出力軸７に設けてカム面13を有するカム12と、弁軸６に設けてカム面13に当接するカムフォロア14とを備える。カム面13は、カムフォロア14との当接により、弁体５を全閉位置に配置する全閉対応部位13aと、弁体５を全開位置に配置する全開対応部位13bと、弁体５を全閉位置から全開位置へ徐々に移動させ、弁体５を全開位置から全閉位置へ徐々に戻す過渡開度対応部位13cとを備え、弁体５を全開位置から全閉位置へ直ちに戻すために全開対応部位13bと全閉対応部位13aが段差13dを介して隣接する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、排気ガス再循環装置の再循環通路に設けられる排気ガス再循環バルブに係り、詳しくは、回転式アクチュエータにより駆動される排気ガス再循環バルブに関する。

従来、この種の技術として、下記の特許文献１には、ステッピングモータにより駆動されるＥＧＲバルブが記載されている。このＥＧＲバルブは、軸方向に移動することで弁体を弁座に対して開閉させる弁軸と、閉弁方向へ弁軸を付勢するスプリングと、開弁方向へ弁軸を移動させる駆動部材と、駆動部材を駆動させるステッピングモータとを備える。ステッピングモータのロータの中心には回転軸が一体回転可能に設けられ、その回転軸の一端部と駆動部材がネジ山とネジ溝の関係で駆動連結されている。また、駆動部材には、回り止めが施されている。従って、ステッピングモータのロータを回転軸と共に正回転させることにより、駆動部材が軸方向へ往動し、弁軸が軸方向へ押されて弁体が開弁する。この弁体の開度は、ステッピングモータの駆動量、すなわちロータの回転位置により調整可能となっている。一方、ステッピングモータのロータを回転軸と共に逆回転させることにより、駆動部材が軸方向へ複動し、弁軸がスプリングにより押されて弁体が閉弁することとなる。

一方、ＥＧＲバルブではないが、下記の特許文献１には、回転式アクチュエータにより駆動される自動開閉弁が記載されている。このバルブは、弁体を回転式アクチュエータにより駆動するものであって、アクチュエータと弁体との間にカム機構が設けられ、このカム機構を介してアクチュエータの作動を弁体に伝達するように構成される。カム機構は、弁体の上端を回転式アクチュエータの出力軸に連設したカムの外周のカム面に摺接させることで構成される。そして、アクチュエータの出力軸の回転を、カム機構を介して直線運動に変換して弁体に伝達するようになっている。この自動開閉弁は、出力軸によりカムを選択的に正転又は逆転させることにより、弁体を全閉と全開との間で位置調節して流体の流量を調節するようになっている。また、カム形状の設定により、流体流量と出力軸の回転角度との対応関係を線形化している。このように、回転式アクチュエータの出力軸の回転を、カム機構を介して直線運動に変換して弁体を開閉させる構成を、ＥＧＲバルブにも適用することは可能である。

特開２００４−１１６４２７号公報 特開平１−２２９１８４号公報 実開昭６０−１２６７７１号公報

ところで、特許文献２に記載のカム機構をＥＧＲバルブに適用した場合、弁体の全閉と全開は、カム形状に倣って作動することとなり、カムを正逆両方向へ回転させる必要がある。すなわち、全閉から全開へ向けて弁体を動かすには、カムを所定角度だけ正転させる必要があり、その逆に、全開から全閉へ向けて弁体を戻すには、カムを所定角度だけ逆転させなければならない。このため、全閉から全開までの開弁動作と、全開から全閉までの閉弁動作にある程度の時間を要することは避けられない。ここで、ＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいて、ＥＧＲバルブを全閉から全開へ向けて徐々に開弁させてＥＧＲガス流量を徐々に増やしていくことにエンジン運転上の問題はないと言える。しかし、ＥＧＲバルブを全開にしてＥＧＲガス流量を最大限にした状態から、エンジンへのＥＧＲガス供給を遮断するとき、遮断に遅れが生じると、エンジンでは排気エミッションの悪化や失火を招くおそれがある。このため、ＥＧＲバルブを全開から全閉へ向けて閉弁させるときは、その閉弁時間を極力短くする必要がある。上記したカム機構を適用したＥＧＲバルブでは、この要望を満足させることができなかった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転式アクチュエータを使用して全開から全閉への閉弁時間を短縮することを可能とした排気ガス再循環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、ハウジングの流路に設けられた弁座と、弁座に着座可能に設けられた弁体と、弁体と一体をなす弁軸と、弁体と共に弁軸を駆動するために出力軸を回転させる回転式アクチュエータとを備えた排気ガス再循環バルブにおいて、出力軸の回転を弁軸の軸方向の動きに変換して弁軸及び弁体に伝達するカム機構を備え、カム機構は、出力軸及び弁軸の一方に設けられて環状のカム面を有するカムと、他方に設けられてカム面に当接するカムフォロアとを備え、カム面は、カムフォロアとの当接により、弁体を全閉位置に配置する全閉対応部位と、弁体を全開位置に配置する全開対応部位と、弁体を全閉位置から全開位置へ徐々に移動させ、弁体を全開位置から全閉位置へ徐々に戻す過渡開度対応部位とを備え、弁体を全開位置から全閉位置へ直ちに戻すために全開対応部位と全閉対応部位が段差を介して隣接することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、回転式アクチュエータの出力軸を回転させ、カム機構により出力軸の回転を弁軸の軸方向の動きに変換して弁軸及び弁体に伝達することにより、弁座に対する弁体の開度が変わり、流路における排気ガス流量が変わる。ここで、カム機構を構成するカムとカムフォロアとが上記構成を備えることから、カムフォロアがカム面の全開対応部位に当接している状態から、カムを一方向へ回転させてカムフォロアをカム面の過渡開度対応部位に摺接させてから全閉対応部位へ移行させる。このとき、弁体は、全開状態から徐々に開度を低減させて全閉となる。一方、カムフォロアがカム面の全開対応部位に当接している状態から、カムを逆方向へ回転させてカムフォロアをカム面の全開対応部位から段差を経由して全閉対応部位へ移行させる。このとき、弁体は、全開状態から直ちに全閉となる。

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、出力軸の軸線と弁軸の軸線を同一方向に向けて配置し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、弁軸を含むハウジングに対して回転式アクチュエータを縦向きに配置することが可能となる。

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、出力軸の軸線と弁軸の軸線とを直角に交差させて配置し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、弁軸を含むハウジングに対して回転式アクチュエータを横向きに配置することが可能となる。

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１乃至３の何れか一つに記載の発明において、出力軸にカムを設け、弁軸にカムフォロアを設け、カム面にカムフォロアを摺接可能に設けたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、カムとカムフォロアの設置関係を特定することで、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明と同等の作用が得られる。

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乃至４の何れか一つに記載の排気ガス再循環バルブを制御する制御装置であって、回転式アクチュエータを制御するための制御手段を備え、制御手段は、弁体を全開の半分より大きい開度から全閉にする場合は、カム面に対するカムフォロアの当接が、全開対応部位及び段差を経由して全閉対応部位へ移行するように回転式アクチュエータの出力軸を回転させ、弁体を全開の半分以下の開度から全閉にする場合は、カム面に対するカムフォロアの当接が、全開対応部位及び段差を経由しないで全閉対応部位へ移行するように回転式アクチュエータの出力軸を回転させることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、弁体を全開の半分より大きい開度から全閉にする場合は、カム面に対するカムフォロアの当接が、全開対応部位及び段差を経由して全閉対応部位へ移行するように制御手段が回転式アクチュエータの出力軸を回転させる。従って、回転式アクチュエータの動作の遅速にかかわらず、弁体が現在の開度から最も早く全閉となる。特に、弁体を全開から全閉にする場合は、弁体が全開から直ちに全閉となる。一方、弁体を全開の半分以下の開度から全閉にする場合は、カム面に対するカムフォロアの当接が、全開対応部位及び段差を経由しないで全閉対応部位へ移行するように制御手段が回転式アクチュエータの出力軸を回転させる。従って、回転式アクチュエータの動作の遅速にかかわらず、弁体が現在の開度から最も早く全閉となる。

請求項１に記載の発明によれば、回転式アクチュエータを使用して弁体の全開から全閉への閉弁時間を短縮することができる。

請求項２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、排気ガス再循環バルブを縦長でスリムな形状とすることができ、エンジンルームの空間形状によっては、同バルブの搭載性自由度の向上を図ることができる。

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、排気ガス再循環バルブを縦長でスリムな形状とすることができ、エンジンルームの空間形状によっては、同バルブの搭載性自由度の向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れか一つに記載の発明と同等の効果を得ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、回転式アクチュエータを使用して弁体の全開から全閉への閉弁時間を短縮することができると共に、ある開度からの弁体の閉弁時間を最も短くすることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の排気ガス再循環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。

図１に、排気ガス再循環バルブ（以下「ＥＧＲバルブ」と言う。）１を正断面図により示す。ＥＧＲバルブ１は、エンジンから排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気通路へ戻すＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガス流量を制御するために使用される。ＥＧＲバルブ１は、ハウジング２と、ハウジング２に形成された流路３と、流路３の途中に設けられた弁座４と、弁座４に着座可能に設けられた弁体５と、弁体５と一体的に設けられた弁軸６と、弁体５と共に弁軸６を駆動するために出力軸７を回転させる回転式アクチュエータとしてのステッピングモータ８と、出力軸７の回転を弁軸６の軸方向の動き（ストローク運動）に変換して弁軸６及び弁体５に伝達するカム機構９とを備える。この実施形態では、出力軸７の軸線と弁軸６の軸線を同一方向、すなわち図１において垂直方向に向けて配置している。このＥＧＲバルブ１は、制御手段としてのコントローラ４０により制御される。コントローラ４０は、エンジン運転情報に基づいてＥＧＲバルブ１を制御するようになっている。

ハウジング２に形成された流路３の両端は、ＥＧＲガスが導入される入口３ａと、ＥＧＲガスが導出される出口３ｂとなっている。弁座４は、流路３の途中に設けられ、流路３に連通する弁孔４ａを有する。

弁軸６は、ステッピングモータ８と弁体５との間に設けられ、図１において、ハウジング２を垂直に貫通して配置される。弁体５は、弁軸６の下端に固定され、円錐形状をなし、その円錐面が弁座４に対して当接又は離間するようになっている。弁軸６の上端部には、フランジ６ａが一体に設けられる。弁軸６は、ハウジング２に対しスラスト軸受１０，１１を介して上下動可能に設けられる。

ステッピングモータ８は、コイル２１を含むステータ２２と、ステータ２２の内側に設けられたマグネットロータ２３と、マグネットロー２３の中心に固定された出力軸７とを含む。これらの部材６，２１〜２３等が樹脂製のケーシング２４によりモールドされて覆われる。ケーシング２４には、横へ突出したコネクタ２５が一体に形成される。コネクタ２５には、コイル２１から延びる端子２６が設けられる。

出力軸７の下端には、略円筒形状のカム１２が一体に形成される。出力軸７の上端部はマグネットロータ２３を上方へ貫通して設けられる。カム１２は、マグネットロータ２３の内側に形成された空間に配置される。図２に、図１の鎖線円Ｓ１の中を拡大して示す。カム１２は、カム面１３を下方へ向けて配置される。カム面１３は、カム１２の周縁に沿って環状かつ螺旋状に形成される。フランジ６ａ上の周縁にはピン状のカムフォロア１４が突設される。このカムフォロア１４の上端はカム面１３に当接している。これらカム１２とカムフォロア１４とによりカム機構９が構成される。

図１に示すように、マグネットロータ２３を貫通した出力軸７の外周には、ケーシング２４との間にラジアル軸受２７が設けられる。マグネットロータ２３の下端部内周には、スラスト軸受１０との間にラジアル軸受２８が設けられる。これら上下のラジアル軸受２７，２８により出力軸７及びマグネットロータ２３がステータ２２の内側にて回転可能に支持される。マグネットロータ２３と、下側のラジアル軸受２８との間には、圧縮スプリング２９が設けられる。弁軸６のフランジ６ａと、下側のラジアル軸受２８との間には、弁軸６をカム１２へ向けて付勢する圧縮スプリング３０が設けられる。この圧縮スプリング３０の付勢力により、弁軸６のカムフォロア１４がカム１２のカム面１３に押圧される。

従って、ステッピングモータ８を駆動させてマグネットロータ２３を出力軸７と共に回転させることにより、カム１２が回転する。このとき、カム１２のカム面１３に弁軸６のカムフォロア１４が摺接して出力軸７の回転が弁軸６の軸方向の動きに変換されて弁軸６に伝達され、弁軸６と弁体５が、図１において上下方向へストローク運動する。このように、マグネットロータ２３の回転運動をカム機構９を介して弁軸６及び弁体５のストローク運動へ直接に変換するようになっている。

ここで、カム１２の構成について詳しく説明する。図３に、出力軸７に形成されたカム１２を斜視図により示す。図４に、出力軸７に形成されたカム１２を側面図により示す。図５に、図４の状態から１８０°回転させたカム１２を側面図により示す。図６に、カム１２を正面図により示す。カム１２は略円筒形状をなし、その周縁に環状かつ螺旋状をなすカム面１３が形成される。カム面１３は、カムフォロア１４との当接により、弁体５を全閉位置（図１に示す位置。）に配置する全閉対応部位１３ａ（粗網目で示す。）と、弁体５を全開位置に配置する全開対応部位１３ｂ（細網目で示す。）と、弁体５を全閉位置から全開位置へ徐々に移動させ、弁体５を全開位置から全閉位置へ徐々に戻す過渡開度対応部位１３ｃ（粗網目と細網目との間で白抜きで示す。）とを備える。また、カム面１３には、弁体５を全開位置から全閉位置へ直ちに戻すために、全開対応部位１３ｂと全閉対応部位１３ａが段差１３ｄを介して隣接して配置される。

ここで、図７〜図１０に、カム１２のカム面１３とカムフォロア１４との位置関係を正面図により示す。図７に示すように、カムフォロア１４の先端がカム面１３の全閉対応部位１３ａに当接する状態では、図１に示すように、弁体５が弁座４に着座した全閉位置に配置される。一方、図９に示すように、カムフォロア１４の先端がカム面１３の全開対応部位１３ｂに当接する状態では、弁体５は弁座４から最大限に離間した全開位置に配置される。また、図８に示すように、全閉対応部位１３ａと全開対応部位１３ｂとの間の過渡開度対応部位１３ｃにカムフォロア１４の先端が当接する状態では、弁体５は全閉位置と全開位置との中開位置に配置される。この場合、図８において、カム１２を反時計方向Ｘ１へ回転させることにより、カムフォロア１４との当接部位が徐々に全開対応部位１３ｂに近付き、カム１２を時計方向Ｘ２へ回転させることにより、カムフォロア１４との当接部位が徐々に全閉対応部位１３ａに近付くことになる。一方、図９に示すように、カムフォロア１４が全開対応部位１３ｂに当接する状態から、カム１２が時計方向Ｘ２へわずかに回転することにより、カムフォロア１４は段差１３ｄを乗り下げて、図１０に示すように、全閉対応部位１３ａに当接する。このとき、弁体５は全開位置から直ちに全閉位置へ切り換えられる。

つまり、この実施形態のカム１２は、弁体５を全閉位置から全開位置へ向けて徐々に移動させ、弁体５を全開位置から全閉位置へ向けて徐々に戻すための螺旋状をなすカム面１３を備える。そして、弁体５を全開位置から全閉位置へ徐々に戻す方向（反時計方向Ｘ１）とは逆方向（時計方向Ｘ２）のカム面１３に、弁体５を全開位置から全閉位置へ直ちに戻すための段差１３ｄが設けられる。

ここで、コントローラ４０により構成されるＥＧＲバルブの制御装置について説明する。図１１に、コントローラ４０が実行する制御プログラムをフローチャートにより示す。

エンジンが始動すると、ステップ１００で、コントローラ４０は、ステッピングモータ８をイニシャライズする。次に、ステップ１０１で、コントローラ４０は、ステッピングモータ８の出力軸７を回転させて弁軸６をストローク運動させ、弁体５を所要の開度に調整する。コントローラ４０は、この処理をエンジン運転情報に基づいて行う。次に、ステップ１０２で、コントローラ４０は、弁体５を全閉にするか否かを判断する。コントローラ４０は、この判断をエンジン運転情報に基づいて行う。弁体５を全閉にしない場合は、コントローラ４０は、ステップ１０２からステップ１０１の処理へ戻る。

一方、ステップ１０２で、弁体５を全閉にする場合は、ステップ１０３で、コントローラ４０は、出力軸７が回転中であるか否かを判断する。出力軸７が停止している場合は、コントローラ４０は、処理をステップ１０３からステップ１１０へ移行する。出力軸７が回転中である場合は、コントローラ４０は、処理をステップ１０３からステップ１２０へ移行する。

ステップ１０３から移行してステップ１１０では、コントローラ４０は、弁軸６のストローク量が「１／２以下」か否かを判断する。ここで、弁軸６のストローク量は、弁体５の開度に相関する。すなわち、ストローク量が「１／２」の場合は、弁体５の開度は「１／２」となり、「１／２」よりストローク量が小さくなるほど弁体５の開度は小さくなり、「１／２」よりストローク量が大きくなるほど弁体５の開度は大きくなる。そして、ストローク量が「１／２以下」でない場合、すなわち「１／２」よりも大きい場合は、コントローラ４０は、ステップ１１１で、開弁方向へ出力軸７を回転させる。つまり、図８に示すように、カムフォロア１４が、過渡開度対応部位１３ｃにおける中間部位よりも全開対応部位１３ｂ寄りに当接する状態では、カム１２を反時計方向Ｘ１へ回転させる方向へ出力軸７を回転させる。これにより、カムフォロア１４がカム面１３の過渡開度対応部位１３ｃを摺接し、やがて全開対応部位１３ｂから段差１３ｄを乗り下げて全閉対応部位１３ａに当接する。このとき、弁体５は、１／２程度の開度から徐々に開度を増大させ、全開となった直後に全閉となる。また、カムフォロア１４が全開対応部位１３ｂに当接した状態を起点とした場合は、カムフォロア１４が全開対応部位１３ｂから段差１３ｄを乗り下げて直ちに全閉対応部位１３ａに当接する。このとき、弁体５は、全開から直ちに全閉となる。その後、ステップ１１２で、コントローラ４０は、ステッピングモータ８をイニシャライズする。

最後に、ステップ１３０で、コントローラ４０は、ステッピングモータ８の出力軸７を回転させて弁軸６をストローク運動させ、弁体５を所要の開度に調整する。コントローラ４０は、この処理をエンジン運転情報に基づいて行う。

一方、ステップ１１０で、ストローク量が「１／２以下」である場合、コントローラ４０は、ステップ１１３で、閉弁方向へ出力軸７を回転させる。すなわち、図８に示すように、カムフォロア１４が、過渡開度対応部位１３ｃにおける中間部位よりも全閉対応部位１３ａ寄りに当接する状態では、カム１２を時計方向Ｘ２へ回転させる方向へ出力軸７を回転させる。これにより、カムフォロア１４がカム面１３の過渡開度対応部位１３ｃを摺接し、やがて全閉対応部位１３ａに当接する。このとき、弁体５は、１／２程度の開度から徐々に開度を低減させて全閉となる。その後、コントローラ４０は、ステップ１３０の処理へ移行する。

ステップ１０３から移行してステップ１２０では、コントローラ４０は、弁軸６のストローク量が「１／３以下」か否かを判断する。そして、ストローク量が「１／３以下」である場合、コントローラ４０は、ステップ１２５で、弁体５の閉弁方向へ出力軸７を回転させる。すなわち、カムフォロア１４を全閉対応部位１３ａに当接させる時計方向Ｘ２へカム１２を回転させるために出力軸７を回転させる。これにより、カムフォロア１４がカム面１３の過渡開度対応部位１３ｃを摺接し、やがて全閉対応部位１３ａに当接する。このとき、弁体５は、１／３程度の開度から徐々に開度を低減させて全閉となる。その後、コントローラ４０は、ステップ１３０の処理へ移行する。

一方、ステップ１２０で、ストローク量が「１／３以下」でない場合、コントローラ４０は、ステップ１２１で、弁軸６のストローク量が「１／３〜２／３」であるか否かを判断する。そして、ストローク量が「１／３〜２／３」でない場合、コントローラ４０は、ステップ１２２で、開弁方向へ出力軸７を回転させる。すなわち、カムフォロア１４を全開対応部位１３ｂに当接させる反時計方向Ｘ１へカム１２を回転させるために出力軸７を回転させる。これにより、カムフォロア１４がカム面１３の過渡開度対応部位１３ｃを摺接し、やがて全開対応部位１３ｂから段差１３ｄを乗り下げて全閉対応部位１３ａに当接する。このとき、弁体５は、１／３〜２／３程度の開度から徐々に開度を増大させ、全開となった直後に全閉となる。そして、ステップ１２３で、コントローラ４０は、ステッピングモータ８をイニシャライズする。その後、コントローラ４０は、ステップ１３０の処理へ移行する。

一方、ステップ１２１で、ストローク量が「１／３〜２／３」である場合、コントローラ４０は、ステップ１２４で、直前は開弁動作であるか否かを判断する。すなわち、直前にカム１２を反時計方向Ｘ１へ回転させるために出力軸７を回転させていたか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合は、コントローラ４０は、処理をステップ１２２へ移行し、この判断結果が否定である場合は、処理をステップ１２５へ移行する。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲバルブ１を、エンジンに設けられたＥＧＲ装置のＥＧＲ通路に設けて使用したとする。この場合、ステッピングモータ８の出力軸７を回転させ、カム機構９により出力軸７の回転を弁軸６の軸方向の動き（ストローク運動）に変換して弁軸６及び弁体５に伝達することにより、弁座４に対する弁体５の開度が変わり、流路３におけるＥＧＲガス流量が変わる。これにより、ＥＧＲ通路及び吸気通路を通じてエンジンに還元されるＥＧＲガス流量を調整することができる。

ここで、カム機構９は、出力軸７に設けられて環状かつ螺旋状のカム面１３を有するカム１２と、弁軸６に設けられてカム面１３に当接するカムフォロア１４とから構成される。そして、カム面１３は、図３に示すように、カムフォロア１４との当接により、弁体５を全閉位置（図１参照）に配置する全閉対応部位１３ａと、弁体５を全開位置に配置する全開対応部位１３ｂと、弁体５を全閉位置から全開位置へ徐々に移動させ、弁体５を全開位置から全閉位置へ徐々に戻す過渡開度対応部位１３ｃとを備える。加えて、弁体５を全開位置から全閉位置へ直ちに戻すために全開対応部位１３ｂと全閉対応部位１３ａが段差１３ｄを介して隣接している。従って、カムフォロア１４がカム面１３の全開対応部位１３ｂに当接している状態から、カム１２を一方向へ回転させてカムフォロア１４をカム面１３の過渡開度対応部位１３ｃに摺接させてから全閉対応部位１３ａに当接させる。このとき、弁体５は、全開状態から徐々に開度を低減させて、やがて全閉となる。一方、カムフォロア１４がカム面１３の全開対応部位１３ｂに当接している状態から、カム１２を逆方向へ回転させてカムフォロア１４をカム面１３の全開対応部位１３ｂから段差１３ｄを経由して全閉対応部位１３ａへ当接させる。このとき、弁体５は、全開状態から直ちに全閉となる。このため、回転式アクチュエータであるステッピングモータ８を使用して弁体５の全開から全閉への閉弁時間を短縮することができる。

このようなＥＧＲバルブ１をＥＧＲ装置を使用すれば、ＥＧＲバルブ１の弁体５を全開にしてエンジンへのＥＧＲガス流量を最大限にした状態からＥＧＲガスの流れを遮断するときには、ＥＧＲバルブ１の弁体５を全開から全閉へ直ちに切り換えることができ、ＥＧＲガスの流れを速やかに遮断することができる。このため、エンジンでは、ＥＧＲガス遮断遅れによる排気エミッションの悪化や失火を未然に防止することができる。

また、この実施形態では、出力軸７の軸線と弁軸６の軸線を同一方向、すなわち図１において同じ垂直方向に向けて配置している。従って、弁軸６を含むハウジング２に対してステッピングモータ８を縦向きに、すなわち上下の位置関係に配置することが可能となる。このため、ＥＧＲバルブ１を縦長でスリムな形状とすることができる。この結果、エンジンルームの空間形状によっては、ＥＧＲバルブ１の搭載性自由度の向上を図ることができる。

一方、この実施形態のＥＧＲバルブの制御装置によれば、弁体５を全開の半分（１／２）より大きい開度から全閉にする場合は、カム面１３に対するカムフォロア１４の当接が、全開対応部位１３ｂ及び段差１３ｄを経由して全閉対応部位１３ａへ移行するようにコントローラ４０がステッピングモータ８の出力軸７を一方向へ回転させる。従って、ステッピングモータ８の動作の遅速にかかわらず、弁体５が現在の開度から最も早く全閉となる。特に、弁体５を全開から全閉にする場合は、弁体５が全開から直ちに全閉となる。一方、弁体５を全開の半分（１／２）以下の開度から全閉にする場合は、カム面１３に対するカムフォロア１４の当接が、全開対応部位１３ｂ及び段差１３ｄを経由しないで全閉対応部位１３ａへ移行するようにコントローラ４０がステッピングモータ８の出力軸７を逆方向へ回転させる。従って、この場合もステッピングモータ８の動作の遅速にかかわらず、弁体５が最も早く全閉となる。このため、回転式アクチュエータであるステッピングモータ８を使用して弁体５の全開から全閉への閉弁時間を短縮することができる。加えて、ある開度からの弁体５の閉弁時間を最も短くすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の排気ガス再循環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、以下の説明において第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図１２に、ＥＧＲバルブ４１を正断面図により示す。図１３に、ＥＧＲバルブ４１を、図１２のＡ−Ａ線断面図により示す。この実施形態では、ハウジング２に対するステッピングモータ８の配置と、カム機構４２の構成の点で、第１実施形態と特に異なる。

すなわち、この実施形態では、ステッピングモータ８の出力軸７の軸線と、ハウジング２に支持された弁軸６の軸線とを直角に交差させて配置するようにステッピングモータ８がハウジング２に対して横向きに取り付けられる。この実施形態のカム機構４２は、出力軸７の一端に形成されたカム４３と、弁軸６のフランジ６ａ上の中央から突設されたピン状のカムフォロア４４とから構成される。

次に、カム４３の構成について詳しく説明する。図１４に、出力軸７に形成されたカム４３を斜視図により示す。図１５に、出力軸７に形成されたカム４３を側面図により示す。図１６に、カム４３を正面図により示す。カム４３は、円板部４３ａ上に凸に形成された特殊形状の筒部４３ｂを含み、その筒部４３ｂの外周に環状のカム面４５が形成される。カム面４５は、カムフォロア４４との当接により、弁体５を全閉位置（図１２，１３に示す位置。）に配置する全閉対応部位４５ａと、弁体５を全開位置に配置する全開対応部位４５ｂと、弁体５を全閉位置から全開位置へ徐々に移動させ、弁体５を全開位置から全閉位置へ徐々に戻す過渡開度対応部位４５ｃとを備える。また、カム面４５には、弁体５を全開位置から全閉位置へ直ちに戻すために、全開対応部位４５ｂと全閉対応部位４５ａが段差４５ｄを介して隣接して配置される。

ここで、図１７〜図１９に、カム４３のカム面４５とカムフォロア４４との位置関係を正面図により示す。図１７に示すように、カムフォロア４４の先端がカム面４５の全閉対応部位４５ａに当接する状態では、図１２，１３に示すように、弁体５が弁座４に着座した全閉位置に配置される。一方、図１９に示すように、カムフォロア４４の先端がカム面４５の全開対応部位４５ｂに当接する状態では、弁体５は弁座４から最大限に離間した全開位置に配置される。また、図１８に示すように、全閉対応部位４５ａと全開対応部位４５ｂとの間の過渡開度対応部位４５ｃの中間にカムフォロア４４の先端が当接する状態では、弁体５は全閉位置と全開位置との中開位置に配置される。この場合、図１８において、カム４３を反時計方向Ｘ１へ回転させることにより、カムフォロア４４との当接部位が徐々に全開対応部位４５ｂに近付き、カム４３を時計方向Ｘ２へ回転させることにより、カムフォロア４４との当接部位が徐々に全閉対応部位４５ａに近付くことになる。一方、図１９に示すように、カムフォロア４４が全開対応部位４５ｂに当接する状態から、カム４３が時計方向Ｘ２へわずかに回転させることにより、カムフォロア４４が段差４５ｄを乗り下げて、図１７に示すように、全閉対応部位４５ａに当接する。このとき、弁体５は全開位置から直ちに全閉位置へ切り換えられることとなる。

つまり、この実施形態のカム４３は、第１実施形態と同様、弁体５を全閉位置から全開位置へ向けて徐々に移動させ、弁体５を全開位置から全閉位置へ向けて徐々に戻すためのカム面４５を備える。そして、弁体５を全開位置から全閉位置へ徐々に戻す方向（反時計方向Ｘ１）とは逆方向（時計方向Ｘ２）のカム面４５に、弁体５を全開位置から全閉位置へ直ちに戻すための段差４５ｄが設けられる。

従って、この実施形態のＥＧＲバルブ４１についても、基本的には、第１実施形態のＥＧＲバルブ１と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、出力軸７の軸線と弁軸６の軸線とを直角に交差させて配置している。従って、弁軸６を含むハウジング２に対してステッピングモータ８を横向きに、すなわち鈎形の位置関係に配置することが可能となる。このため、ＥＧＲバルブ４１の外形を特殊な鈎形とすることができる。この結果、エンジンルームの空間形状によっては、ＥＧＲバルブ４１の搭載性自由度の向上を図ることができる。

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。

例えば、前記各実施形態では、回転式アクチュエータとしてステッピングモータ８を使用したが、ＤＣモータを使用することもできる。

第１実施形態に係り、ＥＧＲバルブを示す正断面図。 第１実施形態に係り、図１の鎖線円の中を拡大して示す断面図。 第１実施形態に係り、出力軸に形成されたカムを示す斜視図。 第１実施形態に係り、出力軸に形成されたカムを示す側面図。 第１実施形態に係り、図４の状態から１８０°回転させたカムを示す側面図。 第１実施形態に係り、カムを示す正面図。 第１実施形態に係り、カム面とカムフォロアとの位置関係を示す正面図。 第１実施形態に係り、カム面とカムフォロアとの位置関係を示す正面図。 第１実施形態に係り、カム面とカムフォロアとの位置関係を示す正面図。 第１実施形態に係り、カム面とカムフォロアとの位置関係を示す正面図。 第１実施形態に係り、コントローラが実行する制御プログラムを示すフローチャート。 第２実施形態に係り、ＥＧＲバルブを示す正断面図。 第２実施形態に係り、ＥＧＲバルブを示す図１２のＡ−Ａ線断面図。 第２実施形態に係り、出力軸に形成されたカムを示す斜視図。 第２実施形態に係り、出力軸に形成されたカムを示す側面図。 第２実施形態に係り、出力軸に形成されたカムを示す正面図。 第２実施形態に係り、カム面とカムフォロアとの位置関係を示す正面図。 第２実施形態に係り、カム面とカムフォロアとの位置関係を示す正面図。 第２実施形態に係り、カム面とカムフォロアとの位置関係を示す正面図。

符号の説明

１ ＥＧＲバルブ（排気ガス再循環バルブ）
２ ハウジング
３ 流路
４ 弁座
５ 弁体
６ 弁軸
７ 出力軸
８ ステッピングモータ（回転式アクチュエータ）
９ カム機構
１２ カム
１３ カム面
１３ａ 全閉対応部位
１３ｂ 全開対応部位
１３ｃ 過渡開度対応部位
１３ｄ 段差
１４ カムフォロア
４０ コントローラ（制御手段）
４１ ＥＧＲバルブ
４２ カム機構
４３ カム
４４ カムフォロア
４５ カム面
４５ａ 全閉対応部位
４５ｂ 全開対応部位
４５ｃ 過渡開度対応部位
４５ｄ 段差

Claims (5)

1. ハウジングの流路に設けられた弁座と、
   前記弁座に着座可能に設けられた弁体と、
   前記弁体と一体をなす弁軸と、
   前記弁体と共に前記弁軸を駆動するために出力軸を回転させる回転式アクチュエータと
   を備えた排気ガス再循環バルブにおいて、
   前記出力軸の回転を前記弁軸の軸方向の動きに変換して前記弁軸及び前記弁体に伝達するカム機構を備え、
   前記カム機構は、前記出力軸及び前記弁軸の一方に設けられて環状のカム面を有するカムと、他方に設けられて前記カム面に当接するカムフォロアとを備え、
   前記カム面は、前記カムフォロアとの当接により、前記弁体を全閉位置に配置する全閉対応部位と、前記弁体を全開位置に配置する全開対応部位と、前記弁体を前記全閉位置から前記全開位置へ徐々に移動させ、前記弁体を前記全開位置から前記全閉位置へ徐々に戻す過渡開度対応部位とを備え、
   前記弁体を前記全開位置から前記全閉位置へ直ちに戻すために前記全開対応部位と前記全閉対応部位が段差を介して隣接する
   ことを特徴とする排気ガス再循環バルブ。
2. 前記出力軸の軸線と前記弁軸の軸線を同一方向に向けて配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス再循環バルブ。
3. 前記出力軸の軸線と前記弁軸の軸線とを直角に交差させて配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス再循環バルブ。
4. 前記出力軸に前記カムを設け、前記弁軸に前記カムフォロアを設け、前記カム面に前記カムフォロアを摺接可能に設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の排気ガス再循環バルブ。
5. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の排気ガス再循環バルブを制御する制御装置であって、
   前記回転式アクチュエータを制御するための制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記弁体を全開の半分より大きい開度から全閉にする場合は、前記カム面に対する前記カムフォロアの当接が、前記全開対応部位及び前記段差を経由して前記全閉対応部位へ移行するように前記回転式アクチュエータの出力軸を回転させ、前記弁体を全開の半分以下の開度から全閉にする場合は、前記カム面に対する前記カムフォロアの当接が、前記全開対応部位及び前記段差を経由しないで前記全閉対応部位へ移行するように前記回転式アクチュエータの出力軸を回転させる
   ことを特徴とする排気ガス再循環バルブの制御装置。

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