JP3726815B2

JP3726815B2 - 流量制御バルブ

Info

Publication number: JP3726815B2
Application number: JP2003034664A
Authority: JP
Inventors: 克巳中村
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: US7055800B2; EP1593887A4; EP1593887B1; JP2004263723A; EP1593887A1; ATE396356T1; US20060038151A1; WO2004072518A1; DE602004013927D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）に用いて好適な流量制御バルブに関し、より詳しくは、その弁体と周辺部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用エンジンの給気管と排気管とを連通させるガス通路に配設されて、所要時に上記ガス通路を開閉する排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）は知られており、このＥＧＲ用の流量制御バルブとしてポペット弁タイプのものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、排気ブレーキ装置用の流量制御バルブとしてバタフライ弁タイプのものも知られており、次のような構成になっている（例えば、特許文献２を参照）。すなわち、上記特許文献２の装置においては、排気管の流路の所定位置に、相互に逆方向を向けた段部端面を形成し、これらの段部端面をシート部とするとともに、このシート部となる段部端面の隣接位置に弁体を回転自在に設けている。そして、所要時に弁体を９０度回転させることにより、該弁体の一方の端面を一方の段部端面（シート部）に着座させると同時に、弁体の他方の端面を他方の段部端面（シート部）に着座させることで排気管の流路を閉鎖するようにしている。
【特許文献１】
特開２００２−５４５１２号公報。
【特許文献２】
実開昭５４−９０５２３号公報。
【特許文献３】
特開平７−１５１２４３号公報。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のポペット弁タイプの流量制御バルブにおいては、ガス通路内に弁体を配置しているので、ガス通路を流通する排気ガスの流量が不足するという欠点があった。
一方、上述したバタフライ弁タイプの流量制御バルブにおいては、上記シート部となる両方の段部端面を、排気ガスの流通方向において弁体の厚さ分だけ位置をずらして逆方向に向けて形成していたものである。
そのため、上記従来の装置においては、シート部となる段部端面の配設位置を正確に製作する必要があり、しかも、シート部としての両段部端面の表面を高精度に仕上げる必要があった。
しかも、シート部となる両段部端面の位置が僅かにずれた場合においては、弁体を９０度回転させて上述したように排気管を閉鎖したとしても、弁体の端面と弁座としての両段部端面との間に僅かに間隙が生じて、そこから排気ガスが洩れやすくなるという欠点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した事情に鑑み、本発明は、排気ガスを流通させるガス通路の途中に配設した筒状のハウジングと、上記ハウジングの内周部に軸方向の一端側から嵌合した円筒状の第１スリーブと、上記ハウジングの内周部に軸方向の他端側から嵌合した円筒状の第２スリーブと、円板状に形成されて上記両スリーブの内方に回転自在に設けた弁体とを備えて、上記弁体により上記ガス通路を開閉するように構成した流量制御バルブであって、
上記両スリーブを半径方向において相互に軸心をずらしてこれら両スリーブの先端面を相互に当接させて、両スリーブの先端面の一部によって両スリーブの内方側に段部端面を形成し、この段部端面の円周方向に伸びる縁部によって第１シート部を構成し、また、上記弁体の外周面を傾斜面あるいは断面円弧状に形成して、そこを第２シート部として形成し、上記弁体の第２シート部を上記第１シート部に線接触させることにより、上記ガス通路を閉鎖するように構成したものである。
上述した構成によれば、弁体の第２シート部を第１シート部に線接触させることで、ガス通路を閉鎖するようにしているので、相互に接触した両シート部の面圧が高くなり、上述した従来の装置と比較して弁体によりガス通路を閉鎖した際のシール洩れを減少させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１および図２において、１は自動車のＥＧＲの流量制御バルブである。この流量制御バルブ１は、図示しない給気管と排気管とを連通させるガス通路２（パイプ）の途中に配設されている。流量制御バルブ１は、上記ガス通路２の途中に取り付けた円筒状のハウジング３と、ハウジング３の内周部に相互に逆方向から嵌着した第１スリーブ４及び第２スリーブ５と、さらにこれら両スリーブ４、５の内方側に収納されて図示しない駆動手段（例えば、モータやエアシリンダ）によって正逆に回転される円板状の弁体６とを備えている。上記両スリーブ４，５の先端面によって構成した環状の第１シート部Ｓ１と、弁体６の外周面に形成した第２シート部Ｓ２とによって、ガス通路２を開閉するバタフライ弁７を構成している。上記ハウジング３はアルミニウム製であり、両スリーブ４，５と弁体６はともにステンレス製で窒化処理により耐摩耗性を向上している。
【０００６】
上記ハウジング３の軸方向の両側部には、このハウジング３の軸心Ｃ１と直交させて、かつ水平な同一直線上に２か所の貫通孔３Ａを穿設している。また、ハウジング３に嵌着した両スリーブ４、５の先端面に跨って上記ハウジング３の両貫通孔３Ａの位置に合わせて、それぞれ水平方向の貫通孔８を穿設している。
一方、弁体６の両側部には、中心を通る水平方向の一直線上に支持軸９を一体に連結してあり、これら左右の支持軸９は、上記貫通孔８およびハウジング３の貫通孔３Ａに貫通させている。つまり、左右の支持軸９によって弁体６は両スリーブ４，５の内部で回転自在に支持されている。
【０００７】
上記一方の支持軸９の先端部は上述した図示しない駆動手段に連結されている。この駆動手段の非作動時においては、弁体６の第２シート部Ｓ２が第１シート部Ｓ１に着座してバタフライ弁７が閉鎖されている。このようにバタフライ弁７が閉鎖されてガス通路２が閉鎖されることで、図示しない給気管と排気管との連通は阻止されている。
これに対して、上記駆動手段によって弁体６が図１において反時計方向に例えば９０度回転されると、弁体６はハウジング３の軸心Ｃ１と同一平面となる水平状態に維持されている。この作動状態では、弁体６の第２シート部Ｓ２は、弁座となる第１シート部Ｓ１から離隔してバタフライ弁７が開放される。したがって、ガス通路２を介して図示しない給気管と排気管が連通して、排気管から給気管に向けて排気ガスが流通するようになっている。そして、上記駆動手段による弁体６の回転角度を変更することにより、ガス通路２を流通する排気ガスの流量を制御することが出来るようになっている。
【０００８】
しかして、本実施例は、上記弁体６とその周辺部を次のように構成することにより、バタフライ弁７を閉鎖した際の排気ガスのシール洩れを大幅に減少させたものである。
すなわち、円筒状とした上記ハウジング３には、左方側の端面における内周部に環状凹部３Ｂを形成している。また、ハウジング３には、右方側の端面における内周部に環状凹部３Ｃを形成している。これら環状凹部３Ｂ、３Ｃの内径と軸方向寸法（深さ）は、同一に設定しているが、これら環状凹部３Ｂ、３Ｃは円周方向において相互に１８０度ずれた位置に配置してあり、かつそれらの軸心を半径方向において所定量だけ位置をずらして設けている。そして、左方側の環状凹部３Ｂに円筒状の第１スリーブ４を嵌着し、右方側の環状凹部３Ｃに円筒状の第２スリーブ５を嵌着している。
本実施例においては、第１スリーブ４及び第２スリーブ５は、同一形状で同一寸法に形成している。つまり、第１スリーブ４は、その外周部の先端を円周方向全域において所定寸法だけ切欠いてあり、それにより、小径部４ａと段部端面４ｂおよび大径部４ｃを形成している。第２スリーブ５も上記第１スリーブ４と同じ形状として、小径部５ａ、段部端面５ｂ、大径部５ｃを形成している。上記大径部４ｃ、５ｃの外径は、上記ハウジング３の両環状凹部３Ｂ、３Ｃの内径と同一寸法に設定してあり、また、大径部４ｃ、５ｃの軸方向寸法は、上記両環状凹部３Ｂ、３Ｃの深さ（軸方向寸法）と同じに設定している。
また、上記ハウジング３の軸方向寸法は、第１スリーブ４および第２スリーブ５の軸方向寸法を合計した寸法と同一に設定している。
【０００９】
そして、第１スリーブ４の小径部４ａを左方側からハウジング３の内周面に挿入し、かつ第１スリーブ４の大径部４ｃを環状凹部３Ｂに嵌着すると同時に、段部端面４ｂを環状凹部３Ｂの端面に当接させている。
また、第２スリーブ５を右方側からハウジング３の右方側の内周面に挿入し、第２スリーブ５の大径部５ｃを環状凹部３Ｃに嵌着する同時に、段部端面５ｂを環状凹部３Ｃの端面に当接させるとともに、この第２スリーブ５の先端面５ｄを第１スリーブ４の先端面４ｄに当接させている。また、このようにして両スリーブ４，５をハウジング３に嵌着することで、ハウジング３の左方側の端面と第１スリーブ４の左方側の端面とが同一平面となり、また、ハウジング３の右方側の端面と第２スリーブ５の右方側の端面とが同一平面となっている。
ここで、ハウジング３における環状凹部３Ｂと環状凹部３Ｃは軸心をずらしてあるので、両スリーブ４，５の軸心も半径方向においてずれた状態でハウジング３に嵌着されている。それに伴って、図１に示すように、第２スリーブ５の先端面５ｄにおける上方側の箇所がそれに当接した第１スリーブ４の先端面４ｄよりも下方側にずれて、そこに左方側に向けた段部端面５ｄ’が形成されている。また、第１スリーブ４の先端面４ｄにおける下方側の箇所によって右方側に向けた段部端面４ｄ’が形成されている。このように、相互に逆方向に向けた段部端面４ｄ’、５ｄ’が形成されており、かつそれらの縁部（角部）が円周方向全域において連続しており、この円周方向に連続した縁部によって上記第１シート部Ｓ１を構成している（図３参照）。
【００１０】
本実施例では、両スリーブ４，５の先端面４ｄ、５ｄを半径方向に位置をずらして当接させることで、上記第１シート部Ｓ１を形成してあり、しかも、その第１シート部Ｓ１は、ハウジング３の軸心Ｃ１および両スリーブ４，５の軸心Ｃ２、Ｃ３と直交する同一平面上に位置するようになっている。
さらに、本実施例においては、図４に拡大して示すように、第１シート部Ｓ１を構成する両段部端面４ｄ’、５ｄ’の縁部には、４５度の面取りを施している。
このように構成した第１シート部Ｓ１に弁体６の第２シート部Ｓ２を接離させることでバタフライ弁７を開閉させるようにしている。
【００１１】
次に、本実施例の弁体６は、外周面６Ａを軸心Ｃ４に対して４５度傾斜した傾斜面としてあり、この傾斜面とした外周面６Ａによって第２シート部Ｓ２を構成している。
さらに、本実施例の弁体６は、上述したように左右両側部に支持軸９を水平に連結してあり、その支持軸９をハウジング３の貫通孔３Ａおよび両スリーブ４，５にわたって穿設した貫通孔８に回転自在に嵌合している。
また、これら一対の支持軸９の回転中心は、上記相互に当接させた両スリーブ４，５の先端面４ｄ、５ｄすなわち第１シート部Ｓ１と同一鉛直面上に位置させている。これにより、図１に示すように、駆動手段によって弁体６が時計方向に回転されて、第２シート部Ｓ２が第１シート部Ｓ１に着座してバタフライ弁７が閉鎖された際には、その厚さ方向の中央位置となる鉛直面が、上記両先端面４ｄ、５ｄ（第１シート部Ｓ１、第２シート部Ｓ２）と同じ鉛直面上に位置するようになっている。
この際には、弁体６の第２シート部Ｓ２が第１シート部Ｓ１に線接触することでバタフライ弁７が閉鎖されるようになっている。
【００１２】
以上の構成において、駆動手段が非作動状態においては、図１に示すように、弁体６の第２シート部Ｓ２が第１シート部Ｓ１に接触してバタフライ弁７が閉鎖されている。この閉鎖状態においては、弁体６の第２シート部Ｓ２が第１シート部Ｓ１と線接触しているので、両シート部Ｓ１、Ｓ２の面圧は高くなっている。それにより、バタフライ弁７の閉鎖時において両シート部Ｓ１、Ｓ２間の排気ガスのシール洩れを抑制することができる。
【００１３】
図５は、本実施例のバタフライ弁７と上記従来のバタフライ弁に関して行なったシール洩れの実験結果を示したものである。
ここで、従来技術としてのバタフライ弁は、上記特許文献２の第３図に開示された弁体と両段部端面とからなる構成を用いたものである。
この図５に示す実験結果から理解できるように、本実施例のバタフライ弁７においては、従来技術と比較すると、バタフライ弁７を閉鎖した際におけるシール洩れが大幅に減少している。すなわち、例えば、図５において、バタフライ弁７の閉鎖時における弁体６の前後の差圧が６．７ｋＰａとなる時の弁体６の前後における排気ガスの洩れ量を比較してみると、従来技術においては７８Ｌ／ｍｉｎであったのに対して、本実施例においては、その約半分の４１Ｌ／ｍｉｎとなっている。このように、本実施例によれば、上記従来のバタフライ弁と比較して約半分のシール洩れ量となっている。
このように、本実施例においては明らかに従来と比較して良好なシール性能を得ることができる。
また、本実施例においては、両スリーブ４，５の先端面４ｄ、５ｄを半径方向に位置をずらして当接させ、それにより形成される段部端面４ｄ’、５ｄ’の縁部によって弁座としての第１シート部Ｓ１を構成している。このような構成としているので、本実施例においては、両先端面４ｄ、５ｄを高精度に仕上げる必要が無く、しかも両先端面４ｄ、５ｄを当接させることで上記第１シート部Ｓ１が形成されるので、構造が簡単なバタフライ弁７を提供することができる。
さらに、両シート部Ｓ１、Ｓ２となる箇所のみを適宜な材料で形成することができるので、軽量で、かつ経済的なバタフライ弁を提供することができる。
【００１４】
つぎに、図６〜図８は、バタフライ弁７における弁体６の第２シート部Ｓ２と、弁座となる第１シート部Ｓ１に関する他の実施例を示したものである。以下の実施例においては、第１シート部Ｓ１あるいは第２シート部Ｓ２を、断面円弧状あるいは４５度のテーパ面としたものである。
つまり、図６は、段部端面４ｄ’（５ｄ’）の縁部（第１シート部Ｓ２）を断面円弧状として、弁体６の外周面６Ａは上記第１実施例と同様の傾斜面としたものである。
また、図７は、第１シート部Ｓ１を４５度で面取りしたテーパ面とする一方、弁体６の外周面６Ａ（第２シート部Ｓ２）を断面円弧状となるように面取りしたものである。
さらに、図８は、弁体６の第２シート部Ｓ２および第１シート部Ｓ１の両方を断面円弧状に面取りしたものである。このような図６から図８に示す実施例であっても、上記第１実施例と同様の作用、効果を得ることができる。
【００１５】
次に、図９は本発明のさらに別の実施例を示したものである。
上記第１実施例においては、両スリーブ４，５の先端面４ｄ、５ｄが軸心Ｃ１〜Ｃ３に対して直交していたが、この図９に示す実施例においては、両スリーブ４，５の先端面４ｄ、５ｄを軸心Ｃ２、Ｃ３に対して所定角度だけ傾斜させている。そして、このように傾斜させた両スリーブ４，５の先端面４ｄ、５ｄを相互に当接させている。したがって、この実施例においては、相互に当接した両先端面４ｄ、５ｄは、上記所定角度だけハウジング３の軸心Ｃ１に対して傾斜し、段部端面４ｄ’、５ｄ’も傾斜するようになっている。一方、弁体６の構成は上記第１実施例と同じ構成にしている。
このような構成とすることで、図９に示したバタフライ弁７の閉鎖時においては、弁体６が両先端面４ｄ、５ｄと同一平面上となり、したがって、弁体６の第１シート部と弁座としたの第２シート部Ｓ２とが線接触するようになっている。このような図９に示した実施例であっても、上記第１実施例と同様の作用、効果を得ることができる。
なお、上記各実施例は、本発明の流量制御バルブをＥＧＲに用いた場合を説明したが、本発明は排気ブレーキ装置用の流量制御バルブとしても用いることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、弁体によりガス通路を閉鎖した際のシール洩れを従来に比較して減少させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図２】図１に示した流量制御バルブの要部の斜視図。
【図３】図１に示した第１シート部Ｓ１と第２シート部Ｓ２との関係を示す図。
【図４】図１の要部の拡大図。
【図５】本発明と従来技術とのシール洩れの実験結果を示す図。
【図６】バタフライ弁の他の実施例を示す断面図。
【図７】バタフライ弁の他の実施例を示す断面図。
【図８】バタフライ弁の他の実施例を示す断面図。
【図９】本発明の他の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１…流量制御バルブ２…排気管
３…ハウジング３Ｂ…環状凹部
３Ｃ…環状凹部４…第１スリーブ
５…第２スリーブ４ｄ’…段部端面
５ｄ’…段部端面６…弁体
７…バタフライ弁Ｓ１…第１シート部
Ｓ２…第２シート部

Claims

排気ガスを流通させるガス通路の途中に配設した筒状のハウジングと、上記ハウジングの内周部に軸方向の一端側から嵌合した円筒状の第１スリーブと、上記ハウジングの内周部に軸方向の他端側から嵌合した円筒状の第２スリーブと、円板状に形成されて上記両スリーブの内方に回転自在に設けた弁体とを備えて、上記弁体により上記ガス通路を開閉するように構成した流量制御バルブであって、
上記両スリーブを半径方向において相互に軸心をずらしてこれら両スリーブの先端面を相互に当接させて、両スリーブの先端面の一部によって両スリーブの内方側に段部端面を形成し、この段部端面の円周方向に伸びる縁部によって第１シート部を構成し、また、上記弁体の外周面を傾斜面あるいは断面円弧状に形成して、そこを第２シート部として形成し、上記弁体の第２シート部を上記第１シート部に線接触させることにより、上記ガス通路を閉鎖するように構成したことを特徴とする流量制御バルブ。
上記弁体が回転する際の回転中心は、上記両スリーブにおける相互に当接した先端面と同一平面上の位置に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御バルブ。
上記両スリーブの先端面は、両スリーブの軸心に対して所定角度だけ傾斜した傾斜面となっていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の流量制御バルブ。
上記第１シート部は、傾斜面あるいは断面円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の流量制御バルブ。