JP5447309B2 - 流体制御弁 - Google Patents
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Description
従来より、自動車等の車両には、内燃機関(エンジン)に供給する吸入空気の流量を、スロットルボディの吸気通路内に回転可能に配置されたスロットルバルブの開閉動作により調整(制御)するモータ駆動式スロットル装置が搭載されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
特許文献1に記載のモータ駆動式スロットル装置は、歯車機構を介して、モータのトルクをスロットルシャフトに伝えるように構成されている。スロットルシャフトの両端には、スロットルバルブおよびスロットルギヤが固定されている。そして、スロットルシャフトの軸周りには、スプリングが保持されている。
スプリングは、スロットルギヤとスロットルボディとの間に配置されている。そして、径の小さい方のスプリング部を、径の大きい方のスプリング部の内側に入り込ませて軸方向にオーバーラップさせた、2重巻きスプリング構造となっている。
そして、径の大きいリターンスプリングと径の小さいデフォルトスプリングの内側となる位置に磁気センサを配置している。
また、スプリングは、径の大きいリターンスプリングと径の小さいデフォルトスプリングが、スプリングフック部で形成される接続腕部により連続した1本のピアノ線から構成されている。
スプリングフック部は、デフォルトスプリングの短部から半径方向外側に伸びる長い接続腕部と、屈曲部を挟んでリターンスプリングに接続される短い接続腕部とから構成されている。そして、長い接続腕部は、スロットルギヤに樹脂モールドされた係合端面(平面部の端面)に当接する。
そして、スロットルシャフトの最終平歯車側には、スロットルシャフトを囲むようにスプリングが設けられている。このスプリングは、第1のばね部と、第2のばね部と、第1のばね部と第2のばね部とを繋ぐU字形状の繋ぎ部とから構成されている。
そして、第1のばね部の第1の端部および第2のばね部の第2の端部は、スロットルボディに取り付けられ、また、繋ぎ部は最終平歯車に固定されている。また、第1のばね部の座面(スプリングの軸方向端面)とスロットルボディの平面部との間には空隙が形成されている。また、第2のばね部の座面(スプリングの軸方向端面)と最終平歯車の平面部の端面との間には空隙が形成されている。
ところが、特許文献1に記載のモータ駆動式スロットル装置においては、スプリングのスプリングフック部を構成する長い接続腕部(スプリング端面)が、スロットルギヤの平面部の端面に摺動接触するように構成されている。これにより、モータのトルクによりスロットルギヤが駆動される際に、スプリングとスロットルギヤとの間の摩擦による摺動ロス(ヒステリシス)が大きくなる。したがって、モータ負荷が増加するので、電力消費量の増加を招く。
また、スプリングの軸方向端面が保持されていないので、スプリングの挙動が不安定となり、スロットルギヤに対するスプリングの摩擦力がバラツク可能性がある。この場合、スプリング特性が複雑に変化し、スロットルバルブ、スロットルシャフト、スロットルギヤの動作が不安定となる。
これによって、バルブの開閉動作時におけるモータ負荷を低減できるので、電力消費量を抑えることができる。また、スプリングのヒステリシスを低減できるので、少ない電力消費量でバルブを開閉動作させることができる。
また、最終ギヤのスプリング座部は、スプリングのコイル端面側に向かって突出する複数の凸部を有している。
また、最終ギヤのスプリング座部(およびギヤ接触平面部)を、最終ギヤの最大回転角度(歯形成部の回転方向の寸法:歯形成角度)に余裕代を考慮した角度(約180°)に設けている。このスプリング座部に、スプリングのコイル端面の一部が接触する複数の凸部を設けることにより、バルブの開閉動作時におけるスプリングの姿勢を安定化させることができるので、スプリング特性やバルブの開閉動作を安定させることができる。
請求項3に記載の発明によれば、複数の凹部は、所定の間隔(例えば最終ギヤとスプリングとの間の摺動ロスを低減することが可能な間隔、あるいは最終ギヤとスプリングとの接触面積を現状よりも低減することが可能な間隔)で設置されている。
請求項4に記載の発明によれば、最終ギヤのスプリング座部は、複数の凹部の回転方向の両側、および隣設する2つの凹部間に設けられている。
これによって、最終ギヤとスプリングとの間の摩擦力および摺動ロスを低減することができる。また、スプリングのヒステリシスを低減できる。
請求項6に記載の発明によれば、最終ギヤのスプリング座部に、スプリングのコイル端面の一部が接触する複数の凸部を設け、これらの凸部を、スプリングの倒れ込みを防止することが可能な間隔で設置することにより、バルブの開閉動作時におけるスプリングの姿勢を安定化させてスプリング特性やバルブの開閉動作を安定させることができる。
請求項7に記載の発明によれば、複数の凸部は、多角形状の断面または部分円形状の断面を有している。特に、最終ギヤのスプリング座部に設けられる複数の凸部の、スプリングのコイル端面との接触面を、スプリングの倒れ込みが防止可能で、且つ摺動抵抗をより少なくすることが可能な球面形状としても良い。
これによって、バルブの開閉動作時におけるスプリングの姿勢を安定化させることができるので、スプリング特性やバルブの開閉動作を安定させることができる。
請求項8に記載の発明によれば、スプリングのコイル(全てのコイル線間)が、ピッチ巻きのみによって形成されている。これにより、スプリングのコイル線間が密着し難く、コイル線間の摩擦を低減することができる。また、スプリング特性が変化せず、バルブの開閉動作が不安定とならない。
なお、ハウジングの第1係止溝の溝深さは、スプリングのコイル線間が軸方向において密着しない寸法に設定しておく。
なお、ハウジングの第1ブロックおよび最終ギヤの第2ブロックの外径寸法は、最終ギヤが最大回転角度分だけ回転し、スプリングのコイルが回転方向に捩じられた際の、スプリングのコイル内径収縮寸法を考慮して設計されている。これにより、ハウジングの第1ブロックおよび最終ギヤの第2ブロックに対するスプリングの摺動抵抗を低減してモータ負荷を減らし、電力消費量を抑えることができる。
請求項13に記載の発明によれば、最終ギヤのスプリング座部を、ボス部と歯形成部とを最終ギヤの径方向に連結する連結部を設けている。これにより、最終ギヤのボス部よりも径方向の外周側、且つ最終ギヤの歯形成部よりも径方向の内周側に、スプリングのコイル端面の一部が接触するスプリング座部が設けられる。
本発明は、最終ギヤとスプリングとの間の摩擦力および摺動ロスを低減するという目的、また、スプリングの姿勢を安定化させてスプリング特性やバルブの開閉動作を安定させるという目的を、スプリングのコイル端面の一部を、最終ギヤのスプリング座部である複数の凸部(径方向に延びる突条リブ)に部分的に接触させることで実現した。
図1ないし図5は本発明の実施例1を示したもので、図1はEGRガス流量制御弁(EGRV)を示した図で、図2はギヤハウジングを示した図で、図3(b)はハウジングと最終ギヤとの間にスプリングを巻装した状態を示した図で、図3(c)はスプリングを示した図である。
吸気管の内部には、エンジンの各気筒毎の燃焼室に吸入空気を供給するための吸気通路が形成されている。吸気管は、排気通路から導入されたEGRガスを、エアクリーナで濾過された清浄な外気(新規吸入空気:新気)に合流させるEGRガス合流部を備えている。
排気管の内部には、エンジンの各気筒毎の燃焼室より流出する排気ガスを排気浄化装置を経由して外部に排出するための排気通路が形成されている。排気管は、EGRガスをEGRシステムへ分岐させるEGRガス分岐部を備えている。
EGRガスパイプは、エンジンの排気ガスを排気通路(EGRガス分岐部)から吸気通路(EGRガス合流部)へ還流させる排気ガス還流管である。このEGRガスパイプの内部には、排気ガス流路(EGRガス流路)が形成されている。
ハウジング1には、円筒状のノズル2の周囲を円周方向に取り囲むと共に、ノズル2の外周を嵌合保持する円筒状のノズル嵌合部が設けられている。
ノズル2は、ハウジング1のノズル嵌合部の内周に圧入固定されている。なお、ハウジング1およびノズル2の内部には、EGRガス流路9、10が形成されている。
EGRガス流路9、10は、排気管のEGRガス分岐部から吸気管のEGRガス合流部へEGRガスを還流させる排気ガス流路(流体流路、ハウジング1の内部流路)である。このEGRガス流路9、10は、エンジンの各気筒毎の燃焼室に連通している。
ハウジング1は、EGRガス流路9、10よりもEGRガス流方向の下流側に、エンジンの吸気通路(EGRガス合流部)へEGRガスを導出するためのEGRガス導出ポート(EGRV出口ポート)11を有している。このEGRガス導出ポート11は、ハウジング1の下流側結合端面で開口している。
なお、軸受孔13の孔壁面に、内部に侵入した排気ガス中に含まれる不純物(燃焼残滓やカーボン等の微粒子)を、例えば吸気負圧を利用してバルブ3よりもEGRガス流方向の下流側のEGRガス流路(または吸気通路)に戻すための連通孔14が形成されていても良い。
また、ハウジング1に、例えばハウジング1の軸受孔13および軸受部の周囲に形成される冷却水流路15にエンジン冷却水を流入させるための冷却水パイプ(図示せず)が接続されていても良い。
ブッシング16は、例えば銅や鉄等の金属を焼結した焼結部品または焼結含油軸受(軸受部材)であって、円筒形状に形成されている。ここで、ブッシング16は、ハウジング1の軸受保持部12の内周(軸受孔13の孔壁面)に圧入固定されている。
オイルシール17は、例えばゴムシールであって、円環形状に形成されている。ここで、オイルシール17の外周部は、ハウジング1の軸受保持部12の内周(軸受孔13の孔壁面)に圧入固定されている。
ボールベアリング18は、外輪の内周面と内輪の外周面に環状凹溝を設け、この軌道面を転がるボール(転動体)のころがり摩擦により作動する軸受部材であって、円筒形状に形成されている。ここで、ボールベアリング18の外輪は、軸受保持部12の第1ボス部の内周(軸受孔13の孔壁面)に圧入固定されている。また、ボールベアリング18の内輪は、シャフト4の外周に圧入固定されている。
なお、ハウジング1の詳細は後述する。
ここで、バルブ3の全閉位置とは、ハウジング1の流路壁面、つまりノズル2の内径面とバルブ3の外周端面との間の隙間が最小となる位置で、且つEGRガス流路9、10を流れるEGRガスの流量(EGRガス量)が最小となるバルブ開度のことである。また、バルブ3の全開位置とは、ノズル2の内径面とバルブ3の外周端面との間の隙間が最大となる位置で、且つEGRガス流路9、10を流れるEGRガス量が最大となるバルブ開度のことである。
したがって、本実施例のEGRVは、バルブ3の閉弁時に、バルブ3のシールリング溝21に嵌め込まれたシールリング22の軸線方向に対して直交する径方向(拡径方向)の張力を利用して、バルブ3の外周端面とノズル2の内径面(バルブシート面)との間の隙間を密閉(シール)するように構成されている。
シャフト4は、ハウジング1の軸受孔13を貫通して回転軸方向に延びる軸方向部を有している。この軸方向部は、ハウジング1の軸受孔13の内部に挿入されている。
シャフト4の回転軸方向の一端部には、ハウジング1の軸受保持部12の開口端面からEGRガス流路9、10の内部に向かって突出する第1突出部が設けられている。なお、第1突出部には、バルブ3が溶接固定されている。
また、シャフト4の回転軸方向の他端部には、ハウジング1の軸受保持部12の開口端面から減速ギヤ収納空間の内部に向かって突出する第2突出部が設けられている。なお、第2突出部には、最終ギヤ5と結合するためのバルブギヤプレート23が固定されている。
電動アクチュエータは、バルブ3を開弁方向または閉弁方向に駆動する電動モータMと、この電動モータMの回転を2段減速する減速機構(動力伝達機構)と、EGRVのバルブ開度(バルブ3の回転角度)を検出するバルブ開度センサと、これらの各構成部品を収容するアクチュエータケースとを備えている。
アクチュエータケースは、電動モータMを収容保持するモータハウジング24と、減速機構を回転自在に収容するギヤハウジング25と、このギヤハウジング25の開口部を塞ぐセンサカバー(蓋体)26とを備えている。
モータハウジング24およびギヤハウジング25は、ハウジング1の外壁部に一体的に形成されている。また、センサカバー26は、電気絶縁性に優れる合成樹脂によって形成されている。
電動モータMは、電力の供給を受けて駆動力(トルク)を発生する動力源であって、ECUによって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。
モータ駆動回路は、ECUのマイクロコンピュータより与えられる出力信号(例えばPWM信号のデューティ比)に対応して電動モータMへの供給電力(モータ駆動電流またはモータ印加電圧)を可変制御する。
2つの第1、第2支持軸は、互いに並列配置されている。また、3つの減速ギヤは、ギヤハウジング25の減速ギヤ収納空間内において回転自在に収容されている。
第1支持軸とは、ギヤハウジング25の嵌合孔に打ち込まれてギヤハウジング25の嵌合部に圧入固定された中間ギヤシャフト27のことである。この中間ギヤシャフト27の外周には、中間ギヤが回転自在に支持されている。
第2支持軸とは、ハウジング1のギヤハウジング25の底面で開口する軸受孔13より突出するシャフト4のことである。このシャフト4の外周には、最終ギヤ5が固定されている。
中間ギヤは、金属または合成樹脂によって形成されている。このピニオンギヤは、中間ギヤシャフト27の外周に回転自在に嵌め合わされている。また、ピニオンギヤは、中間ギヤシャフト27の周囲を周方向に取り囲むように設置された円筒状のボス部を有している。このボス部の外周には、円環状の最大外径部(径大部)が一体的に形成されている。 中間ギヤの径大部の外周には、ピニオンギヤの凸状歯と噛み合う複数の凸状歯(中間大径ギヤ歯)が周方向全体に形成(列設)されている。また、ボス部(径小部)の外周には、最終ギヤ5と噛み合う複数の凸状歯(中間小径ギヤ歯)が周方向全体に形成(列設)されている。
歯形成部33の回転方向の全開側には、第1ギヤ端面部が設けられている。また、歯形成部33の回転方向の全閉側には、第2ギヤ端面部が設けられている。また、歯形成部33の外周には、中間ギヤの径小部の凸状歯と噛み合う複数の凸状歯(扇状の最終ギヤ歯)35が所定の角度分だけ扇状に形成されている。
歯形成部33は、第1ギヤ端面部から第2ギヤ端面部に至るまでの最終ギヤ5の最大回転角度分だけ設けられている。また、第2ボス部32の周囲には、歯形成部33以外に部分円筒状の中径部36が設けられている。この中径部36には、スプリング6の第2コイル端部のコイル端面との間に所定の隙間を隔てて対向する円弧状の対向面が形成されている。
なお、最終ギヤ5の詳細は後述する。
バルブ開度センサは、最終ギヤ5の内周部に取り付けられる一対のマグネット(永久磁石)37と、センサカバー26のセンサ搭載部に取り付けられるホールIC38とを備え、マグネット37の回転角度に対するホールIC38の出力変化特性を利用してバルブ3の回転角度を検出する非接触式の回転角度検出装置である。
なお、ホールIC38の代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用しても良い。
ECUには、制御処理、演算処理を行うCPU、各種プログラムおよび各種データを保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。このECUは、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、バルブ開度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等の各種センサからのセンサ出力信号が、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
また、マイクロコンピュータは、バルブ開度センサより出力されるセンサ出力信号(EGRV開度信号)に基づいて、エンジンの吸気管に還流するEGRガス量を計測(算出)し、この算出したEGRガス量を各種エンジン制御(例えばスロットルバルブの開度制御:スロットル開度制御)に使用する。
マイクロコンピュータは、エンジンの運転状況(例えばエアフロメータのAFM信号から測定された吸入空気量)に対応して目標EGRV開度を決定し、バルブ開度センサのEGRV開度信号から測定されたEGRV開度と目標EGRV開度との偏差がなくなるように、電動モータMを駆動するモータ駆動回路に与えるPWM信号のデューティ比に対して、PID制御(比例積分微分制御)によりフィードバック制御を行うように構成されている。
コイル40は、ピッチ巻きのみによって形成されている。コイル40の軸方向の一端側(ハウジング側)には、ギヤハウジング25のスプリング座部に接触する円環状の第1コイル端部41が設けられている。また、コイル40の軸方向の他端側(最終ギヤ側)には、最終ギヤ5の連結部34に設けられるスプリング座部(後述する)に接触する円環状の第2コイル端部42が設けられている。
第1フック43は、コイル40の第1コイル端部41の末端部分を半径方向の外部側に折り曲げた第1屈曲部45から第1コイル端部41の半径方向の外部側に向けて真っ直ぐに延びる第1コイル端末部である。この第1フック43は、ハウジング1に設けられる第1係止溝53に挿入されて第1係止部51に保持されている。
第2フック44は、コイル40の第2コイル端部42の末端部分を半径方向の外部側に折り曲げた第2屈曲部46から第2コイル端部42の半径方向の外部側に向けて真っ直ぐに延びる第2コイル端末部である。この第2フック44は、最終ギヤ5に設けられる第2係止溝54に挿入されて第2係止部52に保持されている。
ハウジング1は、ブッシング16、オイルシール17およびボールベアリング18等の軸受部を保持する軸受保持部12を備えている。この軸受保持部12は、内部に軸受孔13が形成された円筒状の第1ボス部(第1ブロック)31を有している。この第1ボス部31は、ハウジング1の外壁面であるギヤハウジング25の底面から減速ギヤ収納空間内に突出するように設けられている。
そして、第1ボス部31は、軸受部(特にボールベアリング18等)を介して、シャフト4を回転自在に軸支している。また、第1ボス部31の外径は、スプリング6のコイル内径よりも小さい寸法に設定されている。そして、第1ボス部31の外周部は、スプリング6のコイル内径をガイド(保持)するスプリング内周ガイドとしての機能を有している。
但し、ハウジング1の第1ボス部31の外径寸法は、最終ギヤ5が最大回転角度分だけ回転し、スプリング6が回転方向に捩じられた際の、スプリング6のコイル内径収縮寸法を考慮して設計する。
そして、第2ボス部32の外径は、スプリング6のコイル内径よりも小さい寸法に設定されている。そして、第2ボス部32の外周部は、スプリング6のコイル内径をガイド(保持)するスプリング内周ガイドとしての機能を有している。
但し、最終ギヤ5の第2ボス部32の外径寸法は、最終ギヤ5が最大回転角度分だけ回転し、スプリング6が回転方向に捩じられた際の、スプリング6のコイル内径収縮寸法を考慮して設計する。
第1係止部51は、ハウジング1の外壁面であるギヤハウジング25の底面から最終ギヤ5側に突出するブロック(フック、突出壁)である。この第1係止部51には、スプリング6の第1フック43を保持する第1係止溝53が形成されている。この第1係止溝53の溝幅は、スプリング6のコイル線径(例えばφ1.6mm)に余裕代(例えば0.3mm)を考慮した寸法に設定されている。また、第1係止溝53の溝深さは、スプリング6のコイル線間が軸方向において密着しない寸法に設定されている。
最終ギヤ5の中径部36の外周部には、全閉ストッパ56が設けられている。この全閉ストッパ56は、バルブ3が全閉位置まで閉弁方向に回転動作した際に、ハウジング1に一体的に形成されたブロック状の全閉ストッパ57に当接して係止される。すなわち、最終ギヤ5の全閉ストッパ56が、ハウジング1の全閉ストッパ57に当接した際に、バルブ3、シャフト4および最終ギヤ5のこれ以上の閉弁方向への回転動作が規制される。
複数の第1〜第3凹部61は、シャフト4の回転軸を中心とする円弧状の凹溝である。これらの第1〜第3凹部61の各々の奥側には、スプリング6の第2コイル端部42のコイル端面との間に所定の隙間を隔てて対向する底面(対向面)が形成されている。
また、複数の第1〜第3凹部61は、所定の間隔(例えば最終ギヤ5とスプリング6との間の摺動ロスを低減することが可能な間隔)で設置されている。あるいは複数の第1〜第3凹部61の間隔を、最終ギヤ5とスプリング6との接触面積を現状の製品(例えば最終ギヤ5とスプリング6との接触面積)よりも低減することが可能な間隔に設定しても良い。
ここで、スプリング座部およびギヤ接触平面部63は、最終ギヤ5の最大回転角度(歯形成部33の回転方向の寸法:歯形成角度)に余裕代を考慮した角度(約180°)に設けられている。
なお、最終ギヤ5のスプリング座部に設けられる複数の第1〜第4突条リブ62の、スプリング6の第2コイル端部42のコイル端面との接触面を、スプリング6の倒れ込みが防止可能で、且つ摺動抵抗をより少なくすることが可能な球面形状としても良い。
次に、本実施例のEGRガス流量制御弁(EGRV)の作動を図1ないし図5に基づいて簡単に説明する。
次に、EGRVのバルブ3を所定のバルブ開度以上に開弁するように開弁作動させる場合には、先ずECUがエンジンの運転状況(運転状態)に対応して設定される制御目標値(目標EGRV開度)を演算する。そして、電動モータMに電力を供給し、電動モータMのモータシャフトを開弁作動方向に回転させる。これにより、電動モータMの駆動力(モータトルク)が、ピニオンギヤ、中間ギヤおよび最終ギヤ5に伝達される。そして、最終ギヤ5からモータトルクが伝達されたシャフト4が、最終ギヤ5の回転に伴って所定の回転角度(バルブ開度)だけ開弁作動方向に回転する。
これにより、エンジンの各気筒毎の燃焼室より流出した排気ガスの一部であるEGRガスが、排気管内に形成される排気通路(EGRガス分岐部)から、排気管側のEGRガスパイプの内部(EGRガス流路)→EGRVのハウジング1の内部流路(EGRガス導入ポート8→EGRガス流路9、10→EGRガス導出ポート11)→吸気管側のEGRガスパイプの内部(EGRガス流路)を経由して、吸気管内に形成される吸気通路(EGRガス合流部)に再循環される。すなわち、EGRガスがエンジンの各気筒毎の吸気ポートおよび燃焼室に供給される新気に混入される。
これによって、排気ガス中に含まれる有害物質(例えば窒素酸化物:NOx)が低減される。
このとき、バルブ3のシールリング溝21に装着されたシールリング22の摺動面が、シールリング自体の拡径方向の張力によってノズル2の内径面(バルブシート面)に張り付くため、シールリング22の摺動面がノズル2の内径面に密着する。
したがって、ノズル2の内径面とバルブ3の外周端面(シールリング22の摺動面)との間が完全に密着シールされる。これにより、バルブ3が全閉した際(バルブ3の全閉時)におけるEGRガスの洩れが確実に抑止されるため、EGRガスが新気に混入しなくなる。
ここで、本実施例の最終ギヤ5を備えたモータ駆動式のEGRVと、比較例の最終ギヤ100を備えたモータ駆動式のEGRVのヒステリシス低減効果(実測データ)について調査した実験を説明する。
比較例の最終ギヤ100は、図3(a)および図6(a)に示したように、スプリング6の第2コイル端部42のコイル端面全体が接触平面部101に接触するように構成されている。
一方、本実施例の最終ギヤ5は、上述したように、スプリング6の第2コイル端部42のコイル端面との間に隙間が形成される複数の第1〜第3凹部61を有し、且つスプリング6の第2コイル端部42のコイル端面の一部がスプリング座部(複数の第1〜第4突条リブ62)に接触するように構成されている。
同様に、比較例の最終ギヤ100を備えたモータ駆動式のEGRVの電動モータMに供給するモータ駆動電流を変化させ、EGRVのバルブ3の開度(バルブ開度)が使用初期と耐久後との間でどのように変化するかについて調査し、その実測データを図6の特性図に示した。
なお、耐久後の実測データは、電動モータMに流れるモータ駆動電流の値を最小値(ゼロ)から徐々に増やして最大値まで上げ、次に、電動モータMに流れるモータ駆動電流の値を最大値から徐々に減らして最小値まで下げる行程を1サイクル行った後の実測値を示している。
但し、図5および図6に示した実線は使用初期の特性線で、一点鎖線は耐久後の特性線である。また、図5中に初期ヒステリシスHi、耐久後ヒステリシスHdを示した。また、図6中に初期ヒステリシスHi’、耐久後ヒステリシスHd’を示した。
すると、本実施例の最終ギヤ5を備えたEGRVが、比較例の最終ギヤ100を備えたEGRVと比べて、小さい電流値でバルブ3が開弁を開始すると共に、耐久後のヒステリシスが小さいことが分かる(Hd<Hd’)。
すなわち、本実施例のEGRVは、比較例のEGRVと比べて、使用初期(から耐久後に至るまでの期間)における最終ギヤ5とスプリング6との接触面積が小さいので、最終ギヤ5が摩耗する面積が狭くなる。このため、最終ギヤ5に対するスプリング6の摩擦力および最終ギヤ5とスプリング6との間の摺動ロスが少ない。これにより、耐久後の場合でも、最終ギヤ5に対するスプリング6の摺動抵抗があまり変化せず、小さい電流値であっても素早く開弁できる。
すると、本実施例の最終ギヤ5を備えたEGRVが、比較例の最終ギヤ100を備えたEGRVと比べて、早く閉弁を開始する。つまり本実施例のEGRVが、比較例のEGRVと比べて、耐久後のヒステリシスが小さいことが分かる。
これは、上記と同様に耐久後における、比較例のEGRVの最終ギヤ100とスプリング6との摺動抵抗および摩擦力が、本実施例のEGRVと比べて非常に大きく、モータ駆動電流の電流値をより下げないと、閉弁を開始しない。つまり耐久後のヒステリシスが大きくなる。したがって、本実施例のEGRVは、比較例のEGRVと比べて、小さい電流値でバルブ3を開閉できるので、電流消費量が少なくて済む。
これによって、EGRVのバルブ3の開閉動作時におけるモータ負荷を低減できるので、電力消費量を抑えることができる。また、スプリング6のヒステリシスを低減できるので、少ない電力消費量でバルブ3を開閉動作させることができる。
また、スプリング6のコイル(全てのコイル線間)40が、コイル線間の摩擦低減のためのピッチ巻きとされている。これにより、スプリング6のコイル線間が密着し難く、コイル線間の摩擦を低減することができる。また、スプリング特性が変化せず、EGRVのバルブ3の開閉動作が不安定とならない。
そして、2つの第1、第2係止溝53、54の溝幅は、スプリング6のコイル線径(例えばφ1.6mm)に余裕代(例えば0.3mm)を考慮した寸法に設定(設計)されている。また、2つの第1、第2係止溝53、54の溝深さは、スプリング6のコイル線間が軸方向において密着しない寸法に設定(設計)されている。
また、2つの第1、第2フック43、44の回転方向、軸方向の移動を規制することができるので、最終ギヤ5に対して、EGRVのバルブ3を閉じる側に付勢する荷重(スプリングトルク)が設計通りのものとなり、スプリング特性が変化せず、EGRVのバルブ3の開閉動作が不安定とならない。
本実施例では、ハウジング1のノズル嵌合部の内周にノズル2を嵌合保持し、更にノズル2内にバルブ3を開閉自在に収容しているが、ハウジング1の円筒部のバルブ収容部内に直接バルブ3を開閉自在に収容しても良い。この場合には、ノズル2は不要となり、部品点数や組付工数を削減できる。
本実施例では、EGRガスパイプの途中にEGRVが設置されているが、EGRガスパイプの途中、例えばEGRVよりもEGRガス流方向の上流側または下流側に、内燃機関の排気ガス(EGRガス)を冷却するEGRクーラが設置されていても良い。
なお、複数の第1〜第3凹部61、複数の第1〜第4突条リブ62およびギヤ接触平面部63は、スプリング6の姿勢を安定化させる効果と、最終ギヤ5とスプリング6との間の摩擦力および摺動ロス(ヒステリシス)を低減できる効果とを両立することが可能な個数および間隔に任意に設定することができる。
1 EGRガス流量制御弁(EGRV)のハウジング
3 EGRガス流量制御弁(EGRV)のバルブ
4 EGRガス流量制御弁(EGRV)のシャフト
5 最終ギヤ(バルブギヤ)
6 スプリング
9 EGRガス流路(流体流路)
10 EGRガス流路(流体流路)
31 ハウジングの第1ボス部(第1ブロック)
32 最終ギヤの第2ボス部(第2ブロック)
33 最終ギヤの歯形成部
34 最終ギヤの連結部
35 最終ギヤの凸状歯
40 スプリングのコイル
41 スプリングの第1コイル端部
42 スプリングの第2コイル端部
43 スプリングの第1フック(第1コイル端末部)
44 スプリングの第2フック(第2コイル端末部)
53 ハウジングの第1係止部
54 最終ギヤの第2係止部
61 第1〜第3凹部
62 第1〜第4突条リブ(凸部、スプリング座部)
63 ギヤ接触平面部(スプリング座部)
Claims (13)
- (a)内部に流体流路が形成されたハウジングと、
(b)前記流体流路を開閉するバルブと、
(c)このバルブを支持するシャフトと、
(d)前記バルブを駆動する動力を発生するモータと、
(e)前記ハウジングの外部にて前記シャフトに連結されて、前記モータの動力を受けて回転する最終ギヤと、
(f)前記ハウジングと前記最終ギヤとの間に渦巻き状に巻装されたコイルを有し、前記最終ギヤに対して前記バルブを閉じる側に付勢するスプリングと
を備え、
前記流体流路を流れる流体を前記バルブの開閉動作により制御する流体制御弁において、
前記スプリングは、前記コイルの軸方向の最終ギヤ側端部にコイル端面を有し、
前記最終ギヤは、前記コイル端面の一部が接触するスプリング座部を有し、
前記スプリング座部は、前記最終ギヤの最大回転角度に余裕代を考慮した角度に設けられて、前記コイル端面側に向かって突出する複数の凸部を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1に記載の流体制御弁において、
前記最終ギヤは、前記スプリング座部から奥側に凹んだ複数の凹部を有し、
前記複数の凹部は、各々の奥側に、前記コイル端面との間に隙間が形成される底面を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項2に記載の流体制御弁において、
前記複数の凹部は、所定の間隔で設置されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項2または請求項3に記載の流体制御弁において、
前記スプリング座部は、前記複数の凹部の回転方向の両側、および隣設する2つの凹部間に設けられていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記複数の凸部は、所定の間隔で設置されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項5に記載の流体制御弁において、
前記所定の間隔とは、前記スプリングの倒れ込みを防止することが可能な間隔のことであることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記複数の凸部は、多角形状の断面または部分円形状の断面を有していることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記スプリングは、前記コイルがピッチ巻きのみによって形成されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記スプリングは、前記コイルの軸方向の一端側に第1フックを有し、
前記ハウジングは、前記第1フックを保持する第1係止溝を有し、
前記第1係止溝の溝幅は、前記スプリングのコイル線径に余裕代を考慮した寸法に設定されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記スプリングは、前記コイルの軸方向の他端側に第2フックを有し、
前記最終ギヤは、前記第2フックを保持する第2係止溝を有し、
前記第2係止溝の溝幅は、前記スプリングのコイル線径に余裕代を考慮した寸法に設定されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記ハウジングおよび前記最終ギヤは、前記シャフトの周囲を周方向に取り囲むように配置された2つの第1、第2ブロックをそれぞれ有し、
前記スプリングは、前記コイルが、前記2つの第1、第2ブロックの周囲を螺旋状に取り囲むように設置されており、
前記2つの第1、第2ブロックの外径は、前記スプリングのコイル内径よりも小さい寸法に設定されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載の流体制御弁において、
前記最終ギヤは、前記シャフトの周囲を周方向に取り囲むように配置されたボス部、およびこのボス部よりも径方向の外周側に設けられた歯形成部を有し、
前記歯形成部の外周には、前記モータ側のギヤと噛み合う複数の歯が形成されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項12に記載の流体制御弁において、
前記最終ギヤは、前記ボス部と前記歯形成部とを前記最終ギヤの径方向に連結する連結部を有し、
前記スプリング座部は、前記連結部に設けられていることを特徴とする流体制御弁。
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