JP6036623B2 - バルブ装置 - Google Patents

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。

図２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２（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）。

吸気絞り弁１は、最小開度時であっても、図２（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。

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。

特開２０１２−２３７３０６号公報

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。

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。
シャフトの軸方向から見た場合、弁体におけるシャフト取付箇所の角度は、上流弁部の角度と異なるとともに、下流弁部の角度とも異なって設けられる。これにより、シャフトに対する弁体の位置決めが容易になり、弁体の組付けを容易にできる。

（ａ）シャフトの軸方向から見た吸気絞り弁の説明図、（ｂ）吸気通路の流線方向から見た吸気絞り弁の説明図である（実施例１）。 （ａ）シャフトの軸方向から見た吸気絞り弁の説明図、（ｂ）吸気通路の流線方向から見た吸気絞り弁の説明図である（背景技術）。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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

Claims (2)

1. 流体が通過可能な流体通路（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）と一体に回動して前記流体通路（２ａ）の開度調整を行う弁体（４）とを具備し、
   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、
   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、
   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（４ｃ）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）。
2. 請求項１に記載のバルブ装置（１）において、
   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）。