JP2015059607A - Valve device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体通路の内部で弁体(バルブ)を回動させるバタフライ型のバルブ装置に関し、特に最小開度時(弁体が流体通路を最も閉じる時:全閉に限らない)に弁体が流体通路の流線方向(流体の流れ方向に沿う流体通路の中心線)に対して傾斜するバルブ装置に関する。 The present invention relates to a butterfly-type valve device that rotates a valve body (valve) inside a fluid passage, and particularly to a valve body at a minimum opening (when the valve body closes the fluid passage most: not limited to full closing). The present invention relates to a valve device that is inclined with respect to the streamline direction of the fluid passage (center line of the fluid passage along the fluid flow direction).
図3を参照して背景技術を説明する。なお、以下では、後述する実施例と同一機能物に同一符合を付す。
図3(a)に示すように、最小開度時に弁体4が吸気通路2a(流体通路の一例)の流線方向に対して傾斜する吸気絞り弁1(バルブ装置の一例)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
The background art will be described with reference to FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the same functional components as those in Examples described later.
As shown in FIG. 3A, there is known an intake throttle valve 1 (an example of a valve device) in which a
吸気絞り弁1は、最小開度時であっても、図3(b)に示すように、弁体4の周囲にリング状の隙間αが設けられるものであり、隙間αから吸気が流れる。このため、最小開度時に弁体4には、吸気の流れによって流速勾配が生じる。この流速勾配によって弁体4には非対称の圧力P1、P2が作用する。その結果、最小開度時においてシャフト3に回動トルクTが生じてしまう。
As shown in FIG. 3B, the
具体的に最小開度時には、上流弁部4a(弁体4のうちシャフト3より上流側の部分)に加わる圧力P1が、下流弁部4b(弁体4のうちシャフト3より上流側の部分)に加わる圧力P2より大きくなる(P1>P2)。
この圧力差(P1−P2)によってシャフト3には、閉弁方向へ回動しようとする回転トルクTが発生する。この回動トルクTの発生によって、最小開度状態から弁体4を開弁させる際や、最小開度付近で弁体4をコントロールする際の回動負荷が大きくなってしまう。
Specifically, at the minimum opening, the pressure P1 applied to the
Due to this pressure difference (P1-P2), a rotational torque T is generated on the
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、最小開度時に弁体が流体通路の流線方向に対して傾斜するバルブ装置において、最小開度時に流速勾配によってシャフトに作用する回動トルクを低減あるいはキャンセルさせることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a valve device in which a valve body is inclined with respect to a streamline direction of a fluid passage at a minimum opening, and a shaft is formed by a flow velocity gradient at the minimum opening. This is to reduce or cancel the rotational torque acting on the motor.
本発明のバルブ装置は、上流弁部の面積より下流弁部の面積を大きく設ける。
これにより、最小開度時において、上流弁部に作用する圧力と、下流弁部に作用する圧力とを略等しくすることができる。このため、流速勾配によってシャフトに作用する回動トルクを低減あるいはキャンセルすることができる。
In the valve device of the present invention, the area of the downstream valve portion is larger than the area of the upstream valve portion.
Thereby, at the time of the minimum opening, the pressure acting on the upstream valve portion and the pressure acting on the downstream valve portion can be made substantially equal. For this reason, the rotational torque which acts on the shaft by the flow velocity gradient can be reduced or canceled.
発明を実施するための形態を以下の実施例において説明する。 Modes for carrying out the invention will be described in the following examples.
本発明を低圧EGR装置の吸気絞り弁に適用した具体的な一例(実施例)を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。 A specific example (example) in which the present invention is applied to an intake throttle valve of a low pressure EGR device will be described with reference to the drawings. The following examples disclose specific examples, and it goes without saying that the present invention is not limited to the examples.
[実施例1]
図1を参照して実施例1を説明する。
この実施例1は、本発明をエンジン吸排気システムにおける低圧EGR装置の吸気絞り弁1に適用したものであり、エンジン吸排気システムには、低圧EGR装置とは別に、高圧EGR装置が設けられる。
[Example 1]
In the first embodiment, the present invention is applied to an
高圧EGR装置は、高排気圧範囲(DPFや触媒の排気上流側など、高い排気圧が発生する範囲)の排気通路の内部と、高吸気負圧発生範囲(スロットルバルブの吸気下流側など、高い吸気負圧が発生する範囲)の吸気通路2aの内部とを接続して、多量のEGRガスをエンジンへ戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。
The high-pressure EGR system has a high exhaust pressure range (a range where high exhaust pressure is generated, such as the exhaust side upstream of DPF or catalyst) and a high intake negative pressure generation range (such as the downstream side of the throttle valve) This is an exhaust gas recirculation device that is good at returning a large amount of EGR gas to the engine by connecting to the inside of the
一方、低圧EGR装置は、低排気圧範囲(DPFや触媒の排気下流側など、低い排気圧が発生する範囲)の排気通路の内部と、低吸気負圧発生範囲(スロットルバルブの吸気上流側で、低い吸気負圧が発生する範囲)の吸気通路2aの内部とを接続して、少量のEGRガスをエンジンに戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。
On the other hand, the low-pressure EGR device has a low exhaust pressure range (a range where low exhaust pressure is generated, such as the exhaust downstream side of a DPF or a catalyst), and a low intake negative pressure generation range (the intake upstream side of the throttle valve). This is an exhaust gas recirculation device that is good at returning a small amount of EGR gas to the engine by connecting to the inside of the
低圧EGR装置は、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路2aの吸気上流側に戻す低圧EGR流路を備えている。この低圧EGR流路には、低圧EGR流路の開度を調整することでEGRガスの流量調整を行なう低圧EGR調整弁の他に、吸気側に戻されるEGRガスの冷却を行なう低圧EGRクーラが設けられている。
また、低圧EGR装置は、吸気通路2aと低圧EGR流路の合流部に吸気負圧を発生させるための吸気絞り弁1を設けている。
The low-pressure EGR device includes a low-pressure EGR passage that returns a part of the exhaust gas as EGR gas to the intake upstream side of the
Further, the low pressure EGR device is provided with an
この吸気絞り弁1は、吸気通路2aを最大に絞った状態(最小開度時)であっても、吸気通路2aの一部を開放するように設けられるものである。具体的な一例として、吸気絞り弁1が吸気通路2aを最大に絞った状態であっても、吸気通路2aの例えば10%ほどを開放するように設けられる。
The
低圧EGR装置は、低排気圧範囲のEGRガスを、低吸気負圧発生範囲に戻すものであるため、少量のEGRガスをエンジンに戻すことを得意とする。しかるに、低圧EGR装置を用いて多量のEGRガスをエンジンへ戻したい運転領域が存在しても、低吸気負圧発生範囲にEGRガスを戻す構造の低圧EGR装置では多量のEGRガスをエンジンへ戻すことが困難である。
そこで、低圧EGR装置は、吸気通路2aのうち、EGRガスを戻す箇所(低圧EGR流路の合流箇所)に吸気負圧を発生させるための吸気絞り弁1を設けており、低圧EGR装置において大きなEGR量を得たい運転領域では、吸気絞り弁1を閉じる方向(吸気負圧が発生する方向)に開度制御し、低圧EGR装置において多量のEGRガスを吸気通路2aへ導くことを可能にしている。
Since the low pressure EGR device returns the EGR gas in the low exhaust pressure range to the low intake negative pressure generation range, it is good at returning a small amount of EGR gas to the engine. However, even if there is an operation region where a large amount of EGR gas is desired to be returned to the engine using the low pressure EGR device, the low pressure EGR device configured to return the EGR gas to the low intake negative pressure generation range returns a large amount of EGR gas to the engine. Is difficult.
In view of this, the low pressure EGR device is provided with an
低圧EGR装置は、具体的な一例として、低圧EGR調整弁と吸気絞り弁1を組付けた低圧EGR弁体ユニットを備える。
この低圧EGR弁体ユニットには、低圧EGR調整弁を駆動する1つの電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの出力特性を変化させて吸気絞り弁1を駆動するリンク装置とを備え、リンク装置を介して伝達された電動アクチュエータの出力によって吸気絞り弁1を駆動するように設けられている。
As a specific example, the low-pressure EGR device includes a low-pressure EGR valve body unit in which a low-pressure EGR adjustment valve and an
The low pressure EGR valve body unit includes one electric actuator that drives the low pressure EGR adjustment valve, and a link device that drives the
なお、リンク装置には、電動アクチュエータの出力特性を変化させて吸気絞り弁1へ伝達する特性変換部(カム溝等)が設けられており、低圧EGR調整弁が所定開度より大きくなってから低圧EGR調整弁の開度アップに連動させて吸気絞り弁1の開度を小さくするように設けられている。
The link device is provided with a characteristic conversion unit (such as a cam groove) that changes the output characteristics of the electric actuator and transmits the change to the
吸気絞り弁1(バルブ装置の一例)は、
・吸気通路2aが形成されるハウジング2と、
・このハウジング2に対して回動自在に支持されるシャフト3と、
・このシャフト3に設けられて吸気通路2aの絞り開度調整を行う弁体4と、
を備えて構成される。
弁体4は、吸気通路2a内においてシャフト3にネジやカシメ等で固定されるバタフライバルブであり、シャフト3と一体に回動する。
The intake throttle valve 1 (an example of a valve device)
A
A
A
It is configured with.
The
また、低圧EGR弁体4ユニットには、低圧EGR調整弁を全閉位置へ戻し、吸気絞り弁1を全開位置へ戻すリターンスプリングが設けられるとともに、吸気絞り弁1の弁体4を最大開度で停止させるストッパ部材が設けられている。
これにより、電動アクチュエータの通電停止時(電動モータの通電停止時)に、低圧EGR調整弁が最小開度位置に戻されるとともに、吸気絞り弁1が全開位置に戻される。
なお、電動アクチュエータは、通電により回転出力を発生する電動モータ(例えば、DCモータ)と、この電動モータの回転を減速して出力トルクを増大させる歯車減速装置とを組み合わせたものである。
The low pressure
As a result, when the energization of the electric actuator is stopped (when the energization of the electric motor is stopped), the low pressure EGR adjustment valve is returned to the minimum opening position, and the
The electric actuator is a combination of an electric motor (for example, a DC motor) that generates a rotational output by energization and a gear reduction device that reduces the rotation of the electric motor to increase the output torque.
次に、本発明にかかる吸気絞り弁1の弁体4について詳細に説明する。
なお、以下では、弁体4のうち、最小開度時においてシャフト3より吸気上流側(エアクリーナ側)を上流弁部4aと称し、最小開度時においてシャフト3より吸気下流側(エンジン側)を下流弁部4bと称する。
Next, the
In the following, among the
吸気絞り弁1は、吸気通路2aを最大に絞った状態(最小開度時)であっても、図1(b)に示すように、弁体4とハウジング2(吸気通路2aの内壁)の間に環状の隙間αが設けられるものであり、最小開度時であっても隙間αを介して吸気が流れるように設けられている。このため、最小開度時には、弁体4に流速勾配が生じる。その結果、上流弁部4aに加わる圧力P1が、下流弁部4bに加わる圧力P2より大きくなる(P1>P2)。
As shown in FIG. 1B, the
そこで、この実施例1では、上流弁部4aの面積S1より、下流弁部4bの面積S2を大きく設けている(S1<S2)。
なお、上流弁部4aの面積S1とは、上流弁部4aにおける吸気の受圧面積であり、上流弁部4aの外縁とシャフト3で囲まれる面積である。
同様に、下流弁部4bの面積S2とは、下流弁部4bにおける吸気の受圧面積であり、下流弁部4bの外縁とシャフト3で囲まれる面積である。
Therefore, in the first embodiment, the area S2 of the
The area S1 of the
Similarly, the area S2 of the
上流弁部4aの面積S1より、下流弁部4bの面積S2を大きく設ける手段として、この実施例1では、図1(a)に示すように、シャフト3の軸方向から見た場合、上流弁部4aの角度に対し、下流弁部4bの角度が異なって設けられる。
具体的には、最小開度時における上流弁部4aより、最小開度時における下流弁部4bが、吸気下流側に傾いて設けられることで、上流弁部4aの面積S1より下流弁部4bの面積S2が大きく設けられる。
As means for providing the area S2 of the
Specifically, the
上流弁部4aの面積S1と下流弁部4bの面積S2の比率は、最小開度時において、上流弁部4aが流速勾配によって受ける受動トルクT1(T1=S1×P1)と、下流弁部4bが流速勾配によって受ける受動トルクT2(T2=S2×P2)とが、略等しくなる比率に設けられる。
具体的にこの実施例1では、上流弁部4aが受ける受動トルクT1と、下流弁部4bが受ける受動トルクT2とが略等しくなるように、最小開度時における下流弁部4bの傾きを従来技術(図3参照)よりも大きくして、下流弁部4bの面積S2を大きく設けるものである。
The ratio between the area S1 of the
Specifically, in the first embodiment, the inclination of the
また、弁体4は、シャフト3の一部を平面に設けた取付面(平面)に固定される。一方、弁体4にも、シャフト3の取付面に合致する平坦部4cが設けられている。
この実施例1では、シャフト3の軸方向から見た場合、平坦部4cの角度が、「上流弁部4aの傾斜角度」および「下流弁部4bの傾斜角度」とも異なって設けられるものであり、シャフト3の軸方向から見て弁体4が略Z字形状を呈して設けられる。
Further, the
In the first embodiment, when viewed from the axial direction of the
(実施例1の効果1)
この実施例1の吸気絞り弁1は、上述したように、上流弁部4aの面積S1より下流弁部4bの面積S2を大きく設けて、上流弁部4aの受動トルクT1(T1=S1×P1)と、下流弁部4bの受動トルクT2(T2=S2×P2)とを、略等しく設けている。
これにより、流速勾配によってシャフト3に作用する回動トルクTを略0(ゼロ)にできる(T=T1−T2≒0)。即ち、最小開度時にシャフト3に作用する回動トルクTをキャンセルすることができる。
このため、最小開度状態から弁体4を開弁させる際や、最小開度付近で弁体4をコントロールする際の回動負荷を低減することができ、電動アクチュエータおよびトルク伝達範囲(リンク装置等)の負荷を低減できる。
(
As described above, the
As a result, the rotational torque T acting on the
Therefore, when the
(実施例1の効果2)
この実施例1は、上述したように、シャフト3の軸方向から見た場合、上流弁部4aの角度と下流弁部4bの角度が異なって設けられる。
具体的には、最小開度時における下流弁部4bを、上流弁部4aより吸気下流側に傾けることで、上流弁部4aの面積S1より下流弁部4bの面積S2を大きく設けている。
これにより、シャフト3の位置を従来技術(図3参照)と同じ位置に設けることができ、弁体4の形状変更のみで本発明を実施できる。
(
As described above, in the first embodiment, when viewed from the axial direction of the
Specifically, the area S2 of the
Thereby, the position of the
(実施例1の効果3)
この実施例1は、上述したように、シャフト3の軸方向から見た場合、弁体4を略Z字形状に設けている。具体的には、シャフト3の取付面に合致する平坦部4cを弁体4に設けている。
これにより、シャフト3に対する弁体4の位置決めが容易になり、シャフト3に対する弁体4の組付けを容易にすることができる。
(
In the first embodiment, as described above, when viewed from the axial direction of the
Thereby, positioning of the
[実施例2]
図2を参照して実施例2を説明する。なお、この実施例2において上記実施例1と同一符合は同一機能物を示すものである。
この実施例2の吸気絞り弁1は、図2に示すように、弁体4に対するシャフト3の取付位置を上流側に偏らせて、上流弁部4aの面積S1より、下流弁部4bの面積S2を大きく設けるものである。
[Example 2]
A second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, in this Example 2, the same code | symbol as the said Example 1 shows the same function thing.
In the
(実施例2の効果1)
この実施例2の吸気絞り弁1は、弁体4に対するシャフト3の取付位置を上流側に偏って設けることで、上流弁部4aの面積S1より、下流弁部4bの面積S2が大きく設けられるため、上記実施例1と同様、最小開度時に流速勾配によってシャフト3に作用する回動トルクTをキャンセルすることができる。
(
In the
(実施例2の効果2)
この実施例2では、弁体4に対するシャフト3の取付位置を上流側にズラすことで、上流弁部4aの面積S1より、下流弁部4bの面積S2を大きく設けている。このため、弁体4を平板で設けることができる。
(
In the second embodiment, the area S2 of the
上記の実施例では、吸気絞り弁1に本発明を適用する例を示したが、本発明は吸気絞り弁1に限定されるものではなく、最小開度時に弁体4が吸気通路2aの流線方向に対して傾斜するタイプのバルブ装置に本発明を適用可能なものである。
In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the
上記の実施例では、最小開度時に流体(実施例では吸気)の一部が弁体4の上流から下流へ流れる例を示したが、最小開度時に流体通路を完全に閉じるバルブ装置に本発明を適用しても良い。具体的に、最小開度時に流体通路を完全に閉じるバルブ装置であっても、本発明を適用しない場合は、微少開度時に流速勾配による回動トルクTがシャフト3に作用する。そこで、本発明を適用してシャフト3に作用する回動トルクTをキャンセルするように設けても良い。
In the above embodiment, an example in which a part of the fluid (intake in the embodiment) flows from the upstream side to the downstream side of the
1 吸気絞り弁(バルブ装置)
2 ハウジング
2a 吸気通路(流体通路)
3 シャフト
4 弁体
4a 上流弁部
4b 下流弁部
1 Intake throttle valve (valve device)
2
3
Claims (5)
最小開度時に前記弁体(4)が前記吸気通路(2a)の流線方向に対して傾斜するバルブ装置(1)において、
最小開度時における前記シャフト(3)より流体上流側の弁体(4)を上流弁部(4a)、最小開度時における前記シャフト(3)より流体下流側の弁体(4)を下流弁部(4b)とした場合、前記弁体(4)は、前記上流弁部(4a)の面積(S1)より、前記下流弁部(4b)の面積(S2)が、大きく設けられることを特徴とするバルブ装置(1)。 A housing (2) in which a fluid passage (2a) through which a fluid can pass is formed, a shaft (3) rotatably supported with respect to the housing (2), and a rotation integrally with the shaft (3). A valve body (4) that moves and adjusts the opening of the fluid passage (2a),
In the valve device (1) in which the valve body (4) is inclined with respect to the streamline direction of the intake passage (2a) at the minimum opening,
The valve body (4) upstream of the shaft (3) at the minimum opening is the upstream valve portion (4a), and the valve body (4) downstream of the shaft (3) at the minimum opening is downstream. In the case of the valve portion (4b), the valve body (4) has a larger area (S2) of the downstream valve portion (4b) than an area (S1) of the upstream valve portion (4a). Characteristic valve device (1).
前記シャフト(3)の軸方向から見た場合、前記上流弁部(4a)の角度と前記下流弁部(4b)の角度が異なって設けられることで、前記上流弁部(4a)の面積(S1)より、前記下流弁部(4b)の面積(S2)が、大きく設けられることを特徴とするバルブ装置(1)。 The valve device (1) according to claim 1,
When viewed from the axial direction of the shaft (3), the angle of the upstream valve portion (4a) is different from the angle of the downstream valve portion (4b), so that the area of the upstream valve portion (4a) ( The valve device (1) is characterized in that the area (S2) of the downstream valve portion (4b) is larger than that of S1).
前記シャフト(3)の軸方向から見た場合、前記弁体(4)における前記シャフト(3)の取付箇所の角度は、前記上流弁部(4a)の角度と異なるとともに、前記下流弁部((4b))の角度とも異なって設けられて、略Z字形状を呈することを特徴とするバルブ装置(1)。 The valve device (1) according to claim 2,
When viewed from the axial direction of the shaft (3), the angle of the attachment location of the shaft (3) in the valve body (4) is different from the angle of the upstream valve portion (4a), and the downstream valve portion ( (4b)) The valve device (1) is provided differently from the angle and has a substantially Z-shape.
前記弁体(4)に対する前記シャフト(3)の取付位置が、上流側に偏って設けられることで、前記上流弁部(4a)の面積(S1)より、前記下流弁部(4b)の面積(2)が、大きく設けられることを特徴とするバルブ装置(1)。 The valve device (1) according to claim 1,
The mounting position of the shaft (3) with respect to the valve body (4) is provided so as to be biased toward the upstream side, so that the area of the downstream valve part (4b) is larger than the area (S1) of the upstream valve part (4a). A valve device (1) characterized in that (2) is provided large.
このバルブ装置(1)は、吸気が通過する吸気通路(2a)と、この吸気通路(2a)にEGRガスを導く低圧EGR流路との合流部に吸気負圧を発生させる吸気絞り弁であることを特徴とするバルブ装置(1)。 In the valve device (1) according to any one of claims 1 to 4,
The valve device (1) is an intake throttle valve that generates an intake negative pressure at a junction between an intake passage (2a) through which intake air passes and a low-pressure EGR passage that guides EGR gas to the intake passage (2a). A valve device (1) characterized by the above.
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