JP3753253B2 - 制御弁装置 - Google Patents
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Description
この発明は弁の開閉がステッパモータの駆動により行われる制御弁装置に関するものである。
背景技術
図12は従来の排気ガス再循環制御弁装置(以下、EGR弁と略称する。)の断面図、図13は図12のXIII−XIII線に沿う断面図、図14は図12のXIV−XIV線に沿う断面図、図15は図12のステッパモータの一部切り欠き斜視図、図16は図15のステッパモータの内部の説明図である。なお、図14は図13に対して2倍拡大されている。
このEGR弁は、弁本体1と、弁本体1の上部に取り付けられたステッパモータ2とを備えている。
弁本体1は、排気ガス流入通路3及び排気ガス流出通路4を有するハウジング5と、排気ガス流入通路3と排気ガス流出通路4との間に設けられた弁座6と、この弁座6に当接する弁7と、この弁7が一端部に固定された弁軸8と、ハウジング5と弁軸8との間に設けられ弁軸8を摺動自在に支持した軸受9と、この弁軸8の他端部に固定されたばね受10と、ハウジング5とばね受10との間に圧縮して設けられたコイルばね11とを備えている。
ステッパモータ2は、モータケース20と、このモータケース20に固定されたモータ蓋21と、モータケース20内に設けられ軸受27で回転自在に支持されたロータ28と、このロータ28の外側に設けられロータ28を回転させるステータ32とを備えている。
ロータ28は、モータ蓋21に固定された軸受22と、この軸受22により軸部24が軸線方向に摺動自在に支持されているとともに雄ねじ部25を有するモータ軸23と、雄ねじ部25に螺合した雌ねじ部26と、この雌ねじ部26の外側に設けられS極のマグネットとN極のマグネットとが交互に配列されて円筒状のマグネット部30とを備えている。
図13に示すようにモータ軸23の軸部24は断面が欠円形状であり、モータ軸23は軸線方向のみ移動できるようになっている。また、図14に示すようにその軸部24の上部には凸状の軸部位置決め部29が形成されている。雌ねじ部26の下端部の内周面には軸部位置決め部29と当接するロータ位置決め部31が一対形成されている。このロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に当接することでモータ軸23の上限位置が規制がされている。つまり、雌ねじ部26の回動に伴い雌ねじ部26と螺合したモータ軸23が上動し、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に当接した後は、雌ねじ部26は回動できず(モータ軸23は軸受22により軸線方向にしか移動できず、回動しない)、それ以降はモータ軸23が上方向に移動できないようになっている。
前記ステータ32は、上側コイル41と、この上側コイル41の下側に設けられた下側コイル42と、上側コイル41の上面に取り付けられた第1相ステータ部43と、上側コイル41の下面に取り付けられた第2相ステータ部44と、下側コイル42の上面に取り付けられた第3相ステータ部45と、下側コイル42の下面に取り付けられた第4相ステータ部46とを備えている。各相ステータ部43、44、45、46の形状は環状であり、またそれぞれの内周部にはコイル41、42側に折曲された爪部43a、44a、45a、46aが形成されている。第1相ステータ部43の爪部43aは第2相ステータ部44の爪部44aと噛み合うように配設されており、第3相ステータ部45の爪部45aは第4相ステータ部46の爪部46aと噛み合うように配設されている。
上記構成のEGR弁では、上側コイル部41、下側コイル部42に通電することで、各相のステータ部43、44、45、46には磁極が発生し、爪部43a、44a、45a、46aにはステータ部43、44、45、46と同極の磁極が生じる。
上側コイル部41では電流方向が切り替えられ、同様に下側コイル部42に通電する電流の方向も切り替えられ、4つの電流方向の通電パターンに切り替えられることで、各相のステータ部43、44、45、46にはその都度発生する磁極が切り替わるようになっている。そして、爪部43a、44a、45a、46aで生じた磁界の中で、マグネット部30との間で作用する磁力が釣り合う位置まで、マグネット部30及び雌ねじ部26は回動し、その位置で保持される。
また、上記通電パターンの切り替え(ステップ)順序を逆にすることで、マグネット部30及び雌ねじ部26は逆回動する。
マグネット部30及び雌ねじ部26の回動に伴い、雌ねじ部26の螺旋した雄ねじ部25も回動し、モータ軸23は軸線方向に移動する。
上述したEGR弁においては、上述したステッパモータの動作によりモータ軸23が下方向に移動したときには、モータ軸23は途中からは圧縮コイルばね11の弾性力に逆らって、弁軸8の頂部を押圧して弁軸8を下動させ、弁7を弁座6から離間させることにより、流入通路3と流出通路4とは連通し、排気ガスは流入通路3から流出通路4に流れる。
また、マグネット部30及び雌ねじ部26を逆回動させることにより、モータ軸23が軸線上方向に移動し、弁軸8も圧縮コイルばね11の弾性力によりその頂部が軸部24に当接しながら上動する。そして、弁7が弁座6に当接することで弁本体1は閉じ、流入通路3と流出通路4とは遮断され、排気ガスは流れない。さらに、マグネット部30及び雌ねじ部26を逆回動し続けると、モータ軸23はさらに上動し、軸部24は弁軸8から離間する。
図17はステッパモータ2のステップ数(通電パターンの切り替え数)とEGR弁を流れる流量との関係を示しており、この図からステップ数と流量とは比例関係にあることが分かる。
ところで、制御ユニット(図示せず)からの命令通りにステッパモータ2を駆動させるためには、ステッパモータ2のモータ軸23を予めイニシャライズ(初期位置決め)する必要がある。
このイニシャライズを確実に行うために、ステッパモータ2のモータ軸23がモータエンドとなるステップ数以上のステップ数がステッパモータ2に与えられるようになっている。そして、モータ軸23の軸部24が弁軸8の頂部から所定の距離離間し、モータ軸23がモータエンドの位置に達した後、さらに上側コイル41、下側コイル42に通電して各相のステータ部43、44、45、46に磁極が生じ、マグネット部30及び雌ねじ部26が回動してモータ軸23が上方向に移動しようとしても、ロータ位置決め部31が軸部24の軸部位置決め部29に当接しており、マグネット部30及び雌ねじ部26はそれ以上回動せず、モータ軸23がモータエンドの位置に達した後は、それ以降、雌ねじ部26側には移動しない。
ここで、モータ軸23がモータエンドに達した後のマグネット部30の動きを図18に基づき説明する。
図18(a)ないし図18(d)はモータ軸23を雌ねじ部26側に移動させるときの各ステータ部43、44、45、46の励磁変化を示しており、図18(a)、図18(b)、図18(c)及び図18(d)の順序で各ステータ部43、44、45、46は励磁変化し、図18(d)の後は図18(a)に戻る。図18(a)ではモータエンドにモータ軸23が達した瞬間の各ステータ部43、44、45、46の励磁状態及びマグネット部30の位置を示す。
図18(b)は、1ステップだけマグネット部30に矢印Aの方向に回動力を与えるように各ステータ部43、44、45、46を励磁させた状態を示す。マグネット部30にはA方向に力が作用するが、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に当接してマグネット部30は回動できない。
図18(c)はさらに、1ステップだけマグネット部30に矢印A方向に回動力を与えるように各ステータ部43、44、45、46を励磁させた状態を示す。マグネット部30にはさらにA方向に力が作用するが、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に当接してマグネット部30は回動できない。
図18(d)はさらに、1ステップだけ各ステータ部43、44、45、46を励磁させた状態を示す。この状態のときには、ステータ部43、44、45、46とマグネット部30との間に作用する磁気力により、マグネット部30は矢印Bの方向に1ステップ分回動して安定する。
さらに、1ステップ分矢印A方向にロータ28を回動させる方向にステッパモータ2を励磁させたときには、各ステータ部43、44、45、46の励磁状態及びマグネット部30の位置は図18(a)に示すようになり、マグネット部30は軸部位置決め部29に衝突する方向に移動する。以降、イニシャライズ過程では以上の動作が繰り返され、イニシャライズ終了時には、ステータ部43、44、45、46の励磁状態が図18(a)に示す状態でモータ軸23はモータエンドに位置する。
従来のEGR弁では、上記のように構成されており、イニシャライズ過程中、図18(d)に示した状態から図18(a)に示した状態にマグネット部30が移る際に、マグネット部30と同期して回動する雌ねじ部26のロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に衝突し、音が発生するという問題点があった。
特に、ステッパモータ2のイニシャライズは内燃機関の運転を停止させた直後、もしくは次回の運転直前の静寂な時に行われるため、衝突音が車内の運転手に聞こえることがあった。
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、イニシャライズ過程中、ロータ位置決め部が軸部位置決め部に衝突したときの衝突音の音量を低減させる制御弁装置を提供することを目的とするものである。
発明の開示
この発明に係る制御弁装置は、流入通路及び流出通路を有するハウジング、前記流入通路と前記流出通路との間に設けられた弁座、この弁座に当接する弁、この弁が一端部に固定された弁軸、及び前記弁を前記弁座に押圧する押圧手段を有する弁本体と、前記押圧手段の押圧力に逆らって前記弁軸を押圧するステッパモータとを備えた制御弁装置であって、前記ステッパモータは、モータケースと、このモータケースに固定されたモータ蓋と、前記弁軸に当接して該弁軸を押圧するとともに、軸部位置決め部を有し該弁軸から離間する軸部、及び該軸部と連結した雄ねじ部から構成されたモータ軸と、前記モータ蓋に固定され前記軸部を軸線方向に移動可能に支持した軸受と、前記雄ねじ部に螺合した雌ねじ部と該雌ねじ部の外側に設けられS極のマグネットとN極のマグネットとが交互に配列されて円柱形状をしたマグネット部とから構成されたロータと、前記ロータの外側に設けられ電流を流すことによりN極、S極の磁界が生じて前記マグネット部との間の磁力作用により該ロータをステップ状に回動させるステータと、前記軸部を移動させて前記軸部の初期位置を位置決めする際に、前記雌ねじ部に形成されたロータ位置決め部が前記軸部位置決め部に衝突して前記ロータの回動が停止するときに前記軸部に生じる衝突エネルギを吸収する弾性体とを有し、前記弾性体は、前記軸部で生じる衝突エネルギが前記軸受を経由して前記モータ蓋に向けて伝播される経路中に設けられたものである。
【図面の簡単な説明】
図1はこの発明の実施の形態1の排気ガス再循環制御弁装置の断面図である。
図2は図1のII−II線に沿う断面図である。
図3はこの発明の実施の形態2の排気ガス再循環制御弁装置の断面図である。
図4は図3のIV−IV線に沿う断面図である。
図5はこの発明の実施の形態3の排気ガス再循環制御弁装置の断面図である。
図6は図5のVI−VI線に沿う断面図である。
図7は図6に示したロータ位置決め部の斜視図である。
図8はこの発明の参考例1の排気ガス再循環制御弁装置の断面図である。
図9は図8のモータ軸の部分斜視図である。
図10はこの発明の参考例2の排気ガス再循環制御弁装置の断面図である。
図11は図10のXI−XI線に沿う断面図である。
図12は従来の排気ガス再循環制御弁装置の断面図である。
図13は図12のXIII−XIII線に沿う断面図である。
図14は図12のXIV−XIV線に沿う断面図である。
図15は図10の排気ガス再循環制御弁装置の要部一部切り欠き斜視図である。図16は図12の排気ガス再循環制御弁装置の要部の説明図である。
図17は排気ガス再循環制御弁装置のステップ数と流量との関係を示す関係図である。
図18(a)〜図18(d)はステッパモータのイニシャライズ過程での各ステータ部の励磁状態とマグネット部の位置関係を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の排気ガス再循環制御弁装置(以下、EGR弁と略称する。)の断面図、図2は図1のII−II線に沿う断面図である。
このEGR弁は、弁本体1と、弁本体1の上部に取り付けられたステッパモータ50とを備えている。
弁本体1は、排気ガス流入通路3及び排気ガス流出通路4を有するハウジング5と、排気ガス流入通路3と排気ガス流出通路4との間に設けられた弁座6と、この弁座6に当接する弁7と、この弁7が一端部に固定された弁軸8と、ハウジング5と弁軸8との間に設けられ弁軸8を摺動自在に支持した軸受9と、この弁軸8の他端部に固定されたばね受10と、ハウジング5とばね受10との間に圧縮して設けられたコイルばね11とを備えている。
ステッパモータ50は、モータケース20と、このモータケース20に固定されたモータ蓋21と、モータケース20内に設けられ軸受27で回転自在に支持されたロータ28と、このロータ28の外側に設けられロータ28を回転させるステータ32とを備えている。
ロータ28は、モータ蓋21に固定された軸受22と、この軸受22により軸部24が軸方向に摺動自在に支持されているとともに雄ねじ部25を有するモータ軸23と、軸受22とモータ蓋21との間に設けられた弾性体51と、雄ねじ部25に螺合した雌ねじ部26と、この雌ねじ部26の外側に設けられS極のマグネットとN極のマグネットとが交互に配列されて円柱形状をしたマグネット部30とを備えている。
図2に示すようにモータ軸23の軸部24は断面が欠円形状であり、モータ軸23は軸線方向のみ移動できるようになっている。また、その軸部24の上部には図14に示したものと同様の凸状の軸部位置決め部29が形成されており、また雌ねじ部26の下端部の内周面には図14に示したものと同様のロータ位置決め部31が一対形成されている。このロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に当接することでモータ軸23の上限位置が規制されている。つまり、雌ねじ部26の回動に伴い雌ねじ部26と螺合したモータ軸23が上動し、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に当接した後は、雌ねじ部26は回動できず(モータ軸23は軸受22により軸線方向にしか移動できず、回動しない)、それ以降はモータ軸23が上方向に移動できないようになっている。
前記ステータ32は、上側コイル41と、この上側コイル41の下側に設けられた下側コイル42と、上側コイル41の上面に取り付けられた第1相ステータ部43と、上側コイル41の下面に取り付けられた第2相ステータ部(図示せず)と、下側コイル42の上面に取り付けられた第3相ステータ部(図示せず)と、下側コイル42の下面に取り付けられた第4相ステータ部46とを備えている。各相ステータ部43、46の形状は環状であり、またそれぞれの内周部にはコイル41、42側に折曲された爪部43a、46aが形成されている。第1相ステータ部43の爪部43aは第2相ステータ部の爪部と噛み合うように配設されており、第3相ステータ部の爪部は第4相ステータ部46の爪部46aと噛み合うように配設されている。
なお、筒状の弾性体51はゴム硬度80度のフッ素ゴムで構成されているが、弾性体としてコイルバネを用いてもよい。
上記構成のEGR弁では、制御ユニット(図示せず)からの命令によりステッパモータ50を駆動させる場合、ステッパモータ50を予めイニシャライズする必要性がある。このイニシャライズ過程で、雌ねじ部26の下端部内周面に形成されたロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に複数回衝突する。従来のものの場合、図12から分かるように軸受22はモータ蓋21に固定されているのに対して、この実施の形態では軸受22とモータ蓋21との間に弾性体51が介在している。このため、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に衝突した際、その衝突エネルギの一部は弾性体51の弾性変形で吸収され、それだけ衝突音の発生音量は小さくなる。また、その衝突音がモータ蓋21に向けて伝播される際、その途中の弾性体51で吸収され、より衝突音の音量は低減される。
また、衝突エネルギの一部が弾性体51の弾性変形で吸収されるので、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に与える衝突力は減少し、ロータ位置決め部31及び軸部位置決め部29の衝撃による変形を防止することができる。
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2のEGR弁の断面図、図4は図3のIV−IV線に沿う断面図である。
この実施の形態では、軸受52に円筒状の弾性体54が内蔵されている点が実施の形態1と異なる。なお、この弾性体54はゴム硬度80度のフッ素ゴムで構成されている。
この実施の形態でも、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に衝突した際、その衝突エネルギの一部は弾性体54の弾性変形で吸収され、それだけ衝突音の音量は小さくなる。また、その衝突音がモータ蓋21に向けて伝播される際、弾性体54で吸収され、より衝突音の音量は低減される。
また、衝突エネルギの一部が弾性体54の弾性変形で吸収されるので、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に与える衝突力は減少し、ロータ位置決め部及び軸部位置決め部の衝撃による変形を防止することができる。
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3のEGR弁の断面図、図6は図5のVI−VI線に沿う断面図、図7は図6に示されたロータ位置決め部の斜視図である。
この実施の形態では、ロータ位置決め部55に弾性体56が固定されている。この弾性体56はゴム硬度80度のフッ素ゴムで構成された表面にポリ四フッ化エチレン樹脂(商標名テフロン)がコーティングされている。他の構成は図12に示した従来例のものと同一である。
この実施の形態でも、ロータ位置決め部55が軸部位置決め部29に衝突した際、その衝突エネルギの一部は弾性体56の弾性変形で直接吸収され、それだけ衝突音の音量は小さくなる。なお、この実施の形態ではロータ位置決め部55が軸部位置決め部29に弾性体56を介して衝突し、ロータ位置決め部55が軸部位置決め部29に与える衝突エネルギの多くは弾性体54の弾性変形に消費されるので、実施の形態1、実施の形態2と比較して衝突により生じる衝突音は、より小さくなる。
なお、弾性体56を軸部位置決め部29に固定してもよい。また、弾性体56は実施の形態1及び2と比較してより強い衝撃を受けるので、耐衝撃性の強い材質のものを使用している。
参考例1.
図8はこの発明の参考例1のEGR弁の断面図、図9は図8のモータ軸58の部分斜視図である。
この参考例では、モータ軸58は、軸部24と雄ねじ部25との間に弾性体61が介在している。弾性体61はゴム硬度80度のフッ素ゴムで構成されている。他の構成は図12に示した従来例のものと同一である。
この参考例でも、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に衝突した際、その衝突エネルギの一部は弾性体61の弾性変形で吸収され、それだけ衝突音の音量は小さくなる。なお、弾性体としてコイルばねを用いてもよい。
参考例2.
図10はこの発明の参考例2のEGR弁の断面図、図11は図10のXII−XII線に沿う断面図である。
この参考例では、マグネット部30と雌ねじ部26との間にゴム硬度80度のフッ素ゴムで構成された弾性体62が設けられている点が実施の形態1と異なる。
この参考例でも、ロータ位置決め部31が軸部位置決め部29に衝突した際、その衝突エネルギの一部は弾性体62の弾性変形で吸収され、それだけ衝突音の音量は小さくなる。
なお、上記各実施の形態及び参考例では、制御弁装置としてステッパモータの軸部が弁軸方向に移動した際に、開弁する方式(所謂、押し下げ開弁方式)の排気ガス再循環制御弁装置について説明したが、勿論このものに限定されない。例えば、ステッパモータの軸部と弁軸とを係止し、ステッパモータの軸部が弁軸と逆方向に移動した際に、開弁する方式(所謂、引き上げ開弁方式)の排気ガス再循環制御弁装置でもよい。また、制御弁装置として、例えば内燃機関に流入する空気量を調整するアイドルスピード制御弁装置についても適用することができる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、この発明に係る制御弁装置によれば、軸部を移動させて軸部の初期位置を位置決めする際にロータ位置決め部が軸部位置決め部に衝突して前記軸部に生じる衝突エネルギを吸収する弾性体を備えたことにより、軸部の初期位置を位置決めする過程でロータ位置決め部が前記軸部位置決め部に複数回衝突した際、その衝突エネルギの一部は弾性体の弾性変形により吸収され、それだけロータ位置決め部が軸部位置決め部に衝突した際に生じる衝突音を小さくすることができる。また、ロータ位置決め部が軸部位置決め部に与える衝突力は減少し、ロータ位置決め部及び軸部位置決め部の変形を防止することができる。
また、弾性体は、軸部で生じる衝突エネルギが軸受を経由してモータ蓋に向けて伝搬される経路中に設けられているので、その衝突エネルギは弾性体で吸収され、より衝突音を小さくすることができる。
また、この発明に係る制御弁装置によれば、弾性体を軸部とモータ蓋との間に設けた場合には、モータ蓋に向けて伝播される衝突音は、弾性体で吸収され、より衝突音は小さくなる。
また、この発明に係る制御弁装置によれば、軸受に弾性体を内蔵した場合には、軸受と弾性体とを一単品として取り扱うことができ、組立工数も低減される。
また、この発明に係る制御弁装置によれば、弾性体をロータ位置決め部と軸部位置決め部との間に設けた場合には、ロータ位置決め部が軸部位置決め部に与える衝突エネルギの多くは弾性体の弾性変形に吸収されるので、衝突音はより小さくなる。
また、この発明に係る制御弁装置によれば、弁本体として排気ガス再循環制御弁を用いた場合には、排気ガス再循環制御弁の使用により生じる衝突音は小さい。
Claims (5)
- 流入通路及び流出通路を有するハウジング、前記流入通路と前記流出通路との間に設けられた弁座、この弁座に当接する弁、この弁が一端部に固定された弁軸、及び前記弁を前記弁座に押圧する押圧手段を有する弁本体と、
前記押圧手段の押圧力に逆らって前記弁軸を押圧するステッパモータとを備えた制御弁装置であって、
前記ステッパモータは、
モータケースと、
このモータケースに固定されたモータ蓋と、
前記弁軸に当接して該弁軸を押圧するとともに、軸部位置決め部を有し該弁軸から離間する軸部、及び該軸部と連結した雄ねじ部から構成されたモータ軸と、
前記モータ蓋に固定され前記軸部を軸線方向に移動可能に支持した軸受と、
前記雄ねじ部に螺合した雌ねじ部と該雌ねじ部の外側に設けられS極のマグネットとN極のマグネットとが交互に配列されて円柱形状をしたマグネット部とから構成されたロータと、
前記ロータの外側に設けられ電流を流すことによりN極、S極の磁界が生じて前記マグネット部との間の磁力作用により該ロータをステップ状に回動させるステータと、
前記軸部を移動させて前記軸部の初期位置を位置決めする際に、前記雌ねじ部に形成されたロータ位置決め部が前記軸部位置決め部に衝突して前記ロータの回動が停止するときに前記軸部に生じる衝突エネルギを吸収する弾性体と
を有し、
前記弾性体は、前記軸部で生じる衝突エネルギが前記軸受を経由して前記モータ蓋に向けて伝播される経路中に設けられたことを特徴とする制御弁装置。 - 前記弾性体は、前記軸受と、前記軸部を囲ったモータ蓋との間に設けられている請求の範囲1記載の制御弁装置。
- 前記弾性体は、前記軸受に内蔵されている請求の範囲1記載の制御弁装置。
- 前記弾性体は、ロータ位置決め部と軸部位置決め部との間に設けられている請求の範囲1記載の制御弁装置。
- 弁本体は、排気ガス再循環制御弁である請求の範囲1ないし4の何れかに記載の制御弁装置。
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