JP3811746B2

JP3811746B2 - 制御弁装置

Info

Publication number: JP3811746B2
Application number: JP53474899A
Authority: JP
Inventors: 俊彦三宅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2018-04-23
Also published as: EP0990826A4; DE69820261T2; WO1999054650A1; DE69820261D1; EP0990826B1; US6347620B1; EP0990826A1

Description

技術分野
この発明は、直線運動による弁の開閉を行い、自動車等の内燃機関の排気ガスあるいは吸気ガスの流体の通過量を調整する制御弁装置に関するものである。
背景技術
自動車等の内燃機関からは、その動作に伴って被制御流体である排気ガスあるいは吸気ガスが流通されており、被制御流体の通過量は制御弁装置によって調整されている。制御弁装置として、例えば排気ガス再循環制御バルブ〔以下ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)バルブと略称する〕によって、あるいはアイドル・スピード・コントロール・バルブ〔以下ＩＳＣ(Idle Speed Control))バルブと略称する〕によって、被制御流体の通過量が調整されている。
第５図は例えば実公平６−１４０５４号公報に示された従来のＥＧＲバルブの概略構成図、第６図は第５図のＥＧＲバルブの構成を示す断面図である。
第５図および第６図において、機関１内の燃焼室２に連接されている排気管３から導かれた排気ガスは、クーラ４によって冷却された後、機関１の吸気管（図示せず）への排気ガスの再循環量を調節するＥＧＲバルブ５に導かれる。そしてＥＧＲバルブ５内に設けられ吸気管からの負圧信号によって応動し、排気ガスの通路の開度を調節する調節弁６によって排気ガスの通過量が調整される。かかる排気ガスは、再び吸気管に供給される。これによって排気ガスは機関１内で再燃焼され、排気ガス中の有害な窒素酸化物は低減される。なお、調節弁６はダイヤフラム７の上部に形成された負圧室８の差圧により作動される。
ハウジング１０は、機関１の排気管３に連通する入力ポート１１と、機関１の吸気管に連通する出力ポート１２と、被制御流体である排気ガスが流通する流体通路１３とを有する。流体通路１３の途中には、ハウジング１０の内部に形成された弁座１４に当接する調節弁６が弁軸１５に連接され、ハウジング１０に固定された軸受１６の内部を摺動する。軸受１６の下方で且つ流体通路１３の上部に設けられたホルダ１７は、排気ガスに含まれているカーボンあるいは異物の侵入を抑止している。
尚、図示していないが、ホルダ１７の内部に、ラビリンスパッキン、遮蔽板、金属繊維の詰め物等を設け、排気ガスに含まれているカーボンあるいは異物の侵入を抑止しているものもある。
ダイヤフラム７は押さえ板２０ａ，２０ｂで挟持され、中央部が弁軸１５の上端部２１をかしめて装着されている。下部負圧ケース２２は軸受１６の上端部に密着し、ネジ２３で後述のパッキン２７を介してハウジング１０に取り付けられている。ダイヤフラム７の周縁部を下部負圧ケース２２と協働して挟持する上部負圧ケース２４に貫通装着された負圧導入管２５を介して、負圧源（図示せず）からの負圧を導入し、ダイヤフラム７と上部負圧ケース２４との間に負圧室８を形成している。尚、上部負圧ケース２４内に設けられたスプリング２６によって、弁軸１５に連接されている調節弁６が下方に押圧されているが、負圧室８に導かれた負圧の大きさに応じてダイヤフラム７が上方に作動し、そのため調節弁６が上方に駆動されて調節弁６の開度を変えている。パッキン２７はハウジング１０と下部負圧ケース２２との間に介在し、ハウジング１０からの熱を遮断している。
第６図のような片持ちの軸受の構成では、排ガス規制の強化に伴ってＥＧＲバルブの制御流量が拡大している背景から、あるいはトラック用のＥＧＲバルブでは機関１の排気量が大きく排気ガスの再循環量も多いことから、１つの調節弁でも大口径のものが必要となっており、弁軸の端部の重量が問題となる傾向がある。このように片持ちの軸受だけでは、内燃機関の振動等に対して安定した保持が困難な直線駆動の制御弁装置の改善のため、調節弁が固定された弁軸の両端を、軸受あるいは振れ止め板で保持している制御弁装置として、第７図のものがある。
第７図は例えば特開昭５８−３７３７４号公報に示された他の従来のＥＧＲバルブの構成を示す断面図を示す。
第７図で使用した符号のうち、第６図で使用した符号と同一のものは、同一または相当品を示す。第７図で示される構造では、第６図のＥＧＲバルブの構造に加え、調節弁６と連接された弁軸１５が調節弁６を越えて延長し、その端部１５ａをハウジング１０に固定される振れ止め板３０の中心ボス３０ａに案内挿入されている。
一方、被制御流体に大きな脈動があり、その脈動を打ち消すために２つの調節弁を同一軸上に配置し、被制御流体の圧力を２つの調節弁の相反する方向に加えるような制御弁装置として、第８図のものがある。この構造の場合、調節弁を固定する弁軸を長くせざるを得ない。
第８図は例えば実開昭５８−４７５９号公報に示された従来のＩＳＣバルブの構成を示す断面図である。
第８図で使用した符号のうち、第６図または第７図で使用した符号と同一のものは、同一または相当品を示す。第８図で示されるＩＳＣバルブでは、ソレイノドコイル３１によって直線駆動されるプランジャーロッド３２に当接した弁軸１５と、これに連接された２つの調節弁６を有している。特に、ハウジング１０に固定されたソレノイドコイル３１側の軸受１６からの弁軸１５の突出量が大きく、軸受１６のみでは支えきれないので、第７図と同様に、調節弁６を開閉する駆動源であるソレノイドコイル３１と連接された反対側の弁軸１５の端部１５ａを、振れ止め板３０の中心ボス部３０ａに案内挿入して摺動性の安定を図っている。さらに、流体通路１３に構成されている振れ止め板３０の中心ボス部３０ａを被制御流体に含まれるカーボンあるいは異物が、弁軸１５と軸受１６との摺動部あるいは中心ボス部３０ａと端部１５ａの摺動部に侵入して摺動性が悪化することを回避するため、直線駆動に対し、自由に伸縮でき摺動性に影響を与えない遮蔽材３３で、軸受１６の流体通路１３側あるいは中心ボス部３０ａと端部１５ａを覆う構成としている。
しかし、従来のＥＧＲバルブあるいはＩＳＣバルブは以上のように構成されているので、以下のような問題があった。
内燃機関の振動等に対して安定した直線駆動を得るために、弁軸に固定された調節弁の両側を、軸受または振れ止め板で保持している制御弁装置の場合、調節弁を開閉する駆動源であるダイヤフラムあるいはソレノイドコイルに連接する弁軸を保持する軸受及び反対側に設けた振れ止め板は、流体通路内に設置される。このため、被制御流体がカーボンあるいは異物を含んでいる場合、振れ止め板の中心ボス部と弁軸との摺動部にカーボンあるいは異物が侵入する。
さらに、振れ止め板の中心ボス部は、流体通路内に構成されているため、袋小路となっており、侵入した異物が排出されにくい。また、被制御流体が高温ガスである場合、袋小路の小さな隙間でガスが冷却されて凝縮水が発生しやすくなり、腐食あるいは侵入した異物の固形化を促進し、安定した弁軸の摺動性を妨げるおそれがあった。
また、弁軸の両端部を剛体状の軸受あるいは振れ止め板で摺動可能に支持する構造では、安定した弁軸の摺動性を確保するためには、軸受と振れ止め板の中心ボス部の同心度が必要になり、高精度の機械加工が要求される。もしくは、高精度の機械加工をしない場合、安定した弁軸の摺動性を確保するために、中心ボス部と弁軸との間を大きくとり、弁軸の支持精度を低下させることによってしか実現が困難であった。
従って、本発明は、被制御流体にカーボンあるいは異物を含む場合でも、弁軸が良好な摺動性を維持することができる制御弁装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、さらに内燃機関の弁軸の直線駆動に対して、安定した同軸位置と保持性能を得ることができる制御弁装置を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明は、ハウジング内部に流体通路を有し、流体通路に流れる被制御流体の流量を調節する調節弁を流体通路内に設け、調節弁を支持する弁軸を設けてこの弁軸を作動させて調節弁を開閉する作動手段を弁軸の一端側に設けている。そして、弁軸を摺動自在に支持する第１の軸受を調節弁の一方側でハウジングに取り付け、調節弁の他方側で保持部材にてハウジングに保持され、弁軸を摺動自在に支持する弾性を有する第２の軸受を備えている。第２の軸受は、弁軸との間の付着物を掻き落とし可能な金属細線で形成され、保持部材には、弁軸の作動方向について、第２の軸受に対して流体通路と反対側に配置され、上記第２の軸受により掻き落とされた付着物を受ける凹部が設けられており、保持部材は、流体通路及び凹部に流通する少なくとも１個の開口穴を有する。このことによって、被制御流体に含まれたカーボンあるいは異物が弁軸と第２の軸受との間に付着した場合でも、小さな摺動抵抗で掻き落としながら弁軸と第２の軸受との間に良好な摺動性を維持することができるとともに、第１の軸受と第２の軸受との間の軸芯のずれを吸収でき、また第２の軸受に高精度の機械加工が不要となり、且つ安定した同軸位置と保持性能を得ることができる。
また、弁軸と第２の軸受の内径部とが弾力的且つ均一な力で接触するので、金属細線の最小の面積で摺動できる。また排気ガス中の広範な分子量成分で構成される粘着性の高いカーボンあるいは異物が弁軸と第２の軸受との間に付着した場合でも、小さな摺動抵抗で掻き落とせることができるできるとともに、第１の軸受と第２の軸受との間の軸芯のずれを吸収でき、また第２の軸受に高精度の機械加工が不要となり、且つ安定した同軸位置と保持性能を得ることができる。さらに、第２の軸受部が流動性がよくなるため、被制御流体が高温ガスである場合でも、ガスが冷却されてできる凝縮水の発生を防ぎ、腐食あるいは侵入した異物の固形化を抑制できる。
また、被制御流体に含まれているカーボンあるいは異物が弁軸と第２の軸受との間に付着した場合でも、第２の軸受で掻き落とされ、凹部に集積させることができる。
また、ほとんどの被制御流体は該開口穴を流通するため、被制御流体中のカーボンあるいは異物が、弁軸と第２の軸受との間に流通する量を低減できる。
また、本発明は、凹部を着脱可能に取り付けられるようにしている。このことによって、凹部に集積された被制御流体中のカーボンあるいは異物を排出できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施の形態１に係る制御弁装置の構成を示す断面図である。
第２図は本発明の実施の形態２に係る制御弁装置の構成を示す断面図である。
第３図は本発明の実施の形態３に係る制御弁装置の構成を示す断面図である。
第４図は第３図の保持部材を示す要部平面図である。
第５図は従来のＥＧＲバルブの概略構成図である。
第６図は第５図のＥＧＲバルブの構成を示す断面図である。
第７図は他の従来のＥＧＲバルブの構成を示す断面図である。
第８図は従来のＩＳＣバルブの構成を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。尚、本発明は制御弁装置、例えばＥＧＲバルブまたはＩＳＣバルブの弁軸に固定された調節弁の両側を、軸受あるいは振れ止め板で保持している構成を有する制御弁装置に関するものである。従い、ＥＧＲバルブあるいはＩＳＣバルブいずれの場合も同様の構成を有するため、ＥＧＲバルブで本発明を以下に説明する。また、第５図のＥＧＲバルブの概略構成図の構成および作用は、本発明においても同様の構成および作用を示す。
第１図は本発明の実施の形態１に係る制御弁装置の構成を示す断面図である。
第１図において、５はＥＧＲバルブで、主として以下の部品で構成される。１０は鋳鉄製のハウジングで、内部に入力ポート１１と出力ポート１２とからなる流体通路１３を有し、被制御流体である排気ガスが流体通路１３に流通する。６は流体通路１３内に設けられ、ハウジング１０の内部に形成されたステンレス製の弁座１４に当接するステンレス製の調節弁で、流体通路１３に流れる被制御流体の流量を調節する。１５は調節弁６に連設されたステンレス製の弁軸で、調節弁６を支持する。７ａはハウジング１０にネジ２３にて取り付けられた金属製のブラケット４０内に、押さえ板２０ａ，２０ｂで挟持されたゴム製のダイヤフラムで、金属製の負圧ケース４１との間で負圧導入管２５を経て負圧室８に導入された負圧力により下方に作用力を受ける。７ｂは金属製の押さえ板４２とダイヤフラム７ａとの間隔を保つための金属製のスペーサ４３によって中央を挟持され、ナット４４でダイヤフラム７ａおよび押さえ板２０ａ，２０ｂと共に締め付け固定されたゴム製のダイヤフラムで、負圧室８と弁軸１５との間をシールする。ダイヤフラム７ｂの外周は、一端がハウジング１０にブラケット４０及び金属製または樹脂製のカバー４７にて挟持されて連結された負圧ケース４１の他端とかしめ固定される。ダイヤフラム７ａと負圧ケース４１との間にはスプリング２６が設けられ、その作用力はダイヤフラム７ａ，７ｂを上方向に押し上げるが、負圧室８に導かれた負圧の大きさに応じてダイヤフラム７ａ，７ｂを下方に作動し、そのため調節弁６が下方に駆動されて調節弁６の開度を変えている。ダイヤフラム７ａ，７ｂ、負圧室８、押さえ板２０ａ，２０ｂ，４２、ナット４４、負圧ケース４１、スペーサ４３、ブラケット４０、カバー４７で調節弁６を開閉する作動手段を構成し、弁軸１５の一端側に設けられる。
１６は調節弁６の一方側でハウジング１０に取り付けられ、弁軸１５を摺動自在に支持するカーボンまたは銅系の燒結金属からなる軸受、１７は軸受１６の下側に設けられたステンレス製のホルダで、流体通路１３を通る排気ガス中に含まれるカーボンあるいは異物の、軸受１６への侵入あるいは軸受１６と摺動関係にある弁軸１５への付着を抑止する。
尚、図示していないが、ホルダ１７内に、ラビリンスパッキン、遮蔽板、金属繊維の詰め物等を設けることにより、流体通路１３を通る排気ガス中に含まれるのカーボンあるいは異物の、軸受１６への侵入あるいは軸受１６と摺動関係にある弁軸１５への付着を抑止するようにしてもよい。
４５は調節弁６の他方側で保持板４６にてハウジング１０に保持された弾性を有する軸受で、弁軸１５を摺動自在に支持する。軸受４５は内径が弁軸１５の外径より少し小さめで、外径が後述のボス４６ａの内径より少し大きめの、且つ弾性を有するように例えば線径が０．１５ｍｍのステンレスの１本の金属細線を編組し、ロール状に巻き上げて円筒状に形成している。また、保持板４６はステンレス製であり、その中心に軸受４５を保持するボス４６ａを形成し、ボス４６ａの反対側に弁軸１５の外径より大きい径を有する凹部４６ｂを形成している。保持板４６ｃは内径が弁軸１５の外径より大きく、外径がボス４６ａの内径より少し大きめで、ボス４６ａの内側に軸受４５を嵌挿後、圧入もしくはボス４６ａの内径上端面をかしめることで固定される。
このように構成することによって、軸受４５は保持板４６にて保持されることにより、弁軸１５と軸受４５の内径部とが弾力的且つ均一な力で接触するので、弁軸１５を金属細線の最小の面積で摺動且つ支持できる。また、排気ガス中の広範な分子量成分で構成される粘着性の高いカーボンあるいは異物が弁軸１５に付着しても、小さな摺動抵抗で掻き落として凹部４６ｂに集積させることができる。また、軸受４５が金属細線で形成されているので、流通性がよくなるため、被制御流体が高温ガスである場合でも、ガスが冷却されてできる凝縮水の発生を防ぎ、腐食あるいは侵入した異物の固形化を抑制できる。
さらに、弁軸１５の両端を摺動自在に支持するに際し、一方を剛体の軸受１６で支持し、他方を金属細線で形成した弾性体の軸受４５で弾力的且つ均一な力で支持しているので、軸受１６と軸受４５との間の軸芯のずれを吸収できる。また弁軸１５と軸受４６との間に摺動のための隙間を設ける必要のないことから、軸受４５に高精度の機械加工が不要となり、且つ安定した同軸位置と保持性能を得ることができる。
なお、上記の実施の形態では、軸受４５を金属細線で編組しロール状に巻き上げて円筒状に形成しているが、金属細線の不織り成形体に構成してもよく、同様の効果が得られる。
次に本発明の他の実施の形態に係る制御弁装置について、第２図を用いて説明する。
第２図は本発明の実施の形態２に係る制御弁装置の構成を示す断面図である。
第２図で使用した符号のうち、第２で使用した符号と同一のものは、同一または相当品を示す。第２図において第１図と異なるところは、ステンレス製の５０ａ，５０ｂ，５０ｃからなる保持板５０の構成のみである。保持板５０ａはその中心に弁軸１５の外径より大きい径の開口穴を有し、且つ軸受４５の外径より小さい径を有するボス５０ｄを形成し、ボス５０ｄの外周周縁部よりも外側に１個以上の開口穴５０ｅを有している。保持板５０ｂはその中心に弁軸１５の外径より大きい径の開口穴を有し、且つ保持板５０ａの開口穴５０ｅと同じ位置に、開口穴５０ｅと同等の大きさの開口穴５０ｆを有している。保持板５０ｃはその中心に開口穴５０ｅ，５０ｆを塞がないような凹部５０ｇを有し、ネジ５１でハウジング１０に取り付けられている。
このように構成することによって、上記実施の形態１と同様な作用効果を奏する。即ち、軸受４５は保持板５０にて保持されることにより、弁軸１５と軸受４５の内径部とが弾力的且つ均一な力で接触するので、弁軸１５を金属細線の最小の面積で摺動且つ支持できる。また、排気ガス中の広範な分子量成分で構成される粘着性の高いカーボンあるいは異物が弁軸１５に付着しても、小さな摺動抵抗で掻き落として凹部５０ｇに集積させることができる。また、軸受４５が金属細線で形成されているので、流通性がよくなるため、被制御流体が高温ガスである場合でも、ガスが冷却されてできる凝縮水の発生を防ぎ、腐食あるいは侵入した異物の固形化を抑制できる。この結果、被制御流体にカーボンあるいは異物を含む場合でも、弁軸１５が良好な摺動性を維持することができる弁制御装置を提供できる。また、弁軸１５の両端を摺動自在に支持するに際し、一方を剛体の軸受１６で支持し、他方を金属細線で形成した弾性体の軸受４５で弾力的且つ均一な力で支持しているので、軸受１６と軸受４５との間の軸芯のずれを吸収でき、また弁軸１５と軸受４５との間に摺動のための隙間を設ける必要のないことから、軸受４５に高精度の機械加工が不要となり、且つ安定した同軸位置と保持性能を得ることができる。
さらに、開口穴５０ｅ，５０ｆを有し、該開口穴５０ｅ，５０ｆを塞がないような凹部５０ｇを設けているので、ほとんどの排気ガスが該開口穴５０ｅ，５０ｆを流通するため、軸受４５を流通する排気ガス中に含まれるカーボンあるいは異物の量を低減できる。また、凹部５０ｇに集積された異物を、ネジ５１及び保持板５０ｃを取り外すことにより、排出できる。
また、第３図は本発明の他の実施の形態３に係る制御弁装置の構成を示す断面図である。第４図は第３図の保持部材を示す要部平面図である。
第３図で使用した符号のうち、第２図で使用した符号と同一のものは、同一または相当品を示す。第３図において第２図と異なるところは、ステンレス製の６０ａ，６０ｂ，６０ｃからなる保持板６０の構成のみである。保持板６０ａはその中心に弁軸１７の外径より大きい径の開口穴を有し、且つ軸受４５の外径より小さい径を有するボス６０ｄを形成し、ボス６０ｄの外周周縁部より外側に、第４図に示すように１個以上の開口穴６０ｅを有している。保持板６０ｂはその中心に弁軸１７の外径より大きい径の開口穴を有し、且つ保持板６０ａの開口穴６０ｅの内側より小さな円盤状とし、その外周端に開口穴６０ｅの内側を把持するような複数の爪部６０ｆを設け、爪部６０ｆの先端を折り曲げかしめて固定している。保持板６０ｃはその中心に開口穴６０ｅを塞がないような凹部６０ｇを有している。
このように構成することによって、上記実施の形態２と同様な作用効果を奏する。即ち、軸受４５は保持板６０にて保持されることにより、弁軸１５と軸受４５の内径部とが弾力的且つ均一な力で接触するので、弁軸１５を金属細線の最小の面積で摺動且つ支持できる。また、排気ガス中の広範な分子量成分で構成される粘着性の高いカーボンあるいは異物が弁軸１５に付着しても、小さな摺動抵抗で掻き落として凹部６０ｇに集積させることができる。また、軸受４５が金属細線で形成されているので、流通性がよいため、被制御流体が高温ガスである場合でも、ガスが冷却されてできる凝縮水の発生を防ぎ、腐食あるいは侵入した異物の固形化を抑制できる。この結果、被制御流体にカーボンあるいは異物を含む場合でも、弁軸１７が良好な摺動性を維持することができる弁制御装置を提供できる。また、弁軸１５の両端を摺動自在に支持するに際し、一方を剛体の軸受１６で支持し、他方を金属細線で形成した弾性体の軸受４５で弾力的且つ均一な力で支持しているので、軸受１６と軸受４５との間のずれを吸収でき、また弁軸１５と軸受４５との間に摺動のための隙間を設ける必要のないことから、軸受４５に高精度の機械加工が不要となり、且つ安定した同軸位置と保持性能を得ることができる。また、開口穴６０ｅを有し、該開口穴６０ｅを塞がないような凹部６０ｇを設けているので、ほとんどの排気ガスが該開口穴６０ｅを流通するため、軸受４５を流通する排気ガス中に含まれるカーボンあるいは異物の量を低減できる。また、凹部６０ｇに集積された異物を、ネジ５１及び保持板６０ｃを取り外すことにより、排出できる。
さらに、実施の形態２の場合、ハウジング１０に保持板５０を組み立てるとき、保持板５０ａに軸受４５を嵌挿後，保持板５０ｂを組み立てる工程となるのに対して、実施の形態３の場合、ハウジング１０に保持板６０を組み立てる前に、軸受４５を保持板６０ａ，６０ｂに予備組み付けすることができ、金属細線の成形体である軸受４５の搬送あるいは取り扱いするときの注意を軽減することによって、組み立て性が改善できると共に、軽量化できる。
尚、上記実施の形態では、調節弁６の両側に軸受１６，４５を設けているが、調節弁６の片側のみに軸受１６，４５を設けてもよく、同様の作用効果を奏する。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる弁制御装置は、被制御流体にカーボンあるいは異物を含む場合でも、弁軸が良好な摺動性を維持することができる制御弁装置として、ＥＧＲバルブ、あるいはＩＳＣバルブに用いるのに適している。

Claims

内部に流体通路を有するハウジング、
上記流体通路内に設けられ、上記流体通路に流れる被制御流体の流量を調節する調節弁、
上記調節弁を支持する弁軸、
上記弁軸の一端側に設けられ、上記弁軸を作動させて上記調節弁を開閉する作動手段、
上記調節弁の一方側で上記ハウジングに取り付けられ、上記弁軸を摺動自在に支持する第１の軸受、
上記調節弁の他方側で保持部材にて上記ハウジングに保持され、上記弁軸を摺動自在に支持する弾性を有する第２の軸受
を備え、
上記第２の軸受は、上記弁軸との間の付着物を掻き落とし可能な金属細線で形成され、
上記保持部材には、上記弁軸の作動方向について、上記第２の軸受に対して上記流体通路と反対側に配置され、上記第２の軸受により掻き落とされた上記付着物を受ける凹部が設けられており、
上記保持部材は、上記流体通路及び上記凹部に流通する少なくとも１個の開口穴を有することを特徴とする制御弁装置。
凹部を着脱可能に取り付けられるようにしたことを特徴とする請求項１記載の制御弁装置。